[发明专利]一种镁金属负极及其制备方法和镁金属电池

说明书

本发明涉及储能技术领域，特别是涉及一种镁金属负极及其制备方法和镁金属电池，所述镁金属负极包括镁金属箔以及附着在所述镁金属箔表面的保护层。所述镁金属负极的制备方法，包括以下步骤：将四氯化硅、四氯化锡中的至少一种与有机溶剂混合，获得溶液；将得到的所述溶液滴在镁金属箔表面反应，得到带有保护层的镁金属负极。所述镁金属电池包括负极，所述负极为上述镁金属负极；或者，所述负极为上述镁金属负极的制备方法制备得到的镁金属负极。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，特别是涉及一种镁金属负极及其制备方法和镁金属电池。

背景技术

发展清洁的可再生能源已经成为趋势，发展新能源汽车代替传统的燃油车是实现碳中和的一项重要举措。锂离子电池从面世以来就凭借其能量密度、循环寿命占据了便携式电子设备、电动汽车的储能装置的市场。然而，锂离子电池的能量密度已接近工艺极限，且锂、钴资源较少分布且不均匀。因此，亟需开发高能量密度、高安全性、低成本的新型储能体系。

金属镁具有以下三个优点:(1)高安全性，由于低的扩散势垒，在循环过程中没有枝晶，虽然镁不长枝晶并非绝对，但可以通过选择合适的电解液以及控制充放电条件来避免沉积物的三维生长；(2)镁的自然丰度约为锂的10⁴倍，使得镁具有极大的成本优势；(3)高的体积比容量，镁的体积比容量为3833mA h cm^-3，而锂为2046mA h cm^-3。因此，可充电镁金属电池有望成为有望超越传统锂离子电池，成为未来的二次电池的潜在候选产品。

然而镁金属负极极易与常规电解液(盐、溶剂)反应形成既不导离子也不导电子的钝化膜，而其他电解液(格氏试剂、镁铝络合物)易腐蚀电池部件，且与多种正极材料不兼容，不利于镁电池未来的商业化。

发明内容

本发明提供一种镁金属负极、镁金属电池及其制备方法，缓解镁金属负极的钝化，实现高度可逆的镁沉积和剥离。

进一步地，本发明还提供包括上述镁金属负极的镁金属电池。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种镁金属负极，包括镁金属箔以及附着在所述镁金属箔表面的保护层。

相应地，一种镁金属负极的制备方法，包括以下步骤：

将四氯化硅、四氯化锡中的至少一种与有机溶剂混合，获得溶液；

将得到的所述溶液滴在镁金属箔表面反应，得到带有保护层的镁金属负极。

进一步地，一种镁金属电池，包括负极，所述负极为所述的镁金属负极；或者，所述负极为所述的镁金属负极的制备方法制备得到的镁金属负极。

本发明的技术效果为：

相对于现有技术，本发明的镁金属负极通过氯化物/有机溶液镁金属反应原位形成有机-无机混合的保护层，有效地减少甚至杜绝镁金属负极组装成镁金属电池后镁金属钝化的可能性，也减少电解液被大量消耗的可能性，同时，由于保护层具有良好的镁离子电导率和电子绝缘性，能够有效调控镁金属在保护层下方沉积，提高镁金属电池的容量及循环寿命等电化学性能。

本发明镁金属负极的制备方法，通过化学方法在镁金属表面构造良好的修饰包覆层，反应时间短，整个制备工艺简单，生产效率高。

本发明提供的镁金属电池，由于其使用的负极为本发明提供的具有界面修饰层的的镁金属负极，能够降低界面电阻，同时界面修饰层还作为物理屏障，有效避免镁金属与电解液的接触以及抑制镁金属被钝化，降低因钝化导致电解液被大量消耗的可能性，并且由于界面修饰层具有良好的镁离子电导率，使得镁金属电池的容量和循环寿命得到提高。