一种有效抑制有机溶剂还原分解的锂离子电池电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种有效抑制有机溶剂还原分解的锂离子电池电解液，包括溶质、有机溶剂，所述溶质为离子液体和锂盐的混合物，所述的有机溶剂为碳酸酯，所述锂盐为LiTFSI，所述离子液体的阴离子与所述锂盐阴离子相同。本发明专利技术还公开了该电解液的制备方法和应用。本发明专利技术的电解液制备方法简单，和用该离子液体和有机溶剂作为共溶剂时组成的电解液相比，能更加有效地抑制电解液的还原分解，同时石墨电极表面形成的SEI膜性能更好。

A Lithium Ion Battery Electrolyte Effectively Inhibiting Reductive Decomposition of Organic Solvents

【技术实现步骤摘要】
一种有效抑制有机溶剂还原分解的锂离子电池电解液
本专利技术属于电池电解液
，具体涉及离子液体作为共溶质组成新的电解液体系及其制备与应用。
技术介绍
商业化的锂离子电池电解液由锂盐和碳酸酯溶剂组成，为了提高电解液的电化学性能和高低温性能，常常加入一些添加剂。但是主要的溶剂成分碳酸酯溶剂蒸气压低，易燃烧，电化学窗口窄，很难满足目前对锂离子电池高能量密度、高安全性能的要求。离子液体由于其具有热稳定性好、不挥发、不燃烧、离子电导率高、电化学窗口宽等优点，备受广大研究者的关注，在电解液中的应用也已经得到广泛研究。有研究人员将离子液体作为纯溶剂，研究其与各种电极材料的兼容性，但由于离子液体本身具有较高的粘度，循环过程中容量衰减比较快，尤其是在高倍率情况下，所以此类电解液体系的倍率性能和低温性能都比较差。为了解决此问题，研究人员将离子液体和传统的碳酸酯溶剂混合，该电解液体系折合了离子液体和碳酸酯溶剂各自的优点，但是其首次库伦效率、可逆容量和循环容量的保持率还不是很理想。要想充分利用离子液体的优点，探索离子液体在锂离子电池电解液中新的应用还很有必要。
技术实现思路
本专利技术在现有研究的基础上，考虑到常温下为液态的离子液体，具有溶质和溶剂的双重特性，提供了一种有效抑制有机溶剂还原分解的锂离子电池电解液，并提供了离子液体新的应用以及此电解液体系的制备方法和在石墨/Li半电池中的应用。本专利技术选用具有相同阴离子结构的离子液体及锂盐作为共溶质，减少了电解液中阴离子的种类，进一步减少了石墨电极表面电解液的还原，有效抑制了电解液的还原分解，同时能有效改善石墨电极表面的SEI膜性能。本专利技术的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供了新型的电解液体系，包括溶质盐和有机溶剂。所述溶质盐由锂盐和离子液体按不同摩尔比混合，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)，所述离子液体的阴离子与锂盐阴离子相同。优选的，所述离子液体为N-甲基-N-丙烯基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺(PP13*TFSI)，阳离子结构如式(Ⅰ)所示，阴离子结构如式(Ⅱ)所示。优选的，所述锂盐和离子液体的总摩尔浓度为2-3.5mol·L-1优选的，所述锂盐和离子液体的总摩尔浓度为3mol·L-1。优选的，所述锂盐和离子液体之间的摩尔比为3:1-1:1。更优选的，所述锂盐和离子液体之间的摩尔比为3:1或2:1。更优选的，所述锂盐和离子液体之间的摩尔比为3:1,2:1或1:1。优选的，所述有机溶剂为碳酸酯。优选的，所述有机溶剂为碳酸丙烯酯。第二方面，本专利技术涉及前述的新型电解液体系的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤一，取所需的锂盐和离子液体；步骤二，将所需量的离子液体放入离心管中，加入所需量的有机溶剂，混合均匀，静置；步骤三，将所需量的锂盐溶解于步骤二所述的混合溶液中，摇匀，静置，使锂盐完全溶解；即得所需电解液。以上操作均在惰性气体保护下进行，进一步的所述惰性气体为氩气。优选的，所述锂盐和离子液体的混合物在碳酸酯溶剂中的摩尔浓度为3mol·L-1。优选的，所述离子液体常温下为液态，制备时应先按照所需锂盐和离子液体之间的摩尔比计算锂盐和离子液体的质量，先取所需离子液体的量溶解于所需体积的碳酸酯溶剂中，最后再称取所需的锂盐溶解于前述离子液体和碳酸酯溶剂的混合溶液中。第三方面，本专利技术还涉及前述新型电解液体系在石墨/Li半电池中的应用。第四方面，本专利技术还提供一种锂离子电池，其具有上述的电解液体系。与现有技术比，本专利技术具有如下优势：(1)有效抑制电解液的还原分解，延长电池寿命。(2)有效地改善PC基电解液和石墨负极的兼容性，石墨电极表面形成的SEI膜性能更好。(3)电解液的粘度没有因为离子液体的加入而增加，而电导率显著增加，提高了电解液的物理性能。(4)本专利技术的电解液配制方法突破了离子液体的常规使用方法，而且以此方法配置的电解液能更有效地改善碳酸酯溶剂PC基电解液的物理性能和电化学性能。当然，实施本专利技术的产品并不需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明图1.1是本专利技术实施例2离子液体作为共溶质时的CV曲线；图1.2是对比例3离子液体作为共溶剂时的CV曲线进行；图1.3是对比例5离子液体作为共溶质，锂盐阴离子与离子液体阴离子不同时的CV曲线；图2.1是实施例1-3和对比例1石墨电极为本专利技术电解液及离子液体作为共溶剂的电解液的长期循环性能比较；图2.2是实施例2和对比例3石墨电极中离子液体与PC为共溶剂的电解液的长期循环性能比较；图3是实施例1-3和对比例1电解液在不同温度下电导率Arrhenius图(纵轴为电导率的对数，横轴为热力学温度的倒数，Arrhenius公式：两边取对数即得图中横纵坐标)。具体实施方式在本文中，由「一数值至另一数值」表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。本专利技术在现有技术的基础上，将离子液体PP13*TFSI作为溶质盐取代PC溶液中的部分锂盐，实际上降低了锂盐浓度，选用LiTFSI作为锂盐，其阴离子和离子液体的阴离子相同，都为TFSI-，所以离子液体取代部分锂盐后主要调节的是锂离子的配位数，导致电解液在石墨表面发生的还原反应由两电子还原变为两电子和一电子还原同时发生，即还原产物由Li2CO3为主变为Li2CO3和LODP为主。以二者为主要成分的SEI膜能更有效地抑制电解液的还原分解，所以石墨电极表面形成的SEI膜性能更好，改善了电解液的电化学性能。下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应该理解，这些实施例仅用于说明本专利技术，而不用于限定本专利技术的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本专利技术做出的改进和调整，仍属于本专利技术的保护范围。除非另行定义，本文所用的术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。PC:碳酸丙烯酯；PP13*TFSI:N-甲基-N-丙烯基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺。实施例1在手套箱中配制本专利技术中的锂离子电池电解液，主要成分包括锂盐、离子液体、有机溶剂。所述锂盐为LiTFSI，离子液体为N-甲基-N-丙烯基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺(PP13*TFSI)，有机溶剂为碳酸丙烯酯，锂盐和离子液体的摩尔比为3:1，锂盐和离子液体的总摩尔浓度为3mol·L-1。上述电解液的制备方法是：按照锂盐和离子液体的摩尔比计算所需锂盐和离子液体的质量，先在离心管中称取所需量的离子液体，加入所需量的PC溶剂，充分摇匀；再称取所需量的锂盐溶解其中，摇匀、静置至少24小时，即得所需电解液溶液。电解液的性能测试：将本实施例得到的锂离子电池电解液用于组装石墨-锂扣式半电池，测试石墨-锂半电池常温下0.01-2V、0.1C倍率充放电循环性能。测试结果为：首次库伦效率84.2％，200圈循环后容量保持率约为91％，长期循环性能如图2.1所示，电导率测试如图3所示，本实施例样品在各图中均标记为LiTFSI+PP13*TFSI(3:1)/PC。实施例2在手套箱中配制本专利技术中的锂离子电池电解液，主要成分包括锂盐、离子液体、有机溶剂。所述锂盐为LiTFSI，离子液体为N-甲基-N-丙烯基哌啶双(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池电解液，包括溶质、有机溶剂，所述溶质为离子液体和锂盐的混合物，所述的有机溶剂为碳酸酯，其特征在于：所述锂盐为LiTFSI，所述离子液体的阴离子与所述锂盐的阴离子相同。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液，包括溶质、有机溶剂，所述溶质为离子液体和锂盐的混合物，所述的有机溶剂为碳酸酯，其特征在于：所述锂盐为LiTFSI，所述离子液体的阴离子与所述锂盐的阴离子相同。2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述离子液体为N-甲基-N-丙烯基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺。3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐和离子液体的总摩尔浓度为2-3.5mol·L-1。4.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐和离子液体之间的摩尔比为3:1-1:1。5.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐和离子液体之间的摩尔比为3:1或2:1。6.根据权利要求1所述的锂离子电池电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：高喜梅，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31