最详细扣式电池极片制备和电池组装教程
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最详细扣式电池极片制备和电池组装教程扣式电池是一种常见的锂离子电池。
它由正极片、负极片、隔膜和电解液组成。
下面是一个详细的扣式电池极片制备和电池组装的教程。
1.正极片制备:a.准备正极材料,通常使用氧化钴、氧化锰等材料。
将正极材料和聚合物粘结剂混合均匀,加入适量的导电剂,形成浆料。
b.将浆料涂覆在铝箔或不锈钢片上,形成正极片。
c.正极片烘干,以去除浆料中的溶剂。
2.负极片制备:a.准备负极材料,通常使用石墨。
将负极材料和聚合物粘结剂混合均匀,加入适量的导电剂,形成浆料。
b.将浆料涂覆在铜箔或不锈钢片上,形成负极片。
c.负极片烘干,以去除浆料中的溶剂。
3.隔膜制备:a.准备隔膜材料,通常使用聚合物薄膜。
b.切割适当大小的隔膜片。
4.电解液制备:a.准备电解液,通常为含锂盐的有机溶液。
5.电池组装:a.将正极片、隔膜和负极片依次叠放在一起。
b.在电极片叠放的结构上,滴加适量的电解液。
c.将电极片叠放结构卷曲,形成电池芯。
d.用铝箔或铜箔固定电池芯的两端。
e.将电池芯放入金属外壳中,并密封外壳。
6.充电和放电:a.将装配好的电池连接到适当的电子设备或充电器上,进行充电。
在充电过程中,锂离子从正极向负极运动,完成电池的充电。
b.在使用过程中,将电池连接到电子设备上,锂离子从负极向正极运动,释放能量,完成电池的放电。
扣式电池的制备和组装过程需要进行严格的操作和控制,以确保电池的性能和安全性。
在制备电池极片时,需要精确控制材料的比例和混合均匀度。
在电池组装过程中,需要保持环境洁净,并且正确固定电池芯和密封外壳,以防止电解液外泄和电池短路。
通过以上制备和组装步骤,我们可以制备出高性能和安全的扣式电池。
这种电池广泛应用于便携式电子设备、电动工具、电动车等领域,为人们的生活提供了方便和便捷。
负极石墨扣式电池制作流程一、准备材料。
做负极石墨扣式电池呀,材料可得准备齐全喽。
咱们得有石墨负极材料,这就像是电池的小核心部分呢。
然后就是正极材料啦,它俩可是电池里的重要搭档。
还有隔膜,这个隔膜可重要啦,就像是两个小情侣之间的小隔板,虽然隔开但又让他们能好好配合工作。
电解液也不能少,它就像是给电池注入活力的小魔法药水。
扣式电池的壳子也是必备的,这就是电池的小房子啦。
二、处理负极材料。
把石墨负极材料拿出来,要好好处理一下呢。
我们要确保它的纯度和颗粒大小合适。
要是颗粒太大了,就像小豆子卡在管道里一样,会影响电池的性能。
要把它研磨得恰到好处,就像把面粉磨得细细的才能做出好吃的糕点一样。
然后把处理好的石墨负极材料均匀地铺在集流体上,要铺得平平整整的,就像给小床铺上平整的床单一样。
三、安装正极。
正极材料也有讲究呢。
要把正极材料按照正确的方式安装好。
就像是给小房子里摆放家具,得摆得规规矩矩的。
而且要注意和负极的搭配,让它们之间的距离和接触都很合适。
这就像两个人跳舞,得配合默契才行。
如果正极和负极接触不好,电池就会像生闷气的小娃娃,不好好工作啦。
四、放入隔膜。
隔膜这个时候就要登场啦。
轻轻地把隔膜放在正极和负极之间,要小心一点,可不能把它弄破了。
它就像一个小小的保护神,防止正极和负极直接接触产生一些不好的反应。
这就像在两个爱吵架的小伙伴中间放了一个和事佬,让他们能和平共处。
五、注入电解液。
电解液注入的时候就像给电池喝魔法药水一样。
要慢慢注入,让电解液充分地填充到电池的各个角落。
要是注入太快了,可能会有小气泡,就像喝汽水喝得太急会打嗝一样。
这些小气泡会影响电池的性能,所以要慢慢注入,让电解液均匀地分布在电池里。
六、封装电池。
最后就是封装电池啦。
把扣式电池的壳子盖好,就像给小房子盖好屋顶一样。
要确保密封得严严实实的,这样电池里面的东西才不会跑出来,外面的东西也进不去。
封装好之后,我们的负极石墨扣式电池就制作好啦。
制作负极石墨扣式电池虽然有这么多步骤,但每一步都像是在创造一个小生命一样,充满了乐趣和惊喜呢。
扣式电池组装
1、实验设备、电池部件和其它用具
试验设备:压片机、电动冲片机、手动封口机、电子天平、手套箱
扣式电池部件:CR2016电池壳、正极极片、隔膜、泡沫镍、锂片、电解液
其它用具:镊子、药匙、胶头滴管、培养皿、卫生纸等
2、扣式电池组装过程
将涂布后烘干的正极极板用冲片机裁若干个平行样及空白样(至少3个),用压片机将平行样压实,用天平称取平行样及空白样的质量并做好记录。
将组装电池所需物品通过过渡仓转移到手套箱内。
按照正极壳-正极片-电解液-隔膜-电解液-锂片-泡沫镍-负极壳的顺序组装电池。
用卫生纸将电池壳上残留的电解液擦拭干净后,使用手动封口机对电池进行封口。
扣式电池制作操作指导书扣式电池制作操作指引1. 适用范围:此文件用于指导实验室扣式电池CR2032制作。
2. 操作方法2.1 匀浆按扣电配料配比进行单独匀浆,在配料前需将所用材料120℃烘烤不低于3h。
磷酸亚铁锂配方:主料:SP:KS6:PVDF=91:3:1:5锰酸锂及三元配方:主料:SP:KS6:PVDF=93:3:1:3负极石墨:C:SP:CMC:SBR=95.3:1.5:1.2:2匀浆方法:用电子天平精确称量所需材料放入250mL~500mL的烧杯内,然后进行充分混合。
2.2 涂布将浆料单面涂片。
负极涂布面密度参考值8-10mg/cm2;磷酸铁锂涂布面密度参考值12~15mg/cm2;锰酸锂及三元涂布面密度参考值17~20mg/cm2。
2.3 烘烤涂布好的极片先放入真空烘箱进行烘烤,烘烤温度为80℃,真空度应不低于0.08Mpa,时间不低于8小时。
2.4 极片辊压、取片、称重、标记2.4.1 烘烤后的极片用辊压机进行辊压,调整辊缝使负极材料的压实密度,参考值1.4~1.6 mg/cm3,磷酸亚铁锂正极材料的压实密度,参考值1.9~2.2 mg/cm3之间,锰酸锂正极材料的压实密度,参考值2.8~3.0mg/cm3之间,三元正极材料的压实密度,参考值3.0~3.5mg/cm3之间。
2.4.2 辊压后的极片用专用取样器进行打孔取样(?15mm),样片要求平整,边缘无毛刺。
2.4.3 用分析天平对样片进行精确称重,并做好记号标记。
2.5 样片烘烤把样片再放入真空箱进行烘烤不低于5小时,烘烤温度为80℃,真空度应不低于0.08Mpa。
2.6样片转移到手套箱待样片冷却后,将样片转入到手套箱内(氩气保护)。
2.7物料准备将电池上盖和底壳放入烘箱中85℃烘烤≥3h。
并提前采用专门的隔膜(32μm)裁片机裁片(?19mm)),放入真空干燥箱干燥24h以上,干燥压力-0.1Mpa,温度55±5℃,干燥后一并转入手套箱内(氩气)。
扣式电池组装相关知识前言任何一种新的电池材料的开发通常经过实验室研发、小试、中试以及规模放大和商业化应用五个阶段。
其中实验室研发阶段是对材料性能测试、验证以及价值判断的必要阶段。
因为实验室的测量数据除了具有重要的科研价值外,还有助于在早期开发阶段判断某些材料及电池体系是否具有实际应用价值及商业开发价值。
实验室扣式电池除了用于对现有材料的性能进行检测之外,还用于对新材料、新工艺产品进行初步的电化学性能测试与评价,正确的组装扣式电池对该材料的开发与制备、全电池设计与应用有着重要意义。
一、扣式电池材料基本介绍锂离子扣式电池主要由以下几部分组成:正极壳、负极壳、(正/负)极片、隔膜、垫片、弹片、电解液。
常用的正规的商品扣式电池CR2032中的C表示正极是MnO2,还有BR系列,B表示正极是氟化碳。
C或者B代表扣电体系,R代表电池外形为圆形。
前两位数字为直径(单位mm),后两位数字为厚度(单位0.1 mm),取两者的接近数字。
例如CR2032 的大略尺寸为直径20 mm,厚度 3.2 mm。
1.1 电池壳下图为CR2032扣式电池电池壳,正极壳较大,负极壳为表面有网状结构且较小,所以一般组装过程从负极壳开始。
图1 CR2032扣式电池正极壳(左),负极壳(右)1.2 极片极片的制备工艺对电化学性能能否充分发挥有重要影响,我们会在2.1中重点讲解,此处简要介绍。
下图为正极材料所制备的极片。
图2 正极片(左)与铝箔(右)锂离子电池极片的正、负极集流体分别为铝箔和铜箔。
如果选用单面光滑的箔材,往往在粗糙面上进行涂布,以增加集流体与材料之间的结合力。
箔材的厚度要求不严格,但对箔材的面密度均匀性有比较高的要求。
硅基负极材料一般选用涂碳铜箔以提高黏附性,降低接触电阻,以增加测试结果的重现性,提高充放电循环性能。
什么样的极片才是好极片?应该满足这几方面:(1)浆料涂布均匀,观察不到明显的厚度不均匀,特别薄的地方甚至能观察到亮色的铝箔;(2)极片保持完整圆形未受损坏,周围尽量没有毛刺;(3)极片涂布区域没有颗粒物并且没有明显的掉粉现象。
扣式半电池制备以扣式半电池制备为题,我们将探讨扣式半电池的制备方法和相关技术。
一、扣式半电池的定义和特点扣式半电池是一种利用扣式组件制备的电池。
它与传统的电池相比,具有体积小、重量轻、能量密度高等优点,因此在电子设备和移动通信设备等领域有着广泛的应用。
二、扣式半电池的制备方法1. 材料准备扣式半电池的制备需要准备正极材料、负极材料、电解液和隔膜等。
正极材料常用的有锂钴酸锂、锂铁磷酸锂等;负极材料常用的有石墨、石墨烯等;电解液常用的有有机溶剂和盐类等;隔膜常用的有聚丙烯膜等。
2. 制备正极材料将正极材料与导电剂、粘结剂等混合均匀,制成正极浆料。
然后将正极浆料涂覆在铝箔上,形成正极片。
3. 制备负极材料将负极材料与导电剂、粘结剂等混合均匀,制成负极浆料。
然后将负极浆料涂覆在铜箔上,形成负极片。
4. 组装电池将正极片和负极片分别与隔膜层叠放置,再将电解液注入电池中,最后用扣式组件将电池封装起来。
5. 充电和放电测试将制备好的扣式半电池进行充电和放电测试,以检验电池的性能和循环寿命。
1. 正负极材料的选择正负极材料的选择对电池性能有着重要影响。
需要选择具有高比容量、良好循环寿命和低自放电率的材料。
2. 正负极浆料的制备正负极浆料的制备需要控制好材料的比例和混合过程,确保浆料的均匀性和可塑性。
3. 电池封装技术采用扣式组件进行电池封装,可以提高电池的安全性和可靠性。
封装过程需要控制好温度和压力,确保电池内部的稳定性。
4. 充放电测试技术充放电测试是评价电池性能的重要手段。
需要通过严格的测试条件和准确的测试设备,对电池的循环寿命、容量保持率等进行准确评估。
四、扣式半电池的应用前景扣式半电池由于其体积小、重量轻和高能量密度的特点,被广泛应用于电子设备、移动通信设备、无人机等领域。
随着科技的不断发展,扣式半电池的性能将进一步提升,应用领域也将更加广泛。
总结:扣式半电池制备是一项复杂的工艺,需要掌握正负极材料的选择和浆料的制备技术,以及电池封装和充放电测试等关键技术。
硅负极扣式全电池制作流程
1、用回转炉烧结制备活性材料。
2、对制备好的材料进行混合和粉磨。
3、对配制好的正负极混合物进行真空搅拌。
4、用粘度仪测量其涂覆效果较好时的浆料粘度,并记泉下来,以便于下一次实验时将电池浆料调节到此粘度。
5、用浆料过滤装置滤去浆料中不小于124微米粒径的各种硬质颗粒。
6、将正负极材料分别涂覆于集流体上,并且烘干。
7、对烘干的正负基片进行辊轧,以减小厚度,增加密度。
8、将极片移入干燥箱中,进一步烘干。
电池封装
9、将正负极片和隔膜纸,切成指定直径的小圆片。
10、将切好的极片、隔膜纸及电解液、电池壳等配件移入到手套箱内(水氧含量需小于11PPM)。
11、按照从下到上的叠放顺序组装电池并注入电解液:负极壳>平垫+适量电解液>金属锂片+适量电解液>一层隔膜纸+适量电解液>正极片+适量电解液>平垫+适量电解液>弹片>正极壳。
12、在封装机上封装电池。
正极材料扣式电池制作工艺一一、配料1.1 物料与器具:待测正极活性物质、乙炔黑、导电石墨、石墨烯、PVDF、NMP( N-甲基-2-吡咯烷酮)、电子天平(精度:0.0001g)、研钵、小勺、滴管;1.2准备工作1.2.1物料烘烤每隔15天一次将活性物质、乙炔黑、导电石墨、PVDF在真空干燥箱进行烘烤。
烘烤参数:100℃,真空(-0.1Mpa),8-12h,烘烤时将物料置于烧杯内或者试剂管中进行;烘烤后的活性物质、乙炔黑、导电石墨、PVDF放入试剂管内,再置于干燥器中保存。
1.3 操作步骤1.3.1 浆料配制(1)将称取的活性物质与导电剂在玛瑙研钵中混合研磨均匀,用时15分钟。
(2)待活性物质与导电剂混合均匀后加入称量好的粘结剂(PVDF),继续研磨5分钟,将这三者混合均匀。
(3)待上述三种干粉研磨均匀后,将研钵转移到鼓风干燥箱中(温度设置为45℃,)干粉干燥5分钟(此步骤是为了减少大气湿度对样品的影响,若大气湿度≦60%时,此步骤可省略)。
(4)加入溶剂1甲基-2-吡咯烷酮(NMP)3-4滴,然后用研磨棒研磨7-10分钟研磨均匀(此过程在鼓风干燥箱内完成)。
注:NMP尽量从研磨棒上滴下,且液体最好滴在混合粉末正中,配制好的浆料呈胶膏状。
注意事项:(1)在天平称量读数时天平门必须关闭,以免空气流动影响读数,读数时同时注意实验台不能震动,不能把潮湿或有腐蚀性的物体直接放在天平上称量,称量前必须检查调整天平水平情况,并用法码校准天平。
称量时必须精确(2)配料过程中尽量避免水分的影响,既保证容器和物料的干燥。
二、涂布2.1物料与器具配制好的浆料、毛笔、铝箔、纸巾、鼓风烘箱、镊子、铝箔2.2 准备工作铝箔的裁剪:利用铝箔裁剪专用打孔器,裁剪相应尺寸的铝箔片。
2.3 操作步骤(1)为了减少大气中水分对图片的影响,在45℃的鼓风干燥箱中左手用镊子夹取铝箔,右手用毛笔蘸适量浆料,顺着一个方向均匀的涂敷在铝箔上。
纽扣电池的制作流程全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:纽扣电池是一种常见的纽扣形状的电池,通常用于小型电子设备,如手表、计算器、遥控器等。
它的制作过程并不复杂,但需要经过多道工序才能完成。
下面将详细介绍纽扣电池的制作流程。
第一步:材料准备制作纽扣电池所需的材料主要包括正极材料、负极材料、电解液、密封材料等。
正极材料通常为锂钴酸锂、锂铁磷灰石等,负极材料为石墨或硅等。
电解液通常是碳酸锂或聚合物电解质。
密封材料一般为铝箔和聚丙烯。
第二步:正负极生产正负极是纽扣电池中最重要的部分,它们的制作质量直接影响到电池的性能和寿命。
正负极的生产一般包括混合、涂布、干燥、切割等工序。
正极主要由正极活性物质、导电剂和粘结剂混合而成,然后通过涂布机涂布在铝箔上,经过干燥后切割成适当尺寸。
负极的生产工序与正极类似。
第三步:电芯制造将正负极片和电解液一起卷成管状,形成电芯,然后通过高温焊接封口。
焊接完成后,通过真空密封或浇注密封等方法封装成电芯,保证电芯内部密封性良好,以防止电解液泄漏。
第四步:成品测试制作完成的纽扣电池需要进行各项测试,包括电压测试、内阻测试、循环寿命测试等。
只有通过严格的测试,确保电池质量合格后,才会被包装出厂。
第五步:包装出厂通过自动包装机将成品电池按规定数量包装成标准包装盒,然后装箱出厂。
在进行包装过程中要确保电池不受挤压和震动,以免影响电池性能。
纽扣电池的制作工艺相对简单,但其中包含了许多关键环节,每个环节都必须严格控制,以确保电池的质量和性能。
在生产过程中要遵循严格的操作规程,采用先进的生产设备和技术,确保电池的质量和安全性。
只有如此,才能生产出符合标准的优质纽扣电池,为广大消费者提供可靠的能源供应。
第二篇示例:制作纽扣电池的原材料主要有锂金属、锂化合物、聚合物电解质、金属箔、隔膜等。
首先需要准备的原材料是锂金属和锂化合物,它们是纽扣电池的正、负极材料。
然后是聚合物电解质,它可以有效地传导电荷并且保证电池的安全性。
终于找到了!史上最详细扣式电池极片制备和电池组装教程2018-11-13 V 微算云平台实验室锂离子扣式样品电池,包括半电池(half cell,正极极片/金属锂片、负极极片/金属锂片)、全电池(正极极片/负极极片)以及对称电池(正极极片/正极极片、负极极片/负极极片)。
扣式电池由成套的扣式电池壳及内部组件构成,不锈钢电池壳电化学稳定性好、密封性良好、尺寸较小、组装较为简单、价格便宜、适用温度为40~80℃,适合大量测试使用。
最近国内外企业开始研制高通量扣式电池自动组装设备,用于电池关键材料的批量加速验证和研发。
一般的扣式电池壳型号有CR2032、CR2025、CR2016等,实验室中常采用CR2032 型电池壳(即直径为20 mm,厚度为3.2 mm)。
扣式电池壳用后则报废,需增加金属回收环节以免浪费和污染环境。
还有一种可重复使用的电池——Swagelok电池,又称为模拟电池,也经常用于实验室测试,其电池壳采用不锈钢外壳和聚四氟乙烯内胆,可重复使用。
Swagelok型电池拆解便捷,适合用于电池拆解分析。
但模拟电池相对成本较高,且组装出一致性较好的电池需要规范的训练和一定经验。
一套CR2032 型电池壳包括:负极壳,弹片,两个垫片。
组装一个扣式电池的基本步骤包括:制浆、涂布、烘干、裁片、组装。
下面进行详细解释。
极片的制备实验室用极片制备过程可分为混料和涂覆两个步骤。
其中混料工艺主要包括手工研磨法和机械混浆法,涂覆工艺则包括手工涂覆和机械涂覆。
实验室进行混料时,依据供料的多少来确定采用手工研磨法或机械混浆法,如活性材料的质量在0.1~5.0 g时建议采用手工研磨法,活性材料的质量超过5.0 g时,建议采用实验室用混料机进行混料。
实验室中每次混浆量有限,常采用手工涂覆,当浆料足够时可采用小型涂覆机。
整个极片制作过程需要在干燥环境下进行,所用材料、设备都需要保持干燥。
图1为手工混料、手工涂覆方法制备极片过程,包括材料准备、活性材料和导电剂的称取和研磨、加入黏结剂、浆料研磨、取出浆料手工涂布极片、极片烘烤等步骤。
(1)制浆制浆过程需要用到活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂、转子、称量瓶等。
活性物质:实验室用正、负极材料(活性物质)可以采购,也可以自行制备,一般为粉末材料,颗粒尺寸不宜过大,便于均匀涂布,同时避免由于颗粒较大导致测试结果受到材料动力学性质的限制较大以及造成的极片不均匀性问题。
实验室研究一般最大颗粒直径(D max)不超过50 μm,工业应用一般D max不超过30 μm。
较大颗粒、团聚体或者纳米级别,需做研磨、过筛处理。
导电剂:常用的导电剂为碳基导电剂,包括乙炔黑(AB)、导电炭黑、Super P、350G 等导电材料。
粘结剂:常用粘结剂体系包括聚偏氟乙烯-油性体系[即poly(vinylidene fluoride),PVDF 体系]以及聚四氟乙烯-水性体系[即poly(fluortetraethylene),一般为乳液,简称PTFE 体系],SBR(丁苯橡胶)乳液等。
常用质量配比为活性物质:导电剂:粘结剂=8:1:1(或8:1.5:0.5,可以根据材料适当调整,但一般来说,正极材料不低于75,导电剂和粘结剂不低于5)溶剂:常采用NMP(N-甲基吡咯烷酮)。
NMP和PVDF溶液的配制:配制NMP和PVDF的溶液,可以配制0.02 g/mL、0.025 g/mL和0.03 g/mL的三种,选择合适自己材料的浓度使用。
配制方法很简单,只需要将两种物质在广口瓶中混合就行,通过磁力搅拌,溶液中没有白色物质就行。
需要注意的是:配制结束后,广口瓶要通过封口胶密封,因为NMP容易吸水或者变质。
其中要注意的是需先将粘结剂(如PVDF)加入溶剂NMP中,在50℃以下搅拌至PVDF完全溶解。
(2)浆料的配置步骤:图1:机械混料、手工涂覆流程第一步:用移液枪量取2 mL的0.025 g/mL 的NMP/PVDF溶液,放入D15搅拌子进行磁力搅拌;第二步:称取0.05 g导电剂Super P缓慢加入称量瓶中,搅拌20 min。
加入过程中尽量不要使导电剂碰到上侧瓶壁,更不要因为加入的太快而使导电剂散出称量瓶。
第三步:称取0.4 g活性物质,加入称量瓶中。
注意事项同上,加入后搅拌4-5小时,搅拌时间不固定,以浆料粘稠状态为准。
小贴士:何种浆料状态为最好?一般来说,轻轻晃动称量瓶,混合物既不是粘度很高无法流动,又不是像水一样易动而不挂壁即可。
太稠可以加入一滴NMP继续搅拌一会儿,一般一滴就足够了。
太稀可以将称量瓶放入鼓风干燥箱烘干一会儿。
在混料过程中需将黏在壁上的材料处理并混入浆料中,防止因为比例不对造成计算材料比例时出现偏差。
混浆过程时间过短或过长、浆料不匀或过细都会影响到极片整体质量和均匀性,并直接影响材料电化学性能发挥及对其的评价。
(3)极片的涂布集流体的选择锂离子电池极片的正、负极集流体分别为铝箔和铜箔,如果选用单面光滑的箔材,建议在粗糙的一面上涂布,以增加集流体与材料之间的结合力。
箔材的厚度没有特殊要求,但对箔材的面密度均匀性有很高要求。
如果是硅基负极材料,可以选用涂碳铜箔以提高黏附性,降低接触电阻,增加测试结果的重现性,提高循环性能。
一般使用刮刀和流延涂覆机,进行涂布,正极材料涂布在铝箔上,负极涂布在铜箔上。
没有涂覆机的同学可以使用玻璃板和刮刀进行涂布。
涂布过程比较简单,但是需要注意以下几点(1)铝箔需要平整,要尽可能的减少褶皱;(2)涂布前要用酒精和脱脂棉仔细清洁铝箔和涂覆机平台;(3)脱脂棉清洁后要用卫生纸小心清洁一次,一来去掉可能存在的棉絮二来不要划伤铝箔。
此外,特别需要注意的是,一般极片的面容量设为2~4 mA·h/cm2,最低不建议低于 1 mA·h/cm2,这样的活性物质负载量与工业应用的更为接近,便于准确对标评价材料的倍率和低温特性。
个别情况下,可以超过这一负载量,例如针对厚电极的研究。
低于这一面容量制作的极片,一方面,称量误差较大;此外,由于极片薄,动力学性能较好,体积变化较小,电解液相对远远过量,这样有利于测到材料的最高容量,但半电池测到的倍率、循环性有可能会显著高于实际全电池工作条件下的性能,此时的动力学及循环性数据结果并不能和大容量实际电池有较好的对应关系。
当然,即便和实际体系的要求有差异,但如果所有材料按照同一极片的制作条件来对比,对于比较材料的性能差异也有一定意义。
但不同极片制作条件下的动力学、循环性能数据对比,往往可靠性低,而实验室手工制作的薄极片的一致性往往很难保证。
小知识:正负极极片的制备流程相同,区别在于正极涂布在铝箔上,负极涂布在在铜箔上,这是为什么呢?首先,两者的导电性都相对较好,质地比较柔软,价格也相对较低。
其次,铝本身比较活泼,在低电位下,铝会出现嵌锂,生成锂铝合金,不宜作为负极的集流体。
如果使用铝箔作为负极的集流体,铝会和锂形成合金,然后粉化,严重影响电池的寿命和性能。
最后,铜在高电位下容易氧化,不宜作为正极的集流体,铜表面的氧化层属于半导体,电子导通,氧化层太厚时,阻抗会增加。
同时锂不会与同在地点为下形成嵌锂合金。
极片干燥条件、辊压工艺、极片压切与称量、真空烘烤a.极片的干燥极片的干燥一般需要考虑3点,烘烤温度、烘烤时间、烘烤环境,对于NMP的烘烤温度需要100℃以上,在能够烘干的前提下,尽量降低烘烤温度,增加烘烤时间。
对于一些容易氧化或者在高温空气中不稳定的材料,需要在惰性气氛烘箱中烘烤。
还可以通过直接测量极片水分含量来确定干燥条件。
极片干燥的目的在于去除浆料中大量的溶剂NMP以及其中的水分,所以要经过鼓风干燥和真空干燥两个步骤。
每个步骤的具体温度和时间,不同工作中有不同的报道,但需要注意:(1)干燥NMP的温度不需要太高,但由于溶剂太多,需要较多的热量,所以干燥时间较长;(2)由于水的沸点是100℃,所以鼓风干燥的温度需要较高,但由于水分含量较少,干燥时间可以缩短,在鼓风干燥时,可以设置两个温度段,每个温度时间不同,最高温度可以设置为100℃。
另外负极的干燥温度应低于正极,有时候出现铜箔氧化的现象;注意:干燥温度过高和时间过长,会出现严重的掉粉行为,关于鼓风干燥的温度,正极不应超过120℃,负极不超过90℃。
(3)鼓风干燥后,要经过真空干燥,温度一般设定为120℃,时间10小时左右。
但不可以不经过鼓风干燥直接进行真空干燥,这样操作会导致NMP充满于真空干燥箱内,而使干燥效果不好。
不经过真空干燥也是可以的,但是有条件的最好不要省略这个步骤。
b.压片、裁片涂布后,干燥出的复合材料涂层比较疏松。
若直接使用,被电解液浸润后容易脱落损坏。
可采用对辊机或者压片机等进行压片处理,对辊机一般可将正极片涂层压制到15~60 μm。
压片机可以采用大约80~120 kg/cm2压强进行压制。
压片后的电极,稳定性、牢固性以及电化学性能都获得了改善,测试表现要好于不压片的样本。
压片主要目的有两个:一是为了消除毛刺,使表面光滑、平整,防止装电池时毛刺刺破隔膜引起短路;二是增强极片的强度,减小欧姆阻抗。
压力过大会引起极片的卷曲,不利于电池装配,压力过小又起不到压片的作用。
极片的辊压过程中需要将极片压实,压实密度尽量接近工业中极片的压实密度。
为了测量材料的动力学极限,可以按研究目的调控压实密度。
将制备好的极片,用称量纸上下夹好,放到冲压机上冲出小极片(图2),小极片直径可根据冲压机的冲口模具尺寸进行调整,实验室常采用直径为14 mm(对应CR2032 扣式电池)冲口模具。
对冲好的小极片进行优劣选择,尽量挑选形貌规则、表面及边缘平整的极片,若极片边缘有毛刺或起料,可采用小毛刷进行轻微处理。
冲压制备的小极片数量根据测试要求和涂片面积进行调整,一般用于充放电测试的极片数量不低于5 片(建议挑选8片以上完整测试极片)。
图2 手工冲压极片流程将挑选合格后的小极片移到精度较高的天平(精度不低于0.01 mg)进行称量,称好的极片放到待装电池的袋子里,并记录对应数据(图4)。
除了极片的质量称量之外,在采用厚度仪对极片的厚度进行测量时,多个极片的测量数值误差在3%以内则认为该极片厚度均一性良好,并记录厚度平均值。
图3 冲压后的极片称量及标记将称好的极片放入真空干燥箱,抽真空至0.1 MPa,设定干燥温度和时间,可以采用120℃烘烤6 h,这一步骤的目的是进一步去除极片中的水分。
启动运行升温后建议标注实验信息(图5),防止其它人误操作。
图4 极片干燥烘烤流程c.双面极片处理方法在实验室测试分析中,还包括对一些工业生产线上制备极片以及从电芯拆解取出极片的电化学性能进行分析评估。
上述极片多为双面涂覆极片,因此在组装扣式电池测试之前需将双面极片处理成单面极片(暴露出集流体)。