镁离子电池是怎么回事？

摘要：由该院主持开发的镁离子电池项目已顺利完成实验室阶段验证，今年底将推出首批镁离子电池样品，明年初将启动中试产线建设，明年下半年有望实现放量中试甚至进入小批量“试生产”。

近日，从重庆超威镁储能研究院获悉，由该院主持开发的镁离子电池项目已顺利完成实验室阶段验证，今年底将推出首批镁离子电池样品，明年初将启动中试产线建设，明年下半年有望实现放量中试甚至进入小批量“试生产”。

镁离子电池是一种基于镁离子（Mg²⁺）在正负极之间可逆迁移的新型储能技术，其核心原理与锂离子电池类似，但具有更高的理论能量密度、更低的成本和更优的安全性，被视为下一代电池技术的重要候选。

工作机制

镁离子电池由金属镁负极、正极材料（如硫化物、过渡金属氧化物）和电解液组成。充电时，镁离子从正极脱出，通过电解液迁移至负极并嵌入；放电时则反向迁移，实现电能与化学能的转换。

与锂离子电池相比，镁离子的二价特性使其理论体积比容量高达 3833 mAh/cm³（约为锂离子电池的 1.5 倍），且镁在地壳中的丰度是锂的 2000 倍，资源供应稳定且成本低廉。

安全性突破

镁在充放电过程中不会形成锂枝晶，从根本上避免了电池短路和热失控风险。实验表明，镁离子电池在过充、挤压等极端条件下仍能保持稳定，其热分解温度比锂电池高 100℃以上。

环境友好性

镁及其化合物无毒或低毒，且镁的回收工艺简单，理论上可实现 100% 循环利用。若 2027 年规模化量产目标达成，其全生命周期碳排放将比锂电池降低 40%。

材料体系挑战

正极材料：传统硫化物（如 Mo₆S₈）虽能实现高循环稳定性（1000 次后容量保持率 > 85%），但理论容量仅 150 mAh/g；过渡金属氧化物（如 MnO₂）容量较高（280 mAh/g），但循环衰减快（前 5 周容量损失 50%）。

2025 年南京工业大学团队开发的 CTAB 改性 Cu₂Se 正极，在硼基电解液中实现了 296.8 mAh/g 的可逆容量，300 次循环后容量保持率达 47%，为目前实验室最优水平。

电解液：早期格氏试剂电解液存在电化学窗口窄（

2025 年重庆超威团队联合潘复生院士开发的新型水系电解液，通过有机 - 无机混合溶剂设计，使镁沉积库伦效率达 95%，且成本降低 30%。

界面与动力学问题

镁离子的高电荷密度导致其在正极材料中的扩散阻力较大，且负极表面易形成钝化膜。2025 年中科院团队提出 “梯度界面工程”，通过在镁负极表面引入氟化镁保护层，将界面阻抗降低 80%，使电池在 - 20℃下仍能保持 80% 的室温容量。

量产时间表

重庆超威镁储能研究院计划 2025 年底推出首批 Ah 级软包电池样品，2026 年启动中试产线，2027 年实现规模化量产，首期产能规划 100 MWh，目标成本降至 0.3 美元 / Wh（较锂电池低 40%）。日本 Furukawa Denchi、美国 Pellion Technologies 等企业也在推进镁电池研发，预计 2028 年前后进入商业化阶段。

应用场景拓展

储能领域：镁电池凭借长循环寿命（目标 20 年）和本质安全性，可替代锂电池用于电网调峰。重庆超威已与国家电投合作，计划 2026 年在四川建设 50 MWh 级镁储能电站，用于光伏消纳。

低速电动车：2025 年超威推出的镁电池样品能量密度达 180 Wh/kg，循环寿命超 2000 次，可使电动三轮车续航提升至 200 公里，成本较铅酸电池降低 15%。

3C 与户外设备：2025 年博容能源开发的镁电池充电宝容量达 20000 mAh，支持 15 分钟快充，已通过 UL 认证，计划 2026 年上市。

当前瓶颈

产业链不完善：高纯镁箔（纯度≥99.95%）和高性能隔膜依赖进口，国内量产工艺尚未成熟。

回收技术空白：目前镁电池回收率不足 5%，缺乏高效的金属镁再生工艺。

政策支持不足：虽被纳入中国 “十四五” 新型储能体系，但补贴力度仅为锂电池的 1/3，制约商业化进程。

技术突破路径

固态电解质：2025 年中科院团队开发的硫化物固态电解质（Li₃PS₄-MgS），离子电导率达 1.2×10⁻³ S/cm，与镁负极界面阻抗

材料创新：2025 年清华大学团队通过原子层沉积技术，在正极表面包覆 Al₂O₃保护层，使镁离子扩散系数提升 3 倍，循环寿命延长至 3000 次。

回收体系建设：重庆大学团队研发的熔盐电解再生技术，可将退役镁电池中的镁回收率提升至 98%，成本降至 1.5 万元 / 吨，计划 2027 年建成中试线。