CN111969248B - 一种动力电池离子液体电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池离子液体电解液，其由咪唑类离子液体、哌啶类离子液体和季铵类离子液体在55～75℃的温度环境和惰性气体氛围下，依序进行搅拌混合处理后，在维持搅拌和惰性氛围情况下，自然冷却至常温，然后往混合体系中依序加入有机溶剂和锂盐，并置于真空环境中依序进行搅拌处理和干燥处理后制得，本方案巧妙性利用咪唑类离子液体、哌啶类离子液体和季铵类离子液体三者混合作为主溶剂，辅以非离子液体型的有机溶剂作为辅助溶剂进行与锂盐进行混合，进行构建高电化学稳定性、宽阔电化学窗口的电解液体系，其不仅使用寿命长，而且电化学性能优异。

Description

一种动力电池离子液体电解液
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，尤其是一种动力电池离子液体电解液。
背景技术
随着电子器件和自带电源设备的种类越来越广泛，其所集成的处理器或动力系统的性能越来越强，而当前作为供应电能的电池(碳性电池、铅蓄电池、镍氢电池、碱性电池、锂铁电池等)，其性能短板也越来越明显，例如：电池容量、电压稳定性、热稳定性和循环寿命等问题，均是目前电池技术领域所要攻克的技术难题，此外，作为当前热度较高的新能源电动汽车而言，其所供应动力能量的电池要求亦是越来越高，不仅要求具有小型化、轻量化、薄型化，还要求具有较高的电性能和稳定性，尤其是对于汽车的动力系统供电而言，在提速、高速行驶时，其电压输出的稳定性是必要的，另外，电池组还需要具备较高的热稳定性才能够保证其能够具有较优的循环使用寿命和防止自燃、爆炸等危险情况发生，锂电池由于具有较优的循环使用寿命和较缓慢的容量衰减性能，在当前被广泛用于电动汽车的电池组中，然而，随着技术要求的越来越高，电动汽车电池的硬件技术优化还仍有较大的挑战余地和想象空间去攻克探索。
离子液体作为当前业界广泛认可的“绿色”溶剂，其出色的稳定性和较优的电化学性能而被业内人士认可和关注，当前将离子液体用于锂电池电解液的研究也越来越活跃，相应的研究成果也是层出不穷，尤其是离子液体的电化学窗口宽阔、易存储和可回收的特点，给业内人士的带来更多的研究想象空间和技术容错性，相应的，离子液体的可回收性这一特点，也使得锂电池后期进行迭代更新或翻新二次利用带来了较大的价值。
然而，当前离子液体应用于锂电池电解液方面的研究还大多停留在实验室阶段，实际成熟量产的离子液体锂电池还需对较少，这一方面在于离子液体本身的粘稠度相对传统电池溶剂较高，本领域技术人员对其在电解质中的添加量还相对较为保守，另一方面在于，离子液体在加工时，容易吸收环境中的水分从而导致离子液体中产生更多的杂质，所以其在生产加工是，对生产体系的环境要求极高，尤其是用于锂电池中，一旦因为杂质问题导致电池不稳定的话，小则电池组电压供应不足，大则自然爆炸，所以这也大大制约了离子液体锂电池的量产。
发明内容
针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种电导率高、稳定性好、具有较宽的电化学窗口和使用寿命长的动力电池离子液体电解液。
为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：
一种动力电池离子液体电解液，其由咪唑类离子液体、哌啶类离子液体和季铵类离子液体在55～75℃的温度环境和惰性气体氛围下，依序进行搅拌混合处理后，在维持搅拌和惰性氛围情况下，自然冷却至常温，然后往混合体系中依序加入有机溶剂和锂盐，并置于真空环境中依序进行搅拌处理和干燥处理后制得。
作为一种可能的摩尔分数配比，进一步，所述咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、季铵类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为4～8∶2～5∶3～4∶0.1～1∶6～14。
作为一种更优的摩尔分数配比，优选的，所述咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、季铵类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为6∶3∶3∶0.4∶12。
基于上述的简要概述和各组分摩尔配比，本发明进一步提供如下具体方案：
一种动力电池离子液体电解液的制备方法，其包括如下具体步骤：
(1)在55～75℃的温度环境和惰性气体氛围下，将咪唑类离子液体和哌啶类离子液体混合并搅拌处理24～36h，制得混合物A；
(2)维持55～75℃的温度环境和惰性气体氛围，将季铵类离子液体加入到混合物A中并继续搅拌处理24～36h，制得混合物B；
(3)在维持搅拌和惰性氛围的情况下，将混合物B自然冷却至常温后，往混合物B中依序加入有机溶剂和锂盐，并将混合体系转移至真空搅拌机中，在0.05～0.07Mpa的真空度环境下，以100～200r/min的搅拌转速进行搅拌处理4～6h，然后将混合体系取出并置于真空干燥装置中，在65～75℃的温度环境和0.05～0.07Mpa的真空度环境下，进行烘干处理1～2h，继而再关闭真空干燥装置的加热源，并使混合体系自然冷却至室温后，将其置于封闭容器内移取出，制得动力电池离子液体电解液。
作为一种较优的参数方案，步骤(1)和步骤(2)中的温度环境为65℃。
作为一种可能的实施方式，进一步，步骤(1)中所述的咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
作为一种可能的实施方式，进一步，步骤(1)中所述的哌啶类离子液体为1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲磺酰基)亚胺盐。
作为可能的实施方式之一，进一步，步骤(2)中所述的季铵类离子液体的化学结构式为：
Figure BDA0002659422870000031
即，三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐。
或者，作为可能的实施方式之一，进一步，步骤(2)中所述的季铵类离子液体的化学结构式为：
Figure BDA0002659422870000032
即，N-甲氧基乙基-N-甲基二乙基铵四氟硼酸盐。
作为一种可能的实施方式，进一步，步骤(3)中所述的有机溶剂为砜类有机溶剂或腈类有机溶剂，所述的砜类有机溶剂至少包括：甲乙砜、二甲亚砜、乙甲基亚砜中的一种；所述的腈类有机溶剂至少包括乙氧基五氟膦腈、苯氧基五氟膦腈、己二腈、丁二腈中的一种。
作为一种可能的实施方式，进一步，步骤(3)中所述的锂盐至少包括双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、六氟砷酸锂、三氟甲基磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种。
作为一种可能的实施方式，进一步，步骤(1)中所述的咪唑类离子液体、哌啶类离子液体和步骤(2)中所述的季铵类离子液体在混合前，还经过预处理，所述预处理的方法为：将咪唑类离子液体、哌啶类离子液体或季铵类离子液体分别容置于上端敞开的容器中进行真空干燥处理，且每隔30min进行称量其质量，直至相邻两次称量的质量损失小于2％后，将容器上端封闭并将咪唑类离子液体、哌啶类离子液体或季铵类离子液体自然冷却后备用。
基于上述的电解液方案，本发明还提供了一种锂离子电池，其包括：外壳，封装在外壳内的正极、负极和电解液，其中，所述的电解液为上述所述的制备方法制得。
采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案巧妙性利用咪唑类离子液体、哌啶类离子液体和季铵类离子液体三者混合作为主溶剂，辅以非离子液体型的有机溶剂作为辅助溶剂进行与锂盐进行混合，进行构建高电化学稳定性、宽阔电化学窗口的电解液体系，一般情况下，在粘度方面，同纯度的咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、季铵类离子液体的黏度是依序增大的，而在电化学窗口上，通常咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、季铵类离子液体的电化学窗口是依序减小的，而一般在纯度大于为98％的情况下，咪唑类离子液体的电化学窗口约在4.6V左右，哌啶类离子液体的电化学窗口约在5.2V左右，季铵类离子液体的电化学窗口约在5.6V左右，传统研究方向多是仅基于一种离子液体加入到传统电解液方案的配方体系中作为一新组分进行性能平衡，其或多或少存在一定局限，例如，采用咪唑类离子液体，其虽然粘度低，但是，其电化学窗口相对较窄，电化学性能想要进一步优化的难度较大；而仅采用季铵类离子液体的话，其虽然具有较宽的电化学窗口，但是其粘度较大，会间接导致内阻增大，制成的锂电池在充放电过程中的电学性能反而不能达到较优水平，因此性价比低，另外，还有一个非常重要的问题在于大多离子液体在生产加工过程中由于其容易直接接触空气，从而会将空气中的水分吸收，导致离子液体内的水分含量增高，直接影响其纯度，而该离子液体最后制成电解液的电化学性能也可能会因为其纯度降低而降低，从而直接影响电解液的整体电化学性能，若离子液体对空气中的水分吸收过多，还容易导致电解液浑浊的情况发生，主要是电解液中的杂质问题(一方面是空气中的悬浮物跟随水分吸收被进入到离子液体中，另一方面是电解液中的物质与杂质反应)，使得电解液的使用寿命急剧缩短，而因为加工过程中的水分吸收问题所可能引发的一系列性能问题，常常是本领域技术人员所忽视的，这主要在于，离子液体的加入，一定程度上有起到了积极作用，而对于工艺优化方面往往会因为离子液体的积极作用更为直接而容易造成细节忽视，所以目前也未见有与本方案一致的相关文献研究，本发明方案的电解液不仅是在惰性气体氛围下进行调配，而且还在一定真空度的环境下进行干燥，起到了双重加工保护的效果，另外，本方案中还加入了少量的有机溶剂进行促进锂盐和离子液体的相容性，在混合后，通过后期的真空烘干工序来减少有机溶剂内的水分和低温挥发组分，以此间接提高离子液体的稳定性，避免非离子液体有机溶剂的干扰，从而提高了电解液的使用寿命、热稳定性和电化学性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明方案做进一步的阐述：
图1为本发明方案实施例1～5所制得的电解液制成电芯后与对照例1～3在25℃环境下进行充放电测试的容量保持率对比曲线图；
图2为本发明方案实施例1～5所制得的电解液制成电芯后与对照例1～3在0℃环境下进行充放电测试的容量保持率对比曲线图。
具体实施方式
一种动力电池离子液体电解液，其由咪唑类离子液体、哌啶类离子液体和季铵类离子液体在55～75℃的温度环境和惰性气体氛围下，依序进行搅拌混合处理后，在维持搅拌和惰性氛围情况下，自然冷却至常温，然后往混合体系中依序加入有机溶剂和锂盐，并置于真空环境中依序进行搅拌处理和干燥处理后制得。
其中，所述咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、季铵类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为4～8∶2～5∶3～4∶0.1～1∶6～14；作为一种更优的摩尔分数配比，所述咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、季铵类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为6∶3∶3∶0.4∶12。
基于上述方案概要，本发明动力电池离子液体电解液的制备方法具体包括如下步骤：
(1)在55～75℃的温度环境和惰性气体氛围下，将咪唑类离子液体和哌啶类离子液体混合并搅拌处理24～36h，制得混合物A；
(2)维持55～75℃的温度环境和惰性气体氛围，将季铵类离子液体加入到混合物A中并继续搅拌处理24～36h，制得混合物B；
(3)在维持搅拌和惰性氛围的情况下，将混合物B自然冷却至常温后，往混合物B中依序加入有机溶剂和锂盐，并将混合体系转移至真空搅拌机中，在0.05～0.07Mpa的真空度环境下，以100～200r/min的搅拌转速进行搅拌处理4～6h，然后将混合体系取出并置于真空干燥装置中，在65～75℃的温度环境和0.05～0.07Mpa的真空度环境下，进行烘干处理1～2h，继而再关闭真空干燥装置的加热源，并使混合体系自然冷却至室温后，将其置于封闭容器内移取出，制得动力电池离子液体电解液。
作为择优参数之一，步骤(1)和步骤(2)中的温度环境优选为65℃。
作为一种可能的实施方式，进一步，步骤(1)中所述的咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，其中，纯度为99％的1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐在25℃的电导率约为9.2ms/cm，在20℃时的粘度约为32cp，其电化学窗口约为4.3V；纯度为99％的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐在25℃的电导率约为4.09ms/cm，在20℃时的粘度约为140cp，其电化学窗口约为4.6V；纯度为99％的1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐在25℃的电导率约为1.49ms/cm，在20℃时的粘度约为366cp，其电化学窗口约为4.6V。
作为一种可能的实施方式，进一步，步骤(1)中所述的哌啶类离子液体为1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲磺酰基)亚胺盐，纯度为99％的1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲磺酰基)亚胺盐在25℃的电导率约为1.1ms/cm，在20℃时的粘度约为182cp，其电化学窗口约为5.2V。
作为一种可能的实施方式之一，进一步，步骤(2)中所述的季铵类离子液体的化学结构式为：
Figure BDA0002659422870000061
即，三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐，纯度为98％的三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐在30℃时的电导率约为1.2ms/cm，粘度约为386cp，其电化学窗口约为5.4V。
或者，作为一种可能的实施方式之一，进一步，步骤(2)中所述的季铵类离子液体的化学结构式为：
Figure BDA0002659422870000062
即，N-甲氧基乙基-N-甲基二乙基铵四氟硼酸盐，纯度约98％的N-甲氧基乙基-N-甲基二乙基铵四氟硼酸盐在30℃的电导率约为1.3ms/cm粘度约为426cp，其电化学窗口约为5.6V。
作为一种可能的实施方式，进一步，步骤(3)中所述的有机溶剂为砜类有机溶剂或腈类有机溶剂，所述的砜类有机溶剂至少包括：甲乙砜、二甲亚砜、乙甲基亚砜中的一种；所述的腈类有机溶剂至少包括乙氧基五氟膦腈、苯氧基五氟膦腈、己二腈、丁二腈中的一种，需要补充说明的是，之所以择优选择砜类有机溶剂和腈类有机溶剂的原因在于砜类有机溶剂和腈类有机溶剂具有较高的氧化电位和较宽的电化学窗口和较优的电化学稳定性。
作为一种可能的实施方式，进一步，步骤(3)中所述的锂盐至少包括双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、六氟砷酸锂、三氟甲基磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种。
作为一种可能的实施方式，进一步，步骤(1)中所述的咪唑类离子液体、哌啶类离子液体和步骤(2)中所述的季铵类离子液体在混合前，还经过预处理，所述预处理的方法为：将咪唑类离子液体、哌啶类离子液体或季铵类离子液体分别容置于上端敞开的容器中进行真空干燥处理，且每隔30min进行称量其质量，直至相邻两次称量的质量损失小于2％后，将容器上端封闭并将咪唑类离子液体、哌啶类离子液体或季铵类离子液体自然冷却后备用，本预处理方法的核心在于通过真空干燥进行进一步提纯离子液体，同时通过封闭保存来避免离子液体的高吸水性进行重复吸收空气中的水分。
基于上述的电解液方案，本方案还提供了一种锂离子电池，其包括：外壳，封装在外壳内的正极、负极和电解液，其中，所述的电解液为上述所述的制备方法制得。
以下结合多个实施实例和对比例对本发明方案做进一步的阐述和对比：
实施例1
动力电池离子液体电解液的制备方法具体包括如下步骤：
(1)以咪唑类离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、哌啶类离子液体1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲磺酰基)亚胺盐和季铵类离子液体三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐作为原料，分别将其容置于上端敞开的容器中进行真空干燥处理，且每隔30min进行称量其质量，直至相邻两次称量的质量损失小于2％后，将容器上端封闭并将咪唑类离子液体、哌啶类离子液体或季铵类离子液体自然冷却后备用；
(2)在65℃的温度环境和氩气气体氛围下，将咪唑类离子液体和哌啶类离子液体混合并搅拌处理30h，制得混合物A；
(3)维持65℃的温度环境和氩气气体氛围，将季铵类离子液体加入到混合物A中并继续搅拌处理30h，制得混合物B；
(4)在维持搅拌和氩气氛围的情况下，将混合物B自然冷却至常温后，往混合物B中依序加入甲乙砜作为有机溶剂和二氟草酸硼酸锂作为锂盐，并将混合体系转移至真空搅拌机中，在0.05～0.07Mpa的真空度环境下，以150r/min的搅拌转速进行搅拌处理5h，然后将混合体系取出并置于真空干燥装置中，在70℃的温度环境和0.05～0.07Mpa的真空度环境下，进行烘干处理1.5h，继而再关闭真空干燥装置的加热源，并使混合体系自然冷却至室温后，将其置于封闭容器内移取出，制得动力电池离子液体电解液。
其中，咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、季铵类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为4∶2∶3∶0.2∶10。
实施例2
动力电池离子液体电解液的制备方法具体包括如下步骤：
(1)以咪唑类离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、哌啶类离子液体1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲磺酰基)亚胺盐和季铵类离子液体三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐作为原料，分别将其容置于上端敞开的容器中进行真空干燥处理，且每隔30min进行称量其质量，直至相邻两次称量的质量损失小于2％后，将容器上端封闭并将咪唑类离子液体、哌啶类离子液体或季铵类离子液体自然冷却后备用；
(2)在60℃的温度环境和氩气气体氛围下，将咪唑类离子液体和哌啶类离子液体混合并搅拌处理36h，制得混合物A；
(3)维持60℃的温度环境和氩气气体氛围，将季铵类离子液体加入到混合物A中并继续搅拌处理36h，制得混合物B；
(4)在维持搅拌和惰性氛围的情况下，将混合物B自然冷却至常温后，往混合物B中依序加入二甲亚砜作为有机溶剂和六氟磷酸锂作为锂盐，并将混合体系转移至真空搅拌机中，在0.05～0.07Mpa的真空度环境下，以200r/min的搅拌转速进行搅拌处理4h，然后将混合体系取出并置于真空干燥装置中，在60℃的温度环境和0.05～0.07Mpa的真空度环境下，进行烘干处理2h，继而再关闭真空干燥装置的加热源，并使混合体系自然冷却至室温后，将其置于封闭容器内移取出，制得动力电池离子液体电解液。
其中，咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、季铵类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为6∶2∶4∶0.8∶8。
实施例3
动力电池离子液体电解液的制备方法具体包括如下步骤：
(1)以咪唑类离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、哌啶类离子液体1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲磺酰基)亚胺盐和季铵类离子液体N-甲氧基乙基-N-甲基二乙基铵四氟硼酸盐作为原料，分别将其容置于上端敞开的容器中进行真空干燥处理，且每隔30min进行称量其质量，直至相邻两次称量的质量损失小于2％后，将容器上端封闭并将咪唑类离子液体、哌啶类离子液体或季铵类离子液体自然冷却后备用；
(2)在75℃的温度环境和氩气气体氛围下，将咪唑类离子液体和哌啶类离子液体混合并搅拌处理24h，制得混合物A；
(3)维持75℃的温度环境和氩气气体氛围，将季铵类离子液体加入到混合物A中并继续搅拌处理24h，制得混合物B；
(4)在维持搅拌和惰性氛围的情况下，将混合物B自然冷却至常温后，往混合物B中依序加入乙氧基五氟膦腈作为有机溶剂和三氟甲基磺酸锂作为锂盐，并将混合体系转移至真空搅拌机中，在0.05～0.07Mpa的真空度环境下，以100r/min的搅拌转速进行搅拌处理6h，然后将混合体系取出并置于真空干燥装置中，在75℃的温度环境和0.05～0.07Mpa的真空度环境下，进行烘干处理1h，继而再关闭真空干燥装置的加热源，并使混合体系自然冷却至室温后，将其置于封闭容器内移取出，制得动力电池离子液体电解液。
其中，咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、季铵类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为8∶5∶3∶1∶14。
实施例4
动力电池离子液体电解液的制备方法具体包括如下步骤：
(1)以咪唑类离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、哌啶类离子液体1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲磺酰基)亚胺盐和季铵类离子液体N-甲氧基乙基-N-甲基二乙基铵四氟硼酸盐作为原料，分别将其容置于上端敞开的容器中进行真空干燥处理，且每隔30min进行称量其质量，直至相邻两次称量的质量损失小于2％后，将容器上端封闭并将咪唑类离子液体、哌啶类离子液体或季铵类离子液体自然冷却后备用；
(2)在55℃的温度环境和氩气气体氛围下，将咪唑类离子液体和哌啶类离子液体混合并搅拌处理36h，制得混合物A；
(3)维持55℃的温度环境和氩气气体氛围，将季铵类离子液体加入到混合物A中并继续搅拌处理36h，制得混合物B；
(4)在维持搅拌和惰性氛围的情况下，将混合物B自然冷却至常温后，往混合物B中依序加入苯氧基五氟膦腈作为有机溶剂和六氟砷酸锂作为锂盐，并将混合体系转移至真空搅拌机中，在0.05～0.07Mpa的真空度环境下，以200r/min的搅拌转速进行搅拌处理4h，然后将混合体系取出并置于真空干燥装置中，在65℃的温度环境和0.05～0.07Mpa的真空度环境下，进行烘干处理2h，继而再关闭真空干燥装置的加热源，并使混合体系自然冷却至室温后，将其置于封闭容器内移取出，制得动力电池离子液体电解液。
其中，咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、季铵类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为4∶3∶3∶0.5∶6。
实施例5
动力电池离子液体电解液的制备方法具体包括如下步骤：
(1)以咪唑类离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、哌啶类离子液体1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲磺酰基)亚胺盐和季铵类离子液体三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐作为原料，分别将其容置于上端敞开的容器中进行真空干燥处理，且每隔30min进行称量其质量，直至相邻两次称量的质量损失小于2％后，将容器上端封闭并将咪唑类离子液体、哌啶类离子液体或季铵类离子液体自然冷却后备用；
(2)在65℃的温度环境和氩气气体氛围下，将咪唑类离子液体和哌啶类离子液体混合并搅拌处理28h，制得混合物A；
(3)维持65℃的温度环境和氩气气体氛围，将季铵类离子液体加入到混合物A中并继续搅拌处理28h，制得混合物B；
(4)在维持搅拌和惰性氛围的情况下，将混合物B自然冷却至常温后，往混合物B中依序加入苯氧基五氟膦腈作为有机溶剂和六氟磷酸锂作为锂盐，并将混合体系转移至真空搅拌机中，在0.05～0.07Mpa的真空度环境下，以150r/min的搅拌转速进行搅拌处理56h，然后将混合体系取出并置于真空干燥装置中，在70℃的温度环境和0.05～0.07Mpa的真空度环境下，进行烘干处理1.5h，继而再关闭真空干燥装置的加热源，并使混合体系自然冷却至室温后，将其置于封闭容器内移取出，制得动力电池离子液体电解液。
其中，咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、季铵类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为6∶3∶3∶0.4∶12。
对照例1
(1)在65℃的温度环境和惰性气体氛围下，以咪唑类离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、哌啶类离子液体1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲磺酰基)亚胺盐作为原料，将咪唑类离子液体和哌啶类离子液体混合并搅拌处理30h，制得混合物A；
(2)在维持搅拌和惰性氛围的情况下，将混合物A自然冷却至常温后，往混合物A中依序加入苯氧基五氟膦腈作为有机溶剂和六氟磷酸锂作为锂盐，并将混合体系转移至真空搅拌机中，在0.05～0.07Mpa的真空度环境下，以150r/min的搅拌转速进行搅拌处理5h，然后将混合体系自然冷却至室温后，将其置于封闭容器内移取出，制得电解液。
其中，咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为6∶3∶0.4∶12。
对照例2
(1)在65℃的温度环境和惰性气体氛围下，以咪唑类离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为原料，苯氧基五氟膦腈作为有机溶剂和六氟磷酸锂作为锂盐，将咪唑类离子液体、有机溶剂和锂盐，加入到真空搅拌机中，在0.05～0.07Mpa的真空度环境下，以150r/min的搅拌转速进行搅拌处理5h，然后将混合体系自然冷却至室温后，将其置于封闭容器内移取出，制得动力电池离子液体电解液。
其中，咪唑类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为6∶0.4∶6。
对照例3
(1)在常温下，以苯氧基五氟膦腈作为有机溶剂和六氟磷酸锂作为锂盐，将有机溶剂、锂盐混合后，再加入复合添加剂，并在真空搅拌机中，以150r/min的搅拌转速进行搅拌处理5h，然后将混合体系置于封闭容器内移取出，制得动力电池离子液体电解液。
其中，咪唑类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为1∶6∶0.4。
性能测试
一、电导率和热稳定测试
(1)在25℃的试验环境下，采用导电仪对实施例1～5和对照例1～3的电解液进行电导率测试；
(1)采用差式扫描热量仪在保护气体氛围下，在25～400℃范围内对实施例1～5和对照例1～3的电解液进行热稳定测试；
上述三项测试均测试10个样本，其中，粘度结果去除最高值和最低值后，取剩余样本的平均值；电导率结果去除最高值和最低值后，取剩余样本的平均值；热稳定结果取最低值；结果如表1所示：
项目 电导率(ms/cm) 热稳定性
实施例1 3.86 ≥295
实施例2 3.75 ≥290
实施例3 3.81 ≥300
实施例4 3.79 ≥305
实施例5 3.94 ≥315
对照例1 3.52 ≥285
对照例2 3.41 ≥275
对照例3 2.51 ≥230
通过表1所统计的各实施例和对照例的相应物性参数对比，可以直观了解到，本发明方案的实施例1～5的电解液所测得的电导率均在3.7ms/cm以上，最高达3.94，且热稳定性上也有显著提升，均在290℃以上，且实施例5高达315以上；以此，可推知通过咪唑类离子液体、哌啶类离子液体和季铵类离子液体进行混合形成电解液主溶剂，结合锂盐和少量的非离子液体溶剂获得的电解液相比于仅使用咪唑类或咪唑类与哌啶类混合作为主溶剂的电解液具有更优秀的电导率性能和热稳定性，而相较于未采用离子液体作为组分的对照例3而言，优势也更为明显，且从上述可知，实施例5的工艺配比方案在电导率性能和热稳定性上，相对于其余实施例更为优异，相比于实施例3，可知，在咪唑类组分和哌啶类组分的占比上，实施例3比实施例5都要多，而最终电解液的热稳定性和电导率性能上，实施例5相对较优，因此，可推知，季铵类离子液体的添加在一定程度上改善了电导率性能和热稳定性能，而三种离子液体的添加量对最终制成的电解液的电化学性能影响上，亦非是正相关关系，其应是呈现一定的正态曲线关系，即，组分占比达到一定值是，其所发挥的促进作用最优，继续增加，则不仅无法促进，还一定程度上由于增加了体系的黏度或其他影响，而导致电解液体系的电化学性能下降。
二、25℃充放电循环测试
将实施例1～5和对照例1～3的电解液封装成设计容量为1000mAh的电芯，然后借助新威充放电测试仪测试在25℃环境下，将各电芯以0.5C的恒流方式充电至4.2V后再恒压充电至截止电流为0.02C后，静置至常温，再以1.0C的恒流形式进行放电至3.0V，以此反复循环充放电并记录各电芯在循环预设次数后的容量保持率，结果如表2所示：
表2.25℃时的充放电循环容量保持率
Figure BDA0002659422870000121
图1示出了表2所示的容量保持率衰减示意图，结合表格和图1曲线图，可以直观了解到，本发明方案的实施例1～5的电解液所制得的电芯在常温环境下循环100次充放电后，依然能够保持97％以上的高容量，尤其是实施例5高达98.5％，而在充电循环300次后，本方案实施例1～5的电解液所制得电芯依然能够保持91％以上的高水准容量保持率，相比于对照例1～3，可推知，按照1天或1.5天一次充电循环使用，本方案实施例1～5制得的电解液所制成的电芯至少能够保证1年的高品质使用，而在500次循环次数后，本方案实施例1～5的电芯容量保持依然能够达到87％以上，尤其是实施例5依然能够保持在92％，而对照例1～3所制得的电芯的电性能衰减呈现出急剧衰减的趋势。
三、0℃充放电循环测试
将实施例1～5和对照例1～3的电解液封装成设计容量为1000mAh的电芯，然后借助新威充放电测试仪测试在0℃环境下，将各电芯以0.5C的恒流方式充电至4.2V后再恒压充电至截止电流为0.02C后，静置至常温，再以1.0C的恒流形式进行放电至3.0V，以此反复循环充放电并记录各电芯在循环预设次数后的容量保持率，结果如表3所示：
表3.0℃时的充放电循环容量保持率
Figure BDA0002659422870000131
图2示出了表3所示的容量保持率衰减示意图，可以直观了解到，本发明方案的实施例1～5的电解液所制得的电芯在0℃低温环境下循环100次充放电后，依然能够保持92％以上的高容量，尤其是实施例5高达95.7％，而在充电循环300次后，本方案实施例1～5的电解液所制得电芯依然能够保持72％以上的高水准容量保持率，相比于对照例1～3，本方案各实施例在低温环境下的电化学性能保持上，具有较高的使用稳定性，众所周知，锂电池的活性受环境稳定影响较大，若温度过低，甚至有可能出现锂电池电压不足而导致无法正常进行电能供应的情况，尤其是低温环境下，锂电池的充电亦会受到明显影响，这与电解质在不同工作温度下的活性强弱密不可分，进一步结合图1和表2可明显得到，无论是本方案的实施例1～5，还是对照例1～3所制得的电芯，在低温环境下，电芯的电性能衰减均出现较为明显的衰减趋势。
综合上述，可推知，在使用寿命上，本方案所制得的电解液在制成电芯后，能够相对具有较长的使用寿命和较稳定的容量保持。
以上所述为本发明实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种动力电池离子液体电解液的制备方法，其特征在于：所述的动力电池离子液体电解液由咪唑类离子液体、哌啶类离子液体和季铵类离子液体在55～75℃的温度环境和惰性气体氛围下，依序进行搅拌混合处理后，在维持搅拌和惰性氛围情况下，自然冷却至常温，然后往混合体系中依序加入有机溶剂和锂盐，并置于真空环境中依序进行搅拌处理和干燥处理后制得；
其中，所述咪唑类离子液体、哌啶类离子液体、季铵类离子液体、有机溶剂和锂盐的添加摩尔比为4～8∶2～5∶3～4∶0.1～1∶6～14；
另外，其制备方法包括如下具体步骤：
(1)在55～75℃的温度环境和惰性气体氛围下，将咪唑类离子液体和哌啶类离子液体混合并搅拌处理24～36h，制得混合物A；
(2)维持55～75℃的温度环境和惰性气体氛围，将季铵类离子液体加入到混合物A中并继续搅拌处理24～36h，制得混合物B；
(3)在维持搅拌和惰性氛围的情况下，将混合物B自然冷却至常温后，往混合物B中依序加入有机溶剂和锂盐，并将混合体系转移至真空搅拌机中，在0.05～0.07Mpa的真空度环境下，以100～200r/min的搅拌转速进行搅拌处理4～6h，然后将混合体系取出并置于真空干燥装置中，在65～75℃的温度环境和0.05～0.07Mpa的真空度环境下，进行烘干处理1～2h，继而再关闭真空干燥装置的加热源，并使混合体系自然冷却至室温后，将其置于封闭容器内移取出，制得动力电池离子液体电解液；
步骤(1)中所述的咪唑类离子液体、哌啶类离子液体和步骤(2)中所述的季铵类离子液体在混合前，还经过预处理，所述预处理的方法为：将咪唑类离子液体、哌啶类离子液体或季铵类离子液体分别容置于上端敞开的容器中进行真空干燥处理，且每隔30min进行称量其质量，直至相邻两次称量的质量损失小于2％后，将容器上端封闭并将咪唑类离子液体、哌啶类离子液体或季铵类离子液体自然冷却后备用。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池离子液体电解液的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的咪唑类离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。
3.根据权利要求1所述的一种动力电池离子液体电解液的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的哌啶类离子液体为1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲磺酰基)亚胺盐。
4.根据权利要求1所述的一种动力电池离子液体电解液的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的季铵类离子液体的化学结构式为：
Figure FDA0003256495980000021
5.根据权利要求1所述的一种动力电池离子液体电解液的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的有机溶剂为砜类有机溶剂或腈类有机溶剂，所述的砜类有机溶剂至少包括：甲乙砜、二甲亚砜、乙甲基亚砜中的一种；所述的腈类有机溶剂至少包括乙氧基五氟膦腈、苯氧基五氟膦腈、己二腈、丁二腈中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种动力电池离子液体电解液的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的锂盐至少包括双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、三氟甲基磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种。
7.一种锂离子电池，包括：外壳，封装在外壳内的正极、负极和电解液，其特征在于：所述的电解液为权利要求1至6之一所述的制备方法制得。
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