Page 61 - 《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 ·1675·

属负极相互作用形成固体电解质界面，使镁负极钝
2+
化，限制了 Mg 的传输，影响电极材料的电化学活性。
为解决液态电解质存在的问题，应开发无钝化、电
压窗宽和化学安全的无氯化物电解质溶液，它们对
空气/水分也不敏感，并且具有可逆的沉积/溶解过
程，即在环境气氛中具有很好的稳定性。另外，在
可充镁离子电池应用中，还应避免集流体的腐蚀，
减少电解液的消耗和电极的变形程度，进而提升
2+
Mg 的电化学性能。如果能降低无机电解液的钝化
特性，提升其溶解度，将有助于提高获得高能密度
可充镁离子电池的能力。
2.2.2 固态电解质
类似于全固态锂电池电解质的技术发展思路，

全固态镁离子电池的固态电解质可以分为氧化物、 OFP 为频哪醇氟烷基；tfe 为三氟醚乙烷基；hfip 为六氟异丙烷
氢化物、硫化物、金属有机框架（MOFs）和高分子 基；Ph 为苯基；Mes 为二甲基苯基
图 17 硼基电解液分类（图中省略了氢原子） [46]
聚合物 5 类。表 1 总结了 5 种主要可充镁离子电池
Fig. 17 Classification of B-based electrolytes (hydrogen
固态电解质的优缺点及应用实例。 atoms are omitted in the diagrams for clarity) [46]

表 1 固态电解质的种类和发展
Table 1 Kinds and developments of solid-state electrolyte in MIBs
可充镁离子电池中的固态电解质
类型 高分子聚合物 氧化物 氢化物 硫化物 MOFs
优点 高的离子电导率 高的离子电导率 高的离子电导率 高的离子电导率 高的离子电导率
缺点 较差的电化学性能和 较差的热稳定性和空
较高的操作温度 电子导电率 复杂的合成工艺
热稳定性 气稳定性
实例 Mg(TFSI) 2-PE [47] Fe 2(SO 4) 3 相 [49] Mg(BH 4)(NH 2) [51] MgS-P 2S 5-MgI 2 [53] Mg 2(dobdc) [54]
Mg(BH 4) 2-MgO-PEO [48] MgHf(WO 4) 3 [50] Mg(BH 4) 2•NH 3 [52] MgSc 2Se 4 [53] Cu[(Cu 4Cl)(ttpm) 2] 2•CuCl 2 [55]

从表 1 可知，高分子聚合物固态电解质所使用 和灵活性，极大地促进了可充镁离子电池的发展。
的有机聚合物基体主要有聚环氧乙烷（PEO）、聚合 WANG 等 [56] 设计一种新型无卤素凝胶聚合物电解
物电解质（PE）等；MOFs 固态电解质中所含的阴 质（GPE）电池（MLT-GPE），其展示出优异的电化
4–
离子有 2,5-二氧化苯-1,4-二羧酸阴离子（dobdc ）、 学性能，如图 18 所示。例如：通过锂/镁硼氢化物
4–
四(4-四唑基苯基)甲烷阴离子（ttpm ）等。可充镁 与聚四氢呋喃原位交联反应制备的 GPE 在宽温度
离子电池的固态电解质的技术发展与应用，主要取 范围内表现出优异的离子电导率及优越的极化行
2+
决于离子电导率的高低，Mg 具有比较高的电荷密 为。而组装的 Mg||GPE||SPAN（硫聚丙烯腈）系统
度，在固态电解质的内部扩散较慢，所以，可充镁 具有低自放电、优异的灵活性和安全特性，大大提
离子电池的固态电解质发展与锂离子固态电解质类 高了实际应用的可能性。JATHUSHAN 等 [57] 以 PEO
2+
似，主要是以提高 Mg 的电导率为主。 宿主聚合物和 Mg(CH 3 COO) 2 为基础的凝胶-聚合物
与可充镁离子电池的正极材料一样，固态电解 电解质，优化出 PEO-Mg(CH 3 COO) 2 -EC（碳酸乙烯
质也是组成可充镁离子电池的关键部分之一。以往 酯）-PC（碳酸丙烯酯）电解质（质量比为 6∶14∶
所用的液态电解液，在可充镁离子电池中的使用主 40∶40），其室温离子电导率为 6.1×10 –5 S/cm。
要依赖于电解质成分与可充镁离子电池中的正极和 WANG 等 [58] 采用原位聚合法，制备了一种新型
负极材料的兼容性。和传统的液体电解质相比，固 Mg[B(hfip) 4 ] 2 基无腐蚀凝胶聚合物电解质，具有较
态电解质中活性离子的扩散补偿了电荷。理想的固 高离子电导率（1×10 S/cm）、较好的电化学性能（库
–3
态电解质应具有较好的电子导电性、较宽的电位窗 仑效率~99%，1000 次循环）和防止可溶性电极材料
口、高热稳定性和化学稳定性、与正负极材料的兼 的溶解和扩散，为可充镁离子电池的发展开辟了新
容以及环保性。聚合物基电解质具有较高的安全性 的途径。