纽扣电池首效测试的详细步骤及注意事项

　　扣电池(纽扣电池，如CR2032型半电池)的首效测试是评估锂离子电池材料(如正极、负极或全电池)首次充放电效率的关键实验，主要用于验证材料的可逆容量及不可逆损失。以下是首效测试的详细步骤及注意事项：

　　一、首效定义

　　首效(首次库伦效率，First Coulombic Efficiency, FCE) = (首次放电容量 / 首次充电容量)× 100%

　　核心意义：

　　反映材料在首次循环中锂离子的可逆脱嵌能力。

　　首效低可能由副反应(如SEI膜形成、电解液分解)或材料结构坍塌导致。

　　二、测试准备

　　材料与电极制备：

　　活性材料：如石墨(负极)、LiCoO₂(正极)，需与导电剂(如Super P)、粘结剂(如PVDF)按比例(例如8:1:1)混合制浆。

　　极片涂布：将浆料均匀涂覆在集流体(铜箔负极/铝箔正极)上，烘干后冲压成直径约12-14mm的圆片。

　　极片干燥：真空干燥(120°C，12h)去除水分，避免电解液副反应。

　　扣电池组装：

　　结构：正极壳(含电极片)| 隔膜(Celgard 2400)| 负极(锂片)| 垫片 | 弹簧片 | 负极壳。

　　电解液：根据体系选择(如1M LiPF6 in EC/DMC，体积约80-100μL)。

　　关键控制：

　　手套箱环境(H₂O/O₂ < 0.1ppm)。

　　极片与锂片对位精确，避免短路。

　　施加均匀压力(如用液压机压紧)。

　　三、测试流程(以负极材料为例)

　　首次充电(嵌锂)：

　　条件：恒流充电至截止电压(如石墨：0.01V vs. Li+/Li)。

　　目的：锂离子嵌入负极，形成SEI膜，消耗部分不可逆容量。

　　首次放电(脱锂)：

　　条件：恒流放电至截止电压(如1.5V vs. Li+/Li)。

　　目的：测量可逆脱出的锂离子容量。

　　计算公式：

　　四、关键注意事项

　　电解液用量：

　　过少会导致极片浸润不均，过多可能引发漏液或副反应。

　　压力控制：

　　组装时需保证电极与锂片紧密接触，但过度挤压可能损坏隔膜。

　　极化修正：

　　小电流测试(如0.1C)可减少极化影响，但耗时较长;高倍率可能掩盖真实首效。

　　SEI膜影响：

　　若首效异常低(如<80%)，需排查电解液分解(如添加剂不足)或材料缺陷(如孔隙率过高)。

　　数据验证：

　　重复测试3-5个平行样，排除偶然误差。

　　对比空白组(如仅导电剂的电极)扣除背景干扰。

　　五、常见问题与解决方案

　　六、应用场景

　　负极材料开发：如硅基材料(首效通常60-80%)、硬碳(85-90%)。

　　电解液优化：筛选成膜添加剂(如FEC、VC)以提升首效。

　　工艺改进：预锂化、表面包覆等策略补偿不可逆容量损失。