一种离子液体改性电解液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电池电解液技术领域，公开了一种离子液体改性电解液及其制备方法和应用。该离子液体改性电解液包括溶剂和锂盐，溶剂包括有机溶剂和水苏碱类离子液体，水苏碱类离子液体占所述溶剂的质量百分比为1％

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体改性电解液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池电解液
，具体涉及一种离子液体改性电解液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电解液对于锂离子电池的稳定运行起着至关重要的作用。近年来，因对高能电池的需求不断增加，研发人员尝试扩大电解液的电化学窗口以使其能在具有极低还原电位的锂金属阳极(LMA，相对标准氢电极为
‑
3.040V)和具有高氧化电位(>4.5V vs Li/Li+)的阴极中工作。但锂离子电池中的常规电解质不适用于锂金属电池(LMB)，因其会导致Li枝晶的生长，且LMA的库仑效率(CE)较低。现有技术研究了含高浓度锂盐(4
‑
6mol/L)的电解液，采用双阴离子的协同作用抑制锂枝晶的形成和正极集流体的腐蚀，从而提高电池的循环性能，但该技术并不适应于锂盐浓度相对较低的电解液，制备的锂电池也无法在不同倍率下运行后的仍然保持良好的循环稳定性，尤其是在高倍率下运行后进入低倍率时，充放电容量会明显下降。
[0003]此外，传统的碳酸盐溶剂具有高挥发性和易燃性，存在严重的安全风险，而且LiPF6化学性质不稳定，这使得电解质对水分和温度变化高度敏感。即使与添加剂组合，电解质的电化学窗口也只能在4.4V以内。下一代电池需要更高的能量密度(更高的电压或容量)和更宽的工作温度，并且必须满足用于智能电话，电动车辆，智能电网和更高的安全标准等，传统电解质的这些缺点阻碍了下一代电池的发展。因此对电解质的研究愈发重要，如研究离子液体、高分子电解质、无机固体电解质和盐浓缩的电解质以超越传统的锂离子电解质。
[0004]因此，亟需提供一种电解液，能够显著提高磷酸铁锂电极的充放电容量，且使其在不同倍率下运行后仍然能保持良好的充放电容量。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种离子液体改性电解液及其制备方法和应用。本专利技术提供的离子液体改性电解液，能够显著提高磷酸铁锂电极的充放电容量，且使其在不同倍率下运行后，尤其是在高倍率下运行后进入低倍率时，仍然能保持良好的充放电容量。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种离子液体改性电解液。
[0007]具体地，一种离子液体改性电解液，包括溶剂和锂盐，所述溶剂包括有机溶剂和水苏碱类离子液体，所述水苏碱类离子液体占所述溶剂的质量百分比为1％
‑
50％，所述水苏碱类离子液体的阳离子结构如式(1)所示：
[0008][0009]式(1)中，R1、R2、R3代表C1
‑
C6的烷基。
[0010]优选地，式(1)中，R1、R2、R3分别独立地选自
‑
CH3、
‑
CH2CH3、
‑
CH2CH2CH3、
‑
CH2CH2CH2CH3、
‑
CH2CH2CH2CH2CH3中的一种。
[0011]优选地，所述水苏碱类离子液体的阴离子选自六氟磷酸根(PF6‑
)、四氟硼酸根(BF4‑
)、高氯酸根(ClO4‑
)、双草酸硼酸根(BOB
‑
)、二氟草酸硼酸根(DFOB
‑
)、双氟磺酰亚胺根(FSI
‑
)、双三氟甲基磺酰亚胺根(TFSI
‑
)中的至少一种。
[0012]优选地，所述水苏碱类离子液体选自水苏碱丁酯双三氟甲基磺酰亚胺锂(P
1,1
‑4TFSI)、水苏碱乙酯双三氟甲基磺酰亚胺锂(P
1,1
‑2TFSI)、水苏碱丙酯双三氟甲基磺酰亚胺锂(P
1,1
‑3TFSI)、水苏碱戊酯双三氟甲基磺酰亚胺锂(P
1,1
‑5TFSI)、水苏碱乙酯双氟磺酰亚胺锂(P
1,1
‑2FSI)、水苏碱丙酯双氟磺酰亚胺锂(P
1,1
‑3FSI)、水苏碱丁酯双氟磺酰亚胺锂(P
1,1
‑4FSI)、水苏碱戊酯双氟磺酰亚胺锂(P
1,1
‑5FSI)中的至少一种。
[0013]进一步优选地，所述水苏碱类离子液体选自水苏碱丁酯双三氟甲基磺酰亚胺锂(P
1,1
‑4TFSI)、水苏碱戊酯双三氟甲基磺酰亚胺锂(P
1,1
‑5TFSI)、水苏碱丁酯双氟磺酰亚胺锂(P
1,1
‑4FSI)、水苏碱戊酯双氟磺酰亚胺锂(P
1,1
‑5FSI)中的至少一种。
[0014]更优选地，所述水苏碱类离子液体为水苏碱丁酯双三氟甲基磺酰亚胺锂(P
1,1
‑4TFSI)。
[0015]优选地，所述离子液体改性电解液中锂盐的含量为0.1
‑
4.0mol/Kg；进一步优选地，所述离子液体改性电解液中锂盐的含量为0.2
‑
2.0mol/Kg；优选地，所述离子液体改性电解液中锂盐的含量为0.2
‑
1.0mol/Kg。
[0016]优选地，所述水苏碱类离子液体占所述溶剂的质量百分比为5％
‑
30％；进一步优选地，所述水苏碱类离子液体占所述溶剂的质量百分比为5％
‑
20％。
[0017]优选地，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的至少一种。所述锂盐中的阴离子与离子液体中的阴离子可以相同或不同。
[0018]优选地，所述有机溶剂占所述溶剂的质量百分比为95％
‑
30％；进一步优选地，所述有机溶剂占所述溶剂的质量百分比为70％
‑
95％。
[0019]优选地，所述有机溶剂选自羧酸酯、碳酸酯、芳香酸酯、内酯、亚硫酸酯、亚硫酸酯、亚砜类中的至少一种。
[0020]优选地，所述有机溶剂选自甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙烯酯、环丁内酯、苯甲酸甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、二甲基亚砜、乙甲基亚砜、1,3
‑
磺酸内酯、1,4
‑
丁酸内酯，以及含氟、
含硫和含有不饱和键的有机酯中的至少一种。
[0021]优选地，所述有机溶剂为碳酸酯；进一步优选地，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸亚乙烯酯中的至少一种。
[0022]优选地，所述离子液体改性电解液还包括咪唑类、吡咯烷类、吡啶类、哌啶类、酰胺类离子液体中的至少一种。上述离子液体可以以任意比例与水苏碱类离子液体混合。
[0023]本专利技术第二方面提供了一种离子液体改性电解液的制备方法。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子液体改性电解液，其特征在于，包括溶剂和锂盐，所述溶剂包括有机溶剂和水苏碱类离子液体，所述水苏碱类离子液体占所述溶剂的质量百分比为1％
‑
50％，所述水苏碱类离子液体的阳离子结构如式(1)所示：在式(1)中，R1、R2、R3代表C1
‑
C6的烷基。2.根据权利要求1所述的离子液体改性电解液，其特征在于，在式(1)中，R1、R2、R3分别独立地选自
‑
CH3、
‑
CH2CH3、
‑
CH2CH2CH3、
‑
CH2CH2CH2CH3、
‑
CH2CH2CH2CH2CH3中的一种。3.根据权利要求1所述的离子液体改性电解液，其特征在于，所述水苏碱类离子液体的阴离子选自六氟磷酸根、四氟硼酸根、高氯酸根、双草酸硼酸根、二氟草酸硼酸根、双氟磺酰亚胺根、双三氟甲基磺酰亚胺根中的一种。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的离子液体改性电解液，其特征在于，所述水苏碱类离子液体选自水苏碱丁酯双三氟甲基磺酰亚胺锂、水苏碱乙酯双三氟甲基磺酰亚胺锂、水苏碱丙酯双三氟甲基磺酰亚胺锂、水苏碱戊酯双三氟甲基磺酰亚胺锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宣，陈正件，刘凌雯，徐林，孔晶，陈晓欣，费玉清，杨岳，李江南，
申请(专利权)人：珠海中科先进技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：