[发明专利]一种咪唑类离子液体及其制备方法和应用

说明书

本发明为一种咪唑类离子液体及其制备方法和应用。该离子液体的结构式如下，其中，n₁为2，3或4；n₂为0或1；Y^‑为BF₄^‑，PF₆^‑，TFSI^‑，N(CN)₂^‑或(FSO₂)₂N^‑。该咪唑类离子液体通过采取三元取代，同时引入给、吸电子两类基团，且具有腈基和烯基两种不同类型的不饱和键结构；制备过程中，选取适合的参数来引入腈基。该离子液体作为锂离子电池电解液时，能提高电解液的电化学窗口，将其应用于以LiNi_0.5Mn_1.5O₄为正极材料的高压锂离子电池中，能提高锂离子电池的安全性和电化学性能。

技术领域

本发明涉及离子液体技术领域，特别的是涉及一种咪唑类离子液体的制备及其在高压锂离子电池电解液中的应用。

背景技术

锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长和无记忆效应等优点而引起各研究机构的广泛关注和深入研究，使其得到迅速发展并已被广泛应用于移动通讯、手提电脑等便携式设备中。近几年，随着电动汽车的快速发展，锂离子电池作为高功率动力电源应用于电动汽车、混合电动汽车等领域成为必然趋势，这也使锂离子电池面临着前所未有的挑战——提高电池安全性能和能量密度。

目前已经报道的几种主要高压正极材料包括LiCoPO₄(4.8V)、LiNi_0.5Mn_1.5O₄(4.7V)、三元材料LiNi_1-xyCo_xMn_yO(0≤x，y≤1，x+y≤1)以及富锂等。LiNi_0.5Mn_1.5O₄因其高功率和能量密度，而被认为是一种理想的商用电池材料。然而，LiNi_0.5Mn_1.5O₄高压正极材料的应用由于电解液的局限而受到阻碍，其中最大的原因就是目前商业用的碳酸酯基电解液电化学窗口低。当电池电压达到4.5V(vs.Li/Li⁺)左右时电解液便开始发生剧烈的氧化分解反应，导致电极/电解液之间界面阻抗增加，从而恶化电池性能。所以，现在的当务之急在于开发出具有高电化学窗口的锂离子电池电解液，使其应用在高压LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料时也不发生分解，能持续供给，保证电池正常运行。

离子液体是由阴、阳离子所构成的在室温条件下呈液态的盐类物质。与传统的有机溶剂相比，离子液体具有熔点低、蒸汽压极低、化学稳定性和热稳定性高、电化学窗口宽、电导率高、可循环使用等优点。1979年，Robinson等将离子液体应用于电化学领域。研究表明：离子液体具有离子导电性好、电化学窗口宽等电化学特性，可广泛应用于锂离子电池领域。迄今为止，常见离子液体类别，如咪唑类、季铵类、季鏻类、吡咯类和哌啶类离子液体都成功地以各种应用形式作为安全型电解质应用于锂二次电池，这些离子液体电解质的相关研究报道，已被研究者们详细地综诉。目前研究最多的离子液体电解质为咪唑类，取代基多数为咪唑环上N位上的取代，但咪唑环2-位碳上的质子很容易被还原，还原电位为(1Vvs.Li/Li⁺)，金属锂表面形成不了保护性的膜层，也不能进行可逆的阴阳极极化。此外，离子液体的粘度普遍较高，制约了其在锂离子电池电解液中的应用。

发明内容