[发明专利]一种局部高浓的离子液体改性电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂电池技术领域，提供了一种局部高浓的离子液体改性电解液及其制备方法和应用，本发明提供的离子液体改性电解液，通过以水苏碱类离子液体和稀释剂氢氟醚和/或氟代磷酸酯为主体，加入特定的助溶剂和锂盐，很好地使水苏碱类离子液体和稀释剂互溶，形成均相；相比于传统的碳酸酯类电解液，本发明的离子液体改性电解液具有高电导率、较低的粘度、较宽的电化学窗口，具有不可燃性和不可挥发性、高锂离子迁移数；进一步用于组装锂电池，在不同倍率下运行后仍然能保持良好的充放电容量，具有较佳的循环稳定性和使用寿命，锂电池循环圈数≥80圈，甚至可达到220圈，平均库仑效率≥96.5％，甚至可达到98.6％。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，更具体地，涉及一种局部高浓的离子液体改性电解液及其制备方法和应用。

背景技术

锂电池以其高能量密度、循环稳定性和可设计性的特点，在便携式设备(手机、相机、电脑等)、电动汽车(纯电汽车、油电混合电车等)、智能电网等储能领域受到了广泛关注。此外，锂电池被视为实现高性能离域储能单元的最合适的存储介质。锂电池有潜力成为下一代电动汽车和智能电网技术最有前途的能源存储选择。

商业锂电池的电解液一般由有机溶剂(碳酸酯)和锂盐(LiPF₆)组成，但是，水分和热量会导致LiPF₆热解离，生成路易斯酸PF₅攻击溶剂分子，大量活性自由基燃烧导致热失控。锂电池起火通常是由于一个或多个电池单元内的短路而产生的热量。锂电池中产生的热量会点燃电池内的化学物质，从而导致“热失控”。热失控温度可高达500℃，在电池内部产生巨大压力，导致易燃电解质燃烧爆炸，是非常大的安全隐患。另外，当前以碳酸酯为主体溶剂的电解质应用在锂电池时，由于金属锂具有极低的还原电位(相对标准氢电极为-3.040V)，易与碳酸酯类溶剂接触发生化学反应，从而造成电解质的持续消耗。而且，在充放电循环过程中，其所形成的固态电解质膜会逐渐变厚，造成锂离子迁移困难，从而增加电池内阻。除此之外，以碳酸酯为溶剂的电解质组装的电池，经过多次循环后，容易产生锂枝晶，穿透固态电解质膜，引发大量的副反应，进而引发电解质的持续消耗，最终导致电池失效。

下一代电池需要更高的能量密度(更高的电压或容量)和更宽的工作温度，并且必须满足用于智能电话，电动车辆，智能电网和更高的安全标准等，传统电解质的这些缺点阻碍了下一代电池的发展。改善电池性能并提高锂电池循环稳定性的方式有：提高锂盐浓度，构建高浓度电解质，引入添加剂，制备新型电解质等。但因高浓度电解质粘度较高，会显著影响电解质的电导率，同时因锂盐用量过大导致成本增加，所以限制了高浓电解质的推广应用。稀释剂是本身不会参与锂盐的溶解和溶剂化过程的物质，引入稀释剂后不会改变原有的高浓电解质溶剂化结构和组成，仅起到了降低电解质粘度的作用，从而在一定程度上提高电解质的电导率，降低其使用成本，因此，在原有的高浓电解质基础上引入稀释剂构建局部高浓电解质可解决上述高浓电解质存在的问题从而改善电池性能。室温离子液体是熔点低于100℃的熔盐，通常由一个较大的、不对称的有机阳离子和一个弱配位的无机/有机阴离子组成，具有不可燃性、极低的蒸气压、宽的电化学窗口、较高的化学稳定性和热稳定性、高离子电导率等特征，因此离子液体是锂离子电池和超级电容器的前景较好的电解质材料之一。

但是，目前所采用的稀释剂主要是含氟化合物，本身的极性非常弱，当与极性较强的离子液体一起制备电解液时，两者无法互溶，导致所制得的电解液的性能差。

因此，亟需提供一种局部高浓的离子液体电解液，在保证电池正常充放电容量的前提下具备较高的循环稳定性。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种局部高浓的离子液体改性电解液及其制备方法和应用，本发明提供的离子液体改性电解液用于进一步制备锂电池，能够在不同倍率下运行后仍然能保持良好的充放电容量，同时具备较高的循环稳定性，锂电池循环圈数≥80圈，甚至可达到220圈，平均库仑效率≥96.5％，甚至可达到98.6％。

本发明的第一方面提供一种局部高浓的离子液体改性电解液。