錳酸鋰電池制備過程分析

湯春微

摘 要：錳酸鋰電池具有單體電池，工作電壓高，體積小，重量輕等特點，而且電池的循環(huán)使用壽命較長，自放電量低，安全性能較好，沒有記憶效應，在動力電池中的適用性較強，價格適中，無污染。因此錳酸鋰電池近年來在各個行業(yè)的應用也越來越廣泛，比如說電動自行車等。本文通過對錳酸鋰電池的制備過程進行分析，以期進一步的提升錳酸鋰電池的制備質量，更好的滿足錳酸鋰電池的應用需求。

關鍵詞：錳酸鋰電池；制備；過程控制

隨著錳酸鋰電池技術的不斷成熟與發(fā)展，再加上國家政策的出臺，越來越多的電動自行車開始采用錳酸鋰電池，此種電動工具的電池具有安全性能高、成本低廉的優(yōu)勢。而新能源汽車的快速發(fā)展也推進了錳酸鋰電池技術的進一步應用，通過將錳酸鋰電池應用到純電動車及混合動力汽車當中，市場前景十分廣泛。而隨著科學技術的不斷進步，錳酸鋰電池所應用的范圍也會不斷擴展，同時對于錳酸鋰電池的性能要求也會不斷提高，因此，生產出綜合性能好的錳酸鋰電池已經成為鋰電行業(yè)所面臨的主要任務。

一、錳酸鋰電池的主要材料

錳酸鋰主要屬于一種尖晶石型錳酸鋰，而尖晶石型錳酸鋰是從1981年開始所制得的一種具有三維鋰離子通道的正極材料。至今受到國內外諸多學者的研究與關注，此種材料作為電極材料，具有價格低、電位高、環(huán)境好且安全性能高的優(yōu)點，成為新一代的離子電池正極材料[1]。錳酸鋰是一種非常有前景的離子正極材料，相比于鈷酸鋰等傳統(tǒng)的正極材料，錳酸鋰具有資源豐富、無污染、安全性能高、成本低的優(yōu)勢，屬于一種理想的電池正極材料。但是由于某酸鋰電池的循環(huán)性能較差，而且電化學穩(wěn)定性不高，從而導致其無法進行產業(yè)化發(fā)展。

錳酸鋰的生產主要是以碳酸鋰及EMD為原料，通過添加相應的材料，經過混合燒制，然后后期處理而生產出錳酸鋰電池。就原材料及生產工藝的特點來看，錳酸鋰生產本身具有無毒害作用，對于環(huán)境非常友好，而且不產生廢水和廢氣，生產中的粉末，還可以進行回收利用，對于環(huán)境沒有任何影響，并且大大的提高了資源利用率[2]。當前市場上所應用的錳酸鋰主要分為兩種，A類是動力電池所采用的材料，此種材料具有安全性能高、循環(huán)性能好的特點，B類則是指手機電池的替代品，此種材料具有容量高的特點。對于A類材料，指標要求包括可逆容量控制在100-115之間，循環(huán)性能達到500次上，而且仍舊能夠保持80%的容量。B類材料的容量較高，通常要求在120左右，但對于循環(huán)性能要求較低，維持在300-500次之間，而且容量的保持率達到60%以上便可以滿足要求。由此可見，在生產錳酸鋰電池的過程中，首先應當選擇性能好的電池材料，只有這樣才能夠保證后續(xù)錳酸鋰電池的制作質量，延長錳酸鋰電池的使用性能，也更好的滿足錳酸鋰電池在各個行業(yè)的應用。

二、錳酸鋰電池制作過程

錳酸鋰、PVDF與SuperP三者之間，應當按照93：4：3的質量比進行調漿處理，所得到的漿料粘度應當控制在7000-8000us/cm。然后把漿料涂抹在鋁箔上，要確保漿料涂抹均勻，并在120℃的真空中干燥放置24個小時，再將其進行輥壓處理，保持到一定厚度，最后進行分切，獲得正極極片[3]。石墨、LA-133和SuperP三者按照95：3：2的質量比進行調漿處理，應當在純水中進行。漿料的粘度應當控制在2000-4000us/cm之間，然后把漿料涂布在銅箔上，漿料應當確保涂布的均勻性，在85℃的真空中進行干燥放置，保持24小時，再輥壓到一定的厚度，最后進行分切處理，得到負極極片[4]。選擇電解液，將其組裝成鋁殼電池。最后應用新威系列的電池測試系統(tǒng)，對電池性能進行測試，確保電池的電壓維持在2.75-4.2V范圍內，應用1C電力倍率對電池的容量及循環(huán)性能進行測試處理。

三、不同負極材料對錳酸鋰電池性能的影響

錳酸鋰電池的負極材料主要是作為儲鋰性主體，在充放電的過程中，以對鋰電子進行嵌入和脫出性處理?？偠灾?，負極材料的性能對于電池的整體性能具有重要影響。對于同一種的正極材料，如果所選用的負極材料不相同，那么所對應的電池的電化學性能就會具有很大的差異性，如果所應用的負極材料為B類，則能夠確保電池性能的提升，并且電池的容量可以達到105.6mAh/g，經過50次的循環(huán)之后，容量會減少為-4.43%[5]。由此可見，負極材料對于正極材料的容量發(fā)揮和循環(huán)性能都有著顯著的影響。在選擇負極材料時，應當根據錳酸鋰電池制作的性能要求，選擇適當的負極材料，以確保最大限度的發(fā)揮錳酸鋰電池的性能，更好的為后續(xù)的電池制作及應用提供條件。

四、不同電解液對錳酸鋰電池性能的影響

在電池中，電解液是其中的重要組成部分，在電池的正負極之間發(fā)揮著傳輸鋰離子的重要作用，因此，電解液對于電池的容量、工作溫度及循環(huán)性能和安全性能都有著顯著影響。例如在選擇不同電解液的情況對電池性能進行分析，結果會顯示，在正負極材料及其他條件都相同的情況下，如果所應用的電解液不同，那么所對應的電化學性能就會有較大差別，當電解液對于電池的符合度最高時，1C容量為107.6mAh/g，所得到的電池綜合性能最好，實現50次的循環(huán)后容量為-4.59%。因此，在進行錳酸鋰電池制作的過程中，要選擇適當的電解液，從而保證錳酸鋰電池的性能最優(yōu)化。

五、不同化成制度對于錳酸鋰電池性能的影響

鋰離子電池中的化成主要發(fā)揮兩個方面的作用，一方面是促使電磁中的活性物質能夠依托于第一次充電，從而轉換成具有正常電化學作用的物質；另一方面能夠促使電極中的負極形成有效的SEI膜或者是鈍化膜[6]。而為了保證負極材料表面的SEI膜能夠保持均勻和一致，在實施化成制度時通暢要采用階梯式放電和充電方法，以維持電池的性能。因此，基于不同的化成制度，對于電池性能的影響也會產生非常大的差異，只有與電池符合性能高的化成制度，才能夠實現電池容量的最大化，并降低衰減性。對于化成制度的制定，應當充分考慮錳酸鋰電池性能的要求，盡量選擇符合電池需求的化成制度，從而確保錳酸鋰電池制作質量的提升，這也是在制作錳酸鋰電池過程中的基本要求。

結束語：

通過上述分析可知，影響錳酸鋰電池性能的因素有很多，例如負極材料、電解液、化成制度等，因此，在對錳酸鋰電池進行制作的過程中，應當充分考慮這些因素，并積極采取相應的控制措施，盡量為鋰電池的制作提供有利條件，從而實現鋰電池制作質量的提升，也更好的滿足電動車行業(yè)及混合動力汽車行業(yè)對于錳酸鋰電池的應用。

參考文獻：

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