纽扣电池的准备和组装

1. 锂离子纽扣电池组件：

1.1 纽扣电池盒

下面这张照片展示的是 CR2032 纽扣电池的外壳，正极壳较大，负极壳表面有网状结构且较小，因此一般的组装过程是从负极壳开始的。

1.2 极板

电极片的制备过程对其电化学性能能否得到充分发挥具有重要影响。

下图为用正极材料制备的电极板。

正负极片的制备过程相同，区别在于正极片涂覆在铝箔上，负极片涂覆在铜箔上，这是为什么呢？

首先，两者的导电性都比较好，质地比较柔软，价格也比较低。

其次，铝本身活性较高，在低电位下会与锂反应生成锂铝合金，因此不宜用作负极集电极。如果使用铝箔作为负极集电极，铝会与锂形成合金，然后分解成粉末，严重影响电池的寿命和性能。

最后，铜在高电位下容易氧化，不适合用作正极集电极。铜表面的氧化层是半导体，电子具有导电性。当氧化层过厚时，阻抗会增加。同时，锂不会与氧化层形成锂合金。

什么样的极膜才算好的极膜？

应满足以下几个方面：

1）浆料涂层均匀，无明显厚度不均匀，特别是较薄的地方甚至可以看到明亮的铝箔；

2）磁极片保持完整、圆形，没有损坏，并且周围尽可能没有毛刺；

3）涂层区域内无颗粒物，无明显粉末掉落现象。

1.3 分离器

这分隔符实验室中通常使用 Celgard2400 或 Celgard 系列的其他产品，将其冲压成小圆片，其直径略大于正负极片。

它的功能是什么？分隔符？

简而言之，如果没有分隔符如果正负极直接接触，就会发生短路，这就是为什么有些电池需要抑制锂枝晶的生成，也就是防止枝晶刺穿电池外壳的原因。分隔符导致局部短路，并造成安全事故。

1.4 锂金属芯片

负极板的直径略小于负极壳的直径。CR2032锂金属芯片的直径为15.8mm，对应的正极板直径也为15.8mm。

值得注意的是，锂芯片相对较软，容易变形，因此变形的锂芯片安装电池前，可以用正极壳将其压平（因为尺寸相对较大）。此外，锂金属在空气中极易氧化老化，遇水容易爆炸，因此购买的锂金属芯片需要在手套箱内打开，打开时注意不要损坏手套。

1.5 垫片

这垫片是圆形铝片，直径与锂芯片的尺寸相同，在实验中，可以根据需要购买不同规格和厚度的铝片。

笔记：垫片正负极纽扣电池外壳和其他部件在使用前应反复用酒精进行超声波清洗，然后在烘箱中烘干。

1.6 春天

春天主要起到辅助电池的作用，如果没有电池的话。春天在压制电池的过程中，电池会被压得很扁，内部元件可能会被压碎。春天只在负极添加，但如果正负极都添加，则春天在电压电池步骤中，扣环无法闭合，导致电解液与空气接触，实验失败。

1.7 电解质

不同的材料通常对应不同的电解质。

2. 纽扣电池的组装

2.1 正极板的制备

极板的制备主要分为两个步骤： 

1）制备浆料； 

2）涂布、干燥、压制等步骤。

2.1.1 浆料的制备

该浆料由溶剂、阴极材料、导电剂和粘合剂组成。

正极材料：导电剂：粘结剂的质量比为 80:10:10。

2.1.2 板材涂层

通常情况下，刮刀和铸件涂层机用于涂覆的材料包括：正极材料涂覆在铝箔上，负极材料涂覆在铜箔上。没有涂覆机的学生可以使用玻璃板和刮刀进行涂覆。涂覆过程相对简单，但需要注意以下几点。

1）铝箔要平整，折叠处要尽量减少；

2）涂布前，用酒精和吸水棉仔细清洁铝箔和涂布机平台；

3）清洁后，应使用卫生纸仔细清洁吸水棉，一是去除可能存在的棉絮，二是不要刮伤铝箔。

2.1.3 极片的干燥和压制

干燥的目的是去除浆料中大量的溶剂和水分，因此必须经过鼓风干燥和真空干燥两个步骤。每个步骤的具体温度和时间在不同的作业中有所不同。

2.1.4 压片

涂覆后，干燥的复合涂层较为疏松。若直接使用，经电解液浸泡后容易脱落和损坏。轧机或者可以使用压片机进行片剂加工。通常，辊压机可以将正极包衣压制成15-60 μm厚。压片机可在约80-120 kg/cm²的压力下进行压制。压制后电极的稳定性、牢固性和电化学性能均得到改善，其测试性能优于未压制的样品。

压片的主要目的有两个：

首先，为了消除毛刺，使表面光滑平整，防止电池在运行时毛刺刺破隔膜造成短路；

第二点是增强极板强度并降低欧姆阻抗。压力过大会导致极板卷曲，不利于电池组装；压力过小则无法起到压紧作用。

2.1 纽扣电池的组装

2.1.1 必需物品：

手套箱：压片机（最好带数字显示屏）、2 把镊子（至少一把是塑料镊子）、1 把药匙、电解质、锂片、研磨玻璃瓶（带塑料滴管头）、注射器、干纸巾和其他清洁用品；

手套箱外：硬币电池盒、集电器、弹簧片（或镍片） 泡沫 ），正极板，分隔符盘子;

笔记电池组装部件在放入手套箱前应真空干燥约4小时，温度不宜过高，可设定在60-80℃。容量较大的手套箱可预先存放这些电池部件，且更清洁。原材料进入手套箱入口后，应严格按照操作规程进行至少三次的排气-进气操作。建议在手套箱内放置小型操作台，以防止试剂腐蚀手套箱。电解液会腐蚀手套和手套箱内壁，应尽量避免接触。

2.1.2 测定水中的氧含量

一般手套箱都配备有用于检测水氧含量的数字显示检测器，布莱恩手套箱的水氧含量可以控制在0.05PPM以下，但不同手套箱的标准并不相同。电池组装过程是在严格执行排气/进气操作的手套箱中进行的，该手套箱严格隔离了任何可能的氧化、潮湿和其他干扰。如果手套箱的水氧含量持续偏高，则应检查手套是否损坏或对手套箱进行再生处理。

2.1.3 装配过程

纽扣电池的组装顺序主要有两种，实验室通常从负极纽扣电池壳开始组装，但也可以从正极纽扣电池壳开始组装。

1）正极纽扣电池壳的开口朝上，平放在玻璃板上。

2）放置 垫片 用镊子将正极板放入正极纽扣电池壳中，正极板位于中心位置。

3) 用塑料滴管或注射器吸取电解液，并使其渗入正极板表面。

4）夹紧分隔符盖上正极板

5）再次使用滴管/注射器吸收电解液并润湿表面。分隔符。

6）取出锂芯片，将其放置在中间……分隔符

7）夹紧垫片并将其放在锂电池上芯片严格对齐

8) 抓住弹簧，将其放置在垫片上，务必严格对齐。

9) 用镊子夹住负极纽扣电池壳盖