[發明專利]一種用于鋰二次電池的離子液體電解液

無效

• 申請號: 201010120915.8
• 申請日: 2010-03-10
• 公開（公告）號: CN102195091A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 張鎖江;任仁;左勇;張建敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于鋰二次電池的電解液，特別是一種用于鋰二次電池的離子液體電解液。

背景技術

鋰離子電池以其自身質量輕、容量高、壽命長等優點，在手機、筆記本、數碼相機等電子產品的移動電源市場占有統治地位。隨著經濟增長，人們對電腦、手機購買力的增強，鋰離子電池，特別是高性能，高安全性的鋰離子電池的市場需求逐年增大。隨著技術的不斷更新和發展，鋰離子動力電池在航空航天、電動工具、備用電源、電動自行車、輕型電動車等大型設備上的應用日益受到關注。特別是隨著世界能源危機和環境污染的日益嚴重，舊的化石能源消耗殆盡，新的能源技術尚未成熟。順應“低碳時代”的需求，鋰離子電池憑借其自身的綜合優勢正在走進一個更為龐大的產業群——汽車動力電池領域。而這些設備要求電池具備大容量、高功率條件。鋰離子動力電池能否滿足高安全高功率、長壽命的基本要求，是這一技術應用的關鍵。

目前，商用的鋰二次電池電解液主要是有機碳酸酯溶劑和鋰鹽的混合溶液。碳酸酯類物質易揮發、閃點低，鋰二次電池在高溫、過充等特殊條件下使用時安全性得不到保證。為了滿足鋰二次電池的發展需求，開發安全性更高的新型電解液迫在眉睫。

離子液體是完全由陰、陽離子組成，一定溫度下呈液態的有機物，具有不揮發、不易燃、電導率高、電化學窗口寬等優異的電化學性能，作為鋰二次電池的電解液使用可以顯著提高電池的安全性。在各種離子液體中，氨基酸酯類離子液體不僅具有電化學窗口寬的特性，同時又能促進鋰鹽溶解和解離。此外，根據電解液中加入的離子液體的量的不同，可以調整電解液的充放電性能、耐熱安全性能來滿足不同的要求。

發明內容

本發明提供一種用于鋰二次電池的離子液體電解液，其特征在于：該電解液由鋰鹽、離子液體和有機溶劑三部分組成。組成電解液的離子液體包括三種離子液體：(1)氨基酸酯類離子液體；(2)烯烴基或酰基取代的咪唑類離子液體；(3)其它種類的離子液體；電解液中至少含第一種或第二種離子液體。

組成電解液的第一種氨基酸酯類離子液體的結構式可表示為：[HACOOR]⁺X^-，合成該類離子液體所選氨基酸為：甘氨酸，D-、L-、DL-丙氨酸，D-、L-、DL-纈氨酸，D-、L-、DL-亮氨酸，D-、L-、DL-異亮氨酸，D-、L-、DL-苯丙氨酸，D-、L-、DL-半胱氨酸，D-、L-、DL-胱氨酸，D-、L-、DL-蘇氨酸，D-、L-、DL-谷氨酸，D-、L-、DL-谷酰銨，D-、L-、DL-天冬氨酸，D-、L-、DL-天冬酰胺，D-、L-、DL-蛋氨酸，D-、L-、DL-絲氨酸，D-、L-、DL-脯氨酸，D-、L-、DL-酪氨酸，D-、L-、DL-色氨酸，D-、L-、DL-賴氨酸，D-、L-、DL-精氨酸，D-、L-、DL-組氨酸，D-、L-、DL-鳥氨酸，β-丙氨酸，o-、p-、m-氨基苯丙酸；氨基氮原子上所連基團為氫原子或碳數1-6的烷基、烷氧基、烯烴基、酰基，R為芳基或碳數1-4的烷基，X^-表示陰離子。

組成電解液的第二種咪唑類離子液體取代基為碳數1-6的烯烴基或酰基。

組成電解液的第三種離子液體包括哌啶類、吡咯類、咪唑類、季銨類、季磷類、吡啶類、胍類、硫陽離子類的離子液體。

組成三種離子液體的陰離子為：硝酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、雙(三氟甲基磺酰)亞胺根、雙(氟磺酰)亞胺根、雙草酸硼酸根、糖精陰離子。

電解液中鋰鹽為四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰、雙(氟磺酰)亞胺鋰、雙草酸硼酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、氟化鋰、氯化鋰、溴化鋰、氯鋁酸鋰中的一種或一種以上。

電解液中有機溶劑為甲酸甲酯、乙酸甲酯、氯甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙烯酯、丙酸丙烯酯、環丁內酯、溴環丁內酯、苯甲酸甲酯、甲基碳酸丙烯酯、乙基碳酸丙烯酯、甲基碳酸苯酚酯、碳酸乙烯酯、鹵代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亞乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、亞硫酸丁烯酯、亞硫酸二甲酯、亞硫酸二乙酯、二甲亞砜、乙甲基亞砜、三氟丙甲基亞砜、1，3-丙磺酸內酯、1，4-丁磺酸內酯、二氧戊環以及二甲氧基丙烷中的一種或一種以上。

電解液中鋰鹽的質量百分數為5-50％，離子液體的質量百分數為0-95％，有機溶劑的質量百分數為5-90％。

本發明的離子液體復合電解液，具有制備方法簡單、安全性高、粘度低、電導率高、電化學性質穩定等優異性能，可用于錳酸鋰、鈷酸鋰或磷酸鐵鋰等作正極材料的鋰二次電池，具有極高的市場推廣價值。