[發明專利]一種二次電池用離子液體及其合成方法與應用

在審

• 申請號: 201611145796.5
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN108218782A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 孫公權;楊叢榮;王素力
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C07D233/60
• 分類號: C07D233/60;H01M10/0566
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明提供一種二次電池用離子液體及其合成方法與應用,所述二次電池用離子液體為含雜原子側鏈的離子液體，帶正電荷的官能團為季銨鹽、咪唑鹽、吡咯鹽、吡啶鹽中的一種；側鏈中Y為O，Y與帶正電荷的官能團間為長度C1?C3的烷基鏈，Y遠離帶正電荷的官能團側為C1?C3的烷基鏈或C2?C7的含氧烷基鏈；對陰離子X^?為Cl^?、Br^?、I^?、BF₄^?或TFSI^?(雙三氟甲基磺酰亞胺)中的一種或兩種以上。與現有技術相比，所述離子液體的結構可調性較好，可根據需求通過取代基的調變離子液體化學結構，優化離子液體性質，離子液體的電導率在1mS/cm以上，制備過程采用環保醇醚等物質，通過催化劑的選擇條件的優化能夠實現不同離子液體的制備，操作簡便，易于實現。

技術領域

本發明屬于二次電池用離子液體領域；本發明涉及一種具有較高離子電導率、良好電化學穩定性、與電解質具有良好兼容性的含雜原子側鏈離子液體的合成及其表征、測試。

背景技術

隨著化石能源的日益枯竭和環境污染的日益加重，開發清潔環保、高效的可再生新能源已逐漸成為全球研究的熱點。先進的儲能和二次電池也成為其中不可或缺的重要組成部分。鋰離子電池由于其較高能量密度、高循環壽命、綠色環保等優點已成為研究開發的熱點。近幾年，由于新能源汽車的興起，鋰離子二次電池得到了一定程度地應用。然而，目前鋰離子電動汽車的續航里程較低(一般<300km)，成本較高。為了解決鋰離子電池方面的問題，研究者們進行了大量的研究工作。一方面，通過優化電池陰極材料和電解液，逐漸提高鋰離子電池的容量；另一方面，通過研究以金屬鋰為陽極的鋰/空和(或)鋰/硫電池具有較高的理論能量密度，表現出一定的應用前景。然而，金屬鋰的熔點低、活性較高，在大多數有機電解液中存在鋰枝晶析出的問題，在大型動力電池中的應用存在嚴重的安全隱患，阻礙了其商業化進程。因此，開發具有更高比能量、無污染、成本低的新型化學電源體系成為當前研究的重要內容和先進的探索方向。

當前，以鎂、鋁、鈉、鈣等金屬為陽極的新型二次電池逐漸成為目前研究的熱點。尤其以金屬鎂作為陽極其理論比容量高達2205mAhg^-1，電極電勢約為-2.37V(Vs.SHE)，具有良好的導電性、機械性能，較高的安全性，特別是其價格是鋰的1/25，使得鎂電池在安全性和成本兩方面同時具有顯著的優勢，被認為有望用于電動汽車和儲能系統的綠色二次電池。此外，我國的鎂資源儲量在世界上居于首位，相比其他國家，開發可充鎂電池具有可觀優勢。

可充鎂電池的研究歷史與鋰電池幾乎相當，但和鋰電池相比其發展卻相當緩慢，主要原因是由于金屬鎂和鋰在絕大多數極性非質子有機電解液中形成的表面膜性質不同。金屬鋰表面形成的鈍化膜是鋰離子的優良導體，而鎂表面生成的鈍化膜卻是鎂離子的不良導體，致使鎂離子無法穿過這層鈍化膜，從而限制了金屬鎂電化學活性。可以說，可充鎂電池的每一步發展，都與電解液取得大的突破有關。

電解液作為電池的重要組成部分，被稱為電池的“血液”，在電池陰、陽極之間起著輸送離子和傳導電流的作用，是提高電池電化學性能的關鍵因素之一。電解液包括電解質和溶劑兩部分，關于提高電解質的性能研究者們做了大量的工作，并取得了一些進展，提出了新的體系，包括機格氏試劑及其衍生體系、有機鎂鹵鋁鹽體系、熔鹽體系、固體電解質體系等。然而目前所用的溶劑大多數為乙腈、醚類和脂類，采用有機試劑大多數是低沸點、易揮發的，不僅會造成環境污染，而且會使得電解液由于溶劑的揮發導致其粘度增大，電導率降低。與此同時，有機試劑的電化學窗口比較窄，電化學穩定性比較差，造成電池的電壓窗口比較小，性能較差。