(57)【要約】【課題】漏洩や揮発の発生を抑制することが可能な、マグネシウムイオン２次電池用の電解液を提供する。また、上記電極を用いたマグネシウムイオン２次電池、当該マグネシウムイオン２次電池からなる電力システムを提供する。【解決手段】本発明に係る電解液は、電解液を構成する主成分としての電解質と、電解質を溶解する添加剤とを備えていて、上記添加剤がハロゲン元素を含む、マグネシウムイオン２次電池用の電解液である。上記ハロゲン元素は臭素であることが好ましく、ヨウ素または塩素であってもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を構成する主成分としての電解質と、
前記電解質を溶解する添加剤とを備えていて、
前記添加剤がハロゲン元素を含む、マグネシウムイオン２次電池用の電解液。
【請求項２】
前記ハロゲン元素は臭素である、請求項１に記載の電解液。
【請求項３】
前記ハロゲン元素はヨウ素または塩素である、請求項１に記載の電解液。
【請求項４】
前記ハロゲン元素の、前記電解液に対する溶解濃度は０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上飽和溶解度以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電解液。
【請求項５】
請求項１に記載の電解液を用いた、マグネシウムイオン２次電池。
【請求項６】
前記マグネシウムイオン２次電池の電気容量が１０Ａｈ以上１００Ａｈ以下である、請求項５に記載のマグネシウムイオン２次電池。
【請求項７】
請求項５に記載のマグネシウムイオン２次電池を用いた電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電解液、マグネシウムイオン２次電池、および電力システムに関するものであり、具体的にはマグネシウムイオン２次電池用の電解液、当該電極を用いたマグネシウムイオン２次電池、および当該マグネシウムイオン２次電池を用いた電力システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の地球温暖化対策などの環境対策として、低炭素社会を実現しようという試みがなされている。具体的には、従来の石油や石炭などを用いたエネルギに代わる、太陽光や風力発電等の新エネルギの実用化に向けて、充放電が可能な２次電池の必要性が高まってきている。２次電池としては、系の電解液を使用することが好ましいと考えられる。これは系の電解液を用いた電池は、水の電気分解電圧を超える高い電圧が得られ、また高いエネルギを得ることができるためである。
【０００３】
現在、２次電池としては、主に携帯用電子機器の電源として用いられるリチウムイオン電池が急速に普及しており、今後は電気自動車や電力貯蔵装置への参入も計画されている。これはリチウムイオン電池が高エネルギ密度を有し、長寿命であり、最も性能が優れるとされているためである。しかしリチウムは資源量（地球上の地表付近に存在する元素の割合）を示すクラーク数の値が小さい。つまりリチウムは鉱産資源としての存在量が乏しく、資源の枯渇、高コストという課題を抱えている。このためリチウムイオン電池は、携帯用電子機器よりも大型の、電気自動車などの機器への適用が困難となっている。そこで、資源が豊富でリチウムよりも低コストなマグネシウムを用いた電池（マグネシウムイオン電池）の開発が進められている。マグネシウムイオン電池は、携帯電話の基地局用のバックアップ電源等に使用する試みがなされている。たとえば特公２００５−５０５０９９号公報（特許文献１）には、金属陽極がマグネシウムである電気化学的電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公２００５−５０５０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている電気化学的電池は、金属陽極と、インターカレーション陰極と、固体ゲル状電解質とを含む。当該電気化学的電池は、陽極が上述したようにマグネシウムであるが、陰極はＣｕｘＭｇｙＭｏ６Ｓ８（０＜ｘ≦１かつ０＜ｙ≦２）で表わされるシェブレル相インターカレーション陰極である。さらに特許文献１には、陽極や陰極を浸漬する電解液の主成分となる電解質には、ハロゲンを含む電解的に活性な塩を含むことが開示されている。このハロゲンを含む電解的に活性な塩には、たとえば金属マグネシウム（Ｍｇ）と、ハロゲンである臭素（Ｂｒ）を含めば、Ｒを有機基としてＲＭｇＢｒであらわされるグリニャール試薬を挙げることができる。
【０００６】
ところで電池の負極（陽極）がＭｇで形成されている場合、放電時に当該電極が酸化されてＭｇＯを形成することがある。このＭｇＯの薄膜は絶縁性の不動態膜であり、これが形成された場合、当該負極の表面上が非常に安定に被覆される。すると負極の導電性が低下し、電極としての機能が低下することがある。グリニャール試薬は、たとえば負極がＭｇからなる電極である電池の電解液に含まれていれば、当該電池の放電時に負極のＭｇが酸化してＭｇＯが形成されることを抑制する。これはグリニャール試薬はＭｇＯを溶解する役割を有するためである。絶縁性を有するＭｇＯの不動態膜が溶解されれば、負極の電極としての機能を維持することができる。このため特に負極がＭｇで形成された電池においては、グリニャール試薬が溶解された溶液が電解液として用いられることが多い。
【０００７】
しかしグリニャール試薬は腐食性が高いため、これを保持する電池容器が耐食性の低い金属材料で形成されている場合、当該電池容器の特にグリニャール試薬と接触する内部の表面は、容易に腐食し溶解することがある。すると当該電池において電解液の漏洩が発生することがある。
【０００８】
またグリニャール試薬を溶解することが可能な溶媒はＴＨＦやＡＮに限られるため、ＲＭｇＢｒをＴＨＦに溶解した溶液が、Ｍｇを電極とする電池の電解液として用いられる。しかしＴＨＦの大気圧下における沸点は６６℃、ＡＮの同沸点は８２℃と低いため、これらの溶媒は取り扱いに注意を要する。このため電解液としてＴＨＦを用いない溶媒を用いることがより好ましい。
【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、漏洩や揮発の発生を抑制することが可能な、マグネシウムイオン２次電池用の電解液を提供することである。また、上記電解液を用いたマグネシウムイオン２次電池、当該マグネシウムイオン２次電池からなる電力システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電解液は、電解液を構成する主成分としての電解質と、上記電解質を溶解する添加剤とを備えており、上記添加剤がハロゲン元素を含む、マグネシウムイオン２次電池用の電解液である。本発明の発明者は鋭意研究の結果、電解液を構成する主成分がハロゲン元素を含むグリニャール試薬を備えれば、上述した電池容器の溶解や、沸点が低いための揮発性などの問題を生じうるが、電解液の主成分に対して添加する添加剤にハロゲン元素を含めた溶液には、グリニャール試薬のような腐食性を生じないことを見出した。
【００１１】
また本発明の発明者は、電解液の主成分としての電解質に少量加える添加剤がハロゲン元素を含んだものであれば、電解質と添加剤とからなる電解液を用いてマグネシウムイオン２次電池を駆動させることができることを見出した。このような電解液を用いれば、当該マグネシウムイオン２次電池の負極がＭｇからなるものであっても、放電時にＭｇＯの不動態膜が当該電池の動作を阻害するなどの問題を起こすことはない。
【００１２】
したがって、マグネシウムイオン２次電池に上記の電解液を用いれば、電解質としてグリニャール試薬を用いる必要がなくなる。このため、当該電解液が電池容器から漏洩するなどの不具合を抑制することができる。また電解液がグリニャール試薬を含まないため、電解液を構成する溶媒が融点の低いＴＨＦである必要はない。したがって、ＴＨＦよりも沸点の高い溶媒を当該電解液に用いることにより、電解液が不用意に揮発するなどの問題の発生を抑制することができる。つまり当該電池の安全性を向上することができる。
【００１３】
上記ハロゲン元素は臭素であることが好ましい。あるいは上記ハロゲン元素は、ヨウ素または塩素であってもよい。これらのハロゲン元素を用いれば、ＭｇＯの不動態膜を破りＭｇの溶解と析出を可能にするという効果を奏することができる。
【００１４】
上記電解液において、ハロゲン元素の、電解液に対する溶解濃度は０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上飽和溶解度以下であることが好ましい。添加剤として用いるハロゲン元素は、たとえば上述した主成分がグリニャール試薬である電解液中に含まれるハロゲン元素（Ｂｒ）の量に比べて非常に少ない。このようにハロゲン元素を、電解液の主成分ではなく、添加剤として少量だけ加えるだけでも、当該ハロゲン元素が電極のＭｇを被覆するように形成されたＭｇＯの薄膜を還元するに足る。またハロゲン元素の溶解濃度が低い当該電解液は、電池容器を腐食させるなどの反応を起こさないため、当該電池の安全性を高めることができる。
【００１５】
本発明に係る電解液を用いたマグネシウムイオン２次電池は、上述したように電池全体の容量を大きくしたりサイクル特性を向上させる作用をより顕著にすることができる。具体的には上記マグネシウムイオン２次電池の電気容量が１０Ａｈ以上１００Ａｈ以下であることが好ましい。当該マグネシウムイオン２次電池のコスト、安全性および燃費のバランスを考慮すれば、マグネシウムイオン２次電池の電気容量は上述したように１０Ａｈ以上１００Ａｈ以下が適正値となる。なお上述した電気容量の範囲のなかでも、３０Ａｈ以上７０Ａｈ以下であることがより好ましい。
【００１６】
以上に述べたマグネシウムイオン２次電池からなる電力システムは、上述したように２次電池の電解液にグリニャール試薬が含まれていない。このため、当該電解液が沸点の低いＴＨＦなどの溶媒中に溶解される必要がない。したがって、２次電池の電解液の漏洩や揮発の発生を抑制することができる、より安全なマグネシウムイオン２次電池から構成されるものである。このため、長期間にわたって安定した電気特性を供給することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、漏洩や揮発の発生を抑制することが可能である、より安全なマグネシウムイオン２次電池用の電解液を提供することができる。また、上記電極を用いた高性能なマグネシウムイオン２次電池、当該マグネシウムイオン２次電池からなる電力システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る電極の一般的な使用態様を説明するための概略断面図である。
【図２】図１の正極と集電体とが接着された領域の態様を示す概略図である。
【図３】図２の正極に導電助剤とバインダーとを含む場合の態様を示す概略図である。
【図４】図１および図２の負極の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図４の工程（Ｓ２０）において、Ｓｉの粉末からなる構造物を用いてＭｇとＳｉとを合成する態様を示す概略断面図である。
【図６】図５の処理を行なうことにより形成される、薄膜形状のＭｇｘＳｉの態様を示す概略断面図である。
【図７】スパッタリング法による、ＭｇとＳｉとの合成方法の態様を示す概略断面図である。
【図８】図７のＳｉ薄膜が焼結されることにより、ＭｇｘＳｉの薄膜が基板上に形成された態様を示す概略断面図である。
【図９】Ｍｇリボンの概略図である。
【図１０】実施の形態１に係る２次電池を形成するための正極と負極との積層体の態様を示す概略斜視図である。
【図１１】図１０の積層体を渦巻き状に巻回する態様を示す概略図である。
【図１２】実施の形態１に係るマグネシウムイオン２次電池の概略外観図である。
【図１３】図１２の線分ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける概略断面図である。
【図１４】本発明に係る電解液を用いたマグネシウムイオン２次電池と、本発明に係る電解液ではあるが添加剤を含まない電解液を用いたマグネシウムイオン２次電池との印加電圧に対する電流の特性を示すグラフである。
【図１５】正極がＷＯ３、負極がＭｇｘＳｉよりなるマグネシウムイオン２次電池の放電時と充電時における端子間の電圧の時間変化を示すグラフである。
【図１６】正極がＷＯ３、負極がＭｇリボンよりなるマグネシウムイオン２次電池の放電時と充電時における端子間の電圧の時間変化を示すグラフである。
【図１７】実施の形態２に係るマグネシウムイオン２次電池の概略外観図である。
【図１８】図１７の線分ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける概略断面図のうち一の態様を示すものである。
【図１９】図１７の線分ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける概略断面図のうち、図１８と異なる態様を示すものである。
【図２０】図１７の線分ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける概略断面図のうち、図１９とさらに異なる態様を示すものである。
【図２１】図１７の線分ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける概略断面図のうち、図２０とさらに異なる態様を示すものである。
【図２２】本発明に係るマグネシウムイオン２次電池が用いられる電力システムを示す概略図である。
【図２３】図２２のバックアップ電源を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００２０】
始めに、本発明に係る電極の一般的な使用態様について説明する。なお図１は説明を容易にするための模式図であり、実在する電池を構成する各部材の位置関係を示すものとは異なる。
【００２１】
本発明に係る電極を用いた電池とは、たとえばマグネシウムイオン２次電池である。図１に示すように、マグネシウムイオン２次電池は、具体的な態様によらず、電極として正極１と負極２とを備える。正極１と負極２との間にはセパレータ３が配置されている。また正極１と負極２とのそれぞれは、集電体４と密着するように接着されている。
【００２２】
マグネシウムイオン２次電池は充電と放電とを繰り返すことにより、複数回の使用が可能である。正極１は放電時に電流が、当該マグネシウムイオン２次電池に接続される回路（負荷）側に流れ出す側の電極である。また負極２は放電時に電流が、当該マグネシウムイオン２次電池に接続される回路（負荷）側から流れ込む側の電極である。
【００２３】
以下放電時において、正極１から電流が流れ出すため、正極１には電流源である電子が流れ込む。また負極２には電流が流れ込むため、負極２から電流源である電子が流れ出す。つまり正極１においては電子が流れ込むことによる還元反応が、負極２においては電子が流れ出すことによる酸化反応が起こる。
【００２４】
正極１と負極２とが接触することにより電流の短絡が起こることを抑制するために、正極１と負極２との間には絶縁体の材料からなるセパレータ３が配置されている。電流の短絡防止のほかにセパレータ３は、たとえば電池に対して電気分解を起こさせるために電池の内部に注入される電解液を、電池を構成する電池容器の内部に保持するために用いられることもある。
【００２５】
また電池には端子が存在する。端子とは、正極１や負極２において起こる還元反応や酸化反応による電子の流入や流出を、電流という形態で外部の回路（負荷）に出力するために設けられた領域である。正極１や負極２から端子へと電流（電子）を流すために、正極１および負極２から端子までの電流（電子）の流路となる集電体４が配置されている。
【００２６】
図１における左側の集電体４は正極１と、右側の集電体４は負極２と密着するように配置されている。このため集電体４を流路として、電子を端子に導くことができる。
【００２７】
ここで本発明に係る、マグネシウムイオン２次電池用の電極は、特に正極１がＷＯ３を含む構成であることが好ましい。このため図１の正極１と集電体４とが接着された領域においては、図２に示すようにＷＯ３からなる正極１と、集電体４とが接着されていてもよい。あるいは正極１は、Ｍｏ６Ｓ８（硫化モリブデン）や、二硫化チタンなどの含硫黄化合物からなる構成であってもよい。
【００２８】
ただしＷＯ３は絶縁体である場合、ＷＯ３の粉末粒子のみが集合することにより形成される正極１は、正極１から集電体４へと電流を流すことを困難にすることがある。このため図３に示すように正極１はＷＯ３の粉末粒子（ＷＯ３粉末６）と導電助剤８とがバインダー９により固着された構成のものであることが好ましい。
【００２９】
このようにすれば、正極１から電流が、正極１を構成する導電助剤８を通って集電体４の方へ流通する。そして当該電流が集電体４の内部を図３の左右方向に流通することにより、端子の方へ流すことができる。
【００３０】
なおＷＯ３粉末６の結晶構造は層状岩塩型構造であることが好ましい。このようにすれば、電池全体の容量を大きくしたりサイクル特性を向上させるという効果を奏することができる。これは層状岩塩型構造であれば電池の充放電に伴うタングステンイオンの脱離反応および挿入反応が容易となるためである。
【００３１】
またＷＯ３粉末６の粒子は最大粒径が１０μｍ以下であることが好ましい。ここで粒径とは、当該ＷＯ３粉末６の粒子に対してレーザ回折・散乱法による粒子径分布測定方法を用いて測定した場合における、小粒径側から大粒径側に向けて当該粉末の体積を積算した累積体積が５０％となる箇所における粉末断面の直径の値を意味する。上述した粒子径分布測定方法とは具体的には、ＷＯ３粉末６の粒子に照射したレーザ光の散乱光の散乱強度分布を解析することにより、ＷＯ３粉末６の粒子の直径を測定する方法である。
【００３２】
マグネシウムイオン２次電池の場合、負極２が金属マグネシウム（Ｍｇ）からなることが好ましい。Ｍｇは酸化されやすいため、負極２の材料に適している。あるいは負極２は、金属Ｍｇとシリコン（Ｓｉ）とが合成されたＭｇｘＳｉ（０＜ｘ≦３）を含む構成であることがより好ましい。負極２がＭｇｘＳｉであれば、Ｍｇからなる負極２のように、電池の放電時に負極２が酸化されて負極２の表面上にＭｇＯの不動態膜が形成される可能性が低くなる。このため、当該不動態膜による負極２の導電性の低下、および電池の起電力の低下などを抑制することができる。
【００３３】
負極２を表わすＭｇｘＳｉのｘは、上述したように０より大きく３以下の範囲内の任意の数値とすることが好ましい。このようにすれば、ＳｉがＭｇの酸化によるＭｇＯの薄膜の形成を抑制することができる。ＭｇＯの薄膜の形成を抑制する効果をより顕著なものとするためには、上述したｘの値の範囲は０より大きく３以下であることがより好ましく、そのなかでも１．５以上２．５以下であることがさらに好ましい。
【００３４】
以上に述べたＭｇｘＳｉを含む負極２は、たとえば粉体を焼結させたものであってもよいし、導電体からなる構造物の一の表面上に配置された箔からなるものであってもよい。負極２が上述のいずれの形態を有するものであるにせよ、図４のフローチャートに示すように、処理対象物を準備する工程（Ｓ１０）と、ＭｇとＳｉとを合成する工程（Ｓ２０）とが実施されることにより形成される。
【００３５】
粉体を焼結させることにより負極２を製造する場合は、処理対象物を準備する工程（Ｓ１０）において、Ｓｉを主成分とする粉末からなる構造物を形成する。構造物を形成するためにはたとえばＳｉを主成分とする粉末を成形型の内部に投入し、プレス加工を行なう。あるいは当該粉末にバインダーなどを加えて粘土状にしたものを成形型の内部に注ぎ込んで乾燥し成形する方法を用いる。
【００３６】
そしてＭｇとＳｉとを合成する工程（Ｓ２０）を行ない、ここでＳｉの粉末がＭｇｘＳｉの結晶に変換される。具体的には図５に示すように、カーボン容器２１の内部の試料台２３上に、工程（Ｓ１０）で準備した処理対象物２５を載置し、たとえば処理対象物２５を加熱するためのヒータが備えられている（ただしヒータは図５、図６に図示されていない）。そしてカーボン容器２１の内部（図５、図６においては試料台２３の下部）に備えられたＭｇ金属２７が加熱により蒸発し、カーボン容器２１の内部の空間がＭｇ蒸気２２で充満される。すると処理対象物２５の表面上には図５に示すようにＭｇｘＳｉ薄膜１０が形成される。これは加熱によりＳｉとＭｇとが合成反応を起こし、Ｓｉの粉末がＭｇｘＳｉの結晶に変換されることに起因する。
【００３７】
ここで、たとえば図６に示すように、処理対象物２５の表面から一定の深さ分の領域のみＳｉをＭｇｘＳｉに変換する処理を行なってもよい。この場合はＳｉの粉末を焼結した構造物の表面から一定の深さの領域に形成された薄膜（ＭｇｘＳｉ薄膜１０）としてＭｇｘＳｉが形成される。しかし処理対象物２５を加熱する時間や温度を調整することにより、処理対象物２５の内部のほぼ全体に存在するＳｉをＭｇ蒸気２２のＭｇと合成させ、処理対象物２５の構造物の全体がＭｇｘＳｉの構造物に変換される処理を行なってもよい。つまりこの場合は処理対象物２５のほぼ全体が図６のＭｇｘＳｉ薄膜１０のように変換される。この場合は構造物（ブロック）としてのＭｇｘＳｉが形成される。
【００３８】
以上においては処理対象物２５として、主成分がＳｉである粉末を成形することにより形成された構造物を用いている。しかしたとえば処理対象物として、主成分がＳｉの単結晶からなる直方体状の塊（バルク）を用いても、工程（Ｓ２０）において上記と同様の処理を行なうことができる。
【００３９】
次に導電体からなる構造物の一の表面上に箔としてのＭｇｘＳｉの負極２を形成する製造方法について、以下に説明する。この場合も、上述した粉末の処理対象物を用いた場合と同様に、図４のフローチャートに従い、処理対象物を準備する工程（Ｓ１０）と、ＭｇとＳｉとを合成する工程（Ｓ２０）とが実施される。処理対象物を準備する工程（Ｓ１０）では、たとえばＳＵＳからなる箔を準備する。このＳＵＳからなる箔の一の表面上に、たとえば図７に示すスパッタリング装置３１を用いてスパッタリングを行なうことにより、たとえば厚みが３０ｎｍのＳｉの薄膜を積層する。
【００４０】
具体的には、まず図７に示すスパッタリング装置３１の内部の試料台３２上に、上述したＳＵＳ箔２６を載置する。スパッタリング装置３１の内部の下方に備えられている試料台３２に対向するように、つまりスパッタリング装置３１の内部の上方にはターゲット基板３４が備えられている。そしてターゲット基板３４の一の表面、特に試料台３２やＳＵＳ箔２６と対向する表面上にはターゲット材料３５の薄膜が形成されている。ターゲット材料３５は、スパッタリングにより形成しようとする薄膜とほぼ同一の材料からなることが好ましい。したがってここでは、ターゲット材料３５を構成する物質は、Ｓｉを主成分とする材料であることが好ましい。
【００４１】
真空ポンプ３７を用いてスパッタリング装置３１の内部を真空状態にしながら、Ａｒガス供給源３８からスパッタリング装置３１の内部にＡｒガスを供給する。その状態で試料台３２を支持する試料台支持部３６と、ターゲット基板３４との間に直流の高電圧を印加すると、Ａｒ原子がイオン化され、Ａｒイオンがターゲット材料３５の表面上に衝突する。するとターゲット材料３５からターゲット物質であるＳｉの粒子などが弾き飛ばされる。弾き飛ばされたターゲット物質が、ターゲット材料３５に対向するように配置されたＳＵＳ箔２６の表面上に付着し、堆積する。このようにして図７に示すように、ターゲット物質であるＳｉを主成分とする物質がＳＵＳ箔２６の表面上にＳｉ薄膜２９が形成される。
【００４２】
そしてＭｇとＳｉとを合成する工程（Ｓ２０）において、上述のＳｉと同様の要領でスパッタリングを行なうことにより、Ｓｉ薄膜２９の一の表面上にＭｇ薄膜が形成される。つまりＳＵＳ箔２６の一の表面上にＳｉ薄膜とＭｇ薄膜とが積層された状態となる。その後、Ｓｉ薄膜とＭｇ薄膜とが積層されたＳＵＳ箔２６を５００℃以上１５００℃以下、たとえば８５０℃にて２時間加熱することにより、Ｓｉ薄膜中のＳｉとＭｇ薄膜中のＭｇとが合成反応される。このようにして、図８に示すように、ＳＵＳ箔２６の一の表面上にＭｇｘＳｉ薄膜２０（ＭｇｘＳｉ箔）が形成される。
【００４３】
なお以上のようなＭｇｘＳｉ薄膜２０（ＭｇｘＳｉ箔）を形成する方法としては、スパッタリングのほか、ＣＶＤ法、ＰＬＤ法、ＭＢＥ法などの一般公知の方法を用いることができる。以上のように負極２は、たとえば構造物（バルク）形状を有する焼結体であってもよいし、たとえば基板の一の表面上に形成した薄膜形状であってもよい。あるいは図９に示すＭｇリボン２８のように、金属Ｍｇからなるリボン状の切粉を負極２として用いることもできる。このことは正極１についても同様である。
【００４４】
あるいはたとえばＭｇ金属の構造物（バルク）の表面上にＳｉの薄膜を形成した構造物を負極２として用いることもできる。この場合のＳｉの薄膜は１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の極薄膜であることが好ましい。
【００４５】
セパレータ３はたとえばポリエチレン、ポリプロピレンなどの絶縁性に優れており、かつ電池容器の内部の電解液により腐食しない材料から構成されることが好ましい。
【００４６】
集電体４はたとえばアルミニウムなどの導電性に優れており、かつ当該電池の内部の電解液により腐食しない材料から構成されることが好ましい。
【００４７】
集電体４に接着される正極１の厚み（図１における左右方向、図２および図３における上下方向の寸法）が小さい場合は、放電時において当該正極１の厚み方向に沿った方向に電流が進行し、直ちに集電体４に流れ込むことができる。集電体４に流れ込むことができた電流は、導電体である集電体４の内部を図１の上下方向、図２および図３の左右方向に進行することにより、端子の方へ流すことができる。したがって正極１が比較的薄い場合には図２に示すように絶縁材料であるＷＯ３粉末６のみからなる正極１を形成しても差し支えない。しかし正極１が比較的厚い場合には、絶縁材料であるＷＯ３粉末６のみからなる正極１を形成すると、正極１から集電体４へ電流を流すことが困難になる可能性がある。このため正極１が比較的厚い場合には、図３に示すようにＷＯ３粉末６の集合体からなり、導電助剤８やバインダー９を含む正極１を用いることが好ましい。
【００４８】
以上の材質からなる正極１、負極２を電池の一部品として機能させ、かつ正極１と負極２とが短絡することを抑制するために、正極１および負極２を浸漬する電解液が存在する。当該電解液は主成分としての電解質と、当該電解質を溶解する添加剤とを備えている。
【００４９】
電解液はたとえば主成分としての電解質であるＭｇ（ＣｌＯ４）２を、ＰＣ（プロピレンカーボネート）の溶媒中に溶解させた溶液からなる、Ｍｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣである。ただしＭｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣ単独で（つまり添加剤を添加せずに）電解液として用いようとすると、当該電池の起電力が弱く、放電や充電がスムーズに行なえないなど、機能上の問題が発生しうる。そこでＭｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣの溶液にハロゲン元素を含む添加剤を添加した溶液を電解液として用いることが好ましい。このようにすれば、当該電池の起電力を強くし、放電や充電を高効率に行なうことができるようになる。
【００５０】
電解液がＭｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣにハロゲン元素の添加剤を添加した溶液であれば、Ｍｇからなる負極２の表面が放電により酸化されても、ＭｇＯの不動態膜で覆われる可能性が低くなる。また負極２がＭｇｘＳｉ（０＜ｘ≦３）からなるものである場合には、負極２中のＳｉが、ＭｇＯの不動態膜の形成を抑制する。このため負極２がＭｇを含むマグネシウムイオン２次電池の電解液として、腐食性の高いグリニャール試薬を主成分（電解質）とする溶液を用いる必要がない。つまりマグネシウムイオン２次電池の電解液として、グリニャール試薬を用いた電解液に代わってＭｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣにハロゲン元素の添加剤を添加した溶液を用いることができることを、本発明の発明者は見出した。当該電解液としてＭｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣにハロゲン元素の添加剤を添加した溶液を用いれば、グリニャール試薬を主成分とする溶液をマグネシウムイオン２次電池の電解液として用いた場合に懸念されていた、電池容器を腐食して電解液を漏洩させる問題を回避することができる。またグリニャール試薬を用いないため、溶媒として融点の低いＴＨＦを用いる必要がない。上述したＰＣの溶媒の、大気圧下における沸点は２９８℃であり、ＴＨＦの大気圧下における沸点６６℃に比べて非常に高い。このため当該電池の使用中の加熱による揮発がＴＨＦに比べて起こりにくく、当該電解液はＴＨＦの溶液よりも安全に使用することができる。
【００５１】
したがってマグネシウムイオン２次電池の電解液としては、Ｍｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣにハロゲン元素を添加した溶液を用いることにより、安全に２次電池としての機能を十分に供給することができる。
【００５２】
上述した添加剤としてのハロゲン元素はたとえば臭素（Ｂｒ）であることが好ましい。これが特に臭化物イオン（Ｂｒ−）の形で電解液の溶媒中に溶解していることが好ましい。このように臭素分子の一部が遊離してイオンの形で存在したものが、電解液中に含まれておれば、ハロゲン元素のイオンが当該電池の充電や放電時に電子などのキャリアの運搬をより高効率に行なうように作用する。したがって当該電池の起電力や出力エネルギなどをより向上させることができる。また上述したハロゲン元素は臭素（Ｂｒ）の代わりにたとえばヨウ素（Ｉ）または塩素（Ｃｌ）であってもよい。添加剤がヨウ素や塩素である場合においても、臭素である場合と同様に、ヨウ化物イオン（Ｉ−）や塩化物イオン（Ｃｌ−）の形で当該電解液中に浮遊する形で存在することが好ましい。
【００５３】
以上に述べたＢｒ、Ｉ、Ｃｌなどのハロゲン元素の、電解液に対する溶解濃度は０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上飽和溶解度以下であることが好ましい。添加剤としてのハロゲン元素は、電解液を構成する主成分としての電解質の物質量に比べて極めて少量を添加するだけで、電解液の作用を十分なものとさせることができる。なお上述した範囲のなかでも、０．０５ｍｏｌ／Ｌ％以上飽和溶解度以下とすることがより好ましい。
【００５４】
続いて以上に述べた一般的な使用態様を利用した本発明の各実施の形態について説明する。
【００５５】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る２次電池は、凡そ図１０に示すように平板状に形成された正極１や負極２などを複数積層させた積層体３０から形成される。ここでは正極１と負極２とが交互になるように積層し、正極１と負極２との間にはセパレータ３を挟んでいる。ただし正極１と負極２とは必ずしも（セパレータ３を挟んで）交互になるように積層される必要はなく、たとえば正極１が（セパレータ３を挟んで）２段続いた後、負極２が（セパレータ３を挟んで）２段続くような積層態様であってもよい。
【００５６】
後述するように正極１と負極２には、セパレータ３と対向する平面上の一部の領域において、上述した集電体４（図１参照）と接続されている。ただし図を見やすくするため、図１０においては集電体４は省略されている。ここで正極１がＷＯ３粉末６（図３参照）から形成されている場合において、正極１の厚み（図１０における上下方向の厚み）が比較的薄く、正極１の内部において厚み方向に沿った方向に電流が進行し、直ちに集電体４（図１参照）に電流が流れ込むことができる場合には、正極１はＷＯ３粉末６のみからなる構成であってもよい。しかし正極１の厚みが比較的厚く、正極１の内部において厚み方向に沿った方向に流れる電流を、直ちに集電体４へ流すことが困難である場合は、活物質としてのＷＯ３粉末６に加えて導電助剤８とバインダー９とを含む構成であることが好ましい。
【００５７】
正極１に含まれる導電助剤８は、たとえばアセチレンブラックや、平均粒径がたとえば０．１μｍ以下と小さいグラファイト（Ｃ）の粉末であることが好ましい。このようにすれば、導電助剤８をＷＯ３粉末６に少量添加するのみで、電池の電気容量の低下を抑制しながら活物質の利用率を高めることができる。また、当該電池を高速で充電、放電させることが可能となる。また正極１全体に対する導電助剤８の占める割合は、アセチレンブラックを用いた場合には１質量％以上２０質量％以下であることが好ましく、上述した小粒径のグラファイトの粉末を用いた場合においても、１質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。
【００５８】
複数のＷＯ３粉末６と導電助剤８の粉末とを結合して一体にするためのバインダー９は、カーボンないしグラファイト（Ｃ）を含む結着材である。より具体的には、たとえばビニル基フッ素系有機化合物などが挙げられる。バインダー９としてビニル基フッ素系有機化合物を用いれば、バインダー９を少量添加するだけで、ＷＯ３粉末６と導電助剤８との接着を強固にしてＷＯ３粉末６や導電助剤８の粒子が脱落するなどの不具合の発生を抑制することができる。またバインダー９により、正極１と集電体４との接着を強固にすることもできる。さらに、バインダー９が当該電池の電解液と接触することにより、好ましくない反応（副反応）を起こすことを抑制することができる。
【００５９】
さらにバインダー９は、複数のＷＯ３粉末６の粒子や導電助剤８の粒子と接着して一体としての電極（正極１）を形成するため、正極１の形状や強度を維持することができる。仮にバインダー９が存在しないと、複数のＷＯ３粉末６の粒子や導電助剤８の粒子が無秩序に散在し、正極１としての形相を形成することが困難となる。つまり正極１がビニル基有機化合物からなるバインダー９を含むことにより、一体の正極１としての任意の所望の形状、たとえば矩形状の構造物を形成することが可能となる。
【００６０】
なお、正極１全体に対するバインダー９の占める割合は、上述したビニル基フッ素系有機化合物を用いた場合においては、１質量％以上４０質量％以下であることが好ましく、なかでも１質量％以上１０質量％以下であることがより好ましい。
【００６１】
負極２がＭｇ金属の単体からなるものであっても、電解液としてＭｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣの電解質にハロゲン元素を添加剤として添加したものを用いれば、当該不動態膜の発生を抑制することができる。また負極２がＭｇｘＳｉにより形成されていれば、Ｍｇが酸化されてＭｇＯの薄膜の不動態が発生されることが抑制される。これは、Ｓｉの存在しない単体のＭｇに比べてＭｇｘＳｉ中に含まれるＭｇの酸化数が高いために、Ｍｇの酸化が起こりにくくなるためである。しかしたとえば当該２次電池を放電する際には、負極２において酸化反応が起こる必要がある。このため、負極２を構成するＭｇの一部がＳｉに置換され、ＭｇｘＳｉの形態となれば、Ｍｇの代わりにＳｉが酸化される。Ｓｉの酸化物はＭｇＯのように、電極の表面上に不動態の薄膜として形成されることは少ない。このため、負極２をＭｇｘＳｉとすれば、表面に不動態の薄膜が形成されることによる、負極２の導電性の低下を抑制することができる。つまり負極２の電極としての導電性を確保しつつ、負極２を用いた当該電池の起電力や出力エネルギを向上することができる。
【００６２】
図１０の積層体３０を、図１１に示すように渦巻き状に巻回する。図１１に示すように渦巻き状に巻かれた断面が概ね円形をなすように積層体３０を巻回すれば、概ね円柱形状の形成体が形成される。図１１においては、図１０の負極２が円柱形状の外周側に配置され、図１０の正極１が円柱形状の内周側に配置されるように巻回されている。ただしこれは一例であり、形成される２次電池の外枠としての電池容器の形状や構成などに応じて、たとえば正極１が円柱形状の外周側に配置されるように巻回されたものであってもよい。
【００６３】
図１１のように正極１と負極２とからなる積層体３０を巻回することによる形成体を、たとえば円柱形状を有する電池容器の内部に配置することにより、図１２に示す円柱形状のマグネシウムイオン２次電池１００が形成される。マグネシウムイオン２次電池１００は、たとえばニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池と同様の円柱形状を有している。図１２のマグネシウムイオン２次電池１００において、正極端子５は正極１と電気的に接続された端子であり、負極端子７は負極２と電気的に接続された端子である。
【００６４】
図１３の断面図に示すように、マグネシウムイオン２次電池１００の内部には、図１１に示す積層体３０が巻回されたものが載置されている。ただし図１０および図１１においては省略されているが、実際のマグネシウムイオン２次電池１００には図１３に示すように集電体４が備えられている。図１２のマグネシウムイオン２次電池１００は図１２の上側に、図１２の長手方向（上下方向）に交差する断面に関して電池容器１２の断面積よりも小さい、突起形状の正極端子５と、電池容器１２の断面積とほぼ同じ大きさを有する平坦形状の負極端子７とを備えている。このため図１３に示すように、正極１にはその上側の端部に集電体４が接着されている。このことにより電流が正極１から集電体４を通り、さらに集電体４の上部の流路からガス排出弁１３、正極端子５に達する構成となっている。これに対して図１３に示すように、負極２には集電体４が配置されておらず、負極２が負極端子７と直接接触している。しかしマグネシウムイオン２次電池１００としてはこのような態様に限られず、たとえば負極端子が突起形状を有しており、正極端子が平坦形状を有する態様となっていてもよい。あるいはたとえば負極についても集電体を介して負極端子に通じる流路を備えていてもよい。
【００６５】
なお正極１と集電体４とが接着された部分の一部の領域を、図１３において丸点線で囲んでいる。この丸点線で囲まれた領域を拡大した図が上述の図２や図３に相当する。そして図１３の断面図の内部における、左右方向に関する中央部分は、正極１と負極２とがセパレータ３を挟んで周期的に巻回された形態が続くため、描写が省略されている。
【００６６】
また図１０、図１１においては考慮されていないが、実際には図１２の態様を有するマグネシウムイオン２次電池１００を形成する際には、積層する平板状の正極１と負極２との大きさを変化させることが好ましい。具体的には、図１３に示すように、負極２は負極端子７に直接接触するが、正極１は負極端子７に直接接触しないことが好ましい。このような態様とするために、正極１を負極２よりもやや小さくすることが好ましい。そして正極１を負極２よりも小さくすることによる正極１が負極端子７に届かないための間隙の領域には、たとえば正極１と負極２との間に挟むセパレータ３と同様のセパレータ３を配置することが好ましい。
【００６７】
図１３における集電体４は、長手方向（図１３の上下方向）に関して正極１と接着している領域は比較的短いが、長手方向に関する集電体４の長さは図１３に示す長さに限られず、任意の長さとすることができる。しかしセパレータ３は本来、正極１と負極２とが密着することによる両者の短絡を抑制するために配置された部材である。このためセパレータ３を配置させている以上、集電体４は正極１と一部の領域のみにおいて接触するように配置されることが好ましい。
【００６８】
ここで、マグネシウムイオン２次電池１００の動作原理について説明する。放電の際には上述したように、正極１からは電流が流れ出し、集電体４からガス排出弁１３を経て正極端子５から、接続される負荷に流入する。また負荷から負極端子７を経て負極２に電流が帰還する。電子の流れは上記電流と逆向きである。つまり正極１には電子が流入して正極１においては還元反応が起こる。このとき正極１を構成する材料中にマグネシウムイオンが多数含まれることになる。充電の際には放電の際と逆に、負極２から電流が流れ出し、負極端子７から、外部に接続されたたとえば充電器の負極へ電流が流入する。充電器の正極から電流が流れ出してマグネシウムイオン２次電池１００の正極端子５から、ガス排出弁１３、集電体４を経て正極１に流入する。このとき電解液の内部を通って平板形状の負極２にマグネシウムイオンが移動することによりマグネシウムイオン２次電池１００が充電される。
【００６９】
その具体例を示すために、以上に述べたマグネシウムイオン２次電池１００の電流−電圧特性を調べた結果を図１４に示す。図１４は、電解液として本発明に係るＭｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣを用いて形成したマグネシウムイオン２次電池の電流−電圧特性を示したものである。グラフ中の横軸は電池の正極端子５（図１２参照）と負極端子７（図１２参照）との間に加える電界（Ｅ）を、ボルト単位で示したものである。ここでは正極端子５側が負極端子７側よりも電位が高くなるように電界を加えた場合をプラス、負極端子７側が正極端子５側よりも電位が高くなるように電界を加えた場合をマイナスとしている。またグラフ中における「ｖｓ．Ｍｇ／Ｍｇ２＋」という表示は、対象とする電気化学反応がＭｇ電極基準の電位であることを意味している。またグラフ中の縦軸は、当該電池に接続する回路（負荷）に流れる電流値をｍＡ単位で示したものである。電流の方向については正極端子５から出て回路（負荷）を通り、負極端子７に入力する方向に流れる電流をプラス、負極端子７から出て回路（負荷）を通り、正極端子５に入力する方向に流れる電流をマイナスとしている。
【００７０】
図１４に示す電流−電圧特性を測定した電池は、正極がＷＯ３からなるものであり、負極がＭｇリボン２８（図９参照）からなるものである。また電解液としては、１ｍｏｌ／ＬのＭｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣ溶液を用いたものと、同じ１ｍｏｌ／ＬのＭｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣ溶液に０．２ｍｏｌ／Ｌの臭化物イオンを添加した電解液を用いたものとが用いられている。
【００７１】
以上のように、臭化物イオンを添加の有無により２種類の電池（「添加剤なし電池」と「添加剤あり電池」）を準備している。それぞれの電池を放電に用いた場合の電流−電圧特性を図１４で比較すると、電界Ｅの絶対値が大きくなれば、添加剤なし電池の電流−電圧特性（添加剤なし電流４４）、添加剤あり電池の電流−電圧特性（添加剤あり電流４２）ともに、電流の絶対値が増加する。ただし添加剤なし電流４４は、Ｅを相当（絶対値２Ｖ近くまで）上げないと絶対値が上昇しないのに対し、添加剤あり電流４２は、Ｅの絶対値を上昇させるとほぼそれに比例して絶対値が上昇している。このことから、臭化物イオンの添加剤を電解質に加えた電解液を用いることにより、放電や充電の起電力が大きくなるといえる。
【００７２】
なお、これらの電流値は、すべてほぼ同一の断面積を有する回路の一部分に流れる電流値を測定することにより導出している。したがって図１４において電流値が大きい場合、電流密度の値が大きいといえる。したがって電流密度は、特に電圧の絶対値が小さい場合においては、添加剤あり電池の方が添加剤なし電池よりも大きくなっているといえる。
【００７３】
次に、当該電解液を用いた電池の充電時と放電時における起電力（電圧）の時間変化を調査した結果を図１５および図１６に示す。図１５および図１６において、横軸は経過時間（分）を表わし、縦軸は当該電池の正極端子５（図１２参照）と負極端子７（図１２参照）との間に加える電界（Ｅ）を、ボルト単位で示したものである。
【００７４】
図１５は、正極１にＷＯ３粉末６（図３参照）からなる電極を、負極２にＭｇ２Ｓｉ（図４〜図８参照）からなる電極を用いた電池の評価結果である。なお図１５の電池は、１ｍｏｌ／ＬのＭｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣからなる電解質に添加剤としての臭化物イオンを０．２ｍｏｌ／Ｌ添加したものを電解液に用いている。図１６は、正極１にＷＯ３粉末６（図３参照）からなる電極を、負極２にＭｇリボン（図９参照）からなる電極を用いた電池の評価結果である。なお図１６の電池も図１５の電池と同様に、１ｍｏｌ／ＬのＭｇ（ＣｌＯ４）２／ＰＣからなる電解質に添加剤としての臭化物イオンを０．２ｍｏｌ／Ｌ添加したものを電解液に用いている。
【００７５】
図１５を見ると、時刻ｔ＝０分からおよそｔ＝１４分まで、当該電池を充電することにより、当該電池の電圧が約４．８２Ｖになるよう充電することが可能であることがわかる。そのことは充電特性グラフ９１のうち充電を停止した時刻（充電停止時９２）における電圧Ｅが約４．８２Ｖであることからわかる。
【００７６】
また図１５においてｔ＝１４分のところで充電を停止し、放電に切り替えた。すると放電開始時９３における当該電池の電圧（ＯＣＶ）が約３．７８Ｖであることが放電特性グラフ９４からわかる。なお、放電時において（放電特性グラフ９４の示す電圧の時間変化を示した際に）当該電池の両端に印加した負荷に流れる電流は５μＡであった。
【００７７】
図１６を見ると、時刻ｔ＝０分からおよそｔ＝２５分まで、当該電池を充電することにより、当該電池の電圧が約４．８２Ｖになるよう充電することが可能であることがわかる。そのことは充電特性グラフ９５のうち充電を停止した時刻（充電停止時９６）における電圧Ｅが約４．８２Ｖであることからわかる。
【００７８】
また図１６においてｔ＝２５分のところで充電を停止し、放電に切り替えた。すると放電開始時９７における当該電池の電圧（ＯＣＶ）が約４．４９Ｖであることが放電特性グラフ９８からわかる。なお、放電時において（放電特性グラフ９８の示す電圧の時間変化を示した際に）当該電池の両端に印加した負荷に流れる電流は１０μＡであった。
【００７９】
以上より、負極がＭｇリボンであってもＭｇ２Ｓｉであっても、本発明に係る電解液を用いたマグネシウムイオン２次電池は、充放電が問題なく行なえることが示された。また本発明に係る電解液を用いた当該電池は、充電することにより発生する電圧を大きくすることができる。従来のグリニャール試薬を電解質に用いたマグネシウムイオン２次電池は、電気化学的な安定性が低いため、充電により生じる電圧を大きくすることが困難であった。具体的には当該電圧の最大値が約２Ｖであった。しかし上述したように、電解液を変更することにより、当該電圧の最大値が５Ｖ近くにまで大きく上昇している。
【００８０】
以上より本発明に係る電解液を用いれば、起電力や電流値を向上させることができ、結果としてマグネシウムイオン２次電池１００の電気容量を向上することができる。具体的にはマグネシウムイオン２次電池１００の電気容量は１０Ａｈ以上１００Ａｈ以下であることが好ましい。
【００８１】
図１３に示すように、マグネシウムイオン２次電池１００の充電や放電の際の酸化還元反応などにより電池容器１２の内部ではガスが発生することがある。このためマグネシウムイオン２次電池１００にはガスや電解液などの漏洩を抑制し、内部の密閉性を確保するためのガスケット１１や、内部に発生したガスを排出するためのガス排出弁１３が配置されている。
【００８２】
（実施の形態２）
実施の形態２に係るマグネシウムイオン２次電池２００は、図１７に示すように、たとえばリチウムイオン電池と同様の矩形状（直方体状）の形状を有している。マグネシウムイオン２次電池１００は、長手方向に関する一方の端部（図１２における上側）に正極端子５が、長手方向に関する他方の端部（図１２における下側）に負極端子７が配置されている。しかしマグネシウムイオン２次電池２００は、長手方向に関する一方の端部（図１７における上側）に、正極端子５と負極端子７との両方が配置されている。一般的にこのような態様を有するものが多いため図１７においては一方の端部に両方の端子が配置されたマグネシウムイオン２次電池２００が描写されている。しかしこのような態様に限られず、実施の形態２のマグネシウムイオン２次電池２００においても、矩形状でありながら、正極端子と負極端子とが長手方向に関して互いに反対方向の端部に配置されていてもよい。
【００８３】
たとえば図１０に示すように、平板状を有する複数の正極１や負極２、セパレータ３を積層したものを、図１１のように渦巻き状に巻回する代わりに、矩形状となるように折り目を形成しながら巻回することにより、図１８や図１９の断面形状を有するマグネシウムイオン２次電池２００を形成してもよい。しかしたとえば薄層状に正極１と負極２、セパレータ３を複数積層したものを、巻回させることなくそのまま電池容器１４の内部に配置することにより、マグネシウムイオン２次電池２００が形成されていてもよい。
【００８４】
図１８および図１９においては、正極１に接触するように配置される集電体４および負極２に接触するように配置される集電体４がそれぞれ１箇所ずつ描写されている。具体的には、正極１に接触し、正極１と電気信号をやり取りする集電体４は、図１８の右側の集電体４および図１９の上側の集電体４である。また負極２に接触し、負極２と電気信号をやり取りする集電体４は、図１８の左側の集電体４および図１９の下側の集電体４である。このようにいずれの集電体４も１箇所ずつのみ描写しているのは図面を見やすくするためであり、実際は各正極１から正極端子５へ通じる集電体４と、各負極２から負極端子７へ通じる集電体４とが配置されている。また図１８の丸点線で囲まれた領域は、マグネシウムイオン２次電池１００と同様に上述の図２や図３に相当する。
【００８５】
またマグネシウムイオン２次電池２００においては、電池容器１４の内部にて酸化還元反応が起こることにより発生するガスによる、正極１と負極２とセパレータ３とのそれぞれが積層された領域間の間隙の膨張を抑制するために、図１９における上側から弾性体１６にて積層体を押さえ付けることが可能な構成とすることが好ましい。このようにすれば、積層体の内部における不要な間隙の発生を抑制することができる。
【００８６】
さらにたとえば図２０に示すように、マグネシウムイオン２次電池２００は、図２０の上側の正極１と下側の負極２との間に挟まれたセパレータ３と、上側の負極２と下側の正極１との間に挟まれたセパレータ３とが、正極端子５や負極端子７が配置される側と反対側（図２０の右側）において接続されて一体となった形状を有する態様を有したものであってもよい。図２０のマグネシウムイオン２次電池２００も、たとえば図１７〜図１９のマグネシウムイオン２次電池２００と同様の動作原理を有する。
【００８７】
さらにたとえば図２１の弾性体１７のように、マグネシウムイオン２次電池２００に対して板バネ型の弾性体を用いても、図１９や図２０のようなツルマキバネ型の弾性体１６と同様に、積層体を押さえ付けることができる。このとき、弾性体１７と正極１との間に絶縁板状部材１８を挟み、絶縁板状部材１８を介して積層体を押さえ付けることがより好ましい。このようにすれば、より安定に積層体を押さえ付けることができる。
【００８８】
本発明の実施の形態２は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態２について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。
【００８９】
（実施の形態３）
上述した各実施の形態のマグネシウムイオン２次電池１００、２００は電力システムに用いられる。具体的には携帯電話の基地局用のバックアップ電源としてマグネシウムイオン２次電池１００、２００を用いた電力システムが提供できる。
【００９０】
図２２に示すように上記電力システムは、送受信機５０とアンテナ５１とから構成される。送受信機５０にはアンプ５２とコントローラ５３と電源部５４とを含んでいる。電源部５４には電源システム５５とバックアップ電源５６とを有する。
【００９１】
電力システムは携帯電話用であるため、送受信機５０は移動中の各携帯電話の端末と通信する役割を有する。外部ネットワークと接続するためのネットワーク機構５７がコントローラ５３と接続されている。アンテナ５１により一の携帯電話端末から送受信機５０に受信された電波は、アンプ５２で増幅され、コントローラ５３にて出力用に制御された後、ネットワーク機構５７から他の携帯電話端末に送られる。
【００９２】
以上のような動作をするための電源は電源部５４であり、電源部５４として通常は外部から供給される電力をそのまま用いる電源システム５５を利用する。しかしたとえば停電などにより電源システム５５が使用不能となった場合にバックアップ電源５６から電力が供給されることになる。
【００９３】
このバックアップ電源５６に上述したマグネシウムイオン２次電池１００、２００が用いられる。２７Ｖ系マグネシウムイオン電池システムの場合、図２３に示すように、電池セル３００が多数直列におよび並列に並ぶことにより１台のバックアップ電源５６が形成される。具体的には図２３に示さないが、たとえば電池セル３００が８台直列に並び、４０台並列に並ぶことにより、１台のバックアップ電源５６が形成される。電池セル３００を構成する個々の電池はマグネシウムイオン２次電池１００であってもよいし、マグネシウムイオン２次電池２００であってもよい。またこれら２種類のマグネシウムイオン２次電池が１台のバックアップ電源５６の中で混在していてもよい。これらの多数の電池セル３００が接続されたものが、入力端子３０１および出力端子３０２にて外部回路と接続されている。
【００９４】
ここで、１台の電池セル３００（マグネシウムイオン２次電池１００、２００）の電気容量が５０Ａｈ、当該１台の電池セル３００の電圧が３〜４Ｖである場合を仮定する。この場合、上述した電池セル３００が８台直列に、４０台並列に並んだバックアップ電源５６は、その電気容量が約２０００Ａｈ、電圧が２７Ｖになる。本発明に係る電極（正極）を用いたマグネシウムイオン２次電池１００、２００を用いることにより、上述した大きな電気容量や電圧を提供することができる。
【００９５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、２次電池の安全性を向上させ、かつ起電力や出力エネルギを向上する技術として、特に優れている。
【符号の説明】
【００９７】
１  正極、２  負極、３  セパレータ、４  集電体、５  正極端子、６  ＷＯ３粉末、７  負極端子、８  導電助剤、９  バインダー、１０，２０  ＭｇｘＳｉ薄膜、１１  ガスケット、１２，１４  電池容器、１３  ガス排出弁、１６，１７  弾性体、１８  絶縁板状部材、２１  カーボン容器、２２  Ｍｇ蒸気、２３，３２  試料台、２５  処理対象物、２６  ＳＵＳ箔、２７  Ｍｇ金属、２８  Ｍｇリボン、２９  Ｓｉ薄膜、３０  積層体、３１  スパッタリング装置、３４  ターゲット基板、３５  ターゲット材料、３６  試料台支持部、３７  真空ポンプ、３８  Ａｒガス供給源、４２  添加剤あり電流、４４  添加剤なし電流、５０  送受信機、５１  アンテナ、５２  アンプ、５３  コントローラ、５４  電源部、５５  電源システム、５６  バックアップ電源、５７  ネットワーク機構、９１，９５  充電特性グラフ、９２，９６  充電停止時、９３，９７  放電開始時、９４，９８  放電特性グラフ、１００，２００  マグネシウムイオン２次電池、３００  電池セル、３０１  入力端子、３０２  出力端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図９】
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