WO2014168218A1 - Polyvalent metal secondary battery - Google Patents

Polyvalent metal secondary battery Download PDF

Info

Publication number
WO2014168218A1
WO2014168218A1 PCT/JP2014/060435 JP2014060435W WO2014168218A1 WO 2014168218 A1 WO2014168218 A1 WO 2014168218A1 JP 2014060435 W JP2014060435 W JP 2014060435W WO 2014168218 A1 WO2014168218 A1 WO 2014168218A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
positive electrode
secondary battery
magnesium
negative electrode
active material
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/060435
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
哲 市坪
松原 英一郎
貴之 土井
Original Assignee
国立大学法人京都大学
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立大学法人京都大学 filed Critical 国立大学法人京都大学
Priority to CN201480020351.7A priority Critical patent/CN105103360A/en
Priority to JP2015511303A priority patent/JPWO2014168218A1/en
Priority to KR1020157030916A priority patent/KR20150143535A/en
Publication of WO2014168218A1 publication Critical patent/WO2014168218A1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0568Liquid materials characterised by the solutes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381Alkaline or alkaline earth metals elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382Lithium
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

The present invention provides a polyvalent metal secondary battery provided with a negative electrode which contains a negative electrode active material comprising a polyvalent metal and which has a standard electrode potential of -0.7V or less, a positive electrode, and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode contains a positive electrode active material comprising a lithium compound.

Description

多価金属二次電池Multivalent metal secondary battery
 本発明は、多価金属を含む負極を備える多価金属二次電池に関する。さらに詳しくは、本発明は、電力の貯蔵、ハイブリッド車や電気自動車の電源、高機能を有するモバイル機器の電源などに好適に用いることができる多価金属二次電池およびこれに用いられる正極活物質に関する。
 本発明の多価金属二次電池は、高い作動電圧および高エネルギー密度を有し、しかも安全性に優れることから、電力の貯蔵用の二次電池、ハイブリッド車、電気自動車などに用いられる車載用の二次電池、モバイル機器用の二次電池などとして好適に使用されることが期待されるものである。
The present invention relates to a polyvalent metal secondary battery including a negative electrode containing a polyvalent metal. More specifically, the present invention relates to a multivalent metal secondary battery that can be suitably used for power storage, a power source of a hybrid vehicle or an electric vehicle, a power source of a mobile device having high functions, and a positive electrode active material used therefor About.
The multivalent metal secondary battery of the present invention has a high operating voltage and high energy density, and is excellent in safety. Therefore, the multivalent metal secondary battery is used for a secondary battery for storing electric power, a hybrid vehicle, an electric vehicle, etc. It is expected to be suitably used as a secondary battery, a secondary battery for mobile devices, and the like.
 近年、エネルギー需給を最適化し、かつ環境への負荷を低減することが求められていることから、二次電池の需要が高まっている。また、モバイル機器の小型化および高性能化が求められていることから、二次電池の小型化および高容量化が望まれている。現在、電力の貯蔵用の二次電池、車載用の二次電池、モバイル機器用の二次電池などには、リチウムイオン二次電池が用いられている。しかし、リチウムイオン二次電池は、過充電などに起因する発熱を生じることがある。 In recent years, demand for secondary batteries has been increasing due to demands for optimizing energy supply and demand and reducing environmental impact. In addition, since miniaturization and high performance of mobile devices are required, miniaturization and high capacity of secondary batteries are desired. Currently, lithium ion secondary batteries are used as secondary batteries for storing electric power, secondary batteries for vehicles, secondary batteries for mobile devices, and the like. However, the lithium ion secondary battery may generate heat due to overcharge or the like.
 そこで、正極活物質としてシェブレル化合物を含む正極と、グリニャール試薬と塩化アルミニウムとをテトラヒドロフランに溶解させた溶液からなる電解液とを備えるマグネシウム二次電池が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。 Thus, a magnesium secondary battery has been proposed that includes a positive electrode containing a chevrel compound as a positive electrode active material, and an electrolytic solution made of a solution obtained by dissolving a Grignard reagent and aluminum chloride in tetrahydrofuran (for example, see Non-Patent Document 1). ).
 しかし、非特許文献1に記載のマグネシウム二次電池は、作動電圧が低く、単位質量当たりの電荷容量が小さいことから、より高い作動電圧およびエネルギー密度を確保することができ、より安全性に優れる二次電池が求められている。 However, since the magnesium secondary battery described in Non-Patent Document 1 has a low operating voltage and a small charge capacity per unit mass, a higher operating voltage and energy density can be ensured, and the safety is further improved. There is a need for secondary batteries.
 本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、より高い作動電圧およびエネルギー密度を確保することができ、しかも、より安全性に優れる多価金属二次電池およびこれに用いられる正極活物質を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described prior art, can ensure a higher operating voltage and energy density, and is more excellent in safety, and a positive electrode active material used therefor The issue is to provide substances.
 本発明は、
(1)-0.7V以下の標準電極電位を有する多価金属からなる負極活物質を含む負極と、正極と、前記正極と負極との間に介在する電解液とを備え、
 前記正極が、リチウム化合物からなる正極活物質を含む正極であることを特徴とする多価金属二次電池、
(2)前記電解液が、リチウムカチオンと、前記多価金属のカチオンとを含む溶液を含有する電解液である前記(1)に記載の多価金属二次電池、
(3)前記多価金属が、金属カルシウム、金属マグネシウム、金属アルミニウムおよび金属亜鉛からなる群より選ばれた金属である前記(1)または(2)に記載の多価金属二次電池、ならびに
(4)前記多価金属が、金属マグネシウムである前記(3)に記載の多価金属二次電池。
に関する。
The present invention
(1) A negative electrode including a negative electrode active material made of a polyvalent metal having a standard electrode potential of −0.7 V or less, a positive electrode, and an electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode,
A multivalent metal secondary battery, wherein the positive electrode is a positive electrode containing a positive electrode active material comprising a lithium compound;
(2) The polyvalent metal secondary battery according to (1), wherein the electrolytic solution is an electrolytic solution containing a solution containing a lithium cation and a cation of the polyvalent metal.
(3) The multivalent metal secondary battery according to (1) or (2), wherein the polyvalent metal is a metal selected from the group consisting of metal calcium, metal magnesium, metal aluminum, and metal zinc; 4) The multivalent metal secondary battery according to (3), wherein the polyvalent metal is magnesium metal.
About.
 本発明の多価金属二次電池および正極活物質によれば、より高い作動電圧およびエネルギー密度を確保することができ、しかも、より安全性に優れるという優れた効果が奏される。 According to the multivalent metal secondary battery and the positive electrode active material of the present invention, it is possible to ensure a higher operating voltage and energy density, and to achieve an excellent effect of being superior in safety.
(A)は本発明の一実施形態に係る多価金属二次電池の放電反応時における状態を示す概略説明図、(B)は本発明の一実施形態に係る多価金属二次電池の充電反応時における状態を示す概略説明図である。(A) is schematic explanatory drawing which shows the state at the time of the discharge reaction of the polyvalent metal secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention, (B) is the charge of the polyvalent metal secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention It is a schematic explanatory drawing which shows the state at the time of reaction. 本発明の他の実施形態に係る多価金属二次電池の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the multivalent metal secondary battery which concerns on other embodiment of this invention. 実施例1において、リチウム化合物(LiFePO4)からリチウムカチオンが脱離したリン酸鉄(FePO4)をホスト化合物とする作用電極と、研磨した金属マグネシウムからなる参照電極と、研磨した金属マグネシウムからなる対極とを用いた場合のサイクリックボルタモグラムを示す図である。In Example 1, a working electrode for a lithium compound iron phosphate (LiFePO 4) lithium cations from the desorbed (FePO 4) as a host compound, and a reference electrode made of polished metal magnesium, consisting polished metal magnesium It is a figure which shows the cyclic voltammogram at the time of using a counter electrode. 実施例2において、リチウム塩とマグネシウム塩とが配合された電解液を用いた場合のサイクリックボルタモグラムを示す図である。In Example 2, it is a figure which shows the cyclic voltammogram at the time of using the electrolyte solution with which lithium salt and magnesium salt were mix | blended. 実施例3において、リチウム塩とマグネシウム塩とが配合された電解液を用いた場合の充放電特性を調べた結果を示す充放電曲線のグラフである。In Example 3, it is a graph of the charging / discharging curve which shows the result of having investigated the charging / discharging characteristic at the time of using the electrolyte solution with which lithium salt and magnesium salt were mix | blended. 実施例4において、リチウム塩とマグネシウム塩とが配合された電解液を用いた場合のサイクリックボルタモグラムを示す図である。In Example 4, it is a figure which shows the cyclic voltammogram at the time of using the electrolyte solution with which lithium salt and magnesium salt were mix | blended. 実施例4において、カットオフ電位を1.3Vに設定し、リチウム塩とマグネシウム塩とが配合された電解液を用いた場合の充放電特性を調べた結果を示す充放電曲線のグラフである。In Example 4, it is a graph of the charging / discharging curve which shows the result of having investigated the charging / discharging characteristic at the time of setting the cutoff potential to 1.3V and using the electrolyte solution with which lithium salt and magnesium salt were mix | blended. 実施例5において、充電後および放電後の正極活物質のX線回折分析を行なった結果を示すX線回折図である。In Example 5, it is an X-ray diffraction diagram which shows the result of having performed the X-ray diffraction analysis of the positive electrode active material after charge and after discharge. 実施例6において、シェブレル化合物(MgMoCr)からなる正極活物質を含む正極を用いた場合のサイクリックボルタモグラムを示す図である。In Example 6, a diagram illustrating the cyclic voltammograms when using a positive electrode containing a positive electrode active material composed of Chevrel compound (Mg 2 Mo 2 Cr 4 S 8). (A)は電解液として沈殿飽和電解液を有する多価金属二次電池における充電プロセスを示す概略説明図、(B)は電解液として沈殿飽和電解液を有する多価金属二次電池における放電プロセスを示す概略説明図を示す。(A) is schematic explanatory drawing which shows the charge process in the polyvalent metal secondary battery which has precipitation saturated electrolyte solution as electrolyte solution, (B) is the discharge process in the polyvalent metal secondary battery which has precipitation saturated electrolyte solution as electrolyte solution The schematic explanatory drawing which shows is shown.
 本発明の一実施形態(以下、「実施形態1」ともいう)に係る多価金属二次電池は、-0.7V以下の標準電極電位を有する多価金属からなる負極活物質を含む負極と、正極と、前記正極と負極との間に介在する電解液とを備え、前記正極が、リチウム化合物からなる正極活物質を含む正極であることを特徴とする多価金属二次電池である。 A multivalent metal secondary battery according to an embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as “Embodiment 1”) includes a negative electrode including a negative electrode active material composed of a polyvalent metal having a standard electrode potential of −0.7 V or less. A multivalent metal secondary battery comprising: a positive electrode; and an electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the positive electrode includes a positive electrode active material made of a lithium compound.
 本実施形態1に係る多価金属二次電池は、-0.7V以下の標準電極電位を有する多価金属からなる負極活物質を含む負極およびリチウム化合物からなる正極活物質を含む正極が用いられているので、高い作動電圧を確保することができ、大きい充放電速度を得ることができる。また、本実施形態1に係る多価金属二次電池は、前記多価金属からなる負極が用いられているため、高いエネルギー密度を確保することができ、しかも、より安全性に優れている。 In the multivalent metal secondary battery according to the first embodiment, a negative electrode including a negative electrode active material composed of a polyvalent metal having a standard electrode potential of −0.7 V or less and a positive electrode including a positive electrode active material composed of a lithium compound are used. Therefore, a high operating voltage can be secured and a large charge / discharge rate can be obtained. Moreover, since the negative electrode which consists of the said polyvalent metal is used for the polyvalent metal secondary battery which concerns on this Embodiment 1, a high energy density can be ensured, and also it is excellent in safety | security.
 本発明の一実施形態に係る多価金属二次電池の放電反応時における状態を図1(A)、本発明の一実施形態に係る多価金属二次電池の充電反応時における状態を図1(B)に示す。図中、「LiR1」はリチウム化合物、「M」は-0.7V以下の標準電極電位を有する多価金属、「Mn+」はn価の多価金属カチオン、「e」は電子、「ne」は、n個の電子、「n」は2~4の整数を示す。 FIG. 1A shows a state during a discharge reaction of a multivalent metal secondary battery according to one embodiment of the present invention, and FIG. 1 shows a state during a charge reaction of the multivalent metal secondary battery according to one embodiment of the present invention. Shown in (B). In the figure, “LiR 1 ” is a lithium compound, “M” is a polyvalent metal having a standard electrode potential of −0.7 V or less, “M n + ” is an n-valent polyvalent metal cation, “e” is an electron, “ne” represents n electrons, and “n” represents an integer of 2 to 4.
 放電反応時には、多価金属二次電池1の負極20において、「M → Mn++ne」の反応が進行し、負極20から多価金属のカチオンMn+が脱離する。多価金属二次電池1の負極20の負極活物質から脱離した多価金属カチオンMn+は、多価金属二次電池1の正極10の正極活物質(リチウム化合物LiR1)が多価金属のカチオンMn+を挿入しうる間隙を有しない結晶構造を有することから、当該正極10に実質的に挿入されないが、電解液30中のリチウムカチオンは、当該正極10に挿入され、リチウム化合物が生じる〔図1(A)参照〕。したがって、放電反応時には、多価金属二次電池1の正極20の正極活物質がセパレータとしても機能する。一方、充電反応時には、リチウムが多価金属二次電池1の負極20の負極活物質である多価金属よりも卑な金属であることから、負極20において、多価金属二次電池1の正極20の正極活物質から脱離したリチウムカチオンが負極20から電子を受け取ることによって金属リチウムが析出する電位よりも高い電位で、電解液30中の多価金属カチオンが負極20から電子を受け取ることによって多価金属が析出する〔図1(B)参照〕。このとき、多価金属二次電池1の負極20において、「Mn++ne → M」の反応が進行し、負極20において多価金属が析出する。このように、本実施形態1に係る多価金属二次電池は、正極10と負極20との間に隔膜(セパレータ)が設けられていなくても、充放電反応を良好に行なうことができる。したがって、本実施形態に係る多価金属二次電池は、隔膜(セパレータ)を有する二次電池と比べて容易に製造することができる。 During the discharge reaction, the reaction of “M → M n + + ne” proceeds in the negative electrode 20 of the multivalent metal secondary battery 1, and the cation M n + of the polyvalent metal is desorbed from the negative electrode 20. The polyvalent metal cation M n + desorbed from the negative electrode active material of the negative electrode 20 of the multivalent metal secondary battery 1 is the same as the positive electrode active material (lithium compound LiR 1 ) of the positive electrode 10 of the multivalent metal secondary battery 1. The cation M n + has a crystal structure that does not have a gap into which the cation M n + can be inserted, so that it is not substantially inserted into the positive electrode 10, but the lithium cation in the electrolytic solution 30 is inserted into the positive electrode 10 to generate a lithium compound. [Refer FIG. 1 (A)]. Therefore, during the discharge reaction, the positive electrode active material of the positive electrode 20 of the multivalent metal secondary battery 1 also functions as a separator. On the other hand, during the charging reaction, lithium is a base metal rather than the polyvalent metal that is the negative electrode active material of the negative electrode 20 of the multivalent metal secondary battery 1. When the lithium cation desorbed from the positive electrode active material 20 receives electrons from the negative electrode 20, the polyvalent metal cation in the electrolytic solution 30 receives electrons from the negative electrode 20 at a potential higher than the potential at which metallic lithium is deposited. Multivalent metals are deposited (see FIG. 1B). At this time, the reaction of “M n ++ + ne → M” proceeds in the negative electrode 20 of the multivalent metal secondary battery 1, and the multivalent metal is deposited in the negative electrode 20. As described above, the multivalent metal secondary battery according to Embodiment 1 can satisfactorily perform the charge / discharge reaction even when the diaphragm (separator) is not provided between the positive electrode 10 and the negative electrode 20. Therefore, the multivalent metal secondary battery according to the present embodiment can be easily manufactured as compared with a secondary battery having a diaphragm (separator).
 本実施形態1の多価金属二次電池は、例えば、正極と負極とを電池容器内に収容し、電解液を当該電池容器内に充填した後、当該電池容器本体を密封することなどによって製造することができる。電池容器の材料、大きさおよび形状は、多価金属二次電池の用途などによって異なることから、多価金属二次電池の用途などに応じて適宜決定することが好ましい。 The multivalent metal secondary battery of Embodiment 1 is manufactured by, for example, housing a positive electrode and a negative electrode in a battery container, filling the battery container with an electrolyte, and then sealing the battery container body. can do. Since the material, size, and shape of the battery container vary depending on the use of the polyvalent metal secondary battery and the like, it is preferable to determine appropriately according to the use of the polyvalent metal secondary battery and the like.
 正極は、前記リチウム化合物からなる正極活物質を含む電極である。かかる正極は、前記正極活物質を含有する正極材料を集電体に担持させた電極である。前記正極は、例えば、前記正極材料を集電体に塗布することなどによって製造することができる。 The positive electrode is an electrode including a positive electrode active material made of the lithium compound. Such a positive electrode is an electrode in which a positive electrode material containing the positive electrode active material is supported on a current collector. The positive electrode can be manufactured, for example, by applying the positive electrode material to a current collector.
 本明細書において、「リチウム化合物」は、前記多価金属のカチオンが挿入される間隙または位置を有しない結晶構造を有するリチウム化合物をいう。前記リチウム化合物としては、例えば、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMnなどのリチウム遷移金属酸化物;LiFePO、LiMnPO、LiCoPO、LiNiPOなどのオリビン型結晶構造を有するリチウム遷移金属リン酸化物;Li2FePOF、Li2MnPOF、Li2CoPOF、Li2NiPOFなどのオリビン型結晶構造を有するフッ素含有リチウム遷移金属リン酸化物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらのリチウム化合物は、多価金属二次電池の用途、電解液の電位窓の広さ、所望の起電力の大きさなどに応じて適宜選択することができる。 In the present specification, the “lithium compound” refers to a lithium compound having a crystal structure having no gap or position into which the cation of the polyvalent metal is inserted. Examples of the lithium compound include lithium transition metal oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li 2 MnO 3 , and LiMn 2 O 2 ; and olivine type crystal structures such as LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , and LiNiPO 4. Lithium transition metal phosphates; fluorine-containing lithium transition metal phosphates having an olivine crystal structure such as Li 2 FePO 4 F, Li 2 MnPO 4 F, Li 2 CoPO 4 F, Li 2 NiPO 4 F, etc. However, the present invention is not limited to such examples. These lithium compounds can be appropriately selected according to the use of the multivalent metal secondary battery, the width of the potential window of the electrolyte, the magnitude of the desired electromotive force, and the like.
 前記正極材料は、前記リチウム化合物からなる正極活物質を含有する。また、前記正極材料は、必要により、導電助剤および結着剤をさらに含有していてもよい。 The positive electrode material contains a positive electrode active material made of the lithium compound. Further, the positive electrode material may further contain a conductive additive and a binder as necessary.
 前記導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、黒鉛などの炭素材料の粉体などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記正極材料中における導電助剤の含有率は、導電助剤の種類などによって異なることから、導電助剤の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。 Examples of the conductive auxiliary agent include powders of carbon materials such as acetylene black and graphite, but the present invention is not limited to such examples. Since the content rate of the conductive auxiliary agent in the positive electrode material varies depending on the type of conductive auxiliary agent and the like, it is preferable to determine appropriately according to the type of conductive auxiliary agent.
 前記結着剤としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂;ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライドなどのフッ素樹脂などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記正極材料中における結着剤の含有率は、結着剤の種類などによって異なることから、結着剤の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。 Examples of the binder include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene; fluorine resins such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, but the present invention is not limited to such examples. . Since the content of the binder in the positive electrode material varies depending on the type of the binder and the like, it is preferably determined as appropriate according to the type of the binder and the like.
 前記集電体を構成する材料としては、例えば、白金、アルミニウム、モリブデン、クロム、タングステン、各種アモルファス金属などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記集電体の形状としては、例えば、多孔質体、板、ロール状薄板などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。 Examples of the material constituting the current collector include platinum, aluminum, molybdenum, chromium, tungsten, and various amorphous metals, but the present invention is not limited to such examples. Examples of the shape of the current collector include a porous body, a plate, and a roll-shaped thin plate. However, the present invention is not limited to such an example.
 前記集電体に対する正極材料の塗布量は、多価金属二次電池の用途などによって異なることから、多価金属二次電池の用途などに応じて適宜決定することが好ましい。 Since the amount of the positive electrode material applied to the current collector varies depending on the use of the multivalent metal secondary battery and the like, it is preferably determined as appropriate according to the use of the multivalent metal secondary battery and the like.
 負極は、-0.7V以下の標準電極電位を有する多価金属からなる負極活物質を含む電極である。かかる負極は、-0.7V以下の標準電極電位を有する多価金属からなる電極であってもよく、前記負極活物質を含有する負極材料を集電体に担持させた電極であってもよい。 The negative electrode is an electrode including a negative electrode active material made of a polyvalent metal having a standard electrode potential of −0.7 V or less. Such a negative electrode may be an electrode made of a polyvalent metal having a standard electrode potential of −0.7 V or less, or may be an electrode in which a negative electrode material containing the negative electrode active material is supported on a current collector. .
 本明細書において、「多価金属」とは、2価以上の金属をいう。-0.7V以下の標準電極電位を有する多価金属としては、例えば、金属カルシウム、金属マグネシウム、金属アルミニウム、金属亜鉛などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの-0.7V以下の標準電極電位を有する多価金属のなかでは、単位質量あたりに蓄えられる電荷容量および単位体積あたりに蓄えられる電荷容量が多いことから、金属カルシウム、金属マグネシウム、金属アルミニウムおよび金属亜鉛が好ましい。なかでも、単位質量あたりのエネルギー密度および単位体積あたりのエネルギー密度が高いことから、金属マグネシウムがより好ましい。 In this specification, “polyvalent metal” refers to a metal having a valence of 2 or more. Examples of the polyvalent metal having a standard electrode potential of −0.7 V or less include metallic calcium, metallic magnesium, metallic aluminum, metallic zinc, and the like, but the present invention is not limited to such examples. . Among these polyvalent metals having a standard electrode potential of −0.7 V or less, since there are many charge capacities stored per unit mass and charge capacities stored per unit volume, metallic calcium, metallic magnesium, metallic aluminum And zinc metal is preferred. Especially, since the energy density per unit mass and the energy density per unit volume are high, metallic magnesium is more preferable.
 負極が前記負極活物質を含有する負極材料を集電体に担持させた電極である場合、前記負極材料は、前記多価金属からなる負極活物質を含有する材料を用いることができる。また、前記負極材料は、必要により、導電助剤および結着剤をさらに含有していてもよい。負極材料における導電助剤および結着剤は、正極材料における導電助剤および結着剤と同じである。 When the negative electrode is an electrode in which a negative electrode material containing the negative electrode active material is supported on a current collector, the negative electrode material may be a material containing a negative electrode active material made of the polyvalent metal. Moreover, the said negative electrode material may further contain the conductive support agent and the binder as needed. The conductive auxiliary agent and the binder in the negative electrode material are the same as the conductive auxiliary agent and the binder in the positive electrode material.
 電解液は、リチウムカチオンと、前記多価金属のカチオンとを含む溶液を含有する電解液であればよく、特に限定されるものではない。前記電解液は、誘電率が3~10であり、かつ多価金属を電析することが可能な溶液であることが好ましい。電気誘電率は、リチウムカチオンを含む塩および多価金属のカチオンを含む塩を十分に溶解させる観点から、好ましくは3以上であり、多価金属の電析を行なう観点から、好ましくは10以下である。また、前記電解液は、充放電反応時における分解を抑制する観点から、広い電位窓を有するものであることが好ましい。前記電解液としては、例えば、リチウム塩と負極に用いられる多価金属のカチオンを含む塩(以下、「多価金属塩」ともいう)とをテトラヒドロフラン、メチルテトラグライム、シクロペンチルメチルエーテルなどのエーテル系有機溶媒などの溶媒に溶解させた溶液を含有する電解液などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。 The electrolytic solution is not particularly limited as long as the electrolytic solution contains a solution containing a lithium cation and a cation of the polyvalent metal. The electrolytic solution is preferably a solution having a dielectric constant of 3 to 10 and capable of electrodepositing polyvalent metals. The dielectric constant is preferably 3 or more from the viewpoint of sufficiently dissolving a salt containing lithium cations and a salt containing polyvalent metal cations, and preferably 10 or less from the viewpoint of electrodeposition of polyvalent metals. is there. Moreover, it is preferable that the said electrolyte solution has a wide electric potential window from a viewpoint of suppressing the decomposition | disassembly at the time of charging / discharging reaction. Examples of the electrolytic solution include a lithium salt and a salt containing a polyvalent metal cation used for the negative electrode (hereinafter also referred to as “polyvalent metal salt”) such as tetrahydrofuran, methyltetraglyme, and cyclopentylmethyl ether. Although the electrolyte solution containing the solution dissolved in solvents, such as an organic solvent, is mentioned, this invention is not limited only to this illustration.
 前記リチウム塩としては、例えば、LiClO、LiAsF、LiPF、LiCO、LiBF、LiAlFなどの無機リチウム塩などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。 Examples of the lithium salt, for example, those LiClO 4, LiAsF 6, LiPF 6 , Li 2 CO 3, LiBF 4, although an inorganic lithium salt such as LiAlF 4 and the like, and the present invention is to be limited only to those exemplified is not.
 前記多価金属塩としては、例えば、カルシウム無機塩、カルシウム有機塩などのカルシウム塩;マグネシウム無機塩、マグネシウム有機塩などのマグネシウム塩;アルミニウム無機塩、アルミニウム有機塩などのアルミニウム塩;亜鉛無機塩、亜鉛有機塩などの亜鉛塩などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの多価金属塩のなかでは、豊富な資源量が豊富であることから、マグネシウム塩が好ましい。前記マグネシウム塩の具体例としては、例えば、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などのマグネシウム無機塩化合物;ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドマグネシウム、安息香酸マグネシウム、サリチル酸マグネシウム、フタル酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、プロピオン酸マグネシウム、式(x1):
2MgX                   (x1)
(式中、Rは炭素数1~6のアルキル基または炭素数6以上、好ましくは6~12のアリール基、Xはハロゲン原子を示す)
で表わされるグリニャール試薬などのマグネシウム有機塩化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。
Examples of the polyvalent metal salt include calcium salts such as calcium inorganic salts and calcium organic salts; magnesium salts such as magnesium inorganic salts and magnesium organic salts; aluminum salts such as aluminum inorganic salts and aluminum organic salts; Although zinc salts, such as a zinc organic salt, are mentioned, this invention is not limited only to this illustration. Among these polyvalent metal salts, magnesium salts are preferred because of their abundant resources. Specific examples of the magnesium salt include, for example, magnesium inorganic salt compounds such as magnesium chloride, magnesium bromide, magnesium iodide, magnesium perchlorate, magnesium tetrafluoroborate, magnesium hexafluorophosphate; bis (trifluoromethyl) Sulfonyl) imidomagnesium, magnesium benzoate, magnesium salicylate, magnesium phthalate, magnesium acetate, magnesium propionate, formula (x1):
R 2 MgX (x1)
(Wherein R represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aryl group having 6 or more carbon atoms, preferably 6 to 12 carbon atoms, and X represents a halogen atom)
Examples include magnesium organic salt compounds such as Grignard reagents represented by the following, but the present invention is not limited to such examples.
 また、溶媒としては、例えば、水;ジエチルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、シクロペンチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、メチルテトラグライム、ジオキサンなどのエーテル化合物;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、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などのカーボネート化合物;γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトンなどのラクトン化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。 Examples of the solvent include water; ethers such as diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, cyclopentylmethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, methyltetraglyme, and dioxane. Compound; carbonate compounds such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate; and lactone compounds such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone, etc. It is not something.
 電解液がリチウム塩と多価金属塩とを溶媒に溶解させた溶液を含有する電解液である場合、溶媒100質量部あたりのリチウム塩の配合量は、多価金属二次電池の用途、正極活物質として用いられるリチウム化合物の種類などによって異なることから、多価金属二次電池の用途、正極活物質として用いられるリチウム化合物の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。また、電解液がリチウム塩と多価金属塩とを溶媒に溶解させた溶液からなる電解液である場合、溶媒100質量部あたりの多価金属塩の配合量は、多価金属二次電池の用途、負極活物質として用いられる多価金属の種類などによって異なることから、多価金属二次電池の用途、負極活物質として用いられる多価金属の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。溶媒に対するリチウム塩と多価金属塩との配合比(リチウム塩/多価金属(モル比))は、多価金属二次電池の用途、リチウム塩および多価金属塩の種類などによって異なることから、多価金属二次電池の用途、リチウム塩および多価金属塩の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。 When the electrolytic solution is an electrolytic solution containing a solution in which a lithium salt and a polyvalent metal salt are dissolved in a solvent, the amount of the lithium salt per 100 parts by mass of the solvent depends on the use of the polyvalent metal secondary battery, the positive electrode Since it varies depending on the type of lithium compound used as the active material, it is preferable to determine appropriately according to the use of the multivalent metal secondary battery, the type of lithium compound used as the positive electrode active material, and the like. Moreover, when the electrolytic solution is an electrolytic solution made of a solution in which a lithium salt and a polyvalent metal salt are dissolved in a solvent, the blending amount of the polyvalent metal salt per 100 parts by mass of the solvent is that of the polyvalent metal secondary battery. Since it varies depending on the use, the type of polyvalent metal used as the negative electrode active material, etc., it is preferable to determine appropriately according to the use of the polyvalent metal secondary battery, the type of polyvalent metal used as the negative electrode active material, and the like. The compounding ratio of lithium salt and polyvalent metal salt to the solvent (lithium salt / polyvalent metal (molar ratio)) varies depending on the use of the polyvalent metal secondary battery, the type of lithium salt and polyvalent metal salt, etc. It is preferable to determine appropriately according to the use of the polyvalent metal secondary battery, the type of lithium salt and polyvalent metal salt, and the like.
 なお、多価金属塩がマグネシウム塩である場合、マグネシウムイオンを十分に電離させる観点から、電解液は、塩化アルミニウムを含むことが好ましい。 In addition, when the polyvalent metal salt is a magnesium salt, the electrolytic solution preferably contains aluminum chloride from the viewpoint of sufficiently ionizing magnesium ions.
 本発明の他の実施形態(以下、「実施形態2」ともいう)に係る多価金属二次電池は、-0.7V以下の標準電極電位を有する多価金属からなる負極活物質を含む負極と、正極と、前記正極と負極との間に介在する電解液とを備え、前記多価金属が、金属マグネシウムであり、前記正極が、式(I):
MgMo6-pCrp8           (I)
(式中、Aはカルコゲン原子、pは1~5の整数を示す)
で表わされる組成を有するシェブレル化合物からなる正極活物質を含む電極であることを特徴とする二次電池である。
A multivalent metal secondary battery according to another embodiment (hereinafter, also referred to as “embodiment 2”) of the present invention includes a negative electrode including a negative electrode active material made of a polyvalent metal having a standard electrode potential of −0.7 V or less. And an electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode, the polyvalent metal is magnesium metal, and the positive electrode has the formula (I):
Mg 2 Mo 6-p Cr p A 8 (I)
(In the formula, A represents a chalcogen atom, and p represents an integer of 1 to 5)
It is an electrode containing the positive electrode active material which consists of a chevrel compound which has the composition represented by these.
 本実施形態2に係る多価金属二次電池は、図2に示されるように、金属マグネシウムからなる負極活物質を含む負極(図中、21参照)および前記シェブレル化合物からなる正極活物質を含む正極(図中、11参照)が用いられているので、高い作動電圧を確保することができ、大きい充放電速度を得ることができる。また、本実施形態2に係る多価金属二次電池は、前記多価金属からなる負極が用いられているため、高いエネルギー密度を確保することができ、しかも安全性に優れている。本実施形態2に係る多価金属二次電池においては、電解液31は、リチウムカチオンと、マグネシウムカチオンとを含む溶液からなる電解液である。 As shown in FIG. 2, the multivalent metal secondary battery according to Embodiment 2 includes a negative electrode including a negative electrode active material made of magnesium metal (see 21 in the figure) and a positive electrode active material made of the chevrel compound. Since the positive electrode (see 11 in the figure) is used, a high operating voltage can be secured and a high charge / discharge rate can be obtained. In addition, since the polyvalent metal secondary battery according to Embodiment 2 uses the negative electrode made of the polyvalent metal, a high energy density can be secured and the safety is excellent. In the multivalent metal secondary battery according to the second embodiment, the electrolytic solution 31 is an electrolytic solution made of a solution containing a lithium cation and a magnesium cation.
 正極は、前記シェブレル化合物からなる正極活物質を含む電極である。かかる正極は、前記正極活物質を含有する正極材料を集電体に担持させた電極である。前記正極は、例えば、前記正極材料を集電体に塗布することなどによって製造することができる。 The positive electrode is an electrode including a positive electrode active material made of the chevrel compound. Such a positive electrode is an electrode in which a positive electrode material containing the positive electrode active material is supported on a current collector. The positive electrode can be manufactured, for example, by applying the positive electrode material to a current collector.
 前記正極材料は、前記シェブレル化合物からなる正極活物質を含有する。また、前記正極材料は、必要により、導電助剤および結着剤をさらに含有していてもよい。 The positive electrode material contains a positive electrode active material made of the chevrel compound. Further, the positive electrode material may further contain a conductive additive and a binder as necessary.
 前記導電助剤および結着剤は、前記実施形態1にかかる多価金属二次電池における導電助剤および結着剤と同じである。前記正極材料中における導電助剤の含有率は、導電助剤の種類などによって異なることから、導電助剤の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。また、前記正極材料中における結着剤の含有率は、結着剤の種類などによって異なることから、結着剤の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。 The conductive auxiliary agent and the binder are the same as the conductive auxiliary agent and the binder in the multivalent metal secondary battery according to the first embodiment. Since the content rate of the conductive auxiliary agent in the positive electrode material varies depending on the type of conductive auxiliary agent and the like, it is preferable to determine appropriately according to the type of conductive auxiliary agent. Moreover, since the content rate of the binder in the positive electrode material varies depending on the type of the binder and the like, it is preferable to appropriately determine the content according to the type of the binder and the like.
 前記集電体を構成する材料は、前記実施形態1にかかる多価金属二次電池における導電助剤および結着剤と同じである。また、前記集電体に対する正極材料の塗布量は、多価金属二次電池の用途などによって異なることから、多価金属二次電池の用途などに応じて適宜決定することが好ましい。 The material constituting the current collector is the same as the conductive additive and the binder in the multivalent metal secondary battery according to the first embodiment. Moreover, since the application amount of the positive electrode material to the current collector varies depending on the use of the multivalent metal secondary battery and the like, it is preferable to appropriately determine according to the use of the multivalent metal secondary battery and the like.
 式(I)において、Aは、カルコゲン原子である。カルコゲン原子としては、例えば、硫黄原子、セレン原子、テルル原子などが挙げられる。式(I)において、pは1~5の整数である。前記シェブレル化合物の具体例としては、MgMoCrS、MgMoCr、MgMoCr、MgMoCr、MgMoCr、MgMoCrSe、MgMoCrSe、MgMoCrSe、MgMoCrSe、MgMoCrSe、MgMoCrTe、MgMoCrTe、MgMoCrTe、MgMoCrTe、MgMoCrTeなどが挙げられるが、本発明は、例示のみに限定されるものではない。式(I)で表わされるシェブレル化合物は、MgMoと比べて質量が少なくなっていることから、式(I)で表わされるシェブレル化合物からなる正極活物質を含む正極を備える多価金属二次電池によれば、高いエネルギー密度を確保することができる。 In the formula (I), A is a chalcogen atom. As a chalcogen atom, a sulfur atom, a selenium atom, a tellurium atom etc. are mentioned, for example. In the formula (I), p is an integer of 1 to 5. Specific examples of the chevrel compound include Mg 2 Mo 5 CrS 8 , Mg 2 Mo 4 Cr 2 S 8 , Mg 2 Mo 3 Cr 3 S 8 , Mg 2 Mo 2 Cr 4 S 8 , and Mg 2 Mo 1 Cr 5 S. 8, Mg 2 Mo 5 CrSe 8 , Mg 2 Mo 4 Cr 2 Se 8, Mg 2 Mo 3 Cr 3 Se 8, Mg 2 Mo 2 Cr 4 Se 8, Mg 2 Mo 1 Cr 5 Se 8, Mg 2 Mo 5 CrTe 8 , Mg 2 Mo 4 Cr 2 Te 8 , Mg 2 Mo 3 Cr 3 Te 8 , Mg 2 Mo 2 Cr 4 Te 8 , Mg 2 Mo 1 Cr 5 Te 8, etc. It is not limited. Since the chevrel compound represented by the formula (I) has a mass smaller than that of Mg 2 Mo 6 S 8 , the polyvalent compound provided with the positive electrode including the positive electrode active material composed of the chevrel compound represented by the formula (I) According to the metal secondary battery, a high energy density can be ensured.
 本実施形態2に係る多価金属二次電池において、負極は、前記実施形態1にかかる多価金属二次電池における負極と同じである。 In the multivalent metal secondary battery according to the second embodiment, the negative electrode is the same as the negative electrode in the multivalent metal secondary battery according to the first embodiment.
 前記電解液としては、例えば、マグネシウム塩を溶媒に溶解させた溶液を含有する電解液などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。前記マグネシウム塩および溶媒は、前記実施形態1にかかる多価金属二次電池におけるマグネシウム塩および溶媒と同じである。なお、電解液は、マグネシウム塩を十分に溶解させる観点から、塩化アルミニウムをさらに含んでいてもよい。溶媒100質量部あたりのマグネシウム塩の配合量は、多価金属二次電池の用途、マグネシウム塩の種類などによって異なることから、多価金属二次電池の用途、マグネシウム塩の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。 Examples of the electrolytic solution include an electrolytic solution containing a solution in which a magnesium salt is dissolved in a solvent, but the present invention is not limited to such examples. The magnesium salt and the solvent are the same as the magnesium salt and the solvent in the multivalent metal secondary battery according to the first embodiment. The electrolytic solution may further contain aluminum chloride from the viewpoint of sufficiently dissolving the magnesium salt. Since the compounding amount of the magnesium salt per 100 parts by mass of the solvent varies depending on the use of the polyvalent metal secondary battery, the type of the magnesium salt, etc., it is appropriately determined depending on the use of the polyvalent metal secondary battery, the type of magnesium salt, etc. It is preferable to determine.
 本発明には、金属マグネシウムからなる負極活物質からなる負極を備える多価金属二次電池に用いるための正極活物質であって、式(I)で表わされる組成を有するシェブレル化合物からなる正極活物質も包含される。 The present invention provides a positive electrode active material for use in a multivalent metal secondary battery having a negative electrode made of a negative electrode active material made of metallic magnesium, and comprising a chevrel compound having a composition represented by formula (I). Substances are also included.
 なお、従来のリチウムイオン電池では、キャリアイオンが両極間を移動するロッキングチェア型の機構が採用されている。これに対し、本発明の多価金属二次電池では、正極のキャリアイオン(リチウムイオン)が負極に電析せず、負極のキャリアイオン(マグネシウムイオン)が正極活物質内部にインターカレーションしないように構成されており、電解液中にキャリアイオンが蓄えられるようになっている。したがって、正極および負極の活物質全体に含まれるこれらのキャリアイオンを当該電解液中に蓄えるためには、電解液の溶媒が多いことが望ましい。そこで、本発明の多価金属二次電池では、電解液量を減らしてエネルギー密度を向上させる観点から、電解液が沈殿飽和電解液であることが好ましい。なお、本明細書において、「沈殿含有飽和電解液」とは、2種類のキャリアイオンから構成される塩の沈殿物を、当該キャリアイオンの量が各電極用量に相当する量となるように含む電解液をいう。かかる沈殿含有飽和電解液は、例えば、正極と負極との間に、2種類の塩(例えば、MgCl、LiClなど)から構成された多孔質体をセパレータとして設置し、当該多孔質体の孔部内を満たす程度の少量の溶媒を前記多孔質体に添加することによって得ることができる。ここで、多孔質体に添加される溶媒の量は、多孔質体を構成する塩の種類などに応じて適宜決定することが好ましい。 A conventional lithium ion battery employs a rocking chair type mechanism in which carrier ions move between both electrodes. On the other hand, in the multivalent metal secondary battery of the present invention, positive carrier ions (lithium ions) do not deposit on the negative electrode, and negative carrier ions (magnesium ions) do not intercalate inside the positive electrode active material. The carrier ions are stored in the electrolytic solution. Therefore, in order to store these carrier ions contained in the entire active material of the positive electrode and the negative electrode in the electrolytic solution, it is desirable that the solvent of the electrolytic solution is large. Therefore, in the multivalent metal secondary battery of the present invention, the electrolyte solution is preferably a precipitation saturated electrolyte solution from the viewpoint of reducing the amount of the electrolyte solution and improving the energy density. In the present specification, the “precipitation-containing saturated electrolyte solution” includes a salt precipitate composed of two types of carrier ions so that the amount of the carrier ions is equivalent to each electrode dose. Refers to electrolyte. Such a precipitation-containing saturated electrolyte includes, for example, a porous body composed of two kinds of salts (for example, MgCl 2 , LiCl, etc.) as a separator between a positive electrode and a negative electrode, and pores of the porous body It can be obtained by adding a small amount of solvent sufficient to fill the part to the porous body. Here, the amount of the solvent added to the porous body is preferably determined as appropriate according to the type of salt constituting the porous body.
 電解液として沈殿飽和電解液を有する多価金属二次電池における充電プロセスを図10(A)、電解液として沈殿飽和電解液を有する多価金属二次電池における放電プロセスを図10(B)に示す。なお、図10においては、正極活物質としてLiFePO4(図中、「LFP」)を用いた場合の多価金属二次電池を例として挙げて説明する。図中、LFPはLiFePO4、Mgはマグネシウム、Mg2+はマグネシウムカチオン、A-はアニオン〔例えば、塩化物イオン(Cl-)、ホウフッ化物イオン(BF4 -)、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF6 -)など〕、Li+はリチウムカチオン、MgA2はマグネシウム塩からなる沈殿物、LiAはリチウム塩からなる沈殿物を示す。 FIG. 10A shows a charging process in a polyvalent metal secondary battery having a precipitated saturated electrolyte as an electrolytic solution, and FIG. 10B shows a discharging process in a polyvalent metal secondary battery having a precipitated saturated electrolyte as an electrolytic solution. Show. In FIG. 10, a description will be given by taking as an example a multivalent metal secondary battery in which LiFePO 4 (“LFP” in the figure) is used as the positive electrode active material. In the figure, LFP is LiFePO 4 , Mg is magnesium, Mg 2+ is a magnesium cation, A is an anion [eg, chloride ion (Cl ), borofluoride ion (BF 4 ), hexafluorophosphate ion (PF 6 ) etc.], Li + represents a lithium cation, MgA 2 represents a precipitate composed of a magnesium salt, and LiA represents a precipitate composed of a lithium salt.
 2種類のカチオン(リチウムカチオンおよび多価金属カチオン)が存在する沈殿飽和電解液では、溶媒に対する各カチオンの溶解度は互いに異なるものの、沈殿飽和電解液におけるカチオン比は、平衡状態では、一定に保たれる。 In the saturated precipitation electrolyte containing two kinds of cations (lithium cation and polyvalent metal cation), the solubility of each cation in the solvent is different from each other, but the cation ratio in the saturated precipitation electrolyte is kept constant in the equilibrium state. It is.
 充電プロセスでは、図10(A)に示されるように、正極活物質であるLiFePO4(図中、「LFP」)からリチウムカチオンが脱離する〔図10(A)の(1a)参照〕。このとき、沈殿飽和電解液中ではリチウムカチオンが飽和しているので、リチウム塩からなる沈殿物(LiA)が生じる方向に反応が進む〔図10(A)の(2b)参照〕。負極上では、マグネシウムが電析する〔図10(A)の(1b)参照〕。このとき、沈殿飽和電解液のマグネシウムイオン濃度が減少するので、マグネシウム塩からなる沈殿物(MgA)が溶解し〔図10(A)の(2a)参照〕、これにより、マグネシウムカチオンとアニオン(A)とが生じる。そして、正極から脱離したリチウムイオンと、マグネシウム塩からなる沈殿物(MgA2)から溶解したアニオン(A)とが塩を形成して沈殿する。一方、放電プロセスでは、図10(B)に示されるように、充電プロセスとは逆のプロセスが行なわれる。これにより、沈殿飽和電解液における少量の溶媒中の2種類のキャリアイオンの平衡溶解度が保たれることから、本発明の多価金属二次電池の電解液として前記沈殿飽和溶液を用いた場合には、電解液量を減らしてエネルギー密度を向上させることができる。 In the charging process, as shown in FIG. 10A, lithium cations are desorbed from LiFePO 4 (“LFP” in the figure) which is a positive electrode active material [see (1a) in FIG. 10A]. At this time, since the lithium cation is saturated in the precipitation saturated electrolyte, the reaction proceeds in a direction in which a precipitate (LiA) made of a lithium salt is generated (see (2b) in FIG. 10A). Magnesium is electrodeposited on the negative electrode (see (1b) in FIG. 10A). At this time, since the magnesium ion concentration of the saturated precipitation electrolyte decreases, the precipitate (MgA 2 ) composed of a magnesium salt dissolves (see (2a) in FIG. 10 (A)), whereby magnesium cations and anions ( A) occurs. The lithium ions desorbed from the positive electrode and the anion (A) dissolved from the precipitate (MgA 2 ) made of a magnesium salt form a salt and precipitate. On the other hand, in the discharging process, as shown in FIG. 10B, a process opposite to the charging process is performed. As a result, the equilibrium solubility of the two types of carrier ions in a small amount of solvent in the precipitation saturated electrolyte solution is maintained. Therefore, when the precipitation saturated solution is used as the electrolyte solution of the multivalent metal secondary battery of the present invention. Can reduce the amount of electrolyte and improve the energy density.
 以上説明したように、本発明の多価金属二次電池は、高い作動電圧および高エネルギー密度を有し、しかも安全性に優れている。したがって、本発明多価金属二次電池は、エネルギー需給を最適化することができ、かつ環境に対する負荷を低減させることができるエネルギー需給システムの開発、より燃費に優れたハイブリッド車、電気自動車などの開発、より小型化され、高性能化されたモバイル機器の開発などに有用である。 As described above, the multivalent metal secondary battery of the present invention has a high operating voltage and a high energy density, and is excellent in safety. Therefore, the multivalent metal secondary battery of the present invention can optimize energy supply and demand and develop an energy supply and demand system that can reduce environmental load, hybrid vehicles and electric vehicles that are more fuel efficient. It is useful for development, development of smaller and higher performance mobile devices.
 つぎに、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail based on examples. However, the present invention is not limited to such examples.
実施例1
 アルゴンガス雰囲気に保たれたグローブボックス内で、リチウム化合物(LiFePO4)からリチウムカチオンが脱離したリン酸鉄(FePO4)が3mg/cm2となるように塗布された白金板からなる作用電極と、研磨した金属マグネシウムからなる参照電極と、研磨した金属マグネシウムからなる対極と、電解液(0.5Mフェニルマグネシウムクロライドおよび0.25M塩化アルミニウムを含むテトラヒドロフラン溶液)とが用いられた三電極式セルを構築した。得られた三電極式セルと電気化学測定装置(バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP-300)とを用い、走査速度:0.1mV/sでサイクリックボルタンメトリー測定を行なった。
Example 1
Working electrode made of a platinum plate coated with 3 mg / cm 2 of iron phosphate (FePO 4 ) from which lithium cations are desorbed from a lithium compound (LiFePO 4 ) in a glove box maintained in an argon gas atmosphere Electrode using a polished reference electrode made of metallic magnesium, a counter electrode made of polished metallic magnesium, and an electrolytic solution (a tetrahydrofuran solution containing 0.5M phenylmagnesium chloride and 0.25M aluminum chloride) Built. Cyclic voltammetry measurement was performed at a scanning speed of 0.1 mV / s using the obtained three-electrode cell and an electrochemical measurement device (trade name: SP-300, manufactured by BioLogic).
 実施例1において、リチウム化合物(LiFePO4)からリチウムカチオンが脱離したリン酸鉄(FePO4)をホスト化合物とする作用電極と、研磨した金属マグネシウムからなる参照電極と、研磨した金属マグネシウムからなる対極とを用いた場合のサイクリックボルタモグラムを図3に示す。 In Example 1, a working electrode for a lithium compound iron phosphate (LiFePO 4) lithium cations from the desorbed (FePO 4) as a host compound, and a reference electrode made of polished metal magnesium, consisting polished metal magnesium A cyclic voltammogram in the case of using a counter electrode is shown in FIG.
 図3に示された結果から、カソードピークが見られないことから、リン酸鉄(FePO4)をホスト化合物とするリチウム化合物(LiFePO4)からなる作用電極には、放電反応時にマグネシウムカチオンが挿入されないことがわかる。 From the results shown in FIG. 3, since no cathode peak is observed, a magnesium cation is inserted into the working electrode made of a lithium compound (LiFePO 4 ) containing iron phosphate (FePO 4 ) as a host compound during the discharge reaction. I understand that it is not done.
実施例2
 アルゴンガス雰囲気に保たれたグローブボックス内で、白金からなる作用電極と、研磨した金属マグネシウムからなる参照電極と、研磨した金属マグネシウムからなる対極と、電解液〔1Mフェニルマグネシウムクロライド(マグネシウム塩)と0.2M塩化アルミニウムと0.2Mテトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)(リチウム塩)とを含むテトラヒドロフラン溶液〕とが用いられたビーカーセルを構築した。得られたビーカーセルと電気化学測定装置(バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP-300)とを用い、走査速度:10mV/sでサイクリックボルタンメトリー測定を行なった。
Example 2
In a glove box maintained in an argon gas atmosphere, a working electrode made of platinum, a reference electrode made of polished metal magnesium, a counter electrode made of polished metal magnesium, an electrolyte [1M phenylmagnesium chloride (magnesium salt), A beaker cell using 0.2M aluminum chloride and a tetrahydrofuran solution containing 0.2M lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) (lithium salt) was constructed. Using the obtained beaker cell and an electrochemical measurement device (trade name: SP-300, manufactured by BioLogic), cyclic voltammetry measurement was performed at a scanning speed of 10 mV / s.
 実施例2において、リチウム塩とマグネシウム塩とが配合された電解液を用いた場合のサイクリックボルタモグラムを示す図4に示す。 FIG. 4 shows a cyclic voltammogram when an electrolytic solution containing a lithium salt and a magnesium salt is used in Example 2.
 図4に示された結果から、リチウムの溶解〔図中、(A)〕、マグネシウムの溶解〔図中、(B)〕、マグネシウムの析出〔図中、(C)〕およびリチウムの析出〔図中、(D)〕が起こっていることがわかる。したがって、これらの結果から、リチウム塩とマグネシウム塩とが配合された電解液を用いた場合にも、充放電反応により、金属マグネシウムの溶解および析出を行なうことが可能であることが示唆される。 From the results shown in FIG. 4, lithium dissolution [(A) in the figure], magnesium dissolution [(B)], magnesium precipitation [(C)], and lithium precipitation [FIG. It can be seen that (D)] occurs. Therefore, these results suggest that metal magnesium can be dissolved and deposited by charge / discharge reaction even when an electrolyte containing a lithium salt and a magnesium salt is used.
実施例3
 アルゴンガス雰囲気に保たれたグローブボックス内で、充電済みのリチウム化合物(LiFePO4)が3mg/cm2となるように塗布された白金板からなる作用電極と、研磨した金属マグネシウムからなる参照電極と、研磨した金属マグネシウムからなる対極と、電解液〔1Mフェニルマグネシウムクロライド(マグネシウム塩)と0.2M塩化アルミニウムと0.2Mテトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)(リチウム塩)とを含むテトラヒドロフラン溶液〕とが用いられたビーカーセルを構築した。得られたビーカーセルと電気化学測定装置(バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP-300)とを用い、走査速度:10mV/sでサイクリックボルタンメトリー測定を行なった。
Example 3
A working electrode made of a platinum plate coated with a charged lithium compound (LiFePO 4 ) at 3 mg / cm 2 in a glove box kept in an argon gas atmosphere, and a reference electrode made of polished metallic magnesium , A counter electrode made of polished metal magnesium, and an electrolytic solution [a tetrahydrofuran solution containing 1M phenylmagnesium chloride (magnesium salt), 0.2M aluminum chloride, and 0.2M lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) (lithium salt)] And a beaker cell was constructed. Using the obtained beaker cell and an electrochemical measurement device (trade name: SP-300, manufactured by BioLogic), cyclic voltammetry measurement was performed at a scanning speed of 10 mV / s.
 実施例3において、リチウム塩とマグネシウム塩とが配合された電解液を用いた場合のサイクリックボルタモグラムを図5に示す。図中、LFPはリチウム化合物(LiFePO4)が塗布された白金板からなる作用電極における電位、Mgは対極における電位を示す。 FIG. 5 shows a cyclic voltammogram when an electrolytic solution containing a lithium salt and a magnesium salt in Example 3 is used. In the figure, LFP represents the potential at the working electrode made of a platinum plate coated with a lithium compound (LiFePO 4 ), and Mg represents the potential at the counter electrode.
 図5に示された結果から、作用電極において、放電反応時に2.3V付近にプラトーな電位が見られ、作用電極を構成するホスト化合物(FePO4)にリチウムカチオンが挿入されていることがわかる。また、対極の電位の変化から、充放電過程において、金属マグネシウムの溶解および析出が行なわれていることが示されることから、充放電反応が良好に行なわれていることがわかる。したがって、これらの結果から、放電反応時には、多価金属であるマグネシウムのカチオンが、作用電極を構成するホスト化合物(FePO4)に実質的に挿入されないが、リチウムカチオンは、作用電極を構成するホスト化合物(FePO4)に挿入され、リチウム化合物(LiFePO4)が生じている一方、充電反応時には、金属リチウムが析出する前に、多価金属である金属マグネシウムが析出していることが示唆される。 From the results shown in FIG. 5, it can be seen that a plateau potential is observed near 2.3 V in the working electrode during the discharge reaction, and lithium cations are inserted into the host compound (FePO 4 ) constituting the working electrode. . In addition, the change in the potential of the counter electrode indicates that the metal magnesium is dissolved and precipitated in the charge / discharge process, which indicates that the charge / discharge reaction is well performed. Therefore, from these results, during the discharge reaction, the cation of magnesium, which is a polyvalent metal, is not substantially inserted into the host compound (FePO 4 ) constituting the working electrode, but the lithium cation is the host constituting the working electrode. While being inserted into the compound (FePO 4 ), a lithium compound (LiFePO 4 ) is generated, and during the charging reaction, it is suggested that metal magnesium, which is a polyvalent metal, is deposited before metal lithium is deposited. .
実施例4
 アルゴンガス雰囲気に保たれたグローブボックス内で、充電済みのリチウム化合物(LiFePO4)が3mg/cm2となるように塗布された白金板からなる作用電極と、研磨した金属マグネシウムからなる参照電極と、研磨した金属マグネシウムからなる対極と、電解液〔1Mフェニルマグネシウムクロライド(マグネシウム塩)と0.2M塩化アルミニウムと0.4Mテトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)(リチウム塩)とを含むテトラヒドロフラン溶液〕とが用いられたビーカーセルを構築した。得られたビーカーセルと電気化学測定装置(バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP-300)とを用い、走査速度:10mV/sでサイクリックボルタンメトリー測定を行なった。また、カットオフ電位を1.3Vに設定し、充放電特性を調べた。
Example 4
A working electrode made of a platinum plate coated with a charged lithium compound (LiFePO 4 ) at 3 mg / cm 2 in a glove box kept in an argon gas atmosphere, and a reference electrode made of polished metallic magnesium , A counter electrode made of polished metal magnesium, and an electrolytic solution [a tetrahydrofuran solution containing 1M phenylmagnesium chloride (magnesium salt), 0.2M aluminum chloride, and 0.4M lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) (lithium salt)] And a beaker cell was constructed. Using the obtained beaker cell and an electrochemical measurement device (trade name: SP-300, manufactured by BioLogic), cyclic voltammetry measurement was performed at a scanning speed of 10 mV / s. Further, the cut-off potential was set to 1.3 V, and the charge / discharge characteristics were examined.
 実施例4において、リチウム塩とマグネシウム塩とが配合された電解液を用いた場合のサイクリックボルタモグラムを図6、カットオフ電位を1.3Vに設定し、リチウム塩とマグネシウム塩とが配合された電解液を用いた場合の充放電特性を調べた結果を図7に示す。 In Example 4, the cyclic voltammogram when using an electrolytic solution in which a lithium salt and a magnesium salt are blended is set in FIG. 6, the cutoff potential is set to 1.3 V, and the lithium salt and the magnesium salt are blended. FIG. 7 shows the result of examining the charge / discharge characteristics when the electrolytic solution is used.
 図6および図7に示された結果から、正極の電位がリチウム化合物(LiFePO4)からのリチウムカチオンの脱離および挿入に対応する電位であり、かつ負極の電位が金属マグネシウムの溶解および析出に対応する電位であることから、充放電反応が良好に行なわれていることがわかる。また、図6に示された結果から、電流の値が-または+に変わるときの電位(図6中、矢印)がほぼ0V付近であるため、起電力が大きくとれることが示される。 From the results shown in FIGS. 6 and 7, the potential of the positive electrode is a potential corresponding to desorption and insertion of lithium cations from the lithium compound (LiFePO 4 ), and the potential of the negative electrode is related to the dissolution and precipitation of magnesium metal. From the corresponding potential, it can be seen that the charge / discharge reaction is well performed. Further, the result shown in FIG. 6 indicates that the electromotive force can be increased because the potential (arrow in FIG. 6) when the current value changes to − or + is approximately 0V.
実施例5
 実施例3において、充電後および放電後の正極活物質を採取し、X線回折法によって分析した。
Example 5
In Example 3, the positive electrode active material after charging and discharging was collected and analyzed by X-ray diffraction.
 実施例5において、充電後および放電後の正極活物質のX線回折分析を行なった結果を図8に示す。 FIG. 8 shows the results of X-ray diffraction analysis of the positive electrode active material after charging and discharging in Example 5.
 図8に示された結果から、充電後の正極活物質のX線回折パターンは、作用電極を構成するホスト化合物(FePO4)のX線回折パターンと同じであることがわかる。また、図8に示された結果から、放電後の正極活物質のX線回折パターンは、作用電極を構成するリチウム化合物(LiFePO4)のX線回折パターンと同じであることがわかる。したがって、これらの結果から、充放電反応時に、作用電極において、リチウムカチオンの脱離および挿入が良好に行なわれており、放電反応時にマグネシウムカチオンが挿入されないことがわかる。 From the results shown in FIG. 8, it can be seen that the X-ray diffraction pattern of the positive electrode active material after charging is the same as the X-ray diffraction pattern of the host compound (FePO 4 ) constituting the working electrode. Further, the results shown in FIG. 8 show that the X-ray diffraction pattern of the positive electrode active material after discharge is the same as the X-ray diffraction pattern of the lithium compound (LiFePO 4 ) constituting the working electrode. Therefore, it can be seen from these results that lithium cations are well desorbed and inserted in the working electrode during the charge / discharge reaction, and magnesium cations are not inserted during the discharge reaction.
 また、リチウム化合物(LiCoO2、LiFePO4またはLiMn24)を含む正極と金属マグネシウムを含む負極とが用いられた場合の理論上の容量、起電力およびエネルギー密度を求めた。対照として、リチウム化合物(LiCoO2、LiFePO4またはLiMn24)を含む正極とカーボンを含む負極とが用いられた場合の理論上の容量、起電力およびエネルギー密度を求めた。その結果を表1に示す。 In addition, theoretical capacity, electromotive force, and energy density were determined when a positive electrode containing a lithium compound (LiCoO 2 , LiFePO 4 or LiMn 2 O 4 ) and a negative electrode containing metal magnesium were used. As a control, theoretical capacity, electromotive force, and energy density were obtained when a positive electrode containing a lithium compound (LiCoO 2 , LiFePO 4 or LiMn 2 O 4 ) and a negative electrode containing carbon were used. The results are shown in Table 1.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示された結果から、LiCoO2、LiFePO4およびLiMn24のいずれかのリチウム化合物を含む正極と、金属マグネシウムを含む負極とを用いた場合、エネルギー密度は、LiCoO2、LiFePO4およびLiMn24のいずれかのリチウム化合物を含む正極と、カーボンを含む負極とを用いたときのエネルギー密度よりも高いことが予想される。 From the results shown in Table 1, when using a positive electrode containing a lithium compound of any one of LiCoO 2 , LiFePO 4 and LiMn 2 O 4 and a negative electrode containing metallic magnesium, the energy density is LiCoO 2 , LiFePO 4. It is expected that the energy density is higher than that when a positive electrode including any lithium compound of LiMn 2 O 4 and a negative electrode including carbon is used.
 以上の結果から、-0.7V以下の標準電極電位を有する多価金属からなる負極活物質を含む負極と、リチウム化合物からなる正極活物質を含む正極とを備える多価金属二次電池によれば、高い作動電圧および高エネルギー密度を確保することができ、優れた安全性を確保することができることから、電力の貯蔵用の二次電池、ハイブリッド車、電気自動車などに用いられる車載用の二次電池、モバイル機器用の二次電池などとして好適であることが示唆される。 Based on the above results, according to a multivalent metal secondary battery comprising a negative electrode including a negative electrode active material composed of a polyvalent metal having a standard electrode potential of −0.7 V or less and a positive electrode including a positive electrode active material composed of a lithium compound. For example, a high operating voltage and a high energy density can be ensured, and excellent safety can be ensured. Therefore, a secondary battery for power storage, a hybrid vehicle, an electric vehicle, etc. It is suggested that it is suitable as a secondary battery, a secondary battery for mobile devices and the like.
実施例6
 MgMoのMoをCrに置換したシェブレル化合物であるMgMoCr(正極活物質)とカーボンブラック(導電助剤)とポリフッ化ビニリデン(結着剤)とを、MgMoCr/カーボンブラック/ポリフッ化ビニリデン(体積比)が8/1/1となるように混合し、正極材料を得た。つぎに、アルゴンガス雰囲気に保たれたグローブボックス内で、前記正極材料が3mg/cm2となるように塗布された白金板からなる作用電極と、研磨した金属マグネシウムからなる参照電極と、研磨した金属マグネシウムからなる対極と、電解液〔1Mフェニルマグネシウムクロライド(マグネシウム塩)と0.2M塩化アルミニウムとを含むテトラヒドロフラン溶液〕とが用いられた三電極式セルを構築した。得られた三電極式セルと電気化学測定装置(バイオロジック(BioLogic)社製、商品名:SP-300)とを用い、走査速度:0.1mV/sまたは10mV/sでサイクリックボルタンメトリー測定を行なった。
Example 6
And Mg 2 Mo, the Mo 6 S 8 is a Chevrel compound is substituted with Cr Mg 2 Mo 2 Cr 4 S 8 ( positive electrode active material) and carbon black (conductive auxiliary agent) and polyvinylidene fluoride (binder), Mixing was performed so that Mg 2 Mo 2 Cr 4 S 8 / carbon black / polyvinylidene fluoride (volume ratio) was 8/1/1 to obtain a positive electrode material. Next, in a glove box maintained in an argon gas atmosphere, the working electrode made of a platinum plate coated with the positive electrode material to 3 mg / cm 2, and a reference electrode made of polished metal magnesium were polished. A three-electrode cell using a counter electrode made of metallic magnesium and an electrolytic solution [tetrahydrofuran solution containing 1M phenylmagnesium chloride (magnesium salt) and 0.2M aluminum chloride] was constructed. Cyclic voltammetry measurement was performed at a scanning speed of 0.1 mV / s or 10 mV / s using the obtained three-electrode cell and an electrochemical measuring device (trade name: SP-300, manufactured by BioLogic). I did it.
 実施例6において、シェブレル化合物(MgMoCr)からなる正極活物質を含む正極を用いた場合のサイクリックボルタモグラムを図9に示す。 FIG. 9 shows a cyclic voltammogram when a positive electrode including a positive electrode active material made of a chevrel compound (Mg 2 Mo 2 Cr 4 S 8 ) is used in Example 6.
 図9に示された結果から、マグネシウム基準で、1V程度の電位がマグネシウムカチオン脱挿入電位であることがわかる。したがって、かかる結果から、マグネシウム二次電池において、シェブレル化合物(MgMoCr)からなる正極活物質を含む正極を用いた場合には、1Vの作動電圧を得ることができることが示唆される。 From the results shown in FIG. 9, it can be seen that a potential of about 1 V is the magnesium cation deinsertion potential on a magnesium basis. Therefore, from these results, it is suggested that a working voltage of 1 V can be obtained when a positive electrode including a positive electrode active material made of a chevrel compound (Mg 2 Mo 2 Cr 4 S 8 ) is used in a magnesium secondary battery. Is done.
 また、前記MgMoCrまたは当該MgMoCrと同様にMgMoのMoをCrに置換したシェブレル化合物であるMgMoCrを含む正極と金属マグネシウムを含む負極とが用いられた場合の理論上の容量、起電力およびエネルギー密度を求めた。対照として、MgMoを含む正極と金属マグネシウムを含む負極とが用いられた場合の理論上の容量、起電力およびエネルギー密度を求めた。その結果を表2に示す。 Further, the Mg 2 Mo 4 Cr 2 S 8 or Mg 2 Mo 2 Cr 4 S 8 is a Chevrel compound of Mo of the Mg 2 Mo 4 Cr 2 S 8 similarly to Mg 2 Mo 6 S 8 was replaced by Cr The theoretical capacity, electromotive force, and energy density were determined when a positive electrode containing and a negative electrode containing metallic magnesium were used. As a control, theoretical capacity, electromotive force, and energy density were determined when a positive electrode containing Mg 2 Mo 6 S 8 and a negative electrode containing metal magnesium were used. The results are shown in Table 2.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示された結果から、MgMoの実質容量と比べ、MgMoのMoをCrに置換した化合物であるMgMoCrおよびMgMoCrそれぞれの実質容量が高いことが予想される。これらの結果から、金属マグネシウムを負極とする多価金属二次電池において、式(I):
MgMo6-pCrp8           (I)
(式中、Aはカルコゲン原子、pは1~5の整数を示す)
で表わされる組成を有するシェブレル化合物からなる正極活物質を含む正極を用いた場合には、高エネルギー密度を確保することができ、金属マグネシウムを負極とする多価金属二次電池の正極活物質として好適に用いることができることが示唆される。
From the results shown in Table 2, Mg 2 Mo 6 compared with actual capacity of S 8, Mg 2 Mo 6 Mo, the S 8 which is a compound obtained by substituting the Cr Mg 2 Mo 4 Cr 2 S 8 and Mg 2 Mo 2 It is expected that the actual capacity of each of Cr 4 S 8 is high. From these results, in the multivalent metal secondary battery using metal magnesium as the negative electrode, the formula (I):
Mg 2 Mo 6-p Cr p A 8 (I)
(In the formula, A represents a chalcogen atom, and p represents an integer of 1 to 5)
As a positive electrode active material of a multivalent metal secondary battery using metal magnesium as a negative electrode, a high energy density can be secured when a positive electrode including a positive electrode active material made of a chevrel compound having a composition represented by It is suggested that it can be used suitably.
実施例7
 アルゴンガス雰囲気に保たれたグローブボックス内で、2種類の塩(MgCl2およびLiCl)で構成された多孔質体を、LiFePO4からなる正極と、研磨した金属マグネシウムからなる負極とで挟むように設置する。つぎに、前記多孔質体に少量の溶媒(テトラヒドロフランおよびグライムなどのエーテル溶媒)を添加して、沈殿飽和電解液を形成させ、多価金属二次電池を得る。得られた多価金属二次電池について、性能(充放電サイクル試験など)を評価する。その結果、前記多価金属二次電池は、高い作動電圧および高エネルギー密度を確保することができることがわかる。
Example 7
In a glove box kept in an argon gas atmosphere, a porous body composed of two kinds of salts (MgCl 2 and LiCl) is sandwiched between a positive electrode made of LiFePO 4 and a negative electrode made of polished metallic magnesium. Install. Next, a small amount of solvent (ether solvent such as tetrahydrofuran and glyme) is added to the porous body to form a saturated precipitation electrolyte solution, thereby obtaining a multivalent metal secondary battery. About the obtained polyvalent metal secondary battery, performance (such as a charge / discharge cycle test) is evaluated. As a result, it can be seen that the multivalent metal secondary battery can ensure high operating voltage and high energy density.
 以上の結果から、金属マグネシウムからなる負極活物質を含む負極と、式(I)で表わされる組成を有するシェブレル化合物からなる正極活物質を含む正極と備える多価金属二次電池によれば、高い作動電圧および高エネルギー密度を確保することができ、優れた安全性を確保することができることから、電力の貯蔵用の二次電池、ハイブリッド車、電気自動車などに用いられる車載用の二次電池、モバイル機器用の二次電池などとして好適であることが示唆される。 From the above results, according to the multivalent metal secondary battery provided with the negative electrode including the negative electrode active material composed of metallic magnesium and the positive electrode including the positive electrode active material composed of the chevrel compound having the composition represented by the formula (I), Since it is possible to ensure the operating voltage and high energy density and to ensure excellent safety, secondary batteries for power storage, in-vehicle secondary batteries used in hybrid vehicles, electric vehicles, etc. It is suggested that it is suitable as a secondary battery for mobile devices.
 以上説明した実施形態および実施例は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであり、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、前記実施形態および実施例に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更および均等物をも含む趣旨である。また、当業者であれば、単なる日常的な実験手法によって、本明細書に記載された発明の具体的態様に対する多くの均等物を認識し、あるいは確認することができるであろう。そのような均等物は、本発明の範疇に含まれる。 The embodiments and examples described above are described for facilitating understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the embodiment and examples is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention. In addition, those skilled in the art will recognize, or be able to ascertain using no more than routine experimentation, many equivalents to the specific embodiments of the invention described herein. Such equivalents are within the scope of the present invention.
 なお、下記クレームとは別に、本発明の範疇には、以下の態様も含まれる。
(1)-0.7V以下の標準電極電位を有する多価金属からなる負極活物質を含む負極と、正極と、前記正極と負極との間に介在する電解液とを備え、
 前記多価金属が、金属マグネシウムであり、
 前記正極が、式(I):
MgMo6-pCrp8           (I)
(式中、Aはカルコゲン原子、pは1~5の整数を示す)
で表わされる組成を有するシェブレル化合物からなる正極活物質を含む電極であることを特徴とする多価金属二次電池。かかる多価金属二次電池によれば、金属マグネシウムからなる負極活物質を含む負極と前記シェブレル化合物からなる正極活物質を含む正極とが併用されているので、高いエネルギー密度および高い作動電圧を確保することができ、大きい充放電速度を得ることができ、しかも安全性に優れている。
Apart from the following claims, the following aspects are also included in the scope of the present invention.
(1) A negative electrode including a negative electrode active material made of a polyvalent metal having a standard electrode potential of −0.7 V or less, a positive electrode, and an electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode,
The polyvalent metal is magnesium metal;
The positive electrode has the formula (I):
Mg 2 Mo 6-p Cr p A 8 (I)
(In the formula, A represents a chalcogen atom, and p represents an integer of 1 to 5)
A multivalent metal secondary battery comprising a positive electrode active material comprising a chevrel compound having a composition represented by: According to such a polyvalent metal secondary battery, since a negative electrode including a negative electrode active material made of metal magnesium and a positive electrode including a positive electrode active material made of the chevrel compound are used in combination, a high energy density and a high operating voltage are ensured. It is possible to obtain a large charge / discharge rate and is excellent in safety.
(2)金属マグネシウムからなる負極活物質からなる負極を備える多価金属二次電池に用いるための正極活物質であって、
 式(I):
MgMo6-pCrp8           (I)
(式中、Aはカルコゲン原子、pは1~5の整数を示す)
で表わされる組成を有するシェブレル化合物からなることを特徴とする正極活物質。前記正極活物質によれば、式(I)で表わされるシェブレル化合物からなるので、高いエネルギー密度を確保することができる。
(2) A positive electrode active material for use in a polyvalent metal secondary battery including a negative electrode made of a negative electrode active material made of metallic magnesium,
Formula (I):
Mg 2 Mo 6-p Cr p A 8 (I)
(In the formula, A represents a chalcogen atom, and p represents an integer of 1 to 5)
A positive electrode active material comprising a chevrel compound having a composition represented by: According to the positive electrode active material, since it is composed of the chevrel compound represented by the formula (I), a high energy density can be ensured.
 1  多価金属二次電池
 2  多価金属二次電池
 10 正極
 11 正極
 20 負極
 21 正極
 30 電解液
 31 電解液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multivalent metal secondary battery 2 Multivalent metal secondary battery 10 Positive electrode 11 Positive electrode 20 Negative electrode 21 Positive electrode 30 Electrolytic solution 31 Electrolytic solution

Claims (4)

  1.  -0.7V以下の標準電極電位を有する多価金属からなる負極活物質を含む負極と、正極と、前記正極と負極との間に介在する電解液とを備え、
     前記正極が、リチウム化合物からなる正極活物質を含む正極であることを特徴とする多価金属二次電池。
    A negative electrode including a negative electrode active material made of a polyvalent metal having a standard electrode potential of −0.7 V or less, a positive electrode, and an electrolyte solution interposed between the positive electrode and the negative electrode;
    The multivalent metal secondary battery, wherein the positive electrode is a positive electrode containing a positive electrode active material made of a lithium compound.
  2.  前記電解液が、リチウムカチオンと、前記多価金属のカチオンとを含む溶液を含有する電解液である請求項1に記載の多価金属二次電池。 The multivalent metal secondary battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution is an electrolytic solution containing a solution containing a lithium cation and a cation of the polyvalent metal.
  3.  前記多価金属が、金属カルシウム、金属マグネシウム、金属アルミニウムおよび金属亜鉛からなる群より選ばれた金属である請求項1または2に記載の多価金属二次電池。 The multivalent metal secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the polyvalent metal is a metal selected from the group consisting of metallic calcium, metallic magnesium, metallic aluminum and metallic zinc.
  4.  前記多価金属が、金属マグネシウムである請求項3に記載の多価金属二次電池。 The multivalent metal secondary battery according to claim 3, wherein the polyvalent metal is magnesium metal.
PCT/JP2014/060435 2013-04-11 2014-04-10 Polyvalent metal secondary battery WO2014168218A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201480020351.7A CN105103360A (en) 2013-04-11 2014-04-10 Polyvalent metal secondary battery
JP2015511303A JPWO2014168218A1 (en) 2013-04-11 2014-04-10 Multivalent metal secondary battery
KR1020157030916A KR20150143535A (en) 2013-04-11 2014-04-10 Polyvalent metal secondary battery

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013083061 2013-04-11
JP2013-083061 2013-04-11
JP2013236074 2013-11-14
JP2013-236074 2013-11-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014168218A1 true WO2014168218A1 (en) 2014-10-16

Family

ID=51689622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/060435 WO2014168218A1 (en) 2013-04-11 2014-04-10 Polyvalent metal secondary battery

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JPWO2014168218A1 (en)
KR (1) KR20150143535A (en)
CN (1) CN105103360A (en)
WO (1) WO2014168218A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015105140A1 (en) * 2014-01-08 2015-07-16 国立大学法人京都大学 Secondary battery
JP2018181446A (en) * 2017-04-04 2018-11-15 トヨタ自動車株式会社 Electrolyte solution for lithium ion secondary battery

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6796784B2 (en) * 2016-10-12 2020-12-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solid electrolyte and secondary battery using it
KR101960586B1 (en) * 2017-02-02 2019-03-20 한국산업기술대학교산학협력단 Highly concentrated electrolyte and hybrid battery including the same
KR102183661B1 (en) 2017-08-16 2020-11-26 주식회사 엘지화학 Electrolyte for secondary battery and secondary battery comprising the same
DE102019219007A1 (en) * 2019-12-05 2021-06-10 Honda Motor Co., Ltd. Magnesium powder anodes and electrochemical cells including such anodes

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10106628A (en) * 1996-09-30 1998-04-24 Sanyo Electric Co Ltd Manufacture of nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2003100347A (en) * 2001-09-26 2003-04-04 Toshiba Corp Nonaqueous electrolyte cell and nonaqueous electrolyte
WO2012147778A1 (en) * 2011-04-26 2012-11-01 株式会社日立製作所 Lithium aluminum battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10106628A (en) * 1996-09-30 1998-04-24 Sanyo Electric Co Ltd Manufacture of nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2003100347A (en) * 2001-09-26 2003-04-04 Toshiba Corp Nonaqueous electrolyte cell and nonaqueous electrolyte
WO2012147778A1 (en) * 2011-04-26 2012-11-01 株式会社日立製作所 Lithium aluminum battery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015105140A1 (en) * 2014-01-08 2015-07-16 国立大学法人京都大学 Secondary battery
JP2018181446A (en) * 2017-04-04 2018-11-15 トヨタ自動車株式会社 Electrolyte solution for lithium ion secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2014168218A1 (en) 2017-02-16
CN105103360A (en) 2015-11-25
KR20150143535A (en) 2015-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lee et al. High-performance sodium–organic battery by realizing four-sodium storage in disodium rhodizonate
Liu et al. Rechargeable anion-shuttle batteries for low-cost energy storage
Carbone et al. A simple approach for making a viable, safe, and high-performances lithium-sulfur battery
KR102395787B1 (en) Multiple-electron aqueous battery
WO2014168218A1 (en) Polyvalent metal secondary battery
CN109524605A (en) Mixed metal organic frame diaphragm for electrochemical cell
JP5013217B2 (en) Non-aqueous secondary battery active material and non-aqueous secondary battery
US9577247B2 (en) Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery
Boltersdorf et al. Electrochemical performance of lithium-ion capacitors evaluated under high temperature and high voltage stress using redox stable electrolytes and additives
JP5293926B2 (en) Secondary battery
JP2019046589A (en) Aqueous electrolyte solution and aqueous lithium ion secondary battery
JP2017538250A (en) Electrolyte for lithium-based energy storage
JPWO2011117992A1 (en) Battery active material and battery
KR20210135262A (en) Rechargeable Li-ion Battery with Halogen Intercalated Graphite Electrode
US20160118687A1 (en) Sodium ion secondary battery
WO2018147404A1 (en) Metal air battery
US20170110756A1 (en) Sodium ion secondary battery
CN106257717A (en) Rechargeable nonaqueous electrolytic battery
JP2016189239A (en) Lithium ion secondary battery
Rubio et al. Inorganic solids for dual magnesium and sodium battery electrodes
JP2008181732A (en) Lithium-ion secondary battery and its manufacturing method
JP2015037054A (en) Lithium ion secondary battery
US8877025B2 (en) Combinatorial material screening method for an electrochemical cell
JP6875818B2 (en) Electrolyte and electrochemical device using it
WO2014175255A1 (en) Magnesium compound containing fluorine

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480020351.7

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14782519

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015511303

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20157030916

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14782519

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1