用于鎂電池的電解液及含有該電解液的鎂電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包含苯氧基鎂鋁鹵絡(luò)合物溶質(zhì)和醚類溶劑的用于鎂電池的電解液。相對(duì)于整個(gè)電解液，溶質(zhì)濃度為0.2～1mol/L。根據(jù)本發(fā)明，能夠提高在空氣中穩(wěn)定存在的用于鎂電池的電解液。另外，本發(fā)明還涉及包含上述電解液的鎂電池。
【專利說明】用于鎂電池的電解液及含有該電解液的鎂電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于鎂電池的電解液及含有該電解液的鎂電池。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂是一種活潑輕金屬，與鋰處于對(duì)角線位置，其化學(xué)性質(zhì)和離子半徑與鋰有很多相似之處。金屬鎂負(fù)極具有較高的理論比容量(2205mAh/g)，且其價(jià)格低廉、熔點(diǎn)高(649°C )、易加工處理、對(duì)環(huán)境友好，因此以鎂為負(fù)極的可充鎂電池越來越受到人們的關(guān)注(參見非專利文獻(xiàn)1、2、3)。和鋰離子電池相比，可充鎂電池在價(jià)格和能量密度上具有顯著的優(yōu)勢(shì)，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ木G色環(huán)保電池，有望成為新一代高容量的動(dòng)力電池體系(參見非專利文獻(xiàn)4、5)。
[0003]可充鎂電池的發(fā)展一直受到兩個(gè)主要因素的制約。其一，鎂離子與鋰離子都有很小的離子半徑，但鎂離子具有更高的電荷，溶劑化作用強(qiáng)，可供鎂離子嵌入的基質(zhì)材料很少，這使得對(duì)正極材料的選擇受到一定的限制。其二，鎂在絕大部分電解液中都會(huì)生成鈍化膜，這層鈍化膜是Mg2+離子的不良導(dǎo)體，因此，很難找到既有良好的鎂沉積-溶出可逆性又有寬電化學(xué)窗口的可充鎂電池電解液體系，這是阻礙可充鎂電池發(fā)展的關(guān)鍵問題。
[0004]鎂電極在格氏試劑/醚溶液中不生成鈍化膜，具有良好的可逆沉積鎂特性，但由于普通格氏試劑的電化學(xué)穩(wěn)定窗口太窄而難以應(yīng)用于可充鎂電池中(參見非專利文獻(xiàn)6、7)。2000年,Nature雜志報(bào)道了以色列科學(xué)家D.Aurbach等人研發(fā)的一種可用于鎂二次電池新型電解液體系(參見非專利文獻(xiàn)8)，文章中提到鎂可以在Mg(AX4_nRn)2的醚溶液中實(shí)現(xiàn)可逆沉積，其中 A = Al、B、As、P、Sb 等，X = Cl、Br, R 為烷基,O < η < 4, η' +η" = η。這一新型配合物可以看做是由路易斯酸RR' Mg和路易斯堿AX3_nRn, R' --反應(yīng)得到，并被D.Aurbach小組命名為“一代電解液”。這一體系相對(duì)于格式試劑來講，在0.3-0.5M的電解質(zhì)溶液中的室溫電導(dǎo)率有很大的提高，同時(shí)陽極穩(wěn)定性也有很大改善。2007年底，Aurbach小組成功合成出全苯基鎂鋁鹵絡(luò)合物的THF溶液電解液體系，并稱之為“二代電解液”(參見非專利文獻(xiàn)9)。該電解液由路易斯堿PhMgCl和路易斯酸AlCl3按2: I比例在四氫呋喃溶劑中反應(yīng)制得，其電化學(xué)窗口可以達(dá)到3V以上，鎂沉積的過電位低于0.2V，而且溶液的電導(dǎo)率較以往的體系有明顯的提高。但該電解液中的格氏試劑PhMgCl還原性強(qiáng)，必須在無水，隔絕空氣條件下進(jìn)行測(cè)試和保存，這就限制了該體系的應(yīng)用范疇。
[0005]非專利文獻(xiàn)1:Gregory T D, Hoffman R J, Winterton R C, Development of anambient secondary magnesium battery, Journal of the Electrochemical Society,1990,137(3):775-780 ；
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[0007]非專利文獻(xiàn)3 ；Levi E，Gofer Y，Aurbach D，On the Way to Rechargeable MgBatteries:The Challenge of New Cathode Materials, Chemistry of Materials，2010，22(3):860-868
[0008]非專利文獻(xiàn)4:Lossius L PiEmmenegger FiPlating of magnesium from organicsolvents, Electrochimica Acta,1996,41(3):445-447 ；
[0009]非專利文獻(xiàn)5 ；Aurbach D，Gofer Y，Lu Z，et al.A comparison between theelectrochemical behavior of reversible magnesium and lithium electrodes，Journalof Power Sources，2001，97 (8):269-273.[0010]非專利文獻(xiàn)6:Liebenow C，Yang Z，Lobitz P，The electrodeposition ofmagnesium using solutions of organomagnesium halides，amidomagnesium halides andmagnesium organoborates，Electrochemistry Communications，2000，2(9):641-645;
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[0013]非專利文獻(xiàn)9:0ren Mizrahi, Nir Amir, Aurbach D, Electrolyte Solutionswitha Wide Electrochemical Window for Rechargeable Magnesium Batteries，Journalof The Electrochemical Society，2007，155 (2):A103_A109.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明是為了解決上述問題而做出的，其目的在于，提供一種新型非親核可充鎂電池的電解液，用來提高可充鎂電池電解液在空氣中的穩(wěn)定性以及拓寬對(duì)正極材料的選擇范圍。
[0015]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，一種用于鎂電池的電解液，包含苯氧基鎂鋁鹵絡(luò)合物溶質(zhì)和醚類溶劑。
[0016]并且，優(yōu)選在上述用于鎂電池的電解液中，所述溶質(zhì)是三氯化鋁路易斯酸和ROMgX路易斯堿的反應(yīng)產(chǎn)物，其中R是未被取代或者是氟取代和/或烷基取代的芳基，X代表鹵素。
[0017]進(jìn)一步，優(yōu)選在上述用于鎂電池的電解液中，R是未被取代或者是氟取代和/或烷基取代的苯基。
[0018]并且，優(yōu)選在上述用于鎂電池的電解液中，所述ROMgX路易斯堿與三氯化鋁路易斯酸的摩爾比為I?3。
[0019]并且，優(yōu)選在上述用于鎂電池的電解液中，相對(duì)于整個(gè)電解液，所述溶質(zhì)的濃度為0.2 ?lmol/L。
[0020]并且，優(yōu)選在上述用于鎂電池的電解液中，ROMgX是選自如下化合物的至少一種，
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種用于鎂電池的電解液，包含苯氧基鎂鋁鹵絡(luò)合物溶質(zhì)和醚類溶劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鎂電池的電解液，所述溶質(zhì)是三氯化鋁路易斯酸和ROMgX路易斯堿的反應(yīng)產(chǎn)物，其中R是未被取代或者是氟取代和/或烷基取代的芳基，X代表鹵素。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鎂電池的電解液，R是未被取代或者是氟取代和/或烷基取代的苯基。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的用于鎂電池的電解液，所述ROMgX路易斯堿與所述三氯化鋁路易斯酸摩爾比為I~3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的用于鎂電池的電解液，相對(duì)于整個(gè)電解液，所述溶質(zhì)的濃度為0.2~lmol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的任意一項(xiàng)所述的用于鎂電池的電解液，ROMgX是選自如下化合物的至少一種，




CH3
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的用于鎂電池的電解液，其特征在于，醚類溶劑選自由四氫呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、2-甲基四氫呋喃、四乙二醇二甲醚組成的組中的至少一種。
8.一種鎂電池,包含權(quán)利要I~7的任意一項(xiàng)所述的電解液。
【文檔編號(hào)】H01M10/054GK103490094SQ201210206354
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月11日
【發(fā)明者】楊軍, 王菲菲, 郭永勝, 努麗燕娜 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社, 上海交通大學(xué)