JP7407377B2 - Magnesium ion secondary batteries, positive electrode active materials for magnesium ion secondary batteries, and positive electrodes for magnesium ion secondary batteries - Google Patents

Magnesium ion secondary batteries, positive electrode active materials for magnesium ion secondary batteries, and positive electrodes for magnesium ion secondary batteries Download PDF

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Description

本開示は、マグネシウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池用正極活物質及びマグネシウムイオン二次電池用正極に関する。 The present disclosure relates to a magnesium ion secondary battery, a positive electrode active material for a magnesium ion secondary battery, and a positive electrode for a magnesium ion secondary battery.

近年、マグネシウムイオン二次電池に関する研究が注目を浴びている。 In recent years, research on magnesium ion secondary batteries has attracted attention.

非特許文献1には、正極活物質としてシェブレル相を有するMo68を用いたマグネシウム二次電池が記載されている。非特許文献2には、正極活物質として酸化物であるV25を用いたマグネシウム二次電池が記載されている。 Non-Patent Document 1 describes a magnesium secondary battery using Mo 6 S 8 having a Chevrel phase as a positive electrode active material. Non-Patent Document 2 describes a magnesium secondary battery using V 2 O 5 which is an oxide as a positive electrode active material.

Prototype systems for rechargeable magnesium batteries, Nature, vol.407, pp.724-727 (2000)Prototype systems for rechargeable magnesium batteries, Nature, vol.407, pp.724-727 (2000) An artificial interphase enables reversible magnesium chemistry in carbonate electrolytes, Nature Chemistry, vol.10, pp.532-539 (2018)An artificial interphase enables reversible magnesium chemistry in carbonate electrolytes, Nature Chemistry, vol.10, pp.532-539 (2018)

本開示は、マグネシウムイオン二次電池のための新規な正極活物質、及びそれを用いたマグネシウムイオン二次電池を提供する。 The present disclosure provides a novel positive electrode active material for a magnesium ion secondary battery, and a magnesium ion secondary battery using the same.

本開示は、
下記の組成式(1)により表される、マグネシウムイオン二次電池用正極活物質を提供する。
MgM26 ・・・(1)
式(1)中、Mは、V、Nb、又はTaである。
This disclosure:
A positive electrode active material for a magnesium ion secondary battery is provided, which is represented by the following compositional formula (1).
MgM2O6 ... (1)
In formula (1), M is V, Nb, or Ta.

本開示によれば、マグネシウムイオン二次電池のための新規な正極活物質、及びそれを用いたマグネシウムイオン二次電池が提供されうる。 According to the present disclosure, a novel positive electrode active material for a magnesium ion secondary battery and a magnesium ion secondary battery using the same can be provided.

図1はマグネシウムイオン二次電池の構成例を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a magnesium ion secondary battery. 図2(a)は実施例に係る正極活物質の粉末X線回折測定の結果を示す図であり、図2(b)はシミュレーションによって得られたMgNb26の粉末X線回折の結果を示す図である。FIG. 2(a) is a diagram showing the results of powder X-ray diffraction measurement of the positive electrode active material according to the example, and FIG. 2(b) is a diagram showing the results of powder X-ray diffraction measurement of MgNb 2 O 6 obtained by simulation. FIG. 図3は実施例に係るビーカーセルの概略構成を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a beaker cell according to an example. 図4は実施例に係るマグネシウムイオン二次電池の充放電試験の結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the results of a charge/discharge test of the magnesium ion secondary battery according to the example.

(本開示を想到するに至った知見)
近年、多価イオンをキャリアとする多価イオン二次電池が盛んに研究されている。多価イオン二次電池として、Ca2+をキャリアとするカルシウム二次電池、Be2+をキャリアとするベリリウム二次電池、Mn2+をキャリアとするマンガン二次電池、Ni2+をキャリアとするニッケル二次電池、Zn2+をキャリアとする亜鉛二次電池、Y3+をキャリアとするイットリウム二次電池、Al3+をキャリアとするアルミニウム二次電池、及びMg2+をキャリアとするマグネシウム二次電池が挙げられる。最近では、マグネシウムイオン二次電池の研究が注目されている。
(Knowledge that led to this disclosure)
In recent years, multivalent ion secondary batteries using multivalent ions as carriers have been actively researched. Multivalent ion secondary batteries include calcium secondary batteries using Ca 2+ as a carrier, beryllium secondary batteries using Be 2+ as a carrier, manganese secondary batteries using Mn 2+ as a carrier, and Ni 2+ as a carrier. A nickel secondary battery with Zn 2+ as a carrier, a yttrium secondary battery with Y 3+ as a carrier, an aluminum secondary battery with Al 3+ as a carrier, and a Mg 2+ carrier Examples include magnesium secondary batteries. Recently, research on magnesium ion secondary batteries has been attracting attention.

マグネシウムの単位重量当たりの理論容量及び単位体積当たりの理論容量は大きい。また、マグネシウムは、比較的卑な酸化還元電位を示す。したがって、マグネシウムを負極に用いた二次電池は、高いエネルギー密度を有することが期待される。特に、マグネシウムの単位体積当たりの理論容量は、リチウムの単位体積当たりの理論容量より高い。そのため、マグネシウムイオン二次電池は、電気自動車などの限られた空間への大容量の電池の設置を可能にする。さらに、マグネシウムの地殻中の埋蔵量は、リチウムの地殻中の埋蔵量より多い。そのため、マグネシウム二次電池によれば、リチウムイオン二次電池の欠点である資源枯渇及びコストの問題もクリアできる。 The theoretical capacity per unit weight and theoretical capacity per unit volume of magnesium are large. Furthermore, magnesium exhibits a relatively base redox potential. Therefore, a secondary battery using magnesium as a negative electrode is expected to have high energy density. In particular, the theoretical capacity per unit volume of magnesium is higher than the theoretical capacity per unit volume of lithium. Therefore, magnesium ion secondary batteries allow large-capacity batteries to be installed in limited spaces such as in electric vehicles. Moreover, the reserves of magnesium in the earth's crust are greater than those of lithium. Therefore, the magnesium secondary battery can overcome the problems of resource depletion and cost, which are disadvantages of lithium ion secondary batteries.

マグネシウムの融点は、約650℃である。リチウムの融点は、約180℃である。ナトリウムの融点は、約98℃である。マグネシウムの融点は、リチウムの融点及びナトリウムの融点に比べて非常に高い。融点は、金属の安定性の指標であるため、マグネシウムを二次電池に使用することによって、二次電池の安全性を向上させることができる。さらに、リチウム及びナトリウムは、空気中の水分などと激しく反応する。一方、マグネシウムは、空気中で安定であるため、容易に取り扱うことができる。これらの理由により、リチウムイオン二次電池に代わる二次電池として、マグネシウムイオン二次電池が盛んに研究されている。 The melting point of magnesium is about 650°C. The melting point of lithium is about 180°C. The melting point of sodium is approximately 98°C. The melting point of magnesium is much higher than that of lithium and sodium. Since the melting point is an indicator of the stability of a metal, the safety of the secondary battery can be improved by using magnesium in the secondary battery. Furthermore, lithium and sodium react violently with moisture in the air. On the other hand, magnesium is stable in air and can therefore be easily handled. For these reasons, magnesium ion secondary batteries are being actively researched as a secondary battery to replace lithium ion secondary batteries.

ただし、マグネシウムイオン二次電池のような多価イオン二次電池を実現するために克服するべき課題は多い。特に、正極材料の開発は重要である。多価イオンと正極材料に含まれているアニオンとのクーロン相互作用は、リチウムイオンと正極材料に含まれているアニオンとのクーロン相互作用に比べて強い。そのため、正極材料中における多価イオンの拡散速度は、リチウムイオンの拡散速度に比べて遅い。このことは、反応を大きく制限させる要因となり得る。 However, there are many issues that must be overcome in order to realize multivalent ion secondary batteries such as magnesium ion secondary batteries. In particular, the development of positive electrode materials is important. The Coulomb interaction between multivalent ions and anions contained in the positive electrode material is stronger than the Coulomb interaction between lithium ions and anions contained in the positive electrode material. Therefore, the diffusion rate of multivalent ions in the positive electrode material is slower than that of lithium ions. This can be a factor that greatly limits the reaction.

非特許文献1には、硫黄イオンなどの柔らかい塩基を含み、シェブレル相を有する化合物が開示されている。非特許文献1によれば、この化合物の反応電位及び可逆容量は、それぞれ、約1.1V及び約116mAh/gである。つまり、この化合物の反応電位及び可逆容量は低い。 Non-Patent Document 1 discloses a compound containing a soft base such as a sulfur ion and having a Chevrel phase. According to Non-Patent Document 1, the reaction potential and reversible capacity of this compound are about 1.1 V and about 116 mAh/g, respectively. That is, the reaction potential and reversible capacity of this compound are low.

非特許文献2には、酸化物であるV25を含む正極が開示されている。非特許文献2によれば、この化合物の反応電位及び可逆容量は、それぞれ、約1.5V及び約75mAh/gである。V25の反応電位は、非特許文献1に記載された化合物の反応電位よりも高いものの、V25の可逆容量は低い。 Non-Patent Document 2 discloses a positive electrode containing V 2 O 5 which is an oxide. According to Non-Patent Document 2, the reaction potential and reversible capacity of this compound are about 1.5 V and about 75 mAh/g, respectively. Although the reaction potential of V 2 O 5 is higher than that of the compound described in Non-Patent Document 1, the reversible capacity of V 2 O 5 is low.

以上の観点から、マグネシウムイオンの拡散速度に優れ、高い可逆容量及び高い反応電位を有する正極材料の開発が求められている。 From the above viewpoints, there is a need to develop a positive electrode material that has an excellent diffusion rate of magnesium ions, a high reversible capacity, and a high reaction potential.

本発明者らは、鋭意研究の結果、特定の組成を有するマグネシウム化合物によって、上記した問題点を解決できることを見出し、本開示を完成するに至った。 As a result of intensive research, the present inventors have found that the above-described problems can be solved by a magnesium compound having a specific composition, and have completed the present disclosure.

(本開示に係る一態様の概要)
本開示の第1態様に係るマグネシウムイオン二次電池用正極活物質は、
下記の組成式(1)により表される。
MgM26 ・・・(1)
式(1)中、Mは、V、Nb、又はTaである。
(Summary of one aspect of the present disclosure)
The positive electrode active material for a magnesium ion secondary battery according to the first aspect of the present disclosure includes:
It is represented by the following compositional formula (1).
MgM2O6 ... (1)
In formula (1), M is V, Nb, or Ta.

第1態様によれば、高い可逆容量、高い反応電位、及び高いエネルギー密度を有するマグネシウムイオン二次電池を提供できる。 According to the first aspect, a magnesium ion secondary battery having high reversible capacity, high reaction potential, and high energy density can be provided.

本開示の第2態様において、例えば、第1態様に係るマグネシウムイオン二次電池用正極活物質では、前記Mは、Nbであってもよい。MgNb26により表される正極活物質は、高い可逆容量、高い反応電位、及び高いエネルギー密度を有しうる。 In the second aspect of the present disclosure, for example, in the positive electrode active material for a magnesium ion secondary battery according to the first aspect, the M may be Nb. The positive electrode active material represented by MgNb 2 O 6 can have high reversible capacity, high reaction potential, and high energy density.

本開示の第3態様に係るマグネシウムイオン二次電池用正極は、
集電体と、
前記集電体の上に配置された第1又は第2態様に係るマグネシウムイオン二次電池用正極活物質と、
を含む。
The positive electrode for a magnesium ion secondary battery according to the third aspect of the present disclosure includes:
A current collector;
a positive electrode active material for a magnesium ion secondary battery according to the first or second aspect disposed on the current collector;
including.

第3態様によれば、高い可逆容量、高い反応電位、及び高いエネルギー密度を有するマグネシウムイオン二次電池用正極を提供できる。 According to the third aspect, a positive electrode for a magnesium ion secondary battery having high reversible capacity, high reaction potential, and high energy density can be provided.

本開示の第4態様に係るマグネシウムイオン二次電池は、
第3態様に係るマグネシウムイオン二次電池用正極と、
負極と、
電解質と、
を備えている。
The magnesium ion secondary battery according to the fourth aspect of the present disclosure includes:
A positive electrode for a magnesium ion secondary battery according to a third aspect,
a negative electrode;
electrolyte and
It is equipped with

第4態様によれば、高い可逆容量、高い反応電位、及び高いエネルギー密度を有するマグネシウムイオン二次電池を提供できる。 According to the fourth aspect, a magnesium ion secondary battery having high reversible capacity, high reaction potential, and high energy density can be provided.

以下、実施形態に係る正極活物質、及び、それを用いたマグネシウムイオン二次電池(以下、マグネシウム二次電池と称する)について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, a positive electrode active material according to an embodiment and a magnesium ion secondary battery using the same (hereinafter referred to as a magnesium secondary battery) will be described in detail using the drawings.

以下の説明は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下に示される数値、組成、形状、膜厚、電気特性、二次電池の構造などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。加えて、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素は、任意の構成要素である。 All of the following descriptions are intended to be inclusive or specific. The numerical values, composition, shape, film thickness, electrical properties, structure of the secondary battery, etc. shown below are examples, and do not limit the present disclosure. In addition, elements not recited in the top-level independent claim are optional elements.

[1.正極活物質]
マグネシウム二次電池は、マグネシウムの二電子反応を利用できるため、高容量な二次電池として実用化が期待されている。しかし、2価のマグネシウムイオンと、活物質中の酸素イオンなどのアニオンとの相互作用が大きいため、マグネシウムイオンが活物質内を移動しにくく、活物質における電極反応が進みにくい。
[1. Cathode active material]
Magnesium secondary batteries are expected to be put into practical use as high-capacity secondary batteries because they can utilize the two-electron reaction of magnesium. However, since the interaction between divalent magnesium ions and anions such as oxygen ions in the active material is large, it is difficult for the magnesium ions to move within the active material, making it difficult for electrode reactions in the active material to proceed.

これに対して、本発明者らは、以下の新規の正極活物質を見出した。 In contrast, the present inventors have discovered the following novel positive electrode active material.

本実施形態に係るマグネシウムイオン二次電池用正極活物質は、下記の組成式により表される複合酸化物である。式(1)中、遷移金属Mは、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、又はタンタル(Ta)である。これらの元素は、周期表の第5族元素である。 The positive electrode active material for a magnesium ion secondary battery according to the present embodiment is a composite oxide represented by the following compositional formula. In formula (1), the transition metal M is vanadium (V), niobium (Nb), or tantalum (Ta). These elements are Group 5 elements of the periodic table.

MgM26 ・・・(1) MgM2O6 ... (1)

以上の構成によれば、高い可逆容量、高い反応電位、及び高いエネルギー密度を有するマグネシウムイオン二次電池を提供できる。 According to the above configuration, a magnesium ion secondary battery having high reversible capacity, high reaction potential, and high energy density can be provided.

式(1)で表される正極活物質において、遷移金属Mは、ニオブ(Nb)であってもよい。MgNb26は、容易に、かつ、高収率で製造されうる。MgNb26は、高い可逆容量、高い反応電位、及び高いエネルギー密度を有しうる。 In the positive electrode active material represented by formula (1), the transition metal M may be niobium (Nb). MgNb 2 O 6 can be produced easily and in high yield. MgNb 2 O 6 can have high reversible capacity, high reaction potential, and high energy density.

[2.正極活物質の製造方法]
本実施形態に係る正極活物質は、例えば、Mgを含有する原料と、遷移金属Mを含有する原料とを混合することによって製造される。
[2. Manufacturing method of positive electrode active material]
The positive electrode active material according to this embodiment is manufactured, for example, by mixing a raw material containing Mg and a raw material containing transition metal M.

Mgを含有する原料は、例えば、マグネシウムの酸化物である。マグネシウムの酸化物として、MgO及びMgO2が挙げられる。 The raw material containing Mg is, for example, a magnesium oxide. Examples of magnesium oxides include MgO and MgO2 .

Mを含有する原料は、例えば、遷移金属Mの酸化物である。遷移金属Mの酸化物として、MO、M34、M23、MO2、及びM25が挙げられる。 The raw material containing M is, for example, an oxide of transition metal M. Examples of the oxide of transition metal M include MO, M 3 O 4 , M 2 O 3 , MO 2 and M 2 O 5 .

これらの原料を秤量する。各原料の分量は、目標とする複合酸化物の組成に応じて適宜調整される。 Weigh these raw materials. The amount of each raw material is adjusted as appropriate depending on the composition of the target composite oxide.

秤量された原料が混合される。混合には、例えば、ボールミル、ロッドミル、ビーズミル、又は、ジェットミルが用いられる。混合方法は、乾式法であってもよく、湿式法であってもよい。混合時間は、例えば、4時間以上12時間以下である。 The weighed raw materials are mixed. For example, a ball mill, rod mill, bead mill, or jet mill is used for mixing. The mixing method may be a dry method or a wet method. The mixing time is, for example, 4 hours or more and 12 hours or less.

これにより、Mgと遷移金属Mとを含有する複合酸化物が得られる。なお、複合酸化物は、その後、熱処理されてもよい。 Thereby, a composite oxide containing Mg and transition metal M is obtained. Note that the composite oxide may be heat-treated thereafter.

Mgを含有する原料と遷移金属Mを含有する原料とを乾式法にて混合した後、焼成法などの熱処理によって、複合酸化物が合成されてもよい。 A composite oxide may be synthesized by mixing a raw material containing Mg and a raw material containing transition metal M using a dry method and then performing a heat treatment such as a calcination method.

焼成法に用いられる焼成炉として、電気炉、ガス炉、及び高周波誘導加熱炉が挙げられる。混合した粉末をるつぼ又は舟形に入れ、焼成する。焼成温度は、例えば、800℃以上1300℃以下である。焼成時間は、例えば、2時間以上24時間以下である。 Firing furnaces used in the firing method include electric furnaces, gas furnaces, and high-frequency induction heating furnaces. The mixed powder is placed in a crucible or boat and fired. The firing temperature is, for example, 800°C or higher and 1300°C or lower. The firing time is, for example, 2 hours or more and 24 hours or less.

得られた複合酸化物の組成は、例えば、ICP発光分光分析法によって決定できる。得られた複合酸化物の結晶構造は、例えば、粉末X線回折によって決定できる。 The composition of the obtained composite oxide can be determined, for example, by ICP emission spectrometry. The crystal structure of the obtained composite oxide can be determined, for example, by powder X-ray diffraction.

[3.マグネシウム二次電池]
[3-1.全体構成]
本実施形態に係る正極活物質は、マグネシウム二次電池に利用されうる。マグネシウム二次電池は、正極活物質を含む正極と、負極と、マグネシウムイオン伝導性を有する電解質と、を備える。
[3. Magnesium secondary battery]
[3-1. overall structure]
The positive electrode active material according to this embodiment can be used in a magnesium secondary battery. A magnesium secondary battery includes a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolyte having magnesium ion conductivity.

図1は、マグネシウム二次電池10の構成例を模式的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a magnesium secondary battery 10. As shown in FIG.

マグネシウム二次電池10は、正極21、負極22、セパレータ14、ケース11、封口板15、及びガスケット18を備えている。セパレータ14は、正極21と負極22との間に配置されている。正極21、負極22、及びセパレータ14には、非水電解液が含浸されており、これらがケース11の中に収められている。ケース11は、ガスケット18及び封口板15によって閉じられている。 The magnesium secondary battery 10 includes a positive electrode 21, a negative electrode 22, a separator 14, a case 11, a sealing plate 15, and a gasket 18. Separator 14 is arranged between positive electrode 21 and negative electrode 22. The positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 14 are impregnated with a non-aqueous electrolyte, and are housed in the case 11. The case 11 is closed by a gasket 18 and a sealing plate 15.

マグネシウム二次電池10の構造は、円筒型、角型、ボタン型、コイン型、又は扁平型であってもよい。 The structure of the magnesium secondary battery 10 may be cylindrical, square, button, coin, or flat.

[3-2.正極]
正極21は、正極集電体12と、正極集電体12の上に配置された正極活物質層13と、を含む。正極活物質層13は、正極集電体12とセパレータ14との間に配置されている。
[3-2. Positive electrode]
The positive electrode 21 includes a positive electrode current collector 12 and a positive electrode active material layer 13 disposed on the positive electrode current collector 12. The positive electrode active material layer 13 is arranged between the positive electrode current collector 12 and the separator 14.

正極活物質層13は、上記[1.正極活物質]で説明された正極活物質を含有する。このような構成によれば、高い可逆容量、高い反応電位、及び高いエネルギー密度を有するマグネシウムイオン二次電池用正極を提供できる。 The positive electrode active material layer 13 is formed by the above [1. Positive electrode active material] Contains the positive electrode active material described in [Cathode active material]. According to such a configuration, a positive electrode for a magnesium ion secondary battery having high reversible capacity, high reaction potential, and high energy density can be provided.

正極活物質層13は、必要に応じて、導電材及び/又は結着剤をさらに含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer 13 may further contain a conductive material and/or a binder, if necessary.

導電材として、炭素材料、金属、無機化合物、及び導電性高分子が挙げられる。炭素材料として、黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、及び炭素繊維が挙げられる。黒鉛として、天然黒鉛及び人造黒鉛が挙げられる。天然黒鉛として、塊状黒鉛及び鱗片状黒鉛が挙げられる。金属として、銅、ニッケル、アルミニウム、銀、及び金が挙げられる。無機化合物として、タングステンカーバイド、炭化チタン、炭化タンタル、炭化モリブデン、ホウ化チタン、及びチッ化チタンが挙げられる。これらの材料は単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。 Examples of the conductive material include carbon materials, metals, inorganic compounds, and conductive polymers. Examples of carbon materials include graphite, acetylene black, carbon black, Ketjenblack, carbon whisker, needle coke, and carbon fiber. Examples of graphite include natural graphite and artificial graphite. Examples of natural graphite include lump graphite and flaky graphite. Metals include copper, nickel, aluminum, silver, and gold. Inorganic compounds include tungsten carbide, titanium carbide, tantalum carbide, molybdenum carbide, titanium boride, and titanium nitride. These materials may be used alone or in combination.

結着剤として、含フッ素樹脂、熱可塑性樹脂、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)ゴム、スルホン化EPDMゴム、及び天然ブチルゴム(NBR)が挙げられる。含フッ素樹脂として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、及びフッ素ゴムが挙げられる。熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン及びポリエチレンが挙げられる。これらの材料は単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。 Examples of the binder include fluorine-containing resins, thermoplastic resins, ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, sulfonated EPDM rubber, and natural butyl rubber (NBR). Examples of the fluororesin include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), and fluororubber. Thermoplastic resins include polypropylene and polyethylene. These materials may be used alone or in combination.

正極活物質、導電材、及び、結着剤を分散させる溶剤として、N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチレントリアミン、N,N-ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、及びテトラヒドロフランが挙げられる。分散剤に増粘剤を加えてもよい。増粘剤として、カルボキシメチルセルロース及びメチルセルロースが挙げられる。 As a solvent for dispersing the positive electrode active material, conductive material, and binder, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methylethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethylenetriamine, N,N-dimethylaminopropylamine , ethylene oxide, and tetrahydrofuran. A thickener may be added to the dispersant. Thickeners include carboxymethylcellulose and methylcellulose.

正極活物質層13は、例えば、次の方法によって形成される。まず、正極活物質と導電材と結着剤との混合物が得られるように、これらの材料が混合される。次に、この混合物に適当な溶剤が加えられ、ペースト状の正極合剤が得られる。次に、この正極合剤が正極集電体12の表面に塗布され、乾燥される。これによって、正極集電体12の上に正極活物質層13が形成される。なお、正極活物質層13は、電極密度を高めるために、圧縮されてもよい。 The positive electrode active material layer 13 is formed, for example, by the following method. First, these materials are mixed to obtain a mixture of the positive electrode active material, the conductive material, and the binder. Next, a suitable solvent is added to this mixture to obtain a paste-like positive electrode mixture. Next, this positive electrode mixture is applied to the surface of the positive electrode current collector 12 and dried. As a result, a positive electrode active material layer 13 is formed on the positive electrode current collector 12 . Note that the positive electrode active material layer 13 may be compressed in order to increase the electrode density.

正極活物質層13の膜厚は、特に限定されず、例えば、1μm以上、100μm以下である。 The thickness of the positive electrode active material layer 13 is not particularly limited, and is, for example, 1 μm or more and 100 μm or less.

正極集電体12の材料は、例えば、単体の金属又は合金である。より具体的には、正極集電体12の材料は、銅、クロム、ニッケル、チタン、白金、金、アルミニウム、タングステン、鉄、及びモリブデンからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む単体の金属又は合金であってもよい。正極集電体12の材料は、ステンレス鋼であってもよい。 The material of the positive electrode current collector 12 is, for example, a single metal or an alloy. More specifically, the material of the positive electrode current collector 12 is a single metal containing at least one selected from the group consisting of copper, chromium, nickel, titanium, platinum, gold, aluminum, tungsten, iron, and molybdenum. It may be an alloy. The material of the positive electrode current collector 12 may be stainless steel.

正極集電体12は、板状又は箔状であってもよい。正極集電体12は、積層膜であってもよい。 The positive electrode current collector 12 may be plate-shaped or foil-shaped. The positive electrode current collector 12 may be a laminated film.

ケース11が正極集電体を兼ねている場合、正極集電体12は省略されてもよい。 When the case 11 also serves as a positive electrode current collector, the positive electrode current collector 12 may be omitted.

[3-3.負極]
負極22は、例えば、負極活物質を含有する負極活物質層17と、負極集電体16とを含む。負極活物質層17は、負極集電体16とセパレータ14との間に配置されている。
[3-3. Negative electrode]
The negative electrode 22 includes, for example, a negative electrode active material layer 17 containing a negative electrode active material and a negative electrode current collector 16. The negative electrode active material layer 17 is arranged between the negative electrode current collector 16 and the separator 14.

負極活物質層17は、マグネシウムイオンを挿入及び脱離し得る負極活物質を含有する。負極活物質として、炭素材料が挙げられる。炭素材料として、黒鉛、非黒鉛系炭素、及び黒鉛層間化合物が挙げられる。非黒鉛系炭素として、ハードカーボン及びコークスが挙げられる。 The negative electrode active material layer 17 contains a negative electrode active material that can insert and desorb magnesium ions. A carbon material is mentioned as a negative electrode active material. Examples of carbon materials include graphite, non-graphitic carbon, and graphite intercalation compounds. Examples of non-graphitic carbon include hard carbon and coke.

負極活物質層17は、必要に応じて、導電材及び/又は結着剤をさらに含んでいてもよい。導電材、結着剤、溶剤及び増粘剤は、例えば、[3-2.正極]で説明された導電材、結着剤、溶剤及び増粘剤を適宜利用できる。 The negative electrode active material layer 17 may further contain a conductive material and/or a binder, if necessary. The conductive material, binder, solvent, and thickener are, for example, [3-2. The conductive material, binder, solvent, and thickener described in [Positive Electrode] can be used as appropriate.

負極活物質層17の膜厚は、特に限定されず、例えば、1μm以上、50μm以下である。 The thickness of the negative electrode active material layer 17 is not particularly limited, and is, for example, 1 μm or more and 50 μm or less.

あるいは、負極活物質層17は、マグネシウムを析出及び溶解させ得る負極活物質を含有する。この場合、負極活物質として、Mg金属、及びMg合金が挙げられる。Mg合金は、例えば、アルミニウム、シリコン、ガリウム、亜鉛、錫、マンガン、ビスマス、及びアンチモンからなる群より選ばれる少なくとも1つと、マグネシウムとの合金である。 Alternatively, the negative electrode active material layer 17 contains a negative electrode active material that can precipitate and dissolve magnesium. In this case, examples of the negative electrode active material include Mg metal and Mg alloy. The Mg alloy is, for example, an alloy of magnesium and at least one selected from the group consisting of aluminum, silicon, gallium, zinc, tin, manganese, bismuth, and antimony.

負極集電体16の材料は、例えば、[3-2.正極]で説明された正極集電体12と同様の材料を適宜利用できる。負極集電体16は板状又は箔状であってもよい。 The material of the negative electrode current collector 16 is, for example, [3-2. The same material as the positive electrode current collector 12 described in [Positive Electrode] can be appropriately used. The negative electrode current collector 16 may be plate-shaped or foil-shaped.

封口板15が負極集電体を兼ねている場合、負極集電体16は省略されてもよい。 When the sealing plate 15 also serves as a negative electrode current collector, the negative electrode current collector 16 may be omitted.

負極集電体16が、その表面上にマグネシウムを析出及び溶解させ得る材料で構成される場合、負極活物質層17は省略されてもよい。すなわち、負極22は、マグネシウムを析出及び溶解させ得る負極集電体16のみから構成されていてもよい。この場合、負極集電体16は、ステンレス鋼、ニッケル、銅、又は鉄であってもよい。 When the negative electrode current collector 16 is made of a material that can deposit and dissolve magnesium on its surface, the negative electrode active material layer 17 may be omitted. That is, the negative electrode 22 may be composed only of the negative electrode current collector 16 that can precipitate and dissolve magnesium. In this case, the negative electrode current collector 16 may be made of stainless steel, nickel, copper, or iron.

[3-4.セパレータ]
セパレータ14の材料として、微多孔性薄膜、織布、及び不織布が挙げられる。セパレータ14の材料は、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィンであってもよい。セパレータ14の厚さは、例えば、10μm以上300μm以下である。セパレータ14は、1種の材料で構成された単層膜であってもよく、2種以上の材料で構成された複合膜、又は、多層膜であってもよい。セパレータ14の空孔率は、例えば、30%以上70%以下である。
[3-4. Separator]
Materials for the separator 14 include microporous thin films, woven fabrics, and nonwoven fabrics. The material of the separator 14 may be polyolefin such as polypropylene or polyethylene. The thickness of the separator 14 is, for example, 10 μm or more and 300 μm or less. The separator 14 may be a single layer film made of one type of material, a composite film or a multilayer film made of two or more types of materials. The porosity of the separator 14 is, for example, 30% or more and 70% or less.

[3-5.電解質]
電解質は、マグネシウムイオン伝導性を有する材料でありうる。
[3-5. Electrolytes]
The electrolyte can be a material that has magnesium ion conductivity.

電解質は、例えば、非水電解液である。非水電解液は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解したマグネシウム塩と、を含む。 The electrolyte is, for example, a non-aqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous solvent and a magnesium salt dissolved in the non-aqueous solvent.

非水溶媒として、環状エーテル、鎖状エーテル、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、ピロ炭酸エステル、リン酸エステル、ホウ酸エステル、硫酸エステル、亜硫酸エステル、環状スルホン、鎖状スルホン、ニトリル、及びスルトンが挙げられる。 As a non-aqueous solvent, cyclic ether, chain ether, cyclic carbonate, chain carbonate, cyclic carboxylate, chain carboxylate, pyrocarbonate, phosphate, borate, sulfate, sulfite, Included are cyclic sulfones, linear sulfones, nitriles, and sultones.

環状エーテルとして、1,3-ジオキソラン、4-メチル-1,3-ジオキソラン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、プロピレンオキシド、1,2-ブチレンオキシド、1,4-ジオキサン、1,3,5-トリオキサン、フラン、2-メチルフラン、1,8-シネオール、クラウンエーテル、及びこれらの誘導体が挙げられる。 As a cyclic ether, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, propylene oxide, 1,2-butylene oxide, 1,4-dioxane, 1,3,5-trioxane , furan, 2-methylfuran, 1,8-cineole, crown ether, and derivatives thereof.

鎖状エーテルとして、1,2-ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、メチルフェニルエーテル、エチルフェニルエーテル、ブチルフェニルエーテル、ペンチルフェニルエーテル、メトキシトルエン、ベンジルエチルエーテル、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、o-ジメトキシベンゼン、1,2-ジエトキシエタン、1,2-ジブトキシエタン、ジ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、1,1-ジメトキシメタン、1,1-ジエトキシエタン、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、及びこれらの誘導体が挙げられる。 As chain ethers, 1,2-dimethoxyethane, diethyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, dihexyl ether, ethyl vinyl ether, butyl vinyl ether, methyl phenyl ether, ethylphenyl ether, butylphenyl ether, pentylphenyl ether, Methoxytoluene, benzylethyl ether, diphenyl ether, dibenzyl ether, o-dimethoxybenzene, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, 1,1-dimethoxy Examples include methane, 1,1-diethoxyethane, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl, and derivatives thereof.

環状炭酸エステルとして、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロエチレンカーボネート、4,4,4-トリフルオロエチレンカーボネート、フルオロメチルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、4-フルオロプロピレンカーボネート、5-フルオロプロピレンカーボネート、及びこれらの誘導体が挙げられる。 As the cyclic carbonate ester, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, 4,4,4-trifluoroethylene carbonate, fluoromethylethylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate , 4-fluoropropylene carbonate, 5-fluoropropylene carbonate, and derivatives thereof.

鎖状炭酸エステルとして、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、及びこれらの誘導体が挙げられる。 Examples of chain carbonate esters include dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, diethyl carbonate, methylpropyl carbonate, ethylpropyl carbonate, methylisopropyl carbonate, and derivatives thereof.

環状カルボン酸エステルとして、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、γ-カプロラクトン、ε-カプロラクトン、α-アセトラクトン、及びこれらの誘導体が挙げられる。 Examples of the cyclic carboxylic acid ester include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, ε-caprolactone, α-acetolactone, and derivatives thereof.

鎖状カルボン酸エステルとして、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、プロピルプロピオネート、ブチルプロピオネート、及びこれらの誘導体が挙げられる。 Examples of chain carboxylic acid esters include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, butyl propionate, and derivatives thereof.

ピロ炭酸エステルとして、ジエチルピロカーボネート、ジメチルピロカーボネート、ジ-tert-ブチルジカーボネート、及びこれらの誘導体が挙げられる。リン酸エステルとして、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、ヘキサメチルホスフォルアミド、及びこれらの誘導体が挙げられる。ホウ酸エステルとして、トリメチルボレート、トリエチルボレート、及びこれらの誘導体が挙げられる。硫酸エステルとして、トリメチルサルフェート、トリエチルサルフェート、及びこれらの誘導体が挙げられる。亜硫酸エステルとして、エチレンサルファイト及びその誘導体が挙げられる。 Examples of the pyrocarbonate include diethylpyrocarbonate, dimethylpyrocarbonate, di-tert-butyl dicarbonate, and derivatives thereof. Phosphate esters include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, hexamethylphosphoramide, and derivatives thereof. Examples of boric acid esters include trimethylborate, triethylborate, and derivatives thereof. Examples of sulfuric esters include trimethyl sulfate, triethyl sulfate, and derivatives thereof. Examples of sulfites include ethylene sulfite and its derivatives.

環状スルホンとして、スルホラン及びその誘導体が挙げられる。鎖状スルホンとして、アルキルスルホン及びその誘導体が挙げられる。ニトリルとして、アセトニトリル、バレロニトリル、プロピオニトリル、トリメチルアセトニトリル、シクロペンタンカルボニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル及びその誘導体が挙げられる。スルトンとして、1,3-プロパンスルトン及びその誘導体が挙げられる。 Examples of the cyclic sulfone include sulfolane and its derivatives. Examples of chain sulfones include alkyl sulfones and derivatives thereof. Nitriles include acetonitrile, valeronitrile, propionitrile, trimethylacetonitrile, cyclopentanecarbonitrile, adiponitrile, pimelonitrile and derivatives thereof. Examples of the sultone include 1,3-propane sultone and its derivatives.

溶媒として、上記の物質のうち1種類だけが用いられてもよいし、2種類以上が組み合わされて用いられてもよい。 As the solvent, only one type of the above-mentioned substances may be used, or two or more types may be used in combination.

マグネシウム塩として、MgBr2、MgI2,MgCl2、Mg(AsF62、Mg(ClO42、Mg(PF62、Mg(BF42、Mg(CF3SO32、Mg[N(CF3SO222、Mg(SbF62、Mg(SiF62、Mg[C(CF3SO232、Mg[N(FSO222、Mg[N(C25SO222、MgB10Cl10、MgB12Cl12、Mg[B(C6542、Mg[B(C6542、Mg[N(SO2CF2CF322、Mg[BF3252、Mg[PF3(CF2CF332、及びMg[B(OCH(CF3242が挙げられる。マグネシウム塩として、上記の物質のうち1種類だけが用いられてもよいし、2種類以上が組み合わされて用いられてもよい。 Examples of magnesium salts include MgBr2 , MgI2 , MgCl2 , Mg( AsF6 ) 2 , Mg( ClO4 ) 2 , Mg( PF6 ) 2 , Mg( BF4 ) 2 , Mg( CF3SO3 ) 2 , Mg[N( CF3SO2 ) 2 ] 2 , Mg( SbF6 ) 2 , Mg( SiF6 ) 2 , Mg[C( CF3SO2 ) 3 ] 2 , Mg[N( FSO2 ) 2 ] 2 , Mg[N(C 2 F 5 SO 2 ) 2 ] 2 , MgB 10 Cl 10 , MgB 12 Cl 12 , Mg[B(C 6 F 5 ) 4 ] 2 , Mg[B(C 6 H 5 ) 4 ] 2 , Mg[N(SO 2 CF 2 CF 3 ) 2 ] 2 , Mg[BF 3 C 2 F 5 ] 2 , Mg[PF 3 (CF 2 CF 3 ) 3 ] 2 , and Mg[B(OCH(CF 3 ) 2 ) 4 ] 2 are listed. As the magnesium salt, only one type of the above-mentioned substances may be used, or two or more types may be used in combination.

電解質は、固体電解質であってもよい。この場合、固体電解質として、Mg2-1.5xAlxSiO4、Mg2-1.5y-0.5zAly-zZnzSiO4、MgZr4(PO46、MgM1PO4、Mg1-aM2aM3(M4O43、及びMg(BH4)(NH2)が挙げられる。xは、0.1≦x≦1を満たす。yは、0.5≦y≦1を満たす。zは、0.5≦z≦0.9を満たす。y-zは、y-z≧0を満たす。y+zは、y+z≦1を満たす。M1は、Zr、Nb及びHfからなる群より選ばれる少なくとも1つである。M2は、Ca、Sr、Ba及びRaからなる群より選ばれる少なくとも1つである。M3は、Zr及びHfからなる群より選ばれる少なくとも1つである。M4は、W及びMoからなる群より選ばれる少なくとも1つである。aは、0≦a<1を満たす。 The electrolyte may be a solid electrolyte. In this case, the solid electrolyte is Mg 2-1.5x Al x SiO 4 , Mg 2-1.5y-0.5z Al yz Zn z SiO 4 , MgZr 4 (PO 4 ) 6 , MgM1PO 4 , Mg 1-a M2 a M3 (M4O 4 ) 3 and Mg(BH 4 )(NH 2 ). x satisfies 0.1≦x≦1. y satisfies 0.5≦y≦1. z satisfies 0.5≦z≦0.9. yz satisfies yz≧0. y+z satisfies y+z≦1. M1 is at least one selected from the group consisting of Zr, Nb, and Hf. M2 is at least one selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba, and Ra. M3 is at least one selected from the group consisting of Zr and Hf. M4 is at least one selected from the group consisting of W and Mo. a satisfies 0≦a<1.

(正極活物質の製造)
本実施形態に係る正極活物質は、例えば、Mgを含有する酸化物と、Nbを含有する酸化物とを混合することによって製造される。
(Manufacture of positive electrode active material)
The positive electrode active material according to this embodiment is manufactured, for example, by mixing an oxide containing Mg and an oxide containing Nb.

Mgを含有する酸化物として、MgOを使用した。 MgO was used as the Mg-containing oxide.

Nbを含有する酸化物として、五酸化ニオブNb25を使用した。 Niobium pentoxide Nb 2 O 5 was used as the Nb-containing oxide.

MgO、及びNb25を、MgO:Nb25=1:1のモル比で秤量した。 MgO and Nb 2 O 5 were weighed at a molar ratio of MgO:Nb 2 O 5 =1:1.

秤量した各原料を遊星型ボールミル容器(Fritsch社製、PL-7)に封入した。メディアとしてΦ5mmのZrボールを容器に入れ、400rpmで4時間混合した。混合した粉末をふるいにかけて凝集粉を除去した。 Each weighed raw material was sealed in a planetary ball mill container (manufactured by Fritsch, PL-7). Zr balls with a diameter of 5 mm were placed in a container as media, and mixed at 400 rpm for 4 hours. The mixed powder was sieved to remove agglomerated powder.

混合した粉末をるつぼに入れ、電気炉(モトヤマ社製、SUPER BURN)を使用して1000℃で6時間焼成することによって、MgNb26の粉末を得た。 The mixed powder was placed in a crucible and fired at 1000° C. for 6 hours using an electric furnace (SUPER BURN, manufactured by Motoyama) to obtain MgNb 2 O 6 powder.

得られた複合酸化物に対して、粉末X線回折測定を実施した。 Powder X-ray diffraction measurement was performed on the obtained composite oxide.

X線回折装置(リガク社製、MiNi Flex)を用いて、X線の回折パターンを解析することによって、結晶の構造を同定した。実施例に係る正極活物質の粉末X線回折測定の結果、及びシミュレーションによって得られたMgNb26の粉末X線回折の結果を図2に示す。図2(a)は、実施例に係る正極活物質の粉末X線回折測定の結果を示す図である。図2(b)は、MgNb26の粉末X線回折スペクトルのシミュレーションの結果を示す図である。実施例に係る正極活物質の粉末X線回折測定の結果が、シミュレーショの結果とよく一致した。粉末X線回折測定の結果の解析から、99.9%以上の高純度なMgNb26の粉末が合成されたことを確認した。 The structure of the crystal was identified by analyzing the X-ray diffraction pattern using an X-ray diffraction device (MiNi Flex, manufactured by Rigaku Corporation). FIG. 2 shows the results of powder X-ray diffraction measurement of the positive electrode active material according to the example and the results of powder X-ray diffraction of MgNb 2 O 6 obtained by simulation. FIG. 2(a) is a diagram showing the results of powder X-ray diffraction measurement of the positive electrode active material according to the example. FIG. 2(b) is a diagram showing the results of a simulation of the powder X-ray diffraction spectrum of MgNb 2 O 6 . The results of powder X-ray diffraction measurement of the positive electrode active material according to the example were in good agreement with the simulation results. From analysis of the results of powder X-ray diffraction measurements, it was confirmed that MgNb 2 O 6 powder with a purity of 99.9% or higher was synthesized.

(マグネシウム二次電池の作製)
図3は、実施例に係るビーカーセルの概略構成を示す模式図である。
(Preparation of magnesium secondary battery)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a beaker cell according to an example.

ビーカーセル30は、正極31、負極34、及び非水電解液35を備えている。非水電解液35は、ビーカーに貯留されている。正極31は、アルミメッシュ32と、正極合剤33とを含む。正極合剤33は、アルミメッシュ32の先端に配置されている。正極31と負極34とは、非水電解液35に浸されている。 The beaker cell 30 includes a positive electrode 31, a negative electrode 34, and a non-aqueous electrolyte 35. The non-aqueous electrolyte 35 is stored in a beaker. The positive electrode 31 includes an aluminum mesh 32 and a positive electrode mixture 33. The positive electrode mixture 33 is placed at the tip of the aluminum mesh 32. The positive electrode 31 and the negative electrode 34 are immersed in a non-aqueous electrolyte 35.

MgNb26、アセチレンブラック、及びポリテトラフルオロエチレンを、8:1:1の重量比で秤量した。秤量した原料を乳鉢で混合して正極合剤を得た。正極合剤を、ロールプレス機により厚さ30μmに圧延して、正極合剤シートを得た。圧延した正極合剤シートを5mm×5mmの正方形に打ち抜いた。打ち抜いた正極合剤シートを5mm×30mmのアルミメッシュの先端に配置して、5MPaの圧力で圧着した。これにより、MgNb26を含有する正極31を得た。正極31は、真空下にて、105℃で6時間以上乾燥させた。 MgNb 2 O 6 , acetylene black, and polytetrafluoroethylene were weighed in a weight ratio of 8:1:1. The weighed raw materials were mixed in a mortar to obtain a positive electrode mixture. The positive electrode mixture was rolled to a thickness of 30 μm using a roll press machine to obtain a positive electrode mixture sheet. The rolled positive electrode mixture sheet was punched into a 5 mm x 5 mm square. The punched positive electrode mixture sheet was placed on the tip of a 5 mm x 30 mm aluminum mesh, and was crimped with a pressure of 5 MPa. Thereby, a positive electrode 31 containing MgNb 2 O 6 was obtained. The positive electrode 31 was dried at 105° C. for 6 hours or more under vacuum.

厚さ300μmのマグネシウムリボンを5mm×40mmの大きさに切断し、マグネシウム箔を得た。マグネシウム箔の表面を削って酸化皮膜を除去し、アセトンにて表面を洗浄した。これにより、負極34を得た。 A magnesium ribbon having a thickness of 300 μm was cut into a size of 5 mm×40 mm to obtain a magnesium foil. The surface of the magnesium foil was scraped to remove the oxide film, and the surface was washed with acetone. As a result, a negative electrode 34 was obtained.

ガラス製ビーカーに非水電解液35を貯留した。非水電解液35は、非水溶媒として、1,2-ジメトキシエタン(DME)を使用した。1,2-ジメトキシエタンに、1,2-ジメトキシエタンが配位されている有機ホウ素アート錯体塩であるMg[B(OCH(CF3242・3DMEを0.3mol/Lの濃度で溶解させることによって、非水電解液35を得た。 A non-aqueous electrolyte 35 was stored in a glass beaker. The non-aqueous electrolyte 35 used 1,2-dimethoxyethane (DME) as a non-aqueous solvent. 0.3 mol/L of Mg[B(OCH(CF 3 ) 2 ) 4 ] 2.3DME, which is an organic boron ate complex salt in which 1,2-dimethoxyethane is coordinated, was added to 1,2 -dimethoxyethane. A non-aqueous electrolyte 35 was obtained by dissolving at a certain concentration.

正極31及び負極34を非水電解液35に浸し、図3に示す構成を有するマグネシウム二次電池30を作製した。 The positive electrode 31 and the negative electrode 34 were immersed in a non-aqueous electrolyte 35 to produce a magnesium secondary battery 30 having the configuration shown in FIG. 3.

マグネシウム二次電池の作製は、アルゴン雰囲気下で実施した。 The magnesium secondary battery was manufactured under an argon atmosphere.

(充放電試験)
作製したマグネシウム二次電池の充放電試験は、アルゴン雰囲気下、温度60℃で実施した。
(Charge/discharge test)
A charge/discharge test of the produced magnesium secondary battery was conducted at a temperature of 60° C. in an argon atmosphere.

図4は、実施例に係るマグネシウム二次電池の充放電試験の結果を示すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the results of a charge/discharge test of the magnesium secondary battery according to the example.

充放電装置(Bio-Logic社製、VSP-300)を用いて、充放電試験を実施した。まず、理論容量が175mAh/gであるため、Cレートを0.01に設定して実施例に係るマグネシウム二次電池を放電した。具体的には、放電終止電圧を0.1Vに設定して実施例に係るマグネシウム二次電池を放電した。放電容量は、164mAh/gであった。放電後、開回路状態を5時間維持した。次に、Cレートを0.01に設定して実施例に係るマグネシウム二次電池を充電した。充電容量は、164mAh/gであった。充放電試験により、可逆な充放電反応が確認された。充電電位と放電電位との平均値である反応電位は、約2.1Vであった。 A charge/discharge test was conducted using a charge/discharge device (manufactured by Bio-Logic, VSP-300). First, since the theoretical capacity was 175 mAh/g, the C rate was set to 0.01 and the magnesium secondary battery according to the example was discharged. Specifically, the end-of-discharge voltage was set to 0.1V, and the magnesium secondary battery according to the example was discharged. The discharge capacity was 164mAh/g. After discharging, the open circuit condition was maintained for 5 hours. Next, the C rate was set to 0.01 and the magnesium secondary battery according to the example was charged. The charging capacity was 164mAh/g. A reversible charge-discharge reaction was confirmed in the charge-discharge test. The reaction potential, which is the average value of the charging potential and the discharging potential, was about 2.1V.

非特許文献1に記載されているシェブレル相を有する硫化物であるMo68の密度は、5.20g/cm3である。非特許文献1によれば、Mo68の可逆容量及び反応電位は、それぞれ、約116mAh/g及び約1.1Vである。非特許文献2に記載されている酸化物である五酸化バナジウムV25の密度は、3.37g/cm3である。非特許文献2によれば、V25の可逆容量及び反応電位は、それぞれ、約75mAh/g及び約1.5Vである。本開示の実施例に係る化合物であるMgNb26の密度は、5.00g/cm3である。MgNb26の可逆容量及び反応電位は、それぞれ、164mAh/g及び約2.1Vであった。これらの結果が示すように、実施例に係るMgNb26は、高い可逆容量及び高い反応電位を有していた。 The density of Mo 6 S 8 , which is a sulfide having a Chevrel phase described in Non-Patent Document 1, is 5.20 g/cm 3 . According to Non-Patent Document 1, the reversible capacity and reaction potential of Mo 6 S 8 are about 116 mAh/g and about 1.1 V, respectively. The density of vanadium pentoxide V 2 O 5 , which is an oxide described in Non-Patent Document 2, is 3.37 g/cm 3 . According to Non-Patent Document 2, the reversible capacity and reaction potential of V 2 O 5 are about 75 mAh/g and about 1.5 V, respectively. The density of MgNb 2 O 6 , which is a compound according to an example of the present disclosure, is 5.00 g/cm 3 . The reversible capacity and reaction potential of MgNb 2 O 6 were 164 mAh/g and about 2.1 V, respectively. As these results show, MgNb 2 O 6 according to the example had a high reversible capacity and a high reaction potential.

体積エネルギー密度は、化合物の密度に、可逆容量及び反応電位を乗ずることによって求めることができる。非特許文献2に記載のV25の体積エネルギー密度は、約379mWh/cm3であった。実施例に係るMgNb26の体積エネルギー密度は、約1722mWh/cm3であった。実施例に係るMgNb26の体積エネルギー密度は、V25の体積エネルギー密度の約4.5倍であった。 The volume energy density can be determined by multiplying the density of the compound by the reversible capacity and reaction potential. The volume energy density of V 2 O 5 described in Non-Patent Document 2 was approximately 379 mWh/cm 3 . The volume energy density of MgNb 2 O 6 according to the example was about 1722 mWh/cm 3 . The volumetric energy density of MgNb 2 O 6 according to the example was about 4.5 times that of V 2 O 5 .

MgNb26によれば、マグネシウムイオンが、正極活物質の内部で容易に拡散しうると考えられる。MgNb26によれば、ニオブ(Nb)と酸素との結合力がマグネシウムと酸素との結合力より強いため、マグネシウムが容易に電離しうると考えられる。その結果、MgNb26により表される正極活物質は、高い可逆容量、高い反応電位、及び高いエネルギー密度を有すると考えられる。ニオブ(Nb)は、周期表の第5族元素である。周期表の第5族元素であるバナジウム(V)及びタンタル(Ta)によれば、Nbと同様に、高い可逆容量及び高い反応電位を有すると考えられる。そのため、MgV26及びMgTa26は、高い体積エネルギー密度を有すると考えられる。 It is thought that MgNb 2 O 6 allows magnesium ions to easily diffuse inside the positive electrode active material. According to MgNb 2 O 6 , the bonding force between niobium (Nb) and oxygen is stronger than the bonding force between magnesium and oxygen, so it is thought that magnesium can be easily ionized. As a result, the positive electrode active material represented by MgNb 2 O 6 is believed to have high reversible capacity, high reaction potential, and high energy density. Niobium (Nb) is a Group 5 element of the periodic table. Vanadium (V) and tantalum (Ta), which are Group 5 elements of the periodic table, are thought to have high reversible capacity and high reaction potential, similar to Nb. Therefore, MgV 2 O 6 and MgTa 2 O 6 are considered to have high volumetric energy density.

本開示の正極活物質は、マグネシウム二次電池に利用されうる。 The positive electrode active material of the present disclosure can be used in a magnesium secondary battery.

10 マグネシウム二次電池
11 ケース
12 正極集電体
13 正極活物質層
14 セパレータ
15 封口板
16 負極集電体
17 負極活物質層
18 ガスケット
21 正極
22 負極
30 ビーカーセル
31 正極
32 アルミメッシュ
33 正極合剤
34 負極
35 非水電解液
10 Magnesium secondary battery 11 Case 12 Positive electrode current collector 13 Positive electrode active material layer 14 Separator 15 Sealing plate 16 Negative electrode current collector 17 Negative electrode active material layer 18 Gasket 21 Positive electrode 22 Negative electrode 30 Beaker cell 31 Positive electrode 32 Aluminum mesh 33 Positive electrode mixture 34 Negative electrode 35 Nonaqueous electrolyte

Claims (4)

下記の組成式(1)により表される、マグネシウムイオン二次電池用正極活物質。
MgTa 26 ・・・(1
A positive electrode active material for a magnesium ion secondary battery represented by the following compositional formula (1).
Mg Ta 2 O 6 ...(1 )
集電体と、A current collector;
前記集電体の上に配置された請求項1に記載のマグネシウムイオン二次電池用正極活物質と、The positive electrode active material for a magnesium ion secondary battery according to claim 1, disposed on the current collector;
を含む、マグネシウムイオン二次電池用正極。Positive electrode for magnesium ion secondary batteries, including:
集電体と、
前記集電体の上に配置された正極活物質と、
を含
前記正極活物質が、MgNb 2 6 のみから構成されている、マグネシウムイオン二次電池用正極。
A current collector;
a positive electrode active material disposed on the current collector;
including ;
A positive electrode for a magnesium ion secondary battery, wherein the positive electrode active material is composed only of MgNb 2 O 6 .
請求項2又は3に記載のマグネシウムイオン二次電池用正極と、
負極と、
電解質と、
を備えた、マグネシウムイオン二次電池。
A positive electrode for a magnesium ion secondary battery according to claim 2 or 3,
a negative electrode;
electrolyte and
Magnesium ion secondary battery with
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