实验 锂离子电池的测试

1、实验1.5锂离子电池的测试1 .实验目的1 .了解可充放电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、电极的制造工艺及纽扣锂离子电池的组装4 .掌握锂离子电池电性能的试验方法2 .实验原理可充放电锂离子电池的工作原理：充电时锂从氧化物正极晶格间脱离，锂离子通过有机电解液向碳材料的负极移动，同时电子补偿电荷从外部电路向碳负极供给，在保证负极的电荷平衡的放电时，相反，锂从负极的碳材料脱离，变为氧化物正极。 锂离子电池的充放电反应一般可以简单表示(正向反应是充电过程，反向反应是放电过程，其中Me是Co、Mn、Ni等过渡金属):从lix MEO26 c到MEO

2、2lixc 6在充放电过程中，由于Li正负极之间嵌入了脱离往复运动像前后摇摆的摇椅一样，所以这种电池也被称为摇椅式电池。 锂离子充放电的原理和结构图：图1.5.1典型锂离子电池的示意图以下，将尖晶石型LiMn2O4作为正极材料，将富锂层状石墨作为负极，叙述锂离子电池充放电过程(1)正极在放电时，正极从外部电路得到电子，锂离子被正极材料吸藏，在Mn4一部分还原为Mn3的充电时，正极向外部电路放出电子，锂离子从正极材料向电解液放出，电极反应(2)负极放电时，负极石墨层间的锂离子放出到电解液中，电子通过外部电路放出，充电时，负极从外部电路取出电子，锂离子被石墨层间吸收，相应的电极反应如下。对磷酸钛锂

3、的充放电反应在LiTi2(PO4)3和Li3Ti2(PO4)3两相间进行，充电时Li被嵌入LiTi2(PO4)3中，变换为结构相似的Li3Ti2(PO4)3，放电时Li从li3ti2开始充电反应：放电反应：在锂离子插入和释放磷酸钛锂结构的过程中，电压维持在2.5V。锂离子在电解液中通过微细孔薄膜往复移动，然后被电极吸藏。 电子通过外部电路的迁移而发射或消耗能量。 从锂离子电池的充放电过程可以看出，锂的化合状态始终为1价，0价(金属锂)没有变化，因此将该二次电池称为“锂离子电池”。电解质系统1 )非水电解质：非水锂离子电池的电压在3 V以上，金属锂非常活跃，需要有机电解液体系。 通常，含有锂离子

4、的电解质溶解于有机溶剂中。 例如，溶解有1mol/l的lipf4的EC DMC (体积比11 )有机电解质溶液。2 )水相电解质：与水发生激烈反应，以往的水溶液体系无法对应锂电池隔膜：电池中隔膜的主要作用是离子导体，隔离电池的正负极以防止电池短路。 非水有机锂离子电池一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔质膜，例如Celgard2325型隔膜。 水相锂离子电池系统通常使用亲水性的多孔质隔膜，也可以是聚合物多孔质膜或无机纤维膜等。图1.5.2 .锂离子电池模式图： a )柱状电池，b )纽扣电池，c )方形电池，d )薄层电池。 (tarasconj.m.armandm.nature2001、414、

5、359 )3 .仪器设备新威八通道电池充放电试验机、干燥箱、土钉电池密封器、电子天平、粉末压制机、切片机、玛瑙乳钵、干燥机等4 .实验原料高压氩气(瓶)、1mol/L Li2SO4电解液、Celgard陶瓷隔板、石英棉、LiMn2O4正极电极片、电池壳(CR2016 )、电极片(正极、负极)5 .实验程序1 .称量：在实验1.3中称量电极片，算出涂布的实际正极活性物质的质量(80% )。2 .配置电解液1 M Li2SO4(或LiNO3)溶液。3 .在切片机上切出直径16 mm的纤维片，冲裁出玻璃纤维隔离片冲裁LiMn2O4电极片，在切片机上冲裁直径16 mm的电极片，修正电极片的活性物质的质

6、量5 .组电池：正极罐口(正极罐一般较大，表面有编号)朝上，放入正极电极片，活性物质面朝上(一般黑色面为电极面)； 然后，滴下几滴加入了一张玻璃纤维隔离片的电解质溶液，使电极片和隔离片能够润湿，然后加入负极电极片(保证活性物质面朝下)； (电池外壳的尺寸决定是否放入垫片和弹簧片。盖上负极罐。6 .封口：用塑料镊子将电池壳小心地放在封口机上，确保电池的正极壳在下面，负极壳向上(负极的一般上面是粗糙的)。 关闭调整至中心的密封器的液压阀，反复按下手柄，直至压力达到5 Mp以上，密封电池壳体。7 .取下电池，擦去用纸巾溢出的电解质8 .用测试器测试电池的开路电压(可能有偏差，但不要等于零)，测试电池的电阻(不要等于零)。 经过数小时的老化处理。9 .将密封电池与新威电池测试系统连接，在室温及0.5-1.8 V之间测试电池性能。 事先制作充放电程序，输入活性物质的质量。例如充电：设定电流例如50 mA/g，充电结束电压为1.8 V放电：设定电流为50 mA/g，放电结束电压为0.5 V循环次数： 50转6 .注意事项1 .电池组装、测试过程中不能短路2 .不能用手直接接触电极片7 .实验报告要求1 .描绘样品电压-比容量变化曲线2 .描绘比容量-循环数、库仑效率-循环数曲线3 .根据上述数据分