鋰二氧化錳電池

鋰二氧化錳電池是一種典型的有機電解質鋰電池，該電池是由日本三洋電機公司於1975年發明並研製成功的，隨即被推向市場，該電池的內部電極結構可以設計並製作成碳包式、卷繞式、疊層式，電池外形可以設計並製作成硬幣形、圓柱形和方形，以滿足不同尺寸和電流用電器的使用要求。與其他鋰電池相比，其材料和製造成本相對要低，且安全性很好。所以，它也是當今世界應用最廣泛的商品鋰電池。

鋰二氧化錳電池採用金屬鋰為負極，適當熱處理的電解二氧化錳為正極以及由高氯酸鋰（或三氟甲基磺酸鋰）溶解於碳酸丙烯酯/乙二醇二甲醚等混合溶劑組成的電解質。其放電機理與一般電池的氧化還原機理有所不同，正極反應是一種典型的嵌入式反應。電池的化學反應式如下：

負極

正極

總反應

如上述反應式所示，電池放電時鋰負極發生氧化反應，形成鋰離子溶解於電解質溶液內，並遷移至二氧化錳正極，嵌入到二氧化錳晶格中，並促使二氧化錳中的錳從四價還原至三價。

現以全密封圓柱形卷繞式鋰二氧化錳電池為例，來說明這類電池的基本製造工藝，其製造工藝流程如圖6-8所示。

一、二氧化錳正極的製備

將熱處理過的電解二氧化錳粉與乙炔黑、聚四氟乙烯乳液、異丙醇按一定比例混合併攪拌成膏料，然後把膏料均勻地塗在金屬集流網上進行熱處理並碾壓製成電極；還有一種方法是將配製好的正極膏料加熱後置於金屬集流體的兩側經對輥機滾壓而製成電極。製備好的電極應放在空氣濕度小於2010的環境中。

二、金屬鋰負極的製備

根據不同電池型號選擇相應厚度和寬度的鋰帶，並將其裁成符合要求的長度，再將極耳冷焊在已裁好的鋰帶上。負極製備必須在相對濕度小於2%的環境中進行。

三、隔膜的製備

將符合厚度和寬度要求的聚丙烯隔膜乾燥後放在濕度小於2%的環境中備用。通常選用在130 ~160℃時可以閉合的複合隔膜。

四、電池芯體的製備

在濕度小於2%的環境中將兩層比電極稍寬的隔膜包在二氧化錳正極的兩面，以把正極和鋰負極分開，然後再在卷繞機上將其卷繞成芯體後放人電池殼內。鋰二氧化錳電池芯體卷繞結構如圖6 -9所示。

五、電解質溶液的製備

電解質溶液配方各廠家有所不同，基本的製備方法是按比例將除水后的高氯酸鋰與提純后的碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚等混合配製而成。電解質溶液的製備要求在濕度小於2%的乾燥空氣環境中進行。

六、電解質溶液的加註和注液口密封焊接

將帶有玻璃絕緣子的上蓋先與裝好電極芯體的殼體焊接好，然後用注液機將規定重量的電解質溶液從注液孔注入電池內，並用鋼球進行堵孔焊接。

如今應用的鋰-二氧化錳電池大都為硬幣形和圓柱形，圓柱形電池又以卷繞式電極芯結構為多，軟包裝薄型電池是開發的新產品。

鋰二氧化錳電池典型的開路電壓為3.3V。其工作電壓的數值視放電率、放電的環境溫度而定，常溫下工作電壓一般為2.5~2.8V。終止電壓一般取2.0V。該體系電池具有放電曲線平坦、低溫性能良好（-20℃放出額定容量的40%）、儲存期內容降小（年容降小於1.5%）、基本沒有電壓滯后等特性。一般單電池的容量在0.025~10.SA.h。

扣式電池一般只能以小電流放電，放電曲線非常平坦，直到接近容量終止時才開始下降。

碳包式電池通常用於低電流長時間工作的設備或儀器，它比同尺寸的卷繞式電池能放出更多的容量，在低電流放電過程中，放電曲線相當平坦。放電曲線如圖6 -12所示。

卷繞式電池適合於大電流放電或低溫條件下工作的設備。在放電過程的大部分時間內，電池的放電曲線平坦，但電壓平台低於扣式和碳包式電池。

軟包裝電池與圓柱形金屬殼電池的放電性能是一致的，其區別在於極片做得很薄，內部為疊片或板式纏繞結構，且電池外殼不採用金屬殼而採用多重複合薄膜材料，用專門的工藝、設備封裝。同金屬殼電池相比，軟包裝電池產品外觀結構設計靈活、厚度尺寸可達Imm以下，可適應用戶多種尺寸要求，最大限度地提高了設備電池倉的利用空間，減輕了電池重量，從而使電池的比能量得到提高。

1、價格比較低廉：正極活性物質二氧化錳採用電解二氧化錳，是鋰電池正極活性物質中比較廉價的一種，可以大量推廣應用；

2、電池電性能優良：其比能量是乾電池的5～10倍（約230wh/kg或500wh/l），負荷電壓為2.8v，放電電壓比較平穩。可以在-40～+50℃範圍內工作；

3、電池貯存壽命長：在常溫條件下電池貯存壽命超過10年，年容降約1%；

4、電池安全可靠：電池在貯存和放電過程中無氣體析出，安全性好；

5、電池品種繁多：電池包括扣式電池、柱式電池、矩形電池三大類，每類都還有尺寸和結構各異的電池，容量從幾十毫安時到上百安時不等。所以可以滿足多種應用的要求。

鋰二氧化錳電池應用範圍較寬，適用於電壓滯后要求高、能在瞬間以較大電流放電的設備。在商業（含家用）領域中主要用做自動照相機、電子計算器、收音機、電筒、電動玩具、手錶等的電源。在工業領域中，主要用做海上救生器材、水/電氣用付費率智能表、定位發射器的電源及儀器的記憶設備電源。在軍事設備領域中主要用做通信電台、保密機、夜視儀、小型干擾機、地雷、水雷等的電源。

從九十年代中期毆美能源研究重心轉移，這時候鋰二氧化錳電池開始受到重視。最初是多種小型號柱式電池，然後在市場感興趣的大容量電池技術上取得了顯著進展。美國大量使用加拿大藍星發展技術公司、ultralife電池有限公司、ny and hawker eternacell公司生產的鋰二氧化錳電池，並研究可提供更高比容量和比功率的電池。美國ultralife電池有限公司從二十世紀九十年代更將研究重心轉移到致力於鋰電池在市場推廣應用的專門研究，特別是高比特性鋰二氧化錳電池研究。該公司在其官方網站上發表意見，認為鋰二氧化錳電池因為其陰極材料為固體物質，鈍化影響很小，導致該體系基本不存在電壓滯后，而且體系本身比其它鋰一次電池更安全。該公司通過對鋰二氧化錳電池的深入研究，在相同體積條件下，鋰二氧化錳電池比鋰-二氧化硫電池提供超過50%的能量。打破了多年來科研人員認為的鋰二氧化錳電池不如鋰-二氧化硫電池比能量高的觀點。

國內鋰二氧化錳電池生產廠家很多，產品廣泛應用於照相機、水表、儀器儀錶、心臟起搏器等微功耗型電子產品。我國從七十年代就開始鋰二氧化錳電池的自主開發研究工作，開發了系列圓柱形鋰二氧化錳電池和系列扣式鋰二氧化錳電池，在一些大型研究院所普遍著力於高比特性鋰二氧化錳電池的研究，在薄型鋰二氧化錳電池技術、鋰二氧化錳電池的高比能量研究和鋰二氧化錳電池的高比功率研究方面取得突破性進展，為鋰二氧化錳電池在水下應用、特種勘探領域應用奠定了技術基礎。典型的技術成果主要有：薄型鋰二氧化錳電池可以做到1mm以下；鋰二氧化錳電池比功率達到並超過580w/kg；鋰二氧化錳電池重量比能量達到並超過300wh/kg。鋰二氧化錳電池是21世紀鋰一次電池中極有發展前途的高可靠、無污染的化學電源，隨著納米材料製造技術的發展，以及粘度低、安全性好的多元有機電解液體系的進一步研究，鋰二氧化錳電池的化學性能還將會有更大程度的提高，建立具有高比能量、高功率、輕型化、微型化特點的新型電化學體系，增強我國在高技術條件下電子產品市場競爭力。