[發(fā)明專利]一種全離子液體電解液及含有該電解液的鋰電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810793542.7
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN108987811B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧九夷鋰能股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/058;H01M10/052
• 代理公司: 沈陽杰克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 胡洋

本發(fā)明公開一種全離子液體電解液及含有該電解液的鋰電池，該全離子液體電解液包括溶劑、添加劑和鋰鹽，所述溶劑為全離子液體，是以離子液體為主溶劑、以具有表面活性的離子液體為輔助溶劑；該電解液體系陰離子采用具有亞胺共軛體系的雙三氟甲基磺酰亞胺，該電解液體系陽離子采用咪唑類陽離子。本發(fā)明提供的電解液具有不燃性、寬的鋰離子電解液使用的溫度范圍、良好的對隔膜和電極材料的浸潤性；電解液中的兩種離子液體和電解質(zhì)鋰鹽具有相同的陰離子，既保證了很好的電解質(zhì)間的相溶性，又可阻止電解液體系中因不同的陰離子可能發(fā)生的離子交換重排導(dǎo)致的電解液體系變質(zhì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全離子液體電解液及含有該電解液的鋰電池。

背景技術(shù)

鋰電池由于其電壓高，比能量大，循環(huán)壽命長和無記憶效應(yīng)等優(yōu)良的電池性能，自1990年問世以來獲得迅猛發(fā)展，已成為21世紀(jì)主流電池，在航空、航天、航海、通訊及電子器械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著移動電子設(shè)備，電動汽車的迅猛發(fā)展，在鋰電池的容量和能量密度不斷增大的同時，鋰電池的安全問題已經(jīng)成為制約其發(fā)展與應(yīng)用的關(guān)鍵。

目前市場上的鋰電池多采用易燃有機(jī)溶劑(碳酸酯類)與鋰鹽組成的混合電解液。當(dāng)鋰電池處于過充、過放、針刺、擠壓、內(nèi)短路、高溫等情況下，電解液極易瞬間起火產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致熱失控，造成安全事故。因此研究安全、高效的鋰電池電解液，杜絕起火隱患，是解決鋰電池安全問題的關(guān)鍵所在。室溫下表現(xiàn)為液態(tài)的離子液體具有不揮發(fā)、耐熱性高、液態(tài)溫度范圍寬(可達(dá)300度)、不易燃性、及高化學(xué)穩(wěn)定性，近年來離子液體作為“綠色液體”倍受矚目，有關(guān)離子液體作為鋰電池電解液的研究引起學(xué)術(shù)界的廣泛興趣和產(chǎn)業(yè)界的極大期待。

一方面利用離子液體的某種特定功能，如低溫、高壓、阻燃等，作為添加劑離子液體被用來部分替代有機(jī)溶劑而組成鋰電池復(fù)合電解液，考慮到離子液體的粘度較大，類似復(fù)合電解液會用有機(jī)溶劑來調(diào)節(jié)電解液體系的粘度，專利文獻(xiàn)CN 107180993 A報道了離子液體1-乙基-3-甲基咪唑啉雙(三氟甲基磺酰基)亞胺在有機(jī)碳酸酯體系并復(fù)合添加劑可作為鋰電池低溫電解液；專利文獻(xiàn)CN 103618111 A提供一種耐高壓的鋰二次電池電解液，該電解液包含腈基官能團(tuán)化的離子液體、氫氟醚、非水有機(jī)溶劑(碳酸酯或者羧酸酯)和添加劑。類似地在專利文獻(xiàn)CN 101087035 A、專利文獻(xiàn)CN 106876787 A中設(shè)計的復(fù)合離子液體電解液均采用有機(jī)碳酸酯溶劑調(diào)節(jié)離子液體電解液體系的粘度。鋰電池復(fù)合電解液只是在有限程度地解決了電解液易燃的問題，而且存在離子液體和傳統(tǒng)碳酸酯溶劑的同相相容性問題，以及在循環(huán)充放電過程中因碳酸酯溶劑的不斷消耗導(dǎo)致離子液體復(fù)合電解液的體系遭到破壞、造成電池的循環(huán)壽命降低。

一方面在嘗試離子液體全部替代有機(jī)溶劑，全離子液體電解液存在對石墨材料負(fù)極及隔膜浸潤和兼容的問題，是該類電解液設(shè)計時需要解決面臨的問題。如專利文獻(xiàn)CN106920910 A通過采用一種安全性纖維素?zé)o紡布隔膜取代聚烯烴隔膜以改善全離子液體電解液對聚烯烴隔膜浸潤性不好的問題，但是沒有提及負(fù)極浸潤性的問題。

因此，對于鋰電池全離子液體電解液，存在的問題是具有高粘度的離子液體向多孔材料如電極和隔膜中的浸滲差。目前有關(guān)增加鋰電池全離子液體電解液對電極和隔膜浸潤能力的方法一是通過溶劑稀釋降低粘度增加離子液體的離子遷移速度，二是通過添加傳統(tǒng)表面活性劑增加離子液體對電極和隔膜的浸潤能力。可用于鋰電池電解液用的非水溶劑非常有限，商品化使用的碳酸酯類溶劑存在諸多的安全隱患；傳統(tǒng)表面活性劑與離子液體存在相容性的問題，而且需要添加碳酸酯類非水溶劑增加傳統(tǒng)表面活性劑的溶解度。

發(fā)明內(nèi)容