JP2014022365A - Magnesium ion secondary battery and battery pack using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnesium ion secondary battery not deteriorating its performance without corroding a battery container, and a battery pack using the same.SOLUTION: In a magnesium ion secondary battery, a part of a battery container contacting with an electrolyte is made of polymer and silicate glass, a connection part of a positive electrode plate and a positive electrode extracting line or a connection of a negative electrode plate and a negative electrode extracting line is positioned outside of the battery container.

Description

本発明は、マグネシウムイオン二次電池および電池パックに関し、詳しくは、マグネシウムイオン二次電池を含む電池パックに関する。   The present invention relates to a magnesium ion secondary battery and a battery pack, and more particularly to a battery pack including a magnesium ion secondary battery.

近年、二酸化炭素の増加が原因とされる地球温暖化等の環境問題が深刻となり、世界的にその対策が進められている。中でも環境に対する負荷が小さく、クリーンなエネルギー源としてリチウムイオン二次電池等に代表される二次電池に関する積極的な研究開発が進められている。   In recent years, environmental problems such as global warming caused by an increase in carbon dioxide have become serious, and countermeasures are being promoted worldwide. In particular, active research and development on secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries and the like as a clean energy source with a low environmental load are being promoted.

さらに、近時、リチウム金属よりも高いエネルギー密度を有する二次電池が模索されており、リチウム金属よりも高いエネルギー密度を有し、資源的に豊富であるとともに安全性に優れるマグネシウム金属を用いたマグネシウムイオン二次電池が注目を集めている。   Furthermore, recently, secondary batteries having higher energy density than lithium metal have been sought, and magnesium metal having higher energy density than lithium metal, resource-rich and superior safety is used. Magnesium ion secondary batteries are attracting attention.

マグネシウムイオン二次電池に関する先行技術文献としては、以下に示す特許文献１などを挙げることができる。   As a prior art document regarding a magnesium ion secondary battery, the following patent document 1 etc. can be mentioned.

国際公開第２００９／１４８１１２号International Publication No. 2009/148112

本願発明者らは、リチウムイオン二次電池において使用可能な電池容器をマグネシウムイオン二次電池に単純に流用すると、当該電池容器が腐食してしまい強度的な問題が生じてしまうこと、さらには、電池容器から何らかの物質が電解質中に溶け出し、著しく電池性能が低下すること、という新たな課題を見出し、本願発明をするに至った。   The inventors of the present application, when a battery container that can be used in a lithium ion secondary battery is simply diverted to a magnesium ion secondary battery, the battery container is corroded, resulting in strength problems, The present inventors have found a new problem that some substance is dissolved in the electrolyte from the battery container and the battery performance is remarkably lowered, and the present invention has been made.

つまり、本願発明が解決しようとする主たる課題は、電池容器が腐食することを抑制し、また電池性能が低下することを抑制する、マグネシウムイオン二次電池およびこれを用いた電池パックを提供することである。   That is, a main problem to be solved by the present invention is to provide a magnesium ion secondary battery and a battery pack using the same, which suppress corrosion of the battery container and suppress deterioration of battery performance. It is.

上記課題を解決するための本願発明は、正極集電体を有する正極板と、負極集電体を有する負極板と、マグネシウムイオンを含む電解質と、前記正極板と接続された正極取り出し線と、前記負極板と接続された負極取り出し線と、これらを収納するための電池容器と、を含むマグネシウムイオン二次電池であって、前記電池容器の前記電解質と接する部分は、ポリマーまたはケイ酸塩ガラスであり、前記正極板と前記正極取り出し線との接続部分、または、前記負極板と前記負極取り出し線との接続部分が、前記電池容器の外側に位置することを特徴とする。   The present invention for solving the above problems includes a positive electrode plate having a positive electrode current collector, a negative electrode plate having a negative electrode current collector, an electrolyte containing magnesium ions, a positive electrode lead wire connected to the positive electrode plate, A magnesium ion secondary battery including a negative electrode lead wire connected to the negative electrode plate and a battery container for housing them, wherein the portion of the battery container in contact with the electrolyte is a polymer or silicate glass The connecting portion between the positive electrode plate and the positive electrode lead wire or the connecting portion between the negative electrode plate and the negative electrode lead wire is located outside the battery container.

さらに、上記課題を解決するための本願発明は、収納ケースと、マグネシウムイオン二次電池と、過充電保護機能および過放電保護機能を含む保護回路とを含み、該収納ケースにマグネシウムイオン二次電池および該保護回路が収納されて構成される電池パックであって、前記マグネシウムイオン二次電池は、正極集電体を有する正極板と、負極集電体を有する負極板と、マグネシウムイオンを含む電解質と、前記正極板と接続された正極取り出し線と、前記負極板と接続された負極取り出し線と、これらを収納するための電池容器と、を含み、前記電池容器の前記電解質と接する部分は、ポリマーまたはケイ酸塩ガラスであり、前記正極板と前記正極取り出し線との接続部分、または、前記負極板と前記負極取り出し線との接続部分が、前記電池容器の外側に位置することを特徴とする。   Furthermore, the present invention for solving the above problems includes a storage case, a magnesium ion secondary battery, and a protection circuit including an overcharge protection function and an overdischarge protection function, and the storage case includes a magnesium ion secondary battery. And a battery pack configured to contain the protection circuit, wherein the magnesium ion secondary battery includes a positive electrode plate having a positive electrode current collector, a negative electrode plate having a negative electrode current collector, and an electrolyte containing magnesium ions. And a positive electrode lead wire connected to the positive electrode plate, a negative electrode lead wire connected to the negative electrode plate, and a battery container for housing these, and the portion of the battery container that contacts the electrolyte, A connecting portion between the positive electrode plate and the positive electrode lead wire, or a connecting portion between the negative electrode plate and the negative electrode lead wire, Characterized in that positioned outside the battery container.

本発明のマグネシウムイオン二次電池およびこれを用いた電池パックによれば、電池容器の電解質と接触する部分がポリマーまたはケイ酸塩ガラスであるため、当該電池容器が腐食したり電池性能が低下したりすることを抑制できる。   According to the magnesium ion secondary battery and the battery pack using the same of the present invention, the portion of the battery container that comes into contact with the electrolyte is a polymer or silicate glass, so that the battery container is corroded or battery performance is degraded. Can be suppressed.

実施形態にかかるマグネシウムイオン二次電池を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the magnesium ion secondary battery concerning embodiment. 別の実施形態にかかるマグネシウムイオン二次電池を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the magnesium ion secondary battery concerning another embodiment. さらに別の実施形態にかかるマグネシウムイオン二次電池を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the magnesium ion secondary battery concerning another embodiment. 実施形態にかかるマグネシウムイオン二次電池パックの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the magnesium ion secondary battery pack concerning embodiment.

以下、本発明の実施形態にかかるマグネシウムイオン二次電池について図面を用いて具体的に説明する。   Hereinafter, a magnesium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態にかかるマグネシウムイオン二次電池を説明するための概略断面図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a magnesium ion secondary battery according to the present embodiment.

図１に示すように、本実施形態にかかるマグネシウムイオン二次電池１０は、正極集電体を有する正極板１と、負極集電体を有する負極板２と、マグネシウムイオンを含む電解質３と、前記正極板と接続された正極取り出し線４と、前記負極板と接続された負極取り出し線５と、これらを収納するための電池容器６と、を含んで構成されている。また、正極板１と負極板２との間には、セパレータ２０が設けられていてもよい。なお、電解質３は電池容器６内に充填された状態となっている。そして、前記電池容器６の前記電解質と接する部分、つまり、本実施形態においては、電池容器６の内周全面が、ポリマーまたはケイ酸塩ガラス７となっていることを特徴としている。   As shown in FIG. 1, a magnesium ion secondary battery 10 according to this embodiment includes a positive electrode plate 1 having a positive electrode current collector, a negative electrode plate 2 having a negative electrode current collector, an electrolyte 3 containing magnesium ions, A positive electrode lead wire 4 connected to the positive electrode plate, a negative electrode lead wire 5 connected to the negative electrode plate, and a battery container 6 for housing them are configured. A separator 20 may be provided between the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2. The electrolyte 3 is filled in the battery container 6. The portion of the battery container 6 that contacts the electrolyte, that is, the entire inner peripheral surface of the battery container 6 in the present embodiment is a polymer or silicate glass 7.

このように、電池容器６においてこれに充填される電解質３と接触する部分、つまり電池容器６の内周全面をポリマーまたはケイ酸塩ガラス７とすることにより、電池容器６が電解質３に侵される、より具体的には腐食することを防止することができ、その結果、電池容器６の強度を経時的に維持することができるとともに、電池容器６が電解質３中に溶け出すことによる電池性能の低下を防止することもできる。   As described above, the portion of the battery container 6 that contacts the electrolyte 3 filled therein, that is, the entire inner peripheral surface of the battery container 6 is made of polymer or silicate glass 7, so that the battery container 6 is affected by the electrolyte 3. More specifically, corrosion can be prevented, and as a result, the strength of the battery container 6 can be maintained over time, and the battery performance of the battery container 6 due to dissolution of the battery container 6 into the electrolyte 3 can be reduced. The decrease can also be prevented.

電池を構成する種々の構成物品を電池容器に収納してマグネシウムイオン二次電池とした場合に、電池容器が腐食したり、電池性能が著しく低下したりする原因については、必ずしも明確ではないが、本願発明者らの鋭意研究の結果、電池容器として各種金属を用い
た場合であって、当該金属とマグネシウムイオン二次電池を構成する電解質中に含まれているマグネシウムイオンとが接触した場合に、上記の問題が生じることを最初に見出したものである。本願発明において電池容器の電解質と接する部分をポリマーまたはケイ酸塩ガラスとするのは、要すれば、マグネシウムイオン二次電池を構成するために必要な正極板や負極板を除き、マグネシウムイオンを含む電解質と金属とを可能な限り接触させないためであり、換言すれば電池容器内に金属を可能な限り露出させないことが本願発明の技術的思想であると言える。 When various constituent articles constituting the battery are housed in a battery container to form a magnesium ion secondary battery, the cause of the battery container being corroded or the battery performance being significantly reduced is not necessarily clear, As a result of diligent research by the inventors of the present application, when various metals are used as a battery container, when the metal and magnesium ions contained in the electrolyte constituting the magnesium ion secondary battery are in contact with each other, This is the first finding that the above problem occurs. In the present invention, the part of the battery container in contact with the electrolyte is made of polymer or silicate glass, if necessary, except for the positive electrode plate and the negative electrode plate necessary for constituting the magnesium ion secondary battery, containing magnesium ions. This is because the electrolyte and the metal are not brought into contact with each other as much as possible. In other words, it can be said that the technical idea of the present invention is not to expose the metal in the battery container as much as possible.

ここで、図１においては、電池容器６の内周全面にポリマーまたはケイ酸塩ガラス７の皮膜が電池容器６とは別体として設けられているが、このような態様に限定されることはなく、電池容器６そのものをポリマーまたはケイ酸塩ガラスで形成することも可能である。   Here, in FIG. 1, a film of polymer or silicate glass 7 is provided separately from the battery container 6 on the entire inner surface of the battery container 6. However, the present invention is not limited to such an embodiment. Alternatively, the battery container 6 itself can be formed of polymer or silicate glass.

また、図１に示すように、電池容器６の内周全面にポリマーまたはケイ酸塩ガラス７の皮膜を形成する方法についても特に限定されることはなく、当該皮膜を別体として形成し、これを接着剤等により電池容器６の内周に載置してもよく、塗布、積層、さらには蒸着などにより電池容器６の内周全面に直接的に形成してもよい。より具体的には、電池容器６の形状により適宜選択することが可能であり、例えば、融解させたポリマー、溶剤に溶解させたポリマー、さらには溶剤に分散させたケイ酸塩ガラスなどをロールコート、スピンコート、ディップコート法などで塗布し、乾燥させて形成してもよいし、フィルム状のポリマーやケイ酸塩ガラスをラミネート法で形成してもよい。また、物理蒸着や化学蒸着などの蒸着法を用いて形成してもよい。このように、電池容器６とは別にポリマーまたはケイ酸塩ガラス７からなる皮膜を形成することにより、電池容器６自体の材質の選択幅を広げることができ、例えば、リチウムイオン二次電池において用いられている各種金属製の電池容器６を流用することができる点で好ましい。   Further, as shown in FIG. 1, there is no particular limitation on the method of forming a film of polymer or silicate glass 7 on the entire inner surface of the battery container 6, and the film is formed as a separate body. May be placed on the inner periphery of the battery container 6 with an adhesive or the like, or may be formed directly on the entire inner periphery of the battery container 6 by application, lamination, vapor deposition, or the like. More specifically, it can be appropriately selected depending on the shape of the battery container 6. For example, a melted polymer, a polymer dissolved in a solvent, or a silicate glass dispersed in a solvent is roll-coated. The film may be applied by spin coating, dip coating, or the like and dried, or a film-like polymer or silicate glass may be formed by a laminating method. Moreover, you may form using vapor deposition methods, such as physical vapor deposition and chemical vapor deposition. In this way, by forming a film made of polymer or silicate glass 7 separately from the battery container 6, the selection range of the material of the battery container 6 itself can be widened. For example, it is used in a lithium ion secondary battery. It is preferable in that the battery containers 6 made of various metals can be used.

さらに、図１においては、電池容器６の内周全面をポリマーまたはケイ酸塩ガラス７としているが、必ずしも全面である必要はなく、電解質３と接触する部分を余すことなくポリマーまたはケイ酸塩ガラスとすれば必要十分である。   Further, in FIG. 1, the entire inner peripheral surface of the battery container 6 is made of a polymer or silicate glass 7, but it is not always necessary to be the entire surface, and the polymer or silicate glass is not necessarily left in contact with the electrolyte 3. This is necessary and sufficient.

用いられるポリマーについても特に限定することはなく、従来公知の各種ポリマーを適宜選択して用いることができる。具体的には、エチレン系ポリマーやプロピレン系ポリマーなどのオレフィン系ポリマー、スチレン系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、エステル系ポリマー、ウレタン系ポリマー、および（メタ）アクリル系ポリマーなどが挙げられる。   The polymer used is not particularly limited, and various conventionally known polymers can be appropriately selected and used. Specific examples include olefin polymers such as ethylene polymers and propylene polymers, styrene polymers, vinyl chloride polymers, ester polymers, urethane polymers, and (meth) acrylic polymers.

ここで、本実施形態にあっては、正極板１と接続された正極取り出し線４の材質を、正極板１を構成する正極集電体の材質と同じとすることが好ましく、また、負極板２と接続された負極取り出し線５の材質を、負極板２を構成する負極集電体の材質と同じとすることが好ましく、さらには、これら両方を同時に行うことが特に好ましい。   Here, in this embodiment, the material of the positive electrode lead wire 4 connected to the positive electrode plate 1 is preferably the same as the material of the positive electrode current collector constituting the positive electrode plate 1, and the negative electrode plate 2 is preferably the same as the material of the negative electrode current collector constituting the negative electrode plate 2, and it is particularly preferable to perform both of these simultaneously.

電池容器の腐食および電池性能の低下の原因は必ずしも明確ではないが、電池容器を構成する金属と電解質中に含まれているマグネシウムイオンとの接触が問題であると仮定した場合、正極取り出し線４および負極取り出し線５に集電体とは別材質の金属を用いると、当該取り出し線が腐食し、これが原因で電池性能が低下することが懸念されるところ、これらを集電体と同じ材質により形成することにより、このような懸念を払拭することができる。なお、具体的な材質については後述する。また、材質が同じとは、主成分の元素の種類が同じであることを意味する。   The cause of the corrosion of the battery case and the deterioration of the battery performance is not necessarily clear, but when it is assumed that the contact between the metal constituting the battery case and the magnesium ions contained in the electrolyte is a problem, the positive electrode lead wire 4 If a metal material different from the current collector is used for the negative electrode lead-out wire 5, the lead-out wire corrodes and there is a concern that the battery performance may deteriorate due to this. Such concerns can be eliminated by forming. Specific materials will be described later. Moreover, the same material means that the types of the main component elements are the same.

図２は、別の実施形態にかかるマグネシウムイオン二次電池を説明するための概略断面
図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a magnesium ion secondary battery according to another embodiment.

なお、図１と同じ構成については同じ符号を付与し、詳細な説明は省略する。   In addition, the same code | symbol is provided about the same structure as FIG. 1, and detailed description is abbreviate | omitted.

図２に示すマグネシウムイオン二次電池１０は、電池容器６の内周全面がポリマーまたはケイ酸塩ガラス７となっているのみならず、正極板１と前記正極取り出し線４との接続部分、および負極板２と前記負極取り出し線５との接続部分が、ポリマーまたはケイ酸塩ガラス７'によって被覆されている点に特徴を有している。   The magnesium ion secondary battery 10 shown in FIG. 2 includes not only a polymer or silicate glass 7 on the entire inner peripheral surface of the battery container 6, but also a connection portion between the positive electrode plate 1 and the positive electrode lead wire 4, and The connecting portion between the negative electrode plate 2 and the negative electrode lead wire 5 is characterized in that it is covered with a polymer or silicate glass 7 '.

このように、正極板１と前記正極取り出し線４との接続部分、および負極板２と前記負極取り出し線５との接続部分をポリマーまたはケイ酸塩ガラス７'によって被覆すること
により、正極取り出し線４および負極取り出し線５の材質が集電体と異なる金属であったとしても、マグネシウムイオンを含む電解質３と直接接触することを防止でき、その結果、腐食や電池性能の低下を防止することができる。つまり、本実施態様においては、正極取り出し線４および負極取り出し線５の材料の選択の幅を広げることができる。 Thus, by covering the connecting portion between the positive electrode plate 1 and the positive electrode lead wire 4 and the connecting portion between the negative electrode plate 2 and the negative electrode lead wire 5 with the polymer or silicate glass 7 ′, the positive electrode lead wire 4 and the negative electrode lead-out wire 5 can be prevented from coming into direct contact with the electrolyte 3 containing magnesium ions even if the material of the lead-out wire 5 and the negative electrode lead-out wire 5 is different from that of the current collector. it can. That is, in this embodiment, the range of selection of materials for the positive electrode lead-out line 4 and the negative electrode lead-out line 5 can be expanded.

ここで、正極板１と前記正極取り出し線４との接続部分、および負極板２と前記負極取り出し線５との接続部分をポリマーまたはケイ酸塩ガラス７'によって被覆する方法につ
いては特に限定することはなく、塗布、積層、さらには蒸着など、種々の方法を適宜選択して用いればよい。具体的には、例えば、接続部分および正極取り出し線４または負極取り出し線５において電解液に接触する部分にテープ状のポリマー製ヒートシール材を巻きつけて積層することで被覆し、オーブンでヒートシール材の溶融温度まで加熱した後、室温で冷却し固定することにより当該部分をポリマーで被覆することができる。 Here, the method for coating the connecting portion between the positive electrode plate 1 and the positive electrode lead wire 4 and the connecting portion between the negative electrode plate 2 and the negative electrode lead wire 5 with a polymer or silicate glass 7 'is particularly limited. However, various methods such as coating, lamination, and vapor deposition may be appropriately selected and used. Specifically, for example, a tape-shaped polymer heat seal material is wrapped around the connecting portion and the portion of the positive electrode lead-out wire 4 or the negative electrode lead-out wire 5 that comes into contact with the electrolytic solution and laminated, and heat sealed in an oven. After heating to the melting temperature of the material, the part can be coated with the polymer by cooling and fixing at room temperature.

図３は、さらに別の実施形態にかかるマグネシウムイオン二次電池を説明するための概略断面図である。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a magnesium ion secondary battery according to still another embodiment.

なお、図１と同じ構成については同じ符号を付与し、詳細な説明は省略する。   In addition, the same code | symbol is provided about the same structure as FIG. 1, and detailed description is abbreviate | omitted.

図３に示すマグネシウムイオン二次電池１０は、図１や図２に示したマグネシウムイオン二次電池１０と同様、電池容器６の内周全面がポリマーまたはケイ酸塩ガラス７となっており、さらに、正極板１と正極取り出し線４との接続部分、および負極板２と負極取り出し線５との接続部分が、電池容器６の外側に位置している点に特徴を有している。   The magnesium ion secondary battery 10 shown in FIG. 3 is similar to the magnesium ion secondary battery 10 shown in FIG. 1 or FIG. The connection portion between the positive electrode plate 1 and the positive electrode lead wire 4 and the connection portion between the negative electrode plate 2 and the negative electrode lead wire 5 are characterized in that they are located outside the battery container 6.

このように、正極板１と正極取り出し線４との接続部分、および負極板２と負極取り出し線５との接続部分を電池容器６の外側に位置せしめる、つまり、そもそも電解質３と接触しないようにすることにより、取り出し線４、５の材質の如何に関わらず腐食や電池性能の低下が生じることがない。   In this way, the connecting portion between the positive electrode plate 1 and the positive electrode lead wire 4 and the connecting portion between the negative electrode plate 2 and the negative electrode lead wire 5 are positioned outside the battery container 6, that is, so as not to contact the electrolyte 3 in the first place. As a result, no corrosion or battery performance degradation occurs regardless of the material of the lead-out wires 4 and 5.

以上、図１〜３を用いて、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはなく、当該技術的思想の範疇において、自由に設計変更が可能である。   The specific embodiment of the present invention has been described above with reference to FIGS. 1 to 3, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be freely changed within the scope of the technical idea. Is possible.

以下に、図１〜３に示した実施形態にかかるマグネシウムイオン二次電池において、上記で説明した以外の各構成について説明する。   Hereinafter, in the magnesium ion secondary battery according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, each configuration other than those described above will be described.

正極板１としては、正極集電体および正極活物質を有していれば特に限定されることはなく、マグネシウムイオン二次電池の正極板として従来公知のものを適宜選択して用いることができる。例えば、正極板１は、正極集電体とその上に設けられた正極活物質とから構成されるのが一般的であり、この場合の正極集電体としては、厚みが１０〜１００μｍ
程度のアルミニウム板、金板、白金板等が用いられる。また、正極活物質の材質としては、マグネシウムイオンを可逆的に挿入・脱離することができるものであればよく、例えば、フッ化黒鉛（（ＣＦ）n）、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）等のマンガン酸化物、五酸化ニバナジウム（Ｖ2Ｏ5）等のバナジウム酸化物、硫黄および硫黄化合物、マグネシウム銅酸化物（ＭｇxＣｕyＯz）、マグネシウム鉄酸化物（ＭｇxＦｅyＯz）、シェブレル化合物などが用いられる。 The positive electrode plate 1 is not particularly limited as long as it has a positive electrode current collector and a positive electrode active material, and a conventionally known one can be appropriately selected and used as the positive electrode plate of the magnesium ion secondary battery. . For example, the positive electrode plate 1 is generally composed of a positive electrode current collector and a positive electrode active material provided thereon. In this case, the positive electrode current collector has a thickness of 10 to 100 μm.
About an aluminum plate, a gold plate, a platinum plate, or the like is used. The material of the positive electrode active material may be any material that can reversibly insert and desorb magnesium ions, such as fluorinated graphite ((CF) n ) and manganese dioxide (MnO 2 ). Manganese oxides, vanadium oxides such as niobanadium pentoxide (V 2 O 5 ), sulfur and sulfur compounds, magnesium copper oxides (Mg x Cu y O z ), magnesium iron oxides (Mg x Fe y O z ) Chevrel compounds are used.

負極板２としても、正極集電体および負極活物質を有していれば特に限定されることはなく、マグネシウムイオン電池の負極板として従来公知のものを適宜選択して用いることができる。例えば、負極板２は、正極板１と同様、負極集電体とその上に設けられた負極活物質とから構成してもよく、この場合の負極集電体としては、厚みが１０〜１００μｍ程度の銅板、金板、白金板等が用いられる。また、負極活物質の材質としては、マグネシウムイオンを供給することができればよく、各種マグネシウム合金を適宜用いればよい。また、マグネシウムイオン二次電池の負極板２としては、負極集電体と負極活物質の両方の機能をマグネシウム合金に担わせることもできる。この場合負極板２の材質がそのまま負極活物質の材質となる。   The negative electrode plate 2 is not particularly limited as long as it has a positive electrode current collector and a negative electrode active material, and a conventionally known negative electrode plate for a magnesium ion battery can be appropriately selected and used. For example, the negative electrode plate 2 may be composed of a negative electrode current collector and a negative electrode active material provided thereon, similarly to the positive electrode plate 1. In this case, the negative electrode current collector has a thickness of 10 to 100 μm. About a copper plate, a gold plate, a platinum plate, or the like is used. Moreover, as a material of a negative electrode active material, magnesium ion should just be supplied and various magnesium alloys should just be used suitably. Moreover, as the negative electrode plate 2 of a magnesium ion secondary battery, the function of both a negative electrode collector and a negative electrode active material can also be made to bear a magnesium alloy. In this case, the material of the negative electrode plate 2 becomes the material of the negative electrode active material as it is.

電解質３についても特に限定されることはなく、水系溶媒や有機溶媒を用いた電解液、イオン性液体、固体電解質、ゲル電解質等を使用することができる。電解質の一例として、マグネシウムイオンの挿入・脱離が可能なものとして公知な電解質、例えば、グリニャール試薬（ＲＭｇＸ：Ｒはアルキル基又はアリール基であり、Ｍｇはマグネシウムであり、Ｘはヨウ素、臭素、塩素の何れかである。）のエーテル溶液、過塩素酸マグネシウム（Ｍｇ（ＣｌＯ4）2）、臭化マグネシウム（ＭｇＢｒ2）、硝酸マグネシウム（Ｍｇ（ＮＯ3）2）、マグネシウムエトキシド、トリフルオロメタンスルホン酸マグネシウム（Ｍｇ（ＴＦＳ）2）、マグネシウムビス（トリフルオロメタンスルホン）イミド（Ｍｇ（ＴＦＳＩ）2）を、４−ブチロラクトン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、２-メチルテトラヒドロフラン、ブチルメチルエーテル、炭酸プロピレン、ジメトキシエタン溶媒に溶解した溶液等を挙げることができる。 The electrolyte 3 is not particularly limited, and an electrolytic solution using an aqueous solvent or an organic solvent, an ionic liquid, a solid electrolyte, a gel electrolyte, or the like can be used. As an example of the electrolyte, known electrolytes capable of inserting and removing magnesium ions, for example, Grignard reagent (RMgX: R is an alkyl group or an aryl group, Mg is magnesium, X is iodine, bromine, Any one of chlorine.) Ether solution, magnesium perchlorate (Mg (ClO 4 ) 2 ), magnesium bromide (MgBr 2 ), magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 ), magnesium ethoxide, trifluoromethane Magnesium sulfonate (Mg (TFS) 2 ), magnesium bis (trifluoromethanesulfone) imide (Mg (TFSI) 2 ), 4-butyrolactone, acetonitrile, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, butyl methyl ether, propylene carbonate, dimethoxyethane Dissolved in solvent A solution etc. can be mentioned.

セパレータ２０は、マグネシウムイオン二次電池１０に必須の構成ではないが、図１〜３に示すように、正極板１と負極板２とを順次積層して電池容器６内に収納するタイプのマグネシウムイオン二次電池にあっては、正極板１と負極板２とを絶縁するためにこれらの間に設けることが好ましい。セパレータ２０の材質については特に限定されることはなく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、セルロール製など単層または多層の多孔質フィルムなど従来公知の材質を用いることができる。   The separator 20 is not an essential component for the magnesium ion secondary battery 10, but as shown in FIGS. 1 to 3, magnesium of the type in which the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 are sequentially stacked and stored in the battery container 6. In an ion secondary battery, it is preferable to provide between the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 in order to insulate them. The material of the separator 20 is not particularly limited, and a conventionally known material such as a single-layer or multilayer porous film such as polyethylene, polypropylene, or cellulose can be used.

上記のように、正極板１、負極板２、電解質３、正極取り出し線４、負極取り出し線５および電池容器６とで構成されるマグネシウムイオン電池の構造としては、図１〜３に示すような構造に限定されることはなく、従来公知の構造を適宜選択して用いることができる。例えば、図示はしないが、正極板及び負極板をセパレータを介して渦巻状に巻き回して、電池容器内に収納する構造が挙げられる。また別の態様としては、所定の形状に切り出した正極板及び負極板を、セパレータを介して積層して固定し、これを電池容器内に収納する構造を採用してもよい。いずれの構造においても、正極板及び負極板を電池容器内に収納後、正極板に取り付けられた正極取り出し線を外装容器に設けられた正極端子に接続し、一方、負極板に取り付けられた負極取り出し線を外装容器内に設けられた負極端子に接続し、さらに電池容器内に電解質を充填した後、密封することによってマグネシウムイオン二次電池が製造される。なお、電解質として、固体電解質やゲル電解質等を用いる場合には、セパレータを不要にすることができる。   As described above, the structure of the magnesium ion battery including the positive electrode plate 1, the negative electrode plate 2, the electrolyte 3, the positive electrode take-out line 4, the negative electrode take-out line 5 and the battery container 6 is as shown in FIGS. The structure is not limited, and a conventionally known structure can be appropriately selected and used. For example, although not shown, a structure in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are wound in a spiral shape via a separator and stored in a battery container can be mentioned. As another aspect, a structure in which a positive electrode plate and a negative electrode plate cut into a predetermined shape are stacked and fixed via a separator, and this is housed in a battery container may be employed. In any structure, after the positive electrode plate and the negative electrode plate are stored in the battery container, the positive electrode lead wire attached to the positive electrode plate is connected to the positive electrode terminal provided in the outer container, while the negative electrode attached to the negative electrode plate A lead-out wire is connected to a negative electrode terminal provided in the outer container, and the battery container is filled with an electrolyte, followed by sealing, whereby a magnesium ion secondary battery is manufactured. In addition, when using solid electrolyte, gel electrolyte, etc. as an electrolyte, a separator can be made unnecessary.

図４は、本発明の実施形態にかかるマグネシウムイオン二次電池パックの分解斜視図で
ある。 FIG. 4 is an exploded perspective view of the magnesium ion secondary battery pack according to the embodiment of the present invention.

図４に示すように電池パック４０は、マグネシウムイオン二次電池１０が樹脂容器３６ａ、樹脂容器３６ｂ、および端部ケース３７に収納されて構成される。また、マグネシウムイオン二次電池の一端面であって、正極端子３２および負極端子３３を備える面と、端部ケース３７との間には、過充電や過放電を防止するための保護回路基板３４が設けられている。   As shown in FIG. 4, the battery pack 40 is configured by accommodating the magnesium ion secondary battery 10 in a resin container 36 a, a resin container 36 b, and an end case 37. Further, a protective circuit board 34 for preventing overcharge and overdischarge between one end face of the magnesium ion secondary battery and a face including the positive electrode terminal 32 and the negative electrode terminal 33 and the end case 37. Is provided.

保護回路基板３４は、外部接続コネクタ３５を備えており、外部接続コネクタ３５は、樹脂容器３６ａに設けられた外部接続用窓３８ａ、および、端部ケース３７に設けられた外部接続用窓３８ｂに挿入され外部端子と接続される。また、保護回路基板３４には、図示しない、充放電を制御するための充放電安全回路、外部接続端子とマグネシウムイオン二次電池１０とを導通させるための配線回路などが搭載されている。   The protection circuit board 34 includes an external connection connector 35. The external connection connector 35 is connected to an external connection window 38a provided in the resin container 36a and an external connection window 38b provided in the end case 37. Inserted and connected to external terminals. The protection circuit board 34 includes a charge / discharge safety circuit (not shown) for controlling charge / discharge, a wiring circuit for connecting the external connection terminal and the magnesium ion secondary battery 10, and the like.

電池パック４０は、本発明のマグネシウムイオン二次電池１０を用いること以外は、従来公知の電池パックの構成を適宜選択することができる。図示しないが、電池パック４０は、マグネシウムイオン二次電地１０と端部ケース３７との間に、正極端子３２と接続する正極リード板、負極端子３３と接続する負極リード板、絶縁体などを適宜備えていてもよい。   As the battery pack 40, a configuration of a conventionally known battery pack can be appropriately selected except that the magnesium ion secondary battery 10 of the present invention is used. Although not shown, the battery pack 40 includes a positive electrode lead plate connected to the positive electrode terminal 32, a negative electrode lead plate connected to the negative electrode terminal 33, an insulator, and the like between the magnesium ion secondary electrical ground 10 and the end case 37. It may be provided as appropriate.

なお、本発明のマグネシウムイオン二次電池１０は、電池パックへの使用態様以外に、上記保護回路に、さらに過大電流の遮断、電池温度モニター等の機能を備え、且つ、該保護回路をマグネシウムイオン二次電池１０に一体化させて取り付けられる態様に用いられてもよい。かかる態様では、電池パックを構成することなく、保護機能および保護回路を含むマグネシウムイオン二次電池として使用することができ、汎用性が高い。   In addition, the magnesium ion secondary battery 10 of the present invention is provided with functions other than the use mode for the battery pack, such as blocking of excessive current, battery temperature monitoring, etc., in the protection circuit, and the protection circuit is provided with magnesium ion. You may use for the aspect attached to the secondary battery 10 integrally. In such an embodiment, the battery pack can be used as a magnesium ion secondary battery including a protection function and a protection circuit without constituting a battery pack, and is highly versatile.

次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。   Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.

（実施例１）
作用極に厚さ１０μｍのＣｕ（古河電気工業（株）製）、対極と参照極に厚さ５０μｍのＭｇ合金（ＡＺ３１、日本金属（株）製）、電解質として０．５Ｍのフェニルマグネシウムブロミド（ＰｈＭｇＢｒ）／テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を用い、これらをケイ酸塩ガラスの電池容器に収納して、実施例１の三極式セルを作製した。なお、Ｃｕの作用極には、Ｃｕの取り出し線を超音波溶接機（日本エマソン（株）製）にて接合して取り付けた。対極と参照極では取り出し線は用いなかった。電池容器と取り出し線や電極板との接触部分はゴムのオーリングを用いて封止した。 Example 1
10 μm thick Cu (made by Furukawa Electric Co., Ltd.) on the working electrode, 50 μm thick Mg alloy (AZ31, made by Nippon Metal Co., Ltd.) on the counter electrode and reference electrode, and 0.5 M phenylmagnesium bromide (electrolyte) A tripolar cell of Example 1 was prepared using PhMgBr) / tetrahydrofuran (THF) and storing them in a silicate glass battery container. The Cu working electrode was attached by joining a Cu lead wire with an ultrasonic welding machine (manufactured by Nippon Emerson Co., Ltd.). No lead wire was used for the counter electrode and the reference electrode. The contact portion between the battery container and the lead-out wire or electrode plate was sealed using a rubber O-ring.

（実施例２）
作用極に厚さ１０μｍのＣｕ（古河電気工業（株）製）、対極と参照極に厚さ５０μｍのＭｇ合金（ＡＺ３１、日本金属（株）製）、電解質として０．５Ｍのフェニルマグネシウムブロミド（ＰｈＭｇＢｒ）／テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を用い、これらをフィルム状のアルミニウムおよびポリマーからなりかつ当該電池容器の内側にプロピレン系ポリマー層を設けている電池容器（Ｄ−ＥＬ４０Ｈ、大日本印刷（株）製）に収納して、実施例２の三極式ラミネートセルを作製した。なお、Ｃｕの作用極には、Ｎｉの取り出し線（宝泉（株）製）を、超音波溶接機（日本エマソン（株）製）にて接合して取り付けた後、さらに、その接合部分および取り出し線の電解液に触れる部分に、ポリオレフィン系ポリマー（シーラントフィルムＰＰＡＮ、宝泉（株）製）を巻き付けて、ポリオレフィン系ポリマーを１５０℃のオーブンで溶融させて、室温で冷却することで、ポリマーを被覆した。対極と参照極では取り出し線は用いなかった。電池容器と取り出し線や電極板との接触部分はポリオレフィン系ポリマー（シーラントフィルムＰＰＡＮ、宝泉（株）製）を用いて封止した。 (Example 2)
10 μm thick Cu (made by Furukawa Electric Co., Ltd.) on the working electrode, 50 μm thick Mg alloy (AZ31, made by Nippon Metal Co., Ltd.) on the counter electrode and reference electrode, and 0.5 M phenylmagnesium bromide (electrolyte) A battery container (D-EL40H, manufactured by Dainippon Printing Co., Ltd.) comprising PhMgBr) / tetrahydrofuran (THF), which is made of film-like aluminum and polymer and provided with a propylene-based polymer layer inside the battery container The tripolar laminate cell of Example 2 was produced. In addition, after attaching the lead-out wire of Ni (made by Hosen Co., Ltd.) with an ultrasonic welding machine (made by Nippon Emerson Co., Ltd.) to the working electrode of Cu, Wrap a polyolefin polymer (sealant film PPAN, manufactured by Hosen Co., Ltd.) around the part of the lead wire that comes into contact with the electrolyte, melt the polyolefin polymer in an oven at 150 ° C., and cool it at room temperature. Was coated. No lead wire was used for the counter electrode and the reference electrode. The contact portion between the battery container and the lead-out line or electrode plate was sealed using a polyolefin-based polymer (sealant film PPAN, manufactured by Hosen Co., Ltd.).

（実施例３）
作用極に厚さ１０μｍのＣｕ（古河電気工業（株）製）、対極と参照極に厚さ５０μｍのＭｇ合金（ＡＺ３１、日本金属（株）製）、電解質として１．５Ｍの臭化マグネシウム／２−メチルテトラヒドロフランを用い、これらをフィルム状のアルミニウムおよびポリマーからなり、当該電池容器の内側にプロピレン系ポリマー層を設けている電池容器（Ｄ−ＥＬ４０Ｈ、大日本印刷（株）製）に収納して、実施例３の三極式ラミネートセルを作製した。なお、Ｃｕの作用極には、Ｎｉの取り出し線（宝泉（株）製）を超音波溶接機（日本エマソン（株）製）にて接合し、その接続部分が当該電池容器の外側に位置するようにした。 (Example 3)
10 μm thick Cu (made by Furukawa Electric Co., Ltd.) on the working electrode, 50 μm thick Mg alloy (AZ31, made by Nippon Metal Co., Ltd.) on the counter electrode and reference electrode, and 1.5 M magnesium bromide / Using 2-methyltetrahydrofuran, these are made of film-like aluminum and polymer, and stored in a battery container (D-EL40H, manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd.) provided with a propylene-based polymer layer inside the battery container. Thus, a tripolar laminate cell of Example 3 was produced. In addition, a lead wire for Ni (manufactured by Hosen Co., Ltd.) is joined to the working electrode of Cu with an ultrasonic welding machine (manufactured by Nippon Emerson Co., Ltd.), and the connecting portion is located outside the battery container I tried to do it.

（比較例１）
材質がステンレスの電池容器（簡易型評価セル、東洋システム製）を用いたこと、および下記のこと以外はすべて実施例１と同様の条件により、比較例１の三極式セルを作製した。なお、参照極には、Ｎｉの取り出し線（宝泉（株）製）を超音波溶接機（日本エマソン（株）製）にて接合して取り付けた。作用極と対極では取り出し線は用いなかった。取り出し線や電極板は電池容器の内側のステンレスに接合し、電池容器の外側に付属している取り出し部が使用できるようにした。 (Comparative Example 1)
A tripolar cell of Comparative Example 1 was produced under the same conditions as in Example 1 except that a battery container made of stainless steel (simple evaluation cell, manufactured by Toyo System Co., Ltd.) was used. Note that a Ni lead-out wire (manufactured by Hosen Co., Ltd.) was joined and attached to the reference electrode with an ultrasonic welding machine (manufactured by Nippon Emerson Co., Ltd.). The lead wire was not used for the working electrode and the counter electrode. The take-out line and the electrode plate were joined to the stainless steel inside the battery case so that the take-out part attached to the outside of the battery case could be used.

（比較例２）
電解質として１．５Ｍの臭化マグネシウム／２−メチルテトラヒドロフランを用いたこと以外はすべて比較例１と同様の条件により、比較例２の三極式セルを作製した。 (Comparative Example 2)
A tripolar cell of Comparative Example 2 was produced under the same conditions as Comparative Example 1 except that 1.5 M magnesium bromide / 2-methyltetrahydrofuran was used as the electrolyte.

（Ｃ−Ｖ評価）
前記実施例１〜３と比較例１〜２の三極式セルのそれぞれについて、Ｃ−Ｖ評価を実施した。なお、Ｃ−Ｖ評価は、−１．０Ｖまで電位を掃引した後、１．５Ｖまで掃引し、この作業を３回程度繰り返すことにより測定されるものであり、このときの走査速度は１０ｍＶ/秒とした。 (CV evaluation)
CV evaluation was implemented about each of the tripolar cell of the said Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2. The CV evaluation is measured by sweeping the potential to -1.0 V, then sweeping to 1.5 V, and repeating this operation about three times. The scanning speed at this time is 10 mV / Seconds.

Ｃ−Ｖ評価の結果は、実施例１〜３で同様のカーブ形状で、安定的な酸化還元電流により、マグネシウムイオンの析出溶解が確認できたのに対し、比較例１〜２では、電流値が不安定で、還元電流の電位が低電位にシフトしたりした。電流が不安定になったのは、電解液中のマグネシウムイオンが容器材質であるステンレス中の金属と接触して電気化学的な反応が起こり、マグネシウムの析出溶解反応が阻害されたことに起因し、電位がずれたのは参照電極のマグネシウムがステンレス由来の金属と反応したことに起因すると考えられる。   The results of the CV evaluation were the same curve shape in Examples 1 to 3, and the precipitation and dissolution of magnesium ions were confirmed by a stable redox current, whereas in Comparative Examples 1 and 2, the current value was Was unstable, and the potential of the reduction current shifted to a low potential. The current became unstable because the magnesium ions in the electrolyte contacted the metal in stainless steel, which was the container material, and an electrochemical reaction occurred, preventing the magnesium precipitation and dissolution reaction. The potential shift is considered to be caused by the reaction of magnesium of the reference electrode with a metal derived from stainless steel.

１・・・正極板
２・・・負極板
３・・・電解質
４・・・正極取り出し線
５・・・負極取り出し線
６・・・電池容器
７・・・ポリマーまたはケイ酸塩ガラス
１０・・・マグネシウムイオン二次電池
２０・・・セパレータ
４０・・・電池パック DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode plate 2 ... Negative electrode plate 3 ... Electrolyte 4 ... Positive electrode take-out wire 5 ... Negative electrode take-out wire 6 ... Battery container 7 ... Polymer or silicate glass 10 ... Magnesium ion secondary battery 20 ... Separator 40 ... Battery pack

Claims (2)

正極集電体を有する正極板と、負極集電体を有する負極板と、マグネシウムイオンを含む電解質と、前記正極板と接続された正極取り出し線と、前記負極板と接続された負極取り出し線と、これらを収納するための電池容器と、
を含むマグネシウムイオン二次電池であって、
前記電池容器の前記電解質と接する部分は、ポリマーまたはケイ酸塩ガラスであり、
前記正極板と前記正極取り出し線との接続部分、または、前記負極板と前記負極取り出し線との接続部分が、前記電池容器の外側に位置することを特徴とするマグネシウムイオン二次電池。 A positive electrode plate having a positive electrode current collector, a negative electrode plate having a negative electrode current collector, an electrolyte containing magnesium ions, a positive electrode lead wire connected to the positive electrode plate, and a negative electrode lead wire connected to the negative electrode plate A battery container for storing these,
A magnesium ion secondary battery comprising:
The portion of the battery container that contacts the electrolyte is a polymer or silicate glass,
The magnesium ion secondary battery, wherein a connection portion between the positive electrode plate and the positive electrode lead wire or a connection portion between the negative electrode plate and the negative electrode lead wire is located outside the battery container. 収納ケースと、マグネシウムイオン二次電池と、過充電保護機能および過放電保護機能を含む保護回路とを含み、該収納ケースにマグネシウムイオン二次電池および該保護回路が収納されて構成される電池パックであって、
前記マグネシウムイオン二次電池は、正極集電体を有する正極板と、負極集電体を有する負極板と、マグネシウムイオンを含む電解質と、前記正極板と接続された正極取り出し線と、前記負極板と接続された負極取り出し線と、これらを収納するための電池容器と、を含み、前記電池容器の前記電解質と接する部分は、ポリマーまたはケイ酸塩ガラスであり、前記正極板と前記正極取り出し線との接続部分、または、前記負極板と前記負極取り出し線との接続部分が、前記電池容器の外側に位置することを特徴とするマグネシウムイオン二次電池パック。 A battery pack including a storage case, a magnesium ion secondary battery, and a protection circuit including an overcharge protection function and an overdischarge protection function, wherein the storage case includes the magnesium ion secondary battery and the protection circuit Because
The magnesium ion secondary battery includes a positive electrode plate having a positive electrode current collector, a negative electrode plate having a negative electrode current collector, an electrolyte containing magnesium ions, a positive electrode lead wire connected to the positive electrode plate, and the negative electrode plate A portion of the battery container that is in contact with the electrolyte is a polymer or silicate glass, and the positive electrode plate and the positive electrode extraction line. Or a connecting portion between the negative electrode plate and the negative electrode lead-out line is located outside the battery container.
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