Page 57 - 《精细化工》2023年第8期

第 8 期 丁 波，等: 可充镁离子电池研究发展现状 ·1671·

2+
稳定性，MWCNTs 网络作为 Mg 和电子的路径，不
仅缩短了离子迁移路径，还扩大了电极/电解质的界
面。EMMO/MWCNTs 的相关性能见图 8。结果表明，
EMMO/MWCNTs 在 50 mA/g 时的放电比容量为
412.9 mA·h/g（如图 8a 所示），在 1000 mA/g 下放电
1000 次后比容量保持率为 73.3%（如图 8b 所示）。
其拓展了可充电水相镁离子电池高性能电极材料的
复合方法。层状结构嵌入型正极材料具有高工作电
压和高比容量等特点，是可充镁离子电池研究最为
广泛的正极材料。但是由于这种层状结构是由弱范
德华力相连，在充放电循环过程中将会出现结构的 图 8 EMMO/MWCNTs 的恒流充放电的容量-电压曲线
坍塌，很大程度上限制了其规模化应用。为解决层 （a）和循环性能（b） [26]
Fig. 8 Capacity-voltage curves (a) and cycle performance
状结构材料存在的问题和提升可充镁离子电池的电 (b) of galvanostatic charge-discharge of EMMO/
化学性能，可设计合理的层间距结构、引入小分子 MWCNTs [26]
溶剂来稳定层结构等策略，进一步提高层状嵌入型
+
2+
材料的电化学性能。 与 Li 相比，Mg 与嵌入宿主材料正负离子之间
2+
的静电相互作用力更强，使 Mg 在宿主材料中的扩
散阻力增大，嵌入/脱出动力学过程异常缓慢，严重
限制了正极材料的开发。LI 等 [27] 报道了利用乙二醇
2+
二甲醚（DME）溶剂化的镁离子[Mg(DME) x ] ，可
以在层状 MoS 2 材料中表现出快速的动力学行为。
+
YOO 等 [28] 也报道了以 MgCl 为电荷载体来改善 TiS 2
电极的嵌镁容量，通过二甲氧基乙烷的溶剂化作用
2+
–
或者 Cl 的络合使含 Mg 载体的电荷密度显著下降，
大大减小了其与电极材料的相互作用力，促进了
2+
Mg 的扩散动力学，如图 9 所示。

图 7 MFM-1、MFM-2、MFM-3 和 MFM-4 样品的倍率

性能（a）和循环性能（b） [24] 图 9 MgCl 和 Mg 在宿主材料中嵌入和扩散能量示意
2+
+
Fig. 7 Rate capability (a) and cycling performance (b) of 图 [28]
MFM-1, MFM-2, MFM-3, MFM-4 [24] Fig. 9 Energy diagrams of the intercalation and diffusion
process of Mg and MgCl +[28]
2+

可充镁离子电池将金属类氧化物作为正极材料
2+
+
+
的研究对象 [29-30] ，相比 Li 或者 Na ，Mg 在电极材
料 中 可逆嵌 入 / 脱出动 力 学是非 常 困难的 。
KOKESTSU 等 [31] 以锐钛矿 TiO 2 为研究对象，通过
异价掺杂诱导产生阳离子空穴缺陷，以此获得更多
2+
的 Mg 嵌入位点，从而大大提高了电极材料的可逆
比容量。图 10 为离子在无缺陷、单阳离子缺陷和双
阳离子缺陷 TiO 2 中的嵌入位点和 DFT 计算所获得