JP2012221670A - Magnesium secondary battery and battery system including the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnesium secondary battery having high energy density.SOLUTION: In a secondary battery using magnesium as a carrier, a compound of transition metal and fluorine, specifically a compound represented as a compositional formula: MgM1M2FX(M1 represents at least one or more transition metals selected from among Fe, Mn, Co, Ni, Cr, Cu, Mo, W, Pt, Hf, Os, Ir, Au, Hg, Tl, Pb and Sn, and M2 represents at least one selected from transition metal other than the M1 and Al while 0≤x≤1 is satisfied. X represents at least one halogen selected from among Cl, Br and I while 0≤z<0.5 is satisfied) is used as a positive electrode active material.

Description

本発明はマグネシウム二次電池と、それを利用した電池システムに関する。   The present invention relates to a magnesium secondary battery and a battery system using the same.

パソコン,ビデオカメラ,携帯電話等の小型化に伴い、情報関連機器,通信機器の分野では、これらの機器に用いる電源として、リチウム二次電池が実用化され広く普及するに至っている。リチウム二次電池は、一般に、正極活物質にLiCoO2などのリチウム遷移金属酸化物を用いた正極と、負極活物質に金属リチウム,炭素材料等を用いた負極と、リチウム塩を支持塩としてこれを有機溶媒に溶解した電解液とから構成されている。充電時には正極から脱離したリチウムが負極に吸蔵され、逆に放電時には負極から脱離したリチウムが正極に吸蔵される。つまり、リチウムをキャリアとするロッキングチェア型の二次電池である。リチウム二次電池は、負極活物質として用いる金属リチウムあるいは炭素材料はリチウムとの反応電位が低く、また、電解液に非水系の電解液を利用していることから、作動電圧が高く、高エネルギー密度であるという利点を有し、小型携帯機器用電源として、その用途を急速に拡大している。 With the miniaturization of personal computers, video cameras, mobile phones, etc., in the fields of information-related equipment and communication equipment, lithium secondary batteries have been put into practical use and have become widespread as power sources used for these equipment. Generally, a lithium secondary battery includes a positive electrode using a lithium transition metal oxide such as LiCoO 2 as a positive electrode active material, a negative electrode using metal lithium, a carbon material, or the like as a negative electrode active material, and a lithium salt as a supporting salt. In an organic solvent. Lithium desorbed from the positive electrode is occluded in the negative electrode during charging, and conversely, lithium desorbed from the negative electrode is occluded in the positive electrode during discharge. That is, it is a rocking chair type secondary battery using lithium as a carrier. In lithium secondary batteries, metallic lithium or carbon material used as the negative electrode active material has a low reaction potential with lithium, and a non-aqueous electrolyte is used as the electrolyte. It has the advantage of density, and its use is rapidly expanding as a power source for small portable devices.

また、電気自動車,ハイブリッド電気自動車,プラグインハイブリッド電気自動車、あるいは電力貯蔵用蓄電システムの用途について、大型リチウム二次電池が実用化されつつある。   In addition, large-sized lithium secondary batteries are being put into practical use for electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, or power storage power storage systems.

しかし、リチウムは極めて活性であり、例えば空気中で水分と反応して燃焼するといった危険性がある。このことは、リチウム二次電池の製造工程において、水分のないドライな環境といった充分な配慮を必要とし、製造コストの増大にもつながっている。また、リチウム二次電池において、負極にリチウム金属を用いた場合、充放電反応にともないデンドライト(針状結晶)が析出することにより、デンドライトがセパレータを貫通して短絡を引き起こし、溶媒などが燃焼する場合がある。そこで、キャリアとなる物質を変更した新しいタイプのロッキングチェア型二次電池が待ち望まれている。   However, lithium is extremely active, and there is a danger that it reacts with moisture in the air and burns. This requires sufficient consideration such as a dry environment without moisture in the manufacturing process of the lithium secondary battery, which leads to an increase in manufacturing cost. Also, in lithium secondary batteries, when lithium metal is used for the negative electrode, the dendrite (needle crystals) precipitates during the charge / discharge reaction, causing the dendrite to penetrate the separator, causing a short circuit, and the solvent burns. There is a case. Therefore, a new type of rocking chair type secondary battery in which a carrier material is changed is desired.

さらに、リチウムは塩湖などからリチウム化合物として採掘され、電気自動車等の普及があっても100年以上の埋蔵量を有していると報告されている。将来、大容量の電源用途に二次電池を普及させていくためには、電池に用いられる材料の資源量を考慮し、大量普及のために必要な電池材料を確保可能であることが前提条件となる。   Furthermore, lithium is mined as a lithium compound from salt lakes and the like, and it has been reported that it has a reserve of more than 100 years even if electric vehicles and the like are widely used. In order to disseminate secondary batteries for large-capacity power supply applications in the future, it is a precondition that it is possible to secure the battery materials necessary for mass dissemination in consideration of the amount of materials used in the batteries. It becomes.

以上の状況を鑑みると、化学的に比較的安定であって、原料供給量が多く価格変動性の低い材料を選択していくことが望ましい。そこで、資源量の豊富なマグネシムに注目し、それを二次電池の材料として利用する蓄電池、すなわちマグネシウム二次電池の開発が、国内外で徐々に注目を集めつつある。   In view of the above situation, it is desirable to select a material that is chemically relatively stable, has a large amount of raw material supply, and has low price variability. Accordingly, attention is being focused on magnesium, which has abundant resources, and the development of a storage battery that uses it as a material for a secondary battery, that is, a magnesium secondary battery, is gradually attracting attention both at home and abroad.

そのように高安全性と低価格を指向して、マグネシウム二次電池の開発が、国内外で徐々に進められている。マグネシウムは、リチウムより安価で、材料価格がリチウムの約2/3となり、高い電気容量密度(2.21Ah/kg)を有している。しかしながら、現状のマグネシウム二次電池は十分な性能は得られていない。そこで、その性能をリチウム二次電池に近づけることによって、容量当たりの電池コストを削減するための研究開発が進められている。   Thus, the development of magnesium secondary batteries is gradually progressing at home and abroad, aiming at high safety and low price. Magnesium is cheaper than lithium, has a material price of about 2/3 that of lithium, and has a high electric capacity density (2.21 Ah / kg). However, sufficient performance is not obtained with the current magnesium secondary battery. Therefore, research and development are underway to reduce the battery cost per capacity by bringing the performance closer to that of a lithium secondary battery.

その性能向上の鍵を握っているものが、正極である。特許文献1においては、Mg二次電池用正極材料としてMgMn24についての検討が行われている。特許文献2においては、Mg二次電池用正極材料として、組成式MgxM11-yM2y2・nH2Oで表され、結晶構造が層状構造を有するマグネシウム複合酸化物が見出されている。特許文献3においては、Mg二次電池用正極材料として、一般式MOで表される酸化物、またはMSで表される硫化物について提示されている(ただし、Mは金属元素を表す。)。特許文献4においては、Mg二次電池用正極材料として、ルチル構造を有する酸化物、主にTiO2が提案されている。特許文献5においては、Mg二次電池用正極材料として、酸化数が6のMoを含む酸化物正極材料についての検討が行われている。特許文献6においては、Mg二次電池用正極材料として、過マンガン酸塩と塩酸との反応により生じた沈殿物を加熱処理して得られたマンガン酸化物が見つけられている。特許文献7は、ハロゲン化合物系正極材料、主に塩素化合物正極材料に関する発明である。 The positive electrode is the key to improving the performance. In Patent Literature 1, MgMn 2 O 4 is studied as a positive electrode material for Mg secondary batteries. In Patent Document 2, a magnesium composite oxide represented by the composition formula Mg x M1 1-y M2 y O 2 .nH 2 O and having a layered structure in the crystal structure is found as a positive electrode material for Mg secondary batteries. ing. In Patent Document 3, an oxide represented by the general formula MO or a sulfide represented by MS is presented as a positive electrode material for an Mg secondary battery (where M represents a metal element). In Patent Document 4, an oxide having a rutile structure, mainly TiO 2, has been proposed as a positive electrode material for an Mg secondary battery. In Patent Literature 5, an oxide positive electrode material containing Mo having an oxidation number of 6 is studied as a positive electrode material for an Mg secondary battery. In Patent Document 6, a manganese oxide obtained by heat-treating a precipitate generated by a reaction between a permanganate and hydrochloric acid has been found as a positive electrode material for an Mg secondary battery. Patent Document 7 is an invention relating to a halogen compound positive electrode material, mainly a chlorine compound positive electrode material.

特開2001−76721号公報JP 2001-76721 A 特開2002−255555号公報JP 2002-255555 A 特開2005−228589号公報JP 2005-228589 A 特開2006−505109号公報JP 2006-505109 A 特開2007−280627号公報JP 2007-280627 A 特開2009−64731号公報JP 2009-64731 A 特開2007−157416号公報JP 2007-157416 A

しかしながら、例えば特許文献7に示すように、放電容量密度が高いものの、動作電位が低いため十分なエネルギー密度が得られていないのが実情である。そこで本発明の目的は、高いエネルギー密度のマグネシウム二次電池およびそれを用いた電池システムを提供することにある。   However, as shown in Patent Document 7, for example, although the discharge capacity density is high, a sufficient energy density is not obtained because the operating potential is low. Therefore, an object of the present invention is to provide a magnesium secondary battery having a high energy density and a battery system using the same.

マグネシウム二次電池は、マグネシウムを可逆的に吸蔵・放出する正極と、前記正極とセパレータを介して対向して配置され、マグネシウムを可逆的に吸蔵・放出する負極と、マグネシウム化合物を含む電解液とを備える。本発明者は、リチウムに代え、マグネシウムをキャリアとした二次電池を模索した結果、正極活物質として、遷移金属のフッ素化合物を用いることに到達した。具体的には、正極活物質として、組成式MgxM11-yM2y3-zz(M1はFe,Mn,Co,Ni,Cr,Cu,Mo,W,Pt,Hf,Os,Ir,Au,Hg,Tl,Pb,Snのうち少なくとも一種類以上から選択される遷移金属、M2は前記M1を除く遷移金属またはAlから選ばれる少なくとも1種:0≦x≦1、XはCl,Br,Iのハロゲン元素から選択される少なくとも1種:0≦z<0.5)で表される遷移金属とフッ素の化合物を用いることにある。 A magnesium secondary battery includes a positive electrode that reversibly absorbs and releases magnesium, a negative electrode that is disposed opposite to the positive electrode via a separator, and that reversibly stores and releases magnesium, and an electrolyte solution containing a magnesium compound. Is provided. As a result of searching for a secondary battery using magnesium as a carrier instead of lithium, the present inventor has reached the use of a transition metal fluorine compound as a positive electrode active material. Specifically, as the positive electrode active material, the composition formula MgxM1 1-y M2 y F 3 -z X z (M1 is Fe, Mn, Co, Ni, Cr, Cu, Mo, W, Pt, Hf, Os, Ir , Au, Hg, Tl, Pb, Sn, a transition metal selected from at least one or more, M2 is a transition metal other than M1 or at least one selected from Al: 0 ≦ x ≦ 1, X is Cl, The use of a transition metal and fluorine compound represented by at least one selected from Br, I halogen elements: 0 ≦ z <0.5).

本発明によれば、高エネルギー密度のマグネシウム二次電池およびそれを用いた電池システムを提供することができる。上記した以外の課題,構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a high energy density magnesium secondary battery and a battery system using the same can be provided. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

ペロブスカイト構造を有するCaTiO3の単位格子モデル図である。A unit cell model diagram of CaTiO 3 having a perovskite structure. ペロブスカイト構造を有するFeF3の単位格子モデル図である。A unit cell model diagram of FeF 3 having a perovskite structure. マグネシウム二次電池の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of a magnesium secondary battery. マグネシウム二次電池を適用した電池システムの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the battery system to which a magnesium secondary battery is applied.

本発明者は、鋭意研究、度重なる実験の結果、一部の遷移金属とフッ素の化合物がマグネシウムを可逆的に吸蔵・放出可能で、高電位で動作する正極活物質となり得るとの知見を得た。本発明は、この知見に基づくものであり、マグネシウムをキャリアとした新しい着想のロッキングチェア型二次電池を構成することができる正極活物質材料と、この正極活物質材料を用いて構成したマグネシウム二次電池を提供する。   As a result of diligent research and repeated experiments, the present inventor obtained knowledge that some transition metal and fluorine compounds can reversibly store and release magnesium, and can be a positive electrode active material that operates at a high potential. It was. The present invention is based on this finding, and a positive electrode active material capable of forming a new concept rocking chair type secondary battery using magnesium as a carrier, and a magnesium secondary material formed using this positive electrode active material. Provide the next battery.

正極活物質材料として、遷移金属とフッ素の化合物を選択した。遷移金属のフッ素化合物を用いることにより、高電位のマグネシウム二次電池用正極が得られる。また、この正極を用いることで高電圧かつ高エネルギー密度のマグネシウム二次電池が得られる。高電圧かつ高エネルギー密度のマグネシウム二次電池は、上記のリチウム二次電池が使用される製品に搭載することが可能となる。   A transition metal and fluorine compound was selected as the positive electrode active material. By using a transition metal fluorine compound, a high-potential magnesium secondary battery positive electrode can be obtained. Further, by using this positive electrode, a magnesium secondary battery having a high voltage and a high energy density can be obtained. A high voltage and high energy density magnesium secondary battery can be mounted on a product in which the above lithium secondary battery is used.

正極活物質は、遷移金属とフッ素を少なくとも含む化合物である。MF3(Mは1または複数の遷移金属化合物)の組成式で表され、周囲に存在するカチオンサイトにマグネシウムを吸蔵し、ペロブスカイト構造(RMO3:Rはマグネシウムまたは空のカチオンサイト)の化合物となることができる。 The positive electrode active material is a compound containing at least a transition metal and fluorine. A compound represented by a composition formula of MF 3 (M is one or a plurality of transition metal compounds), occludes magnesium at a cation site present around, and has a perovskite structure (RMO 3 : R is magnesium or an empty cation site) Can be.

MF3の中心金属Mのサイトに入る元素は、マグネシウムイオンの吸蔵・放出の際に1ないし3の酸化数を取り、電気的なつりあいを保つ機能を有する遷移金属Fe,Mn,Co,Ni,Cr,Cu,Mo,W,Pt,Hf,Os,Ir,Au,Hg,Tl,Pb,Snの中から選ばれる。Mは1種単独でもよく、2種類以上でもよい。Fのサイトの一部をF以外のハロゲン元素X(Cl,Br,I)で置換してもよい。したがってMgxM11-yM2y3-zz(x≧0,y≧0,z≧0)で表される。 The elements that enter the site of the central metal M of MF 3 are transition metals Fe, Mn, Co, Ni, which have a function of taking an oxidation number of 1 to 3 when magnesium ions are occluded / released and maintaining electrical balance. It is selected from Cr, Cu, Mo, W, Pt, Hf, Os, Ir, Au, Hg, Tl, Pb, and Sn. M may be a single type or two or more types. A part of the site of F may be substituted with a halogen element X (Cl, Br, I) other than F. Therefore, it is expressed by Mg x M1 1-y M2 y F 3-z Xz (x ≧ 0, y ≧ 0, z ≧ 0).

正極活物質に用いられる遷移金属とフッ素の化合物は、マグネシウムの吸蔵により、組成式MgxM11-yM2y3(M1はFe,Mn,Co,Niのうち少なくとも一種類以上から選択される遷移金属、M2は前記M1を除く遷移金属、Alから選ばれる少なくとも1種:0≦x≦1)で表され、結晶構造がペロブスカイト構造を有する。 The compound of transition metal and fluorine used for the positive electrode active material is selected from at least one of the composition formula Mg x M1 1-y M2 y F 3 (M1 is Fe, Mn, Co, Ni) by occlusion of magnesium. M2 is a transition metal other than M1 and at least one selected from Al: 0 ≦ x ≦ 1), and the crystal structure has a perovskite structure.

遷移金属フッ素化合物は、その結晶構造をペロブスカイト構造とする(図1,図2)。
ペロブスカイト構造は、組成式CaTiO3で表される灰チタン石と類似の結晶構造である。図1にCaTiO3の結晶の単位格子のモデル図を示す。ペロブスカイト構造を有するCaTiO3は立方晶系の単位格子を有する結晶構造であり、この結晶構造は、単位格子の体心にTi、面心にO、頂点にCaがそれぞれ配置されている。
Transition metal fluorine compounds have a perovskite structure as the crystal structure (FIGS. 1 and 2).
The perovskite structure is a crystal structure similar to perovskite expressed by the composition formula CaTiO 3 . FIG. 1 shows a model diagram of a unit cell of CaTiO 3 crystal. CaTiO 3 having a perovskite structure is a crystal structure having a cubic unit cell. In this crystal structure, Ti is arranged in the body of the unit cell, O is arranged in the face center, and Ca is arranged in the vertex.

遷移金属フッ素化合物のペロブスカイト構造とは立方晶系に属する結晶構造で、単位格子における体心に遷移金属M1(M1はM2に置き換えた場合を含む。)、面心にF(Fは他のハロゲンであっても良い。)、頂点にMg(Mg原子数が頂点のカチオンサイト数よりも少ない場合は、空のカチオンサイトとなる。)構造を有する。単位格子同士は各面心のFを共有した配列により構造が安定化しているが、ある程度の歪みを有している。単位格子において、カチオンサイトの数だけを考慮した場合、カチオンサイトに入るMgは最大1となる。しかしながら、電気的なつりあいとマグネシウムイオンは2価であることを考慮した場合、酸化数が2と3で変化するM1において、カチオンサイトに入るマグネシウムは最大1/2となり、また、酸化数が1と3で変化するM1において、カチオンサイトに入るマグネシウムは最大1となる。   The perovskite structure of the transition metal fluorine compound is a crystal structure belonging to a cubic system, in which the transition metal M1 (including the case where M1 is replaced by M2) is included in the body center of the unit cell, and F (F is another halogen) in the face center. It has a structure of Mg at the apex (when the number of Mg atoms is less than the number of cation sites at the apex, it becomes an empty cation site). The unit lattices have a stabilized structure due to the arrangement sharing the F of each face center, but have some distortion. When only the number of cation sites is considered in the unit cell, the maximum number of Mg entering the cation sites is 1. However, considering the electrical balance and the fact that magnesium ions are divalent, in M1 where the oxidation number changes between 2 and 3, the magnesium entering the cation site is halved and the oxidation number is 1 In M1, which changes between 1 and 3, the maximum number of magnesium entering the cation site is 1.

遷移金属とフッ素の化合物(MgxM11-yM2y3)におけるもっとも単純な組成条件(x=y=z=0)かつM1=Feの場合のFeF3の結晶構造の単位格子モデルを図2に示す。FeF3は、カチオンを吸蔵可能な空のカチオンサイトを単位格子に1個分有する。Feイオンが存在すべきサイトの一部が欠損し、空のサイトがあっても良い。このようにすると、正極活物質に形成されたホールが導電率を増大させ、高容量化のために好適である。 A unit cell model of the crystal structure of FeF 3 in the case of the simplest composition condition (x = y = z = 0) and M1 = Fe in a compound of transition metal and fluorine (Mg x M1 1 -y M2 y F 3 ) As shown in FIG. FeF 3 has one empty cation site that can occlude cations in the unit cell. A part of the site where Fe ions should exist may be missing and there may be an empty site. If it does in this way, the hole formed in the positive electrode active material will increase electrical conductivity, and is suitable for high capacity | capacitance.

また、空サイトがあることによって、マグネシウムイオンが空サイトを経由して、正極結晶内部に拡散しやすくなり、高容量化に対して有効である。すなわち、正極内部のMgイオン密度が高い充電初期において空のカチオンサイトは存在するため、低充電領域においてもMgイオンの固相拡散抵抗が増大しにくく、実際に使用可能な充放電領域が広くなるというメリットも得られる。   In addition, the presence of vacant sites makes it easier for magnesium ions to diffuse into the cathode crystal via the vacant sites, which is effective for increasing the capacity. In other words, empty cation sites exist at the initial stage of charging when the Mg ion density inside the positive electrode is high, so that the solid phase diffusion resistance of Mg ions hardly increases even in a low charge region, and the actually usable charge / discharge region is widened. You can also get the benefits.

上述の効果は、リチウム二次電池にFeF3を用いた場合と比較すると、顕著となる。
リチウム二次電池の正極活物質にFeF3を用いた場合、最大量のリチウムイオンが吸蔵されたときの正極組成はLiFeF3となる。このときに、空サイトはリチウムイオンによって占有されているために、これ以上のリチウムイオンの吸蔵は理論的に不可能である。また、放電末期になると、リチウムイオンの占有率が高くなり、空サイトが残り少なくなるために、リチウムイオンの拡散抵抗が増大する問題がある。他方、マグネシウム二次電池の場合は、マグネシウムイオンが全ての空サイトを占有したときの正極組成がMgFeF3となり、放電容量は前記リチウム二次電池の場合の2倍になるまで、マグネシウムイオンの拡散抵抗が問題とならない。
The above-mentioned effect becomes remarkable when compared with the case where FeF 3 is used for the lithium secondary battery.
When FeF 3 is used as the positive electrode active material of the lithium secondary battery, the positive electrode composition when the maximum amount of lithium ions is occluded is LiFeF 3 . At this time, since empty sites are occupied by lithium ions, it is theoretically impossible to store more lithium ions. Further, at the end of the discharge, the lithium ion occupancy increases, and there are fewer empty sites, which increases the diffusion resistance of lithium ions. On the other hand, in the case of a magnesium secondary battery, the diffusion of magnesium ions is continued until the positive electrode composition when Mg ions occupy all vacant sites is MgFeF 3 and the discharge capacity is twice that of the lithium secondary battery. Resistance doesn't matter.

図2に示したように、単位格子の頂点に存在する四角はCaイオンの占有サイトに対応し、充電状態では空サイトとなり、放電状態ではマグネシウムイオンが占有している。単位格子の体心に存在するFeはTiに対応し、単位格子の面心に存在するFは丸に対応して置換された結晶構造となっている。充電時に金属イオンが酸化され、逆に放電時には還元されて、結晶格子内のマグネシウムイオンとの電気的中性が保たれている。このような結晶構造を有する遷移金属とフッ素の化合物では、マグネシウム原子は立方晶単位格子の各辺を固相内拡散経路として移動が可能であり、マグネシウムイオンが単位格子の頂点サイトに吸蔵されたり、単位格子の頂点サイトに存在するマグネシウム原子がイオンとなって脱離したりする可逆的反応が容易に実現される。したがって、遷移金属とフッ素の化合物は、マグネシウムをキャリアとしたロッキングチェア型の二次電池を構成することのできる良好な正極活物質材料となる。   As shown in FIG. 2, the square existing at the apex of the unit cell corresponds to the occupied site of Ca ions, becomes an empty site in the charged state, and is occupied by magnesium ions in the discharged state. Fe existing in the body center of the unit cell corresponds to Ti, and F existing in the surface center of the unit cell has a substituted crystal structure corresponding to the circle. Metal ions are oxidized during charging and conversely reduced during discharging, so that electrical neutrality with magnesium ions in the crystal lattice is maintained. In a transition metal and fluorine compound having such a crystal structure, the magnesium atom can move using each side of the cubic unit cell as a diffusion path in the solid phase, and magnesium ions are occluded at the apex site of the unit cell. A reversible reaction in which magnesium atoms present at the apex sites of the unit cell are eliminated as ions can be easily realized. Therefore, the compound of transition metal and fluorine is a good positive electrode active material capable of constituting a rocking chair type secondary battery using magnesium as a carrier.

したがって、遷移金属とフッ素の化合物は、その組成をMgxM11-yM2y3-zzで表される(M1はFe,Mn,Co,Ni,Cr,Cu,Mo,W,Pt,Hf,Os,Ir,Au,Hg,Tl,Pb,Snの遷移金属のうちいずれかまたは複数であり、M2はM1を除く前記遷移金属であってM1でないもの、及びAlのいずれかまたは複数である。0≦x<1である。XはCl,Br,Iのハロゲン元素から選択される少なくとも1種であり、0≦z<0.5である。)。 Thus, compounds of transition metals and fluorine, the represented (M1 in its composition Mg x M1 1-y M2 y F 3-z X z Fe, Mn, Co, Ni, Cr, Cu, Mo, W, Any one or a plurality of transition metals of Pt, Hf, Os, Ir, Au, Hg, Tl, Pb, and Sn, and M2 is the transition metal excluding M1 and not M1, and any of Al or Plural, 0 ≦ x <1, X is at least one selected from the halogen elements Cl, Br, and I, and 0 ≦ z <0.5.

資源量が多く安価であり、原子量が小さく重量エネルギー密度を高くすることができるという利点があることから、M1をFeとすることが望ましい。中心金属M1のサイトの一部を置換するM2は、M1を除く遷移金属、もしくはAlの少なくとも1種とすることができる。M2は遷移金属とフッ素の化合物の結晶構造を安定化する機能を果たす。具体的には、Al,Ti,Sc等が好ましい。また、Alは3価であり資源量が多く安価であるという利点があることから、M2はAlとすることが望ましい。   It is desirable that M1 be Fe because it has a large amount of resources and is inexpensive and has an advantage that the atomic weight is small and the weight energy density can be increased. M2 that replaces a part of the site of the central metal M1 can be a transition metal other than M1 or at least one of Al. M2 functions to stabilize the crystal structure of the transition metal and fluorine compound. Specifically, Al, Ti, Sc and the like are preferable. Moreover, since Al has the advantage of being trivalent and having a large amount of resources and being inexpensive, M2 is preferably Al.

また、フッ素の電気陰性度は3.98であり、酸素の電気陰性度は3.44であることから、フッ素は酸素や他のハロゲン元素よりも電気陰性度が大きく、格子内部における電気的な極性が大きくなる。フッ素は他のハロゲン元素と比較して、原子半径およびイオン半径が小さく、単位格子が小さい。従って、フッ素化合物系材料では、酸化物系材料等と比較して高電位で、体積エネルギー密度に優れた正極材料になりやすい。そのため、フッ素化合物系正極材料を用いることで、高電圧かつ高容量のマグネシウム二次電池が得られる。   In addition, since the electronegativity of fluorine is 3.98 and the electronegativity of oxygen is 3.44, fluorine has a greater electronegativity than oxygen and other halogen elements, and the electrical inside of the lattice is Polarity increases. Fluorine has a smaller atomic radius and ionic radius and a smaller unit cell than other halogen elements. Therefore, a fluorine compound-based material tends to be a positive electrode material having a higher potential and an excellent volume energy density than an oxide-based material. Therefore, a high voltage and high capacity magnesium secondary battery can be obtained by using a fluorine compound-based positive electrode material.

ハロゲン元素Xは、Fのサイトの一部を置換し、遷移金属とフッ素の化合物の結晶構造におけるカチオンサイトを広げることによりマグネシウムイオンの挿入脱離を容易にする機能を果たす。XはFを除くハロゲン元素から選ばれる少なくとも1種であるが、具体的には、Cl,Br,Iが挙げられる。XはClとすることが望ましい。Clは、ハロゲン元素の中で電気陰性度がFに次いで高いため結晶内の極性の低下を抑制できる。また、他のハロゲン元素と比較してイオン半径がFに近いため、歪みによる結晶構造の不安定化を抑制できる。   The halogen element X has a function of facilitating the insertion / extraction of magnesium ions by substituting a part of the F site and expanding the cation site in the crystal structure of the transition metal / fluorine compound. X is at least one selected from halogen elements other than F, and specific examples include Cl, Br, and I. X is preferably Cl. Since Cl has the highest electronegativity after F in halogen elements, it can suppress a decrease in polarity in the crystal. In addition, since the ionic radius is close to F as compared with other halogen elements, destabilization of the crystal structure due to strain can be suppressed.

組成式MgxM11-yM2y3-zzで表される化合物の具体例としては、x=y=z=0でM1をFeとするFeF3、NiとするNiF3、CoとするCoF3、MnとするMnF3、CrとするCrF3等がある。他にも正極活物質の例として、CuとするMgxCuF3-zz、MoとするMgxMoF3-zz、WとするMgxWF3-zz、PtとするMgxPtF3-zz、HfとするMgxHfF3-zz、OsとするMgxOsF3-zz、IrとするMgxIrF3-zz、AuとするMgxAuF3-zz、HgとするMgxHgF3-zz、TlとするMgxTlF3-zz、PbとするMgxPbF3-zz、SnとするMgxSnF3-zz、XをClとするMgxM11-yM2y3-zClz、BrとするMgxM11-yM2y3-zBrz、IとするMgxM11-yM2y3-zz等が含まれる。 Specific examples of the compound represented by the composition formula Mg x M1 1-y M2 y F 3-z X z is, NiF 3 to x = y = FeF 3 to the z = 0 in M1 and Fe, Ni, Co there is CrF 3 or the like to MnF 3, Cr to CoF 3, Mn to. Examples of the positive electrode active material to other, Mg to Mg x CuF 3-z X z , Mg and Mo x MoF 3-z X z , Mg x WF 3-z X z to W, Pt to Cu Mg x auf where x PtF 3-z X z, Mg x HfF 3-z X z to Hf, Mg x OsF 3-z X z to Os, Mg x IrF 3-z X z to Ir, and Au to 3-z X z, Mg x HgF 3-z X z, Mg x TlF 3-z X z to Tl, Mg and Pb x PbF 3-z X z to Hg, Mg and Sn x SnF 3- z X z, Mg and Cl an X x M1 1-y M2 y F 3-z Cl z, Mg and Br x M1 1-y M2 y F 3-z Br z, Mg x M1 to I 1- y M2 y F 3-z I z and the like.

また、リチウム二次電池が高活性なリチウムイオンをキャリアとすることに対し、マグネシウム二次電池ではキャリアをマグネシウムイオンとすることから、二次電池の製造工程において水分のないドライな環境を必要としない。従って、製造コスト面および製造時における安全面において優れた二次電池となる。   In addition, since lithium secondary batteries use highly active lithium ions as carriers, magnesium secondary batteries use magnesium ions as carriers, so a dry environment without moisture is required in the manufacturing process of secondary batteries. do not do. Therefore, the secondary battery is excellent in terms of manufacturing cost and safety in manufacturing.

リチウム二次電池では、負極にリチウム金属を用いた場合、充放電に伴うデンドライト析出による短絡が発生しやすいため、炭素系材料よりなる負極が実用化されている。そのためキャリアであるリチウムイオンは負極側にはもともと存在せず、リチウムイオンを内包する正極活物質が多用されている。マグネシウム二次電池においては、負極にマグネシウム金属を用いたとしても充放電にともなうデンドライト析出がないため、負極にマグネシウム金属,マグネシウム合金等を用いることができる。   In lithium secondary batteries, when lithium metal is used for the negative electrode, short-circuiting due to dendrite precipitation associated with charge / discharge is likely to occur, and thus negative electrodes made of carbon-based materials have been put into practical use. Therefore, lithium ions that are carriers do not originally exist on the negative electrode side, and positive electrode active materials that contain lithium ions are often used. In the magnesium secondary battery, even if magnesium metal is used for the negative electrode, since there is no dendrite precipitation due to charge / discharge, magnesium metal, magnesium alloy, or the like can be used for the negative electrode.

マグネシウム二次電池は、負極活物質に金属マグネシウム,マグネシウム合金を採用する場合、負極と電池容器の一体化、つまり、電池容器の少なくとも一部分が負極活物質となる金属マグネシウムあるいはマグネシウム合金で形成され、電池ケースのその部分が負極を兼ねる態様で実施することもできる。金属マグネシウム等で電池ケースを構成した場合であっても、金属マグネシウム等は空気中で殆ど不活性であるため、取扱性や安全性に優れる。したがって、電池ケースが負極を兼ねる態様のマグネシウム二次電池は、リチウム二次電池と比較して、電池の重量が軽減され、エネルギー密度,出力密度等に優れたマグネシウム二次電池となる。リチウム二次電池にあっては、金属リチウム等は空気中、特に水分を含む空気中において極めて活性であるため、このような電池ケースが負極を兼ねる態様はできない。   When the magnesium secondary battery employs magnesium metal or a magnesium alloy as the negative electrode active material, the negative electrode and the battery container are integrated, that is, at least a part of the battery container is formed of metal magnesium or a magnesium alloy that serves as the negative electrode active material. It can also be implemented in such a manner that the portion of the battery case also serves as the negative electrode. Even when the battery case is made of metal magnesium or the like, the metal magnesium or the like is almost inert in the air, so that it is excellent in handleability and safety. Therefore, the magnesium secondary battery in which the battery case also serves as the negative electrode is a magnesium secondary battery in which the weight of the battery is reduced and the energy density, the output density, etc. are excellent as compared with the lithium secondary battery. In a lithium secondary battery, metallic lithium and the like are extremely active in air, particularly in air containing moisture, and thus such a battery case cannot serve as a negative electrode.

また、負極の失活した場合に缶に含まれるマグネシウムを用いて、補充電(リフレッシュ)することが可能である。さらに、負極にキャリアであるマグネシウムイオンが多量に存在するため、例えばFeF3のようにキャリアであるカチオンを内包しない正極材料を選択できる。 In addition, when the negative electrode is deactivated, supplementary charging (refreshing) can be performed using magnesium contained in the can. Furthermore, since a large amount of magnesium ions as carriers are present in the negative electrode, a positive electrode material that does not include cations as carriers, such as FeF 3 , can be selected.

電解液は、キャリアとなるマグネシウムをイオン状態で含む液体であり、電解質となるマグネシウム塩を溶媒に溶解したものである。有機溶媒を用いた非水系電解液、および水を溶媒に用いた水系電解液のいずれによっても電池を構成することができる。   The electrolytic solution is a liquid containing magnesium as a carrier in an ionic state, and is obtained by dissolving a magnesium salt as an electrolyte in a solvent. A battery can be constituted by any of a non-aqueous electrolyte using an organic solvent and an aqueous electrolyte using water as a solvent.

マグネシウム二次電池の電解液としては、電解質としてマグネシウム塩を水に溶解した水系電解液を使用することが好ましい。有機溶媒を用いていないため、溶媒が燃焼する可能性がない点でメリットがある。   As the electrolytic solution of the magnesium secondary battery, it is preferable to use an aqueous electrolytic solution in which a magnesium salt is dissolved in water as an electrolyte. Since no organic solvent is used, there is a merit in that there is no possibility of the solvent burning.

また、非水系電解液を用いる他のメリットは、マグネシウム二次電池が水の分解電位を超える電池電圧を達成できることにあり、出力密度の高いマグネシウム二次電池となる。
なお、負極に金属リチウムを用いたマグネシウム二次電池の場合、水系電解液を使用したものでは、約1.1V〜約1.6Vの間で充放電が可能であるのに対して、非水系電解液を使用したものでは、約1.1V〜約3.0Vの間で充放電が可能である。
Another advantage of using a non-aqueous electrolyte is that the magnesium secondary battery can achieve a battery voltage exceeding the decomposition potential of water, resulting in a magnesium secondary battery with high output density.
In addition, in the case of a magnesium secondary battery using metallic lithium for the negative electrode, the one using an aqueous electrolyte solution can be charged / discharged between about 1.1 V and about 1.6 V, whereas it is non-aqueous. In the case of using an electrolytic solution, charging / discharging is possible between about 1.1 V and about 3.0 V.

水系電解液とする場合、電解質として利用可能なマグネシウム塩には、Mg(OH)2,MgCl2,Mg(NO3)2等を用いることができる。金属マグネシウムあるいはマグネシウム合金を負極活物質とする負極において、その負極の劣化(酸化)を防止できるという利点を有することから、上記電解質の中でも、Mg(OH)2を用いることがより望ましい。水系電解液の場合、電解質濃度は、電解液の電導度を高くできるという理由から、飽和濃度あるいはそれに近い濃度とすることが望ましい。 In the case of an aqueous electrolyte, Mg (OH) 2 , MgCl 2 , Mg (NO 3 ) 2, etc. can be used as the magnesium salt that can be used as the electrolyte. In the negative electrode using magnesium metal or magnesium alloy as the negative electrode active material, there is an advantage that deterioration (oxidation) of the negative electrode can be prevented. Therefore, it is more preferable to use Mg (OH) 2 among the above electrolytes. In the case of an aqueous electrolyte, the electrolyte concentration is preferably a saturated concentration or a concentration close to that because the conductivity of the electrolyte can be increased.

非水系電解液とする場合、電解質となるマグネシウム塩には、Mg(BF4)2,Mg(PF6)2,Mg(ClO4)2,Mg(CF3SO3)2,Mg(AsF6)2等を用いることができる。
また、有機溶媒には、非プロトン系有機溶媒を用いることができる。例えば、環状カーボネート,鎖状カーボネート,環状エステル,環状エーテルあるいは鎖状エーテル等の1種または2種以上からなる混合溶媒を用いることができる。環状カーボネートの例示としてはエチレンカーボネート,プロピレンカーボネート,ブチレンカーボネート,ビニレンカーボネート等が、鎖状カーボネートの例示としてはジメチルカーボネート,ジエチルカーボネート,メチルエチルカーボネート等が、環状エステルの例示としてはガンマブチロラクトン,ガンマバレロラクトン等が、環状エーテルの例示としてはテトラヒドロフラン,2−メチルテトラヒドロフラン等が、鎖状エーテルの例示としてはジメトキシエタン,エチレングリコールジメチルエーテル等がそれぞれ挙げられる。これらのもののうちいずれか1種を単独で用いることも、また2種以上を混合させて用いることもできる。非水電解液中の電解質濃度は、0.8〜1.5M(電解液1リットル中に存在する電解質のモル濃度)とすることが望ましい。低濃度にすると導電率が低下、高濃度にすると粘度が高くなりすぎて低温特性が悪化する。これらの電解液にリン酸エステル,亜リン酸エステル等の難燃剤を添加しても良い。
In the case of a non-aqueous electrolyte, the magnesium salt used as the electrolyte includes Mg (BF 4 ) 2 , Mg (PF 6 ) 2 , Mg (ClO 4 ) 2 , Mg (CF 3 SO 3 ) 2 , Mg (AsF 6 ) 2 etc. can be used.
An aprotic organic solvent can be used as the organic solvent. For example, a mixed solvent composed of one or more of cyclic carbonate, chain carbonate, cyclic ester, cyclic ether, chain ether and the like can be used. Examples of cyclic carbonates are ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, etc., examples of chain carbonates are dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, etc., examples of cyclic esters are gamma butyrolactone, gamma valero. Examples of lactones include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and the like as examples of cyclic ethers, and examples of chain ethers include dimethoxyethane and ethylene glycol dimethyl ether. Any one of these can be used alone, or two or more can be mixed and used. The electrolyte concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.8 to 1.5 M (molar concentration of electrolyte present in 1 liter of electrolyte). When the concentration is low, the conductivity is lowered, and when the concentration is high, the viscosity becomes too high and the low-temperature characteristics are deteriorated. You may add flame retardants, such as phosphate ester and phosphite, to these electrolyte solutions.

遷移金属とフッ素の化合物を正極活物質として用いた場合、充電によって、所定のカチオンサイトに吸蔵されていたMgは、他のMgで埋まっていない隣接するカチオンサイトを経由して固相内を移動し、結晶端部から結晶外にマグネシウムイオンとなって脱離する。また、放電時には、マグネシウムイオンが結晶端部から挿入し、Mg層内を移動して所定のカチオンサイトに吸蔵される。   When a transition metal and fluorine compound is used as the positive electrode active material, Mg that has been occluded at a given cation site by charging moves through the solid phase via an adjacent cation site that is not filled with other Mg. Then, magnesium ions are desorbed from the crystal ends to the outside of the crystal. Further, at the time of discharge, magnesium ions are inserted from the crystal end, move in the Mg layer, and are occluded at a predetermined cation site.

次に、上記の正極活物質を用いたマグネシウム二次電池の構成について説明する。マグネシウム二次電池は、正極,負極および電解液を備え、マグネシウムをキャリアとするロッキングチェア型の二次電池であり、電解質中における電極へのイオンの吸蔵・放出により、電気エネルギーを貯蔵・利用可能とする。   Next, the structure of the magnesium secondary battery using the positive electrode active material will be described. A magnesium secondary battery is a rocking chair type secondary battery that has a positive electrode, negative electrode, and electrolyte, and uses magnesium as a carrier. Electric energy can be stored and used by occluding and releasing ions into and from the electrode in the electrolyte. And

マグネシウム二次電池は、正極と負極とを対向させた電極群を形成し、この電極体を電池ケースに電解液とともに挿設して作製される。正極と負極との間には、セパレータを挿入し、電気的な絶縁性を保つ。   A magnesium secondary battery is manufactured by forming an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other, and inserting this electrode body together with an electrolyte into a battery case. A separator is inserted between the positive electrode and the negative electrode to maintain electrical insulation.

マグネシウム二次電池の形状,大きさなどに限定されず、円筒型,積層型,コイン型,カード型等、種々のものとすることができる。電池ケースは、作製しようとする電池の形状等に応じて、適正なものを採用すればよい。電池ケースには、正極外部端子,負極外部端子を設けてもよく、また、電池ケースの一部が正極外部端子,負極外部端子を兼ねる形式のものであってもよい。いずれの形状,形式等を採用する場合であっても、上記電極体を電池ケースに収納し、正極および負極からそれぞれ正極外部端子および負極外部端子までの間を電気的に接続し、電解液を注入し、そして電池ケースを密閉して電池系を外部と隔離して、マグネシウム二次電池が完成される。   The shape and size of the magnesium secondary battery are not limited, and various types such as a cylindrical type, a stacked type, a coin type, and a card type can be used. An appropriate battery case may be adopted according to the shape of the battery to be manufactured. The battery case may be provided with a positive external terminal and a negative external terminal, or a part of the battery case may serve as a positive external terminal and a negative external terminal. Regardless of the shape, type, etc., the electrode body is housed in a battery case, electrically connected from the positive electrode and the negative electrode to the positive external terminal and the negative external terminal, respectively, The magnesium secondary battery is completed by injecting and sealing the battery case to isolate the battery system from the outside.

図3は、マグネシウム二次電池301の内部構造の例を模式的に示す図である。正極307,負極308、および両電極の間に挿入されたセパレータ309からなる電極群が、電池容器302に密閉状態にて収納されている。電極群の構造は、図3に示した短冊状電極の積層したもの、あるいは円筒状,扁平状などの任意の形状に捲回したものなど、種々の形状にすることができる。電池容器の形状は、電極群の形状に合わせ、円筒型,扁平長円形状,角型などの形状を選択してもよい。電池容器302の上部に蓋303があり、その蓋303に正極外部端子304,負極外部端子305,注液口306を有する。電池容器302に電極群を収納した後に、蓋303を電池容器302の開口部に被せ、蓋303の外周を溶接して電池容器302と一体にした。電池容器302への蓋303の取り付けには、溶接の他に、かしめ,接着などの他の方法を採ることができる。   FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of the internal structure of the magnesium secondary battery 301. An electrode group including a positive electrode 307, a negative electrode 308, and a separator 309 inserted between the two electrodes is housed in a sealed state in the battery container 302. The structure of the electrode group can be various shapes such as a stack of strip-shaped electrodes shown in FIG. 3 or a wound shape in an arbitrary shape such as a cylindrical shape or a flat shape. As the shape of the battery container, a cylindrical shape, a flat oval shape, a rectangular shape, or the like may be selected according to the shape of the electrode group. A lid 303 is provided at the top of the battery container 302, and the lid 303 has a positive external terminal 304, a negative external terminal 305, and a liquid inlet 306. After the electrode group was stored in the battery container 302, the lid 303 was put on the opening of the battery container 302, and the outer periphery of the lid 303 was welded to be integrated with the battery container 302. For attachment of the lid 303 to the battery container 302, other methods such as caulking and bonding can be employed in addition to welding.

電池容器302の材質は、アルミニウム,ステンレス鋼,ニッケルメッキ鋼製など、非水電解質に対し耐食性のある材料から選択される。また、電池容器302を正極リード線310または負極リード線311に電気的に接続する場合は、電解質と接触している部分において、電池容器の腐食やマグネシウムイオンとの合金化による材料の変質が起こらないように、リード線の材料を選定する。   The material of the battery container 302 is selected from materials that are corrosion resistant to the nonaqueous electrolyte, such as aluminum, stainless steel, and nickel-plated steel. In addition, when the battery container 302 is electrically connected to the positive electrode lead wire 310 or the negative electrode lead wire 311, the material is changed due to corrosion of the battery container or alloying with magnesium ions in the portion in contact with the electrolyte. Select the lead wire material so that there is no such thing.

正極活物質として用いられる上記遷移金属とフッ素の化合物は、ほとんどの場合、電気抵抗が高いので、それらの電気伝導性を補うため導電材と混合して使用される。導電材としては、正極の電気伝導性を確保するためのものであり、高比表面積の炭素材料、例えばカーボンブラックや活性炭,アセチレンブラック,黒鉛の1種または2種以上を混合したものを使用できる。また、気相成長炭素、またはピッチ(石油,石炭,コールタールなどの副生成物)を原料に高温で炭化して製造した繊維,アクリル繊維(Polyacrylonitrile)から製造した炭素繊維などの導電性繊維も、導電材として使用できる。炭素繊維とともに高比表面積の炭素材料を使用することが好ましい。高比表面積の炭素材料は、正極活物質と導電性繊維との導電性に補助的に作用し、導電性繊維のみのときよりも導電性がさらに向上する。また、正極の充放電範囲にて酸化溶解しない材料であり、正極活物質よりも電気抵抗の低い金属材料を使用することも可能である。たとえばチタン,金等の耐蝕性金属、SiCやWCなどのカーバイド,Si34,BNなどの窒化物からなる遷移が例示される。これらの導電材の製造方法としては溶融法,化学気相成長法など既存の製法を利用することができる。なお、正極上の充放電電流が小さく、正極活物質の電気抵抗が電池性能に影響を与えない場合には、導電材の使用を省略することができる。 In most cases, the compound of the transition metal and fluorine used as the positive electrode active material has a high electric resistance, so that it is used in combination with a conductive material in order to supplement their electrical conductivity. The conductive material is for ensuring the electrical conductivity of the positive electrode, and a carbon material having a high specific surface area, such as carbon black, activated carbon, acetylene black, or a mixture of two or more of graphite can be used. . Also, conductive fibers such as vapor-grown carbon or carbon (manufactured by carbonization at high temperature from pitch (by-products such as petroleum, coal, coal tar)) and carbon fiber produced from acrylic fiber (Polyacrylonitrile) It can be used as a conductive material. It is preferable to use a carbon material having a high specific surface area together with the carbon fiber. The carbon material having a high specific surface area assists the conductivity between the positive electrode active material and the conductive fiber, and the conductivity is further improved as compared with the case of using only the conductive fiber. It is also possible to use a metal material that is not oxidized and dissolved in the charge / discharge range of the positive electrode and has a lower electrical resistance than the positive electrode active material. For example, transitions made of corrosion resistant metals such as titanium and gold, carbides such as SiC and WC, and nitrides such as Si 3 N 4 and BN are exemplified. As manufacturing methods of these conductive materials, existing manufacturing methods such as a melting method and a chemical vapor deposition method can be used. When the charge / discharge current on the positive electrode is small and the electrical resistance of the positive electrode active material does not affect the battery performance, the use of a conductive material can be omitted.

正極活物質および導電材を集電体箔の表面に保持するためのバインダには、フッ素系バインダやゴム系バインダなどの公知の材料、例えばテフロン(登録商標),ポリテトラフルオロエチレン,ポリフッ化ビニリデン(PVDF),フッ素ゴム等の含フッ素樹脂,ポリプロピレン,ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を用いることができる。ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂をバインダに用いても良い。必要に応じて、分散性や粘度を調整するための添加剤(例えば、カルボキシメチルセルロース)を添加しても良い。   Examples of the binder for holding the positive electrode active material and the conductive material on the surface of the current collector foil include known materials such as a fluorine-based binder and a rubber-based binder, such as Teflon (registered trademark), polytetrafluoroethylene, and polyvinylidene fluoride. (PVDF), fluorine-containing resins such as fluorine rubber, and thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene can be used. A thermosetting resin such as a polyimide resin may be used for the binder. You may add the additive (for example, carboxymethylcellulose) for adjusting a dispersibility and a viscosity as needed.

正極集電体には、材質,形状,製造方法などに制限されることなく、電気化学的に安定な物質を用いるのが望ましく、任意の集電体を使用することができる。正極集電体には、厚さが10〜100μmのアルミニウム箔、厚さが10〜100μm、孔径0.1〜10mmのアルミニウム製穿孔箔,エキスパンドメタル,発泡金属板などが用いられる。正極集電体の材質は、アルミニウムの他にステンレス,チタンなども適用可能である。上記遷移金属とフッ素の化合物に対しては、材質,形状,製造方法などに制限されることなく、任意の集電体を使用することができる。   The positive electrode current collector is not limited by the material, shape, manufacturing method, or the like, and is preferably an electrochemically stable material, and any current collector can be used. For the positive electrode current collector, an aluminum foil having a thickness of 10 to 100 μm, an aluminum perforated foil having a thickness of 10 to 100 μm and a hole diameter of 0.1 to 10 mm, an expanded metal, a foam metal plate, or the like is used. As the material of the positive electrode current collector, stainless steel, titanium, or the like can be used in addition to aluminum. For the transition metal and fluorine compound, any current collector can be used without being limited by the material, shape, manufacturing method, and the like.

正極307は、正極活物質の粉状体に導電材および結着剤を混合し、ペースト状の正極合剤を調整し、例えば、金属箔製集電体表面にこの正極合剤を塗工して形成することができる。正極合剤は、塗工時の都合により、粘度調整等の目的で溶剤を添加して調整することもでき、その場合の溶剤には、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。正極の製造には、ドクターブレード法,ディッピング法,スプレー法などの既知の製法を採ることができ、手段に制限はない。また、正極スラリーを集電体へ付着させた後、有機溶媒を乾燥し、ロールプレスによって正極を加圧成形することにより、正極を作製することができる。また、塗布から乾燥までを複数回行うことにより、複数の合剤層を集電体に積層化させることも可能である。   The positive electrode 307 is prepared by mixing a conductive material and a binder with a powder of a positive electrode active material to prepare a paste-like positive electrode mixture. For example, the positive electrode mixture is applied to the surface of a metal foil current collector. Can be formed. The positive electrode mixture can be adjusted by adding a solvent for the purpose of adjusting the viscosity, etc. for the convenience of coating, and in that case, an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone should be used. Can do. For the production of the positive electrode, a known production method such as a doctor blade method, a dipping method, or a spray method can be employed, and the means is not limited. Moreover, after making a positive electrode slurry adhere to a collector, the organic solvent is dried, and a positive electrode can be produced by pressure forming the positive electrode by a roll press. In addition, a plurality of mixture layers can be laminated on the current collector by performing a plurality of times from application to drying.

金属箔製集電体に塗工して形成された正極はシート状のものであるが、このシート状の正極は、作製しようとする電池の形状等に応じ、種々の厚さとすることができ、また、裁断等の手段により種々の大きさのものとすることができる。また、必要に応じ、正極合剤の密度を高めるべく、プレス等の手段で加圧したものであってもよい。この際、正極活物質の粒径は、合剤層の厚さ以下になるように規定される。正極活物質粉末中に合剤層厚さ以上のサイズを有する粗粒がある場合、予めふるい分級,風流分級などにより粗粒を除去し、合剤層厚さ以下の粒子を作製する。   The positive electrode formed by coating the metal foil current collector is a sheet-like one, but this sheet-like positive electrode can have various thicknesses depending on the shape of the battery to be produced. Also, it can be of various sizes by means such as cutting. Moreover, what was pressurized by means, such as a press, in order to raise the density of a positive electrode mixture as needed may be used. At this time, the particle diameter of the positive electrode active material is defined to be equal to or less than the thickness of the mixture layer. When there are coarse particles having a size larger than the thickness of the mixture layer in the positive electrode active material powder, the coarse particles are removed in advance by sieving classification, wind classification or the like to produce particles having a thickness of the mixture layer or less.

負極308は、正極に対向して設けられる。負極活物質は、マグネシウムを可逆的に吸蔵・放出(または溶解・析出)可能であり、その反応電位が上記正極活物質となる遷移金属とフッ素の化合物の反応電位より低いものであればよい。マグネシウムと合金化するアルミニウム,亜鉛,リチウム,シリコン,スズなどがあり、さらにマグネシウムイオンを電気化学的に吸蔵・放出可能な黒鉛や非晶質炭素からなる炭素質材料などもある。   The negative electrode 308 is provided to face the positive electrode. The negative electrode active material may be any material as long as it can reversibly occlude / release (or dissolve / precipitate) magnesium, and its reaction potential is lower than the reaction potential of the transition metal and fluorine compound serving as the positive electrode active material. There are aluminum, zinc, lithium, silicon, tin and the like alloyed with magnesium, and there are also carbonaceous materials made of graphite and amorphous carbon capable of electrochemically occluding and releasing magnesium ions.

反応電位が充分に低く、充分な可逆的吸蔵・放出(または溶解・析出)能を有する物質としては、金属マグネシウム,マグネシウム合金が挙げられ、これらを使用することが好ましい。マグネシウム合金としては、具体的には、Mg−Al系合金,Mg−Zn系合金,Mg−Mn系合金等を用いることができる。金属マグネシウムまたはマグネシウム合金を負極活物質として用いる場合、例えば、金属マグネシウム等の材料を箔状あるいは板状の形状に成形して、負極とし、上記正極と対向させて電池を構成することができる。   Examples of the substance having a sufficiently low reaction potential and sufficient reversible storage / release (or dissolution / precipitation) ability include metal magnesium and magnesium alloy, and these are preferably used. Specifically, as the magnesium alloy, an Mg—Al alloy, an Mg—Zn alloy, an Mg—Mn alloy, or the like can be used. When metal magnesium or a magnesium alloy is used as the negative electrode active material, for example, a material such as metal magnesium can be formed into a foil shape or a plate shape to form a negative electrode, and the battery can be configured to face the positive electrode.

マグネシウム金属またはマグネシウム合金以外の負極活物質を用いる場合、グラフェン構造を有する炭素材料などを用いることができる。黒鉛,易黒鉛化炭素,難黒鉛化炭素等の材料の混合負極や、炭素材料と金属または合金との混合負極,複合負極であってもよい。炭素材料としては、すなわち、マグネシウムイオンを電気化学的に吸蔵・放出可能な天然黒鉛,人造黒鉛,メソフェーズ炭素,膨張黒鉛,炭素繊維,気相成長法炭素繊維,ピッチ系炭素質材料,ニードルコークス,石油コークス,ポリアクリロニトリル系炭素繊維,カーボンブラックなどの炭素質材料、あるいは5員環または6員環の環式炭化水素または環式含酸素有機化合物を熱分解によって合成した非晶質炭素材料、などが利用可能である。   When a negative electrode active material other than magnesium metal or magnesium alloy is used, a carbon material having a graphene structure or the like can be used. It may be a mixed negative electrode of materials such as graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, a mixed negative electrode of a carbon material and a metal or an alloy, or a composite negative electrode. As carbon materials, natural graphite, artificial graphite, mesophase carbon, expanded graphite, carbon fiber, vapor grown carbon fiber, pitch-based carbonaceous material, needle coke, which can electrochemically occlude and release magnesium ions, Carbonaceous materials such as petroleum coke, polyacrylonitrile-based carbon fiber, carbon black, or amorphous carbon materials synthesized by thermal decomposition of 5-membered or 6-membered cyclic hydrocarbons or cyclic oxygen-containing organic compounds, etc. Is available.

一般に使用される負極活物質は粉末であるため、負極308は負極活物質,バインダ,集電体からなる。負極活物質にバインダを混合して粉末同士を結合させると同時に集電体へ接着させている。高レート充放電が必要な場合には、導電剤を負極に添加しても良い。
導電剤はマグネシウムイオンの吸蔵・放出に関与せず、電子の媒体として働くので、負極活物質におけるマグネシウムイオンの吸蔵・放出反応に影響を与えない。また、ポリアセン,ポリパラフェニレン,ポリアニリン,ポリアセチレンからなる導電性高分子材料も、負極に用いることができる。
Since the negative electrode active material generally used is a powder, the negative electrode 308 includes a negative electrode active material, a binder, and a current collector. A binder is mixed with the negative electrode active material to bond the powders together, and at the same time, adhere to the current collector. When high rate charge / discharge is required, a conductive agent may be added to the negative electrode.
The conductive agent does not participate in the occlusion / release of magnesium ions and acts as an electron medium, and therefore does not affect the occlusion / release reaction of magnesium ions in the negative electrode active material. A conductive polymer material made of polyacene, polyparaphenylene, polyaniline, or polyacetylene can also be used for the negative electrode.

マグネシウム二次電池には、材質,形状,製造方法などに制限されることなく、任意の集電体を使用することができる。具体的には、厚さが10〜100μmの銅箔、厚さが10〜100μm、孔径0.1〜10mmの銅製穿孔箔,エキスパンドメタル,発泡金属板などが用いられ、材質も銅の他に、ステンレス,チタン,ニッケルなども適用可能である。   Any current collector can be used in the magnesium secondary battery without being limited by the material, shape, manufacturing method, and the like. Specifically, a copper foil having a thickness of 10 to 100 μm, a copper perforated foil having a thickness of 10 to 100 μm and a hole diameter of 0.1 to 10 mm, an expanded metal, a foam metal plate, etc. are used. Stainless steel, titanium, nickel, etc. are also applicable.

負極活物質,バインダ、および有機溶媒を混合した負極スラリーを、ドクターブレード法,ディッピング法,スプレー法などによって集電体へ付着させた後、有機溶媒を乾燥し、ロールプレスによって負極を加圧成形することにより、負極を作製することができる。
また、塗布から乾燥までを複数回行うことにより、多層合剤層を集電体に形成させることも可能である。
A negative electrode slurry in which a negative electrode active material, a binder, and an organic solvent are mixed is attached to a current collector by the doctor blade method, dipping method, spray method, etc., the organic solvent is dried, and the negative electrode is pressure-formed by a roll press. By doing so, a negative electrode can be produced.
Moreover, it is also possible to form a multilayer mixture layer on a current collector by carrying out a plurality of times from application to drying.

負極活物質の粒径を合剤層の厚さ以下にすることが望ましい。負極活物質粉末中に合剤層厚さ以上のサイズを有する粗粒がある場合、予めふるい分級,風流分級などにより粗粒を除去し、合剤層厚さ以下の粒子を使用する。   It is desirable to make the particle size of the negative electrode active material not more than the thickness of the mixture layer. When there are coarse particles having a size larger than the thickness of the mixture layer in the negative electrode active material powder, the coarse particles are previously removed by sieving classification, wind classification or the like, and particles having a thickness of the mixture layer thickness or less are used.

正極307と負極308の間にセパレータ309を挿入し、正極307と負極308の短絡を防止する。セパレータは、正極と負極とを分離し電解液を保持するものであり、ポリエチレン,ポリプロピレンなどからなるポリオレフィン系高分子シート、あるいはポリオレフィン系高分子と4フッ化ポリエチレンを代表とするフッ素系高分子シートを溶着させた多層構造のセパレータ309などを使用することが可能である。非水系電解液を用いる場合には、ポリエチレン,ポリプロピレン,セルロース,ポリイミド等の薄い微多孔膜,不織布,紙等を用いることが、水系電解液の場合は、不織布,紙等を用いることができる。電池温度が高くなったときにセパレータ309が収縮しないように、セパレータ309の表面にセラミックスとバインダの混合物を薄層状に形成しても良い。これらのセパレータ309は、電池の充放電時にマグネシウムイオンを透過させる必要があるため、一般に細孔径が0.01〜10μm、気孔率が20〜90%であれば、マグネシウム二次電池301に使用可能である。   A separator 309 is inserted between the positive electrode 307 and the negative electrode 308 to prevent a short circuit between the positive electrode 307 and the negative electrode 308. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and retains the electrolytic solution, and is a polyolefin polymer sheet made of polyethylene, polypropylene, or the like, or a fluorine polymer sheet typified by a polyolefin polymer and tetrafluoropolyethylene. It is possible to use a separator 309 or the like having a multilayer structure in which is welded. In the case of using a non-aqueous electrolyte, a thin microporous film such as polyethylene, polypropylene, cellulose, or polyimide, a nonwoven fabric, paper, or the like can be used. In the case of an aqueous electrolyte, a nonwoven fabric, paper, or the like can be used. A mixture of ceramics and a binder may be formed in a thin layer on the surface of the separator 309 so that the separator 309 does not contract when the battery temperature increases. Since these separators 309 need to allow magnesium ions to permeate during battery charging / discharging, they can generally be used for the magnesium secondary battery 301 if the pore diameter is 0.01 to 10 μm and the porosity is 20 to 90%. It is.

セパレータ309は、電極群の末端に配置されている電極と電池容器302の間にも挿入し、正極307と負極308が電池容器302を通じて短絡しないようにしている。セパレータ309と正極307,負極308の表面および細孔内部に、電解質と非水溶媒からなる電解液が保持されている。   The separator 309 is also inserted between the electrode disposed at the end of the electrode group and the battery container 302 so that the positive electrode 307 and the negative electrode 308 are not short-circuited through the battery container 302. An electrolyte solution composed of an electrolyte and a non-aqueous solvent is held on the surfaces of the separator 309, the positive electrode 307, and the negative electrode 308 and inside the pores.

積層体の上部には、リード線を介して外部端子に電気的に接続されている。正極307は正極リード線310を介して正極外部端子304に接続されている。負極308は負極リード線311を介して負極外部端子305に接続されている。なお、正極リード線310,負極リード線311は、ワイヤ状,箔状,板状などの任意の形状を採ることができる。また、電流を流したときにオーム損失を小さくすることのできる構造であり、かつ電解液と反応しない材質であれば、正極リード線310,負極リード線311の材質は任意である。正極外部端子304または負極外部端子305と、電池容器302の間には絶縁性シール材料312を挿入し、両端子が短絡しないようにしている。絶縁性シール材料312にはフッ素樹脂,熱硬化性樹脂,ガラスハーメチックシールなどから選択することができ、電解液と反応せず、かつ気密性に優れた任意の材質を使用することができる。   The upper part of the laminate is electrically connected to an external terminal via a lead wire. The positive electrode 307 is connected to the positive external terminal 304 via the positive lead wire 310. The negative electrode 308 is connected to the negative external terminal 305 via the negative lead wire 311. The positive lead wire 310 and the negative lead wire 311 can take any shape such as a wire shape, a foil shape, and a plate shape. Further, the material of the positive electrode lead wire 310 and the negative electrode lead wire 311 is arbitrary as long as the material can reduce the ohmic loss when a current is passed and the material does not react with the electrolytic solution. An insulating sealing material 312 is inserted between the positive electrode external terminal 304 or the negative electrode external terminal 305 and the battery container 302 so that both terminals are not short-circuited. The insulating seal material 312 can be selected from a fluororesin, a thermosetting resin, a glass hermetic seal, and the like, and any material that does not react with the electrolyte and has excellent airtightness can be used.

正極リード線310または負極リード線311の途中、あるいは正極リード線310と正極外部端子304の接続部、または負極リード線311と負極外部端子305の接続部に、正温度係数(PTC;Positive temperature coefficient)抵抗素子を利用した電流遮断機構を設けると、電池内部の温度が高くなったときに、マグネシウム二次電池301の充放電を停止させ、電池を保護することが可能となる。   A positive temperature coefficient (PTC) is provided in the middle of the positive electrode lead 310 or the negative electrode lead wire 311, or at the connection portion between the positive electrode lead wire 310 and the positive electrode external terminal 304, or at the connection portion between the negative electrode lead wire 311 and the negative electrode external terminal 305. ) When a current interruption mechanism using a resistance element is provided, when the temperature inside the battery becomes high, charging / discharging of the magnesium secondary battery 301 can be stopped to protect the battery.

マグネシウム二次電池はその他の装置やシステムと適宜組み合わせることが可能である。マグネシウム二次電池を適用した電池システムは、マグネシウム二次電池と接続され電力により駆動する外部機器と、マグネシウム二次電池の充放電を制御する充放電制御手段とを備える。発電装置と組み合わせてシステム化する外部機器としては電気モータなどの駆動装置がある。他の外部機器としては、電気モータなどの動力機器、LEDや電球などの発光機器、電熱線などの発熱機器、電気により動作する電子機器などである。   The magnesium secondary battery can be appropriately combined with other devices and systems. A battery system to which a magnesium secondary battery is applied includes an external device connected to the magnesium secondary battery and driven by electric power, and charge / discharge control means for controlling charge / discharge of the magnesium secondary battery. As an external device to be systemized in combination with a power generator, there is a drive device such as an electric motor. Other external devices include power devices such as electric motors, light emitting devices such as LEDs and light bulbs, heat generating devices such as heating wires, and electronic devices that operate by electricity.

マグネシウム二次電池を使用したシステムを、光発電デバイスなどの発電装置と組み合わせて、エネルギー変換デバイスとして使用することができる。例えば、太陽光,地熱,波動エネルギーなどの任意の再生可能なエネルギー発電システムに適用することができる。たとえば、電気自動車,プラグインハイブリッド自動車,ハイブリッド自動車,運搬機器,建設機械,介護機器,軽車両,電動工具,ゲーム機,映像機,テレビ,掃除機,ロボット,携帯端末情報機器,潜水艦用駆動電源,海底探索機用電源などに利用できる。さらに太陽光発電,波力発電,地熱発電あるいは風力発電所に併設した蓄電システムとしての用途、あるいは太陽光発電と組み合わせた宇宙ステーション用電源の用途にも適用できる。   A system using a magnesium secondary battery can be used as an energy conversion device in combination with a power generation device such as a photovoltaic device. For example, the present invention can be applied to any renewable energy power generation system such as sunlight, geothermal heat, wave energy, and the like. For example, electric vehicles, plug-in hybrid vehicles, hybrid vehicles, transportation equipment, construction equipment, nursing care equipment, light vehicles, power tools, game machines, video machines, televisions, vacuum cleaners, robots, mobile terminal information equipment, submarine drive power supplies , Can be used as a power source for submarine searchers. Furthermore, the present invention can be applied to a solar power generation, wave power generation, geothermal power generation, a power storage system installed in a wind power plant, or a space station power source combined with solar power generation.

以上、遷移金属とフッ素の化合物を用いたマグネシウム二次電池について説明したが、当業者の知識に基づいて種々の変更,改良を施した種々の形態で実施することができ、具体的な構成材料,形状,部品などを変更しても良く、適宜公知の技術を追加し、あるいは公知の技術で置き換えることも可能である。以下、実施例を用いてさらに詳細を説明する。実施例では、マグネシウムをキャリアとし、全く新しいタイプのロッキングチェア型の二次電池(マグネシウム二次電池)を作製し、その二次電池の充放電試験により評価を行った。なお、本発明の趣旨を変更しない範囲で、材料の種類,組成,形状等を変更することが可能である。   Although the magnesium secondary battery using the transition metal and fluorine compound has been described above, it can be implemented in various forms with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art, and specific constituent materials. , Shapes, parts, and the like may be changed, and a known technique may be appropriately added or replaced by a known technique. Hereinafter, further details will be described using examples. In Examples, a completely new type of rocking chair type secondary battery (magnesium secondary battery) was prepared using magnesium as a carrier, and the secondary battery was evaluated by a charge / discharge test. It should be noted that the type, composition, shape, etc. of the material can be changed without departing from the spirit of the present invention.

ペロブスカイト構造を有する遷移金属とフッ素の化合物として、FeF3を正極活物質に用いたマグネシウム二次電池を作製した。FeF385重量部に、導電材としてアセチレンブラックを12重量部、結着剤としてPVDFを3重量部混合して正極合剤を調製し、この正極合剤を厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面に塗工し、加圧成形して正極合剤の厚さが片面50μmとなるシートを作製した。次いで、このシートを塗工部分の面積が50mm×100mm、引き出し電極として未塗工部分が15mm×15mmとなるように裁断し、正極を作製した。 A magnesium secondary battery using FeF 3 as a positive electrode active material as a compound of a transition metal having a perovskite structure and fluorine was produced. A positive electrode mixture was prepared by mixing 85 parts by weight of FeF 3 with 12 parts by weight of acetylene black as a conductive material and 3 parts by weight of PVDF as a binder, and this positive electrode mixture was prepared as an aluminum foil current collector with a thickness of 20 μm. The sheet | seat with which the thickness of the positive mix was 50 micrometers on one side was produced by coating on both surfaces and press-molding. Next, this sheet was cut so that the area of the coated portion was 50 mm × 100 mm and the uncoated portion was 15 mm × 15 mm as a lead electrode to produce a positive electrode.

上記正極に対向させる負極には、金属マグネシウムを用いた。金属マグネシウムは、引き出し電極部分(15mm×15mm)を残し、60mm×110mmとなるように裁断し、正極の塗工部分を十分に覆うものを作製した。上記正極と負極との間に挿入するセパレータには、厚さ100μmの不織布を用いた。電解液には、溶媒にアセトニトリル、電解質としてMg(ClO4)2を1mol/lの濃度で溶解させた非水系電解液を用いた。 Metal magnesium was used for the negative electrode facing the positive electrode. Metal magnesium was cut so as to be 60 mm × 110 mm while leaving the lead electrode portion (15 mm × 15 mm), and a metal magnesium which sufficiently covered the coated portion of the positive electrode was produced. As a separator inserted between the positive electrode and the negative electrode, a nonwoven fabric having a thickness of 100 μm was used. As the electrolytic solution, a non-aqueous electrolytic solution in which acetonitrile as a solvent and Mg (ClO 4 ) 2 as an electrolyte was dissolved at a concentration of 1 mol / l was used.

正極と負極の間に上記のセパレータを挿入し、負極を11枚、正極を10枚交互に積層した。この積層された正極および負極、セパレータをラミネートセルに入れて、電解液を注入したのち、正極または負極がラミネートセルの外から電気的接続できるよう引き出し電極を設けたのち、ラミネートセルを封止し、ラミネートセル型マグネシウム二次電池を完成させた。   The above separator was inserted between the positive electrode and the negative electrode, and 11 negative electrodes and 10 positive electrodes were alternately stacked. After putting the laminated positive and negative electrodes and separator into the laminate cell and injecting the electrolyte, the lead electrode is provided so that the positive or negative electrode can be electrically connected from the outside of the laminate cell, and then the laminate cell is sealed. A laminated cell type magnesium secondary battery was completed.

作製した実施例1のマグネシウム二次電池に対して充放電試験を行った。充放電試験は、充電終止電圧3.0Vまで電流密度0.3mA/cm2の定電流で充電を行い、次いで、放電終止電圧0.3Vまで電流密度0.3mA/cm2の定電流で放電を行う充放電サイクルを繰り返すものとした。結果を表1に示す。 A charge / discharge test was performed on the manufactured magnesium secondary battery of Example 1. In the charge / discharge test, charging is performed at a constant current of 0.3 mA / cm 2 until a final charge voltage of 3.0 V, and then discharged at a constant current of 0.3 mA / cm 2 until a final discharge voltage of 0.3 V. The charge / discharge cycle for performing the above was repeated. The results are shown in Table 1.

実施例2は、実施例1のマグネシウム二次電池の負極を、マグネシウム合金に変更した例である。負極には、マグネシウム合金(Al:6重量%)を用いた。マグネシウム合金は、引き出し電極部分(15mm×15mm)を残し、60mm×110mmとなるように裁断し、正極の塗工部分を十分に覆うものを作製した。その他のFeF3を用いた正極、セパレータ,電解液,電池の構造は実施例1と同様とし、同じ手法でマグネシウム二次電池を作製した。 Example 2 is an example in which the negative electrode of the magnesium secondary battery of Example 1 was changed to a magnesium alloy. A magnesium alloy (Al: 6% by weight) was used for the negative electrode. The magnesium alloy was cut so that the lead electrode portion (15 mm × 15 mm) was left and became 60 mm × 110 mm, so that the coated portion of the positive electrode was sufficiently covered. Other structures of the positive electrode, separator, electrolyte, and battery using FeF 3 were the same as in Example 1, and a magnesium secondary battery was produced by the same method.

作製した実施例1のマグネシウム二次電池に対して、実施例1と同様に充放電試験を行った。   A charge / discharge test was conducted on the magnesium secondary battery of Example 1 as in Example 1.

実施例3は、実施例2のマグネシウム二次電池の正極を、MnF3を用いたものに変更した例である。85重量部のMnF3に、導電材としてアセチレンブラックを12重量部、結着剤としてPVDFを3重量部混合して正極合剤を調整し、この正極合剤を厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面に塗工し、加圧成形して正極合剤の厚さが片面50μmとなるシートを作製し、次いで、このシートを塗工部分の面積が50mm×100mm、引き出し電極として未塗工部分が15mm×15mmとなるように裁断し、電極を作製した。 Example 3 is an example in which the positive electrode of the magnesium secondary battery of Example 2 was changed to one using MnF 3 . A positive electrode mixture was prepared by mixing 85 parts by weight of MnF 3 with 12 parts by weight of acetylene black as a conductive material and 3 parts by weight of PVDF as a binder, and collecting the positive electrode mixture with an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm. The sheet is coated on both sides of the body and pressure-molded to produce a sheet having a positive electrode mixture thickness of 50 μm on one side. Then, the area of the coated part is 50 mm × 100 mm, and the sheet is not coated as a lead electrode. The portion was cut to 15 mm × 15 mm to produce an electrode.

負極はマグネシウム合金(Al:6重量%)を用い、実施例2と同様に作製した。その他のセパレータ,電解液,電池の構造は実施例1と同様とし、同じ手法でマグネシウム二次電池を作製した。   The negative electrode was manufactured in the same manner as in Example 2 using a magnesium alloy (Al: 6% by weight). Other separators, electrolytes, and battery structures were the same as those in Example 1, and a magnesium secondary battery was produced by the same method.

作製した実施例3のマグネシウム二次電池に対して、実施例1と同様に充放電試験を行った。   The charge / discharge test was conducted on the magnesium secondary battery of Example 3 as in Example 1.

〔比較例1〕
比較例1として、正極活物質に酸化マンガンを用いたマグネシウム二次電池を作製した。正極は、組成式MnO2で表される酸化マンガンの85重量部に、導電材としてアセチレンブラックを12重量部、結着剤としてPVDFを3重量部混合して正極合剤を調整し、この正極合剤を厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面に塗工し、加圧成形して正極合剤の厚さが片面50μmとなるシートを作製し、次いで、このシートを塗工部分の面積が50mm×100mm、引き出し電極として未塗工部分が15mm×15mmとなるように裁断し、電極を作製した。
[Comparative Example 1]
As Comparative Example 1, a magnesium secondary battery using manganese oxide as the positive electrode active material was produced. The positive electrode was prepared by mixing 85 parts by weight of manganese oxide represented by the composition formula MnO 2 with 12 parts by weight of acetylene black as a conductive material and 3 parts by weight of PVDF as a binder. The mixture is applied to both sides of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm, and pressure-molded to produce a sheet in which the thickness of the positive electrode mixture is 50 μm on one side. Was cut to be 50 mm × 100 mm, and the uncoated portion as a lead electrode was 15 mm × 15 mm, to prepare an electrode.

負極はマグネシウム合金(Al:6重量%)を用い、実施例2と同様に作製した。その他のセパレータ,電解液,電池の構造は実施例1と同様とし、同じ手法でマグネシウム二次電池を作製した。   The negative electrode was manufactured in the same manner as in Example 2 using a magnesium alloy (Al: 6% by weight). Other separators, electrolytes, and battery structures were the same as those in Example 1, and a magnesium secondary battery was produced by the same method.

作製した比較例1のマグネシウム二次電池に対して、実施例1と同様に充放電試験を行った。   A charge / discharge test was performed on the magnesium secondary battery of Comparative Example 1 as in Example 1.

〔比較例2〕
比較例2として、正極活物質に酸化モリブデンを用いたマグネシウム二次電池を作製した。正極は、組成式MoO3で表される酸化モリブデンの85重量部に、導電材としてアセチレンブラックを12重量部、結着剤としてPVDFを3重量部混合して正極合剤を調整し、この正極合剤を厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面に塗工し、加圧成形して正極合剤の厚さが片面50μmとなるシートを作製し、次いで、このシートを塗工部分の面積が50mm×100mm、引き出し電極として未塗工部分が15mm×15mmとなるように裁断し、電極を作製した。
[Comparative Example 2]
As Comparative Example 2, a magnesium secondary battery using molybdenum oxide as the positive electrode active material was produced. The positive electrode was prepared by mixing 85 parts by weight of molybdenum oxide represented by the composition formula MoO 3 with 12 parts by weight of acetylene black as a conductive material and 3 parts by weight of PVDF as a binder. The mixture is applied to both sides of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm, and pressure-molded to produce a sheet in which the thickness of the positive electrode mixture is 50 μm on one side. Was cut to be 50 mm × 100 mm, and the uncoated portion as a lead electrode was 15 mm × 15 mm, to prepare an electrode.

負極はマグネシウム合金(Al:6重量%)を用い、実施例2と同様に作製した。その他のセパレータ,電解液,電池の構造は実施例1と同様とし、同じ手法でマグネシウム二次電池を作製した。   The negative electrode was manufactured in the same manner as in Example 2 using a magnesium alloy (Al: 6% by weight). Other separators, electrolytes, and battery structures were the same as those in Example 1, and a magnesium secondary battery was produced by the same method.

作製した比較例1のマグネシウム二次電池に対して、実施例1と同様に充放電試験を行った。   A charge / discharge test was performed on the magnesium secondary battery of Comparative Example 1 as in Example 1.

〔比較例3〕
比較例3として、正極活物質に硫化モリブデンを用いたマグネシウム二次電池を作製した。正極は、組成式Mo68で表される硫化モリブデンの85重量部に、導電材としてアセチレンブラックを12重量部、結着剤としてPVDFを3重量部混合して正極合剤を調整し、この正極合剤を厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面に塗工し、加圧成形して正極合剤の厚さが片面50μmとなるシートを作製し、次いで、このシートを塗工部分の面積が50mm×100mm、引き出し電極として未塗工部分が15mm×15mmとなるように裁断し、電極を作製した。
[Comparative Example 3]
As Comparative Example 3, a magnesium secondary battery using molybdenum sulfide as the positive electrode active material was produced. The positive electrode is prepared by mixing 85 parts by weight of molybdenum sulfide represented by the composition formula Mo 6 S 8 with 12 parts by weight of acetylene black as a conductive material and 3 parts by weight of PVDF as a binder. This positive electrode mixture is applied to both sides of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm, and pressure-molded to produce a sheet in which the thickness of the positive electrode mixture is 50 μm on one side. The electrode was cut to have an area of 50 mm × 100 mm and an uncoated portion of 15 mm × 15 mm as a lead electrode.

負極はマグネシウム合金(Al:6重量%)を用い、実施例2と同様に作製した。その他のセパレータ,電解液,電池の構造は実施例1と同様とし、同じ手法でマグネシウム二次電池を作製した。   The negative electrode was manufactured in the same manner as in Example 2 using a magnesium alloy (Al: 6% by weight). Other separators, electrolytes, and battery structures were the same as those in Example 1, and a magnesium secondary battery was produced by the same method.

作製した比較例1のマグネシウム二次電池に対して、実施例1と同様に充放電試験を行った。   A charge / discharge test was performed on the magnesium secondary battery of Comparative Example 1 as in Example 1.

表1に実施例1〜3,比較例1〜3で作製したマグネシウム二次電池の構成と、充放電試験で得られた結果を示す。   Table 1 shows the configurations of the magnesium secondary batteries produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, and the results obtained in the charge / discharge test.

Figure 2012221670
Figure 2012221670

充放電試験の結果として、正極と負極の種類と開回路電圧(OCV)および平均作動電圧,重量当たりの理論容量,実際の放電容量,エネルギー密度を算出した。   As a result of the charge / discharge test, the types of positive and negative electrodes, open circuit voltage (OCV) and average operating voltage, theoretical capacity per weight, actual discharge capacity, and energy density were calculated.

負極をマグネシウム合金として、正極材料を変化させた場合、フッ素化合物系正極材料を用いた実施例2,3では、酸化物系正極材料を用いた比較例1,2と比較して、平均作動電圧や正極のエネルギー密度が高かった。以上のことから、ペロブスカイト構造を有するFeF3およびその他のフッ素化合物系正極材料はマグネシウム二次電池用正極材料として非常に有望であることが明らかである。 When the positive electrode material was changed using a magnesium alloy as the negative electrode, in Examples 2 and 3 using the fluorine compound-based positive electrode material, the average operating voltage was compared with Comparative Examples 1 and 2 using the oxide-based positive electrode material. And the energy density of the positive electrode was high. From the above, it is clear that FeF 3 having a perovskite structure and other fluorine compound-based positive electrode materials are very promising as a positive electrode material for magnesium secondary batteries.

FeF3を正極に用いた場合、金属マグネシウム負極を用いた場合(実施例1)とマグネシウム合金負極を用いた場合(実施例2)ではOCVにはほとんど変化がなかった。しかし、マグネシウム合金負極を用いた実施例2では、平均作動電圧および放電容量が高く、正極のエネルギー密度が400mWh/g以上と高かった。また、実施例2,3を比較すると、FeF3を使用した場合に正極のエネルギー密度が400mWh/gを超えて高かった。 When FeF 3 was used for the positive electrode, there was almost no change in OCV when the metal magnesium negative electrode was used (Example 1) and when the magnesium alloy negative electrode was used (Example 2). However, in Example 2 using a magnesium alloy negative electrode, the average operating voltage and the discharge capacity were high, and the energy density of the positive electrode was as high as 400 mWh / g or more. Further, when Examples 2 and 3 were compared, the energy density of the positive electrode was higher than 400 mWh / g when FeF 3 was used.

上記の結果から判断すれば、遷移金属とフッ素の化合物を正極活物質に用いた二次電池では、相当の容量を可逆的に充放電可能な二次電池を構成することができると結論づけられる。従って、高電位のマグネシウム二次電池用正極が得られ、この正極を用いることで高い動作電圧かつ高いエネルギー密度のマグネシウム二次電池が得られる。   Judging from the above results, it can be concluded that a secondary battery using a transition metal and fluorine compound as a positive electrode active material can constitute a secondary battery capable of reversibly charging and discharging a considerable capacity. Therefore, a positive electrode for a magnesium secondary battery having a high potential can be obtained, and a magnesium secondary battery having a high operating voltage and a high energy density can be obtained by using this positive electrode.

正極活物質をFeF2.8Cl0.2とし、Mgイオンが吸蔵される空サイトを拡張した材料を正極に用いた。この正極活物質の容量密度は、190mAh/gであった。この正極活物質を85重量部、アセチレンブラックを12重量部、3重量部混合して正極合剤を調整し、この正極合剤を厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面に塗工し、加圧成形して正極合剤の厚さが片面50μmとなるシートを作製した。次いで、このシートを塗工部分の面積が250mm×100mm、引き出し電極として未塗工部分が25mm×25mmとなるように裁断し、電極を作製した。製作した正極は20枚とした。電極一枚あたりの容量は0.9Ahになるように、正極重量を調整した。 The positive electrode active material was FeF 2.8 Cl 0.2, and a material with expanded vacant sites where Mg ions were occluded was used for the positive electrode. The positive electrode active material had a capacity density of 190 mAh / g. 85 parts by weight of this positive electrode active material, 12 parts by weight and 3 parts by weight of acetylene black were mixed to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture was applied to both sides of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm. A sheet in which the thickness of the positive electrode mixture was 50 μm on one side was produced by pressure molding. Next, this sheet was cut so that the area of the coated portion was 250 mm × 100 mm, and the uncoated portion was 25 mm × 25 mm as a lead electrode to produce an electrode. The produced positive electrode was 20 sheets. The positive electrode weight was adjusted so that the capacity per electrode was 0.9 Ah.

負極はマグネシウム合金(Al:6重量%)を用い、正極との対向面積を250mm×100mm、引き出し部を25mm×25mmとし、厚さは0.1mmとした。負極は21枚、準備した。   The negative electrode was made of a magnesium alloy (Al: 6% by weight), the area facing the positive electrode was 250 mm × 100 mm, the lead-out portion was 25 mm × 25 mm, and the thickness was 0.1 mm. 21 negative electrodes were prepared.

これらの正極と負極を交互に積層させた電極群を図1の角型電池容器に挿入し、角型電池を製作した。正極と負極の間には実施例1のセパレータを挿入させ、実施例1に用いた電解液を角型電池に注入させた。   An electrode group in which these positive electrodes and negative electrodes were alternately laminated was inserted into the rectangular battery container of FIG. 1 to produce a rectangular battery. The separator of Example 1 was inserted between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolytic solution used in Example 1 was injected into the prismatic battery.

充放電試験は、電流は3A、充放電の電圧範囲は1〜3.5Vとして行い、充放電容量17〜18Ahを得た。   The charge / discharge test was performed with a current of 3A and a charge / discharge voltage range of 1 to 3.5 V to obtain a charge / discharge capacity of 17 to 18 Ah.

図4は2個のマグネシウム二次電池401a,401bを直列に接続した電池システムを示す。本システムをS1とする。マグネシウム二次電池401a,401bは、実施例4と同一仕様の角型のマグネシウム二次電池であり、各マグネシウム二次電池401a,401bは、正極407,負極408,セパレータ409からなる同一仕様の電極群を有し、上部に正極外部端子404,負極外部端子405を設けている。なお、図4において正極407と負極408の枚数は、各1枚に簡略化しているが、実際は正極20枚,負極21枚の積層構造となっている。   FIG. 4 shows a battery system in which two magnesium secondary batteries 401a and 401b are connected in series. Let this system be S1. Magnesium secondary batteries 401a and 401b are rectangular magnesium secondary batteries having the same specifications as in Example 4. Each of the magnesium secondary batteries 401a and 401b is an electrode having the same specifications including a positive electrode 407, a negative electrode 408, and a separator 409. A positive electrode external terminal 404 and a negative electrode external terminal 405 are provided on the top. In FIG. 4, the number of positive electrodes 407 and negative electrodes 408 is simplified to one each, but in actuality, it has a laminated structure of 20 positive electrodes and 21 negative electrodes.

各外部端子と電池の蓋403の間には絶縁性シール材料412を挿入し、外部端子同士が短絡しないようにしている。電解液は、電池の蓋403に設けた注液口406より供給される。図4では図1の正極リード線110と負極リード線111に相当する部品が省略されているが、マグネシウム二次電池401a,401bの内部の構造は図1と同様である。容量は6時間率放電条件にて17〜18Ahである。   An insulating sealing material 412 is inserted between each external terminal and the battery lid 403 so that the external terminals are not short-circuited. The electrolyte is supplied from a liquid injection port 406 provided in the battery lid 403. 4, parts corresponding to the positive electrode lead wire 110 and the negative electrode lead wire 111 of FIG. 1 are omitted, but the internal structure of the magnesium secondary batteries 401a and 401b is the same as that of FIG. The capacity is 17 to 18 Ah under 6 hour rate discharge conditions.

マグネシウム二次電池401aの負極外部端子405は、電力ケーブル413により充放電制御器416の負極入力ターミナルに接続されている。マグネシウム二次電池401aの正極外部端子404は、電力ケーブル414を介して、マグネシウム二次電池401bの負極外部端子405に連結されている。マグネシウム二次電池401bの正極外部端子404は、電力ケーブル415により充放電制御器416の正極入力ターミナルに接続されている。このような配線構成によって、2個のマグネシウム二次電池401a,401bを充電または放電させることができる。なお、電池の直列数と並列数は、システムS1に要求される電力量に応じて、任意に変更することができる。   The negative external terminal 405 of the magnesium secondary battery 401 a is connected to the negative input terminal of the charge / discharge controller 416 by the power cable 413. The positive external terminal 404 of the magnesium secondary battery 401a is connected to the negative external terminal 405 of the magnesium secondary battery 401b via the power cable 414. The positive external terminal 404 of the magnesium secondary battery 401 b is connected to the positive input terminal of the charge / discharge controller 416 by the power cable 415. With such a wiring configuration, the two magnesium secondary batteries 401a and 401b can be charged or discharged. The number of batteries in series and the number in parallel can be arbitrarily changed according to the amount of power required for the system S1.

充放電制御器416は、マグネシウム二次電池の充放電を制御するとともに、電力ケーブル417,418を介して、外部に設置した機器(以下では外部機器と称する。)419との間で電力の授受を行う。外部機器419は、充放電制御器416に給電するための外部電源や回生モータ等の各種電気機器、ならびに本システムが電力を供給するインバータ,コンバータおよび負荷が含まれている。外部機器が対応する交流,直流の種類に応じて、インバータ等を設ければ良い。これらの機器類は、公知のものを任意に適用することができる。   The charge / discharge controller 416 controls charging / discharging of the magnesium secondary battery, and exchanges power with an external device (hereinafter referred to as an external device) 419 via the power cables 417 and 418. I do. The external device 419 includes various electric devices such as an external power source and a regenerative motor for supplying power to the charge / discharge controller 416, and an inverter, a converter, and a load that supply power from the system. An inverter or the like may be provided depending on the type of AC and DC that the external device supports. As these devices, known devices can be arbitrarily applied.

また、再生可能エネルギーを生み出す機器として風力発電機の動作条件を模擬した発電装置422を設置し、電力ケーブル420,421を介して充放電制御器416に接続した。なお、再生可能エネルギーとは、比較的短期間・自発的・定常的に再生される自然現象に由来し、極めて長期間にわたり枯渇しないエネルギー源の意味であり、本実施例で利用した風力の他に、太陽光,地熱,波力などの自然エネルギーが挙げられる。したがって、太陽光を利用する場合には、発電装置422を太陽光発電装置に置き換えることができる。   In addition, a power generation device 422 simulating the operating conditions of the wind power generator was installed as a device that generates renewable energy, and connected to the charge / discharge controller 416 via the power cables 420 and 421. Renewable energy refers to an energy source that is derived from a natural phenomenon that is regenerated for a relatively short period of time, spontaneously or constantly, and that does not deplete for an extremely long period of time. In addition, natural energy such as sunlight, geothermal energy, and wave power can be cited. Therefore, in the case of using sunlight, the power generation device 422 can be replaced with a solar power generation device.

発電装置422が発電するときには、充放電制御器416が充電モードに移行し、外部機器419に給電するとともに、余剰電力をマグネシウム二次電池412aと412bに充電する。また、風力発電機を模擬した発電量が外部機器419の要求電力よりも少ないときには、マグネシウム二次電池412aと412bを放電させるように充放電制御器416が動作する。なお、発電装置422は他の発電装置、すなわち太陽電池,地熱発電装置,燃料電池,ガスタービン発電機などの任意の装置に置換することができる。充放電制御器416は上述の動作をするように自動運転可能なプログラムを記憶させておく。   When the power generation device 422 generates power, the charge / discharge controller 416 shifts to the charge mode, supplies power to the external device 419, and charges the magnesium secondary batteries 412a and 412b with surplus power. Further, when the power generation amount simulating the wind power generator is smaller than the required power of the external device 419, the charge / discharge controller 416 operates to discharge the magnesium secondary batteries 412a and 412b. The power generation device 422 can be replaced with another power generation device, that is, any device such as a solar cell, a geothermal power generation device, a fuel cell, a gas turbine generator, or the like. The charge / discharge controller 416 stores a program capable of automatic operation so as to perform the above-described operation.

本実施例では実施例4のマグネシウム二次電池を用いた。実施例1から3に記載した正極活物質を用いて図1に示す角型電池を製作し、図4のマグネシウム二次電池401a,401bに置き換えても良い。これらの電池の充放電条件は、正極活物質,負極活物質等の材料の種類に依存する。充放電条件は、マグネシウム二次電池の材料の種類、使用量などの設計で決まるので、電池の仕様ごとに最適な条件とする。マグネシウム二次電池401a,401bを充電した後には、充放電制御器416を放電モードに切り替えて、各電池を放電させる。通常は、一定の下限電圧に到達したときに放電を停止させる。   In this example, the magnesium secondary battery of Example 4 was used. The square battery shown in FIG. 1 may be manufactured using the positive electrode active material described in Examples 1 to 3, and may be replaced with the magnesium secondary batteries 401a and 401b shown in FIG. The charge / discharge conditions of these batteries depend on the types of materials such as the positive electrode active material and the negative electrode active material. The charging / discharging conditions are determined by the design of the material and usage of the magnesium secondary battery. After charging the magnesium secondary batteries 401a and 401b, the charge / discharge controller 416 is switched to the discharge mode to discharge each battery. Normally, the discharge is stopped when a certain lower limit voltage is reached.

以上で説明したシステムを用いて、外部機器419は充電時に電力を供給し、放電時に電力を消費させた。外部機器419は、電気モータなどである。5時間率放電まで実施し、1時間率放電時の容量に対して90%の高い容量を得た。また、風力発電機を模擬した発電装置422が発電中には、3時間率の充電を行うことができた。   Using the system described above, the external device 419 supplies power during charging and consumes power during discharging. The external device 419 is an electric motor or the like. The process was performed up to 5 hour rate discharge, and a high capacity of 90% was obtained with respect to the capacity during 1 hour rate discharge. In addition, the power generation device 422 simulating a wind power generator was able to perform charging at a three-hour rate during power generation.

本実施例のシステムは、電気モータを使用する機器に適用することが可能である。電気自動車,ハイブリッド電気自動車,運搬機器,建設機械,介護機器,軽車両,電動工具,ゲーム機,映像機,テレビ,掃除機,ロボット,携帯端末情報機器などが挙げられる。   The system of the present embodiment can be applied to equipment that uses an electric motor. Electric vehicles, hybrid electric vehicles, transportation equipment, construction equipment, nursing care equipment, light vehicles, power tools, game machines, video machines, televisions, vacuum cleaners, robots, portable terminal information devices, and the like.

また、本実施例のシステムは、太陽光発電,波力発電,地熱発電あるいは風力発電所に併設した蓄電システムとしての用途、あるいは太陽光発電と組み合わせた宇宙ステーション用電源などの用途,非常用電源としての用途などに適用できる。例えば、交通,電力,ガス,水道,インターネットなどのインフラ網において、遠隔制御を行うことにより、インフラ網における情報を管理し、その流れを制御する機能を有する社会インフラシステム用遠隔制御機器の非常用電源として使用できる。   In addition, the system of the present embodiment can be used as a storage system installed in a solar power generation, wave power generation, geothermal power generation or wind power plant, or a power supply for a space station combined with solar power generation, an emergency power source. It can be used for purposes such as For example, emergency control of remote control equipment for social infrastructure systems that have functions to manage information in the infrastructure network and control its flow by performing remote control in infrastructure networks such as traffic, power, gas, water, and the Internet Can be used as a power source.

301,401a,401b マグネシウム二次電池
302,402 電池容器
303,403 蓋
304,404 正極外部端子
305,405 負極外部端子
306,406 注液口
307,407 正極
308,408 負極
309,409 セパレータ
310 正極リード線
311 負極リード線
312,412 絶縁性シール材料
413,414,415,417,418,420,421 電力ケーブル
416 充放電制御器
419 外部機器
422 発電装置
301, 401a, 401b Magnesium secondary battery 302, 402 Battery container 303, 403 Lid 304, 404 Positive external terminal 305, 405 Negative external terminal 306, 406 Injection port 307, 407 Positive electrode 308, 408 Negative electrode 309, 409 Separator 310 Positive electrode Lead wire 311 Negative electrode lead wires 312, 412 Insulating sealing material 413, 414, 415, 417, 418, 420, 421 Power cable 416 Charge / discharge controller 419 External device 422 Power generator

Claims (11)

マグネシウムを可逆的に吸蔵・放出する正極と、
前記正極とセパレータを介して対向して配置され、マグネシウムを可逆的に吸蔵・放出する負極と、
マグネシウム化合物を含む電解液と、を備えたマグネシウム二次電池であって、
前記正極は、フッ素と遷移金属とを含む化合物を正極活物質として用いたことを特徴とするマグネシウム二次電池。
A positive electrode that reversibly absorbs and releases magnesium;
A negative electrode disposed opposite to the positive electrode via a separator, and reversibly occluding and releasing magnesium;
A magnesium secondary battery comprising an electrolyte solution containing a magnesium compound,
The magnesium secondary battery, wherein the positive electrode uses a compound containing fluorine and a transition metal as a positive electrode active material.
請求項1に記載されたマグネシウム二次電池であって、
前記正極活物質は、組成式MgxM11-yM2y3-zz(M1はFe,Mn,Co,Ni,Cr,Cu,Mo,W,Pt,Hf,Os,Ir,Au,Hg,Tl,Pb,Snのうち少なくとも一種類以上から選択される遷移金属、M2は前記M1を除く遷移金属またはAlから選ばれる少なくとも1種:0≦x≦1、XはCl,Br,Iのハロゲン元素から選択される少なくとも1種:0≦z<0.5)で表される化合物であることを特徴とするマグネシウム二次電池。
The magnesium secondary battery according to claim 1,
The positive electrode active material has a composition formula Mg x M 1 1 -y M 2 y F 3 -z X z (M 1 is Fe, Mn, Co, Ni, Cr, Cu, Mo, W, Pt, Hf, Os, Ir, Au) , Hg, Tl, Pb, Sn, a transition metal selected from at least one or more, M2 is a transition metal other than M1 or at least one selected from Al: 0 ≦ x ≦ 1, X is Cl, Br, A magnesium secondary battery characterized by being a compound represented by at least one selected from halogen elements of I: 0 ≦ z <0.5).
請求項1または2に記載されたマグネシウム二次電池であって、
前記正極活物質は、FeF3,MnF3であることを特徴とするマグネシウム二次電池。
A magnesium secondary battery according to claim 1 or 2,
The magnesium secondary battery, wherein the positive electrode active material is FeF 3 or MnF 3 .
請求項1ないし3のいずれかに記載されたマグネシウム二次電池であって、
前記負極は、金属マグネシウムまたはマグネシウムを含有する合金を負極活物質として用いたことを特徴とするマグネシウム二次電池。
A magnesium secondary battery according to any one of claims 1 to 3,
The magnesium negative battery, wherein the negative electrode uses metallic magnesium or an alloy containing magnesium as a negative electrode active material.
請求項4に記載されたマグネシウム二次電池であって、
前記正極、前記負極および前記電解液を収納する電池容器を有し、
電池容器の少なくとも一部が前記負極活物質となることを特徴とするマグネシウム二次電池。
The magnesium secondary battery according to claim 4,
A battery container containing the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte;
A magnesium secondary battery, wherein at least a part of a battery container serves as the negative electrode active material.
請求項1ないし5のいずれかに記載されたマグネシウム二次電池であって、
前記正極活物質の結晶構造はペロブスカイト構造であることを特徴とするマグネシウム二次電池。
A magnesium secondary battery according to any one of claims 1 to 5,
A magnesium secondary battery, wherein the positive electrode active material has a perovskite structure.
マグネシウム二次電池と、
前記マグネシウム二次電池の充放電を制御する充放電制御手段と、
前記マグネシウム二次電池と接続された外部機器と、を備える電池システムにおいて、 前記マグネシウム二次電池は請求項1ないし6のいずれかに記載されたマグネシウム二次電池であることを特徴とする電池システム。
A magnesium secondary battery;
Charge / discharge control means for controlling charge / discharge of the magnesium secondary battery;
A battery system comprising an external device connected to the magnesium secondary battery, wherein the magnesium secondary battery is a magnesium secondary battery according to any one of claims 1 to 6. .
請求項7に記載された電池システムにおいて、
発電装置を備え、
前記発電装置で生じた電力を前記マグネシウム二次電池に充電することを特徴とする電池システム。
The battery system according to claim 7, wherein
Equipped with a power generator,
A battery system, wherein the magnesium secondary battery is charged with electric power generated by the power generation device.
請求項8に記載された電池システムにおいて、
前記発電装置は、光発電デバイスであることを特徴とする電池システム。
The battery system according to claim 8, wherein
The battery system, wherein the power generation device is a photovoltaic device.
請求項7ないし9のいずれかに記載された電池システムにおいて、
前記外部機器は、動力機器,発光機器,発熱機器,電子機器の少なくともいずれかであることを特徴とする電池システム。
The battery system according to any one of claims 7 to 9,
The battery system according to claim 1, wherein the external device is at least one of a power device, a light emitting device, a heat generating device, and an electronic device.
請求項7ないし10のいずれかに記載された電池システムにおいて、
前記外部機器は、電気エネルギーを発生する手段を備えたことを特徴とする電池システム。
The battery system according to any one of claims 7 to 10,
The battery system, wherein the external device includes means for generating electric energy.
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