JP2019216059A - Porous membrane, battery member, and zinc battery - Google Patents

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亮二 大坪
美枝 阿部
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美枝 阿部
黒田 直人
Naoto Kuroda
直人 黒田
水野 康之
Yasuyuki Mizuno
康之 水野
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Abstract

To provide a porous membrane and a battery member which enable production of a zinc battery with excellent life performance.SOLUTION: A porous membrane arranged between a positive electrode and a negative electrode in a zinc battery contains a calcium component. Here, the calcium component may contain calcium hydroxide. The porous membrane may further contain an indium component. The porous membrane has a porous substrate, and the calcium component may be supported on the porous substrate. The invention also relates to a battery member which has a collector, an electrode material, and the porous membrane in this order.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、多孔膜、電池部材及び亜鉛電池に関する。   The present invention relates to a porous membrane, a battery member, and a zinc battery.

亜鉛負極を用いる亜鉛電池としては、ニッケル亜鉛電池、空気亜鉛電池、銀亜鉛電池等が知られている。例えば、ニッケル亜鉛電池は、水酸化カリウム水溶液等の水系電解液を用いる水系電池であることから、高い安全性を有すると共に、亜鉛電極とニッケル電極との組み合わせにより、水系電池としては高い起電力を有することが知られている。さらに、ニッケル亜鉛電池は、優れた入出力性能に加えて、低コストであることから、産業用途(例えば、バックアップ電源等の用途)及び自動車用途(例えば、ハイブリッド自動車等の用途)への適用可能性が検討されている。   As a zinc battery using a zinc negative electrode, a nickel zinc battery, an air zinc battery, a silver zinc battery and the like are known. For example, a nickel-zinc battery is a water-based battery using an aqueous electrolyte such as an aqueous solution of potassium hydroxide, and thus has high safety and a high electromotive force as a water-based battery due to the combination of a zinc electrode and a nickel electrode. It is known to have. Furthermore, nickel-zinc batteries can be used in industrial applications (for example, applications such as backup power supplies) and automotive applications (for example, applications such as hybrid vehicles) because of their low cost in addition to excellent input / output performance. Sex is being considered.

ニッケル亜鉛電池は、多孔膜を介して対向する正極及び負極を備えている。ニッケル亜鉛電池に用いられる多孔膜としては、表面にニッケル層を有する微孔性フィルムセパレータが知られている(例えば、下記特許文献1参照)。   A nickel zinc battery includes a positive electrode and a negative electrode that face each other with a porous film interposed therebetween. As a porous membrane used for a nickel zinc battery, a microporous film separator having a nickel layer on its surface is known (for example, see Patent Document 1 below).

特開平5−343096号公報JP-A-5-343096

ところで、亜鉛電池に対しては、優れた寿命性能を得ることが求められている。   By the way, zinc batteries are required to have excellent life performance.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、優れた寿命性能を有する亜鉛電池を得ることができる多孔膜及び電池部材を提供することを目的とする。また、本発明は、優れた寿命性能を有する亜鉛電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a porous membrane and a battery member capable of obtaining a zinc battery having excellent life performance. Another object of the present invention is to provide a zinc battery having excellent life performance.

本発明は、第1の態様として、亜鉛電池の正極及び負極の間に配置される多孔膜であって、カルシウム成分を含有する、多孔膜を提供する。このような多孔膜によれば、優れた寿命性能を有する亜鉛電池を得ることができる。   The present invention provides, as a first aspect, a porous membrane disposed between a positive electrode and a negative electrode of a zinc battery, the porous membrane containing a calcium component. According to such a porous membrane, a zinc battery having excellent life performance can be obtained.

第1の態様において、カルシウム成分は、好ましくは水酸化カルシウムを含む。   In a first embodiment, the calcium component preferably comprises calcium hydroxide.

第1の態様において、多孔膜は、インジウム成分を更に含有してもよい。このような多孔膜によれば、優れた寿命性能を有すると共に自己放電が抑制された亜鉛電池を得ることができる。   In the first embodiment, the porous membrane may further contain an indium component. According to such a porous membrane, it is possible to obtain a zinc battery having excellent life performance and suppressing self-discharge.

第1の態様において、多孔膜は、多孔性基材を有し、カルシウム成分が多孔性基材に担持されていてもよい。このような多孔膜によっても、優れた寿命性能を有する亜鉛電池を得ることができる。   In the first embodiment, the porous membrane has a porous substrate, and the calcium component may be supported on the porous substrate. Even with such a porous membrane, a zinc battery having excellent life performance can be obtained.

本発明は、第2の態様として、集電体と、電極材と、上記の多孔膜と、をこの順に有する、電池部材を提供する。このような電池部材によれば、優れた寿命性能を有する亜鉛電池を得ることができる。   The present invention provides, as a second aspect, a battery member having a current collector, an electrode material, and the above-described porous film in this order. According to such a battery member, a zinc battery having excellent life performance can be obtained.

本発明は、第3の態様として、正極と、負極と、上記の多孔膜と、を備え、多孔膜が正極及び負極の間に配置されている、亜鉛電池を提供する。このような亜鉛電池によれば、優れた寿命性能を得ることができる。   The present invention provides, as a third aspect, a zinc battery including a positive electrode, a negative electrode, and the above-described porous film, wherein the porous film is disposed between the positive electrode and the negative electrode. According to such a zinc battery, excellent life performance can be obtained.

本発明によれば、優れた寿命性能を有する亜鉛電池を得ることができる多孔膜及び電池部材を提供することができる。また、本発明によれば、優れた寿命性能を有する亜鉛電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a porous membrane and a battery member capable of obtaining a zinc battery having excellent life performance. Further, according to the present invention, a zinc battery having excellent life performance can be provided.

本明細書において、「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値と任意に組み合わせることができる。本明細書に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。「A又はB」とは、A及びBのどちらか一方を含んでいればよく、両方とも含んでいてもよい。本明細書に例示する材料は、特に断らない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。本明細書において、組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。また、本明細書において「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構造に加え、一部に形成されている形状の構造も包含される。また、本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。   In the present specification, a numerical range indicated by using “to” indicates a range including numerical values described before and after “to” as a minimum value and a maximum value, respectively. In the numerical ranges described stepwise in this specification, the upper limit value or lower limit value of a numerical range of a certain step can be arbitrarily combined with the upper limit value or lower limit value of the numerical range of another step. In the numerical range described in this specification, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the values shown in the examples. “A or B” only needs to include either A or B, and may include both. The materials exemplified in the present specification can be used singly or in combination of two or more unless otherwise specified. In the present specification, the content of each component in the composition, if there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition, unless otherwise specified, the total amount of the plurality of substances present in the composition Means Further, in this specification, the term “layer” includes, when observed in a plan view, a structure having a partly formed shape in addition to a structure having a partly formed whole surface. Further, in this specification, the term "step" is used not only for an independent step but also for the case where the intended action of the step is achieved even if it cannot be clearly distinguished from other steps. included.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the gist.

本実施形態に係る亜鉛電池(例えば亜鉛二次電池)としては、ニッケル亜鉛電池、空気亜鉛電池、銀亜鉛電池等が挙げられる。本実施形態に係る亜鉛電池の基本構成としては、従来の亜鉛電池と同様の構成を用いることができる。   Examples of the zinc battery (for example, a zinc secondary battery) according to the present embodiment include a nickel zinc battery, an air zinc battery, and a silver zinc battery. As a basic configuration of the zinc battery according to the present embodiment, a configuration similar to a conventional zinc battery can be used.

本実施形態に係る亜鉛電池は、正極と、負極と、正極及び負極の間に配置された多孔膜と、を備える。本実施形態に係る亜鉛電池は、電極(正極又は負極。亜鉛電池用電極)と、多孔膜とを有する電池部材(亜鉛電池用電池部材)を備えていてよい。本実施形態に係る電池部材は、集電体と、電極材と、多孔膜と、をこの順に有し、例えば、集電体と、集電体に支持された電極材と、電極材に支持された多孔膜と、を有する。本実施形態に係る多孔膜は、亜鉛電池の正極及び負極の間に配置される多孔膜であり、カルシウム成分を含有する。   The zinc battery according to the present embodiment includes a positive electrode, a negative electrode, and a porous film disposed between the positive electrode and the negative electrode. The zinc battery according to this embodiment may include a battery member (battery member for zinc battery) having an electrode (a positive electrode or a negative electrode; an electrode for a zinc battery) and a porous film. The battery member according to the present embodiment has a current collector, an electrode material, and a porous film in this order, and includes, for example, a current collector, an electrode material supported on the current collector, and a support And a porous film. The porous membrane according to the present embodiment is a porous membrane disposed between a positive electrode and a negative electrode of a zinc battery, and contains a calcium component.

本実施形態によれば、亜鉛電池において優れた寿命性能を得ることができる。このような効果が得られる原因は明らかではないが、本発明者は下記のように推察している。但し、原因は下記の内容に限定されない。   According to the present embodiment, excellent life performance can be obtained in the zinc battery. The reason why such an effect is obtained is not clear, but the present inventors speculate as follows. However, the cause is not limited to the following contents.

亜鉛電池では、放電反応により負極において水酸化亜鉛(Zn(OH))が生成する。水酸化亜鉛は電解液に可溶であり、水酸化亜鉛が電解液に溶解すると、テトラヒドロキシ亜鉛酸イオン([Zn(OH)2−)が電解液中に拡散する。充電反応によりテトラヒドロキシ亜鉛酸イオンが亜鉛に還元される際に負極上で不均一に亜鉛の生成が進行する。その結果、負極の形態変化が進行すると共に充電電流の分布が不均一となること等により、負極上の局所で亜鉛の析出が起こり、デンドライト(樹枝状電析)が発生する。そして、デンドライトが多孔膜を貫通して正極まで達することにより短絡して寿命性能が劣化する。
これに対し、本実施形態では、多孔膜がカルシウム成分を含有する。カルシウム成分は、負極内又は負極表面においてテトラヒドロキシ亜鉛酸イオンと反応してテトラヒドロキシ亜鉛酸カルシウム(CaZn(OH))を形成する。テトラヒドロキシ亜鉛酸カルシウムは電解液に溶解しにくいため、電解液中へのテトラヒドロキシ亜鉛酸イオンの拡散が抑制される。これにより、負極上での亜鉛の析出が生じにくくなり、デンドライトの発生が抑制される。以上により、本実施形態では、優れた寿命性能を得ることができる。
In a zinc battery, zinc hydroxide (Zn (OH) 2 ) is generated at the negative electrode by a discharge reaction. Zinc hydroxide is soluble in the electrolytic solution, and when zinc hydroxide is dissolved in the electrolytic solution, tetrahydroxyzincate ions ([Zn (OH) 4 ] 2− ) diffuse into the electrolytic solution. When the tetrahydroxyzincate ion is reduced to zinc by the charging reaction, the generation of zinc proceeds unevenly on the negative electrode. As a result, the morphological change of the negative electrode progresses and the distribution of the charging current becomes non-uniform, so that zinc is locally deposited on the negative electrode, and dendrite (dendritic deposition) occurs. When the dendrite penetrates the porous membrane and reaches the positive electrode, a short circuit occurs and the life performance deteriorates.
In contrast, in the present embodiment, the porous membrane contains a calcium component. The calcium component reacts with tetrahydroxy zincate ions in the negative electrode or on the negative electrode surface to form calcium tetrahydroxy zincate (CaZn (OH) 4 ). Since calcium tetrahydroxyzincate is hardly dissolved in the electrolytic solution, diffusion of tetrahydroxyzincate ions into the electrolytic solution is suppressed. This makes it difficult for zinc to deposit on the negative electrode, and suppresses the generation of dendrites. As described above, in this embodiment, excellent life performance can be obtained.

以下、本実施形態に係る亜鉛電池の一例として、ニッケル亜鉛電池について説明する。   Hereinafter, a nickel zinc battery will be described as an example of the zinc battery according to the present embodiment.

本実施形態に係る亜鉛電池は、例えば、電槽、電解液及び電極群(例えば極板群)を備えている。電解液及び電極群は、電槽内に収容されている。本実施形態に係る亜鉛電池は、化成前及び化成後のいずれであってもよい。   The zinc battery according to the present embodiment includes, for example, a battery case, an electrolytic solution, and an electrode group (for example, an electrode group). The electrolyte and the electrode group are housed in a battery case. The zinc battery according to the present embodiment may be either before or after chemical formation.

電解液は、例えば、溶媒及び電解質を含有している。溶媒としては、水(例えばイオン交換水)等が挙げられる。電解質としては、塩基性化合物等が挙げられ、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化リチウム(LiOH)等のアルカリ金属水酸化物などが挙げられる。本実施形態に係る亜鉛電池は、アルカリ電解液を用いたアルカリ亜鉛電池として用いることができる。電解液は、溶媒及び電解質以外の成分を含有してもよく、例えば、リン酸カリウム、フッ化カリウム、炭酸カリウム、リン酸ナトリウム、フッ化ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、酸化亜鉛、酸化アンチモン、二酸化チタン、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤等を含有してもよい。   The electrolytic solution contains, for example, a solvent and an electrolyte. Examples of the solvent include water (for example, ion-exchanged water). Examples of the electrolyte include basic compounds and the like, and alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), and lithium hydroxide (LiOH). The zinc battery according to the present embodiment can be used as an alkaline zinc battery using an alkaline electrolyte. The electrolytic solution may contain components other than the solvent and the electrolyte. For example, potassium phosphate, potassium fluoride, potassium carbonate, sodium phosphate, sodium fluoride, sodium hydroxide, lithium hydroxide, zinc oxide, oxide It may contain antimony, titanium dioxide, a nonionic surfactant, an anionic surfactant and the like.

電極群は、例えば、セパレータと、セパレータを介して対向する正極(正極板等)及び負極(負極板等)とによって構成されている。正極は、例えば、正極集電体と、当該正極集電体に支持された正極材と、を有している。負極は、例えば、負極集電体と、当該負極集電体に支持された負極材と、を有している。正極及び負極は、化成前及び化成後のいずれであってもよい。電極群において、正極同士及び負極同士は、例えば、ストラップで連結されている。   The electrode group includes, for example, a separator, and a positive electrode (a positive electrode plate or the like) and a negative electrode (a negative electrode plate or the like) opposed to each other with the separator interposed therebetween. The positive electrode has, for example, a positive electrode current collector and a positive electrode material supported by the positive electrode current collector. The negative electrode has, for example, a negative electrode current collector and a negative electrode material supported by the negative electrode current collector. The positive electrode and the negative electrode may be either before or after chemical formation. In the electrode group, the positive electrodes and the negative electrodes are connected by, for example, straps.

セパレータは、単層又は複数層のいずれであってもよく、少なくとも、本実施形態に係る多孔膜を有している。多孔膜は、正極及び負極の間に配置されていればよく、正極及び負極の少なくとも一方に接していてもよく、正極及び負極の少なくとも一方に接していなくてもよい。   The separator may be a single layer or a plurality of layers, and has at least the porous membrane according to the present embodiment. The porous film may be disposed between the positive electrode and the negative electrode, may be in contact with at least one of the positive electrode and the negative electrode, or may not be in contact with at least one of the positive electrode and the negative electrode.

多孔膜は、優れた寿命性能を得やすい観点から少なくとも負極に接していることが好ましく、例えば、多孔膜の一方面が正極に接し、かつ、多孔膜の他方面が負極に接している。多孔膜は、正極又は負極の両面にそれぞれ配置されていてよい。多孔膜は、例えば、正極の正極材及び負極の負極材の少なくとも一方に接している。多孔膜が正極材に接している場合、電極群は、集電体(正極集電体)と、正極材と、多孔膜とをこの順に有する電池部材を備えている。多孔膜が負極材に接している場合、電極群は、集電体(負極集電体)と、負極材と、多孔膜とをこの順に有する電池部材を備えている。   The porous film is preferably in contact with at least the negative electrode from the viewpoint of easily obtaining excellent life performance. For example, one surface of the porous film is in contact with the positive electrode, and the other surface of the porous film is in contact with the negative electrode. The porous membrane may be arranged on both surfaces of the positive electrode or the negative electrode, respectively. The porous film is in contact with, for example, at least one of the positive electrode material of the positive electrode and the negative electrode material of the negative electrode. When the porous film is in contact with the positive electrode material, the electrode group includes a battery member having a current collector (a positive electrode current collector), a positive electrode material, and a porous film in this order. When the porous film is in contact with the negative electrode material, the electrode group includes a battery member having a current collector (a negative electrode current collector), a negative electrode material, and a porous film in this order.

多孔膜が正極又は負極と接していない場合、カルシウム成分を含有しない多孔膜を正極又は負極と多孔膜との間に配置することができる。セパレータは、例えば、カルシウム成分を含有しない二つの多孔膜の間に、本実施形態に係る多孔膜を有する態様であってよい。   When the porous film is not in contact with the positive electrode or the negative electrode, a porous film containing no calcium component can be disposed between the positive electrode or the negative electrode and the porous film. The separator may be, for example, an embodiment having the porous membrane according to the present embodiment between two porous membranes containing no calcium component.

本実施形態に係る多孔膜は、多孔性を有する多孔体膜であり、カルシウム成分を含有する膜であればよい。多孔膜は、例えば、カルシウム成分からなる態様(例えば、カルシウム単体又はカルシウム化合物からなる態様)、並びに、カルシウム成分及び他の成分からなる態様のいずれを有していてもよい。   The porous membrane according to the present embodiment is a porous membrane having porosity, and may be a membrane containing a calcium component. The porous membrane may have, for example, any of a mode composed of a calcium component (for example, a mode composed of calcium alone or a calcium compound) and a mode composed of a calcium component and other components.

カルシウム成分は、少なくともカルシウム原子を含む成分であり、カルシウム単体及びカルシウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種である。カルシウム化合物としては、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、硫酸カルシウム等が挙げられる。カルシウム化合物は、優れた寿命性能を得やすい観点から、好ましくは水酸化カルシウムを含む。   The calcium component is a component containing at least a calcium atom, and is at least one selected from the group consisting of simple calcium and a calcium compound. Examples of the calcium compound include calcium hydroxide, calcium oxide, calcium sulfate and the like. The calcium compound preferably contains calcium hydroxide from the viewpoint of easily obtaining excellent life performance.

多孔膜におけるカルシウム成分の含有量は、多孔膜の全量(多孔膜が後述の多孔性基材を有する場合、多孔性基材を除く。以下同様)を基準として下記の範囲が好ましい。カルシウム成分の含有量は、優れた寿命性能を得やすい観点から、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、15質量%以上が更に好ましく、20質量%以上が特に好ましく、40質量%以上が極めて好ましく、60質量%以上が非常に好ましく、70質量%以上がより一層好ましい。カルシウム成分の含有量は、優れた寿命性能を得やすい観点から、99質量%以下が好ましく、97質量%以下がより好ましく、95質量%以下が更に好ましく、90質量%以下が特に好ましく、85質量%以下が極めて好ましく、80質量%以下がより一層好ましい。   The content of the calcium component in the porous membrane is preferably in the following range based on the total amount of the porous membrane (when the porous membrane has a porous substrate described below, excluding the porous substrate. The same applies hereinafter). The content of the calcium component is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, further preferably 15% by mass or more, particularly preferably 20% by mass or more, from the viewpoint of easily obtaining excellent life performance, and 40% by mass or more. % Or more is very preferable, 60% by mass or more is very preferable, and 70% by mass or more is still more preferable. The content of the calcium component is preferably 99% by mass or less, more preferably 97% by mass or less, still more preferably 95% by mass or less, particularly preferably 90% by mass or less, from the viewpoint of easily obtaining excellent life performance, and 85% by mass or less. % Or less, and still more preferably 80% by mass or less.

多孔膜は、カルシウム成分以外の他の金属成分を更に含有してもよい。金属成分としては、インジウム成分、ビスマス成分等が挙げられる。多孔膜は、自己放電を抑制する観点から、好ましくはインジウム成分を含有する。インジウム成分は、少なくともインジウム原子を含む成分であり、インジウム単体及びインジウム化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種である。   The porous membrane may further contain other metal components other than the calcium component. Examples of the metal component include an indium component and a bismuth component. The porous film preferably contains an indium component from the viewpoint of suppressing self-discharge. The indium component is a component containing at least an indium atom, and is at least one selected from the group consisting of indium alone and an indium compound.

多孔膜がインジウム成分を含有することにより自己放電を抑制できる原因は明らかではないが、本発明者は下記のように推察している。但し、原因は下記の内容に限定されない。   The reason why the self-discharge can be suppressed when the porous film contains the indium component is not clear, but the present inventors speculate as follows. However, the cause is not limited to the following contents.

亜鉛電池においては、上述したように、負極上の局所で亜鉛の析出が起こる。析出した亜鉛は、電解液における水素ガスの発生(電解液の分解)を促進し、結果として、電解液の減少による自己放電を促進する(自己放電は、特に、高温環境下において顕著に発生し得る)。一方、多孔膜がインジウム成分を含有する場合、インジウム成分が、析出した亜鉛と合金を形成することにより、亜鉛により引き起こされる自己放電を抑制できる(特に、高温環境下(例えば35℃以上)における自己放電を抑制できる)。自己放電を抑制することにより、優れた寿命性能を得やすい。   In a zinc battery, zinc deposition occurs locally on the negative electrode, as described above. The deposited zinc promotes the generation of hydrogen gas in the electrolyte (decomposition of the electrolyte), and as a result, promotes self-discharge due to the decrease of the electrolyte (self-discharge occurs remarkably especially in a high-temperature environment). obtain). On the other hand, when the porous film contains an indium component, the indium component can form an alloy with the precipitated zinc, thereby suppressing self-discharge caused by zinc (particularly, self-discharge in a high-temperature environment (for example, 35 ° C. or higher)). Discharge can be suppressed). By suppressing self-discharge, it is easy to obtain excellent life performance.

インジウム化合物としては、硫酸インジウム、硝酸インジウム、酸化インジウム等が挙げられる。インジウム化合物は、自己放電を抑制しやすい観点から、好ましくは硫酸インジウムを含む。   Examples of the indium compound include indium sulfate, indium nitrate, indium oxide, and the like. The indium compound preferably contains indium sulfate from the viewpoint of easily suppressing self-discharge.

多孔膜がインジウム成分を含有する場合、インジウム成分の含有量は、多孔膜の全量を基準として下記の範囲が好ましい。インジウム成分の含有量は、自己放電を抑制しやすい観点から、1質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましく、5質量%以上が更に好ましい。インジウム成分の含有量は、優れた寿命性能を得やすい観点から、20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましい。   When the porous film contains an indium component, the content of the indium component is preferably in the following range based on the total amount of the porous film. The content of the indium component is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and still more preferably 5% by mass or more, from the viewpoint of easily suppressing self-discharge. The content of the indium component is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less, from the viewpoint of easily obtaining excellent life performance.

多孔膜においてインジウム成分の含有量に対するカルシウム成分の含有量の比(カルシウム成分の含有量/インジウム成分の含有量)は、質量比で下記の範囲が好ましい。カルシウム成分の含有量/インジウム成分の含有量は、自己放電を抑制しやすい観点から、1以上が好ましく、1を超えることがより好ましく、5以上が更に好ましく、10以上が特に好ましい。カルシウム成分の含有量/インジウム成分の含有量は、優れた寿命性能を得やすい観点から、60以下が好ましく、50以下がより好ましく、40以下が更に好ましく、30以下が特に好ましく、20以下が極めて好ましく、10以下が非常に好ましい。   In the porous membrane, the ratio of the content of the calcium component to the content of the indium component (the content of the calcium component / the content of the indium component) is preferably in the following range in terms of mass ratio. The content of the calcium component / the content of the indium component is preferably 1 or more, more preferably more than 1, more preferably 5 or more, and particularly preferably 10 or more, from the viewpoint of easily suppressing self-discharge. The content of the calcium component / the content of the indium component is preferably 60 or less, more preferably 50 or less, still more preferably 40 or less, particularly preferably 30 or less, and most preferably 20 or less, from the viewpoint of easily obtaining excellent life performance. Preferably, 10 or less is very preferred.

本実施形態に係る多孔膜は、樹脂材料を含有してよい。樹脂材料としては、親水性又は疎水性のポリマー等が挙げられ、フッ素系ポリマー(例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE))、非イオン系水溶性ポリマー(例えばポリエチレンオキサイド(PEOX))、アクリル酸系ポリマー(例えばポリアクリル酸ナトリウム(SPA))、ポリアミド系ポリマー(例えばポリアミド)、オレフィン系ポリマー(ポリオレフィン)、ナイロン系ポリマー(例えばナイロン)、スチレンブタジエン系ポリマー(例えばスチレン−ブタジエンゴム)等が挙げられる。樹脂材料は、多孔膜における結着剤(バインダー)として用いることができる。   The porous membrane according to the present embodiment may contain a resin material. Examples of the resin material include hydrophilic or hydrophobic polymers. Fluorine-based polymers (eg, polytetrafluoroethylene (PTFE)), nonionic water-soluble polymers (eg, polyethylene oxide (PEOX)), acrylic acid-based polymers (For example, sodium polyacrylate (SPA)), polyamide-based polymer (for example, polyamide), olefin-based polymer (for example, polyolefin), nylon-based polymer (for example, nylon), and styrene-butadiene-based polymer (for example, styrene-butadiene rubber). The resin material can be used as a binder in the porous film.

樹脂材料の含有量は、多孔膜の全量を基準として下記の範囲であってよい。樹脂材料の含有量は、優れた寿命性能を得やすい観点から、1質量%以上、3質量%以上、5質量%以上、10質量%以上、又は、15質量%以上であってよい。樹脂材料の含有量は、優れた寿命性能を得やすい観点から、95質量%以下、90質量%以下、85質量%以下、80質量%以下、60質量%以下、40質量%以下、30質量%以下、25質量%以下、又は、20質量%以下であってよい。   The content of the resin material may be in the following range based on the total amount of the porous membrane. The content of the resin material may be 1% by mass or more, 3% by mass or more, 5% by mass or more, 10% by mass or more, or 15% by mass or more from the viewpoint of easily obtaining excellent life performance. The content of the resin material is 95% by mass or less, 90% by mass or less, 85% by mass or less, 80% by mass or less, 60% by mass or less, 40% by mass or less, and 30% by mass from the viewpoint of easily obtaining excellent life performance. Hereinafter, it may be 25% by mass or less, or 20% by mass or less.

多孔膜は、多孔性基材を有していてもよい。この場合、少なくともカルシウム成分が多孔性基材に担持されていてよく、カルシウム成分以外の成分(樹脂材料等)が多孔性基材に担持されていてもよい。   The porous membrane may have a porous substrate. In this case, at least the calcium component may be supported on the porous substrate, and a component other than the calcium component (eg, a resin material) may be supported on the porous substrate.

多孔性基材の材料としては、有機材料(樹脂材料等)、無機材料などが挙げられる。樹脂材料としては、ポリアミド系ポリマー(例えばポリアミド)、オレフィン系ポリマー(ポリオレフィン)、ナイロン系ポリマー(例えばナイロン)等が挙げられる。無機材料としては、アルミナ、チタニア、二酸化珪素等の酸化物;窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒化物;硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩などが挙げられる。多孔性基材は、これらの材料からなる多孔性シート、織布又は不織布であってよい。   Examples of the material of the porous substrate include an organic material (such as a resin material) and an inorganic material. Examples of the resin material include a polyamide-based polymer (eg, polyamide), an olefin-based polymer (polyolefin), and a nylon-based polymer (eg, nylon). Examples of the inorganic material include oxides such as alumina, titania, and silicon dioxide; nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride; and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate. The porous substrate may be a porous sheet, woven or nonwoven made of these materials.

多孔膜の空隙率は、優れた寿命性能を得やすい観点から、30体積%以上が好ましく、40体積%以上がより好ましく、50体積%以上が更に好ましい。多孔膜の空隙率は、優れた寿命性能を得やすい観点から、80体積%以下が好ましく、70体積%以下がより好ましく、60体積%以下が更に好ましい。多孔膜の空隙率は、細孔分布測定装置(Mictomeritics社製、商品名:AutoPoreIV9510)を用いた水銀圧入法により測定することができる。多孔膜の空隙率は、多孔膜の構成成分(カルシウム成分、樹脂材料等)の含有量により調整できる。   The porosity of the porous film is preferably 30% by volume or more, more preferably 40% by volume or more, and still more preferably 50% by volume or more, from the viewpoint of easily obtaining excellent life performance. The porosity of the porous film is preferably equal to or less than 80% by volume, more preferably equal to or less than 70% by volume, and still more preferably equal to or less than 60% by volume, from the viewpoint of easily obtaining excellent life performance. The porosity of the porous membrane can be measured by a mercury intrusion method using a pore distribution measuring device (manufactured by Micromeritics, trade name: AutoPore IV9510). The porosity of the porous membrane can be adjusted by the content of the components (calcium component, resin material, etc.) of the porous membrane.

多孔膜の平均細孔径は、0.1μm以上が好ましく、0.5μm以上がより好ましく、1μm以上が更に好ましい。多孔膜の平均細孔径は、デンドライトが多孔膜を貫通して正極まで達しにくいことによって優れた寿命性能を得やすい観点から、10μm以下が好ましく、7μm以下がより好ましく、5μm以下が更に好ましい。これらの観点から、多孔膜の平均細孔径は、0.1〜10μmが好ましい。多孔膜の平均細孔径は、水銀ポロシメーター(例えば、Mictomeritics社製、商品名:AutoPoreIV9510)により測定することができる。多孔膜の平均細孔径は、多孔膜の構成成分(カルシウム成分、樹脂材料等)の含有量により調整することができる。   The average pore diameter of the porous membrane is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and still more preferably 1 μm or more. The average pore diameter of the porous membrane is preferably 10 μm or less, more preferably 7 μm or less, and still more preferably 5 μm or less, from the viewpoint that it is easy for the dendrite to penetrate through the porous membrane to reach the positive electrode and thereby obtain excellent life performance. From these viewpoints, the average pore diameter of the porous membrane is preferably from 0.1 to 10 μm. The average pore diameter of the porous membrane can be measured by a mercury porosimeter (for example, trade name: AutoPore IV9510, manufactured by Micromeritics). The average pore diameter of the porous membrane can be adjusted by the content of the constituent components (calcium component, resin material, etc.) of the porous membrane.

多孔膜の厚さは、優れた寿命性能を得やすい観点から、5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましく、15μm以上が更に好ましく、20μm以上が特に好ましく、30μm以上が極めて好ましく、40μm以上が非常に好ましく、50μm以上がより一層好ましく、80μm以上が更に好ましい。多孔膜の厚さは、200μm以下が好ましく、150μm以下がより好ましく、100μm以下が更に好ましい。これらの観点から、多孔膜の厚さは、5〜200μmが好ましい。多孔膜の厚さ(膜厚)としては、厚さの平均値を用いることができる。例えば、1辺が10cmとなるように加工した多孔膜の任意の9点の厚さをマイクロメータ(例えば、株式会社ミツトヨ製のPMU150−25MX)で測定した厚さの平均値を多孔膜の厚さとして用いることができる。   The thickness of the porous film is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, still more preferably 15 μm or more, particularly preferably 20 μm or more, particularly preferably 30 μm or more, and very preferably 40 μm or more from the viewpoint of easily obtaining excellent life performance. It is more preferably at least 50 μm, even more preferably at least 80 μm. The thickness of the porous membrane is preferably 200 μm or less, more preferably 150 μm or less, and even more preferably 100 μm or less. From these viewpoints, the thickness of the porous film is preferably from 5 to 200 μm. As the thickness (film thickness) of the porous film, an average value of the thickness can be used. For example, the average value of the thickness of any 9 points of a porous film processed so that one side is 10 cm measured with a micrometer (for example, PMU150-25MX manufactured by Mitutoyo Corporation) is the thickness of the porous film. Can be used.

多孔膜は、親水化する観点から、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤等を含有してもよく、スルホン化処理、フッ素ガス処理、アクリル酸グラフト重合処理、コロナ放電処理、プラズマ処理等により表面処理が施されていてもよい。親水化することにより、電解液と馴染みやすく、充分な電流密度を得やすい。   The porous membrane may contain an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, a nonionic surfactant, or the like from the viewpoint of making the membrane hydrophilic, and may include a sulfonation treatment, a fluorine gas treatment, and an acrylic surfactant. Surface treatment may be performed by acid graft polymerization treatment, corona discharge treatment, plasma treatment, or the like. By making it hydrophilic, it is easy to be compatible with the electrolyte solution and it is easy to obtain a sufficient current density.

正極集電体は、正極材からの電流の導電路を構成する。正極集電体は、例えば、平板状、シート状等の形状を有している。正極集電体は、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属繊維のフェルト状物等によって構成された3次元網目構造の集電体などであってもよい。正極集電体は、導電性及び耐アルカリ性を有する材料で構成されている。このような材料としては、例えば、正極の反応電位でも安定である材料(正極の反応電位よりも貴な酸化還元電位を有する材料、アルカリ水溶液中で基材表面に酸化被膜等の保護被膜を形成して安定化する材料など)を用いることができる。また、正極においては、副反応として電解液の分解反応が進行し酸素ガスが発生するが、酸素過電圧の高い材料はこのような副反応の進行を抑制できる点で好ましい。正極集電体を構成する材料の具体例としては、白金;ニッケル;ニッケル等の金属メッキを施した金属材料(銅、真鍮、鋼等)などが挙げられる。   The positive electrode current collector forms a conductive path for current from the positive electrode material. The positive electrode current collector has, for example, a plate shape, a sheet shape, or the like. The positive electrode current collector may be a current collector having a three-dimensional network structure formed of a foamed metal, an expanded metal, a punched metal, a felt-like metal fiber material, or the like. The positive electrode current collector is made of a material having conductivity and alkali resistance. Examples of such a material include a material that is stable even at the reaction potential of the positive electrode (a material having an oxidation-reduction potential that is more noble than the reaction potential of the positive electrode, and a protective film such as an oxide film formed on a substrate surface in an aqueous alkaline solution). And the like, which stabilizes the material). In the positive electrode, the decomposition reaction of the electrolytic solution proceeds as a side reaction to generate oxygen gas, and a material having a high oxygen overvoltage is preferable in that the progress of such a side reaction can be suppressed. Specific examples of a material constituting the positive electrode current collector include platinum; nickel; and a metal material (copper, brass, steel, or the like) plated with metal such as nickel.

正極材は、層状(正極材層)であってもよい。例えば、正極集電体上に正極材層が形成されていてもよく、正極集電体が3次元網目構造を有する場合には、正極集電体の網目の間に正極材が充填されて正極材層が形成されていてもよい。   The positive electrode material may be layered (positive electrode material layer). For example, a positive electrode material layer may be formed on the positive electrode current collector, and when the positive electrode current collector has a three-dimensional network structure, the positive electrode material is filled between meshes of the positive electrode current collector to form a positive electrode. A material layer may be formed.

正極材は、正極活物質を含有する。正極活物質としては、オキシ水酸化ニッケル(NiOOH)、水酸化ニッケル等が挙げられる。正極材は、例えば、満充電状態ではオキシ水酸化ニッケルを含有し、放電末状態では水酸化ニッケルを含有する。正極活物質の含有量は、例えば、正極材の全質量を基準として50〜95質量%であってもよい。   The positive electrode material contains a positive electrode active material. Examples of the positive electrode active material include nickel oxyhydroxide (NiOOH) and nickel hydroxide. The positive electrode material contains, for example, nickel oxyhydroxide in a fully charged state, and contains nickel hydroxide in a discharged state. The content of the positive electrode active material may be, for example, 50 to 95% by mass based on the total mass of the positive electrode material.

正極材は、正極活物質以外の添加剤を含有することができる。添加剤としては、結着剤、導電剤、膨張抑制剤等が挙げられる。結着剤としては、親水性又は疎水性のポリマー等が挙げられ、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ポリアクリル酸ナトリウム(SPA)、フッ素系ポリマー(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等)などが挙げられる。結着剤の含有量は、例えば、正極活物質100質量部に対して0.01〜5質量部であってもよい。導電剤としては、コバルト化合物(金属コバルト、酸化コバルト、水酸化コバルト等)などが挙げられる。導電剤の含有量は、例えば、正極活物質100質量部に対して1〜20質量部であってもよい。膨張抑制剤としては、酸化亜鉛等が挙げられる。膨張抑制剤の含有量は、例えば、正極活物質100質量部に対して0.01〜5質量部であってもよい。   The positive electrode material can contain additives other than the positive electrode active material. Examples of the additive include a binder, a conductive agent, and an expansion inhibitor. Examples of the binder include hydrophilic or hydrophobic polymers. Carboxymethylcellulose (CMC), hydroxyethylcellulose (HEC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), sodium polyacrylate (SPA), fluoropolymer (poly) And tetrafluoroethylene (PTFE). The content of the binder may be, for example, 0.01 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. Examples of the conductive agent include a cobalt compound (metal cobalt, cobalt oxide, cobalt hydroxide, and the like). The content of the conductive agent may be, for example, 1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. Examples of the expansion inhibitor include zinc oxide. The content of the expansion inhibitor may be, for example, 0.01 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.

負極集電体は、負極材からの電流の導電路を構成する。負極集電体は、例えば、平板状、シート状等の形状を有している。負極集電体は、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属繊維のフェルト状物等によって構成された3次元網目構造の集電体などであってもよい。負極集電体は、導電性及び耐アルカリ性を有する材料で構成されている。このような材料としては、例えば、負極の反応電位でも安定である材料(負極の反応電位よりも貴な酸化還元電位を有する材料、アルカリ水溶液中で基材表面に酸化被膜等の保護被膜を形成して安定化する材料など)を用いることができる。また、負極においては、副反応として電解液の分解反応が進行し水素ガスが発生するが、水素過電圧の高い材料はこのような副反応の進行を抑制できる点で好ましい。負極集電体を構成する材料の具体例としては、亜鉛;鉛;スズ;スズ等の金属メッキを施した金属材料(銅、真鍮、鋼、ニッケル等)などが挙げられる。   The negative electrode current collector forms a conductive path for current from the negative electrode material. The negative electrode current collector has, for example, a flat plate shape, a sheet shape, or the like. The negative electrode current collector may be a current collector having a three-dimensional network structure formed of a foamed metal, an expanded metal, a punching metal, a felt-like metal fiber material, or the like. The negative electrode current collector is made of a material having conductivity and alkali resistance. As such a material, for example, a material which is stable even at the reaction potential of the negative electrode (a material having a redox potential which is more noble than the reaction potential of the negative electrode, and a protective film such as an oxide film formed on a substrate surface in an alkaline aqueous solution) And the like, which stabilizes the material). In the negative electrode, the decomposition reaction of the electrolytic solution proceeds as a side reaction to generate hydrogen gas, and a material having a high hydrogen overvoltage is preferable in that the progress of such a side reaction can be suppressed. Specific examples of the material constituting the negative electrode current collector include metal materials (copper, brass, steel, nickel, and the like) plated with metal such as zinc; lead; tin; and tin.

負極材は、層状(負極材層)であってもよい。例えば、負極集電体上に負極材層が形成されていてもよく、負極集電体が3次元網目構造を有する場合には、負極集電体の網目の間に負極材が充填されて負極材層が形成されていてもよい。   The negative electrode material may be layered (negative electrode material layer). For example, a negative electrode material layer may be formed on the negative electrode current collector, and when the negative electrode current collector has a three-dimensional network structure, the negative electrode material is filled between the meshes of the negative electrode current collector to form a negative electrode. A material layer may be formed.

負極材は、亜鉛を含む負極活物質を含有する。負極活物質としては、金属亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等が挙げられる。負極材は、例えば、満充電状態では金属亜鉛を含有し、放電末状態では酸化亜鉛及び水酸化亜鉛を含有する。   The negative electrode material contains a negative electrode active material containing zinc. Examples of the negative electrode active material include zinc metal, zinc oxide, and zinc hydroxide. The negative electrode material contains, for example, metallic zinc in a fully charged state and zinc oxide and zinc hydroxide in a discharged state.

負極活物質の含有量は、負極材の全質量を基準として下記の範囲が好ましい。負極活物質の含有量は、優れた寿命性能と放電性能とを両立しやすい観点から、50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、75質量%以上が更に好ましい。負極活物質の含有量は、優れた寿命性能と放電性能とを両立しやすい観点から、95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましく、85質量%以下が更に好ましい。これらの観点から、負極活物質の含有量は、50〜95質量%が好ましい。   The content of the negative electrode active material is preferably in the following range based on the total mass of the negative electrode material. The content of the negative electrode active material is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and still more preferably 75% by mass or more, from the viewpoint of easily achieving both excellent life performance and discharge performance. The content of the negative electrode active material is preferably equal to or less than 95% by mass, more preferably equal to or less than 90% by mass, and still more preferably equal to or less than 85% by mass, from the viewpoint of easily achieving both excellent life performance and discharge performance. From these viewpoints, the content of the negative electrode active material is preferably from 50 to 95% by mass.

負極材は、負極活物質以外の添加剤を含有することができる。添加剤としては、結着剤、導電剤等が挙げられる。結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。結着剤の含有量は、例えば、負極活物質100質量部に対して0.5〜10質量部であってもよい。導電剤としては、インジウム化合物(酸化インジウム等)などが挙げられる。導電剤の含有量は、例えば、負極活物質100質量部に対して1〜20質量部であってもよい。   The negative electrode material can contain additives other than the negative electrode active material. Examples of the additive include a binder and a conductive agent. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene, hydroxyethyl cellulose, polyethylene oxide, polyethylene, and polypropylene. The content of the binder may be, for example, 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. Examples of the conductive agent include an indium compound (such as indium oxide). The content of the conductive agent may be, for example, 1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.

次に、本実施形態に係る亜鉛電池(例えばニッケル亜鉛電池)の製造方法を説明する。亜鉛電池の製造方法は、例えば、亜鉛電池の構成部材を得る構成部材製造工程と、構成部材を組み立てて亜鉛電池を得る組立工程と、を備える。構成部材製造工程では、少なくとも電極(正極及び負極)並びに多孔膜を得る。   Next, a method for manufacturing the zinc battery (for example, a nickel zinc battery) according to the present embodiment will be described. The method for manufacturing a zinc battery includes, for example, a component manufacturing process for obtaining a component of the zinc battery, and an assembly process for assembling the components to obtain a zinc battery. In the component member manufacturing process, at least an electrode (a positive electrode and a negative electrode) and a porous film are obtained.

電極は、例えば、電極材(正極材及び負極材)の原料に対して溶媒(例えば水)を加えて混練することにより電極材ペースト(ペースト状の電極材)を得た後、電極材ペーストを用いて電極材層を形成することにより得ることができる。   The electrode is obtained, for example, by adding a solvent (for example, water) to the raw material of the electrode material (the positive electrode material and the negative electrode material) and kneading the same to obtain an electrode material paste (a paste-like electrode material). To form an electrode material layer.

正極材の原料としては、正極活物質の原料(例えば水酸化ニッケル)、添加剤(例えば前記結着剤)等が挙げられる。負極材の原料としては、負極活物質の原料(例えば金属亜鉛、酸化亜鉛及び水酸化亜鉛)、添加剤(例えば前記結着剤)等が挙げられる。   Examples of the raw material of the positive electrode material include a raw material of the positive electrode active material (for example, nickel hydroxide), an additive (for example, the binder), and the like. Examples of the raw material of the negative electrode material include raw materials of the negative electrode active material (for example, metallic zinc, zinc oxide, and zinc hydroxide), and additives (for example, the binder).

電極材層を形成する方法としては、例えば、電極材ペーストを集電体に塗布又は充填した後に乾燥することで電極材層を得る方法が挙げられる。電極材層は、必要に応じて、プレス等によって密度を高めてもよい。   As a method of forming the electrode material layer, for example, a method of obtaining an electrode material layer by applying or filling an electrode material paste on a current collector and then drying the paste is used. The density of the electrode material layer may be increased by pressing or the like as necessary.

多孔膜は、例えば、カルシウム成分及びその他の成分(例えば樹脂材料)を分散媒に分散させて得られたスラリを電極又は多孔性基材に接触させた後に分散媒を揮発させることによって得ることができる。例えば、スラリを電極又は多孔性基材に塗布又は含浸させることによりスラリを電極又は多孔性基材に接触させることができる。   The porous membrane can be obtained, for example, by volatilizing the dispersion medium after a slurry obtained by dispersing a calcium component and other components (for example, a resin material) in a dispersion medium is brought into contact with an electrode or a porous substrate. it can. For example, the slurry can be brought into contact with the electrode or the porous substrate by applying or impregnating the slurry on the electrode or the porous substrate.

組立工程では、構成部材製造工程で得られた正極及び負極を、セパレータを介して交互に積層する。セパレータの少なくとも一つは、本実施形態に係る多孔膜を有している。その後、正極同士及び負極同士をストラップで連結させて電極群を作製する。   In the assembling process, the positive electrode and the negative electrode obtained in the component member manufacturing process are alternately stacked via a separator. At least one of the separators has the porous membrane according to the present embodiment. Thereafter, the positive electrodes and the negative electrodes are connected to each other with a strap to form an electrode group.

続いて、電解液を未化成の亜鉛電池の電槽内に注入した後、一定時間放置する。次いで、所定の条件にて充電を行うことで化成することにより亜鉛電池(ニッケル亜鉛電池)を得る。化成条件は、電極活物質(正極活物質及び負極活物質)の性状に応じて調整することができる。   Subsequently, after injecting the electrolytic solution into the battery case of the unformed zinc battery, it is left for a certain time. Next, a zinc battery (nickel-zinc battery) is obtained by forming the battery by charging it under predetermined conditions. The formation conditions can be adjusted according to the properties of the electrode active materials (the positive electrode active material and the negative electrode active material).

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、正極がニッケル電極であるニッケル亜鉛電池(例えばニッケル亜鉛二次電池)の例を説明したが、亜鉛電池は、正極が空気極である空気亜鉛電池(例えば空気亜鉛二次電池)であってもよく、正極が酸化銀極である銀亜鉛電池(例えば銀亜鉛二次電池)であってもよい。   The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above-described embodiment, an example of a nickel zinc battery (for example, a nickel zinc secondary battery) in which the positive electrode is a nickel electrode has been described. However, a zinc battery is an air zinc battery (for example, air zinc secondary battery) in which the positive electrode is an air electrode. Battery) or a silver-zinc battery whose positive electrode is a silver oxide electrode (for example, a silver-zinc secondary battery).

空気亜鉛電池の空気極としては、空気亜鉛電池に使用される公知の空気極を用いることができる。空気極は、例えば、空気極触媒、電子伝導性材料等を含む。空気極触媒としては、電子伝導性材料としても機能する空気極触媒を用いることができる。   As the air electrode of the zinc-air battery, a known air electrode used for a zinc-air battery can be used. The air electrode includes, for example, an air electrode catalyst, an electron conductive material, and the like. As the cathode catalyst, an cathode catalyst that also functions as an electron conductive material can be used.

空気極触媒としては、空気亜鉛電池における正極として機能するものを用いることが可能であり、酸素を正極活物質として利用可能な種々の空気極触媒が使用可能である。空気極触媒としては、酸化還元触媒機能を有するカーボン系材料(黒鉛等)、酸化還元触媒機能を有する金属材料(白金、ニッケル等)、酸化還元触媒機能を有する無機酸化物材料(ペロブスカイト型酸化物、二酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト、スピネル酸化物等)などが挙げられる。空気極触媒の形状は、特に限定されないが、例えば粒子状であってもよい。空気極における空気極触媒の含有量は、空気極の合計量に対して、5〜70体積%であってもよく、5〜60体積%であってもよく、5〜50体積%であってもよい。   As the cathode catalyst, one that functions as a cathode in an air zinc battery can be used, and various cathode catalysts that can use oxygen as a cathode active material can be used. Examples of the air electrode catalyst include a carbon-based material having a redox catalyst function (eg, graphite), a metal material having a redox catalyst function (eg, platinum and nickel), and an inorganic oxide material having a redox catalyst function (a perovskite oxide). Manganese dioxide, nickel oxide, cobalt oxide, spinel oxide, etc.). The shape of the air electrode catalyst is not particularly limited, but may be, for example, particulate. The content of the air electrode catalyst in the air electrode may be 5 to 70% by volume, 5 to 60% by volume, or 5 to 50% by volume based on the total amount of the air electrode. Is also good.

電子伝導性材料としては、導電性を有し、かつ、空気極触媒とセパレータとの間の電子伝導を可能とするものを用いることができる。電子伝導性材料としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類;鱗片状黒鉛のような天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等のグラファイト類;炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類;銅、銀、ニッケル、アルミニウム等の金属粉末類;ポリフェニレン誘導体等の有機電子伝導性材料;これらの任意の混合物などが挙げられる。電子伝導性材料の形状は、粒子状であってもよく、その他の形状であってもよい。電子伝導性材料は、空気極において厚さ方向に連続した相をもたらす形態で用いられることが好ましい。例えば、電子伝導性材料は、多孔質材料であってもよい。また、電子伝導性材料は、空気極触媒との混合物又は複合体の形態であってもよく、前述したように、電子伝導性材料としても機能する空気極触媒であってもよい。空気極における電子伝導性材料の含有量は、空気極の合計量に対して、10〜80体積%であってもよく、15〜80体積%であってもよく、20〜80体積%であってもよい。   As the electron conductive material, a material having conductivity and capable of conducting electrons between the air electrode catalyst and the separator can be used. Examples of the electron conductive material include carbon blacks such as Ketjen black, acetylene black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; graphites such as natural graphite such as flake graphite, artificial graphite, and expanded graphite; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; metal powders such as copper, silver, nickel and aluminum; organic electronic conductive materials such as polyphenylene derivatives; and arbitrary mixtures thereof. The shape of the electron conductive material may be a particle shape or another shape. The electron conductive material is preferably used in a form that provides a continuous phase in the thickness direction at the cathode. For example, the electron conductive material may be a porous material. Further, the electron conductive material may be in the form of a mixture or a composite with the air electrode catalyst, or as described above, may be an air electrode catalyst that also functions as an electron conductive material. The content of the electron conductive material in the air electrode may be 10 to 80% by volume, 15 to 80% by volume, or 20 to 80% by volume based on the total amount of the air electrode. You may.

銀亜鉛電池の酸化銀極としては、銀亜鉛電池に使用される公知の酸化銀極を用いることができる。酸化銀極は、例えば酸化銀(I)を含む。   As a silver oxide electrode of a silver zinc battery, a known silver oxide electrode used for a silver zinc battery can be used. The silver oxide electrode contains, for example, silver (I) oxide.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。但し、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

<ニッケル亜鉛電池の作製>
(実施例1)
[ニッケル電極の作製]
多孔度96%、厚さ1.4mmのスポンジ状ニッケル金属多孔体をロールプレスにより厚さ0.8mmまで加圧成形した。次に、平均粒径が20μmのコバルト被覆水酸化ニッケル粉末88質量部と添加剤(コバルト粉末8質量部、酸化コバルト2質量部、酸化亜鉛2質量部、及び、カルボキシメチルセルロースの2質量%水溶液30質量部)とを混合して正極材ペーストを得た。この正極材ペーストを上述のニッケル金属多孔体に充填した後、80℃で60分乾燥した。そして、ロールプレスにより厚さ(全厚)0.41mmまで加圧成形してニッケル電極を作製した。
<Preparation of nickel zinc battery>
(Example 1)
[Preparation of nickel electrode]
A sponge-like nickel metal porous body having a porosity of 96% and a thickness of 1.4 mm was pressure-formed by a roll press to a thickness of 0.8 mm. Next, 88 parts by mass of cobalt-coated nickel hydroxide powder having an average particle diameter of 20 μm and additives (8 parts by mass of cobalt powder, 2 parts by mass of cobalt oxide, 2 parts by mass of zinc oxide, and a 2% by mass aqueous solution of carboxymethyl cellulose 30%) Parts by mass) to obtain a positive electrode material paste. After filling this positive electrode material paste into the above-mentioned porous nickel metal body, it was dried at 80 ° C. for 60 minutes. Then, a nickel electrode was produced by press-molding to a thickness (total thickness) of 0.41 mm by a roll press.

[亜鉛電極の作製]
酸化亜鉛粉末82質量部、亜鉛粉末10質量部、及び、添加剤(酸化インジウム)5質量部を混合して得られた混合粉末に、PTFEを60質量%含有するPTFEディスパージョン(三井・デュポンフロロケミカル株式会社製、商品名:テフロン(登録商標)31−JR)5質量部と水10質量部とを加えた後、剪断応力を加えながら乳鉢で15分間混練して混練物を得た。次に、水40質量部を加えた後に15分間混練して負極材ペーストを得た。この負極材ペーストをローラで1.0mmまで圧延してシート化した後、所定寸法の2枚のシートを切り取った。そして、2枚のシート(負極材)を集電体(厚さ0.1mmスズメッキ銅製のパンチングメタル)の両面に配置した後、加圧成形及び乾燥を施して厚さ0.4mmの亜鉛電極を作製した。
[Production of zinc electrode]
PTFE dispersion (Mitsui / Dupont Fluoro) containing 60 parts by mass of PTFE in a mixed powder obtained by mixing 82 parts by mass of zinc oxide powder, 10 parts by mass of zinc powder, and 5 parts by mass of an additive (indium oxide) After adding 5 parts by mass of Teflon (registered trademark) 31-JR (trade name, manufactured by Chemical Co., Ltd.) and 10 parts by mass of water, the mixture was kneaded in a mortar for 15 minutes while applying shear stress to obtain a kneaded product. Next, after adding 40 parts by mass of water, the mixture was kneaded for 15 minutes to obtain a negative electrode material paste. The negative electrode material paste was rolled to 1.0 mm with a roller to form a sheet, and then two sheets having a predetermined size were cut out. After arranging two sheets (negative electrode material) on both sides of a current collector (a punching metal made of tin-plated copper having a thickness of 0.1 mm), the sheet is subjected to pressure molding and drying to form a zinc electrode having a thickness of 0.4 mm. Produced.

[多孔膜の作製]
水酸化カルシウム(Ca(OH))80質量部と、樹脂材料(PTFE)20質量部とを分散媒(水)に分散させてスラリを調製した。多孔性基材として不織布(VL100(ニッポン高度紙工業株式会社製))を用意した。この不織布を上記スラリに含浸させた後に乾燥することによって、スラリに含まれる成分を不織布に担持させることにより多孔膜を得た。多孔膜の空隙率は55体積%であり、平均細孔径は3μmであり、厚さは100μmであった。
[Preparation of porous membrane]
A slurry was prepared by dispersing 80 parts by mass of calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and 20 parts by mass of a resin material (PTFE) in a dispersion medium (water). A nonwoven fabric (VL100 (manufactured by Nippon Advanced Paper Industry Co., Ltd.)) was prepared as a porous substrate. The nonwoven fabric was impregnated into the slurry and then dried, whereby the components contained in the slurry were carried on the nonwoven fabric to obtain a porous membrane. The porosity of the porous membrane was 55% by volume, the average pore diameter was 3 μm, and the thickness was 100 μm.

[ニッケル亜鉛電池の組み立て]
作製した多孔膜を介してニッケル電極2枚及び亜鉛電極3枚を交互に積層した後、同極性の極板同士をスポット溶接で連結させて電極群を作製した。この電極群を電槽内に配置して未化成のニッケル亜鉛電池を得た。水酸化リチウム1質量%を含む水酸化カリウム30質量%水溶液を電解液として未化成のニッケル亜鉛電池に注入した。その後、25℃の環境下において、電流値30mA、11時間の充電を行った後、電流値150mAで1.0Vまで放電した。続いて、電流値60mA、5時間の充電を行った後、電流値150mAで1.3Vまで放電した。充電と放電との間には1時間の休止を入れた。このようにして設計容量300mAhのニッケル亜鉛電池を作製した。
[Assembly of nickel zinc battery]
After alternately laminating two nickel electrodes and three zinc electrodes via the produced porous membrane, electrode plates having the same polarity were connected by spot welding to prepare an electrode group. This electrode group was placed in a battery case to obtain an unformed nickel-zinc battery. An aqueous solution of 30% by weight of potassium hydroxide containing 1% by weight of lithium hydroxide was injected into an unformed nickel-zinc battery as an electrolyte. Thereafter, the battery was charged at a current of 30 mA for 11 hours in an environment of 25 ° C., and then discharged to 1.0 V at a current of 150 mA. Subsequently, the battery was charged at a current value of 60 mA for 5 hours, and then discharged to 1.3 V at a current value of 150 mA. There was a one hour pause between charging and discharging. Thus, a nickel-zinc battery having a designed capacity of 300 mAh was manufactured.

(実施例2)
多孔膜を作製する際に硫酸インジウム(In(SO)10質量部を更に加えてスラリを調製した以外は実施例1と同様の方法によりニッケル亜鉛電池を作製した。
(Example 2)
A nickel zinc battery was produced in the same manner as in Example 1, except that a slurry was prepared by further adding 10 parts by mass of indium sulfate (In 2 (SO 4 ) 3 ) when producing the porous membrane.

(実施例3)
実施例1と同様の方法により、ニッケル電極及び亜鉛電極を作製した。次に、実施例1と同様に調製したスラリを亜鉛電極に塗布した後に分散媒を揮発させることにより、亜鉛電極における二つの負極材上に多孔膜を形成させた。ニッケル電極2枚と、多孔膜が形成された亜鉛電極3枚とを、セパレータ(ポリプロピレン製、厚さ25μm)を介して交互に積層した後、実施例1と同様の方法によりニッケル亜鉛電池を作製した。
Example 3
A nickel electrode and a zinc electrode were manufactured in the same manner as in Example 1. Next, the slurry prepared in the same manner as in Example 1 was applied to the zinc electrode, and then the dispersion medium was volatilized, thereby forming a porous film on the two negative electrodes of the zinc electrode. After alternately laminating two nickel electrodes and three zinc electrodes on which a porous film is formed via a separator (made of polypropylene, 25 μm in thickness), a nickel-zinc battery is produced in the same manner as in Example 1. did.

(実施例4)
硫酸インジウム(In(SO)10質量部を更に加えてスラリを調製した以外は実施例3と同様の方法によりニッケル亜鉛電池を作製した。
(Example 4)
A nickel zinc battery was produced in the same manner as in Example 3, except that a slurry was prepared by further adding 10 parts by mass of indium sulfate (In 2 (SO 4 ) 3 ).

(比較例1)
カルシウム成分を含有する多孔膜を使用せず、電極群の作製の際にセパレータ(ポリプロピレン製、厚さ25μm)を介してニッケル電極2枚及び亜鉛電極3枚を交互に積層した以外は実施例1と同様の方法によりニッケル亜鉛電池を作製した。
(Comparative Example 1)
Example 1 except that a porous membrane containing a calcium component was not used, and two nickel electrodes and three zinc electrodes were alternately laminated via a separator (made of polypropylene, 25 μm in thickness) during production of an electrode group. A nickel-zinc battery was produced in the same manner as described above.

<電池性能評価>
前記ニッケル亜鉛電池を用いてサイクル寿命性能及び自己放電の評価を行った。結果を表1に示す。
<Battery performance evaluation>
Using the nickel zinc battery, cycle life performance and self-discharge were evaluated. The results are shown in Table 1.

(サイクル寿命性能評価)
25℃の環境下において、電流値300mA(1C)で1.9Vまで定電圧充電した後、電流値が15mA(0.05C)に到達するまで定電圧充電することによりニッケル亜鉛電池の充電を行い、更に、電池電圧が1.1Vに到達するまで150mA(0.5C)の定電流でニッケル亜鉛電池の放電を行うことを1サイクルとする試験を最大で100サイクル行った。1サイクル目及び100サイクル目の充放電において放電容量を測定した。そして、1サイクル目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量の比率を容量維持率として算出した。容量維持率が高いほど寿命性能が高いといえる。容量維持率が90%以上の場合を「A」と評価し、90%未満の場合を「B」と評価した。
(Cycle life performance evaluation)
In a 25 ° C. environment, the nickel-zinc battery is charged by charging at a constant voltage of 1.9 V at a current value of 300 mA (1 C) and then charging at a constant voltage until the current value reaches 15 mA (0.05 C). Further, a test in which discharging of the nickel-zinc battery was performed at a constant current of 150 mA (0.5 C) until the battery voltage reached 1.1 V as one cycle was performed at a maximum of 100 cycles. The discharge capacity was measured at the first and 100th cycles of charge and discharge. Then, the ratio of the discharge capacity at the 100th cycle to the discharge capacity at the first cycle was calculated as the capacity retention ratio. The higher the capacity retention ratio, the higher the life performance. The case where the capacity retention ratio was 90% or more was evaluated as “A”, and the case where the capacity maintenance ratio was less than 90% was evaluated as “B”.

電流値に関する前記「C」とは、満充電状態から公称容量を定電流放電するときの電流の大きさを相対的に表したものである。前記「C」は、“放電電流値(A)/電池容量(Ah)”を意味する。例えば、公称容量を1時間で放電させることができる電流を「1C」、2時間で放電させることができる電流を「0.5C」と表現する。   The “C” related to the current value relatively represents the magnitude of the current when the nominal capacity is discharged at a constant current from the fully charged state. The “C” means “discharge current value (A) / battery capacity (Ah)”. For example, a current that can discharge the nominal capacity in one hour is expressed as “1C”, and a current that can be discharged in two hours is expressed as “0.5 C”.

(自己放電評価)
40℃の環境下にニッケル亜鉛電池を60日間放置し、放置前後の放電容量を比較した。放置後の放電容量が放置前の放電容量の90%以上であった場合を「A」と評価し、放置後の放電容量が放置前の放電容量の90%未満であった場合を「B」と評価した。
(Self-discharge evaluation)
The nickel zinc battery was left in an environment of 40 ° C. for 60 days, and the discharge capacity before and after the storage was compared. A case where the discharge capacity after leaving was 90% or more of the discharge capacity before leaving was evaluated as “A”, and a case where the discharging capacity after leaving was less than 90% of the discharge capacity before leaving was “B”. Was evaluated.

Figure 2019216059
Figure 2019216059

Claims (6)

亜鉛電池の正極及び負極の間に配置される多孔膜であって、
カルシウム成分を含有する、多孔膜。
A porous membrane disposed between a positive electrode and a negative electrode of a zinc battery,
A porous membrane containing a calcium component.
前記カルシウム成分が水酸化カルシウムを含む、請求項1に記載の多孔膜。   The porous membrane according to claim 1, wherein the calcium component includes calcium hydroxide. インジウム成分を更に含有する、請求項1又は2に記載の多孔膜。   The porous membrane according to claim 1, further comprising an indium component. 多孔性基材を有し、
前記カルシウム成分が前記多孔性基材に担持されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の多孔膜。
Having a porous substrate,
The porous membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the calcium component is supported on the porous substrate.
集電体と、電極材と、請求項1〜4のいずれか一項に記載の多孔膜と、をこの順に有する、電池部材。   A battery member comprising a current collector, an electrode material, and the porous membrane according to claim 1 in this order. 正極と、負極と、請求項1〜4のいずれか一項に記載の多孔膜と、を備え、
前記多孔膜が前記正極及び前記負極の間に配置されている、亜鉛電池。
A positive electrode, a negative electrode, and the porous membrane according to any one of claims 1 to 4, comprising:
A zinc battery, wherein the porous membrane is disposed between the positive electrode and the negative electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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