JP2017168371A - Electrolyte material, and secondary battery using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase ion conductivity in a solid or semisolid electrolyte including magnesium ions.SOLUTION: Disclosed is an electrolyte material 1 comprising a magnesium salt 10 and a solvent molecule. A part of the magnesium salt 10 forms a solvate 20 in combination with the solvent molecule. The electrolyte material is solid or semisolid at 25°C.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、マグネシウム塩を含む電解質材料、及びこれを用いた二次電池に関する。   The present invention relates to an electrolyte material containing a magnesium salt and a secondary battery using the same.

マグネシウム二次電池は、リチウム二次電池と比較して大きな充電容量を有することができ、また、安価な材料から形成できることから注目されている。マグネシウム二次電池のための電解質材料がこれまでにも提案されている(例えば、特許文献1〜6)。   Magnesium secondary batteries are attracting attention because they can have a larger charge capacity than lithium secondary batteries and can be formed from inexpensive materials. Electrolyte materials for magnesium secondary batteries have been proposed so far (for example, Patent Documents 1 to 6).

特開2015−115233号公報JP 2015-115233 A 特開2015−074657号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-074657 特開2015−063640号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2015-063640 特開2015−041572号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-041572 特開2014−192128号公報JP 2014-192128 A 特開2012−181962号公報JP 2012-181962 A

電池の安全性、小型軽量化等の観点から、二次電池の電解質が固体又は半固体であることが望まれることが多い。しかし、マグネシウムイオンはリチウムイオンと比べて固体中での拡散性が低いため、従来、固体又は半固体電解質におけるマグネシウムイオンのイオン伝導度が非常に低いという問題があった。   From the viewpoints of battery safety, reduction in size and weight, etc., it is often desired that the electrolyte of the secondary battery is solid or semi-solid. However, since magnesium ions are less diffusible in solids than lithium ions, conventionally, there has been a problem that the ionic conductivity of magnesium ions in a solid or semi-solid electrolyte is very low.

そこで、本発明の一側面の目的は、マグネシウムイオンを含む固体又は半固体電解質に関して、イオン伝導度の向上を図ることにある。   Accordingly, an object of one aspect of the present invention is to improve ion conductivity with respect to a solid or semi-solid electrolyte containing magnesium ions.

本発明の一側面は、マグネシウム塩と、溶媒分子と、を含む電解質材料に関する。前記マグネシウム塩のうち一部が、前記溶媒分子と溶媒和物を形成しており、当該電解質材料が25℃で固体又は半固体である。   One aspect of the present invention relates to an electrolyte material including a magnesium salt and solvent molecules. A part of the magnesium salt forms a solvate with the solvent molecules, and the electrolyte material is solid or semi-solid at 25 ° C.

この電解質材料は、固体又は半固体の状態を維持しながら、マグネシウムイオンの高いイオン伝導度を発現することができる。マグネシウム塩と溶媒分子との溶媒和物中では、溶媒和物が流動性を有する温度におけるマグネシウムイオンの拡散性が高い。電解質材料中では、マグネシウム塩のうち一部だけが溶媒和物を形成し、溶媒和物を形成していないマグネシウム塩も存在する。そのため、溶媒和物が流動性を有する状態であっても電解質材料全体は疑似固体として固体又は半固体の状態を維持できると考えられる。   This electrolyte material can exhibit high ionic conductivity of magnesium ions while maintaining a solid or semi-solid state. Among solvates of magnesium salts and solvent molecules, magnesium ions are highly diffusible at a temperature at which the solvate has fluidity. In the electrolyte material, only a part of the magnesium salt forms a solvate, and there is a magnesium salt that does not form a solvate. Therefore, even if the solvate has fluidity, the entire electrolyte material can be maintained as a pseudo-solid in a solid or semi-solid state.

本発明の別の側面は、正極及び負極と、これらの間に配置され上記電解質材料を含む電解質を備える、二次電池に関する。この二次電池は、高いイオン伝導度を有することができる。   Another aspect of the present invention relates to a secondary battery including a positive electrode and a negative electrode, and an electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode. This secondary battery can have high ionic conductivity.

本発明によれば、マグネシウムイオンを含む固体又は半固体電解質に関して、イオン伝導度の向上を図ることができる。   According to the present invention, it is possible to improve ion conductivity with respect to a solid or semi-solid electrolyte containing magnesium ions.

電解質材料及びその製造方法の一実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one Embodiment of electrolyte material and its manufacturing method. 示差走査熱量測定により測定された電解質材料の吸熱量と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the heat absorption amount of electrolyte material measured by differential scanning calorimetry, and temperature. 電解質材料(Mg(TFSA)/モノグライム)のイオン伝導度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ionic conductivity of electrolyte material (Mg (TFSA) 2 / monoglyme) and temperature. 電解質材料(Mg(TFSA)/ジグライム)のイオン伝導度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ion conductivity of electrolyte material (Mg (TFSA) 2 / diglyme) and temperature. 電解質材料(Mg(TFSA)/トリグライム)のイオン伝導度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ionic conductivity of electrolyte material (Mg (TFSA) 2 / triglyme), and temperature. 電解質材料(Mg(TFSA)/CPME)のイオン伝導度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ion conductivity of electrolyte material (Mg (TFSA) 2 / CPME), and temperature. 電解質材料(Mg(TFSA)/MTBE)のイオン伝導度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ion conductivity of electrolyte material (Mg (TFSA) 2 / MTBE), and temperature. 電解質材料(Mg(TFSA)/THF)のイオン伝導度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ionic conductivity of electrolyte material (Mg (TFSA) 2 / THF), and temperature. 電解質材料(Mg(TFSA)/DEC)のイオン伝導度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ionic conductivity of electrolyte material (Mg (TFSA) 2 / DEC), and temperature. 電解質材料(Mg(TFSA)/DMC)のイオン伝導度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ion conductivity of electrolyte material (Mg (TFSA) 2 / DMC), and temperature. 電解質材料(Mg(TFSA)/EC)のイオン伝導度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ionic conductivity of electrolyte material (Mg (TFSA) 2 / EC), and temperature. 電解質材料(Mg(TFSA)/FEC)のイオン伝導度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ion conductivity of electrolyte material (Mg (TFSA) 2 / FEC), and temperature. 電解質材料(Mg(TFSA)/PC)のイオン伝導度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ion conductivity of electrolyte material (Mg (TFSA) 2 / PC), and temperature. 電解質材料(Mg(TFSA)/AN)のイオン伝導度と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ion conductivity of electrolyte material (Mg (TFSA) 2 / AN), and temperature.

以下、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

図1は、電解質材料及びその製造方法の一実施形態を示す模式図である。図1に示す方法は、粒子状のマグネシウム塩10(図1の(a))を溶媒と混合して、粒子状のマグネシウム塩10とマグネシウム塩及び溶媒分子で形成された溶媒和物20とを含む電解質材料1を得ること(図1の(b))を含む。   FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an electrolyte material and a method for producing the same. The method shown in FIG. 1 mixes particulate magnesium salt 10 ((a) of FIG. 1) with a solvent, and forms particulate magnesium salt 10 and solvate 20 formed of the magnesium salt and solvent molecules. It includes obtaining the electrolyte material 1 containing ((b) of FIG. 1).

混合後の電解質材料1においては、マグネシウム塩10及び溶媒和物20ともに室温で固体であることが多い。電解質材料1は、全体として粉末状であってもよいし、固体の成形品であってもよい。固体の成形品は、圧縮成形等の方法で得ることができ、任意の形状を有することができる。   In the electrolyte material 1 after mixing, the magnesium salt 10 and the solvate 20 are often solid at room temperature. The electrolyte material 1 may be in the form of powder as a whole or a solid molded product. The solid molded product can be obtained by a method such as compression molding and can have an arbitrary shape.

電解質材料1は、例えば加熱によって、溶媒和物20が流動性を有する状態に変化することができる。これによって、溶媒和物を含む流動性の溶媒和物相20aと、溶媒和物相20a中に分散された粒子状の固体のマグネシウム塩10とを含む電解質材料1aが形成される(図1の(c))。溶媒和物は比較的低い融点を有していることが多いため、比較的低い温度で、溶融状態で流動性の溶媒和物相20aを含む電解質材料1aが形成され得る。すなわち、溶媒和物の融点以上の温度で、高いイオン伝導度を有する固体又は半固体の電解質材料1aが形成され得る。溶媒和物相はイオン液体と同様の状態にあると考えられ、この溶媒和物相中で、マグネシウムイオンが高い拡散性を獲得すると考えられる。   The electrolyte material 1 can change into a state in which the solvate 20 has fluidity, for example, by heating. As a result, an electrolyte material 1a including a fluid solvate phase 20a containing a solvate and a particulate solid magnesium salt 10 dispersed in the solvate phase 20a is formed (FIG. 1). (C)). Since the solvate often has a relatively low melting point, the electrolyte material 1a including the solvate phase 20a that is fluid in a molten state can be formed at a relatively low temperature. That is, the solid or semi-solid electrolyte material 1a having high ionic conductivity can be formed at a temperature equal to or higher than the melting point of the solvate. The solvate phase is considered to be in the same state as the ionic liquid, and it is considered that magnesium ions acquire high diffusivity in this solvate phase.

本明細書において、「固体又は半固体」は、材料全体として固体又は半固体とみなせる状態を意味し、液状物が部分的に含まれる状態(「疑似固体」ということがある)も含む用語として用いられる。半固体の電解質材料は、実質的に流動性が無い、又は、単独で形状を維持できる程度に流動性の小さい状態であればよく、例えばゲル状と当業者に称される状態であり得る。   In the present specification, the term “solid or semi-solid” means a state that can be regarded as a solid or semi-solid as a whole material, and also includes a state in which a liquid is partially included (sometimes referred to as “pseudo-solid”). Used. The semi-solid electrolyte material may be in a state substantially free of fluidity or low in fluidity to such an extent that it can maintain its shape alone, for example, in a state referred to by those skilled in the art as a gel.

マグネシウム塩及び溶媒の種類を変更することにより、溶媒和物の融点を広い範囲で調整することができる。その結果、電解質材料が高いイオン伝導度を発揮する温度を広い範囲で調整することができる。溶媒和物の融点は、例えば、−30℃以上、10℃以上、20℃以上、又は30℃以上であることができる。溶媒和物の融点がある程度高いと、十分な耐熱性を有する電解質材料が得られ易い傾向がある。溶媒和物の融点は、例えば、100℃以下、90℃以下、80℃以下、又は70℃以下であることができる。溶媒和物の融点が低いと、十分なイオン伝導度が比較的低い温度で得られ易い。   By changing the type of the magnesium salt and the solvent, the melting point of the solvate can be adjusted in a wide range. As a result, the temperature at which the electrolyte material exhibits high ionic conductivity can be adjusted in a wide range. The melting point of the solvate can be, for example, −30 ° C. or higher, 10 ° C. or higher, 20 ° C. or higher, or 30 ° C. or higher. If the melting point of the solvate is high to some extent, an electrolyte material having sufficient heat resistance tends to be obtained. The melting point of the solvate can be, for example, 100 ° C. or lower, 90 ° C. or lower, 80 ° C. or lower, or 70 ° C. or lower. When the melting point of the solvate is low, sufficient ionic conductivity is easily obtained at a relatively low temperature.

本明細書において、融点は、示差走査熱量測定によって測定され、溶媒和物の融解に伴う吸熱ピークのピークトップの温度として定義される。示唆走査熱量測定は、昇温速度10℃/分の条件で行われる。電解質材料の示差走査熱量測定において観測される溶媒和物の融点と、溶媒和物単独の分子結晶の既知の融点とを比較することにより、電解質材料中で溶媒和物が形成されていることを確認することができる。   In this specification, the melting point is measured by differential scanning calorimetry and is defined as the temperature at the peak top of the endothermic peak accompanying melting of the solvate. The suggested scanning calorimetry is performed under a temperature rising rate of 10 ° C./min. By comparing the melting point of the solvate observed in the differential scanning calorimetry of the electrolyte material with the known melting point of the molecular crystal of the solvate alone, it is confirmed that the solvate is formed in the electrolyte material. Can be confirmed.

マグネシウム塩は、マグネシウムカチオンとその対アニオンとから形成される。対アニオンは、マグネシウムイオンの高い拡散性が確保できる程度の強さでマグネシウムイオンと相互作用するものから、選択することができる。   The magnesium salt is formed from a magnesium cation and its counter anion. The counter anion can be selected from those that interact with magnesium ions with such a strength that high diffusibility of magnesium ions can be ensured.

マグネシウム塩を構成する対アニオンは、例えば、スルホンアミド基を有するアニオンであってもよい。スルホンアミド基を有するアニオンとしては、例えば、下記式(10)で表されるアニオンが挙げられる。   The counter anion constituting the magnesium salt may be, for example, an anion having a sulfonamide group. Examples of the anion having a sulfonamide group include an anion represented by the following formula (10).

Figure 2017168371
Figure 2017168371

式中、R及びRは、それぞれ独立にフッ素原子若しくはフルオロアルキル基を示す、又はRとRとが結合して形成されたフルオロアルキレン基を示す。R及びRは、それぞれ独立にトリフルオロメチル基、又はトリフルオロエチル基であってもよい。式(10)のアニオンは、下記式(10a)、(10b)、(10c)又は(10d)で表されるアニオンであってもよい。 In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a fluorine atom or a fluoroalkyl group, or a fluoroalkylene group formed by bonding R 1 and R 2 . R 1 and R 2 may each independently be a trifluoromethyl group or a trifluoroethyl group. The anion represented by the formula (10) may be an anion represented by the following formula (10a), (10b), (10c), or (10d).

Figure 2017168371
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対アニオンのその他の例としては、チオシアン酸イオン(SCN)、トリフルオロメタンスルホナート(CFSO )、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF )、及びテトラホウ酸イオン(BF )が挙げられる。 Other examples of counter anions include thiocyanate ion (SCN ), trifluoromethanesulfonate (CF 3 SO 3 ), hexafluorophosphate ion (PF 6 ), and tetraborate ion (BF 4 ). Can be mentioned.

いくつかの形態に係る電解質材料は、マグネシウム塩に加えて、他のアルカリ金属塩及び/又はアルカリ土類金属塩を更に含み得る。例えば、電解質材料が、ナトリウム塩を更に含んでいてもよい。この場合の対アニオンは、特に制限されないが、例えば、マグネシウム塩に関して例示したアニオンから選択することができる。電解質材料がマグネシウムイオン以外のアルカリ金属イオン及び/又はアルカリ土類金属イオンを含む場合、マグネシウムイオンの割合は、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオン(マグネシウムイオンを含む)の合計量に対して、50モル%以上であってもよい。   The electrolyte material according to some embodiments may further include other alkali metal salt and / or alkaline earth metal salt in addition to the magnesium salt. For example, the electrolyte material may further contain a sodium salt. The counter anion in this case is not particularly limited, but can be selected, for example, from the anions exemplified for the magnesium salt. When the electrolyte material contains alkali metal ions and / or alkaline earth metal ions other than magnesium ions, the ratio of magnesium ions is based on the total amount of alkali metal ions and alkaline earth metal ions (including magnesium ions). It may be 50 mol% or more.

電解質材料を構成する溶媒分子は、マグネシウム塩と溶媒和物を形成し得る溶媒、特に有機溶媒から、選択することができる。溶媒分子の沸点(1気圧下)は、50℃以上、100℃以上、又は150℃以上であってもよく、300℃以下であってもよい。溶媒分子の沸点が高いと、良好な耐熱性を有する電解質材料が得られ易い。   Solvent molecules constituting the electrolyte material can be selected from solvents capable of forming solvates with magnesium salts, particularly organic solvents. The boiling point (under 1 atm) of the solvent molecules may be 50 ° C. or higher, 100 ° C. or higher, 150 ° C. or higher, or 300 ° C. or lower. When the boiling point of the solvent molecule is high, an electrolyte material having good heat resistance is easily obtained.

溶媒分子は、例えば、オキシ基(−O−、酸素原子には炭化水素基が結合している)を有するエーテル化合物、カーボネート基(−OC(=O)O−)を有するカーボネート化合物、及びアセトニトリルから選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。これらの中から、エーテル化合物又はカーボネート化合物のうち少なくとも一方を選択してもよい。   Solvent molecules include, for example, an ether compound having an oxy group (—O—, a hydrocarbon group bonded to an oxygen atom), a carbonate compound having a carbonate group (—OC (═O) O—), and acetonitrile. It may contain at least one selected from From these, at least one of an ether compound and a carbonate compound may be selected.

エーテル化合物の例としては、下記式で表される、モノグライム、ジグライム、トリグライム、シクロペンチルメチルエーテル(CPME)、メチルtert−ブチルエーテル(MTBE)、及びテトラヒドロフラン(THF)が挙げられる。   Examples of the ether compound include monoglyme, diglyme, triglyme, cyclopentyl methyl ether (CPME), methyl tert-butyl ether (MTBE), and tetrahydrofuran (THF) represented by the following formula.

Figure 2017168371
Figure 2017168371

Figure 2017168371
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カーボネート化合物の例としては、下記式で表される、ジエチルカーボネート(DEC)、ジエチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、及びプロピレンカーボネート(PC)が挙げられる。   Examples of the carbonate compound include diethyl carbonate (DEC), diethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), and propylene carbonate (PC) represented by the following formula.

Figure 2017168371
Figure 2017168371

Figure 2017168371
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これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられる。溶媒分子は、モノグライム、ジグライム、トリグライム及びシクロペンチルメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含んでいてもよい。これら化合物は、特に高いイオン伝導度とともに、良好な耐熱性にも寄与することができる。   These may be used alone or in combination of two or more. The solvent molecule may contain at least one compound selected from the group consisting of monoglyme, diglyme, triglyme and cyclopentylmethyl ether. These compounds can contribute to good heat resistance as well as particularly high ionic conductivity.

電解質材料における、マグネシウム塩と溶媒分子との比率は、マグネシウム塩のうち一部が溶媒和物を形成し、溶媒和物を形成していないマグネシウム塩が残るような範囲で、調整される。マグネシウム塩と溶媒分子とで形成される溶媒和物の分子結晶における、マグネシウム塩に対する溶媒分子の比率(モル比)がrで、電解質材料におけるマグネシウム塩に対する溶媒分子の比率(モル比)がrであるとき、rがrよりも小さいと、溶媒和物を形成していないマグネシウム塩が残り得る。r/rは、例えば0.9以下、0.8以下、0.7以下、又は0.6以下であってもよく、0.1以上、0.2以上、0.3以上、又は0.4以上であってもよい。 The ratio of the magnesium salt to the solvent molecule in the electrolyte material is adjusted in such a range that a part of the magnesium salt forms a solvate and a magnesium salt that does not form a solvate remains. The ratio (molar ratio) of the solvent molecule to the magnesium salt in the molecular crystal of the solvate formed by the magnesium salt and the solvent molecule is r 0 , and the ratio (molar ratio) of the solvent molecule to the magnesium salt in the electrolyte material is r. When 1 , when r 1 is less than r 0, a magnesium salt that does not form a solvate may remain. r 1 / r 0 may be 0.9 or less, 0.8 or less, 0.7 or less, or 0.6 or less, for example, 0.1 or more, 0.2 or more, 0.3 or more, or It may be 0.4 or more.

例えば、マグネシウム塩がマグネシウム ビストリフルオロメタンスルホンイミド(Mg(TFSA))で、溶媒分子がモノグライムであるとき、Mg(TFSA))とモノグライムとで形成される溶媒和物の分子結晶において、Mg(TFSA)):モノグライム=1:3(モル比、r=3)である。したがって、rが3より小さくなるような比率でMg(TFSA)とモノグライムを混合することにより、溶媒和物を形成していないマグネシウム塩が残っている電解質材料を得ることができる。この場合、rは例えば1.2〜1.8(r/r=0.4〜0.6)であってもよい。 For example, when the magnesium salt is magnesium bistrifluoromethanesulfonimide (Mg (TFSA) 2 ) and the solvent molecule is monoglyme, in the molecular crystal of the solvate formed by Mg (TFSA) 2 ) and monoglyme, Mg (TFSA) 2 ): Monoglyme = 1: 3 (molar ratio, r 0 = 3). Therefore, by mixing Mg (TFSA) 2 and monoglyme at such a ratio that r 1 is smaller than 3, an electrolyte material in which a magnesium salt that does not form a solvate remains can be obtained. In this case, r 1 may be, for example, 1.2 to 1.8 (r 1 / r 0 = 0.4 to 0.6).

溶媒和物の分子結晶におけるマグネシウム塩に対する溶媒分子のr1が不明、又は変動する場合もあり得るが、通常、rを0.2〜2.0の範囲で調整することにより、マグネシウム塩の一部だけが溶媒和物を形成している電解質材料を形成させることができる。電解質材料がマグネシウム塩以外の金属塩(アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩)を含む場合、それらと溶媒分子とで形成され得る溶媒和物の量も考慮して、マグネシウム塩の量が溶媒分子に対して過剰になるように、溶媒分子の比率が調整される。 Unknown r1 solvent molecules to the magnesium salt in the molecular crystals of the solvate, or there may also vary, usually, by adjusting the r 1 in the range of 0.2 to 2.0, the magnesium salt one An electrolyte material in which only a part forms a solvate can be formed. When the electrolyte material contains a metal salt other than magnesium salt (alkali metal salt, alkaline earth metal salt), the amount of magnesium salt is a solvent molecule in consideration of the amount of solvate that can be formed with these and solvent molecules. The ratio of solvent molecules is adjusted so as to be excessive with respect to the ratio.

表1は、いくつかの溶媒和物の例と、それらの分子結晶におけるモル比を示す。   Table 1 shows some examples of solvates and their molar ratios in the molecular crystals.

Figure 2017168371
Figure 2017168371

一実施形態に係る二次電池(マグネシウム二次電池)は、互いに対向する正極及び負極と、これらの間に配置された、上記実施形態に係る電解質材料を含む電解質とを備える。本実施形態に係る二次電池は、電解質材料に含まれる溶媒和物の融点以上の温度で効率的な充放電が可能な二次電池として用いることができる。二次電池が充放電される温度において、電解質が固体又は半固形であることができる。したがって、二次電池を、いわゆる全固体電池とすることも可能である。正極及び負極、及び必要により設けられるその他の部材は、二次電池において通常採用される構成から適宜選択することができる。   A secondary battery (magnesium secondary battery) according to an embodiment includes a positive electrode and a negative electrode facing each other, and an electrolyte including the electrolyte material according to the above-described embodiment, which is disposed therebetween. The secondary battery according to this embodiment can be used as a secondary battery that can be efficiently charged and discharged at a temperature equal to or higher than the melting point of the solvate contained in the electrolyte material. The electrolyte can be solid or semi-solid at the temperature at which the secondary battery is charged and discharged. Therefore, the secondary battery can be a so-called all-solid battery. The positive electrode, the negative electrode, and other members provided as necessary can be appropriately selected from the configurations usually employed in the secondary battery.

以下、実施例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
1.材料
1−1.マグネシウム塩
・マグネシウム ビストリフルオロメタンスルホンイミド(Mg(TFSA)、キシダ化学製、粉末)
1−2.溶媒分子
・モノグライム(関東化学製、脱水品)
・ジグライム(関東化学製、脱水品)
・トリグライム(関東化学製、脱水品)
・シクロペンチルメチルエーテル(CPME、関東化学製、脱水品)
・メチルtert−ブチルエーテル(MTBE、関東化学製、脱水品)
・テトラヒドロフラン(THF、関東化学製、脱水品)
・ジエチルカーボネート(DEC、関東化学製、脱水品)
・ジエチルカーボネート(DMC、関東化学製、脱水品)
・エチレンカーボネート(EC、関東化学製、脱水品)
・フルオロエチレンカーボネート(FEC、東京化成製、減圧下100℃で1週間乾燥)
・プロピレンカーボネート(PC、関東化学製、脱水品)
・アセトニトリル(AN、関東化学製、脱水品)
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
1. Material 1-1. Magnesium salt / magnesium bistrifluoromethanesulfonimide (Mg (TFSA) 2 , manufactured by Kishida Chemical, powder)
1-2. Solvent molecules / monoglyme (manufactured by Kanto Chemical, dehydrated product)
・ Diglime (manufactured by Kanto Chemical, dehydrated product)
・ Triglyme (manufactured by Kanto Chemical, dehydrated product)
・ Cyclopentyl methyl ether (CPME, manufactured by Kanto Chemical, dehydrated product)
・ Methyl tert-butyl ether (MTBE, manufactured by Kanto Chemical, dehydrated product)
・ Tetrahydrofuran (THF, manufactured by Kanto Chemical, dehydrated product)
・ Diethyl carbonate (DEC, manufactured by Kanto Chemical, dehydrated product)
・ Diethyl carbonate (DMC, manufactured by Kanto Chemical, dehydrated product)
・ Ethylene carbonate (EC, manufactured by Kanto Chemical, dehydrated product)
・ Fluoroethylene carbonate (FEC, manufactured by Tokyo Chemical Industry, dried at 100 ° C under reduced pressure for 1 week)
・ Propylene carbonate (PC, manufactured by Kanto Chemical, dehydrated product)
・ Acetonitrile (AN, manufactured by Kanto Chemical, dehydrated product)

2.電解質材料の調製
Mg(TFSA)及び溶媒を、表2に示す組み合わせ及び比率で含み、室温(25℃)で固体である電解質の試料を、以下の手順で調製した。
アルゴンガスを充填したグローブボックス(MBraun社製、UniLab2000)内で、Mg(TFSA)を密閉式ガラス製反応容器に秤量した。Mg(TFSA)は、予め減圧下、100℃で乾燥させた。次いで、反応容器に、アルゴン雰囲気下でマイクロシリンジを用いて所定量の溶媒を添加した。Mg(TFSA)及び溶媒を、マグネティックスターラーで室温下で撹拌して、Mg(TFSA)と溶媒分子との粉末状の混合物を得た。
得られた粉末状の混合物を、グローブボックス内で、メノウ製乳棒及び乳鉢を用いて粉砕した。粉砕後の粉末を、ハンドプレスを用いて圧縮することで、直径13mm、厚さ約1mmの円盤状に成形して、電解質材料の固体試料を得た。
2. Preparation of Electrolyte Material An electrolyte sample containing Mg (TFSA) 2 and a solvent in the combinations and ratios shown in Table 2 and solid at room temperature (25 ° C.) was prepared by the following procedure.
In a glove box (MBraun, UniLab2000) filled with argon gas, Mg (TFSA) 2 was weighed into a sealed glass reaction vessel. Mg (TFSA) 2 was previously dried at 100 ° C. under reduced pressure. Next, a predetermined amount of solvent was added to the reaction vessel using a microsyringe under an argon atmosphere. Mg (TFSA) 2 and the solvent were stirred with a magnetic stirrer at room temperature to obtain a powdery mixture of Mg (TFSA) 2 and solvent molecules.
The obtained powdery mixture was pulverized in a glove box using an agate pestle and a mortar. The powder after pulverization was compressed using a hand press to form a disk shape having a diameter of 13 mm and a thickness of about 1 mm to obtain a solid sample of the electrolyte material.

Figure 2017168371
Figure 2017168371

3.評価
3−1.示差走査熱量(DSC)測定
電解質材料の試料に関して、以下の条件で示差走査熱量測定を行った。
・測定装置:DSC−60(島津製作所製)
・昇温速度:10℃/分
3. Evaluation 3-1. Differential Scanning Calorimetry (DSC) Measurement With respect to the electrolyte material sample, differential scanning calorimetry was performed under the following conditions.
・ Measuring device: DSC-60 (manufactured by Shimadzu Corporation)
・ Temperature increase rate: 10 ° C / min

図2は、Mg(TFSA)/モノグライムについての示差走査熱量測定の結果を示すグラフである。図2は、Mg(TFSA)と、Mg(TFSA)/モノグライムの分子結晶の測定結果も併せて示す。Mg(TFSA)/モノグライムの電解質材料は、吸熱ピークを示し、吸熱ピークから求められる融点(35.8℃)は、Mg(TFSA)/モノグライムの分子結晶の融点とほぼ一致した。この測定結果から、電解質材料が、Mg(TFSA)/モノグライムの分子結晶と、溶媒和物を形成していない固体のMg(TFSA)とを含む混合物であることが確認された。他の電解質材料に関しても、観測された融点から、同様に分子結晶を含む混合物であることが確認された。 FIG. 2 is a graph showing the results of differential scanning calorimetry for Mg (TFSA) 2 / monoglyme. FIG. 2 also shows the measurement results of molecular crystals of Mg (TFSA) 2 and Mg (TFSA) 2 / monoglyme. The electrolyte material of Mg (TFSA) 2 / monoglyme showed an endothermic peak, and the melting point (35.8 ° C.) obtained from the endothermic peak almost coincided with the melting point of the molecular crystal of Mg (TFSA) 2 / monoglyme. From this measurement result, it was confirmed that the electrolyte material was a mixture containing Mg (TFSA) 2 / monoglyme molecular crystals and solid Mg (TFSA) 2 not forming a solvate. Regarding other electrolyte materials, the observed melting point was confirmed to be a mixture containing molecular crystals as well.

3−2.イオン伝導度
電解質材料の固体試料を密閉式電気化学評価セルに導入し、80℃にて2日間熱処理した。その後、マルチチャンネル型のポテンショスタット/ガルバノスタット(Biologic社製、VSP3)を用いて、交流インピーダンス法によってイオン伝導度を測定した。測定は、−30℃から80℃の範囲の10℃刻みの各温度で行った。試料の温度が一定になるまで各温度で3時間静置した後、イオン伝導度を測定した。試料の温度は小型環境試験器(エスペック社製、SU-241)を用いて制御した。
3-2. Ionic conductivity A solid sample of the electrolyte material was introduced into a closed electrochemical evaluation cell and heat-treated at 80 ° C. for 2 days. Thereafter, ion conductivity was measured by an alternating current impedance method using a multi-channel potentiostat / galvanostat (Biologic, VSP3). The measurement was performed at each temperature in increments of 10 ° C. ranging from −30 ° C. to 80 ° C. The sample was allowed to stand at each temperature for 3 hours until the temperature of the sample became constant, and then the ion conductivity was measured. The temperature of the sample was controlled using a small environmental tester (Espec Corp., SU-241).

図3〜14は、それぞれ、溶媒分子がモノグライム、ジグライム、トリグライム、CPME、THF、DEC、DMC、EC、FEC、PC又はANである場合のイオン伝導度と温度との関係を表すグラフである。グラフの横軸は、(1/絶対温度)×1000の値で示される温度である。これらの測定結果に示されるように、いずれの電解質材料も、80℃(グラフでは2.83)のような比較的低温でも高いイオン伝導度を示した。中でも、溶媒としてモノグライム、ジグライム、トリグライム、又はCPMEを含む電解質(図3〜6)は特に高いイオン伝導度を示した。   3 to 14 are graphs showing the relationship between the ionic conductivity and temperature when the solvent molecule is monoglyme, diglyme, triglyme, CPME, THF, DEC, DMC, EC, FEC, PC or AN, respectively. The horizontal axis of the graph is a temperature indicated by a value of (1 / absolute temperature) × 1000. As shown in these measurement results, all the electrolyte materials showed high ionic conductivity even at a relatively low temperature such as 80 ° C. (2.83 in the graph). Among them, an electrolyte containing monoglyme, diglyme, triglyme, or CPME as a solvent (FIGS. 3 to 6) showed particularly high ionic conductivity.

1,1a…電解質材料、10…マグネシウム塩、20…溶媒和物(固体)、20a…溶媒和物相(溶融状態の溶媒和物)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1a ... Electrolyte material, 10 ... Magnesium salt, 20 ... Solvate (solid), 20a ... Solvate phase (solvate in a molten state).

Claims (6)

マグネシウム塩と、溶媒分子と、を含む電解質材料であって、
前記マグネシウム塩のうち一部が、前記溶媒分子と溶媒和物を形成しており、
当該電解質材料が25℃で固体又は半固体である、
電解質材料。
An electrolyte material comprising a magnesium salt and solvent molecules,
A part of the magnesium salt forms a solvate with the solvent molecule,
The electrolyte material is solid or semi-solid at 25 ° C.,
Electrolyte material.
前記溶媒和物が融点を有しており、
当該電解質材料が前記溶媒和物の融点以上の温度で固体又は半固体である、
請求項1に記載の電解質材料。
The solvate has a melting point;
The electrolyte material is solid or semi-solid at a temperature above the melting point of the solvate,
The electrolyte material according to claim 1.
前記溶媒分子が、オキシ基を有するエーテル化合物を含む、請求項1又は2に記載の電解質材料。   The electrolyte material according to claim 1, wherein the solvent molecule includes an ether compound having an oxy group. 前記溶媒分子が、モノグライム、ジグライム、トリグライム、及びシクロペンチルメチルエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電解質材料。   The electrolyte material according to any one of claims 1 to 3, wherein the solvent molecule includes at least one compound selected from the group consisting of monoglyme, diglyme, triglyme, and cyclopentylmethyl ether. 前記マグネシウム塩が、マグネシウムカチオンと、下記式(10)で表される対アニオンとの塩である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電解質材料。
Figure 2017168371

[式中、R及びRは、それぞれ独立にフッ素原子若しくはフルオロアルキル基を示すし、又はRとRとが結合して形成されたフルオロアルキレン基を示す。]
The electrolyte material according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnesium salt is a salt of a magnesium cation and a counter anion represented by the following formula (10).
Figure 2017168371

[Wherein, R 1 and R 2 each independently represent a fluorine atom or a fluoroalkyl group, or a fluoroalkylene group formed by combining R 1 and R 2 . ]
正極及び負極と、これらの間に配置され請求項1〜5のいずれか一項に記載の電解質材料を含む電解質と、を備える、二次電池。   A secondary battery comprising: a positive electrode and a negative electrode; and an electrolyte that is disposed between the positive electrode and the negative electrode and includes the electrolyte material according to claim 1.
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