本發(fā)明屬于鎂離子電池，尤其涉及一種鎂離子電池用電解液及鎂離子電池。

背景技術：

1、化石能源的持續(xù)使用造成了嚴重的環(huán)境污染，在全球環(huán)境治理的背景下，開發(fā)綠色、清潔、高效的大型儲能設備至關重要。鋰離子電池(lithium-ion?batteries，libs)具有高比能量和低自放電率，廣泛應用于電子設備和電動汽車中，但鋰資源分布的限制和不斷上漲的原材料成本嚴重阻礙了鋰離子電池的發(fā)展和利用，尋找合適的鋰離子電池替代技術已勢在必行。

2、金屬鎂儲量豐富、成本低廉、環(huán)保、物理化學性質較穩(wěn)定且不易生長枝晶，具有很高的理論體積比容量(3833ma·h/cm3)，因此以金屬鎂為負極材料的鎂離子電池體系具有能量密度高、成本低、安全性高等優(yōu)勢，將是極具發(fā)展前景的新型儲能體系之一。

3、然而由于鎂離子具有很高的電荷密度和較低的還原電勢(-2.37v?vs.she)，導致大部分的有機溶劑和鎂鹽都會和金屬鎂反應，在鎂金屬表面生成一層阻礙鎂離子傳導的鈍化層，不利于鎂離子電池的運行。此外，金屬鎂表面極易受雜質(如微量水、氧氣、二氧化碳等)的影響，在長時間的充放電過程中使得電極和電解液界面不穩(wěn)定而無法有效傳導鎂離子，進而引發(fā)電池充放電過電勢大、沉積-溶解不均勻，甚至是短路問題，最終導致鎂電池失效。

4、目前用于鎂離子電池的有機溶劑主要以具有較強的溶劑化能力、良好的化學穩(wěn)定性、高沸點以及高介電常數(shù)的醚類溶劑為主，但是二價鎂與醚類溶劑間的強相互作用力使得去溶劑化困難，阻礙了可充電鎂離子電池的進一步發(fā)展。

技術實現(xiàn)思路

1、基于上述技術問題，本發(fā)明提供了一種鎂離子電池用電解液及鎂離子電池，通過特定種類的腈類助溶劑與醚類溶劑復配用于電解液，實現(xiàn)了電解液電化學窗口和循環(huán)效率的提高，降低了充放電過程中的極化，并提升庫倫效率。

2、本發(fā)明提出的一種鎂離子電池用電解液，包括鎂電解質鹽和有機溶劑；

3、其中，所述有機溶劑包括醚類溶劑和通式(i)所示的腈類助溶劑；

4、

5、r1為c1-c6的烷基或取代烷基。

6、本發(fā)明中，通式(i)所示的烷基腈類助溶劑與醚類溶劑配合作用后，可得到一種由單鎂鹽與傳統(tǒng)醚類溶劑、腈類溶劑混合得到的、具有可微調初級溶劑化鞘層的電解液，不僅改善電極/電解液界面性質，增強界面處的傳輸動力學，實現(xiàn)鎂的高度可逆沉積溶解，而且提高電極材料的電導率，降低電池極化，提高電解液與電極的兼容性。

7、本發(fā)明中，相比于芳香族腈類助溶劑，通式(i)所示的烷基腈類助溶劑與醚類溶劑的配合效果更好，更有助于提高鎂離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性能。

8、優(yōu)選地，r1為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基；

9、優(yōu)選地，所述腈類助溶劑為乙腈、丙腈、丁腈、戊腈或己腈中的至少一種。

10、優(yōu)選地，所述醚類溶劑為乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚、三乙二醇二乙醚、四乙二醇二乙醚或四氫呋喃中的至少一種。

11、優(yōu)選地，所述醚類溶劑和腈類助溶劑的體積比為3-6:1。

12、優(yōu)選地，所述鎂電解質鹽為氯化鎂、氟化鎂、溴化鎂、碘化鎂、雙(六甲基二硅疊氮)鎂、雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺鎂或格氏試劑中的至少一種。

13、優(yōu)選地，所述鎂電解質鹽在所述電解液中的摩爾濃度為0.1-10mol/l。

14、優(yōu)選地，所述電解液還包括通式(ii)所示的吡咯烷類離子液體；

15、

16、r2為c1-c6的氟代烷基，x-為四氟硼酸陰離子、六氟磷酸陰離子、雙三氟甲磺酰亞胺陰離子或雙氟磺酰亞胺陰離子中的至少一種。

17、本發(fā)明中，與傳統(tǒng)的吡咯烷類離子液體相比，通式(ii)所示的吡咯烷類離子液體用作電解液添加劑時，吡咯烷類離子液體中引入了酯鍵和c-f鍵，使得離子液體的性能大大增強，一方面，提升了與鎂離子的絡合能力，提高離子液體的電化學窗口和電化學穩(wěn)定性，另一方面，增加了吡咯烷類離子液體的溶解能力，實現(xiàn)鎂金屬負極在大電流密度下的可逆電化學循環(huán)。

18、優(yōu)選地，通式(ii)所示的吡咯烷類離子液體是通過下述方法制備而成：

19、將氟代烷基酰鹵和2-溴乙醇縮合成酯后，再和n-甲基吡咯烷進行親電取代反應，之后和無機鹽進行離子交換反應，即得到通式(ii)所示的吡咯烷類離子液體；

20、所述無機鹽中陰離子為四氟硼酸陰離子、六氟磷酸陰離子、雙三氟甲磺酰亞胺陰離子或雙氟磺酰亞胺陰離子中的至少一種。

21、優(yōu)選地，所述吡咯烷類離子液體在所述電解液中的摩爾濃度為0.05-5mol/l。

22、本發(fā)明同時還提出一種鎂離子電池，包括上述電解液。

23、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下技術效果：

24、本發(fā)明的第一個目的在于提供一種由單鎂鹽與傳統(tǒng)醚類溶劑、腈類溶劑混合得到的、具有可微調初級溶劑化鞘層的電解液。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種穩(wěn)定的固態(tài)電解質/電極界面，增強界面處的傳輸動力學，實現(xiàn)高度可逆的沉積溶解。本發(fā)明的第三個目的在于提供一種充放電過程極化降低、循環(huán)穩(wěn)定性好、低成本的電解液。最終，本發(fā)明所述電解液電化學窗口大于5v，有效匹配高電壓正極材料，顯著提高二次電池的能量密度和循環(huán)性能，是一種非常有潛力的電解液。

技術特征：

1.一種鎂離子電池用電解液，其特征在于，包括鎂電解質鹽和有機溶劑；

2.根據(jù)權利要求1所述鎂離子電池用電解液，其特征在于，r1為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基；

3.根據(jù)權利要求1或2所述鎂離子電池用電解液，其特征在于，所述醚類溶劑為乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚、三乙二醇二乙醚、四乙二醇二乙醚或四氫呋喃中的至少一種。

4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述鎂離子電池用電解液，其特征在于，所述醚類溶劑和腈類助溶劑的體積比為3-6:1。

5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述鎂離子電池用電解液，其特征在于，所述鎂電解質鹽為氯化鎂、氟化鎂、溴化鎂、碘化鎂、雙(六甲基二硅疊氮)鎂、雙(三氟甲磺?；?酰亞胺鎂或格氏試劑中的至少一種。

6.根據(jù)權利要求1-5任一項所述鎂離子電池用電解液，其特征在于，所述鎂電解質鹽在所述電解液中的摩爾濃度為0.1-10mol/l。

7.根據(jù)權利要求1-6任一項所述鎂離子電池用電解液，其特征在于，所述電解液還包括通式(ii)所示的吡咯烷類離子液體；

8.根據(jù)權利要求7所述鎂離子電池用電解液，其特征在于，通式(ii)所示的吡咯烷類離子液體是通過下述方法制備而成：

9.根據(jù)權利要求7或8所述鎂離子電池用電解液，其特征在于，其特征在于，所述吡咯烷類離子液體在所述電解液中的摩爾濃度為0.05-5mol/l。

10.一種鎂離子電池，其特征在于，包括權利要求1-9任一項所述電解液。

技術總結
本發(fā)明提供了一種鎂離子電池用電解液及鎂離子電池，所述電解液包括鎂電解質鹽和有機溶劑；所述有機溶劑包括醚類溶劑和烷基腈類助溶劑。本發(fā)明中，通過特定種類的腈類助溶劑與醚類溶劑復配用于電解液，實現(xiàn)了電解液電化學窗口和循環(huán)效率的提高，降低了充放電過程中的極化，并提升庫倫效率。

技術研發(fā)人員：王貴鑫,王鼎明,張群斌,王杰,梁大宇,楊威
受保護的技術使用者：合肥乾銳科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15