CN111430802A - 用于高电压电池组用途的离子液体电解质 - Google Patents
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Abstract
提供一种离子液体电解质组合物。所述离子液体电解质组合物包括离子液体、导电盐和任选稳定剂。所述稳定剂是氧化剂、界面添加剂、助溶剂或其组合。
Description
引言
这一节提供与本公开有关的背景信息，其不一定是现有技术。
高能量密度电化学电池，如锂离子电池组、锂金属电池组和锂硫电池组可用于各种消费品和车辆，如混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)。典型的锂离子、锂金属和锂硫电池组包含阴极（即正极）、阳极（即负极）、电解质和隔离件。通常电连接电池组电池的堆叠体以提高总输出。锂离子和锂硫电池组通常通过在负极与正极之间可逆传送锂离子来工作。在负极与正极之间安置隔离件和电解质。电解质适合传导锂离子并可以是液体、凝胶或固体形式。锂离子在电池组充电过程中从阴极（正极）移向阳极（负极）并在电池组放电时反向移动。
用于锂离子、锂金属和锂硫电池组的电解质通常包括溶解在有机（例如碳酸酯）溶剂中的导电盐，如LiBF4和LiPF6。这些电解质可钝化铝集流体中的腐蚀缺陷并具有良好的高电压稳定性。但是，它们是易挥发和易燃的。离子液体也可用作电解质，并且有益地，不易燃或可燃。但是，不同于可通过形成AlF3钝化铝集流体的含LiPF6盐的碳酸酯基电解质，离子液体电解质无法钝化铝集流体中的腐蚀缺陷并具有差的高电压稳定性，即它们在大约4.2 V后分解。铝集流体的腐蚀也加速容量衰减。因此，希望以解决它们在高电压下的差稳定性的方式改进离子液体电解质的阳极稳定性并能够实现高能量密度电池组。
概述
这一节提供本公开的一般概述并且不是其完整范围或其所有特征的全面公开。
本发明涉及以下内容：
[1]. 一种离子液体电解质组合物，其包含：
离子液体；
导电盐；和
任选稳定剂，其包含选自氧化剂、界面添加剂、助溶剂及其组合的组分。
[2]. 根据[1]的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体包含选自咪唑鎓阳离子、吡咯烷鎓阳离子、哌啶鎓阳离子、N-三甲基-N-丁基铵（TMBA）及其组合的阳离子。
[3]. 根据[1]的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体包含选自双(氟磺酰基)氨基(bis(fluorosulfonyl)amide)（FSI-）、双((三氟甲基)磺酰基)氨基(bis((trifluoromethyl)sulfonyl)amide)（TFSI-）、
、
、
及其组合的阴离子。
[4]. 根据[1]的离子液体电解质组合物，其中所述导电盐是双(氟磺酰基)亚氨基锂（LiFSI）、双((三氟甲基)磺酰基)氨基锂（LiTFSI）、LiPF6、LiBF4、LiClO4或其组合。
[5]. 根据[1]的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体电解质组合物包含稳定剂，且氧化剂包含LiClO4、K2Cr2O7、CsClO4、NaClO4或其组合。
[6]. 根据[1]的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体电解质组合物包含稳定剂，且界面添加剂包含LiBF2(C2O4)、LiB(C2O4)2、LiPF2(C2O4)2、LiPF4(C2O4)、LiPF6、LiAsF6、CsF、CsPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2、Li2(B12X12-iHi)、Li2(B10X10-i’Hi’)或其组合，其中X独立地为卤素，0 ≤ i ≤ 12且0 ≤ i’ ≤ 10。
[7]. 根据[1]的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体电解质组合物包含稳定剂，且助溶剂包含式(I)的环状氟化碳酸酯：
其中R1、R2、R3和R4各自独立地为H、F、Cl、Br、I、CN、NO2、烷基、烯基、芳基、芳烷基、杂环基、杂芳基或杂芳烷基，条件是R1、R2、R3和R4的至少一个是F或含F。
[8]. 根据[7]的离子液体电解质组合物，其中式(I)的R1、R2、R3和R4各自独立地为H、F、C1-C8烷基或C1-C8氟烷基。
[9]. 根据[7]的离子液体电解质组合物，其中：
R1、R2和R3是H且R4是F；
R1和R2是H，且R3和R4是F；
R2和R3是H，且R1和R4是F；
R1、R2、R3和R4的任何3个是F且R1、R2、R3和R4的剩余一个是H；或
R1、R2、R3和R4各自是F。
[10]. 根据[1]的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体电解质组合物包含稳定剂，且氧化剂、界面添加剂、助溶剂或其组合各自具有大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%的浓度。
[11]. 根据[1]的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体电解质组合物包含大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%的浓度的导电盐、大于或等于大约1重量%至小于或等于大约50重量%的浓度的助溶剂，以及大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%的浓度的氧化剂和大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%的浓度的界面添加剂的至少一种。
[12]. 根据[1]的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体包含1-甲基-1-丙基吡咯烷-1-鎓，所述导电盐是大约1M双(氟磺酰基)亚氨基锂（LiFSI），且所述离子液体电解质组合物包含稳定剂，所述稳定剂是大约10重量%氟代碳酸亚乙酯（FEC）或二氟代碳酸亚乙酯（DFEC），以及大约2重量% LiClO4和大约2重量% LiBF2(C2O4)或LiB(C2O4)2的至少一种。
[13]. 根据[1]的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体电解质组合物配置为在大于或等于大约4.2 V下运行的电化学电池内稳定。
[14]. 根据[1]的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体电解质组合物配置为在具有大于或等于大约1 mAh/cm2至小于或等于大约5 mAh/cm2的阴极负载并在大于或等于大约4.2 V下运行的电化学电池内稳定。
[15]. 一种电化学电池，其包括：
布置在阴极与阳极之间的多孔隔离件；和
布置在所述多孔隔离件内的离子液体电解质组合物，所述离子液体电解质组合物包含离子液体；导电盐；和任选稳定剂，所述稳定剂包含选自氧化剂、界面添加剂、助溶剂及其组合的组分，其中所述离子液体电解质组合物在大于或等于大约4.2 V的电压下运行的电化学电池中稳定。
[16]. 根据[15]的电化学电池，其中所述阴极具有包含尖晶石、橄榄石、碳涂布橄榄石、LiFePO4、LiMn0.5Ni0.5O2、LiCoO2、LiNiO2、LiNi1-xCoyMezO2、LiNiαMnβCoγO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiNi0.5Me1.5O4、Li1+x’NihMnkColMe2 y’O2-z’Fz’、VO2或Ex”F2(Me3O4)3、LiNimMnnO4的活性材料，其中Me是Al、Mg、Ti、B、Ga、Si、Mn或Co；Me2是Mg、Zn、Al、Ga、B、Zr或Ti；E是Li、Ag、Cu、Na、Mn、Fe、Co、Ni或Zn；F是Ti、V、Cr、Fe或Zr；其中0 ≤ x ≤ 0.3；0 ≤ y ≤ 0.5；0 ≤ z ≤0.5；0 ≤ m ≤ 2；0 ≤ n ≤ 2；0 ≤ x’ ≤ 0.4；0 ≤ α ≤ 1；0 ≤ β ≤ 1；0 ≤ γ ≤1；0 ≤ h ≤ 1；0 ≤ k ≤ 1；0 ≤ l ≤ 1；0 ≤ y’ ≤ 0.4；0 ≤ z’ ≤ 0.4；和0 ≤ x”≤ 3；条件是h、k和l的至少一个大于0。
[17]. 根据[15]的电化学电池，其中所述阳极包含碳(C)、硅(Si)、锡(Sn)、锗(Ge)、铋(Bi)、锌(Zn)、碲(Te)、铅(Pb)、镓(Ga)、铝(Al)、砷(As)、锂(Li)或其组合。
[18]. 根据[16]的电化学电池，其中所述活性材料选自氧化锂锰（LMO）、氧化锂锰镍（LNMO）、氧化锂钴（LCO）、氧化锂镍（LNO）、氧化锂镍锰钴（NMC）、锂镍钴金属氧化物(lithium nickel cobalt metal oxide)（NCA）、磷酸锂铁的混合氧化物、锂铁多阴离子氧化物、钛酸锂及其组合。
[19]. 根据[15]的电化学电池，其中所述电化学电池具有大于或等于大约70%至小于或等于大约99.9%的循环效率。
[20]. 一种制备离子液体电解质组合物的方法，所述方法包括：
混合导电盐与离子液体以形成离子液体电解质组合物；和任选混合稳定剂与所述离子液体电解质组合物，其中所述稳定剂包含选自氧化剂、界面添加剂、助溶剂及其组合的组分。
在各种方面中，本技术提供一种离子液体电解质组合物，其包括离子液体；导电盐；和任选稳定剂。稳定剂可包括选自氧化剂、界面添加剂、助溶剂及其组合的组分。
在一个变体中，离子液体包括选自咪唑鎓阳离子、吡咯烷鎓阳离子、哌啶鎓阳离子、N-三甲基-N-丁基铵（TMBA）及其组合的阳离子。
在一个变体中，离子液体包括选自双(氟磺酰基)氨基（FSI-）、双((三氟甲基)磺酰基)氨基（TFSI-）、
、
、
及其组合的阴离子。
在一个变体中，导电盐是双(氟磺酰基)亚氨基锂（LiFSI）、双((三氟甲基)磺酰基)氨基锂（LiTFSI）、LiPF6、LiBF4、LiClO4或其组合。
在一个变体中，离子液体电解质组合物包括稳定剂，且氧化剂包含LiClO4、K2Cr2O7、CsClO4、NaClO4或其组合。
在一个变体中，离子液体电解质组合物包括稳定剂，且界面添加剂包括LiBF2(C2O4)、LiB(C2O4)2、LiPF2(C2O4)2、LiPF4(C2O4)、LiPF6、LiAsF6、CsF、CsPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2、Li2(B12X12-iHi)、Li2(B10X10-i’Hi’)或其组合，其中X独立地为卤素，0 ≤ i ≤ 12且0≤ i’ ≤ 10。
在一个变体中，离子液体电解质组合物包括稳定剂，且助溶剂包括式(I)的环状氟化碳酸酯：
其中R1、R2、R3和R4各自独立地为H、F、Cl、Br、I、CN、NO2、烷基、烯基、芳基、芳烷基、杂环基、杂芳基或杂芳烷基，条件是R1、R2、R3和R4的至少一个是F或含F。
在一个变体中，式(I)的R1、R2、R3和R4各自独立地为H、F、C1-C8烷基或C1-C8氟烷基。
在一个变体中，R1、R2和R3是H且R4是F；R1和R2是H，且R3和R4是F；R2和R3是H，且R1和R4是F；R1、R2、R3和R4的任何3个是F且R1、R2、R3和R4的剩余一个是H；或R1、R2、R3和R4各自是F。
在一个变体中，离子液体电解质组合物包括稳定剂，且氧化剂、界面添加剂、助溶剂或其组合各自具有大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%的浓度。
在一个变体中，离子液体电解质组合物包括大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%的浓度的导电盐、大于或等于大约1重量%至小于或等于大约50重量%的浓度的助溶剂，以及大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%的浓度的氧化剂和大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%的浓度的界面添加剂的至少一种。
在一个变体中，离子液体包括1-甲基-1-丙基吡咯烷-1-鎓，导电盐是大约1 M双(氟磺酰基)亚氨基锂（LiFSI），且离子液体电解质组合物包括稳定剂，所述稳定剂是大约10重量%氟代碳酸亚乙酯（FEC）或二氟代碳酸亚乙酯（DFEC），以及大约2重量% LiClO4和大约2重量% LiBF2(C2O4)或LiB(C2O4)2的至少一种。
在一个变体中，所述离子液体电解质组合物配置为在大于或等于大约4.2 V下运行的电化学电池内稳定。
在一个变体中，所述离子液体电解质组合物配置为在具有大于或等于大约1 mAh/cm2至小于或等于大约5 mAh/cm2的阴极负载并在大于或等于大约4.2 V下运行的电化学电池内稳定。
在各种方面中，本技术进一步提供一种电化学电池。所述电化学电池包括布置在阴极与阳极之间的多孔隔离件；和布置在所述多孔隔离件内的离子液体电解质组合物，所述离子液体电解质组合物包括离子液体；导电盐；和任选稳定剂，所述稳定剂包括选自：氧化剂、界面添加剂、助溶剂及其组合的组分。所述离子液体电解质组合物在大于或等于大约4.2 V的电压下运行的电化学电池中稳定。
在一个变体中，阴极具有包括尖晶石、橄榄石、碳涂布橄榄石、LiFePO4、LiMn0.5Ni0.5O2、LiCoO2、LiNiO2、LiNi1-xCoyMezO2、LiNiαMnβCoγO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiNi0.5Me1.5O4、Li1+x’NihMnkColMe2 y’O2-z’Fz’、VO2或Ex”F2(Me3O4)3、LiNimMnnO4的活性材料，其中Me是Al、Mg、Ti、B、Ga、Si、Mn或Co；Me2是Mg、Zn、Al、Ga、B、Zr或Ti；E是Li、Ag、Cu、Na、Mn、Fe、Co、Ni或Zn；F是Ti、V、Cr、Fe或Zr；其中0 ≤ x ≤ 0.3；0 ≤ y ≤ 0.5；0 ≤ z ≤ 0.5；0≤ m ≤ 2；0 ≤ n ≤ 2；0 ≤ x’ ≤ 0.4；0 ≤ α ≤ 1；0 ≤ β ≤ 1；0 ≤ γ ≤ 1；0≤ h ≤ 1；0 ≤ k ≤ 1；0 ≤ l ≤ 1；0 ≤ y’ ≤ 0.4；0 ≤ z’ ≤ 0.4；和0 ≤ x” ≤3；条件是h、k和l的至少一个大于0。
在一个变体中，阳极包括碳(C)、硅(Si)、锡(Sn)、锗(Ge)、铋(Bi)、锌(Zn)、碲(Te)、铅(Pb)、镓(Ga)、铝(Al)、砷(As)、锂(Li)或其组合。
在一个变体中，所述活性材料选自氧化锂锰（LMO）、氧化锂锰镍（LNMO）、氧化锂钴（LCO）、氧化锂镍（LNO）、氧化锂镍锰钴（NMC）、锂镍钴金属氧化物（NCA）、磷酸锂铁的混合氧化物、锂铁多阴离子氧化物、钛酸锂及其组合。
在一个变体中，所述电化学电池具有大于或等于大约70%至小于或等于大约99.9%的循环效率。
在各种方面中，本技术再进一步提供一种制备离子液体电解质组合物的方法。所述方法包括混合导电盐与离子液体以形成离子液体电解质组合物；和任选混合稳定剂与所述离子液体电解质组合物，其中所述稳定剂包括选自：氧化剂、界面添加剂、助溶剂及其组合的组分。
由本文中提供的描述显而易见其它适用领域。概述中的描述和具体实例仅意在举例说明而无意限制本公开的范围。
附图
本文中描述的附图仅用于举例说明所选实施方案而非所有可能的实施方案，并且无意限制本公开的范围。
图1是根据本技术的各种方面的电化学电池的图示。
图2是具有Li金属阳极和低负载NCM622阴极并具有本技术的无稳定剂的1 MLiFSI盐/双(氟磺酰基)亚氨N-甲基-N-丙基吡咯烷鎓（Py13FSI）电解质的电化学电池的容量(mAh/g)和效率(%) vs. 循环数的曲线图。在4–4.3V的上限截止电压下测试电化学电池，各电压具有10个循环。
图3是具有Li金属阳极和低负载NCM622阴极的电化学电池的容量(mAh/g)和效率(%) vs. 循环数的曲线图。电解质是根据本技术的各种方面的在含2重量%二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB）的Py13FSI中的1 M LiFSI。在4–4.5V的上限截止电压下测试电化学电池，各电压具有10个循环。
图4是具有Li金属阳极和低负载NCM622阴极的电化学电池的容量(mAh/g)和效率(%) vs. 循环数的曲线图。电解质是根据本技术的各种方面的在含2重量%双(草酸根合)硼酸锂（LiBOB）的Py13FSI中的1 M LiFSI。在4–4.5V的上限截止电压下测试电化学电池，各电压具有10个循环。
图5是具有Li金属阳极和低负载NCM622阴极的电化学电池的容量(mAh/g)和效率(%) vs. 循环数的曲线图。电解质是根据本技术的各种方面的在含2重量%高氯酸锂的Py13FSI中的1 M LiFSI。在4–4.5V的上限截止电压下测试电化学电池，各电压具有10个循环。
图6是具有Li金属阳极和高负载NCM622阴极的两种电化学电池的容量(mAh/g)vs. 循环数的曲线图。第一种电化学电池的电解质是在Py13FSI中的1 M LiFSI。第二种电化学电池的电解质是根据本技术的各种方面的在含2重量%高氯酸锂的Py13FSI中的1 MLiFSI。在4–4.5V的上限截止电压下测试电化学电池，各电压具有10个循环。
图7是图6的第二种电化学电池的奈奎斯特图，其具有根据本技术的各种方面的在含2重量%高氯酸锂的Py13FSI中的1 M LiFSI的电解质。
图8是具有Li金属阳极和高负载NCM622阴极的电化学电池的容量(mAh/g) vs. 循环数的曲线图。如参照图6和7描述的第二种电化学电池具有在含2重量%高氯酸锂的Py13FSI中的1 M LiFSI的电解质。第三种电化学电池具有根据本技术的各种方面的在含10重量%氟代碳酸亚乙酯（FEC）的Py13FSI电解质中的1 M LiFSI的电解质。第四种电化学电池具有根据本技术的各种方面的在含2重量%高氯酸锂和10重量% FEC的Py13FSI电解质中的1M LiFSI的电解质。在4–4.5V的上限截止电压下测试电化学电池，各电压具有10个循环。
图9是具有Li金属阳极和高负载LG622阴极的电化学电池的容量(mAh/g)和效率(%) vs. 循环数的曲线图。电解质是根据本技术的各种方面的在含2重量%高氯酸锂和10重量% FEC的Py13FSI中的1 M LiFSI。电化学电池在3–4.4 V之间循环。
图10A是具有Si/石墨阴极和Li金属阳极的电化学电池的容量(mAh/g)和效率(%)vs. 循环数的曲线图。电解质是在EC/EMC 3/7体积比中的1.2 M LiPF6。
图10B是具有Si/石墨阴极和Li金属阳极的电化学电池的容量(mAh/g)和效率(%)vs. 循环数的曲线图。电解质是在含10重量% FEC的EC/EMC 3/7体积比中的1.2 M LiPF6。
图10C是具有Si/石墨阴极和Li金属阳极的电化学电池的容量(mAh/g)和效率(%)vs. 循环数的曲线图。电解质是在Py13FSI中的1 M LiFSI。
图11A是具有Si/石墨阳极和NCM622阴极的电化学电池的容量(mAh/g)和效率(%)vs. 循环寿命的曲线图。电解质是在Py13FSI中的1 M LiFSI。
图11B是从图11A中描述的电化学电池中获取的阴极的扫描电子显微（SEM）图。比例尺是10 μm。
图11C是具有Si/石墨阳极和NCM622阴极的电化学电池的容量(mAh/g)和效率(%)vs. 循环数的曲线图。电解质在第一种电化学电池中是在Py13FSI中的1 M LiFSI，在第二种电化学电池中是在含2重量% LiClO4的Py13FSI中的1 M LiFSI。
图11D是参照图11C描述的电化学电池的库仑效率(%) vs. 循环数的曲线图。
在附图的几个视图中，相应的附图标记都是指相应的部件。
详述
提供示例性实施方案以使本公开彻底并向本领域技术人员充分传达其范围。阐述了许多具体细节，例如具体组合物、组分、装置和方法的实例，以提供本公开的实施方案的充分理解。本领域技术人员显而易见的是，不需要使用具体细节，示例性实施方案可以具体体现为许多不同的形式，它们都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知方法、公知装置结构和公知技术。
本文所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案而无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”是包容性的，因此规定了指定特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组分的存在，但不排除一种或更多种其它特征、整数、步骤、操作、元件、组分和/或其组合的存在或加入。尽管开放性术语“包含”应被理解为用于描述和请求保护本文所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面中，该术语可替代性被理解为更限制性和约束性的术语，如“由…构成”或“基本由…构成”。因此，对于列举了组合物、材料、组分、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤的任何给定实施方案，本公开也明确包括由或基本由此类列举的组合物、材料、组分、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤构成的实施方案。在“由…构成”的情况下，该备选实施方案不包括任何附加组合物、材料、组分、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤，而在“基本由…构成”的情况下，这样的实施方案不包括实质影响基本和新颖特征的任何附加组合物、材料、组分、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤，但在实施方案中可包括不会实质影响基本和新颖特征的任何组合物、材料、组分、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤。
本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应被解释为必定要求它们以所论述或例示的特定顺序实施，除非明确指定实施顺序。还要理解的是，除非另行指明，可以使用附加或替代的步骤。
当一个组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”、“接合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层上时，其可以直接在另一组件、元件或层上、直接接合、连接或耦合到另一组件、元件或层上，或可能存在中间元件或层。相反，当一个元件被提到“直接在”另一元件或层上、“直接接合”、“直接连接”或“直接耦合”到另一元件或层上时，不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释（例如“之间”vs“直接在...之间”，“相邻”vs“直接相邻”等）。本文所用的术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。
在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以包含与给定值的轻微偏差和大致具有所列值的实施方案以及确切具有所列值的实施方案。除了在详述最后提供的实施例中外，本说明书（包括所附权利要求书）中的参数（例如量或条件）的所有数值应被理解为在所有情况下被术语“大约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“大约”。“大约”是指指定数值允许一定的轻微不精确（接近该值的精确性；大致或合理地接近该值；几乎）。如果由“大约”提供的不精确性在本领域中不以这种普通含义理解，本文所用的“大约”至少是指可能由测量和使用此类参数的普通方法造成的变动。例如，“大约”可包含小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%和在某些方面中，任选小于或等于0.1%的变动。
此外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对这些范围给出的端点和子范围。
现在参考附图更充分描述示例性实施方案。
本技术涉及改进的离子液体作为用于高能量二次电池组的电解质。更特别地，本技术提供包括导电盐和任选稳定剂的离子液体电解质组合物，其能够实现比具有相同离子液体电解质但没有导电盐和任选稳定剂的相应电池高的电压稳定性。本技术的离子液体电解质组合物可用于高电压电池，如在大约4.2 V以上运行的电池，并具有比不包括导电盐和任选稳定剂的等同电池中高的能量密度。
在各种方面中，根据本技术的某些方面的离子液体电解质可用于电化学电池，如循环锂离子的电化学电池（例如锂离子电池组、锂金属电池组、锂一次电池组和锂硫电池组）、循环钠离子的电化学电池（例如钠离子电池组、钠金属电池组、钠一次电池组和钠硫电池组）或电容器。相应地，图1提供电化学电池20的示例性示意图。电化学电池20包括负极22、与负极22接触的负极集流体32、正极24、与正极24接触的正极集流体34和布置在负极与正极22、24之间的隔离件26。负极22在本文中可被称为阳极，且正极24可被称为阴极。在某些情况下，负极集流体32、负极22、隔离件26、正极24和正极集流体34各自可以电并联布置连接的层组装以提供合适的能量包。
负极22包括电活性材料作为能够充当锂离子电池组的负端子的锂主体材料。仅作为实例，该电活性材料可包含含碳(C，如石墨)、硅(Si)、锡(Sn)、锗(Ge)、铋(Bi)、锌(Zn)、碲(Te)、铅(Pb)、镓(Ga)、铝(Al)、砷(As)、锂(Li)（例如Li金属）或其组合的化合物。在某些情况下，负极22可进一步包括聚合物粘合剂材料以在结构上加强电活性材料。
负极集流体32可安置在负极22处或附近。负极集流体32可包含导电的相对延性金属或金属合金。负极集流体32可包括选自金(Au)、铅(Pb)、铌(Nb)、钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)、钒(V)、铜(Cu)、钽(Ta)、镍(Ni)、铁(Fe)及其组合的化合物。
置于负极22和正极24之间的隔离件26可充当电绝缘体和机械载体，以防止物理接触并因此防止发生短路。此外，隔离件26除提供负极和正极22、24之间的物理屏障外还可提供用于内部传送锂离子（和相关阴离子）的最小阻力路径以促进电化学电池20的工作。
隔离件26可以是多孔的，具有划定在其中的许多孔隙，例如包含含聚烯烃的微孔聚合隔离件。该聚烯烃可以是均聚物（例如衍生自单一单体成分）或杂聚物（例如衍生自多于一种单体成分），其可以是直链或支链的。如果杂聚物衍生自两种单体成分，该聚烯烃可呈现任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物。类似地，如果该聚烯烃是衍生自多于两种单体成分的杂聚物，其同样可以是嵌段共聚物或无规共聚物。仅作为实例，聚烯烃可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或其组合。
隔离件26，作为微孔聚合物隔离件，可以是单层或多层层压材料，其可由干法或湿法制造。在某些情况下，聚烯烃单层可形成整个微孔聚合物隔离件26。在另一些情况下，隔离件26可以是具有在相对表面之间延伸的大量孔隙的纤维膜并可具有小于1毫米的厚度。在再一些情况下，可以组装类似或不同聚烯烃的多个分立层以形成微孔聚合物隔离件26。微孔聚合物隔离件26可包括除聚烯烃外的其它聚合物。仅作为实例，隔离件26还可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚偏二氟乙烯（PVDF）和/或聚酰胺。聚烯烃层和任何其它任选聚合物层可作为纤维层包括在微孔聚合物隔离件26中并可为微孔聚合物隔离件26提供适当的结构特征和孔隙率特征。
多孔隔离件26包括布置在隔离件孔隙内的能够传导锂离子的电解质30。将电解质30布置在隔离件26内，如在隔离件26的表面上和在隔离件26的孔隙内。电解质30也可存在于负极22和正极24中。本技术的电解质30是下面更详细论述的离子液体电解质组合物。
正极24可由在充当电化学电池20的正端子的同时可充分发生锂嵌入/合金化和脱嵌/脱合金的锂基活性材料形成。在某些情况下，层状锂过渡金属氧化物可用于形成正极24。仅作为实例，正极24可包含活性材料Li(1+x)Mn(2-x)O4的氧化锂锰（LMO），其中0 ≤ x ≤ 1（例如LiMn2O4）；LiMn(2-x)NixO4的氧化锂锰镍（LNMO），其中0 ≤ x ≤ 1（例如LiMn1.5Ni0.5O4）；氧化锂钴（LCO，例如LiCoO2）；氧化锂镍（LNO，例如LiNiO2）；Li1+α(NixMnyCoz)O2）的氧化锂镍锰钴（NMC），其中0 ≤ α ≤ 1、0 ≤ x ≤ 1、0 ≤ y ≤ 1、0 ≤ z ≤ 1且x+ y + z = 1（例如LiMn0.33Ni0.33Co0.33O2）；LiNi(1-x-y)CoxMyO2）的锂镍钴金属氧化物（NCA），其中0 < x < 1、0 < y < 1且M可以是Al、Mn等（例如LiNI0.8Co0.15Al0.05O2）；磷酸锂铁的混合氧化物；锂铁多阴离子氧化物（例如磷酸锂铁（LiFePO4）或氟磷酸锂铁（Li2FePO4F））；钛酸锂或其组合。在各种实施方案中，阴极活性材料包含尖晶石、橄榄石、碳涂布橄榄石LiFePO4、LiMn0.5Ni0.5O2、LiCoO2、LiNiO2、LiNi1-xCoyMezO2、LiNiαMnβCoγO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiNi0.5Me1.5O4、Li1+x’NihMnkColMe2 y’O2-z’Fz’、VO2或Ex”F2(Me3O4)3、LiNimMnnO4，其中Me是Al、Mg、Ti、B、Ga、Si、Mn或Co；Me2是Mg、Zn、Al、Ga、B、Zr或Ti；E是Li、Ag、Cu、Na、Mn、Fe、Co、Ni或Zn；F是Ti、V、Cr、Fe或Zr；其中0 ≤ x ≤ 0.3；0 ≤ y ≤ 0.5；0 ≤ z ≤ 0.5；0 ≤ m ≤ 2；0≤ n ≤ 2；0 ≤ x’ ≤ 0.4；0 ≤ α ≤ 1；0 ≤ β ≤ 1；0 ≤ γ ≤ 1；0 ≤ h ≤ 1；0≤ k ≤ 1；0 ≤ l ≤ 1；0 ≤ y’ ≤ 0.4；0 ≤ z’ ≤ 0.4；和0 ≤ x” ≤ 3；条件是h、k和l的至少一个大于0。在某些情况下，正极24可进一步包括聚合物粘合剂材料，其在结构上加强锂基活性材料。在某些情况下，可通过将活性材料与此类粘合剂一起淤浆浇注而将正极24的活性材料与至少一种聚合物粘合剂混合。但是，要理解的是，该活性材料可包括钠，例如在电化学电池是钠离子电池组的实施方案中。
正极集流体34可安置在正极24处或附近。正极集流体34可包含导电的相对延性金属或金属合金。正极集流体34可包括选自金(Au)、铅(Pb)、铌(Nb)、钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)、钒(V)、铝(Al)、钽(Ta)、镍(Ni)及其组合的化合物。
负极集流体32和正极集流体34可分别收集并向和从外电路40传送自由电子。外电路40和载荷装置42可经其集流体32连接负极22和经其集流体34连接正极24。电化学电池20可在放电过程中通过在外电路40关闭（例如将负极22连向正极24）时发生的可逆电化学反应生成电流，且负极22含有相对较大的嵌入锂量。正极24和负极22之间的化学势差可驱使在负极22处通过嵌入锂的氧化生成的电子经由外电路40送往正极24。也可在负极处生成的锂离子可同时经由电解质30和隔离件26传送到正极24。电子可流经外电路40且锂离子可在电解质30中穿过隔离件26迁移以在正极24处形成嵌入的锂。可以利用经过外电路40的电流并导过载荷装置42直至耗尽负极22中的嵌入锂且电化学电池20的容量降低。
电化学电池20可随时通过将外部电源连向电化学电池20来充电或重新供能以逆转在电池组放电过程中发生的电化学反应。外部电源连向电化学电池20可促进在正极24处的嵌入锂的原本非自发氧化产生电子和锂离子。可经由外电路40流回负极22的电子和可被电解质30携带穿过隔离件26送回负极22的锂离子可在负极22处再结合并为负极22补充嵌入锂以在电化学电池20的下一放电循环的过程中消耗。可用于将电化学电池20充电的外部电源可随电化学电池20的尺寸、构造和特定最终用途而变。仅作为实例，外部电源可以是AC墙壁插座和机动车交流发电机。
电化学电池20的尺寸和形状可随其被设计所针对的特定用途而变。在某些情况下，如果载荷装置42需要，电化学电池20也可与其它类似的锂离子电池或电池组串联或并联以产生更大的电压输出和功率密度。载荷装置42可以完全或部分由在电化学电池20放电时经过外电路40的电流供能。仅作为实例，载荷装置42可以是混合动力车辆或全电动车的发电机、笔记本电脑、平板电脑、移动电话或无绳电动工具或器具。在某些情况下，载荷装置42可以是将电化学电池20充电以用于存储能量的发电装置。
本技术的离子液体电解质组合物包含离子液体和（溶解在离子液体中的）导电盐。相应地，离子液体包括阳离子和阴离子。作为非限制性实例，离子液体的阳离子是咪唑鎓阳离子、吡咯烷鎓阳离子、哌啶鎓阳离子、N-三甲基-N-丁基铵（TMBA）或其组合。咪唑鎓阳离子的非限制性实例包括3-乙基-1-甲基-1H-咪唑-3-鎓、3-烯丙基-1-甲基-1H-咪唑-3-鎓、3-丁基-1-甲基-1H-咪唑-3-鎓及其组合。吡咯烷鎓阳离子的非限制性实例包括1-丁基-1-甲基吡咯烷-1-鎓、1-甲基-1-丙基吡咯烷-1-鎓（Py13）、1-(2-甲氧基乙基)-1-甲基吡咯烷-1-鎓、1-甲基-1-戊基吡咯烷-1-鎓及其组合。哌啶鎓阳离子的非限制性实例包括1-甲基-1-丙基哌啶-1-鎓、1-丁基-1-甲基哌啶-1-鎓及其组合。离子液体盐的阴离子是双(氟磺酰基)氨基（FSI）、双((三氟甲基)磺酰基)氨基（TFSI）、
、
、
或其组合。作为非限制性实例，导电盐可以是双(氟磺酰基)亚氨基锂（LiFSI）、双((三氟甲基)磺酰基)氨基锂（LiTFSI）、LiPF6、LiBF4、LiClO4或其组合。导电盐在离子液体中具有大于或等于大约0.01 M至小于或等于大约2 M、大于或等于大约0.1 M至小于或等于大约1.75 M、大于或等于大约0.25 M至小于或等于大约1.5 M、或大于或等于大约0.5 M至小于或等于大约1.25 M的浓度，如大约0.01 M、大约0.1 M、大约0.2 M、大约0.25 M、大约0.3 M、大约0.4 M、大约0.5 M、大约0.6 M、大约0.7 M、大约0.75 M、大约0.8 M、大约0.9 M、大约1 M、大约1.01 M、大约1.1M、大约1.2 M、大约1.25 M、大约1.3 M、大约1.4 M、大约1.5 M、大约1.6 M、大约1.7 M、大约1.75 M、大约1.8 M、大约1.9 M或大约2 M的浓度。
本技术的离子液体电解质组合物进一步包括（溶解在离子液体中的）任选稳定剂，其稳定在大于或等于大约4 V至小于或等于大约5 V的上限截止电压下运行的电化学电池。要理解的是，本技术的电解质在低于4 V的电压下也稳定。
稳定剂是氧化剂、界面添加剂和助溶剂的至少一种。作为一个非限制性实例，在一些实施方案中，稳定剂包含助溶剂，以及氧化剂和界面添加剂的至少一种。在另一非限制性实例中，在另一些实施方案中，稳定剂包含氧化剂，以及界面添加剂和助溶剂的至少一种。
氧化剂在高电压下稳定离子液体和导电盐。作为非限制性实例，氧化剂是LiClO4、K2Cr2O7、CsClO4、NaClO4或其组合。氧化剂包括在离子液体电解质组合物中并以大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%、大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约4重量%、大于或等于大约1重量%至小于或等于大约3重量%、或大于或等于大约1.5重量%至小于或等于大约2.5重量%的浓度（重量%，基于离子液体电解质组合物的总重量计），如大约0.25重量%、大约0.5重量%、大约0.75重量%、大约1重量%、大约1.25重量%、大约1.5重量%、大约1.75重量%、大约2重量%、大约2.25重量%、大约2.5重量%、大约2.75重量%、大约3重量%、大约3.25重量%、大约3.5重量%、大约3.75重量%、大约4重量%、大约4.25重量%、大约4.5重量%、大约4.75重量%、大约5重量%或更高的浓度存在于电解质中。但是，要理解的是，氧化剂可以任何浓度包括在离子液体电解质组合物中，条件是氧化剂保持溶解在离子液体中。
界面添加剂充当阴极电解质界面（CEI）或阳极固体电解质界面（SEI）添加剂，其在高电压和高电流密度下稳定阴极和阳极的至少一种。界面添加剂的非限制性实例包括LiBF2(C2O4)（LiDFOB）、LiB(C2O4)2（LiBOB）、LiPF2(C2O4)2、LiPF4(C2O4)、LiPF6、LiAsF6、CsF、CsPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2、Li2(B12X12-iHi)、Li2(B10X10-i’Hi’)及其组合，其中各X独立地为卤素（例如F、Cl、Br或I），0 ≤ i ≤ 12且0 ≤ i’ ≤ 10。界面添加剂包括在离子液体电解质组合物中并以大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%、大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约4重量%、大于或等于大约1重量%至小于或等于大约3重量%、或大于或等于大约1.5重量%至小于或等于大约2.5重量%的浓度（重量%，基于离子液体电解质组合物的总重量计），如大约0.25重量%、大约0.5重量%、大约0.75重量%、大约1重量%、大约1.25重量%、大约1.5重量%、大约1.75重量%、大约2重量%、大约2.25重量%、大约2.5重量%、大约2.75重量%、大约3重量%、大约3.25重量%、大约3.5重量%、大约3.75重量%、大约4重量%、大约4.25重量%、大约4.5重量%、大约4.75重量%、大约5重量%或更高的浓度存在于电解质中。但是，要理解的是，界面添加剂可以任何浓度包括在离子液体电解质组合物中，条件是界面添加剂保持溶解在离子液体中。
助溶剂是稳定阳极并降低离子液体的粘度的SEI添加剂。该助溶剂是环状氟化碳酸酯，包括式(I)的碳酸酯：
在式(I)中，R1、R2、R3和R4各自独立地为H、F、Cl、Br、I、CN、NO2、烷基、烯基、芳基、芳烷基、杂环基、杂芳基或杂芳烷基，条件是R1、R2、R3和R4的至少一个是F或含F。在一些实施方案中，R1、R2、R3和R4各自独立地为H、F、C1-C8烷基或C1-C8氟烷基。在另一些实施方案中，R1、R2和R3各自是H且R4是F；或其中R1和R2各自是H且R3和R4是F；或其中R2和R3各自是H，且R1和R4是F；或其中R1、R2、R3和R4的任何3个是F且R1、R2、R3和R4的剩余一个是H；或其中R1、R2、R3和R4各自是F。在一些实施方案中，式(I)的助溶剂包含下列氟化碳酸酯的至少一种：
该离子液体电解质组合物在电解质中包括大于或等于大约1重量%至小于或等于大约50重量%、大于或等于大约2.5重量%至小于或等于大约40重量%、大于或等于大约5重量%至小于或等于大约30重量%、或大于或等于大约7.5重量%至小于或等于大约20重量%的浓度（重量%，基于离子液体电解质组合物的总重量计），如大约1重量%、大约2重量%、大约3重量%、大约4重量%、大约5重量%、大约6重量%、大约7重量%、大约8重量%、大约9重量%、大约10重量%、大约11重量%、大约12重量%、大约13重量%、大约14重量%、大约15重量%、大约16重量%、大约17重量%、大约18重量%、大约19重量%、大约20重量%、大约25重量%、大约30重量%、大约35重量%、大约40重量%、大约45重量%、大约50重量%或更高的浓度的助溶剂。要理解的是，离子液体电解质组合物可包括任何浓度的助溶剂，条件是该稳定剂保持溶解在离子液体中。
该离子液体电解质组合物在具有低阴极活性材料载量，如大于或等于大约0.5mAh/cm2至小于大约2 mAh/cm2或大于或等于大约1.25 mAh/cm2至小于或等于大约1.75mAh/cm2的活性材料载量，如大约0.5 mAh/cm2、大约0.75 mAh/cm2、大约1 mAh/cm2、大约1.25 mAh/cm2、大约1.5 mAh/cm2、大约1.75 mAh/cm2或大约2 mAh/cm2的活性材料载量的电池组中稳定。在一些实施方案中，阴极具有低阴极活性材料载量且稳定剂包括氧化剂、界面添加剂和助溶剂的仅一种。
该离子液体电解质组合物在具有高阴极活性材料载量，如大于或等于大约2 mAh/cm2至小于或等于大约5 mAh/cm2、大于或等于大约3 mAh/cm2至小于或等于大约4.75 mAh/cm2、或大于或等于大约4 mAh/cm2至小于或等于大约4.5 mAh/cm2的活性材料载量，如大约2mAh/cm2、大约2.5 mAh/cm2、大约2.75 mAh/cm2、大约3 mAh/cm2、大约3.25 mAh/cm2、大约3.5mAh/cm2、大约3.75 mAh/cm2、大约4 mAh/cm2、大约4.25 mAh/cm2、大约4.5 mAh/cm2、大约4.75 mAh/cm2或大约5 mAh/cm2的活性材料载量的电池组中也稳定。在高阴极活性材料载量下，稳定剂稳定阴极和阳极的至少一种并可包括氧化剂、界面添加剂和助溶剂的至少一种。此外，离子液体电解质组合物在具有高阴极活性材料载量的电池组中提供大于或等于大约70%、大于或等于大约80%、大于或等于大约85%、大于或等于大约90%、大于或等于大约95%、或大于或等于大约97.5%的循环效率。在一些实施方案中，循环效率大于或等于大约70%至小于或等于大约99.9%、大于或等于大约80%至小于或等于大约99.9%、大约85%至小于或等于大约99.9%、大约90%至小于或等于大约99.9%、或大约95%至小于或等于大约99.9%。在一些实施方案中，阴极具有高阴极活性材料载量且稳定剂包括氧化剂以及界面添加剂和助溶剂的至少一种，或助溶剂以及氧化剂和界面添加剂的至少一种。
本技术还包括一种电化学电池，其包含布置在阴极与阳极之间的多孔隔离件，将所述离子液体电解质组合物布置在隔离件周围。上文参照图1更详细描述了电化学电池。该离子液体电解质组合物在如上所述的高电压下，例如在大于或等于大约4 V或大于或等于大约4.2 V的电压下运行的电化学电池中稳定。
阴极具有低活性材料载量或高活性材料载量。相应地，在各种实施方案中，阴极活性材料载量为大于或等于大约1 mAh/cm2至小于或等于大约5 mAh/cm2。作为非限制性实例，该活性材料选自氧化锂锰（LMO）、氧化锂锰镍（LNMO）、氧化锂钴（LCO）、氧化锂镍（LNO）、氧化锂镍锰钴（NMC）、锂镍钴金属氧化物（NCA）、磷酸锂铁的混合氧化物、锂铁多阴离子氧化物、钛酸锂及其组合。该电化学电池具有大于或等于大约70%至小于或等于大约99.9%、大于或等于大约80%至小于或等于大约99.9%、大约85%至小于或等于大约99.9%、大约90%至小于或等于大约99.9%、或大约95%至小于或等于大约99.9%的循环效率。
本技术还提供一种制备离子液体电解质组合物的方法。该方法包括合并（和混合）导电盐与离子液体，以使导电盐溶解在离子液体中，以形成离子液体电解质组合物。该方法任选进一步包括合并（和混合）稳定剂与离子液体电解质组合物。如本文所述，稳定剂包含氧化剂、界面添加剂、助溶剂或其组合。
通过下列非限制性实施例进一步例示本技术的实施方案。
实施例1
方法
在C/10化成(formation)倍率下的3–4.2 V恒电流充电和放电（CC-CD）用于两个循环。在该程序中使用4 V至4.5 V的不同上限截止电压CC-CD C/2循环。
结果.
使包括低负载NCM622阴极、Li金属阳极和含1 M LiFSI的Py13FSI电解质的电化学电池循环。结果显示在图2中，其是具有代表容量(mAh/g)的第一y轴50、代表效率的第二y轴52和代表循环数的x轴54的曲线图。第一曲线56显示充电容量，第二曲线57显示放电容量，且第三曲线58显示效率。如图2中所示，由于离子液体电解质的高电压不稳定性，电化学电池在4.1 V后发生故障。
使包括低负载NCM622阴极、Li金属阳极和含1 M LiFSI和2重量%二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB）的Py13FSI电解质的电化学电池循环。结果显示在图3中，其是具有代表容量(mAh/g)的第一y轴60、代表效率的第二y轴62和代表循环数的x轴64的曲线图。第一曲线66显示充电容量，第二曲线67显示放电容量，且第三曲线68显示效率。如图3中所示，由于加入LiDFOB，上限截止电压改进到4.2 V。
使包括低负载NCM622阴极、Li金属阳极和含1 M LiFSI和2重量%双(草酸根合)硼酸锂（LiBOB）的Py13FSI电解质的电化学电池循环。结果显示在图4中，其是具有代表容量(mAh/g)的第一y轴70、代表效率的第二y轴72和代表循环数的x轴74的曲线图。第一曲线76显示充电容量，第二曲线77显示放电容量，且第三曲线78显示效率。如图4中所示，LiBOB的加入允许电池循环到最高4.4 V。
使包括低负载NCM622阴极、Li金属阳极和含1 M LiFSI和2重量% LiClO4的Py13FSI电解质的电化学电池循环。结果显示在图5中，其是具有代表容量(mAh/g)的第一y轴80、代表效率的第二y轴82和代表循环数的x轴84的曲线图。第一曲线86显示充电容量，第二曲线87显示放电容量，且第三曲线88显示效率。如图5中所示，LiClO4的加入改进电池的阳极稳定性以在4.5 V循环。
使包括高负载NCM622阴极、Li金属阳极和含1 M LiFSI的Py13FSI电解质的第一种电化学电池循环。也使包括高负载NCM622阴极、Li金属阳极和含1 M LiFSI和2重量%LiClO4的Py13FSI电解质的第二种电化学电池循环。结果显示在图6中，其是具有代表容量(mAh/g)的y轴90和代表循环数的x轴92的曲线图。对于第一种电化学电池，第一曲线94显示充电容量，第二曲线95显示放电容量。对于第二种电化学电池，第三曲线97显示充电容量，第四曲线98显示放电容量。如图6中所示，第一种电化学电池无法在4.3 V以上循环，但第二种电化学电池可在4.3 V以上循环，但容量衰减。第二种电化学电池的阻抗显示在图7的奈奎斯特图中。该图显示化成后的第一阻抗曲线100、在4.2 V下循环后的第二阻抗曲线102、在4.3 V下循环后的第三阻抗曲线104和在4.4 V下循环后的第四阻抗曲线106。如图7中所示，第二种电化学电池由于在4.2 V后的阻抗累积而降解。
使包括高负载NCM622阴极、Li金属阳极和含1 M LiFSI和10重量% FEC的Py13FSI电解质的第三种电化学电池循环。也使包括高负载NCM622阴极、Li金属阳极和含1 MLiFSI、10重量% FEC和2重量% LiClO4的Py13FSI电解质的第四种电化学电池循环。结果显示在图8中，其是具有代表容量(mAh/g)的y轴110和代表循环数的x轴112的曲线图。来自图6的第三曲线97和第四曲线98显示在该图中以供参考。对于第三种电化学电池，第五曲线114显示充电容量，第六曲线115显示放电容量，而对于第四种电化学电池，第七曲线116显示充电容量，第八曲线117显示放电容量。如图8中所示，第三种电化学电池循环到4.4 V且第四种电化学电池循环经过4.5 V。第三种和第四种电化学电池具有相对于第一种和第二种电化学电池改进的容量保持率。
使包括高负载LG622阴极、Li金属阳极和含1 M LiFSI、2重量% LiClO4和10重量%FEC的Py13FSI电解质的电化学电池循环。结果显示在图9中，其是具有代表容量(mAh/g)的第一y轴120、代表效率的第二y轴122和代表循环数的x轴124的曲线图。第一曲线126显示充电容量，第二曲线127显示放电容量，且第三曲线128显示效率。如图9中所示，该电化学电池经过60个循环稳定。
实施例2
使用离子液体电解质组合物引发Si电极。电化学电池包括60 μm锂芯片阳极(lithiumchip anode)和含15% Hitachi Mage 130808纳米级和非晶硅的阴极。图10A、10B和10C显示具有代表容量(mAh/g)的第一y轴130、代表效率(%)的第二y轴132和代表循环数的x轴134的曲线图。图10A显示在具有在碳酸亚乙酯/碳酸甲乙酯（EC/EMC = 3/7体积比）中的1.2 MLiPF6的“Gen2”电解质的电化学电池中，显示充电容量的第一曲线136、显示放电容量的第二曲线137和显示效率的第三曲线138。图10B显示在具有在EC/EMC（3/7体积比）中的1.2 MLiPF6和10重量% FEC的Gen2电解质的电化学电池中，显示充电容量的第一曲线140、显示放电容量的第二曲线141和显示效率的第三曲线142。图10C显示在具有在Py13FSI中的1 MLiFSI电解质的电化学电池中，显示充电容量的第一曲线144、显示放电容量的第二曲线145和显示效率的第三曲线146。图10A–10C显示，不同于传统EC基电解质，该离子液体（图10C）在Si电极上形成良好钝化层，以能够循环。
实施例3
使用离子液体电解质组合物引发高电压锂离子电池组中的Si阳极和NCM622阴极。第一种电化学电池包括15% Si@石墨阳极、NCM622阴极和在Py13FSI中的1 M LiFSI电解质。图11A显示具有代表面积容量(mAh/g)的第一y轴150、代表效率(%)的第二y轴152和代表循环寿命（数）的x轴154的曲线图。对于第一种电化学电池，第一曲线156显示放电容量，第二曲线157显示充电容量，且第三曲线158显示效率。第一种电化学电池具有4.2 V截止（cutoff）。图11B是从第一种电化学电池中获取的阴极的扫描电子显微（SEM）图，其显示电解质分解。图11A和11B显示该离子液体可成功钝化Si电极，但受困于阳极不稳定性。
第二种和第三种电化学电池各自包括15% 预锂化(prelithiated) Si@石墨阳极和NCM622阴极。第二种电化学电池具有在Py13FSI中的1 M LiFSI电解质。第三种电化学电池具有在Py13FSI和2重量% LiClO4中的1 M LiFSI电解质。图11C显示具有代表比容量(mAh/g)的y轴160和代表循环数的x轴163的曲线图。对于第二种电化学电池，第一曲线164显示充电容量，第二曲线165显示放电容量。对于第三种电化学电池，第三曲线168显示充电容量，第四曲线169显示放电容量。图11D显示具有代表库仑效率(%)的y轴170和代表循环数的x轴172的曲线图。第一曲线174显示第二种电化学电池的效率，第二曲线175显示第三种电化学电池的效率。图11C和11D显示LiClO4的加入相对于第一种电化学电池改进阳极稳定性并使得Si/NMC高电压电池组能够达到最高4.2 V。
为了举例说明提供实施方案的上述描述。其无意穷举或限制本公开。一个特定实施方案的各元素或特征通常不限于该特定实施方案，而是如果适用，可互换并可用于所选实施方案，即使没有明确展示或描述。其也可以许多方式改变。这样的变动不应被视为背离本公开，所有这样的修改旨在包含在本公开的范围内。
Claims (10)
1.一种离子液体电解质组合物，其包含：
离子液体；
导电盐；和任选地
稳定剂，
其中所述稳定剂包含氧化剂、界面添加剂、助溶剂或其组合。
2.根据权利要求1的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体包含选自咪唑鎓阳离子、吡咯烷鎓阳离子、哌啶鎓阳离子、N-三甲基-N-丁基铵（TMBA）及其组合的阳离子；和选自双(氟磺酰基)氨基（FSI-）、双((三氟甲基)磺酰基)氨基（TFSI-）、
、
、
及其组合的阴离子。
3.根据权利要求1的离子液体电解质组合物，其中所述导电盐是双(氟磺酰基)亚氨基锂（LiFSI）、双((三氟甲基)磺酰基)氨基锂（LiTFSI）、LiPF6、LiBF4、LiClO4或其组合。
4.根据权利要求1的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体电解质组合物包含稳定剂，且氧化剂包含LiClO4、K2Cr2O7、CsClO4、NaClO4或其组合。
5.根据权利要求1的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体电解质组合物包含稳定剂，且界面添加剂包含LiBF2(C2O4)、LiB(C2O4)2、LiPF2(C2O4)2、LiPF4(C2O4)、LiPF6、LiAsF6、CsF、CsPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2、Li2(B12X12-iHi)、Li2(B10X10-i’Hi’)或其组合，其中X独立地为卤素，0 ≤ i ≤ 12且0 ≤ i’ ≤ 10。
6.根据权利要求1的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体电解质组合物包含稳定剂，且助溶剂包含式(I)的环状氟化碳酸酯：
其中R1、R2、R3和R4各自独立地为H、F、Cl、Br、I、CN、NO2、烷基、烯基、芳基、芳烷基、杂环基、杂芳基或杂芳烷基，条件是R1、R2、R3和R4的至少一个是F或含F。
7.根据权利要求1的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体电解质组合物包含稳定剂，且氧化剂、界面添加剂、助溶剂或其组合各自具有大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%的浓度。
8.根据权利要求1的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体电解质组合物包含大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%的浓度的导电盐、大于或等于大约1重量%至小于或等于大约50重量%的浓度的助溶剂，以及大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%的浓度的氧化剂和大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约5重量%的浓度的界面添加剂的至少一种。
9.根据权利要求1的离子液体电解质组合物，其中所述离子液体包含1-甲基-1-丙基吡咯烷-1-鎓，所述导电盐是大约1M双(氟磺酰基)亚氨基锂（LiFSI），且所述离子液体电解质组合物包含稳定剂，所述稳定剂是大约10重量%氟代碳酸亚乙酯（FEC）或二氟代碳酸亚乙酯（DFEC），以及大约2重量% LiClO4和大约2重量% LiBF2(C2O4)或LiB(C2O4)2的至少一种。
10.一种电化学电池，其包括：
布置在阴极与阳极之间的隔离件；和
布置在隔离件周围的根据权利要求1的离子液体电解质组合物，
其中所述离子液体电解质组合物在大于或等于大约4.2 V的电压下运行的电化学电池中稳定。
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