[發(fā)明專利]鎂電池電解液、其制備方法及鎂電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210139050.2
• 申請日: 2022-02-15
• 公開（公告）號: CN114552018A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張躍鋼;范海燕;肖建華;張馨心
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H01M10/0568
• 分類號: H01M10/0568;H01M10/0569;H01M10/054
• 代理公司: 北京東方億思知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11258
• 代理人: 呂倩茹

本申請公開了一種鎂電池電解液、其制備方法及鎂電池。本申請的鎂電池電解液包含非水溶劑和電解質(zhì)鹽，所述非水溶劑選自咪唑類離子液體、吡咯類離子液體、哌啶類離子液體、醚類化合物、脂類化合物、吡啶類化合物、腈類化合物、砜類化合物和酮類化合物中的一種或多種；所述電解質(zhì)鹽的化學(xué)式為[Mg_mLi_nX_o(HMDS)_2m+n?oR_p]·M_q。本申請?zhí)峁┑逆V電池電解液，在各組份的協(xié)同作用下具有良好的穩(wěn)定性、較強的耐水抗雜質(zhì)性以及優(yōu)異的電化學(xué)性能，且可促進鎂的可逆沉積?溶解，降低過電位，抑制鎂鹽在陽極表面形成鈍化層，提高鎂電池的充放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎂電池電解液、其制備方法及鎂電池。

背景技術(shù)

金屬鎂儲量豐富、成本低廉、環(huán)保、物理化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定及不易生長枝晶，具有很高的理論體積比容量(3833mA·h/cm³)，以金屬鎂為負極材料的鎂電池體系具有能量密度高、成本低、安全性高等優(yōu)勢，是極具發(fā)展前景的新型儲能體系之一。

然而，由于鎂離子具有很高的電荷密度和較低的還原電勢(-2.37V vs.SHE)，導(dǎo)致大部分的有機溶劑和鎂鹽都會和金屬鎂反應(yīng)，在鎂金屬表面生成一層阻礙鎂離子傳導(dǎo)的鈍化層，不利于鎂電池的運行。此外，金屬鎂表面極易受雜質(zhì)(如微量水、氧氣、二氧化碳等)的影響，在長時間的充放電過程中使得電極和電解液界面不穩(wěn)定而無法有效傳導(dǎo)鎂離子，進而引發(fā)電池充放電過電勢大、沉積-溶解不均勻，甚至是短路問題，最終導(dǎo)致鎂電池失效。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N鎂電池電解液、其制備方法及鎂電池，旨在解決鎂電池電解液界面穩(wěn)定性能差，極易受雜質(zhì)影響，無法有效傳導(dǎo)鎂離子的問題。

一方面，本申請實施例提供了一種鎂電池電解液，包含非水溶劑和電解質(zhì)鹽，其中，

非水溶劑選自咪唑類離子液體、吡咯類離子液體、哌啶類離子液體、醚類化合物、脂類化合物、吡啶類化合物、腈類化合物、砜類化合物和酮類化合物中的一種或多種；

電解質(zhì)鹽的化學(xué)式為[Mg_mLi_nX_o(HMDS)_2m+n-oR_p]·M_q，其中，

X選自鹵素離子和/或雙三氟甲磺酰亞胺離子；

HMDS表示六甲基二硅氨基離子；

R選自烷基、氟代烷基和芳基中的一種或多種；

M為非水溶劑分子配位劑；

m為選自1～6的任意整數(shù)，n為選自1～6的任意整數(shù)，o為選自1～6的任意整數(shù)，p為選自0～6的任意整數(shù)，q為選自1～20的任意整數(shù)。

根據(jù)本申請的一個方面的實施例，上述咪唑類離子液體選自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽和/或1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲烷磺酸)亞胺鹽；

吡咯類離子液體選自N-丁基-N-甲基吡咯烷雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽；

哌啶類離子液體選自N-丁基-N-甲基哌啶雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽。

根據(jù)本申請的一個方面的實施例，上述醚類化合物選自四氫呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二氧六環(huán)和聚乙二醇二甲醚中的一種或多種；

酯類化合物包選自乙酸乙酯；

吡啶類化合物選自吡啶、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶、2,6-二氯吡啶和2-氨基吡啶中的一種或多種；

腈類化合物選自乙腈；