锂电-扣电实验室组建

锂电实验室组建方案 1 实验室目标和定位 扣电是锂电研究的基础环节 通过小型简单的扣电研究电极活性材料的电 化学性能 以最小的实验消耗 缩短活性材料测试的时间 制备时间和测试时 间 近年 扣电研究偏向更贴近工业生产研究的全电池为主 即以能够可逆 嵌脱 锂离子的负极材料替换半电池中的锂片组装电池 因此 锂电中扣电 研究仍是一个可行的技术路线 目标和定位 通过扣电实验室组建 对合成样品的电化学性能进行初步的 验证 并进一步缩小目前的小试规模 研究最佳的正负极配比和电解液等各部 分性能的影响 为大型动力锂离子电池的研究提供技术和数据支持 2 实验室测试内容 由于扣电的工作原理与常规的商业 18650 型等动力锂电相似 且扣电的工 艺更加成熟 所以本实验室进行测试的目的就是简单直观的对电极材料进行初 步测试以及为不同工艺研究提供实验支持 后期可以考虑增加材料改性方向 扣电实验室基本测试 恒流充 放电 CD 性能 电化学循环性能测试 交流阻抗测试 EIS 循环伏安测试 CV 电导率等基础性测试 3 实验室仪器规划 3 1 电池组装仪器 主要包括切片机 图 1a 手套箱 封口机 图 1b 真空 干燥箱和涂布板等 主要参数如下 图 1 a 切片机 b 封口机和封口机模具 设备参数要求及价格 以 CR2032 型电池为例 设备型号及技术要求 数量 台 价格 元 切片机 MSK T10 扣式电池切片机 深圳科晶 模 具尺寸 15 mm 和 19 mm 主机 x1 模具 x2 8000 10000 电子天平千分度 精确至 0 001 克 11000 1500 手套箱 水氧指标 1 20 ppm 泄露率 0 05 vol h 尺寸 40 x30 x30 cm 配气体净化系统 高纯氩气及真空泵 2XZ 2 3 4 18000 30000 封口机 MSK 110 小型液压纽扣电池封口机 深圳科 晶 模具尺寸 20 mm 压力 0 20 MPa 15000 6500 恒温箱 尺寸 30 x25x30 cm 温度范围 30 60 oC 精 度 1 oC 功率 1 2 KW 11000 2000 真空干燥箱 电热恒温真空干燥箱 DZF 6020A 力辰科技 真空度 0 13 MPa 温度范围 30 200 oC 精度 1 oC 功率 1 2 KW 配 真空泵 2XZ 0 5 1 12000 3000 磁力搅拌器 HJ 2A 4A 转速 2000 r min 功率 150 300 W 数显带加热 2200 1000 球磨机 QM 3SP04 行星式球磨机 南大仪器 转 速 600 r min 配 1 对 50ml 不锈钢真空球磨罐 球料比 3 1 18000 20000 超声清洗机 内胆尺寸 15x14x10 cm 容量 2 L 超声频率 40KHz 最大功率 80 W 2170 300 涂布板 涂布机 涂布板 聚四氟乙烯板 玻璃板 尺寸 20 25x6 10 x0 5 cm 简易涂布机 有效涂膜宽度 55 100 mm 精度 2 m 涂膜厚度范围 0 3500 m 300 900 10 20 1200 1800 气氛炉 管式炉 石英管内经 8 10 cm 功率 3 4 KW 连续工作温度 1100 oC 精度 0 5 oC 120000 40000 通风厨12500 3000 注 1 深圳科晶是国内锂电设备的主要供应商 其稳定性和寿命远好于其他企业 2 简 易涂布机品类众多 根据工作量进行选择 3 2 电池组装耗材 主要包括电池壳组 正极壳 负极壳 垫片和弹片 隔膜 锂片 铝箔和铜箔 具体参数如下 所需耗材参数要求及价格 以 CR2032 型电池为例 耗材技术要求数量价格 元 电池壳 CR2032 型电池壳 20 x3 2 mm 垫片 16 2x0 5 mm 弹片 15 4x1 1 mm 5000 组 1 2 2 元 组 隔膜 超电隔膜 NKKTF4030 celgard2400 celgard2325 单 层 PE 厚度 25 m 锂片 15 8 0 2 mm500 片400 500 铝箔单面光锂电专用铝箔 厚度 0 02 mm 铜箔双面光锂电专用铜箔 厚度 0 02 mm 坩埚 坩埚尺寸 15 30 ml 转子 1 cm 10 盒30 注 1 此外还包括自封袋 标签纸 手套 实验服和口罩等等 根据具体的实验规模选择 配套 2 电池壳中弹片和垫片可用泡沫镍 厚度 1 5 mm 或电极材料直接涂覆于泡沫铜 或泡沫铝 厚度 1 6 mm 替代 3 3 电池组装药品 包括粘结剂 导电剂 电解液 自制或选配成熟稳定的商 品电解液 干燥剂和后期电极材料制备改性所需的实验药品 所需药品种类及价格 以 CR2032 型电池为例 药品技术要求价格 商品电解液 溶剂 EC EMC DMC 溶质 LiPF6 500 Kg 粘结剂PTFE 乳液 PVDF SBR 乳胶 CMC NMP 导电剂 乙炔黑 SUPER P LI KS6 导电石墨 CABOTVXC72R CABOTVXC72 干燥剂五氧化二磷 P2O5 CP 变色硅胶 注 1 自配电解液所需实验条件高 不适宜 2 电极材料制备改性所需的实验药品根据 需要购买即可 3 4 电池测试设备 所需测试设备参数要求及价格 以 CR2032 型电池为例 设备技术要求数量价格 充放电仪 新威纽扣电池测试仪 5V10mA 5V50mA 5V100mA 32000 3000 电化学工作站CHI600E140000 电导率仪FT 330 四脚探针电导率仪114000 图 2 a 新威尔充放电仪和充电测试 b 电化学工作站 c 四脚探针电导率仪 4 实验室环境规划 4 1 电源条件 由于所需实验器材体量较小 所以工作所需要动力要求较低 仅需提供正常的工作电压 220 V 4 2 恒温恒湿条件 为了进一步缩小实验规模并能严格控制实验进度 改进实 验环境条件 选择使用恒温箱对电池进行测试 即以小型的恒温箱改 装后将测试电池放入 进行梯度恒温测试 同时实验室需要一条通风 管除尘 恒温