实验报告三(金属锂电池的制作与性能表征)12550701021钟如达概要.doc

实验报告 实验三: 纽扣金属锂电池(商品)的制造与性能表征 班级： 12应化A班 学号：12550701021 姓名：钟如达 一、实验原理 一次性金属锂离子电池是由金属锂负极，过渡金属氧化物正极（如MnO2），隔膜为微孔薄膜和电解质为LiPF6、LiAsF6或LiClO4等有机溶液所组成。下面以MnO2为正极材料，金属锂为负极，叙述金属锂电池的工作原理： (1)正极 放电时，正极从外部电子线路获取电子，Mn4＋被还原为Mn3＋。电极反应为： MnO2 + e- = MnO2 (2)负极 放电时电极反应为： Li - e- = Li+ 总反应： MnO2 + Li = LiMnO2 [E = 3.5 V] 由于金属锂电池电容量大、放电持续稳定、价格低廉而被广泛使用。 二、实验材料仪器 1、实验材料： 二氧化锰（MnO2）、KS6石墨、铜箔、铝箔、隔膜（Celgard2400）、锂片电解液1M LiPF6溶于体积比 EC: DEC: EMC=1:1:1的溶液）、扣式电池壳（CR2032）、纽扣电池座等。 2、实验仪器 CorreTest CS350电化学工作站、电子分析天平、、?13 mm）压片模具、JK-CMJ-02扣式电池冲机?19 mm）、手套箱+JK-YYFKJ-20纽扣电池液压封口机（附带高纯氮气气源）正极的制备 按: 1的质量比 MnO2和0.60 g KS6导电剂碳黑混合均匀混合℃烘箱。负极 负极极片是厚度为1.50 mm直径为15 mm的锂金属片；电解液为LB-315（1M LiPF6溶于体积比 EC: DEC: EMC=1:1:1的溶液）；隔膜将成直径为Φmm的圆片隔膜极负极充满纯的手套箱内实验电池装配过程在充满氩气的手套箱中进行，手套箱中氧含量、水含量均须低于10 ppm。干燥的电极移入手套箱后，将MnO2正极、隔膜、Li负极电解液按顺序装入实验电池的模具中，然后电池，电池密闭。开路电位恒电位极化恒电位阶越线性扫描伏安法循环伏安法交流阻抗放电放电 图：LED灯点亮展示 1．开路电位（Open Circuit Potential Voc） 围从 +3.964~3.9554 V，变化很小，说明电极材料在电解液中基本达到稳 定态，此时测得的EIS和CV有意义，EIS没有乱点。 图1. 开路电位 2．恒电位极化（Constant Potential Polarization） 3．恒电位阶越（Constant Potential Step）0.998335s时，电流为0，初步判定此时在该电位（+ 0.005V）下，电流也达到稳态。 图3. 恒电位阶跃 4．线性扫描伏安法（Linear Scan Voltammetry LSV） 图4. 线性扫描伏安 5．循环伏安法（Cyclic Voltammetry CV） 图5. 循环伏安 6．交流阻抗（Electronic Impedance Spectrometry EIS） 图6. 交流阻抗 经过对这个交流阻抗图的拟合，得出图7的拟合图和等效电路，所以可以用图7的等效模拟电路图拟合出与原图大致相似的图。 图7. 等效电路图 7．放电（Charge） 五、问题与思考 1. 比较本实验制造的金属Li电池和商品Li电池的性能好坏和制造工艺的异同点 答：（1）性能方面 A．相同点：实验制品和商业制品的金属锂电池的电压可达到3.6v左右 B. 不同点：实验制品电池很快放完电，放电极为迅速；而商业制品电池放电稳定 （2）制造工艺方面 A．相同点：实验制品和商业制品的制造部件相类似，制造工序数量差不多 B. 不同点：实验制品电池制造工艺简单简化；而商品电池制造复杂，精密 2. 以MnO2为例计算电池的理论比容量。（提示：MnO2在放电过程中得电子数为1；组装电池前要称量和计算出正极材料MnO2的质量） 答：1mol 正极材料Li离子完全脱嵌时转移的电量为96500C，由单位知mAh/g指每克电极材料理论上放出的电量：1mA .h=1*10-3**3600=3.6C, MnO2的相对分子质量为86.94g/mol,所以理论容量为96500/86.94/3.6=308.27 mA*h/g