实验锂离子电池电极制备.doc

_实验1.3 锂离子电池电极制备一. 实验目的1. 了解锂离子电池电极的构成2. 了解锂离子电池电极的充放电机理3. 掌握锂离子电池电极制备的关键技术二. 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。正极通常采用过渡金属氧化物LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4或LiFePO4等高氧化还原电势的材料，负极采用石墨、碳、或者Li4Ti5O12、LiTi2(PO4)3等氧化还原电势较低的材料。电解质为可分为有机电解质和水相电解质两类，有机电解质以LiPF6、LiAsF6或LiClO4等锂盐，混合碳酸酯作为溶剂；水相以硫酸锂、硝酸锂、LiOH溶液作为电解质。充放电过程中，Li+在正负极之间往返嵌入或脱出，被形象地称为“摇椅式”（rock chair）电池。实际上，电化学活性材料通常因为导电性差，需要添加石墨导电剂，与其混合，并以聚合物分子作为粘合剂，将活性物质、导电剂均匀混合涂布成薄膜，作为锂离子电池的电极片。以西门子的电池电极片制备工序为例，介绍电极片的制备流程。混料涂布压片干燥切片图1.4.1 西门子锂离子电池电极制备工艺示意图1. 混料将负极材料（碳为主）与导电剂和粘结剂，加极性溶剂经混料机混合成均一的浆料。目标最大可能分散，注意无活性物质溶解或结构破坏。正极材料以过渡金属锂氧化物为活性物质。2. 涂布正极：铝箔；负极：铜箔。涂布厚度达到150300微米，注意厚度偏差1-2微米以内。3. 压片在干燥流水线上逐步升温至150干燥除去溶剂，减少压片过程中产生的气泡，避免极片产生裂缝。4. 干燥可在真空干燥箱中进一步干燥除去极片中的水分，达到水分低于0.5%.5. 切片通过高精度切割技术，有时采用激光切割达到高精度尺寸；避免产生毛刺、碎屑。图1.4.2 电极片制备流程图三. 仪器设备鼓风干燥箱、真空干燥箱、超声清洗机、电子天平、剪刀、红外灯四. 实验原料电极材料LiTi2(PO4)3、导电剂super P, 粘结剂聚偏氟乙烯PVDF, 溶剂NMP, 不锈钢片，玛瑙研钵五. 实验步骤 以得到高导电性的电极片为目的。1. 准备集流片：剪取约33 cm2的不锈钢片，依次在去离子水和乙醇中超声波清洗10 min，取出5060 干燥10分钟，并测量质量待用。2. 按质量比80:10:10计算电极活性材料、导电碳黑以及PVDF的质量；3. 称量电极材料进行研磨20分钟；称量导电炭黑、PVDF加到上述电极材料中，继续研磨30分钟混合；4. 并加少量NMP溶剂作为分散剂，在玛瑙研钵中研磨20分钟调匀，得到黑色墨汁状混合物。5. 然后在不锈钢片上成膜，6. 将60度下干燥的电极膜在烘箱箱中控温125 ，干燥24小时，六. 注意事项1 电极片须烘干，不含有机溶剂、水分含量足够低。2 电极浆料要求能够涂布均匀、平整。七. 实验报告要求1. 实验目的、原理、步骤2. 得到电极片上的活性物质的量：（1）需计算出电极片单位面积上的包含粘合剂、导电剂和LiTi2(PO4)3的总质量，（2）每片电极片上活性物质LiTi2(PO4)3的净质量。3. 预估理论容量计算方法：计算出LiTi2(PO4)3的理论充放电容量（每个分子有2电子可转移，容量以mAh/g表示）。八. 思考题1 浆料混合、制备电极