專利名稱：一種用于低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種鋰離子電池的電解液，特別是指一種用于低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，屬于鋰離子電池領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在電動汽車、航天技術(shù)和軍用低溫電源等應(yīng)用領(lǐng)域，由于鎘鎳、氫鎳等蓄電池采用水基電解液，存在低溫結(jié)冰的問題，在-20° C環(huán)境下工作已十分困難，更難以應(yīng)用于-40° C以下的超低溫環(huán)境。因此，對鋰離子電池在超常規(guī)條件下使用提出更高的要求，低溫或超低溫鋰離子電池的正常使用，已經(jīng)成為現(xiàn)今研究熱點。開發(fā)低溫放電性能優(yōu)良的鋰離子電池對軍事和航空航天事業(yè)的發(fā)展意義較為重大。目前，鋰離子電池低溫性能差主要是由于在低溫條件下(I)電池電解液部分析晶，導致電解液的傳輸性能減弱，離子遷移變慢，從而使得電導率降低；(2)電解液對隔膜的浸濕性以及鋰離子對隔膜的穿透性較差；電極與電解液之間的荷移阻抗增大，鋰離子在電極和電解液界面間擴散和電荷轉(zhuǎn)移速度變慢。電解液是影響鋰離子電池低溫性能的主要因素。針對上述問題，人們不斷地探索有機溶劑組成、鋰鹽種類和添加劑等對改善鋰離子電池低溫性能的影響。離子液體是一類完全由陰陽離子組成，在室溫或近室溫下呈液態(tài)的物質(zhì)。具有無飽和蒸汽壓、高的電導率、良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，較寬的電化學窗口，寬的液程等特點。近年來，離子液體應(yīng)用于電化學系統(tǒng)的可行性和優(yōu)越性已被廣大科研工作者所認可和接受。由于離子液體的液程范圍較寬，在較低的溫度下，仍具有良好的液態(tài)性質(zhì)。作為鋰離子電池電解液使用，可以有效地提高低溫性能，從而達到拓寬電解液工作范圍的目的，為鋰離子電池在航空航 天、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中使用有機溶劑在低溫條件下易于凝固、析晶等問題以及存在安全隱患的缺點，提供一種用于低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液。針對上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種用于低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，該電解液包括鋰鹽、非水溶劑、離子液體和添加劑。其特征在于所述的離子液體的陽離子為季銨類、季鱗類、咪唑類、吡唑類、哌啶類、吡咯類、胍類、硫類等離子液體中的一種或幾種，其陽離子中含有酯基官能團(如下面結(jié)構(gòu)式所示)，陰離子為TFSI' PF6' BF4'BOB' TFSA_、FSF中的一種或幾種。并且離子液體在該電解液中所占的重量比例為1_25%，離子液體與非水溶劑的重量比為1:0.1-5，鋰鹽在電解液中的濃度為1-1.5摩爾/升。
權(quán)利要求
1.一種用于低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，包括鋰鹽、非水溶劑、離子液體和添加劑，其特征在于所述的離子液體為酯基功能化離子液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，其特征在于所述離子液體的陽離子結(jié)構(gòu)含有以下酯基官能團:
3.根據(jù)權(quán)利要求2中R1-R40分別獨立的選自碳原子數(shù)為1-6的烷基或者取代烷基或者氫原子或者權(quán)利要求2中所述的酯基官能團。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，其特征在于所述鋰鹽為四氟硼酸鋰鹽、六氟磷酸鋰鹽、雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰鹽、雙草酸硼酸鋰鹽、高氯酸鋰鹽、(三氟甲基磺酰)亞胺鋰鹽、雙(三氟甲基磺酰)胺鋰鹽中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，其特征在于所述非水溶劑選自碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亞乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、亞硫酸二甲酯、亞硫酸二乙酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸異丙酯、乙酸異戊酯、1、3-丙磺酸內(nèi)酯或1、4- 丁磺酸內(nèi)酯中的兩種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，其特征在于所述添加劑為含氟碳酸酯、有機硼化物、砜類有機物、N, N-二甲基三氟乙酰胺、碳酸亞乙烯酯、1、3-丙橫酸內(nèi)酷、亞硫fe_■甲酷、亞硫Ife_■乙酷中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，其特征在于離子液體與非水溶劑的重量比為1:0.1-5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，其特征在于其特征在于離子液體的質(zhì)量百分含量為1_25%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，其特征在于所述鋰鹽在電解液中的濃度為1-1.5摩爾/升。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，其特征在于碳酸酯溶劑主要成分包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯。
11.根據(jù)權(quán)利要求10中任一項所述的低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，其特征在于碳酸乙烯酯的質(zhì)量百分含量為10-30%。
12.根據(jù)權(quán)利要求10中任一項所述的低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，其特征在于碳酸二甲酯的質(zhì)量百分含量為10-30%。
13.根據(jù)權(quán)利要求10中任一項所述的低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，其特征在于碳酸甲乙酯的質(zhì)量百分含量為30-55%。
14.配制權(quán)利要求1-6或11-13中任一項所述的低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液方法，其特征在于配制步驟依次為:非水溶劑配制，加入離子液體，最后分批向混合物中加入鋰鹽。
15.一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括電芯和電解液，其特征在于所述電解液為權(quán)利要求1-6或11-13中任意一項所述電 解液。
全文摘要
一種用于低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液，該電解液含有鋰鹽、非水溶劑、添加劑和離子液體。離子液體具有較寬的液程，在較低的溫度下，仍可保持良好的液態(tài)性質(zhì)。離子液體的加入，可以有效地改善鋰離子電池低溫性能，從而拓寬電解液的工作溫度范圍。由該電解液組成的電池在-40℃時的放電容量相當于常溫25℃時放電容量的60%。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中使用有機溶劑和鋰鹽組成的電解液存在低溫問題并且有安全隱患的缺點，提供一種用于低溫鋰離子電池的酯基離子液體電解液。
文檔編號H01M10/0568GK103151558SQ20131004635
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者張鎖江, 董陶, 蔡迎軍, 張亮 申請人:中國科學院過程工程研究所