一种全无机盐型可充镁电池电解液及其制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种全无机盐型可充镁电池电解液及其制备方法
本专利技术涉及电化学
，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。
技术介绍
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(2205mAhg-1,3832mAhcm-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。
技术实现思路
基于上述技术背景，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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)：在电解液中，电解质镁盐会与溶剂四氢呋喃形成二聚体阳离子配合物[Mg2(μ-Cl)3·6THF]+，助溶剂氯化锂会与溶剂四氢呋喃形成阴离子配合物[LiCl2·2THF]-，两种生成的阴阳离子之间会相互作用，最终达到平衡并形成配合物[Mg2(μ-Cl)3·6THF][LiCl2·2THF]，从而增加了电解质镁盐在有机溶剂中的溶解度。[Mg2(μ-Cl)3·6THF][LiCl2·2THF]的结构式如下：本专利技术中活化剂可有效抑制电解质镁盐在镁表面生成钝化膜，增大镁沉积—溶出电流密度，提升电解液循环性能。本专利技术中添加剂的加入可提升电解液的耐水能力，且可溶解镁负极表面生成的Mg(OH)2，促进镁的沉积—溶出循环，其作用机理为(以七甲基二硅氮烷为例)：进一步优选，所述电解质镁盐、助溶剂和活化剂的摩尔质量比为2～6:2～6:0.5～2。进一步优选，所述无水无氧有机溶剂的加入量满足电解质镁盐的摩尔浓度为0.3molL-1～0.6molL-1。进一步优选，所述添加剂的加入量与镁盐加入量的摩尔质量比为1:10～30。一种全无机盐型可充镁电池电解液的制备方法，用于制备上述的一种全无机盐型可充镁电池电解液，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：取电解质镁盐、助溶剂和活化剂加入到无水无氧有机溶剂中，加热溶解，获得混合溶液；步骤2：向步骤1得到的混合溶液中加入添加剂，常温搅拌反应，获得电解液。进一步优选，所述步骤1中，采用无水无氧条件下的加热回流工艺，磁力搅拌，加热温度为60℃～160℃，反应时间为12h～16h。进一步优选，所述步骤2中，在常温下经磁力搅拌反应18h～32h。进一步优选，所有过程均在惰性气氛下进行，其水氧含量均低于0.01ppm。进一步优选，无水无氧有机溶剂的预处理方法包括以下步骤：将有机溶剂加入容器(如采用装配有双排管系统的蒸馏装置)中，加入金属钠，重蒸，将蒸出的溶剂中加入经过高温活化的分子筛，密封并置于惰性气氛下保存。本专利技术具有如下的优点和有益效果：本专利技术提供了一种全无机盐型可充镁电池电解液，所述电解液全部采用无机盐电解质，原料来源广泛、制备工艺简单、成本低廉，有利于实现大规模商业化应用，克服了传统有机电解液生产条件要求高，制备工艺复杂的问题。本专利技术提供的电解液属于非亲核性电解液，与镁电池硫正极相容性好，其各成分之间的相互协同作用可赋予其电导率高、过电位低和循环稳定性好等性能优点。本专利技术提供的电解液中所含的助溶剂与溶剂分子之间形成的阴离子配合物可与电解液中镁盐二聚体阳离子配合物之间相互作用，使电解质镁盐在有机溶剂中的浓度达到0.6mol/L以上，从而提高了电解液的电导率，降低了其过电位。电解液中所含的活化剂和添加剂可有效抑制了镁盐在镁电极表明形成钝化膜，提升了电解液的耐水能力，增大了镁沉积—溶出电流密度，提升了电解液的循环性能。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术所制备电解液在不锈钢电极上扫描不同圈数的循环伏安曲线。图2为本专利技术所制备的电解液在不同工作电极上的线性扫描伏安曲线。图3为采用本专利技术所制备电解液组装的Mg/Mg对称电池在不同电流密度下的极化性能图。图4为采用本专利技术所制备电解液组装的Mg/Mg对称电池在0.2mAcm-1电流密度下长时间循环性能曲线。图5为本专利技术所制备电解液在不锈钢电极上的镁可逆沉积—溶出循环曲线和循环效率。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全无机盐型可充镁电池电解液，其特征在于，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；/n所选电解质镁盐包括氯化镁、氟化镁和溴化镁中的一种或几种；/n所选助溶剂包括氯化锂、氯化钠和氯化钾中的一种或几种；/n所选活化剂包括氯化铬、氯化锌和氯化铁中一种或几种；/n所选添加剂包括七甲基二硅氮烷、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；/n所选无水无氧有机溶剂包括四氢呋喃、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。/n

【技术特征摘要】
1.一种全无机盐型可充镁电池电解液，其特征在于，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氯化镁、氟化镁和溴化镁中的一种或几种；
所选助溶剂包括氯化锂、氯化钠和氯化钾中的一种或几种；
所选活化剂包括氯化铬、氯化锌和氯化铁中一种或几种；
所选添加剂包括七甲基二硅氮烷、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。


2.根据权利要求1所述的一种全无机盐型可充镁电池电解液，其特征在于，所述电解质镁盐、助溶剂和活化剂的摩尔质量比为2～6:2～6:0.5～2。


3.根据权利要求1所述的一种全无机盐型可充镁电池电解液，其特征在于，所述无水无氧有机溶剂的加入量满足电解质镁盐的摩尔浓度为0.3molL-1～0.6molL-1。


4.根据权利要求1所述的一种全无机盐型可充镁电池电解液，其特征在于，所述添加剂的加入量与镁盐加入量的摩尔质量比为1:10～30。


5.一种全无机盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：文家新，李凌杰，雷惊雷，潘复生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50