[0001]
本发明涉及一种锂离子电池离子液体电解液，属于锂离子电池技术领域。
背景技术：
[0002]
随着经济增长，锂离子电池的市场需求，特别是高性能、高安全性的锂离子电池的市场需求，逐年增大。并且顺应“低碳时代”的需求，锂离子电池凭借其自身的综合优势正在走进一个更为庞大的产业群——新能源汽车动力电池领域。锂离子电池能否满足动力电池大容量、高功率、高安全性的基本要求，直接制约着锂电池的产业化发展。
[0003]
电解液作为锂电池的四大关键材料之一，作为锂电池的“血液”，其性能高低直接决定了锂电池的电池容量、安全性能、工作适宜温度范围等综合性能。
[0004]
市场上现有的电解液沸点低、易挥发、易燃、电导率低，这些缺点造成锂离子电池在使用过程中高低温性能差（只能保持在-25℃~45℃正常工作）、安全性能低等问题，将其用于大功率的新能源汽车行业更易存在安全隐患，如果使用不当或环境恶劣就可能导致电池自燃或爆炸，给人身安全造成威胁；且电解液多为有机溶剂，易挥发，不但影响电池寿命，更可能危害人体健康，对环境造成严重污染。现有电解液的诸多缺点，严重制约了锂电池的推广应用。
[0005]
离子液体电解液是基于离子液体这一核心技术，利用离子液体难燃、挥发性弱、稳定性好、液程宽、导电性好、电化学窗口宽等优点，作为溶剂或添加剂用于锂电池电解液，可使电池容量提高10-20%，工作温度范围拓宽至-40℃~120℃，比目前市场上的普通锂离子电池工作效率更稳定，使用寿命更长，且防爆性能和阻燃性能明显提升，安全性能更好，符合未来锂电池行业的发展方向，具有广阔的应用前景。
技术实现要素：
[0006]
本发明旨在提供一种新型锂离子电池用离子液体电解液，以提高电解液的阻燃性、热稳定性、电化学稳定性，进而改善锂离子电池的安全性、循环稳定性和使用寿命。
[0007]
本发明的主要技术方案：锂离子电池离子液体电解液，其特征在于：它包含锂盐、离子液体、有机溶剂及添加剂；所述离子液体含有双五氟苯基磺酰亚胺阴离子（pfsi-），结构如下：结构中阳离子x
+
选自咪唑类、吡咯烷类、哌啶类的一种，结构通式如下：
结构中r1、r2为碳原子数在1~10的烷基。
[0008]
进一步地，所述的离子液体可通过阳离子的溴盐（xbr）和阴离子的钾盐（kpfsi）反应得到。
[0009]
所述的锂盐为双五氟苯基磺酰亚胺锂（lipfsi），结构如下：。
[0010]
所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯中的一种或几种。
[0011]
所述的添加剂为氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、双草酸硼酸锂中的一种或几种。
[0012]
进一步的，所述离子液体的阳离子中，r1碳原子数优选为1~4，r2碳原子数优选为1~2。
[0013]
进一步的，所述锂盐的浓度为0.5~2 mol/l，优选为0.8~1.2 mol/l。
[0014]
进一步的，所述有机溶剂与离子液体的质量比为0.1~10，优选为0.5~2。
[0015]
进一步的，所述添加剂占电解液总质量的1%~10%，优选为3%~5%。
[0016]
本发明所述的电解液的配制是将定量lipfsi溶解于离子液体和有机溶剂的混合液体中，再加入适量添加剂，混合均匀即可。配制一般是在充满高纯氩气的手套箱中中完成的。
[0017]
有益效果本发明提出的一种锂离子电池离子液体电解液，含有pfsi-阴离子离子液体的加入提高了电解液的阻燃性、热稳定性及电化学稳定性；锂盐lipfsi的加入能够加速解离离子过程从而提高电流效率，提高了电解液的电导率；有机溶剂的加入能够降低电解液的粘度，从而提高了电导率；添加剂的加入能够改善电解液的高低温性能及sei成膜性能；本发明提出的一种锂离子电池离子液体电解液，应用于锂离子电池，可以提高电池的安全性、循环稳定性及使用寿命。
具体实施方式
[0018]
下面通过实施例对本发明进行具体描述，但不能理解为对本发明专利保护范围的限制。
[0019]
实施例1一种锂离子电池离子液体电解液，其组成包括：电解质锂盐lipfsi，浓度1mol/l；离子液体emimpfsi，结构如下；有机溶剂碳酸乙烯酯，溶剂与离子液体的质量比为1；添加剂氟代碳酸乙烯酯，含量3%；。
[0020]
emimpfsi离子液体的配制：在反应容器中依次加入 kpfsi、emimbr、50 ml去离子水、适量ch2cl2，室温条件下，磁力搅拌30 min，静置片刻，溶液出现分层，分出下层有机相，水相用二氯甲烷萃取四次，合并有机相，用去离子水多次洗涤有机相，直至上层水不使硝酸银变浑浊为止，除去溶剂，80 o
c减压干燥10 h，得到无色液体产品；电解液的配制：将lipfsi溶解于emimpfsi离子液体和碳酸乙烯酯混合溶液（质量比1:1）中，控制锂盐浓度为1mol/l，加入3%氟代碳酸乙烯酯，混合均匀即得到目标电解液。配制是在充满高纯氩气且h2o以及o2含量低于1 ppm的手套箱中 (mikrouna super 1220/750) 中完成。所得电解液用瑞士万通kf 831型库仑法水分仪测量电解液水分含量小于30 ppm。
[0021]
参照美国阻燃材料标准为ansi/ul-94-1985中点燃性及自熄性测试方法，测试上述电解液的自熄时间，并将上述电解液与磷酸铁锂正极、石墨负极、玻纤隔膜共同组装成2032扣式电池，并进行恒流循环充放电测试。其中，正极片由磷酸铁锂与super p导电剂及粘结剂（pvdf）按照质量比8 : 1 : 1混合，加入少量n-甲基吡咯烷酮（nmp），手套箱中搅拌均匀后涂布于铝箔集流体上，在80℃下干燥24h得到；负极片由天然石墨与super p导电剂及粘结剂（pvdf）按照质量比8 : 1 : 1混合，加入少量n-甲基吡咯烷酮（nmp），手套箱中搅拌均匀后涂布于铜箔集流体上，在80℃下干燥24h得到；电池组装在手套箱中进行；恒流充放电测试在室温（25℃）下进行，充放电截止电压为2.75~3.8v，充放电倍率为0.2c，设定循环充放电200周。
[0022]
实施例2同实施例1，不同之处在于：所述电解液组成包括：电解质锂盐lipfsi，浓度0.8mol/l；离子液体pyr
13
pfsi，结构如下；有机溶剂碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯=1:1（w/w），有机溶剂与离子液体的质量比为0.5；添加剂碳酸亚乙烯酯，含量5%；
。
[0023]
实施例3同实施例1，不同之处在于：所述电解液组成包括：电解质锂盐lipfsi，浓度1.2mol/l；离子液体pp
14
pfsi，结构如下；有机溶剂碳酸乙烯酯：碳酸二乙酯=1:1（w/w），有机溶剂与离子液体的质量比为2；添加剂碳酸丙烯酯，含量4%；。
[0024]
实施例4同实施例1，不同之处在于：所述电解液组成包括：电解质锂盐lipfsi，浓度1.1mol/l；离子液体pyr
14
pfsi，结构如下；有机溶剂碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸二乙酯=1:1:1（w/w），有机溶剂与离子液体的质量比为0.75；添加剂γ-丁内酯，含量3.5%；。
[0025]
实施例5同实施例1，不同之处在于：所述电解液组成包括：电解质锂盐lipfsi，浓度0.9mol/l；离子液体pp
13
pfsi，结构如下；有机溶剂碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯=2:3:5（w/w），有机溶剂与离子液体的质量比为1.5；添加剂双草酸硼酸锂，含量4.5%；。
[0026]
实施例6
同实施例1，不同之处在于：所述电解液组成包括：电解质锂盐lipfsi，浓度1mol/l；离子液体pyr
13
pfsi；有机溶剂碳酸乙烯酯：碳酸丙烯酯：碳酸甲乙酯=1:1:3（w/w），有机溶剂与离子液体的质量比为1；添加剂亚硫酸乙烯酯，含量2%，亚硫酸丙烯酯，含量3%。
[0027]
实施例7同实施例1，不同之处在于：所述电解液组成包括：电解质锂盐lipfsi，浓度0.8mol/l；离子液体pp
14
pfsi；有机溶剂碳酸乙烯酯：碳酸二乙酯：碳酸甲乙酯=1:2:2（w/w），有机溶剂与离子液体的质量比为2；添加剂氟代碳酸乙烯酯，含量3%，碳酸亚乙烯酯，含量2%。
[0028]
对比例同实施例1，不同之处在于：所述电解液组成包括：电解质锂盐lipf6，浓度1mol/l；有机溶剂碳酸乙烯酯；添加剂氟代碳酸乙烯酯，含量3%。
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上述实施例及对比例的主要参数及测试结果见下表。
[0030]
表1 实施例1~7、对比例主要参数及测试结果 锂盐浓度有机溶剂与离子液体质量比添加剂占电解液总质量自熄时间200周容量保持率实施例11mol/l13%5.4s92.3%实施例20.8mol/l0.55%3.5s94.0%实施例31.2mol/l24%7.6s91.7%实施例41.1mol/l0.753.5%4.7s93.2%实施例50.9mol/l1.54.5%6.6s88.9%实施例61mol/l15%5.2s90.1%实施例70.8mol/l25%7.4s95.0%对比例1mol/l不含离子液体3%11.0s94.2%
从上表数据可以看出，本发明提供的电解液可以有效缩短自熄时间，阻燃效果明显增强；此外，本发明提供的电解液应用于锂离子电池，经过200周恒流循环充放电之后，电池容量保持率维持在较高的水准，因而能够保证电池较高的循环稳定性，延长电池寿命。