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(diǎn)，而且電池的循環(huán)使用壽命較長(zhǎng)，自放電量低，安全性能較好，沒(méi)有記憶效應(yīng)，在動(dòng)力電池中的適用性較強(qiáng)，價(jià)格適中，無(wú)污染。因此錳酸鋰電池近年來(lái)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，比如說(shuō)電動(dòng)自行車(chē)等。本文通過(guò)對(duì)錳酸鋰電池的制備過(guò)程進(jìn)行分析，以期進(jìn)一步的提升錳酸鋰電池的制備質(zhì)量，更好的滿足錳酸鋰電池的應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：錳酸鋰電池；制備；過(guò)程控制

隨著錳酸鋰電池技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，再加上國(guó)家政策的出臺(tái)，越來(lái)越多的電動(dòng)自行車(chē)開(kāi)始采用錳酸鋰電池，此種電動(dòng)工具的電池具有安全性能高、成本低廉的優(yōu)勢(shì)。而新能源汽車(chē)的快速發(fā)展也推進(jìn)了錳酸鋰電池技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用，通過(guò)將錳酸鋰電池應(yīng)用到純電動(dòng)車(chē)及混合動(dòng)力汽車(chē)當(dāng)中，市場(chǎng)前景十分廣泛。而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，錳酸鋰電池所應(yīng)用的范圍也會(huì)不斷擴(kuò)展，同時(shí)對(duì)于錳酸鋰電池的性能要求也會(huì)不斷提高，因此，生產(chǎn)出綜合性能好的錳酸鋰電池已經(jīng)成為鋰電行業(yè)所面臨的主要任務(wù)。

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(kāi)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(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者的研究與關(guān)注，此種材料作為電極材料，具有價(jià)格低、電位高、環(huán)境好且安全性能高的優(yōu)點(diǎn)，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(wú)污染、安全性能高、成本低的優(yōu)勢(shì)，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(xué)穩(wěn)定性不高，從而導(dǎo)致其無(wú)法進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

錳酸鋰的生產(chǎn)主要是以碳酸鋰及EMD為原料，通過(guò)添加相應(yīng)的材料，經(jīng)過(guò)混合燒制，然后后期處理而生產(chǎn)出錳酸鋰電池。就原材料及生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)來(lái)看，錳酸鋰生產(chǎn)本身具有無(wú)毒害作用，對(duì)于環(huán)境非常友好，而且不產(chǎn)生廢水和廢氣，生產(chǎn)中的粉末，還可以進(jìn)行回收利用，對(duì)于環(huán)境沒(méi)有任何影響，并且大大的提高了資源利用率[2]。當(dāng)前市場(chǎng)上所應(yīng)用的錳酸鋰主要分為兩種，A類是動(dòng)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(diǎn)，B類則是指手機(jī)電池的替代品，此種材料具有容量高的特點(diǎn)。對(duì)于A類材料，指標(biāo)要求包括可逆容量控制在100-115之間，循環(huán)性能達(dá)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(duì)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(dá)到60%以上便可以滿足要求。由此可見(jiàn)，在生產(chǎn)錳酸鋰電池的過(guò)程中，首先應(yīng)當(dāng)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(zhì)量，延長(zhǎng)錳酸鋰電池的使用性能，也更好的滿足錳酸鋰電池在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用。

二、錳酸鋰電池制作過(guò)程

錳酸鋰、PVDF與SuperP三者之間，應(yīng)當(dāng)按照93：4：3的質(zhì)量比進(jìn)行調(diào)漿處理，所得到的漿料粘度應(yīng)當(dāng)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(gè)小時(shí)，再將其進(jìn)行輥壓處理，保持到一定厚度，最后進(jìn)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(zhì)量比進(jìn)行調(diào)漿處理，應(yīng)當(dāng)在純水中進(jìn)行。漿料的粘度應(yīng)當(dāng)控制在2000-4000us/cm之間，然后把漿料涂布在銅箔上，漿料應(yīng)當(dāng)確保涂布的均勻性，在85℃的真空中進(jìn)行干燥放置，保持24小時(shí)，再輥壓到一定的厚度，最后進(jìn)行分切處理，得到負(fù)極極片[4]。選擇電解液，將其組裝成鋁殼電池。最后應(yīng)用新威系列的電池測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)電池性能進(jìn)行測(cè)試，確保電池的電壓維持在2.75-4.2V范圍內(nèi)，應(yīng)用1C電力倍率對(duì)電池的容量及循環(huán)性能進(jìn)行測(cè)試處理。

三、不同負(fù)極材料對(duì)錳酸鋰電池性能的影響

錳酸鋰電池的負(fù)極材料主要是作為儲(chǔ)鋰性主體，在充放電的過(guò)程中，以對(duì)鋰電子進(jìn)行嵌入和脫出性處理?？偠灾?，負(fù)極材料的性能對(duì)于電池的整體性能具有重要影響。對(duì)于同一種的正極材料，如果所選用的負(fù)極材料不相同，那么所對(duì)應(yīng)的電池的電化學(xué)性能就會(huì)具有很大的差異性，如果所應(yīng)用的負(fù)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(dá)到105.6mAh/g，經(jīng)過(guò)50次的循環(huán)之后，容量會(huì)減少為-4.43%[5]。由此可見(jiàn)，負(fù)極材料對(duì)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(fù)極材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)錳酸鋰電池制作的性能要求，選擇適當(dāng)?shù)呢?fù)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(yīng)用提供條件。

四、不同電解液對(duì)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(fù)極之間發(fā)揮著傳輸鋰離子的重要作用，因此，電解液對(duì)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(duì)電池性能進(jìn)行分析，結(jié)果會(huì)顯示，在正負(fù)極材料及其他條件都相同的情況下，如果所應(yīng)用的電解液不同，那么所對(duì)應(yīng)的電化學(xué)性能就會(huì)有較大差別，當(dāng)電解液對(duì)于電池的符合度最高時(shí)，1C容量為107.6mAh/g，所得到的電池綜合性能最好，實(shí)現(xiàn)50次的循環(huán)后容量為-4.59%。因此，在進(jìn)行錳酸鋰電池制作的過(guò)程中，要選擇適當(dāng)?shù)碾娊庖海瑥亩ＷC錳酸鋰電池的性能最優(yōu)化。

五、不同化成制度對(duì)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(gè)方面的作用，一方面是促使電磁中的活性物質(zhì)能夠依托于第一次充電，從而轉(zhuǎn)換成具有正常電化學(xué)作用的物質(zhì)；另一方面能夠促使電極中的負(fù)極形成有效的SEI膜或者是鈍化膜[6]。而為了保證負(fù)極材料表面的SEI膜能夠保持均勻和一致，在實(shí)施化成制度時(shí)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(duì)于電池性能的影響也會(huì)產(chǎn)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?qū)崿F(xiàn)電池容量的最大化，并降低衰減性。對(duì)于化成制度的制定，應(yīng)當(dāng)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(zhì)量的提升，這也是在制作錳酸鋰電池過(guò)程中的基本要求。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)上述分析可知，影響錳酸鋰電池性能的因素有很多，例如負(fù)極材料、電解液、化成制度等，因此，在對(duì)錳酸鋰電池進(jìn)行制作的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮這些因素，并積極采取相應(yīng)的控制措施，盡量為鋰電池的制作提供有利條件，從而實(shí)現(xiàn)鋰電池制作質(zhì)量的提升，也更好的滿足電動(dòng)車(chē)行業(yè)及混合動(dòng)力汽車(chē)行業(yè)對(duì)于錳酸鋰電池的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾瑩瑩，郭秀艷，陳海輝，馬國(guó)金.錳酸鋰表面摻雜TiO_2的工藝及性能測(cè)試[J/OL].材料科學(xué)與工藝： 2017，41（08）：124-126.

[2]武海燕，王嫣.基于多事件同步軟件錳酸鋰電池鋰離子篩研究[J].電源技術(shù)，2017，41（08）：1124-1126.

[3]周濤，徐莉萍，范百林，羅傳寶，潘明希.從廢舊鈷鎳錳酸鋰電池中回收有價(jià)金屬的新工藝[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，32（01）：6-12.

[4]江泉.電動(dòng)汽車(chē)錳酸鋰電池中錳的回收和處理研究[J].中國(guó)錳業(yè)，2016，34（06）：148-149+152.

[5]李圣宇，何文，王朝陽(yáng).高能量尖晶石錳酸鋰電池正極材料的研究進(jìn)展[J].佛山陶瓷，2016，26（02）：18-21.

[6]馬澤宇，姜久春，張維戈，王占國(guó)，鄭林鋒，時(shí)瑋.鋰離子動(dòng)力電池?zé)崂匣穆窂揭蕾囆匝芯縖J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，29（05）：221-227.