鋰電池實驗報告

1、 篇一：鋰離子電池的制備合成及性能測定試驗報告試驗二 鋰離子電池的制備合成及性能測定一.試驗目的1.生疏鋰離子電極材料的制備方法，把握鋰離子電極材料工藝路線； 2.把握鋰離子電池組裝的基本方法；3.把握鋰離子電極材料相關性能的測定方法及原理； 4.生疏相關性能測試結果的分析。 二.試驗原理鋰離子電池的結構與工作原理：所謂鋰離子電池是指分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的，獨特機理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。以licoo2為例：電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之

2、。這就需要一個電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài)，一般選擇相對鋰而言電位大于3v且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如licoo2、linio2、limn2o4、lifepo4。為負極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括自然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括sno、sno2、錫復合氧化物snbxpyoz(x=0.40.6，y=0.60.4，z=(23x5y)/2)等。 三.試驗裝置及材料1.試驗裝置：恒溫槽，冰箱，攪拌器，管式電阻爐，真空干燥箱，鼓風干燥箱，鐵夾，分液漏斗，研缽，燒杯，ph試紙，循環(huán)水真空泵，漏斗，抽濾瓶，濾紙，玻璃皿，溫度計；

3、2.試驗材料：乙醇，醋酸鎳，醋酸鈷，醋酸錳，碳酸鈉，去離子水，氨水，乙炔黑，pvdf，nmp，lioh；四.試驗內(nèi)容及步驟1.樣品的制備及預備碳酸鹽共沉淀法制備lini1/3co1/3mn1/3o2：分別稱取摩爾比為1：1：1的醋酸鎳(ni(ch3coo)2·4h2o)、醋酸鈷 (co(ch3coo)2·4h2o)、醋酸錳 (mn(ch3coo)2·4h2o)，用去離子水溶解，溶液金屬離子總濃度為1mol·l-1?？焖贁嚢璧耐瑫r逐滴加入na2co3溶液，用nh3·h2o把握反應的ph值在812之間，溫度恒定在4080之間，生成有著均勻陽離子分布

4、的三元混合碳酸鹽ni1/3co1/3mn1/3co3，反應完成后連續(xù)陳化18h。將所得碳酸鹽沉淀過濾，并用去離子水多次洗滌，以徹底除去所殘留的鋰鹽、鈉鹽。然后將沉淀物置于鼓風烘箱中85干燥12h。干燥后按化學計量比1:1.05與 lioh·h2o在研缽中徹底混合，將沉淀物干燥后置于電阻爐中，在空氣氛圍下于600-900燒結。2.組裝模擬電池按80:10:10（wt%）稱取所制備的活性物質(zhì)lini0.4co0.2mn0.4o2、乙炔黑、粘接劑pvdf，將前兩者充分混合后加入到溶解了pvdf的nmp中，充分混合調(diào)至糊狀后將其均勻地涂布在鋁箔上，然后于真空干燥箱中120干燥4h后取出，裁成

5、直徑為1.2cm的圓片。以金屬鋰片為負極，celgard2400微孔聚丙烯膜為隔膜，以1mol/l lipf6/ec+dmc+emc (1:1:1體積比)為電解液，在布滿氬氣的手套箱中組裝成cr2025型扣式電池，然后靜置一段時間即可測試。 3.循環(huán)性能的測定(1)連接模擬電池與測試裝置：循環(huán)伏安法測試接受三電極試驗電池體系進行，三電極試驗電池體系依次放入鋰對電極、鋰參比電極、膈膜及制備好的正極，加入電解液，再組裝成三電極試驗電池；測試儀器接受上海辰華儀器公司的chi660a電化學工作站； （2）置試驗參數(shù)：鋰離子電池：以0.1c恒流充電至4.5， 1c恒流放電，終止電壓為3.0v的放電制度開

6、頭試驗；（3）驗結果保存及處理。 四.試驗測定結果及分析1.循環(huán)性能的測定(1)鋰離子電極材料的循環(huán)伏安曲線圖（a）圖（b） (2)測定結果分析圖（a）、圖（b）是lini1/3co1/3mn1/3o2作為鋰離子電池電極材料的循環(huán)伏安圖，掃描電壓范圍是1.0v5.0v，首次掃描的主要陰極峰消滅在3.9v，所對應的是第一個鋰的嵌入過程，但是這個峰在后來的一周掃描過程中消逝了，表明這個過程是不行逆的，說明鋰的嵌入反應機理發(fā)生了明顯的轉(zhuǎn)變。其次周之后的循環(huán)伏安圖與其次周基本相像，說明隨后的反應可逆性好。2.溝通阻抗的測定(1)鋰離子電極材料的溝通阻抗圖1號電池的溝通阻抗曲線5號電池的溝通阻抗曲線圖(

7、2)測定結果分析由上面1號電池的溝通阻抗曲線可以得出：前面的圓是表示電化學極化。它的半徑比5號電池大，說明它的電荷遷移電阻較大。中間拐角是表征著混合把握，后面的斜線是表征著濃差極化，它的斜率比5號電池大，值大于1，說明它的集中電阻大。電池性能比5號電池差。由上面5號電池可以得出：前面的圓是表示電化學極化。它的半徑比1號電池小，說明它的電荷遷移電阻較小。中間拐角是表征著混合把握，后面的斜線是表征著濃差極化，它的斜率接近1，說明它的集中電阻比1號電池小，電池性能比較好。3.比較說明工藝條件對電極材料循環(huán)性能的影響溫度的影響。要選擇適當?shù)臏囟龋^高或過低都會對它的循環(huán)性能有所影響。 電解液組成的影響

8、。若電解液分解了將降低它的性能。 溶液ph值的影響。一般我們把握在10左右。抽濾的操作。多次用清水洗，去除其他雜質(zhì)，以保證正極材料的質(zhì)量。電極結構與電極材料的影響。若正極活性物質(zhì)結構發(fā)生嚴峻變化時，將降低電極材料的循環(huán)性能。粉體晶粒大小的影響。若粉體表面被研磨的不是很光滑細膩，則它的比表面積降低，因而影響它的循環(huán)性能。篇二：試驗5 鋰離子電池裝配及表征-試驗報告試驗5 鋰離子電池裝配及表征 一鋰離子電池的工作原理鋰離子電池是在以金屬鋰及其合金為負極的鋰二次電池基礎上進展來的。在鋰離子電池中，正極是鋰離子嵌入化合物，負極是鋰離子插入化合物。在放電過程中，鋰離子從負極中脫插，向正極中嵌入，即鋰離子

9、從高濃度負極向低濃度正極的遷移；相反，在充電過程中，鋰離子從正極中脫嵌，向負極中插入。這種插入式結構，在充放電過程中沒有金屬鋰產(chǎn)生，避開了枝晶，從而基本上解決了由金屬鋰帶來的平安問題。在充放電過程中，鋰離子在兩個電極之間來回的嵌入和脫嵌，被形象地稱為“搖椅電池”(rocking chair batteries)，它的工作原理如圖 1.1所示。二鋰離子電池的制備工藝和需要留意的問題1.制備工藝流程配料-和膏-涂板-干燥-沖片-壓片-扣式電池的組裝（具體過程見講義）2.需要留意的問題（思考題第一題） 扣式鋰離子電池制備工藝的關鍵是和膏、電極制備、電池裝配及封口。爭辯發(fā)覺, 和膏及電極制備工藝對活性

10、物質(zhì)是否掉粉有重要影響, 而電池的裝配和封口工藝則是影響扣式鋰離子電池充放電性能的主要因素。（1）當正極原料配比固定時，對極片質(zhì)量影響最大的便是攪拌過程，攪拌方法選擇不好將會導致極片的導電性降低和極片掉粉，極片掉粉將會直接影響電池容量等。攪拌方式有超聲波攪拌、磁力攪拌、強力攪拌以及手工研磨。經(jīng)爭辯發(fā)覺接受強力攪拌和超聲波攪拌得到的極片質(zhì)量最好，而在本試驗中我們使用的攪拌效果最差的手工研磨，這很難得到好的結果。所以在和膏時要留意攪拌方式的選擇。（2）干燥溫度和時間選擇不適也會導致極片掉粉，干燥的目的是為了除去膏體中大量的溶劑nmp以及在配膏過程中吸取到的水分，溫度和時間都應選擇合適。 （3）壓片

11、時壓力要選擇適中，壓片的目的主要有兩個: 一是為了消退毛刺, 使極片表面光滑、平整, 防止裝配電池時毛刺穿透隔膜 引起短路; 二是增加膏和集流體的強度, 減小歐姆電阻。壓力過大時, 極片易發(fā)生卷曲狀況, 不利于電池裝配, 甚至有可能把膏粘在磨具上,引起極片起皮;壓力過小又起不到壓片的作用; 壓力適中時就可得 到松軟性、附著力都較好的極片。（4）經(jīng)爭辯發(fā)覺電池的充放電性能與電池裝配和封口工藝有很大的關系，所以在電池裝配過程中肯定要做到穩(wěn)中求快，避開消滅短路現(xiàn)象。封口時肯定要觀看電池是否放平。三電池性能測試結果分析1.比較兩次溝通阻抗結果及分析緣由 z/ohmz/ohmz/ohmz/ohm 用zv

12、iew軟件擬合得到曲線以及擬合曲線的等效電路模型 模型中：rs為歐姆電阻l主要由外部連接線路、負載及測量儀器等產(chǎn)生cpe為常相位角元件r1和r2分別為高頻弧電阻（界面電阻）以及低頻弧電阻（集中電阻和活化電阻） 可以看出擬合可信度很高，擬合模型精確。 z/ohmz/ohmz/ohmz/ohm （右圖為作圖放大后效果）高頻區(qū)圓弧反應了表面接觸膜阻抗，中頻區(qū)圓弧反映了界面處電荷轉(zhuǎn)移阻抗，而低頻區(qū)圓弧則反應了鋰離子在正極材料中的遷移。不完整半圓弧與實軸的第一個交點對應歐姆電阻rs；與實軸兩個交點之間的距離對應電極的界面電阻r1，它是衡量電極性能的好壞；（1）高頻區(qū)反映了電荷轉(zhuǎn)移過程，即鋰離子從電極表面

13、穿過固體電解質(zhì)相界面（sei）以及sei膜與鋰負極界面而遷移到材料體相的過程，其電化學阻抗為電 荷轉(zhuǎn)移電阻r1；半圓半徑則反映了負極表面sei膜的厚度和電荷轉(zhuǎn)移電阻r1的大小，可以看出經(jīng)過充放電之后，還原產(chǎn)物以及其他因素會使sei膜變厚， 阻抗會越來越大，導致鋰離子在負極的拖嵌會越來越難，進一步引起電池容量 的衰減。（2）低頻直線段代表鋰離子集中過程的warburg阻抗，可逆過程的warburg阻 抗線段與實軸的夾角為45°，斜率越大對應的集中阻抗越大，集中過程越難進 行。可以看出充放電后warburg阻抗減小，集中阻力減小。2.運用origin做出首次充放電曲線以及循環(huán)倍率曲線vo

14、ltage(v)initial charge&discharge specific capacity(mah/g) 從首次充放電曲線中可以看出：充電容量為53mah/g，放電容量為23mah/gcharge&discharge specific capacity(mah/g)cycle number 上圖為電池在不同倍率條件下的放電容量循環(huán)圖。測試扣式電池在2.5v-4.8v電壓范圍下0.2c首次充放電、0.5c 10次循環(huán)和1c 2c 3c 5c 10c 每個倍率下5次倍率性能測試。圖中顯示隨著電流密度的增大，材料的放電充電容量呈下降趨勢，在第27次循環(huán)式，電池的容量已變?yōu)?

15、.但分析數(shù)據(jù)可知，電池容量太低，性能不是很好，緣由是正極極片制作過程出問題，而且與電池裝配和封口工藝有很大的關系。3.分析cv曲線中氧化還原峰形成的緣由,以及兩次循環(huán)中峰位置和外形的變化? -0.0006-0.0004-0.0002i/a0.00000.00020.00040.0006e/v 圖中顯示，在第1次循環(huán)掃描時，分別于4.157v、4.867v處消滅一個較弱和一個強的陽極氧化峰。低電壓下的氧化峰對應著ni2+被氧化成ni4+離子，高電壓下氧化還原峰只能是co3+/co4+，另一金屬mn4+處于最穩(wěn)定價態(tài)，在充放電過程中價態(tài)不會發(fā)生變化，起到了支撐結構的作用。然而，其他爭辯者64報道了

16、相像的層狀結構中co3+/co4+對消滅在4v四周，但在此循環(huán)伏安圖中可以看出，co3+/co4+電壓值高移，這可能是由于mn4+的存在引起的co3+/co4+峰位正移的原因。 另外，圖中的陽極氧化峰在反掃時沒有消滅明顯相對應的陰極還原峰，即第 1 次循環(huán)時發(fā)生的氧化還原反應可逆性較差，緣由可能是 ni2+在充電過程中被氧化成 ni3+或 ni4+，但在放電過程中卻很難被還原為 ni2+，從而阻擋了 li+的再次嵌入，造成首次循環(huán)產(chǎn)生較大的不行逆容量損失，這可能也是首次充放電效率較低的另一個主要緣由。在第2次的循環(huán)中，位于 4.867v 處的陽極氧化峰消逝。從兩次循環(huán)來看，陰極還原峰重合性較好，但是由于循環(huán)次數(shù)太少，所以不能說明正極材料具有較穩(wěn)定的結構和良好的循環(huán)性能?！緟⒖嘉墨I】鋰離子電池材料配制及電化學性能爭辯，李昱樹，電子科技高校 2103年碩士論文扣式鋰離子電池的制備工藝爭辯，張勇，武行兵，電池工業(yè)