青岛能源所崔光磊、葛雪松/青岛大学李洪亮AM：堵不如疏！高温镁金属电池的界面难题有了新解法

高温电池作为特种电池的重要分支，在资源勘探、航空航天、军事装备及车载电子设备等多个领域具有广泛应用。由于镁金属具备优异的化学稳定性、高熔点及不易生长枝晶等优势，镁金属电池被认为是开发耐高温特种电源的理想选择。但高温镁金属电池的发展面临着一个大难题：镁金属负极界面处的持续副反应会导致电池性能迅速衰减，甚至引发安全隐患。由于镁金属比较活泼，会和大多数电解质发生副反应，高温会进一步加剧这些副反应。那么，我们能不能像治理河流一样， “ 堵不如疏 ” ，通过合理引导界面处的反应，原位构筑稳定的界面层来稳定电池的界面？

最近， 青岛能源所 崔光磊研究员 、 葛雪松副研究员 联合 青岛大学 李洪亮教授 找到了一种新方法 —— 利用 多功能二胺添加剂 ，原位交联聚合物电解质的同时生成大量的季铵根。季铵根的还原稳定性较差且和镁负极有较高的结合能，容易吸附在镁金属电池负极表面并优先分解以原位构筑一层稳定的固体电解质界面层，让电池在高达 180 °C 的温度下仍然可以稳定运行！相关工作以“ In-Situ Cross-linking and Interfacial Engineering via Multifunctional Diamine Additive for High-Temperature Magnesium Metal Batteries ”发表在《 Advanced Materials 》上。

破解之道：构建高温稳定的 “ 保护层 ”

研究团队受 “ 堵不如疏 ” 的启发，提出了一种聚合物优先分解并原位构筑高温导镁界面层的策略（图 1 ），通过在聚环氧氯丙烷体系中引入多功能二胺添加剂 1,4- 二氮杂双环辛烷（ DABCO ） ，得到 原位交联聚合物电解质 （ MgB@CGPE ）。交联过程不仅提高了聚合物电解质的力学性能，产生的季铵根还能在镁金属负极表面优先吸附、分解形成一种 富含 Mg ₃ N ₂ （及相关的 Mg-N-H 复合物） 的梯度界面层 。这种界面层可以：

✅ 降低镁离子在界面处的迁移能垒

✅ 抑制电解质在界面处的持续分解

简单来说，就是让电解质在负极表面 “ 优先分解 ” 出一层稳定的保护膜，从而实现更高效的镁离子传输，同时大幅减少副反应的发生；同时，原位交联的电解质本身较好的热稳定性、力学性能及电化学性能也助力了电池性能的提升。

图 1. MgB@CGPE 的物理性质及其原位衍生界面的设计理念

图 2. MgB@CGPE 的合成及其物理性能表征

图 3. MgB@CGPE 的基本电化学性能及和镁负极的兼容性

图 4. 负极固体电解质界面相（ SEI