CN116918095A - 正极以及电化学器件 - Google Patents

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中山有理
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Abstract

本发明提供放电容量更充分优异的正极。本发明涉及一种正极，包含硫以及碳材料，其中碳材料包含具有第1比表面积的碳黑以及具有第2比表面积的碳黑，第1比表面积比第2比表面积低。

Description

正极以及电化学器件
技术领域
本发明涉及正极以及电化学器件。
背景技术
作为电化学器件，存在电容器、空气电池、燃料电池以及二次电池等，它们被用于各种用途。电化学器件具备正极以及负极，并具有负责该正极与负极之间的离子输送的电解液。
作为以例如镁电池为代表的电化学器件的电极，设置有由镁构成的电极或者至少包含镁的电极(以下，也将这样的电极称为“包含镁的电极”或简称为“镁电极”，也将使用包含镁的电极的电化学器件称为“镁电极系的电化学器件”)。镁与锂相比资源丰富，且价格远远低于锂。此外，镁能够通过氧化还原反应提取的每单位体积的电量通常较大，且用于二次电池时的安全性也很高。因此，镁电池作为代替锂离子电池的新一代二次电池受到关注。
作为镁电池，例如已知镁-硫二次电池(专利文献1以及非专利文献1～4)。镁-硫二次电池是具备包含镁作为负极活性物质的负极以及包含硫作为正极活性物质的正极的二次电池。正极通常作为正极活性物质不仅包含硫，还包含导电助剂。
作为导电助剂，例如通常使用碳黑、碳纤维、碳纳米管等碳材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2017121591A
非专利文献
非专利文献1：Toyota:Nat.Commun.2,427.
非专利文献2：Kang Xu:Angew.Chem.Int.Ed.,2017,56,13526-13530.
非专利文献3：KIT:Adv.Energy Mater.,2014,1401155.
非专利文献4：S.Hebie:ACS Appl.Mater.Interfaces,2018,10,5527-5533。
发明内容
发明要解决的技术问题
本申请发明人等注意到在现有的正极以及电化学器件中依然存在应该克服的课题，并发现了采取应对这些课题的对策的必要性。具体而言，本申请发明人发现存在以下的课题。
在使用碳黑作为导电助剂的情况下，得不到更充分的放电容量(或放电容量效率)。
本发明的目的在于提供放电容量更充分优异的正极以及电化学器件。
用于解决技术问题的方案
本发明涉及一种正极及包括该正极的电化学器件，上述正极包含硫以及碳材料，其中碳材料包含具有第1比表面积的碳黑以及具有第2比表面积的碳黑，第1比表面积比第2比表面积低。
发明的效果
本发明的正极以及电化学器件的放电容量更充分优异。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的电化学器件(特别是电池)的概念图。
图2是作为本发明的一实施方式而提供的镁二次电池(圆筒型的镁二次电池)的示意性的剖视图。
图3是作为本发明的一实施方式而提供的镁二次电池(平板型的层压膜型镁二次电池)的示意性的立体图。
图4是在本发明的一实施方式中作为电容器而提供的电化学器件的示意性的剖视图。
图5是在本发明的一实施方式中作为空气电池而提供的电化学器件的示意性的剖视图。
图6是在本发明的一实施方式中作为燃料电池而提供的电化学器件的示意性的剖视图。
图7是示出将作为本发明的一实施方式而提供的镁二次电池应用于电池包的情况下的电路结构例的框图。
图8的(A)、图8的(B)以及图8的(C)是分别示出作为本发明的一实施方式而应用了镁二次电池的电动车辆、蓄电系统以及电动工具的结构的框图。
图9是示意性地示出本说明书的[实施例]中制作的电池的展开图。
图10是示出实施例A1中制作的电池的测定结果的图表。
具体实施方式
以下，对本发明的“正极”以及“电化学器件”详细地进行说明。虽然根据需要参照附图进行说明，但图示的内容只不过为了理解本发明而示意性并且例示性地示出的，外观、尺寸比等可以与实物不同。
本发明中，“电化学器件”广义上表示利用电化学反应提取能量的器件。狭义上，本发明的“电化学器件”表示具备一对电极及电解质、特别是伴随着离子的移动而进行充电及放电的器件。虽然终归只不过是示例，但是作为电化学器件，除二次电池之外，还能够列举电容器、空气电池及燃料电池等。
[正极]
本发明的正极用于电化学器件。也就是说，本说明书说明的正极相当于能够利用电化学反应提取能量的器件用的正极。从放电容量的进一步提高的观点出发，本发明的正极适合于在镁-硫二次电池中的使用。镁-硫二次电池是具备包含镁作为负极活性物质的负极以及包含硫作为正极活性物质的正极的二次电池。本说明书中，放电容量是初次放电时的每硫单位重量的放电容量。放电容量越高越优选。
本发明的正极是所谓的“硫电极”，且是包含硫作为正极活性物质并且包含碳材料作为导电助剂的正极。正极通常包含正极层，该正极层包含硫以及碳材料即可。
硫只要是被用作电化学器件的正极活性物质的硫则没有特别限定，例如，也可以是S8以及/或聚合物状的硫等硫(S)。
碳材料包括具有第1比表面积的碳黑(以下，有时简称为“低比表面积碳黑”)以及具有第2比表面积的碳黑(以下，有时简称为“高比表面积碳黑”)，第1比表面积比第2比表面积低(即小)。正极组合地包含这些碳黑，由此放电容量更充分地增加。其机理的详情虽不明确，但认为基于以下的机理。通过低比表面积碳黑以及高比表面积碳黑的组合使用，不仅碳黑整体的分散性提高，硫成分的分散性也提高。认为作为其结果，能够更充分地发挥作为绝缘性高的硫成分的正极活性物质的功能以及作用，因此，放电容量充分增加。若正极不包含高比表面积碳黑，则放电容量降低。若正极不包含低比表面积碳黑的一方，则在正极具有正极集电体的情况下，与正极集电体的紧贴性降低，因此，产生正极层的剥离，作为结果，放电容量降低。
低比表面积碳黑是具有比高比表面积碳黑的比表面积低的比表面积的碳黑。低比表面积碳黑的比表面积(即，第1比表面积)通常可以为30m2/g以上且200m2/g以下，从放电容量的进一步提高的观点出发，优选为30m2/g以上且150m2/g以下，更优选为30m2/g以上且120m2/g以下，进一步优选为40m2/g以上且100m2/g以下。
碳黑的比表面积使用在比表面积分布(例如，比表面积(横轴)-量(纵轴)图表)中峰值所位于的比表面积。比表面积分布中存在的峰值通常为一个，但存在两个以上的情况下，碳黑的比表面积是最高的峰值的比表面积。
碳黑的比表面积分布能够通过例如BET法等的比表面积/最高分布测定装置来测定。
低比表面积碳黑的形状没有特别限定，但从放电容量的进一步提高的观点出发，优选具有实心的粒子形状。
低比表面积碳黑能够作为市售品而得到。作为低比表面积碳黑的市售品，例如可举出实心粒子形状的DENKABLACK(DENKA株式会社)、SuperP(Timcal)等。
高比表面积碳黑是具有比低比表面积碳黑的比表面积高的比表面积的碳黑。高比表面积碳黑的比表面积(即，第2比表面积)通常可以为800m2/g以上且1600m2/g以下，从放电容量的进一步提高的观点出发，优选为1000m2/g以上且1500m2/g以下，更优选为1100m2/g以上且1400m2/g以下，进一步优选为1200m2/g以上且1300m2/g以下。
高比表面积碳黑的形状没有特别限定，但从放电容量的进一步提高的观点出发，优选具有中空的粒子形状。
对于高比表面积碳黑而言，在将低比表面积碳黑的比表面积(即，第1比表面积)设为SA(m2/g)时，通常具有10×SA(m2/g)以上且50×SA(m2/g)以下的比表面积(即，第2比表面积)，从放电容量的进一步提高的观点出发，优选具有10×SA(m2/g)以上且30×SA(m2/g)以下的比表面积，更优选具有15×SA(m2/g)以上且25×SA(m2/g)以下的比表面积。
高比表面积碳黑能够作为市售品而得到。作为高比表面积碳黑的市售品，例如可举出科琴黑(中空粒子形状)。
高比表面积碳黑的含量通常相对于低比表面积碳黑以及高比表面积碳黑的合计量为5重量％以上且75重量％以下，从放电容量的进一步提高的观点出发，优选为5重量％以上且65重量％以下，更优选为10重量％以上且65重量％以下，进一步优选为10重量％以上且55重量％以下，特别优选为10重量％以上且50重量％以下，更充分优选为15重量％以上且50重量％以下，最优选为20重量％以上且50重量％以下(特别是为30重量％以上且50重量％以下)。
低比表面积碳黑以及高比表面积碳黑的比表面积及它们的该分布能够使用从电化学器件(例如二次电池)提取的正极来测定。例如，首先，分解电化学器件，提取正极。接着，使正极(特别是正极层)浸渍于溶剂，使粘合剂以及硫溶解。其后，通过测定残渣(即碳黑)的比表面积分布，能够计算出低比表面积碳黑以及高比表面积碳黑的比表面积及相对于它们的合计量的含量。通过这样的方法测定以及计算出的低比表面积碳黑以及高比表面积碳黑的比表面积及相对于它们的合计量的含量分别与制造时使用的低比表面积碳黑以及高比表面积碳黑的比表面积及相对于它们的合计使用量的使用量一致。
也能够根据低比表面积碳黑等的含量的测定方法中测定出的细孔分布来评价低比表面积碳黑以及高比表面积碳黑各自的细孔分布。
碳材料的含量通常相对于硫以及碳材料的合计量为5重量％以上且70重量％以下，从电化学器件的输出增大(特别是电池容量的增大)的观点出发，优选为5重量％以上且60重量％以下，更优选为20重量％以上且60重量％以下，进一步优选为40重量％以上且60重量％以下。
对于碳材料以及硫各自的相对于硫以及碳材料的合计量的含量而言，除了在使粘合剂溶解之后、使硫溶解而测定以及计算出仅硫的含量以外，能够通过与低比表面积碳黑等的含量的测定方法相同的方法来测定以及计算。通过这样的方法测定以及计算出的碳材料以及硫的含量分别与制造时的碳材料以及硫的相对于硫以及碳材料的合计量的使用量一致。在两者(碳材料以及硫)同时溶解于清洗溶剂的情况下，需要进行基于热分析、ICP的元素分析。
碳材料也可以包含石墨、碳纤维、碳纳米管等其他碳材料。在碳材料包含其他碳材料的情况下，包含该其他碳材料的碳材料的合计含量为上述范围内即可。作为碳纤维，例如，能够使用气相生长碳纤维(Vapor Growth Carbon Fiber：VGCF(注册商标))等。作为碳纳米管，例如，能够使用单壁碳纳米管(SWCNT)以及/或双壁碳纳米管(DWCNT)等多壁碳纳米管(MWCNT)等。
正极也可以包含粘合剂。作为粘合剂，例如可举出选自聚偏二氟乙烯(PVdF)以及/或聚四氟乙烯(PTFE)等氟类树脂、聚乙烯醇(PVA)类树脂、苯乙烯-丁二烯共聚橡胶(SBR)类树脂、羧甲基纤维素等的1种或两种以上的高分子树脂。此外，作为粘合剂也可以使用导电性高分子。作为导电性高分子，能够使用例如取代或无取代的聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及由选自这些的1种或两种构成的(共)聚合物等。
正极中的粘合剂的含量没有特别限定，例如也可以相对于硫以及碳材料的合计量为0.1重量％以上且20重量％以下，为1重量％以上且10重量％以下。
正极也可以还包含除碳材料以外的其他导电助剂。作为其他导电助剂，例如也能够使用Ni粉末那样的金属材料以及/或导电性高分子材料等。
正极(特别是正极层)例如能够通过以下的方法来制造。
首先，使用玛瑙研钵将硫以及低比表面积碳黑以预定的重量比干式混合。在该混合物以预定的重量比添加高比表面积碳黑，通过玛瑙研钵进行干式混合。接着，将所得到的碳硫复合体与粘合剂一起添加于溶剂，利用铅笔形混合器进行混合，从而得到正极浆料。使用棒涂机将正极浆料涂布在正极集电体上，以10℃以上且50℃以下进行了6小时以上且24小时以下的真空干燥之后，以50℃以上且80℃以下进行10分钟以上且120分钟以下的常压干燥。
正极浆料的溶剂只要能够溶解粘合剂则没有特别限定，例如可举出：甲醇、乙醇、丙醇等一元醇或该一元醇与水的混合液等。
正极浆料的固体成分浓度没有特别限定，通常为2重量％以上且80重量％以下，特别优选为5重量％以上且60重量％以下。
[负极]
本发明中，负极也可以是包含镁的电极。构成负极的材料(具体而言，负极活性物质)由于是“包含镁的电极”，所以优选由镁金属单体、镁合金或者镁化合物构成。在负极由镁的金属单体物(例如镁板等)构成的情况下，该金属单体物的Mg纯度为90％以上，优选为95％以上，更优选为98％以上。负极能够由例如板状材料或者箔状材料制作，但不限定于此，也能够使用粉末来形成(赋形)。
负极也能够成为在其表面附近形成有负极活性物质层的结构。例如，作为负极活性物质层，也可以是具有包含镁(Mg)而且至少包含碳(C)、氧(O)、硫(S)以及卤素的任一种的具有镁离子传导性的层那样的负极。这样的负极活性物质层也可以在虽然只不过是例示的范畴、但是40eV以上且60eV以下的范围内具有来自镁的单一的峰值。作为卤素，例如可举出选自由氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)以及碘(I)构成的组的至少1种。在这样的情况下，可以在从负极活性物质层的表面至2×10-7m为止的深度在40eV以上且60eV以下的范围内具有来自镁的单一的峰值。负极活性物质层从其表面至内部均显示良好的电化学活性。此外，由于相同的理由，从负极活性物质层的表面至深度方向上的2×10-7m，镁的氧化状态也可以几乎恒定。此处，负极活性物质层的表面是指负极活性物质层的双面中的构成电极的表面的侧的面，背面是指与该表面相反侧的面即构成集电体与负极活性物质层的界面的侧的面。负极活性物质层是否包含上述的元素能够基于XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy，X射线光电子能谱)法来确认。此外，负极活性物质层具有上述峰值以及具有镁的氧化状态也能够基于XPS法来同样地确认。
[隔膜]
在本发明的电化学器件中，正极和负极也可以被无机隔膜或者有机隔膜分离，该无机隔膜或者有机隔膜防止因两极接触而导致的短路，并且使镁离子通过。作为无机隔膜，能够列举例如玻璃过滤器、玻璃纤维。作为有机隔膜，例如可举出由聚四氟乙烯、聚丙烯及/或聚乙烯等构成的合成树脂制的多孔膜，也能够成为层叠其中的两种以上的多孔膜而成的结构。其中，聚烯烃制的多孔膜防止短路的效果优异，且能够实现通过关断效应来提高电池的安全性，从而优选。
[电解质层]
也可以是，电化学器件中的电解质层由电解液构成，还包含高分子化合物作为保持电解液的保持体。电解质层也可以浸渍到上述隔膜内而配置。高分子化合物也可以是通过电解液而溶胀的化合物。在这种情况下，通过电解液溶胀后的高分子化合物可以为凝胶状。作为这样的高分子化合物，可举出例如聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚合物、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚磷腈、聚硅氧烷、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯基醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、苯乙烯-丁二烯橡胶、腈-丁二烯橡胶、聚苯乙烯以及/或聚碳酸酯。特别是，若更加重视电化学的稳定性的观点，则可以为聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯或者聚环氧乙烷。电解质层也可以为固体电解质层。
电解液相当于能够利用电化学反应来提取能量的器件用的电解质。电解液作为其大前提，也可以是在具备包含镁的电极的电化学器件中使用的电解液。特别是，也可以是具备作为负极而包含镁的电极的电化学器件用的电解液。
电化学器件优选其负极为包含镁的电极，而正极为包含硫的电极即硫电极。也就是说，在某一个优选的方式中，本发明的正极成为镁(Mg)-硫(S)电极用的正极。
电解液至少包含溶剂以及镁盐而构成。更具体而言，电解液包含镁盐和用于供该盐溶解的溶剂而构成。溶剂只要能够溶解镁盐则没有特别限定，从放电容量的进一步提高的观点出发，优选包含醚系溶剂，更优选仅包含醚系溶剂。
从放电容量的进一步提高的观点出发，溶剂优选包含直链醚，更优选仅包含直链醚。也就是说，与四氢呋喃等环状醚相比，更优选由分子具有直链状结构的醚(优选仅该醚)形成电解液溶剂。简单而言，可以说电解液中的溶剂优选为直链醚溶剂。
直链醚例如也可以是具有由下述通式表示的乙烯氧基结构单位的直链醚。
[化学式1]
式中，R’以及R”分别独立地为碳原子数1以上且10以下的烃基，n为1以上且10以下的整数。
直链醚溶剂每1分子包含一个以上乙烯氧基结构单位。此处所说的“乙烯氧基结构单位”是指亚乙基与氧原子键合而成的分子结构单位(-O-C2H4-)，直链醚中包含一个以上这样的分子结构单位。例如，以包含一个乙烯氧基结构单位的情况为例，可以为二甲氧基乙烷/DME(乙二醇二甲基醚)以及/或二乙氧基乙烷/DEE(乙二醇二乙基醚)等直链醚。
在某一个优选的方式中，直链醚包含两个以上分子结构单位(-O-C2H4-)。从另一个角度来看，可以说电解液中的直链醚优选具有2分子以上二醇脱水缩合而成的结构。
直链醚的上述通式中的R’以及R”分别独立地表示烃基。因此，R’以及R”可以分别独立地为脂肪族烃基、芳香族烃基以及/或芳香脂肪族烃基。此处，本说明书中的“直链醚”表示至少乙烯氧基结构单位的位点未分支(即，不具有分枝结构)。这是指上述通式中的R’以及R”不一定必须为直链结构，也可以具有分枝结构。在某一个优选的方式中，用于电解液的直链醚是不仅乙烯氧基结构单位的位点不具有分枝结构、而且R’以及R”也不具有分枝结构的二醇系醚。从放电容量的进一步提高的观点出发，R’以及R”分别独立地优选为碳原子数1以上且5以下的脂肪族烃基(特别是饱和脂肪族烃基)，更优选为碳原子数1以上且3以下的脂肪族烃基(特别是饱和脂肪族烃基)。从放电容量的进一步提高的观点出发，n优选为1以上且5以下的整数，更优选为1以上且3以下的整数，进一步优选为2以上且3以下的整数。
作为具有两个或多于两个乙烯氧基结构单位的直链醚，没有特别限定，但可举出二乙二醇系醚、三乙二醇系醚、四乙二醇系醚、五乙二醇系醚、六乙二醇系醚等。同样，也可以为七乙二醇系醚、八乙二醇系醚、九乙二醇系醚、十乙二醇系醚等，此外，还可以为具有比这些多的乙烯氧基结构单位的聚乙二醇系醚。
在本发明中的直链醚的某一个优选的方式中，碳原子数1以上且10以下的烃基为脂肪族烃基。换句话说，关于电解液所含的直链醚，上述通式中的R’以及R”可以分别独立地为1以上且10以下的脂肪族烃基。虽没有特别限定，但例如可举出以下列举的那样的乙二醇系醚、二乙二醇系醚、三乙二醇系醚、四乙二醇系醚、五乙二醇系醚、六乙二醇系醚。同样，也可以为七乙二醇系醚、八乙二醇系醚、九乙二醇系醚、十乙二醇系醚。从放电容量的进一步提高的观点出发，直链醚优选为二乙二醇系醚(特别是二甘醇二甲醚)。
(乙二醇系醚)
乙二醇二甲基醚、乙二醇乙基甲基醚、乙二醇甲基丙基醚、乙二醇丁基甲基醚、乙二醇甲基戊基醚、乙二醇甲基己基醚、乙二醇甲基庚基醚、乙二醇甲基辛基醚；
乙二醇二乙基醚、乙二醇乙基丙基醚、乙二醇丁基乙基醚、乙二醇乙基戊基醚、乙二醇乙基己基醚、乙二醇乙基庚基醚、乙二醇乙基辛基醚；
乙二醇二丙基醚、乙二醇丁基丙基醚、乙二醇丙基戊基醚、乙二醇丙基己基醚、乙二醇丙基庚基醚、乙二醇丙基辛基醚；
乙二醇二丁基醚、乙二醇丁基戊基醚、乙二醇丁基己基醚、乙二醇丁基庚基醚、乙二醇丁基辛基醚；
乙二醇二戊基醚、乙二醇己基戊基醚、乙二醇庚基戊基醚、乙二醇辛基戊基醚；
乙二醇二己基醚、乙二醇庚基己基醚、乙二醇己基辛基醚；
乙二醇二庚基醚、乙二醇庚基辛基醚；以及
乙二醇二辛基醚。
(二乙二醇系醚)
二乙二醇二甲基醚、二乙二醇乙基甲基醚、二乙二醇甲基丙基醚、二乙二醇丁基甲基醚、二乙二醇甲基戊基醚、二乙二醇甲基己基醚、二乙二醇甲基庚基醚、二乙二醇甲基辛基醚；
二乙二醇二乙基醚、二乙二醇乙基丙基醚、二乙二醇丁基乙基醚、二乙二醇乙基戊基醚、二乙二醇乙基己基醚、二乙二醇乙基庚基醚、二乙二醇乙基辛基醚；
二乙二醇二丙基醚、二乙二醇丁基丙基醚、二乙二醇丙基戊基醚、二乙二醇丙基己基醚、二乙二醇丙基庚基醚、二乙二醇丙基辛基醚；
二乙二醇二丁基醚、二乙二醇丁基戊基醚、二乙二醇丁基己基醚、二乙二醇丁基庚基醚、二乙二醇丁基辛基醚；
二乙二醇二戊基醚、二乙二醇己基戊基醚、二乙二醇庚基戊基醚、二乙二醇辛基戊基醚；
二乙二醇二己基醚、二乙二醇庚基己基醚、二乙二醇己基辛基醚；
二乙二醇二庚基醚、二乙二醇庚基辛基醚；以及
二乙二醇二辛基醚。
(三乙二醇系醚)
三乙二醇二甲基醚、三乙二醇乙基甲基醚、三乙二醇甲基丙基醚、三乙二醇丁基甲基醚、三乙二醇甲基戊基醚、三乙二醇甲基己基醚、三乙二醇甲基庚基醚、三乙二醇甲基辛基醚；
三乙二醇二乙基醚、三乙二醇乙基丙基醚、三乙二醇丁基乙基醚、三乙二醇乙基戊基醚、三乙二醇乙基己基醚、三乙二醇乙基庚基醚、三乙二醇乙基辛基醚；
三乙二醇二丙基醚、三乙二醇丁基丙基醚、三乙二醇丙基戊基醚、三乙二醇丙基己基醚、三乙二醇丙基庚基醚、三乙二醇丙基辛基醚；
三乙二醇二丁基醚、三乙二醇丁基戊基醚、三乙二醇丁基己基醚、三乙二醇丁基庚基醚、三乙二醇丁基辛基醚；
三乙二醇二戊基醚、三乙二醇己基戊基醚、三乙二醇庚基戊基醚、三乙二醇辛基戊基醚；
三乙二醇二己基醚、三乙二醇庚基己基醚、三乙二醇己基辛基醚；
三乙二醇二庚基醚、三乙二醇庚基辛基醚；以及
三乙二醇二辛基醚。
(四乙二醇系醚)
四乙二醇二甲基醚、四乙二醇乙基甲基醚、四乙二醇甲基丙基醚、四乙二醇丁基甲基醚、四乙二醇甲基戊基醚、四乙二醇甲基己基醚、四乙二醇甲基庚基醚、四乙二醇甲基辛基醚；
四乙二醇二乙基醚、四乙二醇乙基丙基醚、四乙二醇丁基乙基醚、四乙二醇乙基戊基醚、四乙二醇乙基己基醚、四乙二醇乙基庚基醚、四乙二醇乙基辛基醚；
四乙二醇二丙基醚、四乙二醇丁基丙基醚、四乙二醇丙基戊基醚、四乙二醇丙基己基醚、四乙二醇丙基庚基醚、四乙二醇丙基辛基醚；
四乙二醇二丁基醚、四乙二醇丁基戊基醚、四乙二醇丁基己基醚、四乙二醇丁基庚基醚、四乙二醇丁基辛基醚；
四乙二醇二戊基醚、四乙二醇己基戊基醚、四乙二醇庚基戊基醚、四乙二醇辛基戊基醚；
四乙二醇二己基醚、四乙二醇庚基己基醚、四乙二醇己基辛基醚；
四乙二醇二庚基醚、四乙二醇庚基辛基醚；以及
四乙二醇二辛基醚。
(五乙二醇系醚)
五乙二醇二甲基醚、五乙二醇乙基甲基醚、五乙二醇甲基丙基醚、五乙二醇丁基甲基醚、五乙二醇甲基戊基醚、五乙二醇甲基己基醚、五乙二醇甲基庚基醚、五乙二醇甲基辛基醚；
五乙二醇二乙基醚、五乙二醇乙基丙基醚、五乙二醇丁基乙基醚、五乙二醇乙基戊基醚、五乙二醇乙基己基醚、五乙二醇乙基庚基醚、五乙二醇乙基辛基醚；
五乙二醇二丙基醚、五乙二醇丁基丙基醚、五乙二醇丙基戊基醚、五乙二醇丙基己基醚、五乙二醇丙基庚基醚、五乙二醇丙基辛基醚；
五乙二醇二丁基醚、五乙二醇丁基戊基醚、五乙二醇丁基己基醚、五乙二醇丁基庚基醚、五乙二醇丁基辛基醚；
五乙二醇二戊基醚、五乙二醇己基戊基醚、五乙二醇庚基戊基醚、五乙二醇辛基戊基醚；
五乙二醇二己基醚、五乙二醇庚基己基醚、五乙二醇己基辛基醚；
五乙二醇二庚基醚、五乙二醇庚基辛基醚；以及
五乙二醇二辛基醚。
(六乙二醇系醚)
六乙二醇二甲基醚、六乙二醇乙基甲基醚、六乙二醇甲基丙基醚、六乙二醇丁基甲基醚、六乙二醇甲基戊基醚、六乙二醇甲基己基醚、六乙二醇甲基庚基醚、六乙二醇甲基辛基醚；
六乙二醇二乙基醚、六乙二醇乙基丙基醚、六乙二醇丁基乙基醚、六乙二醇乙基戊基醚、六乙二醇乙基己基醚、六乙二醇乙基庚基醚、六乙二醇乙基辛基醚；
六乙二醇二丙基醚、六乙二醇丁基丙基醚、六乙二醇丙基戊基醚、六乙二醇丙基己基醚、六乙二醇丙基庚基醚、六乙二醇丙基辛基醚；
六乙二醇二丁基醚、六乙二醇丁基戊基醚、六乙二醇丁基己基醚、六乙二醇丁基庚基醚、六乙二醇丁基辛基醚；
六乙二醇二戊基醚、六乙二醇己基戊基醚、六乙二醇庚基戊基醚、六乙二醇辛基戊基醚；
六乙二醇二己基醚、六乙二醇庚基己基醚、六乙二醇己基辛基醚；
六乙二醇二庚基醚、六乙二醇庚基辛基醚；以及
六乙二醇二辛基醚。
另外，同样地，可以为七乙二醇系醚、八乙二醇系醚、九乙二醇系醚、十乙二醇系醚等，进一步而言，还可以为聚乙二醇系醚。
作为电解液所含的镁盐，可举出具有通式MgXn(其中，n为1或2，X为1价或2价的阴离子)的盐。在X为卤素(F、Cl、Br、I)的情况下，这样的镁盐为卤素金属盐。此外，也可以为X是其他阴离子的情况，在该情况下，镁盐也可以是选自由例如高氯酸镁(Mg(ClO4)2)、硝酸镁(Mg(NO3)2)、硫酸镁(MgSO4)、乙酸镁(Mg(CH3COO)2)、三氟乙酸镁(Mg(CF3COO)2)、四氟硼酸镁(Mg(BF4)2)、四苯基硼酸镁(Mg(B(C6H5)4)2)、六氟磷酸镁(Mg(PF6)2)、六氟砷酸镁(Mg(AsF6)2)、全氟烷基磺酸的镁盐((Mg(Rf1SO3)2)，其中，Rf1为全氟烷基)、全氟烷基磺酰基酰亚胺的镁盐(Mg((Rf2SO2)2N)2，其中，Rf2为全氟烷基)以及六烷基二硅氮烷的镁盐((Mg(HRDS)2)，其中，R为烷基)构成的组的至少1种镁盐。
在上述物质中，从放电容量的进一步提高的观点出发，特别优选将卤素系以及酰亚胺系中的至少1种作为镁盐。换句话说，在醚系溶剂(特别是直链醚)中，镁盐可以为卤素金属盐或酰亚胺金属盐或者卤素金属盐与酰亚胺金属盐的组合。这是指作为镁盐的卤素金属盐以及酰亚胺金属盐中的至少1种成为溶解于醚系溶剂(特别是直链醚)的状态。在某优选的方式中，可以为在醚系溶剂(特别是直链醚)中除了卤素金属盐之外还进一步追加有酰亚胺金属盐而获得的物质，由此，能够更有效地得到更高的放电容量。
作为卤素金属盐，可举出选自由氟化镁(MgF2)、氯化镁(MgCl2)、溴化镁(MgBr2)以及碘化镁(MgI2)构成的组的至少1种。其中，优选将氯化镁用作卤素金属盐。也就是说，作为与醚系溶剂(特别是直链醚)组合的镁盐，优选氯化镁(MgCl2)。因为这样的氯化镁(MgCl2)容易在电化学器件中实现更高的放电容量。
酰亚胺金属盐是具有酰亚胺作为分子结构的镁盐。优选酰亚胺金属盐是具有磺酰基酰亚胺作为分子结构的镁盐。这是由于具有磺酰基酰亚胺作为分子结构的镁盐在电化学器件中容易实现更高的放电容量。在某一个优选的方式中，具有磺酰基酰亚胺作为分子结构的镁盐与上述卤素金属盐(例如氯化镁)相配合而能够有助于在电化学器件中实现更高的放电容量。
酰亚胺金属盐优选为全氟烷基磺酰基酰亚胺的镁盐。即，优选酰亚胺金属盐为Mg((RfSO2)2N)2(式中，Rf：全氟烷基)。例如，Rf可以为碳原子数1以上且10以下的全氟烷基、碳原子数1以上且8以下的全氟烷基、碳原子数1以上且6以下的全氟烷基、碳原子数1以上且4以下的全氟烷基、碳原子数1以上且3以下的全氟烷基、或者碳原子数1以上且2以下的全氟烷基。虽为一个例示，酰亚胺金属盐也可以为镁双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺，即，Mg(TFSI)2。这样的Mg(TFSI)2容易在电化学器件中实现更高的放电容量。在某优选的方式中，Mg(TFSI)2与上述卤素金属盐(特别是氯化镁(MgCl2))相配合而能够促进电化学器件的更高的放电容量的实现。
镁盐的含量例如可以为10M以下(特别是超过0M且10M以下)(电解液的整体基准)，从放电容量的进一步提高的观点出发，也可以优选为0.2M以上且5M以下(电解液的整体基准)，更优选为1M以上且2M以下(电解液的整体基准)。在电解液包含两种以上的镁盐的情况下，它们的合计含量为上述范围内即可。特别是在电解液包含卤素金属盐以及酰亚胺金属盐双方作为镁盐的情况下，各自的含量也可以分别独立地例如为5M以下(特别是超过0M且5M以下)(电解液的整体基准)，从放电容量的进一步提高的观点出发，也可以优选为0.1M以上且2.5M以下(电解液的整体基准)，更优选为0.3M以上且1M以下(电解液的整体基准)。
电解液也可以还包含二维结构或三维结构的环状有机化合物。这样的环状有机化合物作为添加剂而加入电解液溶剂。也就是说，相对于包含镁盐的醚系溶剂特别是直链醚溶剂包含“二维结构或三维结构的环状有机化合物”作为副的成分。通过电解液包含这样的环状有机化合物，能够得到更高的放电容量。
在本发明中，由于电解液的醚系溶剂包含“二维结构或三维结构的环状有机化合物”，所以放电容量能够进一步提高。特别是，若相对于包含镁盐的直链醚添加“二维结构或三维结构的环状有机化合物”，则放电容量能够更加显著地提高。
“二维结构或三维结构的环状有机化合物”广义上是指具有环二维平面地相连而成的分子结构的物质或环三维立体地相连而成的分子结构的物质。狭义上，“二维结构的环状有机化合物”是指以形成稠环的方式具有环状分子结构的有机物质，“三维结构的环状有机化合物”是指以三维立体状具有环状分子的网络的有机物质。代表性的“三维结构的环状有机化合物”为富勒烯。
在某一个优选的方式中，“二维结构或三维结构的环状有机化合物”为稠环化合物。也就是说，环状有机化合物为具有两个以上的单环通过相互供给各自的环边而带来的分子结构的有机物。在二维结构的环状有机化合物中，也可以以两个以上的单环相互共享各自的环边的方式形成二维平面的分子结构。在这样的情况下，二维平面的分子结构也可以为直线稠环型或翼状稠环型等。同样，在三维结构的环状有机化合物中，也可以以两个以上的单环相互共享各自的环边的方式形成三维立体的分子结构。
稠环化合物中的每个环的形式可以为三员环、四员环、五员环、六员环、七员环或八员环，作为稠环化合物的整体，可以包含它们的组合。此外，稠环化合物中的单环结构不局限于同素环，也可以为杂环(异环)，此外还可以为它们的组合。稠环化合物中的环的个数没有特别限制。
稠环化合物中的环的个数可以为40以下、30以下或20以下，也可以优选为15以下，更优选为10以下。针对这样的环的个数的下限值，没有特别限制，例如为2。在某优选的方式中，稠环化合物中的环的个数为2～8或2～7，例如为2～6、3～6或3～5。缩环的形式没有特别限制，可以为直线稠环型以及/或翼状稠环型等，特别是在二维结构的环状有机化合物的情况下。
虽然终归只是例示，但作为本发明中的稠环化合物可举出选自由戊搭烯、茚、萘、甘菊环、庚搭烯、亚联苯、不对称引达省、对称引达省、苊烯、芴、非那烯、菲、蒽、荧蒽、醋菲烯、醋蒽烯、三亚苯、芘、并四苯、七曜烯、苉、二萘嵌苯、戊芬、并五苯、四伸苯以及己芬及它们的衍生物构成的组的至少1种。
芳香族稠环化合物可以为如上述那样的个数的单环相互至少供给一个各自的环边而形成的环状有机化合物，即具有多个缩合后的环的环状有机化合物。这样的芳香族稠环可以以直线稠环的形式相互相连，或者也可以以翼状稠环的形式相互相连。
另一方面，具有三维结构的环状有机化合物具有通过每个单环共享两个以上边而立体化的分子结构。在某优选的方式中，环状有机化合物具有单环的所有边在环彼此中共享的立体闭合的分子结构。这样的环状有机化合物优选为富勒烯或其衍生物。富勒烯C60(化28)例如由相互相连的12个五员环和20个六员环三维地构成。也就是说，富勒烯以环彼此如上那样形成立体的形状的方式进行相连，优选作为整体而成为球形状。也就是说，如富勒烯等所例示的那样环状有机化合物作为整体而具有非平面的分子结构(优选为球状的分子结构)。富勒烯不局限于C60，也可以为C70，而且也可以为具有比这些高的分子量的高次富勒烯(C84、C90或C96等)。
在某一个优选的方式中，稠环化合物为苯系缩合化合物。也就是说，稠环化合物可以具有将苯环作为母体并且该苯环两个以上缩合那样的环结构。例如苯环也可以为两个。此外，例如苯环为3个，因此，稠环化合物也可以为菲、蒽或它们的衍生物等。或者，苯环为5个，因此，稠环化合物也可以为苉、戊芬、并五苯或它们的衍生物等。
若列举一个苯环为3个时的更具体的优选例，则电解液所含的稠环化合物也可以具有蒽骨架。也就是说，可以为具有苯环3个缩合那样的环结构作为主骨架的稠环化合物。
本说明书中，衍生物是指预定的化合物也可以具有取代基。作为取代基，例如为选自由烃基、卤素原子、含氧官能团、含氮官能团以及含硫官能团构成的组的1种以上的基。
烃基也可以分别独立地为脂肪族烃基、芳香族烃基或芳香脂肪族烃基。脂肪族烃基、芳香族烃基以及芳香脂肪族烃基不一定需要为直链结构，也可以为具有分枝结构(支链结构)的结构。此外，脂肪族烃基也可以为饱和烃，或者也可以为不饱和烃。这样的烃基的各自的碳原子数可以为1～50左右(例如1～40、1～30、1～20或1～10)。
含氧官能团为至少含有氧原子的官能团，例如可举出羟基、羧基、环氧基以及/或醛基等。此外，含氧官能团也可以相当于醚键位点或酯键位点。
含氮官能团为至少含有氮原子的官能团，例如可举出氨基、硝基以及/或亚硝基等。
含硫基为至少含有硫原子的官能团，例如可举出硫醇基、硫醚基、二硫醚基、磺酰基、磺基、硫羰基及/或硫脲基等。
本说明书中的含氧官能团、含氮官能团以及含硫基分别也可以相互具有双方的概念，而且，也可以进入烃基(脂肪族烃基、芳香族烃基或芳香脂肪族烃基)的范畴。
从放电容量的进一步提高的观点出发，“二维结构或三维结构的环状有机化合物”优选为二维结构的环状有机化合物，更优选为蒽或其衍生物。
“二维结构或三维结构的环状有机化合物”的含量例如也可以为1M以下(特别是超过0M且1M以下)(电解液的整体基准)，从放电容量的进一步提高的观点出发，也可以优选为0.001M以上且1M以下(电解液的整体基准)，更优选为0.005M以上且0.1M以下(电解液的整体基准)。在电解液包含两种以上的“二维结构或三维结构的环状有机化合物”的情况下，它们的合计含量为上述范围内即可。
[电化学器件]
本发明的电化学器件能够作为二次电池而构成，该情况下的概念图如图1所示。如图示那样，在充电时，通过镁离子(Mg2+)从正极10穿过电解质层12移动至负极11而将电能转换为化学能并蓄电。在放电时，通过镁离子从负极11穿过电解质层12返回正极10而产生电能。
在使电化学器件为由上述的本发明的正极构成的电池(一次电池或者二次电池)时，这样的电池能够用作例如笔记本电脑、PDA(便携信息终端)、移动电话、智能手机、无绳电话的主机和从机、摄录机、静态数码相机、电子书、电子词典、便携音乐播放器、收音机、耳机、游戏机、导航系统、存储器卡、心脏起搏器、助听器、电动工具、电动剃须刀、冰箱、空调、电视机、立体声音响、热水器、微波炉、洗碗机、洗衣机、干燥机、照明设备、玩具、医疗设备、机器人、负载调节器、信号灯、铁路车辆、高尔夫球车、电动推车以及/或电动汽车(包括混合动力汽车)等的驱动用电源或辅助用电源。此外，能够作为以住宅为代表的建筑物用或发电设备用的蓄电用电源等而搭载，或者为了对它们供给电力而使用。在电动汽车中，通过供给电力而将电力转换为驱动力的转换装置通常为马达。作为进行关于车辆控制的信息处理的控制装置(控制部)，包括基于关于电池的余量的信息进行电池余量显示的控制装置等。此外，也能够将电池在所谓智能电网的蓄电装置中使用。这样的蓄电装置不仅能够供给电力，还能够通过从其他电力源接受电力的供给而蓄电。作为该其他电力源，例如能够使用火力发电、核能发电、水力发电、太阳能电池、风力发电、地热发电以及/或燃料电池(包括生物燃料电池)等。
能够在具有二次电池、进行关于二次电池的控制的控制机构(或控制部)以及内置二次电池的外包装的电池包中应用本发明的电化学器件(即，二次电池)。在这样的电池包中，控制机构例如进行关于二次电池的充放电、过放电或过充电的控制。
也能够在从二次电池接受电力的供给的电子设备应用本发明的电化学器件(即，二次电池)。
也能够将本发明的电化学器件应用于具有从二次电池接受电力的供给并转换为车辆的驱动力的转换装置以及基于关于二次电池的信息进行关于车辆控制的信息处理的控制装置(或控制部)的电动车辆中的二次电池。在这样的电动车辆中，典型而言，转换装置从二次电池接受电力的供给而使马达驱动，产生驱动力。马达的驱动中也能够利用再生能量。此外，控制装置(或控制部)例如基于二次电池的电池余量进行关于车辆控制的信息处理。这样的电动车辆例如除了包括电动汽车、电动摩托车、电动自行车以及铁路车辆等之外，还包括所谓混合动力车。
能够将本发明的电化学器件(即，二次电池)应用于构成为从二次电池接受电力的供给以及/或从电力源对二次电池供给电力的电力系统。这样的电力系统只要大致使用电力，则可以为任意的电力系统，也包括单纯的电力装置。这样的电力系统例如包括智能电网、家用能量管理系统(HEMS)以及/或车辆等，也能够进行蓄电。
能够在构成为具有二次电池并连接有被供给电力的电子设备的蓄电用电源中应用本发明的电化学器件(即，二次电池)。无论这样的蓄电用电源的用途如何，基本都能够用于任何电力系统或电力装置，例如能够用于智能电网。
本发明的电化学器件的更详细的事项、更具体的方式等其他事项如上述那样，因此，为了避免重复而省略说明。
此处，对将本发明的镁电极系的电化学器件作为二次电池而提供的情况进一步进行详述。以下，也将这样的二次电池称为“镁二次电池”。
作为本发明的电化学器件的镁二次电池只要没有特别限定则能够应用于将其作为驱动用、工作用的电源或电力存储用的蓄电源而利用的机械、设备、器具、装置、系统(多个设备等的集合体)。用作电源的镁二次电池(例如，镁-硫二次电池)也可以为主电源(优先使用的电源)，也可以是辅助电源(取代主电源而使用的电源或从主电源切换使用的电源)。在将镁二次电池用作辅助电源的情况下，主电源不局限于镁二次电池。
作为镁二次电池(特别是，镁-硫二次电池)的用途，具体而言，能够例示摄像机、手提摄像机、静态数码相机、移动电话机、个人计算机、电视机、各种显示装置、无绳电话机、立体声耳机、音乐播放器、便携式收音机、电子书以及/或电子报纸等电子纸、包括PDA在内的便携信息终端之类的各种电子设备、电气设备(包括便携用电子设备)；玩具；电动剃须刀等便携用生活器具；室内灯等照明器具；起搏器以及/或助听器等医疗用电子设备；存储卡等存储用装置；作为可装拆的电源而用于个人计算机等的电池包；电钻以及/或电锯等电动工具；预先存储电力以备不时之需等的家用电池系统等蓄电系统以及/或家用能源服务器(家用蓄电装置)、电力供给系统；蓄电单元以及/或备用电源；电动汽车、电动摩托车、电动自行车以及/或赛格威(注册商标)等电动车辆；飞机以及/或船舶的电力驱动力转换装置(具体而言，例如动力用马达)的驱动，但不限定于这些用途。
其中，镁二次电池(特别是，镁-硫二次电池)应用于电池包、电动车辆、蓄电系统、电力供给系统、电动工具、电子设备以及/或电气设备等是有效的。电池包是使用镁二次电池的电源，是所谓的电池组等。电动车辆是以镁二次电池作为驱动用电源而工作(例如行驶)的车辆，也可以为兼备除二次电池以外的驱动源的汽车(例如混合动力汽车等)。蓄电系统(例如电力供给系统)是将镁二次电池用作蓄电源的系统。例如，在家用的蓄电系统(电力供给系统)中，在作为蓄电源的镁二次电池中存储电力，因此，能够利用电力使用家用的电气产品等。电动工具是可动部(例如钻头等)以镁二次电池作为驱动用的电源而可动的工具。电子设备、电气设备是将镁二次电池作为工作用的电源(即，电力供给源)发挥各种功能的设备。
以下，对圆筒型的镁二次电池以及平板型的层压膜型的镁二次电池进行说明。
圆筒型的镁二次电池100的示意性的剖视图如图2所示。在镁二次电池100中，在几乎中空圆柱状的电极结构体收纳构件111的内部收纳电极结构体121以及一对绝缘板112、113。电极结构体121能够通过例如经由隔膜126将正极122与负极124层叠得到电极结构体之后再卷绕电极结构体来制作。电极结构体收纳构件(例如电池罐)111具有一端部封口、另一端部开口的中空结构，由铁(Fe)以及/或铝(Al)等制作。一对绝缘板112、113配置为夹着电极结构体121并且相对于电极结构体121的卷绕周面垂直延伸。在电极结构体收纳构件111的开口端部经由垫圈117而铆接有电池盖114、安全阀机构115以及热敏电阻元件(例如PTC元件、PositiveTemperatureCoefficient(正温度系数)元件)116，由此，将电极结构体收纳构件111密闭。电池盖114例如由与电极结构体收纳构件111相同的材料制作。安全阀机构115以及热敏电阻元件116设置于电池盖114的内侧，安全阀机构115经由热敏电阻元件116而与电池盖114电连接。在安全阀机构115中，若内压因内部短路以及/或来自外部的加热等而成为恒定以上，则圆盘板115A翻转。由此，电池盖114与电极结构体121的电连接被切断。为了防止因大电流引起的异常发热，热敏电阻元件116的电阻随着温度的上升而增加。垫圈117例如由绝缘性材料制作。也可以在垫圈117的表面涂布沥青等。
在电极结构体121的卷绕中心插入有中心销118。但是，中心销118也可以不插入卷绕中心。在正极122连接有由铝等导电性材料制作的正极引线部123。具体而言，正极引线部123安装于正极集电体。在负极124连接有由铜等导电性材料制作的负极引线部125。具体而言，负极引线部125安装于负极集电体。负极引线部125焊接于电极结构体收纳构件111，并与电极结构体收纳构件111电连接。正极引线部123焊接于安全阀机构115，并且与电池盖114电连接。此外，图2所示的例子中，负极引线部125为1个部位(卷绕的电极结构体的最外周部)，但也有时设置于两个部位(卷绕的电极结构体的最外周部以及最内周部)。
电极结构体121由在正极集电体上(更具体而言，在正极集电体的双面)形成有正极活性物质层的正极122和在负极集电体上(更具体而言，在负极集电体的双面)形成有负极活性物质层的负极124经由隔膜126层叠而成。在安装正极引线部123的正极集电体的区域没有形成正极活性物质层，在安装负极引线部125的负极集电体的区域没有形成负极活性物质层。
镁二次电池100能够基于例如以下的工序来制造。
首先，在正极集电体的双面形成正极活性物质层，在负极集电体的双面形成负极活性物质层。
接着，使用焊接法等在正极集电体安装正极引线部123。此外，使用焊接法等在负极集电体安装负极引线部125。接下来，经由由微多孔聚乙烯膜构成的隔膜126将正极122与负极124层叠并卷绕(更具体而言，卷绕正极122/隔膜126/负极124/隔膜126的电极结构体(即，层叠结构体))，制作出电极结构体121之后，在最外周部粘贴保护胶带(未图示)。其后，在电极结构体121的中心插入中心销118。接着，一边通过一对绝缘板112、113夹着电极结构体121，一边将电极结构体121收纳于电极结构体收纳构件111的内部。在这种情况下，使用焊接法等，将正极引线部123的前端部安装于安全阀机构115，并且将负极引线部125的前端部安装于电极结构体收纳构件111。其后，基于减压方式而注入电解液，使电解液浸渍到隔膜126中。接着，经由垫圈117而在电极结构体收纳构件111的开口端部铆接电池盖114、安全阀机构115以及热敏电阻元件116。
接下来，对平板型的层压膜型的二次电池进行说明。这样的二次电池的示意性的分解立体图如图3所示。在该二次电池中，在由层压膜构成的外包装构件200的内部收纳有基本与前述相同的电极结构体221。电极结构体221能够通过将正极和负极经由隔膜以及电解质层层叠之后卷绕该层叠结构体来制作。在正极安装有正极引线部223，在负极安装有负极引线部225。电极结构体221的最外周部由保护胶带保护。正极引线部223以及负极引线部225从外包装构件200的内部朝向外部沿相同方向突出。正极引线部223由铝等导电性材料形成。负极引线部225由铜、镍以及/或不锈钢等导电性材料形成。
外包装构件200是能够沿图3所示的箭头R的方向折叠的一张膜，在外包装构件200的一部分设置有用于收纳电极结构体221的凹陷(例如压花)。外包装构件200例如是融合层、金属层、表面保护层依次层叠而成的层压膜。在二次电池的制造工序中，在以使融合层彼此经由电极结构体221而相对的方式折叠了外包装构件200之后，将融合层的外周缘部彼此融合。但是，外包装构件200也可以由两张单独的层压膜经由粘接剂等贴合而成。融合层例如由聚乙烯以及/或聚丙烯等的膜构成。金属层例如由铝箔等构成。表面保护层由例如尼龙以及/或聚对苯二甲酸乙二酯等构成。其中，外包装构件200也可以是聚乙烯膜、铝箔、尼龙膜依次层叠而成的铝层压膜。但是，外包装构件200也可以是具有其他层叠结构的层压膜，也可以是聚丙烯等的高分子膜，也可以是金属膜。具体而言，也可以由尼龙膜、铝箔、未拉伸聚丙烯膜从外侧起依次层叠而成的耐湿性的铝层压膜构成。
为了防止外部空气的侵入，在外包装构件200与正极引线部223之间以及外包装构件200与负极引线部225之间插入有紧贴膜201。紧贴膜201也可以由相对于正极引线部223以及负极引线部225具有紧贴性的材料例如聚烯烃树脂等构成，更具体而言也可以由聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯、改性聚丙烯等聚烯烃树脂构成。
上述是主要考虑了二次电池的说明，但本公开事项针对其他电化学器件例如电容器、空气电池以及燃料电池等也同样适用。以下，将对其进行说明。
如图4所示的示意性剖视图所示，本发明的电化学器件能够作为电容器而提供。在电容器中，正极31以及负极32经由浸渍有电解液的隔膜33而相对配置。此外，也可以在隔膜33、正极31以及负极32的至少一个表面配置浸渍有电解液的凝胶电解质膜。参照编号35、36表示集电体，参照编号37表示垫圈。
或者，如图5的概念图所示，本发明的电化学器件也能够作为空气电池而提供。这样的空气电池由例如使水蒸气难以透过但使氧选择性地透过的氧选择性透过膜47、由导电性的多孔材料构成的空气极侧集电体44、配置于该空气极侧集电体44与多孔正极41之间并由导电性材料构成的多孔的扩散层46、包含导电性材料和催化剂材料的多孔正极41、使水蒸气难以通过的隔膜以及电解液(或者包含电解液的固体电解质)43、释放镁离子的负极42、负极侧集电体45以及收纳上述各层的外包装体48构成。
空气(例如大气)51中的氧52通过氧选择性透过膜47而选择性地透过，通过由多孔材料构成的空气极侧集电体44，被扩散层46扩散，并被供给至多孔正极41。虽然透过了氧选择性透过膜47的氧的行进由空气极侧集电体44部分地遮挡，但是通过了空气极侧集电体44的氧由扩散层46扩散并扩展，因此，会变得有效地遍及多孔正极41整体，向多孔正极41的面整体的氧的供给不会被空气极侧集电体44阻碍。此外，由于通过氧选择性透过膜47抑制水蒸气的透过，所以空气中的水分的影响所导致的劣化少，氧有效地供给至多孔正极41整体，因此，能够提高电池输出，从而能够稳定地长期使用。
或者，如图6的概念图所示，本发明的电化学器件也能够作为燃料电池而提供。燃料电池由例如正极61、正极用电解液62、正极用电解液输送泵63、燃料流路64、正极用电解液储存容器65、负极71、负极用电解液72、负极用电解液输送泵73、燃料流路74、负极用电解液储存容器75以及离子交换膜66构成。正极用电解液62经由正极用电解液储存容器65以及正极用电解液输送泵63而连续或间断地流动(循环)至燃料流路64，负极用电解液72经由负极用电解液储存容器75以及负极用电解液输送泵73而连续或间断地流动或循环至燃料流路74，从而在正极61与负极71之间进行发电。作为正极用电解液62，能够使用在电解液添加了正极活性物质的物质，作为负极用电解液72，能够使用在电解液添加了负极活性物质的物质。
另外，关于电化学器件中的负极，除能够使用Mg金属板之外，也能够通过以下的方法来制造。例如，也可以准备包含MgCl2和EnPS(乙基-正丙基砜)的Mg电解液(Mg-EnPS)，使用该Mg电解液基于电镀法使在Cu箔上析出Mg金属，在Cu箔上形成Mg镀覆层作为负极活性物质层。顺便一提，作为基于XPS法对通过这样的方法得到的Mg镀覆层的表面进行了分析的结果，可明白在Mg镀覆层的表面存在Mg、C、O、S以及Cl，此外，通过表面分析观察到的来自Mg的峰值没有分裂，在40eV以上且60eV以下的范围观察到来自Mg的单一的峰值。而且，基于Ar溅射法沿深度方向挖入Mg镀覆层的表面约200nm并基于XPS法对其表面进行了分析，作为其结果可知，Ar溅射后的来自Mg的峰值的位置以及形状与Ar溅射前的峰值的位置以及形状相比没有变化。
本发明所涉及的电化学器件特别是能够用作如参照图1～图3说明的那样的镁二次电池，事先对这样的镁二次电池的几个应用例更具体地进行说明。此外，以下说明的各应用例的结构毕竟只是一例，结构能够适当地变更。
镁二次电池能够以电池包的形式使用。这样的电池包是使用了镁二次电池的简易型的电池包(所谓软包)，例如搭载于以智能手机为代表的电子设备等。也可以取代于此或除此之外，具备由以2并列3串联的方式连接的6个镁二次电池构成的电池组。此外，镁二次电池的连接形式也可以为串联，也可以为并列，也可以为双方的混合型。
表示将本发明的镁二次电池应用于电池包的情况下的电路结构例的框图如图7所示。电池包具备电池(例如电池组)1001、外包装构件、开关部1021、电流检测电阻器1014、温度检测元件1016以及控制部1010。开关部1021具备充电控制开关1022以及放电控制开关1024。此外，电池包具备正极端子1031以及负极端子1032，在充电时正极端子1031以及负极端子1032分别与充电器的正极端子以及负极端子连接，进行充电。此外，在电子设备使用时，正极端子1031以及负极端子1032分别与电子设备的正极端子以及负极端子连接，进行放电。
电池1001通过将多个本公开的镁二次电池1002串联以及/或并联连接而构成。此外，图7中，示出6个镁二次电池1002连接成2并列3串联(2P3S)的情况，但除此之外，也可以为p并列q串联(其中，p、q为整数)那样任意的连接方法。
开关部1021具备充电控制开关1022及二极管1023、以及放电控制开关1024及二极管1025，并由控制部1010控制。二极管1023相对于从正极端子1031向电池1001的方向流动的充电电流具有反向极性，而相对于从负极端子1032向电池1001的方向流动的放电电流具有正向极性。二极管1025相对于充电电流具有正向极性，相对于放电电流具有反向极性。此外，例子中，在正(+)侧设置开关部，但也可以在负(-)侧设置。充电控制开关1022在电池电压成为过充电检测电压的情况下成为关断状态，并由控制部1010控制为充电电流不流过电池1001的电流路径。在充电控制开关1022成为关断状态之后，通过经由二极管1023而仅放电成为可能。此外，在充电时流过大电流的情况下成为关断状态，并由控制部1010控制以切断向电池1001的电流路径流动的充电电流。放电控制开关1024在电池电压成为过放电检测电压的情况下成为关断状态，由控制部1010控制以使放电电流不流过电池1001的电流路径。在放电控制开关1024成为关断状态之后，通过经由二极管1025而仅充电成为可能。此外，在放电时流过大电流的情况下成为关断状态，由控制部1010控制以切断向电池1001的电流路径流动的放电电流。
温度检测元件1016由例如热敏电阻构成，设置于电池1001的附近，温度测定部1015使用温度检测元件1016测定电池1001的温度，并将测定结果发送至控制部1010。电压测定部1012对电池1001的电压以及构成电池1001的各镁二次电池1002的电压进行测定，并对测定结果进行A/D转换后发送至控制部1010。电流测定部1013使用电流检测电阻器1014测定电流，并将测定结果发送至控制部1010。
开关控制部1020基于从电压测定部1012以及电流测定部1013发送来的电压以及电流来控制开关部1021的充电控制开关1022以及放电控制开关1024。开关控制部1020在镁二次电池1002的任意的电压成为过充电检测电压或过放电检测电压以下时以及/或者急剧地流过了大电流时，对开关部1021发送控制信号，从而防止过充电以及过放电、过电流充放电。充电控制开关1022以及放电控制开关1024能够由例如MOSFET等半导体开关构成。在这种情况下，由MOSFET的寄生二极管构成二极管1023、1025。在使用p沟道型FET作为MOSFET的情况下，开关控制部1020向充电控制开关1022以及放电控制开关1024各自的栅极部供给控制信号DO以及控制信号CO。充电控制开关1022以及放电控制开关1024通过比源极电位低预定值以上的栅极电位而导通。即，在通常的充电以及放电动作中，使控制信号CO以及控制信号DO成为低电平，使充电控制开关1022以及放电控制开关1024成为导通状态。而且，例如在过充电或者过放电时，使控制信号CO以及控制信号DO成为高电平，使充电控制开关1022以及放电控制开关1024成为关断状态。
存储器1011由例如作为非易失性存储器的EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory，可擦可编程只读存储器)等构成。存储器1011中预先存储有由控制部1010运算得到的数值以及/或制造工序的阶段中测定出的各镁二次电池1002的初始状态下的镁二次电池的内部电阻值等，此外，能够适当地改写。此外，通过事先存储镁二次电池1002的满充电容量，能够与控制部1010一起计算出例如剩余容量。
在温度测定部1015中，使用温度检测元件1016测定温度，在异常发热时进行充放电控制，此外，进行剩余容量的计算中的校正。
接下来，对镁二次电池向电动车辆的应用进行说明。表示作为电动车辆的一例的混合动力汽车之类的电动车辆的结构的框图如图8的(A)所示。电动车辆例如在金属制的壳体2000的内部具备控制部2001、各种传感器2002、电源2003、发动机2010、发电机2011、逆变器2012、2013、驱动用的马达2014、差动装置2015、变速箱2016以及离合器2017。除此之外，电动车辆具备例如连接于差动装置2015以及/或变速箱2016的前轮驱动轴2021、前轮2022、后轮驱动轴2023以及后轮2024。
电动车辆能够例如以发动机2010或马达2014的任一者作为驱动源而行驶。发动机2010是主要的动力源，是例如汽油发动机等。在以发动机2010作为动力源的情况下，发动机2010的驱动力(例如旋转力)经由例如作为驱动部的差动装置2015、变速箱2016以及离合器2017而传递至前轮2022或后轮2024。发动机2010的旋转力也传递至发电机2011，发电机2011利用旋转力而产生交流电力，交流电力经由逆变器2013而转换为直流电力，并存储于电源2003。另一方面，在使作为转换部的马达2014为动力源的情况下，从电源2003供给的电力(例如直流电力)经由逆变器2012而转换为交流电力，利用交流电力来驱动马达2014。由马达2014从电力转换来的驱动力(例如旋转力)经由例如作为驱动部的差动装置2015、变速箱2016以及离合器2017而传递至前轮2022或后轮2024。
若电动车辆经由制动机构(未图示)而减速，则也可以将减速时的电阻力作为旋转力而传递至马达2014，马达2014利用该旋转力而产生交流电力。交流电力经由逆变器2012而转换为直流电力，直流再生电力存储于电源2003中。
控制部2001控制电动车辆整体的动作，例如具备CPU等。电源2003能够具备本发明所涉及的一个或两个以上的镁二次电池(未图示)。电源2003也能够构成为与外部电源连接并通过从外部电源接受电力供给而存储电力。各种传感器2002用于例如控制发动机2010的转速，并且控制节气门(未图示)的开度(节气门开度)。各种传感器2002具备例如速度传感器、加速度传感器以及/或发动机转速传感器等。
此外，虽对电动车辆为混合动力汽车的情况进行了说明，但电动车辆也可以为不使用发动机2010而仅使用电源2003以及马达2014而工作的车辆(例如电动汽车)。
接下来，对镁二次电池向蓄电系统(例如电力供给系统)的应用进行说明。表示蓄电系统(例如电力供给系统)的结构的框图如图8的(B)所示。蓄电系统在例如普通住宅以及商业大厦等房屋3000的内部具备控制部3001、电源3002、智能电表3003以及电源集线器3004。
电源3002能够例如与设置于房屋3000的内部的电气设备(例如电子设备)3010连接，并且与停在房屋3000的外部的电动车辆3011连接。此外，电源3002能够例如经由电源集线器3004而与设置于房屋3000的自发电用发电机3021连接，并且经由智能电表3003以及电源集线器3004而与外部的集中型电力系统3022连接。电气设备(例如电子设备)3010例如包括一个或两个以上的家电产品。作为家电产品，例如可举出冰箱、空调、电视机以及/或热水器等。自发电用发电机3021由例如太阳光发电机以及/或风力发电机等构成。作为电动车辆3011，例如可举出电动汽车、混合动力汽车、电动摩托车、电动自行车以及/或赛格威(注册商标)等。作为集中型电力系统3022，可举出商用电源、发电装置、电网以及/或智能电网(例如新一代电网)，此外，例如还可举出火力发电所、核能发电所、水力发电所以及/或风力发电所等，作为集中型电力系统3022所具备的发电装置，能够例示各种太阳能电池、燃料电池、风力发电装置、微型水力发电装置以及/或地热发电装置等，但不限定于这些。
控制部3001用于控制蓄电系统整体的动作(包括电源3002的使用状态)，例如具备CPU等。电源3002能够具备根据本发明的一个或两个以上的镁二次电池(未图示)。智能电表3003例如是设置于电力需要侧的房屋3000的网络对应型的电力计，能够与电力供给侧通信。而且，智能电表3003例如通过与外部通信并且控制房屋3000的需要/供给的平衡，能够高效地进行稳定的能量供给。
在这样的蓄电系统中，例如，从作为外部电源的集中型电力系统3022经由智能电表3003以及电源集线器3004而将电力存储于电源3002，并且从作为独立电源的自发电用发电机3021经由电源集线器3004而将电力存储于电源3002。存储于电源3002的电力根据控制部3001的指示而供给于电气设备(例如电子设备)3010以及电动车辆3011，因此，电气设备(例如电子设备)3010能够工作，并且电动车辆3011能够充电。即，蓄电系统是能够使用电源3002进行房屋3000内的电力的存储以及供给的系统。
存储于电源3002的电力能够任意利用。因此，例如，能够在电费便宜的深夜从集中型电力系统3022向电源3002预先存储电力，而在电费较高的白天使用存储于电源3002的电力。
以上说明的蓄电系统可以按每1户(例如1个家庭)设置，也可以按每多个户(例如多个家庭)设置。
接下来，对镁二次电池向电动工具的应用进行说明。表示电动工具的结构的框图如图8的(C)所示。电动工具例如为电钻，在由塑料材料等制作出的工具主体4000的内部具备控制部4001以及电源4002。在工具主体4000可转动地安装有例如作为可动部的钻头部4003。控制部4001控制电动工具整体的动作(包括电源4002的使用状态)，例如，具备CPU等。电源4002能够具备根据本发明的一个或两个以上的镁二次电池(未图示)。控制部4001根据动作开关(未图示)的操作而从电源4002对钻头部4003供给电力。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但毕竟只不过是例示出典型例。因此，本发明不局限于此，本领域技术人员可以容易理解在不变更本发明的主旨的范围内可想到各种方式。
例如，上述的电解液的组成、用于制造的原材料、制造方法、制造条件、电解液的特性、电化学器件、电池的构成或构造是例示，不限定于这些，此外，能够适当地变更。也能够将电解液与有机聚合物(例如，聚环氧乙烷、聚丙烯腈以及/或聚偏二氟乙烯(PVdF))混合而用作凝胶电解质。
实施例
[实施例A1]
(材料)
·MgCl2(无水物)：西格玛奥德里奇制
·MgTFSI2(双三氟甲磺酰亚胺镁)：富山药品工业制
·二甲氧基乙烷(DME)：富山药品工业制
·二甘醇二甲醚(G2)：富山药品工业制
·硫结晶(S)：和光纯药制
·乙炔黑(AB))：DENKABLACK(DB)：电化学工业制(比表面积68m2/g)
·科琴黑(KB)：Lion制(比表面积1270m2/g)
·苯乙烯-丁二烯共聚橡胶(SBR)：JSR制
·羧甲基纤维素：第一工业制药制
·Mg板(纯度99.9％，厚度200μm)：Rikazai制
·玻璃纤维(GC50)：Advantec制
(硫正极的制造)
以重量比成为50：50的方式使用了硫以及碳材料。
作为碳材料，以重量比成为50：50的方式使用了DENKABLACK以及科琴黑。
以成为预定的重量比的方式秤取硫以及DENKABLACK，使用玛瑙研钵进行了干式混合。在其中以成为预定的重量比的方式称量并添加科琴黑，通过玛瑙研钵进行干式混合，得到碳硫复合体。将碳硫复合体、丁苯橡胶以及羧甲基纤维素添加于水/甲醇的体积比10：90的混合溶液，通过铅笔形混合器进行混合，从而制作出正极浆料(固体成分20重量％)。丁苯橡胶以及羧甲基纤维素的合计量相对于碳硫复合体为1重量％，丁苯橡胶以及羧甲基纤维素的重量比为1：25。使用棒涂机将正极浆料涂布在SUS304箔上，通过进行40℃下12小时的真空干燥以及80℃下30分钟的常压干燥而制作出正极片(正极层的形成)。并以使直径成为15mm的方式对其进行冲孔而得到硫正极。
(硬币电池的制造)
通过以下的规格制造出镁-硫二次电池的硬币电池。
●正极：上述硫正极
●负极：直径16mm以及厚度200μm的Mg板/纯度99.9％(Rikazai株式会社制的镁板)
●电解液
·镁盐：卤素金属盐(MgCl2(无水物)：西格玛奥德里奇制，产品编号449172，0.8M)，以及酰亚胺金属盐(Mg(TFSI)2：富山药品工业株式会社制，产品编号MGTFSI，0.8M)
·直链醚溶剂：二甘醇二甲醚(超脱水品)，(富山药品工业，产品编号G2)
●隔膜：玻璃纤维(Advantec制玻璃纤维，产品编号GC50)
●二次电池形式：硬币电池CR2016类型
详细而言，通过以下的方法制造出硬币电池。图9通过示意性的展开图示出制作出的电池。
使垫圈22载置于硬币电池罐21，并依次层叠了硫正极23、玻璃纤维制的隔膜24、负极25、由厚度0.5mm的不锈钢板构成的间隔件26、硬币电池盖27之后，铆接硬币电池罐21而进行了密封。间隔件26预先点焊于硬币电池盖27。电解液以包含于硬币电池20的隔膜24的形式使用。
(放电容量的测定)
将制作出的电池放电，测定出放电容量。测定结果如图10所示。放电条件如以下那样。
放电条件：CC放电0.1mA/-0.6V截止
温度：25℃
在后述的实施例A2、比较例A1、实施例B1～B2、比较例B1、实施例C1以及比较例C1中，也通过与实施例A1相同的方法而测定出放电容量。
实施例的放电容量通过从各个比较例的放电容量起的上升率而进行了评价。
详情如以下那样。
实施例A1～A2的放电容量通过从比较例A1的放电容量起的上升率而进行了评价。
实施例B1～B2的放电容量通过从比较例B1的放电容量起的上升率而进行了评价。
实施例C1的放电容量通过从比较例C1的放电容量起的上升率而进行了评价。
◎：130％≤上升率(最佳)；
○：110％≤上升率＜130％(优良)；
×：上升率＜110％(实用上存在问题)。
[实施例A2、比较例A1、实施例B1～B2、比较例B1、实施例C1以及比较例C1]
除了将硫以及碳材料的重量比及DENKABLACK以及科琴黑的重量比变更为表记载的比率以外，通过与实施例A1相同的方法进行了硬币电池的制造以及放电容量的测定。
将实施例A1以及比较例A1中得到的正极的正极层供于关于硫元素的EDS测绘(2500倍)。
在实施例A1的正极层中，硫元素充分均匀地分散。
在比较例A1的正极层中，硫元素凝集，没有均匀地分散。
表1
产业上的可利用性
本发明的正极能够在利用电化学反应提取能量的各种领域中利用。虽然终归只不过是例示，但本发明的正极不仅能够当然地用于二次电池，还能够用于电容器、空气电池以及燃料电池等各种电化学器件。具体而言，包含本发明所涉及的正极的电化学器件(特别是二次电池、电容器、空气电池以及燃料电池)能够在电子安装领域中使用。包含本发明的一实施方式所涉及的正极的电化学器件还能够应用于以下领域：使用移动设备等的电气/信息/通信领域(例如，包括移动电话、智能手机、笔记本电脑、数码相机、活动量计、臂计算机、电子纸、可穿戴设备、RFID标签、卡型电子货币、智能手表等小型电子设备等的电气/电子设备领域或者移动设备领域)；家庭/小型工业用途(例如，电动工具、高尔夫球车、家用/看护用/工业用机器人的领域)；大型工业用途(例如，叉车、电梯、港口起重机的领域)；交通系统领域(例如，混合动力车、电动汽车、公共汽车、电车、电动助力自行车、电动摩托车等领域)；电力系统用途(例如，各种发电、负载调节器、智能电网、普通家庭设置型蓄电系统等领域)；医疗用途(耳机助听器等医疗用机器领域)；医药用途(服用管理系统等领域)；IoT领域；以及及宇宙/深海用途(例如，太空探测器、潜水调查船等领域)。
符号说明
10、正极；11、负极；12、电解质层；20、硬币电池；21、硬币电池罐；22、垫圈；23、正极；24、隔膜；25、负极；26、间隔件；27、硬币电池盖；31、正极；32、负极；33、隔膜；35、36、集电体；37、垫圈；41、多孔正极；42、负极；43、隔膜以及电解液；44、空气极侧集电体；45、负极侧集电体；46、扩散层；47、氧选择性透过膜；48、外包装体；51、空气(大气)；52、氧；61、正极；62、正极用电解液；63、正极用电解液输送泵；64、燃料流路；65、正极用电解液储存容器；71、负极；72、负极用电解液；73、负极用电解液输送泵；74、燃料流路；75、负极用电解液储存容器；66、离子交换膜；100、镁二次电池；111、电极结构体收纳构件(电池罐)；112、113、绝缘板；114、电池盖；115、安全阀机构；115A、圆盘板；116、热敏电阻元件(PTC元件)；117、垫圈；118、中心销；121、电极结构体；122、正极；123、正极引线部；124、负极；125、负极引线部；126、隔膜；200、外包装构件；201、紧贴膜；221、电极结构体；223、正极引线部；225、负极引线部；1001、电池(电池组)；1002、镁二次电池；1010、控制部；1011、存储器；1012、电压测定部；1013、电流测定部；1014、电流检测电阻器；1015、温度测定部；1016、温度检测元件；1020、开关控制部；1021、开关部；1022、充电控制开关；1024、放电控制开关；1023、1025、二极管；1031、正极端子；1032、负极端子；CO、DO、控制信号；2000、壳体；2001、控制部；2002、各种传感器；2003、电源；2010、发动机；2011、发电机；2012、2013、逆变器；2014、驱动用的马达；2015、差动装置；2016、变速箱；2017、离合器；2021、前轮驱动轴；2022、前轮；2023、后轮驱动轴；2024、后轮；3000、房屋；3001、控制部；3002、电源；3003、智能电表；3004、电源集线器；3010、电气设备(电子设备)；3011、电动车辆；3021、自发电用发电机；3022、集中型电力系统；4000、工具主体；4001、控制部；4002、电源；4003、钻头部。

Claims (12)

1.一种正极，包含硫以及碳材料，
所述碳材料包含具有第1比表面积的碳黑以及具有第2比表面积的碳黑，所述第1比表面积比所述第2比表面积低。
2.根据权利要求1所述的正极，其中，
所述第1比表面积为30m2/g以上且200m2/g以下，
所述第2比表面积为800m2/g以上且1600m2/g以下。
3.根据权利要求1或2所述的正极，其中，
在将所述第1比表面积设为SAm2/g时，
所述第2比表面积为10×SAm2/g以上且30×SAm2/g以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的正极，其中，
所述具有第2比表面积的碳黑的含量相对于所述具有第1比表面积的碳黑以及所述具有第2比表面积的碳黑的合计量为5重量％以上且75重量％以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的正极，其中，
所述具有第2比表面积的碳黑的含量相对于所述具有第1比表面积的碳黑以及所述具有第2比表面积的碳黑的合计量为20重量％以上且50重量％以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的正极，其中，
所述碳材料的含量相对于所述硫以及所述碳材料的合计量为5重量％以上且70重量％以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的正极，其中，
所述碳材料的含量相对于所述硫以及所述碳材料的合计量为20重量％以上且60重量％以下。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的正极，其中，
在电化学器件中使用。
9.根据权利要求8所述的正极，其中，
所述电化学器件为镁-硫二次电池。
10.一种电化学器件，包括权利要求1～9中任一项所述的正极。
11.根据权利要求10所述的电化学器件，其中，
所述电化学器件还包含溶剂，
所述溶剂包括醚系溶剂。
12.根据权利要求10或11所述的电化学器件，其中，
所述电化学器件为镁-硫二次电池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100484642B1 (ko) * 2002-09-23 2005-04-20 삼성에스디아이 주식회사 리튬-설퍼 전지용 양극 활물질 및 그 제조방법
JP4145138B2 (ja) * 2002-12-25 2008-09-03 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
KR100599602B1 (ko) * 2004-10-28 2006-07-13 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP2006164779A (ja) * 2004-12-08 2006-06-22 Sanyo Electric Co Ltd 正極材料、非水電解質二次電池および正極材料の製造方法
CA2802504A1 (en) * 2010-06-17 2011-12-22 Linda Faye Nazar Multicomponent electrodes for rechargeable batteries
JP5926131B2 (ja) * 2012-06-22 2016-05-25 出光興産株式会社 正極合材スラリー及び電極シート
CN110301063A (zh) * 2017-02-21 2019-10-01 株式会社村田制作所 电解液及电化学装置
JP6879150B2 (ja) * 2017-09-28 2021-06-02 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 導電助剤分散液、その利用およびその製造方法

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