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公開番号2025027939
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-28
出願番号2023216577
出願日2023-12-22
発明の名称積層型電解質二次電池
出願人個人,個人
代理人
主分類H01M 10/36 20100101AFI20250220BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】充放電特性おけるIRドロップを低下させることのできる、積層構造型の非液体電解質を有した二次電池を提供する。
【解決手段】すくなくとも、負極となる金属電極10と、第一非液体電解質層20とを備える半電池と、正極となるカーボン電極11と、第二非液体電解質層21とを備える半電池とからなる二次電池であって、前記第二非液体電解質層21が、前記第一非液体電解質層20とは異なるイオン種を含み、前記金属電極10表面に、第一カーボン層30が設けられ、前記第一カーボン層30表面と、前記第一電解質層20表面とが接しており、前記第一非液体電解質層20表面に、第二カーボン層31が設けられ、前記第二カーボン層31表面と、前記第二非液体電解質層21表面とが接していることを特徴とする、積層構造型の非液体電解質を有した二次電池。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも、負極となる金属電極と、第一非液体電解質層とを備える半電池と、
正極となるカーボン電極と、第二非液体電解質層とを備える半電池とからなる
二次電池であって、
前記第二非液体電解質層が、前記第一非液体電解質層とは異なるイオン種を含むことを
特徴とする二次電池。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記金属電極表面に、第一カーボン層が設けられ、
前記第一カーボン層表面と、前記第一電解質層表面とが接していることを
特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記第一非液体電解質層表面に、第二カーボン層が設けられ、
前記第二カーボン層表面と、前記第二非液体電解質層表面とが接していることを
特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項４】
前記金属電極表面に、前記第一カーボン層が設けられ、
前記第一カーボン層表面と、前記第一電解質層表面とが接しており、
前記第一非液体電解質層表面に、前記第二カーボン層が設けられ、
前記第二カーボン層表面と、前記第二非液体電解質層表面とが接していることを
特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項５】
請求項１記載の二次電池において、
前記第一非液体電解質層に代えて、カーボン微粒子を均一に分散させた、
前記第一非液体電解質層と同じハロゲン塩を含む非液体電解質層を備えることを
特徴とする二次電池。
【請求項６】
前記金属電極が、マグネシウムであることを
特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記金属電極が、亜鉛であることを
特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項８】
前記金属電極が、アルミニウムであることを
特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項９】
前記金属電極が、第一金属電極と、前記第一金属電極とは異なる金属材料からなる第二金属電極とが、同一面上に設けられた構造を備えた、
異種金属材料からなる複合金属電極であることを
特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記金属電極が、前記第一金属電極を前記マグネシウムとし、前記第二金属電極を前記亜鉛とした、前記複合金属電極であることを
特徴とする請求項９に記載の二次電池。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、積層型の非液体電解質を用いた二次電池に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
充電と放電を繰り返して再利用できる二次電池は、現在様々な分野において必須のものとなっており、なかでも、リチウムイオン二次電池が広く用いられている。しかし、リチウムイオン二次電池の普及に伴い、それに起因する発火・炎上がたびたび問題となっている。また、小型電子機器においては、内部にリチウムイオン二次電池が組み込まれていることに気づかずに、廃棄処理が行われ、発火が起こってしまうようなことも起こってきている。
【０００３】
また、リチウムイオン二次電池の原料となるリチウムはレアメタルであり、資源不足や安定供給の面での課題があることから、他のベースメタルからなる電池の開発が求められている。そのため、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛等を負極とした多価イオン二次電池の研究開発が進められている。その中でも、卑な酸化還元電位（－２．３６３Ｖｖｓ. ＮＨＥ）を有し、資源量が豊富で、コストが安く、安全性が高いという利点を有しているマグネシウムを負極とした電池に関する研究開発が精力的に行われている。これまでは主に、一次電池としての検討が行われてきたが、最近では、マグネシウム二次電池の実現に向けた検討が進められている（例えば、特許文献１、非特許文献１又は２参照）。
【０００４】
ウェアラブル型の小型電子機器が今後ますます普及することが予想され、より安全な二次電池の開発が求められている。二次電池の安全性の面からは、液体電解質に代わる、固体電解質やゲル電解質等の非液体電解質からなる二次電池の開発が求められ、マグネシウム等の多価イオン二次電池においても、固体電解質（例えば、特許文献２参照）やゲル電解質（例えば、特許文献３参照）等の非液体電解質が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１１－１４２０４８号公報
特開２０１９－７９７９０号公報
特開２０２０－４３０６２号公報
【非特許文献】
【０００６】
ＰｅｉＬｉｅｔａｌ. “Ｍｅｔａｌ－ＩｏｄｉｎｅａｎｄＭｅｔａｌ－ＢｒｏｍｉｎｅＢａｔｔｅｒｉｅｓ：ＡＲｅｖｉｅｗ” Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．９４，２０３６（２０２１）
ＨｕａｊｕｎＴｉａｎｅｔａｌ. “Ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅｍａｇｎｅｓｉｕｍ／ｉｏｄｉｎｅｂａｔｔｅｒｙＣｈｅｍｉｓｔｒｙ” ＮＡＴＵＲＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ, ８：１４０８３，ＤＯＩ：１０．１０３８／ｎｃｏｍｍｓ１４０８３（２０１７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マグネシウム等のベースメタルを負極とした二次電池は、資源量、コスト、及び安全性の面で、リチウムイオン二次電池に対して優位性を有しているが、さらに安全性を上げるためには、電解質は液体電解質ではなく、固体電解質やゲル電解質等の非液体電解質であることが必要となる。
【０００８】
非液体電解質では、液体電解質の場合よりもイオン種の拡散が起こりづらいことや、電解質と電極との間の界面抵抗の増加等の様々な因子によって過電圧が生じ、それによって、放電直後に電圧が降下するＩＲドロップ（ＩＲ損）が顕著となりやすい。ＩＲドロップの増加によって、二次電池の放電電圧の低下や、充放電サイクル特性等の、電池性能の劣化が起こるという課題があった。
【０００９】
本開示は、このような課題に鑑みてなされたものであり、充放電特性おけるＩＲドロップを低下させることのできる、積層構造型の非液体電解質を有した二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
二次電池の充放電においては、酸化と還元という化学反応が利用されている。化学反応においては、エネルギー障壁を越えて化学反応を起こすための、活性化エネルギーが必要であり、電気化学反応においては、これが過電圧となり、それによってＩＲドロップ（ＩＲ損）が生じる。
（【００１１】以降は省略されています）

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