半电池首次充电比容量和首次库伦效率的测定方法

半电池首次充电比容量和首次库伦效率的测定方法警示——使用本附录的人员应有正规实验室工作的实践经验。本附录并未指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。金属钠不应与水接触，应防潮并隔绝空气。总则本附录规定了硬炭材料的首次充电比容量及首次库伦效率的测试方法。试剂及材料水：应符合GB/T6682中三级水的要求。导电剂：乙炔炭黑，比表面积50m2/g～80m2/g，粒度D50为30nm～60nm。粘结剂：聚丙烯酸(PAA)，粘度＞7300MPa•s，D50≤1μm，或同等性能粘结剂。金属钠片：符合GB/T22379-2017中要求的金属钠片，直径宜为12mm～18mm，厚度宜为0.6mm～1.2mm。硬炭集流体：铜箔或铝箔。钠集流体：镍网，厚度宜为0.15mm～0.25mm，直径宜为14mm～18mm。隔膜：玻璃纤维（GlassFibre）、PE、PP隔离膜，厚度宜为260μm～510μm，直径宜为18mm～24mm。电解液：由六氟磷酸钠（NaPF6）溶于有机溶剂（DIGLYME二乙二醇二甲醚、EC碳酸乙烯酯、DEC碳酸二乙酯等常用电解液溶剂中的一种或多种混合）中形成的浓度为1mol/L的溶液。扣式结构体：CR2016、CR2430或CR2032，CR2025等电池壳体，包括正极壳、负极壳、垫片和弹片。仪器与设备电池测试仪电流精度：0.1%RD+0.1%FS；电压精度:0.1%RD+0.1%FS。注：RD表示“读数”；FS表示“量程”。惰性气氛（氩气）手套箱箱体总泄露率（体积分数）不大于5×10-4h-1。真空干燥箱真空度小于100Pa，温度控制范围50℃～250℃，温度最大波动度±2℃、温度指示误差±2℃、温度均匀度±5℃。鼓风干燥箱温度控制范围50℃～250℃，温度最大波动度±2℃、温度指示误差±2℃、温度均匀度±3℃。万分之一电子天平分度值为0.0001g。十万分之一电子天平分度值为0.00001g。搅拌机搅拌速度2000r/min。涂膜涂布器刮刀高度100μm~350μm。海绵抛光棒1500目。高速分散机搅拌速度200r/min～2000r/min。扣式电池的制备极片制备环境：温度25℃±2℃，相对湿度≤50%；扣式电池组装环境：温度25℃±2℃，水分含量不大于1mg/m3，氧气含量不大于10mg/m3。将试样和导电剂（A.2.1）放入鼓风干燥箱（A.3.4）中，在80℃～120℃下干燥4h后，取出放置于干燥器内冷却至室温备用。取一定量的粘结剂（A.2.2）置于烧杯中加入水（A.2.1）充分混合稀释，制得固含量为5%的粘结剂水溶液备用。将干燥后的试样和粘结剂的固含量与干燥后的导电剂按质量分数为91：6：3的配比进行计算，用电子天平（A.3.5）分别对A.4.2中的干燥后的试样和粘结剂水溶液与干燥后的导电剂准确称量并混合，采用高速分散机（A.3.10）以800r/min搅拌20s，再以2000r/min搅拌5min成膏状物。可参考的称量步骤如下：取A.4.2中的4.55g干燥试样和0.15g干燥导电剂于50ml的烧杯中，加入6.0g固含量为5%的粘结剂水溶液（见A.4.2）。将膏状物用涂膜涂布器（A.3.8）均匀涂抹于硬炭集流体（A.2.4）上（或者采用其他涂布方式），直至表面光滑，水平置于玻璃平板上，并整体移入鼓风干燥箱（A.3.4）中在95℃～105℃下干燥至少2h，获得单面面密度为40g/m2～70g/m2的待加工极片。取待加工极片，经裁片、压片制备成直径为8mm～14mm的极片，用电子天平（A.3.6）准确称重后，其质量记为mjp。使用称量纸、铝箔包好后移入真空干燥箱（A.3.3）中，抽真空在110℃～130℃下干燥3h～12h，随后装入零件盒，并转移至惰性气氛（氩气）手套箱（A.3.2）中存放，获得加工好的极片。截取一片硬炭集流体(A.2.4)，冲取10个直径与A.4.5中加工好的极片相同的圆片，用电子天平（A.3.6）准确称重后计算其质量平均值，记为mt。扣式电池的组装应在惰性气氛（氩气）手套箱（A.3.2）中进行，装配顺序自下而上依次为：正极壳、弹片、垫片、极片、隔膜、金属钠片、钠集流体、负极壳；也可采用正极壳、弹片、垫片、钠集流体、金属钠片、隔膜、极片、负极壳的装配顺序。具体操作按下述步骤进行：摆放正极壳，不应使粉尘污染电池壳；滴加一滴电解液（A.2.7），放入极片（见A.4.5），并用镊子轻轻按下使电解液（A.2.7）将极片吸住，在极片表面滴加一滴电解液（A.2.7）；用镊子夹住隔膜（A.2.6），隔膜（A.2.6）边缘顶住电池壳内部的边缘，慢慢把隔膜（A.2.6）往下放，如极片和隔膜（A.2.6）之间有气泡，则将隔膜（A.2.6）慢慢夹起后再慢慢放下，除去气泡，最后松开镊子，此时隔膜（A.2.6）应在正极壳中心位置；在隔膜（A.2.6）正中间滴加一滴电解液（A.2.7），使用镊子夹起金属钠片（A.2.3），使用海绵抛光棒（A.3.9）打磨。放入打磨好的金属钠片（A.2.3），轻压使金属钠片（A.2.3）被电解液（A.2.7）吸住，并调节金属钠片（A.2.3）的位置至正中间；将钠集流体（A.2.5）放置在正中间位置，盖上负极壳，钠集流体（A.2.5）不应移位，电解液（A.2.7）添加总量应为30μL～80μL。测试步骤环境温度：25℃±2℃，相对湿度≤40%。将扣式电池在电池测试仪（A.3.1）上进行一次充电-放电循环。电压范围为0.001V～2V，充放电按照以下步骤进行：。恒压法测试按照以下步骤进行：静置2h；放电：恒倍率0.1C（1C=300mA/g）放电至电压小于0.001V，恒压0.001V放电至电流小于3.5×10-6A；静置15min；充电：恒倍率0.1C充电至电压大于2V。恒电流法测试按照以下步骤进行：静置2h；放电：恒倍率0.1C（1C=300mA/g）放电至电压小于0.001V，恒流50μA放电至电压小于0.001V，恒流10μA放电至电压小于0.001V；静置15min；充电：恒倍率0.1C充电至电压大于2V。结果计算与数据处理试样的首次充放电比容量和首次库仑效率，按式(A.1)、式(A.2)、式(A.3)和式(A.4)计算。 m=(mjp-mt)×0.91 (A.seqFuLuGSBH_1334673277611596271) Q1(cha)=C1(cha)/m (A.seqFuLuGSBH_1334673277611596272) Q1(dis)=C1(dis)/m (A.seqFuLuGSBH_1334673277611596273) E1=Q1(cha)/Q1(dis)×100% (A.seqFuLuGSBH_1334673277611596274)式中:m———活性物质质量，单位为克(g)；mjp———经裁片、压片后制备的极片的质量，单位为克(g)；mt———直径与极片相同的硬炭集流体的平均质量，单位为克(g)；Q1(cha)———以A.5测试步骤测试时首次充电比容量，单位为毫安时每克(mAh/g)；C1(cha)———以A.5测试步骤测试时首次充电容量，单位为毫安时(mAh)；Q1(dis)———以A.5测试步骤测试时首次放