实验报告二(纽扣金属锂模拟电池的制作与性能表征)12550701021钟如达..doc

实验报告 实验二: 纽扣金属锂电池(模拟)的制作与性能表征 班级： 12应化A班 学号：12550701021 姓名：钟如达 一、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。正极通常采用锂过渡金属含氧酸化物LixCoO2，LixNiO2或LixMn2O4，负极采用锂－碳层间化合物LixC6。电解质为溶有锂盐LiPF6，LiAsF6，LiClO4等的有机溶液。在充放电过程中，Li＋在两极间往返嵌入和脱出，被形象的称之为“摇椅电池”（Rocking Chair Battery）。 锂离子电池充放电原理和结构如图1所示。 图1 锂离子电池充放电原理示意图 下面以尖晶石型LixMn2O4为正极材料，金属锂为负极，叙述金属锂模拟电池的充放电过程： (1)正极 放电时，正极从外部电子线路获取电子，锂离子嵌入正极，部分Mn4＋被还原为Mn3＋，充电时，正极把电子释放给外部电子线路，锂离子从金属锂负极材料溶出，电极反应为： (2)负极 充放电时电极反应为： 锂离子在电解液中，通过微孔薄膜往返迁移，然后沉积到锂电极上。电子在外部线路中转移而释放或消耗能量。这种锂电池的充放电过程可以看到，锂离子的化合价态始终保持＋1价，无价态转变，所以这种二次电池叫“锂离子电池”。 二、实验材料仪器 1、实验材料： 锰酸锂LixMn2O4）、铜箔、隔膜（Celgard2400）、锂片电解液1M LiPF6溶于体积比 EC: DEC: EMC=1:1:1的溶液）、扣式电池壳（CR2032）、电池垫片、电池弹片、纽扣电池座等。 2、实验仪器 CorreTest CS350电化学工作站、电子分析天平、JK-TMJ-200台式加热涂膜机（附带小型真空泵）、台式干燥箱、真空干燥箱、JK-GYJ-100B实验型电动辊压机、JK-CPJ-01扣式电池切片机、JK-CMJ-02扣式电池冲模机、手套箱+JK-YYFKJ-20纽扣电池液压封口机（附带高纯氮气气源）剪刀4把、美工裁纸刀4把、带密封盖广口玻璃瓶（200 mL，用于储藏金属锂片）6个、塑料试剂瓶（50 mL，用于装电解液和临时储藏金属锂片）6个、1 mL注射器0支、弯型尖觜镊子10把、直型镊子10把、卷纸打、宽型透明胶4卷、等正极的制备 按7:2:1的质量比酸锂导电剂碳黑粘结剂聚偏二氟乙烯（PVDF）混合均匀后，加入溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），在中充分，然后用加热涂膜机在铝箔上集流体涂成均匀的薄膜μm左右），置于60℃烘箱中烘℃烘箱。将烘干的电极滚压，使活性物质与集流体紧密结合。电池切片机将压好的电极裁成Φ1mm的圆片后，储存备用。 图2 正极制备流程图 b、负极 负极极片是厚度为2.50 mm直径为15 mm的锂金属薄片；电解液为LB-315（1M LiPF6溶于体积比 EC: DEC: EMC=1:1:1的溶液）；隔膜将成直径为Φmm的圆片隔膜极负极充满纯的手套箱内实验模拟电池装配过程在充满氩气的手套箱中进行，手套箱中氧含量、水含量均须低于10 ppm。干燥的电极移入手套箱后，将LiMn2O4正极、隔膜、电解液Li负极按顺序装入实验模拟电池的模具中（），然后电池，而且保证装好的电池密闭。 图3 实验模拟电池的示意图实验模拟电池开路电位恒电位极化恒电位阶越线性扫描伏安法循环伏安法交流阻抗充放电1．开路电位（Open Circuit Potential Voc） 图5. 开路电位（E-t） 图5. 开路电位（I-t） 2．恒电位极化（Constant Potential Polarization） 图6.恒电位极化 3．恒电位阶越（Constant Potential Step） 图7.恒电位阶跃（E-t） 图7.恒电位阶跃（I-t） 4．线性扫描伏安法（Linear Scan Voltammetry LSV） 图8.线性扫描伏安（E-t） 图8.线性扫描伏安（I-t） 5．循环伏安法（Cyclic Voltammetry CV） 图9.线性循环伏安 6．交流阻抗（Electronic Impedance Spectrometry EIS） 图10. Nyquist 图11. Bode 图12.等效电路 五、问题与思考 1.锂离子电池的化学原理 锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、