实验二 锂离子电池的制备合成及性能测定
一.实验目的
乳酸环丙沙星氯化钠
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licoo2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licoo2、linio2、limn2o4、lifepo4。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、sno2、锡复合氧化物snbxpyoz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。
电阻加热炉>硼硅酸盐玻璃
三.实验装置及材料
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； 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
样品的制备及准备
碳酸盐共沉淀法制备lini1/3co1/3mn1/3o2：分别称取摩尔比为1：1：1的醋酸镍(ni(ch3coo)2·4h2o)、醋酸钴 (co(ch3coo)2·4h2o)、醋酸锰 (mn(ch3coo)2·4h2o)，用去离子水溶解，溶液金属离子总浓度为1mol·l-1。快速搅拌的同时逐滴加入na2co3溶液，用nh3·h2o控制反应的ph值在8～12之间，温度恒定在40～80℃之间，生成有着均匀阳离子分布的三元混合碳酸盐ni1/3co1/3mn1/3co3，反应完成后继续陈化18h。将所得碳酸盐沉淀过滤，并用去离子水多次洗涤，以彻底除去所残留的锂盐、钠盐。然后将沉淀物置于鼓风烘箱中85℃干燥12h。干燥后按化学计量比1:1.05与 lioh·h2o在研钵中彻底混合，将沉淀物干燥后置于电阻炉中，在空气氛围下于600℃-900℃烧结。
组装模拟电池
按80:10:10（wt%）称取所制备的活性物质lini0.4co0.2mn0.4o2、乙炔黑、粘接剂pvdf，将前两者充分混合后加入到溶解了pvdf的nmp中，充分混合调至糊状后将其均匀地涂布在铝箔上，然后于真空干燥箱中120℃干燥4h后取出，裁成直径为1.2cm的圆片。以金属锂片为负极，celgard2400微孔聚丙烯膜为隔膜，以1mol/l lipf6/ec+dmc+emc (1:1:1体积
打棉机
比)为电解液，在充满氩气的手套箱中组装成cr2025型扣式电池，然后静置一段时间即可测试。
3.循环性能的测定
(1)连接模拟电池与测试装置：循环伏安法测试采用三电极实验电池体系进行，三电极实验电池体系依次放入锂对电极、锂参比电极、膈膜及制备好的正极，加入电解液，再组装成三电极实验电池；测试仪器采用上海辰华仪器公司的chi660a电化学工作站； （2）置试验参数：
锂离子电池：以0.1c恒流充电至4.5， 1c恒流放电，终止电压为3.0v的放电制度开始试验；
（3）验结果保存及处理。
四.实验测定结果及分析
循环性能的测定
(1)锂离子电极材料的循环伏安曲线图（a）
图（b）
(2)测定结果分析
图（a）、图（b）是lini1/3co1/3mn1/3o2作为锂离子电池电极材料的循环伏安图，
扫描电压范围是1.0v~5.0v，首次扫描的主要阴极峰出现在3.9v，所对应的是第一个锂的嵌入过程，但是这个峰在后来的一周扫描过程中消失了，表明这个过程是不可逆的，说明锂的嵌入反应机理发生了明显的改变。第二周之后的循环伏安图与第二周基本相似，说明随后的反应可逆性好。2.交流阻抗的测定
(1)锂离子电极材料的交流阻抗图
1号电池的交流阻抗曲线
5号电池的交流阻抗曲线图
虚拟主持人 (2)测定结果分析由上面1号电池的交流阻抗曲线可以得出：前面的圆是表示电化学极化。它的半径比5号电池大，说明它的电荷迁移电阻较大。中间拐角是表征着混合控制，后面的斜线是表征着浓差极化，它的斜率比5号电池大，值大于1，说明它的扩散电阻大。电池性能比5号电池差。
由上面5号电池可以得出：前面的圆是表示电化学极化。它的半径比1号电池小，说明它的电荷迁移电阻较小。中间拐角是表征着混合控制，后面的斜线是表征着浓差极化，它的斜率接近1，说明它的扩散电阻比1号电池小，电池性能比较好。
3.比较说明工艺条件对电极材料循环性能的影响
①温度的影响。要选择适当的温度，过高或过低都会对它的循环性能有所影响。
②电解液组成的影响。若电解液分解了将降低它的性能。
③溶液ph值的影响。一般我们控制在10左右。
④抽滤的操作。多次用清水洗，去除其他杂质，以保证正极材料的质量。
⑤电极结构与电极材料的影响。若正极活性物质结构发生严重变化时，将降低电极材料的循环性能。
⑥粉体晶粒大小的影响。若粉体表面被研磨的不是很光滑细腻，则它的比表面积降低，因而影响它的循环性能。篇二：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
mide-008 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）
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。压力过大时, 极片易发生卷曲情况, 不利于电池装配, 甚至有可能把膏粘在磨具上,引起极片起皮;压力过小又起不到压片的作用; 压力适中时就可得 到柔软性、附着力都较好的极片。
（4）经研究发现电池的充放电性能与电池装配和封口工艺有很大的关系，所以在电池装配过程中一定要做到稳中求快，避免出现短路现象。封口时一定要观察电池是否放平。
三．电池性能测试结果分析
比较两次交流阻抗结果及分析原因
z/ohm
z/ohm
z/ohm
z/ohm
用zview软件拟合得到曲线以及拟合曲线的等效电路模型 模型中：rs为欧姆电阻
l主要由外部连接线路、负载及测量仪器等产生
cpe为常相位角元件
r1和r2分别为高频弧电阻（界面电阻）以及低频弧电阻（扩散电阻和活化电阻） 可以看出拟合可信度很高，拟合模型准确。
z/ohm
z/ohm
z/ohm
z/ohm
（右图为作图放大后效果）
高频区圆弧反应了表面接触膜阻抗，中频区圆弧反映了界面处电荷转移阻抗，而低频区圆弧则反应了锂离子在正极材料中的迁移。
