[发明专利]一种镁金属电池使用的盐及其制备和应用

说明书

本发明属于镁金属电池使用的盐技术领域，具体设计一种含杂原子化合物配位阴离子或含杂原子化合物与阴离子有路易斯酸碱作用的盐，及其制备方法和在镁金属电池中的应用。盐为阳离子和阴离子结合形成，即为式1所示，取代基详见说明书中记载；本发明提供的盐，其阴离子的中心原子的半径较大，与其成键的负离子的位阻较小，使得中心原子可以进一步与杂原子化合物配位或路易斯酸碱作用，改变其轨道能级，易于在镁金属表面原位形成一层含无机物的导镁离子的SEI膜，能进行可逆的镁沉积/溶出，进而抑制镁负极的钝化及镁负极与电解液的副反应。同时，盐的阴离子可在正极表面形成一层富含无机物的CEI膜抑制过渡金属的溶出及电解液的分解。

技术领域

本发明属于镁金属电池使用的盐技术领域，涉及一种镁金属电池使用的盐及其制备和应用，具体设计一种含杂原子化合物配位阴离子或含杂原子化合物与阴离子有路易斯酸碱作用的盐，及其制备方法和在镁金属电池中的应用。

背景技术

镁金属电池具有安全性高、体积能量密度高、环境友好等优点，目前已有镁金属电池使用Mo₆S₈正极的原型。然而，目前的镁金属电池使用的镁盐由于会在镁负极表面形成一层钝化膜而钝化镁负极，这使得合适的镁盐电解液的选择变得十分困难。目前，现有的镁盐的溶解度并不很高。正是镁盐电解液的缺乏使得镁电池正极的开发变得十分困难，这严重阻碍了镁金属电池的发展。

因此，开发与镁负极兼容的盐变得十分迫切和必要。目前开发与镁负极兼容的盐电解液主要有两种方法：一种方法是开发不钝化镁负极，并且可以清除镁负极表面的钝化膜的盐，如格氏试剂类镁盐、Mg(BH₄)₂、碳硼簇阴离子镁盐。其中，格氏试剂类镁盐、Mg(BH₄)₂镁盐不仅不钝化镁负极，而且由于格氏试剂类或Mg(BH₄)₂的强亲核性还可以清除镁负极表面及电解液中能钝化镁负极的杂质。但是这类电解液与硫正极或氧化物正极不兼容。碳硼簇阴离子镁盐虽然也不钝化镁负极，但制作成本较高。发明专利US10224569B2报道了一种碳硼簇阴离子镁盐的制备方法。将碳硼簇阴离子季铵盐与镁盐混合，然后在溶剂中除去季铵盐阳离子和引入的镁盐阴离子得到碳硼簇阴离子镁盐。但这一工艺复杂，碳硼簇阴离子的成本高，并且会引入季铵盐阳离子和氯离子杂质。另一种方法是在镁负极表面形成一层能导通镁离子的固体电解质界面膜(SEI膜)。这层SEI膜电子电导率低，离子电导率高，可以容许镁离子快速通过。但是现有的制备SEI膜的方法多为非原位的方法，这不仅增加了生产成本，甚至需要在高温的条件下进行。这些复杂的非原位工艺减缓了镁金属电池的发展。

另一方面，高浓盐电解液中有效成分的配位或路易斯酸碱作用，如阴离子与阳离子的配位或路易斯酸碱作用，阳离子与溶剂的配位或路易斯酸碱作用等可以改变配位成分的轨道能级；使得电解液中的阴离子或溶剂更易于在金属负极表面形成SEI膜，但这一策略主要限于锂盐溶解度高的Li电池。对于镁盐溶解度低的镁电池，这一策略并不适用，进而需要提供一种构筑镁电极正极界面膜(CEI膜)或SEI膜的盐。迄今为止还没有在镁电池正极构筑CEI膜的研究。

发明内容

本发明目的在于提供一种镁金属电池使用的盐及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种镁金属电池使用的镁盐，盐为阳离子和阴离子结合形成，即为式1所示，

T选自Li，Na，K，Mg，Ca，Ba中的一种；X基团选自卤素；其中,m与n的取值使T_mX_n显正价；

M为阴离子的中心原子，选自B、Al、C、P或As；

Y为与M成键的原子，可相同或不同的选自卤素、O、S或NR₁；当Y为卤素时，无R基团；