Page 60 - 《精细化工》2023年第8期
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·1674· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷
轭羰基小分子聚合、与碳材料复合和引入吸电子基 匹配等特点，所组装可充镁硫电池表现出优异的长
团等方法来提升有机物正极材料在可充镁离子电池 循环性能和较好的倍率性能。此外，ZHANG 等 [44]
中的电化学性能。 还综述了高容量转化型电极材料在可充电镁离子电
池中的应用前景、发展现状、存在的科学问题以及
设计思路，为高比容量转化型可充镁离子电池正极
材料的发展和设计等提供了宝贵经验。
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图 15 人工 Mg 传导界面层示意图以及该界面层的结构
图 14 COF 示意图（a）；COF 的化学结构及氧化还原机 示意图 [42]
理（b）；COF 在 5 C 倍率时循环性能（c） [41] Fig. 15 Schematic diagram of artificial Mg -conducting
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Fig. 14 Schematic illustration of COF (a); Chemical structure interphase and the proposed structure for the
and possible redox mechanism of COF (b); Cycling artificial Mg -conducting interphase [42]
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performance of COF at 5 C (c) [41]
2.2 电解质
2.2.1 液态电解质
金属镁负极具有极低的还原电位，能被绝大多
数简单镁盐和有机溶剂氧化，而在其表面生成惰性
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的钝化层，该钝化层极大地阻碍了 Mg 的传导，并
导致金属镁负极不能发生可逆沉积/溶解行为。目
前，可充镁离子电池所用的电解质大多是格氏试剂衍
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生物、含硼有机镁盐、MgCl 2-AlCl 3 复合盐以及双三氟 左侧为四氟异丙基硼酸根；右侧为四核镁离子（[Mg 4Cl 6(DME) 6] ）
甲烷磺酰亚胺基镁〔MgCl 2-Mg(TFSI) 2 〕复合盐等， 图 16 新型含硼阴离子镁盐结构示意图 [43]
Fig. 16 Schematic diagram of a new type of containing
而所用的有机溶剂仅限于四氢呋喃（THF）、乙二醇 boron anion magnesium salt [43]
二甲醚等溶剂，这大大限制了高电压可充镁离子电
池的发展 。 SON 等 [42] 通过热交 联 聚丙烯腈 、 虽然金属镁负极具有廉价、安全性高、易于加
Mg(TFSI) 2 、炭黑等，在金属镁粉表面构筑一层约 工以及高能量密度等诸多优势，但也面临镁负极表
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100 nm 的 Mg 传导聚合物层，该界面层的构筑实现 面膜钝化、电解质与电池组成不匹配、正极材料脱
了金属镁负极在含水丙烯碳酸酯（PC）电解质中的 嵌镁速率慢等诸多挑战。针对上述系列问题，
可逆循环。如图 15 所示，在 0.5 mol/L Mg(TFSI) 2 /PC ATTIAS 等 [45] 撰写了关于金属镁负极与电解质界面
+3 mol/L H 2 O 电解质中，Mg/V 2 O 5 全电池表现出优 的综述，强调无氯镁电解质以及宽电化学窗口的电
异的循环性能，为高电压可充镁离子电池的构筑提 极材料的研究重要性，为可充镁离子电池今后的发
供了借鉴。 展指明方向。根据硼离子的不同，硼基电解质可分
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与目前可充电锂硫电池相比，镁硫电池理论上 为 3 种类型（图 17）：（1）[B-R 4 ] ，硼氢化物阴离
具有更高的体积能量密度、更高的安全性以及更低 子及其氢取代衍生物；（2）[B-(OR ) 4 ] ，氟化烷氧
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廉价格等优势，然而，目前镁硫电池仅仅处于实验 基硼 中心 阴离 子；（ 3 ） [C x B 12–x H 12–x+1 ] 或
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室最初级的研究阶段，至今仍缺乏高度匹配金属镁 [C x B 10–x H 10–x+1 ] 碳硼烷集群阴离子 [46] 。在硼基电解
负极和硫正极的可充镁离子电池电解质体系。针对 质实际应用中，原料及合成成本是不容忽视的。因
该突出问题，DU 等 [43] 通过设计并筛选大尺寸含硼 此，在满足电化学性能的前提下，低氟化和原位反
阴离子电解质,合成出系列新型可充镁离子电池电 应合成是未来实现硼基电解质规模实用化较为可行
解质，并成功应用于镁硫电池体系中，如图 16 所示。 的策略。
所制备的新型含硼电解质具有更宽的电化学窗口、 综上所述，传统的液态电解质应用于可充镁离
更高的离子电导率以及对金属镁负极和硫正极高度 子电池中存在许多的问题，比如液态电解液与镁金
