[发明专利]用于镁电池的电解质溶液和包含该电解质溶液的镁电池

说明书

技术领域

本发明涉及电解质溶液，该电解质溶液当用在镁电池中时提供比此前更大的氧化还原电流，并涉及包含该电解质溶液的镁电池。

背景技术

二次电池能够通过将与化学反应相关的化学能的减少转化为电能而放电。当电流的流动与放电过程中电流的流动反向时，二次电池还能够通过将电能转化为化学能而蓄电(充电)。镁电池使用镁，镁是一种丰富的天然资源、易于操作并具有高的能量密度，在二次电池中，镁电池的开发已有相当长的时间。

在镁电池使用镁金属作为其负电极活性材料的情况下，放电过程中在负电极处发生式(I)中的反应。

Mg→Mg²⁺+2e^-    (I)

根据式(I)产生的电子通过外电路行进、在外负载处做功并随后到达正电极。式(I)中产生的镁离子(Mg²⁺)通过在夹于负电极和正电极之间的电解质内电渗而从负电极侧移动到正电极侧。

另外，当使用五氧化二钒(V₂O₅)作为正电极活性材料时，放电过程中正电极处发生式(II)中的反应。

V₂O₅+Mg²⁺+2e^-→MgV₂O₅    (II)

在充电过程中，负电极和正电极处分别发生式(I)和(II)中的逆反应，镁在负电极处再生并且五氧化二钒(V₂O₅)在正电极处再生，由此使得能够再次进行放电。

作为与镁电池电解质溶液有关的技术，日本专利申请公开第2012-150924号(JP2012-150924A)中披露了镁二次电池电解质溶液的技术，其中所述镁二次电池电解质溶液包含引入了缩合磷酸酯的酯型电解质溶液。

在JP2012-150924A的说明书第[0020]段中，描述了通过向酯型电解质溶液如碳酸亚丙酯(PC)溶液中加入缩合磷酸酯所提供的溶液作为电解质溶液。

发明内容

作为本发明人的研究结果，已经表明：对电解质溶液使用有机溶剂的常规镁电池表现出小的氧化还原电流。另外，对使用易燃并挥发性的有机溶剂如PC的常规镁电池的可靠性的改善存在限制。

与此相反，在努力改善可靠性的过程中，已经可得到对电解质溶液使用离子液体(常温下为熔融盐)的镁电池。该离子液体指在100℃或低于100℃下为液体并且通常不挥发的盐。这样的不挥发电解质溶液不仅可改善可靠性，而且提供表现出相当宽的电位窗口(电位区域)和相当高的离子传导性的优点。本发明鉴于前文中描述的情况而完成并提供当用在镁电池中时可产生比此前更大的氧化还原电流的电解质溶液，并且还提供包含该电解质溶液的镁电池。

根据本发明的镁电池电解质溶液包含由以下通式(1)所表示的介离子化合物：

[C1]

通式(1)

(在通式(1)中，R¹和R²各自独立地为C_1-7烃基基团或含氧的烃基基团，并且X为O或S。)

根据本发明的镁电池电解质溶液优选还包含浓度为0.01mol／kg至1.5mol／kg的镁盐。

根据本发明的镁电池为至少具有正电极、负电极以及介于正电极和负电极之间的电解质溶液层的电池，其中该电解质溶液层可包含上述镁电池电解质溶液。

在镁电池中使用的过程中，根据本发明的介离子化合物的引入可提供大的氧化还原电流。

附图说明

本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性将在下文结合附图描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，且其中：

图1为示出根据本发明的镁电池中的层结构的一个实例的图，其中该图示意性地示出了沿层合方向切开的截面；和

图2为叠合(overlay)了实施例1至3及对比例1和2中的镁电池电解质溶液的循环伏安曲线(CV)的图。

具体实施方式

1.根据本发明的镁电池电解质溶液包含由以下通式(1)所表示的介离子化合物。

[C2]

通式(1)

(在通式(1)中，R¹和R²各自独立地为C_1-7烃基基团或含氧的烃基基团，并且X为O或S。)