[发明专利]镁二次电池用正极活性物质及镁二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及镁二次电池用正极活性物质及镁二次电池。

背景技术

近年来，随着地球温室效应、城市温室效应等多种环境问题的日益凸显，对于作为化石燃料替代品的二次电池、特别是锂离子二次电池的需求急剧增加。与传统的铅二次电池、镍-镉二次电池等相比，锂离子二次电池因重量轻且容量大，因此被广泛用作手机、笔记本型个人电脑等电子设备的电源。最近，锂离子二次电池还被用作电动汽车、充电式混合动力汽车、电动自行车等的电池。

但是，就锂离子二次电池的原料锂而言，其储藏地域分布不均，且伴随近来需求的增加，存在着价格上涨的隐患。另外，由于锂离子为1价离子，因此在容量、能量密度方面存在理论极限。在电动汽车等用途中，迫切需要实现二次电池的进一步高容量化和高能量密度化，因此，期望开发出使用2价金属离子的二次电池，这是因为，与锂离子二次电池相比，使用2价金属离子时从理论上可以期待进一步的高容量化和高能量密度化。

镁是资源丰富的原料，且与锂相比价格明显低廉。另外，金属镁的离子化倾向较大，可通过氧化还原反应获得的单位体积的电量大。而且，将其用于电池时，可期待高的安全性。因此，镁二次电池是能够克服锂离子二次电池缺点的电池。如本例所示，金属镁及镁离子分别是非常有希望用作电化学器件中的电极活性物质及电解液中的电荷载体的材料。

在镁二次电池的构成材料中，就正极材料而言，可以考虑含镁离子的氧化物。

在非专利文献1中，提出了使用Mg_1.03Mn_0.97SiO₄作为正极活性物质的镁二次电池，但该电池还无法满足实用中对于二次电池的特性要求，因此与锂离子二次电池相比，镁二次电池的发展迟缓。

另一方面，非专利文献2中发表了有关具有层状结构的硅酸钴镁(magnesium cobalt silicate)的研究成果，但其中并未将所述硅酸钴镁作为二次电池的正极材料。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Z.Feng，J.Yang，Y.NuLi，J.Wang J.Power Sources 184，(2008)604-609.

非专利文献2：R.Rinaldi，G.D.Gatta，G.Artioli，K.S.Knight，C.A.Geiger Phys Chem Minerals 32，(2005)655-664.

发明内容

发明要解决的问题

作为镁二次电池的正极材料，可以考虑含镁离子的复合氧化物，其中较为理想的是能够嵌入/脱嵌镁离子的复合氧化物，到目前为止，作为已确认能够嵌入/脱嵌镁离子的实例，仅有非专利文献1中描述的复合氧化物。而且，如上所述，作为实用的二次电池的正极材料，其具备的性能还不充分。

在非专利文献2中，作为含镁离子的复合氧化物，列举了硅酸钴镁，但该文献并没有给出关于能够嵌入/脱嵌镁离子的可能性的任何启示，甚至连其具体用途也没有提及。即，非专利文献2中没有给出任何有关将该材料用作电池材料的可能性、以及电池特性等的启示。

如上所述，虽然通过晶体结构解析等已经解析了多种含镁离子的复合氧化物，但在接近无限多的含镁离子的复合氧化物中，尚未发现可实现镁离子的嵌入/脱嵌、并且能够作为正极材料容易地嵌入/脱嵌镁离子的复合氧化物。

本发明鉴于上述背景而完成，目的在于提供一种镁二次电池用正极活性物质及镁二次电池，其中，该正极活性物质用于镁二次电池用途时可以实现充放电，并且能够谋求镁二次电池特性的提高。

解决问题的方法

第1发明提供一种镁二次电池用正极活性物质，其由组成式MgMSiO₄表示，其中，所述M包含选自Co、Ni及Fe中的至少一种。

第2发明提供第1发明所述的镁二次电池用正极活性物质，其中，所述正极活性物质具有分级多孔结构。

第3发明提供一种镁二次电池，其具备第1或第2发明所述的镁二次电池用正极活性物质。

发明的效果

根据本发明，能够在镁二次电池用途中实现充放电，并且能够谋求高能量密度以及镁二次电池特性的提高。

附图说明

图1是在实施例中，制造MgCoSiO₄时，将最终的烧制温度变更为600～1000℃而得到的粉末试样的XRD图。

图2是利用SEM对实施例中的试样1-2进行观察时得到的图像。