【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池，尤指一种水系复合锰基快充电池。
技术介绍
1、轻型电动车以其轻便快捷、经济性好等优点，作为短途交通得到人们的青睐，成为亿万百姓日常出行选择的重要交通工具，其市场基数庞大，产业持续向好，拥有极为广阔的市场前景。
2、作为轻型电动车的动力来源，电池的性能直接决定了车辆的性能。其中，电池材料是影响电池性能的关键因素之一。锂离子电池是一种由锂离子浓度差异而产生的浓差电池，主要由正极、负极、隔膜、电解液、集流体及外封装材料组成，充电时，锂离子从正极活性材料脱出，依次通过电解液和隔膜，然后嵌入到负极活性材料的晶格或层间中，与此同时在外电路有相同数量的电子由正极传输到负极，整个电路达到电荷平衡状态，此时由于锂离子在正、负极的脱嵌转移，正负极分别处于贫锂态和富锂态。放电时锂离子和电子的转移正好相反，锂离子从负极脱出经过电解液和隔膜嵌入到正极活性材料中，同时电子通过外电路由负极转移到正极。
3、目前锂离子电池技术，按照正极材料体系来划分，主要分为钴酸锂(lco)、锰酸锂(lmo)、磷酸铁锂(lfp)、三元材料(镍钴锰酸锂(ncm)和镍钴铝酸锂(nca))等技术路线。钴酸锂成本较高、寿命较短，主要应用于3c产品；三元材料尤其是ncm能量密度高、循环性能好、寿命较长，主要应用于乘用车领域；磷酸铁锂寿命长、安全性好、成本低，主要应用于乘用车和商用车领域；锰酸锂具有低成本、高安全、动力性能好等特点，主要应用于消费电子及小动力电池市场。在二轮车领域方面，商家基于对低成本及安全性需求，通常选用锰酸锂作为主要正极材
4、在快充电池制备过程中，负极材料的选择至关重要。对锂离子电池而言，实现快速充电的技术难点是如何降低锂离子在负极端的动力学嵌入阻力。传统非快充电芯的负极材料主要采用人造石墨/天然石墨材料，锂离子嵌入石墨时的扩散路径为从层状边缘至材料内部，较长的扩散路径也会使得电池的倍率性能不理想。
5、隔膜是应用于锂离子电池正极与负极之间，一种选择性透过的隔离材料，其主要作用是让电解液中的离子在正负极之间自由穿梭，同时阻隔电子在电池内部正负极移动，避免发生接触短路。电池隔膜的性能，直接影响着电池的容量、循环及电池的安全性能。因此通常要求隔膜具备良好的电解液浸润性、绝缘性和化学稳定行佳、良好的热稳定性和高机械强度等。当前主流商业隔膜多为聚烯烃材料制备的微孔膜，主要原料为高分子量的聚乙烯和聚丙烯，这种隔膜的生产成本较低，但是热稳定性较差,聚丙烯(pp)和聚乙烯(pe)的熔点分别为165℃和135℃，在高温条件下，隔膜会收缩或熔化，从而引起电池内部短路。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于提供一种水系复合锰基快充电池，其具有成本低、结构稳定、快速充电、高安全及长寿命等性能。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：水系复合锰基快充电池，由正极、负极、电解液、隔膜及外壳构成，正极包括动力型锰系复合材料；负极包括高动力学石墨；电解液包括采取常规六氟磷酸锂的基础上，引入适量的二氟磷酸锂及硼酸锂新型锂盐添加剂；隔膜包括在基膜上涂覆氧化铝陶瓷及水性pvdf胶。
3、进一步地，动力型锰系复合材料由单晶四氧化三锰前驱体烧结而成，通过形貌控制技术降低晶体111面数量，促使锰酸锂颗粒类球形化，同时针对性采用特殊的前驱体惰性元素体相加固技术，实现各元素原子级均匀分布，起到支撑晶体内部结构，形成单晶类球形锰酸锂。
4、进一步地，单晶类球形锰酸锂掺杂比例20％的三元材料进行混搭，通过热处理工艺及表面包覆工艺，调控掺杂粒子的扩散速度，提升单晶类球形锰酸锂界面稳定，以实现前驱体惰性元素体相加固。
5、进一步地，掺杂包覆的元素包括mgo、al2o3、tio2、zro2中的一种或多种，其含量依次为1000-3000ppm、1000-3000ppm、500-2000ppm、1000-2000ppm。
6、进一步地，高动力学石墨采用球磨技术控制晶粒尺寸，进行二次颗粒复合，使颗粒之间呈各向同性分布，且采取针对性的无定形碳包覆改性制得。
7、进一步地，电解液材料还包括ps、vc添加剂。
8、本专利技术的有益效果在于：
9、1、动力型锰系复合材料采用单晶四氧化三锰前驱体烧结而成，通过形貌控制技术降低晶体111面数量，促使材料颗粒类球形化，形成单晶类球形锰酸锂，从而达到减少锰离子溶解的效果；其次通过掺杂包覆工艺，实现各元素原子级均匀分布，起到支撑晶体内部结构作用,同时抑制充放电过程中锂离子迁移引起的结构畸变，从而有效提升电芯的循环寿命。
10、2、采用锰酸锂和三元材料混搭使用，在强化单一组分材料优点的同时弥补其缺点，结合相关的热处理工艺及表面包覆工艺，调控掺杂粒子的扩散速度，实现对正极材料表面层的精确掺杂，构筑精确控制的正极材料表面，进一步提升高材料与电解液接触的界面稳定性；其次通过掺杂包覆工艺，实现各元素原子级均匀分布，起到支撑晶体内部结构作用，同时抑制充放电过程中锂离子迁移引起的结构畸变，从而有效提升电芯的循环寿命。
11、3、采用球磨技术精确控制高动力学石墨晶粒尺寸，同时进行二次颗粒复合，使得颗粒之间呈各向同性分布，通过精确的尺寸控制和有效的二次颗粒符合，有效缩短了锂离子扩散路径，从而有利于锂离子快速脱嵌入。
12、4、采取常规六氟磷酸锂的基础上，引入适量的二氟磷酸锂及硼酸锂新型锂盐添加剂，添加剂优于电解液组分形成致密稳定的表面膜，抑制了材料与电解液之间的界面反应，从而改善电池高低温工作性能及高倍率下的循环稳定性。
13、5、通过在基膜上涂覆氧化铝陶瓷及水性pvdf胶，旨在改善电池安全问题，并进一步提高电池硬度，确保电池尺寸稳定性，涂覆作用显著提升了隔膜的热稳定性，从而可以避免隔膜高温收缩导致的正负极大面积接触短路，有效提高电池的高温安全性能；陶瓷涂覆在隔膜纤维表面，对纤维进行了保护，可有效增强隔膜的机械强度，从而提高产品的耐刺穿性能，避免因隔膜刺穿而引发的电池短路故障，进一步提高电池安全性能。
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1.水系复合锰基快充电池，由正极、负极、电解液、隔膜及外壳构成，其特征在于，正极包括动力型锰系复合材料；负极包括高动力学石墨；电解液包括采取常规六氟磷酸锂的基础上，引入适量的二氟磷酸锂及硼酸锂新型锂盐添加剂；隔膜包括在基膜上涂覆氧化铝陶瓷及水性PVDF胶。
2.根据权利要求1所述的水系复合锰基快充电池，其特征在于：动力型锰系复合材料由单晶四氧化三锰前驱体烧结而成，通过形貌控制技术降低晶体111面数量，促使锰酸锂颗粒类球形化，同时针对性采用特殊的前驱体惰性元素体相加固技术，实现各元素原子级均匀分布，起到支撑晶体内部结构，形成单晶类球形锰酸锂。
3.根据权利要求2所述的水系复合锰基快充电池，其特征在于：单晶类球形锰酸锂掺杂比例20％的三元材料进行混搭，通过热处理工艺及表面包覆工艺，调控掺杂粒子的扩散速度，提升单晶类球形锰酸锂界面稳定，以实现前驱体惰性元素体相加固。
4.根据权利要求3所述的水系复合锰基快充电池，其特征在于：掺杂包覆的元素包括MgO、Al2O3、TiO2、ZrO2中的一种或多种，其含量依次为1000-3000ppm、1000-3000
5.根据权利要求1所述的水系复合锰基快充电池，其特征在于：高动力学石墨采用球磨技术控制晶粒尺寸，进行二次颗粒复合，使颗粒之间呈各向同性分布，且采取针对性的无定形碳包覆改性制得。
6.根据权利要求1所述的水系复合锰基快充电池，其特征在于：电解液材料还包括PS、VC添加剂。
...【技术特征摘要】
1.水系复合锰基快充电池，由正极、负极、电解液、隔膜及外壳构成，其特征在于，正极包括动力型锰系复合材料；负极包括高动力学石墨；电解液包括采取常规六氟磷酸锂的基础上，引入适量的二氟磷酸锂及硼酸锂新型锂盐添加剂；隔膜包括在基膜上涂覆氧化铝陶瓷及水性pvdf胶。
2.根据权利要求1所述的水系复合锰基快充电池，其特征在于：动力型锰系复合材料由单晶四氧化三锰前驱体烧结而成，通过形貌控制技术降低晶体111面数量，促使锰酸锂颗粒类球形化，同时针对性采用特殊的前驱体惰性元素体相加固技术，实现各元素原子级均匀分布，起到支撑晶体内部结构，形成单晶类球形锰酸锂。
3.根据权利要求2所述的水系复合锰基快充电池，其特征在于：单晶类球形锰酸锂掺杂比例20％的三元材料进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄镇泽，何学祥，韩健健，梁景志，蓝世有，何龙平，桑成涛，陈杰，杨腾驹，
申请(专利权)人：广东嘉尚新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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