[发明专利]一种离子液体电解液及含有该电解液的二次锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及离子液体电解液及含有该电解液的二次锂电池。

背景技术

在二次锂电池中，主要采用锂金属或者碳材料作为负极。当负极材料采用锂金属时能够提供较高的输出电压和较大的电池容量，但目前就使用的电解液大多数为有机溶剂、锂盐以及电池添加剂组成。此电解液会与电池负极的金属锂反生化学反应和电化学反应，造成锂表面的不均匀钝化，从而产生锂枝晶，是电池产生安全隐患并有失效的可能。离子液体作为新型的具有高稳定化学及电化学性质的电解质，有望改变负极与电解质界面的性质，从而使得金属锂在负极材料上得到更好的应用，并保证电池的安全性能。

此外，离子液体是完全由离子组成的、在常温下呈液态的低温熔盐。近年来，离子液体在有机及高分子合成中受到广泛的重视，并在电化学方面对离子液体作了进一步的研究。与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有以下优点：(1)无色、无嗅，不挥发，几乎无蒸汽压。(2)具有良好的化学稳定性和电化学稳定电位窗口，同时具有较大的稳定温度范围。(3)离子液体对无机物、水、有机物的溶解性，可通过对离子液体阴阳离子的设计进行调节。

许金强等人对PP₁₃TFSI或PP₁₄TFSI哌啶类离子液体进行了研究，将他们与锂盐LiTFSI组成离子液体应用在二次锂电池中时，PP₁₃TFSI与PP₁₄TFSI比其他种类的离子液体表现出更加优异的性能：电化学窗口宽；抗氧化电位高；二次锂电池的负极极限电位低于金属锂的析出电位，可用于锂金属作为负极的二次锂电池。但哌啶类的离子液体也有其明显的缺点：当哌啶类离子液体作为电解质时出现高粘度、锂离子浓度低、电解液电导率较低等现象。

为了克服以上所述的缺点，研究者们提出了往离子液体中掺入有机溶剂的方法，来降低离子液体的粘度，并提高离子液体的电导率。但在混入有机溶剂时，也存在着相应的问题，若有机溶剂的添加量过少，则会不足以降低离子液体的粘度，对电导率提高效果也不明显；若有机溶剂添加量大，虽然可解决粘度及电导率的问题，但同时也会导致电解液的热稳定性和降低其抗氧化电位，使得二次锂电池的安全性能下降。

发明内容

针对上述现有技术的不足之处，本发明解决的问题为：现有的含哌啶类离子液体的电解液不能同时具有低粘度、高电导率、高抗氧化电位以及热稳定性的缺点。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案如下：

一种离子液体电解液，包括机溶剂、离子液体和锂盐，所述的离子液体主要包括两种，第一种离子液体为咪唑类离子液体，第二种离子液体为哌啶类离子液体。

进一步，以电解液总重量为参照基准，所述有机溶剂的质量含量为10％～90％，所述离子液体的质量含量为3％～85％，所述锂盐的质量含量为5％～30％。

进一步，所述的咪唑类离子液体与哌啶类离子液体的重量比例为1：10～10：1。

进一步，所述的哌啶类离子液体的结构如式(Ⅰ)所示：

在式(Ⅰ)中R₆为C₁-C₁₀的烷基、其中烷基可以是环状或非环状、直链或支链的，R₁～R₅独立的为氢或C₁-C₁₀的烷基，其中烷基可以是环状或非环状、直链或支链的。

进一步，所述的咪唑类离子液体的结构如式(Ⅱ)所示：

在式(Ⅱ)中R₇～R₁₀独立为氢或碳原子数为1～6的烷基，其中烷基可以是环状或非环状、直链或支链的，R₅独立为含碳原子数为1～6的烷基，其中烷基可以是环状或非环状、直链或支链的，X^-为TFSI^-、FSI^-、BF₄^-、PF₆^-或PO₂F₂^-。

进一步，所述的锂盐自选为LiTFSI、LiFSI、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、卤化锂、二氟磷酸锂、单氟磷酸锂及氟烃基磺酸锂中的一种或者几种。

进一步，所述的锂盐的阴离子与所述离子液体的阴离子相同或者不同。