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公開番号2025039141
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-21
出願番号2023146020
出願日2023-09-08
発明の名称亜鉛負極二次電池
出願人国立大学法人京都大学
代理人個人
主分類H01M 10/36 20100101AFI20250313BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】水系電解質を用いる亜鉛-マンガン酸化物二次電池を提供する。
【解決手段】正極活物質としてマンガン酸化物を、負極活物質して亜鉛を、電解液として塩化亜鉛水溶液を用いた二次電池であって、前記電解液の塩化亜鉛の濃度は、2.1mol/L～4mol/Lである。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質としてマンガン酸化物を、負極活物質として亜鉛を、電解液として塩化亜鉛水溶液を用いた二次電池であって、
前記電解液の塩化亜鉛の濃度は、２．１mol／Ｌ～４mol／Ｌである、二次電池。
続きを表示（約 480 文字）【請求項２】
前記マンガン酸化物は、ＭｎＯ
ｘ
（１≦ｘ≦２）であらわされる化合物である、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記マンガン酸化物は、β－ＭｎＯ
２
、Ｍｎ
２
Ｏ
３
、Ｍｎ
３
Ｏ
４
、ＭｎＯの群から選択された一種、又は、これらの混合物である、請求項１に記載の二次電池。
【請求項４】
前記マンガン酸化物は、β－ＭｎＯ
２
、請求項１に記載の二次電池。
【請求項５】
前記正極活物質とともに用いられる正極の集電体は、ニッケル箔又は黒鉛シートである、請求項１に記載の二次電池。
【請求項６】
前記電解液のｐＨが３．７～４．８である、請求項１に記載の二次電池。
【請求項７】
正極として、グラファイトシートあるいはニッケル箔に塗工されたマンガン酸化物と、セパレータと、負極として亜鉛箔との、積層構造を有する請求項１に記載の二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、マンガン酸化物正極および亜鉛負極を組み合わせた二次電池に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化、薄型化、軽量化が進む中、電子機器の電源用やバックアップ用の電池として、高エネルギー密度で充電でき、高効率で放電できる二次電池が開発されている。二次電池は、電気自動車の動力源や、分散型の電力貯蔵用電池としての開発も行われている。二次電池として、現状、最も普及しているリチウムイオン二次電池は、有機電解液が使用されるため、電池が短絡した場合に、発煙、発火、爆発の危険性がある。これに対して、水系電解質を用いた二次電池は、その安全性と環境負荷が少ないことから幅広い分野での利用が期待されている。特に電気自動車用途などでは発火の危険性を無くすため、有機電解質に代わる水系電解質を用いる二次電池が必要不可欠である。水系電解質を用いる二次電池としては、亜鉛負極二次電池の重要性が高い。とりわけ、正極に二酸化マンガンを用いた亜鉛―二酸化マンガン電池は、低コストになるため、注目されている。正負極にそれぞれ二酸化マンガン、亜鉛を用いた電池の報告としては、非特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
電池便覧発行所丸善株式会社平成２年８月２０日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、二酸化マンガンと亜鉛を組み合わせた電池として、乾電池が広く普及している。この電池系では電解液に塩化亜鉛が用いられており、その放電反応は、以下のとおりである。
正極）MnO
2
+ H
+
+ e
-
→ MnOOH
負極）4Zn + ZnCl
2
+ 8H
2
O → ZnCl
2
・4Zn(OH)
2
+ 8H
+
+ 8e
-
全反応）4Zn + 8MnO
2
+ ZnCl
2
+ 8H
2
O → ZnCl
2
・4Zn(OH)
2
+ 8MnOOH
【０００５】
この電池は、世界で広く普及しているが、唯一の欠点として一次電池であるために、使い捨てされていることである。この電池が二次電池として動作すれば、非常に利便性が向上することは言うまでもない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の二次電池は、正極活物質としてマンガン酸化物を、負極活物質として亜鉛を、電解液として塩化亜鉛水溶液を用いた二次電池であって、前記電解液の塩化亜鉛の濃度は、２．１mol／Ｌ～４mol／Ｌである。
【０００７】
本開示は、亜鉛－二酸化マンガン電池の水系電解液濃度を特定の範囲に調整することにより、二次電池化を可能にしている。さらには、従来の一次電池で用いられているγ－ＭｎＯ
２
以外のマンガン酸化物を正極に用いた場合にも二次電池として動作することを可能にしている。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の亜鉛－マンガン酸化物電池は、まず初めに一次電池として放電し、放電終了後は充放電可能な二次電池として動作する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、実施例１～５および８の各試料の放電容量のサイクル回数依存性を示す図である。
図２は、実施例１～５および８の各試料の充放電効率のサイクル回数依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態の二次電池は、亜鉛－マンガン酸化物電池である。二次電池は、亜鉛負極と、セパレータと、マンガン酸化物正極と、水系電解質とを備えている。二次電池は、亜鉛負極と、セパレータと、マンガン酸化物正極との積層構造を有している。
（【００１１】以降は省略されています）

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