[发明专利]一种锂离子电池低共熔液体水系电解液的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种锂离子电池低共熔液体水系电解液的制备方法及应用，称取摩尔比为1：2.5～3的双三氟甲烷磺酰亚胺锂和三氟乙酰胺，25～65℃搅拌至形成透明的溶液，加入水，得到电解液。以锰酸锂，磷酸钛锂构成的全电池在2.5V的工作电压下可稳定循环400圈。电解质的凝固点降低至‑61.67℃。在温度为‑10℃以及电流密度为0.1Ag^‑1的条件下稳定循环250圈后仍能保留初始容量的88％，库伦效率维持在97％以上。

技术领域

本发明属于水系电解液技术领域，具体涉及一种锂离子电池低共熔液体水系电解液的制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池已经广泛用于各种储能设备，如便携式电子产品，电动汽车等。但是其由于易燃的有机电解液带来的安全问题也引起了人们的担忧。水系电解液因其安全不易燃，可免于严格的制造要求等优点可以解决上述有机电解液存在的问题而重新进入了人们的视野。但是，水固有的电化学窗口窄，仅有1.23V，不仅限制了电极材料的选择，同时，水容易在负极侧产生的析氢反应，也严重影响了电池的长期稳定循环。通过控制电解液的PH，将电解液调整为中性或者碱性可抑制水在负极侧的析氢反应，但是相应的会加重电解液的析氧反应，减弱电解液在正极侧的稳定性，因此人们需要开发更加有效地方式控制析氢反应。

电池中在电极界面形成的固态电解质间相也是影响电池性能的一项重要因素，有机电解液中，固态电解质间相的形成主要来源于有机溶剂，以及锂盐分解形成的沉淀物质。水系电解液中的溶剂是水，分解只能产生H₂和O₂无法生成沉淀物质，电解质盐分解形成的碳酸锂氧化锂等沉淀物质也会由于水强大的溶解能力无法稳定沉积。稳定的固态电解质间相的缺失会导致锂离子溶剂化结构中的水分子持续与电极接触分解，进而使得电池失效。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

作为本发明其中一个方面，本发明提供一种锂离子电池低共熔液体水系电解液的制备方法，其由以下步骤组成，

称取摩尔比为1：2.5～3的双三氟甲烷磺酰亚胺锂和三氟乙酰胺，25～65℃搅拌至形成透明的溶液，加入水，水与双三氟甲烷磺酰亚胺锂的摩尔比为0.5～2：1，继续搅拌10～20h，得到LiTFSI-TFA-H₂O电解液。

作为本发明所述的锂离子电池低共熔液体水系电解液的制备方法的一种优选方案：所述双三氟甲烷磺酰亚胺锂和三氟乙酰胺的摩尔比为1：2.8。

作为本发明所述的锂离子电池低共熔液体水系电解液的制备方法的一种优选方案：所述25～65℃搅拌至形成透明的溶液，为60℃加热搅拌12～14h。

作为本发明所述的锂离子电池低共熔液体水系电解液的制备方法的一种优选方案：所述搅拌，搅拌速率为50～400rpm。

作为本发明所述的锂离子电池低共熔液体水系电解液的制备方法的一种优选方案：水与双三氟甲烷磺酰亚胺锂的摩尔比为1：1。

作为本发明所述的锂离子电池低共熔液体水系电解液的制备方法的一种优选方案：所述继续搅拌10～20h，为继续搅拌12h。

作为本发明的另一个方面，本发明提供所述的锂离子电池低共熔液体水系电解液的应用：以LiTi₂(PO₄)₃为负电极，LiMn₂O₄为正电极，LiTFSI-TFA-H₂O为电解液，其中，所述正电极，其制备方法为，将70wt％LiMn₂O₄、20wt％乙炔黑碳和10wt％的聚偏二氟乙烯复配后涂覆在铜箔上。