[发明专利]一种锂二次电池用功能化离子液体电解质

说明书

技术领域

本发明属于储能领域，具体涉及一种锂二次电池用功能化离子液体电解质。

背景技术

在能源与环境备受关注的今天，储能电池有着极大的发展优势。锂电池是储能电池中的一种理想的选择，它诞生于20世纪90年代，是一种高能绿色电池，具有很多优势，如高电压、高比能量、工作温度宽、寿命长、自放电率低、无记忆效应等。锂电池在军事及民用小型电器中已经得到广泛应用，如手机、相机、笔记本电脑等电器所用的电池，并且逐步应用到潜艇、航天及电动车等领域。但仍有许多关键问题需要解决，才能更广泛的应用，如要保证其高的安全性、环境的友好性、同时需要提高其性能、降低成本等。

锂电池中电解液使用不当，可能会带来环境问题，因而寻求一种新的环境友好型的电解液势在必行。而近年来出现的一类新型液态离子化合物-离子液体，基本符合美国科学家阿那斯塔斯曾提出的“绿色化学”的原则。离子液体(Ionic liquids简称ILs)，顾名思义是指在室温下亦是液体状态的熔融盐，也称有机盐液体，非水离子液体等。一般离子化合物在室温下都是固态，而离子液体由于其阴、阳离子的体积大，并且不对称，所以空间位阻较大，因此阴、阳离子不能依靠静电力使它们内部微观结构紧密堆积，减小了离子间作用力，降低了晶格能，使得熔沸点下降，所以离子液体能在室温下呈液体状态。

离子液体具备其他化学物质所不能比拟的一些优点，其具有较宽的电化学窗口（一般在4～6伏），几乎没有蒸气压，热稳定的温度范围较宽（大多数300℃以内均为液体状态），化学稳定性高、不燃烧等。由于具有以上优势，离子液体作为电解液的研究逐步成为研究热点。一方面，离子液体能够满足绿色化学的要求，是当今发展的趋势，所以对它在锂电池中的应用研究非常必要。另一方面，传统锂离子电池采用的电解液基本都是易燃的有机溶剂，如果发生热失控，就会有冒烟、起火甚至还有爆炸的危险。而离子液体由于其特殊的化学性质，做电解液时可以大大提高锂离子电池的安全性能。

离子液体是由阴、阳离子构成的一种离子化合物，不含中性分子。按构成离子液体的阳离子分类，包括：季铵盐类、季磷盐类、咪唑盐类、吡咯烷类、哌啶类；按照阴离子分类，包括：AlCl₄^-、BF₄^-、PF₆^-、CF₃SO₃^-、(CF₃SO₃)₂N^-五种离子。此外，离子液体中的有机基团和取代基团可以被修饰与调整，通过的有机反应如加成、取代便可以得到目标官能团；也可以调整环上阴、阳离子的位置，来改变离子液体的结构，从而得到功能化的离子液体。这些离子液体各有优缺点，于是研究者们针对各种不足及应用中的需要，对离子液体电解液的结构和配方进行改进，进而提高离子液体做电解液在电化学中的应用。

近期，寇元等率先提出将离子液体功能化的思路：将功能团引入到离子液体的阳离子或阴离子上，这些功能团赋予了离子液体专一的特性。2006年，邓友全等人申请了一种具有高电化学稳定性的腈基化的功能化离子液体及其制备方法。腈基的引入使离子液体的电化学稳定性发生很大变化。其中，三甲基丁腈基铵双（全氟烷基磺酰基）亚胺盐的电化学窗口高达5.8V。2012年，Jin等人发表了醚基功能化的咪唑类离子液体，此类离子液体的电导率高达2.00mS/cm左右。电化学窗口能达到4.5V左右。在Li/LiFePO₄的电池中，具有很好的放电性能及循环性能。

最近，发明人合成出了新型具有酰胺基团的功能化离子液体。该离子液体具有氨基和酰基，提高了离子液体与电极、隔膜的匹配性；此类离子液体具有很高的电化学稳定性（电化学窗口＞4.5V）；在很宽广的温度范围内呈液态；能与有机溶剂任意比例混合，从而大大提高电解液的电导率。目前为止，尚未见有关此类离子液体应用在锂二次电池中的报道。

发明内容

本发明的目的是针对传统锂二次电池用有机电解质导致的安全问题，提出了一种锂二次电池用功能化离子液体电解质。