[发明专利]一种镁离子电解质溶液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镁离子电解质溶液及其制备方法，电解质溶液是由溶剂、增效剂和镁离子载体组成。所述的溶剂是强极性、高介电常数、高沸点有机化合物，如二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺；增效剂是咪唑类阳离子与阴离子结合的化合物；镁离子载体是硫氰酸镁、有机酸镁盐中的一种或数种；其中溶剂和增效剂的重量比为1:1至2:1，镁离子载体占电解质溶液总重量的10％至20％。利用本发明的方法制备得到的这种镁离子电解质溶液适用于各种镁离子电池。

技术领域

本发明属于能源领域，具体涉及一种镁离子电解质溶液及其制备方法。

背景技术

镁离子电池具有和锂离子电池相近的能量密度，并且在安全性能和综合成本等方面优于锂离子电池，使得镁离子电池被认为是有可能替代锂离子电池的下一代动力电池。目前对镁离子电池的研究主要集中在电极材料上。很多研究者试图通过改善碳阴极材料来提高电池的总体能量密度和综合性能，而在电解质溶液方面所受关注较少。电解质溶液研发滞后，已成为制约镁离子电池进入商业性应用的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种镁离子电解质溶液及其制备方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

本发明提供的镁离子电解质溶液，它是由溶剂、增效剂和镁离子载体组成，其中溶剂和增效剂的重量比为1:1至2:1；镁离子载体占电解质溶液总重量的10％至20％。

所述的溶剂是强极性、高介电常数、高沸点有机化合物，包括但不限于二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DEF)中的一种或数种。

所述的增效剂是咪唑类阳离子与阴离子结合的化合物。咪唑类阳离子的代表如：1-乙基-3-甲基咪唑，1-丁基3-甲基咪唑，1-己基-3-甲基咪唑，1-十六烷基-3-甲基咪唑中的一种或数种；阴离子的代表如：硫氰酸根，三氟甲磺酸根，三氟代甲烷亚磺酸根等。此类化合物可以是购置的商业产品，也可以按以下方法制备：

1)将氯化1-乙基-3-甲基咪唑，或氯化1-丁基-3-甲基咪唑，或氯化1-己基-3-甲基咪唑，或氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑溶于甲醇或乙醇，得到氯化咪唑类化合物的溶液。

2)将摩尔数与氯化咪唑类化合物相等的所述阴离子的钠盐、钾盐或铵盐溶于甲醇或乙醇，得到所述阴离子的钠盐、钾盐或铵盐的溶液。

3)在搅拌的同时，将两种溶液快速混合，并继续搅拌10至30分钟。静置4至8小时后，离心或过滤去除沉淀的氯化物，得到清液。

4)将清液在不超过100℃温度下加热，直至醇类溶剂完全蒸发，得到相应的增效剂。

所述的镁离子载体是硫氰酸镁、有机酸镁盐中的一种或数种，包括但不限于硫氰酸镁、三氟甲基磺酸镁、三氟代甲烷亚磺酸镁。

所述硫氰酸镁、三氟甲基磺酸镁、三氟代甲烷亚磺酸镁等有机酸镁盐可以是商业产品，也可以通过如下方法制备：

1)将氯化镁溶于甲醇或乙醇，得到氯化镁的溶液。

2)将摩尔数两倍于氯化镁的所述阴离子的钠盐、钾盐或铵盐溶于甲醇或乙醇，得到所述阴离子的钠盐、钾盐或铵盐的溶液。

3)在搅拌的同时，将两种溶液快速混合，并继续搅拌10至30分钟。静置4至8小时后，离心或过滤去除沉淀的氯化物，得到清液。

4)将清液在不超过100℃温度下加热，直至醇类溶剂完全蒸发，得到相应的镁离子载体。

本发明提供的镁离子电解质溶液的制备方法，是先将增效剂溶解于溶剂，再加入镁离子载体，混合均匀并搅拌，直至完全溶解，然后将溶液加热至100至140℃，恒温1至4小时以除去水分。其中溶剂和增效剂的重量比为1:1至2:1；镁离子载体占电解质溶液总重量的10％至20％。