锰酸锂电化学性能测试 首次放电比容量及首次充放电效率测试方法
Electrochemical performance test of lithium manganese oxide -- Test method for the initial specific discharge capacity and the initial efficiency
1 范围
本文件规定了锂离子电池正极材料锰酸锂的首次放电比容量及首次充放电效率测试方法。
本文件适用于锂离子电池正极材料锰酸锂首次放电比容量及首次充放电效率的测试。
2 规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件。
3 术语和定义
本文件没有需要界定的术语和定义。
4 试验条件
本文件所规定的各项试验步骤,未做特别说明时,宜在干燥间(环境露点温度≤-20℃)中进行;对
无干燥间试验条件情形,各试验步骤应在相对湿度≤40.0%,温度20℃~30℃的环境条件下进行。
5 试剂或材料
5.1 锰酸锂。
5.2 导电剂:乙炔黑或炭黑,D50为1.0μm~3.0μm。
5.3 聚偏二氟乙烯:简称PVDF,电池级,分子量≥5×105,旋转黏度≥6000mPa·s,水分≤0.10%。
5.4 N-甲基吡咯烷酮:简称NMP,电池级,纯度≥99.9%,水分≤0.02%。
5.5 铝箔:厚度为12μm~20μm。
5.6 乙醇:工业级。
5.7 锂离子电池隔膜:聚烯烃多孔膜,孔隙率35.0%~60.0%,透气率300s/100mL~700s/100mL,
平均孔径≤1.0μm,直径为16mm~20mm,厚度为9.0μm~25.0μm。
5.8 金属锂片:直径为14.0mm~16.0mm,厚度为0.40mm~0.80mm。
5.9 CR2032电池标准结构件:包含负极壳、垫片、弹簧支撑片、正极壳。
5.10 锂离子电池用电解液:由电池级六氟磷酸锂(LiPF6)溶于有机溶剂(碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC体积比为1∶1∶1)中形成的浓度为1mol/L的溶液组成,水分≤0.002%,游离酸(HF)≤0.005%,密度(1.23±0.02)g/cm3,色度≤50Hazen。
6 仪器设备
6.1 干燥间除湿机组:可控环境露点温度≤-20℃。
6.2 电子天平:分度值为0.0001g。
6.3 电子天平:分度值为0.00001g。
6.4 离心分散器。
6.5 锂电池极片小型涂布机。
6.6 烘箱。
6.7 冲片机:正极冲片模具直径尺寸为10mm~14mm,隔膜冲片模具直径尺寸为16mm~20mm。
6.8 台式数显测厚仪:分辨率1μm。
6.9 对辊机:扣式锂电池专用。
6.10 真空烘箱:真空度10-3bar。
6.11 惰性气氛(氩气)手套箱:水蒸气、氧气含量(质量分数)均不大于0.0005%。
6.12 绝缘镊子。
6.13 注液器:1mL。
6.14 扣式电池封装机。
6.15 锂离子电池电化学性能测试仪:5V/10mA,精度为0.1%。
6.16 恒温箱:0℃~60℃,控温精度0.5℃。
6.17 干燥器。
7 试验步骤
7.1 试剂和材料预处理
7.1.1 锰酸锂(5.1)、导电剂(5.2)、聚偏二氟乙烯(5.3):放入真空烘箱(6.10)内,在100℃条件下烘烤
15h,后置入干燥器(6.17)中冷却至室温。
7.1.2 锂离子电池隔膜(5.7):放入真空烘箱(6.10)内,在75℃~95℃条件下烘烤4h,取出后转移至惰
性气氛(氩气)手套箱(6.11)中进行存放。
7.1.3 CR2032电池标准结构件(5.9):用乙醇(5.6)对CR2032电池标准结构件进行超声清洗,超声
3次,每次30min,操作完毕后,取出结构件(5.9)放置于真空烘箱(6.10)内,在90℃条件下烘干15h,随
后转移至惰性气氛(氩气)手套箱(6.11)中进行存放。
7.1.4 铝箔(5.5):采用乙醇(5.6)对铝箔进行擦拭清洁处理。
7.2 正极片制备
7.2.1 配胶
NMP(5.4)、导电剂(5.2)、聚偏二氟乙烯PVDF(5.3)按其质量分数比为90:4:6计算,用电子天平
(6.2)称量。操作步骤如下:
a) 将称量的 NMP(5.4)加入到离心分散器(6.4)下的烧杯中,逐步加入称量的聚偏二氟乙烯
(5.3),分散搅拌直至完全溶解;
b) 将称量的导电剂(5.2)加入上述离心分散器(6.4)烧杯中分散搅拌至混合均匀,然后转移至聚
四氟乙烯罐中密封存储,备用,此步配制待用的混合物称为导电胶。
7.2.2 制浆
锰酸锂(5.1)、导电胶(7.2.1)按其质量分数比为1:1计算,补加一定量的NMP,使固含量为50%~
60%,分别用电子天平(6.2)称量。
注:本文件中固含量为正极活性物质锰酸锂、导电剂、聚偏二氟乙烯质量之和与正极活性物质锰酸锂、导电剂、聚偏二氟乙烯、溶剂质量之和的比值。
取适量导电胶(7.2.1)加入离心分散器(6.4)的搅拌罐中,逐步加入称量的锰酸锂(5.1)、NMP,搅拌
至混合均匀。
7.2.3 涂覆
调节锂电池极片小型涂布机(6.5)刮刀厚度至250μm,涂布速度调至约30%指针位置,将7.2.2中
搅拌混合后的正极浆料均匀涂覆在铝箔(5.5)的一面上(亮面)。涂布完成后,将极片转移至烘箱(6.6)
中进行烘干处理,烘烤温度控制在120℃,烘烤30min。
7.2.4 制备
取7.2.3中烘干并达到可加工要求的极片,使用冲片机(6.7)冲出直径为14mm的正极片,采用电
子天平(6.3)、台式数显测厚仪(6.8)分别测量正极片的质量mc、厚度dc。
采用冲片机(6.7)冲出直径为14mm的足够数量的铝箔基片,用电子天平(6.3)、台式数显测厚仪
(6.8)分别测量铝箔基片的质量和厚度,并取平均值记为mAl、dAl。
7.3 电池组装
电池组装应在惰性气氛(氩气)手套箱(6.11)中实施。扣式电池装配顺序自下而上依次为:负极壳、
金属锂片、锂离子电池隔膜、正极片、垫片、弹簧支撑片、正极壳。具体操作可参考下述步骤:
---负极壳开口向上,平整的放于水平台面上;
---用绝缘镊子(6.12)夹取金属锂片(5.8)置入负极壳,与负极壳平面接触并平整的处于负极壳
正中;
---用绝缘镊子(6.12)夹取锂离子电池隔膜(5.7),使其完全覆盖金属锂片并居中;
---用注液器(6.13)将200μL电解液(5.10)注入到负极壳中;
---用绝缘镊子(6.12)夹取7.2.4中制备的正极片放置于锂离子电池隔膜(5.7)正中间位置;
---用绝缘镊子(6.12)依次夹取垫片和弹簧支撑片放置于正极片上,并确保垫片、弹簧支撑片与正
极片三者对齐居中;
---用注液器(6.13)取200μL电解液(5.10)注入到含有垫片、弹簧支撑片、正极片、隔膜及金属锂
片的负极壳中;
---用绝缘镊子(6.12)夹取正极壳放置于负极壳上;
---平移到扣式电池封装机(6.14)上,扣压封装;
---用无尘纸擦拭泄露在扣式电池壳外的电解液;
---对组装的试验电池逐一编号并做记录。
7.4 电池测试
将制作的试验电池放入恒温箱(6.16),温度控制在(25±1)℃,静置12h后,采用锂离子电池电化
学性能测试仪(6.15)测试,充放电制度如下:
---充电限制电压:恒流充电至4.35V;
---放电终止电压:恒流放电至3.00V;
---恒流充放电电流:0.1C,具体数值可参考公式(2)计算:
7.5 数据记录
试验电池充放电循环一周后,记录充放电容量及对应的试验电池中活性物质锰酸锂的质量,计算锰
酸锂的首次放电比容量和首次充放电效率。
8 试验数据处理
8.1 首次放电比容量
锰酸锂的首次放电比容量按公式(3)计算:
8.2 首次充放电效率
锰酸锂的首次充放电效率按公式(4)计算:
9 试验报告
试验报告应包括以下内容:
a) 样品名称及批次;
b) 试验结果;
c) 试验日期;
d) 本文件没有规定的各种操作;
e) 可能影响试验结果的情况。
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