[發明專利]一種高溫型鋰離子電池

在審

• 申請號: 201410267533.6
• 申請日: 2014-06-16
• 公開（公告）號: CN104022316A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 董陶;張鎖江;張亮;張蘭
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M10/39
• 分類號: H01M10/39
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高溫型鋰離子電池，尤其是含有可促進在石墨負極表面生成穩定、致密的SEI膜的離子液體的非水溶劑電解液，屬于鋰離子電池領域。

背景技術

世界能源危機和環境污染的日趨嚴重，化石能源消耗殆盡及燃燒產物對環境污染效應，促使包括中國在內的世界各國，都在積極地探索尋找新的綠色能源來代替舊能源。鋰離子電池作為新一代化學儲能裝置，在便攜式電源、通訊、電子器械、航空航天等領域得到了廣泛的應用。

鋰離子電池主要是有正極、負極、隔膜和電解液組成。商品化的鋰離子電池正極和負極分別為過渡金屬嵌鋰氧化物和石墨類碳材料。而電解液是鋰離子電池關鍵組成之一，也成為鋰離子電池的“血液”，主要包括鋰鹽、溶劑和添加劑，在正負極之間起著輸送和傳導電流的作用，是連接著正負極材料的橋梁，電解液的選擇直接影響著電池的工作電壓、安全性能等。但電解液中的Li⁺能與溶劑分子形成溶劑化合物，溶劑化Li⁺的嵌層反應或在負極表面獲得電子而發生還原分解反應，導致石墨結構的層離或脫落。消除該現象一種方法是對含碳物質進行修飾、改性，但操作過程繁瑣，且得到的物質使Li⁺在材料間的脫嵌較難進行；另一種方法是在電解液中引入成膜添加劑，在負極表面形成固體電解質界面膜(SEI膜)，從而有效地阻止負極材料與電解液的進一步反應。添加劑具有用量小、針對性強的特點，在不增加或基本不增加電池成本、不改變生產工藝的情況下，對鋰離子電池商品化和性能提高具有重大的推動作用。

鋰離子電池成膜添加劑有碳酸亞乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亞乙酯(VEC)、亞硫酸乙烯酯(ES)、丁磺酸內酯(BS)、亞硫酸丙烯酯(PS)、二甲基亞硫酸酯(DMS)、二乙基亞硫酸酯(DES)和1,2-三氟乙酸基乙烷(BTE)等。目前，商品化電解液常用的成膜添加劑為VC，但是VC的合成反應周期長，易引入雜質，氯代反應過程需要國際限制或禁止的CCl₄為溶劑。而脫氯反應過程中，如以乙醚或四氫呋喃為溶劑則操作危險性高，對設備及生產環境要求高；以甲苯為溶劑則工藝反應條件較為苛刻；以EC為溶劑則產品成本高，對后處理設備要求高。VC是高熱敏感性物質，60℃，1h內發生分解，80℃，幾分鐘內即發生分解，在一定程度上限制了VC在高溫電解液中的應用，因此，尋找易于合成，熱穩定性高的成膜添加劑是鋰離子電池電解液發展的必然趨勢。

離子液體是一類新型軟功能介質材料，具有飽和蒸汽壓低、電導率高、熱穩定性和化學穩定性高，電化學窗口和液程寬、可設計性等特點。通過在陽離子上引入官能團，調變/修飾陰陽離子結構或調變/組合陰陽離子的搭配，可制備多種功能化的離子液體。離子液體作為鋰電池體系電解液已成為電化學領域的一個新的研究方向。與傳統有機液體電解液相比，基于離子液體電解液突出的優勢可歸納為：(i)安全性高，離子液體不易燃燒，在很大程度上消除了鋰離子電池在高功率密度條件下的安全隱患；(ii)熱穩定性和化學穩定性高、電化學窗口較寬，如吡咯類、哌啶類離子液體的電化學窗口大于5V；(iii)導電性良好，離子液體單位體積的導電質點多，質點間的相互作用小，其電導率高。因此，離子液體用于鋰離子電池的可行性和優越性已被人們接受和認可。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中成膜添加劑碳酸亞乙烯酯(VC)的熱穩定性差，在一定程度上限制其在高溫電解液中應用的缺點，提供一種含有可促進在石墨負極表面生成SEI膜的離子液體的非水溶解電解液的高溫型鋰離子電池，有效地改善鋰離子電池的高溫性能。

針對上述問題，本發明采取的技術方案是：提供了一種含有離子液體的電解液的高溫型鋰離子電池。其特征在于所述的離子液體的陽離子為季銨類、季鏻類、哌啶類、吡咯類、胍類、硫類等離子液體中的一種或幾種，其陽離子中含有雙鍵官能團(如下面結構式所示)，陰離子為PF₆^-、BF₄^-、TFSI^-、FSI^-、BOB^-、AsF₆^-、TFAC^-、TFSO^-、CTf₃^-中的一種。離子液體在電解液中所占的質量比例為0.1-5％，非水溶劑與離子液體的質量比為1:0.001-0.05，鋰鹽在電解液中的濃度為1-1.5摩爾/升。

-C＝C-