[發(fā)明專(zhuān)利]含有離子液體電解質(zhì)的鋰離子二次電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110208627.2
• 申請(qǐng)日: 2011-07-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102903954A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭卓群;顧斌;王紅;柯了英;聶云華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 微宏新材料(湖州)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/0566
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/0566;H01M10/0568;H01M2/18;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池。

背景技術(shù)

電化學(xué)裝置包括鋰電池、鋰離子(二次)電池、鋰聚合物電池、電雙層電容器、混合型電化學(xué)儲(chǔ)能裝置(例如基于電雙層電容器的電極與基于法拉第電容器的電極相組合)、太陽(yáng)能電池、電解裝置、電催化反應(yīng)裝置等等，并不特別限制。本發(fā)明主要以鋰離子二次電池作為應(yīng)用實(shí)例。

鋰離子二次電池具有工作電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)良的電池特性，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品。目前，大容量鋰離子二次電池已在電動(dòng)汽車(chē)中試用，將成為電動(dòng)汽車(chē)的主要?jiǎng)恿﹄娫粗弧ｄ囯x子二次電池在人造衛(wèi)星、航空航天和儲(chǔ)能方面也已逐步得到應(yīng)用。隨著鋰離子二次電池應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，其安全性能顯得愈發(fā)重要。

迄今為止，商業(yè)化的鋰離子二次電池電解質(zhì)均采用有機(jī)溶劑與鋰鹽組成的混合物。有機(jī)溶劑一般沸點(diǎn)較低，如作為電解質(zhì)重要組分之一的碳酸二甲酯沸點(diǎn)僅為90℃。在高溫工作環(huán)境下，有機(jī)溶劑非常容易氣化從而引發(fā)安全問(wèn)題。即使全部使用高沸點(diǎn)溶劑，其本身的可燃性也決定了不可能從根本上消除安全隱患，電池的安全性仍得不到保障。因此，開(kāi)發(fā)新型的高安全性(不可燃燒)的電解質(zhì)迫在眉睫。

離子液體(ionic?liquid)是完全由離子組成的液態(tài)物質(zhì)，在室溫或低溫下仍為液體，因此又稱(chēng)室溫/低溫熔融鹽(room?or?low?temperature?molten?salt)，也稱(chēng)液體有機(jī)鹽(liquid?organic?salt)。目前，離子液體應(yīng)用于電解質(zhì)引起了電化學(xué)領(lǐng)域技術(shù)人員的重視。

離子液體具有如下特點(diǎn)：1)液態(tài)溫度范圍寬，傳統(tǒng)溶劑液態(tài)溫度范圍都比較窄，例如水的液態(tài)溫度范圍是0℃～100℃，而大多數(shù)離子液體的液態(tài)溫度范圍是-70℃～400℃；2)離子液體溶解能力強(qiáng)且可調(diào)控，能溶解多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，且可使溶液達(dá)到很高濃度；3)離子液體無(wú)顯著蒸汽壓，即使在較高溫度下，也不易揮發(fā)；4)穩(wěn)定性高，離子液體具有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，部分離子液體的分解溫度在400℃以上，化學(xué)穩(wěn)定性體現(xiàn)在離子液體一般條件下與很多物質(zhì)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；5)導(dǎo)電性能良好，一般離子液體電導(dǎo)率為1～10mS/cm數(shù)量級(jí)；6)不易燃燒，即使使用明火也很難點(diǎn)燃某些種類(lèi)的離子液體。所以，離子液體非常適用于作為電解質(zhì)的組成成份之一，離子液體電解質(zhì)有望徹底解決鋰離子電池的安全問(wèn)題。

但是，離子液體往往黏度較高，當(dāng)用作電化學(xué)裝置的電解質(zhì)時(shí)，大電流特征(也被稱(chēng)為“大倍率充電或放電特性”)和低溫性能較差，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用。專(zhuān)利200580020411.6提出了一種由離子液體、導(dǎo)電鹽、成膜劑以及粘度調(diào)節(jié)劑組成的組合物在鋰離子電池中用作電解質(zhì)。專(zhuān)利200610051573.2通過(guò)加入有機(jī)溶劑以降低離子液體電解質(zhì)的黏度，有機(jī)溶劑的添加量一般不高于20％以保障安全性。專(zhuān)利200780006551.7將離子液體與鹵化試劑聯(lián)合使用，其中鹵化試劑含有至少氟原子作為鹵素原子并且鹵化度不超過(guò)87％，獲得單相均勻的電解質(zhì)，改善單獨(dú)使用離子液體時(shí)的性能不足，同時(shí)又基本不影響離子液體的不可燃性。專(zhuān)利200810203458.1公開(kāi)了一種低黏度的胍鹽類(lèi)離子液體的制備方法，并將其與有機(jī)溶劑(主要是碳酸酯類(lèi))按一定比例配制成電解質(zhì)應(yīng)用于鋰離子二次電池，發(fā)現(xiàn)在高倍率(0.5C及以上)充放電條件下電池具有較高的容量保持率和庫(kù)侖效率。

眾多公開(kāi)的文獻(xiàn)表明，為改善離子液體電解質(zhì)的性能不足，技術(shù)人員已做了許多嘗試。加入有機(jī)溶劑以降低電解質(zhì)的黏度并同時(shí)提高電導(dǎo)率是最常用的方法之一。但是，有機(jī)溶劑易燃，無(wú)法從根本上消除安全隱患，而且，純粹依靠有機(jī)溶劑改善電解質(zhì)性能效果有限，添加量少效果不明顯，量多則無(wú)法體現(xiàn)離子液體的優(yōu)勢(shì)。

一般來(lái)說(shuō)，電化學(xué)二次電池性能的優(yōu)劣是由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解質(zhì)四大主要材料協(xié)同作用的結(jié)果。離子液體電解質(zhì)大電流性能不理想，除了與正極材料、負(fù)極材料相互作用之外，與其對(duì)隔膜的潤(rùn)濕性或兼容性亦緊密相關(guān)。目前，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池的隔膜是基于非極性的疏水性材料，如PE和/或PP。離子液體是強(qiáng)極性材料，幾乎不能潤(rùn)濕非極性的PE和/或PP隔膜(參見(jiàn)實(shí)施例1)，這可能是文獻(xiàn)中離子液體電解質(zhì)無(wú)法體現(xiàn)優(yōu)良性能的原因之一。事實(shí)上，大部分關(guān)于離子液體電解質(zhì)的文獻(xiàn)并未對(duì)隔膜的材質(zhì)或特征加以說(shuō)明。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種鋰離子二次電池，包含正極、負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)，其中電解質(zhì)為離子液體電解質(zhì)，隔膜為極性多孔隔膜。