如何组装电池

厦门大学理学硕士学位论文 锂离子电池正极材料磷酸铁锂的合成及性能研究 王思敏 2008.07

第二章 实验仪器和方法

2.1 本文中使用的实验试剂（董全峰）

FeC2O4•2H2O（98%）Aldrich 北京舒韦伯化工仪器有限责任公司

(NH4)2HPO4（98%）Alfa Aesar 北京舒韦伯化工仪器有限责任公司

CH3CHOOLi•2H2O（AR）上海恒信化学试剂有限公司

FePO4•4H2O (CP) 国药集团化学试剂有限公司

CTAB（AR）国药集团化学试剂有限公司

FeSO4•7H2O（AR）国药集团化学试剂有限公司

H3PO4（AR）国药集团化学试剂有限公司

LiOH•H2O（AR）上海恒信化学试剂有限公司

PEG400 (CP) 国药集团化学试剂有限公司

PEG20000 北京拜尔迪生物公司

无水乙醇（AR）国药集团化学试剂有限公司

导电剂：乙炔黑河南省焦作市鑫达化工有限公司

黏合剂：PVDF（761）厦门宝龙工业有限公司提供

溶剂：N－甲基－吡咯烷酮（NMP）（AR）厦门宝龙工业有限公司提供

电解液：1mol/L LiPF6/EC+DMC+EMC(1:1:1) 张家港国泰华荣化工新材料有限公司隔膜：celegard 2400 厦门宝龙工业有限公司提供

集流体：30μm 铝箔厦门宝龙工业有限公司提供

实验中所用到的主要化学试剂如下：（杨勇）

正硅酸乙酯 [SiO(C2H5O)4]，AR，中国医药集团上海化学试剂公司；

偏硅酸锂 (Li2SiO3)，99.5%，美国Alfa Aesar公司；

乙酸钴 [Co(Ac)2·4H2O],AR，中国医药集团上海化学试剂公司；

碳酸钴 (CoCO3), CP，中国医药集团上海化学试剂公司；

乙酸锰 [Mn(Ac)2·4H2O], AR，中国医药集团上海化学试剂公司；

乙酸锂 [Li(Ac)2·2H2O], AR，中国医药集团上海化学试剂公司；

氢氧化锂 (LiOH·H2O), AR，中国医药集团上海化学试剂公司；

乙酸亚铁 [Fe(Ac)2], Fe含量29.5％，美国Alfa Aesar公司；

草酸亚铁（FeC2O4·2H2O），自制；

无水乙醇 (ethanol)，AR，中国医药集团上海化学试剂公司；

电解液（LB-201），电池级，张家港市国泰华荣化工新材料有限公司；

双草酸硼酸锂 (LiB(C2O4)2, LiBOB)，电池级，上海杉杉科技有效公司；

环丁砜 (C4H8O2S)，99％，美国Alfa Aesar公司；

丙酮（Acetone），分析纯，中国医药集团上海化学试剂公司；

锂片（lithium，Li），直径1.5cm，厚度0.2cm，北京有色金属研究总院生产；

四氟硼酸亚硝鎓 (NO2BF4)，≥ 95%，美国Aldrich公司；

乙腈（CH3CN），液相色谱纯，中国医药集团上海化学试剂公司；

3.扣式电池的组装：

3.1 电极的制备

（1）、原材料预处理

实验前，正极材料LiFePO4、乙炔黑以及黏合剂均在120°C 下真空干燥12小时，去除材料中的水分。实验用扣式电池的上、下盖用丙酮清洗后在80°C 下真空干燥4 小时，随后放入手套箱中保存（手套箱中O2、H20 的含量都在1ppm以内）。

（2）、集流体、隔膜处理

在冲床中利用模具将集流体和隔膜制成直径为1.57 cm 和2 cm 的圆。隔膜经过丙酮清洗后，在60°C 下真空干燥2 小时后放入手套箱中保存。Al 箔集流体先用氧化铝耐水砂纸进行表面粗糙化，然后在0.1M 草酸钠溶液中浸泡，除去表面氧化物，再用蒸馏水清洗，最后，在丙酮溶液和乙醇溶液中进行超声清洗去除表面的油脂，在80°C 下真空干燥4 小时备用。

（3）、浆料制备

将称量好的PVDF 黏合剂与溶剂NMP 按质量比1：20 混合后用磁力搅拌机搅拌制成黏合剂溶液。将实验材料、导电剂和PVDF 按质量比75：15：10 混合后放入玛瑙球磨罐中，补充适当NMP，放入玛瑙磨球，在球磨机上球磨，获得实验用浆料。球磨机为南京大学仪器厂生产的QM-ISP（2L）行星式球磨机。

（4）、极片制备

将制备好的浆料均匀地涂覆在处理过的集流体上，集流体在涂覆前先测量重量。然后将极片放入80°C 的真空烘箱中干燥12 小时，测量涂覆后的重量，移入手套箱。

3.2 扣式电池的组装

在手套箱中按图2.3[2],自下往上顺序，先把研究电极放在2025 扣子下盖的中央，使之能更好地与锂片相对；然后放入一层Celgard2400 隔膜，加入适量的LiPF6/EC+DMC+EMC(1:1:1)的电解液，再把锂片置于中央，正好与研究电极相对，盖好上盖，把装好的电池快速移出手套箱，并用封口机封口密封。纽扣电池型号CR 2025。

厦门大学博士论文 贺慧 2007 08

2. 电化学性能测试

2.1 电极的制备

电极制备工艺主要包括制浆和涂膜两个过程。具体操作步骤如下：

（1）按比例获取各电极组分材料。按85:10:50:100的比例分别称取正极活性材料、导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF和溶剂NMP的重量，其中PVDF预先用NMP溶解成1:10的溶液；

（2）球磨混合制浆。将(1)中经过秤重的各种材料一起倒入球磨罐中，采用南京大学仪器厂生产的QM-ISP行星式球磨机，以500转/分钟的速度，用球磨混合3小时，制成具有一定粘度的浆液；

（3）准备集流极。剪取直径为1.5cm的小圆铝片（扣式电池使用）或1.0×4.0cm长方形铝片（模拟电池使用），先用320#砂纸粗糙化，依次在0.1MNaOH，0.1MH2C2O4中超声波清洗10min，然后取出干燥，称重待用；

（4）涂膜。用小玻棒或手术刀将(2)中制备的浆液涂覆在处理后的铝片上，涂覆量约为5-10mg，膜面尽量平整，纹理尽量一致；

（5）干燥电极片。涂膜后的电极片在红外灯下预干燥后，进鼓风干燥箱在120℃下干燥30min，干燥温度不宜太高，时间不宜太长，以免膜龟裂；

（6）压片。趁热将电极片夹在两片光滑的工具钢垫片之间，在油压机上用16MPa压力压片成型；

（7）烘干。将压片后的电极片在鼓风干燥箱120℃下干燥30min后，趁热称重待用；

（8）组装电池。将电极片送入手套箱中，将其组装电池。有关电池组装的方法与步骤将在下面进一步详细介绍。

2.2 电池的组装

电池的组装在充满Ar气的除氧除水手套箱(MBRAUN, LabMater100，Germany)中进行，通常手套箱中的水份控制在4 ppm以下。扣式电池组装过程如下：

（1）将称重后的正极电极片、电池壳、隔膜、密封膜等送入手套箱中；

（2）以自制的电极圆片为正极，相应大小的锂圆片(北京有色金属研究总院生产)为负极，Celgard2300为隔膜，1 M LiPF6 + EC/DMC (1:1)(德国Merck公司生产)为电解液。将正极片、电解液、隔膜、负极片依次加入电池底壳中，电解液的量以能使电极片和隔膜完全润湿为准；（3）盖上电池上壳，擦干电池外壳残余的电解液，用密封膜包裹处理；

（4）把电池移出手套箱，立即用电动冲压机将电池加压密封；

（5）剥去电池外面的密封膜，清除电池表面污染后，静置6小时待用。

2.3 三电极模拟电池采用密封玻璃电解池（如图2-3），组装过程如下

1. 将制备好的细条状电极片、清洗干燥后的玻璃电解池以及镊子等工具送入手套箱中；

2. 用手术刀刮掉锂圆片表面氧化物，用两片光亮的工具钢垫片将锂圆片加压成锂薄片，并用剪刀将其剪成细条状锂片；

3. 以自制电极片为研究电极，两片锂片分别为辅助电极和参比电极，1 MLiPF6 +

EC/DMC (1:1)为电解液。用镊子将电极片安置于夹子上，加入电解液；

4. 用真空油和石蜡封住电解池的开口处，以防止空气中的水分进入，然后移出手套箱，待用。