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1、高聚物锂锰电池工艺所谓高聚物锂锰电池，是说在电池构造中正极、负极、电解质这三元素中至少有一项使用高聚物材料做的电池。而凝胶聚合物锂锰电池即在固体聚合物电解质中加入增塑剂等添加剂，将原料分散在溶剂中，经过水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合开始形成溶胶，进一步生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥和热处理后制备出所需的改善离子电导率的聚合物电池。目前发展前景可观，市场需求量大，故实施高聚物锂锰电池可行性较强。本次实验的目的在于：能够实现聚合物凝胶化电池电容量和安全性能的突破、对锂锰电池的正极材料及高聚物电解质材料应用进行突破，最终能够将所制成的产品应用于市场。下面将进行简要阐述。高聚物锂锰电池基
2、本工作原理如下：正极反应: xeLiOxMnLiin4242负极反应： 66CeC电池总反应: 64242 ixxii由此看出，实验的可行性较强，并可以将实验成品经过合格检测应用于市场。因此我们制订了下列方案，按照相应程序进行。一、 材料正极、负极、高聚物电解液、隔膜的确定及选购本次材料正极选用锰酸锂 LiMn2O4，锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点，是理想的动力电池正极材料。锰酸锂主要包括尖晶石型锰酸锂和层状结构锰酸锂，其中尖晶石型锰酸锂结构稳定，易于实现工业化生产，如今市场产品均为此种结构。本次材料负极选用石墨，如果考虑经济和产品质量，则可选用石墨烯。关于本次
3、高聚物电解液的确定，由现已研制出许多聚合物电解质体系中，大致可以分为两类：纯聚合物电解质和增塑型(或凝、胶型)聚合物电解质。第一类主要是把锂盐溶于高分子量的聚醚(PEO 或 PPO)中制成的。这一类聚合物电解质体系通常用溶剂挥发涂膜技术制备薄膜，聚合物基质主要包括聚醚以及它与聚硅烷、聚磷化物等接枝所制得的共聚物。这种聚合物电解质中离子的导电机理与聚合物链段的运动密切相关。第二类是凝胶型聚合物电解质，与纯聚合物电解质相比，它在室温下具有较高的离子电导率，但机械性能较差。电池隔膜一般是用 PE（聚乙烯）,PP（聚丙烯）来制备，分为单层 PE、PP 膜，3 层PP、PE 膜。二、制备工艺1、混料正极
4、混料:原料预处理（1）脱水（2）烘烤原料的掺和（1） 粘合剂的溶解（按标准浓度）及热处理（2） 锰酸锂和导电剂球磨干粉的分散、浸湿负极混料原料预处理（1）石墨混合（2）粘合剂稀释（3）掺和、浸湿和分散物料球磨正负混合（ 正 、 负 极 ） 干 混 湿 混 滚 涂 膏 体 在 导 电 基 体 上 3 步 干 燥 卷 绕 切 边 （ 切 成 一 定 宽 度 ） 辊 压 卷 绕 （ 备 用 ）2、电池组装方 形 电 池 装 配 工 艺 流 程 ： 绝 缘 底 入 钢 盒 片 状 组 合 电 芯 入 筒 负 极 集 流 片 焊 于 钢 盒 上 密 封垫 圈 正 极 集 流 片 焊 于 杆 引 极 组
5、合 盖 （ PTC 元 件 等 ） 焊 到 旋 引 极 上 组 合 盖 定 位 激 光 焊 接 真 空 干 燥 注 液 密 封 X 射 线 检 查 编 号 化 成 循 环 陈 化 。三、出厂前的检测方法1、电化学性能项目 测试方法 达到要求快速充电 在环境温度 205的条件下，以 200mA 恒流充电至 4.2V，再以4.2V 恒压充电至电流将为 4.3mA 停止/额定容量 在环境温度 205的条件下，电芯在快速充电后 1 小时内以 86mA放电至 2.75V 所放出的容量200mAh开路电压 快速充电后 24 小时内测量 4.1V内部阻抗 快速充电后用内阻仪测试 150m循环寿命 在环境温度
6、 205的条件下，以 200mA 进行快速充放电 300 次的最后一次放电容量160mAh低温性能 快速充电后在-202的条件下，以 40mA 放电的容量 160mAh高温性能 快速充电后在 552的条件下，以 200mA 放电的容量 170mAh放电平台 在环境温度 205的条件下，电芯在快速充电后 1 小时内以 40mA放电至 2.75V 所放出的容量140mAh荷电保持 快速充电后在 205下储存 28 天，再以 40mA 放电的容量 170mAh2 、机械性能项目 测试方法 达到要求恒定湿热性能电芯完全充电后放入温度 402、相对湿度 90-95%的恒湿恒热箱中搁置 48 小时，将电芯
7、取出，在温度为 205的条件下搁置 2 小时，目测电池外观，以 200mAh 放电的时间外观无明显鼓胀、锈蚀、冒烟，放电时间36min振动实验 快速充电后，将电芯安装在振动台的台面上，按下面的频率和振幅在 X、Y、Z 三个方向上从 10-55Hz 循环扫描振动 30min，扫描速率为1oct/min。振动频率：1030Hz，单振幅 0.38mm；振动频率：3055Hz，单振幅 0.19mm外观无明显损伤、开裂、漏液等现象，电芯电压3.6V碰撞实验 电芯按 4.2 规定实验结束后，将电芯平均按 X、Y、Z 三个互相垂直轴向固定在台面上，按下面的要求进行实验：脉冲峰值加速度100m/s 2；每分钟
8、碰撞次数4080；脉冲持续时间16ms；总碰撞次数100010电芯外观无明显损伤、开裂、漏液等现象，电芯电压3.6V自由跌落 快速充电后，于 1m 高处自由跌落到置于水泥地面上的 1820mm 厚的硬木板上，从 X、Y、Z 方向各跌落一次后，进行充放电循环，记录以200mA 放电时间外观无明显损伤、开裂、漏液等现象，放电时间51min3、安全性能项目 测试方法 达到要求热冲击 电芯快速充电并搁置 2h 后放置于热箱中，温度以（52）/min 的速率升至 1302并保温 30min不起火，不爆炸过充电 将电芯快速充电并搁置 24h 后，以 600mA 恒流充电，直到电芯电压达到 5V，电流将到接
9、近零后电芯温度比峰值温度低约 10不起火，不爆炸钉刺实验 电芯快速充电后用一根直径为 35mm 的钢钉从电芯最大的面上穿透电芯不起火，不爆炸重物冲击 将电芯快速充电并搁置 24h 后，用 10kg 的重锤自 1m 高度自由落下，冲击固定在夹具中的电芯不起火，不爆炸短路实验 将电芯快速充电并搁置 24h 后，短路其正负极至电芯温度比峰值低约 10不起火，不爆炸，电芯外表面温度不超过 150四、实验设备（待定）制备所需仪器选购：烤箱、搅拌机、涂布机、上料机、调表器、纠偏器、切片机、辊压机、焊接机、成型机、热封机。检测设备仪器选购: 电池化成设备、电池挤压三综合试验机、锂电池卸压阀测试仪、电池内短路
10、试验台、电池挤压、冲击、针刺试验机、热冲击试验箱、过充防爆试验箱、模拟高空低压试验箱、电池挤压试验机、电池针刺试验机、电池冲击试验机、电池燃烧试验机、电池跌落试验机、电池短路试验台、纸带耐磨试验机。五、产品标准1、GB 8897.4-2008 Primary batteries.Part 4:Safety of lithium batteries 原电池.第 4 部分:锂电池的安全要求2、GB 19521.11-2005 Safety code for inspection of hazardous properties for dangerous goods of lithium batte
11、rier 锂电池组危险货物危险特性检验安全规范3、QB/T 2502-2000 General specification of lithium-ion battery 锂离子蓄电池总规范4、GJB 2374-1995 Safety requirement for lithium cells and batteries 锂电池安全要求5、QBT4428-2012 Lithium-ion batteries for electric bicycle products, specifications, dimensions 电动自行车用锂离子电池产品 规格尺寸以上是本次实验相关的操作，但目前实验早
12、期存在相关的问题需要解决，具体内容包括：实验设备的具体选购、实验中原料的选购、工艺的具体过程、聚合物电池的组装、涂布、封装检测问题。这些问题伴随着实验会一一解决，并在从中获得一些结论和成果，实现对研究的进一步突破。1吕睿，王晓清. 溶胶一凝胶法在锂离子电池正极材料制备中的应用与发展 材料导报A：综述篇 2012.9 26-92张健,桑俊利. 锂锰电池电解液的改进研究 1002087 X(200480477-033柏静. 尖晶石型锂离子电池 LiMn2O4 的制备及掺杂改性 10424-TM9114贺艳兵. 高功率锂离子电池电化学性能和安全性能的研究 2009.125王占良. 锂离子电池用聚合物
13、电解质 2003.66 E. Antolin . LiCoO2: Forma tion, structure, lithium and oxygen nonstoichiome try, electrochemical behavior and transport properties J, Solid State Ionics, 2004, 170: 159171.7 A.M.Lackner, E. Sherman, P.O.Braatz, et al., High perfomance plastic lithium-ion battery cells for hybrid vehiclesJ, Journal of power sources, 2002, 104:1-6.
