第2个回答 2019-04-01
、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）：
LixMeO2+ 6C →MeO2+LixC6
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LiMn2O4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程：
（1） 正极
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
（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：
对于磷酸钛锂的充放电反应是在LiTi2(PO4)3和Li3Ti2(PO4)3两相间进行的，充电时Li+嵌入LiTi2(PO4)3中转化为结构相似的Li3Ti2(PO4)3，放电时Li+从Li3Ti2(PO4)3中脱出形成LiTi2(PO4)3：
充电反应：
放电反应：
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 mol/L LiPF4的 EC＋DMC（体积比 1：1）有机电解质溶液。
2） 水相电解质：与水可发生剧烈反应，传统的水溶液体系不能适应锂电池，
隔膜：电池中隔膜的主要作用是离子的导体，并且将电池的正负极隔离以防止电池短路。非水有机锂离子电池一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜，例如 Celgard2325 型隔膜。水相锂离子电池体系通常采用亲水性多孔的隔膜，可以是聚合物多孔膜或无机纤维膜等。
图1.5.2. 锂离子电池示意图：a) 柱状电池，b) 纽扣电池， c) 方形电池， d）薄层电池。（Tarascon J.M. & Armand M. Nature 2001, 414, 359）
三. 仪器设备
新威八通道电池充放电测试仪、干燥箱、扣式电池封口机、电子天平、粉末压片机、切片机、玛瑙研钵、干燥器等
四. 实验原料
高压氩气（瓶）、1mol/L Li2SO4电解液、Celgard陶瓷隔膜，石英棉、LiMn2O4正极电极片，电池壳（CR2016）、电极片（正极、负极）
五. 实验步骤
1. 称重：将实验1.3中称重电极片，并计算所涂实际正极活性物质量（80%）。
2. 配置电解液1 M Li2SO4（或LiNO3）溶液。
3. 冲制玻璃纤维隔膜片，在切片机上切出直径为16 mm的纤维片；
4. 冲制LiMn2O4电极片，在切片机上冲出直径为16 mm的电极片；并计算电极片的活性物质的质量
5. 组装电池：取正极壳口（正极壳一般较大，切朝外一面上面有+号）朝上，放入正极电极片，保证活性物质的面向上（一般黑色面为电极面）；然后放入玻璃纤维隔膜片1片；滴加数滴电解质溶液保证能够润湿电极片和隔膜；然后将负极电极片放入（保证活性物质面向下）；（根据电池壳的尺寸决定是否放入垫片和弹簧片）；盖上负极壳。
6. 封口：用塑料镊子将电池壳小心放到封口机上，保证电池的正极壳在下面、负极壳朝上（负极一般上面为粗糙一面）；调整至中心；关上封口机的油压阀门；反复压下手柄直至压力到5 Mp以上，将电池壳封住。
7. 取下电池，用纸巾将溢出的电解质擦干净；
8. 用万用表测试电池的开路电压（可能有偏差，但不应等于零）、测试电池的电阻（不应等于零）。经过老化处理数小时。
9. 将密封好的电池连接到新威电池测试系统上，在室温下及 0.5-1.8 V 间测试电池性能。预先编好充放电程序，输入活性物质量。
例如充电：设定电流如50 mA/g，充电结束电压为1.8 V
放电：设定电流如50 mA/g，放电结束电压为0.5 V
循环次数：50圈
六. 注意事项
1. 电池组装、测试过程中不能短路
2. 不可用手直接触摸电极片
七. 实验报告要求
1. 画出样品电压－比容量变化曲线
2. 画出比容量－循环次数、库伦效率－循环次数曲线
3. 以上述数据分析锂离子电池的性能
八. 思考题
1. 实验过程中检测电池的性能时，测试电压范围为什么限制在一定区间，不能超过太多？（可以从水的分解电位角度考虑）
2. 对锂电池电极材料制备、表征和电池组装测试有什么建议？
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第3个回答 2019-04-01
电机机壳的制造是电机生产中很霞要的一环。电机机壳的材料一般有铸铁、铸铝合金．型钢（钢管）、钢板等。国内的小功率电机普遍采用铸铁、铸铝合金、型钢（钢管）机壳，工件加工量大，加工工序多，生产周期长；操作者工作环境卫生条件差，劳动强度大；能源浪费大，材料浪费火。 国际上，发达国家如德、荚，日等国早在本世纪中期就已大量采用钢敬枧壳。这种新型的机壳加工工艺是极少坨削加工工艺。国内一些电机厂家于70年代初开始研究钢板机壳制造，并于80年代中期形成一定批量。但由于所采用的为剪床下料——压“U”型（或压“W”型）一一压“O”型，电焊（手工或二氧化碳保护焊）——抛光一一车加工一一八块整形工艺方案（指无底脚机壳），所用设备类型多，影响质量的人工因素比例大，质量保证困难。 钢板机壳制造目前一些发达国家已普遍采用先进的专用加工设备进行加工，机械化、自动化程度很高，质量好。先进国家的电机市场上所出现的小功率电机已普遍为钢板机壳电机。1989年国内已开始试制出钢板机壳的寺用加工设备——钢板机壳卷圆机，电机钢板机壳焊机等单机。近年来材料价格昂贵，国内电机市场疲软。为了降低电机制造成本，提高钢板机壳的质量及将我国的小功率电动机打入发达国家的电机市场，并占领住这个市场，必须进行电机钢板机壳制造新工艺研究。