前言
任何一种新的电池材料的开发通常经过实验室研发、小试、中试以及规模放大和商业化应用五个阶段。其中实验室研发阶段是对材料性能测试、验证以及价值判断的必要阶段。因为实验室的测量数据除了具有重要的科研价值外，还有助于在早期开发阶段判断某些材料及电池体系是否具有实际应用价值及商业开发价值。实验室扣式电池除了用于对现有材料的性能进行检测之外，还用于对新材料、新工艺产品进行初步的电化学性能测试与评价，正确的组装扣式电池对该材料的开发与制备、全电池设计与应用有着重要意义。 一、扣式电池材料基本介绍
锂离子扣式电池主要由以下几部分组成：正极壳、负极壳、（正/负）极片、隔膜、垫片、弹片、电解液。 常用的正规的商品扣式电池CR2032中的C表示正极是MnO2,还有BR系列，B表示正极是氟化碳。C或者B代表扣电体系，R代表电池外形为圆形。前两位数字为直径（单位 mm），后两位
数字为厚度（单位 0.1 mm），取两者的接近数字。例如 CR2032 的大略尺寸为直径 20 mm，厚度 3.2 mm。
1.1 电池壳
下图为CR2032扣式电池电池壳，正极壳较大，负极壳为表面有网状结构且较小，所以一般组装过程从负极壳开始。
图1 CR2032扣式电池正极壳（左），负极壳（右）
1.2 极片
极片的制备工艺对电化学性能能否充分发挥有重要影响，我们会在2.1中重点讲解，此处简要介绍。下图为正极材料所制备的极片。
图2 正极片（左）与铝箔（右）
锂离子电池极片的正、负极集流体分别为铝箔和铜箔。如果选用单面光滑的箔材，往往在粗糙面上进行涂布，以增加集流体与材料之间的结合力。箔材的厚度要求不严格，但对箔材的面密度均匀性有比较高的要求。硅基负极材料一般选用涂碳铜箔以提高黏附性，降低接触电阻，以增加测试结果的重现性，提高充放电循环性能。
什么样的极片才是好极片？
应该满足这几方面：
（1）浆料涂布均匀，观察不到明显的厚度不均匀，特别薄的地方甚至能观察到亮的铝箔；
（2）极片保持完整圆形未受损坏，周围尽量没有毛刺；
（3）极片涂布区域没有颗粒物并且没有明显的掉粉现象。
1.3 隔膜
实验室所用隔膜一般为Celgard2400或者Celgard系列其他产品，冲压成小圆片后使用，直径略大于正负极极片。可以根据电池性能要求不同选择隔膜，关于隔膜的选择和参数，请见后期关于锂电池隔膜的选择以及参数意义的介绍。
隔膜的作用是什么呢？
简单的说，如果没有隔膜，正负极就直接接触，也就是会发生短路，这也就是为什么有的电池中要抑制锂枝晶的产生，就是防止其刺破隔膜，引起局部短路，而造成安全事故。隔膜一般采用聚乙烯等高分子材料，不导电，其结构中有许多微孔，允许锂离子通过,虽然它是绝缘体，但“不允许电子通过的说法并不准确”。
1.4 锂片（即负极片）
负极片直径略小于负极壳直径，CR2032的锂片直径为15.8mm，实验室常采用直径为14mm
（对应CR2032 扣式电池）冲口模具冲正极片。值得注意的是：锂片比较柔软，容易变形，所以在装电池前可以用正极壳（因为它比较大）将变形的锂片压平整。而且金属锂在空气中极易氧化变质，遇水容易爆炸，所以购买回来的金属锂片需要在手套箱中打开，打开时注意，不要损坏手套。
图3 适合CR2032电池使用的金属锂片
1.5 垫片
垫片为圆形的铝片，直径与锂片大小一样，实验中，可以根据需求购买不同规格和厚度等。
注意：垫片、正负极壳等组件，在使用前要用酒精反复超声清洗，然后鼓风干燥箱烘干。
图4 垫片
1.6 弹片（支撑片）
弹片主要是起到支撑电池的作用，如果没有弹片，在压电池的步骤中会把电池压的很扁，内部组件可能被压坏。弹片只在负极侧加，但是若正负极都加了弹片，压电池步骤中不能将扣电封闭，导致电解液与空气接触，而实验失败。
图5 弹片（支撑片）
1.7 电解液
不同的材料一般对应不同的电解液，在进行时实验时千万不要图省事将就，小批量的电解液可以公司索要，一般都会给。个别特殊的电解液，如低温电解液等，可能需要购买，价格还不低。
1.8 材料的选择
正负极活性材料一般为粉末材料，颗粒尺寸应不宜过大以便于均匀涂布，同时避免由于颗粒较大导致测试结果受到材料动力学性质的限制以及造成的极片不均匀性问题。用于实验室研究的正负极材料一般最大颗粒直径（Dmax）不超过50μm，工业应用的锂电材料的Dmax一般小于30μm。大颗粒、团聚体或者纳米级别的材料，往往经过过筛或者研磨处理。锂电池常用导电剂为碳基导电剂，包括乙炔黑（AB）、导电炭黑、Super P、350G等导电材料。常用黏结剂体系包括聚偏氟乙烯-油性体系[即poly(vinylidene fluoride)，PVDF体系]以及聚四氟乙烯-水性体系[即poly(fluortetraethylene)，一般为乳液，简称PTFE 体系]，SBR（丁苯橡胶）乳液等。油系溶剂常采用NMP（N-甲基吡咯烷酮）等。
二、扣式电池的组装
2.1 正极片的制备
实验室极片制备过程一般分为混料和涂覆两个过程。其中混料工艺包括手工研磨法和机械混浆法，涂覆工艺是手工涂覆和机械涂覆。
进行混料时，依据供料的多少来确定采用手工研磨法或机械混浆法，如活性材料的质量在0.1～5.0g时建议采用手工研磨法，活性材料的质量超过5.0g时，建议采用混料机进行混料。实验室中每次混浆量有限，常采用手工涂覆，当浆料足够时可采用小型涂覆机。整个极片制作过程需要在干燥环境下进行，所用材料、设备都需要保持干燥。
2.1.1 浆料的制备（以磷酸铁锂为例）。
溶剂 | 正极材料 | 导电剂 | 粘结剂 |
N-甲基吡咯烷酮 （NMP） | 磷酸铁锂 | Super P | 聚偏二氟乙烯（PVDF） |
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浆料由溶剂、正极材料、导电剂和粘结剂组成。实验室制备极片时，混料比例和步骤依据测试材料及混料工艺的不同而有差别。如常见的石墨负极极片中，CMC（羧甲基纤维素钠）的含量一般低于10%，SBR的含量一般低于10%，导电添加剂的含量一般低于10%（高倍率电
池除外）。而在硅基负极材料中，考虑到硅基负极材料的导电性较差，因此需增加极片中的黏结剂含量和改变导电添加剂的种类，有些人将CMC的比例调整为20%，SBR 的比例调整为20%，导电添加剂中加入CNT（碳纳米管）；对于高功率电池极片研发测试时，往往增加导电剂的含量，比例可调整为20%左右。高比例黏结剂和导电添加剂是为了充分展示正负极活性材料的电化学特性，而实际锂离子电池中电极极片的黏结剂质量比往往在2%左右，导电添加剂比例往往在1%～2%。
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