[發明專利]用于鋰離子電池的高壓離子液體電解液及其制備方法

無效

• 申請號: 201210265292.2
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102810690A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 汪志華;蔡迎軍;張鎖江;王中妮;田光耀;張亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M10/0566
• 分類號: H01M10/0566;H01M10/0567
• 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高電壓鋰離子電池的離子液體電解液，更具體地，本發明涉及高電壓并提高電池電化學性能的鋰離子電池的離子液體電解液。

背景技術

由于高技術電子工業的發展，電子設備變得更小和更輕，從而導致便攜式電子儀器使用的增加。對鋰二次電池的研究正在積極地進行，以便滿足日益增加的對高能量密度電池的需要，所述電池用作這些便攜式電子儀器的電源。

目前所使用的鋰離子電池正極材料，如LiCoO₂、LiMn₂O₄以及新型的鎳鈷錳三元材料的電壓平臺大約為4V，限制了電池的功率，而且鋰離子電池用鈷系正極材料由于鈷資源稀少導致價格昂貴，不可能廣泛用于大型動力工具上。錳酸鋰雖然因錳資源豐富而價格相對便宜，且安全無污染，但其高溫循環穩定性差和容量衰減嚴重的問題還沒有得到很好的解決，使其商品化受到限制。

在對LiMn₂O₄改性研究中發現由過渡金屬取代的錳酸鋰LiMn_2-XM_xO₄(M=Cr,Co,Ni,Cu,Fe,Mo,V)的循環性能明顯優于LiMn₂O₄，而且隨著過渡金屬摻雜量的增加，材料在5V附近出現另一個放電平臺。在這些尖晶石LiMn_2-XM_xO₄材料中，LiMn_1.5Ni_0.5O₄因具有較好的循環性能和相對較高的容量而受到廣泛關注。其理論容量為147mAh/g，能量密度為690Wh/Kg。

作為開發中的正極材料，鎳錳酸鋰存在的核心問題主要是：需要有能在高電壓下穩定工作的電解液。由于歷史的原因，現在廣泛使用的LiPF₆電解液的主要應用領域是以鈷酸鋰為正極，以石墨為負極的鋰離子電池，這類電池的工作電壓最高也只能達到4.2V，所以電解液體系的設計也一般只能保證在4.5V以下的范圍內穩定使用，而鎳錳酸鋰的最高充電截止電壓可達5.2V，因此常規電解液在此條件下的氧化分解問題變得明顯起來。正極電位的提高也意味著負極區域的還原性環境增強，這也導致了鎳錳酸鋰匹配傳統的石墨負極后表面SEI膜（固體電解質界面膜）形成的動力學發生變化，而不能形成有效的SEI膜隔離電解液和碳材料，則負極材料的循環壽命也大大降低。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種用于高電壓鋰離子電池的離子液體電解液，其可以改進以鎳錳酸鋰為主的高電壓鋰離子電池的安全性和電化學性能。

為了實現上述方面，本發明提供一種高電壓鋰離子電池電解液，其中該電解液包括鋰鹽，有機溶劑，及離子液體，該離子液體是一系列咪唑類離子液體，其陰離子可以是PF₆^-、BF₄^-、TFSI^-、FSI^-、BOB^-等。

本發明提供的離子液體溶劑，其特征在于：所述的離子液體陽離子有如下結構，并且該離子液體在鋰電池電解液中所占的重量比例為0.1%-95%；

上述結構中取代為一元、二元或三元取代，并且，R₁、R₂、R₃分別獨立選自碳原子在0-20間的烷基、烷氧基、芳香基、羧基、羥基、氰基、硝基、醚氧基、鹵素。尤其分別獨立選自以下基團：甲基、乙基、丙基、丁基、乙烯基、烯丙基、丁烯基、亞乙烯基、苯基、苯甲基或芐基,X可以選自是PF₆^-、BF₄^-、TFSI^-、FSI^-、BOB^-等。