[发明专利]一种全无机盐型可充镁电池电解液及其制备方法

说明书

本发明属于可充镁电池材料技术领域，具体提出了一种全无机盐型可充镁电池电解液及其制备方法。所述电解液包括电解质镁盐、助溶剂、活化剂、添加剂和无水无氧有机溶剂。助溶剂可提高电解质镁盐在有机溶剂中的溶解度，活化剂可有效抑制电解质镁盐在镁表面生成钝化膜，添加剂的加入可提升电解液的耐水能力，促进镁的沉积—溶出循环。本发明所述电解液的制备方法，包括以下步骤：先取一定量的电解质镁盐、助溶剂、活化剂和有机溶剂配制成混合溶液，再向混合溶液中加入添加剂，室温搅拌混合均匀即可。本发明所述的电解液原料易得、制备工艺简单、成本低廉，过电位低且循环稳定性好，有利于大规模商业化应用。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种全无机盐型可充镁电池电解液及其制备方法。

背景技术

随着世界人口的增长和工业化进程的加快，21世纪正面临着化石能源短缺和环境污染两大难题。因此，主要能源将不可避免的从化石燃料转向绿色能源，这一转变迫切需要开发出具有高比能量、高安全性以及低成本的新型绿色二次电池。在现有的化学电源技术中，锂离子电池因其能量密度大、技术成熟而被广泛应用于各个领域，但由于安全性低和成本高的问题而导致其大规模应用受到一定限制。

镁元素与锂元素在元素周期表中处于对角线的位置，二者具有较为相似的物理和化学性能。金属镁的理论比容量高(2205mAh g^-1,3832mAh cm^-3)、电极电位较负(-2.37Vvs.SHE)，且和金属锂相比具有价格便宜(约为锂的1/25)、易加工处理、安全性高、不容易产生枝晶等优点。因此，以金属镁为负极的可充镁电池在安全和成本上具有潜在的优势，其被认为是一种非常有前途的绿色二次电池，已经成为新型可充电池的重要研究发展方向。众所周知，电解液作为电池的重要组成部分，被称为电池的“血液”，在电池阴、阳极之间发挥着输送离子和传导电流的作用，镁在大多数电解液中都会形成表面钝化膜，致使镁离子无法穿过，从而难以进行可逆的镁沉积—溶出过程，限制了金属镁的电化学活性，严重阻碍了可充镁电池的发展应用。全无机盐型可充镁电池电解液全部采用无机盐电解质，其制备工艺简单，原料来源丰富，成本低廉，且其性能可满足可充镁电池的使用要求，因而开发全无机盐型电解液对实现可充镁电池电解液的规模化工业生产具有重要意义。

近年来，虽然可充镁电池电解液被广泛关注和研究，但针对全无机盐型可充镁电池电解液的研究开发还很少，而且当前已开发的各类可充镁电池电解液还普遍存在着生产成本高、制备工艺复杂、过电位高及循环稳定性差等问题，严重阻碍了其大规模商业化应用进程。

发明内容

基于上述技术背景，本发明提供了解决上述问题的一种全无机盐型可充镁电池电解液及其制备方法，制备的电解液电导率高、过电位低，且制备工艺简单、成本低廉及循环性能好，可满足可充镁电池的商业化应用要求。

本发明通过下述技术方案实现：

一种全无机盐型可充镁电池电解液，制备电解液的原料包括以下组分：电解质镁盐、助溶剂、活化剂、添加剂和无水无氧有机溶剂；所选电解质镁盐包括但不限于氯化镁、氟化镁和溴化镁中的一种或几种；所选助溶剂包括但不限于氯化锂、氯化钠和氯化钾中的一种或几种；所选活化剂包括但不限于氯化铬、氯化锌和氯化铁中一种或几种；所选添加剂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)胺和双(二甲基氨基) 二甲基硅烷中的一种或几种；所选无水无氧有机溶剂包括但不限于四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的一种或几种。

本发明中电解质镁盐是电解液中Mg²⁺的提供者，是电解液实现镁可逆沉积—溶出过程的关键成分。本发明中助溶剂的加入可显著提高电解质镁盐在有机溶剂中的溶解度及电解液的电导率，降低过电位，其作用机理为(以氯化锂及有机溶剂四氢呋喃为例)：