專利名稱：兩性離子液體電解質(zhì)材料及其制備與在鋰電池電解液中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)材料合成和電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一類含季銨陽離子、磺酸陰離子、有機(jī)硅功能團(tuán)以及聚醚柔性分子鏈段的兩性離子液體電解質(zhì)材料的制備及其在鋰電池電解液功能添加劑中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有開路電壓高、比容量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好、自放電小、應(yīng)用范圍寬、無記憶效應(yīng)、無污染等優(yōu)點(diǎn)，作為新型綠色電池，目前已廣泛地應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品中，并正積極地向國(guó)防工業(yè)、空間技術(shù)、電動(dòng)汽車和靜置式備用電源等領(lǐng)域發(fā)展。電解液是鋰離子電池的重要組成部分，是在電池正、負(fù)極之間起傳導(dǎo)作用的離子導(dǎo)體，是連接正、負(fù)極材料之間的橋梁，它本身的性能及其與正負(fù)極形成的界面狀況很大程度上影響電池的 性能。選擇合適的電解液是獲得高能量密度和功率密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和安全性良好的鋰離子電池的關(guān)鍵因素之一。目前商業(yè)電解液主要是由多種有機(jī)碳酸酯溶劑混合組成，但是這類電解液易燃、易揮發(fā)，導(dǎo)致了鋰離子電池的安全事故頻頻發(fā)生；此外，有機(jī)碳酸酯類電解液還存在高低溫性能、安全性、大容量和高倍率放電不足等缺點(diǎn)。當(dāng)在鋰離子電池有機(jī)電解液中添加少量的功能添加劑時(shí)，電池的電化學(xué)性能如電導(dǎo)率、循環(huán)效率和可逆容量等能夠得到明顯的改善。它們具有“用量小、見效快”的特點(diǎn)，操作簡(jiǎn)單，可直接加入到有機(jī)電解液中。在基本不增加電池成本的基礎(chǔ)上，就能顯著改善電池的性能。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)高安全性和高性能的新型電解液添加劑是鋰離子電池材料的研究熱點(diǎn)。離子液體電解質(zhì)材料由于具有優(yōu)良的安全性，其研究開發(fā)受到廣泛的重視。離子液體具有許多優(yōu)異的理化特性(1)蒸氣壓極低；(2)耐熱性高，液態(tài)溫度范圍寬(可達(dá)300°C) ; (3)難燃性；(4)化學(xué)穩(wěn)定性高，且對(duì)其它極性物質(zhì)的溶解性能優(yōu)良；(5)電化學(xué)窗口寬，分解電壓高(可達(dá)到6V) ; (6)物理化學(xué)性質(zhì)可通過對(duì)陽離子的化學(xué)修飾或改變陰離子進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)。離子液體的這些獨(dú)特性能使得其作為電解質(zhì)材料在電化學(xué)領(lǐng)域得到逐步而廣泛的應(yīng)用。兩性離子液體是通過化學(xué)鍵將正、負(fù)離子連接在一起的離子液體，從而可以阻止正離子在電場(chǎng)影響下的遷移。Forsyth等人研究了咪唑陽離子、磺酸陰離子型兩性離子液體添加于聚合物電解質(zhì)中顯著提高其鋰離子遷移速率和傳導(dǎo)率(Nat.Mater. 3 (2004) 29; Electrochim. Acta 50 (2005) 3917)。Nguyen 等人研究了功能化的哌唳(吡咯)陽離子、磺酸陰離子型兩性離子液體作為商業(yè)鋰離子電池電解液添加劑，該類添加劑的添加能顯著提高電池的倍率性能(Electrochem. Commun. , 9(2007) 109)。通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開發(fā)新型功能化的陽離子或陰離子型兩性離子液體仍然有很大的研究空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一類應(yīng)用范圍廣的含季銨陽離子、磺酸陰離子、有機(jī)硅功能團(tuán)以及聚醚柔性分子鏈段的兩性離子液體電解質(zhì)材料。本發(fā)明并提供了上述兩性離子液體電解質(zhì)材料的制備方法及其鋰電池中的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種兩性離子液體電解質(zhì)材料，其特征在于，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如式I所示
2.如權(quán)利要求I所述的兩性離子液體電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于其通過有機(jī)硅胺化合物與磺酸內(nèi)酯反應(yīng)制備，通過重結(jié)晶的方法純化得到。
3.如權(quán)利要求I所述的兩性離子液體電解質(zhì)材料用作功能添加劑應(yīng)用于鋰離子電池中的用途。
4.如權(quán)利要求3所述兩性離子液體電解質(zhì)材料用作功能添加劑應(yīng)用于鋰離子電池中的用途，其特征在于所述兩性離子液體電解質(zhì)材料作為電解質(zhì)添加劑應(yīng)用于鋰離子電池，所述鋰離子電池的電解液包括鋰鹽、高介電常數(shù)溶劑或低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑、和化學(xué)結(jié)構(gòu)如式I所示的兩性離子液體。
全文摘要
本發(fā)明提供一類兩性離子液體電解質(zhì)材料及其制備方法與其在鋰電池中的應(yīng)用。其化學(xué)結(jié)構(gòu)如式I所示，其中兩性離子液體的中心陽離子為季銨鹽，中心陰離子為磺酸根，并且氮的烷基側(cè)鏈有聚醚鏈和有機(jī)硅功能團(tuán)。其中R1,R2選自相同或不同的C1-C3烷基；X為(CH2)nO[(CH2)mO]a(CH2)b結(jié)構(gòu)的聚醚鏈段，n,m為0-3的整數(shù)，a,b為1-3的整數(shù)；Y為C3-C4的亞甲基鏈；R3,R4和R5選自相同或不同的C1-C3的烷基或烷氧基團(tuán)，或?yàn)?O-SiR6R7R8的結(jié)構(gòu)單元，R6,R7和R8為相同或不同的C1-C3的烷基。本發(fā)明兩性離子液體可作為添加劑應(yīng)用于鋰離子電池，電解液包括鋰鹽，高介電常數(shù)溶劑或低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑，和化學(xué)結(jié)構(gòu)如式1所示的兩性離子液體。該類材料也可以應(yīng)用于其它電化學(xué)儲(chǔ)能器件。
文檔編號(hào)H01G9/035GK102723528SQ20121018510
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者張靈志, 汪靖?jìng)?申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所