[发明专利]一种硼基非亲核型可充镁电池电解液及其制备方法

说明书

本发明提供一种硼基非亲核型可充镁电池电解液及其制备方法。本发明制备电解液以镁盐、有机硼酸及其衍生物、催化剂、除水剂和无水无氧有机溶剂为原料；制备方法是在惰性气氛下，将上述原料中的镁盐、有机硼酸及其衍生物、催化剂、除水剂加入到无水无氧有机溶剂中，室温磁力搅拌24 h~48 h，过滤，所得滤液即为可充镁电池电解液。本发明电解液采用一步原位合成，原料成本低廉、制备工艺简单、易于大规模工业化生产；电解液电导率大、过电位小、电化学窗口宽、镁沉积‑溶出效率高、与Mg阳极及高压阴极的相容性好、循环稳定性好，具有很大的推广应用价值。

技术领域

本发明属于可充镁电池技术领域，具体涉及一种硼基非亲核型可充镁电池电解液及其制备方法。

背景技术

近年来，可充金属电池的发展受到很多关注。与锂相比，镁在地壳中的储量要大的多，价格也远低于锂；镁具有双价性，可提供比锂金属(2062mAh·cm^-3)更大的理论体积容量(3832mAh·cm^-3)；与锂阳极易形成枝晶不同，镁阳极不受枝晶形成的困扰，暴露于空气中相对较稳定，安全性高。因此，可充镁电池被认为是一种非常有前途的储能和转换技术。

电解液被称为电池的“血液”，是电池的重要组成部分，对于电池的性能具有重要影响。可充镁电池的发展历史基本取决于电解液的发展。可充镁电池电解液的发展经历了如下三个主要阶段：第一阶段的电解液是有机格氏试剂基电解液Mg(AlCl₂BuEt)₂/THF(DCC)，也被称为“第一代”电解液，这类电解液电化学稳定窗口窄，无法与大多数阴极材料互配，只用于可充镁电池原型系统。第二阶段是使用苯基氯化镁取代丁基镁合成的“第二代”电解液PhMgCl/AlCl₃/THF(APC)，其电化学稳定窗口显著增加；但由于其亲核性，所以无法与高容量亲电阴极兼容且容易腐蚀集流体。第三阶段是对各类非亲核型电解液的探索，如六甲基二硅胺烷基电解液(HMDS)₂Mg/AlCl₃/THF、无机氯化镁基电解液MgCl₂/AlCl₃/Mg/DME(MACC)、双(三氟甲磺酸基)酰亚胺镁Mg(TFSI)₂/THF和硼基非亲核电解液，其中硼基非亲核型电解液具有过电位小、电化学窗口宽、镁沉积-溶出效率高、与Mg阳极及高压阴极的相容性好、循环稳定性好等优点，被认为是最具发展前景的电解液之一。然而，硼基非亲核型电解液的商品化应用受到原料成本高、制备工艺复杂等因素的限制，因此，研究和开发成本低廉、制备工艺简单、易于大规模工业化生产的具有优异电化学性能的硼基非亲核型电解液极为必要和迫切。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种成本低廉、具有优异电化学性能的硼基非亲核型可充镁电池电解液。

本发明还提供所述硼基非亲核型可充镁电池电解液的制备方法，解决现有技术制备工艺复杂、不易规模化生产等问题。

实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种硼基非亲核型可充镁电池电解液，其特征在于，以镁盐、有机硼酸及其衍生物、催化剂、除水剂和无水无氧有机溶剂为原料；

所述镁盐为氯化镁、氟化镁、溴化镁、双(六甲基二硅叠氮)镁、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺镁和三氟甲基磺酸镁中的一种或几种；

所述有机硼酸及其衍生物为硼酸三(三氟乙基)酯、三氟化硼、4-氟-2-三氟甲基苯硼酸、2,4,6-三甲氧基硼氧六环、双(邻苯二酚)二硼或和双(频哪醇合)二硼中的一种或几种；

所述催化剂为氯化铬、氯化锂、氯化钛、氯化钪和氯化钇中一种或几种；

所述除水剂为金属镁、金属锂和金属钠中一种或几种；

所述无水无氧有机溶剂为四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的一种或几种。