镁电池电解液、其制备方法以及镁电池技术

本发明专利技术公开了一种镁电池电解液，包括非水溶剂和溶解于非水溶剂中的电解质盐，电解质盐的化学式为[Mg2X3Mp][HDMSLiYNq]，其中，X选自‑1价的卤素离子和类卤素离子中的一种或多种，Y选自‑1价的卤素离子和类卤素离子中的一种或多种，M和N为同种或不同种配位剂，p选自1～6中的任意整数，q选自1～6中的任意整数。本发明专利技术还公开了一种的镁电池电解液的制备方法，包括：将无水镁盐、无水锂盐和非水溶剂混合得到混合物；以及将混合物在25℃～200℃下反应；其中，无水镁盐为Mg(HDMS)2，无水锂盐为LiY和/或LiX；和/或，无水镁盐为HDMSMgX，无水锂盐为LiY；和/或，无水镁盐为HDMSMgY，无水锂盐为LiX。本发明专利技术还公开了一种镁电池，镁电池包括的镁电池电解液。

Magnesium battery electrolyte, preparation method and magnesium battery

【技术实现步骤摘要】
镁电池电解液、其制备方法以及镁电池
本专利技术涉及能源
，特别是涉及一种镁电池电解液、其制备方法以及镁电池。
技术介绍
近年来，镁电池因其体积能量密度高于锂电池，引起了业界的广泛关注。但是，镁电池的发展仍然非常缓慢，主要的原因之一是缺乏能够合适的电解液和正极材料。目前，镁电池电解液的合成主要是基于醚类溶剂中的路易斯酸碱反应。路易斯碱通常为具有非亲核性质的镁盐，路易斯酸则为包含铝或者包含硼的化合物。遗憾的是，使用铝基的镁硫电池电解液，由于金属镁和金属铝电化学还原电位接近，会发生镁铝共沉积的现象，影响镁沉积溶解过程中的库伦效率。而硼基镁硫电池电解液中，使用的硼盐价格昂贵，稳定性差，合成过程复杂，就目前而言，铝基和硼基的镁硫电池电解液很难满足未来商业化的要求。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种稳定性好、镁溶解性高的镁电池电解液、其制备方法以及镁电池。一种镁电池电解液，包括非水溶剂和溶解于所述非水溶剂中的电解质盐，所述电解质盐的化学式为[Mg2X3Mp][HDMSLiYNq]，其中，所述X选自-1价的卤素离子和类卤素离子中的一种或多种，所述Y选自-1价的卤素离子和类卤素离子中的一种或多种，所述M和N为同种或不同种配位剂，所述p选自1～6中的任意整数，所述q选自1～6中的任意整数。在其中一个实施例中，所述电解质盐中的阳离子为与所述配位剂M配位的[Mg2X3]+，阴离子为与所述配位剂N配位的[HDMSLiY]－。在其中一个实施例中，所述X和Y选自同种离子。在其中一个实施例中，所述X选自HDMS-1、F－、Cl－、Br－、I－、CN－和SCN－中的一种或多种，所述Y选自HDMS-1、F－、Cl－、Br－、I－、CN－和SCN－中的一种或多种。。在其中一个实施例中，所述M和N选自同种所述配位剂。在其中一个实施例中，所述非水溶剂和所述配位剂M和N为同种分子。在其中一个实施例中，所述非水溶剂和所述配位剂分别选自离子液体和有机溶剂中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述离子液体包括咪唑类离子液体、哌啶类离子液体和吡咯类离子液体中的一种或多种，所述咪唑类离子液体选自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酸)亚胺盐中的一种或多种；所述吡咯类离子液体选自N-丁基-N-甲基吡咯烷双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐，所述哌啶类离子液体选自N-丁基-N-甲基哌啶双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐。在其中一个实施例中，所述有机溶剂包括醚类化合物、脂类化合物和芳香类化合物中的一种或多种，所述醚类化合物选自四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二氧六环和聚乙二醇二甲醚中的一种或多种；所述酯类化合物选自乙酸乙酯；所述吡啶类化合物选自吡啶、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶、2,6-二氯吡啶和2-氨基吡啶中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述电解质盐的化学式为[Mg2F3Mp][HDMSLiFNq]、[Mg2F3Mp][HDMSLiClNq]、[Mg2F3Mp][HDMSLiBrNq]、[Mg2F3Mp][HDMSLiINq]、[Mg2F3Mp][HDMSLiCNNq]、[Mg2F3Mp][HDMSLiSCNNq]、[Mg2Cl3Mp][HDMSLiFNq]、[Mg2Cl3Mp][HDMSLiClNq]、[Mg2Cl3Mp][HDMSLiBrNq]、[Mg2Cl3Mp][HDMSLiINq]、[Mg2Cl3Mp][HDMSLiCNNq]、[Mg2Cl3Mp][HDMSLiSCNNq]、[Mg2Br3Mp][HDMSLiFNq]、[Mg2Br3Mp][HDMSLiClNq]、[Mg2Br3Mp][HDMSLiBrNq]、[Mg2Br3Mp][HDMSLiINq]、[Mg2Br3Mp][HDMSLiCNNq]、[Mg2Br3Mp][HDMSLiSCNNq]、[Mg2I3Mp][HDMSLiFNq]、[Mg2I3Mp][HDMSLiClNq]、[Mg2I3Mp][HDMSLiBrNq]、[Mg2I3Mp][HDMSLiINq]、[Mg2I3Mp][HDMSLiCNNq]、[Mg2I3Mp][HDMSLiSCNNq]、[Mg2CN3Mp][HDMSLiFNq]、[Mg2CN3Mp][HDMSLiClNq]、[Mg2CN3Mp][HDMSLiBrNq]、[Mg2CN3Mp][HDMSLiINq]、[Mg2CN3Mp][HDMSLiCNNq]、[Mg2CN3Mp][HDMSLiSCNNq]、[Mg2SCN3Mp][HDMSLiFNq]、[Mg2SCN3Mp][HDMSLiClNq]、[Mg2SCN3Mp][HDMSLiBrNq]、[Mg2SCN3Mp][HDMSLiINq]、[Mg2SCN3Mp][HDMSLiCNNq]和[Mg2SCN3Mp][HDMSLiSCNNq]中的一种或多种。一种所述的镁电池电解液的制备方法，包括：将无水镁盐、无水锂盐和所述非水溶剂混合得到混合物；以及将所述混合物在25℃～200℃下反应；其中，所述无水镁盐为Mg(HDMS)2，所述无水锂盐为LiY和/或LiX；和/或，所述无水镁盐为HDMSMgX，所述无水锂盐为LiY；和/或，所述无水镁盐为HDMSMgY，所述无水锂盐为LiX。在其中一个实施例中，所述无水镁盐和所述无水锂盐的摩尔比为1：(0.1～5)。在其中一个实施例中，所述无水镁盐和所述无水锂盐的摩尔比为1：(1～2)。在其中一个实施例中，所述无水镁盐和所述无水锂盐的摩尔比为1：2。在其中一个实施例中，所述反应时间为3小时～48小时。在其中一个实施例中，所述无水镁盐和/或所述无水锂盐在所述混合物中的浓度为0.1mol/L～3mol/L。在其中一个实施例中，所述无水镁盐和/或所述无水锂盐在所述混合物中的浓度为0.5mol/L～2.5mol/L。一种镁电池，所述镁电池包括所述的镁电池电解液。在其中一个实施例中，所述镁电池为镁硫电池。本专利技术的所述镁电池电解液为锂基和镁基的双盐电解液，通过配位剂得到稳定的阳离子[Mg2X3]+和阴离子[HDMSLiY]－，所述阳离子[Mg2X3]+和阴离子[HDMSLiY]－相对于Mg2+和Li+更容易在所述非水溶剂中溶解，并且，相对于铝基和硼基得到的阳离子和阴离子，本专利技术使用锂基制备得到电解液沉积溶解镁的性能更强，不会出现镁和其他金属共沉积现象，从而得到提高镁电池的电池性能。附图说明图1为本专利技术一实施例的镁电池电解液的制备方法流程示意图；图2为本专利技术一实施例的镁电池电解液的核磁共振图谱照片；图3为本专利技术一实施例的电解质盐的拉曼光谱照片；图4为本专利技术一实施例的镁电池电解液在金属铂电极上的循环伏安特性曲线照片；图5为本专利技术一实施例的镁电池电解液在金属铂电极上的线性扫描曲线照片；图6为本专利技术一实施例的镁硫电池的充放电循环-比容量图谱照片；图7为本专利技术一实施例的镁硫电池的充放电比容量-电压图谱照片。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本专利技术的镁电池电解液、其制备方法以及镁电池进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种镁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镁电池电解液，其特征在于，包括非水溶剂和溶解于所述非水溶剂中的电解质盐，所述电解质盐的化学式为[Mg2X3Mp][HDMSLiYNq]，其中，所述X选自‑1价的卤素离子和类卤素离子中的一种或多种，所述Y选自‑1价的卤素离子和类卤素离子中的一种或多种，所述M和N为同种或不同种配位剂，所述p选自1～6中的任意整数，所述q选自1～6中的任意整数。

【技术特征摘要】
1.一种镁电池电解液，其特征在于，包括非水溶剂和溶解于所述非水溶剂中的电解质盐，所述电解质盐的化学式为[Mg2X3Mp][HDMSLiYNq]，其中，所述X选自-1价的卤素离子和类卤素离子中的一种或多种，所述Y选自-1价的卤素离子和类卤素离子中的一种或多种，所述M和N为同种或不同种配位剂，所述p选自1～6中的任意整数，所述q选自1～6中的任意整数。2.根据权利要求1所述的镁电池电解液，其特征在于，所述电解质盐中的阳离子为与所述配位剂M配位的[Mg2X3]+，阴离子为与所述配位剂N配位的[HDMSLiY]－。3.根据权利要求1所述的镁电池电解液，其特征在于，所述X和Y选自同种离子。4.根据权利要求1所述的镁电池电解液，其特征在于，所述X选自HDMS-1、F－、Cl－、Br－、I－、CN－和SCN－中的一种或多种，所述Y选自HDMS-1、F－、Cl－、Br－、I－、CN－和SCN－中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的镁电池电解液，其特征在于，所述非水溶剂和所述配位剂M和N为同种分子。6.根据权利要求1至5中任一项所述的镁电池电解液，其特征在于，所述非水溶剂和所述配位剂分别选自离子液体和有机溶剂中的一种或多种。7.根据权利要求6所述的镁电池电解液，其特征在于，所述离子液体包括咪唑类离子液体、哌啶类离子液体和吡咯类离子液体中的一种或多种，所述咪唑类离子液体选自1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酸)亚胺盐中的一种或多种；所述吡咯类离子液体选自N-丁基-N-甲基吡咯烷双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐，所述哌啶类离子液体选自N-丁基-N-甲基哌啶双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐。8.根据权利要求6所述的镁电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括醚类化合物、脂类化合物和芳香类化合物中的一种或多种，所述醚类化合物选自四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二氧六环和聚乙二醇二甲醚中的一种或多种；所述酯类化合物选自乙酸乙酯；所述吡啶类化合物选自吡啶、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶、2,6-二氯吡啶和2-氨基吡啶中的一种或多种。9.根据权利要求1所述的镁电池电解液，其特征在于，所述电解质盐的化学式为[Mg2F3Mp][HDMSLiFNq]、[Mg2F3Mp][HDMSLiClNq]、[Mg2F3Mp][HDMSLiBrNq]、[Mg2F3Mp][HDMSLiINq]、[Mg2F3Mp][HDMSLiCNNq]、[Mg2F3Mp][HDMSLiSCNNq]、[Mg2Cl3Mp][HDMSLiFNq]、[Mg2Cl3Mp][HDM...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃钢，范海燕，郑召召，吴扬，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11