TWI763490B - 鋰離子電池之離子液體添加劑 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種鋰離子電池之離子液體添加劑，所述離子液體包括具有雙核結構的通式(I)的化合物：
Figure 110118054-A0305-02-0001-1
其中，陽離子基團X1及X2可個別為雜環芳香族及胺。

Description

鋰離子電池之離子液體添加劑
相關申請案的交互參照
本申請主張2021年1月21日提交的美國臨時申請案號63/139,860以及2021年5月10日提交的美國正式申請案號17/315,501的優先權之利益。藉由引用將上述申請案的全部內容併入本文中。
本發明係關於一種鋰離子電池之離子液體添加劑，特別是但不限於作為電解液添加劑的離子液體。
近年來，隨著鋰離子電池在動力電池系統中應用的快速發展，對高功率、高能量密度和長循環穩定性的電池需求日益增加。由於對高能量密度電池的不斷追求，採用高面密度和高壓實密度的電極是目前行業常用的方法之一。然而，由此產生的問題是鋰離子在電極中的擴散變得不夠理想；此外，正負極之間的界面阻抗(interface impedance)增加，導致電池在充放電曲線中的平均電壓差的極化更大，從而使電池性能變差。
在鋰離子電池的形成過程中，負極表面會形成控制鋰離子通過的固體電解質界面(solid electrolyte interface,SEI)層。當形成的SEI膜太厚，阻抗高時，鋰離子無法遷移和滲透，會導致鋰析出；當SEI膜不夠緻密和穩定時，它會 在充放電過程中逐漸溶解或破裂，從而暴露負極並允許其與電解質發生化學反應。隨著電解液與負極反應而消耗，這會導致電池容量不斷降低。
鋰離子電池另一個比較嚴重的問題是電池由於加熱不當、過度充電、穿刺損壞等導致內部溫度升高。穿刺損壞會因正負極接觸導致短路。上述問題可能造成無法抑制電池內部溫度的升高，而可能會導致SEI膜和電解質的分解。在分解過程中會產生H2、O2、HF、PF5等活性易燃化合物。當溫度升高到200℃時，電解液和正極材料會發生分解反應。這種分解反應會產生大量的氫氣、氧氣和氟化物，導致潛在的火災和爆炸危險。鋰離子電池的性能和熱安全性取決於很多因素，包括但不限於正極/負極材料、電解質的性質以及它們與電極表面SEI層的關係。
離子液體是由陰陽離子組成的熔鹽，在100℃以下仍呈液態，其具有低揮發性、高熔點、高離子電導率、寬電位窗，是一種良好的阻燃劑；綜上所述，離子液體是鋰離子電池電解質添加劑的合理候選者。然而，大多數離子液體在電池充電過程中很容易嵌入負極表面的石墨層結構中，從而增加了SEI層的阻抗電阻，導致嚴重的鋰沉澱產生，使所得電池表現出較差的循環性能。即使有成膜劑和穩定劑的存在，對嵌入效應的抑制也是有限的，無法避免鋰沉澱的產生。
在本發明的第一態樣，提供了一種用於添加到鋰離子電池電解液中的離子液體，所述離子液體包括具有雙核結構的通式(I)的化合物：
Figure 110118054-A0305-02-0005-4
其中，陽離子基團X1及X2可個別為雜環芳香族及胺。
較佳地，雜環芳香族選自哌啶鎓、吡咯烷鎓、吡唑鎓及吡啶鎓。
更佳地，胺選自季銨、氮雜環庚烷及鏻。
又更佳地，X1及X2選自以下組成之群組：
Figure 110118054-A0305-02-0005-5
1,5-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)戊烷；
Figure 110118054-A0305-02-0005-6
1,5-雙(1-甲基哌啶鎓-1-基)戊烷；
Figure 110118054-A0305-02-0005-7
1,5-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)(1-甲基哌啶鎓1-基)戊烷；
Figure 110118054-A0305-02-0005-8
1,5-[(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)(三乙胺-N-基)]戊烷；
Figure 110118054-A0305-02-0005-9
1,5-[(1-甲基哌啶鎓-1-基)(三乙胺-N-基)]戊烷。
較佳地，雜環芳香族不包括咪唑鎓及嗎啉鎓。
更佳地，X1及X2包含兩個不同的官能基。
又更佳地，Y為C3~C10烷基中的任意一種。
有利地，X1YX2選自以下組成之群組：
Figure 110118054-A0305-02-0006-10
1,4-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)丁烷；
Figure 110118054-A0305-02-0006-11
1,5-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)戊烷；
Figure 110118054-A0305-02-0006-12
1,6-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)己烷；
Figure 110118054-A0305-02-0006-13
1,8-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)辛烷。
更有利地，Y選自磺醯基、碳酸、醚、酮基及酯。
又有利地，X1YX2選自以下組成之群組：
Figure 110118054-A0305-02-0006-14
雙[2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基]醚；
Figure 110118054-A0305-02-0006-15
雙[2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基]碳酸酯；
Figure 110118054-A0305-02-0007-16
1,5-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)戊烷-3-酮；
Figure 110118054-A0305-02-0007-17
雙[2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基]丁二酸酯。
較佳地，陰離子基團Z1及Z2選自：PF6 -(六氟磷酸鹽)、POF2 -(二氟磷酸鹽)、BF4 -(四氟硼酸鹽)、B(C2O4)2-(BOB-，雙(草酸)硼酸鹽)、BF2(C2O4)-(ODFB-，二氟(草酸根)硼酸鹽)、CF3BF3-(三氟甲基三氟硼酸鹽)、(FSO2)2N-(FSI-，雙(氟磺醯基)醯亞胺)、(CF3SO2)2N-(TFSI-，雙(三氟甲烷)磺醯胺)、CH3SO4-(MeSO4-，甲基硫酸鹽)。
在本發明的第二態樣，提供了一種用於添加到鋰離子電池電解液中的離子液體，所述離子液體包含具有雙核結構的通式(II)的化合物：
Figure 110118054-A0305-02-0007-18
其中，陽離子基團X1及W可個別為雜環芳香族及胺。
較佳地，雜環芳香族選自哌啶鎓、吡咯烷鎓、吡唑鎓及吡啶鎓。
更佳地，胺選自季銨、氮雜環庚烷及鏻。
又更佳地，Y為C3~C10烷基中的任意一種。
較佳地，Y選自磺醯基、碳酸、醚、酮基及酯。
有利地，X1YW選自以下組成之群組：
Figure 110118054-A0305-02-0008-19
苄基-2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基醚；
Figure 110118054-A0305-02-0008-23
苄基-4-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)丁基醚；
Figure 110118054-A0305-02-0008-21
1-(1-苯甲醯基)-1-甲基吡咯烷鎓；
Figure 110118054-A0305-02-0008-22
1-(2-苯甲醯甲基)-1-甲基吡咯烷鎓；
Figure 110118054-A0305-02-0008-24
1-(呋喃-2-基)-1-甲基吡咯烷鎓；
Figure 110118054-A0305-02-0008-25
1-(丁基呋喃-2-基)-1-甲基吡咯烷鎓；
Figure 110118054-A0305-02-0008-26
1-(2-呋喃甲醯基)-1-甲基吡咯烷鎓；
Figure 110118054-A0305-02-0008-27
1-苯磺醯基-1-甲基吡咯烷鎓；
Figure 110118054-A0305-02-0009-28
1-對甲苯磺醯基-1-甲基吡咯烷鎓。
更有利地，具有通式(II)之結構的離子液體，其陰離子基團Z1及Z2選自：PF6 -(六氟磷酸鹽)、POF2 -(二氟磷酸鹽)、BF4 -(四氟硼酸鹽)、B(C2O4)2-(BOB-，雙(草酸)硼酸鹽)、BF2(C2O4)-(ODFB-，二氟(草酸根)硼酸鹽)、CF3BF3-(三氟甲基三氟硼酸鹽)、(FSO2)2N-(FSI-，雙(氟磺醯基)醯亞胺)、(CF3SO2)2N-(TFSI-，雙(三氟甲烷)磺醯胺)、CH3SO4-(MeSO4-，甲基硫酸鹽)。
在本發明的第三態樣，提供了一種鋰離子電池，包括正極、負極、隔板、電解質及本文所揭露的一種或多種離子液體，其中添加到電解質中的離子液體的總量為0.1~15wt%。
較佳地，所述鋰離子電池進一步包括穩定劑，其中所述穩定劑為環磷腈(cyclophosphazene)化合物。
更佳地，所述穩定劑選自以下組成之群組：
Figure 110118054-A0305-02-0009-29
六氟環三磷腈；
Figure 110118054-A0305-02-0009-30
乙氧基(五氟)環三磷腈。
又更佳地，添加到電解質中之穩定劑的量為0.1~2.9wt%。
有利地，SEI成膜劑選自氟代碳酸亞乙酯(FEC)、碳酸亞乙烯酯(VC)、乙烯基碳酸亞乙酯(VEC)、亞硫酸乙烯酯(ES)、亞硫酸丙烯酯(PS)以及硫酸乙烯酯(DTD)及其組合所組成之群組。
更有利地，添加到電解質中之SEI成膜劑的量為0.1~5wt%。
更有利地，電解質是非水電解質。
又更有利地，非水電解質包括選自LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiSO3CF3、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF2CF3)2、LiAsF6,LiAlCl4、LiNO3、LiPOF2、LiB(C2O4)2、LiBF2(C2O4)、LiCF3BF3及其組合所組成之群組。
較佳地，電解質中鋰鹽的濃度為0.5~1.5mol/L。
更佳地，非水電解質包括選自碳酸鹽、羧酸鹽、醚、酮及其組合所組成之群組的有機溶劑。
更佳地，碳酸鹽選自碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯及其組合所組成之群組。
較佳地，羧酸鹽是羧酸酯。
更佳地，羧酸酯包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯以及乙酸丙酯及其組合。
較佳地，正極包括活性材料，即鋰金屬複合氧化物。
較佳地，鋰金屬複合氧化物的金屬元素選自過渡金屬及非過渡金屬所組成之群組。
較佳地，過渡金屬選自釩、鈦、鉻、銅、鐵、鎳及鈷所組成之群組。
更佳地，非過渡金屬選自鋁及錳。
又更佳地，負極包括選自軟碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、中間相碳微球(MCMB)、矽、氧化矽化合物、矽碳複合物、鈦酸鋰氧化物、以及與鋰形成合金的金屬所組成之群組。
較佳地，負極包括基於碳、矽或錫的活性材料。
有利地，所述隔板包括膜。
更有利地，所述膜包括選自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、陶瓷材料、玻璃纖維及其組合所組成之群組。
以下，僅藉由實施例並參考附圖對本發明做更具體的描述，其中：第1圖為雙(1-甲基吡咯烷鎓)烷基鹵化物的合成參數表；第2圖為雙核陽離子鏈鹵化物的合成參數表；第3A圖為雙核陽離子鏈離子液體的合成參數表；第3B圖為第3A圖中表格的延續；第4圖為芳香族與1-甲基吡咯烷鎓鹵化物鍵結的合成參數表；第5圖為芳香族與陽離子鹵化物鍵結的合成參數表；第6A圖為芳香族與陽離子液體鍵結的合成參數表；第6B圖為第6A圖中表格的延續；第7A圖為PYR13PF6的線性掃描伏安法(LSV)的結果示意圖；第7B圖為以不同比例顯示第7A圖中圓圈部分的曲線示意圖；第8A圖為DiPYR15(PF6)2的線性掃描伏安法(LSV)的結果示意圖； 第8B圖為第8A圖中圓圈部分的讀數示意圖；第9A圖為DiPYR18(PF6)2的線性掃描伏安法(LSV)的結果示意圖；第9B圖為第9A圖中圓圈部分的讀數示意圖；第10A圖為DiPYR1EE(PF6)2的線性掃描伏安法(LSV)的結果示意圖；第10B圖為第10A圖中圓圈部分的讀數示意圖；第11A圖為PYRPIP15(PF6)2的線性掃描伏安法(LSV)的結果示意圖；第11B圖為第11A圖中圓圈部分的讀數示意圖；第12A圖為DiPIP15(PF6)2的線性掃描伏安法(LSV)的結果示意圖；第12B圖為第12A圖中圓圈部分的讀數示意圖；第13A圖為DiPYR15(PF6)(BF4)的線性掃描伏安法(LSV)的結果示意圖；第13B圖為第13A圖中圓圈部分的讀數示意圖；第14A圖為DiPYR15(PF6)(BF4)的線性掃描伏安法(LSV)的結果示意圖；第14B圖為第14A圖中圓圈部分的讀數示意圖；第15A圖為雙核陽離子結構離子液體在LSV測試中的最大氧化電位表；第15B圖為第15A圖中表格的延續；第15C圖為第15A圖及第15B圖中表格的延續； 第16A圖為芳香族與陽離子液體鍵結的電解質在LSV測試中的最大氧化電位表；第16B圖為第16A圖中表格的延續；第17圖為PYR13PF6的循環伏安法(CV)的結果示意圖；第18A圖為DiPYR15(PF6)2的循環伏安法(CV)的結果示意圖；第18B圖為DiPYR18(PF6)2的循環伏安法(CV)的結果示意圖；第19A圖為DiPYR1EE(PF6)2的循環伏安法(CV)的結果示意圖；第19B圖為PYRPIP15(PF6)2的循環伏安法(CV)的結果示意圖；第19C圖為DiPIP15(PF6)2的循環伏安法(CV)的結果示意圖；第19D圖為DiPYR15(PF6)(BF4)的循環伏安法(CV)的結果示意圖；第20圖為PYRTEA15(PF6)2以6wt%添加至OE、DiPYR15(PF6)2以6wt%添加至OE以及DiPYR1EE(PF6)2以6wt%添加至OE，以及有機電解質(OE)分別添加於軟包裝40Ah鋰鐵電芯，於負極表面反應生成SEI膜，藉由同步輻射Soft X-ray吸收光譜(O K-edge TEY)進行檢試，所得SEI膜結構的特徵曲線圖；第21A圖為不同電解質配方的組成表；第21B圖為第21A圖中表格的延續；第22A圖為根據本發明的LFP電池(鋰離子電池)的俯視圖；第22B圖為第22A圖中LFP電池的側視圖；第23A圖為鋰離子電池中，各種電解質配方的自熄時間及其內阻與長期循環效能的結果表；以及第23B圖為第23A圖中表格的延續。
本發明的第一態樣係關於一種具有雙核陽離子鏈及與陽離子鍵結的芳香族官能基的離子液體(雙核結構)，其具有熔點高、寬電位窗、不易嵌入負極材料石墨層的特點，能在負極表面形成均勻緻密、鋰擴散可逆性高的固體電解質界面(SEI)；在非水電解質中加入離子液體，以增加高密度電極的長期循環穩定性，並改善鋰離子電池的熱穩定性。
雙核結構將陽離子的結構體積增加得更大，使其變得太大而無法嵌入石墨中。在石墨表面形成均勻緻密的SEI層，用於鋰離子的可逆嵌入及釋放，這降低了界面阻抗並增強了鋰離子電池的長期循環穩定性。此外，在電解質中加入離子液體後，產生的具有高阻燃性的SEI層可吸收內部熱量並抑制熱失控。
如上所述，此雙核陽離子的特徵為芳香族化合物、胺鹽以及雜環化合物。
本發明的第二態樣係關於將本發明第一態樣中的離子液體與非水電解質一起使用。
本發明的第三態樣係關於一種具有第二態樣中的非水電解質及離子液體的鋰離子電池。
更詳細地說，離子液體的雙核結構具有兩個官能基鏈，其由雙核陽離子鏈以及與雙核陽離子鏈中的陽離子鍵結的芳香族官能基組成；雙核結構的通式為Z1X1YX2Z2以及Z1X1YW，其化學結構式分別為式I以及式II。
Figure 110118054-A0305-02-0015-31
Figure 110118054-A0305-02-0015-32
所述式(I)中的陽離子基團X1及X2，與所述式(II)中的陽離子基團X1選自雜環芳香族及胺鹽；雜環芳香族包括哌啶鎓、吡咯烷鎓、吡唑鎓及吡啶鎓，而胺鹽包括季銨、氮雜環庚烷及鏻。
更具體地，所述式(I)中的陽離子基團X1及X2，與所述式(II)中的陽離子基團X1選自：
Figure 110118054-A0305-02-0015-33
1,5-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)戊烷；
Figure 110118054-A0305-02-0015-34
1,5-雙(1-甲基哌啶鎓-1-基)戊烷；
Figure 110118054-A0305-02-0015-35
1,5-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)(1-甲基哌啶鎓1-基)戊烷；
Figure 110118054-A0305-02-0016-36
1,5-[(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)(三乙胺-N-基)]戊烷；及/或
Figure 110118054-A0305-02-0016-37
1,5-[(1-甲基哌啶鎓-1-基)(三乙胺-N-基)]戊烷。
所述式(I)及所述式(II)的離子液體的官能基Y為烷基，烷基中的碳原子數為C3~C10，其特別選自：
Figure 110118054-A0305-02-0016-38
1,4-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)丁烷；
Figure 110118054-A0305-02-0016-39
1,5-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)戊烷；
Figure 110118054-A0305-02-0016-40
1,6-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)己烷；
Figure 110118054-A0305-02-0016-41
1,8-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)辛烷。
所述式(I)及所述式(II)的離子液體的官能基Y選自磺醯基、碳酸、醚、酮基或酯。較佳地，所述官能基Y選自：
Figure 110118054-A0305-02-0016-42
雙[2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基]醚；
Figure 110118054-A0305-02-0017-43
雙[2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基]碳酸酯；
Figure 110118054-A0305-02-0017-44
1,5-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)戊烷-3-酮；
Figure 110118054-A0305-02-0017-45
雙[2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基]丁二酸酯。
所述式(II)的離子液體的陽離子基團X1、官能基Y以及芳香族基團W選自；
Figure 110118054-A0305-02-0017-46
苄基-2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基醚；
Figure 110118054-A0305-02-0017-47
苄基-4-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)丁基醚；
Figure 110118054-A0305-02-0017-48
1-(1-苯甲醯基)-1-甲基吡咯烷鎓；
Figure 110118054-A0305-02-0017-49
1-(2-苯甲醯甲基)-1-甲基吡咯烷鎓；
Figure 110118054-A0305-02-0017-50
1-(呋喃-2-基)-1-甲基吡咯烷鎓；
Figure 110118054-A0305-02-0018-51
1-(丁基呋喃-2-基)-1-甲基吡咯烷鎓；
Figure 110118054-A0305-02-0018-52
1-(2-呋喃甲醯基)-1-甲基吡咯烷鎓；
Figure 110118054-A0305-02-0018-53
1-苯磺醯基-1-甲基吡咯烷鎓；
Figure 110118054-A0305-02-0018-54
1-對甲苯磺醯基-1-甲基吡咯烷鎓。
具有所述式(I)及所述式(II)的離子液體的陰離子基團Z1及Z2可包括PF6 -(六氟磷酸鹽)、POF2 -(二氟磷酸鹽)、BF4 -(四氟硼酸鹽)、B(C2O4)2-(BOB-，雙(草酸)硼酸鹽)、BF2(C2O4)-(ODFB-，二氟(草酸根)硼酸鹽)、CF3BF3-(三氟甲基三氟硼酸鹽)、(FSO2)2N-(FSI-，雙(氟磺醯基)醯亞胺)、(CF3SO2)2N-(TFSI-，雙(三氟甲烷)磺醯胺)及/或CH3SO4-(MeSO4-，甲基硫酸鹽)。
電解質中離子液體的重量百分比為0.1~15wt%。當離子液體的添加量過低時，電解質對陽極表面的改善效果不明顯；而過高時，形成的SEI層的厚度會更大，從而增加正負極之間的界面阻抗，導致電池性能下降。
非水電解質包括鋰鹽、有機溶劑、成膜劑、穩定劑以及離子液體。
非水電解質中的穩定劑為環磷腈化合物，較佳選自以下：
Figure 110118054-A0305-02-0019-55
六氟環三磷腈；及/或
Figure 110118054-A0305-02-0019-57
乙氧基(五氟)環三磷腈。
環磷腈化合物含有P及F，其皆為高效的阻燃劑。P及F的存在允許減少添加到電解質中的離子液體的量，並具有顯著的熱穩定性優勢；F有助於在電極表面形成的SEI膜上產生更多的LiF。SEI膜上的LiF可充當良好的抗氧化劑，藉由減少電解質與電極中任何活性材料之間的反應及不需要的副產物的產生以增加它們之間的相容性；這反過來穩定了電極的電化學反應，提高了高電壓鋰離子電池的長期循環效能。電解質中穩定劑的建議量為0.1~2.9wt%。
非水電解質中的SEI成膜劑選自氟代碳酸亞乙酯(FEC)、碳酸亞乙烯酯(VC)、乙烯基碳酸亞乙酯(VEC)、亞硫酸乙烯酯(ES)、亞硫酸丙烯酯(PS)以及硫酸乙烯酯(DTD)中的一個或多個。
成膜劑具有較高的還原電位，可優先還原形成SEI膜於石墨電極的表面；含硫及氟的無機鋰化合物更穩定，有利於鋰離子的嵌入及釋放，降低電解質的還原及分解速率以及負極表面不良副反應的發生。電解質中SEI成膜劑的較佳使用量為0.1~5wt%，這是一個很好的平衡。當SEI成膜劑用量過少，電極表面的改善不明顯，而過多的SEI成膜劑會導致SEI膜增厚不良，影響電池的電容量，導致電池整體循環效能下降。
非水電解質中的鋰鹽包括LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiSO3CF3、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF2CF3)2、LiAsF6,LiAlCl4、LiNO3、LiPOF2、LiB(C2O4)2、LiBF2(C2O4)、LiCF3BF3中的任一種或其組合。電解質中鋰鹽的較佳濃度範圍為0.5~1.5mol/L。
非水電解質的有機溶劑選自碳酸鹽、碳酸酯(有機碳酸鹽或有機碳酸酯)、羧酸鹽、羧酸酯、醚、酮或其組合。其中，碳酸鹽可為碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、以及碳酸二丙酯、碳酸二丁酯中的任一種或其組合。羧酸酯可為乙酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯中的任一種及其組合。
其他有機溶劑適當地選自環醚(例如四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、1,4-二噁烷)、鏈狀醚(例如1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷)、醯胺(例如二甲基甲醯胺)以及硫化物(例如環丁碸)、內酯(例如γ-丁內酯、γ-戊內酯)中的一種，或其有機溶劑可為上述成分中的兩種的組合。
在本發明的一實施例中，提供了一種鋰離子電池，其具有正極(陰極)、負極(陽極)、介於正極及負極之間的隔板以及添加的非水電解質。正極及負極包含允許鋰離子嵌入及釋放的活性材料。陰極活性材料可為氧化鋰化合物與金屬元素例如釩、鈦、鉻、銅、鋁、鐵、鎳、鈷、錳中任何一種或其組合；將其他過渡金屬或非過渡金屬添加到上述鋰過渡金屬氧化物化合物中；以及它們的混合物。具體的晶體結構可為層狀含鋰氧化物、尖晶石型(spinel type)含鋰氧化物或橄欖石型(olivine type)含鋰磷酸鹽化合物等。陰極可包含上述活性材料中的一種，或這些活性材料中的兩種或更多種的組合。陽極活性材料可為軟碳、 硬碳、人造石墨、天然石墨、中間相碳微球(MCMB)、矽、氧化矽化合物、矽碳複合物、鈦酸鋰氧化物、以及可與鋰形成合金的金屬等中任何一種或其組合；具體而言，可使用基於碳、矽或錫的負極。陽極可包含一種或多種上述活性材料。
在上述鋰離子電池中，正負極進一步包括黏合劑及導電劑；將包含正極活性材料、黏合劑及導電劑的正極材料漿料塗覆在正極的集電器上，漿料乾燥後形成正極。類似地，可將包含負極活性材料、黏合劑及導電劑的負極材料漿料塗覆在負極的集電器上，漿料乾燥後形成負極。
隔板由可商購之用於製造商用電池中的合適隔板的任何材料形成。例如但不限於聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、陶瓷材料、玻璃纖維，或上述所列成分之組合的複合膜。
電解質為上述的非水電解質。
以下實施例僅作為舉例用以說明本發明。
實施例1
具有雙核陽離子鏈的離子液體的合成(式(I)：Z1X1YX2Z2)
步驟1：雙核陽離子鹵化物的合成
1.以1,4-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)丁烷二氯化物(DiPYR14Cl2)的合成為例：N-甲基吡咯烷(NMPD)經85℃蒸餾純化，接著在NMPD：1,4-二氯丁烷的莫耳比為2：1.1下將其混合，其後加入體積與二氯烷基相同的丙酮；接著將混合物在70℃下混合攪拌16小時，並蒸餾以除去丙酮，所得液體即為DiPYR14Cl2。
2.將烷基鏈Y改為其他官能基，例如磺醯基、碳酸鹽、醚、酮基、酯等。以雙[2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基]醚二氯化物(DiPYR1EECl2)的合成 為例(第1圖編號8)：首先將N-甲基吡咯烷(NMPD)經85℃蒸餾純化，接著將NMPD及雙(2-氯乙基)醚以2：1.1的莫耳比混合，其後加入與雙(2-氯乙基)醚體積相同的丙酮；接著將混合物在70℃下混合攪拌16小時，並蒸餾以除去丙酮，所得液體即為DiPYR1EECl2。
雙(1-甲基吡咯烷鎓)鹵烷基離子液體的其他系列合成參數如第1圖所示。
參考第1圖，DiPYR14Cl2的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及1,4-二氯丁烷以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,4-二氯丁烷相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，所得液體即為DiPYR14Cl2。
參考第1圖，DiPYR15Cl2的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及1,5-二氯戊烷以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，所得液體即為DiPYR15Cl2。
參考第1圖，DiPYR16Cl2的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及1,6-二氯己烷以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,6-二氯己烷相同的丙酮； 4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，所得液體即為DiPYR16Cl2。
參考第1圖，DiPYR17Cl2的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及1,7-二氯庚烷以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,7-二氯庚烷相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，所得液體即為DiPYR17Cl2。
參考第1圖，DiPYR18Cl2的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及1,8-二氯辛烷以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,8-二氯辛烷相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，所得液體即為DiPYR18Cl2。
參考第1圖，DiPYR19Cl2的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及1,9-二氯壬烷以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,9-二氯壬烷相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，所得液體即為DiPYR19Cl2。
參考第1圖，DiPYR110Cl2的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化； 2)NMPD及1,10-二氯癸烷以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,10-二氯癸烷相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，所得液體即為DiPYR110Cl2。
參考第1圖，DiPYR1EECl2的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及雙(2-氯乙基)醚以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與雙(2-氯乙基)醚相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，所得液體即為DiPYR1EECl2。
參考第1圖，DiPYR1ECCl2的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及雙(2-氯乙基)碳酸酯以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與雙(2-氯乙基)碳酸酯相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，所得液體即為DiPYR1ECCl2。
參考第1圖，DiPYR1POCl2的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及1,5-二氯戊烷-3-酮以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷-3-酮相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，所得液體即為DiPYR1POCl2。
參考第1圖，DiPYR1EBCl2的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及雙(2-氯乙基)丁二酸酯以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與雙(2-氯乙基)丁二酸酯相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，所得液體即為DiPYR1EBCl2。
3.用其他雜環芳香族或胺代替陽離子X1和X2，其可包括咪唑鎓、季銨、哌啶鎓、吡咯烷鎓、嗎啉鎓、三甲胺等。以1,5-雙(1-甲基哌啶鎓-1-基)戊烷二氯化物(DiPIP15Cl2)的合成為例：N-甲基哌啶(MPIP)經真空蒸餾純化，接著將MPIP及1,5-二氯戊烷以2：1.1的莫耳比混合，其後加入體積與二氯烷基相同的丙酮；將混合物在70℃下混合攪拌16小時，蒸餾除去丙酮後，剩餘液體即為DiPIP15Cl2。
以合成1,5-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)(1-甲基哌啶鎓1-基)戊烷二氯化物為例(第2圖編號5)：N-甲基吡咯烷(NMPD)及N-甲基哌啶(MPIP)藉由真空蒸餾純化；NMPD、MPIP及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合，接著加入與1,5-二氯戊烷體積相同的丙酮，其後將混合物在70℃下混合攪拌16小時；蒸餾除去丙酮後，剩餘液體即為PYRPIP15Cl2。雙核陽離子鹵化物離子液體的其他系列合成參數如第2圖所示。
參考第2圖，DiPYR15Cl2的合成如下：1)N-甲基吡咯烷(NMPD)經85℃蒸餾純化；2)NMPD及1,5-二氯戊烷以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮； 4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為DiPYR15Cl2。
參考第2圖，DiPIP15Cl2的合成如下：1)N-甲基哌啶(MPIP)經真空蒸餾純化；2)MPIP及1,5-二氯戊烷以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為DiPIP15Cl2。
參考第2圖，DiTEA15Cl2的合成如下：1)三乙胺(TEA)經真空蒸餾純化；2)TEA及1,5-二氯戊烷以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為DiTEA15Cl2。
參考第2圖，DiMIM15Cl2的合成如下：1)1-甲基咪唑(MIM)經真空蒸餾純化；2)MIM及1,5-二氯戊烷以2：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在25℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為DiMIM15Cl2。
參考第2圖，PYRPIP15Cl2的合成如下：1)NMPD及MPIP經真空蒸餾純化； 2)NMPD及MPIP及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為PYRPIP15Cl2。
參考第2圖，PYRTEA15Cl2的合成如下：1)NMPD及TEA經真空蒸餾純化；2)NMPD及TEA及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為PYRTEA15Cl2。
參考第2圖，PYRMPE15Cl2的合成如下：1)NMPD及嗎啉(MPE)經真空蒸餾純化；2)NMPD及MPE及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在45℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為PYRMPE15Cl2。
參考第2圖，PYRMIM15Cl2的合成如下：1)NMPD及MIM經真空蒸餾純化；2)NMPD及MIM及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在25℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為PYRMIM15Cl2。
參考第2圖，PYRPYO15Cl2的合成如下：1)NMPD及吡咯(PYO)經真空蒸餾純化；2)NMPD及PYO及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在45℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為PYRPYO15Cl2。
參考第2圖，PIPTEA15Cl2的合成如下：1)MPIP及TEA經真空蒸餾純化；2)MPIP及TEA及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌16小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為PIPTEA15Cl2。
參考第2圖，PIPMPE15Cl2的合成如下：1)MPIP及MPE經真空蒸餾純化；2)MPIP及MPE及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在45℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為PIPMPE15Cl2。
參考第2圖，PIPMIM15Cl2的合成如下：1)MPIP及MIM經真空蒸餾純化；2)MPIP及MIM及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮； 4)在25℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為PIPMIM15Cl2。
參考第2圖，PIPPYO15Cl2的合成如下：1)MPIP及PYO經真空蒸餾純化；2)MPIP及PYO及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在45℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為PIPPYO15Cl2。
參考第2圖，TEAMPE15Cl2的合成如下：1)TEA及MEP經真空蒸餾純化；2)TEA及MEP及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在45℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為TEAMPE15Cl2。
參考第2圖，TEAMIM15Cl2的合成如下：1)TEA及MIM經真空蒸餾純化；2)TEA及MIM及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在25℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為TEAMIM15Cl2。
參考第2圖，TEAPYO15Cl2的合成如下：1)TEA及PYO經真空蒸餾純化； 2)TEA及PYO及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在45℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為TEAPYO15Cl2。
參考第2圖，MIMMPE15Cl2的合成如下：1)MIM及MPE經真空蒸餾純化；2)MIM及MPE及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在25℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為MIMMPE15Cl2。
參考第2圖，MIMPYO15Cl2的合成如下：1)MIM及PYO經真空蒸餾純化；2)MIM及PYO及1,5-二氯戊烷以1：1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與1,5-二氯戊烷相同的丙酮；4)在25℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為MIMPYO15Cl2。
步驟2：雙核陽離子鏈離子液體的合成
1.以1,4-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)丁烷二六氟磷酸酯[DiPYR14(PF6)2]的合成為例：將步驟1合成的1,4-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)丁烷二氯化物(DiPYR14Cl2)加入等重量的丙酮(作為混合溶劑)中，其後加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀，在70℃下攪拌16小時；在濾出白色沉澱氯化鉀KCl後，將剩餘液體蒸餾除去丙酮，重結晶生成DiPYR14(PF6)2；最後將合成產物過濾、純化並在60℃ 真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。DiPYR1R(PF6)2及DiPIP1R(PF6)2離子液體的其他系列合成參數如第3A圖所示。
參考第3A圖，DiPYR14(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPYR14Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPYR14(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPYR15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPYR15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPYR15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPYR16(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPYR16Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時； 4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPYR16(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPYR18(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPYR18Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPYR18(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPIP14(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPIP14Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPIP14(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPIP15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPIP15Cl2加入等重量的丙酮中； 2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPIP15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPIP16(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPIP16Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPIP16(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPIP18(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPIP18Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPIP18(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
2.用其他雜環芳香族或胺代替陽離子X1及X2，包括咪唑鎓、季銨、哌啶鎓、吡咯烷鎓、嗎啉鎓及三乙胺等。以1,5-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)(1-甲基哌啶鎓1-基)戊烷二六氟磷酸酯[PYRPIP15(PF6)2]的合成為例：將步驟1中合成的1,5-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)(1-甲基哌啶鎓-1-基)戊烷二氯化物(PYRPIP15Cl2)加入等重量的丙酮(作為混合溶劑)中，其後加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀，在70℃下攪拌16小時；在濾出白色沉澱氯化鉀KCl後，將剩餘液體減壓蒸餾除去丙酮，重結晶生成PYRPIP15(PF6)2；最後將合成產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。雙核陽離子鏈離子液體的其他系列合成參數如第3A圖至第3B圖所示。
參考第3A圖，PYRPIP15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRPIP15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRPIP15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，PYRTEA15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRTEA15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl； 5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRTEA15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，PYRMPE15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRMPE15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRMPE15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，PYRMIM15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRMIM15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRMIM15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，PYRPYO15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRPYO15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀； 3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRPYO15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，PIPTEA15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的PIPTEA15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PIPTEA15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，PIPMPE15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的PIPMPE15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PIPMPE15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，PIPMIM15(PF6)2的合成如下： 1)將步驟1中合成的PIPMIM15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PIPMIM15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，PIPPYO15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的PIPPYO15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PIPPYO15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，TEAMPE15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的TEAMPE15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成TEAMPE15(PF6)2； 7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，TEAMIM15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的TEAMIM15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成TEAMIM15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，TEAPYO15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的TEAPYO15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成TEAPYO15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，MIMMPE15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的MIMMPE15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl； 5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成MIMMPE15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，MIMPYO15(PF6)2的合成如下：1)將步驟1中合成的MIMPYO15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入兩倍莫耳的六氟磷酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成MIMPYO15(PF6)2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
3.替換其他陰離子Z1及Z2，其中可包括PF6 -(六氟磷酸鹽)、POF2 -(二氟磷酸鹽)、BF4 -(四氟硼酸鹽)、B(C2O4)2-(BOB-，雙(草酸)硼酸鹽)、BF2(C2O4)-(ODFB-，二氟(草酸根)硼酸鹽)、CF3BF3-(三氟甲基三氟硼酸鹽)、(FSO2)2N-(FSI-，雙(氟磺醯基)醯亞胺)、(CF3SO2)2N-(TFSI-，雙(三氟甲烷)磺醯胺)、CH3SO4-(MeSO4-，甲基硫酸鹽)等。
以1,5-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)(1-甲基哌啶鎓1-基)戊烷六氟磷酸酯四氟硼酸酯[PYRPIP15(PF6)(BF4)]的合成為例：將步驟1中合成的1,5-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)(1-甲基哌啶鎓-1-基)戊烷二氯化物(PYRPIP15Cl2)加入等重量的丙酮(作為混合溶劑)中，其後加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀，在70℃下攪拌16小時；在濾出白色沉澱氯化鉀KCl後，將剩餘液體減壓蒸餾除去丙酮，重結晶生成PYRPIP15(PF6)(BF4)；最後將合成產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥 至含水量小於20ppm。雙核陽離子鏈離子液體的其他系列合成參數如第3A圖、第3B圖所示。
參考第3A圖，DiPYR14(PF6)(BF4)的合成如下： 1)將步驟1中合成的DiPYR14Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPYR14(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPYR15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPYR15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPYR15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPYR16(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPYR16Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時； 4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPYR16(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPYR18(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPYR18Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPYR18(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPIP14(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPIP14Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPIP14(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPIP15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPIP15Cl2加入等重量的丙酮中； 2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPIP15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPIP16(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPIP16Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPIP16(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3A圖，DiPIP18(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPIP18Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPIP18(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PYRPIP15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRPIP15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRPIP15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PYRTEA15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRTEA15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRTEA15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PYRMPE15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRMPE15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮； 6)重結晶形成PYRMPE15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PYRMIM15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRMIM15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRMIM15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PYRPYO15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRPYO15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRPYO15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PIPTEA15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的PIPTEA15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在70℃下混合攪拌16小時； 4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PIPTEA15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PIPMPE15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的PIPMPE15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PIPMPE15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PIPMIM15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的PIPMIM15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PIPMIM15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PIPPYO15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的PIPPYO15Cl2加入等重量的丙酮中； 2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PIPPYO15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，TEAMPE15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的TEAMPE15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成TEAMPE15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，TEAMIM15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的TEAMIM15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成TEAMIM15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，TEAPYO15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的TEAPYO15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成TEAPYO15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，MIMMPE15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的MIMMPE15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成MIMMPE15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，MIMPYO15(PF6)(BF4)的合成如下：1)將步驟1中合成的MIMPYO15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀及四氟硼酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮； 6)重結晶形成MIMPYO15(PF6)(BF4)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，DiPYR15(TFSI)(FSI)的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPYR15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的三氟甲磺醯亞胺鋰及雙(氟磺醯基)醯亞胺鋰；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPYR15(TFSI)(FSI)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，DiPIP15(TFSI)(FSI)的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPIP15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的雙(三氟甲烷)磺磺亞胺鋰及雙(氟磺醯基)醯亞胺鋰；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPIP15(TFSI)(FSI)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PYRPIP15(TFSI)(FSI)的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRPIP15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的雙(三氟甲烷)磺磺亞胺鋰及雙(氟磺醯基)醯亞胺鋰；3)在70℃下混合攪拌16小時； 4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRPIP15(TFSI)(FSI)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PYRTEA15(TFSI)(FSI)的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRTEA15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的雙(三氟甲烷)磺磺亞胺鋰及雙(氟磺醯基)醯亞胺鋰；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRTEA15(TFSI)(FSI)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PIPTEA15(TFSI)(FSI)的合成如下：1)將步驟1中合成的PIPTEA15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的雙(三氟甲烷)磺磺亞胺鋰及雙(氟磺醯基)醯亞胺鋰；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PIPTEA15(TFSI)(FSI)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，DiPYR15(CF3BF3)(POF2)的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPYR15Cl2加入等重量的丙酮中； 2)加入等莫耳的三氟甲基三氟硼酸鋰及二氟磷酸鋰；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPYR15(CF3BF3)(POF2)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，DiPIP15(CF3BF3)(POF2)的合成如下：1)將步驟1中合成的DiPIP15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的三氟甲基三氟硼酸鋰及二氟磷酸鋰；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成DiPIP15(CF3BF3)(POF2)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PYRPIP15(CF3BF3)(POF2)的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRPIP15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的三氟甲基三氟硼酸鋰及二氟磷酸鋰；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRPIP15(CF3BF3)(POF2)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PYRTEA15(CF3BF3)(POF2)的合成如下：1)將步驟1中合成的PYRTEA15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的三氟甲基三氟硼酸鋰及二氟磷酸鋰；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PYRTEA15(CF3BF3)(POF2)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第3B圖，PIPTEA15(CF3BF3)(POF2)的合成如下：1)將步驟1中合成的PIPTEA15Cl2加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的三氟甲基三氟硼酸鋰及二氟磷酸鋰；3)在70℃下混合攪拌16小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成PIPTEA15(CF3BF3)(POF2)；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
實施例2
芳香族官能基與陽離子鍵結的離子液體的合成(式(II)：Z1X1YW)
步驟1：芳香族官能基與陽離子鹵化物鍵結的合成
1.以苄基-2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基醚氯化物(苄基-PYR1EECl)的合成為例：首先，N-甲基吡咯烷(NMPD)經85℃蒸餾純化，接著將NMPD及苄基-2-氯乙基醚以1：1.1的莫耳比混合，其後加入體積與二苄基-2-氯 乙基醚相同的丙酮；接著將混合物在70℃下混合攪拌12小時，將丙酮蒸餾後，剩餘液體即為苄基-PYR1EECl。芳香族與1-甲基吡咯烷鎓鹵化物鍵結的其他系列合成參數如第4圖所示。
2.以1-(2-呋喃甲醯基)-1-甲基吡咯烷鎓氯化物(呋喃甲醯基-PYR11Cl)的合成為例：首先，N-甲基吡咯烷(NMPD)經85℃蒸餾純化，接著將NMPD及2-呋喃甲醯氯以1：1.1的莫耳比混合，其後加入體積與2-呋喃甲醯氯相同的丙酮；接著將混合物在70℃下混合攪拌12小時，將丙酮蒸餾後，剩餘液體即為呋喃甲醯基-PYR11Cl。芳香族與1-甲基吡咯烷鎓鹵化物鍵結的其他系列合成參數如第4圖所示。
參考第4圖，苄基-PYR1EECl的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及苄基-2-氯乙醚以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與苄基-2-氯乙醚相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為苄基-PYR1EECl。
參考第4圖，苄基-PYR1BECl的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及苄基-4-氯丁醚以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與苄基-4-氯丁醚相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為苄基-PYR1BECl。
參考第4圖，苯甲醯基-PYR11Cl的合成如下： 1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及苯甲醯氯以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與苯甲醯氯相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為苯甲醯基-PYR11Cl。
參考第4圖，苯甲醯甲基-PYR11Cl的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及苯甲醯甲基氯以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與苯甲醯甲基氯相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為苯甲醯甲基-PYR11Cl。
參考第4圖，呋喃-PYR11Cl的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及2-氯呋喃以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-氯呋喃相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃-PYR11Cl。
參考第4圖，呋喃-PYR14Cl的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及2-(4-氯丁基)呋喃以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-(4-氯丁基)呋喃相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時； 5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃-PYR14Cl。
參考第4圖，呋喃甲醯基-PYR11Cl的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及2-呋喃甲醯氯以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-呋喃甲醯氯相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃-PYR11Cl。
參考第4圖，苯磺醯基-PYR11Cl的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及苯磺醯氯以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與苯磺醯氯相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為苯磺醯基-PYR11Cl。
參考第4圖，對甲苯磺醯基-PYR11Cl的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及對甲苯磺醯氯以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與對甲苯磺醯氯相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為對甲苯磺醯基-PYR11Cl。
3.用其他雜環芳香族或胺如咪唑鎓、季銨、哌啶鎓、吡咯烷鎓、嗎啉鎓、三乙胺等代替陽離子X1。以1-(2-呋喃甲醯基)-1-甲基哌啶鎓氯化物(呋喃甲醯基-PIP11Cl)的合成為例：首先，N-甲基哌啶(MPIP)經真空蒸餾純化，接著將 MPIP及2-呋喃甲醯氯以1：1.1的莫耳比混合，其後加入體積與2-呋喃甲醯氯相同的丙酮；接著將混合物在70℃下混合攪拌12小時，將丙酮蒸餾後，剩餘液體即為呋喃甲醯基-PIP11Cl。芳香族與陽離子鹵化物離子液體鍵結的其他系列合成參數如第5圖所示。
參考第5圖，苄基-PYR1EECl的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及苄基-2-氯乙醚以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與苄基-2-氯乙醚相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為苄基-PYR1EECl。
參考第5圖，呋喃-PYR14Cl的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及2-(4-氯丁基)呋喃以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-(4-氯丁基)呋喃相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃-PYR14Cl。
參考第5圖，呋喃甲醯基-PYR11Cl的合成如下：1)NMPD經85℃蒸餾純化；2)NMPD及2-呋喃甲醯氯以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-呋喃甲醯氯相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃甲醯基-PYR11Cl。
參考第5圖，苄基-PIP1EECl的合成如下：1)MPIP經真空蒸餾純化；2)MPIP及苄基-2-氯乙醚以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與苄基-2-氯乙醚相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為苄基-PIP1EECl。
參考第5圖，呋喃-PIP14Cl的合成如下：1)MPIP經真空蒸餾純化；2)MPIP及2-(4-氯丁基)呋喃以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-(4-氯丁基)呋喃相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃-PIP14Cl。
參考第5圖，呋喃甲醯基-PIP11Cl的合成如下：1)MPIP經真空蒸餾純化；2)MPIP及2-呋喃甲醯氯以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-呋喃甲醯氯相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃甲醯基-PIP11Cl。
參考第5圖，苄基-TEA1EECl的合成如下：1)TEA經真空蒸餾純化；2)TEA及苄基-2-氯乙醚以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與苄基-2-氯乙醚相同的丙酮； 4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為苄基-TEA1EECl。
參考第5圖，呋喃-TEA14Cl的合成如下：1)TEA經真空蒸餾純化；2)TEA及2-(4-氯丁基)呋喃以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-(4-氯丁基)呋喃相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃-TEA14Cl。
參考第5圖，呋喃甲醯基-TEA11Cl的合成如下：1)TEA經真空蒸餾純化；2)TEA及2-呋喃甲醯氯以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-呋喃甲醯氯相同的丙酮；4)在70℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃甲醯基-TEA11Cl。
參考第5圖，苄基-MIM1EECl的合成如下：1)MIM經真空蒸餾純化；2)MIM及苄基-2-氯乙醚以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與苄基-2-氯乙醚相同的丙酮；4)在25℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為苄基-MIM1EECl。
參考第5圖，呋喃-MIM14Cl的合成如下：1)MIM經真空蒸餾純化； 2)MIM及2-(4-氯丁基)呋喃以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-(4-氯丁基)呋喃相同的丙酮；4)在25℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃-MIM14Cl。
參考第5圖，呋喃甲醯基-MIM11Cl的合成如下：1)MIM經真空蒸餾純化；2)MIM及2-呋喃甲醯氯以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-呋喃甲醯氯相同的丙酮；4)在25℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃甲醯基-MIM11Cl。
參考第5圖，呋喃甲醯基-MPE11Cl的合成如下：1)MPE經真空蒸餾純化；2)MPE及2-呋喃甲醯氯以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-呋喃甲醯氯相同的丙酮；4)在45℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃甲醯基-MPE11Cl。
參考第5圖，呋喃甲醯基-PYO11Cl的合成如下：1)PYO經真空蒸餾純化；2)PYO及2-呋喃甲醯氯以1：1.1的莫耳比混合；3)加入體積與2-呋喃甲醯氯相同的丙酮；4)在45℃下混合攪拌12小時；5)蒸餾除去丙酮，剩餘液體即為呋喃甲醯基-PYO11Cl。
步驟2：芳香族基團與陽離子鍵結的離子液體的合成
1.以1-(2-呋喃甲醯基)-1-甲基吡咯烷鎓六氟磷酸(呋喃甲醯基-PYR11PF6)的合成為例：將步驟1中合成的1-(2-呋喃甲醯基)-1-甲基吡咯烷鎓氯化物(呋喃甲醯基-PYR11Cl)加入等重量的丙酮(作為混合溶劑)中，其後加入等莫耳的六氟磷酸鉀，在70℃下攪拌12小時；在濾出白色沉澱氯化鉀KCl後，將剩餘液體減壓蒸餾除去丙酮，重結晶生成PYRPIP15(PF6)2；最後將合成產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。芳香族與陽離子鍵結的離子液體的其他系列合成參數如第6A圖、第6B圖所示。
2.用其他雜環芳香族或胺如咪唑鎓、季銨、哌啶鎓、吡咯烷鎓、嗎啉鎓、三乙胺等代替陽離子X1。以1-(2-呋喃甲醯基)-1-甲基哌啶鎓六氟磷酸酯(呋喃甲醯基-PIP11PF6)的合成為例：將步驟1中合成的1-(2-呋喃甲醯基)-1-甲基哌啶鎓氯化物(呋喃甲醯基-PIP11Cl)加入等重量的丙酮(作為混合溶劑)中，其後加入等莫耳的六氟磷酸鉀，在70℃下攪拌12小時；在濾出白色沉澱氯化鉀KCl後，將剩餘液體減壓蒸餾除去丙酮，重結晶生成呋喃甲醯基-PIP11PF6；最後將合成產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。芳香族與陽離子鍵結的離子液體的其他系列合成參數如第6A圖、第6B圖所示。
3.替代陰離子Z1如PF6 -(六氟磷酸鹽)、POF2 -(二氟磷酸鹽)、BF4 -(四氟硼酸鹽)、B(C2O4)2-(BOB-，雙(草酸)硼酸鹽)、BF2(C2O4)-(ODFB-，二氟(草酸根)硼酸鹽)、CF3BF3-(三氟甲基三氟硼酸鹽)、(FSO2)2N-(FSI-，雙(氟磺醯基)醯亞胺)、(CF3SO2)2N-(TFSI-，雙(三氟甲烷)磺醯胺)、CH3SO4-(MeSO4-，甲基硫酸鹽)等。以1-(2-呋喃甲醯基)-1-甲基吡咯烷鎓四氟硼酸酯(呋喃甲醯基-PYR11BF4)的合成為例：將步驟1中合成的1-(2-呋喃甲醯基)-1-甲基吡咯烷鎓氯化 物(呋喃甲醯基-PYR11Cl)加入等重量的丙酮(作為混合溶劑)中，其後加入等莫耳的四氟硼酸鉀，在70℃下攪拌12小時；在濾出白色沉澱氯化鉀KCl後，將剩餘液體減壓蒸餾除去丙酮，重結晶生成呋喃甲醯基-PYR11BF4；最後將合成產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。芳香族與陽離子鍵結的離子液體的其他系列合成參數如第6A圖至第6B圖所示。
參考第6A圖，苄基-PYR1EEPF6的合成如下：1)將步驟1中合成的苄基-PYR1EECl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成苄基-PYR1EEPF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，苄基-PYR1BEPF6的合成如下：1)將步驟1中合成的苄基-PYR1BECl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成苄基-PYR1BEPF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，苯甲醯基-PYR11PF6的合成如下： 1)將步驟1中合成的苯甲醯基-PYR11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成苯甲醯基-PYR11PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，苯甲醯甲基-PYR11PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的苯甲醯甲基-PYR11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成苯甲醯甲基-PYR11PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，呋喃-PYR11PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃-PYR11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃-PYR11PF6； 7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，呋喃-PYR14PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃-PYR14Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃-PYR14PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，呋喃甲醯基-PYR11PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃甲醯基-PYR14Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃甲醯基-PYR11PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，苯磺醯基-PYR11PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的苯磺醯基-PYR11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl； 5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成苯磺醯基-PYR11PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，對甲苯磺醯基-PYR11PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的對甲苯磺醯基-PYR11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成對甲苯磺醯基-PYR11PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，苄基-PIP1EEPF6的合成如下：1)將步驟1中合成的苄基-PIP1EECl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成苄基-PIP1EEPF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，呋喃-PIP14PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃-PIP14Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀； 3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃-PIP14PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，呋喃甲醯基-PIP11PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃甲醯基-PIP11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃甲醯基-PIP11PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，苄基-TEA1EEPF6的合成如下：1)將步驟1中合成的苄基-TEA1EECl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成苄基-TEA1EEPF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，呋喃-TEA14PF6的合成如下： 1)將步驟1中合成的呋喃-TEA14Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃-TEA14PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，呋喃甲醯基-TEA11PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃甲醯基-TEA11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃甲醯基-TEA11PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，苄基-MIM1EEPF6的合成如下：1)將步驟1中合成的苄基-MIM1EECl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成苄基-MIM1EEPF6； 7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，呋喃-MIM14PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃-MIM14Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃-MIM14PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6A圖，呋喃甲醯基-MIM11PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃甲醯基-MIM11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在25℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃甲醯基-MIM11PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6B圖，呋喃甲醯基-MPE11PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃甲醯基-MPE11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl； 5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃甲醯基-MPE11PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6B圖，呋喃甲醯基-PYO11PF6的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃甲醯基-PYO11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的六氟磷酸鉀；3)在45℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃甲醯基-PYO11PF6；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6B圖，呋喃甲醯基-PYR11BF4的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃甲醯基-PYR11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的四氟硼酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱KCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃甲醯基-PYR11BF4；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6B圖，呋喃甲醯基-PYR11FSI的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃甲醯基-PYR11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的雙(氟磺醯基)亞胺鋰； 3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃甲醯基-PYR11FSI；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6B圖，呋喃甲醯基-PYR11TFSI的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃甲醯基-PYR11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的雙(三氟甲烷)磺醯胺鋰；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃甲醯基-PYR11TFSI；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6B圖，呋喃甲醯基-PYR11CF3BF3的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃甲醯基-PYR11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的三氟甲基三氟硼酸鋰；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃甲醯基-PYR11CF3BF3；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6B圖，呋喃甲醯基-PYR11POF2的合成如下： 1)將步驟1中合成的呋喃甲醯基-PYR11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的二氟磷酸鋰；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃甲醯基-PYR11POF2；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
參考第6B圖，呋喃甲醯基-PYR11MeSO4的合成如下：1)將步驟1中合成的呋喃甲醯基-PYR11Cl加入等重量的丙酮中；2)加入等莫耳的甲基硫酸鉀；3)在70℃下混合攪拌12小時；4)過濾白色沉澱LiCl；5)減壓蒸餾剩餘液體除去丙酮；6)重結晶形成呋喃甲醯基-PYR11MeSO4；7)將產物過濾、純化並在60℃真空烘箱中乾燥至含水量小於20ppm。
實施例3
根據最大溶解度，將具有雙核陽離子鏈的離子液體或具有與陽離子鍵結的芳香族的離子液體加至非水電解質中，離子液體的量為電解質的約10~15wt%；接著，使用AutoLab 302N電位儀進行線性掃描伏安法(LSV)，以獲得電解質的最大氧化電位。
LSV的測試條件：
工作電極Pt，參考電極Li，對電極Li，掃描電壓範圍0.5~5.0V，掃描速率0.03V/s。
1.含芳香雜環的傳統離子液體：1-丙基-1-甲基吡咯烷鎓六氟磷酸酯(PYR13PF6)；電解質：1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+15wt% PYR13PF6。
參考第7A圖及第7B圖，LSV測試顯示鋰沉積/解離反應在低電位。在第一個循環中，於4.742V的高電位下發生了大於5x10-5(安培)的腐蝕電流，即氧化反應，其意味添加15wt% PYR13PF6的有機電解質的最大氧化電位為4.742V；其電位窗約為0~4.742V，在此工作電壓範圍內，電解質沒有副反應。
2.雙核陽離子鏈離子液體：1,5-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)戊烷二六氟磷酸鹽[DiPYR15(PF6)2]、1,8-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)辛烷二六氟磷酸鹽[DiPYR18(PF6)2]；電解質：(a)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+10wt% DiPYR15(PF6)2；(b)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+10wt% DiPYR18(PF6)2。
參考第8A圖及第8B圖，LSV測試顯示鋰沉積/解離反應也發生在低電位。在第一個循環中，於4.922V的高電位下發生了大於5x10-5(安培)的腐蝕電流，這意味添加10wt% DiPYR15(PF6)2的有機電解質的最大氧化電位為4.922V；電位窗約為0~4.922V，表明添加DiPYR15(PF6)2可提高電解質的最大氧化電位，減少高工作電壓下的解離反應，並抑制鋰離子電池內阻的增長。
參考第9A圖及第9B圖，LSV測試顯示在第一個循環中，於5.02V的高電位下沒有大於5x10-5(安培)的腐蝕電流，其意味添加10wt% DiPYR18(PF6)2的有機電解質的最大氧化電位大於5.0V；表明添加DiPYR18(PF6)2可提高電解質的最大氧化電位，耐高電位能力優於添加DiPYR15(PF6)2。
4.用其他官能基代替烷基鏈Y，用其他雜環芳香族或胺代替陽離子X1及X2，或用陰離子代替Z1及Z2。以下列舉具有雙核陽離子鏈的離子液體為例：雙[2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基]醚二六氟磷酸鹽[DiPYR1EE(PF6)2]、1,5-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)(1-甲基哌啶鎓-1-基)戊烷二六氟磷酸鹽[PYRPIP15(PF6)2]、1,5-雙(1-甲基哌啶鎓-1-基)戊烷二六氟磷酸鹽[DiPIP15(PF6)2]、1,5-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)戊烷(六氟磷酸酯)(四氟硼酸酯)[DiPYR15(PF6)(BF4)]、1,5-(1-甲基吡咯鎓-1-基)(1-甲基-咪唑鎓-3-基)戊烷二六氟磷酸鹽[PYRMIM15(PF6)2]；電解質：(a)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+15wt% DiPYR1EE(PF6)2；(b)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+10wt% PYRPIP15(PF6)2；(c)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+10wt% DiPIP15(PF6)2；(d)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+15wt% DiPYR15(PF6)(BF4)；(e)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+10wt% PYRMIM15(PF6)2。
參考第11A圖至第14B圖，LSV測試顯示上述四種離子液體在初始循環中的最大氧化電位分別為4.774V、4.929V、4.895V及大於5.0V，表明烷基官能團Y、雜環芳香族陽離子X1和X2以及陰離子Z1和Z2可改變電解質的最大氧化電位；其中，添加了DiPYR15(PF6)(BF4)的電解質耐高電位能力最好。此外，藉由用甲基咪唑(MIM)及嗎啉(MPE)陽離子代替陽離子X1和X2會導致極不穩定的電解 質，且無法確定其最大氧化電位。對於具有雙核陽離子鏈及與陽離子鍵結的芳香族的其他類型離子液體，其電解質在LSV測試中的最大氧化電位如第15A圖至第15C圖及第16A圖至第16B圖所示。
參考第15A圖、第15B圖及第15C圖，最大氧化電位必須大於4.7V才能被視為存在改善，任何添加量的離子液體(如下所述)在有機電解質中的量為10-15wt%：有機電解質的最大氧化電位(V)，1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC，作為對照樣品為4.652V。
DiPYR14(PF6)2，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為丁烷(C4)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.906V。
DiPYR15(PF6)2，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.922V。
DiPYR16(PF6)2，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為己烷(C6)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.872V。
DiPYR18(PF6)2，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為辛烷(C8)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)大於5.0V。
DiPIP16(PF6)2，即X1為MPIP、X2為MPIP、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.895V。
DiPIP18(PF6)2，即X1為MPIP、X2為MPIP、Y為辛烷(C8)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.963V。
DiPYR15(PF6)(BF4)，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為BF4的最大氧化電位(V)大於5.0V。
DiPYR18(PF6)(BF4)，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為辛烷(C8)、Z1為PF6、Z2為BF4的最大氧化電位(V)大於5.0V。
DiPIP15(PF6)(BF4)，即X1為MPIP、X2為MPIP、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為BF4的最大氧化電位(V)為4.955V。
DiPIP18(PF6)(BF4)，即X1為MPIP、X2為MPIP、Y為辛烷(C8)、Z1為PF6、Z2為BF4的最大氧化電位(V)大於5.0V。
PYRPIP15(PF6)2，即X1為NMPD、X2為MPIP、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.929V。
PYRTEA15(PF6)2，即X1為NMPD、X2為TEA、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)大於5.0V。
PYRMPE15(PF6)2，即X1為NMPD、X2為MPE、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.653V。
PYRMIM15(PF6)2，即X1為NMPD、X2為MIM、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)無法偵測。
PYRPYO15(PF6)2，即X1為NMPD、X2為PYO、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.782V。
PIPTEA15(PF6)2，即X1為MPIP、X2為TEA、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.968V。
PIPMPE15(PF6)2，即X1為MPIP、X2為MPE、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.372V。
PIPMIM15(PF6)2，即X1為MPIP、X2為MIM、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)無法偵測。
PIPPYO15(PF6)2，即X1為MPIP、X2為PYO、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.739V。
TEAMPE15(PF6)2，即X1為TEA、X2為MPE、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.562V。
TEAMIM15(PF6)2，即X1為TEA、X2為MIM、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)無法偵測。
TEAPYO15(PF6)2，即X1為TEA、X2為PYO、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.809V。
MIMMPE15(PF6)2，即X1為MIM、X2為MPE、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)無法偵測。
MIMPYO15(PF6)2，即X1為MIM、X2為PYO、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)無法偵測。
PYRPIP15(PF6)(BF4)，即X1為NMPD、X2為MPIP、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為BF4的最大氧化電位(V)大於5.0V。
PYRTEA15(PF6)(BF4)，即X1為NMPD、X2為TEA、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為BF4的最大氧化電位(V)大於5.0V。
PYRPYO15(PF6)(BF4)，即X1為NMPD、X2為PYO、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為BF4的最大氧化電位(V)為4.833V。
PIPTEA15(PF6)(BF4)，即X1為MPIP、X2為TEA、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為BF4的最大氧化電位(V)為4.928V。
PIPPYO15(PF6)(BF4)，即X1為MPIP、X2為PYO、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為BF4的最大氧化電位(V)為4.760V。
TEAPYO15(PF6)(BF4)，即X1為TEA、X2為PYO、Y為戊烷(C5)、Z1為PF6、Z2為BF4的最大氧化電位(V)為4.858V。
DiPYR15(TFSI)(FSI)，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為戊烷(C5)、Z1為TFSI、Z2為FSI的最大氧化電位(V)為4.937V。
DiPIP15(TFSI)(FSI)，即X1為MPIP、X2為MPIP、Y為戊烷(C5)、Z1為TFSI、Z2為FSI的最大氧化電位(V)為4.912V。
PYRPIP15(TFSI)(FSI)，即X1為NMPD、X2為MPIP、Y為戊烷(C5)、Z1為TFSI、Z2為FSI的最大氧化電位(V)為4.938V。
PYRTEA15(TFSI)(FSI)，即X1為NMPD、X2為TEA、Y為戊烷(C5)、Z1為TFSI、Z2為FSI的最大氧化電位(V)大於5.0V。
PIPTEA15(TFSI)(FSI)，即X1為MPIP、X2為TEA、Y為戊烷(C5)、Z1為TFSI、Z2為FSI的最大氧化電位(V)為4.953V。
DiPYR15(CF3BF3)(POF2)，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為戊烷(C5)、Z1為CF3BF3、Z2為POF2的最大氧化電位(V)大於5.0V。
DiPIP15(CF3BF3)(POF2)，即X1為MPIP、X2為MPIP、Y為戊烷(C5)、Z1為CF3BF3、Z2為POF2的最大氧化電位(V)為4.935V。
PYRPIP15(CF3BF3)(POF2)，即X1為NMPD、X2為MPIP、Y為戊烷(C5)、Z1為CF3BF3、Z2為POF2的最大氧化電位(V)大於5.0V。
PYRTEA15(CF3BF3)(POF2)，即X1為NMPD、X2為TEA、Y為戊烷(C5)、Z1為CF3BF3、Z2為POF2的最大氧化電位(V)大於5.0V。
PIPTEA15(CF3BF3)(POF2)，即X1為MPIP、X2為TEA、Y為戊烷(C5)、Z1為CF3BF3、Z2為POF2的最大氧化電位(V)為4.976V。
DiPYR15(BF4)(FSI)，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為戊烷(C5)、Z1為BF4、Z2為FSI的最大氧化電位(V)為4.962V。
DiPIP15(BF4)(FSI)，即X1為MPIP、X2為MPIP、Y為戊烷(C5)、Z1為BF4、Z2為FSI的最大氧化電位(V)為4.907V。
PYRPIP15(BF4)(FSI)，即X1為NMPD、X2為MPIP、Y為戊烷(C5)、Z1為BF4、Z2為FSI的最大氧化電位(V)大於5.0V。
PYRTEA15(BF4)(FSI)，即X1為NMPD、X2為TEA、Y為戊烷(C5)、Z1為BF4、Z2為FSI的最大氧化電位(V)大於5.0V。
PIPTEA15(BF4)(FSI)，即X1為MPIP、X2為TEA、Y為戊烷(C5)、Z1為BF4、Z2為FSI的最大氧化電位(V)為4.974V。
DiPYR1EE(PF6)2，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為乙醚、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.774V。
DiPYR1EC(PF6)2，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為碳酸二乙酯、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.825V。
DiPYR1PO(PF6)2，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為戊烷-3-酮、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.833V。
DiPYR1EB(PF6)2，即X1為NMPD、X2為NMPD、Y為丁二酸二乙酯、Z1為PF6、Z2為PF6的最大氧化電位(V)為4.706V。
再次參考第16A圖及第16B圖，最大氧化電位必須大於4.7V才能被視為存在改善，任何添加量的離子液體(如下所述)在有機電解質中的量為1-10wt%： 有機電解質的最大氧化電位(V)，1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC，作為對照樣品為4.652V。
PYR1BEE(PF6)，即X1為NMPD、Y及W為苄基乙醚、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.739V。
PYR1BBE(PF6)，即X1為NMPD、Y及W為苄基丁醚、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.757V。
PYR1BZO(PF6)，即X1為NMPD、Y及W為苯甲醯基、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.746V。
PYR1PHC(PF6)，即X1為NMPD、Y及W為苯甲醯甲基、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.773V。
PYR1FRA(PF6)，即X1為NMPD、Y及W為2-呋喃、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.722V。
PYR14FRA(PF6)，即X1為NMPD、Y及W為2-丁基呋喃、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.736V。
PYR1FRO(PF6)，即X1為NMPD、Y及W為2-呋喃甲醯基、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.829V。
PYR1BSF(PF6)，即X1為NMPD、Y及W為苯磺醯基、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.817V。
PYR1TSF(PF6)，即X1為NMPD、Y及W為對甲苯磺醯基、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.801V。
PIP1BEE(PF6)，即X1為MPIP、Y及W為苄基乙醚、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.536V。
PIP14FRA(PF6)，即X1為MPIP、Y及W為2-丁基呋喃、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.622V。
PIP1FRO(PF6)，即X1為MPIP、Y及W為2-呋喃甲醯基、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.729V。
TEA1BEE(PF6)，即X1為TEA、Y及W為苄基乙醚、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.389V。
TEA14FRA(PF6)，即X1為TEA、Y及W為2-丁基呋喃、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.443V。
TEA1FRO(PF6)，即X1為TEA、Y及W為2-呋喃甲醯基、Z1為PF6的最大氧化電位(V)為4.738V。
MIM1BEE(PF6)，即X1為MIM、Y及W為苄基乙醚、Z1為PF6的最大氧化電位(V)無法偵測。
MIM14FRA(PF6)，即X1為MIM、Y及W為2-丁基呋喃、Z1為PF6的最大氧化電位(V)無法偵測。
MIM1FRO(PF6)，即X1為MIM、Y及W為2-呋喃甲醯基、Z1為PF6的最大氧化電位(V)無法偵測。
MPE1FRO(PF6)，即X1為MPE、Y及W為2-呋喃甲醯基、Z1為PF6的最大氧化電位(V)無法偵測。
PYO1FRO(PF6)，即X1為PYO、Y及W為2-呋喃甲醯基、Z1為PF6的最大氧化電位(V)無法偵測。
PYR1FRO(BF4)，即X1為NMPD、Y及W為2-呋喃甲醯基、Z1為BF4的最大氧化電位(V)為4.926V。
PYR1FRO(FSI)，即X1為NMPD、Y及W為2-呋喃甲醯基、Z1為FSI的最大氧化電位(V)為4.877V。
PYR1FRO(TFSI)，即X1為NMPD、Y及W為2-呋喃甲醯基、Z1為TFSI的最大氧化電位(V)為4.917V。
PYR1FROCF3BF3，即X1為NMPD、Y及W為2-呋喃甲醯基、Z1為CF3BF3的最大氧化電位(V)為4.958V。
PYR1FROPOF2，即X1為NMPD、Y及W為2-呋喃甲醯基、Z1為POF2的最大氧化電位(V)為4.923V。
PYR1FROMeSO4，即X1為NMPD、Y及W為2-呋喃甲醯基、Z1為MeSO4的最大氧化電位(V)為4.607V。
參考第15A圖至第15C圖及第16A圖至第16B圖，LSV測試顯示當雙核陽離子鏈離子液體的陽離子X1及X2為甲基咪唑(MIM)及嗎啉(MPE)時，無法確定其相關電解質的最大氧化電位，耐高電位能力無明顯改善。此外，與芳香族鍵結的離子液體的陽離子X1為N-甲基吡咯烷(NMPD)時，其相關電解質的最大氧化電位高於4.7V，顯示電解質的耐高電位能力增加。
實施例4
根據最大溶解度，將具有雙核陽離子鏈的離子液體或具有與陽離子鍵結的芳香族的離子液體加至非水電解質中，離子液體的量為電解質的約10~15wt%；接著，使用AutoLab 302N電位儀進行循環伏安法(CV)，以了解不同電位下電解質與石墨陽極之間的氧化還原反應。
CV測試條件：
工作電極：(陽極材料)中間相碳微球，MCMB：SuperP：CMC：SBR=95.5：1.0：1.5：2.0；參考電極Li，對電極Li，掃描電壓範圍0~2.5V，掃描速率1mV/s。
1.含芳香雜環的傳統離子液體：1-丙基-1-甲基吡咯烷鎓六氟磷酸酯(PYR13PF6)；電解質：1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+15wt% PYR13PF6。
參考第17圖，CV測試顯示當電解質中加入15wt%的PYR13PF6離子液體時，在0.7~1.0V處出現還原峰，其原因為PYR13 +陽離子嵌入MCMB表面的層狀結構中，阻止鋰離子遷移到層狀結構中；這導致負極表面產生鋰沉澱，從而增加界面阻抗，使電池循環穩定性下降。
2.雙核陽離子鏈離子液體：1,5-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)戊烷二六氟磷酸鹽[DiPYR15(PF6)2]、1,8-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)辛烷二六氟磷酸鹽[DiPYR18(PF6)2]；電解質：(a)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+10wt% DiPYR15(PF6)2；(b)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+10wt% DiPYR18(PF6)2。
參考第18A圖及第18B圖，當10wt%的DiPYR15(PF6)2或10wt%的DiPYR18(PF6)2離子液體加至電解質時，在0.7~1.0V處沒有還原峰，這表明當陽離子的分子量及官能基足夠大時，離子液體將無法嵌入MCMB的層狀結構中。根據本發明的具有雙核陽離子鏈的離子液體或具有芳香族鍵結至其陽離子的陽離 子離子液體，在兩種陽離子連接在一起的情況下，它們的分子量增加至足夠大，從而導致嵌入陽極材料的效果較差。
3.用其他官能基代替烷基鏈Y，用其他雜環芳香族或胺代替陽離子X1及X2，以及用陰離子代替Z1及Z2。以具有下列雙核陽離子鏈的兩種離子液體為例：雙[2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基]醚二六氟磷酸鹽[DiPYR1EE(PF6)2]、1,5-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)(1-甲基哌啶鎓-1-基)戊烷二六氟磷酸鹽[PYRPIP15(PF6)2]、1,5-雙(1-甲基哌啶鎓-1-基)戊烷二六氟磷酸鹽[DiPIP15(PF6)2]、1,5-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)戊烷(六氟磷酸酯)(四氟硼酸酯)[DiPYR15(PF6)(BF4)]；電解質：(a)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+15wt% DiPYR1EE(PF6)2；(b)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+10wt% PYRPIP15(PF6)2；(c)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+10wt% DiPIP15(PF6)2；(d)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+15wt% DiPYR15(PF6)(BF4)。
參考第19A圖至第19D圖，當DiPYR1EE(PF6)2、PYRPIP15(PF6)2、DiPIP15(PF6)2或DiPYR15(PF6)(BF4)離子液體添加至電解質時，在0.7~1.0V處沒有還原峰；這表明雙核結構及其官能基的分子量足夠大時，可最大限度地減少嵌入MCMB層狀結構中，同時不會阻礙鋰離子的嵌入及釋放，陽極表面的界面阻抗降低。
實施例5
根據本專利中開發的發明，在雙核結構離子液體鋰離子電池的充放電過程中，將離子液體添加至容量為40Ah的軟包電池的有機電解質中，用於 確認或驗證充放電過程中陽極表面固體電解質界面膜(SEI)的組成及結構。在測試中，電池藉由夾板成型充電至3.5V，再以小電流放電至2.0V，電池在惰性氛圍手套箱中拆卸，陽極被移除；取出的陽極在碳酸二甲酯(DMC)中浸泡約15分鐘，其後搖動陽極以除去任何剩餘的鋰鹽，接著將陽極在陰涼處晾乾。
20A1站的國家同步輻射研究中心(NSRRC)光束線用於進行軟X射線吸收光譜(sXAS)，以驗證陽極表面SEI膜的成分和結構。氧K-edge吸收光譜包括總電子產率(TEY)及總螢光產率(TFY)；在TEY中，由於電子之間庫侖力的限制，電極內部深處的電子不容易到達電極表面並被接收，只有靠近表面的電子被施加的偏壓吸引並被接收器接收。因此，可以分析表面上10nm範圍內的材料結構；至於TFY，螢光是由光子組成的，不受庫侖力的限制，其可用於檢測/分析電極內部更深的電子結構，例如表面上200nm的範圍內。
同步加速器sXAS實驗條件：
1.容量為40Ah的磷酸鐵鋰(LFP)軟包電池。
2.夾板形成：0.01C充電3小時，以0.1C充電至3.6V，接著以0.1C放電至2.0V；
3.負極材料為中間相碳微球MCMB：SuperP：CMC：SBR=95.5：1.0：1.5：2.0；
4.電解質：(a)有機電解質(OE)：1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC；(b)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+6wt% PYRTEA15(PF6)2；(c)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+6wt% DiPYR15(PF6)2；(d)1M LiPF6+EC：DMC：EMC=1：1：1(體積比)+1wt% VC+6wt% DiPYR1EE(PF6)2。
5.氧K-edge總電子產率(TEY)，能量範圍：525~555eV。
參考第20圖，標準Li2CO3產品藉由X射線吸收光譜氧K-edge TEY進行測試，CO3 2-的C=O(π*鍵)和C-O(α*鍵)的特徵峰位置分別為533.5eV、538.7eV及542eV。將容量為40Ah的LFP軟包電池採用有機電解質(OE)，不添加任何本發明的離子液體，在0.01C下充電3小時，在0.1C下充電至3.6V，然後以0.1C放電至2.0V，檢測電解質與陽極界面反應產生的SEI膜；TEY測試結果顯示，特性曲線與標準Li2CO3相似，在533.5eV處出現明顯的特徵峰，說明有機電解質產生的SEI膜結構主要為Li2CO3。
再次參考第20圖，具有雙核結構的離子液體，包括PYRTEA15(PF6)2、DiPYR15(PF6)2及DiPYR1EE(PF6)2分別以6wt%添加至有機電解質中；使用三個容量為40Ah的LFP軟包電池樣品，分別為OE+PYRTEA15(PF6)2、有機電解質(OE)+DiPYR15(PF6)2及OE+DiPYR1EE(PF6)2。陽極表面藉由sXAS吸收光譜氧K-edge TEY進行測試，它們均在533.5eV處顯示出明顯的Li2CO3特徵峰，但其他峰也出現在532~533eV位置。主要成分包括531.7eV的COH特徵峰及532.5eV的有機鋰鹽ROCO2Li的O-O，這意味著在三個樣品中的每一個陽極表面都形成了約5nm範圍內的有機薄膜薄層；三個樣品中形成的有機膜的數量依序為OE+DiPYR1EE(PF6)2>OE+DiPYR15(PF6)2>OE+PYRTEA15(PF6)2。結論是，根據本發明離子液體的添加，不僅抑制陽極的嵌入，且導致在陽極表面上形成有機薄膜薄層，藉由在電解質中加入適量的離子液體，因離子液體熔點高，是一種有效的阻燃劑，同時可降低界面阻抗，提高整體鋰離子電池的熱穩定性。
實施例6
使用不同電解質配方之40Ah及60Ah的LFP軟包電池的性能。
陰極片的製備：
正極活性材料：LFP；黏合劑：聚偏二氟乙烯(PVDF)；導電劑：炭黑(Super P®)，按照LFP：Super P：PVDF=96：2：2的重量比混合，其後加入溶劑：N-甲基吡咯烷酮。接著在真空攪拌機中攪拌均勻得到正極漿料，用塗佈機將正極漿料均勻塗佈在鋁箔上，熱風乾燥除去溶劑，藉由冷壓及分切獲得陰極片。
陽極片的製備：
負極活性材料：中間相碳微球(MCMB)；導電劑：炭黑(Super P®)；增稠劑：羧甲基纖維素鈉(CMC)；黏合劑：丁苯橡膠(SBR)乳膠，按照MCMB：Super P：CMC：SBR=95.5：1.0：1.5：2.0的重量比並以去離子水作為溶劑混合。在真空攪拌機中攪拌分散均勻即得負極漿料，用塗佈機將負極漿料均勻塗佈在銅箔上，熱風乾燥除去溶劑，藉由冷壓及分切獲得陽極片。
電解質的製備：
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合。將鋰鹽LiPF6溶解於有機溶劑中，依序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1mol/L(M)的LiPF6，混合後形成電解質。具有不同成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)的電解質如第21A圖、第21B圖所示。
參考第21A圖，電解質配方1：
40Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機 溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方2：
40Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方3：
40Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為EPFCP：3wt%的乙氧基(五氟)環三磷腈(EPFCP)，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方4：
40Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A) 為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；離子液體(C)為5wt%的PYR13PF6，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方5：
40Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為HFCP：2.9wt%的六氟環三磷腈(HFCP)；離子液體(C)為5wt%的PYR13PF6，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方6：
40Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為EPFCP：2.9wt%的乙氧基(五氟)環三磷腈(EPFCP)；離子液體(C)為5wt%的PYR13PF6，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方7：
40Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機 溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為EPFCP：2.9wt%的乙氧基(五氟)環三磷腈(EPFCP)；離子液體(C)為10wt%的PYR13PF6，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方8：
40Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為EPFCP：2.9wt%的乙氧基(五氟)環三磷腈(EPFCP)；離子液體(C)為15wt%的PYR13PF6，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方9：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；離子液體(C)為6wt%的DiPYR15(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方10：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2wt%的HFCP；離子液體(C)為6wt%的DiPYR15(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方11：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2wt%的EPFCP；離子液體(C)為6wt%的DiPYR15(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方12：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2wt%的EPFCP；離子液體(C)為8wt%的DiPYR15(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方13：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2wt%的EPFCP；離子液體(C)為10wt%的DiPYR15(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方14：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：2wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2wt%的EPFCP；離子液體(C)為6wt%的DiPYR15(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21A圖，電解質配方15：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：3wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：1wt%的氟代碳酸亞乙酯 (FEC)；穩定劑(B)為2wt%的EPFCP；離子液體(C)為6wt%的DiPYR15(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21B圖，電解質配方16：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：2wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2wt%的EPFCP；離子液體(C)為6wt%的DiPYR15(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21B圖，電解質配方17：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：3wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2wt%的EPFCP；離子液體(C)為6wt%的DiPYR15(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21B圖，電解質配方18：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機 溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：2wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2.8wt%的EPFCP；離子液體(C)為6wt%的呋喃甲醯基-PYR11(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21B圖，電解質配方19：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：2wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2.8wt%的EPFCP；離子液體(C)為6wt%的DiPYR15(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21B圖，電解質配方20：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：2wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2.8wt%的EPFCP；離子液體(C)為6wt%的DiPYR1EE(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21B圖，電解質配方21：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：2wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2.5wt%的EPFCP；離子液體(C)為6wt%的PYRPIP1EE(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21B圖，電解質配方22：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：2wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2.5wt%的EPFCP；離子液體(C)為6wt%的DiPIP15(PF6)2，混合後形成電解質。
參考第21B圖，電解質配方23：
60Ah的LFP軟包電池
有機溶劑：將碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)及碳酸甲乙酯(EMC)按照EC：DMC：EMC=1：1：1的重量比混合；將鋰鹽LiPF6溶解在有機溶劑中，其後按指定順序加入成膜劑(A)、穩定劑(B)、離子液體(C)及1M的LiPF6；成膜劑(A)為VC：1wt%的碳酸亞乙烯酯(VC)及FEC：2wt%的氟代碳酸亞乙酯(FEC)；穩定劑(B)為2.5wt%的EPFCP；離子液體(C)為6wt%的DiPYR15(PF6)(BF4)，混合後形成電解質。
LFP電池的製備：
參考第22A圖及第22B圖，陰極片、陽極片及隔板被層壓；超聲波焊接用於連接導電接線片以獲得裸電池，將裸電池插入鋁塑膜坑內，封裝後，注入第21A圖至第21B圖中所述的電解質1至23中的任何一種，軟包為密封的。將軟包電池經靜置、冷壓、成型、排氣、容量測試、老化等製程後，得到容量為40~60Ah的LFP軟包電池，電池尺寸規格如第22A圖及第22B圖所示。
根據第21A圖至第21B圖製備的電池電解質自熄時間SET：
將第21A圖至第21B圖中所述的每種電解質1.2g，置於直徑為47mm、厚度為0.5mm的玻璃纖維濾網上，電解質被點燃並燃燒；紀錄第21A圖至第21B圖中每個電池中每克電解質從點燃到熄滅的時間，單位為秒/克(sec/g)，簡稱自熄時間(Self-extinguish time,SET)；分別測試電解質配方1至23，其結果如第23A圖至第23B圖所示，其中所有配方均使用鋰鐵電池的軟包電池進行測試。
根據第21A圖至第21B圖製備的鋰離子電池性能測試：
在25℃時，每塊含電解質1至23中任一種的LFP電池以0.5C的恆定電流充電至3.6V，其後以3.6V恆壓充電直至電流降至0.05C，接著以0.5C的恆定電流放電至2.5V；這是一次充放電循環，且為鋰離子電池的第一次放電容量。在上述充放電條件下，對鋰離子電池進行多次循環測試，直至放電容量達到第一次放電容量的80%(容量保持率(capacity retention,C.R.)為80%)。記錄個別電池直到C.R.=80%的充電及放電循環次數，結果如第23A圖至第23B圖所示，分別對不同電解質配方(1~23)的鋰離子電池進行測試。
內阻測試：
使用HIOKI BT3561電池內阻儀檢測第21A圖至第21B圖中電解質配方1~23中任一種鋰離子電池的內阻ACIR值，結果記錄於第23A圖至第23B圖。
參考第23A圖及第23B圖，其顯示了軟包電池形式的LFP電池40Ah(編號1至8)的效能以及軟包電池形式的LFP電池60Ah(編號9至23)的效能。
使用第21A圖至第21B圖中列出的任何一種電解質配方的每個電池的自熄時間、內部阻抗及效能記錄在第23A圖至第23B圖中；電池的編號(No.)與分配給每個電解質配方的編號相同，如第23A圖至第23B圖中所述。
參考第23A圖NO.1電解質配方1的LFP電池40Ah自熄時間為63秒/克(sec/g)，內阻ACIR(交流電內阻，Alternate Current Internal Resistance)為3.27mΩ，充放電循環次數在25℃下為1359次。
在No.2中，採用電解質配方2的LFP電池40Ah自熄時間為58秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為3.05mΩ，充放電循環次數在25℃下為1492次。
在No.3中，採用電解質配方3的LFP電池40Ah自熄時間為45秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.92mΩ，充放電循環次數在25℃下為1553次。
在No.4中，採用電解質配方4的LFP電池40Ah自熄時間為36秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為3.48mΩ，充放電循環次數在25℃下為1265次。
在No.5中，採用電解質配方5的LFP電池40Ah自熄時間為22秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為3.12mΩ，充放電循環次數在25℃下為1463次。
在No.6中，採用電解質配方6的LFP電池40Ah自熄時間為18秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.86mΩ，充放電循環次數在25℃下為1620次。
在No.7中，採用電解質配方7的LFP電池40Ah自熄時間為8秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為3.28mΩ，充放電循環次數在25℃下為1335次。
在No.8中，採用電解質配方8的LFP電池40Ah自熄時間為3秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為4.37mΩ，充放電循環次數在25℃下為1065次。
在No.9中，採用電解質配方9的LFP電池60Ah自熄時間為27秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為3.05mΩ，充放電循環次數在25℃下為1517次。
在No.10中，採用電解質配方10的LFP電池60Ah自熄時間為17秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.56mΩ，充放電循環次數在25℃下為1662次。
在No.11中，採用電解質配方11的LFP電池60Ah自熄時間為11秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.37mΩ，充放電循環次數在25℃下為1918次。
在No.12中，採用電解質配方12的LFP電池60Ah自熄時間為8秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.69mΩ，充放電循環次數在25℃下為1739次。
在No.13中，採用電解質配方13的LFP電池60Ah自熄時間為6秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為3.05mΩ，充放電循環次數在25℃下為1505次。
在No.14中，採用電解質配方14的LFP電池60Ah自熄時間為14秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為3.18mΩ，充放電循環次數在25℃下為1554次。
在No.15中，採用電解質配方15的LFP電池60Ah自熄時間為13秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為4.06mΩ，充放電循環次數在25℃下為1258次。
在No.16中，採用電解質配方16的LFP電池60Ah自熄時間為10秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.32mΩ，充放電循環次數在25℃下為2305次。
在No.17中，採用電解質配方17的LFP電池60Ah自熄時間為8秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.45mΩ，充放電循環次數在25℃下為1906次。
在No.18中，採用電解質配方18的LFP電池60Ah自熄時間為14秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.63mΩ，充放電循環次數在25℃下為1734次。
在No.19中，採用電解質配方19的LFP電池60Ah自熄時間為10秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.39mΩ，充放電循環次數在25℃下為1895次。
在No.20中，採用電解質配方20的LFP電池60Ah自熄時間為11秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.15mΩ，充放電循環次數在25℃下為2120次。
在No.21中，採用電解質配方21的LFP電池60Ah自熄時間為12秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.46mΩ，充放電循環次數在25℃下為1887次。
在No.22中，採用電解質配方22的LFP電池60Ah自熄時間為13秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.43mΩ，充放電循環次數在25℃下為1864次。
在No.23中，採用電解質配方23的LFP電池60Ah自熄時間為9秒/克，內阻ACIR(交流電內阻)為2.23mΩ，充放電循環次數在25℃下為2117次。
參考第23A圖中的電池1至3，有機電解質包含1%VC(電池1)，其被認為是易燃電解質；自熄時間為63秒/克，電池內阻為3.27mΩ，0.5C下充放電循環次數直到80%的容量保持率(C.R.)僅為1359次，藉由依序加入1% FEC(電池2)及3%EPFCP(電池3)，自熄時間顯著減少，電池的長循環效能趨於輕微改善。
對於第23A圖中的電池4至6，在有機電解質(電池4)中加入1%VC、1%FEC及5%PYR13PF6，與電池2相比，自熄時間顯著縮短；藉由在電解質中加入高熔點、低蒸氣壓的離子液體，自熄能力會顯著提高，但整體電池的性能會下降，這是因為使用了PYR13PF6離子液體，PF6 -很容易嵌入石墨的層狀結構中，導致相關鋰離子電池的內阻顯著增加。在電池5中添加2.9%HFCP作為穩定劑，且在電池6中添加2.9%EPFCP作為穩定劑，與電池4相比，電池5及6的自熄時間顯著減少；與電池4相比，電池5及6的效能有所改善。根據測試結果，添加EPFCP作為穩定劑會產生更好的結果。
第23A圖中的電池9至11可被認為類似於電池4至6，使用DiPYR15(PF6)2作為離子液體，添加2%HFCP或2%EPFCP作為穩定劑，兩者的自熄時間顯著降低，電池效能增強；使用EPFCP作為穩定劑會產生更好的結果。
對於第23A圖中的電池6至8，有機電解質固定為1%VC、1%FEC作為成膜劑及2.9%EPFCP，分別添加5%、10%、15%PYR13PF6或是電池11至13，分別添加6%、8%、10% DiPYR15(PF6)2。這些電池的自熄時間藉由增加離子液體的添加量而減少；然而，電池的阻抗值隨著離子液體添加量的增加而增加，從而導致電池長循環性能變差。因此，找到最佳A+B+C的量很重要，這是一個很好的平衡。
對於第23A圖中的電池11、14至15，表明增加成膜劑VC的量會顯著增加電池阻抗，導致效能不佳。
參考第23A圖中的電池11及16至17，藉由增加作為成膜劑的FEC含量，自熄時間略有減少，而電池的阻抗值保持相對穩定，沒有明顯增加；其中，以2%FEC為成膜劑的16號電池表現出最好的穩定性。
第23A圖中所示的16號電池、第23B圖中所示的18至23號電池表現最佳，有機電解質中加入1%VC、2%FEC、2.5~2.8%EPFCP及6%離子液體，離子液體為本發明的雙核陽離子鏈或與陽離子鍵結的芳香族；其中自熄時間範圍為9~14秒/克，被認為是一種阻燃電解質。藉由加入適量的穩定劑及離子液體，可在陽極表面形成均勻緻密的低阻抗SEI膜，有效地將電池內阻降低至約2.15~2.46mΩ，從而提高整體電池的性能。
Figure 110118054-A0305-02-0002-3

Claims (20)

  1. 一種鋰離子電池，其包括：一正極、一負極、一隔板、一電解質，以及一離子液體，其中該離子液體的添加總量佔該電解質的0.1~15wt%，且該離子液體包括具有雙核結構的X1-Y-X2的陽離子基團以及Z1與Z2的陰離子基團的化合物，或者包括具有雙核結構的X1-Y-W的陽離子基團以及Z1的陰離子基團的化合物，其中X1及X2可為相同或不同之陽離子基團，W為芳香族基團，以及Y為C3~C10烷基、磺醯基、碳酸、醚、酮基或酯基，其中該具有雙核結構的X1-Y-X2的陽離子基團選自以下組成之群組：
    Figure 110118054-A0305-02-0099-58
    1,5-[(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)(三乙胺-N-基)]戊烷；
    Figure 110118054-A0305-02-0099-59
    1,5-[(1-甲基哌啶鎓-1-基)(三乙胺-N-基)]戊烷；
    Figure 110118054-A0305-02-0099-60
    1,4-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)丁烷；
    Figure 110118054-A0305-02-0099-61
    1,5-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)戊烷；
    Figure 110118054-A0305-02-0100-62
    1,6-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)己烷；
    Figure 110118054-A0305-02-0100-63
    雙[2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基]碳酸酯；
    Figure 110118054-A0305-02-0100-64
    1,5-雙(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)戊烷-3-酮；
    Figure 110118054-A0305-02-0100-65
    雙[2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基]丁二酸酯；該具有雙核結構的X1-Y-W的陽離子基團選自以下組成之群組：
    Figure 110118054-A0305-02-0100-66
    苄基-2-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)乙基醚；
    Figure 110118054-A0305-02-0100-67
    苄基-4-(1-甲基吡咯烷鎓-1-基)丁基醚；
    Figure 110118054-A0305-02-0100-68
    1-(1-苯甲醯基)-1-甲基吡咯烷鎓；
    Figure 110118054-A0305-02-0100-70
    1-(2-苯甲醯甲基)-1-甲基吡咯烷鎓；
    Figure 110118054-A0305-02-0101-71
    1-(丁基呋喃-2-基)-1-甲基吡咯烷鎓；
    Figure 110118054-A0305-02-0101-123
    1-(2-呋喃甲醯基)-1-甲基吡咯烷鎓；
    Figure 110118054-A0305-02-0101-73
    1-苯磺醯基-1-甲基吡咯烷鎓；
    Figure 110118054-A0305-02-0101-122
    1-對甲苯磺醯基-1-甲基吡咯烷鎓；以及該陰離子基團Z1與Z2選自以下所組成之群組：PF6 -(六氟磷酸鹽)、POF2 -(二氟磷酸鹽)、BF4 -(四氟硼酸鹽)、B(C2O4)2-(BOB-，雙(草酸)硼酸鹽)、BF2(C2O4)-(ODFB-，二氟(草酸根)硼酸鹽)、CF3BF3-(三氟甲基三氟硼酸鹽)、(FSO2)2N-(FSI-，雙(氟磺醯基)醯亞胺)、(CF3SO2)2N-(TFSI-，雙(三氟甲烷)磺醯胺)、CH3SO4-(MeSO4-，甲基硫酸鹽)。
  2. 如請求項1所述之鋰離子電池，其進一步包括一穩定劑，其中該穩定劑選自以下組成之群組：
    Figure 110118054-A0305-02-0101-75
    六氟環三磷腈；以及
    Figure 110118054-A0305-02-0102-76
    乙氧基(五氟)環三磷腈。
  3. 如請求項2所述之鋰離子電池，其中該穩定劑的添加量佔該電解質的0.1~2.9wt%。
  4. 如請求項1所述之鋰離子電池，其中該電解質中添加一SEI成膜劑。
  5. 如請求項4所述之鋰離子電池，其中該SEI成膜劑選自氟代碳酸亞乙酯(FEC)、碳酸亞乙烯酯(VC)、乙烯基碳酸亞乙酯(VEC)、亞硫酸乙烯酯(ES)、亞硫酸丙烯酯(PS)以及硫酸乙烯酯(DTD)及其組合所組成之群組。
  6. 如請求項4所述之鋰離子電池，其中該SEI成膜劑的添加量佔該電解質的0.1~5wt%。
  7. 如請求項1所述之鋰離子電池，其中該電解質為一非水電解質。
  8. 如請求項7所述之鋰離子電池，其中該非水電解質包括選自LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiSO3CF3、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF2CF3)2、LiAsF6,LiAlCl4、LiNO3、LiPOF2、LiB(C2O4)2、LiBF2(C2O4)、LiCF3BF3及其組合所組成之群組的一鋰鹽。
  9. 如請求項8所述之鋰離子電池，其中該非水電解質中的該鋰鹽濃度為0.5~1.5mol/L。
  10. 如請求項7所述之鋰離子電池，其中該非水電解質包括選自碳酸鹽、羧酸鹽、醚、酮及其組合所組成之群組的有機溶劑。
  11. 如請求項10所述之鋰離子電池，其中該碳酸鹽選自碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯及其組合所組成之群組。
  12. 如請求項10所述之鋰離子電池，其中該羧酸鹽是羧酸酯該羧酸酯包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯以及乙酸丙酯及其組合。
  13. 如請求項1所述之鋰離子電池，其中該正極包括一活性材料，該活性材料為一鋰金屬複合氧化物。
  14. 如請求項13所述之鋰離子電池，其中該鋰金屬複合氧化物的金屬元素選自過渡金屬及非過渡金屬所組成之群組。
  15. 如請求項14所述之鋰離子電池，其中該過渡金屬選自釩、鈦、鉻、銅、鐵、鎳及鈷所組成之群組。
  16. 如請求項14所述之鋰離子電池，其中該非過渡金屬選自鋁及錳。
  17. 如請求項1所述之鋰離子電池，其中該負極包括選自軟碳、硬碳、人造石墨、天然石墨、中間相碳微球(MCMB)、矽、氧化矽化合物、矽碳複合物、鈦酸鋰氧化物、以及與鋰形成合金的金屬所組成之群組。
  18. 如請求項1所述之鋰離子電池，其中該負極包括基於碳、矽或錫的活性材料。
  19. 如請求項1所述之鋰離子電池，其中該隔板包括一膜。
  20. 如請求項19所述之鋰離子電池，其中該膜包括選自聚乙烯 (PE)、聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、陶瓷材料、玻璃纖維及其組合所組成之群組的材料。
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