离子液体电解液、锂离子电池电解质和锂离子电池的制作方法

    技术2025-05-25  34


    本发明属于锂二次电池,具体涉及一种适配于卤化物/硫化物固态电解质的离子液体电解液,还涉及含有该离子液体电解液的锂离子电池电解质和锂离子电池。


    背景技术:

    1、锂离子电池具有能量密度高、工作电压高和环境污染小等优势,目前,锂离子电池常采用的电解质包括液态电解质和固态电解质,其中,液态电解质虽然具有较高的离子导电率和较好的化学稳定性,但仍面临诸多挑战:(1)液态电解液高度可燃且易挥发;(2)电极-电解液界面稳定性差;(3)正极过渡金属离子溶解;(4)负极表面析锂,锂枝晶隔膜刺穿等电池热失控风险;(5)lipf6基电解液中产生腐蚀性hf,恶化电解液和破坏电极-电解液界面等。液态电解液极大影响高比能锂离子电池的电化学性能和安全性。在这样的背景下,固态电解质由于相较于液态电解质更加安全,因而在逐步取代液态电解质。

    2、固态电解质中,以卤化物或硫化物固态电解质作为突出,由于其具有较高的室温电导率(如li10gep2s12和li9.54si1.74p1.44s11.7cl0.3硫化物电解质的室温离子电导率分别高达1.2x10-2 s/cm和2.5x10-2 s/cm;卤化物固态电解质li3ycl6和li3ybr6的室温离子电导率分别为0.51ms/cm和1.7ms/cm)。

    3、但由于卤化物/硫化物固态电解质与正负极之间均是固-固接触,因而存在的较大的界面阻抗,难以实现良好的离子传输和稳定的电池性能。同时由于卤化物/硫化物固态电解质对溶剂敏感(溶剂会破坏固态电解质材料表面的结构),从而使得其电导率降低,难以兼容现有的有机电解液体系。


    技术实现思路

    1、有鉴于此,本发明的首要目的在于提供一种离子液体电解液,该离子液体电解液由主体离子液体和适量的无机纳米粒子组成,优化卤化物/硫化物固态电解质与电极间界面接触的同时,抑制卤化物/硫化物电解质的反应性和增加界面离子传导能力。

    2、为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:

    3、本发明第一方面提供了一种离子液体电解液,其由离子液体和无机纳米粒子组成,其中,所述无机纳米粒子为锂的硫化物、锂的卤化物中的至少一种。

    4、进一步方案,所述离子液体为咪唑类离子液体、吡啶类离子液体、季铵盐类离子液体、季鏻盐类离子液体中的至少一种。

    5、进一步方案,所述离子液体为[c2c1im][bf4]、[c6c1im][bf4]、[c2c1im][beta]、[c2c1im][tfsa]、[c3c1pyrr][tfsa]、[c3c1pyrr][fsa]、[c4c1pyrr][fsa]中的至少一种。

    6、进一步方案,所述无机纳米粒子为li2s、licl、libr、lii中的至少一种。

    7、进一步方案,所述无机纳米粒子的粒径为1nm~200nm。

    8、进一步方案,所述无机纳米粒子的粒径为5nm~100nm。

    9、进一步方案,所述离子液体电解液中,离子液体和无机纳米粒子的质量比为(5~10):(0.1~0.5)。

    10、本发明进一步提供了一种锂离子电池电解质,包括固态电解质,在所述固态电解质的表面覆盖有前述的离子液体电解液;其中,所述固态电解质为卤化物固态电解质或硫化物固态电解质。

    11、进一步方案,所述卤化物固态电解质为liamxb,其中,m为al、ga、in、sc、y或la系过渡金属中的至少一种,x为f、cl或br,1≤a≤10,1≤b≤10。

    12、进一步方案,所述卤化物固态电解质为lialcl4、li3incl6、li3ycl6、li3ybr6中的至少一种。

    13、进一步方案,所述硫化物固态电解质为li10gep2s12、li3ps4、li6ps5x中的至少一种,x为cl、br或i。

    14、进一步方案,所述硫化物固态电解质li10gep2s12、li6ps5cl、li6ps5br中的至少一种。

    15、进一步方案,各组成的质量占比为:固态电解质为89.5%~94.9%,离子液体为5%~10%,无机纳米粒子为0.1%~0.5%。

    16、本发明进一步提供了一种锂离子电池,含有前述的锂离子电池电解质。

    17、本发明进一步提供了一种前述的锂离子电池的组装方法,包括以下步骤:

    18、在隔绝水氧条件下,将离子液体和无机纳米粒子充分混合分散均匀,获得离子液体电解液;

    19、依序将正极、固态电解质和负极进行组装,并在所述固态电解质与正、负极片之间的接触面上施加所述离子液体电解液;

    20、封装,获得锂离子电池。

    21、本发明的有益效果:

    22、本发明中适配卤化物/硫化物固态电解质的离子液体电解液包含离子液体主体和适量的无机纳米粒子,高电导率且高粘度的离子液体在优化卤化物/硫化物电解质与电极间的固-固界面接触的同时避免了在其它区域的损失:无机纳米粒子可以填充卤化物/硫化物电解质在电极-电解液界面上的空隙,抑制卤化物/硫化物电解质的反应性和增加界面离子传导能力。



    技术特征:

    1.一种离子液体电解液,其特征在于,其由离子液体和无机纳米粒子组成,其中,所述无机纳米粒子为锂的硫化物、锂的卤化物中的至少一种。

    2.如权利要求1所述的离子液体电解液,其特征在于,所述离子液体为咪唑类离子液体、吡啶类离子液体、季铵盐类离子液体、季鏻盐类离子液体中的至少一种。

    3.如权利要求2所述的离子液体电解液,其特征在于,所述离子液体为[c2c1im][bf4]、[c6c1im][bf4]、[c2c1im][beta]、[c2c1im][tfsa]、[c3c1pyrr][tfsa]、[c3c1pyrr][fsa]、[c4c1pyrr][fsa]中的至少一种。

    4.如权利要求1所述的离子液体电解液,其特征在于,所述无机纳米粒子为li2s、licl、libr、lii中的至少一种。

    5.如权利要求1所述的离子液体电解液,其特征在于,所述无机纳米粒子的粒径为1nm~200nm;

    6.如权利要求1所述的离子液体电解液,其特征在于,所述离子液体电解液中,离子液体和无机纳米粒子的质量比为(5~10):(0.1~0.5)。

    7.一种锂离子电池电解质,其特征在于,包括固态电解质,在所述固态电解质的表面覆盖有权利要求1-6任一项所述的离子液体电解液;其中,所述固态电解质为卤化物固态电解质或硫化物固态电解质;

    8.如权利要求7所述的锂离子电池电解质,其特征在于,各组成的质量占比为:固态电解质为89.5%~94.9%,离子液体为5%~10%,无机纳米粒子为0.1%~0.5%。

    9.一种锂离子电池,其特征在于,含有如权利要求7或8所述的锂离子电池电解质。

    10.一种如权利要求9所述的锂离子电池的组装方法,其特征在于,包括以下步骤:


    技术总结
    本发明公开了一种离子液体电解液、锂离子电池电解质和锂离子电池,该离子液体电解液由离子液体和无机纳米粒子组成,其中,所述无机纳米粒子为锂的硫化物、锂的卤化物中的至少一种。该离子液体电解液可优化卤化物/硫化物固态电解质与电极间的界面接触,实现良好的离子传输,同时解决了卤化物/硫化物固态电解质对传统电解液溶剂敏感的问题,可获得离子传输能力强且电化学性能优异的固态电池。

    技术研发人员:刘永超,胡悦悦,袁泉,高典
    受保护的技术使用者:华彩(合肥)新能源科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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