稳定钝化层的形成及强烈的静电相互作用阻碍了镁离子（Mg²⁺）在镁负极表面的扩散，构建人工固态电解质界面（SEI）层是克服这一限制的有效策略。
2025年2月17日，重庆大学潘复生院士、袁媛团队在Advanced Functional Materials期刊发表题为“Bifunctional Synergistic Mg@SnSb SEI for Low Interfacial Reaction Energy Barriers and Stable Cycling of High-Performance Rechargeable Magnesium Batteries”的研究论文，团队成员彭先浩为论文第一作者，袁媛为论文通讯作者。
该研究通过负极与三氟甲磺酸锡和三氯化锑（Sn（OTf）₂-SbCl₃）电解质的原位反应，构建了一种具有协同效应和结构稳定性的Mg@SnSb SEI，该电解质具有较低的LUMO能级（最低未占据分子轨道）。原位生成的多相 SEI 有效降低了界面反应能垒，并在镁沉积和镁剥离过程中促进Mg²⁺的扩散。此外，纳米晶微结构的形成提高了镁沉积/剥离的均匀性，并抑制了OTf⁻阴离子和DME溶剂分子的分解。采用 Mg@SnSb SEI的镁负极表现出极低的过电位（低于0.07 V）和超长循环寿命（超过1500小时）。采用该体系的Mg@SnSb||Mo₆S₈全电池展现出卓越的电化学性能，经过400多次循环后仍保持94%以上的初始容量。
https://doi.org/10.1002/adfm.202422278
研究人员通过负极与Sn（OTf）₂-SbCl₃电解质的原位反应，成功构建了协同增强且结构稳定的Mg@SnSb SEI。该Mg@SnSb负极表现出极低的过电位（−0.07 V），并实现了超长的1500小时循环寿命。此外，该方法在多种电解质体系均具有广泛的适用性。采用该体系的全电池展现出优异的电化学稳定性，经过400多次循环后容量保持率超过94%。该研究为多元素SEI设计及协同效应提供了重要的研究思路，为高性能、实用化可充镁电池的发展奠定了基础。
图1. a） 镁负极的SEM图像及EDS映射；b） 截面图像；c） 裸镁与Mg@SEI的照片；d-e） Mg@SnSb电极的SEM图像及EDS映射。
图2. a） 裸镁、Mg@SnSb、Mg@Sb和Mg@Sn电极的XRD图谱；b） Mg@SnSb、Mg@Sb和Mg@Sn电极的FTIR图谱；c） Mg@SnSb电极的Sn 3d，d） Sb 3d/O 1s，e） S 2p和f） C 1s XPS光谱；g） Mg（OTf）₂-SbCl₃和Sn（OTf）₂-SbCl₃的ESP分布；h） Sn（OTf）₂（DME）x和SbCl₃（DME）x复合物的形成能（以eV为单位）与DME配位的关系；i） Mg（OTf）₂-2DME、Sn（OTf）₂-2DME、Mg（OTf）₂-SbCl₃和Sn（OTf）₂-SbCl₃的LUMO/HOMO能级。
图3. a） Mg@SnSb SEI的TEM图像；b） HAADF-STEM对应的EDS元素分布；c） 不同放大倍率下的Mg@SnSb SEI的HRTEM图像；d,f） Mg@SnSb SEI的HRTEM图像；e,g） Mg@SnSb SEI的SAED图像；h） Mg@SnSb SEI原位形成的示意图。
图4. a） 使用Mg@SEI电极的对称电池的EIS谱图；b） 不同温度下Mg@SnSb的对称电池的EIS演变；c） 通过Arrhenius方程计算的Mg@SEI电极的激活能；d） 计算的Mg@SEI电极的交换电流密度；e） Mg原子在Sn（200）、Sb（012）、SnSb（101）、Mg₂Sn（100）、Mg₃Sb₂（103）、MgCl₂（001）和Mg（002）表面上的吸附结构及对应的吸附能；f） 计算的镁在Sb、SnSb和Mg₃Sb₂中的迁移能垒。
图5. a） 在0.5 mA cm−2电流密度下Mg@SEI电极的成核和平台过电位；b） 0.5 mA cm−2电流密度和0.5 mA h cm−2容量条件下对称电池的电压曲线；c） 不同电流密度（从0.5到3 mA cm−2）下对称电池的倍率性能；d） 在1 mA cm−2电流密度和1 mA h cm−2容量条件下对称电池的电压曲线；e） 在0.5 mA cm−2电流密度和0.5 mA h cm−2容量条件下非对称电池的电压曲线；f） 不同Mg@SEI电极的非对称电池的循环伏安法（CV）曲线。
图6. a） Mg@SnSb电极的镁沉积形貌SEM图像；b） Mg@SnSb电极的镁剥离形貌SEM图像；c） 去除Mg@SnSb SEI后的Mg@SnSb的SEM图像；d） 经过500个循环（1000小时）后的Mg@SnSb SEI的HRTEM图像；e） 经过500个循环（1000小时）后的Mg@SnSb SEI的SAED图像；f） Mg@SnSb SEI的元素比例；g,h） 经过500个循环后的Mg@SnSb电极的Sn 3d和Sb 3d/O 1s XPS光谱；i） 采用Sn─Sb电解液，经过500个循环后的Mg@SnSb电极的TOF-SIMS深度剖面图；j） 经过500个循环后Mg@SnSb电极的Sn−、Sb−、MgO−、MgF−、CH₃O−和CSO₃F₃−二次离子的3D分布图；k） Mg@SnSb SEI层的示意图。
图7. a） 0.1 mV s−1扫描速率下Mg@SnSb||Mo₆S₈的CV曲线；b） 不同电流密度（从0.15 C到4 C）下Mg@SnSb||Mo₆S₈的倍率性能；c） 0.4 C的电流密度下Mg@SnSb||Mo₆S₈的循环性能；d） 1 C的电流密度下Mg@SnSb||Mo₆S₈的循环性能；e） Mg||Mg对称电池在不同循环后的电解液的ICP-OES表征；f） Mg@SnSb||Mo₆S₈在持续原位反应影响下的示意图；g） 将该研究的半电池与全电池性能与近期镁负极SEI研究进行对比的雷达图。
总之，通过Sn（OTf）₂-SbCl₃电解液与镁负极之间的原位反应，形成了一种致密且稳固的Mg@SnSb SEI层。高反应性可归因于Sn（OTf）₂向SbCl₃的协同电子转移，导致较低的LUMO能级（−2.35 eV）。在SEI中，SnSb、Mg₃Sb₂和Mg₂Sn的优异镁亲和力显著降低了Mg²⁺在SEI内的去溶剂化和成核能垒。因此，Mg@SnSb电极在循环过程中表现出低于0.07 V的极低过电位。此外，SEI由独特的纳米尺寸合金和多相混合结构的Sn-Sb化合物组成，有效促进了镁的均匀沉积和剥离，促进了Sn-Sb电池实现了超过1500小时的长循环寿命。Sn（OTf）₂-SbCl₃电解液与镁负极之间的原位反应，使Mg@SnSb SEI在循环过程中逐渐演变。这一动态过程有效地隔离了阴离子和溶剂与镁负极的直接接触，从而减轻了副反应的发生。原位形成的SEI促进了Mg@SnSb||Mo₆S₈全电池展现出卓越的电化学性能，经过超过400次循环后，容量保持率仍保持在94%以上。
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