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マグネシウム二次電池用電解液およびそれを用いたマグネシウム二次電池 NEW コモンズ

国内特許コード P190016459
整理番号 DP1804
掲載日 2019年10月31日
出願番号 特願2017-104046
公開番号 特開2018-200772
出願日 平成29年5月26日(2017.5.26)
公開日 平成30年12月20日(2018.12.20)
発明者
  • 土井 貴之
  • 稲葉 稔
  • 増本 将士
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 マグネシウム二次電池用電解液およびそれを用いたマグネシウム二次電池 NEW コモンズ
発明の概要 【課題】電位窓が広く、優れた充放電特性を実現できるマグネシウム二次電池用電解液およびそれを用いたマグネシウム二次電池を提供する。
【解決手段】電解質としてトリフルオロ酢酸マグネシウム(Mg(CF3COO)2)を、溶媒として環状エステルを含むことを特徴とするマグネシウム二次電池用電解液、および、前記電解液を含むマグネシウム二次電池。前記電解液を含む二次電池は、ナトリウムイオン濃度が低い場合であっても、作動温度を40℃以上とすることにより、マグネシウムの溶解・析出反応が進行する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要 現在、スマートフォン、携帯電話、タブレット等のモバイル機器や、電気自動車等の電源として、リチウムイオン二次電池が一般に使用されているが、リチウムイオン二次電池は材料費が高く、また、リチウム資源が偏在するため、原料調達の面で問題が指摘されている。
このためリチウムイオン二次電池に代わる次世代革新型二次電池の開発が求められており、その有力候補としてマグネシウム(Mg)金属を負極に用いるマグネシウム二次電池が注目されている。

マグネシウム金属は標準電極電位の低さ、高い体積理論容量、資源の豊富さ、デンドライト析出をしないことによる安全性の高さの点から次世代二次電池の負極活物質として注目されている。

しかしながら、マグネシウム二次電池を実用化するためには克服すべき課題も多い。例えば、マグネシウム二次電池の実用化のためには、マグネシウム金属の溶解・析出反応を可逆的に進行させる(すなわち、充電・放電を安定に行う)ための電解液が必要である。これに関連して、非特許文献1には、負極としてマグネシウム金属、電解液としてグリニャール試薬を含むテトラヒドロフラン溶液、陽極としてMo68を用いたマグネシウム二次電池が報告されているが、非特許文献1に記載されているサイクリックボルタモグラムから、この電解液を用いた場合、特にマグネシウムの溶解反応が遅いことが読み取れる。また、この電解液は2.5V未満(マグネシウム参照極に対する電位)で分解し始めるので、この電解液を用いて2.5V以上の実用電圧を有するマグネシウム二次電池を設計することは不可能である。

リチウムイオン二次電池では、電位窓の広い環状エステル系電解液を使用して、約4Vの電圧および約150~200mAh/gの放電容量が実現されているため、マグネシウム二次電池でもリチウムイオン二次電池と同様に、環状エステル系電解液を提案する文献
がある(例えば、特許文献1)。しかしながら、マグネシウム二次電池で環状エステル系電解液を使用すると、マグネシウム金属が容易に不動態化されるため、マグネシウム金属負極の充放電反応が全く進行しないことが報告されている。特許文献1にも、環状エステル系電解液を用いた実施例は開示されていない。

このような問題、すなわち、マグネシウム金属はその表面にマグネシウムイオンを通さない不動態膜が形成されやすいため、マグネシウム二次電池で使用できる電解液が非常に限られていることは、様々な文献に記載されており(例えば、特許文献2や特許文献4の背景技術欄参照)、現在、マグネシウム金属負極に適合する電解液としては、主にエーテル系電解液が提案されている(特許文献2~4参照)。
しかしながら、エーテル類は耐酸化性が低く電位窓が狭いため、3V以上の二次電池の実現は難しいという問題点があった。また、エーテル系電解液を用いると、大きな過電圧が観察される場合が多いことから、マグネシウム金属はエーテル系電解液中において比較的不動態化されにくいものの、ある程度の不動態化は生じ、スムーズな充放電反応が進行しないと考えられる。
産業上の利用分野 本発明は、マグネシウム二次電池用電解液およびそれを用いたマグネシウム二次電池に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】
電解質としてトリフルオロ酢酸マグネシウムを、溶媒として環状エステルを含むことを特徴とする、マグネシウム二次電池用電解液。

【請求項2】
前記環状エステルが、炭酸プロピレン、炭酸エチレンおよびγ-ブチロラクトンからなる群より選択される、請求項1に記載のマグネシウム二次電池用電解液。

【請求項3】
電解質としてトリフルオロ酢酸マグネシウム及び/又はテトラフルオロホウ酸マグネシウムを含み、溶媒として環状エステルを含むこと、および、Na+濃度が0.001mol/L未満であることを特徴とする、マグネシウム二次電池用電解液。

【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載の電解液を含むことを特徴とする、マグネシウム二次電池。

【請求項5】
請求項3に記載の電解液を含み、作動温度が40℃以上であることを特徴とする、マグネシウム二次電池。
国際特許分類(IPC)
画像

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thum_JPA 430200772_i_000002.jpg
出願権利状態 公開
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