介绍
4-氯丁基甲基醚（4-Chlorobutyl methyl ether，简称 CME）是一种兼具配位调控与界面改性能力的功能型醚类溶剂，本质上它是一种线性脂肪族氯代醚化合物，分子结构由端位氯取代的丁基链与甲氧基共同构成，分子式为 C₅H₁₁ClO。醚键上的氧原子具备孤对电子配位能力，可参与金属阳离子的溶剂化鞘层构建；碳链末端的氯原子具有一定的界面反应活性，能够在电极表面参与成膜反应。它既可以作为共溶剂融入电解液主体体系，调控离子溶剂化环境，又能在电化学反应过程中参与界面相构建，实现从体相到界面的全维度电解液改性。
图一 4-氯丁基甲基醚
在镁电池电解液的应用
传统双三氟甲磺酰亚胺镁（Mg (TFSI)₂）/1,2 - 二甲氧基乙烷（DME）电解液因离子电导率高、氧化稳定性好、成本低廉，是最具产业化潜力的镁电解液体系之一。但该体系存在难以回避的界面钝化问题。基于4-氯丁基甲基醚的超稀电解液设计，通过将 Mg (TFSI)₂浓度降至 0.02 M 的超稀水平，从根源上减少 TFSI⁻阴离子的总量，抑制阴离子分解产钝化；同时引入 CME 作为功能共溶剂，同时承担优化溶剂化结构与构建防护界面的双重功能，实现低浓度下的高可逆镁沉积溶解。
作用机制
4-氯丁基甲基醚在镁电解液中的性能增益，源于溶剂化结构调控与界面相构建的多重机制协同。
量子化学计算与核磁表征结果证实，在 DME/4-氯丁基甲基醚混合溶剂体系中，CME 会参与 Mg²⁺的溶剂化鞘层，形成 [MgCME (DME)₂]²⁺的优势溶剂化构型。与纯 DME 体系中的 [Mg (DME)₃]²⁺相比，该构型的溶剂化能更低（-329.1 kcal/mol vs -309.4 kcal/mol），Mg-O 键长从 1.97-1.99 Å 延长至 2.03-2.04 Å，说明 Mg²⁺与溶剂分子的配位作用被弱化。这种松配位的溶剂化结构显著降低了 Mg²⁺在界面处的脱溶剂化能垒，加快了界面电荷转移动力学，是提升反应速率、降低极化过电位的核心体相原因。
在电化学循环过程中，4-氯丁基甲基醚会在镁负极表面优先分解，参与形成富氯的有机 - 无机复合界面相。X 射线光电子能谱（XPS）与能谱表征证实，循环后的负极表面出现显著的 MgClₓ物种，氯元素均匀分布在电极表面。这种富氯界面相具有极低的 Mg²⁺表面扩散势垒，能够高效导通二价镁离子；同时致密均匀的界面层可以阻隔电解液本体与镁负极的直接接触，从动力学上抑制 TFSI⁻阴离子与 DME 溶剂的副反应分解，大幅减少钝化产物的生成。
图二 作用机制图
0.02 M 的超低盐浓度与4-氯丁基甲基醚的界面防护形成协同效应：超低盐浓度从源头减少了 TFSI⁻的总量，使阴离子衍生的无机钝化产物大幅减少；CME 构建的富氯界面则进一步阻挡了剩余阴离子与溶剂的分解反应。二者结合彻底扭转了传统电解液中钝化层持续累积的局面，实现了长期稳定的可逆循环。
电化学性能
基于 0.02 M Mg (TFSI)₂-DME/4-氯丁基甲基醚的最优电解液体系（30% 体积分数 CME），镁负极展现出全面提升的电化学性能，多项指标达到同类体系先进水平。在反应动力学方面，该电解液体系的交换电流密度达到 0.153 mA cm⁻²，较不含 CME 的超稀电解液提升三个数量级；镁对称电池的临界电流密度（CCD）可达 8.4 mA cm⁻²，体现出优异的大电流耐受能力。在循环稳定性方面，Mg//Mg 对称电池在 0.1 mA cm⁻²、0.1 mAh cm⁻² 的测试条件下，可稳定循环 900 h，沉积过电位仅为 70 mV；即使在 2 mA cm⁻²、1 mAh cm⁻² 的严苛测试条件下，电池仍可稳定循环 400 h，过电位维持在 0.3 V 左右，远优于传统电解液体系。
图三 循环稳定性
在沉积可逆性方面，Mg//Cu 不对称电池的平均库伦效率达到 98.07%，循环100圈无明显衰减；沉积的镁层形貌均匀平整，无明显枝晶与死镁生成。此外，该电解液与 CuS 正极匹配的镁全电池电压滞后显著降低，电化学性能明显提升，验证了其在完整电池体系中的适配性[1]。
参考文献
[1]Wang C ,Wu X ,Xia Y , et al.An ultra-dilute Mg(TFSI)2 based electrolyte enabling reversible Mg metal anode.[J].Journal of colloid and interface science,2025,700(Pt 2):138459.DOI:10.1016/J.JCIS.2025.138459.