本發明專利技術提供了一種可充鎂電池電解液及其制備方法，所述可充鎂電池電解液包括三氟甲烷磺酸鎂、氯化鋁、磺酰胺基功能化添加劑以及醚類有機溶劑；本發明專利技術制備的可充鎂電池電解液通過各組分之間的協同作用可以實現鎂的可逆沉積?溶出，賦予電解液與鎂負極親和性好、過電位小、鎂沉積?溶出效率高的特點，具有良好的應用前景；并且，本發明專利技術電解液采用室溫攪拌方式一步原位制備，成本低，且制備工藝步驟少，操作簡單，適于規模化推廣生產。
1、化石能源的持續使用導致了嚴重的環境污染問題。在全球環境治理的背景下，開發綠色、清潔、高效的大型儲能裝置至關重要。鋰離子電池具有高比能量和低自放電率，廣泛用于電子設備和電動汽車。然而，與鋰資源分配相關的限制和不斷上升的原材料成本嚴重阻礙了鋰離子電池的發展。因此，需要探索鋰離子電池以外的替代儲能系統。一價鈉離子(na+、二價鎂離子(mg2+)、鈣離子(ca2+)、鋅離子(zn2+)以及三價鋁離子(al3+)用作可充電離子電池。其中，鎂(mg)金屬表現出低電流電位、大量體積容量和高比容量。并且，地殼中鎂的天然豐度高達2.3％，使得可充電鎂電池在生產成本方面具有優勢。此外，沉積的鎂不易在負極上形成枝晶，這使得電池具有更高的安全性。因此，可充電鎂電池被認為是替代鋰離子電池的有力競爭者。
2、然而，目前可充電鎂電池和鋰離子電池之間存在顯著的性能差距。電解液中的鎂鹽陰離子會分解，導致形成含有mgo、mgs的鈍化層。鈍化層嚴重阻礙了mg2+離子的傳輸，并導致鎂電池中不可逆的電化學。在可充電鎂電池中，電解液是在陰極和陽極之間運輸mg2+的重要載體。優化電解液是解決上述問題的關鍵方法。
3、基于mg(cf3so3)2的醚類電解液具有電壓窗口高、高還原穩定性以及制備簡單等優勢，被認為是可充鎂電池最有潛力的電解液之一。然而，該類電解液具有極其異常的鎂沉積/溶解過電勢；而且，其對雜質非常敏感，不同供應商生產的試劑的性能也有明顯的差異。
r/>技術實現思路
1、針對現有技術存在的上述問題，本專利技術提供了一種可充鎂電池電解液及其制備方法，本專利技術制備的可充鎂電池電解液通過各組分之間的協同作用可以實現鎂的可逆沉積-溶出，賦予電解液與鎂負極親和性好、過電位小、鎂沉積-溶出效率高的特點，具有良好的應用前景；并且，本專利技術電解液采用室溫攪拌方式一步原位制備，成本低，且制備工藝步驟少，操作簡單，適于規模化推廣生產。
2、本專利技術的技術方案如下：
3、一種可充鎂電池電解液，包括三氟甲烷磺酸鎂、氯化鋁、磺酰胺基功能化添加劑以及醚類有機溶劑。
4、優選的，所述磺酰胺基功能化添加劑為對甲苯磺酰胺、甲磺酰胺、乙磺酰胺、本磺酰胺、磺胺、丙基磺酰胺、乙烯磺酰胺、對苯磺酰胺、苯磺酰胺、氟磺酰胺、n-芐基磺酰胺、對甲苯磺酰乙酰胺中的一種或多種。
5、進一步優選的，所述磺酰胺基功能化添加劑為對甲苯磺酰胺、乙烯磺酰胺、磺胺中的一種或多種。
6、進一步優選的，所述磺酰胺基功能化添加劑為對甲苯磺酰胺。
7、本專利技術優選采用對甲苯磺酰胺作為磺酰胺基功能化添加劑，其不僅具有傳統的離子配位能力，還能夠通過與溶劑和鎂離子形成動態自適應的配位結構，提升了鎂電池電解液的綜合性能。在鎂陽極表面，對甲苯磺酰胺(ptsa)能夠形成一層致密的保護膜，從而增強電極與電解液界面的穩定性。這層保護膜通過吸附和自組裝的方式，覆蓋在陽極表面，形成一個物理屏障，防止電解液中的活性物質直接接觸陽極，可以有效減少不利副反應的發生，有助于延長電池的循環壽命。
8、同時對甲苯磺酰胺還具有較高的電化學穩定性，能夠在較寬的電位窗口內保持穩定，不易發生分解或副反應。這一特性確保了其在電解液中能夠長時間發揮作用，進一步提升了電池的循環性能。
9、優選的，所述三氟甲烷磺酸鎂在醚類有機溶劑中的濃度為0.01-2mol/l；所述三氟甲烷磺酸鎂與磺酰胺基功能化添加劑的摩爾比為1：(0.5-1)。
10、進一步優選的，所述三氟甲烷磺酸鎂與磺酰胺基功能化添加劑的摩爾比為1:1。
11、進一步優選的，所述三氟甲烷磺酸鎂在醚類有機溶劑中的濃度為0.1-0.5mol/l。
12、優選的，所述醚類有機溶劑為乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚中的一種或幾種。
13、優選的，所述三氟甲烷磺酸鎂與氯化鋁的摩爾比為1-5：1。
14、作為一個總的專利技術構思，本專利技術提供了一種可充鎂電池電解液的制備方法，包括以下步驟：將三氟甲烷磺酸鎂、氯化鋁、磺酰胺基功能化添加劑與醚類有機溶劑混合攪拌溶解，得到可充鎂電池電解液。
15、本專利技術有益的技術效果在于：
16、1、本專利技術的磺酰胺基功能化添加劑與三氟甲烷磺酸鎂相結合，形成了優化的電解液體系。磺酰胺基結構中的氧原子和硫原子能夠通過氫鍵及其他弱相互作用，與電解質中的極性溶劑分子產生密切相互作用，形成自適應的溶劑殼層。這種動態調整的殼層在電池充放電循環過程中，確保鎂離子在不同電極態下的穩定傳導，并有效減少溶劑與負極之間的副反應。此外，磺酰胺基與三氟甲烷磺酸鎂之間的相互作用進一步優化了電解液的化學穩定性，增強了鎂電池的循環性能和整體能量效率。通過這種添加劑體系，不僅能夠延長電池的使用壽命，還顯著提升了電池的高倍率性能，成功克服了現有技術中的瓶頸問題。這種協同作用充分體現了各成分在提升電池性能方面的潛力。
17、2、在本專利技術中，alcl3作為電解質添加劑，能夠有效調控鎂離子的沉積行為和電解液的電化學性質。具體而言，alcl3能夠通過與電解質中的鎂離子形成復合離子(如[mgalcl4]+)，改變鎂離子的溶劑化環境，增強鎂離子的傳輸能力，并減少鎂電極表面上副反應的發生。這一機制有助于提高鎂電池的可逆性和充放電效率。通過加入alcl3，電解液的導電性、穩定性以及電化學窗口得到優化，進而改善了鎂離子的可逆沉積和溶解行為。alcl3的引入不僅有助于減少鎂表面的鈍化層生成，還能夠有效降低枝晶形成風險，提升電池的循環穩定性。
18、3、本專利技術電解液優選采用乙二醇二甲醚類有機溶劑為溶劑，其通過與電解質中的鎂離子形成穩定的溶劑化殼層，確保鎂離子在充放電過程中能夠高效傳導。具體而言，乙二醇二甲醚類有機溶劑分子通過分子間的弱相互作用，與鎂離子建立平衡的溶劑化環境，減少了枝晶形成和副反應的發生，從而實現了更為穩定的鎂沉積和溶解過程。此外，溶劑分子與電解質中的極性基團產生的動態相互作用，能夠根據電池不同的充放電狀態自適應調整溶劑殼層的結構，確保鎂離子在負極和正極之間的順暢傳輸。這種自適應的殼層調節不僅有效增強了鎂離子的可逆沉積，還改善了電解液與鎂負極的界面穩定性。
19、通過溶劑的優化設計，本專利技術成功克服了傳統四氫呋喃溶劑體系在鎂電池中的局限性，顯著提高了鎂電池的循環穩定性和充放電效率，并延長了電池的使用壽命。這一溶劑與鎂電解質的協同作用，充分體現了在鎂電池技術中提升電化學性能的巨大潛力。
20、4、本專利技術基于磺酰胺基功能化添加劑的可充電鎂電池電解液簡單可行，成本低，且制備工藝步驟少，操作簡單，適于規模化推廣生產。
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【技術保護點】
1.一種可充鎂電池電解液，其特征在于，包括三氟甲烷磺酸鎂、氯化鋁、磺酰胺基功能化添加劑以及醚類有機溶劑。
2.如權利要求1所述的可充鎂電池電解液，其特征在于，所述磺酰胺基功能化添加劑為對甲苯磺酰胺、甲磺酰胺、乙磺酰胺、本磺酰胺、磺胺、丙基磺酰胺、乙烯磺酰胺、對苯磺酰胺、苯磺酰胺、氟磺酰胺、N-芐基磺酰胺、對甲苯磺酰乙酰胺中的一種或多種。
3.如權利要求2所述的可充鎂電池電解液，其特征在于，所述磺酰胺基功能化添加劑為對甲苯磺酰胺、乙烯磺酰胺、磺胺中的一種或多種。
4.如權利要求3所述的可充鎂電池電解液，其特征在于，所述磺酰胺基功能化添加劑為對甲苯磺酰胺。
5.如權利要求1所述的可充鎂電池電解液，其特征在于，所述三氟甲烷磺酸鎂在醚類有機溶劑中的濃度為0.01-2mol/L；所述三氟甲烷磺酸鎂與磺酰胺基功能化添加劑的摩爾比為1：(0.5-1)。
6.如權利要求5所述的可充鎂電池電解液，其特征在于，所述三氟甲烷磺酸鎂與磺酰胺基功能化添加劑的摩爾比為1:1。
7.如權利要求5所述的可充鎂電池電解液，其特征在于，所述三氟甲烷磺酸鎂在醚類有機溶劑中的濃度為0.1-0.5mol/L。
8.如權利要求1所述的可充鎂電池電解液，其特征在于，所述醚類有機溶劑為乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚中的一種或幾種。
9.如權利要求1所述的可充鎂電池電解液，其特征在于，所述三氟甲烷磺酸鎂與氯化鋁的摩爾比為1-5：1。
10.一種如權利要求1-9中任一項所述的可充鎂電池電解液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將三氟甲烷磺酸鎂、氯化鋁、磺酰胺基功能化添加劑與醚類有機溶劑混合攪拌溶解，得到可充鎂電池電解液。
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【技術特征摘要】
1.一種可充鎂電池電解液，其特征在于，包括三氟甲烷磺酸鎂、氯化鋁、磺酰胺基功能化添加劑以及醚類有機溶劑。
2.如權利要求1所述的可充鎂電池電解液，其特征在于，所述磺酰胺基功能化添加劑為對甲苯磺酰胺、甲磺酰胺、乙磺酰胺、本磺酰胺、磺胺、丙基磺酰胺、乙烯磺酰胺、對苯磺酰胺、苯磺酰胺、氟磺酰胺、n-芐基磺酰胺、對甲苯磺酰乙酰胺中的一種或多種。
3.如權利要求2所述的可充鎂電池電解液，其特征在于，所述磺酰胺基功能化添加劑為對甲苯磺酰胺、乙烯磺酰胺、磺胺中的一種或多種。
4.如權利要求3所述的可充鎂電池電解液，其特征在于，所述磺酰胺基功能化添加劑為對甲苯磺酰胺。
5.如權利要求1所述的可充鎂電池電解液，其特征在于，所述三氟甲烷磺酸鎂在醚類有機溶劑中的濃度為0.01-2mol/l；所述三氟甲烷磺酸鎂與磺酰胺基功能化添加劑...
【專利技術屬性】
技術研發人員：羅紹華，孫琪，
申請(專利權)人：東北大學秦皇島分校，
類型：發明
國別省市：
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