[发明专利]包括阴离子表面活性剂的离子液体电解质及包括其的电化学装置如蓄电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体电解质，尤其涉及一种包括离子液体溶剂、导电盐和阴离子表面活性剂的电解质。

因此，根据本发明所述的液体电解质可称为离子液体电解质。

更具体地本发明涉及一种用于可再充电锂蓄电池(或锂二次电池)包括离子液体溶剂和锂盐的电解质。

本发明还涉及一种电化学装置或系统，例如，可再充电蓄电池(或二次电池)，特别是包括这种电解质的一次锂蓄电池(电池)或锂离子蓄电池(电池)。

特别是，本发明可用于电化学存储，蓄电池或电池，尤其是锂蓄电池或电池领域。

背景技术

通常，本发明所述的技术领域可定义为电解质配制(或配方)的技术领域，具体为离子液体电解质的配制，即包括离子液体溶剂和溶质(如导电盐)的溶液，离子导电机构在溶液中起作用。

对于尤其受关注的锂蓄电池或电池，其通常由下列组件构成：

-两个电极，即正极和负极。正极通常包括作为电化学活性材料的锂插层材料(intercalation material)，例如，锂盐化过渡金属、橄榄石(LiFePO4)或尖晶石(例如，LiNi_0,5Mn_1,5O₄尖晶石)的层状氧化物。负极通常包括用于一次蓄电池、电池的作为电化学活性材料的金属锂，或插层材料(例如，石墨碳(Cgr))，或用于基于锂离子技术的蓄电池、电池的锂盐化钛氧化物(Li₄Ti₅O₁₂)，

-集电器，其中，通常用于负极的为铜，或用于正极的为铝，集电器可流通电子，并因此在外部电路中形成电子传导，

-电解质，其中进行离子传导以确保锂离子从一个电极传到另一个，

-隔膜，可避免电极相互接触形成短路。隔膜可为微孔聚合物膜。

特别地，蓄电池或电池具有如图1所示的纽扣电池的形状。

用于现有锂或锂离子蓄电池或电池的电解质为液体电解质，其由通常是碳酸盐的有机溶剂的混合物组成，锂盐溶解于其中。

因此，最新的有机溶剂为碳酸酯，可为环状，或不是环状的，例如，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸亚乙烯酯(VC)。尽管有很好的产率，但是这些有机电解质具有安全方面的问题。实际上，这些电解质易燃、易挥发，在有些情况下它们会造成火灾和爆炸。此外，由于其挥发性，这些电解质不能在大于60摄氏度的情况下使用；它们会造成锂蓄电池膨胀并引起锂蓄电池爆炸。

在电解质中添加的锂盐通常选自下列盐：

○LiPF₆：六氟磷酸锂，

○LiPF₄：四氟硼酸锂，

○LiAsF₆：六氟砷酸锂，

○LiClO₄：高氯酸锂，

○LiBOB：双草酸硼酸锂

○LiTFSI：双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(imidine)锂，

○LiBeti：双(全氟乙基磺酰基)酰亚胺(imidine)锂，

○LiFSI：双(氟磺酰基)酰亚胺(imidine)锂，

○或通式为Li[N(SO₂C_nF_2n+1)(SO₂C_mF_2m+1)]的盐，其中，n和m相同或不同，并且为1-10之间的自然整数，优选在1-5之间。

为了克服安全问题，特别是由于这些液体电解质的机溶剂具有低热稳定性、高蒸汽压和低着火点从而存在易燃的问题，建议用离子液体取而代之。

离子液体可以定义为包括阳离子和阴离子的液体盐。因此，离子液体通常由提供正电荷的大体积的有机阳离子和与之相关的提供负电荷的无机阴离子组成。并且，正如其名字那样，离子液体通常在0至200摄氏度特别是在室温附近的范围内为液体状态，因此，也被称为室温离子液体(RTIL)。

通过离子液体多样性使得其可形成许多种电解质。但是，还存在更受关注的离子液体族。这些族根据使用的阳离子的类型分成许多类。特别需要提及下列阳离子：

○二或三取代的咪唑鎓阳离子，

○季铵，

○二烷基哌啶鎓，

○二烷基吡咯烷鎓，

○二烷基吡唑鎓，

○烷基吡啶鎓，

○四烷基鏻，

○三烷基锍。