JP2018160409A - Separator evaluation method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of quantitatively and quickly evaluating dendrite deterrence performance of a separator.SOLUTION: A separator evaluation method includes checking a short circuit between two electrodes separated from each other by a separator and causing a form change accompanying charging and discharging in an electrolytic cell vessel that holds an electrolyte such that charging reaction and discharging reaction are alternately and inversely carried out at the two electrodes.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、セパレータの評価方法に関する。より詳しくは、充放電に伴って形態変化が起こる電極を含んで構成される二次電池に好適に用いることができるセパレータの評価方法に関する。 The present invention relates to a separator evaluation method. More specifically, the present invention relates to a separator evaluation method that can be suitably used for a secondary battery that includes an electrode that undergoes a change in shape with charge and discharge.

近年、小型携帯機器から自動車等大型用途まで多くの産業において、電池の重要性が急速に高まっており、主にその容量、エネルギー密度や二次電池化の面において優位性を持つ新たな電池系が種々開発・改良されている。例えば、亜鉛種を負極活物質とする亜鉛負極が、電池の普及とともに古くから研究されてきており、特に、空気・亜鉛一次電池、マンガン・亜鉛一次電池、銀・亜鉛一次電池は実用化され、広く世界で使用されている。 In recent years, the importance of batteries has increased rapidly in many industries, from small portable devices to large-scale applications such as automobiles. New battery systems that have advantages mainly in terms of capacity, energy density, and secondary battery use. Have been developed and improved. For example, zinc negative electrodes using zinc species as negative electrode active materials have been studied for a long time with the spread of batteries, and in particular, air / zinc primary batteries, manganese / zinc primary batteries, silver / zinc primary batteries have been put into practical use, Widely used in the world.

しかし、亜鉛負極を用いて構成される二次電池については、長期間充放電を繰り返すと、電極の活物質層等の近傍で金属の溶解析出反応が起こる過程で、デンドライトという電極活物質の樹状結晶が発生し、このデンドライトによる電極間の短絡に起因して電池の短寿命化が起こるという課題があるため、まだ実用化されていない。カドミウム負極、リチウム負極等の充放電に伴って形態変化が起こる電極を含んで構成される二次電池についても同様の課題がある。 However, for secondary batteries composed of a zinc negative electrode, if charging / discharging is repeated for a long time, a dendritic electrode active material tree is formed in the process of metal dissolution and precipitation in the vicinity of the active material layer of the electrode. However, it has not been put into practical use because of the problem that a battery life is shortened due to short circuit between electrodes caused by this dendrite. There is a similar problem with a secondary battery including an electrode that undergoes a change in shape with charge / discharge of a cadmium negative electrode, a lithium negative electrode, or the like.

このような課題に対し、多くの技術開発がなされており、例えば、デンドライトの抑止を目的とするセパレータが開示されている(例えば、特許文献1〜4参照。)。
このようなセパレータが種々開発されている現状において、セパレータのデンドライト抑止性能を適切に評価する方法・指標が求められており、この方法・指標についても多くの技術的観点からの検討がなされている。当該評価方法としては、例えば、容器内に第一亜鉛極及び第二亜鉛極を設け、かつ、容器内にセパレータを配置して第一亜鉛極を含む第一区画と第二亜鉛極を含む第二区画とを隔離する工程と、容器内又は第一区画及び第二区画に、アルカリ金属水酸化物水溶液をセパレータ又はそれを含むセパレータ構造体の高さを超えない水位で注入してセパレータをアルカリ金属水酸化物水溶液に浸漬させる工程と、第一区画にZnOを添加する工程と、第一亜鉛極と第二亜鉛極の間に直流電流を印加し続け、第一亜鉛極と第二亜鉛極との間における亜鉛デンドライト短絡に起因する急激な電圧低下の有無を確認する工程とを含む亜鉛二次電池用セパレータの評価方法が開示されている(特許文献5参照)。
Many technical developments have been made to deal with such problems. For example, a separator for the purpose of suppressing dendrite is disclosed (for example, see Patent Documents 1 to 4).
In the present situation where such separators are being developed in various ways, methods and indicators for appropriately evaluating the separator's dendrite suppression performance are required, and these methods and indicators are also being studied from many technical viewpoints. . As the evaluation method, for example, a first zinc electrode and a second zinc electrode are provided in a container, and a separator is disposed in the container, and a first section including the first zinc electrode and a second zinc electrode are included. The step of isolating the two compartments, and the alkali metal hydroxide aqueous solution is injected into the container or the first compartment and the second compartment at a water level not exceeding the height of the separator or the separator structure including the separator. A step of immersing in an aqueous metal hydroxide solution, a step of adding ZnO to the first compartment, a continuous application of a direct current between the first zinc electrode and the second zinc electrode, the first zinc electrode and the second zinc electrode A method for evaluating a separator for a zinc secondary battery including a step of confirming whether or not there is a sudden voltage drop due to a zinc dendrite short circuit between the two (see Patent Document 5).

国際公開2016/121168号International Publication No. 2016/121168 特開2016−152082号公報JP, 2006-152082, A 特開2016−146263号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-146263 国際公開2014/119665号International Publication No. 2014/119665 特開2016−170946号公報JP 2006-170946 A

上記特許文献5に記載の方法は、セパレータのデンドライト抑止性能を定量的かつ迅速に評価するうえで更なる工夫の余地があった。 The method described in Patent Document 5 has room for further contrivance in quantitatively and rapidly evaluating the dendrite suppression performance of the separator.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、セパレータのデンドライト抑止性能を定量的かつ迅速に評価する方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said present condition, and it aims at providing the method of evaluating the dendrite suppression performance of a separator quantitatively and rapidly.

本発明者らは、セパレータのデンドライト抑止性能を定量的かつ迅速に評価する方法を種々検討し、電解質を保持する電解槽容器内で、セパレータで互いに隔離されるように、充放電に伴って形態変化が起こる2つの電極を配置した。そして、本発明者らは、2つの電極で充電反応と放電反応とを交互にかつ互いに逆反応となるように行い、2つの電極間の短絡を確認することで、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。 The present inventors have studied various methods for quantitatively and rapidly evaluating the dendrite deterring performance of the separator, and in the electrolytic cell container holding the electrolyte, in order to be separated from each other by the separator, the form is associated with charging / discharging. Two electrodes were placed where the change occurred. And the present inventors solve the above-mentioned problem by confirming the short circuit between the two electrodes by alternately performing the charge reaction and the discharge reaction with the two electrodes so as to be opposite to each other. The present inventors have arrived at the present invention.

すなわち本発明は、セパレータの評価方法であって、該方法は、電解質を保持する電解槽容器内で、セパレータで互いに隔離された、充放電に伴って形態変化が起こる2つの電極で充電反応と放電反応とを交互にかつ互いに逆反応となるように行い、2つの電極間の短絡を確認する工程を含むことを特徴とするセパレータの評価方法である。 That is, the present invention is a method for evaluating a separator, which comprises a charge reaction between two electrodes separated from each other by a separator and undergoing a change in shape with charge and discharge in an electrolytic cell container holding an electrolyte. A separator evaluation method characterized by including a step of performing a discharge reaction alternately and in a reverse reaction with each other and confirming a short circuit between two electrodes.

本発明のセパレータの評価方法を用いることにより、セパレータのデンドライト抑止性能を定量的かつ迅速に評価することができる。 By using the separator evaluation method of the present invention, the dendrite suppression performance of the separator can be quantitatively and rapidly evaluated.

本発明の一実施形態に係る測定装置の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the measuring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電極面の模式図である。It is a schematic diagram of the electrode surface which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電極面の模式図である。It is a schematic diagram of the electrode surface which concerns on one Embodiment of this invention.

以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
The present invention is described in detail below.
A combination of two or more preferred embodiments of the present invention described below is also a preferred embodiment of the present invention.

上記特許文献5に記載の評価方法では、一次電池のように電極間に直流を印加する。この場合、以下の不利点があった。
(1)直流で永続的に生成されるデンドライトに対する耐久性は数値化できるが、充放電サイクルを繰り返す実際の二次電池でのサイクル寿命との整合性が得られない。
(2)充放電時間が経過すると電極反応界面が広くなるため、時間経過に伴って実質的な電流密度が低下し、デンドライト形状が大きく変わり、長期間にわたって安定的な条件下で評価することができず、デンドライト抑止性能を定量的に評価することができない(例えば、J. Phys. Chem. C 2007, 111, 1150-116を参照。)。
(3)2つの電極の一方のみからデンドライトが成長するため、測定時間が長引き、デンドライト抑止性能を迅速に評価することができない。
(4)上記特許文献5に記載の評価方法では亜鉛等がイオンに変わる反応ばかりであるため、デンドライト抑止性能が高いセパレータを長時間かけて評価する場合に、外部からさらに反応に必要な原料(亜鉛、電解液等)を補充したり、大量の原料を搭載するために大型の測定装置を用いたりする必要があり、評価を簡便におこなうことができない。また、特許文献5の段落〔0075〕に記載のように後から原料を補充すると、測定装置内の条件が変わってしまい、連続的で安定な評価ができないおそれがある。
In the evaluation method described in Patent Document 5, a direct current is applied between the electrodes like a primary battery. In this case, there were the following disadvantages.
(1) Although durability against a dendrite that is permanently generated by direct current can be quantified, consistency with the cycle life of an actual secondary battery that repeats a charge / discharge cycle cannot be obtained.
(2) Since the electrode reaction interface becomes wider as the charge / discharge time elapses, the substantial current density decreases with the elapse of time, the dendrite shape changes greatly, and evaluation can be performed under stable conditions over a long period of time. The dendrite deterring performance cannot be quantitatively evaluated (see, for example, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 1150-116).
(3) Since dendrite grows from only one of the two electrodes, the measurement time is prolonged and the dendrite suppression performance cannot be evaluated quickly.
(4) In the evaluation method described in Patent Document 5, since only the reaction in which zinc or the like is changed to ions, when a separator having a high dendrite deterring performance is evaluated over a long period of time, raw materials necessary for the reaction from the outside ( Zinc, electrolyte, etc.) must be replenished, or a large measuring device must be used to mount a large amount of raw materials, and the evaluation cannot be performed easily. Further, if the raw material is replenished later as described in paragraph [0075] of Patent Document 5, the conditions in the measuring device change, and there is a possibility that continuous and stable evaluation cannot be performed.

<本発明のセパレータの評価方法>
本発明のセパレータの評価方法は、電解質を保持する電解槽容器内で、セパレータで互いに隔離された、充放電に伴って形態変化が起こる2つの電極で充電反応と放電反応とを交互にかつ互いに逆反応となるように行い、2つの電極間の短絡を確認する工程を含む。
本発明の評価方法は、実際の二次電池のように充電と放電とを繰り返すため、以下の利点である。
(1)実際の二次電池のサイクル寿命と整合性のある評価が可能である。
(2)充放電時間が経過しても電極の反応界面があまり広くならず、時間経過に伴って電流密度が低下する程度が小さく、デンドライト形状が大きく変わらないため、長期間にわたって安定的な条件下で測定が可能であり、その結果、デンドライト抑止性能を定量的に評価することができる。
(3)2つの電極のそれぞれからデンドライトが成長するため、短絡が生じるまでの測定時間を短縮することができ、迅速な評価が可能である。
(4)本発明の評価方法では2つの電極で充放電を交互に行うため、デンドライト抑止性能が高いセパレータを評価する場合であっても、外部から更に反応に必要な原料を補充したり、大量の原料を搭載するために大型の測定装置を用いたりする必要がなく、簡便な評価が可能である。また、外部から更に原料を供給しない場合は、測定装置内の条件が変わることを防止し、連続的で安定な評価が可能であるため、定量性により優れた評価を行うことができる。
<The evaluation method of the separator of this invention>
According to the separator evaluation method of the present invention, the charge reaction and the discharge reaction are alternately performed with each other in the two electrodes separated from each other by the separator and undergoing a change in shape with charge and discharge in the electrolytic cell container holding the electrolyte. The process includes performing a reverse reaction and confirming a short circuit between the two electrodes.
Since the evaluation method of the present invention repeats charging and discharging like an actual secondary battery, it has the following advantages.
(1) Evaluation consistent with the cycle life of an actual secondary battery is possible.
(2) Since the reaction interface of the electrode does not become very wide even after the charge / discharge time has elapsed, the degree of decrease in the current density with the passage of time is small, and the dendrite shape does not change greatly. Measurements are possible below, and as a result, dendrite suppression performance can be quantitatively evaluated.
(3) Since dendrite grows from each of the two electrodes, the measurement time until a short circuit occurs can be shortened, and rapid evaluation is possible.
(4) In the evaluation method of the present invention, since charging and discharging are alternately performed with two electrodes, even when a separator with high dendrite suppression performance is evaluated, raw materials necessary for the reaction are further supplemented from the outside, or a large amount Therefore, it is not necessary to use a large measuring device for mounting the raw materials, and simple evaluation is possible. Moreover, when the raw material is not further supplied from the outside, the conditions in the measuring apparatus are prevented from changing, and continuous and stable evaluation is possible. Therefore, it is possible to perform an excellent evaluation with quantitative properties.

本発明のセパレータの評価方法において、2つの電極間の短絡を確認する手段は特に限定されず、電圧又は抵抗の低下やその他の物性値の変動等の確認、短絡自体の視認等が挙げられるが、上記確認工程は、電圧又は抵抗の低下によって2つの電極間の短絡を確認することが好ましい。2つの電極間の短絡により、電圧や抵抗は明らかに急激・非連続的に低下するため、デンドライトがセパレータを突き破って短絡が生じたことを容易に確認することができる。 In the separator evaluation method of the present invention, the means for confirming the short circuit between the two electrodes is not particularly limited, and examples include confirmation of a decrease in voltage or resistance and other physical property fluctuations, visual recognition of the short circuit itself, and the like. In the confirmation step, it is preferable to confirm a short circuit between the two electrodes by a decrease in voltage or resistance. Due to the short circuit between the two electrodes, the voltage and resistance clearly decrease suddenly and discontinuously, so it can be easily confirmed that the short circuit has occurred due to the dendrites breaking through the separator.

本発明のセパレータの評価方法において、上記確認工程における充放電容量が、上記2つの電極の少なくとも一方が有する活物質の容量の1/2以下であることが好ましい。
言い換えれば、上記確認工程における上記2つの電極の少なくとも一方が有する活物質の利用率(電極が有する活物質量の内、電池反応に使用され、溶解する活物質の最大量の割合〔質量割合〕を言い、本明細書中、電極利用率とも言う。)を50%以下とすることが好ましい。これにより、電池反応中に電池の下地が維持されることになり、電極が大きく形態変化することがなくなるため、より連続的で安定な評価が可能となり、セパレータのデンドライト抑止性能をより定量性良く評価することができる。
中でも、上記確認工程における充放電容量が、上記2つの電極それぞれが有する活物質の容量の1/2以下であることがより好ましい。
In the separator evaluation method of the present invention, the charge / discharge capacity in the confirmation step is preferably ½ or less of the capacity of the active material possessed by at least one of the two electrodes.
In other words, the utilization factor of the active material possessed by at least one of the two electrodes in the confirmation step (the proportion of the maximum amount of active material used for the battery reaction and dissolved in the amount of active material possessed by the electrode [mass proportion] In the present specification, it is also referred to as an electrode utilization rate.) Is preferably 50% or less. As a result, the base of the battery is maintained during the battery reaction, and the electrode does not change greatly in shape, enabling a more continuous and stable evaluation, and the dendrite suppression performance of the separator is more quantitative. Can be evaluated.
In particular, the charge / discharge capacity in the confirmation step is more preferably ½ or less of the capacity of the active material of each of the two electrodes.

また上記確認工程における充放電容量が、上記2つの電極の少なくとも一方が有する活物質の容量又は上記2つの電極それぞれが有する活物質の容量の1/3以下であることがより好ましく、1/4以下であることが更に好ましく、1/5以下であることが特に好ましい。 The charge / discharge capacity in the confirmation step is more preferably 以下 or less of the active material capacity of at least one of the two electrodes or the active material capacity of each of the two electrodes. More preferably, it is more preferably 1/5 or less.

上記確認工程において、2つの電極で充電反応と放電反応とを一定の時間間隔毎に切り替えることが好ましい。
上記時間間隔は、より連続的で安定な評価を行う観点から、40分以下であることがより好ましく、30分以下であることが更に好ましく、20分以下であることが一層好ましく、12分以下であることが特に好ましい。上記時間間隔は、その下限は特に限定されないが、通常は1分以上であり、3分以上であることが好ましく、5分以上であることがより好ましい。また、充電反応から放電反応への切替え間、放電反応から充電反応への切替え間、又は、これらの両方に、電流を流さない時間(休止時間)を設けてもいい。休止時間としては、評価時間短縮の観点では短い方が好ましいが、充放電反応に伴うイオンの偏りを解消する観点から、直前の反応時間の0.1倍〜10倍であることが好ましい。より好ましくは0.5倍〜5倍であり、更に好ましくは0.8倍〜1.2倍である。
In the confirmation step, it is preferable to switch between the charging reaction and the discharging reaction at regular time intervals using two electrodes.
The time interval is more preferably 40 minutes or less, more preferably 30 minutes or less, still more preferably 20 minutes or less, and further preferably 12 minutes or less from the viewpoint of more continuous and stable evaluation. It is particularly preferred that The lower limit of the time interval is not particularly limited, but is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, and more preferably 5 minutes or longer. In addition, a time during which no current flows (resting time) may be provided between the switching from the charging reaction to the discharging reaction, the switching from the discharging reaction to the charging reaction, or both. The pause time is preferably shorter from the viewpoint of shortening the evaluation time, but is preferably 0.1 to 10 times the last reaction time from the viewpoint of eliminating the ion bias accompanying the charge / discharge reaction. More preferably, they are 0.5 times-5 times, More preferably, they are 0.8 times-1.2 times.

本発明の評価方法において、上記2つの電極の少なくとも一方は、セパレータと対向する部分の表面積が、上記セパレータの通電面積よりも小さいことが好ましい。また、均一な電流を電極間に流す観点では、電極の、少なくとも外周部(エッジ部)を絶縁処理することが望ましい(例えば、電極外周部に沿って外周部だけを絶縁した場合を図2に、電極外周部を含むより広い部分を絶縁し、特定形状の開口部を設けた場合を図3に示す。)。エッジ部の絶縁処理としては、例えば絶縁性の塗料を塗布して塗膜化する方法や絶縁性のフィルムを配置する方法があるが、通電可能な開口部を設けつつ端部が電気的に絶縁されれば特に限定されない。これにより、電極全体に均一な電流密度を印加することができ、連続的で安定な評価を行うことができる。中でも、上記2つの電極それぞれの、セパレータと対向する部分の表面積が、いずれもセパレータの通電面積よりも小さく、セパレータ面に対して平行に配置されていることがより好ましい。 In the evaluation method of the present invention, it is preferable that at least one of the two electrodes has a surface area of a portion facing the separator that is smaller than a current-carrying area of the separator. Also, from the viewpoint of flowing a uniform current between the electrodes, it is desirable to insulate at least the outer peripheral portion (edge portion) of the electrode (for example, the case where only the outer peripheral portion is insulated along the electrode outer peripheral portion is shown in FIG. FIG. 3 shows a case where a wider portion including the outer peripheral portion of the electrode is insulated and an opening having a specific shape is provided. Insulation treatment of the edge part includes, for example, a method of applying an insulating paint to form a coating film and a method of disposing an insulating film, but the end part is electrically insulated while providing an energized opening. If it does, it will not specifically limit. Thereby, a uniform current density can be applied to the entire electrode, and a continuous and stable evaluation can be performed. Especially, it is more preferable that the surface area of each of the two electrodes facing the separator is smaller than the current-carrying area of the separator and is arranged in parallel to the separator surface.

本発明の評価方法において、上記確認工程における充放電電流密度が、上記セパレータの通電面積に対して1〜100mA/cmであることが好ましい。該充放電電流密度が1mA/cm以上であることにより、より迅速に評価を行うことが可能である。また、該充放電電流密度が100mA/cm以下であることにより、水の分解反応が生じることを充分に防止することができる。
上記充放電電流密度は、10mA/cm以上であることがより好ましく、25mA/cm以上であることが更に好ましく、40mA/cm以上であることが特に好ましい。また、該充放電電流密度は、90mA/cm以下であることがより好ましい。
In the evaluation method of this invention, it is preferable that the charging / discharging current density in the said confirmation process is 1-100 mA / cm < 2 > with respect to the electricity supply area of the said separator. When the charge / discharge current density is 1 mA / cm 2 or more, the evaluation can be performed more quickly. Moreover, it can fully prevent that the decomposition reaction of water arises because this charging / discharging current density is 100 mA / cm < 2 > or less.
The charge and discharge current density is more preferably 10 mA / cm 2 or more, still more preferably 25mA / cm 2 or more, and particularly preferably 40 mA / cm 2 or more. The charge / discharge current density is more preferably 90 mA / cm 2 or less.

本発明のセパレータの評価方法において、上記2つの電極は、充放電に伴って形態変化が起こる電極である限り特に限定されず、その材料として、一次電池や二次電池の正極活物質や負極活物質として通常用いられるものを使用できるが、中でも亜鉛種、カドミウム種、又は、リチウム種を含むものであることが好ましく、より迅速な評価を行う観点からは、亜鉛種を含むものであることがより好ましい。
本発明のセパレータの評価方法において、例えば、上記2つの電極が亜鉛を有する電極及び酸化亜鉛を有する電極であることが特に好ましい。亜鉛を有する電極が放電側になり、酸化亜鉛を有する電極が充電側になる。なお、亜鉛を有する電極は、亜鉛を活物質の主成分として有する限り、更に酸化亜鉛を有していてもよく、酸化亜鉛を有する電極は、酸化亜鉛を活物質の主成分として有する限り、更に亜鉛を有していてもよい。
活物質の主成分とは、活物質の含有割合として最も質量割合が多いことを言う。なお、上記確認工程において、通常、亜鉛を有する電極と酸化亜鉛を有する電極とは入れ替わる。
In the separator evaluation method of the present invention, the two electrodes are not particularly limited as long as they change in shape with charge and discharge, and the materials include a positive electrode active material and a negative electrode active material of a primary battery and a secondary battery. Although a substance normally used as a substance can be used, it is preferable to include a zinc species, a cadmium species, or a lithium species, and from the viewpoint of performing a quicker evaluation, it is more preferable to include a zinc species.
In the separator evaluation method of the present invention, for example, the two electrodes are particularly preferably an electrode having zinc and an electrode having zinc oxide. The electrode containing zinc is on the discharge side, and the electrode containing zinc oxide is on the charge side. The electrode having zinc may further have zinc oxide as long as it has zinc as a main component of the active material, and the electrode having zinc oxide may further have zinc oxide as the main component of the active material. You may have zinc.
The main component of the active material means that the mass ratio is the largest as the content ratio of the active material. In the above confirmation step, the electrode having zinc and the electrode having zinc oxide are usually interchanged.

上記2つの電極は、集電体上に上記材料層を形成することで製造することができる。
電極を構成する集電体としては、(電解)銅箔、銅メッシュ(エキスパンドメタル)、発泡銅、パンチング銅、真鍮等の銅合金、真鍮箔、真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)、発泡真鍮、パンチング真鍮、ニッケル箔、耐食性ニッケル、ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)、パンチングニッケル、金属亜鉛、耐食性金属亜鉛、亜鉛箔、亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)、(パンチング)鋼板、導電性を付与した不織布;Ni・Zn・Sn・Pb・Hg・Bi・In・Tl・真鍮等を添加した(電解)銅箔・銅メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡銅・パンチング銅・真鍮等の銅合金・真鍮箔・真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡真鍮・パンチング真鍮・ニッケル箔・耐食性ニッケル・ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)・パンチングニッケル・金属亜鉛・耐食性金属亜鉛・亜鉛箔・亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)・(パンチング)鋼板・不織布;Ni・Zn・Sn・Pb・Hg・Bi・In・Tl・真鍮等によりメッキされた(電解)銅箔・銅メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡銅・パンチング銅・真鍮等の銅合金・真鍮箔・真鍮メッシュ(エキスパンドメタル)・発泡真鍮・パンチング真鍮・ニッケル箔・耐食性ニッケル・ニッケルメッシュ(エキスパンドメタル)・パンチングニッケル・金属亜鉛・耐食性金属亜鉛・亜鉛箔・亜鉛メッシュ(エキスパンドメタル)・(パンチング)鋼板・不織布;銀;アルカリ(蓄)電池や空気亜鉛電池に集電体や容器として使用される材料等が挙げられる。
The two electrodes can be manufactured by forming the material layer on a current collector.
Current collectors that make up the electrode include (electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), foamed copper, punched copper, copper alloys such as brass, brass foil, brass mesh (expanded metal), foamed brass, punched brass , Nickel foil, corrosion-resistant nickel, nickel mesh (expanded metal), punching nickel, metallic zinc, corrosion-resistant metallic zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric with conductivity; Ni · Zn · Copper, copper foil, copper mesh (expanded metal), copper foil, punched copper, brass and other copper alloys, brass foil, brass mesh (expanded metal) with Sn, Pb, Hg, Bi, In, Tl, brass, etc. added ) ・ Foamed brass ・ Punching brass ・ Nickel foil ・ Corrosion resistant nickel ・ Nickel mesh (Expanded) Tal), punched nickel, metallic zinc, corrosion resistant metallic zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric; plated with Ni, Zn, Sn, Pb, Hg, Bi, In, Tl, brass, etc. (Electrolytic) copper foil, copper mesh (expanded metal), foamed copper, punched copper, copper alloys such as brass, brass foil, brass mesh (expanded metal), foamed brass, punched brass, nickel foil, corrosion-resistant nickel, nickel Mesh (expanded metal), punched nickel, metallic zinc, corrosion-resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric; silver; current collectors and containers for alkaline (storage) batteries and zinc-air batteries The material etc. which are used as are mentioned.

上記2つの電極は、セパレータを介して隔てられるが、セパレータと直接接していても、接していなくてもよい。また、セパレータと直接接していない場合に、セパレータからの距離をそろえるために、多孔性部材を挿入することもできる。該多孔性部材としては、多孔性部材が通常有する透気度を有する限り特に限定されないが、不織布や微多孔膜等の多孔性基材が望ましく、測定対象であるセパレータよりも透気度が高いことが好ましい。電極とセパレータとの距離は、1000μm以下が好ましく、より好ましくは700μm以下であり、更に好ましくは500μm以下である。1000μmを超えて電極がセパレータから離れると、デンドライトがセパレータに到達せず、正しく測定できない可能性が生じる。 The two electrodes are separated by a separator, but may or may not be in direct contact with the separator. Further, when not in direct contact with the separator, a porous member can be inserted in order to align the distance from the separator. The porous member is not particularly limited as long as it has the air permeability normally possessed by the porous member, but a porous substrate such as a nonwoven fabric or a microporous membrane is desirable, and has a higher air permeability than the separator to be measured. It is preferable. The distance between the electrode and the separator is preferably 1000 μm or less, more preferably 700 μm or less, and still more preferably 500 μm or less. When the electrode is separated from the separator beyond 1000 μm, the dendrite does not reach the separator, and there is a possibility that measurement cannot be performed correctly.

本発明のセパレータの評価方法において、上記電解質は、電解液であることが好ましく、水系電解液がより好ましく、中でも、アルカリ性電解液が好ましい。アルカリ性電解液中ではデンドライトが成長し易いため、より迅速な評価が可能である。また、アルカリ性電解液を含んで構成される電池に用いた場合のセパレータのデンドライト抑止性能をより正確に評価できる。アルカリ性電解液の種類、濃度等は、適宜設定できるが、セパレータを用いる電池のアルカリ性電解液と同じ条件とすることが好ましい。アルカリ性電解液としては、例えば、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、硫酸亜鉛水溶液、硝酸亜鉛水溶液、リン酸亜鉛水溶液、酢酸亜鉛水溶液等が挙げられる。上記水系電解液は、1種でも2種以上でも使用することができる。 In the separator evaluation method of the present invention, the electrolyte is preferably an electrolytic solution, more preferably an aqueous electrolytic solution, and particularly preferably an alkaline electrolytic solution. Since dendrites are easy to grow in an alkaline electrolyte, more rapid evaluation is possible. Moreover, the dendrite suppression performance of the separator when used for a battery configured to contain an alkaline electrolyte can be more accurately evaluated. The type, concentration, and the like of the alkaline electrolyte can be set as appropriate, but are preferably set to the same conditions as the alkaline electrolyte of the battery using the separator. Examples of the alkaline electrolyte include potassium hydroxide aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution, lithium hydroxide aqueous solution, zinc sulfate aqueous solution, zinc nitrate aqueous solution, zinc phosphate aqueous solution, and zinc acetate aqueous solution. The aqueous electrolyte solution can be used alone or in combination of two or more.

また、水含有電解液は、有機溶剤系電解液に用いられる有機溶剤を含んでいてもよい。該有機溶剤としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジエトキシエタン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、イオン性液体、フッ素含有カーボネート類、フッ素含有エーテル類、ポリエチレングリコール類、フッ素含有ポリエチレングリコール類等が挙げられる。上記有機溶剤系電解液は、1種でも2種以上でも使用することができる。上記有機溶剤系電解液の電解質としては、特に制限はないが、LiPF、LiBF、LiB(CN)、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI)等が好ましい。
有機溶剤系電解液を含む水含有電解液の場合、水系電解液と有機溶剤系電解液の合計100質量%に対して、水系電解液の含有量は、好ましくは10〜99.9質量%、より好ましくは20〜99.9質量%である。
Moreover, the water-containing electrolyte solution may contain an organic solvent used for the organic solvent-based electrolyte solution. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, dimethoxymethane, diethoxymethane, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, diethoxyethane, dimethyl sulfoxide, sulfolane, acetonitrile, Examples include benzonitrile, ionic liquid, fluorine-containing carbonates, fluorine-containing ethers, polyethylene glycols, fluorine-containing polyethylene glycols and the like. The organic solvent electrolyte can be used alone or in combination of two or more. The electrolyte of the organic solvent-based electrolytic solution is not particularly limited, but LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (CN) 4 , lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide ( LiTFSI) and the like are preferable.
In the case of a water-containing electrolyte containing an organic solvent-based electrolyte, the content of the water-based electrolyte is preferably 10-99.9% by mass with respect to a total of 100% by mass of the water-based electrolyte and the organic solvent-based electrolyte. More preferably, it is 20-99.9 mass%.

本発明の評価方法において、上記確認工程における、下記式(1);
X=A/(100−B) (1)
(式中、Aは、サイクル寿命(サイクル数)を表す。Bは、電極利用率(%)を表す。)で表されるXが100以上であるセパレータを良品とすることが好ましい。これにより、より正確な定量評価が可能となる。また、上記Xが150以上であるセパレータを良品とすることがより好ましい。
上記Xは、その上限値は特に限定されず、大きい程性能に優れるが、通常は50000以下である。
なお、いずれかの電極利用率で上記Xが基準以上であれば良品であるが、中でも、50%以下のいずれの電極利用率でも上記Xが基準以上であることが好ましい。
In the evaluation method of the present invention, the following formula (1) in the above confirmation step;
X = A 2 / (100- B) (1)
(In the formula, A represents a cycle life (number of cycles), B represents an electrode utilization rate (%)), and a separator having X of 100 or more is preferably a good product. Thereby, a more accurate quantitative evaluation becomes possible. Moreover, it is more preferable that the separator having X of 150 or more is a non-defective product.
The upper limit of X is not particularly limited, and the larger the value, the better the performance, but it is usually 50000 or less.
In addition, it is a non-defective product if X is equal to or higher than the reference at any electrode utilization rate, but it is preferable that X is equal to or higher than the reference at any electrode utilization rate of 50% or less.

<本発明のセパレータ>
本発明は、ポリマーと無機粒子の複合体を含む、本発明の評価方法にて良品となるセパレータでもある。
本発明のセパレータは、ポリマーと無機粒子の複合体を含むため、アニオン伝導性膜である。このようなアニオン伝導性膜は、水酸化物イオンは充分に透過しながら、アニオンであってもイオン半径の大きな金属イオン(例えば、亜鉛負極の電極反応で生じる亜鉛酸イオン)の拡散は充分に防止することができるため、これをセパレータとして用いることにより得られる電池が良好な性能を発揮することができる。また、本発明のセパレータは、本発明の評価方法にて良品となるものであるため、充放電に伴って形態変化が起こる電極を含んで構成される電池のデンドライトによる正極と負極との短絡をより抑制し、電池をより長寿命化させることができる。
以下に、本発明のセパレータが含むポリマー、及び、無機粒子について順に説明する。本発明のセパレータは、後述するポリマー、無機粒子を、それぞれ1種含んでいてもよく2種以上含んでいてもよい。
<Separator of the present invention>
This invention is also a separator which becomes a non-defective product by the evaluation method of this invention including the composite_body | complex of a polymer and an inorganic particle.
Since the separator of the present invention includes a composite of a polymer and inorganic particles, it is an anion conductive membrane. Such an anion-conducting membrane allows sufficient diffusion of hydroxide ions but metal ions having a large ionic radius (for example, zincate ions generated by the electrode reaction of a zinc negative electrode) even though they are anions. Since it can prevent, the battery obtained by using this as a separator can exhibit favorable performance. In addition, since the separator of the present invention becomes a non-defective product by the evaluation method of the present invention, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode by a dendrite of a battery that includes an electrode that undergoes a change in shape with charge / discharge. This can further suppress the battery life.
Below, the polymer and inorganic particle which the separator of this invention contains are demonstrated in order. The separator of the present invention may contain one kind or two or more kinds of polymers and inorganic particles described later.

(ポリマー)
上記ポリマーとしては、セパレータ形成材料を増粘等させて材料中の成分同士を結着させることができるものであればよく、例えば、ポリエチレン等の脂肪族炭化水素基含有ポリマー、ポリスチレン等の芳香族基含有ポリマー;アルキレングリコール等のエーテル基含有ポリマー;ポリビニルアルコール等の水酸基含有ポリマー;ポリアクリルアミド等のアミド基含有ポリマー;ポリマレイミド等のイミド基含有ポリマー;(メタ)アクリル系ポリマー;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のハロゲン原子含有ポリマー;アンモニウム塩含有ポリマー;ホスホニウム塩含有ポリマー;イオン交換性ポリマー;天然ゴム;共役ジエン系ポリマー;ヒドロキシアルキルセルロース(例えば、ヒドロキシエチルセルロース)等の糖類;ポリエチレンイミン等のアミノ基含有ポリマー等が挙げられ、これらの中の1種を用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。これらポリマーが官能基を有する場合には、それを主鎖及び/又は側鎖に有していても良く、架橋剤との結合部位として存在してもよい。また、上記ポリマーは、有機架橋剤化合物により架橋されていてもよい。
(polymer)
The polymer may be any polymer as long as it can thicken the separator-forming material and bind the components in the material, for example, an aliphatic hydrocarbon group-containing polymer such as polyethylene, aromatic such as polystyrene, etc. Group-containing polymer; ether group-containing polymer such as alkylene glycol; hydroxyl group-containing polymer such as polyvinyl alcohol; amide group-containing polymer such as polyacrylamide; imide group-containing polymer such as polymaleimide; (meth) acrylic polymer; polyvinylidene fluoride; Halogen atom-containing polymers such as polytetrafluoroethylene; ammonium salt-containing polymers; phosphonium salt-containing polymers; ion-exchangeable polymers; natural rubbers; conjugated diene-based polymers; hydroxyalkylcelluloses (eg, hydroxyethylcellulose) S; amino group-containing polymers such as polyethyleneimine and the like, may be used one of these, or two or more may be used. When these polymers have a functional group, they may be present in the main chain and / or side chain, and may exist as a binding site with a crosslinking agent. The polymer may be crosslinked with an organic crosslinking agent compound.

上記ポリマーは、中でも、共役ジエン系ポリマー及び/又は(メタ)アクリル系ポリマーであることが好ましい。
共役ジエン系ポリマー及び/又は(メタ)アクリル系ポリマーを含む本発明のセパレータは、亜鉛酸イオン等の金属イオンの浸透は抑制し、水酸化物イオンは透過する良好な水酸化物イオンの選択的透過性を有し、かつ、空隙の少ない膜であることから、電池をより長寿命化させることができる。なお、共役ジエン系ポリマーを用いて形成されたアニオン伝導性膜はアルカリ耐性を有することから、アルカリ性の電解液と接触する電池のセパレータの材料として好適に用いることができる。
The polymer is preferably a conjugated diene polymer and / or a (meth) acrylic polymer.
The separator of the present invention containing a conjugated diene polymer and / or a (meth) acrylic polymer suppresses permeation of metal ions such as zincate ions, and selectively transmits good hydroxide ions. Since the film has permeability and has few voids, the battery can have a longer life. In addition, since the anion conductive film formed using the conjugated diene polymer has alkali resistance, it can be suitably used as a material for a battery separator in contact with an alkaline electrolyte.

上記ポリマーは、更に、酸基含有ビニル単量体由来の構成単位を有することが好ましい。酸基含有ビニル単量体としては、例えば、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸がより好ましい。
上記ポリマーを構成する全構成単位100質量%中、酸基含有ビニル単量体由来の構成単位の質量割合は、0.1質量%以上であることが好ましい。該質量割合は、10質量%以下であることが好ましい。
The polymer preferably further has a structural unit derived from an acid group-containing vinyl monomer. As the acid group-containing vinyl monomer, for example, itaconic acid, acrylic acid, methacrylic acid, and fumaric acid are more preferable.
In 100 mass% of all the structural units constituting the polymer, the mass ratio of the structural unit derived from the acid group-containing vinyl monomer is preferably 0.1 mass% or more. The mass ratio is preferably 10% by mass or less.

上記ポリマーは、重量平均分子量が、1万以上、650万以下であることが好ましい。重量平均分子量は、2万以上であることがより好ましい。上記重量平均分子量は、以下の条件のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算された重量平均分子量として測定することができる。
装置:東ソー株式会社製 HCL−8220GPC
カラム:TSKgel Super AWM−H
溶離液(LiBr・HO、リン酸入りNMP):0.01mol/L
The polymer preferably has a weight average molecular weight of 10,000 or more and 6.5 million or less. The weight average molecular weight is more preferably 20,000 or more. The said weight average molecular weight can be measured as a weight average molecular weight converted into polystyrene by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
Device: HCL-8220GPC manufactured by Tosoh Corporation
Column: TSKgel Super AWM-H
Eluent (LiBr · H 2 O, phosphoric acid-containing NMP): 0.01 mol / L

上記ポリマーは、ガラス転移温度(Tg)が−40℃以上、50℃以下であることが好ましい。ポリマーのTgが−40℃未満の場合にはセパレータの機械的強度が不足し、デンドライト抑制効果が低くなるおそれがある。また、Tgが50℃を超える場合には、セパレータが硬脆くなりすぎ、電池を形成する際にセパレータにクラック等が入ることにより、電池の寿命性能を低下させるおそれがある。
ポリマーのTgは、ポリマーをガラス板に塗布し、120℃で1時間乾燥することにより、ポリマーフィルムを形成し、得られたポリマーフィルムについて、示差走査熱量計(装置名:熱分析装置DSC3100S、BRVKER)を用いて測定されるものである。
The polymer preferably has a glass transition temperature (Tg) of −40 ° C. or higher and 50 ° C. or lower. When the Tg of the polymer is less than −40 ° C., the mechanical strength of the separator is insufficient, and the dendrite suppressing effect may be lowered. In addition, when Tg exceeds 50 ° C., the separator becomes too hard and brittle, and cracks or the like may enter the separator when forming the battery, which may reduce the life performance of the battery.
The polymer Tg was determined by applying a polymer to a glass plate and drying at 120 ° C. for 1 hour to form a polymer film. The resulting polymer film was subjected to a differential scanning calorimeter (device name: thermal analyzer DSC3100S, BRVKER). ).

上記ポリマーは、例えば、上述したポリマーが含む構成単位を形成するモノマー成分を重合することにより製造することができる。
モノマー成分の重合方法としては特に限定されず、例えば、水溶液重合法、乳化重合法、逆相懸濁重合法、懸濁重合法、溶液重合法、塊状重合法等の方法を挙げることができる。これらの方法の中でも、簡便に製造できる観点から、乳化重合法を用いることが好ましい。乳化重合には、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアニオン性界面活性剤を好適に使用できる。
The said polymer can be manufactured by polymerizing the monomer component which forms the structural unit which the polymer mentioned above contains, for example.
The method for polymerizing the monomer component is not particularly limited, and examples thereof include an aqueous solution polymerization method, an emulsion polymerization method, a reverse phase suspension polymerization method, a suspension polymerization method, a solution polymerization method, and a bulk polymerization method. Among these methods, the emulsion polymerization method is preferably used from the viewpoint of easy production. For emulsion polymerization, for example, an anionic surfactant such as sodium dodecylbenzenesulfonate can be suitably used.

上記各モノマー成分の重合には、重合開始剤を用いることができる。重合開始剤としては通常用いられているものを1種又は2種以上使用することができる。
上記重合開始剤の使用量としては、ポリマーの原料として用いられた全モノマー成分100質量%に対して、0.02質量%以上、2質量%以下であることが好ましい。
A polymerization initiator can be used for the polymerization of each monomer component. As the polymerization initiator, one or more commonly used ones can be used.
The amount of the polymerization initiator used is preferably 0.02% by mass or more and 2% by mass or less with respect to 100% by mass of all monomer components used as a raw material for the polymer.

上記各単量体成分の重合には、重量平均分子量を調整する目的で、t−ドデシルメルカプタン等の連鎖移動剤を用いることもできる。連鎖移動剤を使用する場合、その使用量は、使用する単量体の種類や量、重合温度や濃度等の重合反応条件、目標とする重合体の分子量等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、例えば、共役ジエン系重合体の原料として用いられた全単量体成分100質量%に対して、10質量%以下とすることが好ましい。重量平均分子量を調整する観点から、0.01質量%以上とすることが好ましい。 For the polymerization of each monomer component, a chain transfer agent such as t-dodecyl mercaptan may be used for the purpose of adjusting the weight average molecular weight. When using a chain transfer agent, the amount used may be appropriately set according to the type and amount of monomers used, polymerization reaction conditions such as polymerization temperature and concentration, the molecular weight of the target polymer, etc. Although not particularly limited, for example, it is preferably 10% by mass or less with respect to 100% by mass of all monomer components used as a raw material for the conjugated diene polymer. From the viewpoint of adjusting the weight average molecular weight, it is preferably 0.01% by mass or more.

上記ポリマーを製造する重合反応の温度は、重合反応が進行する限り特に限定されないが、20℃以上、100℃以下であることが好ましい。該温度は、より好ましくは、40℃以上、90℃以下である。
また、重合反応の時間は、特に限定されないが、生産性を考慮すると、1時間以上、10時間以下が好ましい。
The temperature of the polymerization reaction for producing the polymer is not particularly limited as long as the polymerization reaction proceeds, but it is preferably 20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. The temperature is more preferably 40 ° C. or higher and 90 ° C. or lower.
The polymerization reaction time is not particularly limited, but preferably 1 hour or more and 10 hours or less in consideration of productivity.

上記ポリマーの含有量は、セパレータの機械的強度及びイオン伝導性の観点から、セパレータ100質量%中、10質量%以上であることが好ましく、15質量%以上であることがより好ましく、20質量%以上であることが更に好ましく、25質量%以上であることが特に好ましい。また、該含有量は、70質量%以下であることが好ましく、50質量%以下であることがより好ましく、40質量%以下であることが更に好ましい。 The content of the polymer is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and more preferably 20% by mass in 100% by mass of the separator from the viewpoint of mechanical strength and ion conductivity of the separator. More preferably, it is more preferably 25% by mass or more. Moreover, it is preferable that this content is 70 mass% or less, It is more preferable that it is 50 mass% or less, It is still more preferable that it is 40 mass% or less.

(無機粒子)
上記無機粒子が含む元素としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Cu、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Pb、N、P、Sb、Bi、S、Se、Te、F、Cl、及び、Brからなる群より選択される少なくとも1つの元素であることが好ましい。
(Inorganic particles)
The elements contained in the inorganic particles include alkali metals, alkaline earth metals, Sc, Y, lanthanoids, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Ru, Co, Ni , Pd, Cu, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, In, Tl, C, Si, Ge, Sn, Pb, N, P, Sb, Bi, S, Se, Te, F, Cl, and , Br is preferably at least one element selected from the group consisting of Br.

上記無機粒子としてば、例えば、酸化物;水酸化物;層状複水酸化物;粘土化合物;固溶体;合金;ゼオライト;ハロゲン化物;カルボキシラート化合物;炭酸化合物;炭酸水素化合物;硝酸化合物;硫酸化合物;スルホン酸化合物;ヒドロキシアパタイト等のリン酸化合物;亜リン化合物;次亜リン酸化合物、ホウ酸化合物;ケイ酸化合物;アルミン酸化合物;硫化物;オニウム化合物;塩等が挙げられる。これらの中でも、上記無機粒子は、例えば酸化物、水酸化物、層状無機化合物、及び、硫化物からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。 Examples of the inorganic particles include oxides, hydroxides, layered double hydroxides, clay compounds, solid solutions, alloys, zeolites, halides, carboxylate compounds, carbonate compounds, bicarbonate compounds, nitrate compounds, sulfate compounds, and the like. Examples thereof include sulfonic acid compounds; phosphoric acid compounds such as hydroxyapatite; phosphorous compounds; hypophosphorous acid compounds and boric acid compounds; silicic acid compounds; aluminate compounds; sulfides; Among these, the inorganic particles preferably include at least one selected from the group consisting of oxides, hydroxides, layered inorganic compounds, and sulfides.

上記酸化物としては、例えば酸化セリウム、酸化ジルコニウムが好ましい。より好ましくは、酸化セリウムである。また、酸化セリウムは、例えば、酸化サマリウム、酸化ガドリニウム、酸化ビスマス、酸化ジルコニウム等の金属酸化物との固溶体であってもよい。酸素欠陥を持つものであってもよい。
上記水酸化物としては、例えば水酸化マグネシウム、水酸化セリウム、水酸化ジルコニウムが好ましい。
As the oxide, for example, cerium oxide and zirconium oxide are preferable. More preferably, it is cerium oxide. Further, the cerium oxide may be a solid solution with a metal oxide such as samarium oxide, gadolinium oxide, bismuth oxide, zirconium oxide or the like. It may have an oxygen defect.
As the hydroxide, for example, magnesium hydroxide, cerium hydroxide, and zirconium hydroxide are preferable.

上記層状無機化合物は、1層だけであってもよく、2層以上が積層されたものであってもよい。上記層状無機化合物としては、例えば層状複水酸化物が挙げられる。
上記層状複水酸化物とは、下記式;
[M 1−x (OH)](An−x/n・mH
(Mは、Mg、Fe、Zn、Ca、Li、Ni、Co、Cu、Mnのいずれかである二価の金属イオンを表す。Mは、Al、Fe、Mn、Co、Cr、Inのいずれかである三価の金属イオンを表す。An−は、OH、Cl、NO 、CO 2−、COO等の1〜3価のアニオンを表す。mは0以上の数である。nは、1〜3の数である。xは、0.20〜0.40の数である。)に代表される化合物である。なお、An−は、2価以下のアニオンであることが好ましい。
このような層状複水酸化物は、天然産のもの(例えばハイドロタルサイト(Hydrotalcite)、マナッセイト(Manasseite)、モツコレアイト(Motukoreaite)、スティッヒタイト(Stichtite)、ショグレナイト(Sjogrenite)、バーバートナイト(Barbertonite)、パイロアウライト(Pyroaurite)、イオマイト(Iomaite)、クロロマガルミナイト(Chlormagaluminite)、ハイドロカルマイト(Hydrocalmite)、グリーン ラスト1(Green Rust 1)、ベルチェリン(Berthierine)、タコバイト(Takovite)、リーベサイト(Reevesite)、ホネサイト(Honessite)、イヤードライト(Eardlyite)、メイキセネライト(Meixnerite)等)の他、人工的に合成されたものであってもよく、150℃〜900℃で焼成することにより、脱水した化合物や、層間内の陰イオンを分解させた化合物、層間内の陰イオンを水酸化物イオン等に交換した化合物であってもよい。これらの層状複水酸化物の中でも、ハイドロタルサイト等のMg−Al系層状複水酸化物が好ましい。上記層状複水酸化物には、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、シラノール基等の官能基を持つ化合物が配位していてもよい。
上記硫化物としては、例えば硫化セリウム、硫化ジルコニウムが好ましい。
The layered inorganic compound may be a single layer or a laminate of two or more layers. Examples of the layered inorganic compound include layered double hydroxides.
The layered double hydroxide is represented by the following formula:
[M 1 1-x M 2 x (OH) 2 ] (A n− ) x / n · mH 2 O
(M 1 represents a divalent metal ion that is one of Mg, Fe, Zn, Ca, Li, Ni, Co, Cu, and Mn. M 2 represents Al, Fe, Mn, Co, Cr, In the .A n-representing a trivalent metal ion is either, OH -, Cl -, NO 3 -, CO 3 2-, COO - .m representing a 1-3-valent anion such as 0 or more N is a number of 1 to 3. x is a number of 0.20 to 0.40). In addition, it is preferable that An <- > is a bivalent or less anion.
Such layered double hydroxides are naturally occurring (eg, Hydrotalcite, Manassite, Motucoreite, Stichtite, Sjogrenite, Barbertite). , Pyroaurite, Iomite, Chlormagalminite, Hydrocalmite, Green Last 1, Bertierine, Tacobe, Tacoit Reevesite, Honesite In addition to Yardlite, Meixnerite, and the like, it may be artificially synthesized, and may be dehydrated by firing at 150 ° C. to 900 ° C. The compound which decomposed | disassembled the anion and the compound which replaced | exchanged the anion in an interlayer for the hydroxide ion etc. may be sufficient. Among these layered double hydroxides, Mg—Al-based layered double hydroxides such as hydrotalcite are preferable. A compound having a functional group such as a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, or a silanol group may be coordinated with the layered double hydroxide.
As the sulfide, for example, cerium sulfide and zirconium sulfide are preferable.

上記無機粒子の形状としては、微粉状、粉状、粒状、顆粒状、鱗片状、多面体状、ロッド状、曲面含有状等が挙げられる。 Examples of the shape of the inorganic particles include fine powder, powder, granule, granule, scale, polyhedron, rod, and curved surface.

また上記無機粒子は、その平均粒子径が10nm〜100μmであることが好ましい。平均粒子径が100μm以下であることにより、セパレータが有する金属及び/又は金属化合物の質量に対する表面積をより大きくし、デンドライトがセパレータを突き抜けることをより抑制する。なお、その平均粒子径の下限は特に限定されないが、平均粒子径は通常は10nm以上である。
上記平均粒子径は、0.2質量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に適切な量の金属及び/又は金属化合物を分散させた溶液をレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920(株式会社堀場製作所)を用いて測定されるものである。
The inorganic particles preferably have an average particle diameter of 10 nm to 100 μm. When the average particle diameter is 100 μm or less, the surface area of the separator with respect to the mass of the metal and / or metal compound is increased, and dendrites are further prevented from penetrating the separator. The lower limit of the average particle diameter is not particularly limited, but the average particle diameter is usually 10 nm or more.
The average particle size is determined by LA-920 (Horiba, Ltd.), a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device obtained by dispersing a suitable amount of metal and / or metal compound in a 0.2 mass% sodium hexametaphosphate aqueous solution. It is measured using.

上記無機粒子の割合は、本発明のセパレータ100質量%中、25質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、35質量%以上であり、更に好ましくは、40質量%以上である。また、80質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、70質量%以下である。 The proportion of the inorganic particles is preferably 25% by mass or more in 100% by mass of the separator of the present invention. More preferably, it is 35 mass% or more, More preferably, it is 40 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 80 mass% or less. More preferably, it is 70 mass% or less.

本発明のセパレータは、更に、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、例えば、カーボン等が挙げられる。
上記その他の成分の含有割合は、本発明のセパレータ100質量%中、5質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、1質量%以下であり、更に好ましくは、0.2質量%以下である。
The separator of the present invention may further contain other components. Examples of other components include carbon.
The content of the other components is preferably 5% by mass or less in 100% by mass of the separator of the present invention. More preferably, it is 1 mass% or less, More preferably, it is 0.2 mass% or less.

本発明におけるセパレータを形成するためのセパレータ形成材料の調製方法としては、例えば、次のような方法が挙げられる。
セパレータ形成材料(好ましくは、上記ポリマー、上記無機粒子、及び、必要に応じて上記その他の成分)と共に、必要に応じて、上記その他の成分を混合する。混合には、ミキサー、ブレンダー、ニーダー、ビーズミル、レディミル、ボールミル等を使用することができる。混合の前に、水や、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ヘキサノール、テトラヒドロフラン、N−メチルピロリドン等の有機溶剤、又は、水と有機溶剤との混合溶剤を加えても良い。
Examples of the method for preparing the separator forming material for forming the separator in the present invention include the following methods.
Together with the separator forming material (preferably, the polymer, the inorganic particles, and, if necessary, the other components), the other components are mixed as necessary. For mixing, a mixer, blender, kneader, bead mill, ready mill, ball mill, or the like can be used. Prior to mixing, water, an organic solvent such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, hexanol, tetrahydrofuran, N-methylpyrrolidone, or a mixed solvent of water and an organic solvent may be added.

セパレータ形成材料からセパレータを製造する方法は、膜が形成される限り特に制限されず、セパレータ形成材料をロールで圧延して膜状に成形する方法、平板プレス等で圧延して膜状に成形する方法や、射出成形法、押出成形法、キャスト法等の膜状に成形する方法を用いることができる。これらの成形方法は単独で用いてもよく、2種以上の方法を組み合わせて用いてもよい。
上記製造方法は、セパレータ形成材料を膜状に成形する工程の他に、膜を乾燥させる工程を含んでいてもよい。乾燥温度は適宜設定すればよいが、60℃〜160℃で行うことができる。
The method for producing the separator from the separator forming material is not particularly limited as long as a film is formed. The separator forming material is formed into a film by rolling it with a roll, or is formed into a film by rolling with a flat plate press or the like. For example, a method such as an injection molding method, an extrusion molding method, or a casting method can be used. These molding methods may be used alone, or two or more methods may be used in combination.
The said manufacturing method may include the process of drying a film | membrane other than the process of shape | molding a separator formation material in a film form. The drying temperature may be set as appropriate, but can be performed at 60 ° C to 160 ° C.

本発明のセパレータは、更に多孔質材料を含み、前記複合体が多孔質材料に含浸していることが好ましい。
上記多孔質材料としては、例えば、不織布、濾紙、ポリエチレンやポリプロピレン等の炭化水素部位含有重合体、ポリテトラフルオロエチレン部位含有重合体、ポリフッ化ビニリデン部位含有重合体、セルロース、フィブリル化セルロース、ビスコースレイヨン、酢酸セルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール含有重合体、セロファン、ポリスチレン等の芳香環部位含有重合体、ポリアクリロニトリル部位含有重合体、ポリアクリルアミド部位含有重合体、ポリハロゲン化ビニル部位含有重合体、ポリアミド部位含有重合体、ポリイミド部位含有重合体、ナイロン等のエステル部位含有重合体、ポリ(メタ)アクリル酸部位含有重合体、ポリ(メタ)アクリル酸塩部位含有重合体、ポリイソプレノールやポリ(メタ)アリルアルコール等の水酸基含有重合体、ポリカーボネート等のカーボネート基含有重合体、ポリエステル等のエステル基含有重合体、ポリウレタン等のカルバメートやカルバミド基部位含有重合体、寒天、ゲル化合物、有機無機ハイブリッド(コンポジット)化合物、イオン交換膜性重合体、環化重合体、スルホン酸塩含有重合体、第四級アンモニウム塩含有重合体、第四級ホスホニウム塩重合体、環状炭化水素基含有重合体、エーテル基含有重合体、セラミックス等の無機物等からなる膜であって、多孔質性のものが挙げられる。これらのセパレータは1種用いてもよく、2種以上用いてもよい。
It is preferable that the separator of the present invention further includes a porous material, and the composite is impregnated in the porous material.
Examples of the porous material include nonwoven fabrics, filter paper, polymers containing hydrocarbon moieties such as polyethylene and polypropylene, polymers containing polytetrafluoroethylene moieties, polymers containing polyvinylidene fluoride moieties, cellulose, fibrillated cellulose, and viscose. Rayon, cellulose acetate, hydroxyalkyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol-containing polymer, cellophane, polystyrene-containing aromatic ring-containing polymer, polyacrylonitrile-containing polymer, polyacrylamide-containing polymer, polyvinyl halide-containing polymer Polymer, polyamide site-containing polymer, polyimide site-containing polymer, ester site-containing polymer such as nylon, poly (meth) acrylic acid site-containing polymer, poly (meth) acrylate site-containing polymer, Hydroxyl group-containing polymers such as isoprenol and poly (meth) allyl alcohol, carbonate group-containing polymers such as polycarbonate, ester group-containing polymers such as polyester, carbamate and carbamide group site-containing polymers such as polyurethane, agar, gel compounds, Organic-inorganic hybrid (composite) compounds, ion-exchange membrane polymers, cyclized polymers, sulfonate-containing polymers, quaternary ammonium salt-containing polymers, quaternary phosphonium salt polymers, cyclic hydrocarbon group-containing heavy compounds A film made of an inorganic substance such as a coalescence, an ether group-containing polymer, or a ceramic, and has a porous structure. These separators may be used alone or in combination of two or more.

上記多孔質材料における多孔質は、本発明の技術分野において多孔質と言えるものであればよいが、中でも、旭精工株式会社 王研式透気度平滑度測定装置 KY−55で測定し、測定値の平均値を算出することで求められる透気度値が例えば1000s以上であることが好ましい。なお、透気度値は、その上限値は特に限定されないが、通常100000s以下である。 The porous material in the porous material may be any material as long as it can be said to be porous in the technical field of the present invention. Among them, Asahi Seiko Co., Ltd. Wangken air permeability smoothness measuring device KY-55 is used for measurement. The air permeability value obtained by calculating the average value is preferably 1000 s or more, for example. The upper limit of the air permeability value is not particularly limited, but is usually 100,000 s or less.

本発明の評価方法で良品とされたセパレータは、特に負極活物質としてリチウム種、亜鉛種、又は、カドミウム種を含有する負極を含んで構成される電池等の電池用セパレータとして好適に用いることができるものであり、本発明の評価方法を用いることで、デンドライトによる電極間の短絡を充分に抑制することができ、電池を長寿命化することができるセパレータを正確、簡便かつ迅速に選別できる。 The separator made a non-defective product by the evaluation method of the present invention is particularly preferably used as a battery separator such as a battery including a negative electrode containing a lithium species, a zinc species, or a cadmium species as a negative electrode active material. By using the evaluation method of the present invention, a short circuit between electrodes due to dendrites can be sufficiently suppressed, and a separator capable of extending the battery life can be selected accurately, simply and quickly.

本発明のセパレータを適用する電池の形態は一次電池;充放電が可能な二次電池(蓄電池);メカニカルチャージ方式の電池(亜鉛負極を機械的に交換する電池);第三極方式の電池(負極と、充電に適した電極と、放電に適した電極とを用いて構成される電池)、燃料電池等、いずれの形態であっても良いが、二次電池又は燃料電池が好ましい。
上記電池の構成は特に制限されないが、アルカリ乾電池、酸化銀電池、マンガン−亜鉛電池、ニッケル−亜鉛電池、燃料電池、空気電池等、アルカリ性電解液を使用する電池であることが好ましい。
A battery to which the separator of the present invention is applied is a primary battery; a chargeable / dischargeable secondary battery (storage battery); a mechanical charge type battery (a battery in which a zinc negative electrode is mechanically replaced); a third pole type battery ( The battery may be in any form such as a negative electrode, an electrode suitable for charging, and an electrode suitable for discharging, and a fuel cell, but a secondary battery or a fuel cell is preferred.
The configuration of the battery is not particularly limited, but is preferably a battery that uses an alkaline electrolyte, such as an alkaline dry battery, a silver oxide battery, a manganese-zinc battery, a nickel-zinc battery, a fuel battery, and an air battery.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “part” means “part by weight” and “%” means “mass%”.

下記電解液を保持する電解槽容器内で、下記セパレータで互いに隔離されるように下記2つの電極を配置して測定装置を構築し、2つの電極で充電反応と放電反応とを交互にかつ互いに逆反応となるように充放電試験を実施した。 In the electrolytic cell container holding the following electrolyte solution, the following two electrodes are arranged so as to be separated from each other by the following separator, and a measuring device is constructed. A charge / discharge test was conducted so that the reverse reaction occurred.

(電極)
2cm×2cmに切り出した集電体(Sn/Niメッキパンチング鋼板)上に亜鉛板(0.5mm厚)を溶接し、その上にZnO:PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)=97:3の質量比で混合した亜鉛活物質を平板プレス機により圧着し、亜鉛/酸化亜鉛合剤電極を作製した。ここで、亜鉛合剤電極の理論活物質量は、80mAh/cmとした。
外周部の絶縁処理としてエポキシ樹脂(関西ペイント社製ミリオンクリアー)を電極外周部に沿って幅1mmとなるように塗布した(図2参照)。
(electrode)
A zinc plate (0.5 mm thick) is welded onto a current collector (Sn / Ni plated punched steel plate) cut into 2 cm × 2 cm, and a mass ratio of ZnO: PTFE (polytetrafluoroethylene) = 97: 3 is formed thereon. The zinc active material mixed in (1) was pressed by a flat plate press to produce a zinc / zinc oxide mixture electrode. Here, the theoretical active material amount of the zinc mixture electrode was 80 mAh / cm 2 .
Epoxy resin (Million Clear manufactured by Kansai Paint Co., Ltd.) was applied as an insulation treatment of the outer peripheral portion so as to have a width of 1 mm along the outer peripheral portion of the electrode (see FIG. 2).

(電解液)
6.7mol/Lに調整された水酸化カリウム水溶液に酸化亜鉛を飽和濃度まで溶かした溶液を電解液とした。
(Electrolyte)
A solution obtained by dissolving zinc oxide to a saturated concentration in an aqueous potassium hydroxide solution adjusted to 6.7 mol / L was used as an electrolytic solution.

(セパレータ)
[共役ジエン系共重合体の調製例]
滴下ロート、撹拌機、窒素ガス導入管、温度計、及び、還流冷却管を備えたフラスコ内にドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5質量部、脱イオン水57質量部を仕込んだ後、フラスコ内を窒素ガスで置換した。
一方、滴下ロートにドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5質量部、スチレン58質量部、1,3−ブタジエン40質量部、フマル酸2質量部、t−ドデシルメルカプタン0.5質量部および脱イオン水38質量部を仕込み、プレエマルションを調製した。その後、フラスコ内にゆるやかに窒素ガスを吹き込みながら撹拌下で65℃まで昇温し、5%過硫酸アンモニウム水溶液6質量部を添加し、次いで、前記で得られたプレエマルションを5時間にわたって均一にフラスコ内に滴下した。滴下終了後、脱イオン水5質量部で滴下ロートを洗浄し、得られた洗浄液をフラスコ内に滴下した。その後、フラスコ内の内容物を65℃で2時間維持し、重合を終了した。得られた反応液を室温まで冷却し、不揮発分含量が48.1質量%の共役ジエン系共重合体の水分散液を得た。
(Separator)
[Preparation Example of Conjugated Diene Copolymer]
After charging 0.5 parts by mass of sodium dodecylbenzenesulfonate and 57 parts by mass of deionized water into a flask equipped with a dropping funnel, a stirrer, a nitrogen gas inlet tube, a thermometer, and a reflux condenser, the inside of the flask was Replaced with nitrogen gas.
Meanwhile, sodium dodecylbenzenesulfonate 0.5 parts by mass, styrene 58 parts by mass, 1,3-butadiene 40 parts by mass, fumaric acid 2 parts by mass, t-dodecyl mercaptan 0.5 parts by mass and deionized water 38 were added to the dropping funnel. A pre-emulsion was prepared by charging mass parts. Thereafter, the temperature was raised to 65 ° C. with stirring while gently blowing nitrogen gas into the flask, 6 parts by mass of 5% aqueous ammonium persulfate solution was added, and then the pre-emulsion obtained above was uniformly added to the flask over 5 hours. It was dripped in. After completion of dropping, the dropping funnel was washed with 5 parts by mass of deionized water, and the resulting cleaning solution was dropped into the flask. Thereafter, the contents in the flask were maintained at 65 ° C. for 2 hours to complete the polymerization. The obtained reaction liquid was cooled to room temperature to obtain an aqueous dispersion of a conjugated diene copolymer having a nonvolatile content of 48.1% by mass.

[セパレータの調製例]
ハイドロタルサイト(商品名:DHT−6、協和化学工業社製、平均粒子径0.20μm)100質量部、上記調製例で調製した共役ジエン系共重合体の水分散液100質量部及び純水25質量部を計り取り、ニーダーを用いて均一な状態になるまで混練を行った後、得られた混練物を厚さ100μmになるまでロールプレスすることで、セパレータを作製した。
[Example of preparation of separator]
100 parts by mass of hydrotalcite (trade name: DHT-6, manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., average particle size 0.20 μm), 100 parts by mass of an aqueous dispersion of the conjugated diene copolymer prepared in the above preparation example, and pure water 25 parts by mass were weighed and kneaded until a uniform state was obtained using a kneader, and then the obtained kneaded product was roll-pressed to a thickness of 100 μm to produce a separator.

セパレータとして下記3種類について検討した。
(1)微多孔性膜:(1−1)ナイロン製不織布(厚み160μm)、(1−2)ポリオレフィン製親水性微多孔膜(厚み25μm)をそれぞれ用いた。
(2)アニオン伝導性膜:上記セパレータの調製例で調製したアニオン伝導性膜(特願2015−213144に記載の実施例1のアニオン伝導性膜と同一。厚み101μm)を用いた。
(3)多孔体含浸膜:上記セパレータの調製例の混練物(特願2015−213144に記載の実施例1の混練物と同一)をナイロン製不織布と圧延することで繊維物質と一体化したセパレータを用いた。
The following three types of separators were examined.
(1) Microporous membrane: (1-1) Nylon nonwoven fabric (thickness 160 μm), (1-2) Polyolefin hydrophilic microporous membrane (thickness 25 μm), respectively.
(2) Anion conductive membrane: The anion conductive membrane prepared in the above separator preparation example (same as the anion conductive membrane of Example 1 described in Japanese Patent Application No. 2015-213144, thickness: 101 μm) was used.
(3) Porous body-impregnated membrane: a separator integrated with a fiber material by rolling a kneaded material of the above separator preparation example (same as the kneaded material of Example 1 described in Japanese Patent Application No. 2015-213144) with a nylon nonwoven fabric Was used.

(充放電試験装置)
北斗電工社製充放電試験装置(HJ−1005SD8)を用いた。
(測定器)
電極間の短絡は、HIOKI社製バッテリーハイテスタ(BT3554)を用いて2つの電極間の抵抗を測定し、抵抗の急激な低下によって確認した。抵抗の急激な低下とは、サイクル毎に電極間抵抗を測定した場合に、前サイクルの電極間抵抗に比べて10%以上の低下率があった場合を指す。この測定は、上記バッテリーハイテスタで測定できるが、充放電試験装置における電流−電圧の測定値から算出することもできる。
(Charge / discharge test equipment)
A charge / discharge test apparatus (HJ-1005SD8) manufactured by Hokuto Denko Corporation was used.
(Measuring instrument)
The short circuit between the electrodes was confirmed by measuring the resistance between the two electrodes using a battery tester (BT3554) manufactured by HIOKI, and rapidly decreasing the resistance. The rapid decrease in resistance refers to a case where there is a decrease rate of 10% or more in comparison with the interelectrode resistance in the previous cycle when the interelectrode resistance is measured for each cycle. This measurement can be performed by the battery high tester, but can also be calculated from the measured current-voltage value in the charge / discharge test apparatus.

<直流電流による評価>
(比較例1)
電流密度10mA/cmの直流電流を印加した結果、下記の表1に示す試験結果となった。
<Evaluation by direct current>
(Comparative Example 1)
As a result of applying a direct current having a current density of 10 mA / cm 2, the test results shown in Table 1 below were obtained.

Figure 2018160409
Figure 2018160409

測定時間が経過すると共に片方の亜鉛極からデンドライトの成長がみられるとともに、もう一方の電極では搭載していた金属亜鉛種が酸化される。このため、元々搭載していた金属亜鉛を消費してしまうと、水の電気分解が生じることにより水素発生反応に変わる(測定可能な時間が短い。)。上記試験では集電体上に0.5mm厚の亜鉛金属板を張り付けていたが、集電体との接点の酸化により実質的な放電可能電気量は30mAh/cm程度の放電能力であった。
このように直流電流によるセパレータ評価を長期間実施するためには、予め放電するための原料として金属亜鉛種を大量に搭載しておく必要がある。
As the measurement time elapses, dendrite grows from one zinc electrode, and the metal zinc species mounted on the other electrode is oxidized. For this reason, if the metal zinc which was originally mounted is consumed, it will change into a hydrogen generation reaction by electrolysis of water (measurable time is short). In the above test, a 0.5 mm-thick zinc metal plate was pasted on the current collector, but the substantial amount of dischargeable electricity was about 30 mAh / cm 2 due to oxidation of the contacts with the current collector. .
Thus, in order to perform separator evaluation by direct current for a long period of time, it is necessary to mount a large amount of metal zinc species as a raw material for discharging in advance.

<交流測定による評価>
(実施例1)
次に比較例1と同様な構成で測定装置を構築し、直流電流の印加ではなく、定められた電気量での充放電試験を実施した。
ここでは、電流密度を80mA/cmに固定し、10分、15分、30分、48分毎に充放電電流の向きを切り替えて測定を実施した。
下記表2及び表3に、各測定により得られたサイクル数及びX値を示す。
なお、X値は、下記一般式(1);
X=A/(100−B) (1)
(式中、Aは、サイクル寿命(サイクル数)を表す。Bは、電極利用率(%)を表す。)で表される。X値が100以上であるセパレータを良品とする。
<Evaluation by AC measurement>
Example 1
Next, a measuring apparatus was constructed with the same configuration as in Comparative Example 1, and a charge / discharge test was performed with a predetermined amount of electricity instead of applying a direct current.
Here, the current density was fixed at 80 mA / cm 2 , and the measurement was performed by switching the direction of the charge / discharge current every 10 minutes, 15 minutes, 30 minutes, and 48 minutes.
Tables 2 and 3 below show the number of cycles and X values obtained by each measurement.
In addition, X value is the following general formula (1);
X = A 2 / (100- B) (1)
(In the formula, A represents the cycle life (number of cycles), and B represents the electrode utilization rate (%)). A separator having an X value of 100 or more is regarded as a good product.

Figure 2018160409
Figure 2018160409

Figure 2018160409
Figure 2018160409

実施例1の結果から、(2)アニオン伝導性膜及び(3)多孔体含浸膜は、50%以下のいずれの電極利用率でもX値が100以上であり、良品であると評価できる。
実施例1では、電極に金属亜鉛種を大量に搭載したり、金属亜鉛種を追加したりすることなく、長時間の安定的な評価が可能であり、(2)アニオン伝導性膜、(3)多孔体含浸膜のデンドライト抑制能力が優れることを定量的かつ迅速に評価することができた。また、実施例1の測定方法は、実際の二次電池と同様に充放電反応を行うことから、実際の二次電池のサイクル寿命と整合した評価結果が得られるものと考えられる。
From the results of Example 1, (2) the anion conductive membrane and (3) the porous material-impregnated membrane have an X value of 100 or more at any electrode utilization rate of 50% or less, and can be evaluated as good products.
In Example 1, stable evaluation for a long time is possible without mounting a large amount of metal zinc species on the electrode or adding a metal zinc species. (2) Anion conductive membrane, (3 ) It was possible to quantitatively and rapidly evaluate the superior dendrite suppression ability of the porous material impregnated film. Moreover, since the measurement method of Example 1 performs charging / discharging reaction like an actual secondary battery, it is thought that the evaluation result consistent with the cycle life of an actual secondary battery is obtained.

なお、電極利用率が50%を超えると、亜鉛極が大きく形態変化するためにセパレータ性能に関係なく性能低下が生じるおそれがある。このため、本試験は電極に搭載している容量の50%以下の利用率で評価することが好ましい。 When the electrode utilization rate exceeds 50%, the zinc electrode undergoes a great change in shape, and there is a risk of performance degradation regardless of the separator performance. For this reason, this test is preferably evaluated with a utilization rate of 50% or less of the capacity mounted on the electrode.

1:セパレータ
2a、2b、12a、12b:電極リード部分
3a、3b:集電体
5a:デンドライト形成前の亜鉛層
5b:デンドライト形成前の酸化亜鉛層
7a、7b:デンドライト
9:電解槽容器
10:測定装置
15a、15b:電極反応部分(亜鉛層又は酸化亜鉛層)
16a、16b:絶縁処理部分(絶縁部材)
1: separators 2a, 2b, 12a, 12b: electrode lead portions 3a, 3b: current collector 5a: zinc layer 5b before dendrite formation: zinc oxide layers 7a, 7b before dendrite formation: dendrite 9: electrolytic vessel container 10: Measuring device 15a, 15b: Electrode reaction part (zinc layer or zinc oxide layer)
16a, 16b: Insulation processing part (insulating member)

Claims (10)

セパレータの評価方法であって、
該方法は、電解質を保持する電解槽容器内で、セパレータで互いに隔離された、充放電に伴って形態変化が起こる2つの電極で充電反応と放電反応とを交互にかつ互いに逆反応となるように行い、2つの電極間の短絡を確認する工程を含むことを特徴とするセパレータの評価方法。
A separator evaluation method,
In this method, in the electrolytic cell container holding the electrolyte, the charge reaction and the discharge reaction are alternately and reversely performed by the two electrodes that are separated from each other by the separator and undergo a shape change with charge and discharge. And a step for confirming a short circuit between the two electrodes.
前記2つの電極は、亜鉛を有する電極及び酸化亜鉛を有する電極であることを特徴とする請求項1に記載のセパレータの評価方法。 The separator evaluation method according to claim 1, wherein the two electrodes are an electrode having zinc and an electrode having zinc oxide. 前記確認工程は、電圧又は抵抗の低下によって前記2つの電極間の短絡を確認することを特徴とする請求項1又は2に記載のセパレータの評価方法。 The separator evaluation method according to claim 1 or 2, wherein the confirmation step confirms a short circuit between the two electrodes by a decrease in voltage or resistance. 前記確認工程における充放電容量が、前記2つの電極の少なくとも一方が有する活物質の容量の1/2以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のセパレータの評価方法。 4. The separator evaluation method according to claim 1, wherein a charge / discharge capacity in the confirmation step is ½ or less of an active material capacity of at least one of the two electrodes. 5. 前記2つの電極の少なくとも一方は、セパレータと対向する部分の表面積が、前記セパレータの通電面積よりも小さいことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のセパレータの評価方法。 The separator evaluation method according to claim 1, wherein at least one of the two electrodes has a surface area of a portion facing the separator that is smaller than a current-carrying area of the separator. 前記確認工程における充放電電流密度が、前記セパレータの通電面積に対して1〜100mA/cmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のセパレータの評価方法。 The method for evaluating a separator according to claim 1, wherein a charge / discharge current density in the confirmation step is 1 to 100 mA / cm 2 with respect to a current-carrying area of the separator. 前記確認工程における、下記一般式(1);
X=A/(100−B) (1)
(式中、Aは、サイクル寿命(サイクル数)を表す。Bは、電極利用率(%)を表す。)で表されるXが100以上であるセパレータを良品とすることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のセパレータの評価方法。
In the confirmation step, the following general formula (1);
X = A 2 / (100- B) (1)
(Wherein A represents cycle life (number of cycles), B represents electrode utilization rate (%)), and X is 100 or more. Item 7. The method for evaluating a separator according to any one of Items 1 to 6.
ポリマーと無機粒子の複合体を含む、請求項7に記載の評価方法にて良品となるセパレータ。 The separator which becomes a non-defective product by the evaluation method according to claim 7 including a composite of a polymer and inorganic particles. 更に多孔質材料を含み、前記複合体が多孔質材料に含浸していることを特徴とする請求項8に記載のセパレータ。 The separator according to claim 8, further comprising a porous material, wherein the composite is impregnated in the porous material. 前記無機粒子は、酸化物、水酸化物、層状無機化合物、及び、硫化物からなる群より選択される少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項8又は9に記載のセパレータ。 The separator according to claim 8 or 9, wherein the inorganic particles include at least one selected from the group consisting of oxides, hydroxides, layered inorganic compounds, and sulfides.
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