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高溫型鋰錳電池正極材料的研究

2024-01-12

作者：

高溫型鋰二氧化錳電池是一種重要的一次電源，廣泛應用在汽車輪胎壓力檢測系統(tǒng)（TPMS）以及醫(yī)療儀器等領域。我國雖然是一次電池的制造大國，但在高端的高溫型一次鋰電池領域卻處于空白的狀態(tài)。缺少適合高溫應用的正極材料是限制高溫型鋰二氧化錳電池發(fā)展的原因之一。在100 ℃以上二氧化錳與電解液的反應變得逐漸強烈起來，促使電解液分解并產(chǎn)生大量的氣體，且在二氧化錳表面形成惰性氧化層造成歐姆極化增加，如此種種，導致鋰二氧化錳電池高溫下性能劣化，不能工作。

本公司在適合高溫用二氧化錳正極材料方面進行了深入研究，從控制二氧化錳γ與β晶型的比例入手，并進行元素摻雜得到高溫型二氧化錳（G-MnO2）。

材料性能測試方法：

按高溫型二氧化錳：導電劑：粘接劑=92:4:4比例混合，以乙醇為溶劑，通過碾膜方式制成正極片。

所得正極片與鋰片、聚丙烯隔膜、電解液裝配成為CR2032電池進行測試。

電池測試結果：

1. 在常溫（20±5 ℃）下，以階段恒流(8-3-1.5-0.6-0.3 mA/g)放電，截止電壓2.0 V，正極材料比容量為264 mAh/g。

高溫型鋰錳電池正極材料的研究

2. 在低溫(0±2 ℃)下，以階段恒流(16-8-3-1.5-0.6-0.3 mA/g)放電，放電曲線受到溫度變化而波動，材料的放電比容量為261 mAh/g。

高溫型鋰錳電池正極材料的研究

3. 在高溫125 ℃下，對電池進行16 mA/g恒流放電，截止電壓2.0 V，電池完全可以正常放電，放電曲線平穩(wěn)，正極材料的比容量為260 mAh/g。顯然，高溫下材料大電流放電能力更好。

高溫型鋰錳電池正極材料的研究

4. 將電池在125 ℃下擱置120小時，然后以16 mA/g恒流放電，放電截止電壓2.0 V，正極材料的比容量為250 mAh/g，表明在125 ℃下高溫型正極材料保持相對穩(wěn)定，發(fā)生分解或劣化的程度很小。

高溫型鋰錳電池正極材料的研究

5. 電池在150 ℃下，以16 mA/g恒流放電，測試了8小時，超過了TPMS系統(tǒng)150 ℃工作7小時的要求。電池的工作電壓平臺正常，未出現(xiàn)異常平臺，說明正極材料沒有新相產(chǎn)生，性質是穩(wěn)定的，電池還可以繼續(xù)放電。

高溫型鋰錳電池正極材料的研究

對用本公司開發(fā)的高溫型二氧化錳材料做成的CR2032電池在常溫、低溫及高溫（125 ℃、150 ℃）下進行了電性能和擱置耐久性能的測試，此材料的比容量達到260 mAh/g以上，放電曲線平穩(wěn)，同時在高溫下二氧化錳材料保持相對穩(wěn)定。此材料完全適合在高溫下工作，可以作為TPMS電池的正極材料。