离子液体电解液在高压锂离子电池中的应用

锂离子电池以其比容量大、循环寿命长和无污染等优点作为高功率动力电源应用于电动汽车等领域将成为必然趋势，这也使锂离子电池面临前所未有的挑战——提高电池能量密度。目前，研究最多的就是通过使用高压材料来提高工作电压，从而提高能量和功率密度。在已经报道的几种主要高压正极材料中，LiNi_0.5Mn_1.5O₄（4.9 V（vs Li/Li⁺））因其高功率和能量密度，而被认为是一种理想的商用电池材料。然而，因电解液的限制使得LiNi_0.5Mn_1.5O₄的应用受到阻碍，其中最大的原因就是目前商业用的碳酸酯类电解液电化学窗口低。一方面，当电池电压达到4.5 V（vs Li/Li⁺）时电解液便开始发生剧烈的氧化分解反应，阻碍锂离子的正常脱嵌；另一方面，电解液中的六氟磷酸锂（LiPF₆）遇水易分解，产生的HF会溶解LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料中的Ni和Mn离子，使电极材料容量衰减严重，降低电池的循环性。考虑到离子液体宽电化学窗口的特性能够拓宽锂离子电池的工作电压，将其用于锂离子电池电解液中，有望解决电解液在高工作电压下易分解的问题。

咪唑类离子液体以其黏度低和电导率高的特点而被率先应用于锂离子电池领域。此外，Li等证实了咪唑类离子液体可以在各种基材上进行电化学聚合形成稳定的聚合物薄膜。在阴离子方面，因氟取代基对负电荷的强离域作用，而减弱了TFSI－与咪唑阳离子的氢键作用，使其具有低黏度和高导电性等优点。McEwen等报道了一系列基于1-乙基-3-甲基咪唑阳离子和不同阴离子的咪唑类离子液体，对比各种物理化学性质后发现，含阴离子TFSI－的离子液体具有较优异的性能。基于以上优点，制备了以TFSI－为阴离子的咪唑类离子液体，作为高压锂离子电池电解液的添加剂，用于改善碳酸酯类电解液的耐高压性能。

研究人员通过充放电循环、交流阻抗和循环伏安法证明了BMIMTFSI是一种有效的添加剂，可以提高 LiNi_0.5Mn_1.5O₄的循环稳定性和倍率性能。此外，通过在碳酸酯类电解液中加入BMIMTFSI，使得LiNi_0.5Mn_1.5O₄/Li电池在5 C下的平均放电比容量均在110 mA·h·g^﹣1，是空白电解液放电比容量的两倍。SEM结果显示，LiNi_0.5Mn_1.5O₄电极在含20%（vol） BMIMTFSI的电解液中生成SEI膜较薄、均匀且结构较为完整，说明BMITFSI的添加改善了电解液与电极材料的兼容性，且对电极材料起一定的保护作用，为电池的循环提供了稳定的内部环境。

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