[发明专利]具有离子液体电解质的电化学电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年5月29日提交的第61/057,179号美国临时专利申请的优先权，所述申请以其整体引用的方式并入本文中并用于所有目的。

发明背景

目前在包括消费类电子产品和汽车工业中的各种申请中，对于开发新一代高温稳定、高电压、不易燃的和持久可充电电池有极大兴趣。

因为具有有机溶剂的常规电解质一般是大量使用的并产生难以遏制的有害溢出的挥发性液体，所以其是危险化学品清单上的高危化学品。已知当使用诸如玻璃碳或铂的惰性电极时，发现基于有机溶剂的电解质比当使用包含如插层化合物的活性材料的电极时有较宽的稳定窗口。对于包含活性材料的电极，由于电解质与活性材料的相互作用，发现有较小的电解质稳定窗口。此外，增加温度加强这些相互作用而导致更小的稳定窗口。

离子液体是在环境温度下或接近环境温度下为液体的盐。不像常规有机溶剂，离子液体是不挥发的、不易燃的和在高达500℃的宽温度范围内是化学稳定的。这些性质有利于帮助降低蒸发的损失，消除易挥发的有机散发物，并改善安全性。离子液体的其它性质也证实是有利的。例如，许多离子液体具有在该温度下保持液态的宽的温度范围，并在宽pH范围内是稳定的。这有利于在所需pH下进行高温处理。离子液体还显示出在25℃下在玻璃碳电极间测得的高达5.5V的最宽的电化学稳定窗口(参见MacFarlane，et al.Journal.of PhysicalChemistry B.1999，103，4164)。

因此，亟需开发基于具有高热稳定性、宽电化学稳定窗口、低腐蚀性、优异的耐久性和高离子电导率的锂离子电化学电池和电池的离子液体的电解质。本发明满足了这些和其它需求。

发明概述

本发明提供了热稳定的锂离子电化学电池。所述电池包括电解质溶液，其包含锂化合物、离子液体或有机溶剂和离子液体的混合物。与常规的有机溶剂相比，离子液体允许容易地得到非常高的电解质浓度。有利地，所述电化学电池具有高热稳定性，宽电化学稳定窗口、低腐蚀性、优异的耐久性、高工作电压和高离子电导率。比诸如Al和Ni的其它常规金属集流体高的碳集流体的阳极稳定性；与离子液体的较高的阳极稳定性结合允许待使用的阴极活性材料的较高的电压，这将提高电池的能量密度。

一方面，本发明提供了锂离子电化学电池。所述电池包括正极，其包含正极活性材料和与所述正极材料电子导电接触的碳板集流体，负极，其包含负极活性材料和与负极材料电子导电接触的集流体，离子渗透隔板，和与所述负极和正极离子导电接触的电解质溶液。所述电解质溶液包含锂化合物和溶剂，所述溶剂选自式(I)的离子液体或有机溶剂和式(I)的离子液体的混合物：

Q⁺E^-                              (I)