用于鋰金屬電池的電解質(zhì)溶液和鋰金屬電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于鋰金屬電池的電解質(zhì)溶液，其包含具有陽離子的離子液體，所述陽離子包含氮原子和醚基團。在所述陽離子的中心處的氮原子和在所述醚基團上的氧原子布置為單個碳原子位于所述氮原子和所述氧原子之間。本發(fā)明還提供了包含該電解質(zhì)溶液的鋰金屬電池。
【專利說明】用于鋰金屬電池的電解質(zhì)溶液和鋰金屬電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于鋰金屬電池中的電解質(zhì)溶液。

【背景技術(shù)】
[0002]近來，尖端電子行業(yè)的發(fā)展已允許將電子設(shè)備制得更小更輕，從而使得移動電子裝置的使用廣為擴展?，F(xiàn)今，隨著對為此類移動電子裝置供電的具有高能量密度的電池不斷增長的需求，對鋰二次電池的研究正在積極地進行之中。
[0003]在這些當(dāng)中，其中采用鋰金屬作為負電極的鋰金屬電池值得一提，因為它們能夠獲得高容量。由于鋰具有0.54g/cm3的低密度并且還具有-3.054V(使用標準氫電極(SHE)作為參比電極)的非常低的標準還原電勢，因而其作為用于高能量密度電池的電極材料吸引了人們的注意。
[0004]以前在用于鋰金屬電池的電解質(zhì)中使用有機溶劑。然而,在有機電解質(zhì)溶液中，負電極處的鋰以樹枝狀形式析出，這往往導(dǎo)致內(nèi)部短路。此外，由于化學(xué)活性的鋰金屬與易燃的有機溶劑一起存在，因而難以確保能承受實際使用的安全水平。
[0005]隨著對安全性的期望的日益增加，阻燃電解質(zhì)溶液的開發(fā)正在進行當(dāng)中。在此類研究中，離子液體已顯現(xiàn)出作為阻燃電解質(zhì)溶液的前景。這樣的離子液體包括N-甲基-N-丙基哌啶鍵雙(三氟甲磺?；?酰胺(PP13TFSA)(日本專利申請公開第2011-14478號(JP2011-14478A))和N，N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)銨雙(三氟甲磺?；?酰胺(DEMETFSA)(日本專利申請公開第2011-003313號(JP2011-003313A))。如本文所用的，“離子液體”指僅由作為陽離子和陰離子的組合的離子型分子構(gòu)成的物質(zhì)，并且指在常溫(15°C至25°C )下為液體的物質(zhì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]通過使用離子液體如PP13TFSA或DEMETFSA作為用于鋰金屬電池的電解質(zhì)溶液，獲得了比以前高的安全性，但使用常規(guī)離子液體如PP13TFSA或DEMETFSA作為電解質(zhì)溶液的鋰金屬電池在電池功率和容量方面仍不盡如人意。因此，存在對能夠進一步提高鋰金屬電池的功率和容量的電解質(zhì)溶液的需要。
[0007]已對提高鋰金屬電池的功率和容量的電解質(zhì)溶液進行了廣泛的研究。結(jié)果已發(fā)現(xiàn)，具有以下陽離子的離子液體具有比常規(guī)離子液體低的鋰金屬溶解/析出電阻并因此提高鋰金屬電池的功率和容量，所述陽離子包含氮原子和醚基團，在所述陽離子的中心處的氮原子和在所述醚基團上的氧原子布置為單個碳原子位于所述氮原子和所述氧原子之間。
[0008]因此，本發(fā)明提供了一種用于鋰金屬電池的電解質(zhì)溶液，所述電解質(zhì)溶液包含具有陽離子的離子液體，所述陽離子包含氮原子和醚基團。位于所述陽離子的中心處的氮原子和在所述醚基團上的氧原子布置為單個碳原子位于所述氮原子和所述氧原子之間。
[0009]本發(fā)明提供的用于鋰金屬電池的電解質(zhì)溶液具有低的鋰金屬溶解/析出電阻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]本發(fā)明的示例性實施方案的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)重要性將在下文結(jié)合附圖描述，在附圖中，相同的附圖標記表示相同的要素，且其中:
[0011]圖1為示出本發(fā)明的實施例和對比例中制得的電解質(zhì)溶液的鋰溶解/析出電阻的圖；和
[0012]圖2為示出本發(fā)明的實施例中制得的電解質(zhì)溶液的鋰溶解/析出電阻的圖。

【具體實施方式】
[0013]使用包含迄今使用的離子液體PP13TFSA或DEMETFSA的電解質(zhì)溶液的鋰金屬電池在電池功率和容量方面不盡如人意。
[0014]在應(yīng)對這一挑戰(zhàn)時，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，通過在電解質(zhì)溶液中使用包含以下陽離子的離子液體，獲得了比以前可能的低的鋰金屬溶解/析出電阻(鋰金屬負電極電阻)，從而使得鋰金屬電池的功率和容量得到改善，所述陽離子包含氮原子和醚基團，其中在所述陽離子的中心處的氮原子和在所述醚基團上的氧原子布置為單個碳原子位于所述氮原子和所述氧原子之間。
[0015]所述離子液體，其具有包含氮原子和醚基團的陽離子，在所述陽離子的中心處的氮原子和在所述醚基團上的氧原子布置為單個碳原子位于所述氮原子和所述氧原子之間，可包括下式(I)的季銨陽離子。
[0016]

【權(quán)利要求】
1.一種用于鋰金屬電池的電解質(zhì)溶液，包含具有陽離子的離子液體，所述陽離子包含氮原子和醚基團，在所述陽離子的中心處的所述氮原子和在所述醚基團上的氧原子布置為單個碳原子位于所述氮原子和所述氧原子之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)溶液，其中所述陽離子是直鏈的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)溶液，其中所述離子液體包含由下式(3)所表示的銨陽離子(N122.1ol):
由下式⑷所表示的銨陽離子(P1.1oD:
或它們的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的電解質(zhì)溶液，還包含有機溶劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的電解質(zhì)溶液，還包含由下式所表示的雙(三氟甲磺?；?酰胺(TFSA):
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的電解質(zhì)溶液，還包含含鋰的金屬鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解質(zhì)溶液，其中所述含鋰的金屬鹽為雙(三氟甲磺酰基)酰胺鋰(LiTFSA)。
8.—種鋰金屬電池，包括: 正電極層， 負電極層，和 電解質(zhì)層，所述電解質(zhì)層包含根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的電解質(zhì)溶液，并且所述電解質(zhì)層設(shè)置在所述正電極層和所述負電極層之間。
【文檔編號】H01M10/056GK104078706SQ201410113908
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】中本博文, 河村芳海 申請人:豐田自動車株式會社