【2017年整理】容量滴定法测定扩散系数.doc

容量滴定法测定扩散系数 哥本哈根气候会议召开以来，低碳环保已成为趋势。锂离子是新型的绿色能源。其正负极材料都采用锂离子能可逆脱嵌的嵌入客体化合物。由于锂离子电池在充、放电过程中的主要步骤是锂离子分别从正负极材料的嵌入和脱出，因此，锂离子在这些材料中的扩散系数成为一个广泛关注的电极动力学参数。本实验采用容量间歇滴定技术(CITT)对不同电压条件下锂离子在不同正极材料中的扩散系数进行研究。 1 实验 1.1.1 L5C钴酸锂电池 找一块已做过化成的电池，电池编号为J0716A-5,正极材料为钴酸锂产品，产品编号为L5C负极材料为J0703CCMCP-M16.电池的额定容量为800mAh. 1.1.2 测试过程 1.1.2.1 以1C充电电流测试 电池为已做过化成的半饱和电池，其电压为3.865V,先恒流I=800mA放电至2.9v，用万用表测放电后电压为3.012，静止1h。 先恒流充电(I=800mA)至3.2V，然后在3.2V时进行恒压充电，直至电流等于0.02CA=16 mA。 以3.2V为起始电压恒流（I=800mA)充电至3.3V,然后在3.3V下进行恒压充电，直至电流等于0.02CA=16mA，与此类似，恒压充电的电压间隔为0.1V,直到电压达到4.2V,然后，以I=800mA放电至3.0V。 1.1.2.2 以0.2C充电电流测试 A.先恒流充电(I=800mA)至3.2V，然后在3.2V时进行恒压充电，直至电流等于0.02CA=16 mA。 B.以3.2V为起始电压恒流（I=800mA)充电至3.3V,然后在3.3V下进行恒压充电，直至电流等于0.02CA=16mA，与此类似，恒压充电的电压间隔为0.1V,直到电压达到4.2V,然后，以I=800mA放电至3.0V。 1.1.3 正极材料的表征 查得钴酸锂产品L5C平均颗粒半径为10.44um。 1.2.1 S600镍钴锰酸锂电池 找一块已做过化成的电池，电池编号为J0610A-10,正极材料为S600镍钴锰酸锂，产品编号为S600负极材料为J0605CCMCP-M16.电池的额定容量为750mAh. 1.2.2 测试过程 1.2.2.1 以0.2C充电电流测试 A.电池为已做过化成的半饱和电池，其电压为3.826V,先恒流I=150mA放电至3V. B.先恒流充电(I=150mA)至3.2V，然后在3.2V时进行恒压充电，直至电流等于0.02CA=15 mA。 C.以3.2V为起始电压恒流（I=150mA)充电至3.3V,然后在3.3V下进行恒压充电，直至电流等于0.02CA=15mA，与此类似，恒压充电的电压间隔为0.1V,直到电压达到4.2V,然后，以I=150mA放电至3.0V。 1.2.2.2 正极材料的表征 查得镍钴锰锂产品S600平均颗粒半径为11.40um。 1.3.1 S700镍钴锰酸锂电池 找一块已做过化成的电池，电池编号为J0709D-15,正极材料为S700镍钴锰酸锂，产品编号为S700负极材料为J0703CCMCP-M16.电池的额定容量为750mAh. 1.3.2 测试过程 1.3.2.1 以0.2C充电电流测试 A.电池为已做过化成的半饱和电池，其电压为3.825V,先恒流I=150mA放电至3V. B.先恒流充电(I=150mA)至3.2V，然后在3.2V时进行恒压充电，直至电流等于0.02CA=15 mA。 C.以3.2V为起始电压恒流（I=150mA)充电至3.3V,然后在3.3V下进行恒压充电，直至电流等于0.02CA=15mA，与此类似，恒压充电的电压间隔为0.1V,直到电压达到4.2V,然后，以I=150mA放电至3.0V。 1.2.2.2 正极材料的表征 查得镍钴锰锂产品S700平均颗粒半径为11.36um。 2 结果与讨论 容量间歇滴定技术（CITT）是在一定的电压范围内对电极施加一恒定电流，使电压达到一定值，然后施加恒定电压，由此得到恒压充电容量与恒流充电容量的比值。再根据球形扩散模型，结合颗粒半径，即可得到不同电压下锂离子的固相扩散系数。 假设活性物质颗粒为球形，根据球形扩散模型，恒压-恒流充电比值q表示为： q为恒压充电容量与恒流充电容量的比值，D为电极材料的固相扩散系数，cm2/s:R为材料颗粒半径，cm；tG为恒流充电时间，s；aj为已知常数，有tga=a解得。 在一次CITT测试过程中可以得到电压-时间曲线，电流-时间曲线和电压对容量曲线。从电压-时间曲线或电流-时间曲线可以得到tg值，电压对容量曲线中可以得到q，用最小二乘法对模型进行线性拟合，得到线性方程，结合R，就可以