论文摘要
锂-二氧化锰电池是一种高性能的化学电源,是锂原电池中应用最为广泛的三大体系之一,由于其具有无明显电压滞后、安全可靠的突出优点,现在提高该体系的电化学性能,成为研究重点。二氧化锰是一种传统的电池活性物质,应用相当广泛,但是在有机电解质溶液中的性能与在无机电解液中有所不同。本文主要研究锂-二氧化锰电池中的正极部分,研究不同结构和来源的二氧化锰正极活性物质、多种导电剂和不同电极制备工艺对电极性能的影响。采用溶胶凝胶法和高温固相反应法分别制备了不同晶形结构的二氧化锰材料,并通过X射线衍射分析（XRD）以及恒电流放电等测试方法对所制样品的物理性能和电化学性能进行了研究。λ-MnO2在0.2mA/cm2放电时比容量达到227.5mAh/g,α-MnO2材料的比容量更高,0.2mA/cm2放电时达到259.8mAh/g。湖南海利公司提供的化学二氧化锰在0.2mA/cm2放电时达到268.5mAh/g,厦大提供的掺杂二氧化锰在0.2mA/cm2放电时比容量达到282.61mAh/g,电压平台较高,而且比较平稳。两种材料都是比较好的锂-二氧化锰电池正极活性材料。本文选择五种导电剂材料进行粉末电阻率的测试,结果表明乙炔黑和SP的电阻率相近,在所选择的材料中较大;KS15和膨胀石墨的电阻率相近,在320μ?·m左右;而VGCF（气相生长碳纤维）是所有材料中电阻率最小的,仅为0.6μ?·m。以乙炔黑为主导电剂,采用石墨类导电剂（膨胀石墨,KS15）与之混合的放电容量大。以气相生长碳纤维和炭黑SP混合作为导电剂的正极,在0.2mA/cm2条件下的放电性能略高于采用乙炔黑+膨胀石墨作为混合导电剂的电极,其中放电电压平台高60mV左右,放电时间增加了9.12小时。而在5mA/cm2条件下放电性能则明显提高,放电电压平台比采用乙炔黑+膨胀石墨作为混合导电剂的电极的提高了100mV左右,而且放电时间增加约52%。采用涂布式工艺,正极活性物质要求粒度要小,D50<20μm,这样电极的成型性好,不会出现表面粗糙不均匀现象。采用涂布式方法制备的电极比压膜式方法制备的电极在电性能上最大输出功率提高1倍以上,电极活性物质在较大电流放电情况下利用率提高约30%。采用气相生长碳纤维和炭黑SP混合作为导电剂,正极活性物质利用率提高50%以上,采用涂布式工艺制备的电极比传统方法制备的电极在输出电流密度方面提高了86%。