实验一 软包锂离子电池的制备及性能表征
一、实验目的
1、通过制备软包锂离子电池，掌握化学电源的工作原理和制备方法。
2、通过对制备的电池性能的测试，掌握表征电池性能的实验技术。
二、实验原理及内容设计
2.1 实验原理
以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就像运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。
一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。
感恩节在几月（1）正极
正极材料：可选正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。
正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。
充电时：LiFePO4→ Li1-x FePO4 + xLi+ + xe
放电时：Li1-x FePO4+ xLi+ + xe →LiFePO4
（2）负极
负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。
负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。
充电时：xLi ++ xe + C →Li x C
放电时：LixC → xLi + + xe + C
电池反应：LiFePO 4+C Li 1-x FePO 4 + Li x C
图1 锂离子电池结构示意图
2.2 实验内容
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称量正极材料：LiFePO 4（活性物质）7g ，乙炔黑（导电剂）2g ，PVDF （粘结剂）1g 和有机溶剂（NMP ）约21ml ；负极材料石墨8g ，PVDF （粘结剂）1g 和有机溶剂20ml ，制备软包锂离子电池。研究正极极片辊压厚度分别为30，50 和70um 对制备的锂离子电池性能的影响。
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充放电
三、实验仪器和试剂
3.1 主要化学试剂
主要药品和试剂如表1所示：
表1 主要药品和试剂
药品名称 分子式 规格生产厂家
零基础学绘画磷酸铁锂 LiFePO4/C 工业纯 上海锂鸣能源科技有限公司
乙炔黑 C 工业纯 天津优盟化工科技有限公司
石墨粉 C 工业纯 上海锂鸣能源科技有限公司
PVDF -(CH2-CF2)n- 工业纯 江苏晨光涂料有限公司
NMP C5H9NO 化学纯 上海锂鸣能源科技有限公司
铜箔 Cu — 金石电气科技有限公司
铝箔 Al — 金石电气科技有限公司
镍极耳 Ni — 上海锂鸣能源科技有限公司
铝极耳 Al — 上海锂鸣能源科技有限公司
电解液 LiFO4 —江苏蓝天化工有限公司
隔膜 PE/PP — 海科电源有限公司
3.2 主要仪器
（1）搅拌器（2）MRX-TM300型自动涂膜机
（3）真空干燥箱（4）MRX-DG200L电动立式对辊机
（5）MRX-MQ300模切机（6）MRX-SCK200铝塑膜成型机
（7）MRX-DP200手动叠片机（8）MRX-DH800 超声波极耳金属点焊机（9）MRX-TP200烫边机（10）MRX-YF200真空预封机
长恨歌翻译（11）MRX-JC5V3A八通道电池检测仪
（12）上海辰华CHI660E电化学工作站
四、实验过程
4.1 LiFePO4软包电池制备
以正极极片为例，负极极片制备采用相同的方法。
（1）将LiFePO4、乙炔黑和PVDF按照7：2：1的配比称量，先将粘结剂PVDF和少量NMP充分搅拌1小时后混合溶解得到PVDF溶液。再加入称量好的LiFePO4和乙炔黑，适当补充NMP溶剂使混合浆料呈具有一定粘稠度的拉丝状混合物，继续搅拌3小时。注：为避免材料的浪费，特将实验材料用量指
明。①正极材料中，对于比例为7：2:1总重量为10g的混料，大约只需要35mlNMP，（其他参数比例时请对照相应参数自动加减最少量为5ml的NMP）。超过此量将会导致浆料过稀，涂布干燥后电极片厚度不均匀，低于此量时，将导致浆料过稠，原料无法完全溶解，影响涂布过程且制成的极片中含有小颗粒影响电池性能。②负极材料中，对于比例为8：1总重量为9g 的混料，大约需要30ml NMP，理由同上。
（2）涂覆（将混合物料涂覆在铝箔上）先打开真空涂膜机的真空开关，铺上铝箔，让铝箔吸附在涂膜机的作业平台上。将刮刀的刀口缝隙调节为150μm，放置在铝箔的起始端，再将混合物料放入刮刀的刀口下方，保证在涂覆过程中的物料充足。打开涂布开关，涂布机自动将混合物料涂布到铝箔上。
注：①根据螺母所对应示数，每改动10微米，电极片将改变1.5g/cm²的面密度（具体条件下受浆料稠度制约，此为大概数值）。②涂布刮刀控制厚度变化应从厚变薄。当刮刀的涂布顺序为从厚极片到薄极片时，只需要顺时针扭动左右两边的螺母即可，倘若顺序相反，扭动螺母时刮刀将无法自动改变涂布厚度，需要实验者手动调节，这样不仅影响实验速度，还会导致浆料的浪费以及造成不必要的污染。
（3）通风及真空干燥将涂布好的铝箔放置通风橱中10分钟后，放入真空干燥箱中在120℃温度下干燥1小时。
（4）辊压将干燥后铝箔进行辊压。第一次辊压厚度为0.1mm，第二次辊压厚度为0.07mm。
（5）模切然后进行模切，每10个正极极片可制备一个软包电池。切好的极片放入真空干燥箱中再次干燥。
志愿江苏图2 极片制备工艺流程图
负极极片使用石墨粉、PVDF按照8：1的配比使用相同方法制备，涂覆在铜箔上，改变辊压厚度为0.0
新剑侠情缘完美结局5mm。
图3 制备完成的正极极片
（6）铝塑膜成型 对电池的铝塑外壳进行冲压，铝塑外壳的胶面向上保证封口时胶面熔融粘接，冲压深度可根据制备电池的容量而定。
（7）叠片分别取10片正负极极片用手工叠片机进行叠片，正负交替，隔膜置于正负极中间。
（8）极耳焊接 将叠片好的电芯在电焊机下焊接，正极极片焊接铝极耳，负极极片焊接镍极耳。
（9）顶侧热封 将焊接有极耳的电芯装入成型的铝塑外壳中，使用顶侧热封机进行顶侧热封。
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