锂电池实验概要.docxVIP

新能源综合报告 实验题目：锂离子电池实验报告 学 院：物理与能源学院 专 业：新能源科学与工程 学 号：1350320 汇 报 人： 指导老师：林应斌 一、预习部分（课前完成） 〔目的〕： 1. 了解锂离子电池的组成及实验原理； 2. 了解并掌握锂离子电池的生产工艺； 分析。 〔仪器〕：(名称、规格或型号) 1. 高速搅拌机、涂布机、锂分切机、DYG103-1型冲床封口机、SWM—2000微电脑高频逆变点焊机、手套箱、DY-DH300HP激光焊接机、半自动圆柱卷板机、UM—40超声波金属焊接机 试剂:LNMCO（镍钴锰酸锂）、PVDF（聚偏氟乙烯）、SP、NMP(氮甲基吡咯烷酮)、C(碳）、CMC（羧甲基纤维素钠)、SBR、 二、实验原理 锂离子电池主要由正负极、隔膜、电解液组成。目前应用于锂离子二次电池的正极材料主要是嵌锂的过渡金属氧化物，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等。另外还有聚阴离子铁系正极材料LiFePO4及 Li2FeSiO4。这些材料在空气中稳定，氧化还原电势较高。而负极材料主要是选择电势较低，尽可能接近金属锂电势的可嵌锂材料，最典型的是石墨，另外还有近年来陆续报道的硅、锡基材料、合金和金属氧化物材料(Ti、Co、Fe、Mn等的氧化物)。电解液一般是溶解了锂盐 (LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiSO3CF3)的无水有机溶液。常用的有机溶液有碳酸丙稀酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸二乙酯 (DEC)等按一定比列混合的有机溶剂。电池中的隔膜一般为多孔性的聚烯烃树脂，常用的隔膜有单层或多层的聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)微孔膜，如Celgard公司生产的Celgard2300隔膜为PP/PE/PP三层微孔隔膜。 以目前较为成熟的锂电池为列，正极材料为层状LiMO2，负极为层状石墨，其工作原理如图1-1所示，在外电场的作用下，充电时锂离子从正极材料的晶格中脱出，进入电解质溶液后透过隔膜到达负极材料表面，并脱去溶剂分子，最后嵌入到负极材料的晶格中，此时正极处于贫锂态；在放电时，过程则相反，锂离子从负极材料晶格中脱出，最后嵌入到正极材料的晶格中，此时正极处于富锂态。为保持电荷的平衡，充、放电过程中还有相同数量的电子经外电路传递，与Li+一起在正负极间迁移，使正负极发生氧化还原反应，保持一定的电位。在充放电过程中电极和电池的电化学反应方程式可表示为： 正极反应： LiMO2 Li1-δMO2 + δLi+ + δe- (1-1) 负极反应： Cn + δLi+ + δe- LiδCn (1-2) 电池反应：LiMO2 + Cn Li1-δMO2 + LiδCn (1-3) 同时，我们也可以看出在整个的充放电过程中，锂离子往返于正负极之间，锂离子总是从浓度高的电极往浓度低的电极迁移，因而这种电化学体系也可被描述为浓差电池。 三、实验步骤（设计容量2200mA) 1、配料 使用仪器 调节步骤： 在使用仪器前，应用酒精将锅内擦干净，然后将称量好的配料放置入锅内，配料放置完成按桶升键将桶升到与仪器上端闭合，将桶两端的桶扣扣上，将搅拌开关以及分散开关旋转至开处，先按自转盘（左边）上得键及d键，调节自转速度，按公转盘（右边）上得f键和h键，调节公转至相应速度。而配料应该先干燥后使用。 中途加料时应先将搅拌开关及分散开关转转至关处，然后解开桶两端的桶扣，最后按桶降键使得桶下降。 注意： 加料时，若搅拌臂有干粉，应及时刮下 抽真空顺序为：关闭电池阀和真空阀--开真空阀———缓慢 打开真空阀———待抽气结束后在即关闭真空阀 （注意：除了分条机，其他仪器在使用前都应接空压机） 正极（3kg*2)分三步搅拌： ①、 PVDF(39g)溶于NMP(520.1g)中， 先慢速 （ 自转 15,公转 15),搅拌0.5h 后高速 （ 自转 30,公转 30),搅拌 1.5h ②、加入 SP( 58.5g) 先慢速 （ 自转 15,公转 15),搅拌 15min 后高速 （ 自转 30,公转 30),搅拌 1.5h（真空） ③、加入LNMCO(1852.5g)、NMP(609.3g） 先慢速 （ 自转 15,公转 15),搅拌 30min 后高速 （ 自转 30,公转 30),搅拌 1h(真空） 实验图片： 总质量：3Kg 固体：LNMCO（95%）、PVDF（2%）、SP（3%）固含量：63% 液体：NMP