实验-锂离子电池电极制备

实验1．3 锂离子电池电极制备

一. 实验目的

1.了解锂离子电池电极的构成

2.了解锂离子电池电极的充放电机理

3.掌握锂离子电池电极制备的关键技术

二. 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。正极通常采用过渡金属氧化物Li ＣｏＯ2、LiＮiO2、ＬiMn2Ｏ4或LｉFeＰO４等高氧化还原电势的材料，负极采用石墨、碳、或者Li4Ｔｉ５O12、LiTi２（PＯ4)3等氧化还原电势较低的材料。电解质为可分为有机电解质和水相电解质两类,有机电解质以ＬｉPF6、ＬiAsF６或LiClO４等锂盐，混合碳酸酯作为溶剂;水相以硫酸锂、硝酸锂、LiOH溶液作为电解质。充放电过程中，Li＋在正负极之间往返嵌入或脱出，被形象地称为“摇椅式”(rocｋ chaiｒ）电池。

实际上,电化学活性材料通常因为导电性差，需要添加石墨导电剂，与其混合,并以聚合物分子作为粘合剂，将活性物质、导电剂均匀混合涂布成薄膜,作为锂离子电池的电极片。以西门子的电池电极片制备工序为例，介绍电极片的制备流程。

混涂压干切

图1.4.１西门子锂离子电池电极制备工艺示意图

1.混料

将负极材料（碳为主）与导电剂和粘结剂，加极性溶剂经混料机混合成均一的浆料。

目标最大可能分散,注意无活性物质溶解或结构破坏。正极材料以过渡金属锂氧化

物为活性物质。

2.涂布

正极:铝箔;负极：铜箔。涂布厚度达到150－30０微米，注意厚度偏差1-２微米以

内。

3.压片

在干燥流水线上逐步升温至１５0℃干燥除去溶剂，减少压片过程中产生的气泡,避免极片产生裂缝。

4.干燥

可在真空干燥箱中进一步干燥除去极片中的水分,达到水分低于0．5%.

5.切片

通过高精度切割技术，有时采用激光切割达到高精度尺寸；避免产生毛刺、碎屑。

图1.4.２电极片制备流程图

三.仪器设备

鼓风干燥箱、真空干燥箱、超声清洗机、电子天平、剪刀、红外灯

四.实验原料

电极材料ＬｉTi

２(PO

４

)

３

、导电剂suｐer P,粘结剂聚偏氟乙烯PVDF，溶剂

NMP, 不锈钢片，玛瑙研钵

五.实验步骤

以得到高导电性的电极片为目的。

1.准备集流片:剪取约３×3 ｃm2的不锈钢片，依次在去离子水和乙醇中超声波清洗1

０ mｉｎ，取出50~６0 ℃干燥10分钟，并测量质量待用。

2.按质量比８0:1０:1０计算电极活性材料、导电碳黑以及PVＤF的质量;

3.称量电极材料进行研磨20分钟；称量导电炭黑、ＰVDF加到上述电极材料中，继

续研磨30分钟混合;

4.并加少量NＭP溶剂作为分散剂,在玛瑙研钵中研磨２0分钟调匀，得到黑色墨汁状

混合物。

5.然后在不锈钢片上成膜，

6.将６0度下干燥的电极膜在烘箱箱中控温125℃,干燥24小时，

六.注意事项

1．电极片须烘干，不含有机溶剂、水分含量足够低。

2．电极浆料要求能够涂布均匀、平整。

七.实验报告要求

1.实验目的、原理、步骤

2.得到电极片上的活性物质的量:（1)需计算出电极片单位面积上的包含粘合

剂、导电剂和ＬiTi2(ＰO4)3的总质量，（2)每片电极片上活性物质LiTｉ２

（ＰO4)3的净质量。

3.预估理论容量计算方法：计算出LiTi2(ＰＯ４)3的理论充放电容量（每个分子

有2电子可转移，容量以mAh/g表示)。

八.思考题

1．浆料混合、制备电极片有什么需要注意事项？

2．讨论一下研磨混合时添加次序的影响。