【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学，具体涉及一种低温高熵可充镁电池电解液的制备方法和应用。
技术介绍
1、电化学储能(ees)技术的发展推动了电池电子设备的普及，使人们能够进入一个可持续和更清洁的社会。除了便携式电子设备外，电池在许多新领域也引起了更多的关注，比如电动汽车、电网存储、太空探索、国防应用和海底作业。这些应用通常具有较差的工作环境，这要求电池具有更高的性能，尤其是低温工作温度范围；例如，高海拔或纬度环境所需的工作温度为-60℃，而在太空探索中可能低至-100℃。
2、可充镁电池作为储能的新兴产业之一，具有低成本，不易产生枝晶以及安全性能高等优点，受到了研究者们的广泛关注。但是受极端低温的影响，电池易发生容量损失、循环寿命缩短以及溶解度和离子电导率降低等现象。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术通过增加电解液中的成分多样性，获得较大的构型熵，使电解液形成小尺寸高扩散率的离子簇溶剂化结构，从而改善电解液在低温下的离子电导率，实现高效的沉积溶解效率，并且其制备方法简单，制备条件温和，有利于扩大化生产。
2、为了达到上述目的，本专利技术可以采用以下技术方案：
3、本专利技术一方面提供一种低温高熵可充镁电池电解液，其包括镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂，其中，镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂的组分数量分别为x、y和z，x+y+z≥5，x≥1，y≥0，z≥1；且镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂的摩尔分数分别为xi、yi和zi，xi≥5％，且sconfig为构型熵，
4、需要说明的是，本专利技术电解液中主要包含溶剂化镁离子(ssip)、溶剂化接触离子对(cip)和阴离子-溶剂-镁离子团簇(agg)，多组分的存在有利于降低局部镁离子团簇的有序度和尺寸，降低电解液凝固点并提高离子电导率；同时，高熵电解液的多样性溶剂化结构会诱导形成均匀、致密、弥散复合的有机-无机复合sei膜，提高镁和电解液界面的离子传输动力学和稳定性；此外，弱配位低熔点溶剂的引入也可以降低镁离子团簇的脱溶剂化能垒，降低界面离子输运能垒。
5、还需要说明的是，本专利技术中术语“组分数量”指的同一种物质不同种类的数量，比如镁盐为x指的是镁盐含有x种镁盐，y指的是低熔点溶剂中含有y种低熔点溶剂，z指的是强配位溶剂含有y种强配位溶剂。另外，上述的通用气体常数(r)为本领域所公知的，r＝8.314jk-1·mol-1。
6、还需要说明的是，本专利技术属于“摩尔分数”指的是某一种物质的摩尔量占据所有物质组分的总摩尔量的百分比，比如镁盐的摩尔分数为xi，xi为30％时，指的是镁盐的摩尔量占据镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂的总摩尔量的30％；再比如，低熔点溶剂的摩尔分数为yi，yi为35％时，指的是低熔点溶剂的摩尔量占据镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂的总摩尔量的35％；再比如，强配位溶剂的摩尔分数为zi，zi为35％时，指的是强配位溶剂的摩尔量占据镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂的总摩尔量的35％。
7、还需要说明的是，本专利技术中“低熔点溶剂”的目的是可以使得镁盐在低温情况下即能很好的分散在溶剂中，又能保证电解液不凝固，所以“低熔点溶剂”可以根据需要的工作温度对“低熔点溶剂”进行选择，优选熔点低于-40℃的溶剂或者低于-60℃的溶剂；当然，若工作温度在-20℃左右时，“低熔点溶剂”也包括熔点低于-20℃的溶剂。另外，强配位溶剂的作用是提高电解质的溶解度，实现低温可逆沉积溶解。
8、还需要说明的是，镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂的摩尔分数中，如果镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂选择两种及以上则按照两种的总和进行计算；另外，镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂选择两种及以上时，其比例可以随意调配，但是需要保证电解液中sconfig≥1.5r；比如，镁盐是两种及以上，两种及以上镁盐之间的摩尔比可以相同或者不同，若低熔点溶剂是两种及以上，则两种及以上的低熔点溶剂体积也可以相同或不同，若强配位溶剂是两种及以上，则两种及以上的低熔点溶剂体积也可以相同或不同。
9、还需要说明的是，如上所述，本专利技术中的低温高熵可充镁电池电解液中可以包括低熔点溶剂，也可以不包括低熔点溶剂；在此基础上，值得注意的是，由于本专利技术中的某些强配位溶剂也可能同时具备低熔点的属性，同属于低熔点溶剂；所以，本专利技术中的不包含低熔点溶剂的技术方案中并非不包含具有低熔点属性的强配位溶剂，仅仅是指不包含不具有强配位能力以外的其他低熔点溶剂；即本专利技术中的强配位溶剂同时属于低熔点溶剂时，在不包含低熔点溶剂的技术方案中，依然可以包含该属于低熔点溶剂的强配位溶剂。
10、具体地，举例说明如下：在一些具体实施例中，本专利技术中低温高熵可充镁电池电解液可以是这样的：其包括镁盐和强配位溶剂，其中，强配位溶剂同时具备低熔点属性，属于低熔点溶剂；在一些具体实施例中，本专利技术中低温高熵可充镁电池电解液还可以是这样的：其包括镁盐和强配位溶剂，其中，强配位溶剂不具备低熔点属性；在一些具体实施例中，本专利技术中低温高熵可充镁电池电解液还可以是这样的：其包括镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂，其中，强配位溶剂可以是具备低熔点属性，也可以是不具备低熔点属性，低熔点溶剂是不具备强配位能力的其他具备低熔点属性的溶剂。
11、还需要说明的是，在上述基础上，当本专利技术中的低温高熵可充镁电池电解液仅含有镁盐、和强配位溶剂时，强配位溶剂可以优选具有低熔点属性的溶剂。
12、优选地，上述镁盐可以选自六氟异丙基硼酸镁、三氟乙基硼酸镁、甲基硼酸镁、六氟异丙基镁、三氟乙基镁、全氟叔丁基镁、双(六甲基二硅叠氮)镁、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺镁和三氟甲基磺酸镁、三(2,2,2-三氟乙基)硼酸镁和单碳十二硼烷镁中至少一种。
13、需要说明的是，如上所述本专利技术中镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂的组分数量需要≥5，镁盐的组分数量x需要≥1，当x为1时，镁盐可以优上述镁盐中的任一种，当x为2时，镁盐可以优上述镁盐中的任两种，依此类推。另外，上述的镁盐应用在本专利技术的电解液中，制备得到的电解液的性能优于其他镁盐。
14、优选地，低熔点溶剂可以选自醚类溶剂。需要说明的是，醚类溶剂具有更优异的化学稳定性、低熔点以及高介电常数的特性，可以给电解液提供更好的低温工作环境，所以本专利技术中的低熔点溶剂优选醚类溶剂。
15、优选地，上述醚类溶剂可以选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环、4-甲基-1,3-二氧六环、四氢吡喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的至少一种。
16、需要说明的是，如上所述，镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂的组分数量需要≥5，低熔点溶剂的组分数量y可以≥0；在一些具体实施例中，当y为1时，低熔点溶剂可以优选上述醚类溶剂中的任一种；在一些具体实施例中，当y为2时，低熔点溶剂可以优选上述醚类溶剂中的任两种，依此类推。另外，上述的醚类溶剂作为低熔点溶剂应用在本专利技术的电解液本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低温高熵可充镁电池电解液，其特征在于，其包括镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂，其中，镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂的组分数量分别为X、Y和Z，X+Y+Z≥5，X≥1，Y≥0，Z≥1；且镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂的摩尔分数分别为Xi、Yi和Zi，Xi≥5％，且Sconfig为构型熵，Sconfig≥1.5R，R为通用气体常数。
2.根据权利要求1所述的低温高熵可充镁电池电解液，其特征在于，镁盐选自六氟异丙基硼酸镁、三(2,2,2-三氟乙基)硼酸镁、三氟乙基硼酸镁、甲基硼酸镁、六氟异丙基镁、全氟叔丁基镁、三氟乙基镁、双(六甲基二硅叠氮)镁、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺镁和三氟甲基磺酸镁和单碳十二硼烷镁中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的低温高熵可充镁电池电解液，其特征在于，低熔点溶剂选自醚类溶剂。
4.根据权利要求3所述的低温高熵可充镁电池电解液，其特征在于，醚类溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环、4-甲基-1,3-二氧六环、四氢吡喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二
5.根据权利要求1、2或4所述的低温高熵可充镁电池电解液，其特征在于，强配位溶剂选自胺类溶剂。
6.根据权利要求5所述的低温高熵可充镁电池电解液，其特征在于，胺类溶剂选自2-甲氧基乙胺、3-甲氧基丙胺、1-甲氧基-2-丙胺和2-乙氧基乙胺、二氨基甲氧基甲烷、4-甲氧基丁胺、3-乙氧基丙胺、3-异丙基丙胺、3-丁基丙胺和2-丙氧基乙胺中至少一种。
7.权利要求1至6中任一项权利要求所述的低温高熵可充镁电池电解液的制备方法，其特征在于，包括将镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂混合，搅拌，制得低温高熵可充镁电池电解液。
8.根据权利要求7所述的低温高熵可充镁电池电解液的制备方法，其特征在于，搅拌包括经磁力搅拌反应12h-24h和/或整个制备过程在惰性气氛下进行，其水氧含量均低于0.01ppm。
9.根据权利要求7或8所述的低温高熵可充镁电池电解液的制备方法，其特征在于，制备方法还包括将低熔点溶剂和强配位溶剂分别进行预处理，预处理方法包括：将低熔点溶剂或强配位溶剂与钠混合，在惰性气氛下重蒸，将蒸出的溶剂中加入经过300℃-400℃高温活化后的4A型分子筛，密封并置于惰性气氛下保存。
10.低温可充镁电池，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项权利要求所述的低温高熵可充镁电池电解液。
...【技术特征摘要】
1.一种低温高熵可充镁电池电解液，其特征在于，其包括镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂，其中，镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂的组分数量分别为x、y和z，x+y+z≥5，x≥1，y≥0，z≥1；且镁盐、低熔点溶剂和强配位溶剂的摩尔分数分别为xi、yi和zi，xi≥5％，且sconfig为构型熵，sconfig≥1.5r，r为通用气体常数。
2.根据权利要求1所述的低温高熵可充镁电池电解液，其特征在于，镁盐选自六氟异丙基硼酸镁、三(2,2,2-三氟乙基)硼酸镁、三氟乙基硼酸镁、甲基硼酸镁、六氟异丙基镁、全氟叔丁基镁、三氟乙基镁、双(六甲基二硅叠氮)镁、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺镁和三氟甲基磺酸镁和单碳十二硼烷镁中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的低温高熵可充镁电池电解液，其特征在于，低熔点溶剂选自醚类溶剂。
4.根据权利要求3所述的低温高熵可充镁电池电解液，其特征在于，醚类溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环、4-甲基-1,3-二氧六环、四氢吡喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的至少一种。
5.根据权利要求1、2或4所述的低温高熵可充镁电池电解液，...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭双双，阙紫玮，李凌杰，黄光胜，王敬丰，潘复生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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