6.3 锂离子模拟电池组装和测试
锂电池的测试步骤及检测内容
锂电池的测试步骤及检测内容
锂电池的测试步骤及检测内容如下：
步骤一：外观检查
检查锂电池是否有明显的损伤或变形，如裂缝、凹陷和变形等。
步骤二：测量电压
使用万用表或电池测试仪器测量锂电池的电压，检查电压是否符合锂电池的额定电压。
步骤三：测试电量
使用充电器或专业测试仪器测试锂电池的电量，检查电量是否符合锂电池的额定容量。
步骤四：测试循环寿命
对锂电池进行充放电循环测试，检查锂电池的充电和放电特性，以评估锂电池的循环寿命。
步骤五：测试安全性能
测试锂电池的过充、过放、短路等安全性能，以确保锂电池安全可靠。
步骤六：测试环境适应性
将锂电池置于恶劣环境下测试，如高温、低温、湿度等，以评估锂电池的环境适应性。
步骤七：检测其他特性
如内阻、保护电路、平衡充电等特性，以确保锂电池的优良性能。
以上是锂电池测试的基础步骤及检测内容，具体测试方法和仪器会根据锂电池类型和应用场景的不同而有所差异。
实验三 锂离子模拟电池的制作与测试
实验三锂离子模拟电池的制作与测试1.【实验目的】4. 熟悉、掌握锂离子电池的结构及充放电原理；5. 熟悉、掌握锂离子正极材料的制备过程及工艺；136. 熟悉、掌握锂离子电池的封装工艺及模拟电池测试方法。
2.【实验原理】锂离子电池是指正负极为Li＋嵌入化合物的二次电池。
正极通常采用锂过渡金属氧化物Li x CoO2，Li x NiO2 或Li x Mn2O4，负极采用锂－碳层间化合物Li x C6。
电解质为溶有锂盐LiPF6，LiAsF6，LiClO4 等的有机溶液。
溶剂主要有碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）和氯碳酸酯（CIMC）等。
在充放电过程中，Li＋在两极间往返嵌入和脱出，被形象的称之为“摇椅电池”（Rocking Chair Battery）。
锂离子电池充放电原理和结构示意图如下图：锂离子电池的化学表达式为：(-)Cn| LiPF 6- EC + DMC |LiMxOy(+)其电池反应为：LiM x O y+ nC←−−−→Li1-x MxO y + Li x C n下面以尖晶石型Li x Mn2O4 为正极材料，富锂层状石墨为负极，叙述锂离子的充放电过程：(1)正极放电时，正极从外部电子线路获取电子，锂离子嵌入正极，部分Mn4＋被还原为Mn3＋，充电时，正极把电子释放给外部电子线路，锂离子从正极材料中脱嵌，电极反应为：14x 2 4 x y 2 4 Li Mn O yLi ye Li Mn O ++ + + ←−−−−−−→放电充电(2)负极放电时，负极石墨层间的锂离子脱出，同时电子通过外部电子线路释放，充电时，从外部电子线路获取电子，锂离子嵌入，电极反应为：z z y Li C Li C yLi ye +- ←−−−−−−→ + +放电充电锂离子在电解液中，通过微孔薄膜往返迁移，然后嵌入到电极中。
电子在外部线路中转移而释放或消耗能量。
从锂离子电池的充放电过程可以看到，锂的化合价态始终保持＋1 价，无价态转变，所以这种二次电池叫“锂离子电池”。
锂离子电池的制备及性能测试
福州大学化学化工学院本科实验报告课程名称：综合化学实验实验项目名称：锂离子电池的制备及性能测试实验室名称：六号楼206****：***学号：11S*********学生所在学院：化学化工学院年级、专业：09级化学类实验指导教师：郭永榔2012年10 月8 日一、实验目的传统使用的小型可充电电池是镍镉电池，随着便携式电子产品对电池性能要求的不断提高，人们对环境意识的不断增强，对环境友好、性能更优良的绿色电源越来越迫切。
与镍镉电池、金属氢化物电池、铅酸蓄电池及可充碱性电池等传统电池相比，可充锂离子电池能量密度大（约为镍镉电池的两倍），循环寿命长，工作电压高（3.6V），环境污染小，已经广泛应用于手机、计算机，便携式电子电器，数码产品等电源，有望成为动力车的理想动力电源。
锂离子电池技术是 21 世纪具有战略意义的军民两用技术以及在电子信息、新能源、环境保护等重大技术领域发展中具有举足轻重的地位和作用，这对锂离子电池性能提出了更高的要求，因此对电池材料的开发改进仍然是当前的研究热点。
本实验研究目的：1、了解可充锂离子电池的工作原理2、了解电解质溶液的导电机理3、掌握纽扣锂离子电池的电极材料、电极的制备工艺及纽扣锂离子电池的装配4、掌握锂离子电池电性能的测试方法二、实验试剂和仪器1、实验仪器管式气氛炉，行星式球磨机，真空干燥箱，真空手套箱，Land 电池充放电测试系统（与计算机连接），低温试验箱，真空泵，扣式电池封口机，电子天平，粉末压片机，玛瑙研钵，干燥器等。
2、试剂高压氩气（瓶）， NH4VO3，LiOH·H2O，氢氧化钠，草酸，1mol/L LiPF6＋EC/DMC(体积比 1:1)电解液，粘结剂 PVDF，导电碳黑（CABOT），N－甲基吡咯烷酮（NMP），Celgard2325 隔膜，金属锂片，电池壳（CR2025），铝集流片，360 目砂纸等。
试剂名称及分子式、厂家和纯度；主要仪器型号及厂家。
锂离子电池的制备及性能测试
福州大学化学化工学院本科实验报告课程名称：综合化学实验实验项目名称：锂离子电池的制备及性能测试实验室名称：六号楼206****：***学号：11S*********学生所在学院：化学化工学院年级、专业：09级化学类实验指导教师：郭永榔2012年10 月8 日一、实验目的传统使用的小型可充电电池是镍镉电池，随着便携式电子产品对电池性能要求的不断提高，人们对环境意识的不断增强，对环境友好、性能更优良的绿色电源越来越迫切。
与镍镉电池、金属氢化物电池、铅酸蓄电池及可充碱性电池等传统电池相比，可充锂离子电池能量密度大（约为镍镉电池的两倍），循环寿命长，工作电压高（3.6V），环境污染小，已经广泛应用于手机、计算机，便携式电子电器，数码产品等电源，有望成为动力车的理想动力电源。
锂离子电池技术是 21 世纪具有战略意义的军民两用技术以及在电子信息、新能源、环境保护等重大技术领域发展中具有举足轻重的地位和作用，这对锂离子电池性能提出了更高的要求，因此对电池材料的开发改进仍然是当前的研究热点。
本实验研究目的：1、了解可充锂离子电池的工作原理2、了解电解质溶液的导电机理3、掌握纽扣锂离子电池的电极材料、电极的制备工艺及纽扣锂离子电池的装配4、掌握锂离子电池电性能的测试方法二、实验试剂和仪器1、实验仪器管式气氛炉，行星式球磨机，真空干燥箱，真空手套箱，Land 电池充放电测试系统（与计算机连接），低温试验箱，真空泵，扣式电池封口机，电子天平，粉末压片机，玛瑙研钵，干燥器等。
2、试剂高压氩气（瓶）， NH4VO3，LiOH·H2O，氢氧化钠，草酸，1mol/L LiPF6＋EC/DMC(体积比 1:1)电解液，粘结剂 PVDF，导电碳黑（CABOT），N－甲基吡咯烷酮（NMP），Celgard2325 隔膜，金属锂片，电池壳（CR2025），铝集流片，360 目砂纸等。
试剂名称及分子式、厂家和纯度；主要仪器型号及厂家。
锂离子模拟电池组装和测试39页PPT
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
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实验5 锂离子电池装配及表征----实验报告
实验5 锂离子电池装配及表征一．锂离子电池的工作原理锂离子电池是在以金属锂及其合金为负极的锂二次电池基础上发展来的。
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的迁移；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, 从而基本上解决了由金属锂带来的安全问题。
在充放电过程中, 锂离子在两个电极之间来回的嵌入和脱嵌, 被形象地称为“摇椅电池”(Rocking Chair Batteries), 它的工作原理如图 1.1所示。
二．锂离子电池的制备工艺和需要注意的问题1.制备工艺流程配料----和膏-----涂板----干燥-----冲片-----压片-----扣式电池的组装（具体过程见讲义）2.需要注意的问题（思考题第一题）扣式锂离子电池制备工艺的关键是和膏、电极制备、电池装配及封口。
研究发现, 和膏及电极制备工艺对活性物质是否掉粉有重要影响, 而电池的装配和封口工艺则是影响扣式锂离子电池充放电性能的主要因素。
（2）当正极原料配比固定时, 对极片质量影响最大的便是搅拌过程, 搅拌方法选择不好将会导致极片的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。
搅拌方式有超声波搅拌、磁力搅拌、强力搅拌以及手工研磨。
经研究发现采用强力搅拌和超声波搅拌得到的极片质量最好, 而在本实验中我们使用的搅拌效果最差的手工研磨, 这很难得到好的结果。
所以在和膏时要注意搅拌方式的选择。
（3）干燥温度和时间选择不适也会导致极片掉粉, 干燥的目的是为了除去膏体中大量的溶剂NMP 以及在配膏过程中吸收到的水分, 温度和时间都应选择合适。
压片时压力要选择适中, 压片的目的主要有两个: 一是为了消除毛刺, 使极片表面光滑、平整, 防止装配电池时毛刺穿透隔膜引起短路; 二是增强膏和集流体的强度, 减小欧姆电阻。
实验三锂离子电池的装配及其电化学性能测试
实验三锂离子电池的装配及其电化学性能测试一、实验目的1．了解扣式锂离子电池的装备过程；2．了解锂离子电池的工作原理。
二、实验原理1．锂离子电池的工作原理锂离子电池和所有的化学电源一样，主要是由正极、负极和电解质三部分组成，还包括电池壳、隔膜、正负极引线等。
锂离子电池对这些基础材料有一定的要求：正极材料要有高的开路电压，循环寿命长，比能量大；隔膜要求有一定的离子穿透性，允许锂离子通过，且有很好的耐氧化性和隔极阻止性等；负极材料也是要求比能量大，安全性好，能够进行快速的充放电；电解液要满足锂离子电导率高，电化学性能稳定，制备容易等。
锂离子电池实际上是锂的浓差电池，其原理为：在充放电过程中，Li+在正、负极的嵌入化合物中嵌入和脱嵌。
其正极材料为LiMO2（M为过渡金属），LiMn2O4或者钒的氧化物，负极材料一般用接近金属锂电池的C等可逆脱嵌锂材料，而电解液主要为无水有机溶剂。
充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。
锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关。
因此，在充放电循环时，Li+分别在正负极上发生“嵌入-脱嵌”反应，Li+便在正负极之间来回移动，所以，人们又形象地把锂离子电池称为“摇椅电池”或“摇摆电池”。
锂离子电池表达式: (-)C n︱electrolyte︱LiM2O4(+)具体反应如下：正极反应：LiM2O4Li(1-x) M2O4 + xLi+ + xe-负极反应：nC+ xLi+ + xe- Li x C n电池反应：Li M2O4 + nC Li(1-x) M2O4 + Li x C n 2．电池的组装使用模拟纽扣电池能够方便的测试电极材料的比容量和循环性能。
其结构及装配顺序如图2.2所示。
首先将制成的正极片在120℃的真空干燥箱中干燥12h 后作为电池的正极，以锂片作为负极，聚丙烯微孔膜Celgard2032为隔膜，泡沫镍为集电器，1mol/L LiPF6的EC+DMC（体积比1:1）为电解液，在充满氩气（氧含量和水含量均小于1ppm）的真空手套操作箱中组装成LIR2025模拟纽扣电池。
锂离子模拟电池---组装测试手册
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《锂电资讯》——引领动力电池未来 Lithium-ion Battery Information——Leading Power Future
知识背景与内容简介
2010 年 总第 31 期 增刊
随着石油资源的日益匮乏，能源危机日益临近。各国都在寻找降能耗、减排 放的新途径。由于电动车可以极大的降低石油消耗，受到各国政府的普遍重视。 电动汽车替代传统汽车，已经是不可逆转的潮流。研制性能优越的电动车的动力 电池，是当下发展电动车的关键。
1.1.模拟电池的主要组件.................................................... 4 1.2.部件的简单介绍........................................................ 4
1.2.1.扣式电池壳..............................................................................................................4 1.2.2.正极片......................................................................................................................5 1.2.3.隔膜..........................................................................................................................6 1.2.4.负极片......................................................................................................................6 1.2.5.集电器......................................................................................................................7 1.2.6.支撑片......................................................................................................................7 1.2.7.电解液......................................................................................................................8 1.3.部件介绍的总结........................................................ 8 第 2 章 模拟电池部件的制备 .................................................. 9 2.1.制备正极片............................................................ 9 2.1.1.油性体系中制备正极片..........................................................................................9 2.1.2.水性体系中制备正极片........................................................................................10 2.2.裁剪电极片........................................................... 10 2.3.正极材料含量的计算................................................... 11 2.4.裁剪隔膜............................................................. 11 第 3 章 模拟电池的组装 ..................................................... 12 3.1.手套箱内组装电池..................................................... 12 3.2.手套箱内压制电池..................................................... 13 第 4 章 模拟电池的测试 ..................................................... 14 4.1.电池测试系统......................................................... 14 4.2.电池测试的单位与参数................................................. 14 4.2.1.容量性能的单位与参数........................................................................................14 4.2.2.循环性能的单位与参数........................................................................................15 4.2.3.倍率性能的单位与参数........................................................................................15 4.3.测试电池参数的设置................................................... 15
锂离子电池的装配过程及注意事项 2
锂离子电池的装配过程及注意事项一、锂离子电池的主要部件负极壳弹簧片垫片锂片隔膜正极片电解液二、锂离子电池的装配过程1、制浆用专门的溶剂和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质。
NMP加入量？A 6-9滴 B 视样品量 B 本次实验采用的正极活性物质。
2、涂膜将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片。
正极材料涂布在铝箔上，负极材料涂布在铜箔上。
铝箔、铜箔规格？包括单面光？双面光？厚度？铝箔单面光厚箔：厚度为0.1～0.2mm的箔；单零箔：厚度为0.01mm和小于0.1mm/的箔；双零箔：通常为厚度小于0.01的铝箔，即0.005~0.009mm的铝箔。
铜箔双面光0.9mm可以采用涂布后压片的方法制取正极电极片，有油性和水性两个体系。
油性体系中，可将正极材料与N-甲基吡咯烷酮（NMP）搅拌得到混合悬浊液，均匀涂布在铝箔上，烘干后裁剪压片；也可采用刮刀均匀涂布材料于铝箔上，再进行烘干裁剪。
刮刀刀片设置高度？A 10 μm B 15μm C 20μm A 水性体系中，可将磷酸铁锂正极材料混合PTFE 乳胶、导电碳黑，采用对辊机压制，得到均匀薄片，再进行烘干裁剪。
对辊机压制速度？A 5 mm/s B10 mm/s B在涂布机上放置3-4 h，取下后置于真空干燥箱里（12 h左右）。
预烘干温度？A 80 B 100 C 110 60 后续真空干燥温度？A 80 B 100 C 110 80将干燥好的活性材料研制成直径相同的圆片，逐个称量，将质量相近的分为一组，如果质量对结果影响较大，需记录每一个电极片的质量。
称量空白铝箔（或铜箔）圆片的质量，空白片质量需称多个，记录平均值，以期得到电极片上活性物质的质量。
3、装配电解液、在手套箱内，按负极壳、弹簧片、垫片、锂片、电解液、隔膜、电解液、正极片的顺序放好，经过封装（压强在50 MPa左右），即完成电池的装配过程，制成成品电池。
实验八锂离子电池制备及性能测试实验指导书
实验⼋锂离⼦电池制备及性能测试实验指导书实验⼀：锂离⼦电池制备及性能测试实验学时：6实验类型：综合实验要求：必修⼀、实验⽬的(1）了解锂离⼦⼆次电池的⼯作原理；(2）了解电解质溶液的导电机理和锂离⼦电池电极材料的合成⽅法；(3）掌握扣式锂离⼦电池电极的制备⼯艺及电池的装配过程；(4）掌握锂离⼦电池电性能测试⽅法。
⼆、实验内容扣式锂离⼦电池电极的制备⼯艺及电池的装配过程和扣式锂离⼦电池电化学性能测试。
三、实验原理、⽅法和⼿段液态锂离⼦⼆次电池通常采⽤层状复合氧化物为正极，⼈造⽯墨或者天然⽯墨为负极，充放电过程中通过锂离⼦的移动实现。
以商品化的液态电解质锂离⼦电池为例，如下图1- 1，正极材料和负极材料分别为LiFePO4和⽯墨，以LiPF6- EC-DEC为电解液，其电池⼯作原理如下：锂离⼦电池实质上是⼀种锂离⼦浓差电池，正负电极由两种不同的锂离⼦嵌⼊化合物组成。
正极材料是⼀种嵌锂式化合物，在外界电场作⽤下化合物中的Li 从晶体中脱出和嵌⼊。
当电池充电时，Li+离⼦从正极嵌锂化合物中脱出，经过电解质溶液嵌⼊负极化合物晶格中，正极活性物处于贫锂状态；电池放电时，Li+则从负极化合物中脱出，经过电解质溶液再嵌⼊正极化合物中，正极活性物为富锂状态。
为保持电荷平衡，充放电过程中应有相同数量的电⼦经外电路传递，与Li+⼀起在正、负极之间来回迁移，使正、负极发⽣相应的氧化还原反应，保持⼀定的电位。
⼯作电位与构成正、负极的可嵌锂化合物的化学性质、Li+离⼦浓度等有关。
在正常充放电过程中，负极材料的化学结构不变。
因此，从充放电反应的可逆性看，锂离⼦电池反应是⼀种理想的可逆反应。
锂离⼦电池在⼯作电位与构成电极的插⼊化合物的化学性质、Li+的浓度有关。
充电：LiFePO4 - xLi+ - xe- →xFePO4 + (1-x)LiFePO4放电：FePO4 + xLi+ + xe- →xLiFePO4 + (1-x)FePO4图1- 1. 锂离⼦电池⼯作原理，LiFePO4为正极，⽯墨为负极.研究表明，Li+的脱嵌过程是⼀个两相反应，存在着LiFePO4和FePO4两相的转化，充电时，铁离⼦从FeO6层⾯间迁移出来，经过电解液进⼊负极，发⽣Fe2+→Fe3+的氧化反应，为保持电荷平衡，电⼦从外电路到达负极。
锂离子模拟电池组装和测试
二、模拟电池部件的制备
2.1.制备正极片
正极片的制备工艺有油性和水性两个体系，二者各有所长 ： 油系体系的模拟电池放电容量大，循环性能好； 水性体系的模拟电池的电极内阻值低，倍率性能更好。 研究人员可根据具体的研究内容，确定选用的体系。
实际工业生产中，不仅有液态电解液，还有胶态和固态的聚合物锂离子传导介质。三者 可统称为锂离子传导电解质。锂盐是锂离子传导的主要作用成分，液态电解液中，一般 以将锂盐溶于两种或多种的液态有机混合溶剂中，浓度一般都为1M。
常用锂盐主要有LiPF6、LiClO4 等。常用的电解液有机溶剂主要有碳酸丙稀酯(PC)、碳酸 乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、甲乙基碳酸酯(MEC)等组成的二元或 者三元的混合溶剂。
实验室中通常都可以采用Celgard2400 或Celgard2500 型号的工业用聚丙烯膜。
1.4负极片
除非研究负极材料，模拟电池中都是采用金属锂片作为负极，电池中采用的 锂片和模拟电池中配套的铝片的直径相同。在CR2032 中便采用直径15.8mm 的锂 片作为负极。
1.5 集电器
圆形铝片，半径比电池壳略小。如在2032 电池中，铝片直径为15.8mm。有多 种常用的厚度，如1mm 和1.5mm。一般都可以使用在模拟电池中。 实验室中推荐使用厚度为1mm 的铝片。铝片可与电池壳配套购买使用。
2.4.裁剪隔膜
隔膜应该可以恰好装入电池壳，要求 整体平整、形如满月、边缘圆滑，恰 好可以和电池壳的内壁紧密贴合。
推荐采用直径为20mm的机械裁片机， 可以轻易获得质量稳定的隔膜圆片。
金属锂模拟电池的制作与性能表征
华南师范大学实验报告学生姓名学号专业年级、班级课程名称电化学实验____________实验项目锂离子模拟电池的制作与测试_实验类型✉验证✉设计✉综合实验时间实验指导老师实验评分 ________________________________一、实验原理锂离子电池是指正负极为Li＋嵌入化合物的二次电池。
正极通常采用锂过渡金属含氧酸化物Lix CoO2，LixNiO2或LixMn2O4，负极采用锂－碳层间化合物LixC6。
电解质为溶有锂盐LiPF6，LiAsF6，LiClO4等的有机溶液。
在充放电过程中，Li＋在两极间往返嵌入和脱出，被形象的称之为“摇椅电池”（Rocking Chair Battery）。
锂离子电池充放电原理和结构如图1所示。
图1 锂离子电池充放电原理示意图下面以尖晶石型Lix Mn2O4为正极材料，金属锂为负极，叙述金属锂模拟电池的充放电过程：(1)正极放电时，正极从外部电子线路获取电子，锂离子嵌入正极，部分Mn4＋被还原为Mn3＋，充电时，正极把电子释放给外部电子线路，锂离子从金属锂负极材料溶出，电极反应为：Lix Mn 2O 4 + yLi + + ye Li x+y Mn 2O 4(2)负极充放电时电极反应为：Li Li + + e锂离子在电解液中，通过微孔薄膜往返迁移，然后沉积到锂电极上。
电子在外部线路中转移而释放或消耗能量。
这种锂电池的充放电过程可以看到，锂离子的化合价态始终保持＋1价，无价态转变，所以这种二次电池叫“锂离子电池”。
二、实验材料仪器1、实验材料：锰酸锂（Li x Mn 2O 4）、铜箔、隔膜、锂片、电解液（1M LiPF 6溶于体积比 EC: DEC:EMC=1:1:1的溶液）、扣式电池壳（CR2032）、电池垫片、电池弹片、纽扣电池座等。
2、实验仪器CorreTest CS350电化学工作站、电子分析天平、台式干燥箱、真空干燥箱等。
三、实验流程与步骤(一)实验流程A 搅拌→B 涂膜→烘烤→C 辊压极片→D 切片→E 切膜→F 封装→G 测试(二)实验流步骤1、正、负极的制备a 、正极的制备按8:1:1的质量比，分别称取1.6054 g 锰酸锂、0.2005g 乙炔黑和0.2001g 粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF ），混合均匀后，加入4 mL 溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP ），在烧杯中充分搅拌20分钟左右并调节好物料的粘度，然后使用加热涂膜机在铝箔的绒面上（集流体）涂成均匀的薄膜，置于80℃烘箱中烘2小时，再在120℃烘箱中烘6~8小时至实干。
模拟电池实验报告
一、实验目的1. 理解模拟电池的原理和组成；2. 掌握模拟电池的制作方法；3. 研究模拟电池的性能及其影响因素；4. 提高动手能力和实验操作技能。
二、实验原理模拟电池是一种通过化学反应将化学能转化为电能的装置。
其基本原理是利用两种不同活泼性的金属和电解质溶液构成原电池，通过氧化还原反应产生电流。
在实验中，我们使用铜、锌和稀硫酸作为原电池的组成材料，通过观察电流、电压等参数的变化，分析模拟电池的性能。
三、实验仪器与材料1. 仪器：电源、电流表、电压表、导线、电极夹、烧杯、试管、量筒、胶头滴管等；2. 材料：铜片、锌片、稀硫酸、蒸馏水、滤纸、剪刀等。
四、实验步骤1. 准备工作：将铜片和锌片分别剪成相同大小的圆形，用滤纸擦拭干净；2. 组装电池：将铜片和锌片分别插入两个烧杯中，加入适量的稀硫酸，确保金属片与溶液充分接触；3. 接线：用导线将电源、电流表、电压表和两个电极夹依次连接起来，形成一个闭合回路；4. 测量：打开电源，观察电流表和电压表的示数，记录数据；5. 改变条件：更换不同浓度的稀硫酸，或者改变金属片的面积，再次测量电流和电压，记录数据；6. 分析：对实验数据进行处理和分析，得出模拟电池的性能和影响因素。
五、实验结果与分析1. 电流与电压的关系：在实验中，随着电压的增加，电流也随之增加。
这是因为电压的增加会导致电极反应速度加快，从而产生更多的电流。
2. 稀硫酸浓度对电流和电压的影响：实验结果表明，随着稀硫酸浓度的增加，电流和电压均有所增加。
这是因为稀硫酸浓度的增加会提高电解质溶液的导电能力，从而增加电流和电压。
3. 金属片面积对电流和电压的影响：实验结果表明，金属片面积的增加会导致电流和电压的增加。
这是因为金属片面积的增加会提供更多的反应表面积，从而加快氧化还原反应的速度。
4. 模拟电池的性能：通过实验，我们得出模拟电池的电动势在1.5V左右，电流在0.1A左右。
这说明模拟电池具有一定的输出功率，可以满足一些小功率电子设备的需求。
锂离子模拟电池组装手册
图 1.1.CR2032 扣式电池的正负极图示，左为正极，右为负极
[键入文字]
北京工业大学材料物理与化学系一般使用 CR2032 型，如图 1.1。该类电池 壳稳定性、密封性良好，适用温度为-20 到 70℃之间。工业上使用其作为商业化 扣式锂电池的外壳。具有价格便宜、组装简易、性能稳定的特点。在锂离子电池 材料的电化学性能表征中，经常以此为外壳组装模拟电池。研究锂离子电池的科 技人员，必须熟练掌握使用此类电池壳组装模拟电池的技术。
1.1.模拟电池的主要组件.................................................... 4 1.2.部件的简单介绍........................................................ 4
1.2.1.扣式电池壳..............................................................................................................4 1.2.2.正极片......................................................................................................................5 1.2.3.隔膜..........................................................................................................................6 1.2.4.负极片......................................................................................................................6 1.2.5.集电器......................................................................................................................7 1.2.6.支撑片......................................................................................................................7 1.2.7.电解液......................................................................................................................8 1.3.部件介绍的总结........................................................ 8 第 2 章 模拟电池部件的制备 .................................................. 9 2.1.制备正极片............................................................ 9 2.1.1.油性体系中制备正极片..........................................................................................9 2.1.2.水性体系中制备正极片........................................................................................10 2.2.裁剪电极片........................................................... 10 2.3.正极材料含量的计算................................................... 11 2.4.裁剪隔膜............................................................. 11 第 3 章 模拟电池的组装 ..................................................... 12 3.1.手套箱内组装电池..................................................... 12 3.2.手套箱内压制电池..................................................... 13 第 4 章 模拟电池的测试 ..................................................... 14 4.1.电池测试系统......................................................... 14 4.2.电池测试的单位与参数................................................. 14 4.2.1.容量性能的单位与参数........................................................................................14 4.2.2.循环性能的单位与参数........................................................................................15 4.2.3.倍率性能的单位与参数........................................................................................15 4.3.测试电池参数的设置................................................... 15
锂离子电池的制备合成及性能测定实验报告
实验二 锂离子电池的制备合成及性能测定一.实验目的1.熟悉锂离子电极材料的制备方法，掌握锂离子电极材料工艺路线；2.掌握锂离子电池组装的基本方法；3.掌握锂离子电极材料相关性能的测定方法及原理；4.熟悉相关性能测试结果的分析。
二.实验原理锂离子电池的结构与工作原理：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的化合物作为正负极构成的二次电池。
人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。
以LiCoO 2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，一般选择相对锂而言电位大于3V 且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO 2、LiNiO 2、LiMn 2O 4、LiFePO 4。
⑵为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO 、SnO 2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x ＋5y)/2)等。
三.实验装置及材料1.实验装置：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.实验材料：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.实验内容及步骤1.样品的制备及准备碳酸盐共沉淀法制备LiNi 1/3Co 1/3Mn 1/3O 2：分别称取摩尔比为1：1：1的醋酸镍(Ni(CH 3COO)2·4H 2O)、醋酸钴 (Co(CH 3COO)2·4H 2O)、醋酸锰 (Mn(CH 3COO)2·4H 2O)，用去离子水溶解，溶液金属离子总浓度为1mol ·L -1。
锂离子电池制作、表征和性能测试综合实验指导书
锂离⼦电池制作、表征和性能测试综合实验指导书锂离⼦电池制作、表征和性能测试综合实验⼀、实验⽬的1、掌握锂离⼦电池正负极电极⽚的制备技术。
2、了解纽扣式锂离⼦电池的装配技术。
3、了解并掌握纽扣式锂离⼦电池的测试表征技术（充放电测试、CV测试及交流阻抗测试等）并会处理分析测试数据。
4、了解锂离⼦电池正极和负极材料种类，掌握区别锂离⼦电池材料的⽅法（例如SEM、XRD、电池充放电特性等）。
5、掌握成品电池的测试⽅法，会分析成品电池的测试数据。
⼆、实验原理锂离⼦电池主要由正极、负极、电解液和隔膜等⼏个部分组成。
⽬前商⽤的锂离⼦电池正极材料主要是磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂和三元材料；负极是碳材料组成，如MCMB，天然⽯墨等；隔膜采⽤具有微细孔的有机⾼分⼦隔膜，如美国Celgard隔膜；电解液由有机溶剂和导电盐组成，有机溶剂采⽤碳酸⼄烯酯、碳酸⼆甲酯等，导电盐采⽤LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4等。
负极的集流体为铜箔，正极的集流体铝箔。
通常使⽤的粘结剂为聚偏氟⼄烯（PVDF）等。
使⽤粘结剂把⽯墨、钛酸锂等负极材料粘附在铜箔上做成薄膜作为负极。
由于正极材料导电性不好，故必须加⼊导电炭⿊材料。
按照⼀定的配⽐，把活性料、炭⿊和PVDF混合均匀，加⼊适量溶剂制成具有⼀定流动性的胶状混合物，在铝箔上均匀涂布，经真空⼲燥后即可作为正极。
正负极都必须采⽤可以使Li+嵌⼊/脱出的活性物质，其结构⽰意图如图1所⽰：图1 ⼆次锂离⼦电池结构⽰意图由于扣式锂离⼦电池(CLIB) 质量轻、体积⼩，更能满⾜现代社会⽤电设备的⼩型化和轻量化的要求，⽬前CLIB 已商品化，主要⽤作⼩型电⼦产品电源，如：电脑主板、MP3 ⼿表、计算器、礼品、钟表、玩具、蓝⽛⽿机、PDA、电⼦匙、IC 卡、⼿摇充电⼿电筒等产品中，寿命可达5~10 年。
另外, CLIB 较圆柱形和⽅形锂离⼦电池成本低，封⼝容易，设备要求简单，因此，近年来很多电池公司、⼤专院校和科研院所的研发部门对开发CLIB 越来越重视。
实验5 锂离子电池装配及表征----实验报告
实验5 锂离子电池装配及表征一．锂离子电池的工作原理锂离子电池是在以金属锂及其合金为负极的锂二次电池基础上发展来的。
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的迁移；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，从而基本上解决了由金属锂带来的安全问题。
在充放电过程中，锂离子在两个电极之间来回的嵌入和脱嵌，被形象地称为“摇椅电池”(Rocking Chair Batteries)，它的工作原理如图 1.1所示。
二．锂离子电池的制备工艺和需要注意的问题1.制备工艺流程配料----和膏-----涂板----干燥-----冲片-----压片-----扣式电池的组装（具体过程见讲义）2.需要注意的问题（思考题第一题）扣式锂离子电池制备工艺的关键是和膏、电极制备、电池装配及封口。
研究发现, 和膏及电极制备工艺对活性物质是否掉粉有重要影响, 而电池的装配和封口工艺则是影响扣式锂离子电池充放电性能的主要因素。
（1）当正极原料配比固定时，对极片质量影响最大的便是搅拌过程，搅拌方法选择不好将会导致极片的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。
搅拌方式有超声波搅拌、磁力搅拌、强力搅拌以及手工研磨。
经研究发现采用强力搅拌和超声波搅拌得到的极片质量最好，而在本实验中我们使用的搅拌效果最差的手工研磨，这很难得到好的结果。
所以在和膏时要注意搅拌方式的选择。
（2）干燥温度和时间选择不适也会导致极片掉粉，干燥的目的是为了除去膏体中大量的溶剂NMP 以及在配膏过程中吸收到的水分，温度和时间都应选择合适。
（3）压片时压力要选择适中，压片的目的主要有两个: 一是为了消除毛刺, 使极片表面光滑、平整, 防止装配电池时毛刺穿透隔膜 引起短路; 二是增强膏和集流体的强度, 减小欧姆电阻。
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在磷酸铁锂测试中，可采用正极材料：炭黑：PVDF=80：10：10，以N-甲 基吡咯烷酮为溶剂调制成均匀浆状。这里的数值比是质量比，也可以选择其他 与此近似的质量比。
混合与制片的步骤：
1．首先将NMP 加入烧杯。若NMP 用量少，可将适量的PVDF 分成多份，一 次加入一份。建议每0.1 克PVDF 对应10 毫升NMP。 最后将正极材料和导电炭黑缓慢加入，二者的加入次序无严格要求。搅拌48 小时得到均匀的黑色浆状物。
实验原理
• 循环伏安法是指在电极上 施加一个线性扫描电压， 以恒定的变化速度扫描， 当达到某设定的终止电位 时，再反向回归至某一设 定的起始电位，循环伏安 法电位与时间的关系为（ 见图a）
图a
• 若电极反应为O＋e R，反应前溶液中只含 有反应粒子O、且O、R 在溶液均可溶，控制扫 描起始电势从比体系标 准平衡电势0 正得多的 平 起始电势i处开始势作 正向电扫描，电流响应 曲线则如图b所示。
二、模拟电池部件的制备
2.1.制备正极片
正极片的制备工艺有油性和水性两个体系，二者各有所长： 油系体系的模拟电池放电容量大，循环性能好； 水性体系的模拟电池的电极内阻值低，倍率性能更好。 研究人员可根据具体的研究内容，确定选用的体系。
2.1.1.油性体系中制备正极片
表 2.1.油性体系的主要材料和主要设备
6.3 锂离子模拟电池组装和测试
钱
斌
2013.06
目 录
一、模拟电池部件的介绍 二、模拟电池部件的制备 三、模拟电池的组装 四、模拟电池的测试
一、模拟电池部件的介绍
模拟电池的主要组件
正极片
隔膜
负极片 锂离子模拟电池
泡沫镍
1.1 正极复合材料
表1.2.正极复合材料的组分
1.3.隔膜
一般采用聚乙烯、聚丙烯的白色隔膜（图左），单层或多层结构的产品皆可。这 类膜上有着无数的纳米级空隙（图右），虽然本身是绝缘材料，不能传导电子，但其 空隙可允许锂离子通过。使用时裁剪成圆形，直径与扣式电池正极壳的内部直径相等， 这样可以避免锂离子从其边缘直接漏过。
2.2.裁剪电极片
推荐方法： 条件较好的实验室可配备机械裁片机，机械裁剪得到的 正极片外形规整，圆如满月。同批次的正极片的质量、半径 等参数稳定，易于进一步求算正极材料质量。 因此，推荐实验室购买机械裁片机。
2.3.正极材料含量的计算
推荐方法： 使用机械制备出的铝箔，批次稳定。直接对空白铝箔 裁片称重，然后将实验中得到正极片质量与该质量取差值， 则得到正极材料的质量。操作简单明晰，易于掌握。
1.6 支撑片
弹簧片示意图 泡沫镍
在其支撑下，电池内部部件的接触紧密平坦，从而导电性良好。弹簧片和泡沫 镍的支撑效果都可以满足模拟电池结构的稳定。二者各有所长，使用弹簧片，可以 省去裁剪泡沫镍的时间和工序；使用泡沫镍，可以省去铝片集电器，使组装电池的 工艺更简单。
1.7 电解液
电解液指电池中传导锂离子的锂盐有机溶液。电解液不能传导电子，但可作锂离子的传 导介质，使锂离子在正负极之间来回转移。 实际工业生产中，不仅有液态电解液，还有胶态和固态的聚合物锂离子传导介质。三者 可统称为锂离子传导电解质。锂盐是锂离子传导的主要作用成分，液态电解液中，一般 以将锂盐溶于两种或多种的液态有机混合溶剂中，浓度一般都为1M。 常用锂盐主要有LiPF6、LiClO4 等。常用的电解液有机溶剂主要有碳酸丙稀酯(PC)、碳酸 乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、甲乙基碳酸酯(MEC)等组成的二元或 者三元的混合溶剂。 磷酸铁锂的电解液可以采用EC：DEC=1：1(体积比)混合作为溶剂，配制浓度为1M 的 LiPF6 溶液。
3.2.手套箱内压制电池
用镊子夹起完成的电池(注意：镊子应夹紧，保证 此时不发生漏液、内部滑 移等现象)。
置入压片机前，采用纸巾擦净电池表面。
讲电池以镊子夹紧，正极朝上置入压片槽。采用 1500N/cm2 的压强压制电池。 压制五秒钟即可松开压片机油阀，取出成品电池。 将电池在室温下贮存12h，以备电池测试。
图 Li2Ru0.5Co0.5O3电极在不同倍率下的循环性能图
4.4 循环伏安
电极可逆性的判断 循环伏安法中电压的扫描过程包括阴极与阳极两个方 向，因此从所得的循环伏安法图的氧化波和还原波的峰高和对称性中可判断 电活性物质在电极表面反应的可逆程度。
若反应是可逆的， 则曲线上下对称， 若反应不可逆，则 曲线上下不对称。
2.4.裁剪隔膜
隔膜应该可以恰好装入电池壳，要求 整体平整、形如满月、边缘圆滑，恰 好可以和电池壳的内壁紧密贴合。 推荐采用直径为20mm的机械裁片机， 可以轻易获得质量稳定的隔膜圆片。 隔膜的其他裁剪方法也有很多种，如 下： 1. 用打孔器制取合适的切片，操作与 极片的打孔切割一致； 2. 采用锋利的刀片比对电池壳的边缘， 手动切割隔膜。
4.2 循环性能的单位与参数
电池的循环性能主要由三个指标衡量： 循环次数、首次放电容量、保留容量。 电池连续重复进行多次的充电-放电的行 为称为循环充放电，电池循环充放电的 次数称为循环次数； 电池的放电容量是指电池在完全充满电 之后，可以放出的电量。电池进行第一 次充电-放电测试时，电池获得的放电容 量称为首次放电容量； 保留容量是指电池完成一定次数的循环 充放电之后，电池依旧保持的的放电容 量； 一般至少循环一百次之后，得到的循环 性能的数据才有说服力。循环次数相同 的情况下，保留容量与首次放电容量的 比值越大，电池的循环性能就越好。
小型液压纽扣电池封装机 BFZ-110
四、模拟电池的测试
4.1.电池测试系统
图 Li2Ru0.5Co0.5O3电极前三次充放电曲线 电池容量是电池的重要性能指标之一，日常说法是能存储多少电量。电池容量 的单位是毫安时每克（英文简称mAh/g），工业上叫做克容量。物理意义是：每克 电池活性材料中所含电量的mAh 数。mAh 具体物理意义为：以1mA 的电流持续稳 定一小时，电路中流过的电量。毫安时是电量的单位之一，相当于3.6 库伦。
2．将浆状物置于铝箔之上，采用刮刀将其均匀涂布成片状，均匀的附着于 铝箔表面。
3．制成的正极材料涂层放于烘箱中， 以60-80℃烘干4-8h。烘干完成后移入 真空干燥箱中，以120-140℃真空干 燥8-12h。
52升真空可编程干燥箱 DZF-6050
4．干燥后铝箔的压片，采用对辊机或 压片机压制。
图 Li2Ru0.5Co0.5O3材料的循 环性能曲线
4.3 倍率性能的单位与参数
电池倍率性能的单位是充电/放电倍率（也有论文称作充电/放电比率），英文 简称为C。无论充电还是放电，倍率性能的衡量指标都是C。测电池倍率性能时， 常常会提到nC 倍率充电/放电。n 是指在一小时内完成充电/放电的次数，其倒 数便是完成一次充电/放电的小时数。例如5C 倍率放电，指一小时循环充电/放 电5 次，或者说完成一次充电/放电需要0.2 小时。n 值越大，充电/放电的倍率 越高。 以磷酸铁锂为例，其理论容量值为170mAh/g，假如电池中含有1mg 磷酸铁锂， 其容量为理论容量。 对此电池做1C 倍率放电的方法：首先设定充电电流和放电电流借为0.17mA， 如果材料的实际充电容量与放电容量皆可达到理论容量值，则一小时就可完成 一次充电或放电。如果设定充电电流为17mA，6 分钟就可完成一次充电，再 设定放电电流为17mA，6 分钟就可以完成一次放电，此时为10C 倍率。 这里介绍一个简单的电流设置换算方法，假设正极片中含有纯磷酸铁锂m 毫克， 进行nC 倍率充放电测试时，充电/放电流都要设置为：0.17×m×n 毫安。
电动轧机MR-03D
2.1.2.水性体系中制备正极片
表 2.2.水性体系的主要材料和主要设备
将正极活性物质粉末、乙炔黑导电剂、聚四氟乙烯乳液粘结剂按质量 比8：1：1的比例混匀，在对辊机上碾压而成厚约0.1mm 的薄膜。 获得平整薄膜后，将其铺于平整的铝箔上。再次在对辊机上碾压，获 得正极材料的对辊压片。烘干以及真空干燥后ห้องสมุดไป่ตู้裁片使用。
1. 2. 3. 4. 5. 6.
其他测试在实验室中不常用，一般用于工业。包括: 电池的低温放电性能 高温放电性能 长时间过充测试 针刺测试 挤压测试 高压充电测试等很多种。
手动冲压机 BK-12
三、模拟电池的组装
模拟电池的组装一般分两大步：手套箱内组装、手套箱内压制。
3.1.手套箱内组装电池
表3.1.手套箱组装电池的必备物品
模拟电池的层堆次序如下两种（由下至上）：
|正极壳|正极片|电解液|隔膜|电解液|锂片|集电器|弹簧片|负极壳|
|正极壳|正极片|电解液|隔膜|电解液|锂片|泡沫镍|负极壳|
实验室中通常都可以采用Celgard2400 或Celgard2500 型号的工业用聚丙烯膜。
1.4负极片
除非研究负极材料，模拟电池中都是采用金属锂片作为负极，电池中采用的 锂片和模拟电池中配套的铝片的直径相同。在CR2032 中便采用直径15.8mm 的锂 片作为负极。
1.5 集电器
圆形铝片，半径比电池壳略小。如在2032 电池中，铝片直径为15.8mm。有多 种常用的厚度，如1mm 和1.5mm。一般都可以使用在模拟电池中。 实验室中推荐使用厚度为1mm 的铝片。铝片可与电池壳配套购买使用。
图b
图1 （a）Li1.40Mn2.0O4薄膜材料不同扫描速率下的CV图
4.5 交流阻抗法 （Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS）
图 2-2 100次循环后Li0.9Cr0.1Mn1.9O4和Li0.9Mn2O4阴极材料Nyquist图[2]
4.6 电池其他性能测试