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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（TPMS）以及醫療儀器等領域。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。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。
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。
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，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。
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定，發生分解或劣化的程度很小。
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150 ℃工作7小時的要求。電池的工作電壓平臺正常，未出現異常平臺，說明正極材料沒有新相產生，性質是穩定的，電池還可以繼續放電。
對用本公司開發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，同時在高溫下二氧化錳材料保持相對穩定。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。
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