具有离子液体的电解质溶液及含有该电解质溶液的锂电池制造技术

一种含有具有式(I)结构离子液体的电解质溶液，其中，R1是C1-C6烷基，R2是C2-C7烷基，A-是如说明书定义的阴离子基团，具有该离子液体的电解质溶液展现高导电性、高热稳定性的性能。本发明专利技术同时还提供了具有该电解质溶液的锂电池。

【技术实现步骤摘要】
具有离子液体的电解质溶液及含有该电解质溶液的锂电池
本专利技术涉及一种含离子液体的电解质溶液，特别涉及一种具有该电解质溶液的锂电池。
技术介绍
近几年，随着锂电池跨入新能源汽车与储能系统，锂电池的市场占有率从2.5％提高到20％。如美国Zpryme公司预测，2014年全球智能电网市场规模将达1,714亿美元；在终端运用市场方面，美国派克研究(PikeResearch)最新报告也指出，2015年全球公车市场，将有32,000辆采用替代能源驱动，日渐扩大的商机，将推动全球对于锂电池的大量需求。这代表着电动车与动力电池市场即将来临。因此，新型耐高温锂离子电池的设计也日趋重要。推广电动车用锂离子电池的关键之一在于电池的安全性，目前最被广泛使用的有机电解质溶液为高度可燃物，在电池运转过程中，有时会有电压异常或充放电失去控制的状况，导致正极材料分解释放出氧气、电解质溶液分解产生具高度反应性离子等状况，伴随着温度升高，电池即可能产生爆炸。其中有机电解质溶液中含有电解质及复杂成分的溶剂，大部份现行被广泛使用的电解质溶液在60至100℃之间即开始产生程度不一的分解反应。因此寻找耐高温、耐高电压的电解质溶液成为增进锂离子电池安全性的主要课题，其中具有特殊性质的离子溶液也成为材料候选之一。现阶段对于离子液体用于电解质溶液的研究仍然有限，仍有多种用途待开发。近几年研究发现，室温状态下的离子液体具有特殊性质，例如极低蒸气压、低熔点、高极性、不可燃性、耐强酸等特性，现有技术已证明离子液体在锂离子电池电解质溶液方面的运用，成功提高电池的热稳定性，使电池的安全性更上一层。举例而言，WO2007/104144A1公开了一种阴离子结构：其可以与下列阳离子形成离子液体但是，先前技术中使用的离子液体，在锂离子电池电解质溶液的运用中遭遇的主要难题在于，离子液体常常须添加超过50重量％（wt％）才有明显抗热效果，可是离子液体粘度常比一般电解质溶液高，所以虽然加入离子液体可以增加导电离子数，但在添加量超过50wt％时，高粘度滞碍离子移动的效应超过了离子数增加的效应，导致在较高速率充放电时，电池电容量大幅下降，所以不但直接用离子液体取代一般电解质溶液中的溶剂部份不可行，高添加量的方法也有实用上的困难。离子液体添加量低于50wt％的现有技术，例如Kühnel等人于2011年在ElectrochimicaActa第56卷、第4092-4099页发表将1-正丁基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲基磺酰)酰亚胺(PYR14TFSI)与聚碳酸酯依不同比例混合，并以锂双(三氟甲基磺酰)酰亚胺(LiTFSI)做为锂盐进行热重分析(ThermogravimetricAnalysis)测试，其结果显示在离子液体添加量为20wt％时，即使温度仅提高到50℃，电解质溶液即有明显热反应，与未添加时差异不大。在电导率方面，添加2wt％的PYR14TFSI后，电解液电导率确实有所提高，但仅提高约0.25mS/cm(内插值)。另Zaghib等人(JournalofPowerSources，第195卷，第845-852页，2010年)也曾公开了在电解液中添加离子液体的电导率提高效果，其显示在含1MLiPF6的EC-DEC-VC(碳酸乙烯酯-碳酸二乙酯-碳酸亚乙烯酯)电解液中添加2wt％的1-甲基-3-乙基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺([EMI]TFSI)后，电解液电导率仅提高约0.1mS/cm(内插值)，同时热重分析显示，即使添加30wt％，热反应在50℃左右即开始发生，也与无添加者差别不大。此外，目前可用的离子液体大量使用以双(三氟甲基磺酰)酰亚胺(TFSI)为主的阴离子基团，其化学结构性质在高电压环境下发生裂解，适用电化学窗小于3.9V，进而影响锂离子电池在电动车与电动工具中的实用性，大部分提出的解决办法为改良并增加阳离子基团上的拉电子官能团，如F、Cl、CN等。因此，为了改善锂电池与电解质溶液中的上述问题，必须另寻具有高导电性、高热稳定性的离子液体，并以调合出兼顾有机电解质溶液与离子液体优点的混合电解质溶液为目标。
技术实现思路
针对上述技术缺陷，本专利技术提供一种新型电解质溶液，该电解质溶液具有高导电性、高热稳定性等特点。为上述本专利技术的目的，本专利技术提供一种电解质溶液，包括有机溶剂、锂盐以及离子液体。上述离子液体具有式(I)的结构：式中，R1是C1-C6烷基；R2是C2-C7烷基；A-选自下列阴离子基团所组成组中的一种：硫酸氢根、及其中，式(II)与式(III)中的X选自F、Cl、Br或I。优选地，以该电解质溶液总重量计，该离子液体的含量为0.1wt％至50wt％。本专利技术还提供一种包括本专利技术电解质溶液的锂电池。本专利技术提供的电解质溶液因添加具有式(I)结构的离子液体，而提高了电解质溶液离子电导率，且不因添加离子液体而降低电池的电容量，并可提高电解质溶液的热稳定性。附图说明图1为本专利技术锂电池的结构剖视示意图；图2为实施例4的阴极半电池充放电测试结果；图3为将比较例1与实施例1至4微分扫描热量计(DSC)热稳定性分析结果。【主要组件符号说明】10阳极110第一导电组件120阳极金属箔20阴极210第二导电组件220阴极金属箔30隔离膜300开口40容置空间50封装结构。具体实施方式以下通过特定的具体实施例详细说明本专利技术的
技术实现思路
及实施方式，该领域技术人员可由本说明书所公开了的内容轻易地了解本专利技术的优点及功效。本专利技术也可通过其它不同的具体实施例加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本专利技术的精神下进行各种修饰与变更。须知，本说明书的附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所公开了的内容，以供该领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，因此不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所公开了的
技术实现思路
涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“顶”、“底”及“一”等用语，仅为便于叙述明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，应该仍视为本专利技术可实施的范畴。本专利技术提供一种电解质溶液，包括有机溶剂、锂盐以及离子液体。该离子液体具有式(I)的结构：式中，R1是C1-C6烷基；R2是C2-C7烷基；A-选自下列阴离子基团所组成组中的一种：硫酸氢根、及其中，式(II)与式(III)中的X选自F、Cl、Br或I。在该电解质溶液中，有机溶剂的非限制性实例如下：可选自γ-丁内酯(γ-butyrolactone，简称GBL)、碳酸乙烯酯(ethylenecarbonate，简称EC)、碳酸丙烯酯(propylenecarbonate，简称PC)、碳酸二乙酯(diethylcarbonate，简称DEC)、乙酸丙酯(propylacetate，简称PA)、碳酸二甲酯(dimethylcarbonate，简称DMC)及碳酸甲乙酯(ethylmethylcarbonate，简称EMC)所组成组中的至少一种。此外，锂盐的非限制性实例如下：包括苯并咪唑系锂盐，或除了苯并咪唑系锂盐外，还包括LiPF6、LiBF4、LiAs本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解质溶液，包括：有机溶剂；锂盐；以及以所述电解质溶液总重量计，0.1wt％至50wt％的离子液体。

【技术特征摘要】
2012.05.31 TW 1011194711.一种电解质溶液，包括：有机溶剂；锂盐；以及以所述电解质溶液总重量计，0.1wt％至50wt％的离子液体，其中，所述离子液体具有式(I)的结构：式(I)中，R1是C1烷基，R2是C4烷基；A-为：式(II)的X选自F、Cl、Br或I。2.如权利要求1所述的电解质溶液，其特征在于，所述有机溶剂选自γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、乙酸丙酯、碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯所组成组中的至少一种。3.如权利要求1所述的电解质溶液，其特征在于，所述锂盐包括苯并咪唑系锂盐。4.如权利要求3所述的电解质溶液，其特征在于，所述锂盐包括LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、LiAlCl4、LiGaCl4、LiNO3、LiC(SO2CF3)3、LiN(SO2CF3)2、LiSCN、LiO3SCF2CF3、LiC6F5SO3、LiO2CCF3、LiSO3F、LiB(C6H5)4、LiBOB及LiCF3SO3所组成组中的至少一种。5.一种锂电池，包括如权利要求1-4中任一项所述的电解质溶液。6.如权利要求5所述的锂电池，其特征在于，包括：阳极；阴极；以及隔离膜，夹置于所述阳极与阴极之间，且所述隔离膜具有贯穿的开口，与所述阳极与阴极构成容置空间，以容纳所述电解质溶液。7.如权利要求6所述的锂电池，其特征在于，所述阳极包括：第一导电组件，以及阳极金属箔，形成于所述第一导电组件上，且所述隔离膜设于所述第一导电组件上，以使得部分所述第一导电组件自所述隔离膜的开口外露；所述阴极包括：第二导电组件，以及阴极金属箔，形成于所述第二导电组件上，使所述第二导电组件夹置于所述隔离膜与阴极金属箔之间，并由所述隔离膜与第一导电组件及第二导电组件构成容置空间，以容纳所述电解质溶液。8.如权利要求6所述的锂电池，其特征在于，包括封装结构，包覆所述阳极、阴极以及隔离膜。9.如权利要求7所述的锂电池，其特征在于，所述第一导电组件选自锂、合金、金属氧化物、氮化物、硅基材料、硫化物、磷化物及碳化物所组成组中的至少一种。10.如权利要求9所述的锂电池，其特征在于，所述金属氧化物为过渡金属钒酸盐。11.如权利要求9所述的锂电池，其特征在于，所述合金由选自Mg、Ca、Al、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Ni、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颢薰，王复民，刘融融，
申请(专利权)人：中国石油化学工业开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：