[發明專利]一種多金屬氧酸鹽離子液體鋰離子電池用電解液及其制備方法

有效

• 申請號: 201410269467.6
• 申請日: 2014-06-16
• 公開（公告）號: CN104051783B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 廖小東;王瑨;謝皎;朱睿
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01M10/0566
• 分類號: H01M10/0566
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙)51211
• 代理人: 張吉

技術領域

本發明涉及一種鋰電池用電解液，尤其涉及一種多金屬氧酸鹽離子液體鋰離子電池用電解液，屬于離子液體電解液技術領域。

背景技術

隨著環境污染的加劇，各國對綠色化學電源的需求越來越大，鋰電池作為綠色化學電源的代表，有著能量密度高，使用壽命長，自放電率低等優點，在市面上得到很廣泛的應用。鋰電池由正極材料，隔膜，負極材料，電解液組成，其中鋰電池電解液是電池中鋰離子傳輸的載體，一般由鋰鹽和有機溶劑組成。 常用的鋰鹽包括：LiPF₆、LiBF₄、LiBOB等，有機溶劑包括：碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等。但在電池制作過程中不可避免的會引入水分，即使微量水分遇到含氟的電解液也會產生HF，HF一旦生成就會形成一系列連鎖效應，最終導致整個電池的失效；傳統的液態有機溶劑由于燃點較低，在電池發生濫用的時候易燃燒，容易引發電池的安全問題。因此，尋找替代的電解液成為現在以及未來的發展趨勢。近幾年來，離子液體作為新型的電解液在化學電源中得到廣泛應用。離子液體，又稱室溫熔融鹽，是在室溫下完全由陰、陽離子構成的液態有機鹽，具有導電性，分解電壓大于常規電解質，在較寬的溫度范圍內不揮發和不易燃，把它作為電池和電化學電容器等的電解質應用前景較好。

另有中國專利申請號為：201110358589.9，公開日為2012.2.22，公開了一種磷酸鐵鋰動力電池用低溫電解液的制備方法；其特征在于：在干燥惰性氣體保護下，將經過脫水處理后的水分低于5ppm的多種有機溶劑；按照一定比例加入帶夾套的不銹鋼配制釜中，攪拌混合均勻后按順序逐漸加入一定量的電解質鹽和添加劑，控制配制溫度不超過20℃，攪拌混合30~60分鐘，該溶液再經0.45、0.1微米的兩步精密過濾器過濾后得到低溫電解液產品，該專利中的電解液，鋰離子傳輸受阻，速度慢，效率低，低溫性能差。還有中國專利申請號為：201210557800.4，公開日為2013.3.20，公開了一種磷酸亞鐵鋰鋰離子電池用低溫電解液，屬于鋰電池低溫電解液技術領域。該電解液包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、成膜添加劑、多金屬氧酸鋰鹽；所述的多金屬氧酸鋰鹽為磷鉬酸鋰Li₃PMo₁₂O₄₀、磷鎢酸鋰Li₃PW₁₂O₄₀、硅鎢酸鋰Li₄SiW₁₂O₄₀或者硅鉬酸鋰Li₄SiMo₁₂O₄₀。該發明重點解決了現有技術電解液鋰離子傳輸受阻，速度慢，效率低，低溫性能差的問題，但是普通溶劑遇到高溫容易發生安全問題。另有中國專利申請號為：201210003903.6，公開日為2012.07.18，公開了一種基于雜多酸的離子液體電解液及制備方法；其特征在于：所述離子液體的陰離子部分為雜多酸陰離子，選自磷鎢酸陰離子，硅鎢酸陰離子和磷鉬酸陰離子中的一種或兩種以上的混合物。陽離子為季銨離子，季膦離子，哌啶離子，吡咯離子，吡唑離子，咪唑離子，胍離子中的一種或幾種。該發明提供了一種新型的可高溫存儲并具有一定阻燃性的鋰離子電池電解液，該離子液體還有較高的電導率，但該發明所述電解液中的電解質鹽為LiPF₆，該鹽中遇到微量水分會產生HF，眾所周知，HF是導致鋰電池失效的關鍵因素；該電解液中除了離子液體和電解質鹽之外，還有碳酸二甲酯，碳酸乙烯酯，碳酸甲乙酯等鋰電池電解液的常用有機溶劑，此類溶劑相比于離子液體，溫度范圍窄，燃點低，在電池發生熱失控時，易燃燒，易引發更大的安全問題。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明提供了一種多金屬氧酸鹽離子液體鋰離子電池用電解液，該電解液的組成中離子液體和電解質中均含有多金屬氧酸鋰鹽，多金屬氧酸鋰鹽充當電解質鹽。由于多金屬氧酸鋰鹽Li₃XY₁₂O₄₀，Li₄XY₁₂O₄₀具有三維骨架結構，鋰離子能在其三維骨架中傳導，比起傳統的LiPF₆，LiBF₄電解質提高了鋰離子的傳輸速率，減小了電池本身由離子傳輸問題帶來的極化，且多金屬氧酸鋰鹽不含氟，不會產生HF，避免了因HF而導致的電池失效；本電解液的溶劑為離子液體，不含常規有機溶劑，適用溫度范圍寬，燃點高，不會產生因普通低燃點溶劑易引發的安全問題。