福州大学化学化工学院
本科实验报告
课程名称：综合化学实验
实验项目名称：锂离子电池的制备及性能测试实验室名称：六号楼206
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学号：11S*********
学生所在学院：化学化工学院
年级、专业：09级化学类
实验指导教师：郭永榔
2012年10 月8 日
一、实验目的
传统使用的小型可充电电池是镍镉电池，随着便携式电子产品对电池性能要求的不断提高，人们对环境意识的不断增强，对环境友好、性能更优良的绿色电源越来越迫切。
与镍镉电池、金属氢化物电池、铅酸蓄电池及可充碱性电池等传统电池相比，可充锂离子电池能量密度大（约为镍镉电池的两倍），循环寿命长，工作电压高（3.6V），环境污染小，已经广泛应用于手机、计算机，便携式电子电器，数码产品等电源，有望成为动力车的理想动力电源。
锂离子电池技术是 21 世纪具有战略意义的军民两用技术以及在电子信息、新能源、环境保护等重大技术领域发展中具有举足轻重的地位和作用，这对锂离子电池性能提出了更高的要求，因此对电池材料的开发改进仍然是当前的研究热点。
本实验研究目的：
1、了解可充锂离子电池的工作原理
2、了解电解质溶液的导电机理
3、掌握纽扣锂离子电池的电极材料、电极的制备工艺及纽扣锂离子电池的装配
4、掌握锂离子电池电性能的测试方法
二、实验试剂和仪器
1、实验仪器
管式气氛炉，行星式球磨机，真空干燥箱，真空手套箱，Land 电池充放电测试系统（与计算机连接），低温试验箱，真空泵，扣式电池封口机，电子天平，粉末压片机，玛瑙研钵，干燥器等。
2、试剂
高压氩气（瓶）， NH4VO3，LiOH·H2O，氢氧化钠，草酸，1mol/L LiPF6＋EC/DMC(体积比 1:1)电解液，粘结剂 PVDF，导电碳黑（CABOT），N－甲基吡咯烷酮（NMP），Celgard2325 隔膜，金属锂片，电池壳（CR2025），铝集流片，360 目砂纸等。
试剂名称及分子式、厂家和纯度；主要仪器型号及厂家。
三、实验结果与讨论
1、将实验数据列成表格（如表1所示），标注条件。
2、标出 XRD 图中各个峰所对应的晶面，通过对比 XRD 实验数据和标准图谱判断合成材料属何种物质和结构；
10
20
60
70
02000
4000600080001000012000140001600018000
Intensity/a.u.（100）
（003）
（-111）
（103）（203）
将实验数据与标准图谱进行对比可知，该物质为Li 1.1V 3O 8，属于单斜晶系。
3、选择 2～3 个循环数据，以电压为纵坐标，充放电比容量为横坐标，绘出电压－比容量变化曲线；
图2 11号样品电压－比容量变化曲线
图3 12号样品电压－比容量变化曲线
4、以放电比容量为纵坐标，以循环次数为横坐标，观察电池循环过程的容量衰退情况；
由图4可知，多次循环之后，电池的放电比容量呈逐渐降低的趋势，并且降低速率较快。
四、结论
由测得的实验数据及分析结果可知，此次制得的锂电池较为成功。
其中，11号样开路电压达到3.5V，放电比容量接近270mAh/g，但电池不够稳定，在11次循环过后，放电比容量降到207mAh/g左右。
五、思考题
1.比较不同循环所得电压－容量曲线有何异同？说明原因。
答：相同点：存在相同的放电中压，约2.8V，且充放电电压－容量曲线均呈现倒“S”型。
不同点：随循环次数增加，在相同电压下，其容量降低，即容量损失。
可能的原因：
（1）沉积的锂包覆在负极表面，阻塞了锂的嵌入，可循环锂量减少，导致放电效率降低和容量损失。
（2）金属锂通常形成于负极与隔膜之间，可能阻塞隔膜的孔隙增大电池内阻。
快速充电，电流密度过大，负极严重极化，锂的沉积会更明显。
（3）电化学惰性物质的产生，破坏了电极间的容量平衡，导致容量损失，其容量损失是不可逆的。
（4）自放电。
自放电是指电池在未使用状态下，电容量自然损失的现象。
锂离子电池自放电导
致容量损失分两种情况：一是可逆容量损失；二是不可逆容量的损失。
可逆容量损失是指损失的容量能在充电时恢复，而不可逆容量损失则相反，正极与溶剂会发生微电池作用产生自放电造成不可逆容量损失。
（5）电极不稳定性.。
正极活性物质在充电状态下会氧化电解质分解而造成容量损失。
另外，影响正极材料溶解的因素还有正极活性物质的结构缺陷，充电电势过高以及正极材料中炭黑的含量。
其中电极在充放电循环过程中结构的变化是最重要的因素。
答：
2.为什么把测试电压范围限制在 2.0-4.2V 间？
答：锂离子电池经常会发生过充。
由于在设计时，负极容量比正极容量要高，因此，正极产生的气体透过隔膜纸与负极产生的镉复合。
故一般情况下，电池的内压不会有明显升高，但如果充电电压过大，或充电时间过长，产生的氧气来不及被消耗，就可能造成内压升高，电池变形，漏液，等不良现象。
同时，其电性能也会显着降低。
电池放完内部储存的电量，电压达到一定值后，继续放电就会造成过放电，一般而言，过放电会使电池内压升高，正负极活性物质可逆性受到破坏，即使充电也只能部分恢复，容量也会有明显衰减。
因而，要把测试电压范围限制在 2.0-4.2V 间3. 做好本实验的关键是什么？
答：做好本实验的关键是：
（1）涂正极材料的均匀度。
涂正极材料时，若涂得太厚，活性物质的量较多，容量大，比容量小，但涂得太厚，对电池的性能有较大影响。
但也不能涂得太薄，活性物质的量应控制在3-3.5mg之间。
（2）无水无氧操作。
由于锂及其化合物都具有很高的活性，极易与空气中的水和氧气发生剧烈反应，因此应控制实验室湿度，所需材料都应彻底烘干，抽真空要彻底。
（3）组装电池时，应防止短路。
特别是在夹取隔膜时不能太用力，防止隔膜被弄破，造成短路。
隔膜的大小应比正负极片大，居中放置，防止正负极相互接触而短路。
（4）隔膜的大小。
隔膜太小，易造成短路；太大，则容易造成电池漏液。
参考文献：
[1]陈立宝，贺跃辉，邓意达等．锂离子电池正极材料Li
1+x V
3
O
8
合成技术研究进展[J]．材料导
报．2003.1 7(8);37—40．
[2]师文林，刘进.锂离子电池正极材料Li
1+x V
3
O
8
的研究进展[J]．湿法冶金．2008;1-3．
[3]叶琬玲,刘恒,班文俊,吕玲,陈渝,余艳丽.锂离子电池正极材料Li1+xV3O8合成及电化学性能的研究[J]．功能材料．2008;12（39）；1-3.
[4]刘永梅，郭永榔.反应物分散条件对Li1+x V308电化学的影响[J]．应用化学．2009;10（26）；1-4.。