本项创新涉及电解液技术领域,特别介绍了一种含有氯化铟的镁电池电解液及其在电池技术中的应用。该电解液结合了格氏试剂体系、MACC体系、Mg-TFSI体系、Mg-B体系等多种成分,旨在提升镁电池的性能和稳定性。
背景技术
向电解液中加入含有金属阳离子的盐类,是提高电池性能的一种重要方法。锂电池中的金属锂负极比较活泼,容易与电解液发生反应,加入金属阳离子盐,可以形成固态电解质界面(SEI)膜,因而起到保护锂负极的作用。中国专利CN 202310361619.4《一种电解液添加剂、电解液及锂空气电池或锂锂对称电池》、CN 202011525861.3《一种用于金属电池的电解液及金属电池》、韩国专利KR 20230082383A《锂二次电池用电解液及包含该电解液的锂二次电池》,通过在电解液中加添加剂来组装金属电池,在负极表面形成SEI膜,保护负极,降低扩散势垒,促进目标离子快速迁移,抑制枝晶生长,提高负极的循环稳定性。
锌电池中的锌负极容易形成枝晶,通过加入含有金属阳离子的盐类,可以诱导锌离子均匀沉积,从而防止枝晶的形成。中国专利CN 202211563056.9《一种抑制锌枝晶的水系电解液及锌离子电池》、CN 202211568700.1《一种水系锌离子电池电解液、抑制锌枝晶的方法及电池》,通过在电解液中加入含有阳离子的添加剂,诱导锌离子的均匀沉积/溶解,抑制枝晶的生长,从而提高了电化学性能。
而镁电池面临的问题与锂/锌电池不同。镁不易产生枝晶,但容易与空气或水分反应形成钝化膜,与锂的钝化膜不同的是,镁表面的这种钝化膜较难传导镁离子,降低了镁的活性。因此镁负极面临如何去除钝化膜而不是形成钝化膜的问题。一般通过打磨的办法以去除镁表面的钝化膜。中国专利CN 201580064216.7制备了一种高氧化分解电位含镁电解液,通过打磨除去镁表面钝化膜,组装成电池后充放电电压平台提升。打磨的方法往往会降低镁的表面平滑性,由于打磨过程难以完全隔绝水分和氧气,因此也难以完全消除钝化膜的影响。
对此,中国专利CN 115347230A《一种原位生成镁盐的镁二次电池非亲核电解液及其制备方法与应用》开发了一种由三氯化铝、金属氯化物和有机溶剂组成的电解液,其中,金属氯化物为标准电极电势高于镁的金属元素,包括镓、铬、钛、铈、锡、铋、锌、锗、铜、铁、锰、银等中的一种。
在金属化合物中,阴阳离子之间的作用力大小与其电荷数量及半径有关。离子半径越小,电荷密度越高,与水分子中氧的孤对电子作用会越强,阳离子结合的水分子就越多。这就导致了大多数金属氯化物(如镓、钛、锌、锗、铜、铁、锰等)实际上是以结合水的形式溶解于有机溶剂中。对于完全不含结晶水的上述金属氯化物,往往需要在有机电解液中加入大量诸如三氯化铝等在内的助溶剂,才能使之溶解,若不加入助溶剂,镓、钛、锌、锗、铜、铁、锰等这些金属氯化物在镁电解液中的溶解是非常困难的,无法起到金属氯化物预期效果,其中助溶剂用量往往很大,一般占到总量的1/3,且对有效成分并不起作用,因此会降低效率,增加成本。所以找到能够溶解且能高效活化镁钝化膜的添加剂以减少甚至避免助溶剂的使用,是需要解决的一个重要问题。
实现思路