[发明专利]一种二氟磷酸咪唑离子液体及其制备方法、电解液及应用

说明书

本发明属于新材料领域，提供了一种二氟磷酸咪唑离子液体及其制备方法，一种包含该离子液体的电解液及其应用。该二氟磷酸咪唑离子液体，具有如下结构式(I)。本发明的含二氟磷酸咪唑离子液体阳离子半径更小，易剥离，电导率更高。添加了二氟磷酸锂及[Im][PO₂F₂]离子液体的电解液，在低温情况下仍保持较高电导率，降低电池界面阻抗，降低低温下电池极化；在高温情况下，有效抑制LiPF₆的分解，有利于稳定的SEI膜形成，从而赋予锂电池优异的高低温循环性能。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种二氟磷酸咪唑离子液体及其制备方法，以及包含该液体离子的电解液及其应用。

技术背景

锂离子电池自20世纪90年代初问世以来，锂离子电池是绿色电池因其高能量密度、良好的循环性能及高的荷电保持性能，被认为是高容量大功率电池的理想之选。作为理想的储能蓄电系统的关键材料，磷酸铁锂和三元Li-Ni-Mn-Co-O两种正极材料显示出很好的性能

目前传统的锂离子电池，例如锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、三元电池都因为各自的缺陷而很难满足电动汽车和混合电动车对锂离子电池的要求。六氟磷酸锂主要用于锂离子电池电解质材料，六氟磷酸锂电解液主要用于锂离子电池制造。作为新一代锂离子电池制造材料，六氟磷酸锂产品具有绿色环保、占用体积小、发热少、储能高、性价比高等显著特点，代表着锂离子电池的最新发展方向。六氟磷酸锂又有着电压高，比能量大的特点，但也存在着热稳定性差易分解等特点，人们已经尝试通过向电解液中添加各种添加剂来抑制电解液在活性正极或负极表面分解，以防止性能劣化。二氟磷酸锂作为锂电添加剂，能改进电解液的低温性能及有效降低六氟磷酸锂的使用量，可以添加在六氟磷酸锂电解液中。

中国专利CN105800582A公开了一种合成并使用二氟磷酸锂用于锂离子电池的电解液的方法，锂离子电池表现出良好的高温储存性能，但是该方法合成二氟磷酸锂成本较高，电解液性价比不高并且低温循环性能有待提高。中国专利CN102993119A公开了一种将咪唑离子液体作为电解液配方的方法，该离子液体电解液在高电压下电化学稳定性高，电导性良好，但也存在着不耐高低温，稳定性不足的缺点。文献“基于二氟磷酸阴离子的新型液体离子”(A New Series of Ionic Liquids Based on the Difluorophosphate Anion，Matsumoto,Kazuhiko；Hagiwara,Rika，Inorganic Chemistry,Volume:48,Issue:15,Pages:7350-7358)报道了一系列阳离子为取代咪唑结构的二氟磷酸型液体离子，研究了二氟磷酸阴离子的水解稳定性，但并未进行具体应用。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种新型的二氟磷酸咪唑离子液体([Im][PO₂F₂])及其制备方法，一种含有该离子液体的电解液及其在锂离子电池中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一方面，本发明提供一种二氟磷酸咪唑离子液体，具有如下结构式(I)：

另一方面，本发明提供上述二氟磷酸咪唑离子液体的制备方法，包括如下步骤：

(1)N₂环境下，用乙腈作溶剂，向1份三氯氧磷中缓慢滴加0.9～1份的水，反应温度为0～20℃，优选反应温度为10℃，反应表示为：

(2)N₂环境下，用乙腈作溶剂，向步骤(1)的生成物中加入0.95～2份氟化锌，反应温度为70～90℃，优选反应温度为80℃，反应表示为：