电极、制造电极的方法、以及电化学设备技术

一种电极，至少包含镁、碳、氧、硫、以及卤素。在40eV至60eV的范围内，电极在表面上具有源自镁的单个峰。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极、制造电极的方法、以及电化学设备
本技术涉及一种含镁电极、其生产方法、以及电化学设备。
技术介绍
镁是比锂更丰富并且更廉价的资源。与锂相比，通过氧化还原反应，每单位体积的镁能够产生大量的电，并且在电池中使用的情况下，还具有高度安全性。因此，镁离子电池作为替代锂离子电池的下一代二次电池备受关注。可以形成氧化物和各种钝化膜的镁通常具有电化学惰性表面状态(例如，参见非专利文献1)。在Mg的溶解与沉积反应过程中，该惰性表面状态能够引起大的超电位。因此，目前为止，还没有使用镁金属负电极的任何商业二次电池。引用列表非专利文献非专利文献1：J.ElectroanalyticalChem.466，203(1999)
技术实现思路
专利技术要解决的问题本技术的目的是提供一种电化学活性电极、用于生产这种电极的方法、以及电化学设备。问题的解决方案为了解决以上问题，第一技术指向一种电极，该电极至少包括镁、碳、氧、硫、以及卤素，并且具有在40eV至60eV的范围内表现出源自镁的单个峰的表面。第二技术指向一种包括正电极、负电极、以及电解质的电化学设备，其中负电极至少包括镁、碳、氧、硫、以及卤素并且具有在40eV至60eV的范围内表现出源自镁的单个峰的表面。第三技术指向一种电极生产方法，包括使用含砜和镁盐的电解液执行电化学电镀。第四技术指向一种电极，该电极可通过使用包含砜和镁盐的电解液的电化学电镀而获得。专利技术效果如上所述，本技术使得可以提供一种电化学活性电极。附图说明[图1]图1是示出根据本技术的第一实施方式的镁离子电池的结构的实例的示意图。[图2]图2(a)至图2(e)是示出实例1中的镀Mg层的XPS光谱的曲线图。[图3]图3是示出实例1中的镀Mg层的XPS光谱的深度方向依赖关系的曲线图。[图4]图4是示出实例1与比较例2中的Mg电极的CV光谱的曲线图。[图5]图5是示出实例2与比较例2中的Mg电极的CV光谱的曲线图。[图6]图6是示出实例3与比较例2中的Mg电极的CV光谱的曲线图。[图7]图7(a)至图7(c)是示出比较例1中的镀Mg层的XPS光谱的曲线图。[图8]图8是示出比较例1中的镀Mg层的XPS光谱的波形分离的结果的曲线图。[图9]图9(a)至图9(e)是示出比较例2中的镀Mg层的XPS光谱的曲线图。[图10]图10是示出比较例2中的镀Mg层的XPS光谱的深度方向依赖关系的曲线图。[图11]图11(a)是示出比较例2中的镀Mg层的表面的XPS光谱的波形分离的结果的曲线图。图11(b)是示出通过从表面至约100nm的深度蚀刻比较例2中的镀Mg层而暴露的一部分的XPS光谱的波形分离的结果的曲线图。图11(c)是示出通过从表面至约200nm的深度蚀刻比较例2中的镀Mg层而暴露的一部分的XPS光谱的波形分离的结果的曲线图。[图12]图12是示出实例4中的镁硫二次电池的结构的分解立体图。[图13]图13是示出实例4中的镁硫二次电池的充电-放电曲线的曲线图。具体实施方式基本上，电化学设备可以是任何类型。电化学设备的具体实例包括各种电池、电容器、以及具有包含镁的电极的传感器、以及镁离子过滤器。例如，具有包含镁的电极的电池是二次电池、空气电池、以及燃料电池。电化学设备可以安装在笔记本个人电脑、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、无线电话的基础和扩展单元、摄像机、数字静止照相机、数字书、电子词典、便携式音乐播放器、无线电装置、耳机、游戏机、导航系统、记忆卡、心脏起搏器、助听器、电子工具、电动剃须刀、电冰箱、空调、电视、立体声系统、热水器、微波炉、洗碗机、洗衣机、烘干机、照明设备、玩具、医疗器械、机器人、道路调试器、交通信号、铁路车辆、高尔夫球车、电动推车、以及电动汽车(包括混合动力车)的驱动动力源或辅助动力源中或用于向其驱动动力源或辅助动力源供应电力。电化学设备还可安装在诸如房屋或发电设施的建筑物的电力储存源中或用于向电力储存源供应电力。电化学设备还可用作被称为智能格栅的电储存设备。这样的电储存设备不仅能够供应电力，而且还通过接收来自其他动力源的电力而储存电力。可使用的其他动力源的实例包括热力发电机、核发电机、水力发电机、太阳能电池、风力发电机、地热发电机、以及燃料电池(包括双燃料电池)。将按照下列顺序描述本技术的实施方式。1第一实施方式(电极及其生产方法)2第二实施方式(镁离子电池)<1第一实施方式>[电极的配置]根据本技术的第一实施方式的电极包括集电极和设置在集电极的表面上的活性材料层。该电极被称为镁电极，适合用作镁离子电池的电极。(集电极)集电极包括金属箔，诸如，铜箔、镍箔、或不锈钢箔。(活性材料层)活性材料层是具有镁离子导电性并且在其表面处和附近至少包含镁(Mg)、碳(C)、氧(O)、硫(S)、以及卤素的层。此外，在40eV至60eV的范围内，活性材料层具有表现出源自镁的单个峰的表面。例如，卤素可以选自于由氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、以及碘(I)组成的组中的至少一种。在从其表面至200nm的深度的区域内，活性材料层优选在40eV至60eV的范围内表现出源自镁的单个峰。这是因为在这种情况下，活性材料层在从表面至内部的区域内将处于电化学活性。此外，出于相似原因，在活性材料层中，从表面至200nm的深度，镁的氧化状态优选地大致恒定。在从其前表面至其后表面的深度内，活性材料层优选地在40eV至60eV的范围内表现出源自镁的单个峰。这是因为在这种情况下，整个活性材料层将具有良好的电活性。此外，出于相似原因，从活性材料层的前表面至后表面，活性材料层中镁的氧化状态优选地大致恒定。在此上下文中，术语“活性材料层的前表面”指活性材料层的两个表面中的位于形成有电极表面的一侧上的一个表面，并且术语“活性材料层的后表面”指与前表面相对的另一表面，换言之，位于形成有集电极-活性材料层界面的一侧上的另一表面。无论活性材料层是否包含上述元件，都可以通过使用X射线光电子能谱(XPS)对活性材料层进行分析而确定。此外，XPS还可用于确定活性材料层是否表现出上述峰以及在活性材料层中镁的氧化状态是否如上所述。优选地，活性材料层是电镀层，其可以通过使用包括砜和溶于砜中的镁盐的电解液的电化学电镀而形成。应注意，下面在部分“电极生产方法”中将描述砜和镁盐。[电极生产方法]接下来，将描述电极生产方法的实例。首先，制备含镁离子的非水性电解液，包括含砜的溶剂和溶于溶剂中的镁盐。在电解液中，砜与镁盐的摩尔比为例如但不限于4至35，典型地是6至16，优选地是7至9。例如，砜是由R1R2SO2代表的烷基砜，其中，R1和R2各自代表烷基基团、或烷基砜衍生物。鉴于此，R1和R2基团的类型(R1和R2基团中以及R1和R2基团的组合中的碳原子数量)不受限制并且可根据需要进行选择。在R1和R2基团中的每一个内的碳原子数量优选但不限于4以下。此外，R1和R2基团中的碳原子数量优选但不限于4至7。例如，R1和R2各自是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、或叔丁基。具体地，烷基砜是选自于由二甲基砜(DMS)、甲乙基砜(MES)、甲基正丙基砜(MnPS)、甲基异丙基砜(MiPS)、甲基正丁基砜(MnBS)、甲基异丁基砜(MiBS)、甲基仲丁基砜(MsBS)、甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极，至少包括镁、碳、氧、硫、以及卤素并且具有在40eV至60eV的范围内表现出源自镁的单个峰的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.06 JP 2015-0222971.一种电极，至少包括镁、碳、氧、硫、以及卤素并且具有在40eV至60eV的范围内表现出源自镁的单个峰的表面。2.根据权利要求1所述的电极，在从所述表面至200nm深度的区域内，所述电极在40eV至60eV的范围内表现出源自镁的单个峰。3.根据权利要求1所述的电极，其中，从所述表面至200nm的深度，镁的氧化状态大致恒定。4.根据权利要求1所述的电极，进一步包括集电极和设置在所述集电极上的活性材料层，其中，所述活性材料层至少包括镁、碳、氧、硫、以及卤素，并且在从所述活性材料层的一个表面至另一表面的深度内，所述活性材料层在40eV至60eV的范围内表现出源自镁的单个峰。5.根据权利要求1所述的电极，进一步包括集电极和设置在所述集电极上的活性材料层...

【专利技术属性】
技术研发人员：中山有理，松本隆平，川崎秀树，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP