[发明专利]用于锂离子电池的高压离子液体电解液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高电压锂离子电池的离子液体电解液，更具体地，本发明涉及高电压并提高电池电化学性能的锂离子电池的离子液体电解液。

背景技术

由于高技术电子工业的发展，电子设备变得更小和更轻，从而导致便携式电子仪器使用的增加。对锂二次电池的研究正在积极地进行，以便满足日益增加的对高能量密度电池的需要，所述电池用作这些便携式电子仪器的电源。

目前所使用的锂离子电池正极材料，如LiCoO₂、LiMn₂O₄以及新型的镍钴锰三元材料的电压平台大约为4V，限制了电池的功率，而且锂离子电池用钴系正极材料由于钴资源稀少导致价格昂贵，不可能广泛用于大型动力工具上。锰酸锂虽然因锰资源丰富而价格相对便宜，且安全无污染，但其高温循环稳定性差和容量衰减严重的问题还没有得到很好的解决，使其商品化受到限制。

在对LiMn₂O₄改性研究中发现由过渡金属取代的锰酸锂LiMn_2-XM_xO₄(M=Cr,Co,Ni,Cu,Fe,Mo,V)的循环性能明显优于LiMn₂O₄，而且随着过渡金属掺杂量的增加，材料在5V附近出现另一个放电平台。在这些尖晶石LiMn_2-XM_xO₄材料中，LiMn_1.5Ni_0.5O₄因具有较好的循环性能和相对较高的容量而受到广泛关注。其理论容量为147mAh/g，能量密度为690Wh/Kg。

作为开发中的正极材料，镍锰酸锂存在的核心问题主要是：需要有能在高电压下稳定工作的电解液。由于历史的原因，现在广泛使用的LiPF₆电解液的主要应用领域是以钴酸锂为正极，以石墨为负极的锂离子电池，这类电池的工作电压最高也只能达到4.2V，所以电解液体系的设计也一般只能保证在4.5V以下的范围内稳定使用，而镍锰酸锂的最高充电截止电压可达5.2V，因此常规电解液在此条件下的氧化分解问题变得明显起来。正极电位的提高也意味着负极区域的还原性环境增强，这也导致了镍锰酸锂匹配传统的石墨负极后表面SEI膜（固体电解质界面膜）形成的动力学发生变化，而不能形成有效的SEI膜隔离电解液和碳材料，则负极材料的循环寿命也大大降低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于高电压锂离子电池的离子液体电解液，其可以改进以镍锰酸锂为主的高电压锂离子电池的安全性和电化学性能。

为了实现上述方面，本发明提供一种高电压锂离子电池电解液，其中该电解液包括锂盐，有机溶剂，及离子液体，该离子液体是一系列咪唑类离子液体，其阴离子可以是PF₆^-、BF₄^-、TFSI^-、FSI^-、BOB^-等。

本发明提供的离子液体溶剂，其特征在于：所述的离子液体阳离子有如下结构，并且该离子液体在锂电池电解液中所占的重量比例为0.1%-95%；

上述结构中取代为一元、二元或三元取代，并且，R₁、R₂、R₃分别独立选自碳原子在0-20间的烷基、烷氧基、芳香基、羧基、羟基、氰基、硝基、醚氧基、卤素。尤其分别独立选自以下基团：甲基、乙基、丙基、丁基、乙烯基、烯丙基、丁烯基、亚乙烯基、苯基、苯甲基或苄基,X可以选自是PF₆^-、BF₄^-、TFSI^-、FSI^-、BOB^-等。