[發明專利]一種全無機鹽型可充鎂電池電解液及其制備方法

有效

• 申請號: 202110539309.8
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113258138B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 文家新;李凌杰;雷驚雷;潘復生
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 胡曉麗

本發明屬于可充鎂電池材料技術領域，具體提出了一種全無機鹽型可充鎂電池電解液及其制備方法。所述電解液包括電解質鎂鹽、助溶劑、活化劑、添加劑和無水無氧有機溶劑。助溶劑可提高電解質鎂鹽在有機溶劑中的溶解度，活化劑可有效抑制電解質鎂鹽在鎂表面生成鈍化膜，添加劑的加入可提升電解液的耐水能力，促進鎂的沉積—溶出循環。本發明所述電解液的制備方法，包括以下步驟：先取一定量的電解質鎂鹽、助溶劑、活化劑和有機溶劑配制成混合溶液，再向混合溶液中加入添加劑，室溫攪拌混合均勻即可。本發明所述的電解液原料易得、制備工藝簡單、成本低廉，過電位低且循環穩定性好，有利于大規模商業化應用。

技術領域

本發明涉及電化學技術領域，具體涉及一種全無機鹽型可充鎂電池電解液及其制備方法。

背景技術

隨著世界人口的增長和工業化進程的加快，21世紀正面臨著化石能源短缺和環境污染兩大難題。因此，主要能源將不可避免的從化石燃料轉向綠色能源，這一轉變迫切需要開發出具有高比能量、高安全性以及低成本的新型綠色二次電池。在現有的化學電源技術中，鋰離子電池因其能量密度大、技術成熟而被廣泛應用于各個領域，但由于安全性低和成本高的問題而導致其大規模應用受到一定限制。

鎂元素與鋰元素在元素周期表中處于對角線的位置，二者具有較為相似的物理和化學性能。金屬鎂的理論比容量高(2205mAh g^-1,3832mAh cm^-3)、電極電位較負(-2.37Vvs.SHE)，且和金屬鋰相比具有價格便宜(約為鋰的1/25)、易加工處理、安全性高、不容易產生枝晶等優點。因此，以金屬鎂為負極的可充鎂電池在安全和成本上具有潛在的優勢，其被認為是一種非常有前途的綠色二次電池，已經成為新型可充電池的重要研究發展方向。眾所周知，電解液作為電池的重要組成部分，被稱為電池的“血液”，在電池陰、陽極之間發揮著輸送離子和傳導電流的作用，鎂在大多數電解液中都會形成表面鈍化膜，致使鎂離子無法穿過，從而難以進行可逆的鎂沉積—溶出過程，限制了金屬鎂的電化學活性，嚴重阻礙了可充鎂電池的發展應用。全無機鹽型可充鎂電池電解液全部采用無機鹽電解質，其制備工藝簡單，原料來源豐富，成本低廉，且其性能可滿足可充鎂電池的使用要求，因而開發全無機鹽型電解液對實現可充鎂電池電解液的規模化工業生產具有重要意義。

近年來，雖然可充鎂電池電解液被廣泛關注和研究，但針對全無機鹽型可充鎂電池電解液的研究開發還很少，而且當前已開發的各類可充鎂電池電解液還普遍存在著生產成本高、制備工藝復雜、過電位高及循環穩定性差等問題，嚴重阻礙了其大規模商業化應用進程。

發明內容

基于上述技術背景，本發明提供了解決上述問題的一種全無機鹽型可充鎂電池電解液及其制備方法，制備的電解液電導率高、過電位低，且制備工藝簡單、成本低廉及循環性能好，可滿足可充鎂電池的商業化應用要求。

本發明通過下述技術方案實現：

一種全無機鹽型可充鎂電池電解液，制備電解液的原料包括以下組分：電解質鎂鹽、助溶劑、活化劑、添加劑和無水無氧有機溶劑；所選電解質鎂鹽包括但不限于氯化鎂、氟化鎂和溴化鎂中的一種或幾種；所選助溶劑包括但不限于氯化鋰、氯化鈉和氯化鉀中的一種或幾種；所選活化劑包括但不限于氯化鉻、氯化鋅和氯化鐵中一種或幾種；所選添加劑包括但不限于七甲基二硅氮烷、叔丁基二甲基硅烷基咪唑、三(三甲基硅基)胺和雙(二甲基氨基) 二甲基硅烷中的一種或幾種；所選無水無氧有機溶劑包括但不限于四氫呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的一種或幾種。

本發明中電解質鎂鹽是電解液中Mg²⁺的提供者，是電解液實現鎂可逆沉積—溶出過程的關鍵成分。本發明中助溶劑的加入可顯著提高電解質鎂鹽在有機溶劑中的溶解度及電解液的電導率，降低過電位，其作用機理為(以氯化鋰及有機溶劑四氫呋喃為例)：