锂离子模拟电池---组装测试手册..pdf

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1、锂电资讯增刊 锂离子模拟电池 组装测试手册 编者 王琦 北京工业大学材料学院 目 录 知识背景与内容简 介 . . 3 第 1章 模拟电池部件的介 绍 4 1.1. 模拟电池的主要组件 4 1.2. 部件的简单介绍 4 1.2.1. 扣式电池 壳4 1.2.2. 正极 片5 1.2.3. 隔 膜6 1.2.4. 负极 片6 1.2.5. 集电 器7 1.2.6. 支撑 片7 1.2.7. 电解 液8 1.3. 部件介绍的总结 8 第 2章 模拟电池部件的制 备 9 2.1. 制备正极片 9 2.1.1. 油性体系中制备正极 片9 2.1.2. 水性体系中制备正极 片10 2.2. 裁剪电极片

2、. 10 2.3. 正极材料含量的计算 . 11 2.4. 裁剪隔膜 . 11 第 3章 模拟电池的组 装 . . 1212 3.1. 手套箱内组装电池 . 12 3.2. 手套箱内压制电池 . 13 第 4章 模拟电池的测 试 . . 1414 4.1. 电池测试系统 . 14 4.2. 电池测试的单位与参数 . 14 4.2.1. 容量性能的单位与参 数14 4.2.2. 循环性能的单位与参 数15 4.2.3. 倍率性能的单位与参 数15 4.3. 测试电池参数的设置 . 15 知识背景与知识背景与内容内容内容简介简介 随着石油资源的日益匮乏，能源危机日益临近。各国都在寻找降能耗、减排放

3、 的新途径。由于电动车可以极大的降低石油消耗，受到各国政府的普遍重视。电动 汽车替代传统汽车，已经是不可逆转的潮流。研制性能优越的电动车的动力电池， 是当下发展电动车的关键。 锂离子电池是指用两种能够可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极的二 次电池。该类电池通过锂离子在正负极之间来回运动来完成充放电，在此过程中， 正负极材料结构随充放电深度变化极小，可逆性良好。传统的锂离子电池一般采用 钴酸锂作为正极材料，石墨作为负极材料，六氟磷锂的有机溶液作为电解液，多孔 薄膜作为隔膜。该类电池常用于消费类电子器件，如手机，笔记本电脑，音乐播放 器等，使用该类材料的电池大电流放电能力较弱。无法作为动力电

4、池的解决方案。 1997年，美国德克萨斯大学的Goodenough 教授率先报道磷酸铁锂材料，该材 料既有无毒、环保、安全性能优异、比容量高的优点；也有电导率低、锂离子传导 率低的缺点。 经过科研工作者们的不懈努力，合成纳米颗粒、表面碳包覆、正极掺碳等技术 的应用，最终成功制出了高性能的锂离子电池，并且已经成功用于电动工具。 锂离子电池在电池的一致性、循环性能、功率性能、储能性能都优于传统电 池，但仍未达到电动车的要求。现阶段的锂离子电池价格高昂，仍需降低价格。因 此，作为现阶段性能最为优越的电池，继续研究改进的空间仍然很大。需要大批的 锂电研究人员继续努力！ 手册简要介绍了锂离子模拟电池的总

5、体结构和零部件的功能，介绍了两种模拟 电池正极片的制作方法。并且系统介绍了锂离子模拟电池的组装方法和测试方法。 本手册完全免费，希望可为祖国的电动车大业略尽绵薄之力。 由于编者水平所限，本手册难免存在不足之处。欢迎同行人士批评指正。联系 方式如下： 手机手机 152106447851521064478515210644785 QQ QQ 342695326342695326342695326 电邮电邮 wgqfiisinawgqfiisinawgqfiisina com com 第 1章 模拟电池部件的介绍 1.1. 模拟电池的主要组件 表 1.1. 模拟电池主要部件的名称及简介 部件名称 部

6、件简介 扣式电池壳 CR2032、CR2016等型号的工业电池壳正极片 粉末状磷酸铁锂粉末状磷酸铁锂、钴酸锂等材料的涂片或压片隔膜 多孔的丙烯膜多孔的丙烯膜、聚乙烯等薄聚乙烯等薄膜膜集电器 与电池壳配套的圆形铝片与电池壳配套的圆形铝片、铜片等支撑片 保持电池各部件良好接触的弹簧片保持电池各部件良好接触的弹簧片、泡沫 镍等 负极片 锂片锂片、石墨粉等负极材料的薄片电解液 六氟磷锂的有机物溶液六氟磷 锂的有机物溶液、其他聚合物体系等 1.2. 部件的简单介绍 锂离子模拟电池的组件一般都采用工业化的成熟产品，如工业的扣式电池壳； 以及对现有工业材料进行简单加工后使用，如将Celgard2400型号的

7、多孔聚丙烯平 板膜加工成直径合适的圆片，便可作为锂离子模拟电池的隔膜。 下面简单介绍下各组件的特点和功能。 1.2.1. 扣式电池壳 锂离子模拟电池组装中，采用的电池壳为工业电池壳。常用工业扣式电池壳的 型号有 CR2032、CR2025、CR2016等很多种。其他型号也有很多种，如 BR3032。这类型号的电池壳在手册所述的锂离子模拟电池中并不常用，此处不作 列举。 图 1.1.CR2032扣式电池的正负极图示扣式电池的正负极图示，左为正极左 为正极，右为负极 键入文字 北京工业大学材料物理与化学系一般使用CR2032型，如图 1.1。该类电池壳 稳定性、密封性良好，适用温度为-20到 70

8、之间。工业上使用其作为商业化扣式 锂电池的外壳。具有价格便宜、组装简易、性能稳定的特点。在锂离子电池材料的 电化学性能表征中，经常以此为外壳组装模拟电池。研究锂离子电池的科技人员， 必须熟练掌握使用此类电池壳组装模拟电池的技术。 这类电池外壳型号开头的两个英文字母代表电池的适用体系。CR 和 BR 开头 的型号中，若开头英文字母为C ，代表电池是以锂金属为负极、二氧化锰为正极 的体系；若开头英文字母如为B ，代表电池是 Poly-carbonmonofluoride Lithium Coin Batteries体系， 英文翻译过来是 “ 氟化碳聚合物锂电池 ” 。第二个字母都是R ，代表该类电

9、池 的外形为圆形（相应的，此处字母如果为F ，代表电池为方形）。两者都可用于 锂离子模拟电池组装，实验室一般采用性能更为稳定的CR 系列的扣式电池壳。 英文字母后面为四个阿拉伯数字，如2032、2016等。这四个数可分为前后两 部分来解释。前两个数字指的是电池直径的毫米数；后两个数字除以10，得到电 池厚度的毫米数。以图1.1中的 CR2032为例， 20 指电池直径为 20mm ，32指电池 厚度为 3.2mm 。 1.2.2. 正极片 正极片是在铝箔上涂布正极复合材料，切割成圆形使用。见图1.2。正极复合 材料涂层的组分如表1.2所示。 图 1.2. 正极片正极片（左）与铝箔与铝箔（右）的

10、圆形切片图 表 1.2. 正极正极复合材料的组分复合材料的组分 正极材料 钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等锂离子电池正极材料炭导电剂 乙炔黑 (AB、科琴导电炭黑、 Super P 、350G 等导电材料 电极黏合剂 锂电池中稳定性良好的有机氟化物。如：聚偏氟乙烯-油性体系： 即 poly(vinylidene fluoride ，简称 PVDF 体系；聚四氟 乙烯-水性体系水性体系： 即 poly(fluortetraethylene，简称 PTFE 体系； 可以采用涂布后压片的方法制取正极电极片，有油性和水性两个体系。油性 体系中，可将磷酸铁锂正极材料与N-甲基吡咯烷酮 (NMP 搅拌得到混合悬

11、浊液， 均匀涂布在铝箔上，烘干后裁剪压片；也可采用刮刀均匀涂布材料于 键入文字 铝箔上，再进行烘干裁剪。水性体系中，可将磷酸铁锂正极材料 混合 PTFE 乳胶、导电碳黑，采用对辊机压制，得到均匀薄片，再进行烘干裁 剪。 两个体系都会在第 2 章中详细介绍。 1.2.3.隔膜 一般采用聚乙烯、聚丙烯的白 色隔膜（图 1.3 左） ，单层或多层结构的产品皆可。这类膜上有着无数的纳米级 空隙（图 1.3 右） ，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。电池隔膜， 图 1.3.Celgar

12、d2400 电池隔膜，及其微 观纳米孔结构 实验室中通常都可以采用 Celgard2400 或 Celgard2500 型号的工业用 聚丙烯 膜。 1.2.4.负极片 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（图 1.4） ，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。电池中采用的锂片和模拟电池中配套的铝片的直径相同。 CR2032 中便采 在 用直径 15.8mm 的锂片作为负极。图 1.4.金属锂负极片 金属锂 负极片 6 键入文字 1.2.5.集电器 圆形铝片， 半径比电池壳略小（图 1.5） 如在 2032 电池中， 。 铝片直径为 15

13、.8mm。 有多种常用的厚度，如 1mm 和 1.5mm。一般都 可以使用在模拟电池中。实验室中推荐使用厚度为 1mm 的铝片。铝片可与电池壳 配套购买使用。 图 1.5.集电器示意图 集电器示意图 1.2.6.支撑片 一般为弹簧片（图 1.7）或泡沫镍（图 1.8） ，可起到支撑电池内部结构的作用。 图 1.7.弹簧片示意 图 弹簧片示意图 图 1.8.泡沫镍示意图 泡沫镍示意图 在其支撑下，电池内部部件的 接触紧密平坦，从而导电性良好。弹簧片和泡沫镍的支撑效果都可以满足模拟电 池结构的稳定。二者各有所长，使用弹簧片，可以省去裁剪泡沫镍的时间和工 序；使用泡沫镍，可以省去铝片集电器，使组装电

14、池的工艺更简单。 7 键入文字 弹簧片可与电池壳配套购买，价格低廉；泡沫镍的价格高昂，不易 买到。 1.2.7.电解液 电解液指电池中传导锂离子的锂盐有机溶液。电解液不能传导 电子，但可作 锂离子的传导介质，使锂离子在正负极之间来回转移。实际工业生 产中，不仅有液态电解液，还有胶态和固态的聚合物锂离子传导介质。三者可统 称为锂离子传导电解质。锂盐是锂离子传导的主要作用成分，液态电解液中，一 般以将锂盐溶于两种或多种的液态有机混合溶剂中，浓度一般都为 1M。 常用锂 盐主要有 LiPF6、LiClO4 等。常用的电解液有机溶剂主要有碳酸丙稀酯(PC、碳酸 乙烯酯 (EC、碳酸二甲酯 (DMC 、

15、碳酸二乙酯 (DEC、甲乙基碳酸 酯(MEC 等组成的 二元或者三元的混合溶剂。磷酸铁锂的电解液可以采用 EC：DEC=1：1(体积比混 合作为溶剂，配制浓度为 1M 的 LiPF6 溶液。 1.3.部件介绍的总结 部件介绍的总 结 上述的部件一般都可以直接从厂家购买，只有正极片需要自己进行制作。研究 正极材料的科研人员，都应该熟练地掌握所有部件的基本知识，尤其要掌握正极 片的结构和制作方法。本手册的第二部分将简单介绍正极片的制作方法。研究负 极材料的科研人员，也有类似的测试体系和相应的零件。可以举一反三，在此不 做介绍。 8 键入文字 第 2 章 模拟电池部件的制备 2.1.制备正极片 正极

16、片的制备工艺有 油性和水性两个体系，二者各有所长。油系体系的模拟电池放电容量大，循环性 能好；水性体系的模拟电池的电极内阻值低，倍率性能更好。研究人员可根据具 体的研究内容，确定选用的体系。 2.1.1.油性体系中制备正极片表 2.1.油性体系的 主要材料和主要设备主要材料 主要设备 铝箔、N-甲基吡咯烷酮 (简称 NMP、正极 材料、导电炭黑、聚偏二氟乙烯 (分子式 ( CF2-CH2 n，英文简称 PVDF； 玻璃板、 刮刀、裁片机 (或打孔器、案板、烘箱、真空干燥箱，对辊机(或压片机 油性体系 的主要材料和主要设备如表 2.1。正极片需要正极材料、导电炭黑、 PVDF 三个组 分，配制时

17、应遵循特定的质量比。在磷酸铁锂测试中，可采用正极材料：炭黑： PVDF=80：10：10，以 N-甲 基吡咯烷酮为溶剂调制成均匀浆状。这里的数值比是 质量比 质量比，也可以选择其他与质量比 此近似的质量比。说明：一般正极材料 的质量比不应低于 75，因为正极材料比重太低则没有实际意义；炭黑和 PVDF 都 不能低于 5，因为炭黑比重太低无法保证正极的电导率，粘结剂比重太低无法保证 复合材料粘结性能。调整质量比需要大量的经验积累，应该在保持导电性和材料 的强度的前提下，尽量的提高正极材料的质量比，测出性能才令人信服。混合与 制片的步骤： 混合与制片的步骤： 1首先将 NMP 加入烧杯。若 NMP

18、 用量少， 可将适量的 PVDF 分成多份， 一次加入一份。建议每 0.1 克 PVDF 对应 10 毫升 NMP。 说明：每份 PVDF 都应注意控制用量，加入量尽可能的少(少量多次。并且 要注意：等待加入的 PVDF 溶完后，再加入下一份。在搅拌的过程中，可以加热 促进 PVDF 的溶解。为了避免加热过程中 NMP 挥发过多，可以使用保鲜膜等进行 密封覆盖。一般每份 PVDF 加入后，后续搅拌都需要一小时左右，分的批数越 多，溶解越均匀，质量自然也就越好。最后得到的应该是均一透明的溶液。说 明：该过程在空气中完成。由于 NMP 会被烘干除去，此处对其使用量并无严格要 求，加入量足够调制成均

19、匀浆状即可。但溶剂不可加入过多，过稀的浆料难以制 片。采用不同的正极材料质量比，不同的正极材料，不同的粘结剂等都对溶剂的 种类和用量要求不同，建议每次都记下使用量，以便于积累经验。最后将正极材 料和导电炭黑缓慢加入，二者的加入次序无严格要求。搅拌 9 键入文字 4-8 小时得到均匀的黑色浆状物。 2将浆状物置于铝箔之上，采 用刮刀将其均匀涂布成片状，均匀的附着于铝箔表面。 说明：如果实验室中每次 实验制取的正极材料的量都比较少，很难找到合适的混匀和球磨的装置，可以在 表面皿、研钵、甚至铝箔上直接手动混匀，为了做到足够均匀，最好多加一点溶 剂。如果有 1g 或者更多的材料，才可以进行磁力搅拌混匀

20、。 说明：采用的刮刀的 规格因正极材料而异。不同规格的刮刀可以制成不同厚度的涂层，涂层的厚度决 定了含有的正极材料的重量。通过这些参数测算其电化学性能，如 mAh/g 等。一 般可以制取 15-60 微米的涂层，数值可因具体正极材料、电池测试系统的量程而 异。这里没有数字上的严格要求，可准确称量出复合材料的质量即可。 3制成的 正极材料涂层放于烘箱中，以 60-80烘干 4-8h。烘干完成后移 入真空干燥箱中， 以 120-140真空干燥 8-12h。 说明：这个过程需要严格执行干燥，去除所有的 NMP 溶剂。如果在涂布的过程中使用的 NMP 的量较多，必须先进行普通烘干， 再进行真空干燥。

21、4干燥后铝箔的压片 采用对辊机或压片机压制。说明：涂 布后，干燥出的复合材料涂层比较疏松。若直接使用，被电解液浸润后容易脱落 损坏。可采用对辊机或者压片机等进行压片处理，对辊机一般可将正极片涂层压 制到 15-60 m。压片机可以采用大约 80-120kg/cm2 压强进行压制。压片后的电 极，稳定性、牢固性以及电化学性能都获得了改善，测试表现要好于不压片的样 本。 2.1.2.水性体系中制备正极片水性体系中制备正极片水性体系的正极片制法与 油性体系的步骤类似，主要材料和主要设备如表 2.2。 表 2.2.水性体系的主要材料 和主要设备 主要材料 主要设备 铝箔、去离子水、正极材料、导电炭黑、

22、聚四氟乙 烯(分子式 ( CF2-CF2 n，英文简称 PTFE； 裁片机 (或打孔器、案板、烘箱、真空干 燥箱，对辊机 (或压片机 将正极活性物质粉末、乙炔黑导电剂、聚四氟乙烯乳液粘 结剂按质量比：的比例混匀，在对辊机上碾压而成厚约 0.1mm 的薄膜。 获得平整薄膜后，将其铺于平整的铝箔上。再次在对辊机上碾压，获得正极材料 的对辊压片。烘干以及真空干燥后，裁片使用。 2.2.裁剪电极片 推荐方法： 推荐 方法：条件较好的实验室可配备机械裁片机，机械裁剪得到的正极片外形规整， 圆如满月。同批次的正极片的质量、半径等参数稳定，易于进一步求算 10 正极材料质量。因此，推荐实验室购买机械裁片机。

23、机械裁片机操作简便，在 此不多做介绍。 其他方法其他方法：如实验室没有裁片机，可选用手动打孔器代替。常用的 打孔器类似管状，是一系列不同直径的，带有锋利边口的特种不锈钢管。可以将被 打孔的平板状或者膜状材料放于案板上，将打孔器管口对准打孔位置，使用锤子轻 轻一敲，便可在材料上可打下一个孔。管口处得到的圆形材料便是成品。 说明：采用打孔器的口径一般不能大于锂片的半径。这样的正极片在电池中才 能较好的进行充放电，不会因为极片的边缘部分与负极距离太远产生极化，使实测 容量比实际容量小。 CR2032电池体系中，采用的集电器直径为15.8mm ，我们与之配套的锂片负 极直径通常也是 15.8mm 。正

24、极片的直径应该等于或小于此直径。 使用锤子敲击时，应注意力度，以免切下来的材料被反作用力崩入钢管，难以 取出。这个需要经验积累，应多做几次上手。 一般可选用软硬适中、强度较大、化学惰性高的案板材料。符合该类条件的材 料皆可制成案板，如特氟龙案板。 如果没有在前面的步骤中未曾进行压片处理如果没有在前面的步骤中未曾进行 压片处理，则可以在此处进行压片则可以在此处进行压片。这主要看实验室拥 有的设备条件主要看实验室拥有的设备条件，一般实验室配置的压片机都是可以 压制圆片的一般实验室配置的压片机都是可以压制圆片的，在这里进行压在这里 进行压片也非常合适片也非常合适片也非常合适。 2.3. 正极材料含量

25、的计算 经过上述步骤，我们已经制得复合正极片。如何计算里面活性材料的含量呢？ 推荐方法推荐方法：使用机械制备出的铝箔，批次稳定。直接对空白铝箔裁 片称重，然后将实验中得到正极片质量与该质量取差值，则得到正极材料的质量。 操作简单明晰，易于掌握。 其他方法其他方法： 如果使用打孔器裁剪，可直接从铝箔上打孔。将取得的铝箔称重，得到铝箔的 重量。但手动打孔不够精密，仅仅称量一个铝箔显然不够准确，数据的说服力也不 足。可以采用连续打下数个，分别称量，取平均值的办法，可以得到较为准确的数 字。打孔器都采用特种钢材制作，硬度很高，多次使用后磨损也较小。因此该铝片 重量的数值可以再后续实验中继续使用。 将复

26、合正极片进行称重，减去铝箔的质量，便是复合正极材料的质量，可以根 据复合材料中三者的质量比换算出正极材料(如磷酸铁锂、钴酸锂等的净重和物质 的量。 2.4. 裁剪隔膜 隔膜应该可以恰好装入电池壳，要求整体平整、形如满月、边缘圆滑，恰好可 以和电池壳的内壁紧密贴合。 推荐采用直径为 20mm 的机械裁片机的机械裁片机，可以轻易获得质量稳 定的隔膜圆片可以轻易获得质量稳定的隔膜圆片。隔膜的其他裁剪方法也有很 多种，如下： 1. 用打孔器制取合适的切片，操作与极片的打孔切割一致； 2. 采用锋利的刀片比对电池壳的边缘，手动切割隔膜。 第 3章 模拟电池的组装 模拟电池的组装一般分两大步模拟电池的组装

27、一般分两大步：手套箱内组装 手套箱内组装、手套箱内压制手套箱内压制。 该步骤必须在手套箱内完成。原因在于锂离子电池中所用的电解液中的锂盐化 学活性高，在空气中容易与氧气和水蒸气发生反应，进而失效。 手套箱是将高纯惰性气体充满箱内，通过惰性气体不间断的循环，以及化学触 媒持续过滤的方法，除去箱内的氧气、水蒸气等各种活性物质。保持内部惰性气氛 的设备。属于精密设备，是锂离子电池实验室的标志性设备之一。英文名为glove box。 3.1. 手套箱内组装电池表 3.1. 手套箱组装电池的必备物品 手套箱内 必备物品 压片机 (最好带数显 、镊子 2把、药匙 1把、电解液、锂片、磨口玻璃瓶(配胶 头滴

28、管 、干燥纸巾、棉球等清洁用品；手套箱外 准备物品 扣式电池壳、集电器、弹簧片（或泡沫镍）、正极片、隔膜片；注：容量较 大的手套箱可事先这些存储电池部件，更清洁（图3.1） 较为新式的手套箱一般都有数显检测仪，可以清楚的看出手套箱内的压强数值 以及水蒸气、氧气等干扰气体的PPM 值。如果没有类似仪器，则应该采用五氧化 二磷进行化学除水；采用变色硅胶指示手套箱内的含水情况；采用活泼的碱金属进 行化学除氧。 将所有原料入箱前，先按照操作规程打开真空泵。原料入进箱舱门后，严格按 照操作规程进行排气 -进气操作，至少三次。建议在手套箱内专门放一块打磨边角 的玻璃作为操作区，以防试剂腐蚀手套箱。电解液对

29、于手套和手套箱内壁的腐蚀比 较严重，应该尽量避免操作失误。 组装电池的过程，都在已经严格进行了排气-进气操作的手套箱中，严格隔绝 任何可能的氧化、潮湿等干扰。 模拟电池的层堆次序如下两种（由下至上）： |正极壳 |正极片 |电解液|隔膜|电解液 |锂片|集电器 |弹簧片 |负极壳 | |正极壳 |正极片 |电解液|隔膜|电解液 |锂片|泡沫镍 |负极壳 | 此次序严格按照电池的原理设计，与工业锂离子电池的结构相一致。具体的组 装步骤参见下面的表3.2。 表 3.2. 锂离子模拟电池组装步骤 步骤描述 步骤说明 1 正极壳开口面向上， 平放于玻璃板上 无需说明 2 用将正极片置入正极壳，正极片位

30、于正中用镊子小心夹取正极 片，将涂布层向上，放于正极 壳的正中间。这一步骤应该反复练习，确保镊子夹 取的力度合适，不会损伤正极片，严防弯折或者扭 曲正极片，保持平整的放在正极壳中 3 采用胶头滴管吸取电解液，浸润正极片表面用极细的玻璃滴管酌量吸取电解 液，此过程以完整 均匀的润湿电极片表面为目标。注意在润湿的过程 中，玻璃滴管和电极片一定不能碰触 4 夹取隔膜，覆盖正极片用镊子夹取隔膜，由于裁剪的隔膜和电池壳内部直 径一致，恰好可以装进电池正极壳中。这一步尤其 要小心，不要使隔膜提前接触到电解液，应该将隔 膜先对准电池壳边缘，缓缓退出镊子，均匀覆盖而 下 5 再次使用胶头滴管吸取电解液，润湿隔

31、膜表面。由于隔膜是惰性且洁净的物 质，这时可以使用滴管 前端轻轻碰触隔膜，使之更加平整，均匀，边缘与电池壳接触更为严密。尽量 避免隔膜的褶皱 6 夹取锂片放置于隔膜正中此步骤需要大量的练习。锂片的半径为15.8mm ， 应 当恰好放于电池壳中间，这是最难的一步，必须一 次成功。因为锂片和电解液、隔膜会产生粘附，如 果放不准，调整非常困难。也就意味着此次模拟电 池组装的失败 7 夹取集电器置于锂片上，严格对齐这个步骤也需要进行大量练习，与前一步 不同的是， 这一步的集电器如果略微放偏，可以进行小心的调 整 8 夹取弹簧片置于集电器上，严格对齐所有步骤都尽量用镊子操作。如不慎放 偏，这一步 也可以

32、进行微调。此前的步骤中，如果部件的放置 位置出现偏差，都可以用双手各拿一把镊子，配合 进行轻微的调整，镊子不方便使用时，可使用药匙 9 镊子夹取负极壳覆盖无需说明 3.2. 手套箱内压制电池 用镊子夹起完成的电池 (注意：镊子应夹紧，保证此时不发生漏液、内部滑移 等现象 。置入压片机前，采用纸巾擦净电池表面。 讲电池以镊子夹紧，正极朝上置入压片槽。采用1500N/cm2的压强压制电 池。压制五秒钟即可松开压片机油阀，取出成品电池。 将电池在室温下贮存12h ，以备电池测试。 第 14 页 共 16 页 第 4章 模拟电池的测试 4.1. 电池测试系统 电池测试系统所需仪器是电池充放电测试仪电池

33、充放电测试仪电池充放电测试 仪和计算机计算机 计算机。该系统的功能：在人工设定的特定电学参数下（如电流、电压、毫安 时、放电倍率、放电功率等）对电池进行充电-放电测试，全程记录充电 -放电的过 程中不同电学参数的变化，并自动绘制相应曲线关系图的仪器。 该仪器可检测电池的放电能力、做功能力、充电速度等多种性能，是锂离子模 拟电池测试的必需仪器。与手套箱一样，该仪器属于锂离子电池实验室的标志性仪 器。 常用的电池测试仪器有很多种，国内有深圳恒翼能、深圳新威、武汉金诺、广 州擎天等很多家，都可满足实验室和生产测试需求。国外仪器如美国的Arbin 系 统。国内电池测试系统精度一般可达千分之二以上，精密

34、度相对较低。但也完全可 以满足实验和工业电池测试的需求。国外的电池测试系统价格高昂，不适合大批量 购买。 建议日常的电池测试中采用国内仪器。如Journal of Power Sources 等在国 际上具有较大影响力的杂志，也认可大部分国内仪器的测试数据。做电池的精密电 学研究，例如测试电池的脉冲，则建议引进国外精密仪器。这些测试不常见，这里 不做介绍。 本手册只介绍电池测试的基本单位与参数以及相应的参数设置。电池测试系统 的具体操作方法请读者自行参阅相应的操作说明书。 4.2. 电池测试的单位与参数 4.2.1. 容量性能的单位与参数 电池容量是电池的重要性能指标之一，日常说法是能存储多少

35、电量。电池容量 的单位是毫安时每克（英文简称mAh/g），工业上叫做克容量。物理意义是：每 克电池活性材料中所含电量的mAh 数。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。具体方法会在后面 的 4.3. 章里详细讲述。 第 15 页 共 16 页 4.2.2. 循环性能的单位与参数 电池的循环性能主要由三个指标衡量：循环次数循环次数循环次数、首次放 电容量首次放电容量、保留容量保留容量。电池连

36、续重复进行多次的充电-放 电的行为称为循环充放电，电池循环充放电的次数称为循环次数循环次数循环次 数； 电池的放电容量是指电池在完全充满电之后，可以放出的电量。电池进行第一 次充电 -放电测试时，电池获得的放电容量称为首次放电容量首次放电容量首次放 电容量； 保留容量 保留容量是指电池完成一定次数的循环充放电之后，电池依旧保持的的放电容 量； 一般至少循环一百次之后，得到的循环性能的数据才有说服力。循环次数相同 的情况下，保留容量与首次放电容量的比值越大，电池的循环性能就越好。 4.2.3. 倍率性能的单位与参数 电池倍率性能的单位是充电/放电倍率（也有论文称作充电/放电比率），英文 简称为

37、C 。无论充电还是放电，倍率性能的衡量指标都是C 。测电池倍率性能 时，常常会提到 nC 倍率充电 /放电。 n 是指在一小时内完成充电/放电的次数，其倒 数 便是完成一次充电 /放电的小时数。例如5C 倍率放电，指一小时循环充电/放电 5次，或者说完成一次充电/放电需要 0.2小时。 n 值越大，充电 /放电的倍率越高。 以磷酸铁锂为例，其理论容量值为170mAh/g，假如电池中含有1mg 磷酸铁 锂，其容量为理论容量。 对此电池做 1C 倍率放电的方法：首先设定充电电流和放电电流借为 0.17mA ，如果材料的实际充电容量与放电容量皆可达到理论容量值，则一小时就 可完成一次充电或放电。如果

38、设定充电电流为17mA ，6分钟就可完成一次充电， 再设定放电电流为17mA ，6分钟就可以完成一次放电，此时为10C 倍率。 这里介绍一个简单的电流设置换算方法，假设正极片中含有纯磷酸铁锂m 毫 克，进行 nC 倍率充放电测试时，充电 /放电流都要设置为： 0.17 m n 毫安。 通常情况下，锂离子电池都无法达到理论容量。所以，无论进行多大倍率的充 电和放电，所耗的实际时间，都比理论时间要短。 4.3. 测试电池参数的设置 1. 电池容量性能测试 电池容量性能的测试一般是在0.1C 的倍率下进行充放电循环，合格的磷酸铁 锂材料在此倍率下的放电容量应该在160mAh/g 以上。 2. 电池倍

39、率性能测试 电池倍率性能测试一般可在1C 、2C 、5C 、10C 、20C 的放电倍率下进行， 其中 2C 倍率放电最具参考意义。过高倍率放电（高于20C ）的测试无实际意义， 一般不进行。合格的磷酸铁锂材料，2C 倍率下的放电容量应该在140mAh/g 以 上。 锂电资讯 引领动力电池未来锂电资讯 引领动力电池未来 Lithium-ion Battery Information Leading Power Future 2010 年 总第 31 期增刊 3.电池循环性能测试 电池循环性能测试电池循环性能测试一般看循环 100 次后的保留容量与首次放电容量的比值。这个并无具体要求，一般不应低于 95%。北京工业大学薄膜材料实验室的标准为不低于 98%。 4.电池其他性能测试 电池其他性能测试其他测试在实验室中不常用，一般用于工业。包括电池的低温 放电性能、高温 放电性能、长时间过充测试、针刺测试、挤压测试、高压充电测 试等很多种。 第 16 页 共 16 页