JP2016103483A - 電解液および電気化学デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
スルホンからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液である。
マグネシウム塩が可溶な低沸点溶媒にマグネシウム塩を溶解させる工程と、
上記低沸点溶媒に上記マグネシウム塩を溶解させた溶液にスルホンを溶解させる工程と、
上記スルホンを溶解させた上記溶液から上記低沸点溶媒を除去する工程とを有する電解液の製造方法である。
スルホンと非極性溶媒とからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液である。
マグネシウム塩が可溶な低沸点溶媒にマグネシウム塩を溶解させる工程と、
上記低沸点溶媒に上記マグネシウム塩を溶解させた溶液にスルホンを溶解させる工程と、
上記スルホンを溶解させた上記溶液から上記低沸点溶媒を除去する工程と、
上記低沸点溶媒を除去した上記溶液に非極性溶媒を混合する工程とを有する電解液の製造方法である。
電解液を有し、
上記電解液は、
スルホンからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液
または
スルホンと非極性溶媒とからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液である電気化学デバイスである。
二次電池と、
上記二次電池に関する制御を行う制御手段と、
上記二次電池を内包する外装とを有し、
上記二次電池が、
電解液を有し、
上記電解液は、
スルホンからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液
または
スルホンと非極性溶媒とからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液である電池パックである。
電解液を有し、
上記電解液は、
スルホンからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液
または
スルホンと非極性溶媒とからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液である二次電池から電力の供給を受ける電子機器である。
二次電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
上記二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置とを有し、
上記二次電池が、
電解液を有し、
上記電解液は、
スルホンからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液
または
スルホンと非極性溶媒とからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液である電動車両である。
二次電池から電力の供給を受け、および/または、電力源から二次電池に電力を供給するように構成され、
上記二次電池が、
電解液を有し、
上記電解液は、
スルホンからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液
または
スルホンと非極性溶媒とからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液である電力システムである。
電力が供給される電子機器が接続されるように構成され、
二次電池を有し、
上記二次電池が、
電解液を有し、
上記電解液は、
スルホンからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液
または
スルホンと非極性溶媒とからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液である電力貯蔵用電源である。
1.第1の実施の形態(電解液およびその製造方法)
2.第2の実施の形態(電解液およびその製造方法)
3.第3の実施の形態(マグネシウムイオン電池)
[電解液]
第1の実施の形態による電解液は、スルホンからなる溶媒にマグネシウム塩が溶解したマグネシウムイオン含有非水電解液である。これらのスルホンおよびマグネシウム塩は、例えば、既に挙げたものの中から必要に応じて選ばれる。電解液中のマグネシウム塩に対するスルホンのモル比は、例えば4以上35以下であり、典型的には6以上16以下であり、好適には7以上9以下であるが、これに限定されるものではない。この電解液は、典型的には、マグネシウムにスルホンが配位した4配位2量体構造を有するマグネシウム錯体を含有する。
この電解液は、例えば次のようにして製造することができる。
[電解液]
第2の実施の形態による電解液は、スルホンと非極性溶媒とからなる溶媒にマグネシウム塩が溶解したマグネシウムイオン含有非水電解液である。これらのスルホン、マグネシウム塩および非極性溶媒は、例えば、既に挙げたものの中から必要に応じて選ばれる。電解液中のマグネシウム塩に対するスルホンのモル比は、例えば4以上20以下であり、典型的には6以上16以下、好適には7以上9以下であるが、これに限定されるものではない。この電解液は、典型的には、マグネシウムにスルホンが配位した4配位2量体構造を有するマグネシウム錯体を含有する。
この電解液は、例えば次のようにして製造することができる。
以下のようにしてMg電解液(Mg−EnPS)を調製した。
以下のようにしてMg電解液(Mg−EnPS−トルエン)を調製した。
以下のようにしてMg電解液(Mg−EnPS−BF4 )を調製した。
上述のようにして調製した実施例1〜3の電解液の電気化学特性を調べるために、電解液のサイクリックボルタンメトリー(CV)測定を行った。測定には三極式セル(電解液量1mL)を用い、作用極に白金(Pt)電極(直径1.6mm;BAS社製)を用い、対極および参照極にマグネシウム(Mg)ワイヤ(直径1.6mm;ニラコ社製)を用いた。測定はグローブボックス内(Ar/露点−80〜−90℃)にて、室温で行った。
実施例1〜3の電解液の合成中間体および実施例1〜3の電解液の 1H NMRを測定し、マグネシウムへのEnPSの配位について検討した。 1H NMRの測定にはVarian社製INOVA400(400MHz)を用いた。電解液は重溶媒を加えると電解質の環境が変化するため、原液のまま測定した。そのため、重溶媒によるロッキングは行わず測定し、別に測定した外部標準を用いてケミカルシフトを補正した。外部標準としては、重クロロホルムを用い、そこに含まれる重溶媒化していないクロロホルムのピーク位置を7.26ppmとした。測定試料は、約0.6mLをグローブボックス内(Ar/露点−80〜−90℃)で5mmφのNMR管に封入して作製した。
以下のようにしてMg電解液(Mg−EiPS)を調製した。
以下のようにしてMg電解液(Mg−DnPS)を調製した。
[マグネシウムイオン電池]
次に、第3の実施の形態について説明する。この第3の実施の形態においては、第1または第2の実施の形態による電解液を電解質層に用いたマグネシウムイオン電池について説明する。
このマグネシウムイオン電池においては、 充電時には、マグネシウムイオン(Mg2+)が正極10から電解質層30を通って負極20に移動することにより電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄電する。放電時には、負極20から電解質層30を通って正極10にマグネシウムイオンが戻ることにより電気エネルギーを発生させる。
マグネシウム(Mg)を負極、硫黄(S)を正極とし、MgCl2 /EnPS=1/8(mol)、MgCl2 /トルエン=1/4(wt)で調製したMgCl2 /EnPS/トルエン電解液を用いてコイン電池を作製した。
(1)スルホンからなる溶媒と、上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液。
(2)マグネシウムにスルホンが配位した4配位2量体構造を有するマグネシウム錯体を含有する前記(1)に記載の電解液。
(3)上記スルホンはR1 R2 SO2 (式中、R1 、R2 はアルキル基を表す。)で表されるアルキルスルホンまたはアルキルスルホン誘導体である前記(1)または(2)に記載の電解液。
(4)上記アルキルスルホンは、ジメチルスルホン、メチルエチルスルホン、メチル−n−プロピルスルホン、メチル−i−プロピルスルホン、メチル−n−ブチルスルホン、メチル−i−ブチルスルホン、メチル−s−ブチルスルホン、メチル−t−ブチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、エチル−n−プロピルスルホン、エチル−i−プロピルスルホン、エチル−n−ブチルスルホン、エチル−i−ブチルスルホン、エチル−s−ブチルスルホン、エチル−t−ブチルスルホン、ジ−n−プロピルスルホン、ジ−i−プロピルスルホン、n−プロピル−n−ブチルスルホン、n−ブチルエチルスルホン、i−ブチルエチルスルホン、s−ブチルエチルスルホンおよびジ−n−ブチルスルホンからなる群より選ばれた少なくとも一種であり、上記アルキルスルホン誘導体はエチルフェニルスルホンである前記(3)に記載の電解液。
(5)上記マグネシウム塩は、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、テトラフルオロホウ酸マグネシウム、ヘキサフルオロリン酸マグネシウム、ヘキサフルオロヒ酸マグネシウム、パーフルオロアルキルスルホン酸マグネシウムおよびパーフルオロアルキルスルホニルイミド酸マグネシウムからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む前記(1)から(4)のいずれかに記載の電解液。
(6)金属イオンがアルミニウム、ベリリウム、ホウ素、ガリウム、インジウム、ケイ素、スズ、チタン、クロム、鉄、コバルトおよびランタンからなる群より選ばれた少なくとも一種の原子または原子団の陽イオンからなる塩あるいは水素、アルキル基、アルケニル基、アリール基、ベンジル基、アミド基、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、ヘキサフルオロヒ酸イオン、パーフルオロアルキルスルホン酸イオンおよびパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンからなる群より選ばれた少なくとも一種の原子、有機基または陰イオンからなる塩をさらに含有する前記(1)から(5)のいずれかに記載の電解液。
(7)マグネシウム塩が可溶な低沸点溶媒にマグネシウム塩を溶解させる工程と、上記低沸点溶媒に上記マグネシウム塩を溶解させた溶液にスルホンを溶解させる工程と、上記スルホンを溶解させた上記溶液から上記低沸点溶媒を除去する工程とを有する電解液の製造方法。
(8)上記低沸点溶媒がアルコールである前記(7)に記載の電解液の製造方法。
(9)スルホンと非極性溶媒とからなる溶媒と、上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液。
(10)上記非極性溶媒は誘電率およびドナー数がいずれも20以下である非水溶媒である前記(9)に記載の電解液。
(11)上記非極性溶媒は、芳香族炭化水素、エーテル、ケトン、エステルおよび鎖状炭酸エステルからなる群より選ばれた少なくとも一種である前記(9)または(10)に記載の電解液。
(12)上記芳香族炭化水素はトルエン、ベンゼン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレンまたは1−メチルナフタレン、上記エーテルはジエチルエーテルまたはテトラヒドロフラン、上記ケトンは4−メチル−2−ペンタノン、上記エステルは酢酸メチルまたは酢酸エチル、上記鎖状炭酸エステルは炭酸ジメチル、炭酸ジエチルまたは炭酸エチルメチルである前記(11)に記載の電解液。
(13)マグネシウム塩が可溶な低沸点溶媒にマグネシウム塩を溶解させる工程と、上記低沸点溶媒に上記マグネシウム塩を溶解させた溶液にスルホンを溶解させる工程と、上記スルホンを溶解させた上記溶液から上記低沸点溶媒を除去する工程と、上記低沸点溶媒を除去した上記溶液に非極性溶媒を混合する工程とを有する電解液の製造方法。
(14)上記低沸点溶媒がアルコールである前記(13)に記載の電解液の製造方法。
(15)電解液を有し、上記電解液が、
スルホンからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液
または
スルホンと非極性溶媒とからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液を有する電気化学デバイス。
(16)上記電気化学デバイスはマグネシウムを用いる電池、キャパシタ、センサまたはマグネシウムイオンフィルタである前記(15)に記載の電気化学デバイス。
(17)上記電池は二次電池、空気電池または燃料電池である前記(16)に記載の電気化学デバイス。
(18)上記二次電池は、電解質層として上記電解液を有するマグネシウムイオン電池である前記(17)に記載の電気化学デバイス。
Claims (18)
- スルホンからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液。 - マグネシウムにスルホンが配位した4配位2量体構造を有するマグネシウム錯体を含有する請求項1記載の電解液。
- 上記スルホンはR1 R2 SO2 (式中、R1 、R2 はアルキル基を表す。)で表されるアルキルスルホンまたはアルキルスルホン誘導体である請求項2記載の電解液。
- 上記アルキルスルホンは、ジメチルスルホン、メチルエチルスルホン、メチル−n−プロピルスルホン、メチル−i−プロピルスルホン、メチル−n−ブチルスルホン、メチル−i−ブチルスルホン、メチル−s−ブチルスルホン、メチル−t−ブチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、エチル−n−プロピルスルホン、エチル−i−プロピルスルホン、エチル−n−ブチルスルホン、エチル−i−ブチルスルホン、エチル−s−ブチルスルホン、エチル−t−ブチルスルホン、ジ−n−プロピルスルホン、ジ−i−プロピルスルホン、n−プロピル−n−ブチルスルホン、n−ブチルエチルスルホン、i−ブチルエチルスルホン、s−ブチルエチルスルホンおよびジ−n−ブチルスルホンからなる群より選ばれた少なくとも一種であり、上記アルキルスルホン誘導体はエチルフェニルスルホンである請求項3記載の電解液。
- 上記マグネシウム塩は、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、テトラフルオロホウ酸マグネシウム、ヘキサフルオロリン酸マグネシウム、ヘキサフルオロヒ酸マグネシウム、パーフルオロアルキルスルホン酸マグネシウムおよびパーフルオロアルキルスルホニルイミド酸マグネシウムからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む請求項4記載の電解液。
- 金属イオンがアルミニウム、ベリリウム、ホウ素、ガリウム、インジウム、ケイ素、スズ、チタン、クロム、鉄、コバルトおよびランタンからなる群より選ばれた少なくとも一種の原子または原子団の陽イオンからなる塩あるいは水素、アルキル基、アルケニル基、アリール基、ベンジル基、アミド基、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、ヘキサフルオロヒ酸イオン、パーフルオロアルキルスルホン酸イオンおよびパーフルオロアルキルスルホニルイミドイオンからなる群より選ばれた少なくとも一種の原子、有機基または陰イオンからなる塩をさらに含有する請求項5記載の電解液。
- マグネシウム塩が可溶な低沸点溶媒にマグネシウム塩を溶解させる工程と、
上記低沸点溶媒に上記マグネシウム塩を溶解させた溶液にスルホンを溶解させる工程と、
上記スルホンを溶解させた上記溶液から上記低沸点溶媒を除去する工程とを有する電解液の製造方法。 - 上記低沸点溶媒がアルコールである請求項7記載の電解液の製造方法。
- スルホンと非極性溶媒とからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液。 - 上記非極性溶媒は誘電率およびドナー数がいずれも20以下である非水溶媒である請求項9記載の電解液。
- 上記非極性溶媒は、芳香族炭化水素、エーテル、ケトン、エステルおよび鎖状炭酸エステルからなる群より選ばれた少なくとも一種である請求項10記載の電解液。
- 上記芳香族炭化水素はトルエン、ベンゼン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレンまたは1−メチルナフタレン、上記エーテルはジエチルエーテルまたはテトラヒドロフラン、上記ケトンは4−メチル−2−ペンタノン、上記エステルは酢酸メチルまたは酢酸エチル、上記鎖状炭酸エステルは炭酸ジメチル、炭酸ジエチルまたは炭酸エチルメチルである請求項11記載の電解液。
- マグネシウム塩が可溶な低沸点溶媒にマグネシウム塩を溶解させる工程と、
上記低沸点溶媒に上記マグネシウム塩を溶解させた溶液にスルホンを溶解させる工程と、
上記スルホンを溶解させた上記溶液から上記低沸点溶媒を除去する工程と、
上記低沸点溶媒を除去した上記溶液に非極性溶媒を混合する工程とを有する電解液の製造方法。 - 上記低沸点溶媒がアルコールである請求項13記載の電解液の製造方法。
- 電解液を有し、
上記電解液は、
スルホンからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液
または
スルホンと非極性溶媒とからなる溶媒と、
上記溶媒に溶解したマグネシウム塩とを有する電解液である電気化学デバイス。 - 上記電気化学デバイスはマグネシウムを用いる電池、キャパシタ、センサまたはマグネシウムイオンフィルタである請求項15記載の電気化学デバイス。
- 上記電池は二次電池、空気電池または燃料電池である請求項16記載の電気化学デバイス。
- 上記二次電池は、電解質層として上記電解液を有するマグネシウムイオン電池である請求項17記載の電気化学デバイス。
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