【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂电池材料，具体涉及一种适用于大于4v的高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液及其制备方法与应用。
技术介绍
1、由于锂离子电池良好的电化学性能，得以在便携电子产品、电动汽车、智能电网和军事领域中广泛应用。但是，锂离子电池几乎达到了其嵌入化学能量密度的理论上限，已无法满足人们对高能量密度储能设备需求。因此，高能量密度的高电压锂金属电池进入了人们的视野，在这种情况下，高电压锂金属电池对电解液提出了更高的要求。高工作电压是提升锂电池能量密度的有效方法之一，如公式(1)所示：
2、
3、式中：e为能量密度；q为比容量；v为工作电压；vup和vlow低分别表示充电和放电过程中的截止电压。而高工作电压下，电解液需要有较好的耐氧化性，电化学窗口稳定，锂离子电池才能在高电压下维持稳定循环。在这种情况下，高电压锂金属电池对电解液提出了更高的要求。
4、锂电池电解液通常为醚类电解液和酯类电解液两大类。酯类电解液通常电化学窗口大于4v，但是在锂金属电池中库伦效率低，电池循环稳定性差，《col ossal granularlithium deposits enabled by the grain-coarsening effect for hi gh-efficiencylithium metal full batteries》及《a sustainable solid electrolyte interphasefor high-energy-density lithium metal batt
5、表1
6、
7、因此，亟需开发针对大于4v高电压锂电池与锂金属兼容性高的高电压电解液。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种适用于大于4v的高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液及其制备方法与应用，该醚基电解液在大于4v高电压条件下循环性能稳定，且使用安全性能好，使用寿命长，解决了醚类电解液电化学窗口窄，在高电压条件下分解的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、适用于大于4v的高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液，包括锂盐、添加剂和溶剂；
4、所述的锂盐为双氟磺酰亚胺锂或者双三氟甲磺酰亚胺锂，终浓度为1-1.5mo l/l；
5、所述的添加剂为硝酸锂、二氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂中的至少一种，且所述的添加剂的总的终浓度之和为0.02-0.5mol/l；
6、所述的溶剂为离子液体与醚类溶剂的混合溶剂，体积比1:1-10。
7、进一步，优选的是，所述离子液体为1-甲基-1-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐或1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。
8、进一步，优选的是，所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚。
9、本专利技术同时提供上述适用于大于4v高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液的制备方法，包括如下步骤：
10、步骤(1)，将锂盐、离子液体和添加剂分别于70-100℃条件下进行干燥，干燥至少10h；
11、步骤(2)，将分子筛置于马弗炉中，于350-500℃活化至少10h；然后将活化后的分子筛加入到醚类溶剂中，静置3-7天；
12、步骤(3)，将锂盐、添加剂、离子液体和醚类溶剂一起混合，至锂盐和添加剂完全溶解，且混合均匀，即得到适用于大于4v的高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液。
13、进一步，优选的是，步骤(1)中，干燥时间为10h-24h。
14、本专利技术还提供上述适用于大于4v的高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液在制备高电压锂金属电池中的应用。
15、本专利技术在采用多种添加剂时，添加剂之间没有比例限制，可以根据所需电解液性质进行调节，添加剂的总的终浓度之和为0.02-0.5mol/l即可。
16、本专利技术采用双氟磺酰亚胺锂或者双三氟甲磺酰亚胺锂，在稀浓度电解液(浓度<3m)中具有较高的离子电导率，可以有效提升充放电过程中锂离子迁移率，加快电池反应动力学。
17、本专利技术采用硝酸锂可以有效形成含氮无机组分固态电解质间相，缓解电池循环过程中一系列副反应的发生。采用二氟磷酸锂可提电解液溶液的电导率，可抑制高温循环过程中可能发生的正极表面的分解并防止电解液溶液的氧化反应，从而改善高温储存后的输出特性以及溶胀特性。采用二氟草酸硼酸锂不仅能够提供锂离子，而且其较好的成膜性与硝酸锂可以起到协同增效的作用，在正极形成高稳定的固态电解质间相，抑制电解液的分解，从而延长电池的使用寿命。
18、本专利技术采用1-甲基-1-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐或者1-乙-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，通过加入离子液体引入tfsi-或者bf4-阴离子基团，构造富阴离子弱溶剂化配位鞘，在降低去溶剂化能垒的同时，促进形成富无机固态电解质间相保护层，进一步稳定固态电解质间相，扩宽电解液电化学窗口。
19、本专利技术采用链状有机醚在促进锂盐溶解的同时，可以起到降低电解液粘度，提升电解液润湿性的。
20、附：英文缩写或具有特殊意义的代号具体含义及业界通用中文名称
21、lifsi：双氟磺酰亚胺锂；litfsi：双三氟甲磺酰亚胺锂；lino3：硝酸锂；lipo2f2：二氟磷酸锂；lidfob：二氟草酸硼酸锂；pp14tfsi：1-甲基-1-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐；emimbf4：1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；dme：乙二醇二甲醚。
22、本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：
23、(1)醚类电解液与锂金属良好的兼容性，广泛应用于锂金属电池，但是其较窄的电化学窗口，通常只是匹配钛酸锂(lto)或者磷酸铁锂(lfp)等正极材料使用，这种锂金属全电池的能量密度甚至可能不如商业锂离子电池的能量密度。因此，扩宽醚类电解液的电化学窗口使其匹配高电压正极材料，提升电池能量密度尤为重要。本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.适用于大于4V的高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液，其特征在于：包括锂盐、添加剂和溶剂；
2.根据权利要求1所述的适用于大于4V的高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液，其特征在于：所述离子液体为1-甲基-1-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐或1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。
3.根据权利要求1所述的适用于大于4V高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液，其特征在于：所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚。
4.权利要求1～3任意一项所述的适用于大于4V高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的适用于大于4V的高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，干燥时间为10h-24h。
6.权利要求1～3任意一项所述的适用于大于4V的高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液在制备高电压锂金属电池中的应用。
【技术特征摘要】
1.适用于大于4v的高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液，其特征在于：包括锂盐、添加剂和溶剂；
2.根据权利要求1所述的适用于大于4v的高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液，其特征在于：所述离子液体为1-甲基-1-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐或1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。
3.根据权利要求1所述的适用于大于4v高电压锂金属电池的基于离子液体的醚基电解液，其特征在于：所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚。...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁守怡，丁凯，钟明阳，李航宇，陈俊凯，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。