JP2002100344A - 正極及び電池 - Google Patents
正極及び電池Info
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- JP2002100344A JP2002100344A JP2000289417A JP2000289417A JP2002100344A JP 2002100344 A JP2002100344 A JP 2002100344A JP 2000289417 A JP2000289417 A JP 2000289417A JP 2000289417 A JP2000289417 A JP 2000289417A JP 2002100344 A JP2002100344 A JP 2002100344A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 マグネシウムイオン電池の正極の作動電位を
増加させる。 【解決手段】 負極と、マグネシウム化合物を含有する
正極と、正極と負極との間に介在されるマグネシウムイ
オン伝導化合物とからなる電池であって、上記正極は、
一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4（式中、ｘは０≦ｘ≦０．
２の範囲の数である。また、Ｍは遷移金属であり、Ａは
典型元素またはアルカリ金属、アルカリ土類金属であ
る。）で表されるマグネシウム化合物を正極活物質とし
て含む。
増加させる。 【解決手段】 負極と、マグネシウム化合物を含有する
正極と、正極と負極との間に介在されるマグネシウムイ
オン伝導化合物とからなる電池であって、上記正極は、
一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4（式中、ｘは０≦ｘ≦０．
２の範囲の数である。また、Ｍは遷移金属であり、Ａは
典型元素またはアルカリ金属、アルカリ土類金属であ
る。）で表されるマグネシウム化合物を正極活物質とし
て含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マグネシウムを含
有する正極及びそれを用いた電池に関する。
有する正極及びそれを用いた電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】リチウムイオン二次電池、ニッケル水素
二次電池は、近年、大きな発展を遂げ、高容量の二次電
池としてポータブル機器などに使用されている。また、
リチウム以外の電荷担体を用いる二次電池としては、Ｍ
ｇイオンやＣａイオンの二次電池も報告されている。
二次電池は、近年、大きな発展を遂げ、高容量の二次電
池としてポータブル機器などに使用されている。また、
リチウム以外の電荷担体を用いる二次電池としては、Ｍ
ｇイオンやＣａイオンの二次電池も報告されている。
【０００３】黒鉛、コークス等の炭素材料を負極材料と
し、ＣａＣｏ2Ｏ4，Ｃａ3Ｃｏ4Ｏ9，Ｃａ2Ｃｏ2Ｏ5，Ｃ
ａ3Ｃｏ2Ｏ6，ＣａＦｅＯ3，ＣａＦｅＯ2等のカルシウ
ム含有金属酸化物を正極材料とする非水電解液二次電池
が、特開平６−１６３０８０号公報に開示されており、
リチウムを凌ぐ容量が期待されている。さらに、Ｃａイ
オン正極の単位重量当りの容量を改善するため、酸化物
ではなくケイ化物やゲルマニウム化物が特開平８−３２
１３０５号公報に開示されている。
し、ＣａＣｏ2Ｏ4，Ｃａ3Ｃｏ4Ｏ9，Ｃａ2Ｃｏ2Ｏ5，Ｃ
ａ3Ｃｏ2Ｏ6，ＣａＦｅＯ3，ＣａＦｅＯ2等のカルシウ
ム含有金属酸化物を正極材料とする非水電解液二次電池
が、特開平６−１６３０８０号公報に開示されており、
リチウムを凌ぐ容量が期待されている。さらに、Ｃａイ
オン正極の単位重量当りの容量を改善するため、酸化物
ではなくケイ化物やゲルマニウム化物が特開平８−３２
１３０５号公報に開示されている。
【０００４】一方、マグネシウム二次電池は１９９３に
Ｐ．Ｎｏｖａｋらによりその可能性が示された（J.Elec
trochem.Soc.,vol.40 No.,Jan（1993）140）。この文献
に記載されている正極はＴｉＳ2，ＺｒＳ2，ＲｕＯ2，
Ｃｏ3Ｏ4，Ｖ2Ｏ5であり、Ｖ2Ｏ5に電解液とじてアセト
ニトリルにＭｇ（ＣｌＯ4）2を溶解した系で１７０ｍＡ
ｈ／ｇの容量を得ている。その後、ＭｏＯ3へのＭｇ2+
ド−プの報告（M.E.Spahr;J．Power Sources 54 （199
5）346）が行われている。
Ｐ．Ｎｏｖａｋらによりその可能性が示された（J.Elec
trochem.Soc.,vol.40 No.,Jan（1993）140）。この文献
に記載されている正極はＴｉＳ2，ＺｒＳ2，ＲｕＯ2，
Ｃｏ3Ｏ4，Ｖ2Ｏ5であり、Ｖ2Ｏ5に電解液とじてアセト
ニトリルにＭｇ（ＣｌＯ4）2を溶解した系で１７０ｍＡ
ｈ／ｇの容量を得ている。その後、ＭｏＯ3へのＭｇ2+
ド−プの報告（M.E.Spahr;J．Power Sources 54 （199
5）346）が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
正極活物質を電極に使った電池では負極はマグネシウム
金属などの含マグネシウム化合物を使用しなくてはなら
ない。さらに、未充電開回路電圧が約２．４Ｖであるの
で、電池に期待される作動電圧は２．４Ｖ以下になって
しまうことが現状であった。そこで、２．４Ｖ以上の電
圧を発生するマグネシウムイオン二次電池が望まれてい
た。
正極活物質を電極に使った電池では負極はマグネシウム
金属などの含マグネシウム化合物を使用しなくてはなら
ない。さらに、未充電開回路電圧が約２．４Ｖであるの
で、電池に期待される作動電圧は２．４Ｖ以下になって
しまうことが現状であった。そこで、２．４Ｖ以上の電
圧を発生するマグネシウムイオン二次電池が望まれてい
た。
【０００６】このような状況の下、マグネシウムイオン
が含有した化合物が探索されていたが、１９９７年、M.
S.Whittinghamら（J．Electrochem．Soc，144 L64）が
ＭｇxＭｎＯ2を電極として提案した。構成元素がＭｎで
あることは製造コストにも安価であるが、この物質は合
成が困難であった。
が含有した化合物が探索されていたが、１９９７年、M.
S.Whittinghamら（J．Electrochem．Soc，144 L64）が
ＭｇxＭｎＯ2を電極として提案した。構成元素がＭｎで
あることは製造コストにも安価であるが、この物質は合
成が困難であった。
【０００７】本発明は、上述したような従来の実情に鑑
みて提案されたものであり、容易な合成法により得ら
れ、マグネシウムイオン電池の正極の作動電位を増加さ
せた正極及びそれを用いた電池を提供することを目的と
する。
みて提案されたものであり、容易な合成法により得ら
れ、マグネシウムイオン電池の正極の作動電位を増加さ
せた正極及びそれを用いた電池を提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の正極は、一般式
Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4（式中、ｘは０≦ｘ≦０．２の範
囲の数である。また、Ｍは遷移金属であり、Ａは典型元
素またはアルカリ金属、アルカリ土類金属である。）で
表されるマグネシウム化合物を正極活物質として含むこ
とを特徴とする。
Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4（式中、ｘは０≦ｘ≦０．２の範
囲の数である。また、Ｍは遷移金属であり、Ａは典型元
素またはアルカリ金属、アルカリ土類金属である。）で
表されるマグネシウム化合物を正極活物質として含むこ
とを特徴とする。
【０００９】上述したような本発明に係る正極では、一
般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4で表されるマグネシウム化合
物を正極活物質として含んでいるので、当該正極の作動
電位が高くなる。
般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4で表されるマグネシウム化合
物を正極活物質として含んでいるので、当該正極の作動
電位が高くなる。
【００１０】また、本発明の電池は、負極と、マグネシ
ウム化合物を含有する正極と、正極と負極との間に介在
されるマグネシウムイオン伝導化合物とからなる電池で
あって、上記正極は、一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4（式
中、ｘは０≦ｘ≦０．２の範囲の数である。また、Ｍは
遷移金属であり、Ａは典型元素またはアルカリ金属、ア
ルカリ土類金属である。）で表されるマグネシウム化合
物を正極活物質として含むことを特徴とする。
ウム化合物を含有する正極と、正極と負極との間に介在
されるマグネシウムイオン伝導化合物とからなる電池で
あって、上記正極は、一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4（式
中、ｘは０≦ｘ≦０．２の範囲の数である。また、Ｍは
遷移金属であり、Ａは典型元素またはアルカリ金属、ア
ルカリ土類金属である。）で表されるマグネシウム化合
物を正極活物質として含むことを特徴とする。
【００１１】上述したような本発明に係る電池では、上
記正極が、一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx） 2Ｏ4で表されるマグ
ネシウム化合物を正極活物質として含んでいるので、当
該正極の作動電位が高くなり、その結果、電池の放電電
位が高くなる。
記正極が、一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx） 2Ｏ4で表されるマグ
ネシウム化合物を正極活物質として含んでいるので、当
該正極の作動電位が高くなり、その結果、電池の放電電
位が高くなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００１３】本発明を適用した非水電解液電池の一構成
例を図１に示す。この非水電解液電池１は、負極２と、
負極２を収容する負極缶３と、正極４と、正極４を収容
する正極缶５と、正極４と負極２との間に配されたセパ
レータ６と、絶縁ガスケット７とを備え、負極缶３及び
正極缶５内に非水電解液が充填されてなる。
例を図１に示す。この非水電解液電池１は、負極２と、
負極２を収容する負極缶３と、正極４と、正極４を収容
する正極缶５と、正極４と負極２との間に配されたセパ
レータ６と、絶縁ガスケット７とを備え、負極缶３及び
正極缶５内に非水電解液が充填されてなる。
【００１４】負極２は、負極活物質となる例えば金属マ
グネシウムウム箔からなる。また、負極活物質として、
マグネシウムの溶解・析出可能な材料を用いる場合に
は、負極２は、負極集電体上に、上記負極活物質を含有
する負極活物質層が形成されてなる。
グネシウムウム箔からなる。また、負極活物質として、
マグネシウムの溶解・析出可能な材料を用いる場合に
は、負極２は、負極集電体上に、上記負極活物質を含有
する負極活物質層が形成されてなる。
【００１５】マグネシウムの溶解・析出可能な負極活物
質としては、金属マグネシウム、金属マグネシウムとア
ルカリ金属との合金等を用いることができる。さらに、
例えばＰｔなどのように、マグネシウムを含まない物質
を負極活物質として用いることもできる。
質としては、金属マグネシウム、金属マグネシウムとア
ルカリ金属との合金等を用いることができる。さらに、
例えばＰｔなどのように、マグネシウムを含まない物質
を負極活物質として用いることもできる。
【００１６】負極活物質層に含有される結合剤として
は、従来の非水電解液電池の負極活物質層の結合剤とし
て通常用いられている公知の樹脂材料等を用いることが
できる。
は、従来の非水電解液電池の負極活物質層の結合剤とし
て通常用いられている公知の樹脂材料等を用いることが
できる。
【００１７】負極缶３は、負極２を収容するものであ
り、また、非水電解液電池１の外部負極となる。
り、また、非水電解液電池１の外部負極となる。
【００１８】正極４は、正極集電体上に、正極活物質を
含有する正極活物質層が形成されてなる。
含有する正極活物質層が形成されてなる。
【００１９】正極活物質として、一般式Ｍｇ（Ｍ
1-xＡx）2Ｏ4で表されるマグネシウム複合酸化物が用い
られる。なお、式中、ｘは０≦ｘ≦０．２の範囲の数で
ある。また、式中、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、
Ｖ、Ｆｅ、Ｃｕ又はＴｉから選ばれるいずれかの遷移金
属元素である。また、式中Ａは、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ
ｒ、Ｂ、Ｖ、Ｃ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ又はＣａから選ばれる
いずれかの典型元素、アルカリ金属又はアルカリ土類金
属元素である。
1-xＡx）2Ｏ4で表されるマグネシウム複合酸化物が用い
られる。なお、式中、ｘは０≦ｘ≦０．２の範囲の数で
ある。また、式中、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、
Ｖ、Ｆｅ、Ｃｕ又はＴｉから選ばれるいずれかの遷移金
属元素である。また、式中Ａは、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｃ
ｒ、Ｂ、Ｖ、Ｃ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ又はＣａから選ばれる
いずれかの典型元素、アルカリ金属又はアルカリ土類金
属元素である。
【００２０】さらに、上記一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）Ｏ4
で表されるマグネシウム化合物は、スピネル構造を有
し、Ｆｄ３ｍ空間群で表せる占有原子サイト８ａに、Ｍ
ｇが存在する構造であることが好ましい。
で表されるマグネシウム化合物は、スピネル構造を有
し、Ｆｄ３ｍ空間群で表せる占有原子サイト８ａに、Ｍ
ｇが存在する構造であることが好ましい。
【００２１】上記のような構造を有する本発明に係る化
合物Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）Ｏ4は、Ｍｇイオンの拡散を容易
に行わしめることができる。この化合物を正極活物質と
して用いることで正極の作動電位を上げることができ、
これにより、マグネシウムイオンを電荷担体として用い
た電池において、従来よりも放電電位が高く、エネルギ
ー密度の高い電池となる。
合物Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）Ｏ4は、Ｍｇイオンの拡散を容易
に行わしめることができる。この化合物を正極活物質と
して用いることで正極の作動電位を上げることができ、
これにより、マグネシウムイオンを電荷担体として用い
た電池において、従来よりも放電電位が高く、エネルギ
ー密度の高い電池となる。
【００２２】さらに、この化合物は、従来報告されてい
る、例えばＭｇxＭｎＯ2等に比較して容易に合成するこ
とができるため、当該化合物を正極活物質として用いる
ことは、コストの面でも有利である。
る、例えばＭｇxＭｎＯ2等に比較して容易に合成するこ
とができるため、当該化合物を正極活物質として用いる
ことは、コストの面でも有利である。
【００２３】正極活物質層に含有される結合剤として
は、従来の非水電解液電池の正極活物質層の結合剤とし
て通常用いられている公知の樹脂材料等を用いることが
できる。
は、従来の非水電解液電池の正極活物質層の結合剤とし
て通常用いられている公知の樹脂材料等を用いることが
できる。
【００２４】正極缶５は、正極４を収容するものであ
り、また、非水電解液電池１の外部正極となる。
り、また、非水電解液電池１の外部正極となる。
【００２５】セパレータ６は、正極４と、負極２とを離
間させるものであり、従来の非水電解液電池のセパレー
タとして通常用いられている公知の材料を用いることが
でき、例えばポリプロピレンなどの高分子フィルムが用
いられる。また、マグネシウムイオン伝導度とエネルギ
ー密度との関係から、セパレータの厚みはできるだけ薄
いことが必要である。具体的には、セパレータの厚みは
例えば５０μｍ以下が適当である。
間させるものであり、従来の非水電解液電池のセパレー
タとして通常用いられている公知の材料を用いることが
でき、例えばポリプロピレンなどの高分子フィルムが用
いられる。また、マグネシウムイオン伝導度とエネルギ
ー密度との関係から、セパレータの厚みはできるだけ薄
いことが必要である。具体的には、セパレータの厚みは
例えば５０μｍ以下が適当である。
【００２６】絶縁ガスケット７は、負極缶３に組み込ま
れ一体化されている。この絶縁ガスケット７は、負極缶
３及び正極缶５内に充填された非水電解液の漏出を防止
するためのものである。
れ一体化されている。この絶縁ガスケット７は、負極缶
３及び正極缶５内に充填された非水電解液の漏出を防止
するためのものである。
【００２７】非水電解液としては、非プロトン性非水溶
媒に電解質を溶解させた溶液が用いられる。
媒に電解質を溶解させた溶液が用いられる。
【００２８】非水溶媒としては、例えばプロピレン力−
ボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネー
ト、ビニレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、スル
ホラン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキ
シエタン、２−メチルテトラヒドロフラン、３−メチル
ー１，３−ジオキソラン、プロピオン酸メチル、酪酸メ
チル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネト、ジ
プロピルカーボネート等、一般にリチウムイオン二次電
池に使用される溶媒を使用することができる。その理由
は文献（J．Electrochem．Soc．，Vol．40 No．，Jan
（1993）140）に記載されている。アセトニトリルを用
いた場合、還元側で溶媒の分解が起こりやすいからであ
る。具体的には、プロピレン力−ボネートにＭｇ（Ｃｌ
Ｏ4）2を溶解した電解液がこの文献中に記載されてい
る。特に、電圧に安定な点から環状又は鎖状カーボネー
ト類を使用することが好ましい。また、このような非水
溶媒は、１種または２種以上を組み合わせて使用するこ
とができる。
ボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネー
ト、ビニレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、スル
ホラン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキ
シエタン、２−メチルテトラヒドロフラン、３−メチル
ー１，３−ジオキソラン、プロピオン酸メチル、酪酸メ
チル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネト、ジ
プロピルカーボネート等、一般にリチウムイオン二次電
池に使用される溶媒を使用することができる。その理由
は文献（J．Electrochem．Soc．，Vol．40 No．，Jan
（1993）140）に記載されている。アセトニトリルを用
いた場合、還元側で溶媒の分解が起こりやすいからであ
る。具体的には、プロピレン力−ボネートにＭｇ（Ｃｌ
Ｏ4）2を溶解した電解液がこの文献中に記載されてい
る。特に、電圧に安定な点から環状又は鎖状カーボネー
ト類を使用することが好ましい。また、このような非水
溶媒は、１種または２種以上を組み合わせて使用するこ
とができる。
【００２９】また、非水溶媒に溶解させる電解質として
は、例えば、Ｍｇ（ＳＯ2ＣＦ3）2等を使用できる。他
にもホウフッ化マグネシウム（Ｍｇ（ＢＦ4）2）、トリ
フルオロメチルスルホン酸マグネシウム（Ｍｇ（ＣＦ3
ＳＯ3）2）、ヘキサフルオロ燐酸マグネシウム（Ｍｇ
（ＰＦ6）2）などが使用できる。
は、例えば、Ｍｇ（ＳＯ2ＣＦ3）2等を使用できる。他
にもホウフッ化マグネシウム（Ｍｇ（ＢＦ4）2）、トリ
フルオロメチルスルホン酸マグネシウム（Ｍｇ（ＣＦ3
ＳＯ3）2）、ヘキサフルオロ燐酸マグネシウム（Ｍｇ
（ＰＦ6）2）などが使用できる。
【００３０】上述したような本発明に係る非水電解液電
池１は、一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）Ｏ 4で表されるマグネ
シウム化合物を正極活物質として用いているので、Ｍｇ
イオンの拡散が容易に行われて、正極の作動電位を上げ
ることができる。これにより、この非水電解液電池１
は、マグネシウムイオンを電荷担体として用いた電池に
おいて、従来よりも放電電位が高く、エネルギー密度の
高い電池となる。
池１は、一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）Ｏ 4で表されるマグネ
シウム化合物を正極活物質として用いているので、Ｍｇ
イオンの拡散が容易に行われて、正極の作動電位を上げ
ることができる。これにより、この非水電解液電池１
は、マグネシウムイオンを電荷担体として用いた電池に
おいて、従来よりも放電電位が高く、エネルギー密度の
高い電池となる。
【００３１】さらに、このＭｇ（Ｍ1-xＡx）Ｏ4は、比
較的容易に合成することができるため、当該化合物を正
極活物質として用いた非水電解液電池１は、コストの面
でも有利な電池となる。
較的容易に合成することができるため、当該化合物を正
極活物質として用いた非水電解液電池１は、コストの面
でも有利な電池となる。
【００３２】そして、このような非水電解液電池１は例
えばつぎのようにして製造される。
えばつぎのようにして製造される。
【００３３】負極２としては、まず、負極活物質と結着
剤とを溶媒中に分散させてスラリーの負極合剤を調製す
る。次に、得られた負極合剤を負極集電体上に均一に塗
布、乾燥して負極活物質層を形成することにより負極２
が作製される。上記負極合剤の結着剤としては、公知の
結着剤を用いることができるほか、上記負極合剤に公知
の添加剤等を添加することができる。また、負極活物質
となる金属マグネシウムをそのまま負極２として用いる
こともできる。
剤とを溶媒中に分散させてスラリーの負極合剤を調製す
る。次に、得られた負極合剤を負極集電体上に均一に塗
布、乾燥して負極活物質層を形成することにより負極２
が作製される。上記負極合剤の結着剤としては、公知の
結着剤を用いることができるほか、上記負極合剤に公知
の添加剤等を添加することができる。また、負極活物質
となる金属マグネシウムをそのまま負極２として用いる
こともできる。
【００３４】正極４としては、まず、正極活物質とと結
着剤とを溶媒中に分散させてスラリーの正極合剤を調製
する。次に、得られた正極合剤を正極集電体上に均一に
塗布、乾燥して正極活物質層を形成することにより正極
４が作製される。上記正極合剤の結着剤としては、公知
の結着剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公
知の添加剤等を添加することができる。
着剤とを溶媒中に分散させてスラリーの正極合剤を調製
する。次に、得られた正極合剤を正極集電体上に均一に
塗布、乾燥して正極活物質層を形成することにより正極
４が作製される。上記正極合剤の結着剤としては、公知
の結着剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公
知の添加剤等を添加することができる。
【００３５】非水電解液は、電解質塩を非水溶媒中に溶
解することにより調製される。
解することにより調製される。
【００３６】そして、負極２を負極缶３に収容し、正極
４を正極缶５に収容し、負極２と正極４との間に、ポリ
プロピレン製多孔質膜等からなるセパレータ６を配す
る。負極缶３及び正極缶５内に非水電解液を注入し、絶
縁ガスケット７を介して負極缶３と正極缶５とをかしめ
て固定することにより、非水電解液電池１が完成する。
４を正極缶５に収容し、負極２と正極４との間に、ポリ
プロピレン製多孔質膜等からなるセパレータ６を配す
る。負極缶３及び正極缶５内に非水電解液を注入し、絶
縁ガスケット７を介して負極缶３と正極缶５とをかしめ
て固定することにより、非水電解液電池１が完成する。
【００３７】なお、上述した実施の形態では、非水電解
液を用いた非水電解液電池を例に挙げて説明したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、導電性高分子化
合物の単体あるいは混合物を含有する高分子固体電解質
を用いた固体電解質電池や、膨潤溶媒を含有するゲル状
の固体電解質を用いたゲル状電解質電池についても適用
可能である。
液を用いた非水電解液電池を例に挙げて説明したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、導電性高分子化
合物の単体あるいは混合物を含有する高分子固体電解質
を用いた固体電解質電池や、膨潤溶媒を含有するゲル状
の固体電解質を用いたゲル状電解質電池についても適用
可能である。
【００３８】上記の高分子固体電解質やゲル状電解質に
含有される導電性高分子化合物として具体的には、シリ
コン、アクリル、アクリロニトリル、ポリフォスファゼ
ン変性ポリマ、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレ
ンオキサイド、フッ素系ポリマ又はこれらの化合物の複
合ポリマや架橋ポリマ、変性ポリマ等が挙げられる。上
記フッ素系ポリマとしては、ポリ（ビニリデンフルオラ
イド）、ポリ（ビニリデンフルオライド−ｃｏ−ヘキサ
フルオロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオライド
−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデン
フルオライド−ｃｏ−トリフルオリエチレン）等が挙げ
られる。
含有される導電性高分子化合物として具体的には、シリ
コン、アクリル、アクリロニトリル、ポリフォスファゼ
ン変性ポリマ、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレ
ンオキサイド、フッ素系ポリマ又はこれらの化合物の複
合ポリマや架橋ポリマ、変性ポリマ等が挙げられる。上
記フッ素系ポリマとしては、ポリ（ビニリデンフルオラ
イド）、ポリ（ビニリデンフルオライド−ｃｏ−ヘキサ
フルオロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオライド
−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデン
フルオライド−ｃｏ−トリフルオリエチレン）等が挙げ
られる。
【００３９】また、上述した実施の形態では、二次電池
を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、一次電池についても適用可能である。ま
た、本発明の電池は、円筒型、角型、コイン型、ボタン
型等、その形状については特に限定されることはなく、
また、薄型、大型等の種々の大きさにすることができ
る。
を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、一次電池についても適用可能である。ま
た、本発明の電池は、円筒型、角型、コイン型、ボタン
型等、その形状については特に限定されることはなく、
また、薄型、大型等の種々の大きさにすることができ
る。
【００４０】
【実施例】以下、本発明の効果を確認すべく行った本発
明の実施例について説明する。なお、以下に示す実施例
では、具体的な数値を挙げて説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではないことは言うまでもない。
明の実施例について説明する。なお、以下に示す実施例
では、具体的な数値を挙げて説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００４１】〈実施例１〉まず、市販のＭｇ（ＯＨ）2
とＭｎＯ2とをモル比でＭｇ：Ｍｎ＝１：２になるよう
に秤量、混合し、酸素気流中で８００℃で５時間焼成し
て黒茶色の粉末状のＭｇＭｎ2Ｏ4を得た。得られたＭｇ
Ｍｎ2Ｏ4は、Ｘ線回折によって、空間群Ｆｄ３ｍに属す
るスピネル構造をとることが確認された。また、このＭ
ｇＭｎ2Ｏ4は、この構造の中で、Ｍｇは８ａ席に占有率
１で存在することが確認された。
とＭｎＯ2とをモル比でＭｇ：Ｍｎ＝１：２になるよう
に秤量、混合し、酸素気流中で８００℃で５時間焼成し
て黒茶色の粉末状のＭｇＭｎ2Ｏ4を得た。得られたＭｇ
Ｍｎ2Ｏ4は、Ｘ線回折によって、空間群Ｆｄ３ｍに属す
るスピネル構造をとることが確認された。また、このＭ
ｇＭｎ2Ｏ4は、この構造の中で、Ｍｇは８ａ席に占有率
１で存在することが確認された。
【００４２】そして、得られたＭｇＭｎ2Ｏ4を正極活物
質として用いて電池を作製した。
質として用いて電池を作製した。
【００４３】得られた正極活物質を乾燥重量で９０重量
％と、導電剤としてグラファイト（平均粒径５μｍから
２０μｍ：商品名ＫＳ−１５ロンザ）を７重量％と、結
着剤としてポリフッ化ビニリデン（アルドリッチ＃１３
００）を３重量％とを用いて混練して正極ペーストとし
た。
％と、導電剤としてグラファイト（平均粒径５μｍから
２０μｍ：商品名ＫＳ−１５ロンザ）を７重量％と、結
着剤としてポリフッ化ビニリデン（アルドリッチ＃１３
００）を３重量％とを用いて混練して正極ペーストとし
た。
【００４４】次に、この正極ぺーストを正極集電体上に
塗布し、アルミメッシュと共にペレット化して、乾燥ア
ルゴン気流中、１００℃で１時間の乾燥を行ない、正極
を得た。
塗布し、アルミメッシュと共にペレット化して、乾燥ア
ルゴン気流中、１００℃で１時間の乾燥を行ない、正極
を得た。
【００４５】また、金属マグネシウムを上記正極と略同
径に圧延することにより負極とした。
径に圧延することにより負極とした。
【００４６】また、エチレンカーボネートが６０容量％
とジメチルカーボネートが４０容量％とで混合されてな
る混合溶媒にＭｇ（ＣｌＯ4）2を１ｍｏｌ／ｌの濃度で
溶解させて非水電解液を調製した。
とジメチルカーボネートが４０容量％とで混合されてな
る混合溶媒にＭｇ（ＣｌＯ4）2を１ｍｏｌ／ｌの濃度で
溶解させて非水電解液を調製した。
【００４７】そして、以上のようにして得られた負極を
負極缶に収容し、正極を正極缶に収容し、負極と正極と
の間に、ポリプロピレン製多孔質膜等からなるセパレー
タを配した。負極缶及び正極缶内に非水電解液を注入
し、絶縁ガスケットを介して負極缶と正極缶とをかしめ
て固定することにより、２０２５コイン型の非水電解液
電池を完成した。
負極缶に収容し、正極を正極缶に収容し、負極と正極と
の間に、ポリプロピレン製多孔質膜等からなるセパレー
タを配した。負極缶及び正極缶内に非水電解液を注入
し、絶縁ガスケットを介して負極缶と正極缶とをかしめ
て固定することにより、２０２５コイン型の非水電解液
電池を完成した。
【００４８】〈実施例２〉負極において、金属マグネシ
ウムの代わりに、白金（Ｐｔ）を正極と略同径に圧延し
たものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして非水
電解液電池を作製した。
ウムの代わりに、白金（Ｐｔ）を正極と略同径に圧延し
たものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして非水
電解液電池を作製した。
【００４９】〈比較例〉正極において、Ｖ2Ｏ5を正極活
物質として用いたこと以外は、実施例１と同様にして非
水電解液電池を作製した。
物質として用いたこと以外は、実施例１と同様にして非
水電解液電池を作製した。
【００５０】そして、以上のようにして作製された非水
電解液電池に対して、電池特性評価実験を行った。各電
池を１００μＡ／ｃｍ2の定電流で０．０Ｖ（対Ｍｇ2+
／Ｍｇ）まで放電し、０．５Ｖで放電をカットオフして
容量を測定した。なお、以上の放電実験は常温（２３
℃）で行われた。
電解液電池に対して、電池特性評価実験を行った。各電
池を１００μＡ／ｃｍ2の定電流で０．０Ｖ（対Ｍｇ2+
／Ｍｇ）まで放電し、０．５Ｖで放電をカットオフして
容量を測定した。なお、以上の放電実験は常温（２３
℃）で行われた。
【００５１】以上のようにして行った放電試験におい
て、実施例１、実施例２及び比較例の電池の放電曲線を
図２乃至図４に示す。
て、実施例１、実施例２及び比較例の電池の放電曲線を
図２乃至図４に示す。
【００５２】図２と図４とを比較して明らかなように、
ＭｇＭｎ2Ｏ4を正極活物質として用いた実施例１の電池
では、従来のＶ2Ｏ5を用いた比較例の電池より、放電電
位が高くなることがわかった。本発明に係る正極活物質
の使用によって、従来よりもエネルギー密度の高いマグ
ネシウムイオン二次電池を得ることができることが確認
された。
ＭｇＭｎ2Ｏ4を正極活物質として用いた実施例１の電池
では、従来のＶ2Ｏ5を用いた比較例の電池より、放電電
位が高くなることがわかった。本発明に係る正極活物質
の使用によって、従来よりもエネルギー密度の高いマグ
ネシウムイオン二次電池を得ることができることが確認
された。
【００５３】さらに、図２と図３とを比較して明らかな
ように、負極としてＰｔを使用した実施例２の電池の場
合にも、実施例１の電池と同様に放電電位が高く優れた
電池が得得られることがわかった。これにより、負極材
料として、Ｍｇを含まない化合物を使用できることが確
認された。
ように、負極としてＰｔを使用した実施例２の電池の場
合にも、実施例１の電池と同様に放電電位が高く優れた
電池が得得られることがわかった。これにより、負極材
料として、Ｍｇを含まない化合物を使用できることが確
認された。
【００５４】
【発明の効果】本発明では、一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2
Ｏ4（式中、ｘは０≦ｘ≦０．２の範囲の数である。ま
た、Ｍは遷移金属であり、Ａは典型元素またはアルカリ
金属、アルカリ土類金属である。）で表されるマグネシ
ウム化合物を正極活物質として用いることで、正極の作
動電位を上げることができる。
Ｏ4（式中、ｘは０≦ｘ≦０．２の範囲の数である。ま
た、Ｍは遷移金属であり、Ａは典型元素またはアルカリ
金属、アルカリ土類金属である。）で表されるマグネシ
ウム化合物を正極活物質として用いることで、正極の作
動電位を上げることができる。
【００５５】そして本発明では、正極を使用すること
で、従来よりも放電電位が高く、エネルギー密度の高い
電池を得ることができる。
で、従来よりも放電電位が高く、エネルギー密度の高い
電池を得ることができる。
【００５６】さらに、本発明で用いた一般式Ｍｇ（Ｍ
1-xＡx）2Ｏ4で表されるマグネシウム化合物は、容易に
合成することができるため、当該化合物を正極活物質と
して用いることは、コストの面でも有利である。
1-xＡx）2Ｏ4で表されるマグネシウム化合物は、容易に
合成することができるため、当該化合物を正極活物質と
して用いることは、コストの面でも有利である。
【図１】本発明に係る非水電解質電池の一構成例を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】実施例１で作製した電池の放電曲線を示す図で
ある。
ある。
【図３】実施例２で作製した電池の放電曲線を示す図で
ある。
ある。
【図４】比較例で作製した電池の放電曲線を示す図であ
る。
る。
１ 非水電解液電池、 ２ 負極、 ３ 負極缶、 ４
正極、 ５ 正極缶、６ セパレータ、 ７ 絶縁ガ
スケット
正極、 ５ 正極缶、６ セパレータ、 ７ 絶縁ガ
スケット
Claims (8)
- 【請求項１】 一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4（式中、ｘ
は０≦ｘ≦０．２の範囲の数である。また、Ｍは遷移金
属であり、Ａは典型元素またはアルカリ金属、アルカリ
土類金属である。）で表されるマグネシウム化合物を正
極活物質として含むことを特徴とする正極。 - 【請求項２】 上記一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4におい
て、上記Ｍが、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃ
ｕ又はＴｉから選ばれるいずれかの元素であることを特
徴とする請求項１記載の正極。 - 【請求項３】 上記一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4におい
て、上記Ａが、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｂ、Ｖ、Ｃ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ｍｇ又はＣａから選ばれるいずれかの元素であ
ることを特徴とする請求項１記載の正極。 - 【請求項４】 上記一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）Ｏ4で表さ
れるマグネシウム化合物がスピネル構造であり、Ｆｄ３
ｍ空間群で表せる占有原子サイト８ａに、Ｍｇが存在す
ることを特徴とする請求項１記載の正極。 - 【請求項５】 負極と、マグネシウム化合物を含有する
正極と、正極と負極との間に介在されるマグネシウムイ
オン伝導化合物とからなる電池であって、 上記正極は、一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4（式中、ｘは
０≦ｘ≦０．２の範囲の数である。また、Ｍは遷移金属
であり、Ａは典型元素またはアルカリ金属、アルカリ土
類金属である。）で表されるマグネシウム化合物を正極
活物質として含むことを特徴とする電池。 - 【請求項６】 上記一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4におい
て、上記Ｍが、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃ
ｕ又はＴｉから選ばれるいずれかの元素であることを特
徴とする請求項５記載の電池。 - 【請求項７】 上記一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）2Ｏ4におい
て、上記Ａが、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｂ、Ｖ、Ｃ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ｍｇ又はＣａから選ばれるいずれかの元素であ
ることを特徴とする請求項５記載の電池。 - 【請求項８】 上記一般式Ｍｇ（Ｍ1-xＡx）Ｏ4で表さ
れるマグネシウム化合物がスピネル構造であり、Ｆｄ３
ｍ空間群で表せる占有原子サイト８ａに、Ｍｇが存在す
ることを特徴とする請求項５記載の電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000289417A JP4742412B2 (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 正極及び電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000289417A JP4742412B2 (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 正極及び電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002100344A true JP2002100344A (ja) | 2002-04-05 |
| JP4742412B2 JP4742412B2 (ja) | 2011-08-10 |
Family
ID=18772823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000289417A Expired - Fee Related JP4742412B2 (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 正極及び電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4742412B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011519122A (ja) * | 2008-04-07 | 2011-06-30 | カーネギー メロン ユニバーシティ | ナトリウムイオンを用いた水性電解質系電気化学的二次エネルギー貯蔵装置 |
| JP2011165639A (ja) * | 2010-02-04 | 2011-08-25 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | マグネシウムを有する陽極活物質及びこれを備えるマグネシウム二次電池 |
| JP2013533577A (ja) * | 2010-05-25 | 2013-08-22 | ペリオン テクノロジーズ インク． | マグネシウム電池用の電極材料 |
| US8877383B2 (en) | 2010-06-21 | 2014-11-04 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Magnesium-based battery |
| JP2016096024A (ja) * | 2014-11-14 | 2016-05-26 | 国立大学法人京都大学 | 二次電池 |
| JP2016164103A (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | 学校法人東京理科大学 | マグネシウム複合酸化物の製造方法 |
| WO2016143675A1 (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-15 | 学校法人東京理科大学 | マグネシウム二次電池及び充放電方法 |
| WO2017119494A1 (ja) * | 2016-01-06 | 2017-07-13 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | マグネシウム化合物、二次電池用正極活物質、及び二次電池、並びにマグネシウム化合物の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9246170B2 (en) | 2013-03-27 | 2016-01-26 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | MgMn2O4 with a crystal structure analogue to CaFe2O4, CaMn2O4, or CaTi2O4 as rechargeable magnesium battery cathode |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001076720A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Sony Corp | マグネシウム化合物、それを用いた非水電解質電池、マグネシウム化合物の合成方法及びそれを用いた非水電解質電池の製造方法 |
| JP2001076721A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Sony Corp | 非水電解質電池 |
| JP2002025555A (ja) * | 2000-07-05 | 2002-01-25 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | マグネシウム二次電池正極活物質用マグネシウム複合酸化物、その製造方法およびそれを用いたマグネシウム二次電池 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5101139A (en) * | 1989-03-09 | 1992-03-31 | Safe Computing, Inc. | Reducing video display radiation |
-
2000
- 2000-09-22 JP JP2000289417A patent/JP4742412B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001076720A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Sony Corp | マグネシウム化合物、それを用いた非水電解質電池、マグネシウム化合物の合成方法及びそれを用いた非水電解質電池の製造方法 |
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| JP4501181B2 (ja) * | 1999-08-31 | 2010-07-14 | ソニー株式会社 | 非水電解質電池及びその製造方法 |
| JP2002025555A (ja) * | 2000-07-05 | 2002-01-25 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | マグネシウム二次電池正極活物質用マグネシウム複合酸化物、その製造方法およびそれを用いたマグネシウム二次電池 |
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| KR101067115B1 (ko) | 2010-02-04 | 2011-09-22 | 삼성전기주식회사 | 마그네슘을 갖는 양극 활물질 및 이를 구비하는 마그네슘 이차전지 |
| JP2013533577A (ja) * | 2010-05-25 | 2013-08-22 | ペリオン テクノロジーズ インク． | マグネシウム電池用の電極材料 |
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| JP2016096024A (ja) * | 2014-11-14 | 2016-05-26 | 国立大学法人京都大学 | 二次電池 |
| JP2016164103A (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | 学校法人東京理科大学 | マグネシウム複合酸化物の製造方法 |
| WO2016143675A1 (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-15 | 学校法人東京理科大学 | マグネシウム二次電池及び充放電方法 |
| WO2017119494A1 (ja) * | 2016-01-06 | 2017-07-13 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | マグネシウム化合物、二次電池用正極活物質、及び二次電池、並びにマグネシウム化合物の製造方法 |
| JPWO2017119494A1 (ja) * | 2016-01-06 | 2018-11-22 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | マグネシウム化合物、二次電池用正極活物質、及び二次電池、並びにマグネシウム化合物の製造方法 |
| JP7060866B2 (ja) | 2016-01-06 | 2022-04-27 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 二次電池用正極活物質、及び二次電池、並びに二次電池用正極活物質の製造方法 |
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