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(In Japanese)マグネシウムとビスマスの合金層を備える電極及びマグネシウム二次電池 meetings

Patent code P200016640
File No. H28-055,(S2017-0470-N0)
Posted date Feb 25, 2020
Application number P2019-506260
Date of filing Mar 15, 2018
International application number JP2018010207
International publication number WO2018168995
Date of international filing Mar 15, 2018
Date of international publication Sep 20, 2018
Priority data
  • P2017-051226 (Mar 16, 2017) JP
Inventor
  • (In Japanese)吉本 信子
  • (In Japanese)山吹 一大
  • (In Japanese)板岡 加成恵
  • (In Japanese)藤井 健太郎
  • (In Japanese)松本 敏治
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人山口大学
  • (In Japanese)株式会社戸畑製作所
Title (In Japanese)マグネシウムとビスマスの合金層を備える電極及びマグネシウム二次電池 meetings
Abstract (In Japanese)本発明の課題は、酸化皮膜の形成が抑制され、高電位かつ高容量なマグネシウム二次電池を作製できる電極、及び酸化皮膜形成が抑制された高電位かつ高容量なマグネシウム二次電池を提供することにある。
マグネシウム(Mg)とビスマス(Bi)との固溶体(Mg1-xBix;ただし、xは0.001~0.0112)を含む、又はマグネシウム(Mg)とビスマス(Bi)との固溶体(Mg1-xBix;ただし、xは0.001~0.0112)とマグネシウム(Mg)とビスマス(Bi)との金属間化合物(Mg3Bi2)を含むことを特徴とする電極。負極として前記電極を備え、さらに電解質層及び正極を備えることを特徴とするマグネシウム二次電池。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、二次電池としてリチウムイオン二次電池が実用化され、電子デバイス等の様々な用途に使用されている。しかしながら、今後の車載用途や大型用途に対しては、リチウムイオン二次電池では対応することが難しく、他の二次電池の開発が行われている。そこで、体積当たりの電気容量でリチウムイオン二次電池を凌ぐ特性を有するマグネシウム二次電池の開発が盛んに行われている。マグネシウムは、体積当たりの電気容量がリチウムの約2倍であるだけでなく、融点がリチウムの186℃に比べて650℃と高い。リチウムイオン二次電池は、電池内部での短絡等により加熱、発火するとの問題が指摘されているが、この原因の一つとしてリチウムの融点の低さが挙げられている。この点、マグネシウムはリチウムに比べて融点が高いため、安全性が高い。また、マグネシウムは、希少金属であるリチウムに比べて地球上に多く存在し、資源的にも豊富である。しかし、従来のマグネシウム負極は、その表面に絶縁層である酸化皮膜が形成されるため、電気が流れにくく過電圧が大きくなり、本来の電池容量特性が発揮できないとの問題があった。

そこで、上記問題を解決するためにいくつかの提案がなされている。例えば、電解質を改良することにより酸化皮膜の形成を抑制する方法として、EtMgBr/THFを電解液として用いてマグネシウム負極表面の酸化皮膜を除去する方法が提案されている(非特許文献1)。しかし、この方法では、酸化側の電位に対して耐性がなく、電解液の分解が生じるため長期での充放電が行えないとの問題がある。また、使用できる正極材料が限られており、電圧1V程度の低電位の電池しか報告されていない。負極を改良する方法としては、負極にマグネシウムの金属間化合物を使用する方法が提案され、マグネシウムとビスマスのモル比が3:2に調製された金属間化合物を用いることが提案されている(特許文献1、非特許文献2)。しかしこの方法の場合、マグネシウム-ビスマス金属間化合物は、マグネシウムの含有量が16質量%程度であるため使用できるマグネシウムの量が少ない。また、金属間化合物は脆いため、そのまま電極として用いると耐久性に問題がある。耐久性を高めるために、バインダーを用いると導電助剤を添加する必要があり、バインダーや導電助剤の重量も加味すると、マグネシウムの含有量は13%程度と更に少なくなる。そのため、電池あたりにおけるマグネシウムの電気化学的エネルギーへの寄与が小さいとの問題があった。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、マグネシウムとビスマスの合金層を備える電極、及び前記電極を備えるマグネシウム二次電池に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
マグネシウム(Mg)とビスマス(Bi)との合金層を備える電極であって、前記合金層が、マグネシウム(Mg)とビスマス(Bi)との固溶体(Mg1-xBix;ただし、xは0.001~0.0112)を含む、又はマグネシウム(Mg)とビスマス(Bi)との固溶体(Mg1-xBix;ただし、xは0.001~0.0112)とマグネシウム(Mg)とビスマス(Bi)との金属間化合物(Mg3Bi2)を含むことを特徴とする電極。

【請求項2】
 
マグネシウム(Mg)とビスマス(Bi)との合金中のビスマスの含有量が、前記合金全体に対して1~58.9質量%であることを特徴とする請求項1記載の電極。

【請求項3】
 
負極として請求項1又は2記載の電極を備え、さらに電解質層及び正極を備えることを特徴とするマグネシウム二次電池。
IPC(International Patent Classification)
F-term
State of application right Published


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