鎂電池及包含該鎂電池的發電裝置的制造方法

鎂電池及包含該鎂電池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合適地使用的鎂電池。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、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】
鎂電池及包含該鎂電池的發電裝置
技術領域
[0001]本發明涉及鎂電池及包含該鎂電池的發電裝置，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合適地使用的鎂電池及包含該鎂電池的發電裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，利用鎂離子的移動的鎂電池作為成本及安全性優異的電池備受關注。鎂的標準電極電位低達-2.375V，在金屬中，不僅比較輕質，而且與鋰相比，安全性也高，且資源性也豐富。
[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，具備由鎂構成的負極、和能夠保持從負極溶出鎂離子的水系電解液的保液部，保液部將檸檬酸鹽的水溶液作為水系電解液保持。
[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，抑制氧化鎂的析出，能夠進行鎂的持續電解，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插入及脫離的正極、能夠進行鎂金屬、含有鎂的合金或鎂離子的插入及脫離的負極、以及具有鎂離子導電性的電解質，其中，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及專利文獻2的鎂電池未考慮到在寒冷地域的使用，伴隨使用環境溫度的降低而電解液凍結時，難以使用。而且，由于正極及負極持續與電解液接觸，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合適地使用的鎂電池。另外，本發明的目的還在于提供一種便攜用或者臨時用的發電裝置，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合適地使用。
[0014]用于解決課題的技術方案
[0015]為了解決上述課題，本發明提供一種鎂電池(及使用鎂電池的發電裝置)，其特征在于，具有:
[0016]殼體，
[0017]包含正極及負極的電極部，其中，負極具有含有鎂的負極活性物質，
[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]在使用時，利用來自外部的壓力，上述分散介質與上述電解質接觸、混合，進行發電。
[0023]在上述本發明的鎂電池中，作為代表的方式，優選:
[0024]上述殼體由包含上述電極部的第一殼體和包含上述分散介質的第二殼體構成，
[0025]上述第二殼體的底面以朝向上述第二殼體向下的方式傾斜，上述分散介質利用重力而從上述第二殼體自然流入上述第一殼體。
[0026]該情況下，優選:在上述第二殼體設有具有突起部的插入部件，
[0027]上述分散介質內包于袋體，
[0028]在使用時，通過來自外部的壓力，上述插入部件刺破上述袋體，上述分散介質與上述電解質接觸、混合，進行發電。
[0029]另外，在本發明的鎂電池中，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、及丙二醇中的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?-50°c、更優選為(TC?-90°c)不凍結。
[0030]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，通過電解質與分散介質混合，發揮作為電解液的功能。該電解液只要是與電極部接觸的形態即可，本發明中，可以是液體，也可以是流體，還可以是凝膠體。另外，本發明還提供一種將蓄電池與本發明的鎂電池組合而成的發電裝置。
[0031]發明效果
[0032]本發明能夠提供能夠長期保存并且即使在寒冷地域也能夠合適地使用的鎂電池及使用該鎂電池的發電裝置。另外，也能夠適當更換含有分散介質的袋體(例如在分散介質為防凍液的情況下，由于防凍液也經年劣化，因此優選為能夠更換的構造。)。
【附圖說明】
[0033]圖1是示意表示使用了本發明的鎂電池的發電裝置的代表實施方式的結構的概略俯視圖。
[0034]圖2是用于說明圖1所示的發電裝置的第二殼體10的內部構造的局部概略剖面圖。
[0035]圖3是表示本發明的鎂電池的電極配置的一例的概略圖。
[0036]圖4是表示本發明的鎂電池的放電時的狀態的概略圖。
[0037]符號說明
[0038]l...鎂電池(發電裝置)、
[0039]2…殼體、4…電極部、
[0040]6…袋體(分散介質貯存部)、
[0041]8…第一殼體、
[0042]10…第二殼體、
[0043]20…負極、
[0044]22...正極、
[0045]24...隔板、
[0046]26…電解質、
[0047]30…分散介質、
[0048]32…蓄電池、
[0049]34…插口用分接頭、
[0050]36…料斗部、
[0051 ]38…分隔部件、
[0052]40...止動器、
[0053]42…插入部件、
[0054]44…傾斜部、
[0055]46...開口部。
【具體實施方式】
[0056]以下，參照附圖詳細說明本發明的鎂電池及包含該鎂電池的發電裝置的代表實施方式，但本發明不僅限于這些實施方式。另外，在以下的說明中，對于相同或相當部分標注同一符號，也有時省略重復的說明。附圖用于示意性說明本發明，因此，為了便于理解，也有時根據需要將尺寸、比例或數量夸張或簡化表示。
[0057]《鎂電池(發電裝置)的結構》
[0058]圖1是示意表示使用了本發明的鎂電池的發電裝置的代表實施方式的結構的概略俯視圖。如圖1所示，鎂電池(發電裝置)1中，在殼體2中的第一殼體8的內部配置有由正極、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。另外，在殼體2中的第二殼體10的內部，以與電極部4分離的狀態配置有作為含有分散介質的分散介質貯存部的袋體6。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。
[0059]殼體2具有將相互相鄰的第一殼體8和第二殼體10—體化且如圖2所不在內部連通的構造，如后所述，在使用時從外部施加了壓力的情況下，袋體6中所含的分散介質與第一殼體8內的電解質接觸。
[0060]這里，圖2是用于說明圖1所示的發電裝置的第二殼體10的內部構造的局部概略剖面圖。在本實施方式中，如圖2所不，殼體2由包含電極部4或電解質的第一殼體8、和內置含有分散介質的袋體6的第二殼體10構成。
[0061]如圖2所示，第二殼體10的底面(傾斜部)44以朝向第二殼體8向下的方式傾斜，在分散介質從袋體6出來的情況下，分散介質利用重力從第二殼體10自然流入第一殼體8。
[0062]更詳細地進行說明，在本實施方式中，在第二殼體10設有在中央具有開口部的平面狀的分隔部件38，在這里配置有上端具有圓盤狀部分且下端具有尖的突起部的插入部件42，以鉤掛于圓盤狀部的方式嵌入止動器40，使插入部件42不向下方移動。
[0063]而且，在使用時，利用來自外部的壓力(即通過施加外力)，卸下該止動器40，插入部件42向下方(即圖2中箭頭X的方向)移動。
[0064]于是，利用插入部件42的尖的前端部刺破內包分散介質的袋體6，分散介質利用重力自然地流向箭頭Y的方向。此時，支承袋體6的底面的料斗部36的結構為:朝向中央的開口部向下方傾斜、分散介質流向該開口部。
[0065]在隔開第二殼體10和第一殼體8的壁的下方設有開口部46，從第二殼體10侵入第一殼體8的分散介質經由開口部46與第二殼體8中所含的電解質接觸、混合，進行發電。
[0066]通過使電極部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+)變得能夠移動，輸送電荷(發電)。
[0067]在不損及本發明的效果的范圍內，殼體2(上部殼體8及下部殼體10)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及成本等選擇即可，例如能夠合適地使用具有某程度的剛性的各種樹脂制容器等(例如大致長方體狀)。
[0068]止動器42只要在突起部能夠使袋體6的一部分破損即可，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材料，突起部能夠使用刃具或突起物等。另外，作為袋體6，只要選擇能夠安全長期保存分散介質、且能夠利用止動器42的突起部容易地破損的材料即可，能夠使用各種樹脂制袋體等。也能夠代替袋體而使用例如大致長方體狀的樹脂制容器。
[0069]《電極部》
[0070]圖3是表示本發明的鎂電池的電極配置的概略圖。在電極部4交互配置單個或多個負極20和正極22而構成電極組。這里，負極20和正極22由隔板24隔開，在隔板24和正極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。
[0071]負極20只要是具有含有鎂的負極活性物質且鎂離子(Mg2+)能夠移動的負極即可，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與鎳、不銹鋼等金屬箔壓接的材料等。
[0072]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成分的合金(例如鎂-錫合金、鎂-硅合金等)、或鎂離子(Mg2+)能夠移動的非晶碳等。含有這些負極活性物質的負極20例如能夠通過在銅箔之類的金屬箔涂布將負極活性物質和聚偏氟乙烯(PVDF)之類的粘接劑分散于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)之類的有機溶劑中得到的漿料并進行干燥來得到。
[0073]鎂電池I例如能夠為使用鹵素作為正極活性物的鎂-鹵電池、使用空氣作為正極活性物質的鎂-空氣電池、或利用鎂的插層反應的鎂離子電池等。
[0074]正極22沒有特別限定，也可以是金屬板，另外，例如在鎂-鹵電池的情況下，正極可以以鹵素為正極活性物質。該正極活性物質也可以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。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，從而作為正極活性物質的功能提高。作為鹵的氧化還原催化劑，例如，能夠例示鎳等。
[0075]在鎂-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。出于使正極22中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、金屬酞青、離子化富勒稀(fulIerene)、碳納米管等有機及無機化合物。另外，例如在鎂離子電池的情況下，正極能夠具有可吸藏放出鎂的正極活性物質。
[0076]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、粘接材料、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，為了提高電極密度而進行壓縮。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即可，沒有特別限定，例如可以使用天然石墨(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、鋁、銀、金等)等的I種或將2種以上混合而成的材料。
[0077]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能夠形成為硬幣形、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。
[0078]《電解液(電解質+分散介質)》
[0079]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也可以溶解于分散介質中。
[0080]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。
[0081]另外，作為分散介質，例如，能夠使用水、碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二甲酯(DMC)(體積比1:1)的混合溶劑、EC及碳酸二乙酯(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。
[0082]其中，優選分散介質及電解液具有防凍性，更優選含有選自甘油、乙二醇、一縮二乙二醇、及丙二醇中的I種以上的醇。
[0083]《放電狀態》
[0084]這里，圖4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，通過止動器42的移動，袋體6的一部分被前端的突起部刺破，由此，分散介質30從袋體6被放出。被放出的分散介質30從經由第二殼體10的下方傾斜部44，并經由開口部46浸入第一殼體8的內部，負極20、正極22、及電解質26—同浸漬于分散介質30中。
[0085]這樣，由于負極20、正極22、及電解質26—同浸漬于分散介質30中(S卩，電極部4浸漬于電解液中)，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，利用來自外部的壓力使止動器42向下方移動，供給分散介質30，能夠表現作為電極部電池的功能。
[0086]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以下的情況下，也能夠維持作為電池的功能。即，鎂電池I例如能夠作為寒冷地域的非常規用的電池合適地使用。
[0087]以上，對本發明的鎂電池的代表實施方式進行了說明，但本發明不僅限定于這些實施方式，能夠進行各種設計變更，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，例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的方式。
[0088]在該鎂電池中的電極部的正極端子及負極端子連接例如LED元件等時，能夠作為發電裝置適當利用。另外，電極部的構造也能夠適當變更，也可以為相對于第一電極U狀地配置第二電極的構造。電極部的數量只要是I以上即可，本發明的鎂電池能夠實現本來的作用效果。
[0089]而且，本發明的鎂電池能夠與鋰二次電池或鉛電池等蓄電池并用。與蓄電池并用時，分散介質與電解質接觸、混合而開始發電，能夠蓄積多余的電力，在需要時使用。此外，圖1所示的鎂電池I包含蓄電池32及插口用分接頭34。
【主權項】
1.一種鎂電池，其特征在于，具有: 殼體， 包含正極及負極的電極部，其中，負極具有含有鎂的負極活性物質， 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， 在使用時，利用來自外部的壓力，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， 所述殼體由包含所述電極部的第一殼體和包含所述分散介質的第二殼體構成， 所述第二殼體的底面以朝向所述第二殼體向下的方式傾斜，所述分散介質利用重力而從所述第二殼體自然流入所述第一殼體。3.如權利要求2所述的鎂電池，其特征在于， 在所述第二殼體設有具有突起部的插入部件， 所述分散介質內包于袋體， 在使用時，利用來自外部的壓力，所述插入部件刺破所述袋體，所述分散介質與所述電解質接觸、混合，進行發電。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.—種發電裝置，其包含權利要求1?4中任一項所述的鎂電池和蓄電池。
【文檔編號】H01M10/058GK105958115SQ201610524771
【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