锂离子扣式电池制作及其电化学容量充放电曲线的测定

锂离子扣式电池制作及其电化学容量充放电曲线的测定

一 实验目的

1. 制作锂离子扣式电池，并测定其电化学容量。

2. 掌握电池容量测量的实验方法以及在实际中的应用。

二 实验原理

由于锂离子电池具有比能量高、比功率大、循环

寿命长、无记忆效应以及清洁无污染等特性，是继铅

蓄电池、镍镉、镍氢电池之后的新一代电池产品，在

近十年来得到了飞速的发展。锂离子电池主要由正极、

负极、隔膜和电解质四部分组成。正极的活性物质一

般采用钻酸锂（LiCoO 2）、镍酸锂（LiNiO 2）和锰酸锂

（LiMn 2O 4）等；负极一般采用特殊的碳素材料，如石

墨（G ）、中间相碳微球（MCMB ）或石油焦炭（PC ）

等；隔膜通常使用微孔聚丙烯（PP ）和聚乙烯（PE ）

或两者的复合膜（PE-PP-PE ）。电解质主要包括液态电解液和聚合物电解质两种，电解质的主要作用就是为

锂离子（Li +）的通过提供通道。液态电解液中含有锂盐和有机溶剂，常用的锂盐有LiPF 6、LiBF 4、LiCl04等，有机溶剂有碳酸丙烯酯（PC ）、碳酸乙烯酯（EC ）、二甲基碳酸酯（DMC ）、二乙基碳酸酯（DEC ）等。

锂离子电池的工作原理如图5-34所示。电池充电时，正极活性物质中的部分Li +脱离钻酸锂晶格经由电解质嵌入或插入到负极活性物质碳的晶格之中，生成Li x C 化合物。放电时，Li x C 化合物中的Li +脱嵌，再充电时，又重复上述过程，利用Li +在正、负极材料中的嵌入与脱嵌从而完成充放电的过程。充放电反应可表示如下：

三 主要仪器和试剂

仪器：氩气手套箱、电池性能测试仪；试剂：LiCoO 2粉末，石墨粉末，乙炔黑，电池用聚四氟乙烯（PTFE ）粉末，电池用聚偏氟乙烯（PVDF ）粉末，N-甲基吡咯烷酮（NMP ），1M LiPF 6/EC:DMC （1:1体积比），电池用聚丙稀多孔膜。

四 实验步骤

1. LiCoO 2正极片的制备：将LiCoO 2粉末、乙炔黑、PVDF （为配好的0.02g/mL 的PVDF/NMP 溶液）按85:10:5（质量比）混合搅拌4h ，并辅以超声波分散制成均匀的浆料，将浆料涂于铝箔上，放入温度为60～800C 的烘箱中烘干后，用Ф1

2.5～16mm 的冲头冲成极片，在压力为2～4MPa 的压力下压片后，放入100～1200C 左右的真空烘箱中干燥3～5小时，转移到氩气手套箱中，待用。

2. 石墨负极片的制备：将石墨粉末、乙炔黑、PTFE （聚四氟乙烯，为配好的乳液）按90:5:5（质量比）混合搅拌4h ，并辅以超声波分散制成均匀的浆料，将浆料涂于铜箔上，放入温度为60～800C 的烘箱中烘干后，用Ф12.5～16mm 的冲头冲成极片，在压力为2～4MPa 的压力下压片后，放入100～1200C 左右的真空烘箱中干燥3～5小时，转移到氩气手套箱中，待用。

图5-34 锂离子电池的工作原理

3. 在氩气手套箱中组装扣式电池，隔膜为聚丙稀多孔膜，电解液为1M LiPF6/EC:DMC。为防止扣式电池内部接触不良，在负极端加入发泡镍片做填充物。

五数据记录与处理

将电池正极朝上负极朝下夹在电池夹上，与电池性能测试仪相连。设置充放电制度，测试出V-f(t)曲线及电池的充放电容量。

六注意事项

1. 电池充放电容量及放电曲线的含义是什么？

2. 充放电过程中，充电电流过大或过小会产生什么现象。