[發明專利]用于鎂電池的電解質溶液和包含該電解質溶液的鎂電池

有效

• 申請號: 201410067164.6
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN104022308A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 平下恒久;中本博文
• 申請（專利權）人: 國立大學法人名古屋工業大學;豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/054
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;冷永華

技術領域

本發明涉及電解質溶液，該電解質溶液當用在鎂電池中時提供比此前更大的氧化還原電流，并涉及包含該電解質溶液的鎂電池。

背景技術

二次電池能夠通過將與化學反應相關的化學能的減少轉化為電能而放電。當電流的流動與放電過程中電流的流動反向時，二次電池還能夠通過將電能轉化為化學能而蓄電(充電)。鎂電池使用鎂，鎂是一種豐富的天然資源、易于操作并具有高的能量密度，在二次電池中，鎂電池的開發已有相當長的時間。

在鎂電池使用鎂金屬作為其負電極活性材料的情況下，放電過程中在負電極處發生式(I)中的反應。

Mg→Mg²⁺+2e^-????(I)

根據式(I)產生的電子通過外電路行進、在外負載處做功并隨后到達正電極。式(I)中產生的鎂離子(Mg²⁺)通過在夾于負電極和正電極之間的電解質內電滲而從負電極側移動到正電極側。

另外，當使用五氧化二釩(V₂O₅)作為正電極活性材料時，放電過程中正電極處發生式(II)中的反應。

V₂O₅+Mg²⁺+2e^-→MgV₂O₅????(II)

在充電過程中，負電極和正電極處分別發生式(I)和(II)中的逆反應，鎂在負電極處再生并且五氧化二釩(V₂O₅)在正電極處再生，由此使得能夠再次進行放電。

作為與鎂電池電解質溶液有關的技術，日本專利申請公開第2012-150924號(JP2012-150924A)中披露了鎂二次電池電解質溶液的技術，其中所述鎂二次電池電解質溶液包含引入了縮合磷酸酯的酯型電解質溶液。

在JP2012-150924A的說明書第[0020]段中，描述了通過向酯型電解質溶液如碳酸亞丙酯(PC)溶液中加入縮合磷酸酯所提供的溶液作為電解質溶液。

發明內容

作為本發明人的研究結果，已經表明：對電解質溶液使用有機溶劑的常規鎂電池表現出小的氧化還原電流。另外，對使用易燃并揮發性的有機溶劑如PC的常規鎂電池的可靠性的改善存在限制。

與此相反，在努力改善可靠性的過程中，已經可得到對電解質溶液使用離子液體(常溫下為熔融鹽)的鎂電池。該離子液體指在100℃或低于100℃下為液體并且通常不揮發的鹽。這樣的不揮發電解質溶液不僅可改善可靠性，而且提供表現出相當寬的電位窗口(電位區域)和相當高的離子傳導性的優點。本發明鑒于前文中描述的情況而完成并提供當用在鎂電池中時可產生比此前更大的氧化還原電流的電解質溶液，并且還提供包含該電解質溶液的鎂電池。

根據本發明的鎂電池電解質溶液包含由以下通式(1)所表示的介離子化合物：

[C1]

通式(1)

(在通式(1)中，R¹和R²各自獨立地為C_1-7烴基基團或含氧的烴基基團，并且X為O或S。)

根據本發明的鎂電池電解質溶液優選還包含濃度為0.01mol／kg至1.5mol／kg的鎂鹽。

根據本發明的鎂電池為至少具有正電極、負電極以及介于正電極和負電極之間的電解質溶液層的電池，其中該電解質溶液層可包含上述鎂電池電解質溶液。

在鎂電池中使用的過程中，根據本發明的介離子化合物的引入可提供大的氧化還原電流。

附圖說明

本發明的示例性實施方案的特征、優點以及技術和工業重要性將在下文結合附圖描述，在附圖中，相同的附圖標記表示相同的要素，且其中：

圖1為示出根據本發明的鎂電池中的層結構的一個實例的圖，其中該圖示意性地示出了沿層合方向切開的截面；和

圖2為疊合(overlay)了實施例1至3及對比例1和2中的鎂電池電解質溶液的循環伏安曲線(CV)的圖。

具體實施方式

1.根據本發明的鎂電池電解質溶液包含由以下通式(1)所表示的介離子化合物。

[C2]

通式(1)

(在通式(1)中，R¹和R²各自獨立地為C_1-7烴基基團或含氧的烴基基團，并且X為O或S。)