[发明专利]电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及例如镁电池等电化学装置。

背景技术

近年来，随着小型电子设备的小型化、轻量化以及更加便携，对此类设备所用电池的小型化、轻量化和薄型化的需求日益增加。

因为单质锂(Li)的单位重量能量容量大于其它元素，所以已存在大量有关对锂二次电池研究的报导。然而，锂二次电池存在安全性问题，并且锂资源有限且价高。

与之相比，镁资源丰富且远比锂廉价。另外，金属镁显示出大的单位体积能量容量且预期用于电池时具有高的安全性。因而，镁二次电池是能够弥补锂二次电池缺点的二次电池。因此，开发使用金属镁(Mg)作为负极活性物质的镁二次电池具有重要意义。

例如，非专利文献1(D.Aurbach et al.，Nature，407，p.724-727(2000)(第724-726页，图3))和专利文献1(特表2003-512704(第12-19页，图3))报导了可循环充放电2000次以上的镁二次电池。该电池使用金属镁作为负极活性物质以及Chevrel化合物作为正极活性物质，所述Chevrel化合物由Cu_xMg_yMo₆S₈表示，其中“x”表示0～1，“y”表示0～2。另外，该电池使用电解质溶于疏质子溶剂例如四氢呋喃(THF)中得到的溶液作为电解液，其中电解质由通式Mg(ZX₁R¹_mR²_n)₂表示，其中Z表示硼(B)或铝(Al)，X表示氯(Cl)或溴(Br)，R¹和R²各自表示烃基，“l”、“m”和“n”满足下述条件：l+m+n＝4。

Chevrel化合物为包含作为主体的Mo₆S₈和作为客体的Cu²⁺和Mg²⁺的主客体化合物。参考图5，Mo₆S₈作为原子簇存在，其中6个Mo原子周围有8个S原子，所述6个Mo原子构成正八面体，所述8个S原子构成立方体。多个原子簇规则堆叠，从而形成晶体的基本结构。Cu²⁺和Mg²⁺占据两个原子簇之间的通道区域，并与Mo₆S₈弱结合。

因而，Mg²⁺在Chevrel化合物中能够较容易地迁移，在电池放电时Mg²⁺立即吸藏到Chevrel化合物中，当充电时被吸藏的Mg²⁺立即释放出来。吸藏到Chevrel化合物中的金属离子的量可随Mo和S上电荷的重新配置而明显变换。X射线分析显示两个Mo₆S₈原子簇之间存在6个A位和6个B位，Mg²⁺离子可吸藏到这些位置。然而，Mg²⁺离子不会同时占据全部12个位置。

发明内容

不利地是，非专利文献1(D.Aurbach et al.，Nature，407，p.724-727)和专利文献1(特表2003-512704)中披露的镁二次电池的能量容量目前为锂离子二次电池能量容量的一半或更少。这是因为其正极活性物质的单位重量能量容量小。即使假设，例如放电时Chevrel化合物最大限度地发挥作用，最初处于化学式Mo₆S₈表示的状态的化合物接受两个Mg²⁺离子(式量：24.3)，转变为化学式Mg₂Mo₆S₈表示的状态，要求一个化学式的Mo₆S₈(式量：832.2)接受总式量为48.6的两个Mg²⁺离子。具体而言，Chevrel化合物仅具有镁的单位重量能量容量的约1/34，获取相应于1g镁的能量，需要约34gChevrel化合物。

因而，重要的是开发出单位重量能量容量大的正极活性物质，以有效发挥金属镁作为单位重量能量容量大的负极活性物质的特性。如该实例所述，在大多数电池中，应当改进各组分(包括负极活性物质、正极活性物质和电解质)各自的性能，并应当改进这些组分的整体性能。

本发明旨在解决上述问题，本发明的目的是提供电化学装置，构造该电化学装置以充分发挥多价金属例如金属镁作为负极活性物质的优异性能例如大的能量容量。