[發明專利]高容量的咪唑離子液體及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010107152.7
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111233772A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 張文林;劉雪嬌;馬青查;張永康;楊雙丞;李春利
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C07D233/60
• 分類號: C07D233/60;H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種高容量的咪唑離子液體及其制備方法和應用。所述的離子液體的結構式如下，其中，R₁為CH₂(CH₂)_aO(CH₂)_bCH₃，a為0或1，b為0或1；R₂為CH₂(CH₂)_cCOO(CH₂)_dCH₃，c為0或1，d為0或1；Y^?為BF₄^?，PF₆^?，TFSI^?，FSI^?或N(CN)₂^?。該咪唑離子液體制備中，通過三元取代，咪唑環上N?1位引入了醚基，降低離子液體的粘度；咪唑環上N?3位引入了酯基，提高離子液體的電化學窗口和電化學穩定性。本發明將該咪唑離子液體作為電解液添加劑，將其應用于以三元材料(NCM523)為正極材料的鋰離子電池中，具有良好的安全性能和電化學性能。

技術領域

本發明涉及的是離子液體的技術領域，主要研究新型咪唑離子液體、離子液體電解液及其在鋰離子電池電解液中的應用。

背景技術

2012年以來，霧霾天氣持續，PM2.5指數居高臨下，環境污染受到社會各界輿論普遍的討論與關注。空氣污染給人們生活和出行帶來了嚴重影響，同時也再次給中國環境問題拉響了警報，當前中國不太合理的能源結構以及大量的城市機動車尾氣排放是罪魁禍首。汽車排放的PM超過90％，CO超過70％。為了避免環境的過度惡化，新能源汽車漸漸發展起來。然而，就我國新能源汽車的目前發展行勢來說，新能源汽車要想保質保量的出色的完成規劃，自身首先還需要盡快找到實現產業化發展的正確軌道。制約電動汽車的市場化的主要因素是作為電動汽車的“引擎”部件—動力電池。而目前使用的動力電池多為鋰離子電池，這是由于鋰離子動力電池具有工作電壓高、能量密度大、環境友好等優勢的特點。

但作為移動式的能源儲存系統，鋰離子動力電池需要具備安全性。近年來，不斷有因鋰離子電池引發的電動車著火事件，2008年本田混合電動車發起著火事件，2011年上海825路純電動公交車因電池過熱起火自燃，2012年比亞迪由于碰撞著火致死事件又開始牽動公眾的神經，因此解決鋰離子電池的安全性已勢在必行。此外，由于人們對現代化數碼科技的需求日益提升，高能量密度將是鋰離子電池發展的另一個必要點。

正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，提高電池能量密度可以從此下手。三元材料(NCM)是一種新型正極材料。它綜合了LiCoO₂、LiNiO₂和LiMnO₂三種材料的優點，由于Ni、Co和Mn之間存在明顯的協同效應，因此NCM的性能好于單一組分的層狀正極材料，而被認為是最有應用前景的新型正極材料之一。三種元素對材料電化學性能的影響也不一樣，一般而言，Co能有效穩定三元材料的層狀結構并抑制陽離子混排，提高材料的電子導電性和改善循環性能；Mn能降低成本和改善材料的結構穩定性和安全性；Ni的存在有助于提高能量。在三元材料中，根據各元素配比的不同，可按鎳鈷錳順序分為NCM333、NCM424、NCM523、NCM622、NCM811等。

離子液體是一種液態低熔點離子化合物，是由陰離子、陽離子所構成的在室溫或室溫附近溫度下呈液態的鹽類物質，一般是由有機陽離子和無機或有機陰離子構成，按陽離子主要有咪唑類、季銨鹽類、胍類等，陰離子主要為鹵素陰離子、六氟磷酸根陰離子等。將離子液體陰、陽離子進行不同的組合，可以設計合成出多種離子液體。隨著離子液體的研究不斷增加，其廣泛應用于有機合成、催化、萃取分離、電化學等各個領域。但根據實際應用的需要，將不同的官能團代替烷基引入到陽離子中，設計合成出具有特定功能的離子液體是其研究的主要方向之一。