[发明专利]一种电解液添加剂、电解液及在镁金属二次电池中的应用

说明书

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种包含无机氯化物的功能性电解液添加剂、电解液及在镁金属二次电池中的应用。电解液添加剂为下述所示无机氯化物ACl_x中的一种或几种，其中，A为第IIIA、IVA或VA主族中的一种元素，x值介于2～4之间。本发明利用电解液中特定的一种或几种无机金属氯化物与镁金属的原位化学反应，在镁金属负极表面形成致密、稳定的保护性固体电解液质界面膜(SEI膜)，从而减缓了添加剂、镁盐与镁金属负极的进一步反应，提升了电解液与镁金属负极之间的界面兼容性，从而大幅提高镁金属二次电池的循环性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种包含无机氯化物的功能性电解液添加剂、电解液及在镁金属二次电池中的应用。

背景技术

在后锂离子电池时代，镁金属二次电池凭借其高体积能量密度、低成本、高安全、绿色环保等诸多优势，逐渐被产学研界所关注。在镁金属二次电池体系中，镁金属负极的使用尤为关键，因为它具有高体积比容量(3833mAh/cm³)、资源丰富、低成本，高本征安全等诸多优势。应该说，相较于其他二次电池体系而言，镁金属负极是镁金属二次电池中最核心的技术优势。但是，镁金属负极的应用对镁电解液体系提出了诸多严苛要求。

传统观念认为，镁金属负极在电沉积过程中更倾向于均匀沉积、不易形成枝晶，与易于生长枝晶的锂金属负极相比，降低了枝晶刺穿隔膜造成电池内短路的风险，而且早期文献中的实验和DFT理论计算都证明了镁金属负极的这一优势(Nat.Energy,2020:1-11)。但是近来，Banerjee等人和Pint等人都报道了镁金属在电沉积过程中存在不均匀生长的行为，证明镁金属负极同样存在枝晶生长的安全隐患(Mater.Horiz.,2020,7(3):843-854；Joule,2020,4(6):1324-1336)。另外，早期针对镁电解液体系的研究都认为，镁金属负极表面一旦形成钝化层，就会阻碍Mg²⁺的穿过，这与Li金属负极表面形成固态电解质界面相(solid electrolyte interphase，SEI)的机理完全不同，而这一特性对镁电解液组分的还原稳定性提出了严苛要求，极大地限制了镁电解液组分的可选择范围(BeilsteinJ.Nanotec.,2014,5(1):1291-1311)。但是近来，随着镁金属负极界面研究的逐渐深入，研究人员们发现镁金属负极表面具备构筑人工SEI的可行性，并通过在镁金属负极表面构筑人工SEI来调控相关界面问题，从而促使镁金属负极与镁电解质体系具有更好的兼容性(Angew.Chem.Int.Edit.,2020,DOI:10.1002/anie.202006472)。而其中，利用镁电解质组分或添加剂在镁金属负极表面原位形成SEI的手段，具有操作简单、成本低廉等突出优势。

发明内容：

本发明的目的在于克服镁金属负极现存的界面问题，提供一种包含无机氯化物的功能性电解液添加剂、电解液及通过调控镁金属负极的界面，实现高性能镁金属二次电池的可逆充放电和长循环稳定使其在镁金属二次电池中的应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种电解液添加剂，电解液添加剂为下述所示无机氯化物ACl_x中的一种或几种：

其中，A为第IIIA、IVA或VA主族中的一种元素，x值介于2～4之间。

所述电解液添加剂为三氯化铋(BiCl₃)、二氯化亚锡(SnCl₂)、四氯化锡(SnCl₄)、三氯化铝(AlCl₃)、四氯化锗(GeCl₄)中的一种或几种。

一种电解液，其包括有机溶剂、镁盐和添加剂，电解液中含所述添加剂。