Page 54 - 《精细化工》2023年第8期

·1668· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

电池（LIB）和锂聚合物化学品产生了浓厚的兴趣， 2008 年，MIZRAHI 等 [13] 探索出了具有更宽电位窗
但枝晶现象的形成严重地影响了锂电池的开发和应 口的全苯基配合物（APC）电解质，这一观点的提
[6]
用 。根据元素周期表对角线规则，镁与锂有许多 出被认为是可充电镁离子电池的又一次突破。2010
相似的性质，其相对更稳定 [7-8] ，且大量存在于地壳 年以来，可充镁离子电池经历了快速发展，研制了
中 [9-10] 。因此，有关可充镁离子电池（MIB）的设想 高压电解质 [14-15] 。DAVIDSON 等 [16] 在特定电解质
和研究得到越来越多专家学者的广泛关注。 中发现了镁金属负极的枝晶。然而，可充电镁离子
电池的发展远远落后于其他储能技术，仍处于起步
1 可充镁离子电池研究背景 阶段，可充电镁离子电池的发展历程如图 1 所示。
随后，在业界学者的不断努力下，可充镁离子电池
众所周知，镁干电池早已被用作军用电源，当 的研究取得了长足的进步，镁沉积和溶解效率达到
时这类电池的开发虽因存在低的开路电压，缺少足 100%，在电流密度为 0.1~1 mA/cm 下，2000 次充
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够稳定性等问题未获得成功，但其充放电的库仑效 放电后容量损失只有 15% [17-18] 。但目前存在正极
率已达 99%。20 世纪 90 年代初，关于可充电镁离 材料因高扩散势垒导致选择范围受限，以及与锂电
子电池研究的比较少。1990 年，GREGORY 等 [11] 池相比电压较低等因素，与成熟且商品化的锂离子
对镁离子格氏试剂电解质进行探索；2000 年， 电池相比，镁离子电池的内在优势尚未得到充分的
AURBACH 等 [12] 提出了可充电镁离子电池模型； 展现。

PTO 为芘-4,5,9,10-四酮；OMBB 为有机硼酸镁
图 1 可充镁离子电池的发展历程
Fig. 1 Development history of rechargeable magnesium-ion batteries

尽管存在上述制约因素，但可充电镁离子电池 镁离子电池是迄今为止最具理论前景、适用于电动
的研究仍具有很大吸引力，理论上，可充镁离子电 汽车的“绿色”蓄电池。
池的发展空间很大，远远超过锂离子电池。首先，
其原材料更丰富（约占地壳元素质量分数的 2.5%），
[1]
价格比锂更便宜 。其次，Mg 比 Li 的活性要低得
多，从而缓解了对安全和制造的限制。如果能够克
服扩散限制，则与 Li 相比，电压损失可以通过以下
几个因素来补偿：Mg 每个原子的电荷是 Li 的 2 倍，
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而且由于体积比容量（3833 mA·h/cm ）极高（各种
金属负极的比容量如图 2 所示 [19] ），使其成为空间有
限的移动设备和电动汽车电池的理想预期负极材

料，将会为世界带来一种全新的能源利用方式，其 图 2 各种金属负极的比容量 [19]

实际意义将会远超现在的锂离子电池。因此，可充 Fig. 2 Specific capacity of metal anode materials [19]