鎂電池及包含其的發電裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種能夠長期保存并且即使在寒冷地域也能夠適宜使用的鎂電池。一種鎂電池，其特征在于，具有：殼體、包含正極及具有含有鎂的負極活性物質的負極的電極部、分散介質和通過分散于分散介質而表現鎂離子導電性的電解質，電極部和電解質配置于殼體的內部，分散介質以與電解質隔離的狀態配置于殼體的內部或外部，在使用時，分散介質與電解質接觸、混合，進行發電。
【專利說明】
鎂電池及包含其的發電裝置
技術領域
[0001]本發明涉及鎂電池及包含其的發電裝置，更具體而言，涉及能夠長期保存并且即使在寒冷地域也能夠適宜使用的鎂電池及包含其的發電裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，利用鎂離子移動的鎂電池作為成本和安全性優異的電池備受關注。鎂的標準電極電位低達一2.375V，在金屬中，不僅較輕，而且與鋰相比，安全性也高，且資源上也豐富。
[0003]例如，專利文獻1(日本特開2012 — 38666號公報)中公開有一種鎂電池，其特征在于，具備包含鎂的負極、和能夠保持使鎂離子從負極溶出的水系電解液的保液部，保液部保持檸檬酸鹽的水溶液作為水系電解液。
[0004]上述專利文獻I所記載的鎂電池中，檸檬酸離子和從負極溶出的鎂離子絡合，使氫氧化鎂的溶解度增大，由此，能夠抑制氧化鎂的析出，進行鎂的持續電解，其結果能夠持續維持較大的鎂電池的負極容量。
[0005]另外，專利文獻2(日本特開2013—182862號公報)中公開有一種鎂電池，其特征在于，包含能夠進行鎂離子的嵌入和脫嵌的正極、能夠進行鎂金屬、含鎂的合金或鎂離子的嵌入和脫嵌的負極、以及具有鎂離子導電性的電解質，正極含有鎂卟啉。
[0006]上述專利文獻2所記載的鎂電池即使在正極材料中不含高昂的稀有金屬，也能夠實現充分的放電容量，能夠提供成本性優異的鎂電池。
[0007]現有技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻I:日本特開2012 — 38666號公報
[0010]專利文獻2:日本特開2013 —182862號公報
【發明內容】
[0011]發明所要解決的課題
[0012]但是，上述專利文獻I和專利文獻2的鎂電池未考慮到在寒冷地域的使用，如果伴隨使用環境溫度的降低而電解液凍結，則難以使用。而且，由于正極和負極持續與電解液接觸，所以不適于長期保存。
[0013]因此，本發明的目的在于，提供一種能夠長期保存并且即使在寒冷地域也能夠適宜使用的鎂電池。另外，本發明的目的還在于，提供一種便攜用或臨時用的發電裝置，其通過使用該鎂電池，能夠長期保存，并且即使在寒冷地域也能夠適宜使用。
[0014]用于解決課題的方法
[0015]為了解決上述課題，本發明提供一種鎂電池(及使用該鎂電池的發電裝置)，其特征在于，
[0016]具有:殼體、
[0017]包含正極及具有含有鎂的負極活性物質的負極的電極部、
[0018]分散介質、和
[0019]通過分散于上述分散介質而表現鎂離子導電性的電解質，
[0020]上述電極部和上述電解質配置于上述殼體的內部，
[0021]上述分散介質以與上述電解質隔離的狀態配置于上述殼體的內部或外部，
[0022]在上述電極部具有端子部，該端子部由沿大致水平方向卷繞的帶狀的絕緣體和插入于沿大致水平方向設于上述絕緣體的縫隙的導線構成，
[0023]在使用時，上述分散介質與上述電解質接觸、混合，進行發電。
[0024]在上述本發明的鎂電池中，作為代表的方式，優選的是，
[0025]上述殼體包含相互處于嵌套的位置關系的第一殼體和第二殼體，
[0026]上述電極部和上述電解質配置于上述第一殼體的內部，
[0027]上述分散介質配置于上述第二殼體的內部，
[0028]通過上述第一殼體和上述第二殼體向相對接近的方向移動，上述分散介質浸入上述第一殼體的內部，進行發電。
[0029]該情況下，優選的是，具有止動器，其配置于上述第一殼體與上述第二殼體之間，抑制上述第一殼體和上述第二殼體的相對移動。
[0030]另外，本發明的鎂電池中，優選上述分散介質具有防凍性，更優選上述分散介質含有選自甘油、乙二醇、一縮二乙二醇和丙二醇中的I種以上的醇。此外，本發明中所說的“防凍性”是指分散介質在O °C以下(優選為(TC?一 50°C、更優選為(TC?一 90°C)不凍結。
[0031]而且，在本發明的鎂電池中，在從外部對第二殼體施加壓力的情況下，該第二殼體被破壞，處于第二殼體的內部的分散介質侵入第一殼體。由此，通過電解質和分散介質混合，發揮作為電解液的功能。該電解液只要是與電極部接觸的方式即可，本發明中，可以是液體，也可以是流體，還可以是凝膠體。
[0032]發明的效果
[0033]能夠提供能夠長期保存并且即使在寒冷地域也能夠適宜使用的鎂電池及使用其的發電裝置。
【附圖說明】
[0034]圖1是概念性表示本發明的鎂電池的代表性的實施方式的結構的縱剖面圖；
[0035]圖2是表示本發明的鎂電池的電極配置的一例的概略圖；
[0036]圖3是表示本發明的鎂電池的放電時的狀態的概略圖；
[0037]圖4是表示本發明的鎂電池的電極部的結構的概略圖。
[0038]符號說明
[0039]I...鎂電池、
[0040]2...殼體、
[0041]4..?電極部、
[0042]6..?分散介質貯存部、
[0043]8...第一殼體、
[0044]10...第二殼體、
[0045]12...刃部、
[0046]20...負極、
[0047]22...正極、
[0048]24...隔板、
[0049]26..?電解質、
[0050]30..?分散介質、
[0051]32..?絕緣體、
[0052]32a,32b..?縫隙、
[0053]32c...區域、
[0054]34..?導線。
【具體實施方式】
[0055]以下，參照附圖詳細說明本發明的鎂電池的代表性的實施方式，但本發明不僅僅限于這些。另外，在以下的說明中，對于相同或相當部分標注同一符號，有時也省略重復說明。附圖用于概念性地說明本發明，因此，為便于理解，有時也根據需要將尺寸、比或數夸張或簡化表示。
[0056]《鎂電池的結構》
[0057]圖1是概念性表示本發明的鎂電池的一個實施方式的結構的概略圖。如圖1所示，鎂電池I在殼體2的內部，將由正極、具有含有鎂的負極活性物質的負極及電解質構成的電極部4和分散介質貯存部6以分離的狀態配置。即，貯存于分散介質貯存部6的分散介質(流體狀)不與電極部4接觸。
[0058]殼體2沒有特別限定，只要伴隨殼體2的形狀變化等使電極部4浸漬于(接觸)分散介質貯存部6中所貯存的分散介質即可。本實施方式中，殼體2由相互處于嵌套的位置關系的第一殼體(上部殼體)8和第二殼體(下部殼體)10構成。上部殼體8的外表面抵接于下部殼體10的內表面，上部殼體8和下部殼體10利用摩擦力和/或通過機械的止動器等保持相互的相對位置，通過施加外力，能夠使上部殼體8沿下部殼體10的內表面向上下移動(滑動)。
[0059]在上部殼體8收納有電極部4，優選在上部殼體8的下表面(與下部殼體10的底面對置的面)具備刃部12。另外，上部殼體8的下表面(與下部殼體10的底面對置的面)具有開口部(未圖示。)，成為分散介質可以從該開口部浸入上部殼體8的內部的構造。
[0060]在下部殼體10收納有分散介質貯存部6，在分散介質貯存部6貯存有分散介質。通過使上部殼體8沿下部殼體10的內表面向下移動，分散介質貯存部6的上表面的一部分被刃部12破壞，由此，將分散介質從分散介質貯存部6放出。被放出的分散介質從上部殼體8的下表面(與下部殼體10對置的面)的開口部浸入上部殼體8的內部，電極部4浸漬于(接觸)分散介質。
[0061 ]通過電極部4浸漬于(接觸)分散介質，電極部4的電解質與分散介質接觸、混合，鎂離子(Mg2+)能夠移動，電荷被輸送(發電)。
[0062]殼體2(上部殼體8和下部殼體10)在不損及本發明的效果的范圍內，能夠使用現有公知的各種材料，只要考慮作為電池的安全性和成本等選定即可，例如能夠適宜使用具有一定程度的剛性的各種樹脂制容器等(例如大致長方體狀)。
[0063]刃部12只要能夠破壞分散介質貯存部6的一部分，就沒有特別限定，在不損及本發明的效果的范圍內，能夠使用現有公知的各種刃具和突起物等。另外，作為分散介質貯存部6，只要選定能夠長期安全地保存分散介質且能夠通過刃部12容易切斷的部件即可，能夠適宜使用各種樹脂制容器等(例如大致長方體狀)。另外，分散介質還可以內包于袋狀的樹脂制容器內。
[0064]此外，本實施方式中，將分散介質貯存部6配置于殼體2的內部，但也可以將分散介質貯存部6配置于殼體2的外部，在使用時將貯存于分散介質貯存部6的分散介質注入殼體2，使電極部4浸漬于分散介質中。
[0065]《電極部》
[0066]圖2是表示本發明的鎂電池的電極配置的概略圖。在電極部4交替配置單個或多個負極20和正極22而構成電極組。在此，負極20和正極22由隔板24隔開，且在隔板24與正極22之間配置有電解質26。此外，電解質26也可以以分散于正極22等方式與正極22—體形成。
[0067]負極20只要是具有含有鎂的負極活性物質且鎂離子(Mg2+)能夠移動的負極，就沒有特別限定。負極20例如能夠使用鎂金屬制片材、或將該鎂金屬制片材壓接于鎳、不銹鋼等的金屬箔得到的材料等。
[0068]另外，作為負極20的材料，能夠例示作為負極活性物質含有鎂作為主要成分的合金(例如鎂一錫合金、鎂一硅合金等)、或鎂離子(Mg2+)能夠移動的無定形碳等。含有這些負極活性物質的負極20例如能夠通過將在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)之類的有機溶劑中分散負極活性物質和聚偏氟乙烯(PVDF)之類的粘接劑得到的漿料涂布于銅箔之類的金屬箔并進行干燥而得到。
[0069]鎂電池I例如能夠制成使用鹵素作為正極活性物質的鎂一鹵素電池、使用空氣作為正極活性物質的鎂一空氣電池或利用鎂的插層反應的鎂離子電池等。
[0070]正極22沒有特別限定，也可以是金屬板，另外，例如在鎂一鹵素電池的情況下，正極能夠以鹵素作為正極活性物質。該正極活性物質也可以設為通過溶解于離子傳導介質中的鹵素進行供給。另外，正極22也可以含有鹵素的氧化還原催化劑。因為通過鹵素氧化還原催化劑促進作為正極活性物質的鹵素的還原反應，作為正極活性物質的功能提高。作為鹵素的氧化還原催化劑，例如能夠例示鎳等。
[0071]在鎂一空氣電池的情況下，正極22能夠以來自氣體或液體的氧作為正極活性物質。作為氣體，可以是空氣，也可以是氧氣。另外，作為液體，也可以是水。出于使在正極22的反應更有效進行的目的，正極22也可以含有氧的氧化還原催化劑。作為氧的氧化還原催化劑，能夠例示二氧化猛、四氧化三鈷等金屬氧化物、Pt、Pd、Co等金屬、金屬卟啉、金屬酞菁、離子化富勒烯、碳納米管等有機和無機化合物。另外，例如在鎂離子電池的情況下，正極能夠具有吸留釋放鎂的正極活性物質。
[0072]正極22也可以如下形成:將上述氧化還原催化劑和正極活性物質、粘結材料及電解質2 6等混合，添加適當的溶劑制成膏狀的正極材料，將這樣的材料涂布于集電體的表面并干燥，根據需要為提高電極密度進行壓縮。電解質26只要是對電池的性能沒有不良影響的電子傳導性材料，就沒有特別限定，例如能夠使用天然石墨(鱗狀石墨、鱗片狀石墨)或人造石墨等石墨、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳晶須、針狀焦、碳纖維、活性炭、金屬(銅、鎳、招、銀、金等)等的I種或將2種以上混合而成的材料。
[0073]在此，在本實施方式中，如圖4所示，電極部4也具有特征。圖4(a)是表示電極部4的正面側的結構的概略圖。即，電極部4具有端子部，該端子部由沿大致水平方向卷繞的帶狀的絕緣體(樹脂制或紙制)32、和插入沿大致水平方向設于絕緣體32的縫隙32a及32b的導線34構成。
[0074]在該端子部，導線34的下端部如箭頭X所示位于絕緣體32之上，不與電極部4接觸。此外，在此，設置有兩個縫隙32a、32b，但也可以為單一的縫隙。
[0075]另外，圖4(b)是表示電極部4的背面側的結構的概略圖。如該圖所示，絕緣體32沿大致水平方向卷繞電極部4，并在重合的部分32c粘接、固定。此外，通過至少在如圖4(a)中箭頭Y所示的區域Y，采用由第一殼體8按壓電極部4的構造(例如在第一殼體8的內側設置有按壓區域Y的凸部的構造)，能夠利用電極部4可靠地電、物理連接導線34。
[0076]在電極部4，根據需要也能夠適當含有其它要素。對于該要素，能夠使用現有公知的鎂電池所使用的要素，沒有特別限制。另外，電極部4能夠設為硬幣形、圓筒形、層壓形等現有公知的形狀，電極部4的制造方法也能夠使用現有公知的方法。
[0077]《電解液(電解質+分散介質)》
[0078]本發明的鎂電池中，分散介質和電解質混合而構成電解液。電解質的一部分或全部可以溶解于分散介質中。
[0079]作為電解質，例如可以列舉:鎂(雙三氟甲烷磺酰亞胺)[Mg(TFSI)2]、高氯酸鎂(Mg(C104)2、六氟磷酸鎂(Mg(PF6)2)等含有鎂離子的金屬鹽、以及氫氧化鎂(Mg(OH)2)、硫酸鎂(MgSO4)、氯化鎂(MgCl2)等含有鎂離子的金屬鹽、自然鹽等。
[0080]另外，作為分散介質，例如能夠使用:水、碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)(體積比1:1)的混合溶劑、EC和碳酸二乙酯(DEC)等的混合溶劑、或碳酸丙烯酯等的單獨溶劑、甘油、乙二醇、一縮二乙二醇、丙二醇、尿、或果汁、咖啡等飲料等。
[0081]其中，優選分散介質和電解液具有防凍性，更優選含有選自甘油、乙二醇、一縮二乙二醇和丙二醇中的I種以上的醇。
[0082]《放電狀態》
[0083]在此，圖3是表示本發明的鎂電池的放電時的狀態的概略圖。如上所述，通過上部殼體8的移動，分散介質貯存部6的一部分被刃部12切斷，由此，分散介質30從分散介質貯存部6被放出。被放出的分散介質30從上部殼體8的下表面(與下部殼體10的底面對置的面)的開口部浸入上部殼體8的內部，負極20、正極22和電解質26—同浸入分散介質30中。
[0084]這樣，由于負極20、正極22和電解質26—同浸入分散介質30中(即，電極部4浸入電解液)，從而通過經由分散有電解質26的分散介質30的鎂離子(Mg2+)的移動來輸送電荷。即，本發明的鎂電池I中，通過殼體2的變形(本實施方式中為上部殼體8的移動)和分散介質30從外部的供給，能夠表現作為電極部電池的功能。
[0085]另外，通過使用具有防凍性的分散介質30，能夠抑制使用環境溫度的降低導致的鎂電池I的電動勢的降低，即使在使用環境溫度在冰點下的情況下，也能夠維持作為電池的功能。即，鎂電池I例如能夠適合作為寒冷地域的緊急用的電池使用。
[0086]以上，對本發明的鎂電池的代表性的實施方式進行了說明，但本發明不僅僅限定于這些，可以進行各種設計變更，這些設計變更全部包含于本發明的技術范圍內。例如，在上述實施方式中，表示了將電解質貯存部配置于電極部的下側，電解質從電極部的下側浸漬的方式，但也可以設計為將電解質貯存部配置于電極部的上側，電解質從電極部的上側浸漬。
[0087]如果在該鎂電池中的電極部的正極端子和負極端子連接例如LED元件等，則能夠適合作為發電裝置利用。另外，電極部的構造可以適當變更，也可以為相對于第一電極U狀地配置第二電極的構造。電極部的數量只要為I個以上，則本發明的鎂電池就發揮本來的作用效果。
[0088]而且，本發明的鎂電池能夠與鋰二次電池、鉛電池等蓄電池并用。如果與蓄電池并用，則即使分散介質和電解質接觸、混合而開始發電，也能夠蓄積多余的電力并在需要時使用。
【主權項】
1.一種鎂電池，其特征在于: 具有:殼體、 包含正極及具有含有鎂的負極活性物質的負極的電極部、 分散介質、和 通過分散于所述分散介質而表現鎂離子導電性的電解質， 所述電極部和所述電解質配置于所述殼體的內部， 所述分散介質以與所述電解質隔離的狀態配置于所述殼體的內部或外部， 在所述電極部具有端子部，該端子部由沿大致水平方向卷繞的帶狀的絕緣體和插入于沿大致水平方向設于所述絕緣體的縫隙的導線構成， 在使用時，所述分散介質與所述電解質接觸、混合，進行發電。2.如權利要求1所述的鎂電池，其特征在于: 所述殼體包含相互處于嵌套的位置關系的第一殼體和第二殼體， 所述電極部和所述電解質配置于所述第一殼體的內部， 所述分散介質配置于所述第二殼體的內部， 通過所述第一殼體和所述第二殼體向相對接近的方向移動，所述分散介質浸入所述第一殼體的內部，進行發電。3.如權利要求2所述的鎂電池，其特征在于: 具有止動器，其配置于所述第一殼體與所述第二殼體之間，抑制所述第一殼體和所述第二殼體的相對移動。4.如權利要求1?3中任一項所述的鎂電池，其特征在于: 所述分散介質具有防凍性。5.如權利要求1?4中任一項所述的鎂電池，其特征在于: 所述分散介質含有選自甘油、乙二醇、一縮二乙二醇和丙二醇中的I種以上的醇。6.—種發電裝置，其特征在于: 其包含權利要求1?5中任一項所述的鎂電池。
【文檔編號】H01M10/058GK105958089SQ201610524769
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月5日
【發明人】焦踐銘
【申請人】焦踐銘