可充鎂電池新型電解液的研究.pdf

1、長期以來,可充鎂電池被認為是一種理想的能源轉化裝置。鎂金屬擁有以下特點:第一、體積比容量大(達3833 mAh cm-3);第二、地殼中豐度高(地殼中鎂元素含量排名第五);第三、化學活性較低,安全性高。因此,可充鎂電池有望用于電動車儲能系統(tǒng),受到了科學家的廣泛關注。
　　受正極材料和電解液研究的限制,可充鎂電池的發(fā)展還處于實驗室階段。其原因是由于Mg具有很強的化學活性,因而在絕大多數(shù)非質子有機溶劑中均會形成表面鈍化膜,與鋰離子的鈍

2、化膜不同的是,鎂電池的鈍化膜是Mg2+的不良導體,鎂離子難以通過鈍化層,因而難以進行沉積和溶解,限制了其電化學活性。因此尋找合適的鎂電解液對可充鎂電池的研究有著至關重要的意義。
　　當前,阻礙鎂電池研究的難點主要有兩個:第一、現(xiàn)有鎂電池電解液的電化學窗口較窄,并且對非貴金屬集流體存在腐蝕,因而難以滿足高電壓平臺正極材料的開發(fā);第二、傳統(tǒng)可充鎂電池電解液THF沸點很低,揮發(fā)性大,實際應用于可充鎂電池將會產(chǎn)生嚴重的脹氣問題,影響電池安

3、全性。
　　本文根據(jù)以上問題制備了新型硼基電解液,研究了其在非貴金屬集流體上的鎂沉積溶出電化學性能,同時,利用離子液體N-甲基-N-丁基哌啶雙三氟甲基磺酰胺(PP14TFSI)作為THF溶劑添加劑,提高THF沸點,改善了可充鎂電池的安全性。具體內容如下:
　　1)通過在格氏試劑FPhMgBr上引入第二個FPh基團制備(FPh)2Mg化合物,并將其與路易斯酸三間二甲基苯硼在THF溶劑中絡合,制備了(FPh)2Mg-Mes3B/

4、THF電解液。文中研究了金屬鎂在(FPh)2Mg-Mes3B/THF電解液中的可逆沉積溶出性能以及不同濃度電解液的室溫離子電導率,研究表明0.4 mol L-1(FPh)2Mg-Mes3B/THF電解液具有最寬的電化學窗口(2.6 vs. Mg),最高的室溫離子電導率2.57 mS cm-1。同時,通過比較(FPh)2Mg-Mes3B/THF電解液與(FPh)2Mg/THF,(FPhMgBr)2-Mes3B/THF, FPhMgBr/T

5、HF等類似電解液的電化學性能,發(fā)現(xiàn)第二個FPh基團的引入并沒有能改善格氏試劑的電化學窗口,而路易斯酸三二間甲基苯硼的引入則大大優(yōu)化了電解液的鎂沉積溶出電化學性能。
　　2)通過在THF溶劑中加入N-甲基-N-丁基哌啶雙三氟甲基磺酰胺(PP14TFSI)離子液體,制備2-叔丁基-4-甲基苯氧基氯化鎂-三氯化鋁/四氫呋喃+離子液體混合溶劑電解液。熱重測試發(fā)現(xiàn),添加了離子液體PP14TFSI后,四氫呋喃溶劑的揮發(fā)性大大降低,這顯著增強了

6、鎂電解液的熱穩(wěn)定性。同時,循環(huán)伏安測試表明,使用混合溶劑作為電解質的溶劑后,2-叔丁基-4-甲基苯氧基氯化鎂-三氯化鋁電解液仍然具有十分優(yōu)秀的鎂沉積溶出性能,同時,相比與純THF作溶劑的電解液,該新電解液電化學窗口略有拓寬。此外,利用該電解液組裝扣式電池,發(fā)現(xiàn)該電解液與Mo6S8有很好的兼容性。研究表明,該溶液具有良好的鎂沉積溶出性能和寬的電化學窗口且與正極材料兼容,是一種良好的可充鎂電池電解液。更重要的是,由于離子液體的加入,該電解液