[发明专利]一种锂离子电池用离子液体混合电解质

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池电解质领域，更具体的是涉及一种双草酸硼酸锂和双氟草酸硼酸锂充当锂盐、离子液体和非水有机溶剂混合物充当溶剂的离子液体混合电解质。

背景技术

电解质是锂离子电池中的重要组成部分，起到传输锂离子和传导电流的作用，是连接正负极电极材料的桥梁，其传输性能的好坏往往决定了锂离子电池能有多快将正负极中蕴藏的能量释放出来。传统的锂离子电池电解质是以六氟磷酸锂为锂盐、非水有机溶剂为溶剂所组成的，具有对微量水分、HF酸敏感、蒸汽压高、耐高温性能差、易燃等缺点，存在着严重的安全问题。近年来，锂离子电池已逐步应用于混合动力和纯电动汽车上，电动车用移动电源对锂离子电池的能量密度、功率密度提出了越来越高的要求，全球学术界及产业界都致力于研究开发新一代高电压、高能量密度的锂离子电池系统。目前，尽管高电压正极材料以及高比容量负极材料都取得了重大进展，然而传统的电解质具有的较窄的电化学窗口，高温性能差，易燃等缺点，已无法满足新一代锂离子电池的要求。因此，研发出一种具有高安全性、耐高温、宽电化学稳定窗口、高电导率、低粘度的锂离子电池电解质迫在眉睫。

离子液体是一类完全由阳离子和阴离子组成的室温熔融盐，其具有溶解性能强、蒸汽压低、耐热性高（液态温度范围宽）、电化学稳定窗口宽、不易燃、化学稳定性高、易于设计等优异的特点，被称为新一代“绿色溶剂”。自从1970年Wikes将离子液体应用于电池系统以来，尤其是近年来，离子液体吸引了众多科研工作者和产业界的研发兴趣。尽管其具有上述优点，但是也存在着突出的缺点，离子液体的阳离子优先于锂离子在电池碳负极材料表面上分解（0～1.0 V vs. Li/Li⁺）而导致锂离子无法在碳负极材料上可逆脱嵌，此外，离子液体的粘度（从几十到几百厘帕）比普通非水有机溶剂大一个数量级，电导率（1～10 ms/cm）较传统锂离子电池电解质低。

双草酸硼酸锂（LiBOB）和双氟草酸硼酸锂（LiDFOB）具有高的分解温度、稳定的电化学性能、高的电导率（与LiPF₆相当），而且其能在碳负极表面和锂离子正极材料表面上形成稳定的固体电解质界面膜（SEI），从而可以避免离子液体的阳离子在电解液表面分解，同时可以抑制正极材料由于高氧化性对溶剂造成的分解反应，并对正极集流体Al箔有优异的钝化效果。目前，LiBOB和LiDFOB被科研工作者和产业界用于负极成膜添加剂或高电压添加剂。但是，LiBOB和LiDFOB致命的缺点是其在传统的非水有机溶剂中溶解度过低，从而限制了其在锂离子电池电解质当中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高热稳定性、高电导率、低粘度、宽电化学稳定窗口、与正负极电极材料相容性好的锂离子电池用离子液体混合电解质。

为了达到上述目的，本发明的技术方案包括以下内容：

 一种锂离子电池用离子液体混合电解质，由锂盐、离子液体和非水有机溶剂组成；所述锂盐为双草酸硼酸锂（LiBOB）和双氟草酸硼酸锂（LiDFOB）中的一种或二者的混合物，锂盐浓度为0.5～1.2 mol/L，离子液体含量占总体积的40～90%，非水有机溶剂含量占总体积的10～60%；

所述的双草酸硼酸锂和双氟草酸硼酸锂的结构如下所示：

所述离子液体中阳离子选自下述结构：

上述结构中R₁、R₂、R₃、R₄相同或不同，视性能需要决定，为碳原子数在1～4之间的烷基、全氟烷基；

所述离子液体中阴离子选自下述结构：

    其中C_nF_2n+1中n的取值范围为1～8；

所述的非水有机溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、γ-丁内酯（γBL）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、二甲氧基甲烷（DMM）、二甲氧基乙烷（DME）、二乙氧基乙烷（DEE）、四氢呋喃（THF）、2-甲基四氢呋喃（2-Me-THF）中的任意一种或其中几种的混合物。

作为优选，C_nF_2n+1中n的取值范围为1～4。