实验5锂离子电池装配及表征----实验报告

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1、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棊础上发展来的。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。在充放电过程屮，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”(RockingChairBatt

2、eries),它的工作原理如图1.1所示。LiC«O2ElectrolyteCarbon阁1.1锂离子电池的工作原理二.锂离子电池的制备工艺和需要注意的问题制备工艺流程配料----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)扣式鯉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ff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。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，

3、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ff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S的主要冇两个：一是为了消除毛刺，使极片表面光滑、平整，防止

4、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）经研宄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耍做到稳中求快，避免出现短路现象。封口吋一定要观察电池是否放平。一.电池性能测试结果分析1.比较两次交流阻抗结果及分析原因80-60-40Eqo/:z20oEMO/Z••Z/ohm600/V604020008

5、0604020ORsR1R2用Zvicw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1＜和分别为高频弧电阻（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。E110A.Z60402000806040200)20406080100120140160180200ZVohm(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屮的迁移。不完整

6、半圆弧与实轴的第一个交点对应欧姆电阻Rs;与实轴两个交点之间的距离对应电极的界面电阻R：,它是衡量电极性能的好坏；阻抗元件LRsR1CPE1-TCPE1-PR2CPR2-TCPE2-P充放电之前2.50E-061.077107.48.82E-060.81036689.40.0020.76739充放电之后1.92E-067.759335.51.23E-060.76696463.90.00070.61367高频区反映了电荷转移过程，即锂离子从电极表面穿过固体电解质相界面(SET)以及SET膜与锂负极界面而迁移到材料体相的过程，其

7、电化学阻抗为电荷转移电阻R1;半阏半径则反映丫负极表面SEI膜的厚度和电荷转移电阻R1的大小，可以看出经过充放电之后，还原产物以及其他因素会使SE1膜变厚，阻抗会越来越大，导致锂离子在负极的拖嵌会越来越难，进一步引起电池容量的衰减。低频直线段代表锂离子扩散过程的Warburg阻抗，可逆过程的Warburg阻抗线段与实轴的夹角为45°，斜率越大对应的扩散阻抗越大，扩散过程越难进行。可以看出充放电后Warburg阻抗减小，扩散阻力减小。1.运用origin做出首次充放电曲线以及循环倍率曲线5.0-54.(>)96涅0>.O4.5

8、3.O3.chargedischarge1.5-n«2.0--■*i*i*i*i*i*i*i*i*imi*i0510152025303540455055Initialcharge&dischargespecificcapacity(mAh/g)从首次充放电曲线中可以看出：充电容量为53mA