一种多金属氧酸盐离子液体锂离子电池用电解液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多金属氧酸盐离子液体锂离子电池用电解液，包括以下原料组分：离子液体和多金属氧酸锂盐；所述离子液体由咪唑阳离子和多金属氧酸盐阴离子合成，所述咪唑阳离子的结构式为： 其中R1、R2为1-6个碳原子的烷基；所述多金属氧酸盐阴离子是指[XY12O40]3-或[XY12O40]4-，其中X指P、Si两种元素中任意一种；Y指Mo、W两种元素中任意一种。由于多金属氧酸锂盐Li3XY12O40，Li4XY12O40具有三维骨架结构，锂离子能在其三维骨架中传导，减小了电池本身由离子传输问题带来的极化，且多金属氧酸锂盐不含氟，不会产生因氟导致的水分问题以及安全问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多金属氧酸盐离子液体锂离子电池用电解液及其制备方法
本专利技术涉及一种锂电池用电解液，尤其涉及一种多金属氧酸盐离子液体锂离子电池用电解液，属于离子液体电解液

技术介绍
随着环境污染的加剧，各国对绿色化学电源的需求越来越大，锂电池作为绿色化学电源的代表，有着能量密度高，使用寿命长，自放电率低等优点，在市面上得到很广泛的应用。锂电池由正极材料，隔膜，负极材料，电解液组成，其中锂电池电解液是电池中锂离子传输的载体，一般由锂盐和有机溶剂组成。常用的锂盐包括：LiPF6、LiBF4、LiBOB等，有机溶剂包括：碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等。但在电池制作过程中不可避免的会引入水分，即使微量水分遇到含氟的电解液也会产生HF，HF一旦生成就会形成一系列连锁效应，最终导致整个电池的失效；传统的液态有机溶剂由于燃点较低，在电池发生滥用的时候易燃烧，容易引发电池的安全问题。因此，寻找替代的电解液成为现在以及未来的发展趋势。近几年来，离子液体作为新型的电解液在化学电源中得到广泛应用。离子液体，又称室温熔融盐，是在室温下完全由阴、阳离子构成的液态有机盐，具有导电性，分解电压大于常规电解质，在较宽的温度范围内不挥发和不易燃，把它作为电池和电化学电容器等的电解质应用前景较好。另有中国专利申请号为：201110358589.9，公开日为2012.2.22，公开了一种磷酸铁锂动力电池用低温电解液的制备方法；其特征在于：在干燥惰性气体保护下，将经过脱水处理后的水分低于5ppm的多种有机溶剂；按照一定比例加入带夹套的不锈钢配制釜中，搅拌混合均匀后按顺序逐渐加入一定量的电解质盐和添加剂，控制配制温度不超过20℃，搅拌混合30~60分钟，该溶液再经0.45、0.1微米的两步精密过滤器过滤后得到低温电解液产品，该专利中的电解液，锂离子传输受阻，速度慢，效率低，低温性能差。还有中国专利申请号为：201210557800.4，公开日为2013.3.20，公开了一种磷酸亚铁锂锂离子电池用低温电解液，属于锂电池低温电解液
该电解液包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、成膜添加剂、多金属氧酸锂盐；所述的多金属氧酸锂盐为磷钼酸锂Li3PMo12O40、磷钨酸锂Li3PW12O40、硅钨酸锂Li4SiW12O40或者硅钼酸锂Li4SiMo12O40。该专利技术重点解决了现有技术电解液锂离子传输受阻，速度慢，效率低，低温性能差的问题，但是普通溶剂遇到高温容易发生安全问题。另有中国专利申请号为：201210003903.6，公开日为2012.07.18，公开了一种基于杂多酸的离子液体电解液及制备方法；其特征在于：所述离子液体的阴离子部分为杂多酸阴离子，选自磷钨酸阴离子，硅钨酸阴离子和磷钼酸阴离子中的一种或两种以上的混合物。阳离子为季铵离子，季膦离子，哌啶离子，吡咯离子，吡唑离子，咪唑离子，胍离子中的一种或几种。该专利技术提供了一种新型的可高温存储并具有一定阻燃性的锂离子电池电解液，该离子液体还有较高的电导率，但该专利技术所述电解液中的电解质盐为LiPF6，该盐中遇到微量水分会产生HF，众所周知，HF是导致锂电池失效的关键因素；该电解液中除了离子液体和电解质盐之外，还有碳酸二甲酯，碳酸乙烯酯，碳酸甲乙酯等锂电池电解液的常用有机溶剂，此类溶剂相比于离子液体，温度范围窄，燃点低，在电池发生热失控时，易燃烧，易引发更大的安全问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种多金属氧酸盐离子液体锂离子电池用电解液，该电解液的组成中离子液体和电解质中均含有多金属氧酸锂盐，多金属氧酸锂盐充当电解质盐。由于多金属氧酸锂盐Li3XY12O40，Li4XY12O40具有三维骨架结构，锂离子能在其三维骨架中传导，比起传统的LiPF6，LiBF4电解质提高了锂离子的传输速率，减小了电池本身由离子传输问题带来的极化，且多金属氧酸锂盐不含氟，不会产生HF，避免了因HF而导致的电池失效；本电解液的溶剂为离子液体，不含常规有机溶剂，适用温度范围宽，燃点高，不会产生因普通低燃点溶剂易引发的安全问题。本专利技术采用的技术方案是：一种多金属氧酸盐离子液体锂离子电池用电解液，其特征在于：包括以下原料组分混合：离子液体和多金属氧酸锂盐，其中离子液体由咪唑阳离子和多金属氧酸阴离子结合而成；所述离子液体由咪唑阳离子和多金属氧酸盐阴离子合成，所述咪唑阳离子的结构式为：其中R1、R2为1-6个碳原子的烷基；所述多金属氧酸盐阴离子是指[XY12O40]3-或[XY12O40]4-，其中X指P、Si两种元素中任意一种；Y指Mo、W两种元素中任意一种。为咪唑主结构，简写为Im；N-烷基咪唑化学式简写为[R1R2Im]。所述多金属氧酸锂盐为Li3XY12O40或Li4XY12O40，其中X指P、Si两种元素中任意一种；Y指Mo、W两种元素中任意一种。所述多金属氧酸锂盐Li3XY12O40由H3XY12O40与LiOH酸碱中和反应得到，Li4XY12O40由H4XY12O40与LiOH酸碱中和反应得到。多金属氧酸盐离子液体锂离子电池用电解液的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）将N-烷基咪唑（简写为[R1R2Im]与溴代正丁烷（n-C4H9Br）合成中间体N-烷基咪唑溴酸盐[R1R2Im]Br；具体合成方法如下：取减压蒸馏后等摩尔比的N-烷基咪唑和常压蒸馏后的溴代正丁烷加入正庚烷溶剂中，通氮气，在氮气保护气氛下加热搅拌至回流，在80℃反应18h后冷却至室温，分液取出烧瓶下层的粘稠液体,再用丙酮洗涤除去未反应的溴代正丁烷，然后经减压蒸馏获得中间体。（2）将（1）步骤得到的中间体N-烷基咪唑溴酸盐[R1R2Im]Br与H3XY12O40或H4XY12O40按3-4：1分别配制成水溶液，然后将配制好的水溶液混合、搅拌，进行反应，反应2-10小时后，得到反应液；（3）反应液分两相，取重相，50-100℃烘干得到粘稠液体N-烷基咪唑多金属氧酸盐[R1R2Im]3XY12O40或[R1R2Im]4XY12O40的离子液体；重相就是化学萃取时沉在底部的有机相，密度大，就沉下去，为重相，密度小，就浮上，为轻相；（4）将多金属氧酸锂盐Li3XY12O40与步骤（3）得到的N-烷基咪唑多金属氧酸盐[R1R2Im]3XY12O40离子液体混合均匀得电解液，其中多金属氧酸锂盐Li3XY12O40占10-15%，离子液体N-烷基咪唑多金属氧酸盐[R1R2Im]3XY12O40占85-90%。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术包括咪唑阳离子和多金属氧酸盐阴离子合成的离子液体与多金属氧酸锂盐混合配制的锂离子电池用电解液，由于多金属氧酸锂盐Li3XY12O40，Li4XY12O40具有三维骨架结构，锂离子能在其三维骨架中传导，比起传统的LiPF6，LiBF4电解质提高了锂离子的传输速率，减小了电池本身由离子传输问题带来的极化，且多金属氧酸锂盐不含氟，不会产生因氟导致的水分问题以及安全问题；电解液的溶剂为离子液体，适用温度范围宽，燃点高，不会产生因普通低燃点溶剂易引发的安全问题。2、本专利技术中多金属氧酸锂盐为Li3XY12O40或Li4XY12O40，其中X指P、Si两种元素中任意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多金属氧酸盐离子液体锂离子电池用电解液，其特征在于：包括以下原料组分混合：离子液体和多金属氧酸锂盐；所述离子液体包括咪唑阳离子和多金属氧酸盐阴离子合成，所述咪唑阳离子的结构式为：其中R1、R2为1‑6个碳原子的烷基；所述多金属氧酸盐阴离子是指 [XY12O40]3‑或[XY12O40]4‑，其中X指P、Si两种元素中任意一种；Y指Mo、W两种元素中任意一种。

【技术特征摘要】
1.一种多金属氧酸盐离子液体锂离子电池用电解液的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）将N-烷基咪唑[R1R2Im]与溴代正丁烷[n-C4H9Br]合成中间体N-烷基咪唑溴酸盐[R1R2Im]Br；（2）将（1）步骤得到的中间体N-烷基咪唑溴酸盐[R1R2Im]Br与H3XY12O40或H4XY12O40按(3-4)：1分别配制成水溶液，然后将配制好的水溶液混合、搅拌，反应2-10小时后，得到反应液；（3）反应液分两相，取重相，50-100℃烘干得到N-烷基咪唑多金属氧酸盐[R1R2Im]3XY12O40或[R1R2Im]4XY12O40离子液体；（4）将多金属氧酸锂盐Li3XY12O40或Li4XY12O40与步骤（3）得到的N-烷基咪唑多金属氧酸盐离子液体混合均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖小东，王瑨，谢皎，朱睿，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51