《锂离子电池》实验教学大纲.docx

锂离子电池实验教学大纲一、课程基本情况课程代码：13145223203课程名称（中/英文）：卷肉子电池/1.ithium-ionBattery课程类别：专业方向特色课程课程性质：专业选修课程课程类型；课程实骁总学分：3.0总学时：48实脸/实践学时：12适用专业：材料物理适用对象：本科先修课程：无机化学、电化学原理、物理化学、大学物理开课学院：材料科学与工程学院二、课程茴介斤锂离子电池实验课程是材料物理专业£锂离子电池3的课程实验.实验的主要内容包括锂离子电池充放电性能测试分析、电极材料循环伏安曲线测试分析以及锂离子迁移系数的测定.通过课程实验的系列操作.加强学生在悝禹子电池电化学性能测试方面的能力素质.培养学生的实践能力和创新能力及团队出作能力。三、实"t学目标通过本课程实骁，锻炼学生的动力能力、分析与解决问魄的能力，提高学生运用理论知识解决实际问题的能力，同时培养学生的团队精神、沟通和殂织管理能力。四、实验项目及学时安排序号实箴项目名林实验学时实验类型实蛤要求每组人数需注I程离子迁移系数的测定综合性必做4-62锂离子电池充放电性能测试4绘合性必做4-63锂离子电池循环伏安曲线测试与分析4综合性必做1-6五、实验内容实脸一锂离子迁移系数的测定实验实验目的：理解测定锂离子迁移系数的重要性，了解常用的锂离子迁移系数测定方法，如交流阻抗技术、电位阶跃技术和恒电流间歇滴定技术等，实骁设备：电化学工作站，实验内容及步骡：实5金内容电化学工作站的使用,交流阻抗谱图的分析.t里国子迁移系数的计尊：掌握锂离子电池充放电的珞本原理;采用电化学工作站利砧圳离子电池的交流阻抗，根据交流阻抗谱图计算Warburg因子并进一步得到锂离子电池的锂离子迁移系数。实验步骤（）设置开路电压：点击设置实验技术开路电位-时间确定，特JC作站运作平稔时（即测出来的是一条平行于X轴的波动很小的线）.记录软件左下角扫描出的开路电压.也可点击控制开路电位开路电压页面,查看开路电压，特后面录入参数时使用。（2）点击实脸技术电化学技术，选择电化学阻抗，确定后设置参数，（3）点击参数设湿，进入电化学阻抗参数的页面，根据（I）中所得到的开路电压，议跟初始电压.设置高频处的频率为100KHz,低频处的频率为IOmHz,振幅和静置时间采用默认数值,点击确定，准备进行电化学阻抗测试.（4）点击（图标代表运行试验,II代表均件.代表终止）,运行实5出现交流阻抗测试的页面，此时出现扫描图形，右上角显示实脸剩余时间，所扫描的数据尽量保证连续.（5）根据等效电路图并通过ZView、ZSimpWin等软件对E1.S数据进行拟合处理，（6）在E1.S曲线的低频区域，与锂笳于在活性材料颗粒内部的囿体犷散过程相关的一条斜线，此过程可用个描述扩散的WarbUrg跳抗ZW表示.电化学阻抗谱中实轴电阻值与相隔的角颇率的二次报号的倒数呈线性关系,而直线的斜率为韦伯因子（）.见式I：Zre=RS+Rct+W（I）式中：Zrc为EIS曲线低频区域实轴电阻能：RS为电极电阻、电解液电阻和各种接触电阻等:3为角军：Ra为电荷转移电阻；。为韦伯因子。锂离子迁移系数的测定通过公式2进行计算：Z1=（R2T2）/（2,F,C-）（2）式中：氏为钾肉子迁移系数：R为气体常数（8.314Jmo,K'）；T为绝对温度（K）;A为电极表观面积（cn）;n为电子转移数；F为法拉第常数（96485Cmo1.）;C为锂离子在电极材料中的浓度（，）;实验二锂离子电池充放电性能测试实验实验目的：理解掌握锂离子电池充放电性能测试中相关参数的概念，掌握锂离子电池充放电曲线特点和常见电化学性能的测试方法并能终通过充放电性能测试结果评估锂高于电池电极材料性能的优劣.实粉设得：1.AND20（HA电池测试系统实脸内容及步探：实蕤内容1.AD2OO1电池测试系统的参数设置，数据的作图分析以及通过电池的电化学性能数匏评估电极材料的稔定性.实验步骤（1）将小装好的纽扣电池与鲫鱼夹具连接小红笏鱼夹和小果鲫包夹如成电压检测路，因而，应连接工作电极和参比电极。对于正极材料：小红夹接工作电极（正极）,小黑夹接多比电极。此时，电压检测值正常.对于负极材料：小红央接参比电极，小晶夹接工作电极（负极.此时，电压检测值反相.（2）设置电池充放电过程参数包括'过程名称“、”主参数设置”、“记录条件”以及“安全保护”等四个部分,其核心是“主参数设前二内容也相对较多，“过程名称”可由用户自由设置。除了控制软件（1.ANDct.exe）在“过程名列次”中不允许有过程名称圣名（参见1.ANDCt.exe使用说明部分）外，软件（包括1.ANDCt.exe和IJiNDdt.exe）其它部分均不检查过程名称取Z,所以本质上说，软件允许过程名称重名.主参数设置“主参数设置”主体就是一个我格,表格由有若干行构成，其中每行又包括6列，分别为“步号”、“变量操作二“工作模式”、“结束条件1"、“（并且条件2”和-GOTO".我格内部有两种背兔窿色：白色和浅灰色.记录条件记录条件定义了测试过程中数据记录的频度。它包括“时间变化”、“电压变化”以及“电流变化”等三项，含义分别为：间隔多长时间记录一个数据：当电压变化时，电压开高或降低笠少个伏特时记录一个数据；当电流变化时，电流增加或减小多少个亳安时记录一个数据。安全保护“安全保护”中各项的具体数优的设置原则为“超出正常值范围之外.但不超出太远”.如果不超出正常值范阚之外.则干扰正常的测试,甚至测试无法进行：如果超出太远则可能起不到保护作用.常用的电压保护为：锂离子电池欠压2.22JV/单节，过压，1.31.5V/单节；棵镉、银乳电池欠压0.60.8V/单节，过压1.51.6”单节.（3）启动通道选择弹出菜监条目”启动1即可进入“启动”对话框.从“当前过程名称”下拉列表框中选择合适的工作过程（即测试工步.（4）测试数据备份：通常情况下，用户只是在测试完成（或强制停止后才有数据备份需求，这样进行数据备份的次数也是最少的.数据预约备份”可以在通道“启动”时定义，也可以在通道“过程参数重置”时定义.5针对图形处理方面：图形设置：设置绘图相应的数据源（如电压一放电容见图、循环一效率图等）、图形说明文字（即标题）以及图形的各种属性细节（如是否有连战、连城的用细及颜色，如是否有数据标记、标记的大小及颜色等等：图形的各种查看操作：包括图形的移动、局部放大或缩小等等操作：图形笼制至WINDO临剪切板:可用于图形导出至其它工具软件（如WORD）中，或作为图形格式（如BMP格式）存盘：图形坐标轴设置：设置坐标轴范围、刻度、网格线以及坐标轴说明文字（即标题等：图形坐标单位设置：设置坐标轴对应数据的单位：循环对比；将多个指定循环的测试曲图正科在起对比分析（可以是不I可电池的测试数据；图形打印和打印预览:通过打印机输出图形.实脸俾.离子电池循环伏安曲线测试与分析实脸实险日的：掌握他离子电池循环伏安曲线的测试方法，能够分析网离子电池循环伏安曲线，判断裸离子电池电极的可逆性及电极反应机理,实验设备：电化学工作站实验内容及步骡：实5金内容电化学工作站的使用,循环伏安曲战的分析：通过电化学工作站测试钾离子电池循环伏安曲线,根据循环伏安的电流-电压曲戕的峥高、时称性等判断电极反应的可逆性和反应机理。实验步骤（1）打开电脑.电化学工作站,工作站-殷备要稳定一段时间.在测试样品）（2）电路连接：绿色铁央接工作电概.红色铁央接对电极.黄色铁央接参比电帙.（3）打开软件，按工作站右边的“发位按钮,工作站自动进行连接，如果连接时话框消失，说明连接成功：如果长时间不消失，点击取消，JR复过程，直至连接成功。（4）循环伏安测定；点击方法分类中的“雄性扫描技术”，双击实蛤方法中的“循环伏安法”，出现循环伏安法参数设定菜单，初始电位和开关电位设定值一样,电流极性设为“乳化”，如果实验出现电流溢出的现象<图像未出现蜂.出现水平线），都灵敏度阿高，我他设批随实验方法不同而改变.（5）打开“控制"F的“开始实验”，界面右上角出现“剩余时间”（6>实也结束，“剩余时间”将消失，将实验结果另存为目标文件，此文件类型为工作站的默认类型，EXCeiI无法打开（7）实验结束，余时间”将消失，将实验结果另存为目标文件.（8）退出软件，关闭电化学工作站和电脑.（9）格和到的数据用EXC数打开,并用Origin软件作图.六、实”报告格式实验名酬（一）实验目的（二）实毅原理（三）实整步骤（FI）数据处理与分析（31）思考题七、考核放（）实5金成绩的构成实脍成绩占本门课程总成绩2典，参考实验操作和实验报告成绩琮合给定。（二）评分标准I.实验成绩五级制（优、良、中、及格、不及格）填报，按比例记入该课程成绩中。2 .多个实验项目的要最后境报平均成绩，3 .按照实验指导书的具体要求.根据每个学生实验过程的具体实验操作情况和实聆报告的质量,综合给出实验成绩.4 .实验评分的包括三个方面：1）实验操作占60%：（2实验报告40%：评分等级：评定成绩分优、良、中、及格和不及格五个等级，优：90分以上：良：80-89分：中：7019分：及格：6069分；不及格：59分以下。实验成绩考核评定去考核环节考核耕果及标准评估项H及权重优秀（90700分）良好（8090分）中等（7080分）及格（6070分）不及格<<60>>>实险操作（60%）操作敏捷规范，能够按照指导老师和实验讲义的要求主动、按时完成实验,并且未出现实验失误。操作较敏捷规范,旎垓按照指导老师和实验讲义的要求主动完成实验,未出现明显实验失误。操作基本敏旋规范,能够按照指导老师和实验讲义的要求完成实验.操作不规范，但是能够按照指导老师和实验讲义的要求完成实脸.实验中严j®违章违纪.无法完成实验.实验报告（40%）实脸报告结构完整,报告内容准确、凡体，实验记录消是详细，有自己的见解，能钙根据实验现望、结果和数据进行合理分析.得出结论，能正确独立的好等思考趣。能够自己进行实验数据的收集、计籁,且绘图处理完全正确、规范。实脸报告结构较完整，报告内容较准输、具体，实验记录比较清楚,有自己一定的见解，能修根据实验现象、结果和数据进行较合理的分析，能正确解答思考题.能第自己进行实验数据的收集、计算,绘图处理基本正确,规范。实脸报告结构用本完整，报告内容基本准确,实的记录荔本消她，缺乏自己的见解.能够根据实脸现象、结果和数据进行基本的分析，能正确解答思考出经过老师反复指导能够采象较正确的数据和绘制较正确、娩范的图形。有实舱记录,能分析实验中出现的理思和结果，并回答思考XS.羟过老师反受指导能师采架数据和绘制图形，但不够正确、规范，抄袭别人或未提交实验报告.经过老师反更指导依不能鲂采集正确数据和绘制较正确的图形.八、教学资M实验指V书：锂离子电池实验讲义参考书：吴宇平主编.那离子电池-应用与实践（第2版）.化学工业出版社,2012