[发明专利]一种离子液体改性电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池电解液技术领域，公开了一种离子液体改性电解液及其制备方法和应用。该离子液体改性电解液包括溶剂和锂盐，溶剂包括有机溶剂和水苏碱类离子液体，水苏碱类离子液体占所述溶剂的质量百分比为1％‑50％。本发明提供的离子液体改性电解液，通过向传统电解液中加入水苏碱类离子液体，利用水苏碱类离子液体中酯键的作用，与碳酸酯类电解液相互作用，能够提高锂离子迁移数，显著提高磷酸铁锂电极充放电容量，且使其在不同倍率下运行后，尤其是在高倍率下运行后进入低倍率时，仍然能保持良好的充放电容量，循环稳定性强。

技术领域

本发明属于电池电解液技术领域，具体涉及一种离子液体改性电解液及其制备方法和应用。

背景技术

电解液对于锂离子电池的稳定运行起着至关重要的作用。近年来，因对高能电池的需求不断增加，研发人员尝试扩大电解液的电化学窗口以使其能在具有极低还原电位的锂金属阳极(LMA，相对标准氢电极为-3.040V)和具有高氧化电位(4.5V vs Li/Li+)的阴极中工作。但锂离子电池中的常规电解质不适用于锂金属电池(LMB)，因其会导致Li枝晶的生长，且LMA的库仑效率(CE)较低。现有技术研究了含高浓度锂盐(4-6mol/L)的电解液，采用双阴离子的协同作用抑制锂枝晶的形成和正极集流体的腐蚀，从而提高电池的循环性能，但该技术并不适应于锂盐浓度相对较低的电解液，制备的锂电池也无法在不同倍率下运行后的仍然保持良好的循环稳定性，尤其是在高倍率下运行后进入低倍率时，充放电容量会明显下降。

此外，传统的碳酸盐溶剂具有高挥发性和易燃性，存在严重的安全风险，而且LiPF₆化学性质不稳定，这使得电解质对水分和温度变化高度敏感。即使与添加剂组合，电解质的电化学窗口也只能在4.4V以内。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。因此对电解质的研究愈发重要，如研究离子液体、高分子电解质、无机固体电解质和盐浓缩的电解质以超越传统的锂离子电解质。

因此，亟需提供一种电解液，能够显著提高磷酸铁锂电极的充放电容量，且使其在不同倍率下运行后仍然能保持良好的充放电容量。

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，能够显著提高磷酸铁锂电极的充放电容量，且使其在不同倍率下运行后，尤其是在高倍率下运行后进入低倍率时，仍然能保持良好的充放电容量。

本发明第一方面提供了一种离子液体改性电解液。

具体地，一种离子液体改性电解液，包括溶剂和锂盐，所述溶剂包括有机溶剂和水苏碱类离子液体，所述水苏碱类离子液体占所述溶剂的质量百分比为1％-50％，所述水苏碱类离子液体的阳离子结构如式(1)所示：

式(1)中，R₁、R₂、R₃代表C1-C6的烷基。

优选地，式(1)中，R₁、R₂、R₃分别独立地选自-CH₃、-CH₂CH₃、-CH₂CH₂CH₃、-CH₂CH₂CH₂CH₃、-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃中的一种。