具有宽电化学窗口的Mg(TFSI)2基镁离子电池电解液

镁离子电池的主要问题之一便是能实现可逆镁离子沉积、同时又具备较高的电化学窗口的电解液不是很好得到。Mg(TFSI)2体系电解液相比于复杂的有机烷卤盐电解液来说，因为其电化学窗口高，不用制备等优点，正在被越来越多的科学家所研究。由于在常用的酯类电解液中不能实现可逆的镁离子沉积，不得不采用电化学窗口比较低的醚类溶剂。

韩国的Nam-Soon Choi团队提出了一种很有应用前途的电解液，他们将Mg（TFSI）2粉末溶解于甘醇二甲醚/二甘醇二甲醚的混合溶剂中，用于改善的镁（Mg）电池的电化学性能。 这种电解质在铝箔集流体上的显示出很高的阳极稳定性并可以实现Mg离子在Mg电极上的剥离以及在不锈钢、铜箔上的沉积。

在0.3M Mg（TFSI）2甘醇二甲醚/二甘醇二甲醚中以1C速率循环条件下，通过SEM图可以清楚地看到非树突状的Mg离子沉积团簇由约50纳米的球组成。而且，Mg（TFSI）2基电解液与Chevrel相Mo6S8（一种充电效率高，电压为3.4V（相对于Mg / Mg2 +）
）十分相容。

图一 不同溶剂的结构式、亲核性（Donor number）与沸点

图二 （a）二甘醇二甲醚溶剂、溶于二甘醇二甲醚的0.1,0.3和0.5M Mg（TFSI）2电解液和Mg（TFSI）2盐的FT-IR光谱。插图显示了一个Mg2+离子与二甘醇二甲醚溶剂之间的离子 – 偶极相互作用的示意图。 （b）（A）纯甘醇二甲醚，（B）0.1M Mg（TFSI）2溶解在甘醇二甲醚，（C）0.3M Mg（TFSI）2溶解在甘醇二甲醚，（D）室温下0.3MMg（TFSI）2溶解在甘醇二甲醚/二甘醇二甲醚中的照片。 （c）各种电解质和溶剂的线性扫描伏安图。对电极为不锈钢（SS）或铝（Al），扫描速率为20mV/ s。 （d）LiTFSI和Mg（TFSI）2在1：1/DME：DGM溶剂中的线性扫描伏安图（LSV）

从低浓度电解液分层或者浑浊说明尽管甘醇二甲醚相对于二甘醇二甲醚具有更的亲核性（24千卡/摩尔），如表1所示，但Mg（TFSI）2盐在浓度超过0.1M时不易溶解在甘醇二甲醚溶剂中。在0.3M Mg（TFSI）2的甘醇二甲醚溶液中观察到两个分离的层。这个结果表明基于离子-偶极相互作用的机理，有机溶剂不仅要高溶剂化能力但也应形成稳定的溶剂化球。

图三 不同电解液恒电流充放电测试。（a）甘醇二甲醚/二甘醇二甲醚中过电位曲线（b）在C / 40的第一个循环后，以C / 20的速率循环（c）Mg /Cu初始过电位，电流密度为0.0188 mA / cm2（对应的速率为将C / 40）。

图四 （a）Mg / Mo6S8电池的第一次放电和充电曲线，C / 50的倍率，0.3-1.75V。左图显示在第一次放电5小时期间对电池施加C / 500速率，然后增加至C / 50。 （b）Mg /Mo6S8电池的循环性能，C / 30。 （c）Mg / Mo6S8电池的放电和充电曲线，C / 30，0.5-1.75V。（d）Mg /Mo6S8电池的循环特性。

相关工作：Magnesium(II) Bis(trifluoromethanesulfonyl) Imide-Based Electrolytes with Wide Electrochemical Windows forRechargeable Magnesium Batteries. Se-Young Ha, Yong-Won Lee, Sang Won Woo,Bonjae Koo, Jeom-Soo Kim, Jaephil Cho, Kyu Tae Lee, and Nam-Soon Choi ACS Applied Materials &Interfaces 2014 6 (6), 4063-4073