广东第二师范学院化学系应用化学专业1实验报告实验一:纽扣金属锂电池(模拟)的制作与性能表征班级:12应用化学B班学号:12550702040姓名:钟梓峰一、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”(RockingChairBattery)。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:LixMn2O4+yLi++yeLix+yMn2O4放电充电(2)负极充放电时电极反应为:放电充电LiLi++e广东第二师范学院化学系应用化学专业2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(LB-315,1MLiPF6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CorreTestCS350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)等。剪刀4把、美工裁纸刀4把、带密封盖广口玻璃瓶(200mL,用于储藏金属锂片)6个、塑料试剂瓶(50mL,用于装电解液和临时储藏金属锂片)6个、1mL注射器50支、弯型尖觜镊子10把、直型镊子10把、卷纸2打、宽型透明胶4卷、软导气管(通氮气)30米、硬导气管(抽真空)30米、小型静音型空压机1台、硬导气管接头3套、小功率电烙铁2把、带松香的焊锡4卷、大型扳手2把、常用电工工具箱2个、50mL烧杯50个、200mL烧杯50个、玻璃棒50支、一次性塑料手套10袋等。三、实验流程与步骤(一)实验流程A搅拌→B涂膜→烘烤→C辊压极片→D切片→E切膜→F封装→G测试(二)实验流步骤1、正、负极的制备a、正极的制备按7:2:1的质量比,分别称取2.14g锰酸锂、0.60gKS6导电剂碳黑和0.30g粘广东第二师范学院化学系应用化学专业3结剂聚偏二氟乙烯(PVDF),混合均匀后,加入4mL溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),在烧杯中充分搅拌20分钟左右并调节好物料的粘度,然后使用加热涂膜机在铝箔的绒面上(集流体)涂成均匀的薄膜(厚度:200μm左右),置于60℃烘箱中烘2小时,再在120℃烘箱中烘6~8小时至实干。将烘干的电极滚压,使活性物质与集流体紧密结合。使用电池切片机将压好的电极裁成Φ14mm的圆片后,储存备用。其制备流程图如下:碳黑LiMn2O4混合调浆PVDF涂布干燥压片切片图2正极制备流程图b、负极、电解液、隔膜负极极片是厚度为2.50mm直径为15mm的锂金属薄片;电解液为LB-315(1MLiPF6溶于体积比EC:DEC:EMC=1:1:1的溶液);隔膜为Celgard2400,将隔膜纸裁剪成直径为Φ16mm的圆片。把裁剪好后的隔膜、正极片、负极片、电解液、扣式电池壳(CR2032)、电池垫片、电池弹片等转移到充满纯N2的手套箱内。2、实验电池的组装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10ppm。干燥的电极移入手套箱后,分别将LiMn2O4正极、隔膜、电解液、Li负极、垫片和弹片按顺序装入实验模拟电池的模具中(见下图),然后小心地转移到封装机上,使用液压装置压紧电池的上下壳,而且要保证装好的电池密闭不漏电解液。广东第二师范学院化学系应用化学专业4负极隔膜导电剂LiMn2O4颗粒集流体图3实验模拟电池的示意图图4实验模拟电池示意图3、实验电池的测试将待测的电池与...