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真人打牌实验锂离子电池的测试



  实验锂离子电池的测试_化学_自然科学_专业资料。实验 锂离子电池的测试 一. 实验目的 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

  实验 锂离子电池的测试 一. 实验目的 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测试方法 二. 实验原理 可充锂离子电池工作原理:充电时锂从氧化物正极晶格间脱出,锂离子迁移通过有机 电解液,嵌入到碳材料负极中,同时电子补偿电荷从外电路供给到碳负极,保证负极的电 荷平衡;放电时则相反,锂从负极碳材料中脱出回到氧化物正极中。锂离子电池的充放电 反应通常可简单表示为(正向反应为充电过程,逆向反应为放电过程,其中 Me 为过渡金 属,如 Co、Mn、Ni 等): LixMeO2+ 6C →MeO2+LixC6 在充放电过程中,Li+在正负极间嵌入脱出往复运动犹如来回摆动的摇椅,因此这种电 池又被称“Rocking-chair batteries”,即摇椅式电池。锂离子充放电的原理与结构示意图: 图 典型的锂离子电池示意图 下面以尖晶石型 LiMn2O4 为正极材料、富锂层状石墨为负极,叙述锂离子电池充放电过 程: (1) 正极 放电时,正极从外部电路获得电子,锂离子嵌入正极材料,部分 Mn4+被还原为 Mn3+;充电时,正极把电子释放给外部电路,锂离子从正极材料中脱嵌进入电解液, 电极反应为 LixMn2O4 +yLi+ +ye- 噲 垐放 充垎电 电 垐?? Lix+yMn2O4 (2) 负极 放电时,负极石墨层间的锂离子脱嵌进入电解液,电子通过外电路释放,充电时, 负极从外部电路获取电子,锂离子嵌入石墨层间,相应的电极反应为: LizC+ 噲 垐放 充垎电 电垐?? Liz-yC+yLi+ +ye- 对于磷酸钛锂的充放电反应是在 LiTi2(PO4)3 和 Li3Ti2(PO4)3 两相间进行的,充电时 Li+嵌入 LiTi2(PO4)3 中转化为结构相似的 Li3Ti2(PO4)3,放电时 Li+从 Li3Ti2(PO4)3 中脱出形成 LiTi2(PO4)3: 充电反应: LiTi2(PO4)3+2Li+ +2e- 充电Li3Ti2(PO4)3 放电反应: Li3Ti2(PO4)3 放电LiTi2(PO4)3+2Li+ +2e- 锂离子插入和脱出磷酸钛锂结构的过程中,电压维持在。 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。电子通过外电路转 移释放或者消耗能量。从锂离子电池的充放电过程,可以看到锂的化合态始终为+1 价,无 0 价(金属锂)转变,所以这种二次电池称为“锂离子电池”。 电解质体系 1) 非水电解质:非水锂离子电池的电压在 3 V 以上,金属锂非常活泼,需要使用有机 电解液体系。通常在有机溶剂中溶解含有锂离子的电解质。例如溶解有 1 mol/L LiPF4 的 EC+DMC(体积比 1:1)有机电解质溶液。 2) 水相电解质:与水可发生剧烈反应,传统的水溶液体系不能适应锂电池, 隔膜:电池中隔膜的主要作用是离子的导体,并且将电池的正负极隔离以防止电池短 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膜,例如 Celgard2325 型 隔膜。水相锂离子电池体系通常采用亲水性多孔的隔膜,可以是聚合物多孔膜或无机 纤维膜等。 图 锂离子电池示意图:a) 柱状电池,b) 纽扣电池, c) 方形电池, d)薄层电池。 (Tarascon . & Armand M. Nature 2001, 414, 359) 三. 仪器设备 新威八通道电池充放电测试仪、干燥箱、扣式电池封口机、电子天平、粉末压片机、 切片机、玛瑙研钵、干燥器等 四. 实验原料 高压氩气(瓶)、1mol/L Li2SO4 电解液、Celgard 陶瓷隔膜,石英棉、LiMn2O4 正极电 极片,电池壳(CR2016)、电极片(正极、负极) 五. 实验步骤 1. 称重:将实验中称重电极片,并计算所涂实际正极活性物质量(80%)。 2. 配置电解液 1 M Li2SO4(或 LiNO3)溶液。 3. 冲制玻璃纤维隔膜片,在切片机上切出直径为 16 mm 的纤维片; 4. 冲制 LiMn2O4 电极片,在切片机上冲出直径为 16 mm 的电极片;并计算电极片的 活性物质的质量 5. 组装电池:取正极壳口(正极壳一般较大,切朝外一面上面有+号)朝上,放入正 极电极片,保证活性物质的面向上(一般黑色面为电极面);然后放入玻璃纤维隔 膜片 1 片;滴加数滴电解质溶液保证能够润湿电极片和隔膜;然后将负极电极片 放入(保证活性物质面向下);(根据电池壳的尺寸决定是否放入垫片和弹簧 片);盖上负极壳。 6. 封口:用塑料镊子将电池壳小心放到封口机上,保证电池的正极壳在下面、负极壳 朝上(负极一般上面为粗糙一面);调整至中心;关上封口机的油压阀门;反复压 下手柄直至压力到 5 Mp 以上,将电池壳封住。 7. 取下电池,用纸巾将溢出的电解质擦干净; 8. 用万用表测试电池的开路电压(可能有偏差,但不应等于零)、测试电池的电阻 (不应等于零)。经过老化处理数小时。 9. 将密封好的电池连接到新威电池测试系统上,在室温下及 V 间测试电池性能。预 先编好充放电程序,输入活性物质量。 例如充电:设定电流如 50 mA/g,充电结束电压为 V 放电:设定电流如 50 mA/g,放电结束电压为 V 循环次数:50 圈 六. 注意事项 1. 电池组装、测试过程中不能短路 2. 不可用手直接触摸电极片 七. 实验报告要求 1. 画出样品电压-比容量变化曲线. 画出比容量-循环次数、库伦效率-循环次数曲线. 以上述数据分析锂离子电池的性能 八. 思考题 1. 实验过程中检测电池的性能时,测试电压范围为什么限制在一定区间,不能超过太 多(可以从水的分解电位角度考虑) 2. 对锂电池电极材料制备、表征和电池组装测试有什么建议