[发明专利]一种高温型锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温型锂离子电池，尤其是含有可促进在石墨负极表面生成稳定、致密的SEI膜的离子液体的非水溶剂电解液，属于锂离子电池领域。

背景技术

世界能源危机和环境污染的日趋严重，化石能源消耗殆尽及燃烧产物对环境污染效应，促使包括中国在内的世界各国，都在积极地探索寻找新的绿色能源来代替旧能源。锂离子电池作为新一代化学储能装置，在便携式电源、通讯、电子器械、航空航天等领域得到了广泛的应用。

锂离子电池主要是有正极、负极、隔膜和电解液组成。商品化的锂离子电池正极和负极分别为过渡金属嵌锂氧化物和石墨类碳材料。而电解液是锂离子电池关键组成之一，也成为锂离子电池的“血液”，主要包括锂盐、溶剂和添加剂，在正负极之间起着输送和传导电流的作用，是连接着正负极材料的桥梁，电解液的选择直接影响着电池的工作电压、安全性能等。但电解液中的Li⁺能与溶剂分子形成溶剂化合物，溶剂化Li⁺的嵌层反应或在负极表面获得电子而发生还原分解反应，导致石墨结构的层离或脱落。消除该现象一种方法是对含碳物质进行修饰、改性，但操作过程繁琐，且得到的物质使Li⁺在材料间的脱嵌较难进行；另一种方法是在电解液中引入成膜添加剂，在负极表面形成固体电解质界面膜(SEI膜)，从而有效地阻止负极材料与电解液的进一步反应。添加剂具有用量小、针对性强的特点，在不增加或基本不增加电池成本、不改变生产工艺的情况下，对锂离子电池商品化和性能提高具有重大的推动作用。

锂离子电池成膜添加剂有碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、丁磺酸内酯(BS)、亚硫酸丙烯酯(PS)、二甲基亚硫酸酯(DMS)、二乙基亚硫酸酯(DES)和1,2-三氟乙酸基乙烷(BTE)等。目前，商品化电解液常用的成膜添加剂为VC，但是VC的合成反应周期长，易引入杂质，氯代反应过程需要国际限制或禁止的CCl₄为溶剂。而脱氯反应过程中，如以乙醚或四氢呋喃为溶剂则操作危险性高，对设备及生产环境要求高；以甲苯为溶剂则工艺反应条件较为苛刻；以EC为溶剂则产品成本高，对后处理设备要求高。VC是高热敏感性物质，60℃，1h内发生分解，80℃，几分钟内即发生分解，在一定程度上限制了VC在高温电解液中的应用，因此，寻找易于合成，热稳定性高的成膜添加剂是锂离子电池电解液发展的必然趋势。

离子液体是一类新型软功能介质材料，具有饱和蒸汽压低、电导率高、热稳定性和化学稳定性高，电化学窗口和液程宽、可设计性等特点。通过在阳离子上引入官能团，调变/修饰阴阳离子结构或调变/组合阴阳离子的搭配，可制备多种功能化的离子液体。离子液体作为锂电池体系电解液已成为电化学领域的一个新的研究方向。与传统有机液体电解液相比，基于离子液体电解液突出的优势可归纳为：(i)安全性高，离子液体不易燃烧，在很大程度上消除了锂离子电池在高功率密度条件下的安全隐患；(ii)热稳定性和化学稳定性高、电化学窗口较宽，如吡咯类、哌啶类离子液体的电化学窗口大于5V；(iii)导电性良好，离子液体单位体积的导电质点多，质点间的相互作用小，其电导率高。因此，离子液体用于锂离子电池的可行性和优越性已被人们接受和认可。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中成膜添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)的热稳定性差，在一定程度上限制其在高温电解液中应用的缺点，提供一种含有可促进在石墨负极表面生成SEI膜的离子液体的非水溶解电解液的高温型锂离子电池，有效地改善锂离子电池的高温性能。

针对上述问题，本发明采取的技术方案是：提供了一种含有离子液体的电解液的高温型锂离子电池。其特征在于所述的离子液体的阳离子为季铵类、季鏻类、哌啶类、吡咯类、胍类、硫类等离子液体中的一种或几种，其阳离子中含有双键官能团(如下面结构式所示)，阴离子为PF₆^-、BF₄^-、TFSI^-、FSI^-、BOB^-、AsF₆^-、TFAC^-、TFSO^-、CTf₃^-中的一种。离子液体在电解液中所占的质量比例为0.1-5％，非水溶剂与离子液体的质量比为1:0.001-0.05，锂盐在电解液中的浓度为1-1.5摩尔/升。

-C＝C-