JP2015095463A - マグネシウム電池用カソードおよびそれを含むマグネシウム電池 - Google Patents
マグネシウム電池用カソードおよびそれを含むマグネシウム電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015095463A JP2015095463A JP2014227877A JP2014227877A JP2015095463A JP 2015095463 A JP2015095463 A JP 2015095463A JP 2014227877 A JP2014227877 A JP 2014227877A JP 2014227877 A JP2014227877 A JP 2014227877A JP 2015095463 A JP2015095463 A JP 2015095463A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- magnesium
- mol
- transition metal
- active material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/364—Composites as mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/46—Alloys based on magnesium or aluminium
- H01M4/466—Magnesium based
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/582—Halogenides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
【解決手段】式[V2O5]c[MgXy]d[MaOb]eのアモルファス材料を活性成分として含有する正極を有するマグネシウム電気化学セルを提供する。式中、Mは、P、B、Si、GeおよびMoからなる群から選択される元素であり、Xは、O、F、Cl、Br、またはIである。
【選択図】図4
Description
本発明は、マグネシウム二次電池用正極活物質および該活物質を主体としたカソードを有するマグネシウム電池に関する。
これらおよび他の目的は、本発明により解決され、本発明の第1の実施形態は、集電体と、次の式(I):
[V2O5]c[MgXy]d[MaOb]e (I)
(式中、Mは、P、B、Si、GeおよびMoからなる群から選択される元素であり、Xは、O、F、Cl、Br、またはIであり、aは1〜2の整数であり、bは1〜5の整数であり、cは35〜80モル%であり、dは0〜25モル%であり、eは20〜50モル%であり、XがOのとき、yは1であり、XがF、Cl、Br、またはIのとき、yは2である。)の活物質とを含有し、式(I)の活物質は、実質的にアモルファスの材料である、マグネシウム電池用カソードを含む。
[V2O5]c[MgXy]d[MaOb]e (I)
(式中、Mは、P、B、Si、GeおよびMoからなる群から選択される元素であり、Xは、O、F、Cl、Br、またはIであり、aは1〜2の整数であり、bは1〜5の整数であり、cは35〜80モル%であり、dは0〜25モル%であり、eは20〜50モル%であり、XがOのとき、yは1であり、XがF、Cl、Br、またはIのとき、yは2である。)の活物質とを含有し、式(I)の活物質は、実質的にアモルファスの材料である、マグネシウム電池を提供する。
本発明者らは、マグネシウム二次電池用カソード活物質として機能し得る材料の広範囲の研究および評価を行なっている。この研究の目的は、容易に入手可能であり、安全であり、製造環境で比較的取扱い易いとともに、高容量および高作用電位を有するマグネシウム電池を提供するカソード活物質を発見することである。
[V2O5]c[MgXy]d[MaOb]e (I)
(式中、Mは、P、B、Si、GeおよびMoからなる群から選択される元素であり、Xは、O、F、Cl、Br、またはIであり、aは1〜2の整数であり、bは1〜5の整数であり、cは35〜80モル%であり、dは0〜25モル%であり、eは20〜50モル%であり、XがOのとき、yは1であり、XがF、Cl、Br、またはIのとき、yは2である。)の活物質とを含有し、式(I)の活物質は、実質的にアモルファスの材料である、マグネシウム電池用カソードを提供する。
[V2O5]c[MgXy]d[MaOb]e (I)
(式中、Mは、P、B、Si、GeおよびMoからなる群から選択される元素であり、Xは、O、F、Cl、Br、またはIであり、aは1〜2の整数であり、bは1〜5の整数であり、cは35〜80モル%であり、dは0〜25モル%であり、eは20〜50モル%であり、XがOのとき、yは1であり、XがF、Cl、Br、またはIのとき、yは2である。)の活物質とを含有し、式(I)の活物質は、実質的にアモルファスの材料であり、カソード活物質は、遷移金属、遷移金属酸化物またはこれらの組合せを含有する、マグネシウム電池用カソードを含む。
実施例1〜10および比較例1〜14のサイクリックボルタンモグラムは、Ag参照電極を用いることにより得られた。各例において、作用電極は、表1に従って調製された活物質、アセチレンブラックおよびPVDF結合剤から、ステンレス鋼メッシュ上に50:25:25の重量比で構成されている。Mg金属をカウンタ電極として用い、その後、電池グレードのアセトニトリル溶液に結合されたMg電解質の塩として、Mg(TFSI)2またはMg(ClO4)2のいずれかを用いた。Ag参照溶液は、アセトニトリル溶液中の支持塩としての0.1M AgNO3および0.01M TBAPからなっている。スキャン速度は0.1mV/秒であり、作動温度はAr雰囲気下で25℃であった。図4〜図13に、発明に係る実施例1〜10のサイクリックボルタンモグラムをそれぞれ示す。図14〜図27に、発明に係らない比較例1〜14のサイクリックボルタンモグラムをそれぞれ示す。Ag参照電極により得られた0Vの電位は、フェロセンの共通の酸化還元対により較正され、3.2V対Liおよび2.5V対Mgにオフセットされた。
Claims (20)
- 集電体と、
次の式(I):
[V2O5]c[MgXy]d[MaOb]e (I)
(式中、Mは、P、B、Si、GeおよびMoからなる群から選択される元素であり、Xは、O、F、Cl、Br、またはIであり、aは1〜2の整数であり、bは1〜5の整数であり、cは35〜80モル%であり、dは0〜25モル%であり、eは20〜50モル%であり、XがOのとき、yは1であり、XがF、Cl、Br、またはIのとき、yは2である。)の活物質とを含有し、
前記式(I)の前記活物質は、実質的にアモルファスの材料である、マグネシウム電池用カソード。 - dは0であり、前記V2O5の含有量は50〜80モル%である、請求項1に記載のカソード。
- dは0であり、前記V2O5の含有量は70〜80モル%である、請求項1に記載のカソード。
- dは0であり、前記V2O5の含有量は75モル%である、請求項1に記載のカソード。
- MaObは、P2O5、B2O3、SiO2、GeO2およびMoO3からなる群から選択される少なくとも1つの材料である、請求項1に記載のカソード。
- MaObはP2O5である、請求項1に記載のカソード。
- dは0〜15モル%である、請求項1に記載のカソード。
- 活物質の成分として、遷移金属、遷移金属酸化物またはこれらの組合せをさらに含有する、請求項1に記載のカソード。
- 前記遷移金属または前記酸化物の前記遷移金属は、Fe、Ti、Co、Ni、Mn、Zr、W、Ru、Rh、Pd、Ag、PtおよびAuからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項8に記載のカソード。
- 前記遷移金属または前記酸化物の前記遷移金属は、鉄を含む、請求項9に記載のカソード。
- アノードと、カソードと、電解質とを含み、
前記カソードは、
集電体と、
次の式(I):
[V2O5]c[MgXy]d[MaOb]e (I)
(式中、Mは、P、B、Si、GeおよびMoからなる群から選択される元素であり、Xは、O、F、Cl、Br、またはIであり、aは1〜2の整数であり、bは1〜5の整数であり、cは35〜80モル%であり、dは0〜25モル%であり、eは20〜50モル%であり、XがOのとき、yは1であり、XがF、Cl、Br、またはIのとき、yは2である。)の活物質とを含有し、
前記式(I)の前記活物質は、実質的にアモルファスの材料である、マグネシウム電池。 - dは0であり、前記V2O5の含有量は50〜80モル%である、請求項11に記載のマグネシウム電池。
- dは0であり、前記V2O5の含有量は70〜80モル%である、請求項11に記載のマグネシウム電池。
- dは0であり、前記V2O5の含有量は75モル%である、請求項11に記載のマグネシウム電池。
- dは0〜15モル%である、請求項11に記載のマグネシウム電池。
- MaObは、P2O5、B2O3、SiO2、GeO2およびMoO3からなる群から選択される少なくとも1つの材料である、請求項11に記載のマグネシウム電池。
- MaObはP2O5である、請求項16に記載のマグネシウム電池。
- 前記カソードの前記活物質は、遷移金属、遷移金属酸化物またはこれらの組合せをさらに含有する、請求項11に記載のマグネシウム電池。
- 前記遷移金属または前記酸化物の前記遷移金属は、Fe、Ti、Co、Ni、Mn、Zr、W、Ru、Rh、Pd、Ag、PtおよびAuからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項18に記載のマグネシウム電池。
- 前記遷移金属または前記酸化物の前記遷移金属は、鉄を含む、請求項19に記載のマグネシウム電池。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US14/078,635 US9461306B2 (en) | 2013-11-13 | 2013-11-13 | Vanadium oxide based amorphous cathode materials for rechargeable magnesium battery |
US14/078,635 | 2013-11-13 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015095463A true JP2015095463A (ja) | 2015-05-18 |
JP6425502B2 JP6425502B2 (ja) | 2018-11-21 |
Family
ID=53044067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014227877A Active JP6425502B2 (ja) | 2013-11-13 | 2014-11-10 | マグネシウム電池用カソードおよびそれを含むマグネシウム電池 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9461306B2 (ja) |
JP (1) | JP6425502B2 (ja) |
CN (1) | CN104638258B (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106025331B (zh) * | 2016-05-27 | 2019-06-11 | 浙江大学 | 一种镁二次电池及其制备方法 |
US11289700B2 (en) | 2016-06-28 | 2022-03-29 | The Research Foundation For The State University Of New York | KVOPO4 cathode for sodium ion batteries |
US11251430B2 (en) | 2018-03-05 | 2022-02-15 | The Research Foundation For The State University Of New York | ϵ-VOPO4 cathode for lithium ion batteries |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61206168A (ja) * | 1985-03-11 | 1986-09-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | リチウム二次電池 |
JPH05299088A (ja) * | 1991-03-15 | 1993-11-12 | Honda Motor Co Ltd | リチウム電池用正極材料およびその製造方法 |
US5512387A (en) * | 1993-11-19 | 1996-04-30 | Ovonic Battery Company, Inc. | Thin-film, solid state battery employing an electrically insulating, ion conducting electrolyte material |
JP2012134082A (ja) * | 2010-12-24 | 2012-07-12 | Hitachi Ltd | 二次電池用正極活物質及びこれを用いたマグネシウム二次電池 |
JP2013196916A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Hitachi Ltd | 負極及びこれを用いた電池 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4675260A (en) | 1984-11-12 | 1987-06-23 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Lithium battery including vanadium pentoxide base amorphous cathode active material |
US4737424A (en) | 1985-11-01 | 1988-04-12 | Nippon Telegraph & Telephone Corporation | Secondary lithium battery |
EP0503901B1 (en) | 1991-03-15 | 1996-12-04 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Cathode materials for lithium battery and methods for producing the same |
KR100346137B1 (ko) | 1999-12-16 | 2002-08-01 | 한국과학기술연구원 | 구리가 첨가된 비정질의 산화바나듐을 양극으로 사용하는이차전지 |
US20050079418A1 (en) | 2003-10-14 | 2005-04-14 | 3M Innovative Properties Company | In-line deposition processes for thin film battery fabrication |
JP4797942B2 (ja) | 2006-11-08 | 2011-10-19 | トヨタ自動車株式会社 | 蓄電装置とその使用方法 |
US20090291365A1 (en) | 2006-12-19 | 2009-11-26 | General Electric Company | Energy storage device and method |
TWI466370B (zh) * | 2008-01-17 | 2014-12-21 | A123 Systems Inc | 鋰離子電池的混合式金屬橄欖石電極材料 |
TWI383532B (zh) | 2009-09-18 | 2013-01-21 | 私立中原大學 | 電極材料、其形成方法及其應用 |
EP2577780B1 (en) | 2010-05-25 | 2018-05-30 | Pellion Technologies Inc. | Electrode materials for magnesium batteries |
US9160001B2 (en) * | 2010-12-23 | 2015-10-13 | Wildcat Discovery Technologies, Inc. | Lithium-ion battery materials with improved properties |
-
2013
- 2013-11-13 US US14/078,635 patent/US9461306B2/en active Active
-
2014
- 2014-10-14 CN CN201410540210.XA patent/CN104638258B/zh active Active
- 2014-11-10 JP JP2014227877A patent/JP6425502B2/ja active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61206168A (ja) * | 1985-03-11 | 1986-09-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | リチウム二次電池 |
JPH05299088A (ja) * | 1991-03-15 | 1993-11-12 | Honda Motor Co Ltd | リチウム電池用正極材料およびその製造方法 |
US5512387A (en) * | 1993-11-19 | 1996-04-30 | Ovonic Battery Company, Inc. | Thin-film, solid state battery employing an electrically insulating, ion conducting electrolyte material |
JP2012134082A (ja) * | 2010-12-24 | 2012-07-12 | Hitachi Ltd | 二次電池用正極活物質及びこれを用いたマグネシウム二次電池 |
JP2013196916A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Hitachi Ltd | 負極及びこれを用いた電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US9461306B2 (en) | 2016-10-04 |
CN104638258B (zh) | 2019-03-15 |
CN104638258A (zh) | 2015-05-20 |
US20150132650A1 (en) | 2015-05-14 |
JP6425502B2 (ja) | 2018-11-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6668037B2 (ja) | マグネシウム電池用カソードおよびマグネシウム電池 | |
US10553857B2 (en) | Vanadium oxysulfide based cathode materials for rechargeable battery | |
Luntz et al. | Interfacial challenges in solid-state Li ion batteries | |
Jung et al. | An improved high-performance lithium–air battery | |
Kim et al. | Catalytic properties of Co 3 O 4 nanoparticles for rechargeable Li/air batteries | |
Reddy et al. | Facile synthesis of Co 3 O 4 by molten salt method and its Li-storage performance | |
Santhoshkumar et al. | Hierarchically structured mesoporous bimetallic oxides as a potential anode material for rechargeable lithium batteries | |
Banerjee et al. | Materials for electrodes of Li-ion batteries: issues related to stress development | |
JPWO2011117992A1 (ja) | 電池用活物質および電池 | |
CN103715449A (zh) | 钠离子电池系统 | |
Wang et al. | Overcoming the high-voltage limitations of Li-ion batteries using a titanium nitride current collector | |
JP6425502B2 (ja) | マグネシウム電池用カソードおよびそれを含むマグネシウム電池 | |
Bintang et al. | Self-constructed intimate interface on a silicon anode enabled by a phase-convertible electrolyte for lithium-ion batteries | |
Liu et al. | The electrochemical properties of Fe-and Ni-cosubstituted Li 2 MnO 3 via combustion method | |
Zheng et al. | Surface chemistry induced robust SEI on graphite surface via soft carbon coating enables fast lithium storage | |
US9711793B2 (en) | Vanadium oxysulfide based cathode materials for rechargeable battery | |
CN103715453B (zh) | 钠离子电池系统、钠离子电池的使用方法、钠离子电池的制造方法 | |
JP2012113929A (ja) | リチウム二次電池用電解液、並びに当該電解液を備えるリチウム二次電池及びリチウム空気電池 | |
Zhai et al. | Hydrothermal-assisted sintering strategy towards porous-and hollow-structured LiNb 3 O 8 anode material | |
Bian et al. | An effective strategy to achieve high-power electrode by tin doping: Snx-TiNb2O7 as a promising anode material with a large capacity and high-rate performance for lithium-ion batteries | |
Majumder et al. | Nickel Titanate-GO composite as negative electrode for lithium and sodium ion batteries | |
JP2014192157A (ja) | マグネシウムバッテリー用の高容量カソード材料 | |
Hu et al. | Application of three-electrode technology in Li4Ti5O12 electrochemical oscillation system | |
Li et al. | A new way for preparation and characterization of Cr-doped LiMnO2 cathode materials for lithium ion batteries | |
Natarajan et al. | Charge-discharge behavior of Li-O 2 cell with viologen as redox catalyst: influence of cationic charge |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170623 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180516 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180605 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180905 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180925 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181023 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6425502 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |