篇一: 锂离子电池制备合成及性能测定试验汇报 试验二 锂离子电池制备合成及性能测定 一.试验目
1. 熟悉锂离子电极材料制备方法, 掌握锂离子电极材料工艺路线; 2.掌握锂离子电池组
装基础方法;
3.掌握锂离子电极材料相关性能测定方法及原理; 4.熟悉相关性能测试结果分析。 二.试验原理
锂离子电池结构与工作原理: 所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子化
合物作为正负极组成二次电池。大家将这种靠锂离子在正负极之间转移来完成电池充放电工作, 独特机理锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”, 俗称“锂电”。以licoo2为例: ⑴电池充电时, 锂离子从正极中脱嵌, 在负极中嵌入, 放电时反之。这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态, 通常选择相对锂而言电位大于3v且在空气中稳定嵌锂过渡金属氧化物做正极, 如licoo2、 linio2、 limn2o4、 lifepo4。⑵为负极材料则选择电位尽可能靠近锂电位可嵌入锂化合物, 如多种碳材料包含天然石墨、 合成石墨、 碳纤维、 中间相小球碳素等和金属氧化物, 包含sno、 sno2、 锡复合氧化物snbxpyoz(x=0.4～0.6, y=0.6～0.4, z=(2＋3x＋5y)/2)等。 三.试验装置及材料 1. 试验装置:
恒温槽, 冰箱, 搅拌器, 管式电阻炉, 真空干燥箱, 鼓风干燥箱, 铁夹, 分液漏斗, 研钵, 烧杯, ph试纸, 循环水真空泵, 漏斗, 抽滤瓶, 滤纸, 玻璃皿, 温度计; 2. 试验材料:
乙醇, 醋酸镍, 醋酸钴, 醋酸锰, 碳酸钠, 去离子水, 氨水, 乙炔黑, pvdf, nmp, lioh;
四.试验内容及步骤 1. 样品制备及准备
碳酸盐共沉淀法制备lini1/3co1/3mn1/3o2: 分别称取摩尔比为1: 1: 1醋酸镍(ni(ch3coo)2·4h2o)、 醋酸钴 (co(ch3coo)2·4h2o)、 醋酸锰
(mn(ch3coo)2·4h2o), 用去离子水溶解, 溶液金属离子总浓度为1mol·l-1。快速搅拌同时逐滴加入na2co3溶液, 用nh3·h2o控制反应ph值在8～12之间, 温度恒定在40～80℃之间, 生成有着均匀阳离子分布三元混合碳酸盐ni1/3co1/3mn1/3co3, 反应完成后继续陈化18h。将所得碳酸盐沉淀过滤, 并用去离子水数次洗涤, 以根本除去所残留锂盐、 钠盐。然后将沉淀物置于鼓风烘箱中85℃干燥12h。干燥后按化学计量比1:1.05与 lioh·h2o在研钵中根本混合, 将沉淀物干燥后置于电阻炉中, 在空气气氛下于600℃-900℃烧结。
2. 组装模拟电池
按80:10:10（wt%）称取所制备活性物质lini0.4co0.2mn0.4o2、 乙炔黑、 粘接剂pvdf, 将前二者充足混合后加入到溶解了pvdfnmp中, 充足混合调至糊状后将其均匀地涂布在铝箔上, 然后于真空干燥箱中120℃干燥4h后取出, 裁成直径为1.2cm圆片。以金属锂片为负极, celgard2400微孔聚丙烯膜为隔膜, 以1mol/l lipf6/ec+dmc+emc
(1:1:1体积比)为电解液, 在充满氩气手套箱中组装成cr2025型扣式电池, 然后静置一段时间即可测试。 3.循环性能测定
(1)连接模拟电池与测试装置: 循环伏安法测试采取三电极试验电池体系进行, 三电极试验电池体系依次放入锂对电极、 锂参比电极、 膈膜及制备好正极, 加入电解液, 再组装成三电极试验电池; 测试仪器采取上海辰华仪器企业chi660a电化学工作站; （2）置试验参数:
锂离子电池: 以0.1c恒流充电至4.5, 1c恒流放电, 终止电压为3.0v放电制度开始试验;
（3）验结果保留及处理。 四.试验测定结果及分析
1. 循环性能测定
(1)锂离子电极材料循环伏安曲线图（a） 图（b）
(2)测定结果分析
图（a）、 图（b）是lini1/3co1/3mn1/3o2作为锂离子电池电极材料循环伏安图, 扫描电压范围是1.0v~5.0v, 首次扫描关键阴极峰出现在3.9v, 所对应是第一个锂嵌入过程, 不过这个峰在以后一周扫描过程中消失了, 表明这个过程是不可逆, 说明锂嵌入反应机剪发生了显著改变。第二周以后循环伏安图与第二周基础相同, 说明随即反应可逆性好。2.交流阻抗测定
(1)锂离子电极材料交流阻抗图 1号电池交流阻抗曲线 5号电池交流阻抗曲线图
(2)测定结果分析由上面1号电池交流阻抗曲线能够得出: 前面圆是表示电化学极化。它半径比5号电池大, 说明它电荷迁移电阻较大。中间拐角是表征着混合控制, 后面斜线是表征着浓差极化, 它斜率比5号电池大, 值大于1, 说明它扩散电阻大。电池性能比5号电池差。
由上面5号电池能够得出: 前面圆是表示电化学极化。它半径比1号电池小, 说明它电荷迁移电阻较小。中间拐角是表征着混合控制, 后面斜线是表征着浓差极化, 它斜率靠近1, 说明它扩散电阻比1号电池小, 电池性能比很好。 3.比较说明工艺条件对电极材料循环性能影响
①温度影响。要选择合适温度, 过高或过低都会对它循环性能有所影响。 ②电解液组成影响。若电解液分解了将降低它性能。 ③溶液ph值影响。通常我们控制在10左右。 ④抽滤操作。数次用清水洗, 去除其她杂质, 以确保正极材料质量。
⑤电极结构与电极材料影响。若正极活性物质结构发生严重改变时, 将降低电极材料循环性能。
⑥粉体晶粒大小影响。若粉体表面被研磨不是很光滑细腻, 则它比表面积降低, 所以影响它循环性能。篇二: 试验5 锂离子电池装配及表征----试验汇报 试验5 锂离子电池装配及表征 一．锂离子电池工作原理
锂离子电池是在以金属锂及其合金为负极锂二次电池基础上发展来。在锂离子电池中, 正极是锂离子嵌入化合物, 负极是锂离子插入化合物。在放电过程中, 锂离子从负极中脱插, 向正极中嵌入, 即锂离子从高浓度负极向低浓度正极迁移; 相反, 在充电过程中, 锂离子从正极中脱嵌, 向负极中插入。这种插入式结构, 在充放电过程中没有金属锂产生, 避免了枝晶, 从而基础上处理了由金属锂带来安全问题。在充放电过程中, 锂离子在两个电极之间往返嵌入和
脱嵌, 被形象地称为“摇椅电池”(rocking chair batteries), 它工作原理如图 1.1所表示。
二．锂离子电池制备工艺和需要注意问题 1. 制备工艺步骤
配料----和膏-----涂板----干燥-----冲片-----压片-----扣式电池组装（具体过程见讲义）
2. 需要注意问题（思索题第一题） 扣式锂离子电池制备工艺关键是和膏、 电极制备、
电池装配及封口。研究发觉, 和膏及电极制备工艺对活性物质是否掉粉相关键影响, 而电池装配和封口工艺则是影响扣式锂离子电池充放电性能关键原因。
（1）当正极原料配比固定时, 对极片质量影响最大便是搅拌过程, 搅拌方法选择不好将会造成极片导电性降低和极片掉粉, 极片掉粉将会直接影响电池容量等。搅拌方法有超声波搅拌、 磁力搅拌、 强力搅拌以及手工研磨。经研究发觉采取强力搅拌和超声波搅拌得到极片
质量最好, 而在本试验中我们使用搅拌效果最差手工研磨, 这极难得到好结果。所以在和膏时要注意搅拌方法选择。
（2）干燥温度和时间选择不适也会造成极片掉粉, 干燥目是为了除去膏体中大量溶剂nmp以及在配膏过程中吸收到水分, 温度和时间都应选择适宜。 （3）压片时压力要选择适中, 压片目关键有两个: 一是为了消除毛刺, 使极片表面光滑、 平整, 预防装配电池时毛刺穿透隔膜 引发短路; 二是增强膏和集流体强度, 减小欧姆电阻。压力过大时, 极片易发生卷曲情况, 不利于电池装配, 甚至有可能把膏粘在磨具上,引发极片起皮;压力过小又起不到压片作用; 压力适中时就可得 到柔软性、 附着力都很好极片。
（4）经研究发觉电池充放电性能与电池装配和封口工艺有很大关系, 所以在电池装配过程中一定要做到稳中求快, 避免出现短路现象。封口时一定要观察电池是否放平。 三．电池性能测试结果分析
1. 比较两次交流阻抗结果及分析原因 z/ohm z/ohm
z/ohm z/ohm
用zview软件拟合得到曲线以及拟合曲线等效电路模型 模型中: rs为欧姆电阻 l关键由外部连接线路、 负载及测量仪器等产生 cpe为常相位角元件
r1和r2分别为高频弧电阻（界面电阻）以及低频弧电阻（扩散电阻和活化电阻） 能够看出拟合可信度很高, 拟合模型正确。 z/ohm z/ohm z/ohm z/ohm
（右图为作图放大后效果）
高频区圆弧反应了表面接触膜阻抗, 中频区圆弧反应了界面处电荷转移阻抗, 而低频区圆弧则反应了锂离子在正极材料中迁移。
不完整半圆弧与实轴第一个交点对应欧姆电阻rs;
与实轴两个交点之间距离对应电极界面电阻r1, 它是衡量电极性能好坏; （1）高频区反应了电荷转移过程, 即锂离子从电极表面穿过固体电解质相界面（sei）以及sei膜与锂负极界面而迁移到材料体相过程, 其电化学阻抗为电 荷转移电阻r1; 半圆半径则反应了负极表面sei膜厚度和电荷转移电阻r1大小, 能够看出经过充放电以后, 还原产物以及其她原因会使sei膜变厚, 阻抗会越来越大, 造成锂离子在负极拖嵌会越来越难, 深入引发电池容量 衰减。
（2）低频直线段代表锂离子扩散过程warburg阻抗, 可逆过程warburg阻 抗线段与实轴夹角为45°, 斜率越大对应扩散阻抗越大, 扩散过程越难进 行。能够看出充放电后warburg阻抗减小, 扩散阻力减小。
2. 利用origin做出首次充放电曲线以及循环倍率曲线 voltage(v)
initial charge&discharge specific capacity(mah/g) 从首次充放电曲线中能够看出: 充电容量为53mah/g, 放电容量为23mah/gcharge&discharge specific capacity(mah/g) cycle number
上图为电池在不一样倍率条件下放电容量循环图。测试扣式电池在2.5v-4.8v电压范围下0.2c首次充放电、 0.5c 10次循环和1c 2c 3c 5c 10c 每个倍率下5次倍率性能测
2021年锂电池实验报告
