实验 锂离子电池的测试.pdf

实验1.5 锂离子电池的测试 一. 实验目的 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测试方法 二. 实验原理 可充锂离子电池工作原理：充电时锂从氧化物正极晶格间脱出，锂离子迁移通过有机 电解液，嵌入到碳材料负极中，同时电子补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负极的电 荷平衡；放电时则相反，锂从负极碳材料中脱出回到氧化物正极中。锂离子电池的充放电 反应通常可简单表示为（正向反应为充电过程，逆向反应为放电过程，其中Me 为过渡金 属，如Co、Mn 、Ni 等）： Li MeO + 6C →MeO +LixC x 2 2 6 在充放电过程中，Li＋在正负极间嵌入脱出往复运动犹如来回摆动的摇椅，因此这种 电池又被称“Rocking-chair batteries” ，即摇椅式电池。锂离子充放电的原理与结构示意 图： 图1.5.1 典型的锂离子电池示意图 下面以尖晶石型LiMn O 为正极材料、富锂层状石墨为负极，叙述锂离子电池充放电过 2 4 程： （1） 正极 1 放电时，正极从外部电路获得电子，锂离子嵌入正极材料，部分Mn4+被还原为 Mn3+ ；充电时，正极把电子释放给外部电路，锂离子从正极材料中脱嵌进入电解液， 电极反应为 + - 放电 Li Mn O +yLi +ye Li Mn O x 2 4 充电 x+y 2 4 （2 ） 负极 放电时，负极石墨层间的锂离子脱嵌进入电解液，电子通过外电路释放，充电时， 负极从外部电路获取电子，锂离子嵌入石墨层间，相应的电极反应为： + 放电 + - Li C Li C+yLi +ye z 充电 z-y 对于磷酸钛锂的充放电反应是在LiTi (PO ) 和Li Ti (PO ) 两相间进行的，充电时Li+ 2 4 3 3 2 4 3 + 嵌入LiTi (PO ) 中转化为结构相似的Li Ti (PO ) ，放电时Li 从Li Ti (PO ) 中脱出形 2 4 3 3 2 4 3 3 2 4 3 成LiTi (PO ) ： 2 4 3 充电反应： + - 充电 LiTi (PO ) +2Li +2e ⎯⎯⎯→Li Ti (PO ) 2 4 3 3 2 4 3 放电反应： 放电 + - Li Ti (PO ) ⎯⎯⎯→LiTi (PO ) +2Li +2e 3 2 4 3 2 4 3 锂离子插入和脱出磷酸钛锂结构的过程中，电压维持在2.5V 。 锂离子在电解液中通过微孔薄膜往返迁移，然后嵌入到电极中。电子通过外电路转 移释放或者消耗能量。从锂离子电池的充放电过程，可以看到锂的化合态始终为+1 价，无0 价（金属锂）转变，所以这种二次电池称为“锂离子电池” 。 电解质体系 1）非水电解质：非水锂离子电池的电压在3 V 以上，金属锂非常活泼，需要使用有机 电解液体系。通常在有机溶剂中溶解含有锂离子的电解质。例如溶解有1 m