一种锂离子电池电解液及其制备方法、高压锂离子电池和电池模组技术

本公开涉及一种锂离子电池电解液，该电解液含有溶剂、第一离子液体、第二离子液体和锂盐；第一离子液体含有哌啶阳离子和三(五氟乙基)三氟磷酸阴离子，第二离子液体含有咪唑阳离子和四氰基硼酸阴离子。本公开的离子液体具有较低的粘度、较高的导电率和较高的抗氧化电位，含有本公开电解液的锂离子电池具有较宽的电化学窗口，且稳定性良好。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池电解液及其制备方法、高压锂离子电池和电池模组
本公开涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种锂离子电池电解液及其制备方法、高压锂离子电池和电池模组。
技术介绍
LiNi0.5Mn1.5O4因其高功率和能量密度，而被认为是一种理想的商用电池材料，但由于受到电解液的限制，发展缓慢。最主要的原因是现有电解液通常为高粘度、高介电常数的环状碳酸酯，如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)，与低粘度、低介电常数链状碳酸酯，如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、甲基乙基碳酸酯(EMC)的混合物为溶剂的电解液，这些电解液的化学窗口低。当电池电压达到4.5V左右时电解液便开始发生剧烈的氧化分解反应，导致电极/电解液之间界面阻抗增加，进而导致锂离子电池的充放电效率变低，循环性能变差，使电池性能恶化。哌啶类离子液体具有离子导电性好、电化学窗口宽等电化学特性，可广泛应用于锂离子电池领域。但哌啶类离子液体作为电解质时存在粘度高、锂离子浓度低、电解液电导率低等问题。为了克服上述缺点，研究者们提出了往离子液体中掺入有机溶剂的方法，以降低离子液体的粘度，并提高离子液体的电导率。但在加入有机溶剂时，也存在着相应的问题，若有机溶剂的添加量过少，则不足以降低离子液体的粘度，对电导率提高效果也不明显；若有机溶剂添加量大，虽然可解决粘度及电导率的问题，但同时会导致电解液的热稳定性和降低其抗氧化电位，使得锂电池的安全性能下降。现有的含哌啶类离子液体的电解液不能同时具有低粘度、高电导率、高抗氧化电位以及热稳定性的优点。<br>
技术实现思路
本公开的目的是为了克服现有高压锂离子电池电解液粘度大、电导率低、稳定性差，锂离子电池电化学窗口窄的问题，提供一种锂离子电池电解液及其制备方法、高压锂离子电池和电池模组。为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种锂离子电池电解液，该电解液含有溶剂、第一离子液体、第二离子液体和锂盐；所述第一离子液体含有哌啶阳离子和三(五氟乙基)三氟磷酸阴离子，所述哌啶阳离子的结构如式(I)所示，其中，R0、R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地选自氢、卤素、C1-C10烷基、基团(CH2)xOH和基团(CH2)nOm(CH2)zOyCH3中的一种，x为1-10的任意一整数，n为1-10的任意一整数，m为0或1，z为0-6的任意一整数，y为0或1；所述第二离子液体含有咪唑阳离子和四氰基硼酸阴离子，所述咪唑阳离子的结构如式(II)所示；其中，R7、R8、R9和R10各自独立地选自氢、卤素、C2-C6氰基烷基、C1-C12烷基和C1-C4烯基中的一种，R11为C1-C12烷基或C1-C4烯基。可选地，式(I)中，R0、R1、R2、R3、R4、R5和R6中至少有一个为所述基团(CH2)nOm(CH2)zOyCH3。可选地，式(I)中，R2、R3、R4、R5和R6分别为氢，R0和R1各自独立地为卤素、C1-C10烷基、所述基团(CH2)xOH或所述基团(CH2)nOm(CH2)zOyCH3。可选地，式(I)中，R0为基团(CH2)nOm(CH2)zOyCH3，R1为卤素、C1-C10烷基或所述基团(CH2)xOH。可选地，式(I)中，m为1，和/或，y为1。可选地，式(II)中，R7、R9和R10分别为氢，R8选自卤素、C2-C6氰基烷基、C1-C12烷基和C1-C4烯基中的一种。可选地，以所述电解液的总重量为基准，所述第一离子液体与所述第二离子液体的总含量为3-80重量％，所述锂盐的含量为10-40重量％。可选地，所述第一离子液体与所述第二离子液体的重量比为1：(0.15-6)。可选地，所述溶剂选自环状碳酸酯和/或链状碳酸酯；所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸亚乙烯酯中的一种或几种；所述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯和碳酸二丙酯中的一种或几种。可选地，所述锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、卤化锂、二氟磷酸锂、单氟磷酸锂和氟烃基磺酸锂中的一种或者几种。可选地，所述第一离子液体含有如下化合物中的至少一种：所述第二离子液体含有如下化合物中的至少一种：本公开第二方面提供一种本公开第一方面提供的电解液的制备方法，在惰性气氛下，将所述第一离子液体、所述第二离子液体、所述锂盐和所述溶剂混合，制备得到所述锂离子电池电解液。可选地，以所述电解液的总重量为基准，所述第一离子液体和第二离子液体的总用量为3-80重量％，所述锂盐的用量为10-40重量％。可选地，所述第一离子液体与所述第二离子液体的重量比为1：(0.15-6)。本公开第三方面提供一种高压锂离子电池，该电池包括正极、负极和本公开第一方面提供的电解液。可选地，所述正极的活性材料选自LiNi0.5Mn1.5O4、LiCoPO4、Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2和LiCoMnO4中的一种或几种。本公开第四方面提供一种锂离子电池模组，该电池模组包括本公开第三方面提供的高压锂离子电池。通过上述技术方案，本公开的锂离子电池电解液中含有两种不同的离子液体，第一离子液体含有哌啶阳离子和三(五氟乙基)三氟磷酸阴离子，第二离子液体含有咪唑阳离子和四氰基硼酸阴离子。本公开的哌啶类离子有高的电化学稳定性，对水分非常稳定，不会发生分解生成HF,有更优的热稳定性，且本公开的咪唑类离子电化学窗口也比较宽,具有极低的粘度。因此本方案哌啶类离子液体与咪唑类离子液体不但弥补自身缺点的同时，又起到了优势互补，使得锂离子电池不但粘度低、导电率高，且电化学窗口较宽。同时，三(五氟乙基)三氟磷酸阴离子和四氰基硼酸阴离子可以显著提高电解液的稳定性。本公开的电解液粘度低、导电率高、抗氧化电位高，含有本公开电解液的锂离子电池的电化学窗口宽且稳定性好。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。本公开第一方面提供一种锂离子电池电解液，该电解液含有溶剂、第一离子液体、第二离子液体和锂盐；第一离子液体含有哌啶阳离子和三(五氟乙基)三氟磷酸阴离子，哌啶阳离子的结构如式(I)所示，其中，R0、R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地选自氢、卤素、C1-C10烷基、基团(CH2)xOH和基团(CH2)nOm(CH2)zOyCH3中的一种，x为1-10的任意一整数，n为1-10的任意一整数，m为0或1，z为0-6的任意一整数，y为0或1；第二离子液体含有咪唑阳离子和四氰基硼酸阴离子，咪唑阳离子的结构如式(II)所示；其中，R7、R8、R9和R10各自独立地选自氢、卤素、C2-C6氰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，该电解液含有溶剂、第一离子液体、第二离子液体和锂盐；/n所述第一离子液体含有哌啶阳离子和三(五氟乙基)三氟磷酸阴离子，所述哌啶阳离子的结构如式(I)所示，/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，该电解液含有溶剂、第一离子液体、第二离子液体和锂盐；
所述第一离子液体含有哌啶阳离子和三(五氟乙基)三氟磷酸阴离子，所述哌啶阳离子的结构如式(I)所示，

其中，R0、R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地选自氢、卤素、C1-C10烷基、基团(CH2)xOH和基团(CH2)nOm(CH2)zOyCH3中的一种，x为1-10的任意一整数，n为1-10的任意一整数，m为0或1，z为0-6的任意一整数，y为0或1；
所述第二离子液体含有咪唑阳离子和四氰基硼酸阴离子，所述咪唑阳离子的结构如式(II)所示；

其中，R7、R8、R9和R10各自独立地选自氢、卤素、C2-C6氰基烷基、C1-C12烷基和C1-C4烯基中的一种，R11为C1-C12烷基或C1-C4烯基。


2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，式(I)中，R0、R1、R2、R3、R4、R5和R6中至少有一个为所述基团(CH2)nOm(CH2)zOyCH3。


3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，式(I)中，R2、R3、R4、R5和R6分别为氢，R0和R1各自独立地为卤素、C1-C10烷基、所述基团(CH2)xOH或所述基团(CH2)nOm(CH2)zOyCH3。


4.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，式(I)中，R0为基团(CH2)nOm(CH2)zOyCH3，R1为卤素、C1-C10烷基或所述基团(CH2)xOH。


5.根据权利要求1-4中任意一项所述的电解液，其特征在于，式(I)中，m为1，和/或，y为1。


6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，式(II)中，R7、R9和R10分别为氢，R8选自卤素、C2-C6氰基烷基、C1-C12烷基和C1-C4烯基中的一种。


7.根据权利要求1-4和权利要求6中任意一项所述的电解液，其特征在于，以所述电解液的总重量为基准，所述第一离子液体与所述第二离子液体的总含量为3-80重量％，所述锂盐的含量为10-40重量％。


8.根据权利要求1-4和权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王克飞，张力，李少杰，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44