锂二氧化锰电池
锂二氧化锰电池是一种以锂为负极，二氧化锰为正极的电池。这种电池以其低倍率和中倍率放电性能优异、价格实惠、安全性能良好等特点，成为最早实现商业化的一种锂电池。锂二氧化锰电池的内部电极结构多样，能够满足不同的尺寸和电流需求，常见类型包括硬币形、圆柱形和方形。此外，锂二氧化锰电池的应用范围广泛，尤其适用于需要瞬时大电流放电的设备。
原理
锂二氧化锰电池是一种有机电解质锂电池，由日本三洋电机公司在1975年发明并成功推出市场。该电池的内部电极结构可根据需要设计为碳包式、卷绕式或叠层式，电池外形也可定制为硬币形、圆柱形或方形。与传统锂电池相比，锂二氧化锰电池的成本较低，且安全性较高。电池采用锂作为负极，经过适当热处理的电解二氧化锰作为正极，以及由高氯酸锂（或三氟甲磺酸锂）溶解于碳酸丙烯酯/乙二醇二甲醚等混合溶剂组成的电解质。其放电机理不同于一般的氧化还原反应，属于一种典型的嵌入式反应。
在放电过程中，锂负极发生氧化反应，产生锂离子并迁移到二氧化锰正极，嵌入到二氧化锰晶格中，使其中的锰元素从四价还原至三价。
制造工艺
以全密封圆柱形卷绕式锂二氧化锰电池为例，其制造工艺大致分为以下步骤：
1. 二氧化锰正极的制备
将热处理过的电解二氧化锰粉与乙炔黑、F4乳液、2-丙醇按照特定比例混合搅拌成膏状物，随后均匀涂抹在金属集流网上进行热处理并碾压制成电极。另一种方法是将配制好的正极膏料加热后置于金属集流体两侧，通过对辊机滚压制成电极。制备好的电极应在湿度小于20%的环境下保存。
2. 金属锂负极的制备
根据电池型号选择合适厚度和宽度的锂带，切割成所需长度，并将极耳冷焊在锂带上。
3. 隔膜的制备
选取符合厚度和宽度要求的聚丙烯隔膜进行干燥处理。通常选用可在130~160℃闭合的复合隔膜。
4. 电池芯体的制备
将两层略宽于电极的隔膜包裹在二氧化锰正极两侧，分离正极和锂负极，然后在卷绕机上卷绕成芯体并放入电池壳内。
5. 电解质溶液的制备
电解质溶液的配方因厂家而异，通常是将除水后的高氯酸锂与提纯后的碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚等混合配制而成。
6. 电解质溶液的加注和注液口密封焊接
将带有玻璃绝缘子的上盖与装好电极芯体的壳体焊接固定，然后使用注液机将规定的电解质溶液重量从注液孔注入电池内，并用钢球进行堵孔焊接。
类型
常见的锂二氧化锰电池类型主要包括硬币形和圆柱形，其中圆柱形电池大多采用卷绕式电极芯结构。此外，软包装薄型电池也是一种新产品。锂二氧化锰电池的开路电压约为3.3伏特，工作电压受放电速率和环境温度的影响，常温下的工作电压一般在2.5~2.8伏特之间。终止电压通常设定为2.0伏特。该体系电池的特点包括放电曲线平缓、低温性能良好（-20℃时可释放额定容量的40%）、存储期间容量衰减较小（年容量衰减小于1.5%）、基本无电压滞后现象。单个电池的容量一般在0.025~10.5安时之间。
扣式电池
扣式电池仅能以小电流放电，放电曲线极为平滑，直至接近容量极限时才会显著下降。
碳包式电池
碳包式电池适用于低电流长时间运行的设备或仪器，其容量高于同等尺寸的卷绕式电池，在低电流放电过程中，放电曲线保持平直。
卷绕式电池
卷绕式电池适用于大电流放电或低温条件下的设备。在放电过程中，电池的放电曲线大部分时间保持平直，但电压平台低于扣式和碳包式电池。
软包装电池
软包装电池的工作性能与圆柱形金属壳电池一致，其特点是极片很薄，内部结构为叠片或板式缠绕结构，电池外壳采用多重复合薄膜材料，通过专用工艺和设备封装。与金属壳电池相比，软包装电池的设计更加灵活，厚度可达1毫米以下，能够适应各种尺寸要求，最大化利用设备电池仓的空间，减轻电池重量，提升电池的比能量。
特点
锂二氧化锰电池具有以下特点：
1. 价格低廉
由于正极活性物质二氧化锰采用的是电解二氧化锰，这是锂电池正极活性物质中较为经济的一种，因此锂二氧化锰电池可以大规模推广。
2. 电性能优良
锂二氧化锰电池的比能量是干电池的5~10倍（约230瓦时/千克或500瓦时/升），负载电压为2.8伏特，放电电压稳定。能够在-40~+50摄氏度的温度范围内正常工作。
3. 存储寿命长
在常温条件下，锂二氧化锰电池的存储寿命超过10年，每年容量衰减不超过1%。
4. 安全可靠
锂二氧化锰电池在存储和放电过程中不会产生气体，安全性较好。
5. 种类丰富
锂二氧化锰电池包括扣式电池、柱式电池、矩形电池等多种类型，每一类别都有多种尺寸和结构的电池可供选择，容量范围从数十毫安时到数百安时不等，能够满足多种应用场景的需求。
应用
锂二氧化锰电池的应用范围广泛，特别是在需要瞬时大电流放电的设备中表现突出。在商业（包括家庭）领域，主要用于自动照相机、电子计算器、收音机、超级手电筒、电动玩具、手表等产品的供电。在工业领域，可用于海上救生器材、水电费智能表、定位发射器、仪器记忆设备的电源。在军事装备领域，主要应用于通信电台、保密机、夜视仪、小型干扰机、地雷、水雷等设备的电源供应。
发展现状
自上世纪90年代中期以来，欧美国家的能源研究重点转向锂二氧化锰电池。最初是推出了多种小型号柱式电池，后来在市场需求的大容量电池技术上取得了显著进步。美国广泛使用了加拿大蓝星发展技术公司、Ultralife电池有限公司、NY and Hawker Eternacell公司的锂二氧化锰电池，并致力于研发更高比容量和比功率的产品。Ultralife电池有限公司自上世纪90年代以来，专注于锂电池的市场推广研究，尤其是高比特性锂二氧化锰电池的研究。该公司在其官网表示，锂二氧化锰电池因其阴极材料为固体，钝化效应小，使得该系统基本不存在电压滞后问题，同时系统的安全性也优于其他锂一次电池。他们通过深入研究发现，在相同的体积条件下，锂二氧化锰电池提供的能量超过了锂-二氧化硫电池的50%，这改变了长期以来研究人员认为锂二氧化锰电池比不上锂-二氧化硫电池的观点。
中国有许多锂二氧化锰电池制造商，其产品广泛应用于照相机、水表、仪器仪表、心脏起搏器等微功耗型电子产品。自上世纪70年代以来，中国开展了锂二氧化锰电池的自主研发工作，开发了一系列圆柱形锂二氧化锰电池和扣式锂二氧化锰电池。在中国的一些大型研究所，人们普遍致力于高比特性锂二氧化锰电池的研究，在薄型锂二氧化锰电池技术、锂二氧化锰电池的高比能量研究和锂二氧化锰电池的高比功率研究方面取得了突破性进展，为锂二氧化锰电池在水下应用、特殊勘探领域的应用奠定了技术基础。代表性技术成果包括：薄型锂二氧化锰电池可以做到1毫米以下；锂二氧化锰电池比功率达到并超过580瓦/千克；锂二氧化锰电池重量比能量达到并超过300瓦时/千克。锂二氧化锰电池是21世纪锂一次电池中极具发展前景的高可靠性、无污染的化学电源。随着纳米材料制造技术和多元有机电解液体系的安全性和粘度降低方面的进一步研究，锂二氧化锰电池的化学性能有望获得更大的提升，建立具有高比能量、高功率、轻量化、微型化的新型电化学体系，增强中国在高科技条件下的电子产品市场的竞争力。
参考资料
锂二氧化锰电池.与非网.2024-08-20
锂二氧化锰电池工作原理.分析测试百科网.2024-08-20