鉅大LARGE | 點擊量：1908次 | 2020年12月31日
扣式電池的組裝和性能測試
任何一種新的電池材料的開發(fā)通常經(jīng)過實驗室研發(fā)、小試、中試以及規(guī)模放大和商業(yè)化應(yīng)用五個階段。其中實驗室研發(fā)階段是對材料性能測試、驗證以及價值判斷的必要階段。
因為實驗室的測量數(shù)據(jù)除了具有重要的科研價值外，還有助于在早期開發(fā)階段判斷某些材料及電池體系是否具有實際應(yīng)用價值及商業(yè)開發(fā)價值。實驗室扣式電池除了用于對現(xiàn)有材料的性能進行檢測之外，還用于對新材料、新工藝產(chǎn)品進行初步的電化學(xué)性能測試與評價，正確的組裝扣式電池對該材料的開發(fā)與制備、全電池設(shè)計與應(yīng)用有著重要意義。
極片的制備
材料的選擇、稱量
實驗室用的正負極材料往往是采購來的，當(dāng)然也可以通過實驗自行制備。正負極活性材料一般為粉末材料，顆粒尺寸應(yīng)不宜過大以便于均勻涂布，同時避免由于顆粒較大導(dǎo)致測試結(jié)果受到材料動力學(xué)性質(zhì)的限制以及造成的極片不均勻性問題。用于實驗室研究的正負極材料一般最大顆粒直徑（Dmax）不超過50μm，工業(yè)應(yīng)用的鋰電材料的Dmax一般小于30μm。大顆粒、團聚體或者納米級別的材料，往往經(jīng)過過篩或者研磨處理。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰電池常用導(dǎo)電劑為碳基導(dǎo)電劑，包括乙炔黑（AB）、導(dǎo)電炭黑、SuperP、350G等導(dǎo)電材料。常用黏結(jié)劑體系包括聚偏氟乙烯-油性體系[即poly(vinylidenefluoride)，PVDF體系]以及聚四氟乙烯-水性體系[即poly(fluortetraethylene)，一般為乳液，簡稱PTFE體系]，SBR（丁苯橡膠）乳液等。油系溶劑常采用NMP（N-甲基吡咯烷酮）等。
實驗室制備極片時，混料比例和步驟依據(jù)測試材料及混料工藝的不同而有差別。如常見的石墨負極極片中，CMC（羧甲基纖維素鈉）的含量一般低于10%，SBR的含量一般低于10%，導(dǎo)電添加劑的含量一般低于10%（高倍率電池除外）。
而在硅基負極材料中，考慮到硅基負極材料的導(dǎo)電性較差，因此需增加極片中的黏結(jié)劑含量和改變導(dǎo)電添加劑的種類，有些人將CMC的比例調(diào)整為20%，SBR的比例調(diào)整為20%，導(dǎo)電添加劑中加入CNT（碳納米管）；對于高功率電池極片研發(fā)測試時，往往增加導(dǎo)電劑的含量，比例可調(diào)整為20%左右。
高比例黏結(jié)劑和導(dǎo)電添加劑是為了充分展示正負極活性材料的電化學(xué)特性，而實際鋰離子電池中電極極片的黏結(jié)劑質(zhì)量比往往在2%左右，導(dǎo)電添加劑比例往往在1%～2%。延伸閱讀：關(guān)于鋰電漿料特性和分散機理的最強總結(jié)（全網(wǎng)唯一，必收藏）
鋰離子電池材料的稱量精度不應(yīng)該低于稱量質(zhì)量1%的電子天平，以免引入較大的稱量誤差。活性材料及導(dǎo)電劑的稱量可以直接稱量粉體，而黏結(jié)劑的稱量則是先稱量粉體后與一定量的溶劑繼續(xù)配比制備黏結(jié)劑溶液（如PVDF溶于NMP中溶解比例為10%，質(zhì)量分數(shù)），再根據(jù)實際加入體積算出其中的黏結(jié)劑固體含量。延伸閱讀：一篇文章看懂電子天平的使用規(guī)范和注意事項
集流體的選擇
鋰離子電池極片的正、負極集流體分別為鋁箔和銅箔。如果選用單面光滑的箔材，往往在粗糙面上進行涂布，以增加集流體與材料之間的結(jié)合力。箔材的厚度要求不嚴格，但對箔材的面密度均勻性有比較高的要求。硅基負極材料一般選用涂碳銅箔以提高黏附性，降低接觸電阻，以增加測試結(jié)果的重現(xiàn)性，提高充放電循環(huán)性能。延伸閱讀：鋰電池為何負極用銅箔，正極用鋁箔PPT|銅箔和鋁箔的檢測方法
極片涂覆制備工藝
實驗室極片制備過程一般分為混料和涂覆兩個過程。其中混料工藝包括手工研磨法和機械混漿法，涂覆工藝是手工涂覆和機械涂覆。
進行混料時，依據(jù)供料的多少來確定采用手工研磨法或機械混漿法，如活性材料的質(zhì)量在0.1～5.0g時建議采用手工研磨法，活性材料的質(zhì)量超過5.0g時，建議采用混料機進行混料。實驗室中每次混漿量有限，常采用手工涂覆，當(dāng)漿料足夠時可采用小型涂覆機。整個極片制作過程需要在干燥環(huán)境下進行，所用材料、設(shè)備都需要保持干燥。
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