一种镁金属电池使用的盐及其制备和应用制造技术

本发明专利技术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；本发明专利技术提供的盐，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。解。解。解。

【技术实现步骤摘要】
一种镁金属电池使用的盐及其制备和应用


[0001]本专利技术属于镁金属电池使用的盐
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。专利技术专利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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种镁金属电池使用的盐及其制备和应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为：
[0007]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，
[0008][0009]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
m
X
n
显正价；
[0010]M为阴离子的中心原子，选自B、Al、C、P或As；
[0011]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；
[0012]p1，p2，为0
‑
6的整数，且，p1，p2不同时为0；p1+p2的数值使阴离子显负一价；
[0013]q为1
‑
6的整数，且，q的取值使得整个盐显0价；
[0014]R、R1可相同或不同的选自C1‑
C
20
的烷基、C1‑
C
20
的卤代烷基、C3‑
C
10
的环烷基、C3‑
C
10
的卤代环烷基、未取代或被至少一个相同或不同的下述取代基取代的苯，下述取代基为卤素、C1‑
C
20
烷基、C1‑
C
20
卤代烷基、C3‑
C
10
的环烷基、C3‑
C
10
的卤代环烷基，且，当p1、p2大于1时，式中各R可相同或不同。
[0015]上述，M原子需要有较大的半径以提供更高的成键数目，为了改变阴离子轨道能级，以利于其在镁电池正负极表面反应形成截面膜，最终有利于镁的沉积/溶出和抑制电解液的分解。
[0016]所述盐为阳离子和双齿配体的阴离子结合形成，即式1中，p1为0时，盐结构式为
[0017]式中，m为1
‑
10的整数，n为0
‑
10的整数；
[0018]所述盐为阳离子和单齿配体的阴离子结合形成，即为式1中，p2为0时，盐结构式为
[0019]式中，m为1
‑
10的整数，n为0
‑
10的整数。
[0020]所述式1中p1为0时，镁盐结构式为
[0021]式中，m为1
‑
10的整数，n为0
‑
10的整数；
[0022]所述式1中p2为0时，镁盐结构式为
[0023]式中，m为1
‑
10的整数，n为0
‑
10的整数。
[0024]所述阳离子T
m
X
n
中T为Mg、Ca、Ba元素时，T
m
X
n
可选自T
2+
、[TX]+
、[T2X3]+
、[T3X5]+
、
[T4X7]+
或[T4X6]2+
中的一种或几种；当T为Li、Na、K元素时，n取值为0。
[0025]例如，T为Mg时T
m
X
n
为Mg
2+
、[MgX]+
、[Mg2X3]+
、[Mg3X5]+
、[Mg4X7]+
或[Mg4X6]2+
。
[0026]所述与阴离子的中心原子M相连的基团为
‑
Y基团时，Y选自卤素；
[0027]与阴离子的中心原子M相连的基团为R
‑
Y
‑
基团或
‑
Y
‑
R
‑
Y
‑
基团时，且，p1、p2大于1时，式中各R可相同或不同的选自C1‑
C
20
的烷基、C1‑
C
20
的卤代烷基、C3‑
C
10
的环烷基、C3‑
C
10
的卤代环烷基、未取代或被至少一个相同或不同的下述取代基取代的苯，下述取代基为卤素、C1‑
C
20
烷基、C1‑
C
20
卤代烷基、C3‑
C
10
的环烷基、C3‑
C
10
的卤代环烷基，且，当p1、p2大于1时，式中各R可相同或不同；Y为可相同或不同的选自卤素、O、S或NR1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁金属电池使用的盐，其特征在于：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
m
X
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；p1，p2，为0
‑
10的整数，且，p1，p2不同时为0；p1+p2的数值使阴离子显负一价；q为1
‑
6的整数，且，q的取值使得整个盐显0价；R、R1可相同或不同的选自C1‑
C
20
的烷基、C1‑
C
20
的卤代烷基、C3‑
C
10
的环烷基、C3‑
C
10
的卤代环烷基、未取代或被至少一个相同或不同的下述取代基取代的苯，下述取代基为卤素、C1‑
C
20
烷基、C1‑
C
20
卤代烷基、C3‑
C
10
的环烷基、C3‑
C
10
的卤代环烷基，且，当p1、p2大于1时，式中各R可相同或不同。2.按权利要求1所述的镁金属电池使用的盐，其特征在于：所述盐为阳离子和双齿配体的阴离子结合形成，即式1中，p1为0时，盐结构式为式中，m为1
‑
10的整数，n为0
‑
10的整数；所述盐为阳离子和单齿配体的阴离子结合形成，即为式1中，p2为0时，盐结构式为式中，m为1
‑
10的整数，n为0
‑
10的整数。3.按权利要求2所述的镁金属电池使用的盐，其特征在于：所述盐为阳离子和双齿配体的阴离子结合形成，T为Mg时，盐结构式为式中，m为1
‑
10的整数，n为0
‑
10的整数；所述盐为阳离子和单齿配体的阴离子结合形成，T为Mg时，盐结构式为式中，m为1
‑
10的整数，n为0
‑
10的整数。4.按权利要求1或2所述的镁金属电池使用的盐，其特征在于：所述阳离子T
m
X
n
中T为Mg、
Ca、Ba元素时，T
m
X
n
可选自T
2+
、[TX]
+
、[T2X3]
+
、[T3X5]
+
、[T4X7]
+
或[T4X6]
2+
中的一种或几种；当T为Li、Na、K时，n取值为0。5.按权利要求1或2所述的镁金属电池使用的盐，其特征在于：所述盐中与阴离子的中心原子M相连的基团为
‑
Y基团时，Y选自卤素；与阴离子的中心原子M相连的基团为R
‑
Y
‑
基团或
‑
Y
‑
R
‑
Y
‑
基团时，且，p1、p2大于1时，式中各R可相同或不同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔光磊，崔子立，汤坤，杜奥冰，徐红霞，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：