鋰二氧化錳電池是一種以鋰為負極，二氧化錳為正極的電池。這種電池以其低倍率和中倍率放電性能優異、價格實惠、安全性能良好等特點，成為最早實現商業化的一種鋰電池。鋰二氧化錳電池的內部電極結構多樣，能夠滿足不同的尺寸和電流需求，常見類型包括硬幣形、圓柱形和方形。此外，鋰二氧化錳電池的應用范圍廣泛，尤其適用于需要瞬時大電流放電的設備。
原理
鋰二氧化錳電池是一種有機電解質鋰電池，由日本三洋電機公司在1975年發明并成功推出市場。該電池的內部電極結構可根據需要設計為碳包式、卷繞式或疊層式，電池外形也可定制為硬幣形、圓柱形或方形。與傳統鋰電池相比，鋰二氧化錳電池的成本較低，且安全性較高。電池采用鋰作為負極，經過適當熱處理的電解二氧化錳作為正極，以及由高氯酸鋰（或三氟甲磺酸鋰）溶解于碳酸丙烯酯/乙二醇二甲醚等混合溶劑組成的電解質。其放電機理不同于一般的氧化還原反應，屬于一種典型的嵌入式反應。
在放電過程中，鋰負極發生氧化反應，產生鋰離子并遷移到二氧化錳正極，嵌入到二氧化錳晶格中，使其中的錳元素從四價還原至三價。
制造工藝
以全密封圓柱形卷繞式鋰二氧化錳電池為例，其制造工藝大致分為以下步驟：
1. 二氧化錳正極的制備
將熱處理過的電解二氧化錳粉與乙炔黑、F4乳液、2-丙醇按照特定比例混合攪拌成膏狀物，隨后均勻涂抹在金屬集流網上進行熱處理并碾壓制成電極。另一種方法是將配制好的正極膏料加熱后置于金屬集流體兩側，通過對輥機滾壓制成電極。制備好的電極應在濕度小于20%的環境下保存。
2. 金屬鋰負極的制備
根據電池型號選擇合適厚度和寬度的鋰帶，切割成所需長度，并將極耳冷焊在鋰帶上。
3. 隔膜的制備
選取符合厚度和寬度要求的聚丙烯隔膜進行干燥處理。通常選用可在130~160℃閉合的復合隔膜。
4. 電池芯體的制備
將兩層略寬于電極的隔膜包裹在二氧化錳正極兩側，分離正極和鋰負極，然后在卷繞機上卷繞成芯體并放入電池殼內。
5. 電解質溶液的制備
電解質溶液的配方因廠家而異，通常是將除水后的高氯酸鋰與提純后的碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚等混合配制而成。
6. 電解質溶液的加注和注液口密封焊接
將帶有玻璃絕緣子的上蓋與裝好電極芯體的殼體焊接固定，然后使用注液機將規定的電解質溶液重量從注液孔注入電池內，并用鋼球進行堵孔焊接。
類型
常見的鋰二氧化錳電池類型主要包括硬幣形和圓柱形，其中圓柱形電池大多采用卷繞式電極芯結構。此外，軟包裝薄型電池也是一種新產品。鋰二氧化錳電池的開路電壓約為3.3伏特，工作電壓受放電速率和環境溫度的影響，常溫下的工作電壓一般在2.5~2.8伏特之間。終止電壓通常設定為2.0伏特。該體系電池的特點包括放電曲線平緩、低溫性能良好（-20℃時可釋放額定容量的40%）、存儲期間容量衰減較小（年容量衰減小于1.5%）、基本無電壓滯后現象。單個電池的容量一般在0.025~10.5安時之間。
扣式電池
扣式電池僅能以小電流放電，放電曲線極為平滑，直至接近容量極限時才會顯著下降。
碳包式電池
碳包式電池適用于低電流長時間運行的設備或儀器，其容量高于同等尺寸的卷繞式電池，在低電流放電過程中，放電曲線保持平直。
卷繞式電池
卷繞式電池適用于大電流放電或低溫條件下的設備。在放電過程中，電池的放電曲線大部分時間保持平直，但電壓平臺低于扣式和碳包式電池。
軟包裝電池
軟包裝電池的工作性能與圓柱形金屬殼電池一致，其特點是極片很薄，內部結構為疊片或板式纏繞結構，電池外殼采用多重復合薄膜材料，通過專用工藝和設備封裝。與金屬殼電池相比，軟包裝電池的設計更加靈活，厚度可達1毫米以下，能夠適應各種尺寸要求，最大化利用設備電池倉的空間，減輕電池重量，提升電池的比能量。
特點
鋰二氧化錳電池具有以下特點：
1. 價格低廉
由于正極活性物質二氧化錳采用的是電解二氧化錳，這是鋰電池正極活性物質中較為經濟的一種，因此鋰二氧化錳電池可以大規模推廣。
2. 電性能優良
鋰二氧化錳電池的比能量是干電池的5~10倍（約230瓦時/千克或500瓦時/升），負載電壓為2.8伏特，放電電壓穩定。能夠在-40~+50攝氏度的溫度范圍內正常工作。
3. 存儲壽命長
在常溫條件下，鋰二氧化錳電池的存儲壽命超過10年，每年容量衰減不超過1%。
4. 安全可靠
鋰二氧化錳電池在存儲和放電過程中不會產生氣體，安全性較好。
5. 種類豐富
鋰二氧化錳電池包括扣式電池、柱式電池、矩形電池等多種類型，每一類別都有多種尺寸和結構的電池可供選擇，容量范圍從數十毫安時到數百安時不等，能夠滿足多種應用場景的需求。
應用
鋰二氧化錳電池的應用范圍廣泛，特別是在需要瞬時大電流放電的設備中表現突出。在商業（包括家庭）領域，主要用于自動照相機、電子計算器、收音機、超級手電筒、電動玩具、手表等產品的供電。在工業領域，可用于海上救生器材、水電費智能表、定位發射器、儀器記憶設備的電源。在軍事裝備領域，主要應用于通信電臺、保密機、夜視儀、小型干擾機、地雷、水雷等設備的電源供應。
發展現狀
自上世紀90年代中期以來，歐美國家的能源研究重點轉向鋰二氧化錳電池。最初是推出了多種小型號柱式電池，后來在市場需求的大容量電池技術上取得了顯著進步。美國廣泛使用了加拿大藍星發展技術公司、Ultralife電池有限公司、NY and Hawker Eternacell公司的鋰二氧化錳電池，并致力于研發更高比容量和比功率的產品。Ultralife電池有限公司自上世紀90年代以來，專注于鋰電池的市場推廣研究，尤其是高比特性鋰二氧化錳電池的研究。該公司在其官網表示，鋰二氧化錳電池因其陰極材料為固體，鈍化效應小，使得該系統基本不存在電壓滯后問題，同時系統的安全性也優于其他鋰一次電池。他們通過深入研究發現，在相同的體積條件下，鋰二氧化錳電池提供的能量超過了鋰-二氧化硫電池的50%，這改變了長期以來研究人員認為鋰二氧化錳電池比不上鋰-二氧化硫電池的觀點。
中國有許多鋰二氧化錳電池制造商，其產品廣泛應用于照相機、水表、儀器儀表、心臟起搏器等微功耗型電子產品。自上世紀70年代以來，中國開展了鋰二氧化錳電池的自主研發工作，開發了一系列圓柱形鋰二氧化錳電池和扣式鋰二氧化錳電池。在中國的一些大型研究所，人們普遍致力于高比特性鋰二氧化錳電池的研究，在薄型鋰二氧化錳電池技術、鋰二氧化錳電池的高比能量研究和鋰二氧化錳電池的高比功率研究方面取得了突破性進展，為鋰二氧化錳電池在水下應用、特殊勘探領域的應用奠定了技術基礎。代表性技術成果包括：薄型鋰二氧化錳電池可以做到1毫米以下；鋰二氧化錳電池比功率達到并超過580瓦/千克；鋰二氧化錳電池重量比能量達到并超過300瓦時/千克。鋰二氧化錳電池是21世紀鋰一次電池中極具發展前景的高可靠性、無污染的化學電源。隨著納米材料制造技術和多元有機電解液體系的安全性和粘度降低方面的進一步研究，鋰二氧化錳電池的化學性能有望獲得更大的提升，建立具有高比能量、高功率、輕量化、微型化的新型電化學體系，增強中國在高科技條件下的電子產品市場的競爭力。
參考資料 >
鋰二氧化錳電池.與非網.2024-08-20
鋰二氧化錳電池工作原理.分析測試百科網.2024-08-20