JP2014232719A - Magnesium ion secondary battery, battery pack using the same, and electrolytic solution for magnesium ion secondary battery - Google Patents

Magnesium ion secondary battery, battery pack using the same, and electrolytic solution for magnesium ion secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnesium ion secondary battery which is superior in heat resistance and charge and discharge characteristics.SOLUTION: A magnesium ion secondary battery 1 comprises: a positive electrode 21; a negative electrode 22; and an electrolytic solution 3. The electrolytic solution 3 contains a mixture of a dialkyl glycol ether expressed by the general formula (1) and a Mg compound formed by a Mg atom with two ligands identical to each other combined thereto. The ligands have a hydrophobic structure at a position which is the farthest from the Mg atom. [Rand Rindependently represent an alkyl group having 1-6 carbon atoms with fluorine substituted or unsubstituted for at least part of hydrogen, or a phenyl group or cyclohexyl group with a halogen atom substituted or unsubstituted for part of hydrogen; and n is an integer of 1-12.]

Description

本発明は、マグネシウムイオン二次電池及びこれを用いた電池パック、並びにマグネシウムイオン二次電池用電解液に関する。   The present invention relates to a magnesium ion secondary battery, a battery pack using the same, and an electrolyte for a magnesium ion secondary battery.

近年、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研究開発が積極的に進められており、リチウムイオン二次電池は、携帯用電子機器等の電源として広く普及している。しかしながら、金属リチウムは、資源的に限られた高価な材料である上、リチウムイオン電池は、リチウムの活性の高さからその安全性が問題視されている。   In recent years, research and development related to secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries and the like have been actively promoted as a clean energy source with a low environmental load. Lithium ion secondary batteries are portable electronic devices, etc. Widely used as a power source. However, metallic lithium is an expensive material limited in terms of resources, and the safety of lithium ion batteries has been regarded as a problem due to the high activity of lithium.

これに対し、マグネシウムは資源的に豊富であり、リチウムよりはるかに安価である。また、マグネシウムを用いた二次電池では、単位体積あたりの電気量が大きいとともに高い安全性が期待できる。それゆえ近時、マグネシウムイオン二次電池が注目されており、精力的に研究開発が進められている。   In contrast, magnesium is abundant in resources and is much cheaper than lithium. In addition, in a secondary battery using magnesium, a high amount of electricity per unit volume and high safety can be expected. Therefore, recently, a magnesium ion secondary battery has been attracting attention, and research and development has been actively conducted.

マグネシウムイオン二次電池の開発においては、電解液の選択が極めて重要である。例えば、電解液を構成する溶媒として、水やプロトン性有機溶媒のみならず、エステル類やアクリロニトリル等の非プロトン性有機溶媒も用いることができない。これらの溶媒を用いると、金属マグネシウムの表面に、マグネシウムイオンを通さない不動態膜が形成されてしまうためである。この不動態膜形成の問題は、マグネシウムイオン二次電池を実用化する上での障害のひとつになっている。   In the development of a magnesium ion secondary battery, the selection of the electrolytic solution is extremely important. For example, not only water or a protic organic solvent but also an aprotic organic solvent such as esters and acrylonitrile cannot be used as a solvent constituting the electrolytic solution. This is because when these solvents are used, a passive film that does not allow magnesium ions to pass through is formed on the surface of the magnesium metal. This problem of passivating film formation is one of the obstacles to the practical use of magnesium ion secondary batteries.

そこで、従来、電解液用溶媒として、テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル等の有機エーテルを用いたマグネシウムイオン二次電池が提案されている(特許文献1参照)。   Therefore, a magnesium ion secondary battery using an organic ether such as tetrahydrofuran or ethylene glycol dimethyl ether as a solvent for an electrolytic solution has been proposed (see Patent Document 1).

特開2012−182124号公報JP 2012-182124 A

上述したマグネシウムイオン二次電池は、携帯電話、ノートパソコン等の電子機器や、電気自動車等の電源として用いられることが期待されているが、電子機器等の高性能化等に伴い、マグネシウムイオン二次電池がより高温雰囲気下に曝されることになる。そのため、より耐熱性に優れたマグネシウムイオン二次電池の開発が要望されている。   The magnesium ion secondary battery described above is expected to be used as a power source for electronic devices such as mobile phones and laptop computers and electric vehicles. The secondary battery is exposed to a higher temperature atmosphere. Therefore, development of a magnesium ion secondary battery with more excellent heat resistance is desired.

上記特許文献1に開示されている電解液用溶媒としてのテトラヒドロフランは、沸点が低いため(沸点:66℃)、マグネシウムイオン二次電池が高温雰囲気下に曝されると、電解液が分解してガス化し、サイクル特性が低下してしまうとともに、電池の内圧が上昇して、電池が膨張してしまうという問題がある。また、テトラヒドロフランを溶媒として用いた電解液は、ドライ環境下における安定性が極めて低く、取扱いが困難である。そのため、テトラヒドロフランを電解液用溶媒として用いたマグネシウムイオン二次電池は、ドライ環境下での製造ラインにおける工業的な生産が極めて困難であるという問題もある。よって、実用化に向けて、耐熱性や取扱性に優れたマグネシウムイオン二次電池用電解液の新たな提案が切望されている。   Tetrahydrofuran as a solvent for an electrolyte solution disclosed in Patent Document 1 has a low boiling point (boiling point: 66 ° C.). Therefore, when a magnesium ion secondary battery is exposed to a high temperature atmosphere, the electrolyte solution is decomposed. There is a problem that gasification is caused, cycle characteristics are deteriorated, battery internal pressure is increased, and the battery is expanded. In addition, an electrolytic solution using tetrahydrofuran as a solvent has extremely low stability in a dry environment and is difficult to handle. Therefore, the magnesium ion secondary battery using tetrahydrofuran as the solvent for the electrolyte also has a problem that industrial production in a production line in a dry environment is extremely difficult. Therefore, a new proposal of an electrolytic solution for a magnesium ion secondary battery excellent in heat resistance and handleability is eagerly desired for practical use.

また、電子機器等の高性能化及び小型化に伴い、省スペースかつ大容量を達成可能なラミネートタイプの薄型二次電池の開発への要望が高まっている。ラミネートタイプの薄型二次電池は、一般に、正極、セパレータ及び負極を積層してなる発電要素と、電解液とをラミネート外装体内に封入することにより作製される。このとき、ラミネート外装体(マグネシウムイオン二次電池)内に気泡が残留してしまうと、電池特性が低下するおそれがあるため、ラミネート外装体を真空封止する。   In addition, with increasing performance and miniaturization of electronic devices and the like, there is an increasing demand for development of a laminate-type thin secondary battery that can achieve space saving and large capacity. A laminate-type thin secondary battery is generally manufactured by enclosing a power generation element formed by laminating a positive electrode, a separator, and a negative electrode, and an electrolytic solution in a laminate outer package. At this time, if bubbles remain in the laminate outer package (magnesium ion secondary battery), the battery characteristics may be deteriorated, so the laminate package is vacuum-sealed.

低沸点であるテトラヒドロフランを溶媒として用いた電解液は、ラミネート外装体内に真空封止する際に揮発しやすいという問題がある。換言すれば、電解液用溶媒としてテトラヒドロフランを用いると、ラミネートタイプの薄型二次電池を作製することができないという問題がある。   There is a problem that an electrolytic solution using tetrahydrofuran having a low boiling point as a solvent tends to volatilize when vacuum-sealed in a laminate outer package. In other words, when tetrahydrofuran is used as the solvent for the electrolytic solution, there is a problem that a laminate-type thin secondary battery cannot be manufactured.

その一方で、上記特許文献1に開示されている電解液用溶媒としてのエチレングリコールジメチルエーテルは、テトラヒドロフランに比べて沸点が高いため(沸点:85.2℃)、従来マグネシウムイオン二次電池の電解液用溶媒として用いられているテトラヒドロフランに比べると、ラミネート外装体内に真空封止する際に電解液が揮発し難い。しかしながら、エチレングリコールジメチルエーテルを溶媒とする電解液を用いたマグネシウムイオン二次電池における充放電特性は未だ確認されていない。   On the other hand, ethylene glycol dimethyl ether as a solvent for an electrolytic solution disclosed in Patent Document 1 has a higher boiling point compared to tetrahydrofuran (boiling point: 85.2 ° C.), and therefore, an electrolytic solution for a conventional magnesium ion secondary battery. Compared to tetrahydrofuran used as a solvent for the electrolyte, the electrolyte solution is less likely to evaporate when vacuum-sealed in the laminate outer package. However, charge / discharge characteristics in a magnesium ion secondary battery using an electrolytic solution containing ethylene glycol dimethyl ether as a solvent have not yet been confirmed.

上記課題に鑑みて、本発明は、高沸点溶媒を含む電解液を用い、耐熱性や取扱性に優れるとともに、良好な充放電特性を有するマグネシウムイオン二次電池、当該マグネシウムイオン二次電池用電解液、及びマグネシウムイオン二次電池パックを提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention uses an electrolytic solution containing a high-boiling solvent, and has excellent heat resistance and handleability, and has excellent charge / discharge characteristics, and a magnesium ion secondary battery electrolysis for the magnesium ion secondary battery. An object is to provide a liquid and a magnesium ion secondary battery pack.

上記課題を解決するために、本発明は、正極と、負極と、電解液とを有するマグネシウムイオン二次電池であって、前記電解液が、下記一般式(1)で表されるジアルキルグリコールエーテルと、2つの同一の配位子がマグネシウム原子に結合してなるマグネシウム化合物との混合物を含み、前記配位子は、前記マグネシウム原子から最も遠い位置に疎水性構造を有することを特徴とするマグネシウムイオン二次電池を提供する(発明1)。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a magnesium ion secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution, wherein the electrolyte solution is a dialkyl glycol ether represented by the following general formula (1). And a mixture of a magnesium compound in which two identical ligands are bonded to a magnesium atom, and the ligand has a hydrophobic structure at a position farthest from the magnesium atom. An ion secondary battery is provided (Invention 1).

Figure 2014232719
式中、R1及びR2は、それぞれ独立して炭素数1〜6のアルキル基及び少なくとも一部の水素がフッ素置換されたアルキル基、フェニル基及び少なくとも一部の水素がハロゲン原子で置換されたフェニル基、並びにシクロヘキシル基及び少なくとも一部の水素がハロゲン原子で置換されたシクロヘキシル基のうちのいずれかであり、nは1〜12の整数である。
Figure 2014232719
In the formula, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkyl group in which at least a part of hydrogen is substituted with fluorine, a phenyl group, and at least a part of hydrogen is substituted with a halogen atom. And a phenyl group, a cyclohexyl group, and a cyclohexyl group in which at least a part of hydrogen is substituted with a halogen atom, and n is an integer of 1 to 12.

上記発明(発明1)によれば、電解液の溶媒として、従来のテトラヒドロフランに比べて高沸点の上記ジアルキルグリコールエーテルを用いることで、マグネシウムイオン二次電池の耐熱性を向上させることができるとともに、電解液の溶質として2つの同一の配位子がマグネシウム原子に結合してなるマグネシウム化合物であって、当該配位子が、マグネシウム原子から最も遠い位置に疎水性構造を有するものを用いることで、上記ジアルキルグリコールエーテルとの組み合わせにおいて優れた充放電特性を発揮することができる。   According to the invention (Invention 1), the heat resistance of the magnesium ion secondary battery can be improved by using the dialkyl glycol ether having a higher boiling point than conventional tetrahydrofuran as the solvent of the electrolytic solution, By using a magnesium compound in which two identical ligands are bonded to a magnesium atom as a solute of the electrolytic solution, and the ligand has a hydrophobic structure at a position farthest from the magnesium atom, Excellent charge / discharge characteristics can be exhibited in combination with the dialkyl glycol ether.

上記発明(発明1)において、前記配位子は、前記マグネシウム原子から最も遠い位置に、炭素数1〜6のアルキル基及び少なくとも一部の水素がフッ素置換された前記アルキル基のいずれかを有するのが好ましい(発明2)。   In the said invention (invention 1), the said ligand has either the C1-C6 alkyl group and the said alkyl group by which at least one part hydrogen was fluorine-substituted in the position furthest from the said magnesium atom. (Invention 2).

上記発明(発明1,2)において、前記マグネシウム化合物は、前記マグネシウム原子に2つのジシラザン基が結合してなるのが好ましく(発明3)、前記マグネシウム化合物が、マグネシウムビス(ヘキサメチルジシラジド)であるのが好ましい(発明4)。   In the above inventions (Inventions 1 and 2), the magnesium compound is preferably formed by bonding two disilazane groups to the magnesium atom (Invention 3), and the magnesium compound is magnesium bis (hexamethyldisilazide). (Invention 4)

また、上記発明(発明1,2)において、前記マグネシウム化合物が、ジイソプロピルマグネシウム又はジブチルマグネシウムであるのが好ましい(発明5)。   Moreover, in the said invention (invention 1 and 2), it is preferable that the said magnesium compound is diisopropyl magnesium or dibutyl magnesium (invention 5).

上記発明(発明1〜5)において、前記ジアルキルグリコールエーテルが、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ペンタエチレングリコールジメチルエーテル、ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル又はトリエチレングリコールブチルメチルエーテルであるのが好ましく(発明6)、トリエチレングリコールジアルキルエーテル又はテトラエチレングリコールジアルキルエーテルであるのがより好ましく(発明7)、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル又はトリエチレングリコールブチルメチルエーテル特に、トリエチレングリコールジメチルエーテル又はテトラエチレングリコールジメチルエーテルであるのが特に好ましい(発明8)。   In the above inventions (Inventions 1 to 5), the dialkyl glycol ether may be ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, pentaethylene glycol dimethyl ether, hexaethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, or triethylene glycol. It is preferably butyl methyl ether (Invention 6), more preferably triethylene glycol dialkyl ether or tetraethylene glycol dialkyl ether (Invention 7), triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether or triethylene glycol butyl methyl. Ete In particular, particularly preferably triethylene glycol dimethyl ether or tetraethylene glycol dimethyl ether (invention 8).

上記発明(発明1〜8)において、前記正極と、前記負極と、前記電解液とが、ラミネート外装体内に封止されてなるのが好ましい(発明9)。   In the said invention (invention 1-8), it is preferable that the said positive electrode, the said negative electrode, and the said electrolyte solution are sealed in the laminate exterior body (invention 9).

また、本発明は、下記一般式(1)で表されるジアルキルグリコールエーテルと、2つの同一の配位子がマグネシウム原子に結合してなるマグネシウム化合物との混合物を含み、前記配位子は、前記マグネシウム原子から最も遠い位置に疎水性構造を有することを特徴とするマグネシウムイオン二次電池用電解液を提供する(発明10)。   In addition, the present invention includes a mixture of a dialkyl glycol ether represented by the following general formula (1) and a magnesium compound in which two identical ligands are bonded to a magnesium atom, Provided is an electrolyte solution for a magnesium ion secondary battery, which has a hydrophobic structure at a position farthest from the magnesium atom (Invention 10).

Figure 2014232719
式中、R1及びR2は、それぞれ独立して炭素数1〜6のアルキル基及び少なくとも一部の水素がフッ素置換されたアルキル基、フェニル基及び少なくとも一部の水素がハロゲン原子で置換されたフェニル基、並びにシクロヘキシル基及び少なくとも一部の水素がハロゲン原子で置換されたシクロヘキシル基のうちのいずれかであり、nは1〜12の整数である。
Figure 2014232719
In the formula, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkyl group in which at least a part of hydrogen is substituted with fluorine, a phenyl group, and at least a part of hydrogen is substituted with a halogen atom. And a phenyl group, a cyclohexyl group, and a cyclohexyl group in which at least a part of hydrogen is substituted with a halogen atom, and n is an integer of 1 to 12.

上記発明(発明10)において、前記配位子は、前記マグネシウム原子から最も遠い位置に、炭素数1〜6のアルキル基及び少なくとも一部の水素がフッ素置換された前記アルキル基のいずれかを有するのが好ましい(発明11)。   In the said invention (invention 10), the said ligand has either the C1-C6 alkyl group and the said alkyl group by which at least one part hydrogen was fluorine-substituted in the position furthest from the said magnesium atom. (Invention 11)

上記発明(発明10,11)において、前記マグネシウム化合物は、前記マグネシウム原子に2つのジシラザン基が結合してなるのが好ましく(発明12)、前記マグネシウム化合物が、マグネシウムビス(ヘキサメチルジシラジド)であるのが好ましい(発明13)。   In the above inventions (Inventions 10 and 11), the magnesium compound is preferably formed by bonding two disilazane groups to the magnesium atom (Invention 12), and the magnesium compound is magnesium bis (hexamethyldisilazide). (Invention 13)

また、上記発明(発明10,11)において、前記マグネシウム化合物が、ジイソプロピルマグネシウム又はジブチルマグネシウムであるのが好ましい(発明14)。   Moreover, in the said invention (invention 10 and 11), it is preferable that the said magnesium compound is diisopropyl magnesium or dibutyl magnesium (invention 14).

上記発明(発明10〜14)において、前記ジアルキルグリコールエーテルが、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ペンタエチレングリコールジメチルエーテル、ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル又はトリエチレングリコールブチルメチルエーテルであるのが好ましく(発明15)、トリエチレングリコールジアルキルエーテル又はテトラエチレングリコールジアルキルエーテルであるのがより好ましく(発明16)、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル又はトリエチレングリコールブチルメチルエーテルであるのが特に好ましい(発明17)。   In the above inventions (Inventions 10 to 14), the dialkyl glycol ether may be ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, pentaethylene glycol dimethyl ether, hexaethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether or triethylene glycol. It is preferably butyl methyl ether (Invention 15), more preferably triethylene glycol dialkyl ether or tetraethylene glycol dialkyl ether (Invention 16), triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether or triethylene glycol butyl methyl. Particularly preferably an ether (invention 17).

さらに、本発明は、収納ケースと、上記発明(発明1〜9)に係るマグネシウムイオン二次電池と、過充電保護機能及び過放電保護機能を含む保護回路とを有し、前記収納ケースに前記マグネシウムイオン二次電池及び前記保護回路が収納されてな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を提供する(発明18)。   Furthermore, the present invention has a storage case, a magnesium ion secondary battery according to the above inventions (Inventions 1 to 9), and a protection circuit including an overcharge protection function and an overdischarge protection function. Provided is a magnesium ion secondary battery pack characterized by containing a magnesium ion secondary battery and the protection circuit (Invention 18).

本発明によれば、高沸点溶媒を含む電解液を用い、耐熱性や取扱性に優れるとともに、良好な充放電特性を有するマグネシウムイオン二次電池、当該マグネシウムイオン二次電池用電解液、及びマグネシウムイオン二次電池パックを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while using the electrolyte solution containing a high boiling-point solvent, while being excellent in heat resistance and handleability, the magnesium ion secondary battery which has favorable charging / discharging characteristics, the electrolyte solution for the said magnesium ion secondary battery, and magnesium An ion secondary battery pack can be provided.

図1は、本発明の一実施形態に係るマグネシウムイオン二次電池の概略構成を示す部分断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of a magnesium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係るマグネシウムイオン二次電池の概略構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a magnesium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施形態におけるマグネシウムイオン二次電池パックの概略構成を示す分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the magnesium ion secondary battery pack according to the embodiment of the present invention.

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
〔マグネシウムイオン二次電池〕
図1は、本発明の一実施形態に係るマグネシウムイオン二次電池の概略構成を示す断面図であり、図2は、本発明の一実施形態に係るマグネシウムイオン二次電池の概略構成を示す斜視図である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Magnesium ion secondary battery]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a magnesium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a magnesium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. FIG.

図1及び図2に示すように、本実施形態に係るマグネシウムイオン二次電池1は、シート状の正極21及び負極22がセパレータ23を間に挟んで交互に積層された積層体2と、電解液3と、正極21に接続される正極リード線24と、負極22に接続される負極リード線(図示せず)と、これらを収納するラミネート外装体4とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the magnesium ion secondary battery 1 according to the present embodiment includes a laminate 2 in which sheet-like positive electrodes 21 and negative electrodes 22 are alternately stacked with separators 23 interposed therebetween, and electrolysis. A liquid 3, a positive electrode lead wire 24 connected to the positive electrode 21, a negative electrode lead wire (not shown) connected to the negative electrode 22, and a laminate outer body 4 that stores them are provided.

正極21は、厚みが10〜100μm程度のアルミニウム板、金板、白金板等の正極集電体と、正極集電体上に設けられた、マグネシウムイオンを可逆的に挿入・脱離可能な正極活物質とを有する。正極活物質としては、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;五酸化二バナジウム(V25)等のバナジウム酸化物;硫黄及び硫黄化合物;マグネシウム銅酸化物(MgxCuyz);マグネシウム鉄酸化物(MgxFeyz);シェブレル化合物等を用いることができる。 The positive electrode 21 includes a positive electrode current collector such as an aluminum plate, a gold plate, and a platinum plate having a thickness of about 10 to 100 μm, and a positive electrode provided on the positive electrode current collector capable of reversibly inserting and removing magnesium ions. Active material. Examples of the positive electrode active material include graphite fluoride ((CF) n ); manganese oxide such as manganese dioxide (MnO 2 ); vanadium oxide such as divanadium pentoxide (V 2 O 5 ); sulfur and sulfur compounds ; it can be used Chevrel compounds; magnesium copper oxide (Mg x Cu y O z) ; magnesium iron oxide (Mg x Fe y O z) .

負極22は、厚みが10〜100μm程度の銅板、金板、白金板等の負極集電体と、負極集電体上に設けられた、マグネシウムイオンを供給可能な負極活物質(各種マグネシウム合金等)とを有する。なお、負極22としてマグネシウム合金板を用い、負極集電体と負極活物質との両方の機能を担わせてもよい。   The negative electrode 22 includes a negative electrode current collector such as a copper plate, a gold plate, and a platinum plate having a thickness of about 10 to 100 μm, and a negative electrode active material (such as various magnesium alloys) provided on the negative electrode current collector and capable of supplying magnesium ions. ). Note that a magnesium alloy plate may be used as the negative electrode 22 and may have both functions of the negative electrode current collector and the negative electrode active material.

正極21は、正極リード線24によって正極外部端子25に接続され、負極22は、負極リード線(図示せず)によって負極外部端子26に接続されている。   The positive electrode 21 is connected to a positive electrode external terminal 25 by a positive electrode lead wire 24, and the negative electrode 22 is connected to a negative electrode external terminal 26 by a negative electrode lead wire (not shown).

正極外部端子25及び負極外部端子26は、それぞれ1枚の金属板により構成され、その一端側は、ラミネート外装体4によって挟み込まれてラミネート外装体4と一体化されており、他端側は、ラミネート外装体4の外方に向かって突出している。   Each of the positive electrode external terminal 25 and the negative electrode external terminal 26 is constituted by one metal plate, and one end side thereof is sandwiched by the laminate outer package 4 and integrated with the laminate outer package 4, and the other end side is The laminate exterior body 4 protrudes outward.

正極21と負極22との間には、それらを絶縁するためのセパレータ23が設けられている。セパレータ23としては、特に制限はなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース等の単層又は多層の多孔質フィルム等を用いることができる。   A separator 23 is provided between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 for insulating them. There is no restriction | limiting in particular as the separator 23, For example, single layer or multilayer porous films, such as polyethylene, a polypropylene, a cellulose, etc. can be used.

電解液3は、溶質としての所定のマグネシウム化合物と溶媒としての所定のジアルキルグリコールエーテルとの混合物を含む。比較的高沸点の所定のジアルキルグリコールエーテルと、所定のマグネシウム化合物との混合物を含む電解液3を用いることで、耐熱性に優れたマグネシウムイオン二次電池とすることができる。また、溶媒としての所定のジアルキルグリコールエーテルに溶質としての所定のマグネシウム化合物を組み合わせることで、充放電特性に優れたマグネシウムイオン二次電池とすることができる。さらに、ラミネートタイプのマグネシウムイオン二次電池の製造過程における真空封止工程で、電解液3の揮発を抑制することができる。さらにまた、溶媒としての上記ジアルキルグリコールエーテルはドライ環境下における取扱性に優れるため、製造ラインにおける工業的な生産が容易なマグネシウムイオン二次電池とすることができる。   The electrolytic solution 3 includes a mixture of a predetermined magnesium compound as a solute and a predetermined dialkyl glycol ether as a solvent. By using the electrolytic solution 3 containing a mixture of a predetermined dialkyl glycol ether having a relatively high boiling point and a predetermined magnesium compound, a magnesium ion secondary battery having excellent heat resistance can be obtained. Moreover, it can be set as the magnesium ion secondary battery excellent in the charge / discharge characteristic by combining the predetermined magnesium compound as a solute with the predetermined dialkyl glycol ether as a solvent. Furthermore, volatilization of the electrolyte solution 3 can be suppressed in the vacuum sealing step in the manufacturing process of the laminate type magnesium ion secondary battery. Furthermore, since the dialkyl glycol ether as a solvent is excellent in handleability in a dry environment, a magnesium ion secondary battery that can be easily industrially produced in a production line can be obtained.

上記マグネシウム化合物は、互いに同一の分子構造を有する2つの配位子がマグネシウム原子に結合されてなり、当該配位子は、マグネシウム原子から最も遠い位置に疎水性構造を有するものである。なお、本実施形態において「疎水性構造」とは、疎水性を示し得る分子構造のことを意味し、配位子の分子構造の一部が疎水性構造であってもよいし、配位子の分子構造の全体が疎水性構造であってもよい。   In the magnesium compound, two ligands having the same molecular structure are bonded to a magnesium atom, and the ligand has a hydrophobic structure at a position farthest from the magnesium atom. In the present embodiment, the “hydrophobic structure” means a molecular structure that can exhibit hydrophobicity, and a part of the molecular structure of the ligand may be a hydrophobic structure. The entire molecular structure may be a hydrophobic structure.

ジアルキルグリコールエーテルとマグネシウム化合物との混合物を含む電解液3中に含まれる具体的な錯体構造は不明であるが、ジアルキルグリコールエーテルと、マグネシウム化合物に由来するマグネシウムイオンとにより錯イオンが形成されているものと考えられる。   Although the specific complex structure contained in the electrolytic solution 3 containing the mixture of the dialkyl glycol ether and the magnesium compound is unknown, complex ions are formed by the dialkyl glycol ether and the magnesium ion derived from the magnesium compound. It is considered a thing.

この錯イオン形成において、マグネシウム化合物の2つの配位子の結合が切断されることによりマグネシウムイオンが生成されると推測される。このとき、マグネシウム原子に結合する2つの配位子が異なるもの(異なる分子構造を有するもの)である場合、一方の配位子の結合が切断されるが、他方の配位子の結合が切断されずに残存することがあると考えられる。一方の配位子がマグネシウム原子に結合されたままの状態であると、ジアルキルグリコールエーテルとの間で安定的な錯イオン(陽イオン)形成が困難であると考えられる。しかしながら、本実施形態においては、マグネシウム原子に結合する2つの配位子が同一の分子構造を有することで、2つの配位子の結合を切断するための条件が略同一であっても2つの配位子の結合がともに切断されると考えられる。よって、ジアルキルグリコールエーテルとマグネシウムイオンとにより安定的に錯イオン(陽イオン)が形成されると考えられる。   In this complex ion formation, it is presumed that magnesium ions are generated by breaking the bond between the two ligands of the magnesium compound. At this time, when the two ligands bonded to the magnesium atom are different (having different molecular structures), the bond of one ligand is cut, but the bond of the other ligand is cut. It is thought that it may remain without being. If one of the ligands is still bonded to the magnesium atom, it is considered difficult to form a stable complex ion (cation) with the dialkyl glycol ether. However, in this embodiment, the two ligands bonded to the magnesium atom have the same molecular structure, so that even if the conditions for cutting the bond between the two ligands are substantially the same, It is thought that the ligand bond is broken together. Therefore, it is considered that complex ions (cations) are stably formed by dialkyl glycol ether and magnesium ions.

一方、上記錯イオン(陽イオン)が安定的に存在するために、マグネシウム化合物から切断された2つの配位子が、上記錯イオン(陽イオン)と結合する対イオンとしての役割を果たす必要があると考えられる。このとき、配位子が疎水性構造を有することで、ジアルキルグリコールエーテルに対する親和性(疎水性相互作用による親和性)を示すと考えられる。そのため、マグネシウム化合物から切断された配位子により構成される対イオンが、上記錯イオン(陽イオン)と安定的に存在することができるものと推測される。これにより、本実施形態に係る電解液3においては、ジアルキルグリコールエーテルとマグネシウム化合物とにより溶媒和構造が安定的に形成され得るものと考えられる。   On the other hand, in order for the complex ion (cation) to exist stably, it is necessary that the two ligands cleaved from the magnesium compound serve as counter ions that bind to the complex ion (cation). It is believed that there is. At this time, it is considered that the ligand has a hydrophobic structure, thereby exhibiting an affinity for dialkyl glycol ether (affinity due to hydrophobic interaction). Therefore, it is presumed that a counter ion constituted by a ligand cleaved from a magnesium compound can exist stably with the complex ion (cation). Thereby, in the electrolyte solution 3 which concerns on this embodiment, it is thought that a solvation structure can be stably formed with a dialkyl glycol ether and a magnesium compound.

上記配位子としては、マグネシウム原子から最も遠い位置に、炭素数1〜6のアルキル基、及び当該アルキル基の少なくとも一部の水素がフッ素置換されたもののいずれかを有するものが好適であり、例えば、ヘキサメチルジシラザン基等のジシラザン基類;メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等の炭素数1〜6のアルキル基類;トリフルオロメタンスルホニルイミド基、トリクロロメタンスルホニルイミド基等のスルホニルイミド基類を有するもの等が好適である。   As the above-mentioned ligand, those having any one of an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms and one in which at least a part of hydrogen of the alkyl group is fluorine-substituted at a position farthest from the magnesium atom are suitable, For example, disilazane groups such as hexamethyldisilazane group; alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms such as methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group; trifluoromethanesulfonylimide group Those having a sulfonylimide group such as a trichloromethanesulfonylimide group are preferred.

このようなマグネシウム化合物としては、例えば、マグネシウムビス(ヘキサメチルジシラジド)、ジイソプロピルマグネシウム、ジブチルマグネシウム、マグネシウムビス(トリフルオロメタンスルホニルイミド)等を用いることができる。なお、ジイソプロピルマグネシウム、ジブチルマグネシウム等のジアルキルマグネシウムは、例えば、金属マグネシウムとハロゲン化炭化水素又はアルコールとを反応させることで得ることができる。   As such a magnesium compound, for example, magnesium bis (hexamethyldisilazide), diisopropylmagnesium, dibutylmagnesium, magnesium bis (trifluoromethanesulfonylimide) and the like can be used. In addition, dialkyl magnesium, such as diisopropyl magnesium and dibutyl magnesium, can be obtained, for example, by reacting metal magnesium with a halogenated hydrocarbon or alcohol.

上記ジアルキルグリコールエーテルとしては、下記一般式(1)で表される化学構造を有するもののうちの少なくとも一種を用いることができる。   As the dialkyl glycol ether, at least one of those having a chemical structure represented by the following general formula (1) can be used.

Figure 2014232719
式中、R1及びR2は、それぞれ独立して炭素数1〜6のアルキル基及び少なくとも一部の水素がフッ素置換されたアルキル基、フェニル基及び少なくとも一部の水素がハロゲン原子で置換されたフェニル基、並びにシクロヘキシル基及び少なくとも一部の水素がハロゲン原子で置換されたシクロヘキシル基のうちのいずれかである。nは1〜12の整数であり、好ましくは1〜4の整数である。
Figure 2014232719
In the formula, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkyl group in which at least a part of hydrogen is substituted with fluorine, a phenyl group, and at least a part of hydrogen is substituted with a halogen atom. And a cyclohexyl group and a cyclohexyl group in which at least a part of hydrogen is substituted with a halogen atom. n is an integer of 1 to 12, and preferably an integer of 1 to 4.

上記一般式(1)中のR1及びR2を構成し得るアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。 Examples of the alkyl group that can constitute R 1 and R 2 in the general formula (1) include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a pentyl group, an isopentyl group, and a hexyl group. Etc.

また、上記一般式(1)中のR1及びR2を構成し得る少なくとも一部の水素がハロゲン原子で置換されたフェニル基としては、例えば、2−クロロフェニル基、3−クロロフェニル基、4−クロロフェニル基、2,4−ジクロロフェニル基、2−ブロモフェニル基、3−ブロモフェニル基、4−ブロモフェニル基、2,4−ジブロモフェニル基、2−ヨードフェニル基、3−ヨードフェニル基、4−ヨードフェニル基、2,4−ヨードフェニル基等が挙げられる。 In addition, examples of the phenyl group in which at least a part of hydrogen capable of constituting R 1 and R 2 in the general formula (1) is substituted with a halogen atom include a 2-chlorophenyl group, a 3-chlorophenyl group, 4- Chlorophenyl group, 2,4-dichlorophenyl group, 2-bromophenyl group, 3-bromophenyl group, 4-bromophenyl group, 2,4-dibromophenyl group, 2-iodophenyl group, 3-iodophenyl group, 4- Examples include iodophenyl group and 2,4-iodophenyl group.

さらに、上記一般式(1)中のR1及びR2を構成し得る少なくとも一部の水素がハロゲン原子で置換されたシクロヘキシル基としては、例えば、2−クロロシクロヘキシル基、3−クロロシクロヘキシル基、4−クロロシクロヘキシル基、2,4−ジクロロシクロヘキシル基、2−ブロモシクロヘキシル基、3−ブロモシクロヘキシル基、4−ブロモシクロヘキシル基、2,4−ジブロモシクロヘキシル基、2−ヨードシクロヘキシル基、3−ヨードシクロヘキシル基、4−ヨードシクロヘキシル基、2,4−ヨードシクロヘキシル基等が挙げられる。 Furthermore, examples of the cyclohexyl group in which at least a part of hydrogen atoms constituting R 1 and R 2 in the general formula (1) are substituted with a halogen atom include a 2-chlorocyclohexyl group, a 3-chlorocyclohexyl group, 4-chlorocyclohexyl group, 2,4-dichlorocyclohexyl group, 2-bromocyclohexyl group, 3-bromocyclohexyl group, 4-bromocyclohexyl group, 2,4-dibromocyclohexyl group, 2-iodocyclohexyl group, 3-iodocyclohexyl Group, 4-iodocyclohexyl group, 2,4-iodocyclohexyl group and the like.

本実施形態において、電解液3を構成する溶媒としての上記ジアルキルグリコールエーテルは、その化学構造中における隣接する2つの酸素間に2つの炭素を有する。このような化学構造を有することで、後述する実施例等からも明らかなように、溶質としての上記マグネシウム化合物との組み合わせにおいて、実用上十分な充放電特性を発揮可能な電解液を構成することができる。   In this embodiment, the dialkyl glycol ether as a solvent constituting the electrolytic solution 3 has two carbons between two adjacent oxygen atoms in the chemical structure. By having such a chemical structure, an electrolyte solution that can exhibit practically sufficient charge / discharge characteristics in combination with the magnesium compound as a solute, as will be apparent from Examples and the like to be described later. Can do.

具体的には、上記ジアルキルグリコールエーテルとしては、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ペンタエチレングリコールジメチルエーテル、ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル等が用いられ、より高沸点のトリエチレングリコールジアルキルエーテル、テトラエチレングリコールジアルキルエーテル等が好適に用いられ、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル等が特に好適に用いられる。これらのジアルキルグリコールエーテルは、ドライ環境下における取扱性に優れるため、好適に用いられ得る。また、後述する実施例から明らかなように、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル又はトリエチレングリコールブチルメチルエーテルを電解液用溶媒として用いた際のサイクリックボルタノグラムのピーク電流値が、他のジアルキルグリコールエーテルのピーク電流値の120〜190%程度に向上している。このことから、上記ジアルキルグリコールエーテルのうち、特にトリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル又はトリエチレングリコールブチルメチルエーテル等のトリエチレングリコールジアルキルエーテル又はテトラエチレングリコールジアルキルエーテルとマグネシウムイオンとにより形成される配位構造が、マグネシウムの溶解析出に最適であると考えられ、放電レート特性を向上させる効果が期待できる。   Specifically, examples of the dialkyl glycol ether include ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, pentaethylene glycol dimethyl ether, hexa Ethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol butyl methyl ether, etc. are used, higher-boiling triethylene glycol dialkyl ether, tetraethylene glycol dialkyl ether, etc. are preferably used, triethylene glycol dimethyl ether, Tiger ethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol butyl methyl ether, etc. are particularly preferably used. Since these dialkyl glycol ethers are excellent in handleability in a dry environment, they can be suitably used. Further, as is clear from the examples described later, the peak current value of the cyclic voltammogram when triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether or triethylene glycol butyl methyl ether is used as the solvent for the electrolytic solution It is improved to about 120 to 190% of the peak current value of the dialkyl glycol ether. From this, among the dialkyl glycol ethers, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol butyl methyl ether and other triethylene glycol dialkyl ethers or tetraethylene glycol dialkyl ethers and magnesium ions are particularly preferred. The coordinate structure is considered to be optimal for magnesium dissolution and precipitation, and the effect of improving the discharge rate characteristics can be expected.

電解液3における上記マグネシウム化合物の濃度は、電解液3に必要とされる導電性を確保し得る濃度であればよく、例えば、0.1〜2mol/Lであるのが好ましく、0.5〜1mol/Lであるのが特に好ましい。   The density | concentration of the said magnesium compound in the electrolyte solution 3 should just be a density | concentration which can ensure the electroconductivity required for the electrolyte solution 3, For example, it is preferable that it is 0.1-2 mol / L, 0.5- Particularly preferred is 1 mol / L.

なお、電解液3には、電解液3のイオン伝導性等を損なわない限りにおいて、塩化アルミニウム(AlCl3)等の添加剤が含まれていてもよい。 The electrolytic solution 3 may contain an additive such as aluminum chloride (AlCl 3 ) as long as the ion conductivity and the like of the electrolytic solution 3 are not impaired.

なお、上述した電解液3は、上記ジアルキルグリコールエーテルに塩化アルミニウム等の添加剤を溶解させた後、上記マグネシウム化合物を混合・溶解させることにより調製され得る。   The electrolyte solution 3 described above can be prepared by dissolving an additive such as aluminum chloride in the dialkyl glycol ether and then mixing and dissolving the magnesium compound.

本実施形態において、ラミネート外装体4は、アルミニウム、ステンレス等の金属箔の少なくとも一面側に熱融着樹脂層(変性ポリオレフィンフィルム等)が設けられてなるものを用いることができ、好ましくは金属箔の他面側に樹脂層(ナイロンフィルム等)が設けられた3層構造の金属ラミネートフィルムからなるものを用いることができる。なお、ラミネート外装体4と正極外部端子25及び負極外部端子26との間には、ポリオレフィン系ポリマー等からなる接着剤層(図示せず)が介在している。   In the present embodiment, the laminate outer package 4 may be one in which a heat-fusing resin layer (modified polyolefin film or the like) is provided on at least one surface side of a metal foil such as aluminum or stainless steel, preferably a metal foil. What consists of a metal laminate film of the 3 layer structure in which the resin layer (nylon film etc.) was provided in the other surface side can be used. Note that an adhesive layer (not shown) made of a polyolefin-based polymer or the like is interposed between the laminate outer package 4 and the positive external terminal 25 and the negative external terminal 26.

本実施形態に係るマグネシウムイオン二次電池1は、1枚の金属ラミネートフィルムを二つ折りにし、周縁部を融着させてなるラミネート外装体4内に、積層体2及び電解液3を封入した構成を有するが、このような態様に限定されるものではなく、2枚の金属ラミネートフィルムを重ねて周縁部を融着させてなるラミネート外装体4内に、積層体2及び電解液3を封入した構成を有するものであってもよい。   The magnesium ion secondary battery 1 according to the present embodiment has a configuration in which the laminate 2 and the electrolytic solution 3 are enclosed in a laminate outer package 4 in which a single metal laminate film is folded in two and the periphery is fused. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and the laminate 2 and the electrolytic solution 3 are encapsulated in a laminate outer package 4 in which two metal laminate films are stacked and the peripheral edge is fused. It may have a configuration.

上述した構成を有する本実施形態に係るマグネシウムイオン二次電池1は、積層体2をラミネート外装体4に収容後、正極21に取り付けられた正極リード線24を正極外部端子25に接続し、負極22に取り付けられた負極リード線(図示せず)を負極外部端子26に接続し、真空注液装置等を用いて電解液3をラミネート外装体4内に充満させ、ラミネート外装体4を密封することによって製造することができる。   In the magnesium ion secondary battery 1 according to the present embodiment having the above-described configuration, the positive electrode lead wire 24 attached to the positive electrode 21 is connected to the positive electrode external terminal 25 after the laminate 2 is accommodated in the laminate outer package 4, and the negative electrode The negative electrode lead wire (not shown) attached to 22 is connected to the negative electrode external terminal 26, and the electrolyte solution 3 is filled into the laminate outer package 4 using a vacuum injection device or the like, and the laminate outer package 4 is sealed. Can be manufactured.

本実施形態における電解液3を構成する溶媒が、比較的高沸点の上記ジアルキルグリコールエーテルであるため、ラミネート外装体4内に真空注液装置等を用いて電解液3を充満させ、密封する際に、電解液3の揮発が抑制される。よって、本実施形態によれば、ラミネートタイプのマグネシウムイオン二次電池1を容易に製造可能となるという効果をも奏し得る。   Since the solvent constituting the electrolytic solution 3 in the present embodiment is the above-described dialkyl glycol ether having a relatively high boiling point, when the electrolytic solution 3 is filled and sealed in the laminate outer package 4 using a vacuum injection device or the like. Further, the volatilization of the electrolytic solution 3 is suppressed. Therefore, according to this embodiment, the effect that it becomes possible to manufacture the laminate type magnesium ion secondary battery 1 easily can be achieved.

上述したように、本実施形態によれば、電解液3を構成する溶媒として比較的高沸点の上記ジアルキルグリコールエーテルを用いているため、マグネシウムイオン二次電池1の耐熱性を向上させることができる。また、後述する実施例から明らかなように、電解液3に含まれる混合物における溶媒としての上記ジアルキルグリコールエーテルと、溶質としての上記マグネシウム化合物との組み合わせにより、良好な充放電特性を有するマグネシウムイオン二次電池1とすることができる。さらには、電解液3を構成する溶媒が比較的高沸点の上記ジアルキルグリコールエーテルであることで、ラミネートタイプのマグネシウムイオン二次電池1を容易に製造可能となるという効果をも奏し得る。   As described above, according to the present embodiment, since the dialkyl glycol ether having a relatively high boiling point is used as the solvent constituting the electrolytic solution 3, the heat resistance of the magnesium ion secondary battery 1 can be improved. . Further, as will be apparent from the examples described later, a combination of the dialkyl glycol ether as the solvent and the magnesium compound as the solute in the mixture contained in the electrolytic solution 3 has excellent charge / discharge characteristics. The secondary battery 1 can be obtained. Furthermore, since the solvent constituting the electrolytic solution 3 is the above-described dialkyl glycol ether having a relatively high boiling point, an effect that the laminate-type magnesium ion secondary battery 1 can be easily manufactured can be achieved.

〔マグネシウムイオン二次電池パック〕
次に、本発明の一実施形態におけるマグネシウムイオン二次電池パックについて、図面を参照しながら説明する。図3は、本実施形態におけるマグネシウムイオン二次電池パックを示す分解斜視図である。
[Magnesium ion secondary battery pack]
Next, a magnesium ion secondary battery pack according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the magnesium ion secondary battery pack in the present embodiment.

図3に示すように、電池パック10は、本実施形態に係る複数のマグネシウムイオン二次電池1が電池ケース30内に収容され、当該電池ケース30が、樹脂容器36a、樹脂容器36b及び端部ケース37に収納されて構成される。また、電池ケース30の一端面であって、正極端子32及び負極端子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。なお、各マグネシウムイオン二次電池1の正極外部端子25が正極端子32に接続され、負極外部端子26が負極端子33に接続されている。   As shown in FIG. 3, the battery pack 10 includes a plurality of magnesium ion secondary batteries 1 according to the present embodiment housed in a battery case 30, and the battery case 30 includes a resin container 36 a, a resin container 36 b, and an end portion. The case 37 is configured to be stored. Further, a protective circuit board 34 for preventing overcharge and overdischarge is provided between one end face of the battery case 30 and a face including the positive electrode terminal 32 and the negative electrode terminal 33 and the end case 37. It has been. The positive external terminal 25 of each magnesium ion secondary battery 1 is connected to the positive terminal 32 and the negative external terminal 26 is connected to the negative terminal 33.

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及び端部ケース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、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1とを導通させるための配線回路等が搭載されている。   The protection circuit board 34 includes an external connection connector 35. The external connection connector 35 is inserted into an external connection window 38a provided in the resin container 36a and an external connection window 38b provided in the end case 37. Connected with external terminals. The protection circuit board 34 is mounted with a charge / discharge safety circuit for controlling charge / discharge, a wiring circuit for connecting the external connection terminal and the magnesium ion secondary battery 1, and the like.

電池パック10は、本実施形態に係るマグネシウムイオン二次電池1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採用することができる。例えば、電池パック10は、電池ケース30と端部ケース37との間に、正極端子32と接続される正極リード板、負極端子33と接続される負極リード板、絶縁体等を適宜備えていてもよい。   The battery pack 10 can employ a conventionally known battery pack configuration as appropriate, except that the magnesium ion secondary battery 1 according to the present embodiment is used. For example, the battery pack 10 appropriately includes a positive lead plate connected to the positive terminal 32, a negative lead plate connected to the negative terminal 33, an insulator, and the like between the battery case 30 and the end case 37. Also good.

なお、本実施形態に係るマグネシウムイオン二次電池1を備える電池ケース30は、電池パックへの使用態様以外に、上記保護回路に、過大電流の遮断、電池温度モニター等の機能をさらに備え、かつ当該保護回路を二次電池自体に一体化させて取り付けられてな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、保護機能及び保護回路を備える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 battery case 30 including the magnesium ion secondary battery 1 according to the present embodiment further includes functions such as overcurrent blocking and battery temperature monitoring in the protection circuit, in addition to the usage mode for the battery pack, and You may use for the aspect formed by integrating the said protection circuit in secondary battery itself. In this aspect, it can be used as a secondary battery having a protection function and a protection circuit without constituting a battery pack, and is highly versatile.

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。   The embodiment described above is described for facilitating understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

上記実施形態において、マグネシウムイオン二次電池1は、複数のシート状の正極21及び負極22を、それらの間にセパレータ23を介して交互に積層してなる積層体2を発電素子として備えるが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、一対の正極21及び負極22と、それらの間に位置するセパレータ23とを発電素子として備えるものであってもよい。   In the above-described embodiment, the magnesium ion secondary battery 1 includes the stacked body 2 in which a plurality of sheet-like positive electrodes 21 and negative electrodes 22 are alternately stacked with separators 23 interposed therebetween as a power generation element. This invention is not limited to such an aspect, You may provide a pair of positive electrode 21 and negative electrode 22, and the separator 23 located between them as an electric power generation element.

また、上記実施形態において、ラミネート外装体4を備えるラミネートタイプのマグネシウムイオン二次電池1を例に挙げて説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、シート状の正極21及び負極22、セパレータ23を介して渦巻状に巻回してなる巻回式極板群を電池容器(電池缶等)に挿入してなる態様であってもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the laminated type magnesium ion secondary battery 1 provided with the laminated exterior body 4 was mentioned as an example, it demonstrated, this invention is not limited to such an aspect, A sheet-like positive electrode A mode in which a wound electrode plate group that is wound in a spiral shape via 21, the negative electrode 22, and the separator 23 is inserted into a battery container (such as a battery can) may be used.

以下、実施例等を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例等に何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example etc. are given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to the following Example etc. at all.

〔実施例1〕
<電解液の調製>
不活性雰囲気のグローブボックス内で、トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)に塩化アルミニウム(0.177g)を溶解し、次いでジブチルマグネシウム(0.28g)を溶解して電解液を調製した。
[Example 1]
<Preparation of electrolyte>
In an inert atmosphere glove box, aluminum chloride (0.177 g) was dissolved in triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g), and then dibutyl magnesium (0.28 g) was dissolved to prepare an electrolytic solution.

<サイクリックボルタンメトリー評価>
作用電極としての棒状のニッケル金属(φ:0.90mm,長さ:0.8cm)、対電極及び参照電極としての棒状のマグネシウム金属(φ:1.6mm,長さ:0.8cm)、並びに上記のようにして調製した電解液を用いて、不活性雰囲気のグローブボックス内で三電極式セルを組み立て、これを試験セルとしてサイクリックボルタンメトリー評価を実施した。なお、サイクリックボルタンメトリー評価は、−1.5Vまで電位を掃引した後、2.7Vまで掃引し、この作業を30回繰り返して測定することにより実施した。なお、走査速度は10mV/secとした。その結果、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を確認することができた。また、ピーク電流は約1mAであった。
<Cyclic voltammetry evaluation>
Rod-shaped nickel metal (φ: 0.90 mm, length: 0.8 cm) as a working electrode, rod-shaped magnesium metal (φ: 1.6 mm, length: 0.8 cm) as a counter electrode and a reference electrode, and Using the electrolyte prepared as described above, a three-electrode cell was assembled in a glove box in an inert atmosphere, and cyclic voltammetry evaluation was performed using this as a test cell. Cyclic voltammetry evaluation was performed by sweeping the potential to −1.5 V, then sweeping to 2.7 V, and repeating this operation 30 times. The scanning speed was 10 mV / sec. As a result, it was possible to confirm the precipitation and dissolution of magnesium ions by a stable redox current. The peak current was about 1 mA.

<正極の作製>
モリブデン硫化物(Mo68,5g)、アセチレンブラック(0.3g)、カーボンナノチューブ(昭和電工社製,VGCF(登録商標),0.2g)、KFポリマー(6g)及びN−メチルピロリドン(NMP,4g)を混合し、エクセルオートホモジナイザー(日本精機製作所社製)を用いて8000rpmの回転数で5分間攪拌することにより、正極活物質層形成用溶液を調製した。
<Preparation of positive electrode>
Molybdenum sulfide (Mo 6 S 8 , 5 g), acetylene black (0.3 g), carbon nanotubes (manufactured by Showa Denko KK, VGCF (registered trademark), 0.2 g), KF polymer (6 g) and N-methylpyrrolidone ( NMP, 4 g) was mixed and stirred for 5 minutes at a rotation speed of 8000 rpm using an Excel auto homogenizer (manufactured by Nippon Seiki Seisakusho) to prepare a positive electrode active material layer forming solution.

200μmのギャップを有するアプリケーターを用いて、集電体としての銅基板(厚み:10μm)の一面側に上記正極活物質層形成用溶液を塗布し、150℃で乾燥し、プレス機を用いて2ton/cmでプレスすることにより、正極を作製した。   Using an applicator having a gap of 200 μm, the positive electrode active material layer forming solution is applied to one side of a copper substrate (thickness: 10 μm) as a current collector, dried at 150 ° C., and 2 ton using a press. A positive electrode was produced by pressing at / cm.

<負極の作製>
マグネシウム合金(AZ31,日本金属社製,厚み:45μm)を準備し、これを負極とした。
<Production of negative electrode>
A magnesium alloy (AZ31, manufactured by Nippon Metals Co., Ltd., thickness: 45 μm) was prepared and used as a negative electrode.

<ラミネートセルの作製>
アルミニウムフィルムの一面にプロピレン系ポリマー層、他面にポリマー層が設けられてなるラミネートフィルムにより構成された密封容器(D−EL40H,大日本印刷社製)内に、セパレータ(♯2500,セルガード社製)を介して正極及び負極を対向させた積層体を挿入し、真空注液装置(VS1616,サンクメタル社製)を用いて密封容器内に電解液を封入し、図1及び図2に示す構成のラミネートタイプのマグネシウム二次電池1(ラミネートセル)を作製した。なお、正極外部端子25及び負極外部端子26と密封容器の内側(プロピレン系ポリマー層)との間には、シーラントフィルム(ポリオレフィン系ポリマー、宝泉社製)を介在させた。
<Production of laminate cell>
In a sealed container (D-EL40H, manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd.) composed of a laminate film having a propylene-based polymer layer on one side and a polymer layer on the other side, a separator (# 2500, manufactured by Celgard) ), And a laminated body with the positive electrode and the negative electrode facing each other is inserted, and an electrolytic solution is sealed in a sealed container using a vacuum injection device (VS1616, manufactured by Sank Metal Co., Ltd.), and the configuration shown in FIGS. A laminate type magnesium secondary battery 1 (laminate cell) was prepared. A sealant film (polyolefin polymer, manufactured by Hosen Co., Ltd.) was interposed between the positive electrode external terminal 25 and the negative electrode external terminal 26 and the inside of the sealed container (propylene polymer layer).

<充放電試験>
上記ラミネートセルを用いて、電流密度6.25μA/cm2、電圧範囲0.3〜1.7V、10サイクルの条件で充放電試験を行った。その結果、放電容量は85mAh/gであり、多少の劣化はあるものの、繰り返して充放電可能であることが確認された。
<Charge / discharge test>
Using the laminate cell, a charge / discharge test was performed under the conditions of a current density of 6.25 μA / cm 2 , a voltage range of 0.3 to 1.7 V, and 10 cycles. As a result, it was confirmed that the discharge capacity was 85 mAh / g, and it could be repeatedly charged and discharged although there was some deterioration.

〔実施例2〕
<サイクリックボルタンメトリー評価>
トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)に代えてエチレングリコールジメチルエーテル(4.32g)を用いた以外は実施例1と同様にして電解液を調製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、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を確認することができた。また、ピーク電流は約0.8mAであった。
[Example 2]
<Cyclic voltammetry evaluation>
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that ethylene glycol dimethyl ether (4.32 g) was used instead of triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g), and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, it was possible to confirm the precipitation and dissolution of magnesium ions by a stable redox current. The peak current was about 0.8 mA.

〔実施例3〕
<サイクリックボルタンメトリー評価>
トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)に代えてテトラエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)を用いた以外は実施例1と同様にして電解液を調製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、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を確認することができた。また、ピーク電流は約1mAであった。
Example 3
<Cyclic voltammetry evaluation>
An electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that tetraethylene glycol dimethyl ether (3.72 g) was used instead of triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g), and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, it was possible to confirm the precipitation and dissolution of magnesium ions by a stable redox current. The peak current was about 1 mA.

〔実施例4〕
<サイクリックボルタンメトリー評価>
塩化アルミニウムを添加しなかった以外は実施例1と同様にして電解液を調製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、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を確認することができた。また、ピーク電流は約0.6mAであった。
Example 4
<Cyclic voltammetry evaluation>
An electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that aluminum chloride was not added, and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, it was possible to confirm the precipitation and dissolution of magnesium ions by a stable redox current. The peak current was about 0.6 mA.

〔実施例5〕
<サイクリックボルタンメトリー評価>
トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)に代えてトリエチレングリコールブチルメチルエーテル(3.72g)を用いた以外は実施例1と同様にして電解液を調製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、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を確認することができた。また、ピーク電流は約1.5mAであった。
Example 5
<Cyclic voltammetry evaluation>
An electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that triethylene glycol butyl methyl ether (3.72 g) was used instead of triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g), and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, it was possible to confirm the precipitation and dissolution of magnesium ions by a stable redox current. The peak current was about 1.5 mA.

〔実施例6〕
<電解液の調製>
不活性雰囲気のグローブボックス内で、トリエチレングリコールジメチルエーテル(8.28g)に塩化アルミニウム(1.33g)を溶解し、次いでマグネシウムビス(ヘキサメチルジシラジド)(1.72g)を溶解して電解液を調製した。
Example 6
<Preparation of electrolyte>
In an inert atmosphere glove box, aluminum chloride (1.33 g) was dissolved in triethylene glycol dimethyl ether (8.28 g), and then magnesium bis (hexamethyldisilazide) (1.72 g) was dissolved in the electrolysis. A liquid was prepared.

<サイクリックボルタンメトリー評価>
上記電解液を用いた以外は実施例1と同様にしてサイクリックボルタンメトリー評価を実施した。なお、サイクリックボルタンメトリー評価は、−1.5Vまで電位を掃引した後、2.7Vまで掃引し、この作業を30回繰り返して測定することにより実施した。なお、走査速度は10mV/secとした。その結果、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を確認することができた。また、酸化電位による電解液の分解反応は起こらなかった。
<Cyclic voltammetry evaluation>
Cyclic voltammetry evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the above electrolytic solution was used. Cyclic voltammetry evaluation was performed by sweeping the potential to −1.5 V, then sweeping to 2.7 V, and repeating this operation 30 times. The scanning speed was 10 mV / sec. As a result, it was possible to confirm the precipitation and dissolution of magnesium ions by a stable redox current. In addition, the decomposition reaction of the electrolytic solution due to the oxidation potential did not occur.

<充放電試験>
上記電解液を用いた以外は実施例1と同様にしてラミネートセルを作製し、当該ラミネートセルを用いて、実施例1と同様にして充放電試験を行った。その結果、放電容量は42.4mAh/gであり、多少の劣化はあるものの、繰り返して充放電可能であることが確認された。
<Charge / discharge test>
A laminate cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution was used, and a charge / discharge test was performed in the same manner as in Example 1 using the laminate cell. As a result, the discharge capacity was 42.4 mAh / g, and it was confirmed that charging and discharging were possible repeatedly, although there was some deterioration.

〔比較例1〕
<サイクリックボルタンメトリー評価>
トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)に代えてテトラヒドロフラン(4.12g)を用いた以外は実施例1と同様にして電解液を調製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、マグネシウムイオンの析出溶解を確認することができた。また、ピーク電流は約0.025mAであった。
[Comparative Example 1]
<Cyclic voltammetry evaluation>
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that tetrahydrofuran (4.12 g) was used instead of triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g), and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, it was possible to confirm the precipitation and dissolution of magnesium ions. The peak current was about 0.025 mA.

<充放電試験>
トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)をテトラヒドロフラン(4.12g)に代えた電解液を用いた以外は実施例1と同様にしてラミネートセルを作製した。しかし、電解液を封入する際に電解質が揮発してしまい、安定した電圧を得られるラミネートセルを作製することができなかった。
<Charge / discharge test>
A laminate cell was produced in the same manner as in Example 1 except that an electrolytic solution in which triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g) was replaced with tetrahydrofuran (4.12 g) was used. However, when the electrolytic solution is sealed, the electrolyte is volatilized, and a laminate cell that can obtain a stable voltage cannot be manufactured.

〔比較例2〕
<サイクリックボルタンメトリー評価>
トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)に代えてジメトキシメタン(4.32g)を用いた以外は実施例1と同様にして電解液を調製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、マグネシウムイオンの析出溶解を確認することができた。また、ピーク電流は約0.006mAであった。
[Comparative Example 2]
<Cyclic voltammetry evaluation>
An electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that dimethoxymethane (4.32 g) was used instead of triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g), and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, it was possible to confirm the precipitation and dissolution of magnesium ions. The peak current was about 0.006 mA.

<充放電試験>
トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)をジメトキシメタン(4.32g)に代えた電解液を用いた以外は実施例1と同様にしてラミネートセルを作製した。しかし、電解液を封入する際に電解質が揮発してしまい、安定した電圧を得られるラミネートセルを作製することができなかった。
<Charge / discharge test>
A laminate cell was produced in the same manner as in Example 1 except that an electrolytic solution in which triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g) was replaced with dimethoxymethane (4.32 g) was used. However, when the electrolytic solution is sealed, the electrolyte is volatilized, and a laminate cell that can obtain a stable voltage cannot be manufactured.

〔比較例3〕
<サイクリックボルタンメトリー評価>
トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)に代えてメチルプロピルエーテル(5.18g)を用いた以外は実施例1と同様にして電解液を調製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、マグネシウムイオンの析出溶解を確認することができた。また、ピーク電流は約0.15mAであった。
[Comparative Example 3]
<Cyclic voltammetry evaluation>
An electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that methylpropyl ether (5.18 g) was used instead of triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g), and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, it was possible to confirm the precipitation and dissolution of magnesium ions. The peak current was about 0.15 mA.

<充放電試験>
トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)をメチルプロピルエーテル(5.18g)に代えた電解液を用いた以外は実施例1と同様にしてラミネートセルを作製した。しかし、電解液を封入する際に電解質が揮発してしまい、安定した電圧を得られるラミネートセルを作製することができなかった。
<Charge / discharge test>
A laminate cell was produced in the same manner as in Example 1 except that an electrolytic solution in which triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g) was replaced with methyl propyl ether (5.18 g) was used. However, when the electrolytic solution is sealed, the electrolyte is volatilized, and a laminate cell that can obtain a stable voltage cannot be manufactured.

〔比較例4〕
<電解液の調製>
不活性雰囲気のグローブボックス内で、トリエチレングリコールジメチルエーテル(4.98g)に塩化アルミニウム(0.022g)を溶解し、次いで塩化マグネシウム(0.024g)を溶解して電解液を調製した。
[Comparative Example 4]
<Preparation of electrolyte>
In an inert atmosphere glove box, aluminum chloride (0.022 g) was dissolved in triethylene glycol dimethyl ether (4.98 g), and then magnesium chloride (0.024 g) was dissolved to prepare an electrolytic solution.

<サイクリックボルタンメトリー評価>
上記電解液を用いた以外は実施例1と同様にして三電極式セルを作製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、マグネシウムイオンの析出溶解を確認することができなかった。
<Cyclic voltammetry evaluation>
A three-electrode cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the above electrolytic solution was used, and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, magnesium ion precipitation and dissolution could not be confirmed.

〔比較例5〕
<サイクリックボルタンメトリー評価>
トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)に代えて1,4−ジエトキシブタン(3.72g)を用いた以外は実施例1と同様にして電解液を調製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、マグネシウムイオンの析出溶解を確認することができなかった。
[Comparative Example 5]
<Cyclic voltammetry evaluation>
An electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1,4-diethoxybutane (3.72 g) was used instead of triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g), and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, magnesium ion precipitation and dissolution could not be confirmed.

〔比較例6〕
<サイクリックボルタンメトリー評価>
トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)に代えて1,5−ジメトキシペンタン(3.72g)を用いた以外は実施例1と同様にして電解液を調製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、マグネシウムイオンの析出溶解を確認することができなかった。
[Comparative Example 6]
<Cyclic voltammetry evaluation>
An electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1,5-dimethoxypentane (3.72 g) was used instead of triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g), and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, magnesium ion precipitation and dissolution could not be confirmed.

〔比較例7〕
<サイクリックボルタンメトリー評価>
トリエチレングリコールジメチルエーテル(3.72g)に代えて1,6−ジメトキシヘキサン(3.72g)を用いた以外は実施例1と同様にして電解液を調製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、マグネシウムイオンの析出溶解を確認することができなかった。
[Comparative Example 7]
<Cyclic voltammetry evaluation>
An electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1,6-dimethoxyhexane (3.72 g) was used instead of triethylene glycol dimethyl ether (3.72 g), and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, magnesium ion precipitation and dissolution could not be confirmed.

〔比較例8〕
<電解液の調製>
不活性雰囲気のグローブボックス内で、テトラヒドロフラン(7.48g)に塩化アルミニウム(1.33g)を溶解し、次いでフェニルマグネシウムクロリド(27%テトラヒドロフラン溶液,2.52g)を溶解して電解液を調製した。
[Comparative Example 8]
<Preparation of electrolyte>
In an inert atmosphere glove box, aluminum chloride (1.33 g) was dissolved in tetrahydrofuran (7.48 g), and then phenylmagnesium chloride (27% tetrahydrofuran solution, 2.52 g) was dissolved to prepare an electrolytic solution. .

<サイクリックボルタンメトリー評価>
上記電解液を用いた以外は実施例1と同様にして三電極式セルを作製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、マグネシウムイオンの析出溶解を確認することができた。しかしながら、酸化電位1.8V付近にて電解液の分解が始まっていた。
<Cyclic voltammetry evaluation>
A three-electrode cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the above electrolytic solution was used, and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, it was possible to confirm the precipitation and dissolution of magnesium ions. However, decomposition of the electrolytic solution started around an oxidation potential of 1.8V.

<充放電試験>
上記電解液を用いた以外は実施例1と同様にしてラミネートセルを作製した。しかし、上記電解液が密封されている容器をドライ環境下にて開封したときに、上記電解液が変質してしまった。また、電解液を封入する際に電解質が揮発してしまい、安定した電圧を得られるラミネートセルを作製することができなかった。
<Charge / discharge test>
A laminate cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the above electrolytic solution was used. However, when the container in which the electrolytic solution is sealed is opened in a dry environment, the electrolytic solution has been altered. In addition, the electrolyte volatilizes when the electrolytic solution is sealed, and a laminate cell that can obtain a stable voltage cannot be manufactured.

〔比較例9〕
<電解液の調製>
不活性雰囲気のグローブボックス内で、適量のテトラヒドロフランに塩化アルミニウム(1.33g)を溶解し、次いでフェニルマグネシウムクロリド(27%テトラヒドロフラン溶液,2.52g)を溶解した。その後、トリエチレングリコールジメチルエーテル(4.32g)を添加し、有機溶媒濃縮回収装置(ソルトラミニ,テクノシグマ社製)を用いてテトラヒドロフランを完全に除去し、電解液を調製した。
[Comparative Example 9]
<Preparation of electrolyte>
In an inert atmosphere glove box, aluminum chloride (1.33 g) was dissolved in an appropriate amount of tetrahydrofuran, and then phenylmagnesium chloride (27% tetrahydrofuran solution, 2.52 g) was dissolved. Thereafter, triethylene glycol dimethyl ether (4.32 g) was added, and tetrahydrofuran was completely removed using an organic solvent concentration recovery apparatus (Soltramini, manufactured by Techno Sigma) to prepare an electrolytic solution.

<サイクリックボルタンメトリー評価>
上記電解液を用いた以外は実施例1と同様にして三電極式セルを作製し、サイクリックボルタンメトリー評価を実施した。その結果、マグネシウムイオンの析出溶解を確認することができなかった。
<Cyclic voltammetry evaluation>
A three-electrode cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the above electrolytic solution was used, and cyclic voltammetry evaluation was performed. As a result, magnesium ion precipitation and dissolution could not be confirmed.

上述したように、実施例1〜5の電解液(所定のジアルキルグリコールエーテル(化合物中の隣接する2つの酸素間に2つの炭素を有するジアルキルグリコールエーテル)とジアルキルマグネシウムとの混合物を含む電解液)を用いたマグネシウムイオン二次電池においては、サイクリックボルタンメトリー評価にてマグネシウムイオンの析出溶解を確認することができ、またピーク電流も高く、十分な電池特性を示すことが確認された。特に、電解液用溶媒としてトリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル又はトリエチレングリコールブチルメチルエーテルを用いた実施例1,3,5においては、ピーク電流がより高く、優れた電池特性を示すことが確認された。   As described above, the electrolyte solution of Examples 1 to 5 (the electrolyte solution including a mixture of a predetermined dialkyl glycol ether (dialkyl glycol ether having two carbons between two adjacent oxygen atoms in the compound) and dialkyl magnesium) In the magnesium ion secondary battery using, the precipitation and dissolution of magnesium ions can be confirmed by cyclic voltammetry evaluation, and the peak current is high, and it is confirmed that the battery characteristics are sufficient. In particular, in Examples 1, 3, and 5 using triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether or triethylene glycol butyl methyl ether as the electrolyte solution solvent, the peak current is higher, and excellent battery characteristics are exhibited. confirmed.

また、実施例6の電解液(溶質としてマグネシウムビス(ヘキサメチルジシラジド)を用いた電解液)を用いたマグネシウムイオン二次電池においても、同様にサイクリックボルタンメトリー評価にてマグネシウムイオンの析出溶解を確認することができ、十分な電池特性を示すことが確認された。特に、溶媒としてのトリエチレングリコールジメチルエーテルと、溶質としてのマグネシウムビス(ヘキサメチルジシラジド)とを組み合わせてなる電解液は、酸化電位による分解反応が生じず、マグネシウムイオン二次電池用電解液として用いることで、高いエネルギー密度のマグネシウムイオン二次電池を提供可能であることが確認された。   In addition, in the magnesium ion secondary battery using the electrolyte solution of Example 6 (electrolyte solution using magnesium bis (hexamethyldisilazide) as a solute), magnesium ions are precipitated and dissolved by cyclic voltammetry evaluation. It was confirmed that the battery exhibited sufficient battery characteristics. In particular, an electrolytic solution obtained by combining triethylene glycol dimethyl ether as a solvent and magnesium bis (hexamethyldisilazide) as a solute does not cause a decomposition reaction due to an oxidation potential, and is used as an electrolytic solution for a magnesium ion secondary battery. It was confirmed that a magnesium ion secondary battery having a high energy density can be provided by using it.

一方、比較例1〜3の電解液(所定のジアルキルグリコールエーテル(化合物中の隣接する2つの酸素間に2つの炭素を有するジアルキルグリコールエーテル)以外の有機エーテルを溶媒として用いた電解液)を用いたマグネシウムイオン二次電池においては、サイクリックボルタンメトリー評価にてマグネシウムイオンの析出溶解を確認することができたものの、ピーク電流が低く、電池特性に劣ることが確認された。比較例4の電解液(溶質として塩化マグネシウムを用いた電解液)を用いたマグネシウムイオン二次電池においては、サイクリックボルタンメトリー評価にてマグネシウムイオンの析出溶解を確認することができなかった。   On the other hand, the electrolyte solution of Comparative Examples 1 to 3 (an electrolyte solution using an organic ether other than a predetermined dialkyl glycol ether (dialkyl glycol ether having two carbons between two adjacent oxygen atoms in the compound) as a solvent) is used. In the magnesium ion secondary battery, although the precipitation and dissolution of magnesium ions could be confirmed by cyclic voltammetry evaluation, it was confirmed that the peak current was low and the battery characteristics were inferior. In the magnesium ion secondary battery using the electrolytic solution of Comparative Example 4 (electrolytic solution using magnesium chloride as a solute), magnesium ion precipitation and dissolution could not be confirmed by cyclic voltammetry evaluation.

また、比較例5〜7の電解液(化合物中の隣接する2つの酸素間に3つ以上の炭素を有するジアルキルグリコールエーテルを溶媒として用いた電解液)及び比較例9の電解液(ジアルキルグリコールエーテルを溶媒として用い、マグネシウム原子に結合する2つの配位子が異なるマグネシウム化合物を溶質として用いた電解液)を用いたマグネシウムイオン二次電池においては、サイクリックボルタンメトリー評価にてマグネシウムイオンの析出溶解を確認することができなかった。   Moreover, the electrolyte solution of Comparative Examples 5-7 (electrolyte solution using a dialkyl glycol ether having three or more carbons between two adjacent oxygen atoms in the compound as a solvent) and the electrolyte solution of Comparative Example 9 (dialkyl glycol ether) In a magnesium ion secondary battery using an electrolyte solution in which a magnesium compound having two different ligands bonded to a magnesium atom is used as a solute, the magnesium ion is precipitated and dissolved by cyclic voltammetry evaluation. I could not confirm.

さらに、比較例8の電解液(テトラヒドロフランを溶媒として用いた電解液)を用いたマグネシウムイオン二次電池においては、サイクリックボルタンメトリー評価にてマグネシウムイオンの析出溶解を確認することができたものの、低電位(1.8V程度)で電解液が分解し始めてしまうことが明らかとなった。すなわち、比較例8の電解液をマグネシウムイオン二次電池用電解液として用いると、当該マグネシウムイオン二次電池において作動電圧を1.8V以下としなければならず、エネルギー密度を向上させることが困難であることが明らかとなった。   Furthermore, in the magnesium ion secondary battery using the electrolyte solution of Comparative Example 8 (electrolyte solution using tetrahydrofuran as a solvent), although the magnesium ion deposition and dissolution could be confirmed by cyclic voltammetry evaluation, It became clear that the electrolytic solution started to decompose at the electric potential (about 1.8 V). That is, when the electrolyte solution of Comparative Example 8 is used as an electrolyte solution for a magnesium ion secondary battery, the operating voltage must be 1.8 V or less in the magnesium ion secondary battery, and it is difficult to improve the energy density. It became clear that there was.

この結果から、電解液を構成する溶媒としての所定のジアルキルグリコールエーテル(化合物中の隣接する2つの酸素間に2つの炭素を有するジアルキルグリコールエーテル)に溶質としての所定のマグネシウム化合物(マグネシウム原子に結合する2つの配位子が同一であるマグネシウム化合物)を組み合わせることで、良好な特性を有するマグネシウムイオン二次電池を構成可能であることが明らかとなった。   From this result, a predetermined magnesium compound (bonded to a magnesium atom) as a solute in a predetermined dialkyl glycol ether (dialkyl glycol ether having two carbons between two adjacent oxygen atoms in the compound) as a solvent constituting the electrolytic solution. It was revealed that a magnesium ion secondary battery having good characteristics can be configured by combining two magnesium ligands having the same ligand.

また、実施例1においては、電解液が揮発することなくラミネートセルの作製が可能であったが、比較例1〜3及び8においては、電解液が揮発してしまいラミネートセルを作製することができなかった。この結果から、電解液を構成する溶媒としてジアルキルグリコールエーテル(化合物中の隣接する2つの酸素間に2つの炭素を有するジアルキルグリコールエーテル)を用いることで、ラミネートセルの製造工程における真空封止工程での電解液の揮発を抑制することができることが確認された。また、ドライ環境下での電解液の安定性を向上させることができるため、ドライ環境下の製造ラインにおいてマグネシウムイオン二次電池の工業的な生産が可能であると考えられる。   In Example 1, it was possible to produce a laminate cell without causing the electrolyte solution to volatilize. However, in Comparative Examples 1 to 3 and 8, it was possible to produce a laminate cell because the electrolyte solution was volatilized. could not. From this result, by using dialkyl glycol ether (dialkyl glycol ether having two carbons between two adjacent oxygen atoms in the compound) as a solvent constituting the electrolytic solution, in the vacuum sealing step in the manufacturing process of the laminate cell It was confirmed that the volatilization of the electrolyte solution can be suppressed. Moreover, since the stability of the electrolyte solution in a dry environment can be improved, it is considered that industrial production of a magnesium ion secondary battery is possible in a production line in a dry environment.

以上の結果から、電解液を構成する溶媒として、高沸点の上記ジアルキルグリコールエーテルを用いることで、耐熱性及び取扱性に優れたマグネシウムイオン二次電池とすることができるとともに、溶質として所定のマグネシウム化合物(マグネシウム原子に結合する2つの配位子が同一分子構造を有するマグネシウム化合物)を用いることで、良好な充放電特性を示すことが明らかとなった。   From the above results, by using the above-mentioned dialkyl glycol ether having a high boiling point as a solvent constituting the electrolytic solution, a magnesium ion secondary battery having excellent heat resistance and handling property can be obtained, and predetermined magnesium as a solute. It has been clarified that a compound (a magnesium compound in which two ligands bonded to a magnesium atom have the same molecular structure) exhibit good charge / discharge characteristics.

さらには、高沸点の上記ジアルキルグリコールエーテルを電解液溶媒として用いることで、ラミネートセルの製造工程における真空封止工程で電解液が揮発するのを抑制することができるため、耐熱性に優れたラミネートタイプのマグネシウムイオン二次電池を作製可能であることが明らかとなった。   Furthermore, by using the above-mentioned dialkyl glycol ether having a high boiling point as an electrolyte solution solvent, it is possible to suppress the evaporation of the electrolyte solution in the vacuum sealing step in the production process of the laminate cell. It became clear that a type of magnesium ion secondary battery could be produced.

1…マグネシウムイオン二次電池
21…正極
22…負極
3…電解液
4…ラミネート外装体
10…電池パック(マグネシウムイオン二次電池パック)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnesium ion secondary battery 21 ... Positive electrode 22 ... Negative electrode 3 ... Electrolytic solution 4 ... Laminate exterior body 10 ... Battery pack (magnesium ion secondary battery pack)

Claims (18)

正極と、負極と、電解液とを有するマグネシウムイオン二次電池であって、
前記電解液が、下記一般式(1)で表されるジアルキルグリコールエーテルと、2つの同一の配位子がマグネシウム原子に結合してなるマグネシウム化合物との混合物を含み、
前記配位子は、前記マグネシウム原子から最も遠い位置に疎水性構造を有することを特徴とするマグネシウムイオン二次電池。
Figure 2014232719
式中、R1及びR2は、それぞれ独立して炭素数1〜6のアルキル基及び少なくとも一部の水素がフッ素置換されたアルキル基、フェニル基及び少なくとも一部の水素がハロゲン原子で置換されたフェニル基、並びにシクロヘキシル基及び少なくとも一部の水素がハロゲン原子で置換されたシクロヘキシル基のうちのいずれかであり、nは1〜12の整数である。
A magnesium ion secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution,
The electrolytic solution includes a mixture of a dialkyl glycol ether represented by the following general formula (1) and a magnesium compound in which two identical ligands are bonded to a magnesium atom,
The magnesium ion secondary battery, wherein the ligand has a hydrophobic structure at a position farthest from the magnesium atom.
Figure 2014232719
In the formula, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkyl group in which at least a part of hydrogen is substituted with fluorine, a phenyl group, and at least a part of hydrogen is substituted with a halogen atom. And a phenyl group, a cyclohexyl group, and a cyclohexyl group in which at least a part of hydrogen is substituted with a halogen atom, and n is an integer of 1 to 12.
前記配位子は、前記マグネシウム原子から最も遠い位置に、炭素数1〜6のアルキル基及び少なくとも一部の水素がフッ素置換された前記アルキル基のいずれかを有することを特徴とする請求項1に記載のマグネシウムイオン二次電池。   2. The ligand has any one of an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms and the alkyl group in which at least a part of hydrogen is fluorine-substituted at a position farthest from the magnesium atom. The magnesium ion secondary battery described in 1. 前記マグネシウム化合物は、前記マグネシウム原子に2つのジシラザン基が結合してなることを特徴とする請求項1又は2に記載のマグネシウムイオン二次電池。   The magnesium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the magnesium compound is formed by bonding two disilazane groups to the magnesium atom. 前記マグネシウム化合物が、マグネシウムビス(ヘキサメチルジシラジド)であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマグネシウムイオン二次電池。   The magnesium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnesium compound is magnesium bis (hexamethyldisilazide). 前記マグネシウム化合物が、ジイソプロピルマグネシウム又はジブチルマグネシウムであることを特徴とする請求項1又は2に記載のマグネシウムイオン二次電池。   The magnesium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the magnesium compound is diisopropyl magnesium or dibutyl magnesium. 前記ジアルキルグリコールエーテルが、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ペンタエチレングリコールジメチルエーテル、ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル又はトリエチレングリコールブチルメチルエーテルであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のマグネシウムイオン二次電池。   The dialkyl glycol ether is ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, pentaethylene glycol dimethyl ether, hexaethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether or triethylene glycol butyl methyl ether. The magnesium ion secondary battery in any one of Claims 1-5. 前記ジアルキルグリコールエーテルが、トリエチレングリコールジアルキルエーテル又はテトラエチレングリコールジアルキルエーテルであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のマグネシウムイオン二次電池。   The magnesium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the dialkyl glycol ether is triethylene glycol dialkyl ether or tetraethylene glycol dialkyl ether. 前記ジアルキルグリコールエーテルが、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル又はトリエチレングリコールブチルメチルエーテルであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のマグネシウムイオン二次電池。   The magnesium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the dialkyl glycol ether is triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, or triethylene glycol butyl methyl ether. 前記正極と、前記負極と、前記電解液とが、ラミネート外装体内に封止されてなることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のマグネシウムイオン二次電池。   The magnesium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 8, wherein the positive electrode, the negative electrode, and the electrolytic solution are sealed in a laminate outer package. 下記一般式(1)で表されるジアルキルグリコールエーテルと、2つの同一の配位子がマグネシウム原子に結合してなるマグネシウム化合物との混合物を含み、
前記配位子は、前記マグネシウム原子から最も遠い位置に疎水性構造を有することを特徴とするマグネシウムイオン二次電池用電解液。
Figure 2014232719
式中、R1及びR2は、それぞれ独立して炭素数1〜6のアルキル基及び少なくとも一部の水素がフッ素置換されたアルキル基、フェニル基及び少なくとも一部の水素がハロゲン原子で置換されたフェニル基、並びにシクロヘキシル基及び少なくとも一部の水素がハロゲン原子で置換されたシクロヘキシル基のうちのいずれかであり、nは1〜12の整数である。
A mixture of a dialkyl glycol ether represented by the following general formula (1) and a magnesium compound in which two identical ligands are bonded to a magnesium atom;
The electrolyte for a magnesium ion secondary battery, wherein the ligand has a hydrophobic structure at a position farthest from the magnesium atom.
Figure 2014232719
In the formula, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkyl group in which at least a part of hydrogen is substituted with fluorine, a phenyl group, and at least a part of hydrogen is substituted with a halogen atom. And a phenyl group, a cyclohexyl group, and a cyclohexyl group in which at least a part of hydrogen is substituted with a halogen atom, and n is an integer of 1 to 12.
前記配位子は、前記マグネシウム原子から最も遠い位置に、炭素数1〜6のアルキル基及び少なくとも一部の水素がフッ素置換された前記アルキル基のいずれかを有することを特徴とする請求項10に記載のマグネシウムイオン二次電池用電解液。   The ligand has any one of an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms and the alkyl group in which at least a part of hydrogen is fluorine-substituted at a position farthest from the magnesium atom. Electrolyte for magnesium ion secondary batteries as described in 2. 前記マグネシウム化合物は、前記マグネシウム原子に2つのジシラザン基が結合してなることを特徴とする請求項10又は11に記載のマグネシウムイオン二次電池用電解液。   The electrolyte for magnesium ion secondary battery according to claim 10 or 11, wherein the magnesium compound is formed by bonding two disilazane groups to the magnesium atom. 前記マグネシウム化合物が、マグネシウムビス(ヘキサメチルジシラジド)であることを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載のマグネシウムイオン二次電池用電解液。   The said magnesium compound is magnesium bis (hexamethyldisilazide), The electrolyte solution for magnesium ion secondary batteries in any one of Claims 10-12 characterized by the above-mentioned. 前記マグネシウム化合物が、ジイソプロピルマグネシウム又はジブチルマグネシウムであることを特徴とする請求項10又は11に記載のマグネシウムイオン二次電池用電解液。   The said magnesium compound is diisopropyl magnesium or dibutyl magnesium, The electrolyte solution for magnesium ion secondary batteries of Claim 10 or 11 characterized by the above-mentioned. 前記ジアルキルグリコールエーテルが、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ペンタエチレングリコールジメチルエーテル、ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル又はトリエチレングリコールブチルメチルエーテルであることを特徴とする請求項10〜14のいずれかに記載のマグネシウムイオン二次電池用電解液。   The dialkyl glycol ether is ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, pentaethylene glycol dimethyl ether, hexaethylene glycol dimethyl ether, polyethylene glycol dimethyl ether or triethylene glycol butyl methyl ether. The electrolyte solution for magnesium ion secondary batteries in any one of Claims 10-14. 前記ジアルキルグリコールエーテルが、トリエチレングリコールジアルキルエーテル又はテトラエチレングリコールジアルキルエーテルであることを特徴とする請求項10〜15のいずれかに記載のマグネシウムイオン二次電池用電解液。   The electrolyte solution for magnesium ion secondary batteries according to any one of claims 10 to 15, wherein the dialkyl glycol ether is triethylene glycol dialkyl ether or tetraethylene glycol dialkyl ether. 前記ジアルキルグリコールエーテルが、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル又はトリエチレングリコールブチルメチルエーテルであることを特徴とする請求項10〜16のいずれかに記載のマグネシウムイオン二次電池用電解液。   The electrolyte solution for magnesium ion secondary batteries according to any one of claims 10 to 16, wherein the dialkyl glycol ether is triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, or triethylene glycol butyl methyl ether. 収納ケースと、請求項1〜9のいずれかに記載のマグネシウムイオン二次電池と、過充電保護機能及び過放電保護機能を含む保護回路とを有し、前記収納ケースに前記マグネシウムイオン二次電池及び前記保護回路が収納されてな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 storage case, a magnesium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 9, and a protection circuit including an overcharge protection function and an overdischarge protection function, wherein the magnesium ion secondary battery is provided in the storage case. And a magnesium ion secondary battery pack, wherein the protection circuit is housed.
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