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锂离子电池实验小贴士

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锂离子电池实验小贴士_第1页
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1.合成样品中碳含量测定称取样品 0.5g(准确至 0.0001g)于 100ml 烧杯中,加入 50ml 浓度为 1mol/L 的 HCl,使Li2FeSiO4 完全溶解,用已干燥恒重的玻砂漏斗抽滤、洗涤、干燥、称量、计算样品中碳含量且用于计算 Li2FeSiO4 活性物质的充放电比容量2.循环伏安电极连接正极(绿色)接研究电极、金属锂接辅助电极(红)和参比电极(白) 3.锂离子电池工作原理充电时,正极处于贫锂态放电时,正极处于富锂态4.判断可逆性阳极峰和阴极峰尖锐,且电位差小于另外两者,说明材料的极化更小,具有更好的 Li+脱嵌可逆性5.锂电为什么正极要用铝片负极用铜片?采用两者做集流体都是因为两者导电性好,质地比较软,价格也相对常见比较便宜,同时两者表面都能形成一层氧化物保护膜正极电位高,铝箔氧化层非常致密,可防止集流体氧化而铜箔氧化层较疏松些,为防止其氧化,电位比较低较好,同时 Li 难与 Cu 在低电位下形成嵌锂合金,但是若铜表面大量氧化,在稍高电位下 Li 会与氧化铜发生嵌锂发应AL 箔不能用作负极 ,低电位下会发生 LiAl 合金化6. CR2032:锂二氧化锰电池, 其命名是按 IEC 的标准命名。

其中 C-以锂金属为负极,以二氧化锰为正极的化学电池体系,R-表示电池的形状为圆柱形,如果是方形则 F 替代;20 表示电池的直径是 20mm,32 代表电池的高度为 3.2mmBF2016: 氟化碳聚合物电池, F 代表方形7.隔膜PTFE 中文名称为聚四氟乙烯,英文名 Poly tetra fluoro ethylenePVDF聚偏氟乙烯( CF2-CH2) n,N-甲基吡咯烷酮(NMP)聚乙烯英文名称:polyethylene ,简称 PE聚丙烯,英文名称:Polypropylene,简称 PP虽然本身是绝缘材料,不能传导电子,但其空隙可允许锂离子通过使用时裁剪成圆形,直径与扣式电池正极壳的内部直径相等,这样可以避免锂离子从其边缘直接漏过8.负极材料除非研究负极材料,模拟电池中都是采用金属锂片作为负极,实际使用可以满足测试要求,在科技论文中很常见缺点是价格较贵,且不易买到在CR2032 中便采用直径 15.8mm 的锂片作为负极9.集电体:1mm厚的圆形铝片支撑片:弹簧片或者泡沫镍10.mAh 具体物理意义为:以1mA 的电流持续稳定一小时,电路中流过的电量毫安时是电量的单位之一,相当于3.6 库伦。

电池在放电电流越小,电池放电过程中的极化现象越微弱,越容易达到理论容量值因此,测试电池的容量性能时,应该将电流适当的调小11.乙炔黑 acetylene black12.硅酸铁盐在诸多聚阴离子中硅酸盐因具有自然丰富和环境友好的特性而特别具有吸引力硅酸盐与磷酸盐具有相似的化学稳定性能, 这时人们把目光瞄向了 Li-Fe-Si-O 系统由于Si 比P 具有更低的电负性, 使得 Fe2+/Fe3+ 电对降低因而硅酸盐相对于磷酸盐具有较低的电子能带13.Tarte and Cahay ,where Li2FeSiO4 was proposed to be isostructural with Li3PO4.14.理论比容量的计算1mol正极材料Li离子完全脱嵌时转移的电量为 96500C(96500C/mol是法拉第常数)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)安培×3600秒=3.6C 以磷酸锂铁电池LiFePO4为例:LiFePO4的分子量是157.756g/mol, 所以他的理论电容量是96500/157.756/3.6=170 mA h/g 同理,Li2FeSiO4的理论容量是166 mA h/gC = nF /3.6Mr ,其中 C为理论比容量, n为嵌入锂的摩尔数, F为法拉第常数,Mr 为物质的分子量)Li2FeSiO4相对于锂的电极电势是2.77V,理论比能量密度是440Wh/Kg.15.软化学法采用软化学法制备的纳米级L iFePO4 比表面比较大,且颗粒分布相对均匀,所组成的材料有着较好的结构稳定性,有利于L i+的“脱嵌/嵌入”,具有高的比容量。

但是,活性物质的颗粒度过细时(如纳米级) ,则粉体表面积大,难以在有机溶剂中分散;涂敷电极时,很难使活性物质均匀分布,也会影响电池性能另外,粉体过细,也容易引起表面缺陷,增加电极的极化16.油电混合动力车hybrid vehicles 是指电油混合车原理是刚起动时用汽油,等有了一定的速度时不用太大力了,就转为用电(用汽油时会向电瓶充电)plug-in hybrid vehicles 是有一个外加的(大)电瓶,晚上充电,充满后白天可开 60 哩,足够上下班万一那天开多了,电用完了,汽油就会接上来,继续让你开 17.提高电子电导率:包覆碳和掺杂金属离子提高离子(Li +)扩散速率:控制晶粒的大小18.LiCoO2: 工作电压高(3.6V) ,放电平稳,适合大电流放电,比能量高,循环性好,制备工艺简单等优点理论放电容量为274mAh/g,实际容量约为140mAh/g.19.similar design strategies used for LiFePO4 have been applied to explore materials of the orthosilicate family Li2MSiO4,(M=Mn, Fe, Co )which have benn distinguished by the possible M4+/M2+ two-electron reaction by removal of all lithium atoms with a large theoretical capacity of ca. 330 mAh/g.20. 硅溶胶在即将变成凝胶之前加入10mL 95% 乙醇溶液, 则在相同的加热搅拌时间下, 所得硅溶胶不仅不会凝胶, 还可以在室温下储存5天, 而且加入的乙醇愈多, 储存的时间愈长。

这说明乙醇虽然不参与化学反应, 但是由于乙醇起了稀释作用, 使得反应速率明显降低, 凝胶的时间也随之延长另一方面, 极性乙醇分子的存在起到了隔离作用, 乙醇分子靠顶氧生成氢键来阻碍顶氧形成硅- 氧联结, 从而在一定程度上抑制了聚合作用21 PEG聚乙二醇(PEG)在制备 M 过程中所起的作用不仅仅是充当碳源,作为一种高分子表面活性剂,PEG 能有效地降低微粒的表面张力,改善制品的团聚性,从而获得粒径小而均匀的 M.2223 固溶体当一种组元A加到另一种组元B中形成的固体其结构仍保留为组元B的结构时,这种固体称为固溶体.B组元称为溶剂,A组元称为溶质分类:置换固溶体和间隙固溶体有序固溶体和无序固溶体24硅酸盐系列化合物Li2MSiO4( M = Mn,Fe,Co,Ni) 中的Si—O 键与P—O 键具有相似的稳定性,理论上能够可逆地脱嵌2个锂,使其理论比容量达到300mA·h /g 以上. 其中Li2MnSiO4的理论比容量大约为330 mA·h /g,但其在第一次充放电之后,结构会发生很大变化,影响了锂离子的可逆脱嵌,阻碍了它在锂离子电池上的应用25Li2FeSiO4 /C 复合材料的制备: 将摩尔比为1∶ 1∶ 2的SiO2、乙二醇和柠檬酸加入到100 mL 水中( 柠檬酸既用作配位剂又用作碳源) ,超声分散2 h 后,加入LiNO3和Fe( NO3)3·9H2O,使溶液中Li,Fe和SiO2的摩尔比为2∶ 1∶ 1. 将溶液在磁力搅拌器上搅拌1 h 后,静置,形成溶胶后,放入80 ℃烘箱中干燥24 h. 将得到的干凝胶充分研磨后,在N2气气氛的温控管式炉中以10 ℃ /min 升温,于700 ℃下烧结2 h,得到Li2FeSiO4 /C 复合材料.购买:纳米二氧化硅(SiO2,cabosil M5),乙二醇(分析纯)26 电导率的测试纯Li2FeSiO4的室温电导率( 2 × 10 - 12 S /cm)电导率测试: 将制得的材料在30 MPa 压力下压片,在室温下通过双电测四探针测试仪测出材料的电阻,然后取其倒数即得到材料的电导率.27Li2FeSiO4 /C 的放电平台比掺锰样品稍低,大约为2. 7 V,这可能是由于锰还原电对电压较高,在一定程度上提高了Li2FeSiO4 /C 的电压,改善了Li2FeSiO4 /C 的电化学性能.28 样品容量衰减的可能原因样品Li2Fe1 - xMnxSiO4 /C( x = 0,1 /4,1 /3,1 /2) 的容量衰减原因可能为: ( 1) 由于粒子发生团聚导致颗粒长大,不利于锂离子的扩散;( 2) 由于锰的存在,Mn3 + 的Jahn-Teller 效应增强,材料晶体结构发生变化,致使循环性能变差,可逆容量损失增大[15]. 而x = 0 与x = 1 /4的样品比x = 1 /3 和x = 1 /2 的样品具有更好的电化学性能,表明碳的含量在一定程度上也影响着材料的电化学性能.29 对比性研究溶剂:水 无水乙醇 水+乙醇体系做XRD后,怎么进行晶格常数的计算?30 碳包覆碳包覆能够有效地改善电极材料的电子导电性,体相掺杂能够改善电极材料的导电性和提高其充放电容量。

碳的包覆有利于减少样品颗粒的尺寸,从而减小Li +离子在固相中扩散的距离,并增大硅酸铁锂颗粒与电解液之间的接触随着掺碳量增加,蔗糖及其分解产物起到了还原剂的作用,抑制二价铁氧化成三价铁,从而有利于硅酸铁锂生成随着掺碳量继续增加,过多的蔗糖阻碍了前驱体的高温反应和硅酸铁锂晶体的形成31 体相掺杂Ni2+的离子半径小于 Fe2+的离子半径,Ni 掺杂必然会增加 Li2FeSiO4晶格中的空隙,为电子及离子的运动提供更好的通道,从而使电导率提高,张宝等人认为,由于 Ni-O 键强于 Fe-O 键,Fe 位掺取代后能够减小 Li-O 之间的结合力,提高离子的运动性和扩散系数32 交流阻抗测试采用 CHI66A 型电化学工作站上海辰华仪器公司对组装的电池进行测试,扫描频率范围 0.001Hz-100kHz在进行交流阻抗测试前,测试电池的开路电位,当电池的开路电位在 30min 内的变化不超过0.1mV,认为电极基本达到平衡,即可进行交流阻抗测试33 交流阻抗图分析而高频区圆弧一般归属于 Li+离子在 SEI 膜的迁移过程低频区的斜线是锂离子在固相正极材料中的扩散引起的碳包覆样品在高频区的半圆明显小于未掺碳样品在高频区的半圆而碳包覆样品在低频区的直线斜率也略大于未掺碳样品。

这说明碳包覆后样品材料的电导率增加,发生在电极表面的电荷传输引起的电化学阻抗明显减小这可能是由于碳包覆使得材料小,锂离子脱嵌反应中心增多,加速了锂的脱嵌,电极反应速率增大,有利于电化学反应的进行,从而使电荷转移变得容易,阻抗减小高频区截距代表电解液的电阻,中高频区半圆的直径大小代表电荷转移电阻,发生在 SEI 膜上低频区代表锂离子扩散电阻34 合成技巧用 TEOS 作硅源,选择乙醇作分散剂,先将各反应物分散在乙醇中,在常温下反应 3 个小时,再在 50℃下搅拌使乙醇挥发电压范围:多在 1.5-4.8V C/16 充放电倍率35 在低倍率时,电荷转移电阻可以忽略,在高倍率时,电荷转移电阻发挥了重要作用,因此造成了电化学性能衰减36.2:1:1:3 3是柠檬酸Rietveld refinements were carried out by using the FullProf program.37 XRD纳米硅酸铁锂的制备 哈尔滨师范大学 指出硅酸铁锂的晶型是 P21包覆碳后的样品的 XRD 图中峰的强度小于没包覆碳的样品,这说明了前者的晶粒小,因为碳阻止了晶粒的生长包覆碳能在各颗粒间提供导电连接,有利于电子的转移。

小颗粒能缩短锂离子的。

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