硕士学位论文第一章文献综述１．２．２ＬｉＣｏＯ：材料的结构
作为锂离子电池的正极材料，其关键之处在于Ｌｉ＋的脱嵌与嵌入过程中结构变化的程度和可逆性。其应满足的条件是【３９】：①Ｌｉ＋在材料中应有大的可逆插入量，对电极电位的依赖性小，即材料有较宽而稳定的工作平台，以保证有稳定的输出电压。
②具有较大的Ｌｉ＋扩散系数，以提高电池的充放电工作电流。③材料的结构稳定，Ｌｉ＋有好的脱、插可逆性，以提高充放电的库仑效率，使电极有较长的使用寿命。ＬｉＣ００２的结构和性能正好满足上述要求。
ＬｉＣ００２具有三种物相，即层状结构的ＨＴ－ＬｉＣ００２（图１－２ａ）、尖晶石结构的ＬＴ－ＬｉＣ００２（图１－２ｂ）和岩盐相的ＬｉＣ００２Ｅ”。
层状的ＬｉＣ００２氧原子采用畸变立方密堆积序列，钴和锂分别占据立方密堆积中的八面体（３ａ）和（３ｂ）位置；尖晶石结构的ＬｉＣ００２中氧原子为理想立方密堆积排列，锂层中含有２５％的钴原子，钴层中含有２５％锂原子；岩盐相晶格中Ｌｉ＋和Ｃ０３＋随机排列，无法清晰地分辨出锂层和钴层。
目前在锂离子电池中应用较多地是层状结构的ＬｉＣ００２，结构如图１．３所示【柏】。
ＬｉＣ００２为层状岩盐结构（ｏ－ＮａＦｅ０２结构），空间群为Ｒ３ｍ，属三方晶系，第１６６号空间群【４１１。氧离子按ＡＢＣＡＢＣ序列形成立方紧密堆积结构，Ｌｉ＋和ｃ０３＋分别占据与（１１１）面氧原子层平行的单独层，通过它们的相互层叠规整形成六方晶系的超格子，（ａ－Ｏ．２８２ｎｍ，ｃ－＝１．４２ｒｉｍ）Ｃ０３＋和Ｌｉ＋分别占据八面体的３ａ和３ｂ位置，０２。占据６ｃ位置。
（ａ）（ｂ）
图１．２理想层状结构ＬｉＣ００２示意图和理想尖晶石结构ＬｉＣ００２示意图
（ａ）层状结构；（ｂ）尖晶石结构
Ｆ培１－２ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｉｄｅａｌｌａｙｅｒｅｄｐｈａｓｅａｎｄｉｄｅａｌｓｐｉｎｅｌｐｈａｓｅｏｆＬｉＣ００２
（ａ）ｌａｙｅｒｅｄｐｈａｓｅ；＠ｓｐｉｎｅｌｐｈａｓｅ
９
锂电负极有哪些核心性能指标负极材料的发展情况和趋势的概述锂电负极二十年复盘与展望 投资观点： 负极的技术指标众多，且难以兼顾。 负极材料有克容量、倍率性能、循环寿命、首次效率、压实密度、膨胀、比表面积等多项性能指标，且难以兼顾，如大颗粒的压实密度好、克容量高，但倍率性能不好；小颗粒反之。负极制造商需要通过优化生产工艺，提高材料的整体、综合性能。 凭借资源和工艺优势，用十年时间打败日本完成国产化。 目前主流的负极仍然是天然石墨和人造石墨，天然石墨是从黑龙江、青岛的矿山采矿并经过浮选、球形化、表面包覆制成，人造石墨则是以石油或煤化工的副产物煤焦油沥青或减压渣油为原料，经延迟焦化制成针状焦，并经过造粒、石墨化制成。2000年之前，负极行业全部掌握在日本企业手中，之后经过贝特瑞（首家掌握天然鳞片石墨的球形化技术，还掌控上游的矿山和浮选）、上海杉杉（国产化CMS打败日本大阪煤气、05年首创FSN-1之后十年都是行业模仿抄袭的对象）、江西紫宸（G1系列高各向同性、极低的膨胀，实现FSN-1之后的又一次突破）三家企业长时间的努力，目前日本企业的占有率仅剩三成左右。人造石墨替代天然石墨仍是未来的趋势。 从供应链来看，国内动力电池基本全部使用循环、膨胀、倍率性能更优的人造石墨，国外动力电池（除松下外）则以价格低廉的天然石墨为主。消费电池方面也是天然石墨的用量更大，但以ATL为代表的软包电池和松下为代表的超高容量圆柱电池，则偏爱人造石墨。从未来的趋势来看，LG等日韩动力电池厂商将转向人造和天然混合的复合石墨，提高人造石墨的用量；消费电池中，软包和超高容量圆柱电池的渗透率也将持续提升，因此人造石墨仍将继续对天然石墨形成替代。 江西紫宸收入规模已超过上海杉杉成为国内第一人造石墨负极制造商，国际上也仅次于日立化成排名全球第二。市场普遍认为江西紫宸主要生产消费电池的负极材料，未来增长空间有限。但我们认为，消费电池虽然行业增长不快，但目前主要采用天然石墨，随着软包
超级电容器的充放电实验曲线测试 一、实验目的 了解超级电容器结构组成以及工作原理，理解超级电容器等效电路模型，学会绘制超级电容器充放电曲线。 二、超级电容器结构以及工作原理 超级电容器通常包含双电极、电解质、集流体、隔膜四个部件。超级电容器电极由多孔材料在金属薄膜（常用铝）上沉积而成，而活性炭则是常用的多孔材料。充电时，电荷存储于多孔材料和电解质之间的界面上。电解质的选择往往是电容器单体电压和离子导电性之间妥协的结果，追求离子导电性的最大化可能会导致所选择的电解质分解电压低至1V 。隔膜通常是纸，起绝缘作用，可以防止电极之间任何的导电接触。必须能够浸泡在电解质中，并且不影响电解质的离子导电性。 超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V 以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，
为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷相应减少。 三、实验线路图 四、实验步骤 1、充电实验 按照实验线路图连接电路，将开关接到K端，使电源接入电路中，实现超级电容的充电过程，通过串口命令记录电流和电压。 2、放电实验 在超级电容器充电完成后，将开关接到另一端，将电源断开，实现超级电容的放电过程，通过串口命令记录电流和电压。 五、注意事项 1、超级电容器具有固定的极性。在使用前，应确认极性。 2、超级电容器应在标称电压下使用。当电容器电压超过标称电压时，将会导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短，在某些情况下，可导致电容器性能崩溃。 3、超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中，高频率的快速充放电会导致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加，在某些情况下会导致电容器性能崩溃。 4、外界环境温度对于超级电容器的寿命有着重要的影响。电容器应尽量远离热源。 5、安装超级电容器后，不可强行倾斜或扭动电容器，这样会导致电容器引线松动，导致性能劣化。
电池制作及其电化学容量充放电曲线的测定 [单项选择题] 1、下列四种电池（或仪器）中哪一种是不能用作直流电源（）。 A.蓄电池 B.干电池 C.标准电池 D.直流稳压电源 参考答案：C [单项选择题] 2、电池在充、放电过程中，两电极间的电势差值常和由能斯特方程计算的不一样，主要原因是（）。 A.充电过量 B.放电过量 C.用于连接的导线上的电阻太大 D.电极上极化现象存在 参考答案：D [单项选择题] 3、在实际测量中，电池的实际容量比理论容量（）。 A.高 B.低 C.相等 D.不能缺定 参考答案：B [单项选择题] 4、实验中建议的充放电制度一般采用的是（）。 A.0.01-0.1C B.0.1-0.4C C.0.5-1.0C D.任意方式 参考答案：B [单项选择题]
5、电池的充放电一般可采用的方式正确的说法是（）。 A.恒电流充电 B.恒电压充电 C.恒电流放电 D.上述三种方式都是 参考答案：D [单项选择题] 6、放电控制中，一般放到端电压多少为止？（） A.1.0V B.2.0V C.3.0V D.4.0V 参考答案：A [单项选择题] 7、在给定的充或放电条件下，所测得的电池的充电或放电曲线是（）。 A.电压随充或放电时间的变化关系曲线 B.电压与电流的变化关系曲线 C.电流随充或放电时间的变化关系曲线 参考答案：A [单项选择题] 8、在电极上产生极化的主要因素是（）。 A.来自电极表面电荷的积累 B.来自电极表面浓度的变化 C.来自电极或溶液内阻 D.以上三种因素之和 参考答案：D [单项选择题] 9、根据氢化物电极组成的电池，阴极贮氢的充电过程时电势随KOH浓度的增加而（）。 A.升高 B.降低 C.不变 D.不能确定 参考答案：A
第五篇电化学分析技术 第一章电分析化学导论 电化学分析是利用物质的电化学性质来测定物质组成的分析方法。电化学性质表现于化学电池中，它包括电解质溶液和放置于此溶液中的两个电极，有时还包括与之相连系的电源装置。化学电池本身能输出电能的，称为原电池；在外电源作用下，把电能转换为化学能的称为电解池。电解池和原电池中发生的一切电现象，如溶液的导电、电极与溶液界面间的电位、电流、电量、以及电流~时间曲线、电流~电位曲线等都与溶液中所存在的电解质的含量有关。研究这些电现象与溶液中电解质浓度之间的关系是电化学分析的主要内容之一。因为电化学分析就是利用这些关系把被测物质的浓度转化为某种电讯息而加以测量的。在不同讯息的转换中，力图准确、灵敏并应具有一定的特效性，才能应用于分析。为此目的，电化学分析还应注意改进所使用的测量仪器以及实验方法和技术，因此本课程应当包括方法原理，仪器测量技术和实际应用等方面。 §1.1 电分析化学的发展 电分析化学的发展具有悠久的历史，它与化学、物理、生物、计算机等学科的发展紧密相关。早在1801年，铜和银的电解定性分析就已问世，经过半个多世纪才将电解分析用于铜的定量测定。1893年、1910年和1913年相继出现了电位分析、电导分析和库仑分析。1920年成功制备了pH 玻璃电极，简捷地测定了溶液pH。这是一个重要的发明，它推动了整个分析化学的发展，并为电位分析中酸碱滴定创造了重要的条件。1922年捷克化学家J Heyrovsky 首创极谱分析，标志着电分析方法的发展进入了新的阶段。此后相继出现了交流示波极谱、交流极谱、方波极谱和脉冲极谱等。1964年日本留学生Kuwana在R N Adams教授指导下，将电化学与光化学结合，提出了光谱电化学。1966年S Frant和J Ross首创固态膜和单晶(LaF3）膜的F－选择性电极。此后在世界范围内出现了研究离子选择性电极的热潮，制成了多种多样的阳离子和阴离子的选择性电极。1972年K B Oldham等和1975年M Goto等先后提出了卷积伏安法和去卷积伏安法。1973年R F Lane和A T Hubbard利用铂电极表面吸附具有不同基团的烯属类化合物，再吸附磺基水杨酸根，制成了第一支吸附型的测定Fe(Ⅲ)的化学修饰电极。这种电极突破了电极上电子授受的单一作用，通过物理的、化学的手段在电极表面接上
电化学工作站技术参数 1、仪器整体需为插板式设计，扩展槽至少3个，需配数据接口卡1个，提供4个外置设备 接口，连接大电流外置恒电位仪能做±8A充放电测试； 2、频率范围：10μHz～3MHz，模数分辨率不低于18 bit； 3、最大输出电流不低于±2.2 A；CV扫速范围：0.3 μV/s ~80 kV/s； 4、频率精度及频率分辨率至少达到0.0028%； 5、最高电流精度不低于0.05%； 6、测试阻抗精度：100 mΩ～10 MΩ/0.2%；1 mΩ～1 GΩ / 2%；30μΩ～1 GΩ/3%； 7、大电流外置恒电位仪调制输出频率范围不窄于10μHz-150KHz；输出功率不小于180W； 最大输出电流及电压不小于±8A，±18V；大电流外置恒电位仪必须可以驱动光源、控制光源强度、调制光谱； 8、外置光强计必须能实时检测样品被照射强度，能通过光强闭环控制系统实时反馈给大电 流外置恒电位仪对光源进行实时调节。 9、快速光强瞬态测试模块最高采样速率不低于16MHz（双通道），时间分辨率不超过60ns， 能用于快速光强瞬态测试，光电瞬态响应，电流遮断，电子寿命测试，载流子传输时间测试； 10、软件：具备交流阻抗测试，电荷提取测试，时间域测试，快速光强瞬态测试，动态调制光电压谱IMVS/光电流谱IMPS,光电流/光电压对快速变化光源的瞬态响应，斩光伏安测试。 11、配置要求： 除电化学工作站主机外还需有以下配件： ①大电流外置恒电位仪； ②光具座、外置光强计、光强放大反馈系统及光强闭环回路控制系统； ③快速瞬态记录仪； ④1000W/m^2 白光LED光源； ⑤340W/m^2 绿光LED光源。 12、需提供厂家宣传彩页或官网说明证明其投标响应参数的真实性。 13、技术服务要求 ①免费安装、现场培训，受训人员掌握仪器的基本原理、结构，达到独立操作和进行方法条件摸索开发的水平，能够对仪器进行日常维护。 ②厂家为用户免费保修至少一年，保修期自仪器验收合格之日起计算。 ③厂家接到用户维修申请后24小时内做出响应，并在三个工作日内派维修人员到现场维修。
超级电容器原理及电特性 Principle & Electric characteristics of Ultra capacitor 辽宁工学院陈永真孟丽囡宁武 Chen Yongzhen Liao Ning Institute of Technology 摘要：叙述了超级电容器的基本结构和工作原理，比较全面地介绍了超级电容器的特点和在特定测试条件下的电特性，分析了如较大的ESR、发热等特殊电特性产生的原因，提出一些注意事项。 关键词：超级电容器 ESR 放电电流 Abstract:Basic structure & principle of ultra-capacitor are described in this paper. The characteristics about ultra-capacitor and electric characteristics in special measuring conditions are also introduced in detail. Some reasons of special electric characteristics are analyzed, such as big ESR and heat, at last some attentions are also put forward. Key words: ultra-capacitor ESR Discharging current 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型，超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlorate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由下式确定： 其中ε是电解质的介电常数，δ是由电极界面到离子中心的距离，s是电极界 面的表面面积。 由图中可见，其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸 附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一 特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5%或是更 少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。 这种超级电容器有几点比电池好的特色。 图1超级电容器结构框图 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器，原理示意图如图2。当外加电压加到 超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点：
电化学技术表征能量存储器件的性能 一. 循环伏安曲线（CV） 【原理简介】 循环伏安法是以线性扫描伏安法的电位扫描到头后，再回过头来扫描到原来的起始电位值，所得的电流—电压曲线为基础的分析方法。扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环，故称为循环伏安法。 在一个典型的循环伏安实验中，工作电极一般为浸在溶液中的固定电极。为了尽可能降低欧姆电阻，最好采用三电极系统。在三电极系统中，电流通过工作电极和对电极。工作电极电位是以一个分开的参比电极（如饱和甘汞电极，SCE）为基准的相对电位。在循环伏安测试实验中，工作电极的电位以10 mV/s 到200 mV/s 的扫描速度随时间线性变化(Fig.1a)，在此同时记录在不同电位下的电流(Fig.1b)。 图一 【实验原理】 若电极反应为O＋e →R，反应前溶液中只含有反应粒子O且O、R在溶液均可溶，控制扫描起始电势从比体系标准平衡电势φ正得多的起始电势j i处开始势作 0附近时，O 正向电扫描，电流响应曲线则如图所示。当电极电势逐渐负移到φ 平 开始在电极上还原，并有法拉第电流通过。由于电势越来越负，电极表面反应物O的浓度逐渐下降，因此向电极表面的流量和电流就增加。当O的表面浓度下
降到近于零，电流也增加到最大值I pc，然后电流逐渐下降。当电势达到j r后，又改为反向扫描。随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的R粒子的浓度较大， 0时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成R 在电势接近并通过φ 平 的方向发展。于是R开始被氧化，并且电流增大到峰值氧化电流I pa，随后又由于R的显著消耗而引起电流衰降。整个曲线称为“循环伏安曲线”。如图2所示： 图二 【应用】 基于CV曲线的电容器容量计算，可以根据公式（1）计算。 (ν为扫速，单位V/s) （1） 从式（1）来看，对于一个电容器来说，在一定的扫速下做CV测试。充电状态下，通过电容器的电流i是一个恒定的正值，而放电状态下的电流则为一个恒定的负值。这样，在CV图上就表现为一个理想的矩形。由于界面可能会发生氧化还原反应，实际电容器的CV图总是会略微偏离矩形。因此，CV曲线的形状可以反映所制备材料的电容性能。对双电层电容器，CV曲线越接近矩形，说明电容性能越理想；而对于赝电容型电容器，从循环伏安图中所表现出的氧化还原峰的位置，我们可以判断体系中发生了哪些氧化还原反应。 二. 恒电流充放电曲线（CCD） 【原理简介】 恒电流充放电法，又称计时电势法。一种研究材料电化学性能中非常重要的方法之一。在恒流条件下对被测电极进行充放电操作，记录其电位随时间的变化规律，研究电位随时间的函数变化的规律。它的基本工作原理是:在恒流条件下对被测电极进行充放电操作，记录其电位随时间的变化规律，进而研究电极的充
RST5080F电化学工作站 技术指标、测试方法 一、技术指标： 1 仪器架构: 恒电位仪、恒电流仪、交流阻抗谱仪,F型 2 接地模式：可根据体系要求设置成实地模式或浮地模式 3 槽压: ±15V 4 电位扫描范围: ±12.8V 5 CV最小电位增量: 0.0125mV 6 电位控制精度：<±0.5mV 7 电位控制噪声： <0.01mV 8 电位上升时间: <0.25uS 9 电位测量零位: 自动校正 10 电位更新及阻抗采集速率: 10MHz 11 电位测量低通滤波器: 自动或手动设置 12 电位测量精度：满量程的0.1% 13 扫描速度: 0.000001V/S～20000V/S 14 参比电极输入阻抗//电容: >1013Ω// <10pF 15 最大恒电流输出：±0.5A 16 输入偏置电流: <0.1pA 17 电流测量分辨率: 电流量程的0.00076%，最小0.2fA 18 电流测量零位: 自动校正 19 电流测量量程: 1pA～0.5A(共25档） 20 前置放大倍数: 5×10×100 21 电流测量最高灵敏度: 1×10-12A/V 22 电流测量精度：满量程的0.1% 23 电流测量低通滤波器: 自动或手动设置 24 方波伏安法频率 1Hz~100kHz 25 交流伏安法频率 0.1Hz~10kHz 26 SHACV频率 0.1Hz~5KHz 27 交流阻抗谱频率: 0.00001Hz～1MHz（11个频段） 28 正弦波幅度: 0.01mV～2.3V 29 CA和CC脉冲宽度: 0.1mS~1200S 30 DPV脉冲宽度: 0.05mS～64S 31 IR降补偿：自动或手动设置（10Ω~1MΩ） 32 多阶跃循环次数： 1000次 33 限压反馈恒流换向时间: 0.1mS 34 电池全容量充电工步：激活、恒流、恒压、涓流
电化学分析法 [日期：2011-06-24] 来源：作者：[字体：大中小] 电化学分析法（electroanalytical chemistry）是根据电化学原理和物质在溶液中的电化学性质及其变化而建立起来的一类分析方法。这类方法都是将试样溶液以适当的形式作为化学电池的一部分，根据被测组分的电化学性质，通过测量某种电参量来求得分析结果的。 电化学分析法可分为三种类型。第一种类型是最为主要的一种类型，是利用试样溶液的浓度在某一特定的实验条件下与化学电池中某种电参量的关系来进行定量分析的，这些电参量包括电极电势、电流、电阻、电导、电容以及电量等；第二种类型是通过测定化学电池中某种电参量的突变作为滴定分析的终点指示，所以又称为电容量分析法，如电位滴定法、电导滴定法等；第三种类型是将试样溶液中某个待测组分转入第二相，然后用重量法测定其质量，称为电重量分析法，实际上也就是电解分析法。 电化学分析法与其他分析方法相比，所需仪器简单，有很高的灵敏度和准确度，分析速度快，特别是测定过程的电信号，易与计算机联用，可实现自动化或连续分析。目前，电化学分析方法已成为生产和科研中广泛应用的一种分析手段。 第一节电势分析法 电势分析法是一种电化学分析方法，它是利用测定原电池的电动势(即用电势计测定两电极间的电势差)，以求得物质含量的分析方法。电势分析法又可分为直接电势法(potentiometric analysis)和电势滴定法(potentiometric titration)。 直接电势法是根据测量原电池的电动势，直接求出被测物质的浓度。应用最多的是测定溶液的pH。近些年来，由于离子选择性电极的迅速发展，各种类型的离子选择性电极相继出现，应用它作为指示电极进行电势分析，具有简便、快速和灵敏的特点，特别是它能适用于其它方法难以测定的离子。因此，直接电势法在土壤、食品、水质、环保等方面均得到广泛的应用。 电势滴定法是利用电极电势的变化来指示滴定终点的分析方法。电势滴定法确定的滴定终点比指示剂确定的滴定终点更为准确，但操作相对麻烦，并且需要仪器，所以电势滴定法一般适用于缺乏合适的指示剂，或者待测液混浊、有色，不能用指示剂指示滴定终点的滴定分析。 基本原理 在电势分析法中，构成原电池的两个电极，其中一个电极的电极电势能够指示被测离子活度(或浓度)的变化，称为指示电极；而另一个电极的电极电势不受试液组成变化的影响，具有恒定的数值，称为参比电极。将指示电极和参比电极共同浸入试液中构成一个原电池，通过测量原电池的电动势，即可求得被测离子的活度(或浓度)。 例如某种金属M与其金属离子Mn+组成的指示电极Mn+/M，根据能斯特公式，其电极电势可表示为：
电位滴定仪技术要求 一、品牌型号： 1.品牌：瑞士梅特勒 2.型号：新超越系列T5 二、运行环境 1、电源电压：100～240VAC±10％；频率：50～60HZ；环境温度：5--40℃；相对空气湿度： 31℃时最大80％。 2、用途 用于各种电化学滴定分析，如酸碱滴定、络合滴定、沉淀滴定、氧化还原滴定、电导滴定、恒pH滴定、永停滴定、容量法卡氏水分测定、库仑法卡氏水分测定，两相滴定（如表面活性剂类样品）、光度滴定，并能直接测量pH值、离子浓度、氧化还原电位、温度、电导率值、极化电压、极化电流、透光率和吸光率等 三、技术指标 1、仪器的硬件连接 ①滴定仪控制方式：分体式七英寸中文彩色触摸屏和中文电脑软件双通道控制，自由切换。 ②搅拌方式：同时具有磁力搅拌器和螺旋桨搅拌器2种，搅拌速度随意可调。 ③电极接口类型：两个智能电势（mV/pH）测量电极接口、极化电极接口，温度电极接口， 电导率电极接口，库仑法电解电极接口，标配Lims接口。 2、电势（mV/pH）测量电极 2.1 mV测量电极接口 ①测量范围：－2000mV～2000mV ②分辨率：0.1mV ③最大的可能误差：0.2mV 2.2 pH测量电极接口 ①测量范围：－26.0～40.0pH ②辨率：0.001pH ③最大的可能误差：0.003pH 3、极化电极接口（Upol） ①极化电压：0-2000mV（交流电，增量0.1mV）； ②测量范围：0-200μA；
③分辨率：0.1μA； ④误差范围：0.2μA； 4、极化电极接口（Ipol） ①极化电流：0-24μA（交流电，增量0.1μA）； ②测量范围：0-2000mV； ③分辨率：0.1mV； ④误差范围：2mV； 5、PT1000温度电解接口 ①测量范围：-20-130； ②分辨率：0.1℃； ③误差范围：0.2℃； 6、滴定仪主机可直接扩展电导率电极接口，实现电导率直接测量和电导率滴定。 ①测量范围：±2000m V； ②分辨率：0.1mV； ③误差范围：0.2mV； 7、滴定仪主机可直接扩展电解电极接口，实现库仑法水分测定和溴指数测定（电量法） ①库仑法水分测定电流范围：可选100、200、300、400mA或Auto ②溴指数测定电流范围：可选1、5、100、200、300、400mA或Auto 8、滴定管 & 滴定管驱动器 ①滴定管驱动器的分辨率：滴定管体积的1/20000（10mL滴定管为例：0.5uL） ②具备各种体积的滴定管（包括1毫升、5毫升、10毫升、20毫升） ③滴定管可以方便安装、拆除，无需工具进行操作 ④滴定管具有滴定剂（名称、浓度）自动识别（RFID）的功能，并支持热插拔，更换滴定 管无需重启仪器，即插即用。 ⑤滴定管驱动器工作类型：上推式滴定管驱动器，保证气泡能够完全排空，从而保证结果 的准确性 四、性能指标： 1、*使用彩色TFT触摸屏为控制终端，且彩色触摸屏不低于7寸，同时具备StatusLight TM （状态指示灯），通过红、黄、绿三种颜色有效指示滴定的工作状态 2、主机内置状态指示灯，且具有声音信号的喇叭； 3、*主机内置SmartSample阅读器，无需手动输入，直接把重量等信息传入主机，实现从 天平到滴定仪的高效安全的无线数据传输，避免抄写错误； 4、*具备全面的多级用户权限管理功能，并可设置指纹或密码保护 5、具备RS232，USB，以太网和PDF等输出方式，并可输出PDF，csv，XML等格式的数据 6、*具备多次标准加入法，可实现自动化的钠，钾，钙，硝酸根等离子的含量测定，内置
用示波器观测电容的充放电特性 ● 实验目的 1．观察电容器的充与放电现象 2．通过放电的电压曲线，研究放电时间与哪些因素有关,测定电容器的电容量; 3．进一步熟悉示波器的使用. ● 仪器和用具 双踪示波器一台, 函数发生器一台,标准电阻箱一个,电容器一个 ● 实验原理
电容器能储存电量，如图8-1所示，将电键S与a 接通，电容器充电；将电键S与b相连接，电容器放电。可以用示波器CH1通道并联在电容器两端观察电容器充放电时电压与时间的变化曲线，实际测量中使用信号发生器输出标准方波来代替电键。根据串联电阻电容充电公式： 电容放电公式： 当电容充电（或放电）时间t=τ（τ=RC）时电容
器两端的电压等于电源E的63.2%（或36.8%），可见电容器两端电压跟串联电阻R的大小和电容C的大小有关。当电容器两端电压： τ=RC C=τ/R C=T/2R0.693 如果已知标准电阻R, 只要测得半衰期时间T/2就可以求得待测电容C的值. ● 实验步骤 1，按图连接线路， 2，调节信号发生器输出方波， 参考幅度：2Vpp---4Vpp。
参考频率：50HZ---200HZ 参考电阻: 10000Ω 参考电容: 0.100UF 3，用示波器CH1通道观测电容器的充放电特性；也可以用CH2通道观测信号发生器的输出波形，用 以作为对比； 4，改变R，C，和信号发生器的方波周期，观测充放电特性曲线； 5，调节最佳半衰期图形,用示波器标尺读出T1/2值, 设计表格记下各项参数; 6, 用坐标纸画出一个完整的充放电波形图. ● 实验数据处理
1,计算测量电容值 因为电容充放电为: τ=RC C=τ/R C=T1/2R0.693 2,计算相对误差: E=ΔC/C参考X100% ● 实验结论与误差分析1, 2, 3,
锂离子电池材料的制备和电化学性能表征（24学时） 一、实验目的 1．了解尖晶石化合物的组成和结构特点。 2．了解无机材料制备方法－共沉淀制备前驱体、高温固相煅烧制备的反应原理和反应过程中影响产物性质的一般因素。 3．了解嵌入－脱嵌反应和锂离子电池的工作原理。 4．了解电池性能的主要参数和测试的主要方法。 二、实验原理 由于具有电压高、容量高、无污染、安全性好、无记忆效应等优异性能，锂离子电池自1991年实现商品化以来，其种类、性能和应用领域都得到了巨大的发展，已经成为最重要的二次电池之一，在手机、笔记本电脑、摄像机、便携式DVD、电动汽车甚至核潜艇上都得到了广泛应用。而锂离子电池的相关研究也成为当前化学电源研究的重要领域。 锂离子电池性能的优劣主要取决于电池的正极。锰酸锂LiMn2O4是重要的锂离子电池正极活性材料之一，其结构见图1。该结构为锂离子的迁移提供了三维通道。 图1 尖晶石晶体结构图 在充电过程中，锂离子从正极脱出，嵌入负极活性物质；而放电过程中，是锂离子的回嵌的过程，因此锂离子电池又称为“摇椅式”电池。电池充放电时，正极活性材料中Li+的迁移过程可用下式表示。 充电时：LiMn2O4→ xLi+ + Li1-x Mn2O4 + xe- 放电时：Li1-x Mn2O4 + yLi++ ye-→ Li1-x+y Mn2O4(0≤x≤1，0≤y≤x)
LiMn2O4的制备方法很多，常用的有高温固相法、低温固相法和液相法等。其中，低温固相法和液相法（溶胶-凝胶法）虽然反应温度低，但产物的电化学性能不能令人满意，且不适合工业化生产的需要。所谓高温固相法，就是在高温下使锰源化合物与锂源化合物反应生成LiMn2O4。 由于LiMn2O4在高温下容量衰减较快，需通过钴离子掺杂进行改性制备LiMn1.85Co0.15O4. 对固相反应而言，原料的分散状态(粒度)、孔隙度、装填密度、反应物的接触面积等对固-固反应速度有很大的影响。必须将反应物粉碎并混合均匀以使原子或离子的扩散比较容易进行。就本实验所制LiMn1.85Co0.15O4，采用共沉淀制备锰钴碳酸盐前驱体以达到离子程度的均匀混合，然后混锂后再进行高温煅烧制备出目标化合物。 三、仪器和试剂 1．仪器 X射线衍射仪，充放电测试仪，箱式电阻炉(马弗炉，Mufflefurnace)，磁力搅拌器，陶瓷坩埚, 电子分析天平，恒温鼓风干燥箱，研钵，压力机，手套箱。 2．试剂 2 mol·L-1硝酸锰钴（Mn/Co=1.85:0.15）溶液，碳酸钠，碳酸锂，金属锂片，Celgard 2400隔膜，PVDF粘合剂（13%），导电炭黑，石墨，电解液（1.15mol·L-1LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)－碳酸二甲酯(DMC)－碳酸二乙酯混合溶液(质量比：EC:DMC:DEC=3:1:1)，电池壳。所有试剂均为分析纯。 四、实验步骤 1．Mn0.925Co0.075CO3的制备 取2mol·L-1的硝酸锰钴溶液40mL(约0.08mol), 至于烧杯中。称取8.9g碳酸钠（MW105.99）(0.084mol)至于另一烧杯中，然后加去离子水约80mL，摇动至完全溶解。将搅拌磁子至于硝酸锰钴溶液中，然后置于电磁搅拌器上进行搅拌，并开动加热，待温度升至约50℃，用滴管将碳酸钠溶液缓慢加入到硝酸锰钴溶液中（约半小时加完），控制溶液最终pH值约7.5~8，持续搅拌1h，将沉淀抽滤并用蒸馏水洗涤5~6次，而后置于恒温鼓风干燥箱中于110℃烘干。 2．锂锰钴复合氧化物LiMn1.85Co0.15O4的制备 将干燥的Mn0.925Co0.075CO3（MW 115.24）与摩尔比1:0.27的碳酸锂（MW 73.89）在研钵中研磨混匀（约需45～60min），转入陶瓷坩埚中，压实，开口放置在马弗炉中，于600℃下反应4h，然后升温至850℃反应12h，自然冷却到室温。 3．结构表征 将反应产物从马弗炉中取出，用研钵研细，装袋，标明合成人和合成条件，然后进行XRD表征。 4．电极的制备 将LiMn2O4粉末、石墨、乙炔黑以及作为粘合剂的PVDF(13%)按质量分数比86：2：6：6的比例混合均匀，加入适量的溶剂Ｎ-甲基吡咯烷酮（NMP）后，
华南师大学实验报告 学生:蓝中舜学号：20120010027 专业：新能源材料与器件勷勤创新班年级、班级：12新能源 课程名称：化学电源实验 实验项目：超级电容器材料电化学电容特性测试 实验类型：验证设计综合实验时间：2014年5月19日-26日实验指导老师：易芬云组员：吕俊、郭金海、余启鹏 一、实验目的 1、了解超级电容器的原理； 2、了解超级电容器的比电容的测试原理及方法； 3、了解超级电容器双电层储能机理的特点； 4、掌握超级电容器电极材料的制备方法； 5、掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。 二、实验原理 1、超级电容器的原理 超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。
图1 超级电容器的结构图 从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。 (1) 双电层超级电容器的工作原理 双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。这时对某一电极而言,会在一定距离（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。根据双电层理论,双电层的微分电容约为20μF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。双电层电容具有响应速度快，放电倍率高的特点，但储能比电容较小。 (2) 法拉第鹰电容的工作原理 法拉第鹰电容器是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,电极活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。对于法拉第准电容,其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储,而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。对于其双电层中的电荷存储与上述类似,对于化学吸脱附机理来说,一般过程为电解液中的离子一般为或在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极溶液界面,而后通过界面的电化学反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中若电极材料具有较大比表面积的氧化物,就会有相当多的这样的电化学反应发生,大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中,同时所存储的电荷通过外电路而释放出来,这就是法拉第准电容的充放电机理。法拉第鹰电容可以产生高的比电容，但因为法拉第反应的限制，倍率性能比双电层电容小。
电化学工作站技术参数 一、主机与配置规格 1.测试通道配置数量：安装4个7 MHz电化学阻抗测试通道板； 2.通道测试功能：所有通道都具备电化学交流阻抗测试功能、循环伏安、电化学噪声、极化曲线、恒电位、恒电流、脉冲伏安、恒定加载放电、恒功率放电、电位滴定、电流滴定、恒电流充放电等测试功能； 3.浮地功能：4个通道全部具备； 二、测试通道的技术参数要求 1.★EIS电化学阻抗频率测试范围：50 μHz– 7 MHz（4个）； 2.EIS频率分辨率：<0.001%； 3.EIS电化学阻抗频率最高测试精度：<0.5%； 4.电流量程：不少于400 mA，可选配放大器升级到100 A以上； 5.施加电流分辨率：<0.006%； 6.电流测试精度：<0.1%； 7.测试电流分辨率：<0.004%； 8.工作电压：+/-10V； 9.电压测试精度：<0.1%； 10.带宽：8 MHz； 11.★数据采集速率：不少于800,000点/秒； 12.★电池正负极阻抗测试：4个通道都具备运行一次阻抗测试可同时测量工作电极对参比， 辅助电极对参比，工作电极对辅助电极的3个阻抗谱； 13.电池正负极电压记录：4个通道都具备一次实验，同时记录工作电极对参比，对电极对参 比，工作电极对对电极的电压值； 14.★无线控制：用户可通过WIFI网络控制仪器进行测试； 15.双恒电位：可以组建2套双恒电位仪，同时连接2套RRDE旋转环盘电极系统同步测量； 16.软件升级：支持每年升级一次新版本软件； 17.硬件升级：可升级到48 V高电压，120 A大电流； 三、售后服务 1年免费保修，免费上门安装培训与技术支持
R-C惰性电路是构成脉冲数字电路的基本组成部分之一，为此我们作详细的讨论。 一、电容充放电特性 1. 电容器的特性 电容器是由中间隔有介质的两个金属板所构成。当电容器的极板上带有某一数量的电荷时，在电容器的两端就产生一定的电压UC，其值，由于电容器的电容量C是一个常数，所以当电量Q＝0时，则UC＝0；而Q愈大，也就是电荷量愈多，则UC就愈大。 电容和电阻是两个性质全然不同的电路元件。当电阻两端施加某一电压UR时，它会将电能转变成热能而消耗掉；电容则不是这种情况，当于其两端施加电压UC时，则在两极板间就随之形成了电场，电场是具有能量的，这就是说电容能将电能转换为电场能而贮存起来。因此常将电阻称为耗能元件，而电容称为贮能元件。另外，只要有电流流过，电阻两端的电压就立即产生；而电容器两端电压的建立是需要时间的，因此又常称电阻为即时性元件；电容为惰性元件。 2. 电容器的充放电过程 为了实地了解电容器的充放电过程和研究它的特点及规律，我们来作下面的实验，其实验电路如图2-1所示。 图2-1 R-C实验电路 （1）充电过程 开关K原始位置为2，此时电容器C两端的电压。在t＝0时刻开关K由位置2扳向位置1，电容器C开始充电，根据测得电压、电流随时间变化的数据，画出及－t的变化曲线如图2-2所示。 图2-2 电容器充电特性曲线 （2）放电过程 开关K原始处于位置1，这时C已充满电荷，其电压值。在t＝0时刻K由位置1扳至位置2， C 开始放电，根据测得电压、电流随时间变化的数据可画出及的关系曲线如图2-3所示。
图2-3 电容器放电特性曲线 （3）充放电的特点及规律 根据上面所得到的电容器的充放电时UC、 IC的数据和曲线，可以归纳出几点很有实用价值的规律。 ①电容器的充放电是需要时间的。这是由于电容器的充放电过程，实质是电容器上电荷的积累和消散的过程，由于电荷量的变化是需要时间的，所以充放电也是需要时间的。 ②在充电的开始阶段，充电电流较大，上升较快，随着的增长，充电电流逐渐减 小，且的上升速度变缓，而向着电源电压E趋近。从理论上来说，要使电容器完全充满，完成充电的全过程是需要无限长的时间的。但从图2-2中可以看到，在t＝15s时，＝9.5V，已达到E的95％；在t＝25s时，＝9.93V，实际上已经可以认为电容器基本上充满，充 电过程已基本上结束。 同样，在放电的开始阶段，电压UC及电流IC的变化也是较快的，而后期变的缓慢。在t＝15s时，＝0.5V，仅为E的5％；在t＝25s时，＝0.07V，此时可以认为电容器的 电荷基本放光，完成了放电过程。 总之，在分析实际问题时，可以认为电容器的充放电过程所需的时间是有限的。这就是说，对于上述实验电路，电容器自充、放电开始后15s～25s，从工程的观点看就完全可以认为充、放电已经结束。 ③在电容器刚刚开始充电或刚刚开始放电的瞬间，电容器的端电压及贮存的电荷Q 都将保持着充、放电开始之前的数值。例如，充电前电容器的电压＝0V，则开始充电的瞬间UC仍保持为0V；而放电前如果电容器的＝E，则放电开始瞬间仍保持为E。即电容器的端电压在充、放电开始的瞬间是不能突变的，电容器的这一特点非常重要，必须牢记。 （4）决定电容器充放电快慢的因素及时间常数τ 图2-1电路无论是充电还是放电，都是一个串联形式的R-C电路。在充电时，起始电流 就是最大的充电电流，其值为。如果电容器的容量C较大，则产生一定的UC所需的电荷量就多，从而充满所需的时间也就长； C如果较小，则形成同样的所需的电荷就少，当然充满所需的时间也就短。现我们将C固定，则当R值大时，就会变小，于是形成某一值所需电荷积累的时间就变长；而当R值小时，则变大，形成同一UC值所需的时间变短。可见R 和C值变大时，则充电变慢，反之则快。为了全面的考虑R、 C对充、放电的影响，在实际中是用R、 C两者的乘积来描述R-C电路充放电的快慢的，其R·C值称为时间常数τ，即τ＝R·C。 式中R的单位为欧（Ω）， C的单位为法（F），τ的单位为秒（s）。其中τ的量纲变换如下： 〔τ〕＝〔R〕·〔C〕＝欧·法＝（伏/安）·（库/伏）＝（安·秒）/安＝秒 例如图2-1所示电路中R＝10kΩ、 C＝500μF，则τ＝10×103×500×10－6＝5s。这
I C S77.160 H21 中华人民共和国国家标准 G B/T37201 2018 镍钴锰酸锂电化学性能测试首次放电比容量及首次充放电效率 测试方法 E l e c t r o c h e m i c a l p e r f o r m a n c e t e s t o f l i t h i u mn i c k e l c o b a l tm a n g a n e s e o x i d e T e s tm e t h o d f o r d i s c h a r g e s p e c i f i c c a p a c i t y a n d c h a r g e-d i s c h a r g e c o u l o m b i c e f f i c i e n c y o f t h e f i r s t c y c l e 2018-12-28发布2019-11-01实施 国家市场监督管理总局
中华人民共和国 国家标准 镍钴锰酸锂电化学性能测试 首次放电比容量及首次充放电效率 测试方法 G B/T37201 2018 * 中国标准出版社出版发行 北京市朝阳区和平里西街甲2号(100029)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址:w w w.s p c.o r g.c n 服务热线:400-168-0010 2018年12月第一版 * 书号:155066四1-61848
前言 本标准按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本标准由中国有色金属工业协会提出三 本标准由全国有色金属标准化技术委员会(S A C/T C243)归口三 本标准起草单位:济宁市无界科技有限公司二广东邦普循环科技有限公司二天津国安盟固利新材料科技股份有限公司二中伟新材料有限公司二四川科能锂电有限公司二格林美(无锡)能源材料有限公司二北大先行科技产业有限公司二西安赛尔电子材料科技有限公司二湖南邦普循环科技有限公司二西北有色金属研究院三 本标准主要起草人:李俊峰二蒋永善二余海军二谢英豪二李长东二林若虚二周玉林二訚硕二任永志二王一乔二岳波二许开华二徐世国二姜晓瑞二杨焕芳二冯庆二吴怡芳三