[发明专利]一种用于锂二次电池的烷基噻吩离子液体电解液

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂二次电池的电解液，特别是一种用于锂二次电池的烷基噻吩离子液体电解液。

背景技术

锂二次电池由于其电压高、比能量大、循环寿命长和无记忆效应等优良的电池性能，得到了广泛的应用。随着锂二次电池应用领域的不断扩大，其安全隐患也日趋突出。电解液作为电池重要的组成部分，其性质直接影响到电池的工作电流、工作电压、使用寿命及安全性等特性。

目前，商业化的锂二次电池均采用有机溶剂与盐组成的混合电解液。有机溶剂的耐热特性与溶剂的蒸汽压、沸点有极大的依赖关系。一般在高温情况下，有机溶剂容易气化使得其安全性得不到保证。若单纯地利用高沸点溶剂，因其在室温时通常粘度很高，有的甚至为固体，因而并不能从根本上解决电解液的耐热性问题；而在低温条件下，这类电解液会析出锂盐，使得电解液中处于解离状态的离子浓度显著下降，造成正常的充放电过程受阻或性能劣化。为了满足电化学器件发展的需要，开发新型的电解液迫在眉睫。

离子液体作为电解液使用时，其既是溶质又是溶剂的特点可以较为简单地克服上述不足。专利CN 1123031A和CN1361716A分别公开了一种芳香族季铵类离子液体电解液，并将其应用在锂电池中。但上述离子液体的原料价格较高，使得这类离子液体的生产成本也较高。我们采用价格低廉的四氢噻吩作为原料合成出了烷基噻吩离子液体，由烷基噻吩离子液体与有机电解液溶剂共同组成的烷基噻吩离子液体电解液不仅具备离子液体优良的耐热性和阻燃性，还较芳香族季铵类离子液体电解液降低了生产成本。烷基噻吩离子液体电解液的熔点可以低于零下60℃，低于芳香族季铵类离子液体电解液的熔点(0℃左右)，根据电解液中加入的离子液体的量的不同，可以调整电解液的充放电性能、耐热安全性和低温工作性能来满足不同的要求。

发明内容

本发明目的是提供一种用于锂二次电池的烷基噻吩离子液体电解液。

本发明一种用于锂二次电池的烷基噻吩离子液体电解液的组成如下：

由烷基噻吩离子液体、锂盐和有机电解液溶剂共同组成；其中锂盐的摩尔浓度为0.1mol/L至1.5mol/L，有机电解液溶剂与噻吩离子液体的质量比为m，0≤m<100；其中烷基噻吩离子液体的化学结构式为

式中R为C2～C6的直链脂肪族烷基中的一种；A^-为BF₄^-、PF₆^-或CF₃SO₂)₂N^-；

锂盐为四氟硼酸锂盐、六氟磷酸锂盐或二(三氟甲基磺酰)亚胺锂盐；

有机电解液溶剂为甲酸甲酯、乙酸甲酯、氯甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙烯酯、丙酸丙烯酯、环丁内酯、溴环丁内酯、苯甲酸甲酯、甲基碳酸丙烯酯、乙基碳酸丙烯酯、甲基碳酸苯酚酯、碳酸乙烯酯、卤代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、二甲亚砜、乙甲基亚砜、三氟丙甲基亚砜、1，3—丙磺酸内酯、1，4—丁磺酸内酯、二氧戊环或二甲氧基丙烷。

烷基噻吩离子液体为乙基噻吩四氟硼酸盐、丙基噻吩四氟硼酸盐、丁基噻吩四氟硼酸盐、戊基噻吩四氟硼酸盐、己基噻吩四氟硼酸盐、乙基噻吩六氟磷酸盐、丙基噻吩六氟磷酸盐、丁基噻吩六氟磷酸盐、戊基噻吩六氟磷酸盐、己基噻吩六氟磷酸盐、乙基噻吩二(三氟甲基磺酰)亚胺盐、丙基噻吩二(三氟甲基磺酰)亚胺盐、丁基噻吩二(三氟甲基磺酰)亚胺盐、戊基噻吩二(三氟甲基磺酰)亚胺盐或己基噻吩二(三氟甲基磺酰)亚胺盐。

本发明一种用于锂二次电池的烷基噻吩离子液体电解液的制备方法如下：