锂二氧化锰电池

锂二氧化锰电池是指以锂为负极，二氧化锰为正极的一类电池。二氧化锰电池低倍率和中倍率放电性能好，价格便宜，安全性能好，与常规电池有竞争力，所以是首先商品化的一种锂电池。1

原理锂二氧化锰电池是一种典型的有机电解质锂电池，该电池是由日本三洋电机公司于1975年发明并研制成功的，随即被推向市场，该电池的内部电极结构可以设计并制作成碳包式、卷绕式、叠层式，电池外形可以设计并制作成硬币形、圆柱形和方形，以满足不同尺寸和电流用电器的使用要求。与其他锂电池相比，其材料和制造成本相对要低，且安全性很好。所以，它也是当今世界应用最广泛的商品锂电池。

锂二氧化锰电池采用金属锂为负极，适当热处理的电解二氧化锰为正极以及由高氯酸锂（或三氟甲基磺酸锂）溶解于碳酸丙烯酯/乙二醇二甲醚等混合溶剂组成的电解质。其放电机理与一般电池的氧化还原机理有所不同，正极反应是一种典型的嵌入式反应。电池的化学反应式如下：

负极

正极

总反应

如上述反应式所示，电池放电时锂负极发生氧化反应，形成锂离子溶解于电解质溶液内，并迁移至二氧化锰正极，嵌入到二氧化锰晶格中，并促使二氧化锰中的锰从四价还原至三价。2

制造工艺现以全密封圆柱形卷绕式锂二氧化锰电池为例，来说明这类电池的基本制造工艺，其制造工艺流程如图6-8所示。

一、二氧化锰正极的制备

将热处理过的电解二氧化锰粉与乙炔黑、聚四氟乙烯乳液、异丙醇按一定比例混合并搅拌成膏料，然后把膏料均匀地涂在金属集流网上进行热处理并碾压制成电极；还有一种方法是将配制好的正极膏料加热后置于金属集流体的两侧经对辊机滚压而制成电极。制备好的电极应放在空气湿度小于2010的环境中。

二、金属锂负极的制备

根据不同电池型号选择相应厚度和宽度的锂带，并将其裁成符合要求的长度，再将极耳冷焊在已裁好的锂带上。负极制备必须在相对湿度小于2%的环境中进行。

三、隔膜的制备

将符合厚度和宽度要求的聚丙烯隔膜干燥后放在湿度小于2%的环境中备用。通常选用在130 ~160℃时可以闭合的复合隔膜。

四、电池芯体的制备

在湿度小于2%的环境中将两层比电极稍宽的隔膜包在二氧化锰正极的两面，以把正极和锂负极分开，然后再在卷绕机上将其卷绕成芯体后放人电池壳内。锂二氧化锰电池芯体卷绕结构如图6 -9所示。

五、电解质溶液的制备

电解质溶液配方各厂家有所不同，基本的制备方法是按比例将除水后的高氯酸锂与提纯后的碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚等混合配制而成。电解质溶液的制备要求在湿度小于2%的干燥空气环境中进行。

六、电解质溶液的加注和注液口密封焊接

将带有玻璃绝缘子的上盖先与装好电极芯体的壳体焊接好，然后用注液机将规定重量的电解质溶液从注液孔注入电池内，并用钢球进行堵孔焊接。2

类型如今应用的锂-二氧化锰电池大都为硬币形和圆柱形，圆柱形电池又以卷绕式电极芯结构为多，软包装薄型电池是开发的新产品。

锂二氧化锰电池典型的开路电压为3.3V。其工作电压的数值视放电率、放电的环境温度而定，常温下工作电压一般为2.5~2.8V。终止电压一般取2.0V。该体系电池具有放电曲线平坦、低温性能良好（-20℃放出额定容量的40%）、储存期内容降小（年容降小于1.5%）、基本没有电压滞后等特性。一般单电池的容量在0.025~10.SA.h。

扣式电池一般只能以小电流放电，放电曲线非常平坦，直到接近容量终止时才开始下降。

碳包式电池通常用于低电流长时间工作的设备或仪器，它比同尺寸的卷绕式电池能放出更多的容量，在低电流放电过程中，放电曲线相当平坦。放电曲线如图6 -12所示。

卷绕式电池适合于大电流放电或低温条件下工作的设备。在放电过程的大部分时间内，电池的放电曲线平坦，但电压平台低于扣式和碳包式电池。

软包装电池与圆柱形金属壳电池的放电性能是一致的，其区别在于极片做得很薄，内部为叠片或板式缠绕结构，且电池外壳不采用金属壳而采用多重复合薄膜材料，用专门的工艺、设备封装。同金属壳电池相比，软包装电池产品外观结构设计灵活、厚度尺寸可达Imm以下，可适应用户多种尺寸要求，最大限度地提高了设备电池仓的利用空间，减轻了电池重量，从而使电池的比能量得到提高。2

特点1、价格比较低廉：正极活性物质二氧化锰采用电解二氧化锰，是锂电池正极活性物质中比较廉价的一种，可以大量推广应用；

2、电池电性能优良：其比能量是干电池的5～10倍（约230wh/kg或500wh/l），负荷电压为2.8v，放电电压比较平稳。可以在-40～+50℃范围内工作；

3、电池贮存寿命长：在常温条件下电池贮存寿命超过10年，年容降约1%；

4、电池安全可靠：电池在贮存和放电过程中无气体析出，安全性好；

5、电池品种繁多：电池包括扣式电池、柱式电池、矩形电池三大类，每类都还有尺寸和结构各异的电池，容量从几十毫安时到上百安时不等。所以可以满足多种应用的要求。

用途锂二氧化锰电池应用范围较宽，适用于电压滞后要求高、能在瞬间以较大电流放电的设备。在商业（含家用）领域中主要用做自动照相机、电子计算器、收音机、电筒、电动玩具、手表等的电源。在工业领域中，主要用做海上救生器材、水/电气用付费率智能表、定位发射器的电源及仪器的记忆设备电源。在军事设备领域中主要用做通信电台、保密机、夜视仪、小型干扰机、地雷、水雷等的电源。2

发展趋势从九十年代中期殴美能源研究重心转移，这时候锂二氧化锰电池开始受到重视。最初是多种小型号柱式电池，然后在市场感兴趣的大容量电池技术上取得了显着进展。美国大量使用加拿大蓝星发展技术公司、ultralife电池有限公司、ny and hawker eternacell公司生产的锂二氧化锰电池，并研究可提供更高比容量和比功率的电池。美国ultralife电池有限公司从二十世纪九十年代更将研究重心转移到致力于锂电池在市场推广应用的专门研究，特别是高比特性锂二氧化锰电池研究。该公司在其官方网站上发表意见，认为锂二氧化锰电池因为其阴极材料为固体物质，钝化影响很小，导致该体系基本不存在电压滞后，而且体系本身比其它锂一次电池更安全。该公司通过对锂二氧化锰电池的深入研究，在相同体积条件下，锂二氧化锰电池比锂-二氧化硫电池提供超过50%的能量。打破了多年来科研人员认为的锂二氧化锰电池不如锂-二氧化硫电池比能量高的观点。

国内锂二氧化锰电池生产厂家很多，产品广泛应用于照相机、水表、仪器仪表、心脏起搏器等微功耗型电子产品。我国从七十年代就开始锂二氧化锰电池的自主开发研究工作，开发了系列圆柱形锂二氧化锰电池和系列扣式锂二氧化锰电池，在一些大型研究院所普遍着力于高比特性锂二氧化锰电池的研究，在薄型锂二氧化锰电池技术、锂二氧化锰电池的高比能量研究和锂二氧化锰电池的高比功率研究方面取得突破性进展，为锂二氧化锰电池在水下应用、特种勘探领域应用奠定了技术基础。典型的技术成果主要有：薄型锂二氧化锰电池可以做到1mm以下；锂二氧化锰电池比功率达到并超过580w/kg；锂二氧化锰电池重量比能量达到并超过300wh/kg。 锂二氧化锰电池是21世纪锂一次电池中极有发展前途的高可靠、无污染的化学电源，随着纳米材料制造技术的发展，以及粘度低、安全性好的多元有机电解液体系的进一步研究，锂二氧化锰电池的化学性能还将会有更大程度的提高，建立具有高比能量、高功率、轻型化、微型化特点的新型电化学体系，增强我国在高技术条件下电子产品市场竞争力。

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学