초록

본 발명은 하나 이상의 애노드, 하나 이상의 캐소드, 하나 이상의 전해질 및 집전체를 포함하며, 최소한 애노드는 마그네슘을 기초로 하고 선택적으로 캐소드 및 전해질도 마그네슘을 함유하는 형식의 전지이다. 상기 전지의 조립은 각 부품의 준비 및 마그네슘을 기초로한 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 전해질 박층을 배치하는 것을 포함한다.

대표청구항 ▼

하나 이상의 애노드, 하나 이상의 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 하나 이상의 전해질 및 집전체들을 포함하며, 최소한 상기 애노드는 마그네슘을 함유하는 것을 특징으로 하는 일차(재충전이 불가능한) 및 이차(재충전이 가능한) 전지.제 1 항에 있어서, 상기 캐소드도 또한 마그네슘을 함유하는 것을 특징으로 하는 전지.제 1 항에 있어서, 상기 전해질도 또한 마그네슘을 함유하는 것을 특징으로 하는 전지.제 1 항에 있어서, 상기 애노드는 다양한 산화 상태에 있는 마그네슘 Mgn+(0≤n≤2)을 포함하며, 선택적으로는 금속상태의 마

하나 이상의 애노드, 하나 이상의 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 하나 이상의 전해질 및 집전체들을 포함하며, 최소한 상기 애노드는 마그네슘을 함유하는 것을 특징으로 하는 일차(재충전이 불가능한) 및 이차(재충전이 가능한) 전지.제 1 항에 있어서, 상기 캐소드도 또한 마그네슘을 함유하는 것을 특징으로 하는 전지.제 1 항에 있어서, 상기 전해질도 또한 마그네슘을 함유하는 것을 특징으로 하는 전지.제 1 항에 있어서, 상기 애노드는 다양한 산화 상태에 있는 마그네슘 Mgn+(0≤n≤2)을 포함하며, 선택적으로는 금속상태의 마그네슘과 결합된 전지.제 4 항에 있어서, 상기 애노드는 금속상태의 마그네슘의 형태로서 마그네슘을 포함하는 전지.제 5 항에 있어서, 상기 금속상태의 마그네슘이 적층되어 있는 전지. 제 5 항에 있어서, 상기 금속상태의 마그네슘이 소결되어 있는 전지.제 4 항에 있어서, 상기 애노드는 전도도가 높은 무기 또는 유기 물질로 된 기질 상에 있는 마그네슘을 포함하는 전지.제 8 항에 있어서, 상기 전도도가 높은 무기 기질 물질은 금속, 산화물, 합금 또는 이들의 직물 중에서 선택되는 전지.제 8 항에 있어서, 상기 전도도가 높은 무기 또는 유기 기질 물질은 탄소섬유 및 탄소섬유 직물, 그라파이트, 또는 그라파이트계 복합물질 중에서 선택되는 전지.제 4 항에 있어서, 상기 애노드는 축소된 크기의 마그네슘 결정 또는 마그네슘 단결정을 자신의 매트릭스 속으로 삽입 또는 투입시키는 전도도가 높은 무기 또는 유기 물질 속에 삽입 또는 투입되어 있는 마그네슘을 포함하는 전지.제 11 항에 있어서, 상기 삽입 또는 투입 무기물질은, 비금속 화합물 뿐만아니라, 전이금속, 알칼리 금속, 및 알칼리토 금속의 옥사이드 화합물, 설파이드 화합물, 포스페이트 화합물 또는 포스파이드 화합물 중에서 선택되는 전지.제 11 항에 있어서, 상기 삽입 또는 투입 유기물질은, 고도의 결정 구조 또는 불규칙한 구조를 가지는 탄소를 기초로 하는 전지.제 11 항에 있어서, 상기 삽입 또는 투입 유기물은 탄소를 기초로 하는 폴리머인 전지.제 4 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드는, 산소 가스, 과산화수소, 또는 유기 과산화물 중에서 선택되는 산화제에 의하여 산화된 전지.제 4 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드는, 테트라 알콕시 티타늄, 테트라 알콕시 실란, 트리 알콕시 알루미늄, 테트라 알콕시 지르코늄, 또는 마그네슘 디알콕사이드 중에서 선택된 알콕사이드로 처리함으로써 안정화된 전지.제 2 항에 있어서, 상기 캐소드는 2+의 산화상태를 가진 마그네슘 종을 포함하는 전지.제 17 항에 있어서, 상기 캐소드는 전도도가 높은 무기 또는 유기 물질로 된 기질 상에 있는 마그네슘을 포함하는 전지.제 18 항에 있어서, 상기 전도도가 높은 무기 기질 물질은 금속, 산화물, 합금 또는 이들로 부터 만들어지는 직물 중에서 선택되는 전지.제 18 항에 있어서, 상기 전도도가 높은 무기 또는 유기 기질 물질은 탄소섬유 및 탄소섬유 직물, 그라파이트 또는 그라파이트계 복합물질 중에서 선택되는 전지.제 17 항에 있어서, 상기 캐소드는 마그네슘을 삽입 또는 투입시키는 무기 또는 유기 물질 속에 있는 마그네슘을 포함하는 전지.제 21 항에 있어서, 상기 삽입 또는 투입 무기물질은, 비금속화합물 뿐만아니라, 전이금속, 알칼리 금속, 및 알칼리토 금속의 옥사이드 화합물, 설파이드 화합물, 포스페이트 화합물 또는 포스파이드 화합물 중에서 선택되는 전지.제 21 항에 있어서, 상기 삽입 또는 투입 무기물질 또는 유기물질은, 고도의 결정 구조 또는 불규칙한 구조를 가지는 탄소를 기초로 하는 전지.제 21 항에 있어서, 상기 삽입 또는 투입 유기물질은 탄소를 기초로 하는 폴리머인 전지.제 17 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드는, 산소 가스, 과산화수소, 또는 유기 과산화물 중에서 선택되는 산화제에 의하여 인-시투적으로(in-situ) 산화되는 전지.제 17 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드는, 산소 가스, 과산화수소, 또는 유기 과산화물 중에서 선택되는 산화제에 의하여 부분 산화된 전기화학적 활물질로 준비되는 전지.제 3 항에 있어서, 상기 전해질은, 임의의 마그네슘 이온종도 용매화 시킬 수 있고 우수한 이온 전도도를 갖는 전해질을 생산할 수 있는 용매 속에 있는 상기 임의의 마그네슘 이온종을 포함하는 전지.제 27 항에 있어서, 상기 전해질은, 마그네슘의 이온 종으로서, 500 kcal/mol 이하의 격자에너지를 갖는 마그네슘 염 또는 마그네슘 복합체를 포함하는 전지.제 27 항에 있어서, 상기 전해질은, 마그네슘의 이온 종으로서, 마그네슘 염 또는 Mg(R)yX2-y (0≤y≤2) 의 일반식을 갖는 복합물을 포함하며, 이때 R은 C1 내지 C7 사슬을 갖는 알킬로 이루어지는 군에서 선택되고, X는 할로겐화물, ClO4, (CF3)1+xSO3-x (0≤x≤2), SCN-, PO43-, 또는 δ형태의 염화물 중에서 선택되는 전지.제 27 항에 있어서, 상기 용매는 상기 마그네슘 염 또는 복합체를 통합하고 용해시키며 산소, 질소, 황, 및 탄소를 함유하는 극성기를 갖는 임의의 액체 물질인 전지.제 30 항에 있어서, 상기 용매는 에테르, 알코올, 디알코올, 및 에스테르 로 이루어지는 군에서 선택되는 전지.제 30 항에 있어서, 상기 용매는 아민 및 아미드로 이루어지는 군에서 선택되는 전지.제 30 항에 있어서, 상기 용매는 티오에테르, 티오알코올 및 티오에스테르 로 이루어지는 군에서 선택되는 전지.제 30 항에 있어서, 상기 용매는 알킬 카보네이트 및 알킬 티오카보네이트 로 이루어지는 군에서 선택되는 전지.제 27 항에 있어서, 상기 폴리머 용매는, 서로 다른 분자량을 갖는, 폴리알킬렌 옥사이드 , 폴리알킬렌 글리콜, 폴리카보네이트, 폴리알킬 실록산, 폴리에틸렌 디아미노테트라아세테이트 및 사슬속에 있는 하나 이상의 원자가 산소, 질소, 실리콘 및 인(phosphorus)으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 치환된 그들의 유도체와 같은 폴리머 및/또는 코폴리머로 이루어지는 군에서 선택되는 전지.제 27 항에 있어서, 상기 폴리머 용매는, 제 35 항의 폴리머 또는 코폴리머로 펑셔날라이즈 (functionalized) 된 폴리포스파젠 폴리머로 이루어지는 군에서 선택되는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 폴리알킬렌 옥사이드는, 폴리메틸렌 옥사이드 (polymethylene oxide), 폴리에틸렌 옥사이드 (polyethylene oxide) 또는 폴리프로필렌 옥사이드 (polypropylene oxide) 및 이들의 코폴리머 중에서 선택되는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 폴리알킬렌 글리콜은, 폴리메틸렌 글리콜 (polymethylene glycols), 폴리에틸렌 글리콜 (polyethylene glycols), 폴리프로필렌 글리콜 (polypropylene glycols), 그들의 코폴리머 및 그들의 불화유도체 (fluorinated derivatives) 인 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 폴리카보네이트는 폴리메틸렌 카보네이트 (polymethylene carbonates), 폴리에틸렌 카보네이트 (polyethylene carbonates), 또는 폴리프로필렌 카보네이트 (polypropylene carbonates) 및 그들의 코폴리머 중에서 선택되는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 폴리알킬 실록산은 폴리메틸실록산 (polymethylsiloxanes), 폴리에틸실록산 (polyethylsiloxanes), 폴리프로필실록산 (polypropylsiloxanes) 및 그들의 코폴리머 중에서 선택되는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 코폴리머는 폴리알킬렌 옥사이드 및 폴리알킬렌 글리콜 사이에 있는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 코폴리머는 폴리알킬렌 옥사이드 및 폴리카보네이트 사이에 있는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 코폴리머는 폴리알킬렌 옥사이드 및 폴리알킬 실록산 사이에 있는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 코폴리머는 폴리알킬렌 옥사이드 및 폴리에틸렌 디아미노테트라아세테이트 사이에 있는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 코폴리머는 폴리알킬렌 글리콜 및 폴리카보네이트 사이에 있는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 코폴리머는 폴리알킬렌 글리콜 및 폴리알킬 실록산 사이에 있는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 코폴리머는 폴리알킬렌 글리콜 및 폴리에틸렌 디아미노테트라아세테이트 사이에 있는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 코폴리머는 폴리카보네이트 및 폴리알킬 실록산 사이에 있는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 코폴리머는 폴리카보네이트 및 폴리에틸렌 디아미노테트라아세테이트 사이에 있는 전지.제 35 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 코폴리머는 폴리알킬 실록산 및 폴리에틸렌 디아미노테트라아세테이트 사이에 있는 전지.제 35 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다른 분자량을 갖는 폴리머 및/또는 코폴리머는, 마그네슘 염 또는 복합체를 결합(bonding) 또는 통합하는 작용기로 펑셔날라이즈 (functionalized) 된 전지.제 35 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해질은 산성화되어 있는 전지.제 52 항에 있어서, 상기 전해질은, 인 (phosphorus) 계 화합물, 폴리포스페이트, P2O5, 또는 오르쏘포스포릭산 (orthophosphoric-acid) 으로 산성화되어 있는 전지.제 35 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해질은 알칼리화되어 있는 전지.제 54 항에 있어서, 상기 전해질은 아민 및 암모니아 같은 질소계 화합물에 의하거나, 또는 황 또는 인의 염기성 유도체에 의하여 알칼리화되어 있는 전지.제 1 항에 있어서, 상기 집전체는 금속성 또는 비금속성 이며 10 ohm·m 를 초과하지 않는 저항값을 가지는 전지.제 56 항에 있어서, 상기 금속성의 집전체는 금속, 산화물, 합금 또는 이들로 부터 만들어지는 직물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 전지.제 56 항에 있어서, 상기 비금속성 집전체는 탄소 또는 탄소섬유 직물로 만들어 진 전지.제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 이온을 통과시킬 수 있으며 높은 유전특성을 갖는 무기 또는 유기 물질로 이루어진 스페이서를 더 포함하는 전지.제 59 항에 있어서, 상기 스페이서는 셀룰로오스, 유리섬유 직물, 유기막 중에서 선택되는 전지.제 59 항 또는 제 60 항에 있어서, 상기 스페이서는 그들의 표면에 존재하는 모든 극성기가 제거되도록 처리되어 있는 전지.전해질을 위한 마그네슘 이온 종으로서 δ형의 마그네슘 클로라이드의 사용.전해질을 위한 마그네슘 양이온을 발생시키는 종으로서의 그리냐 (Grignard) 마그네슘의 사용.다양한 산화 상태에 있는 마그네슘 Mgn+ (0<n<2)을 포함하며, 선택적으로는 금속상태의 Mg와 결합되는 것을 특징으로 하는 애노드로서, 금속상태의 마그네슘 그 자체 또는 전도도가 높은 무기 또는 유기 물질로 된 기질 상에 있는 마그네슘 또는 마그네슘을 삽입 또는 투입시킬 수 있는 무기 또는 유기 물질 속에 있는 마그네슘을 기초로 하는 상기 애노드를 준비하는 단계; 및 선택적으로,전도도가 높은 무기 또는 유기 물질로 된 기질을 가지거나 마그네슘을 삽입 또는 투입시킬 수 있는 무기 또는 유기 물질 속에 있는, 2+의 산화상태에 있는 마그네슘 종을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐소드를 준비하는 단계; 및/또는마그네슘의 임의의 이온 종을 용매화 시킬 수 있으며 우수한 이온 전도도를 갖는 전해질을 생산할 수 있는 용매속에 있는 상기 마그네슘의 임의의 이온 종을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질을 준비하는 단계를 포함하는, 제 1 항에 따른 전지를 생산하는 방법.제 64 항에 있어서, 상기 애노드는 적층된 마그네슘으로 만들어지는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 상기 애노드는 소결된 마그네슘으로 만들어지는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 기질 상에 있는 마그네슘을 기초로 하는 상기 애노드는 금속, 산화물, 합금 또는 이들로부터 만들어지는 직물 중에서 선택되는 무기물 상에 마그네슘을 화학적 또는 열증기 (thermal vapour) 증착법, 또는 전해(electrolytic) 증착법, 또는 전기화학적 증착법으로 증착시킴으로써 준비되는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 기질 상에 있는 마그네슘을 기초로 하는 상기 애노드는 탄소섬유, 탄소섬유 직물, 그라파이트, 또는 그라파이트계 복합물질 중에서 선택되는 유기물 또는 무기물 상에 마그네슘을 화학적 또는 열증기 (thermal vapour) 증착법, 또는 전해(electrolytic) 증착법, 또는 전기화학적 증착법으로 증착시킴으로써 준비되는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 상기 삽입 또는 투입 물질 속에 있는 마그네슘을 기초로 하는 애노드는, (ⅰ) 완벽한 구조적 무질서가 얻어질 때 까지 분쇄된 삽입 또는 투입 물질, 및 마그네슘 카보네이트 또는 마그네슘 옥사이드의 혼합물을 균질화 (homogenization) 및 펠렛화 (pelletization) 시키고, 약 100℃ 내지 400℃ 범위의 온도에서 1 내지 3 시간 동안 유지시키는 단계, (ⅱ) 그다음 불활성 분위기 하에서 800℃ 내지 1200℃ 범위의 온도까지 가열시키는 단계, 및 (ⅲ) 최종적으로 진공상태 하에서 상기 온도를 1 내지 5 일 동안 유지하는 단계에 의하여 준비되는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 상기 삽입 또는 투입 물질 속에 있는 마그네슘을 기초로 하는 애노드는 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아크릴아미드 또는 폴리아크릴로니트릴, 또는 이와 유사한 폴리머 및 마그네슘과의 완전한 균질상태를 형성하도록 미리 분산된 선택된 삽입 또는 투입 물질의 혼합물을 균질한 상태로 함유하는, 벤젠, 톨루엔, N-N 디메틸 아세트아미드 (N-N dimethyl acetamide), 디메틸 포름아미드 (dimethyl formamide), 또는 테트라하이드로퓨란과 같은 용매를 사용한 용매주조법 (solvent casting) 에 의하여 준비되는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 삽입 또는 투입 마그네슘을 위한 삽입 또는 투입 물질 속에 있는 마그네슘을 기초로 하는 상기 애노드는, 선택된 삽입 또는 투입 물질 속으로 마그네슘을 플라즈마 스프레잉 또는 스퍼터링하는 것에 의하여 준비되는 전지 생산 방법.제 65 항 내지 제 71 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드는 산소 가스, 과산화수소, 또는 유기 과산화물 중에서 선택되는 산화제에 의하여 산화되는 전지 생산 방법.제 65 항 내지 제 72 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드는 테트라 알콕시 티타늄, 테트라 알콕시 실란, 트리 알콕시 알루미늄, 테트라 알콕시 지르코늄, 또는 마그네슘 디알콕사이드 중에서 선택되는 알콕사이드로 처리함으로써 안정화되는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 기질 상에 있는 마그네슘을 기초로 하는 상기 캐소드는 금속, 산화물, 합금 또는 이들로부터 만들어지는 직물 중에서 선택되는 무기물 상에 마그네슘을 화학적 또는 열증기 (thermal vapour) 증착법, 또는 전해(electrolytic) 증착법, 또는 전기화학적 증착법으로 증착시킴으로써 준비되는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 기질 상에 있는 마그네슘을 기초로 하는 상기 캐소드는, 탄소섬유, 탄소섬유 직물, 그라파이트, 또는 그라파이트계 복합물질 중에서 선택되는 유기물 또는 무기물 상에 마그네슘을 화학적 또는 열증기 (thermal vapour) 증착법, 또는 전해(electrolytic) 증착법, 또는 전기화학적 증착법으로 증착시킴으로써 준비되는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 삽입 또는 투입 물질 속에 있는 마그네슘을 기초로 하는 상기 캐소드는, (ⅰ) 완벽한 구조적 무질서가 얻어질 때 까지 분쇄된 삽입 또는 투입 물질, 및 마그네슘 카보네이트 또는 마그네슘 옥사이드의 혼합물을 균질화 (homogenization) 및 펠렛화 (pelletization) 시키고, 약 100℃ 내지 400℃ 범위의 온도에서 1 내지 3 시간 동안 유지시키는 단계, (ⅱ) 그다음 불활성 분위기 하에서 800℃ 내지 1200℃ 범위의 온도까지 가열시키는 단계, 및 (ⅲ) 최종적으로 진공상태 하에서 상기 온도를 1 내지 5 일 동안 유지하는 단계에 의하여 준비되는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 삽입 또는 투입 물질 속에 있는 마그네슘을 기초로 하는 상기 캐소드는, 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아크릴아미드 또는 폴리아크릴로니트릴, 또는 이와 유사한 폴리머 및 마그네슘과의 완전한 균질상태를 형성하도록 미리 분산된 상기 삽입 또는 투입 물질의 혼합물을 균질한 상태로 함유하는, 벤젠, 톨루엔, N-N 디메틸 아세트아미드 (N-N dimethyl acetamide), 디메틸 포름아미드, 또는 테트라하이드로퓨란과 같은 용매를 사용하는 용매주조법 (solvent casting) 에 의하여 준비되는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 삽입 또는 투입 마그네슘을 위한 삽입 또는 투입 물질 속에 있는 마그네슘을 기초로 하는 상기 캐소드는, 선택된 삽입 또는 투입 물질 속으로 마그네슘을 플라즈마 스프레잉 또는 스퍼터링하는 것에 의하여 준비되는 전지 생산 방법.제 74 항 내지 제 78 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드의 상기 마그네슘은, 산소 가스, 과산화수소, 또는 유기 과산화물 중에서 선택되는 산화제에 의하여 인-시투적으로 (in-situ) 산화되는 전지 생산 방법.제 74 항 내지 제 78 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드는, 산소 가스, 과산화수소, 또는 유기 과산화물 중에서 선택되는 산화제에 의하여 미리 부분 산화된 전기화학적 활물질로 준비되는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 상기 전해질은 상기 마그네슘 염 또는 복합체 (complex) 를 상기 액체 용매 또는 용융된 폴리머 속으로 직접 용해시킴으로써 준비되는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 상기 전해질은 상기 폴리머 및 상기 마그네슘 염 또는 복합체의 공통 용매 (common solvent) 를 사용하는 용매주조법 (solvent casting) 에 의하여 준비되는 전지 생산 방법.제 64 항에 있어서, 상기 전해질은 상기 마그네슘 염 또는 복합체를 한가지 이상의 단량체 (monomer) 속에 용해시키는 것과 이어지는 중합반응에 의하여 준비되는 전지 생산 방법.상온 내지 약 150℃ 범위의 온도에서, 하나 이상의 애노드, 하나 이상의 캐소드, 하나 이상의 전해질, 집전체 및 선택적으로는 유전체 스페이서를 서로 간에 접촉되도록 하고, 전해질은 애노드와 캐소드 사이에 배치시키는, 제 1 항 내지 제 83 항 중 어느 한 항에 따르는 마그네슘 전지를 세팅 (setting) 하는 방법. <