[发明专利]包含离子液体电解质的锂离子可再充电蓄电池

说明书

技术领域

本发明涉及包含液体电解质的锂离子可再充电蓄电池(或二次电池)。

更具体而言，本发明涉及锂离子蓄电池(lithium ion accumulator)、电池(battery)，包括：石墨碳(由石墨碳制成的)负极和LiFePO₄(磷酸铁锂)(由LiFePO₄制成的)正极，包含液体电解质，更具体而言包含离子液体溶剂和传导性盐的电解质。

根据本发明的蓄电池的液体电解质由此可以称为离子液体电解质。

本发明更具体而言涉及一种锂离子可再充电蓄电池(或二次电池)，其液体电解质包含离子液体溶剂和锂盐。

本发明提供其在电化学存储领域，尤其是在锂离子蓄电池或电池领域中的应用。

背景技术

一般而言，本发明的技术领域可以限定为锂蓄电池、电池的领域，更具体而言，限定为电解质配制的领域，而更加具体而言限定为离子液体电解质，即包含离子液体溶剂和溶质如传导性盐(conducting salt)的溶液配制的领域，其中离子传导机理发挥作用。

如果所关注的更具体的是锂蓄电池或电池，则锂蓄电池或电池一般包含：

-两个电极，即正极和负极。正极一般包含作为电化学活性材料的嵌锂材料如锂化过渡金属的分层氧化物、橄榄石类或磷酸铁锂(LiFePO₄)或尖晶石类(例如尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄)。基于锂离子技术，负极一般包含，作为电化学活性材料，在原蓄电池(primary accumulators)、电池的情况下的金属锂，或在蓄电池、电池的情况下的嵌合材料如石墨碳(C_gr)，或锂化氧化钛(Li₄Ti₅O₁₂)；

-电流集电体，一般对于负极为铜(由铜制成)，或对于正极为铝(由铝制成)，其容许电子循环流通，而因此在外电路中电子传导；

-电解质，其中发生离子传导，这确保锂离子从一个电极穿过到达另一电极；

-隔膜，采用隔膜可以防止电极之间接触而因此短路。这些隔膜可以是微孔聚合物膜。

蓄电池或电池可以尤其具有如图1中所述的纽扣电池单元(buttonbattery cell)的形状。

在本发明的锂或锂离子蓄电池或电池中所用的电解质是由其中溶解锂盐的有机溶剂(最常见的是碳酸酯)的混合物构成的液体电解质。

因此，最通用的有机溶剂是环状或直链碳酸酯，如碳酸乙二酯(EC)、碳酸丙二酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸亚乙烯酯(VC)。尽管它们提供了非常好的收率，但是这些有机电解质却提出了安全问题。实际上，它们是可燃的并且是挥发性的，在某些情况下这可以产生着火和爆炸。而且，这些电解质不能在超过60℃的温度下使用，由于，因为其挥发性，它们可能导致锂蓄电池膨胀并导致蓄电池爆炸。

加入电解质中的锂盐最常见的是选自以下的盐：

οLiPF₆：六氟磷酸锂，

οLiBF₄：四氟硼酸锂，

οLiAsF₆：六氟砷酸锂，

οLiClO₄：高氯酸锂，

οLiBOB：二草酸根合硼酸锂，

οLiTFSI：二-(三氟甲磺酰)亚胺化锂，

οLiBeti：二(全氟乙磺酰)亚胺化锂，

οLiFSI：二(氟磺酰)亚胺化锂，

ο或通式Li[N(SO₂C_nF_2n+1)(SO₂C_mF_2m+1)]的盐，其中n和m，相同或不同，为包含于1～10之间的自然数，优选1～5之间的自然数。

为了克服安全性和明显的可燃性以及由于低热稳定性的气体累积问题，有人提出对这些液体电解质的高蒸气压和低闪点有机溶剂，用离子液体替换掉它们。

离子液体可以定义为包含阳离子和阴离子的液体盐。因此离子液体一般由大体积的有机阳离子构成，为其提供正电荷，与之结合的是无机阴离子，为之提供负电荷。另外，离子液体，顾名思义，一般在0～200℃的温度范围内，尤其是在室温附近是液体，而由此其经常标识为《RTILs》(室温离子液体)。