專利名稱：一種低鋰鹽含量的鋰離子電池電解液的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于鋰離子電池的電解液，特別是一種低鋰鹽含量的鋰離子電池電解液。
背景技術：
鋰離子電池是20世紀90年代出現(xiàn)的綠色高能環(huán)保電池，具有工作電壓高、比能量大、可快速充放電、循環(huán)壽命長、無記憶效應、無污染等特點。電解液號稱鋰離子電池的“血液”，影響著鋰電池的比能量、安全性、循環(huán)性能、倍率充放電性能、儲存性能等。鋰離子電池電解液主要由鋰鹽和有機碳酸酯組成，其中，導電鋰鹽起著傳輸離子和傳導電流的作用，對電池性能有著重要的影響，也是電解液價格的主要組成部分。目前，商品化的鋰離子電池電解液多采用IM的LiPF6, LiPF6 一般制備工藝復雜，關鍵性技術被國外壟斷，成本較高，占到電解液成本的50%左右，而且在室溫80°C就可能發(fā)生分解，遇痕量水即放出腐蝕性氣體 HF，在高溫環(huán)境下較多的HF容易破壞負極SEI膜的結構造成容量的降低，甚至出現(xiàn)安全問題。針對以上遇到的問題，人們在不斷研究如何降低LiPF6的使用量或替代LiPF6的新型鋰鹽來提高電池的安全性能和降低電解液成本。離子液體(Ionic liquid)是完全由陽離子和陰離子組成的，在100°C以下呈液態(tài)的鹽，也稱為低溫熔融鹽。離子液體幾乎沒有蒸汽壓，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，電化學窗口較寬，同時也具有較好的離子導電性。在鋰離子電池電解液中，離子液體作為溶劑可以提高電解液的安全性，另一方面，它本身就是一種室溫熔融鹽，可以起到傳輸離子的作用，從而提高電解液的電導率，降低溶質(zhì)鋰鹽的含量，使電解液在較低的鋰鹽含量下仍然具有較高的充放電比容量和循環(huán)效率?？梢姡x子液體在電池領域具有較好的應用前景，并極有可能作為下一代新型綠色電解液應用于電化學器件中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種可以降低鋰鹽含量的鋰離子電池電解液，該電解液由鋰鹽、離子液體、有機溶劑和添加劑四部分組成。其中，所述離子液體的陽離子包括季銨類、季磷類、咪唑類、吡啶類、哌啶類、吡咯類、P卜啉類、胍類、硫類、氨基酸酯類等能用于鋰離子電池的離子液體。該電解液所用鋰鹽為四氟硼酸鋰鹽、六氟磷酸鋰鹽、雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰鹽、雙(三氟磺酰)亞胺鋰鹽、雙草酸硼酸鋰鹽、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、齒化鋰、氯鋁酸鋰中的一種或幾種。該電解液所用的有機溶劑為甲酸甲酯、乙酸甲酯、氯甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙烯酯、丙酸丙烯酯、環(huán)丁內(nèi)酯、溴環(huán)丁內(nèi)酯、苯甲酸甲酯、甲基碳酸丙烯酯、乙基碳酸丙烯酯、甲基碳酸苯酚酯、碳酸乙烯酯、鹵代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亞乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、亞硫Ife丙稀酷、亞硫Ife丁稀酷、亞硫Ife~■甲酷、亞硫Ife_■乙酷、_■甲亞諷、乙甲基亞諷、二氣丙甲基亞砜、1、3_丙磺酸內(nèi)酯、1、4_ 丁磺酸內(nèi)酯、二氧戊環(huán)或二甲氧基丙烷中的兩種或多種。該電解液所用的添加劑為成膜添加劑、阻燃添加劑、放過充添加劑、導電添加劑、多功能添加劑中的一種或幾種。以電解液的總質(zhì)量為基準，所述鋰鹽的質(zhì)量百分數(shù)為X %，5 < X < 50，所述離子液體的含量質(zhì)量百分數(shù)為m%，5 < 90 ;所述有機溶劑的質(zhì)量百分數(shù)為d%，0 < d < 95 ;所述添加劑的質(zhì)量百分數(shù)為n%，n < 7。本發(fā)明的特點是制備了一種低鋰鹽含量的鋰離子電池電解液，此電解液由鋰鹽、離子液體和有機溶劑組成。離子液體具有較好的溶解性、離子導電性和電化學穩(wěn)定性，而且它作為一種室溫熔融鹽，既是溶劑又是溶質(zhì)，離子液體的加入一定程度上降低了電解液中鋰鹽的含量，使其低于傳統(tǒng)電解液中l(wèi)mol/L的鋰鹽含量。隨著離子液體生產(chǎn)規(guī)?；陌l(fā)展，可以用離子液體替代一部分鋰鹽，從而降低電解液的成本，提高經(jīng)濟效益；同時，離子液體的加入還可以改善電解液的穩(wěn)定性，提高電池的安全性，具有較高的市場推廣價值。


圖I為實施例I制得的含有N-甲基-N-丙基哌啶雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體和雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰電解液在0. IC倍率下進行電池充放電測試時的容量變化和循環(huán)效率圖。圖2為實施例I制得的含有N-甲基-N-丙基哌啶雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體和雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰電解液在0. 5C倍率下進行電池充放電測試時的容量變化和循環(huán)效率圖。
具體實施例方式本發(fā)明用以下實施例說明，但并不限于下述實施例，在不脫離前后所述宗旨的范圍內(nèi)，變化實施都包含在本發(fā)明的技術范圍之內(nèi)。實施例I :一種含有N-甲基-N-丙基哌啶雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體和雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰電解液的制備及其在鋰離子電池中的應用I取IOg N-甲基-N-丙基哌卩定雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體，加入15g經(jīng)分子篩除水的碳酸二乙酯與碳酸乙烯酯的混合溶劑(兩者的質(zhì)量比為2 1)，再加入0.5g成膜添加劑碳酸亞乙烯酯，最后加入雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰鹽(摩爾濃度為0. 5mol/L)，充分溶解混合均勻，得到一種低鋰鹽含量的鋰離子電池電解液。2圖I、圖2為實施例I制得的含有N-甲基-N-丙基哌啶雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體和雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰電解液分別在0. IC和0. 5C倍率下進行電池充放電測試時的容量變化和循環(huán)效率圖。制作紐扣式鋰離子電池進行測試，其中電池型號為2032 ;正極材料為磷酸鐵鋰(市售材料直接購得)，與乙炔黑、粘合劑PVDF調(diào)漿后直接涂覆在鋁箔集流體上；隔膜為Cellgard2325 ;負極為金屬鋰片。采用LAND充放電測試儀在常溫(250C )下進行測試，充放電倍率分別為0. IC和0. 5C。圖I顯示了 0. IC倍率充放電下，經(jīng)過50次循環(huán)之后電池的容量仍保持在150mAh/g，充放電效率基本保持在99%以上。圖2顯示了 0. 5C倍率充放電下電池的初始容量為132. 6mAh/g,經(jīng)過40次充放電循環(huán)之后容量為110. ImAh/g，容量保持率為82.9%，充放電效率基本保持在98%以上。
實施例2 : —種含有N-甲基-N-丙基哌啶雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體和四氟硼酸鋰電解液的制備取12. 5g N-甲基-N-丙基哌啶雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體，加入12. 5g經(jīng)分子篩除水的碳酸二乙酯與碳酸乙烯酯的混合溶劑(兩者的質(zhì)量比為2 1)，再加入0.5g成膜添加劑碳酸亞乙烯酯，最后加入四氟硼酸鋰鹽(摩爾濃度為0. 5mol/L)，充分溶解混合均勻，得到一種低鋰鹽含量的鋰離子電池電解液。實施例3 : —種含有I-丙基-2，3_ 二甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體和六氟磷酸鋰電解液的制備取15g I-丙基-2，3-二甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體，加入IOg經(jīng)分子篩除水的碳酸二乙酯與碳酸乙烯酯的混合溶劑(兩者的質(zhì)量比為2 1)，再加入0.5g成膜添加劑碳酸亞乙烯酯，最后加入六氟磷酸鋰鹽(摩爾濃度為0. 5mol/L)，充分溶解混合 均勻，得到一種低鋰鹽含量的鋰離子電池電解液。實施例4 :一種含有N-甲基-N- 丁基哌啶雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體和磺酸亞胺鋰電解液的制備取IOg N-甲基-N- 丁基哌唳雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體，加入15g經(jīng)分子篩除水的碳酸二乙酯與碳酸乙烯酯的混合溶劑(兩者的質(zhì)量比為2 1)，再加入0.5g成膜添加劑碳酸亞乙烯酯，最后加入磺酸亞胺鋰鹽(摩爾濃度為0. 5mol/L)，充分溶解混合均勻，得到一種低鋰鹽含量的鋰離子電池電解液。實施例5 : —種含有I-己基_2，3- 二甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體和雙草酸硼酸鋰電解液的制備取20g I-己基-2，3- 二甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體，加入5g經(jīng)分子篩除水的碳酸二乙酯與碳酸乙烯酯的混合溶劑(兩者的質(zhì)量比為2 1)，再加入0.5g成膜添加劑碳酸亞乙烯酯，最后加入雙草酸硼酸鋰鹽(摩爾濃度為0. 5mol/L)，充分溶解混合均勻，得到一種低鋰鹽含量的鋰離子電池電解液。實施例6 : —種含有N-甲基-N-丙基吡咯雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體和高氯酸鋰電解液的制備取IOg N-甲基-N-丙基吡咯雙(三氟甲基磺酰)亞胺離子液體，加入15g經(jīng)分子篩除水的碳酸二乙酯與碳酸乙烯酯的混合溶劑(兩者的質(zhì)量比為2 1)，再加入0.5g成膜添加劑碳酸亞乙烯酯，最后加入高氯酸鋰鹽(摩爾濃度為0. 5mol/L)，充分溶解混合均勻，得到一種低鋰鹽含量的鋰離子電池電解液。
權利要求
1.一種可以降低鋰鹽含量的鋰離子電池電解液，該電解液由鋰鹽、離子液體、有機溶劑和添加劑四部分組成。
2.根據(jù)權利要求I所述的鋰離子電池電解液，其中離子液體的陽離子包括季銨類、季磷類、咪唑類、吡啶類、哌啶類、吡咯類、卟啉類、胍類、硫類、氨基酸酯類等能用于鋰離子電池的離子液體。
3.根據(jù)權利要求I所述的鋰離子電池電解液，其中鋰鹽為四氟硼酸鋰鹽、六氟磷酸鋰鹽、雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰鹽、雙(三氟磺酰)亞胺鋰鹽、雙草酸硼酸鋰鹽、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、鹵化鋰、氯鋁酸鋰中的一種或幾種。
4.根據(jù)權利要求I所述的鋰離子電池電解液，其中有機溶劑為甲酸甲酯、乙酸甲酯、氯甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙烯酯、丙酸丙烯酯、環(huán)丁內(nèi)酯、溴環(huán)丁內(nèi)酯、苯甲酸甲酯、甲基碳酸丙烯酯、乙基碳酸丙烯酯、甲基碳酸苯酚酯、碳酸乙烯酯、鹵代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亞乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、亞硫酸丁烯酯、亞硫酸二甲酯、亞硫酸二乙酯、二甲亞砜、乙甲基亞砜、三氟丙甲基亞砜、1、3_丙磺酸內(nèi)酯、1、4_ 丁磺酸內(nèi)酯、二氧戊環(huán)或二甲氧基丙烷。
5.根據(jù)權利要求I所述的鋰離子電池電解液，其中添加劑為常用的成膜添加劑、阻燃添加劑、放過充添加劑、導電添加劑、多功能添加劑中的兩種或多種。
6.根據(jù)權利要求I所述的的鋰離子電池電解液，其中以電解液的總質(zhì)量為基準，所述鋰鹽的質(zhì)量百分數(shù)為x%，5 ( X ( 50，所述離子液體的含量質(zhì)量百分數(shù)為m%，5< m ^ 90 ;所述有機溶劑的質(zhì)量百分數(shù)為d%，0 < d < 95 ;所述添加劑的質(zhì)量百分數(shù)為n%，I < n < 7o
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可降低鋰鹽含量的鋰離子電池電解液，由鋰鹽、離子液體、有機溶劑和添加劑四部分組成。離子液體較強的溶解能力及較高的離子導電性促進了鋰離子的解離和遷移，從而可以降低電解液中鋰鹽的含量。由這種電解液組成的電池在0.1C倍率下充放電，經(jīng)50次循環(huán)后放電容量仍保持在150mAh/g。用離子液體替代一部分鋰鹽，可以降低電解液的成本，提高經(jīng)濟效益；同時，離子液體的加入還可以改善電解液的穩(wěn)定性，提高電池的安全性，具有較高的市場推廣價值。
文檔編號H01M10/056GK102738508SQ20111009041
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權日2011年4月11日
發(fā)明者孫敏倩, 常嵩, 張亮, 張鎖江, 王梅嶺, 蔡迎軍 申請人:中國科學院過程工程研究所