含有离子液体电解质的锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂离子二次电池，包含正极、负极、隔膜和电解质，其中电解质为离子液体电解质，隔膜为极性多孔隔膜。离子液体电解质与极性多孔隔膜相结合应用于锂离子二次电池，使得电池的性能得到明显改善，包括提高电池大电流高倍率充放电性能、非常明显地延长了电池的循环寿命性能。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子二次电池。
技术介绍
电化学装置包括锂电池、锂离子(二次)电池、锂聚合物电池、电双层电容器、混合型电化学储能装置(例如基于电双层电容器的电极与基于法拉第电容器的电极相组合)、太阳能电池、电解装置、电催化反应装置等等，并不特别限制。本专利技术主要以锂离子二次电池作为应用实例。锂离子二次电池具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长等优良的电池特性，广 泛应用于移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等便携式电子产品。目前，大容量锂离子二次电池已在电动汽车中试用，将成为电动汽车的主要动力电源之一。锂离子二次电池在人造卫星、航空航天和储能方面也已逐步得到应用。随着锂离子二次电池应用领域的不断扩大，其安全性能显得愈发重要。迄今为止，商业化的锂离子二次电池电解质均采用有机溶剂与锂盐组成的混合物。有机溶剂一般沸点较低，如作为电解质重要组分之一的碳酸二甲酯沸点仅为90°C。在高温工作环境下，有机溶剂非常容易气化从而引发安全问题。即使全部使用高沸点溶剂，其本身的可燃性也决定了不可能从根本上消除安全隐患，电池的安全性仍得不到保障。因此，开发新型的高安全性(不可燃烧)的电解质迫在眉睫。离子液体(ionic liquid)是完全由离子组成的液态物质，在室温或低温下仍为液体，因此又称室温/低温熔融盐(room or low temperature molten salt),也称液体有机盐(liquid organic salt)。目前,离子液体应用于电解质引起了电化学领域技术人员的重视。离子液体具有如下特点1)液态温度范围宽，传统溶剂液态温度范围都比较窄，例如水的液态温度范围是O°C 100°C，而大多数离子液体的液态温度范围是-70 V 4000C ；2)离子液体溶解能力强且可调控，能溶解多种有机物和无机物，且可使溶液达到很高浓度；3)离子液体无显著蒸汽压，即使在较高温度下，也不易挥发；4)稳定性高，离子液体具有较好的热稳定性和化学稳定性，部分离子液体的分解温度在400°C以上，化学稳定性体现在离子液体一般条件下与很多物质不发生化学反应；5)导电性能良好，一般离子液体电导率为I lOmS/cm数量级；6)不易燃烧，即使使用明火也很难点燃某些种类的离子液体。所以，离子液体非常适用于作为电解质的组成成份之一，离子液体电解质有望彻底解决锂离子电池的安全问题。但是，离子液体往往黏度较高，当用作电化学装置的电解质时，大电流特征(也被称为“大倍率充电或放电特性”)和低温性能较差，无法满足实际应用。专利200580020411. 6提出了一种由离子液体、导电盐、成膜剂以及粘度调节剂组成的组合物在锂离子电池中用作电解质。专利200610051573. 2通过加入有机溶剂以降低离子液体电解质的黏度，有机溶剂的添加量一般不高于20%以保障安全性。专利200780006551. 7将离子液体与卤化试剂联合使用，其中卤化试剂含有至少氟原子作为卤素原子并且卤化度不超过87%，获得单相均匀的电解质，改善单独使用离子液体时的性能不足，同时又基本不影响离子液体的不可燃性。专利200810203458. I公开了一种低黏度的胍盐类离子液体的制备方法，并将其与有机溶剂(主要是碳酸酯类)按一定比例配制成电解质应用于锂离子二次电池，发现在高倍率(O. 5C及以上)充放电条件下电池具有较高的容量保持率和库仑效率。众多公开的文献表明，为改善离子液体电解质的性能不足，技术人员已做了许多尝试。加入有机溶剂以降低电解质的黏度并同时提高电导率是最常用的方法之一。但是，有机溶剂易燃，无法从根本上消除安全隐患，而且，纯粹依靠有机溶剂改善电解质性能效果有限，添加量少效果不明显，量多则无法体现离子液体的优势。一般来说，电化学二次电池性能的优劣是由正极材料、负极材料、隔膜、电解质四大主要材料协同作用的结果。离子液体电解质大电流性能不理想，除了与正极材料、负极材料相互作用之外，与其对隔膜的润湿性或兼容性亦紧密相关。目前，广泛应用于锂离子电池的隔膜是基于非极性的疏水性材料，如PE和/或PP。离子液体是强极性材料，几乎不能润湿非极性的PE和/或PP隔膜(参见实施例I)，这可能是文献中离子液体电解质无法体现 优良性能的原因之一。事实上，大部分关于离子液体电解质的文献并未对隔膜的材质或特征加以说明。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种锂离子二次电池，包含正极、负极、隔膜和电解质，其中电解质为离子液体电解质，隔膜为极性多孔隔膜。将离子液体电解质和极性多孔隔膜的组合共同应用于锂离子二次电池等电化学装置，可以更好地发挥离子液体电解质的优势，改善离子液体电解质的大电流性能，减小低温对装置性能的影响，更优地，使装置循环性能衰减变缓或不衰减，同时，增强电化学装置的安全性能。本专利技术的尚子液体电解质具有如下特点不含有或仅含有最闻30%的易挥发有机溶剂。应用于锂离子二次电池的离子液体电解质含有导电锂盐和以下基础组分70 100wt%的离子液体⑷；O 30wt%的有机溶剂⑶；O IOwt %的成膜剂(C)；O 10w%的其它功能添加剂⑶。上述基础组分中各物质的质量百分含量指该物质占基础组份(不含导电锂盐)的质量百分比。其中导电锂盐在离子液体电解质中的浓度(没有特殊限制)通常为O. I 5mol/L，优选O. 5 2mol/L。锂盐浓度过低，导致电解质导电能力或锂离子迁移能力不够，浓度过高，锂盐可能会在低温下析出，影响装置电化学性能。锂盐不作特别限定，可以选自高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、氟化锂(LiF)等无机锂盐，也可以选自三氟甲基磺酸锂(LiCF3S03)、二(三氟甲基磺酸)亚胺锂(LiN(CF3SO2)2)、三(三氟甲基磺酰)甲基锂(LiC(CF3SO2)3)等有机锂盐，还可以选自新型硼酸锂盐，例如双(邻苯二酚)硼酸锂(LiBBB)、双丙二酸硼酸锂(LiBMB)、双草酸硼酸锂(LiBOB)等，以及有机磷酸锂盐，例如三(邻苯二酚)磷酸锂(LiTBP)、三(全氟乙基)三氟磷酸锂(LiFAP)中的至少一种。在本专利技术中离子液体(A)是指分子结构包含由阳离子和阴离子形成的离子对，并且该物质往往具有较低的熔点，优选离子液体(A)的熔点低于100°C。其中阳离子具有环状或链状结构，并且带正电荷的中心原子一般是氮原子、磷原子或者硫原子，具体种类不作限定，优选具有如下所示的结构式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子二次电池，包含正极、负极、隔膜和电解质，其特征在于，所述电解质为离子液体电解质，所述隔膜为极性多孔隔膜。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子二次电池，包含正极、负极、隔膜和电解质，其特征在于，所述电解质为离子液体电解质，所述隔膜为极性多孔隔膜。2.根据权利要求I的锂离子二次电池，其特征在于，所述离子液体电解质包括导电锂盐和以下基础组分 70 100wt%的离子液体(A)； O 30wt%的有机溶剂(B)； O IOwt %的成膜剂(C)； O 10wt%的其它功能添加剂(D)。3.根据权利要求2的锂离子二次电池，其特征在于，所述导电锂盐选自高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、氟化锂(LiF)、三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)、二(三氟甲基磺酸)亚胺锂(LiN(CF3SO2)2)、三(三氟甲基磺酰)甲基锂(LiC(CF3SO2)3)、双(邻苯二酚)硼酸锂(LiBBB)、双丙二酸硼酸锂(LiBMB)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、三(邻苯二酚)磷酸锂(LiTBP)或三(全氟乙基)三氟磷酸锂(LiFAP)种的至少一种。4.根据权利要求2的锂离子二次电池，其特征在于，所述导电锂盐在离子液体电解质中的浓度为O. I 5mol/L。5.根据权利要求4的锂离子二次电池，其特征在于，所述导电锂盐在离子液体电解质中的浓度为O. 5 2mol/L。6.根据权利要求2的锂离子二次电池，其特征在于，所述离子液体(A)为熔点低于100°C的离子液体。7.根据权利要求2的锂离子二次电池，其特征在于，所述离子液体㈧的 阳离子选自8.根据权利要求2的锂离子二次电池，其特征在于，所述离子液体(A)的阴离子选自卤素阴离子、磷酸根、卤代磷酸根、烷基磷酸根、芳基磷酸根、硝酸根、硫酸根、硫氢根、六氟砷酸根、烷基硫酸根、芳基硫酸根、全氟烷基磺酸根、全氟芳基磺酸根、甲苯磺酸根、对甲苯磺酸根、高氯酸根、四氯铝酸根、七氯二铝酸根、四氟硼酸根、烷基硼酸根、芳基硼酸根、酰胺基、二氰胺基、糖精酸根、羧酸根、卤代羧酸根、双(全氟烷基磺酰基)酰胺阴离子中的至少一种。9.根据权利要求8的锂离子二次电池，其特征在于，所述离子液体(A)的阴离子选自F-、Cl-、Br-、六氟磷酸根、三氟甲基磺酸根、三氟乙酸根、双(三氟甲基磺酰基)酰胺阴离子中的至少一种。10.根据权利要求2的锂离子二次电池，其特征在于，所述离子液体(A)选自I-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐(EMI-BF4)、1-甲基-3乙基咪唑六氟磷酸盐(EMI-PF6)、1_甲基-3-乙基咪唑双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺(EMI-TFSI)、N，N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)铵四氟硼酸盐(EEMM-BF4)中的至少一种。11.根据权利要求2的锂离子二次电池，其特征在于，所述有机溶剂(B)选自碳酸酯、羧酸酯、羧酸酰胺、醚、含硫有机溶剂及其它们的衍生物中的至少一种。12.根据权利要求11的锂离子二次电池，其特征在于，所述有机溶剂(B)选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丙烯酯(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑卓群，顾斌，王红，柯了英，聂云华，
申请(专利权)人：微宏新材料湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：