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电化学、材料入门科研er 必看| 扣式电池制备全解析（含课题方向）

发布时间：2025-04-11

扣式电池作为锂电研究的基础载体，在新能源材料研发、电化学性能测试等领域扮演关键角色，也是锂电学子不能绕道走的一个小关卡。

熟练掌握扣式电池制备工艺让你在实验室“横着走”，更能躺着拿 offer 。

当研究生 / 博士生/ 本科生实验室“卷王”拿着

"独立完成 500 + 扣式电池测试"的简历，

恭喜你叠加“论文收割机+名企敲门砖+项目加速器”3重buff，

顶刊、名企HR大概率给你开“绿色通道”。🌍

扣式电池：破解行业痛点的 “微型战场”

成本与效率平衡：简单的封装工艺与低设备要求，使其成为新材料与新设计的快速验证平台；

环保争议焦点：正极烧结、电解液处理等环节的减碳技术突破，正通过纽扣电池实验推进；

技术迭代试验田：高压实密度正极、固态电解质等前沿技术，均需通过纽扣电池验证可行性。

扣式电池壳由正负极壳、弹片、垫片等组件构成，其精密结构为材料性能的微观研究提供了理想环境。

扣式电池制备全流程：精度决定性能

浆料制备：

（1）材料准备：

混合活性物质（如LiCoO₂正极或石墨负极）

导电剂（Super P）

粘结剂（PVDF或CMC/SBR）。

‌典型比例‌：80:10:10（根据材料优化调整）。

溶剂：NMP（PVDF体系）或去离子水（水性浆料）。

（2）杂质控制：采用≤30μm的精密过滤装置（优先磁选除铁），并结合浆料分散工艺控制软团聚体尺寸≤50μm，以全面预防隔膜刺穿短路；

（3）材料处理：活性材料经高温烧结后，通过真空搅拌与粘度调控形成均匀浆料；

混料工艺选择规范：

采用质量阔值法决策工艺路径；

手工研磨法（0.1-5.0g区间）：适用于微量活性材料（如新型电极材料初筛）

机械混浆法（>5.0g）：通过实验室混料机实现材料均质化

极片制备：

（1）极片涂布：涂布的效果对电池容量、内阻、循环寿命以及安全性有重要影响。

（2）集流体选择‌：锂离子电池极片的正极用铝箔，负极用铜箔。若是单面光滑的箔材，应涂布在粗糙面上，以增加集流体和材料之间的结合力。

‌（3）涂布方法‌：使用刮刀或涂覆机进行涂布，确保材料平整、清洁。因此，建议涂布前用酒精和脱脂棉仔细清洁材料和设备。

涂覆技术适配原则：

基于浆料体积动态选择；

手工涂覆：常规方案（浆料量<10mL）,需控制涂布速度0.5-1.0mm/s

机械涂覆（浆料量≥10mL）：刮刀间隙精度±5μm

涂覆后的极片经烘烤、辊压、冲切，厚度与密度精确至微米级。

（4）极片辊压：压片处理‌：使用对辊机或压片机进行压片，对辊机一般可将正极片涂层压制到15~60μm。压片机可以采用大约80~120kg/cm2压强进行压制。

（5）极片冲切和称量：将极片冲切成尺寸合适的小圆片，极片应不掉料并且无毛刺等不良现象。称量冲切好的计片质量并分开储存，使级片和后续装配的电池一一对应。

电池封装与注液静止（无氧环境）

（1）预处理：极片与隔膜在水氧含量＜0.1ppm 的手套箱内切割、叠放；

（2）精准装配：遵循 “负极壳→锂片→电解液→隔膜→正极片→ 不锈钢垫片 → 正极壳‌” 的顺序（浸润≥2 小时）；

图片源自网络侵删

（3）密封工艺：压力与温度的精确控制直接影响电池寿命，电池封装，可选手动、电动、气动等多种封口机。

封装压力：施加0.5-2t压力（压力不足导致接触不良，过高损坏隔膜）。

静置：封装后电池静置12-24h，确保电解液充分浸润电极。

电池性能测试

（1）基础参数：容量、内阻及循环老化测试（0.5C 倍率循环 200 次，容量保持率≥80%）

活性物质占比计算方法=m 活性物质 /（m活性物物质+m导电剂+m粘结剂）x 100%

电池容量=(极片质量-基材质量)*活性物质比例*活性物质克容量

（2）极端条件：模拟短路、过充等场景，验证电池可靠性。

水分控制‌：电极干燥后需立即转移至手套箱，暴露空气＞5min可能导致性能下降（文献J. Power Sources 2018）。

‌锂片处理‌：锂片表面氧化物需用刮刀轻刮去除，否则增加界面阻抗。

‌隔膜尺寸‌：隔膜直径需略大于电极（防止短路），通常16~18mm。

研究课题推荐（仅供参考）

研究领域		‌可行性‌	‌方向	‌推荐文献‌
材料创新	硫化物界面	★★★★☆	调整阻抗目标至200mΩ・cm²	Energy Environ. Sci. 2023
材料创新	低温钠离子电解质	★★★☆☆	目标电导率＞2 mS/cm	Adv. Mater. 2022
工艺优化	干法电极	★★★★☆	明确L9实验变量	J. Power Sources 2022
工艺优化	锂金属枝晶抑制	★★★☆☆	补充循环寿命指标	Adv. Energy Mater. 2021
双碳可持续	电池回收	★★★★☆	明确NOx转化反应体系	ACS Sustain. Chem. Eng. 2021
双碳可持续	热失控抑制	★★★☆☆	调整温度目标至＜100℃	Joule 2022
跨学科	微生物-电池集成	★★☆☆☆	效率目标降至＞15%	Nano Energy 2023
跨学科	机器学习筛选	★★★★☆	限定数据范围	Nat. Commun. 2022