JP6306914B2 - Electrode and battery - Google Patents

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Description

本発明は、電極及び電池に関する。より詳しくは、経済性、安全性に優れ、性能が高い電池に好適に用いることができる電極及び電池に関する。 The present invention relates to an electrode and a battery. More specifically, the present invention relates to an electrode and a battery that are excellent in economy and safety and can be suitably used for a battery having high performance.

電池は、近年においては、携帯機器から自動車等まで多くの産業においてその開発・改良の重要性が高まっており、主に電池の性能やその二次電池化の面で優れた新たな電池系が種々開発・改良されている。 In recent years, the importance of development and improvement of batteries has increased in many industries from portable devices to automobiles, etc., and new battery systems that are superior mainly in terms of battery performance and conversion to secondary batteries have been developed. Various developments and improvements have been made.

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た。亜鉛負極では、水素発生を伴う自己放電反応を抑制することが必要であり、従来種々の研究がなされてきた。亜鉛負極や電解液中に無機物や有機物添加剤を導入することで水素発生を抑制するものに関して、ニッケル酸化物を活物質とする正極と、負極と、アルカリ電解液とを有し、前記負極の活物質が、インジウム、鉛、スズ、カドミウム、タリウム、銀、ガリウム、テルル及びランタンからなる群から選択された1種の元素を含む亜鉛合金であることを特徴とするニッケル−亜鉛蓄電池が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。また、セパレータの改良に関して、ポリオレフィン系樹脂を主構成材料とする繊維の不織布あるいは織布から成る電池用セパレータであって、前記繊維の表面にポリオレフィン系樹脂の粒子が固定化されており、かつ耐電解液性を有する親水性有機物が、前記繊維および粒子の表面に分散するかあるいはそれらの表面を被覆している電池用セパレータが開示されている(例えば、特許文献2参照。)。 For example, a zinc negative electrode using a zinc species as a negative electrode active material has been studied for a long time with the spread of batteries. In the zinc negative electrode, it is necessary to suppress the self-discharge reaction accompanied with hydrogen generation, and various studies have been made so far. A zinc negative electrode or an electrolyte that suppresses hydrogen generation by introducing an inorganic or organic additive into the electrolyte has a positive electrode made of nickel oxide as an active material, a negative electrode, and an alkaline electrolyte. Disclosed is a nickel-zinc storage battery characterized in that the active material is a zinc alloy containing one element selected from the group consisting of indium, lead, tin, cadmium, thallium, silver, gallium, tellurium and lanthanum. (For example, refer to Patent Document 1). Further, with respect to the improvement of the separator, a battery separator made of a nonwoven fabric or a woven fabric of a fiber mainly composed of a polyolefin resin, wherein the polyolefin resin particles are fixed on the surface of the fiber, and is resistant to resistance. A battery separator is disclosed in which a hydrophilic organic substance having electrolyte properties is dispersed on the surfaces of the fibers and particles, or covers the surfaces thereof (see, for example, Patent Document 2).

特開昭53−85349号公報JP-A-53-85349 特許第2734523号公報Japanese Patent No. 2734523

上記特許文献1及び2に記載の亜鉛を負極に用いる電池は、他の元素を負極に用いる新たな電池が開発されるにつれ、電池開発の主流ではなくなっていた。しかしながら、このように亜鉛を負極に用いる場合は、亜鉛負極が安価であること、水含有電解液を使用でき、その場合は安全性が高いことに加え、エネルギー密度も高く、経済性・安全性と性能とが両立できる電池として、小型機器から自動車等大型機器まで多くの産業分野において使用できる可能性がある。しかしながら、上記特許文献1及び2に記載の電池の発明は、自己放電反応の抑制の点で工夫の余地があった。電池の自己放電は、亜鉛を負極に用いる電池に限らず、全ての電池に共通の課題であり、自己放電を抑制し、電池性能を更に向上させる方法の開発が求められている。さらに亜鉛負極を用いた電極には、亜鉛のデンドライト成長による短絡の問題があり、上記特許文献1及び2に記載の電池の発明は、充放電サイクルを繰り返した後もデンドライトによる短絡を充分に防止するうえで工夫の余地があった。 The batteries described in Patent Documents 1 and 2 using zinc as a negative electrode are no longer mainstream in battery development as new batteries using other elements as negative electrodes are developed. However, when zinc is used for the negative electrode in this way, the zinc negative electrode is inexpensive, and a water-containing electrolyte can be used. In that case, in addition to high safety, the energy density is also high, and economical and safe As a battery that can achieve both performance and performance, there is a possibility that it can be used in many industrial fields from small devices to large devices such as cars. However, the inventions of the batteries described in Patent Documents 1 and 2 have room for improvement in terms of suppressing self-discharge reactions. Battery self-discharge is a problem common to all batteries, not limited to batteries using zinc as a negative electrode, and development of a method for further suppressing battery self-discharge and further improving battery performance is required. Furthermore, the electrode using the zinc negative electrode has a problem of short circuit due to zinc dendrite growth, and the invention of the battery described in Patent Documents 1 and 2 sufficiently prevents the short circuit due to dendrite even after repeated charge / discharge cycles. There was room for innovation.

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、自己放電反応及びデンドライトの成長を抑制することができる電極及び電池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 aims at providing the electrode and battery which can suppress the self-discharge reaction and the growth of a dendrite.

本発明者は、電池の自己放電を抑制する方法について種々検討したところ、負極の活物質層内の空隙が自己放電反応に影響し、空隙が大きいほど自己放電反応が抑制されることを見出した。そして本発明者は、電極の活物質層(内)の空隙率を30〜79%とすると、電池としての性能を充分に発揮させつつ、自己放電を充分に抑制できることを見出した。 As a result of various studies on methods for suppressing the self-discharge of the battery, the present inventors have found that the voids in the active material layer of the negative electrode affect the self-discharge reaction, and that the larger the void, the more the self-discharge reaction is suppressed. . And this inventor discovered that self-discharge could fully be suppressed, fully exhibiting the performance as a battery, when the porosity of the active material layer (inner) of an electrode shall be 30 to 79%.

更に本発明者は、デンドライトの成長を抑制する方法について種々検討した。
デンドライトは、充電時に亜鉛等の金属が電極に析出するときに形成される。亜鉛負極を含んで構成される電池では、亜鉛の析出により形成されるデンドライトは、電極面内で均一な電流を流したとしても結晶を形成しやすいという亜鉛の結晶性の高さに由来して、非常に形成されやすい。これを抑制するためには、亜鉛の表面エネルギーをできる限り下げる必要があり、これまでの例としては電極にインジウムやチタン等の第二成分を添加し、充電時に亜鉛表面にそれらの膜を形成することで結晶状態を制御するものがあった。しかし、これらについては、デンドライトの成長の抑制が充分ではなかった。
充放電サイクルの繰返しの過程でZn(OH) 2−等の金属イオンは電極面内で電流が流れやすい個所に移動するため、充放電サイクルを繰返し、金属亜鉛が析出・露出した電極面内の一部で電流が流れやすくなると、電極面内の当該一部の周りでZn(OH) 2−等の金属イオン濃度が高くなる。上述したように電極に第二成分を添加してデンドライトを抑制していた場合は、亜鉛濃度が高くなった箇所では、デンドライトを抑制するための成分が枯渇してデンドライトの成長を充分に抑制できない可能性がある。つまり、本質的なデンドライト抑制には、亜鉛の表面エネルギーを下げる工夫の他にZn(OH) 2−等の金属イオンの移動(拡散)を抑える機構が必要である。
Furthermore, the present inventors have studied various methods for suppressing the growth of dendrite.
A dendrite is formed when a metal such as zinc is deposited on the electrode during charging. In a battery comprising a zinc negative electrode, the dendrite formed by the precipitation of zinc is derived from the high crystallinity of zinc, which makes it easy to form crystals even when a uniform current flows in the electrode surface. Very easy to form. In order to suppress this, it is necessary to reduce the surface energy of zinc as much as possible. As an example so far, a second component such as indium or titanium is added to the electrode, and those films are formed on the zinc surface during charging. Some have controlled the crystalline state. However, in these cases, the dendrite growth was not sufficiently suppressed.
In the process of repeating the charge / discharge cycle, metal ions such as Zn (OH) 4 2− move to a location where current easily flows in the electrode surface, so the charge / discharge cycle is repeated, and in the electrode surface where metal zinc is deposited and exposed. When the current easily flows in a part of the metal, the concentration of metal ions such as Zn (OH) 4 2− increases around the part in the electrode surface. As described above, when the second component is added to the electrode to suppress the dendrite, the component for suppressing the dendrite is depleted at the portion where the zinc concentration is high, and the dendrite growth cannot be sufficiently suppressed. there is a possibility. That is, essential dendrite suppression requires a mechanism for suppressing the movement (diffusion) of metal ions such as Zn (OH) 4 2− in addition to the device for reducing the surface energy of zinc.

このような考えから、本発明者らは、活物質の表面エネルギーを下げることができ、デンドライトの成長、及び、これによる短絡を抑えることができる構成を有するとともに、Zn(OH) 2−等の金属イオンの拡散を充分に防止し、金属イオンの濃度の偏りを抑制して、充放電サイクルを繰り返した後も上記構成を維持し、デンドライトによる短絡を抑えることができる電極を種々検討した。 From such an idea, the present inventors have a configuration that can reduce the surface energy of the active material, suppress dendrite growth, and short circuit caused by this, and include Zn (OH) 4 2- and the like. Various electrodes have been studied which can sufficiently prevent the diffusion of metal ions, suppress the uneven concentration of metal ions, maintain the above-mentioned configuration even after repeating the charge / discharge cycle, and suppress short circuit due to dendrite.

ここで、本発明者らは、電極に含まれる活物質層に着目し、活物質層からのZn(OH) 2−等の金属イオンの拡散を制御する方法を種々検討した。そして、本発明者らは、ニッケル・亜鉛電池の亜鉛負極において、電池反応に関与するイオンの伝導性は有するが、活物質を構成するイオンの伝導性はもたない選択的イオン伝導性を有するイオン伝導層で活物質及び/又は活物質層を覆うことにより、Zn(OH) 2−等の金属イオンの拡散を充分に防止し、金属イオンの濃度の偏りを抑制し、デンドライトの成長及びこれによる短絡を抑制することができることを見出した。更に本発明者らは、上記電極の活物質層内の空隙率が上述の範囲であれば、空隙によってデンドライトの成長が抑制され、短絡が生じにくくなることも見出し、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。 Here, the present inventors paid attention to the active material layer contained in the electrode and studied various methods for controlling the diffusion of metal ions such as Zn (OH) 4 2− from the active material layer. The inventors of the present invention have a selective ionic conductivity in the zinc negative electrode of a nickel / zinc battery that has conductivity of ions involved in the battery reaction but does not have conductivity of ions constituting the active material. By covering the active material and / or the active material layer with the ion conductive layer, the diffusion of metal ions such as Zn (OH) 4 2− is sufficiently prevented, the concentration deviation of the metal ions is suppressed, the growth of dendrites and It discovered that the short circuit by this can be suppressed. Furthermore, the present inventors have also found that if the porosity in the active material layer of the electrode is in the above range, the growth of dendrites is suppressed by the voids, and short-circuiting is less likely to occur. The present inventors have arrived at the present invention.

すなわち本発明は、活物質を含む活物質層と集電体とからなる電極において、上記活物質及び/又は活物質層は、イオン伝導層で覆われ、上記イオン伝導層は、電池反応に関与するイオンの伝導性は有するが、活物質を構成するイオンの伝導性はもたない選択的イオン伝導性を有し、上記活物質層は、下記式(1):
空隙率 =V’/V (1)
(式中、Vは、活物質層の体積を表す。V’は、活物質層の空隙の体積を表わす。)
で表される活物質層の空隙率が30〜79%である電極である。
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。
That is, the present invention provides an electrode comprising an active material layer containing an active material and a current collector, wherein the active material and / or active material layer is covered with an ion conductive layer, and the ion conductive layer is involved in a battery reaction. The active material layer has a selective ion conductivity that does not have conductivity of ions constituting the active material but has the following formula (1):
Porosity = V '/ V (1)
(In the formula, V represents the volume of the active material layer. V ′ represents the volume of the voids in the active material layer.)
Is an electrode having a porosity of 30 to 79%.
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.

<活物質層内の空隙率>
本発明の電極は、上記式(1)で表される活物質層内の空隙率が30〜79%であることを特徴とし、これにより、この電極を用いた電池は、電池としての性能を充分に発揮しつつ、自己放電を充分に抑制することができ、クーロン効率が良好なものとなる。電極の活物質層内の空隙率と自己放電抑制との関係は以下のように考えられる。
活物質層に活物質の粒子が密に充填されている場合には、空隙率は小さくなり、活物質層に活物質の粒子の充填が疎である場合には、空隙率は大きくなる。空隙率が大きい場合には、活物質層内の個々の活物質間の距離が大きくなるため、充電状態において、自己放電反応サイトの電子伝導性が妨げられることにより、自己放電反応が抑制されると考えられる。一方、活物質層内の空隙率が小さく個々の活物質が密接している場合には、自己放電反応サイトの電子伝導性が高く、自己放電反応が起こりやすいと考えられるが、上記空隙率が大きければこのような不具合を充分に抑制することができると考えられる。
また、上記電極の活物質層内の空隙率が上記範囲であれば、活物質層内の空隙によって、デンドライトの成長が抑制され、短絡が生じにくくなる。
<Porosity in the active material layer>
The electrode of the present invention is characterized in that the porosity in the active material layer represented by the above formula (1) is 30 to 79%, whereby a battery using this electrode has performance as a battery. While exhibiting sufficiently, self-discharge can be sufficiently suppressed, and the coulomb efficiency is good. The relationship between the porosity in the active material layer of the electrode and suppression of self-discharge is considered as follows.
When the active material layer is densely filled with active material particles, the porosity is small, and when the active material layer is loosely filled with active material particles, the porosity is large. When the porosity is large, the distance between the individual active materials in the active material layer becomes large, and thus the self-discharge reaction is suppressed by preventing the electron conductivity of the self-discharge reaction site in the charged state. it is conceivable that. On the other hand, when the porosity in the active material layer is small and the individual active materials are in close contact with each other, the electron conductivity at the self-discharge reaction site is high and the self-discharge reaction is likely to occur. If it is larger, it is considered that such a problem can be sufficiently suppressed.
Moreover, if the porosity in the active material layer of the said electrode is the said range, the growth in a dendrite will be suppressed by the space | gap in an active material layer, and it will become difficult to produce a short circuit.

上記活物質層は、活物質を含み、後述する電極合剤組成物を集電体上に塗工等により形成された層であり、上記活物質層は1種類であっても、2種類以上からなるものであってもよく、活物質層の数は1層であっても、2層以上であってもよい。
上記空隙とは、活物質層の体積から活物質層に含まれる活物質の体積を除いた体積を意味する。上記活物質層の体積は、活物質層が2層以上である場合には、2層以上の活物質層の全体の体積を意味する。
上記活物質層の体積は膜厚および電極幾何面積の積から求めることができる。
The active material layer includes an active material, and is a layer formed by applying an electrode mixture composition, which will be described later, onto a current collector. The active material layer may be one type or two or more types. The number of active material layers may be one or two or more.
The void means a volume obtained by subtracting the volume of the active material contained in the active material layer from the volume of the active material layer. The volume of the active material layer means the total volume of two or more active material layers when there are two or more active material layers.
The volume of the active material layer can be determined from the product of the film thickness and the electrode geometric area.

上記空隙率は、30〜79%であり、好ましくは50〜79%であり、より好ましくは65%〜75%である。
上記空隙率が79%を超えると活物質量が少なくなるため電池の容量が小さくなり、また、電極の強度が低下するおそれがある。更に導電性マトリックスの形成が困難となり効率的に放電容量をとることが困難となる。しかしながら、空隙率が79%以下であれば、このような不具合を抑制することができる。
また、上記空隙率が30%の電極は、作成することが困難である。
上記活物質層の空隙の体積V’は後述する水銀ポロシメーターによって測定することができる。なお、後述するイオン伝導層によって覆われた活物質を用いて活物質層を形成する場合には、水銀ポロシメーターでは、イオン伝導層中の空隙も含めて空隙の体積が測定されるため、このような活物質層の空隙率は、イオン伝導層により覆われていない活物質を用いる以外は同じ条件で形成した活物質層を用いた空隙体積の測定結果から算出することになる。
The porosity is 30 to 79%, preferably 50 to 79%, more preferably 65% to 75%.
When the porosity exceeds 79%, the amount of the active material is reduced, so that the battery capacity is reduced and the strength of the electrode may be reduced. Furthermore, it becomes difficult to form a conductive matrix, and it is difficult to efficiently take a discharge capacity. However, such a problem can be suppressed if the porosity is 79% or less.
Moreover, it is difficult to produce an electrode having a porosity of 30%.
The void volume V ′ of the active material layer can be measured by a mercury porosimeter described later. In addition, when forming an active material layer using an active material covered with an ion conductive layer, which will be described later, the mercury porosimeter measures the volume of the voids including the voids in the ion conductive layer. The porosity of the active material layer is calculated from the measurement result of the void volume using the active material layer formed under the same conditions except that the active material not covered with the ion conductive layer is used.

上記空隙は、上記活物質層の体積Vを大きくすること、及び/又は、上記活物質の体積を小さくすることによって、大きくすることができる。これらの体積を変動させる方法は限定されないが、活物質層の体積Vは、例えば、後述する電極合剤組成物を集電体に塗工、圧着、又は、接着して活物質層を形成する際のプレス圧を調節することで変動させることができる。また、活物質層の空隙の体積V’は、例えば、電極合剤組成物中の活物質の量を増減させることで、変動させることができる。上記活物質層の形成の際のプレス圧を調節することにより、活物質層の体積Vを大きくする場合には、活物質層中に含まれる活物質の量を減らすことなく上記空隙を大きくすることができるため好ましい。 The voids can be increased by increasing the volume V of the active material layer and / or decreasing the volume of the active material. Although the method of changing these volumes is not limited, the volume V of the active material layer is formed by, for example, applying, pressing, or adhering an electrode mixture composition described later to the current collector to form the active material layer. It can be changed by adjusting the pressing pressure. Moreover, the void volume V ′ of the active material layer can be varied by increasing or decreasing the amount of the active material in the electrode mixture composition, for example. When the volume V of the active material layer is increased by adjusting the press pressure at the time of forming the active material layer, the gap is increased without reducing the amount of the active material contained in the active material layer. This is preferable.

<イオン伝導層>
本発明の電極の活物質及び/又は活物質層は、イオン伝導層に覆われ、イオン伝導層は、電池反応に関与するイオンの伝導性は有するが、活物質を構成するイオンの伝導性はもたない選択的イオン伝導性を有している。
<Ion conductive layer>
The active material and / or active material layer of the electrode of the present invention is covered with an ion conductive layer, and the ion conductive layer has conductivity of ions involved in the battery reaction, but the conductivity of ions constituting the active material is It has no selective ionic conductivity.

上記イオン伝導層は、以下の機構等により、イオンを選択的に透過させることができる。
(1)イオン伝導層が、層構造の物質を含む場合、層構造の物質の層間に存在するイオンとのイオン交換によりイオンを透過させる。
(2)イオン伝導層がイオン結晶を含む場合、イオンが占有することのできる結晶中のサイトをイオンが移動することにより透過させる。
(3)イオン伝導層がイオンの空孔(格子欠陥)を有するイオン結晶を含む場合、空孔をイオンが移動することによって透過させる。
(4)イオン伝導層を構成する粒子間において粒子表面近傍にイオン伝導層が形成され、上記粒子間をイオンが移動することによって透過させる。
上記(1)〜(4)の機構では、透過するイオン半径のほか、イオンの電荷密度が透過性に大きく影響し、本発明のイオン伝導層は透過させるイオンの電荷密度によってもイオンの透過性を制御し、カチオン又はアニオンのいずれかを選択的に透過させることができる。
このために、本発明のイオン伝導層は選択透過性が高く、精密な電池設計が可能となる。
The ion conductive layer can selectively transmit ions by the following mechanism or the like.
(1) When the ion conductive layer contains a layered substance, the ions are transmitted by ion exchange with ions existing between layers of the layered substance.
(2) When the ion conductive layer includes an ionic crystal, the ion is transmitted through the site in the crystal that can be occupied by the ion.
(3) When the ion conductive layer includes an ionic crystal having ion vacancies (lattice defects), the vacancies are permeated by movement of ions.
(4) An ion conductive layer is formed in the vicinity of the particle surface between particles constituting the ion conductive layer, and the ions are transmitted by moving between the particles.
In the mechanisms (1) to (4) described above, the ion charge density greatly influences the permeability in addition to the ion radius to be transmitted, and the ion conductive layer of the present invention has the ion permeability depending on the charge density of the ions to be transmitted. And can selectively permeate either a cation or an anion.
For this reason, the ion conductive layer of the present invention has high selective permeability, and a precise battery design is possible.

電池では、正極、負極それぞれにおいて、イオンの関与する電極反応が進行することになる。電極反応に関与するイオンの種類は電池によって異なり、活物質がイオンである場合や、活物質以外のイオンである場合がある。
上記電池反応に関与するイオンの伝導性は有するが、活物質を構成するイオンの伝導性はもたないとは、電池の電極反応に関与するイオンのうち、活物質を構成するイオン以外のイオンは通過させ、活物質を構成するイオンは通過させないことを意味する。
電池の電極反応に関与するイオンのうち、活物質を構成するイオン以外のイオンとしては、例えば、ニッケル亜鉛電池における水酸化物イオン、鉛蓄電池における硫酸イオン等が挙げられる。
In the battery, an electrode reaction involving ions proceeds in each of the positive electrode and the negative electrode. The type of ions involved in the electrode reaction varies depending on the battery, and the active material may be an ion or an ion other than the active material.
Ions having conductivity in the battery reaction but having no conductivity of ions constituting the active material are ions other than ions constituting the active material among the ions involved in the electrode reaction of the battery. Means that the ions constituting the active material are not allowed to pass through.
Among the ions involved in the battery electrode reaction, ions other than the ions constituting the active material include, for example, hydroxide ions in nickel-zinc batteries and sulfate ions in lead-acid batteries.

上記活物質を構成するイオンとしては、ニッケル亜鉛電池におけるZn(OH) 2−、マンガン乾電池における[Zn(NH2+、鉛蓄電池におけるPb2+等が挙げられる。 Examples of ions constituting the active material include Zn (OH) 4 2− in a nickel zinc battery, [Zn (NH 3 ) 4 ] 2+ in a manganese dry battery, and Pb 2+ in a lead storage battery.

上記イオン伝導層は、電池反応に関与するイオンの伝導性は有するが、活物質を構成するイオンの伝導性はもたない選択的イオン伝導性をデンドライトの成長を抑制できる程度に有する限り特に制限されないが、後述するアニオン伝導材料を用いて形成されることが好ましい。 The ion conductive layer is particularly limited as long as it has the conductivity of ions involved in the battery reaction but does not have the conductivity of ions constituting the active material to the extent that it can suppress the growth of dendrites. However, it is preferably formed using an anion conductive material described later.

上記活物質及び/又は活物質層を覆うとは、電極を用いて電池を形成したときに、活物質と電解質とが直接接しないように活物質及び活物質層の少なくとも一部を覆うことを意味する。ここで、電極を用いて電池を形成したときに、本発明の電極における活物質の実質的にすべてが電解質とは直接接しないように活物質及び活物質層の少なくとも一部を覆うことが好ましい。より好ましくは、活物質及び活物質層の全部を覆うことである。
なお、本発明の電極においては、通常、活物質と電解質とがイオン伝導層を介して作用するため、本発明の電極を用いて電池を構成した場合は、電池として電気化学反応を生じることができる。
イオン伝導層が活物質を覆うとは、イオン伝導層が活物質層を構成する活物質毎に覆うことを言い、通常は、活物質層を形成するための活物質を予めイオン伝導層で覆い、その後、イオン伝導層で覆われた活物質を用いて活物質層を形成することにより形成されるものを言う。ここで、活物質は、活物質だけでイオン伝導層に覆われていてもよく、活物質と、導電助剤やその他の添加剤等の活物質以外の活物質層構成材料とを含むものがイオン伝導層に覆われていてもよい。
Covering the active material and / or the active material layer means covering at least a part of the active material and the active material layer so that the active material and the electrolyte are not in direct contact when a battery is formed using an electrode. means. Here, when the battery is formed using the electrode, it is preferable to cover at least a part of the active material and the active material layer so that substantially all of the active material in the electrode of the present invention is not in direct contact with the electrolyte. . More preferably, the entire active material and active material layer are covered.
In the electrode of the present invention, since the active material and the electrolyte usually act via the ion conductive layer, when the battery is configured using the electrode of the present invention, an electrochemical reaction may occur as the battery. it can.
The ion conductive layer covering the active material means that the ion conductive layer covers each active material constituting the active material layer. Usually, the active material for forming the active material layer is previously covered with the ion conductive layer. Then, what is formed by forming an active material layer using an active material covered with an ion conductive layer. Here, the active material may be covered with the ion conductive layer only by the active material, and includes an active material and an active material layer constituent material other than the active material such as a conductive additive and other additives. It may be covered with an ion conductive layer.

上記活物質層を覆うとは、電極に形成された活物質層の一部又は全体を覆うことを言い、通常は、活物質及び必要に応じて活物質以外の活物質層構成材料を用いて活物質層を形成し、その後、当該活物質層をイオン伝導層で覆うことにより形成されるものを言う。なお、電極に形成された活物質層の全体を覆うことが1つの好ましい形態である。 Covering the active material layer means covering a part or the whole of the active material layer formed on the electrode, and usually using an active material and, if necessary, an active material layer constituent material other than the active material. It refers to what is formed by forming an active material layer and then covering the active material layer with an ion conductive layer. In addition, it is one preferable form to cover the entire active material layer formed on the electrode.

なお、イオン伝導層で、活物質層を構成する活物質粒子毎に覆うとともに、活物質層の一部又は全体を覆うか、又は、活物質層が分けられている単位毎に覆うものであってもよい。また、電極中で活物質層がいくつかの単位に分けられている場合に、イオン伝導層で、1つ又は2つ以上の単位については単位毎に覆い、その他の単位については該単位を形成する活物質粒子毎に覆うものであってもよい。 The ion conductive layer covers each active material particle constituting the active material layer, covers a part or the whole of the active material layer, or covers each unit in which the active material layer is divided. May be. In addition, when the active material layer is divided into several units in the electrode, the ion conductive layer covers one or more units for each unit, and forms other units for the other units. The active material particles to be covered may be covered.

なお、イオン伝導層が電極の活物質層を覆う場合、電極を構成する活物質層の少なくとも1つの面が集電体層と結着しているときは、活物質層の集電体と結着していない残りの面がイオン伝導層で覆われていればよい。言い換えれば、活物質層の電解質に面する側の表面がイオン伝導層で覆われていれば、活物質層の集電体層と結着している部分はイオン伝導層で覆われていなくてもよい。また、活物質層において電解質に面する側の表面が一面だけであるとき、この一面がイオン伝導層で覆われていればよいが、本発明の効果が顕著なものとなる点で、活物質層において電解質に面する側の表面が複数あり、これら複数の面がイオン伝導層で覆われていることが好ましい。 When the ion conductive layer covers the active material layer of the electrode, if at least one surface of the active material layer constituting the electrode is bound to the current collector layer, the ion conductive layer is bonded to the current collector of the active material layer. It is only necessary that the remaining surface not covered is covered with the ion conductive layer. In other words, if the surface of the active material layer facing the electrolyte is covered with the ion conductive layer, the portion bound to the current collector layer of the active material layer is not covered with the ion conductive layer. Also good. In addition, when the active material layer has only one surface facing the electrolyte, it is sufficient that this one surface is covered with an ion conductive layer. However, the active material is advantageous in that the effect of the present invention becomes remarkable. It is preferable that there are a plurality of surfaces facing the electrolyte in the layer, and these surfaces are covered with the ion conductive layer.

上記イオン伝導層が電極の活物質層を覆う場合、活物質層を覆うイオン伝導層の厚さは、適宜選択できるが、0.1μm以上であることが好ましい。より好ましくは、0.5μm以上である。更に好ましくは、1μm以上である。また、該厚さは、例えば50mm以下であることが好ましい。より好ましくは、5mm以下である。更に好ましくは、1mm以下である。
イオン伝導層の厚さは、マイクロメーター等での測定や、該電極を鋭利な器具で切断した断面を電子顕微鏡で観察し計測することができる。
When the ion conductive layer covers the active material layer of the electrode, the thickness of the ion conductive layer covering the active material layer can be appropriately selected, but is preferably 0.1 μm or more. More preferably, it is 0.5 μm or more. More preferably, it is 1 μm or more. Moreover, it is preferable that this thickness is 50 mm or less, for example. More preferably, it is 5 mm or less. More preferably, it is 1 mm or less.
The thickness of the ion conductive layer can be measured by measuring with a micrometer or the like, or observing a cross section of the electrode with a sharp instrument with an electron microscope.

上記活物質粒子毎にイオン伝導層に覆われているとは、活物質層中の活物質粒子がそれぞれその表面をイオン伝導層に覆われていることを意味する。例えば、活物質層中で活物質粒子どうしが分離し、イオン伝導層を介して結着していてもよい。活物質層に含まれる活物質粒子のすべてがイオン伝導層に覆われていなくてもよいが、当該活物質粒子の実質的にすべてがイオン伝導層に覆われていることが好ましい。
上記活物質粒子の形状は、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。活物質粒子は、一次粒子だけでなく、一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。
That the active material particles are covered with the ion conductive layer means that the active material particles in the active material layer are respectively covered with the ion conductive layer. For example, the active material particles may be separated from each other in the active material layer and bound via the ion conductive layer. Although all of the active material particles contained in the active material layer may not be covered with the ion conductive layer, it is preferable that substantially all of the active material particles are covered with the ion conductive layer.
Examples of the shape of the active material particles include fine powders, powders, granules, granules, scales, polyhedrons, rods, curved surfaces, and the like. The active material particles may be not only primary particles but also secondary particles in which primary particles are aggregated.

本発明の電極の厚さは、電池構成や集電体からの活物質の剥離抑制等の点から1nm以上、2000μm以下であることが好ましい。より好ましくは、10nm以上であり、更に好ましくは、20nm以上である。また、より好ましくは、1500μm以下であり、更に好ましくは、1000μm以下である。
電極の厚さは、マイクロメーター、段差計や輪郭形状測定器等により測定することができる。
The thickness of the electrode of the present invention is preferably 1 nm or more and 2000 μm or less from the viewpoint of the battery configuration and the suppression of peeling of the active material from the current collector. More preferably, it is 10 nm or more, More preferably, it is 20 nm or more. More preferably, it is 1500 micrometers or less, More preferably, it is 1000 micrometers or less.
The thickness of the electrode can be measured by a micrometer, a step meter, a contour shape measuring instrument, or the like.

本発明の電極は、正極であってもよく、負極であってもよいが、負極であることが好ましい。また、本発明の電極は、上述した以外に、電極に用いられる一般的な部材を更に含んで構成されるものであってもよい。 The electrode of the present invention may be a positive electrode or a negative electrode, but is preferably a negative electrode. Moreover, the electrode of this invention may be comprised further including the general member used for an electrode besides having mentioned above.

(電極のアニオン伝導性材料)
本発明のイオン伝導層は、アニオン伝導性材料を用いて形成されるものが好ましい。上記アニオン伝導性材料は、ポリマーと、周期表の第1族〜第17族から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物とを含み、該化合物は、酸化物、水酸化物、層状複水酸化物、硫酸化合物、及び、リン酸化合物からなる群より選ばれる少なくとも1つの化合物であればよく、後述するその他の成分を更に含んでもよい。
(Anion conductive material of electrode)
The ion conductive layer of the present invention is preferably formed using an anion conductive material. The anion conductive material includes a polymer and a compound containing at least one element selected from Group 1 to Group 17 of the periodic table, and the compound includes an oxide, a hydroxide, and layered double water. What is necessary is just at least 1 compound chosen from the group which consists of an oxide, a sulfuric acid compound, and a phosphoric acid compound, and may further contain the other component mentioned later.

本発明に係るアニオン伝導性材料は、上記構成により、電池反応に関与する水酸化物イオン等のアニオンは透過しやすく、アニオンであってもイオン半径の大きな金属イオンの拡散は充分に防止することができる。本明細書中、アニオン伝導性とは、水酸化物イオン等のイオン半径の小さなアニオンを充分に透過すること、ないし、当該アニオンの透過性能を意味する。金属イオン等のイオン半径の大きなアニオンは、より透過しにくいものであり、全く透過しなくても構わない。このような本発明に係るアニオン伝導性材料は、電池反応に関与するアニオンを選択的に透過し、イオン半径の大きな金属イオンを選択的に透過しにくくすることが可能である。例えば、亜鉛負極に用いる場合は、電池反応に関与する水酸化物イオン等のアニオンは透過しやすく、Zn(OH) 2−等の金属イオンは透過しにくいため、電池性能を充分に優れたものとした上で、デンドライトによる短絡を防止してサイクル寿命を長くする効果を顕著に発揮できる。また、上記アニオン伝導性材料は、場合によっては、イオン半径の比較的小さなLi、Na、Mg、Znイオンを透過させることも可能である。 The anion conductive material according to the present invention is easy to permeate anions such as hydroxide ions involved in the battery reaction, and sufficiently prevents the diffusion of metal ions having a large ionic radius even if they are anions. Can do. In this specification, the anion conductivity means that an anion having a small ion radius such as a hydroxide ion is sufficiently transmitted, or the permeation performance of the anion. Anions having a large ion radius, such as metal ions, are more difficult to permeate and may not permeate at all. Such an anion-conducting material according to the present invention can selectively permeate the anion involved in the battery reaction, and can make it difficult to selectively permeate metal ions having a large ion radius. For example, when used for a zinc negative electrode, anions such as hydroxide ions involved in the battery reaction are easily transmitted, and metal ions such as Zn (OH) 4 2− are not easily transmitted. In addition, the effect of preventing a short circuit caused by dendrite and prolonging the cycle life can be remarkably exhibited. Further, in some cases, the anion conductive material can transmit Li, Na, Mg, and Zn ions having a relatively small ionic radius.

上記アニオン伝導性材料は、三次元構造を持つゲル状であってもよい。また、上記アニオン伝導性材料は、本発明の効果を発揮できる限り、その表面、内部に空孔を有するものであってもよく、空孔を有さないものであってもよい。例えば、アニオン伝導性を向上する観点からは空孔を有することが好ましい場合がある。また、金属イオンの拡散をより抑える観点からは、空孔を有さないことが好ましい場合がある。 The anion conductive material may be a gel having a three-dimensional structure. Moreover, as long as the effect of this invention can be exhibited, the said anion conductive material may have a void | hole in the surface and inside, and may not have a void | hole. For example, it may be preferable to have pores from the viewpoint of improving anion conductivity. Moreover, it may be preferable not to have a void | hole from a viewpoint of suppressing the spreading | diffusion of a metal ion more.

以下、本発明に係るアニオン伝導性材料に含まれるものとして、無機化合物、ポリマー、その他の成分を順に説明する。 Hereinafter, an inorganic compound, a polymer, and other components will be described in order as included in the anion conductive material according to the present invention.

〔無機化合物〕
酸化物としては、例えばアルカリ金属、Be、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、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つの元素を含む酸化物であることが好ましい。中でも、上記周期表の第1族〜第15族から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する化合物が好ましく、Li、Na、K、Cs、Ca、Ba、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Nb、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、C、Si、Ge、Sn、Pb、N、P、Sb、及び、Biからなる群より選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物が好ましい。より好ましくは、Li、Ca、Ba、Sc、Y、ランタノイド、Ti、Zr、Nb、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Ni、Pd、Cu、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、Si、Sn、Pb、及び、Biからなる群より選ばれる少なくとも1つの元素を含む酸化物である。更に好ましくは、酸化セリウム、酸化ジルコニウムであり、特に好ましくは、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、酸化ビスマス等の金属酸化物がドープされたものや、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。上記酸化物は、酸素欠陥を持つものであってもよい。
水酸化物としては、例えば水酸化セリウム、水酸化ジルコニウムが好ましい。なお、本明細書中、水酸化物は、層状複水酸化物以外の水酸化物を言う。
層状複水酸化物としては、例えばハイドロタルサイトが好ましい。これにより、上記アニオン伝導性材料のアニオン伝導性を際立って優れたものとすることができる。
[Inorganic compounds]
Examples of the oxide include alkali metal, Be, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, lanthanoid, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Ru, Co Ni, Pd, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, In, Tl, C, Si, Ge, Sn, N, P, Sb, Bi, S, Se, Te, F, Cl And an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Br. Among them, a compound containing at least one element selected from Group 1 to Group 15 of the periodic table is preferable, and Li, Na, K, Cs, Ca, Ba, Sc, Y, lanthanoid, Ti, Zr, Nb, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Ni, Pd, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, In, Tl, C, Si, Ge, Sn, Pb, N, P, An oxide containing at least one element selected from the group consisting of Sb and Bi is preferable. More preferably, Li, Ca, Ba, Sc, Y, lanthanoid, Ti, Zr, Nb, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Ni, Pd, Cu, Zn, Cd, B, Al, Ga, In, It is an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Tl, Si, Sn, Pb, and Bi. More preferred are cerium oxide and zirconium oxide, and particularly preferred is cerium oxide. In addition, the cerium oxide may be, for example, a material doped with a metal oxide such as samarium oxide, gadolinium oxide, or bismuth oxide, or a solid solution with a metal oxide such as zirconium oxide. The oxide may have an oxygen defect.
As the hydroxide, for example, cerium hydroxide and zirconium hydroxide are preferable. In the present specification, the hydroxide refers to a hydroxide other than the layered double hydroxide.
As the layered double hydroxide, for example, hydrotalcite is preferable. Thereby, the anion conductivity of the anion conductive material can be remarkably improved.

上記アニオン伝導性材料として、ハイドロタルサイトを用いた場合には、層状化合物であるため、上述したイオンの選択的透過機構(1)により、アニオンを透過させることができ、また、ハイドロタルサイト−ハイドロタルサイト粒子間の粒子表面近傍にアニオン伝導層が形成されるため、上述したイオンの選択的透過機構(4)により、アニオンを透過させることができる。 When hydrotalcite is used as the anion conductive material, since it is a layered compound, anion can be transmitted by the selective permeation mechanism (1) of ions described above, and hydrotalcite- Since the anion conducting layer is formed in the vicinity of the particle surface between the hydrotalcite particles, the anion can be transmitted by the selective permeation mechanism (4) of ions described above.

上記ハイドロタルサイトは、下記式(2);
[M 1−x (OH)](An−x/n・mHO (2)
(式中、M=Mg、Fe、Zn、Ca、Li、Ni、Co、Cu等;M=Al、Fe、Mn等;A=CO 2−等、mは0以上の正数、xは0.20≦x≦0.40程度、nは、1〜2)で示される化合物であることが好ましい。この化合物を、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、天然鉱物であるMgAl(OH)16CO・mHO等を上記無機化合物として使用してもよい。上記ハイドロタルサイトには、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。
硫酸化物としては、例えばエトリンガイトが好ましい。
The hydrotalcite is represented by the following formula (2);
[M 1 1-x M 2 x (OH) 2 ] (A n− ) x / n · mH 2 O (2)
(Wherein M 1 = Mg, Fe, Zn, Ca, Li, Ni, Co, Cu, etc .; M 2 = Al, Fe, Mn, etc .; A = CO 3 2− etc., m is a positive number of 0 or more, x is preferably about 0.20 ≦ x ≦ 0.40, and n is preferably a compound represented by 1-2). This compound is a compound dehydrated by firing at 150 ° C. to 900 ° C., a compound obtained by decomposing an anion in the interlayer, a compound obtained by exchanging the anion in the interlayer with a hydroxide ion, or a natural mineral. Mg 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 .mH 2 O or the like may be used as the inorganic compound. The hydrotalcite may be coordinated with a compound having a functional group such as a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, or a silanol group.
As the sulfate, for example, ettringite is preferable.

無機化合物としては、それを電解液原料、電解液、ゲル電解質等に導入した際に、溶解状態、コロイド等の分散状態、不溶状態等のいずれであっても良く、その表面の一部がプラスやマイナスの電荷に帯電するものが好ましく、ゼータ電位の測定等により、粒子の帯電状態を推察することができる。これら無機化合物は、後述するように、ポリマーが有する官能基との共有結合、配位結合や、イオン結合、水素結合、π結合、ファンデルワールス結合、アゴスチック相互作用等の非共有性結合により相互作用することもできる。また、ハイドロタルサイト等の層状化合物を用いる場合には、その層内にポリマーが形成されていてもよい。また、上記無機化合物は、それを電解液原料、電解液、ゲル電解質等に導入した際に、その表面の一部がプラスやマイナスの電荷に帯電しない状態(等電点に相当)で使用してもよい。 The inorganic compound may be in a dissolved state, a dispersed state of a colloid, or an insoluble state when it is introduced into an electrolytic solution raw material, an electrolytic solution, a gel electrolyte, etc., and a part of its surface is a plus. Or a negative charge is preferable, and the charged state of the particles can be inferred by measuring the zeta potential. As described later, these inorganic compounds interact with each other by non-covalent bonds such as covalent bonds, coordinate bonds, ionic bonds, hydrogen bonds, π bonds, van der Waals bonds, and agostic interactions with functional groups of polymers. It can also act. Moreover, when using layered compounds, such as a hydrotalcite, the polymer may be formed in the layer. The inorganic compound is used in a state where a part of its surface is not charged with a positive or negative charge (corresponding to an isoelectric point) when it is introduced into an electrolytic solution raw material, electrolytic solution, gel electrolyte, or the like. May be.

上記アニオン伝導性材料は、電解液原料、電解液、ゲル電解質等に導入した際に水和物となるようなものが好ましい。水和物であることにより、電池反応に関与する水酸化物イオン等の伝導性を更に高めることができる。 The anion conductive material is preferably one that becomes a hydrate when introduced into an electrolyte solution raw material, an electrolyte solution, a gel electrolyte, or the like. By being a hydrate, the conductivity of hydroxide ions and the like involved in the battery reaction can be further increased.

上記無機化合物は、下記平均粒子径、及び/又は、下記比表面積を満たす粒子を含むことが好ましい。より好ましくは、該無機化合物が、下記平均粒子径、及び/又は、下記比表面積を満たすことである。 The inorganic compound preferably contains particles satisfying the following average particle diameter and / or the following specific surface area. More preferably, the inorganic compound satisfies the following average particle diameter and / or the following specific surface area.

上記無機化合物は、平均粒子径が1000μm以下であるものが好ましい。該平均粒子径は、より好ましくは、200μm以下であり、更に好ましくは、100μm以下であり、特に好ましくは、75μm以下であり、最も好ましくは、20μm以下である。一方、平均粒子径は、5nm以上であることが好ましい。より好ましくは、10nm以上である。
上記平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)により測定することができる。
The inorganic compound preferably has an average particle size of 1000 μm or less. The average particle diameter is more preferably 200 μm or less, still more preferably 100 μm or less, particularly preferably 75 μm or less, and most preferably 20 μm or less. On the other hand, the average particle size is preferably 5 nm or more. More preferably, it is 10 nm or more.
The average particle diameter can be measured with a scanning electron microscope (SEM).

上記無機化合物の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。なお、平均粒子径が上述のような範囲の粒子は、例えば、粒子をボールミル等により粉砕し、得られた粗粒子を分散剤に分散させて所望の粒子径にした後に乾固する方法や、該粗粒子をふるい等にかけて粒子径を選別する方法のほか、粒子を製造する段階で調製条件を最適化し、所望の粒径の(ナノ)粒子を得る方法等により製造することが可能である。 Examples of the shape of the inorganic compound particles include fine powder, powder, granules, granules, scales, polyhedrons, rods, and curved surfaces. In addition, the particles having an average particle size in the above-described range are, for example, a method of pulverizing particles with a ball mill or the like, dispersing the obtained coarse particles in a dispersant to obtain a desired particle size, and drying to solidify, In addition to the method of selecting the particle diameter by sieving the coarse particles, etc., it is possible to optimize the preparation conditions at the stage of producing the particles to obtain (nano) particles having a desired particle diameter.

上記無機化合物は、比表面積が0.01m/g以上であることが好ましい。該比表面積は、より好ましくは、0.1m/g以上であり、更に好ましくは、0.5m/g以上である。一方、該比表面積は、500m/g以下であることが好ましい。
上記比表面積は、窒素吸着BET法で比表面積測定装置等により測定することができる。
The inorganic compound preferably has a specific surface area of 0.01 m 2 / g or more. The specific surface area is more preferably 0.1 m 2 / g or more, and still more preferably 0.5 m 2 / g or more. On the other hand, the specific surface area is preferably 500 m 2 / g or less.
The specific surface area can be measured by a specific surface area measuring apparatus or the like by a nitrogen adsorption BET method.

上記無機化合物の質量割合としては、アニオン伝導性材料100質量%に対して、0.1質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、0.5質量%以上であり、更に好ましくは、1質量%以上であり、最も好ましくは3質量%以上である。また、99.9質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、99質量%以下であり、更に好ましくは、75質量%以下であり、最も好ましくは、55質量%未満である。
上記無機化合物の質量割合を上記範囲内とすることにより、本発明の効果を発揮できるとともに、アニオン伝導性材料のクラックを生じにくくする効果を発揮することができる。中でも、層状複水酸化物の質量割合を上記範囲内とすることが特に好ましい。
The mass ratio of the inorganic compound is preferably 0.1% by mass or more with respect to 100% by mass of the anion conductive material. More preferably, it is 0.5 mass% or more, More preferably, it is 1 mass% or more, Most preferably, it is 3 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 99.9 mass% or less. More preferably, it is 99 mass% or less, More preferably, it is 75 mass% or less, Most preferably, it is less than 55 mass%.
By making the mass ratio of the inorganic compound within the above range, the effect of the present invention can be exhibited, and the effect of making it difficult to cause cracks in the anion conductive material can be exhibited. Among these, it is particularly preferable that the mass ratio of the layered double hydroxide is within the above range.

〔ポリマー〕
本発明に係るポリマーとしては、ポリエチレンやポリプロピレン等の炭化水素部位含有ポリマー、ポリスチレン等に代表される芳香族基含有ポリマー;アルキレングリコール等に代表されるエーテル基含有ポリマー;ポリビニルアルコールやポリ(α−ヒドロキシメチルアクリル酸塩)等に代表される水酸基含有ポリマー;ポリアミド、ナイロン、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドンやN−置換ポリアクリルアミド等に代表されるアミド基含有ポリマー;ポリマレイミド等に代表されるイミド基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリメチレングルタル酸等に代表されるカルボキシル基含有ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸塩、ポリマレイン酸塩、ポリイタコン酸塩、ポリメチレングルタル酸塩等に代表されるカルボン酸塩含有ポリマー;ポリ塩化ビニル、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含有ポリマー;エポキシ樹脂等のエポキシ基が開環することにより結合したポリマー;スルホン酸塩部位含有ポリマー;ARB(Aは、N又はPを表す。Bは、ハロゲンアニオンやOH等のアニオンを表す。R、R、Rは、同一又は異なって、炭素数1〜7のアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アルキルカルボキシル基、又は、芳香環基を表す。R、R、Rは、結合して環構造を形成してもよい。)で表される基が結合したポリマーに代表される第四級アンモニウム塩や第四級ホスホニウム塩含有ポリマー;陽イオン・陰イオン交換膜等に使用されるイオン交換性重合体;天然ゴム;スチレンブタジエンゴム(SBR)等に代表される人工ゴム;セルロース、酢酸セルロース、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)、カルボキシメチルセルロース、キチン、キトサン、アルギン酸(塩)等に代表される糖類;ポリエチレンイミンに代表されるアミノ基含有ポリマー;カルバメート基部位含有ポリマー;カルバミド基部位含有ポリマー;エポキシ基部位含有ポリマー;複素環、及び/又は、イオン化した複素環部位含有ポリマー;ポリマーアロイ;ヘテロ原子含有ポリマー;低分子量界面活性剤などが挙げられる。中でも、カルボキシル基含有ポリマー及び/又はハロゲン含有ポリマーが好ましい。また、本発明の電極において、上記ポリマーは、ハロゲン原子、カルボキシル基、水酸基、及び、エーテル基からなる群より選択される少なくとも1種を含有することが好ましい。中でも、上記ポリマーは、(1)絶縁物であること、(2)アニオン伝導性材料の粉末を結着させることができること、(3)物理的強度に優れることの3点を総合的に考慮して適宜選択することが好ましく、このような観点からは、フッ素樹脂、カルボキシル基含有ポリマー、カルボン酸塩含有ポリマーが好ましい。フッ素樹脂としては、炭化水素部位含有ポリマーにおいて水素原子がすべてフッ素原子に置換された完全フッ素化樹脂、炭化水素部位含有ポリマーにおいて水素原子の一部がフッ素原子に置換された部分フッ素化樹脂が挙げられるが、完全フッ素化樹脂であることがより好ましい。なお、単独重合体であってもよく、共重合体であってもよいが、特に好ましくはポリテトラフルオロエチレンである。
〔polymer〕
Examples of the polymer according to the present invention include hydrocarbon group-containing polymers such as polyethylene and polypropylene, aromatic group-containing polymers represented by polystyrene, etc .; ether group-containing polymers represented by alkylene glycol, etc .; polyvinyl alcohol and poly (α- Hydroxymethyl acrylate) and other hydroxyl group-containing polymers; polyamides, nylon, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone, N-substituted polyacrylamides and other amide group-containing polymers; polymaleimides and other imide group-containing Polymer; carboxyl group-containing polymer represented by poly (meth) acrylic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, polymethyleneglutaric acid, etc .; poly (meth) acrylate, polymaleate, polyitaconate, polymethyleneglutarate Carboxylate-containing polymers such as acid salts; halogen-containing polymers such as polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene; polymers bonded by opening of epoxy groups such as epoxy resins; sulfonates AR 1 R 2 R 3 B (A represents N or P. B represents an anion such as a halogen anion or OH −. R 1 , R 2 and R 3 may be the same or different. Represents an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, a hydroxyalkyl group, an alkyl carboxyl group, or an aromatic ring group, and R 1 , R 2 , and R 3 may be bonded to form a ring structure. Quaternary ammonium salts and quaternary phosphonium salt-containing polymers represented by polymers with attached groups; ion-exchangeable heavys used for cation / anion exchange membranes, etc. Body; natural rubber; artificial rubber typified by styrene butadiene rubber (SBR), etc .; typified by cellulose, cellulose acetate, hydroxyalkylcellulose (eg, hydroxyethylcellulose), carboxymethylcellulose, chitin, chitosan, alginic acid (salt), etc. Amino group-containing polymer represented by polyethyleneimine; Carbamate group site-containing polymer; Carbamide group site-containing polymer; Epoxy group site-containing polymer; Heterocyclic and / or ionized heterocyclic site-containing polymer; Polymer alloy; Atom-containing polymers; low molecular weight surfactants and the like. Of these, carboxyl group-containing polymers and / or halogen-containing polymers are preferred. In the electrode of the present invention, the polymer preferably contains at least one selected from the group consisting of a halogen atom, a carboxyl group, a hydroxyl group, and an ether group. Among these, the above polymer is comprehensively considered in terms of (1) being an insulator, (2) being able to bind an anion conductive material powder, and (3) being excellent in physical strength. From such a viewpoint, a fluororesin, a carboxyl group-containing polymer, and a carboxylate salt-containing polymer are preferable. Examples of the fluororesin include a fully fluorinated resin in which all hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms in the hydrocarbon moiety-containing polymer, and a partially fluorinated resin in which some hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms in the hydrocarbon moiety-containing polymer. However, it is more preferably a fully fluorinated resin. A homopolymer or a copolymer may be used, but polytetrafluoroethylene is particularly preferable.

上記ポリマーは、その構成単位に該当するモノマーより、ラジカル重合、ラジカル(交互)共重合、アニオン重合、アニオン(交互)共重合、カチオン重合、カチオン(交互)共重合、グラフト重合、グラフト(交互)共重合、リビング重合、リビング(交互)共重合、分散重合、乳化重合、懸濁重合、開環重合、環化重合、光、紫外線や電子線照射による重合、メタセシス重合、電解重合等により得ることができる。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。これらポリマーは、1種を用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
上記ポリマーは、上記無機化合物以外の有機架橋剤化合物により、エステル結合、アミド結合、イオン結合、ファンデルワールス結合、アゴスチック相互作用、水素結合、アセタール結合、ケタール結合、エーテル結合、ペルオキシド結合、炭素−炭素結合、炭素−窒素結合、炭素−酸素結合、炭素−硫黄結合、カルバメート結合、チオカルバメート結合、カルバミド結合、チオカルバミド結合、オキサゾリン部位含有結合、トリアジン結合等を介して、架橋されていてもよい。ただし、架橋されたポリマーが吸水性を有する場合、アニオン伝導性材料にクラックを生じることがあるため、架橋されたポリマーは吸水性を持たない方がよい。
The above polymers are radical polymerization, radical (alternate) copolymerization, anionic polymerization, anionic (alternate) copolymerization, cationic polymerization, cationic (alternate) copolymerization, graft polymerization, graft (alternate), from the monomer corresponding to the constituent unit. Copolymerization, living polymerization, living (alternate) copolymerization, dispersion polymerization, emulsion polymerization, suspension polymerization, ring-opening polymerization, cyclization polymerization, polymerization by light, ultraviolet ray or electron beam irradiation, metathesis polymerization, electrolytic polymerization, etc. Can do. 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. These polymers may be used alone or in combination of two or more.
The polymer is composed of an ester bond, an amide bond, an ionic bond, a van der Waals bond, an agostic interaction, a hydrogen bond, an acetal bond, a ketal bond, an ether bond, a peroxide bond, and a carbon- It may be crosslinked via a carbon bond, carbon-nitrogen bond, carbon-oxygen bond, carbon-sulfur bond, carbamate bond, thiocarbamate bond, carbamide bond, thiocarbamide bond, oxazoline moiety-containing bond, triazine bond, etc. . However, when the crosslinked polymer has water absorption, the anion conductive material may be cracked. Therefore, the crosslinked polymer should not have water absorption.

上記ポリマーの重量平均分子量は、200〜7000000であることが好ましい。これにより、アニオン伝導性材料のイオン伝導性、可とう性等を調節することができる。該重量平均分子量は、より好ましくは、400〜6500000であり、更に好ましくは、500〜5000000である。
上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)やUV検出器により測定することができる。
The polymer preferably has a weight average molecular weight of 200 to 7000000. Thereby, the ion conductivity, flexibility, etc. of an anion conductive material can be adjusted. The weight average molecular weight is more preferably 400 to 6500000, and still more preferably 500 to 5000000.
The weight average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC) or a UV detector.

上記ポリマーの質量割合は、アニオン伝導性材料100質量%に対して、0.1質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、1質量%以上であり、更に好ましくは、25質量%以上である。特に好ましくは、40質量%以上である。また、99.9質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、99.5質量%以下であり、更に好ましくは、99質量%以下である。特に好ましくは、80質量%以下である。これにより、アニオン伝導性材料のクラックを生じにくくする効果をも発揮し、本発明の効果を顕著なものとすることができる。 The mass ratio of the polymer is preferably 0.1% by mass or more with respect to 100% by mass of the anion conductive material. More preferably, it is 1 mass% or more, More preferably, it is 25 mass% or more. Especially preferably, it is 40 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 99.9 mass% or less. More preferably, it is 99.5 mass% or less, More preferably, it is 99 mass% or less. Especially preferably, it is 80 mass% or less. Thereby, the effect which makes it hard to produce the crack of an anion conductive material is exhibited, and the effect of this invention can be made remarkable.

本発明のアニオン伝導性材料における、ポリマーと、無機化合物との質量割合は、5000000/1〜1/100000であることが好ましい。より好ましくは、2000000/1〜1/50000であり、更に好ましくは、1000000/1〜1/10000である。特に好ましくは、100/3〜82/100である。特に、本発明に係るアニオン伝導性材料に含まれる無機化合物がハイドロタルサイトである場合に上記質量割合を満たすことにより、アニオン伝導性材料におけるアニオン伝導性を優れたものとする効果及びクラックを生じにくくする効果の両方を顕著に優れたものとすることができる。 In the anion conductive material of the present invention, the mass ratio between the polymer and the inorganic compound is preferably 5000000/1 to 1/100000. More preferably, it is 2000000/1-1 / 50,000, More preferably, it is 1000000/1-1/10000. Particularly preferred is 100/3 to 82/100. In particular, when the inorganic compound contained in the anion conductive material according to the present invention is hydrotalcite, by satisfying the above mass ratio, the effect of improving the anion conductivity in the anion conductive material and cracks are produced. Both of the effects of making it difficult can be remarkably improved.

〔その他の成分〕
本発明のアニオン伝導性材料は、ポリマーと、無機化合物とを含む限り、更にその他の成分を含んでいてもよい。
[Other ingredients]
The anion conductive material of the present invention may further contain other components as long as it contains a polymer and an inorganic compound.

上記その他の成分は、特に限定されないが、例えば、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;スルホン酸化合物;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;塩等を1種又は2種以上含んでいても良い。上記その他の成分は、上記無機化合物や上記ポリマーとは異なる化合物である。上記その他の成分は、イオン伝導性を補助したり、溶媒・熱・焼成・電気等の手法を用いて除去されることによって後述するアニオン伝導性材料中の空孔を形成したりする等の働きも可能である。 The other components are not particularly limited. For example, clay compound; solid solution; alloy; zeolite; halide; carboxylate compound; carbonate compound; hydrogencarbonate compound; nitrate compound; Acid compound, boric acid compound; silicic acid compound; aluminate compound; sulfide; onium compound; The other components are compounds different from the inorganic compound and the polymer. The above-mentioned other components function to assist ion conductivity or form pores in the anion conductive material described later by being removed using a method such as solvent, heat, baking, electricity, etc. Is also possible.

上記その他の成分は、下記平均粒子径、下記比表面積、及び、下記アスペクト比(縦/横)からなる群より選択される少なくとも1つを満たす粒子を含むことが好ましい。より好ましくは、該その他の成分が、下記平均粒子径、下記比表面積、及び、下記アスペクト比(縦/横)からなる群より選択される少なくとも1つを満たすことである。 The other components preferably include particles satisfying at least one selected from the group consisting of the following average particle diameter, the following specific surface area, and the following aspect ratio (length / width). More preferably, the other component satisfies at least one selected from the group consisting of the following average particle diameter, the following specific surface area, and the following aspect ratio (length / width).

上記その他の成分の平均粒子径は、1000μm以下であることが好ましい。該平均粒子径は、より好ましくは、500μm以下であり、更に好ましくは、200μm以下であり、更により好ましくは、100μm以下であり、特に好ましくは、75μm以下であり、最も好ましくは、20μm以下である。一方、平均粒子径は、5nm以上であることが好ましい。該平均粒子径は、より好ましくは、10nm以上であり、更に好ましくは、20nm以上である。
上記その他の成分の平均粒子径は、上記した無機化合物の平均粒子径と同様の方法で測定することができる。
The average particle size of the other components is preferably 1000 μm or less. The average particle diameter is more preferably 500 μm or less, still more preferably 200 μm or less, still more preferably 100 μm or less, particularly preferably 75 μm or less, and most preferably 20 μm or less. is there. On the other hand, the average particle size is preferably 5 nm or more. The average particle diameter is more preferably 10 nm or more, and still more preferably 20 nm or more.
The average particle size of the other components can be measured by the same method as the average particle size of the inorganic compound described above.

上記その他の成分の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。なお、平均粒子径が上述のような範囲の粒子は、例えば、粒子をボールミル等により粉砕し、得られた粗粒子を分散剤に分散させて所望の粒子径にした後に乾固する方法や、該粗粒子をふるい等にかけて粒子径を選別する方法のほか、粒子を製造する段階で調製条件を最適化し、所望の粒径の(ナノ)粒子を得る方法等により製造することが可能である。 Examples of the shape of the particles of the other components include fine powder, powder, granule, granule, scale, polyhedron, rod, and curved surface. In addition, the particles having an average particle size in the above-described range are, for example, a method of pulverizing particles with a ball mill or the like, dispersing the obtained coarse particles in a dispersant to obtain a desired particle size, and drying to solidify, In addition to the method of selecting the particle diameter by sieving the coarse particles, etc., it is possible to optimize the preparation conditions at the stage of producing the particles to obtain (nano) particles having a desired particle diameter.

上記その他の成分は、比表面積が0.01m/g以上であることが好ましい。該比表面積は、より好ましくは、0.1m/g以上であり、更に好ましくは、0.5m/g以上である。また、該比表面積は、1500m/g以下であることが好ましい。該比表面積は、より好ましくは、500m/g以下であり、更に好ましくは、450m/g以下であり、特に好ましくは、400m/g以下である。
上記比表面積は、上記した無機化合物の比表面積と同様の方法で測定することができる。
なお、比表面積が上述のような範囲の粒子は、例えば、粒子をナノ粒子化したり、粒子製造の際の調製条件を選択することにより粒子表面に凹凸をつけたりすることにより製造することが可能である。
The other components preferably have a specific surface area of 0.01 m 2 / g or more. The specific surface area is more preferably 0.1 m 2 / g or more, and still more preferably 0.5 m 2 / g or more. Moreover, it is preferable that this specific surface area is 1500 m < 2 > / g or less. The specific surface area is more preferably 500 m 2 / g or less, still more preferably 450 m 2 / g or less, and particularly preferably 400 m 2 / g or less.
The specific surface area can be measured by the same method as the specific surface area of the inorganic compound described above.
The particles having a specific surface area as described above can be produced, for example, by making the particles into nanoparticles or by making the particle surface uneven by selecting the preparation conditions for particle production. is there.

上記その他の成分は、アスペクト比(縦/横)が1.1以上であることが好ましい。該アスペクト比(縦/横)は、より好ましくは、2以上であり、更に好ましくは、3以上である。また、該アスペクト比(縦/横)は、100000以下であることが好ましい。該アスペクト比(縦/横)は、より好ましくは50000以下である。
上記アスペクト比(縦/横)は、透過型電子顕微鏡(TEM)または走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した粒子の形状から求めることができる。例えば、上記その他の成分の粒子が直方体状の場合は、最も長い辺を縦、2番目に長い辺を横として、縦の長さを横の長さで除することにより求めることができる。その他の形状の場合には、アスペクト比が最も大きくなるように、ある一つの部分を底面に置き、それをアスペクト比が最も大きくなるような方向から投影した時にできる二次元の形において、ある一点から最も離れた一点の長さを測定し、その最も長い辺を縦、縦の中心点を通る直線のうち最も長い辺を横として、縦の長さを横の長さで除することにより求めることができる。
なお、アスペクト比(縦/横)が上述のような範囲の粒子は、例えば、そのようなアスペクト比を有する粒子を選択する方法や、粒子を製造する段階で調製条件を最適化し、該粒子を選択的に得る方法等により得ることが可能である。
The other components preferably have an aspect ratio (vertical / horizontal) of 1.1 or more. The aspect ratio (vertical / horizontal) is more preferably 2 or more, and further preferably 3 or more. The aspect ratio (vertical / horizontal) is preferably 100,000 or less. The aspect ratio (vertical / horizontal) is more preferably 50000 or less.
The aspect ratio (vertical / horizontal) can be determined from the shape of particles observed with a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM). For example, when the particles of the other components are rectangular parallelepiped, the longest side can be obtained by dividing the vertical length by the horizontal length with the longest side being the vertical length and the second longest side being the horizontal direction. In the case of other shapes, a point is placed in the two-dimensional shape that is created when one part is placed on the bottom so that the aspect ratio is maximized and projected from the direction that maximizes the aspect ratio. Is measured by measuring the length of one point farthest from the vertical axis and dividing the vertical length by the horizontal length with the longest side as the vertical, the longest side of the straight line passing through the vertical center point as the horizontal. be able to.
In addition, particles having an aspect ratio (vertical / horizontal) in the above-described range are, for example, a method for selecting particles having such an aspect ratio, and optimization of preparation conditions at the stage of manufacturing the particles. It can be obtained by a method of obtaining selectively.

上記その他の成分の質量割合は、その他の成分を用いる場合は、アニオン伝導性材料100質量%に対して、0.001質量%以上であることが好ましい。より好ましくは、0.01質量%以上であり、更に好ましくは、0.05質量%以上である。また、90質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、80質量%以下であり、更に好ましくは、70質量%以下である。 When other components are used, the mass ratio of the other components is preferably 0.001% by mass or more with respect to 100% by mass of the anion conductive material. More preferably, it is 0.01 mass% or more, More preferably, it is 0.05 mass% or more. Moreover, it is preferable that it is 90 mass% or less. More preferably, it is 80 mass% or less, More preferably, it is 70 mass% or less.

本発明に係るアニオン伝導性材料は、上述したポリマー、無機化合物、その他の成分を、それぞれ、1種のみ含んでいてもよいし2種以上を含んでいてもよい。なお、ポリマーが2種以上含まれる場合、ポリマーの質量とは、特に断らない限り、2種以上のポリマーの合計質量を言う。無機化合物、その他の成分のそれぞれが2種以上含まれる場合についても同様である。 The anion conductive material according to the present invention may contain only one kind or two or more kinds of the above-mentioned polymer, inorganic compound and other components. In addition, when two or more types of polymers are included, the mass of the polymer means the total mass of the two or more types of polymers unless otherwise specified. The same applies to the case where two or more inorganic compounds and other components are contained.

本発明に係る活物質層は、活物質を含むものであるが、後述する導電助剤やその他の添加剤を更に含んでもよい。また、上記空隙には、導電助剤やその他の添加剤が存在していてもよい。以下、本発明に係る活物質層に含まれる、活物質、導電助剤、その他の添加剤について、順に説明する。 The active material layer according to the present invention contains an active material, but may further contain a conductive additive and other additives described later. In addition, a conductive additive and other additives may be present in the voids. Hereinafter, the active material, the conductive additive, and other additives contained in the active material layer according to the present invention will be described in order.

〔活物質〕
上記活物質の活物質層中の含有割合は、活物質層の全量100質量%に対して、50〜99.9質量%であることが好ましい。活物質の配合量がこのような範囲であると、活物質層中の活物質の体積が好ましくなり、上記空隙率を好ましい範囲とすることに寄与する。したがって、このような活物質層を含んで構成される電極を電池に用いた場合に、より良好な電池性能を発揮する。より好ましくは、55〜99.5質量%であり、更に好ましくは、70〜99質量%である。活物質層に含まれる活物質の質量割合は、電極合剤組成物に含まれる溶媒以外の固形分の質量に対する活物質の質量として算出することができる。
[Active material]
The content ratio of the active material in the active material layer is preferably 50 to 99.9% by mass with respect to 100% by mass of the total amount of the active material layer. When the blending amount of the active material is in such a range, the volume of the active material in the active material layer is preferable, which contributes to setting the porosity to a preferable range. Therefore, when an electrode including such an active material layer is used for a battery, better battery performance is exhibited. More preferably, it is 55-99.5 mass%, More preferably, it is 70-99 mass%. The mass ratio of the active material contained in the active material layer can be calculated as the mass of the active material relative to the mass of solids other than the solvent contained in the electrode mixture composition.

本発明の活物質層に含まれる活物質は、正極の活物質であってもよく、負極の活物質であってもよいが、負極の活物質であることが好ましい。 The active material contained in the active material layer of the present invention may be a positive electrode active material or a negative electrode active material, but is preferably a negative electrode active material.

本発明の電極が負極である場合は、上記負極の活物質としては、炭素種・リチウム種・ナトリウム種・マグネシウム種・亜鉛種・錫種・鉛種・シリコン含有材料、水素吸蔵合金材料等、電池の負極活物質として通常用いられるものを用いることができる。これらの中でも、本発明の電極における上記活物質が亜鉛種を含有することは、本発明の好適な実施形態の1つである。
活物質として亜鉛種が用いられる場合、亜鉛原子内を電子が通って水素の発生しやすい部位に移動し、水の分解反応により水素を発生させるため、水素発生を伴う自己放電が起こることになる。本発明の電極の活物質として亜鉛種を用いることで、上記特許文献1、2に記載のような、従来の亜鉛負極や電解液中に無機物や有機物添加剤を導入することで水素発生を抑制する方法や、セパレータを改良することで水素発生を伴う自己放電を抑制する方法に比べて、より充分に水素発生を伴う自己放電を抑制することが可能となる。
ここで亜鉛種とは、亜鉛含有化合物を言う。なお、上記亜鉛種は、亜鉛を含有する限り、電池の駆動によりそれ自体が反復的に酸化・還元されるものであってもよい。
When the electrode of the present invention is a negative electrode, the active material of the negative electrode includes carbon species, lithium species, sodium species, magnesium species, zinc species, tin species, lead species, silicon-containing materials, hydrogen storage alloy materials, etc. What is normally used as a negative electrode active material of a battery can be used. Among these, it is one of the preferred embodiments of the present invention that the active material in the electrode of the present invention contains a zinc species.
When a zinc species is used as the active material, electrons pass through the zinc atom to move to a site where hydrogen is likely to be generated, and hydrogen is generated by the decomposition reaction of water, so that self-discharge accompanied with hydrogen generation occurs. . By using zinc species as the active material of the electrode of the present invention, hydrogen generation is suppressed by introducing inorganic or organic additives into the conventional zinc negative electrode or electrolyte as described in Patent Documents 1 and 2 above. As compared with the method of suppressing self-discharge accompanied with hydrogen generation by improving the separator and the method of improving the separator, the self-discharge accompanied with hydrogen generation can be more sufficiently suppressed.
Here, the zinc species refers to a zinc-containing compound. The zinc species may be repeatedly oxidized and reduced by driving the battery as long as it contains zinc.

上記亜鉛含有化合物は、活物質として用いることができるものであればよく、例えば、酸化亜鉛(JIS K1410(2006年)に規定する1種/2種/3種)や、水酸化亜鉛・硫化亜鉛・テトラヒドロキシ亜鉛アルカリ金属塩・テトラヒドロキシ亜鉛アルカリ土類金属塩・亜鉛ハロゲン化合物・亜鉛カルボキシラート化合物・亜鉛合金・亜鉛固溶体・ホウ酸亜鉛・リン酸亜鉛・リン酸水素亜鉛・ケイ酸亜鉛・アルミン酸亜鉛・炭酸化合物・炭酸水素化合物・硝酸化合物・硫酸化合物等に代表される亜鉛(合金)化合物、有機亜鉛化合物、亜鉛化合物塩、周期表の第1族〜第17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する亜鉛(合金)化合物等が挙げられる。これらの中でも、酸化亜鉛(JIS K1410(2006年)に規定する1種/2種/3種)、水酸化亜鉛、テトラヒドロキシ亜鉛アルカリ金属塩、テトラヒドロキシ亜鉛アルカリ土類金属塩、亜鉛ハロゲン化合物、亜鉛カルボキシラート化合物、亜鉛合金、亜鉛固溶体、ホウ酸亜鉛、リン酸亜鉛、ケイ酸亜鉛、アルミン酸亜鉛、炭酸亜鉛、周期表の第1族〜第17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する亜鉛(合金)化合物がより好ましい。上記亜鉛合金は、(アルカリ)乾電池や空気電池に使用される亜鉛合金であってもよい。上記亜鉛含有化合物は、1種でも2種以上でも使用することができる。 The zinc-containing compound is not particularly limited as long as it can be used as an active material. For example, zinc oxide (1 type / 2 types / 3 specified in JIS K1410 (2006)), zinc hydroxide and zinc sulfide・ Tetrahydroxy zinc alkali metal salt ・ Tetrahydroxy zinc alkaline earth metal salt ・ Zinc halogen compound ・ Zinc carboxylate compound ・ Zinc alloy ・ Zinc solid solution ・ Zinc borate ・ Zinc phosphate ・ Zinc hydrogen phosphate ・ Zinc silicate ・ Alumine Zinc (alloy) compounds typified by zinc acid, carbonic acid compound, hydrogen carbonate compound, nitric acid compound, sulfuric acid compound, etc., organic zinc compounds, zinc compound salts, groups consisting of elements belonging to Groups 1 to 17 of the periodic table And zinc (alloy) compounds having at least one element selected from the above. Among these, zinc oxide (1 type / 2 types / 3 specified in JIS K1410 (2006)), zinc hydroxide, tetrahydroxy zinc alkali metal salt, tetrahydroxy zinc alkaline earth metal salt, zinc halogen compound, Zinc carboxylate compound, zinc alloy, zinc solid solution, zinc borate, zinc phosphate, zinc silicate, zinc aluminate, zinc carbonate, selected from the group consisting of elements belonging to groups 1 to 17 of the periodic table More preferred are zinc (alloy) compounds having at least one element. The zinc alloy may be a zinc alloy used in an (alkali) dry battery or an air battery. The zinc-containing compound can be used alone or in combination of two or more.

本発明の電極が正極である場合は、上記正極の活物質としては、一次電池や二次電池の正極活物質として通常用いられるものを用いることができる。例えば、オキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル、コバルト含有水酸化ニッケル等のニッケル含有化合物;二酸化マンガン等のマンガン含有化合物;酸化銀;コバルト酸リチウム等のリチウム含有化合物;鉄含有化合物等が挙げられる。
これらの中でも、正極活物質がニッケル種を含有することが、本発明の好適な実施形態の1つである。
なお、本発明の電極が負極である場合に、該負極を用いて構成される電池において、正極として上記活物質を用いることができる。また、正極の活物質として酸素(酸素が正極活物質となる場合、正極は、酸素の還元や水の酸化が可能なペロブスカイト型化合物、コバルト含有化合物、鉄含有化合物、銅含有化合物、マンガン含有化合物、バナジウム含有化合物、ニッケル含有化合物、イリジウム含有化合物、白金含有化合物、パラジウム含有化合物、金含有化合物、銀含有化合物、炭素含有化合物等より構成される空気極となる)を用いることも可能である。
When the electrode of the present invention is a positive electrode, as the positive electrode active material, those normally used as the positive electrode active material of a primary battery or a secondary battery can be used. Examples include nickel-containing compounds such as nickel oxyhydroxide, nickel hydroxide, and cobalt-containing nickel hydroxide; manganese-containing compounds such as manganese dioxide; silver oxide; lithium-containing compounds such as lithium cobaltate; iron-containing compounds.
Among these, it is one of the preferred embodiments of the present invention that the positive electrode active material contains a nickel species.
In the case where the electrode of the present invention is a negative electrode, the active material can be used as a positive electrode in a battery configured using the negative electrode. Also, oxygen as the positive electrode active material (when oxygen is the positive electrode active material, the positive electrode is a perovskite type compound, cobalt-containing compound, iron-containing compound, copper-containing compound, manganese-containing compound capable of reducing oxygen and oxidizing water) , A vanadium-containing compound, a nickel-containing compound, an iridium-containing compound, a platinum-containing compound, a palladium-containing compound, a gold-containing compound, a silver-containing compound, a carbon-containing compound, etc.).

上記活物質は、これを用いて蓄電池を作製した際に水含有電解液を使用した場合には、電池の使用の過程で水の分解副反応を進行させる場合があり、該副反応を抑制するために、特定の元素を活物質に導入してもよい。特定の元素としては、Al、B、Ba、Bi、Br、C、Ca、Cd、Ce、Cl、Cu、F、Ga、Hg、In、La、Mg、Mn、N、Nb、Nd、Ni、P、Pb、S、Sb、Sc、Si、Sn、Sr、Ti、Tl、Y、Zr等が挙げられる。
ここで、特定の元素を活物質に導入するとは、活物質を、これらの元素を構成元素とする化合物とすることを意味する。
In the case of using a water-containing electrolyte when producing a storage battery using the active material, the active material may cause a water decomposition side reaction in the process of using the battery, thereby suppressing the side reaction. Therefore, a specific element may be introduced into the active material. Specific elements include Al, B, Ba, Bi, Br, C, Ca, Cd, Ce, Cl, Cu, F, Ga, Hg, In, La, Mg, Mn, N, Nb, Nd, Ni, P, Pb, S, Sb, Sc, Si, Sn, Sr, Ti, Tl, Y, Zr, etc. are mentioned.
Here, introducing a specific element into an active material means that the active material is a compound having these elements as constituent elements.

〔導電助剤〕
上記活物質層は、電極活物質(正極活物質又は負極活物質を言う。)とともに、導電助剤を含むものであってもよい。
上記導電助剤としては、例えば、導電性カーボン、導電性セラミックス、亜鉛・亜鉛末・亜鉛合金・(アルカリ)乾電池や空気電池に使用される亜鉛(以下、纏めて金属亜鉛とも称する)等を用いることができる。
[Conductive aid]
The active material layer may include a conductive additive together with an electrode active material (referred to as a positive electrode active material or a negative electrode active material).
Examples of the conductive aid include conductive carbon, conductive ceramics, zinc / zinc powder / zinc alloy / zinc used in (alkaline) dry batteries and air batteries (hereinafter also referred to as metal zinc). be able to.

上記導電性カーボンとしては、天然黒鉛・人造黒鉛等の黒鉛、グラッシーカーボン、アモルファス炭素、易黒鉛化炭素、難黒鉛化炭素、カーボンナノフォーム、活性炭、グラフェン、ナノグラフェン、グラフェンナノリボン、フラーレン、カーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、ケッチェンブラック、気相法炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ、金属によりコートしたカーボン、カーボンコートした金属、ファイバー状カーボン、ホウ素含有カーボン、窒素含有カーボン、多層/単層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、バルカン、アセチレンブラック、酸素含有官能基を導入することにより親水処理したカーボン、SiCコートカーボン、分散・乳化・懸濁・マイクロサスペンジョン重合等により表面処理したカーボン、マイクロカプセルカーボン等が挙げられる。 Examples of the conductive carbon include graphite such as natural graphite and artificial graphite, glassy carbon, amorphous carbon, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, carbon nanofoam, activated carbon, graphene, nanographene, graphene nanoribbon, fullerene, carbon black, Graphitized carbon black, ketjen black, vapor grown carbon fiber, pitch-based carbon fiber, mesocarbon microbead, carbon coated with metal, carbon coated metal, fibrous carbon, boron-containing carbon, nitrogen-containing carbon, multilayer / Single-walled carbon nanotubes, carbon nanohorns, Vulcan, acetylene black, carbon treated by introducing oxygen-containing functional groups, SiC-coated carbon, expressed by dispersion / emulsion / suspension / microsuspension polymerization, etc. Treated carbon, microcapsules carbon.

上記導電性セラミックスとしては、例えば、酸化亜鉛と共に焼成したBi、Co、Nb、及び、Yから選ばれる少なくとも1種を含有する化合物等が挙げられる。 Examples of the conductive ceramic include a compound containing at least one selected from Bi, Co, Nb, and Y fired with zinc oxide.

上記導電助剤の中でも、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛、易黒鉛化炭素、難黒鉛化炭素、グラフェン、カーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ、ファイバー状カーボン、多層/単層カーボンナノチューブ、バルカン、アセチレンブラック、酸素含有官能基を導入することにより親水処理したカーボン、金属亜鉛が好ましい。なお、金属亜鉛はアルカリ乾電池や空気電池のような実電池に使用されるものであってもよく、表面を他元素やカーボン等でコーティングされたものであってもよいし、合金化されていてもよい。固溶体であってもよい。上記導電助剤は、1種でも2種以上でも使用することができる。 Among the above conductive aids, graphite such as natural graphite and artificial graphite, graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, graphene, carbon black, graphitized carbon black, ketjen black, vapor-grown carbon fiber, pitch-based carbon fiber Preferred are mesocarbon microbeads, fibrous carbon, multi-wall / single-wall carbon nanotubes, vulcan, acetylene black, carbon treated with a hydrophilic treatment by introducing an oxygen-containing functional group, and metallic zinc. In addition, the metallic zinc may be used for an actual battery such as an alkaline battery or an air battery, or may have a surface coated with another element or carbon, or may be alloyed. Also good. It may be a solid solution. The said conductive support agent can be used by 1 type, or 2 or more types.

上記金属亜鉛は活物質としても働くことが可能である。言い換えれば、電池の使用の過程で、導電助剤である金属亜鉛は酸化還元反応をおこなって活物質としても機能する。なお、同様に、電池の使用の過程で、活物質である亜鉛含有化合物から生成する金属亜鉛は導電助剤としても機能する。負極等の電極の調製段階で合剤として加える金属亜鉛及び亜鉛含有化合物は、電池の使用の過程では、活物質かつ導電助剤として実質的に機能する。 The metallic zinc can also act as an active material. In other words, in the process of using the battery, metallic zinc, which is a conductive additive, performs a redox reaction and functions as an active material. Similarly, in the process of using the battery, metallic zinc produced from a zinc-containing compound as an active material also functions as a conductive additive. Metal zinc and a zinc-containing compound added as a mixture in the preparation stage of an electrode such as a negative electrode substantially function as an active material and a conductive aid in the process of using the battery.

上記導電助剤は、これを用いて蓄電池を作製した際に水含有電解液を使用した場合には、電池の使用の過程で水の分解副反応を進行させる場合があり、該副反応を抑制するために、特定の元素を導電助剤に導入してもよい。特定の元素としては、Al、B、Ba、Bi、Br、C、Ca、Cd、Ce、Cl、Cu、F、Ga、Hg、In、La、Mg、Mn、N、Nb、Nd、Ni、P、Pb、S、Sb、Sc、Si、Sn、Sr、Ti、Tl、Y、Zr等が挙げられる。導電性カーボンを導電助剤の一つとして使用する場合には、特定の元素としては、Al、B、Ba、Bi、C、Ca、Cd、Ce、Cu、F、Ga、In、La、Mg、Mn、N、Nb、Nd、Ni、P、Pb、S、Sb、Sc、Si、Sn、Ti、Tl、Y、Zrが好ましい。
ここで、特定の元素を導電助剤に導入するとは、導電助剤を、これらの元素を構成元素とする化合物とすることを意味する。
In the case of using a water-containing electrolyte when producing a storage battery using this conductive auxiliary agent, there may be a case where a side reaction of water proceeds in the process of using the battery, and this side reaction is suppressed. In order to do this, a specific element may be introduced into the conductive additive. Specific elements include Al, B, Ba, Bi, Br, C, Ca, Cd, Ce, Cl, Cu, F, Ga, Hg, In, La, Mg, Mn, N, Nb, Nd, Ni, P, Pb, S, Sb, Sc, Si, Sn, Sr, Ti, Tl, Y, Zr, etc. are mentioned. When conductive carbon is used as one of the conductive assistants, specific elements include Al, B, Ba, Bi, C, Ca, Cd, Ce, Cu, F, Ga, In, La, and Mg. Mn, N, Nb, Nd, Ni, P, Pb, S, Sb, Sc, Si, Sn, Ti, Tl, Y, Zr are preferable.
Here, the introduction of a specific element into a conductive assistant means that the conductive assistant is a compound having these elements as constituent elements.

上記活物質層に導電助剤を含む場合、導電助剤の活物質層中の含有割合は、活物質層中の活物質100質量%に対して、0.001〜100質量%であることが好ましい。導電助剤の含有割合がこのような範囲であると、活物質層を含んで構成される電極を電池に用いた場合に、より良好な電池性能を発揮する。より好ましくは、0.01〜60質量%であり、更に好ましくは、0.1〜20質量%である。活物質層に含まれる導電助剤の質量割合は、電極合剤組成物に含まれる溶媒以外の固形分の質量に対する導電助剤の質量として算出することができる。
なお、金属亜鉛を電極合剤調製時に使用する場合には、金属亜鉛は活物質ではなく、導電助剤として考えて計算する。また、亜鉛含有化合物である酸化亜鉛や水酸化亜鉛等から電池の使用の過程で生成する金属亜鉛は、系中で導電助剤としての機能も果たすことになるが、亜鉛負極合剤や亜鉛負極調製時には0価の金属亜鉛ではないため、ここでは導電助剤と考えず、活物質と考えて計算する。すなわち、上記活物質、導電助剤の好ましい含有割合は、亜鉛負極合剤や亜鉛負極の調製時における亜鉛含有化合物は活物質として考え、金属亜鉛は導電助剤として考えて計算する。
When the active material layer contains a conductive additive, the content of the conductive additive in the active material layer is 0.001 to 100% by mass with respect to 100% by mass of the active material in the active material layer. preferable. When the content ratio of the conductive auxiliary is in such a range, better battery performance is exhibited when an electrode including an active material layer is used for a battery. More preferably, it is 0.01-60 mass%, More preferably, it is 0.1-20 mass%. The mass ratio of the conductive auxiliary agent contained in the active material layer can be calculated as the mass of the conductive auxiliary agent relative to the mass of solids other than the solvent contained in the electrode mixture composition.
In addition, when using metallic zinc at the time of electrode mixture preparation, metallic zinc is considered not as an active material but as a conductive support agent. In addition, zinc metal produced in the process of battery use, such as zinc oxide and zinc hydroxide, which are zinc-containing compounds, will also function as a conductive aid in the system. Since it is not zero-valent metal zinc at the time of preparation, it is calculated here assuming that it is an active material, not a conductive aid. That is, the preferable content ratio of the active material and the conductive auxiliary agent is calculated by considering the zinc-containing compound at the time of preparing the zinc negative electrode mixture or the zinc negative electrode as the active material and metal zinc as the conductive auxiliary agent.

上記導電助剤の平均粒子径は、1nm〜500μmであることが好ましい。より好ましくは5nm〜200μmであり、更に好ましくは10nm〜100μmであり、最も好ましくは、10nm〜60μmである。
なお、上記導電助剤の平均粒子径は、導電助剤に含まれる粒子の材料が、炭素材料系である場合には透過型電子顕微鏡(TEM)、金属材料である場合には走査型電子顕微鏡(SEM)により測定することができる。
The conductive auxiliary agent preferably has an average particle size of 1 nm to 500 μm. More preferably, it is 5 nm-200 micrometers, More preferably, it is 10 nm-100 micrometers, Most preferably, it is 10 nm-60 micrometers.
In addition, the average particle diameter of the conductive auxiliary agent is determined by the transmission electron microscope (TEM) when the particle material included in the conductive auxiliary agent is a carbon material, or the scanning electron microscope when the material is a metal material. (SEM).

上記導電助剤の比表面積は、0.1m/g以上であることが好ましい。より好ましくは、1m/g以上である。また、1500m/g以下であることが好ましい。より好ましくは、1200m/g以下であり、更に好ましくは、900m/g以下であり、より更に好ましくは、250m/g以下であり、特に好ましくは、150m/g以下である。
導電助剤の比表面積を上記範囲内とすることにより、電池の使用の過程で活物質の形状変化や不動態の形成を抑制することや、活物質の利用率を向上させることができる等の効果がある。
なお、上記比表面積は、窒素吸着BET法で比表面積測定装置等により測定することができる。
It is preferable that the specific surface area of the said conductive support agent is 0.1 m < 2 > / g or more. More preferably, it is 1 m 2 / g or more. Moreover, it is preferable that it is 1500 m < 2 > / g or less. More preferably, it is 1200 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 900 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 250 m < 2 > / g or less, Most preferably, it is 150 m < 2 > / g or less.
By making the specific surface area of the conductive aid within the above range, it is possible to suppress the change in the shape of the active material and the formation of passive state in the process of using the battery, and to improve the utilization rate of the active material. effective.
In addition, the said specific surface area can be measured with a specific surface area measuring apparatus etc. by nitrogen adsorption BET method.

本発明の亜鉛負極合剤は、亜鉛含有化合物及び導電助剤以外の成分を含んでいてもよいが、本発明の亜鉛負極合剤が、更に他の成分を含む場合、その配合量は、亜鉛負極合剤中の亜鉛含有化合物100質量%に対して、0.01〜100質量%であることが好ましい。より好ましくは、0.01〜50質量%であり、更に好ましくは、0.1〜20質量%である。このように、本発明の亜鉛負極合剤が、他の成分の配合量が亜鉛負極合剤中の亜鉛含有化合物100質量%に対して、0.01〜100質量%であることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。 The zinc negative electrode mixture of the present invention may contain components other than the zinc-containing compound and the conductive additive, but when the zinc negative electrode mixture of the present invention further contains other components, the blending amount thereof is zinc. It is preferable that it is 0.01-100 mass% with respect to 100 mass% of zinc containing compounds in a negative mix. More preferably, it is 0.01-50 mass%, More preferably, it is 0.1-20 mass%. As described above, the zinc negative electrode mixture of the present invention is 0.01 to 100% by mass with respect to 100% by mass of the zinc-containing compound in the zinc negative electrode mixture. It is one of the preferred embodiments of the invention.

〔その他の添加剤〕
本発明に係る活物質層は、更に、周期表の第1族〜第17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物、有機化合物、及び、有機化合物塩からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。
[Other additives]
The active material layer according to the present invention further comprises a compound comprising at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Group 1 to Group 17 of the periodic table, an organic compound, and an organic compound salt It may contain at least one selected from more.

上記周期表の第1〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物としては、周期表の第1〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素の酸化物;水酸化物;層状複水酸化物;硫化物;ハロゲン化合物;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;亜硫酸化合物;硫酸化合物;スルホン酸化合物;ケイ酸化合物;アルミン酸化合物;リン酸化合物;リン酸水素化合物;ホウ酸化合物;オニウム塩;アンモニウム塩;固溶体;合金等が挙げられる。これら元素は、酸化亜鉛にドープされたり、亜鉛含有化合物や導電助剤に含まれたりしてもよい。 The compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Group 1 to 17 of the periodic table is at least one selected from the group consisting of elements belonging to Group 1 to 17 of the periodic table. Elemental oxides; hydroxides; layered double hydroxides; sulfides; halogen compounds; carboxylate compounds; carbonate compounds; hydrogen carbonate compounds; nitric acid compounds; sulfite compounds; Acid compounds; Phosphoric acid compounds; Hydrogen phosphate compounds; Boric acid compounds; Onium salts; Ammonium salts; Solid solutions; These elements may be doped in zinc oxide, or may be contained in a zinc-containing compound or a conductive additive.

上記周期表の第1〜17族に属する元素の中でも、周期表の第1〜5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物が好ましい。 Among the elements belonging to Group 1 to 17 of the periodic table, compounds having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8, 9, and 11 to 17 of the periodic table are preferable. .

ここで、電解液として水系の電解液を用いて構成される電池の場合には、安全性の観点から有機溶剤系の電解液よりも好ましいが、熱力学的には通常、充放電に伴う電気化学反応により、水の分解反応が進行して水素が発生する、という副反応が起こり得る。しかしながら、本発明の亜鉛負極合剤を、他の成分として、周期表の第1〜5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物や有機化合物、有機化合物塩を含むものとすると、本発明の亜鉛負極合剤から形成される亜鉛負極を負極とし、水系の電解液を用いて電池を構成した場合であっても、水の分解による水素の発生を効果的に抑制することが可能となり、充放電特性やクーロン効率が向上することになる。また、導電性カーボンを導電助剤の1つとして使用する場合には、水の分解による水素の発生という副反応も熱力学的に完全に進行することを抑制することは困難であり、したがって、本発明における導電助剤として導電性カーボンを亜鉛負極合剤の成分として用いる場合に、他の成分として、周期表の第1〜3、5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物や有機化合物、有機化合物塩と組み合わせることには特に大きな技術的意義がある。本発明の亜鉛負極合剤が、更に他の成分を含み、上記他の成分が、周期表の第1〜3、5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物、有機化合物、及び/又は、有機化合物塩を含むこともまた、本発明の好適な実施形態の1つである。 Here, in the case of a battery configured using an aqueous electrolytic solution as an electrolytic solution, it is preferable to an organic solvent based electrolytic solution from the viewpoint of safety. A side reaction that a decomposition reaction of water proceeds and hydrogen is generated may occur due to a chemical reaction. However, the zinc negative electrode mixture of the present invention contains, as another component, a compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8, 9, and 11 to 17 of the periodic table. Assuming that an organic compound and an organic compound salt are included, even when a zinc negative electrode formed from the zinc negative electrode mixture of the present invention is used as a negative electrode and a battery is formed using an aqueous electrolyte, hydrogen generated by the decomposition of water It is possible to effectively suppress the occurrence of charge, and charge / discharge characteristics and coulomb efficiency are improved. In addition, when using conductive carbon as one of the conductive assistants, it is difficult to suppress the side reaction of hydrogen generation due to decomposition of water from proceeding completely thermodynamically. When conductive carbon is used as a component of the zinc negative electrode mixture as a conductive aid in the present invention, the other component is composed of elements belonging to Groups 1 to 3, 5, 8, 9, 11 to 17 of the periodic table. Combining with a compound, an organic compound or an organic compound salt having at least one element selected from the group has a particularly great technical significance. The zinc negative electrode mixture of the present invention further contains other components, and the other components are selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1-3, 5, 8, 9, 11-17 of the periodic table. It is also one of the preferred embodiments of the present invention to include a compound having at least one element, an organic compound, and / or an organic compound salt.

なお、上記他の成分に含まれる、周期表の第1〜5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物、有機化合物、及び/又は、有機化合物塩の割合としては、他の成分に含まれる、周期表の第1〜5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物、及び、有機化合物、有機化合物塩のいずれかに該当するものの総量の割合が、他の成分の全量100質量%に対して、0.1質量%以上であることが好ましく、より好ましくは、0.5質量%以上であり、更に好ましくは、1.0質量%以上である。上限値として好ましくは、100質量%である。 A compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8, 9, 11, and 11 in the periodic table, an organic compound, and / or included in the other components In addition, as a ratio of the organic compound salt, a compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8, 9, and 11 to 17 of the periodic table, contained in other components, And the ratio of the total amount of what corresponds to either an organic compound or an organic compound salt is preferably 0.1% by mass or more, more preferably, 0.1% by mass or more with respect to 100% by mass of the total amount of other components. It is 5 mass% or more, More preferably, it is 1.0 mass% or more. The upper limit is preferably 100% by mass.

上記周期表の第1〜5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物としては、Ag、Al、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cs、Cu、Fe、Ga、Hg、In、K、La、Li、Mg、Na、Pb、Rb、Si、P、Sn、Sr、Sb、Ti、Tl、V、Zr、Nb等の周期表の第1〜5、8〜9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素の酸化物;水酸化物;ハロゲン化物;カルボキシラート化合物;炭酸塩;炭酸水素塩;硝酸塩;硫酸塩;スルホン酸塩;ケイ酸塩;リン酸塩などが挙げられる。上記周期表の第1〜5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物は、充放電反応に関与せず、金属に還元されないことから好ましい。これらの中でも、周期表の第1〜5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素の酸化物、水酸化物、ハロゲン化物、カルボキシラート化合物、炭酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩が好ましい。より好ましくは、周期表の第1〜5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素の酸化物である。すなわち、他の成分が、周期表の第1〜5、8〜9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素の酸化物を含むこともまた、本発明の好適な実施形態の1つである。 Examples of the compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8, 9, and 11 to 17 in the periodic table include Ag, Al, Ba, Be, Bi, Ca, and Cd. , Ce, Co, Cs, Cu, Fe, Ga, Hg, In, K, La, Li, Mg, Na, Pb, Rb, Si, P, Sn, Sr, Sb, Ti, Tl, V, Zr, Nb An oxide of at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8 to 9, and 11 to 17 of the periodic table; a hydroxide; a halide; a carboxylate compound; a carbonate; Examples thereof include bicarbonates; nitrates; sulfates; sulfonates; silicates; The compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8, 9, 11 and 17 of the periodic table does not participate in the charge / discharge reaction and is not reduced to metal. preferable. Among these, oxides, hydroxides, halides, carboxylate compounds, carbonic acids of at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8, 9, 11 and 17 of the periodic table Salts, sulfates, sulfonates, silicates and phosphates are preferred. More preferably, it is an oxide of at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8, 9, and 11 to 17 of the periodic table. That is, it is also preferable that the other component contains an oxide of at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8 to 9, and 11 to 17 of the periodic table. It is one of the embodiments.

上記周期表の第1〜5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物における元素としては、周期表の第1〜5、8〜9、11、13〜17族に属する元素が好ましく、すなわち、Ag、Al、Ba、Bi、Ca、Ce、Co、Cs、Cu、Fe、Ga、In、K、La、Li、Mg、Na、Pb、Rb、Si、P、Sn、Sr、Sb、Ti、Tl、V、Zr及びNbからなる群より選択される少なくとも1つの元素が好ましい。より好ましい元素は、周期表の第1〜5、9、11、13〜17族に属する元素、すなわち、Ag、Al、Ba、Bi、Ca、Ce、Co、Cs、Ga、In、K、La、Li、Mg、Na、Pb、Rb、Si、P、Sn、Sr、Sb、Ti、Tl、V、Zr及びNb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。 Examples of the element in the compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8, 9, and 11 to 17 in the periodic table include 1 to 5, 8 to 9 in the periodic table. 11, 13 to 17 elements are preferable, that is, Ag, Al, Ba, Bi, Ca, Ce, Co, Cs, Cu, Fe, Ga, In, K, La, Li, Mg, Na, Pb At least one element selected from the group consisting of Rb, Si, P, Sn, Sr, Sb, Ti, Tl, V, Zr and Nb is preferred. More preferable elements are elements belonging to Groups 1 to 5, 9, 11, 13 to 17 of the periodic table, that is, Ag, Al, Ba, Bi, Ca, Ce, Co, Cs, Ga, In, K, La , Li, Mg, Na, Pb, Rb, Si, P, Sn, Sr, Sb, Ti, Tl, V, Zr and at least one element selected from the group consisting of Nb.

上記周期表の第1〜5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物としては、具体的には、酸化銀、酸化アルミニウム、酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸化セリウム、酸化コバルト、酸化セシウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化カリウム、酸化ランタン、酸化リチウム、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化鉛、酸化ルビジウム、酸化錫、酸化ケイ素、酸化リン、酸化ストロンチウム、酸化アンチモン、酸化チタン、酸化テルル、酸化バナジウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、水酸化アルミニウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム、水酸化セシウム、水酸化カリウム、水酸化ランタン、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化ルビジウム、水酸化錫、水酸化ストロンチウム、水酸化アンチモン、水酸化チタン、水酸化ジルコニウム、塩化銀、塩化リチウム、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化ルビジウム、塩化錫、フッ化カリウム、酢酸銀、酢酸バリウム、酢酸ビスマス、酢酸カルシウム、酒石酸カルシウム、グルタミン酸カルシウム、酢酸セリウム、酢酸セシウム、酢酸ガリウム、酢酸インジウム、酢酸カリウム、酢酸ランタン、酢酸リチウム、酢酸マグネシウム、酢酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、グルタミン酸ナトリウム、酢酸鉛、酢酸ルビジウム、酢酸錫、酢酸ストロンチウム、酢酸アンチモン、酢酸テルル、炭酸銀、炭酸アルミニウム、炭酸バリウム、炭酸ビスマス、炭酸カルシウム、炭酸セリウム、炭酸コバルト、炭酸セシウム、炭酸ガリウム、炭酸インジウム、炭酸カリウム、炭酸ランタン、炭酸リチウム、炭酸マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸鉛、炭酸ルビジウム、炭酸錫、炭酸ストロンチウム、炭酸アンチモン、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、硫酸ビスマス、硫酸カルシウム、硫酸セシウム、硫酸セリウム、硫酸ガリウム、硫酸インジウム、硫酸カリウム、硫酸ランタン、硫酸リチウム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、硫酸鉛、硫酸ルビジウム、硫酸錫、硫酸ストロンチウム、硫酸アンチモン、硫酸チタン、硫酸テルル、硫酸バナジウム、硫酸ジルコニウム、リグニンスルホン酸カルシウム、リグニンスルホン酸ナトリウム、硝酸アルミニウム、硝酸バリウム、硝酸ビスマス、硝酸カルシウム、硝酸セリウム、硝酸セシウム、硝酸ガリウム、硝酸インジウム、硝酸カリウム、硝酸ランタン、硝酸リチウム、硝酸マグネシウム、硝酸ナトリウム、硝酸鉛、硝酸ルビジウム、硝酸錫、硝酸ストロンチウム、硝酸アンチモン、硝酸チタン、硝酸テルル、硝酸バナジウム、硝酸ジルコニウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸バリウム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸バリウムが特に好ましい。 Specific examples of the compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8, 9, and 11 to 17 in the periodic table include silver oxide, aluminum oxide, and barium oxide. , Bismuth oxide, calcium oxide, cerium oxide, cobalt oxide, cesium oxide, gallium oxide, indium oxide, potassium oxide, lanthanum oxide, lithium oxide, magnesium oxide, sodium oxide, lead oxide, rubidium oxide, tin oxide, silicon oxide, oxide Phosphorus, strontium oxide, antimony oxide, titanium oxide, tellurium oxide, vanadium oxide, zirconium oxide, niobium oxide, aluminum hydroxide, barium hydroxide, calcium hydroxide, cesium hydroxide, potassium hydroxide, lanthanum hydroxide, lithium hydroxide , Magnesium hydroxide, sodium hydroxide Rubidium hydroxide, tin hydroxide, strontium hydroxide, antimony hydroxide, titanium hydroxide, zirconium hydroxide, silver chloride, lithium chloride, magnesium chloride, sodium chloride, rubidium chloride, tin chloride, potassium fluoride, silver acetate, acetic acid Barium, bismuth acetate, calcium acetate, calcium tartrate, calcium glutamate, cerium acetate, cesium acetate, gallium acetate, indium acetate, potassium acetate, lanthanum acetate, lithium acetate, magnesium acetate, sodium acetate, sodium tartrate, sodium glutamate, lead acetate, Rubidium acetate, tin acetate, strontium acetate, antimony acetate, tellurium acetate, silver carbonate, aluminum carbonate, barium carbonate, bismuth carbonate, calcium carbonate, cerium carbonate, cobalt carbonate, cesium carbonate, carbonic acid Lithium, indium carbonate, potassium carbonate, lanthanum carbonate, lithium carbonate, magnesium carbonate, sodium carbonate, lead carbonate, rubidium carbonate, tin carbonate, strontium carbonate, antimony carbonate, aluminum sulfate, barium sulfate, bismuth sulfate, calcium sulfate, cesium sulfate, Cerium sulfate, gallium sulfate, indium sulfate, potassium sulfate, lanthanum sulfate, lithium sulfate, magnesium sulfate, sodium sulfate, lead sulfate, rubidium sulfate, tin sulfate, strontium sulfate, antimony sulfate, titanium sulfate, tellurium sulfate, vanadium sulfate, zirconium sulfate , Calcium lignin sulfonate, sodium lignin sulfonate, aluminum nitrate, barium nitrate, bismuth nitrate, calcium nitrate, cerium nitrate, cesium nitrate, gallium nitrate, indium nitrate Potassium nitrate, lanthanum nitrate, lithium nitrate, magnesium nitrate, sodium nitrate, lead nitrate, rubidium nitrate, tin nitrate, strontium nitrate, antimony nitrate, titanium nitrate, tellurium nitrate, vanadium nitrate, zirconium nitrate, potassium silicate, calcium silicate Magnesium silicate, barium silicate, potassium phosphate, calcium phosphate, magnesium phosphate, and barium phosphate are particularly preferable.

上記周期表の第1〜5、8、9、11〜17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物として最も好ましくは、酸化銀、酸化アルミニウム、酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸化セリウム、酸化コバルト、酸化セシウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化ランタン、酸化鉛、酸化ルビジウム、酸化ケイ素、酸化リン、酸化錫、酸化アンチモン、酸化チタン、酸化テルル、酸化バナジウム、酸化ジルコニウム、水酸化アルミニウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム、水酸化セシウム、水酸化カリウム、水酸化セリウム、水酸化ランタン、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化ルビジウム、水酸化錫、水酸化ストロンチウム、水酸化アンチモン、水酸化チタン、水酸化ジルコニウム、塩化銀、塩化リチウム、塩化マグネシウム、塩化ナトリウム、塩化ルビジウム、塩化錫、フッ化カリウム、酢酸銀、酢酸バリウム、酢酸ビスマス、酢酸カルシウム、酢酸セシウム、酢酸セリウム、酢酸ガリウム、酢酸インジウム、酢酸カリウム、酢酸ランタン、酢酸リチウム、酢酸マグネシウム、酢酸ナトリウム、酢酸鉛、酢酸ルビジウム、酢酸錫、酢酸ストロンチウム、酢酸アンチモン、酢酸テルル、炭酸銀、炭酸バリウム、炭酸ビスマス、炭酸カルシウム、炭酸セリウム、炭酸コバルト、炭酸セシウム、炭酸ガリウム、炭酸インジウム、炭酸鉛、炭酸錫、炭酸ストロンチウム、炭酸アンチモン、硫酸ビスマス、硫酸カルシウム、硫酸セリウム、硫酸セシウム、硫酸ガリウム、硫酸インジウム、硫酸鉛、硫酸錫、硫酸アンチモン、硫酸チタン、硫酸テルル、硫酸バナジウム、硫酸ジルコニウム、リグニンスルホン酸カルシウム、リグニンスルホン酸ナトリウム、硝酸ビスマス、硝酸カルシウム、硝酸ガリウム、硝酸インジウム、硝酸鉛、硝酸錫、硝酸アンチモン、硝酸チタン、硝酸テルル、ケイ酸カリウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸バリウム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸バリウムである。 Most preferably, the compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Groups 1 to 5, 8, 9, 11 and 17 of the periodic table is silver oxide, aluminum oxide, barium oxide, bismuth oxide. , Calcium oxide, cerium oxide, cobalt oxide, cesium oxide, gallium oxide, indium oxide, lanthanum oxide, lead oxide, rubidium oxide, silicon oxide, phosphorus oxide, tin oxide, antimony oxide, titanium oxide, tellurium oxide, vanadium oxide, oxidation Zirconium, aluminum hydroxide, barium hydroxide, calcium hydroxide, cesium hydroxide, potassium hydroxide, cerium hydroxide, lanthanum hydroxide, lithium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium hydroxide, rubidium hydroxide, tin hydroxide, Strontium hydroxide, antimony hydroxide, titanium hydroxide , Zirconium hydroxide, silver chloride, lithium chloride, magnesium chloride, sodium chloride, rubidium chloride, tin chloride, potassium fluoride, silver acetate, barium acetate, bismuth acetate, calcium acetate, cesium acetate, cerium acetate, gallium acetate, acetic acid Indium, potassium acetate, lanthanum acetate, lithium acetate, magnesium acetate, sodium acetate, lead acetate, rubidium acetate, tin acetate, strontium acetate, antimony acetate, tellurium acetate, silver carbonate, barium carbonate, bismuth carbonate, calcium carbonate, cerium carbonate, Cobalt carbonate, cesium carbonate, gallium carbonate, indium carbonate, lead carbonate, tin carbonate, strontium carbonate, antimony carbonate, bismuth sulfate, calcium sulfate, cerium sulfate, cesium sulfate, gallium sulfate, indium sulfate, lead sulfate, tin sulfate Antimony sulfate, titanium sulfate, tellurium sulfate, vanadium sulfate, zirconium sulfate, calcium lignin sulfonate, sodium lignin sulfonate, bismuth nitrate, calcium nitrate, gallium nitrate, indium nitrate, lead nitrate, tin nitrate, antimony nitrate, titanium nitrate, nitric acid Tellurium, potassium silicate, calcium silicate, magnesium silicate, barium silicate, potassium phosphate, calcium phosphate, magnesium phosphate and barium phosphate.

上記有機化合物、有機化合物塩としては、例えば、ポリ(メタ)アクリル酸部位含有ポリマー、ポリ(メタ)アクリル酸塩部位含有ポリマー、ポリ(メタ)アクリル酸エステル部位含有ポリマー、ポリ(α−ヒドロキシメチルアクリル酸塩)部位含有ポリマー、ポリ(α−ヒドロキシメチルアクリル酸エステル)部位含有ポリマー、ポリアクリロニトリル部位含有ポリマー、ポリアクリルアミド部位含有ポリマー、ポリビニルアルコール部位含有ポリマー、ポリエチレンオキシド部位含有ポリマー等のポリアルキレンオキシド部位含有ポリマー、エポキシ開環部位含有ポリマー、ポリエチレン部位含有ポリマー等のポリアルキレン部位含有ポリマー、ポリイソプレノール部位含有ポリマー、ポリ(メタ)アリルアルコール部位含有ポリマー、ポリイソプレン部位含有ポリマー、ポリスチレンに代表される芳香環部位含有ポリマー、ポリマレイミド部位含有ポリマー、ポリビニルピロリドン部位含有ポリマー、ポリアセチレン部位含有ポリマー、ポリカーボネート部位含有ポリマー、チオポリカーボネート部位含有ポリマー、ケトン基部位含有ポリマー、エーテル基部位含有ポリマー、スルフィド基含有ポリマー、スルホン基含有ポリマー、カルバメート基含有ポリマー、チオカルバメート基含有ポリマー、カルバミド基含有ポリマー、チオカルバミド基含有ポリマー、チオカルボン酸(塩)基含有ポリマー、エステル基含有ポリマー、カーボネート基部位含有ポリマー、チオカーボネート基含有ポリマー、環化重合部位含有ポリマー、リグニン、スチレンブタジエンゴム(SBR)等に代表される人工ゴム、寒天、ベタイン部位含有化合物、セルロース、キチン、キトサン、アルギン酸(塩)等の糖類、エチレングリコール、ポリエチレングリコール鎖含有化合物等のポリアルキレングリコール鎖含有化合物、ポリエチレンイミン等のアミノ基含有ポリマー、アミド基部位含有ポリマー、ポリペプチド部位含有ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン部位含有ポリマー、ポリフッ化ビニリデン部位含有ポリマー、ポリ(無水)マレイン酸(塩)部位含有ポリマー、ポリ(無水)イタコン酸(塩)部位含有ポリマー、ポリ(無水)メチレングルタル酸(塩)部位含有ポリマー、陽イオン・陰イオン交換膜等に使用されるイオン交換性重合体、スルホン酸塩、スルホン酸塩部位含有ポリマー、第四級アンモニウム塩、第四級アンモニウム塩部位含有ポリマー、第四級ホスホニウム塩、第四級ホスホニウム塩部位含有ポリマー、イソシアン酸部位含有ポリマー、イソシアネート基含有ポリマー、チオイソシアネート基含有ポリマー、イミド基部位含有ポリマー、オキセタン基部位含有ポリマー、水酸基部位含有ポリマー、複素環、及び/又は、イオン化した複素環部位含有ポリマー、ポリマーアロイ、ヘテロ原子含有ポリマー、低分子量界面活性剤等が挙げられる。上記有機化合物及び有機化合物塩として好ましくは、ポリテトラフルオロエチレンである。上記有機化合物及び有機化合物塩は、1種でも2種以上でも使用することができる。また、上記有機化合物及び有機化合物塩がポリマーの場合には、官能基は主鎖にあっても側鎖にあってもよく、主鎖が一部架橋されていてもよい。 Examples of the organic compound and organic compound salt include poly (meth) acrylic acid moiety-containing polymer, poly (meth) acrylate moiety-containing polymer, poly (meth) acrylic ester moiety-containing polymer, poly (α-hydroxymethyl) (Acrylate) site-containing polymer, poly (α-hydroxymethyl acrylate) site-containing polymer, polyacrylonitrile site-containing polymer, polyacrylamide site-containing polymer, polyvinyl alcohol site-containing polymer, polyethylene oxide site-containing polymer, etc. Site-containing polymer, epoxy ring-opening site-containing polymer, polyalkylene site-containing polymer such as polyethylene site-containing polymer, polyisoprenol site-containing polymer, poly (meth) allyl alcohol site-containing polymer, Riisoprene moiety-containing polymer, aromatic ring moiety-containing polymer represented by polystyrene, polymaleimide moiety-containing polymer, polyvinylpyrrolidone moiety-containing polymer, polyacetylene moiety-containing polymer, polycarbonate moiety-containing polymer, thiopolycarbonate moiety-containing polymer, ketone group moiety-containing polymer , Ether group site-containing polymer, sulfide group-containing polymer, sulfone group-containing polymer, carbamate group-containing polymer, thiocarbamate group-containing polymer, carbamide group-containing polymer, thiocarbamide group-containing polymer, thiocarboxylic acid (salt) group-containing polymer, ester group -Containing polymer, carbonate group site-containing polymer, thiocarbonate group-containing polymer, cyclopolymerization site-containing polymer, lignin, styrene butadiene rubber (SBR), etc. Representative artificial rubber, agar, betaine site-containing compounds, sugars such as cellulose, chitin, chitosan, alginic acid (salt), polyalkylene glycol chain-containing compounds such as ethylene glycol and polyethylene glycol chain-containing compounds, amino groups such as polyethyleneimine -Containing polymer, amide group site-containing polymer, polypeptide site-containing polymer, polytetrafluoroethylene site-containing polymer, polyvinylidene fluoride site-containing polymer, poly (anhydride) maleic acid (salt) site-containing polymer, poly (anhydride) itaconic acid ( Salt) site-containing polymer, poly (anhydrous) methylene glutaric acid (salt) site-containing polymer, ion-exchange polymer used for cation / anion exchange membrane, sulfonate, sulfonate site-containing polymer, Quaternary ammonium salt, quaternary anne Nium salt moiety-containing polymer, quaternary phosphonium salt, quaternary phosphonium salt moiety-containing polymer, isocyanate group-containing polymer, isocyanate group-containing polymer, thioisocyanate group-containing polymer, imide group moiety-containing polymer, oxetane group moiety-containing polymer, Examples thereof include a hydroxyl group-containing polymer, a heterocyclic ring, and / or an ionized heterocyclic moiety-containing polymer, a polymer alloy, a heteroatom-containing polymer, and a low molecular weight surfactant. The organic compound and the organic compound salt are preferably polytetrafluoroethylene. The above organic compounds and organic compound salts can be used alone or in combination of two or more. When the organic compound and the organic compound salt are polymers, the functional group may be in the main chain or in the side chain, and the main chain may be partially crosslinked.

本発明の電極は、後述する本発明の電極の調製方法により得られるものであることが好ましい。中でも、後述する本発明の電極の調製方法の好ましい方法により得られるものであることが特に好ましい。 The electrode of the present invention is preferably obtained by the electrode preparation method of the present invention described later. Especially, it is especially preferable that it is what is obtained by the preferable method of the preparation method of the electrode of this invention mentioned later.

<本発明の電極の調製方法>
本発明の電極の調製方法を以下に説明する。
本発明の電極は、活物質及び/又は活物質層がイオン伝導層で覆われたものであるが、イオン伝導層で覆われた活物質は、ポリマー、アニオン伝導性材料等のイオン伝導性化合物、及び、必要に応じてその他の成分を含む組成物を活物質に塗工・圧着・接着等して製造することができる。
また、活物質層は、アニオン伝導性材料で覆われていてもよい電極活物質、及び、必要に応じて導電助剤やその他の添加剤を含む電極合剤組成物(正極合剤組成物又は負極合剤組成物を言う。)を集電体に塗工・圧着・接着等して形成することができる。
活物質層を覆うイオン伝導層は、ポリマー、アニオン伝導性材料等のイオン伝導性化合物、及び、必要に応じてその他の成分を含む組成物を活物質層上に塗工・圧着・接着等して製造することができる。
これらの工程の順序は、特に限定されず、アニオン伝導性材料が活物質及び/又は活物質層を覆う態様に応じて、適宜選択することができる。なお、活物質層を形成するための活物質、導電助剤、及び、その他の添加剤の好ましい種類・配合割合等や、アニオン伝導性材料を形成するためのポリマー、無機化合物、及び、その他の成分の好ましい種類・配合割合等は、本発明の電極において上述したものと同様である。
<Method for Preparing Electrode of the Present Invention>
A method for preparing the electrode of the present invention will be described below.
The electrode of the present invention is an active material and / or an active material layer covered with an ion conductive layer. The active material covered with the ion conductive layer is an ion conductive compound such as a polymer or an anion conductive material. And, if necessary, a composition containing other components can be produced by coating, press-bonding, and adhering to the active material.
In addition, the active material layer is an electrode mixture composition (a positive electrode mixture composition or a positive electrode mixture composition or an electrode active material that may be covered with an anion conductive material) and, if necessary, a conductive additive and other additives. A negative electrode mixture composition) can be formed on the current collector by coating, pressure bonding, adhesion, or the like.
The ion conductive layer covering the active material layer is formed by coating, pressing, adhering, or the like, a composition containing an ion conductive compound such as a polymer or an anion conductive material, and other components as necessary. Can be manufactured.
The order of these steps is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the mode in which the anion conductive material covers the active material and / or the active material layer. In addition, the active material for forming the active material layer, the conductive auxiliary agent, and preferred types and blending ratios of other additives, polymers for forming the anion conductive material, inorganic compounds, and other Preferred types and blending ratios of the components are the same as those described above for the electrode of the present invention.

(イオン伝導層の形成方法)
本発明に係るイオン伝導層の形成方法としては、例えば、次のような方法が挙げられる。
上記イオン伝導層の材料としてアニオン伝導性材料を用いる場合、上記ポリマー、及び、上記無機化合物と共に、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。混合の際、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よい。混合した後、粒子を所望の粒子径に揃えるために、ふるいにかける等の操作を行ってもよい。混合は、固体成分に水や有機溶剤等の液体成分を加えて行う湿式法、又は、液体成分を加えずに固体成分のみで行う乾式法のいずれの方法で行ってもよい。混合を湿式法で行った場合は、混合した後、乾燥により水や有機溶剤等の液体成分を除去してもよい。混合は、湿式法と乾式法を組み合わせて行うこともできる。混合の際に圧力や温度をかけてもよい。
(Method of forming ion conductive layer)
Examples of the method for forming the ion conductive layer according to the present invention include the following methods.
When an anion conductive material is used as the material of the ion conductive layer, the other components are mixed with the polymer and the inorganic compound as necessary. For mixing, a mixer, blender, kneader, bead mill, ready mill, ball mill, or the like can be used. In 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. After mixing, operations such as sieving may be performed in order to align the particles to a desired particle size. Mixing may be performed by either a wet method in which a liquid component such as water or an organic solvent is added to the solid component, or a dry method in which only the solid component is added without adding the liquid component. When mixing is performed by a wet method, after mixing, liquid components such as water and organic solvent may be removed by drying. Mixing can also be performed by combining a wet method and a dry method. Pressure or temperature may be applied during mixing.

上述した調製方法により、ポリマー及び無機化合物等を含むスラリー又はペースト混合物を得る。 By the preparation method described above, a slurry or paste mixture containing a polymer and an inorganic compound is obtained.

次いで、本発明の電極において、電極を構成する1つの活物質層全体をイオン伝導層で覆う場合は、後述する電極の活物質層を形成する方法で活物質層を予め形成しておき、当該活物質層の、電池を構成した場合に電解質に面することとなる表面に、できる限り膜厚が一定になるように、ポリマー及び無機化合物等を含むスラリー又はペースト混合物を塗工、圧着、又は、接着する。例えば、塗工、圧着、接着、圧電等によりスラリー又はペースト混合物を活物質層に接着したり、スラリー又はペースト混合物の活物質層への塗工及び乾燥を複数回繰り返したりして、イオン伝導層が活物質層を覆うようにすることが好ましい。このように、電極を構成する活物質層が1つだけであり、当該1つの活物質層全体を覆うイオン伝導層の形成工程は、通常は活物質層を集電体上に形成した後におこなう。なお、活物質層が形成されている限り、活物質層を集電体上に配置する前にイオン伝導層の形成工程をおこなっても構わない。層は平面であってもよいし、曲面であってもよい。 Next, in the electrode of the present invention, when the entire active material layer constituting the electrode is covered with an ion conductive layer, the active material layer is formed in advance by a method of forming an active material layer of the electrode described later, A slurry or paste mixture containing a polymer and an inorganic compound is applied, pressure-bonded, or pressure-applied on the surface of the active material layer that faces the electrolyte when the battery is configured, so that the film thickness is as constant as possible. Adhere. For example, the slurry or paste mixture is adhered to the active material layer by coating, pressure bonding, adhesion, piezoelectric, etc., or the slurry or paste mixture is applied to the active material layer and dried several times, and the ion conductive layer It is preferable to cover the active material layer. Thus, there is only one active material layer constituting the electrode, and the process of forming the ion conductive layer covering the entire active material layer is usually performed after the active material layer is formed on the current collector. . Note that as long as the active material layer is formed, the ion conductive layer forming step may be performed before the active material layer is disposed on the current collector. The layer may be a flat surface or a curved surface.

また本発明の電極において、活物質粒子毎にイオン伝導層で覆う場合は、ポリマー及び無機化合物等を含むスラリー又はペースト混合物を活物質粒子に塗工、圧着、撹拌、又は、接着し、活物質粒子を予めイオン伝導層で覆う。例えば、圧電によりスラリー又はペースト混合物を活物質粒子に接着させたり、スラリー又はペースト混合物の活物質粒子への塗工及び乾燥を複数回繰り返したりして、イオン伝導層で活物質粒子を覆うこともできる。このように得られた、イオン伝導層で覆われた活物質粒子を原料として、後述する電極の活物質層を形成する方法で活物質層を形成する。すなわち、イオン伝導層で覆われた活物質粒子を含む電極合剤組成物を作製し、電極合剤組成物を集電体に対して塗工・圧着・接着等する。これにより、活物質粒子毎にイオン伝導層に覆われている本発明の電極を作製することができる。なお、活物質粒子毎にイオン伝導層に覆われているものとすることができる限り、その他の方法を採用することができ、例えば、活物質粒子毎にイオン伝導層に覆われていない活物質層を形成した後、ポリマー及び無機化合物等を含むスラリー又はペースト混合物を当該活物質層上に塗工・圧着・接着等してイオン伝導層を得、得られたイオン伝導層を熱・圧力・溶媒等の使用により、活物質層内に導入する手法を採用することも可能である。層は平面であってもよいし、曲面であってもよい。 In the electrode of the present invention, when each active material particle is covered with an ion conductive layer, a slurry or paste mixture containing a polymer and an inorganic compound is applied to the active material particle, pressure bonded, stirred, or adhered to the active material. The particles are previously covered with an ion conductive layer. For example, the active material particles may be covered with the ion conductive layer by bonding the slurry or paste mixture to the active material particles by piezoelectric, or by repeating the application of the slurry or paste mixture to the active material particles and drying a plurality of times. it can. Using the active material particles covered with the ion conductive layer thus obtained as a raw material, an active material layer is formed by a method of forming an active material layer of an electrode to be described later. That is, an electrode mixture composition containing active material particles covered with an ion conductive layer is prepared, and the electrode mixture composition is applied to, bonded to, or bonded to a current collector. Thereby, the electrode of this invention covered with the ion conductive layer for every active material particle is producible. In addition, as long as it can be covered with the ion conductive layer for every active material particle, other methods can be employ | adopted, for example, the active material which is not covered with the ion conductive layer for every active material particle After forming the layer, a slurry or paste mixture containing a polymer and an inorganic compound or the like is applied / bonded / bonded onto the active material layer to obtain an ion conductive layer, and the obtained ion conductive layer is subjected to heat / pressure / It is also possible to adopt a method of introducing into the active material layer by using a solvent or the like. The layer may be a flat surface or a curved surface.

(電極の活物質層を形成する方法)
上記電極の活物質層の形成方法としては、例えば、次のような方法が挙げられる。
上記活物質層を調製するのに用いられる電極合剤組成物は、イオン伝導層で覆われていてもよい活物質と共に、必要に応じて、導電助剤や、その他の添加剤を混合して調製することができる。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。混合の際、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よい。混合した後、粒子を所望の粒子径に揃えるために、ふるいにかける等の操作を行ってもよい。混合は、固体成分に水や有機溶剤等の液体成分を加えて行う湿式法、又は、液体成分を加えずに固体成分のみで行う乾式法のいずれの方法で行ってもよい。混合を湿式法で行った場合は、混合した後、乾燥により水や有機溶剤等の液体成分を除去してもよい。混合は、湿式法と乾式法を組み合わせて行うこともできる。混合の際に圧力や温度をかけてもよい。上記ポリマーを結着剤や増粘剤等として添加してもよい。
(Method of forming an active material layer of an electrode)
Examples of the method for forming the active material layer of the electrode include the following methods.
The electrode mixture composition used to prepare the active material layer may be mixed with an active material that may be covered with an ion conductive layer and, if necessary, a conductive additive and other additives. Can be prepared. For mixing, a mixer, blender, kneader, bead mill, ready mill, ball mill, or the like can be used. In 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. After mixing, operations such as sieving may be performed in order to align the particles to a desired particle size. Mixing may be performed by either a wet method in which a liquid component such as water or an organic solvent is added to the solid component, or a dry method in which only the solid component is added without adding the liquid component. When mixing is performed by a wet method, after mixing, liquid components such as water and organic solvent may be removed by drying. Mixing can also be performed by combining a wet method and a dry method. Pressure or temperature may be applied during mixing. You may add the said polymer as a binder, a thickener, etc.

例えば、イオン伝導層で覆われていてもよい活物質と、必要に応じてその他の添加剤とを湿式法で混合した後、乾燥により液体成分を除去して得られる固体の混合物と、導電助剤とを乾式法で混合して、電極合剤組成物を調製してもよい。活物質と、その他の添加剤である周期表の第1族〜第17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物とを、合金化してもよい。また、電極合剤組成物に電気を流すことにより、亜鉛含有化合物に該元素を導入することも可能である。 For example, an active material that may be covered with an ion conductive layer and, if necessary, other additives are mixed by a wet method, and then a liquid mixture is removed by drying, and a conductive mixture is obtained. An electrode mixture composition may be prepared by mixing an agent with a dry method. The active material and a compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Group 1 to Group 17 of the periodic table, which are other additives, may be alloyed. It is also possible to introduce the element into the zinc-containing compound by passing electricity through the electrode mixture composition.

上述した調製方法により、上記電極合剤組成物を、スラリー又はペースト混合物として得る。次に、得られたスラリー又はペースト混合物を、集電体の上に、できる限り膜厚が一定になるように塗工、圧着、又は、接着する。イオン伝導層は、電極合剤組成物を塗工、圧着又は接着した後に塗工、圧着又は接着してもよく、電極合剤組成物を塗工、圧着又は接着するのと同時に塗工、圧着又は接着してもよい。予め電極合剤組成物上にイオン伝導層を塗工、圧着又は接着しておいてもよい。これらは、層状であってもよいし、非層状であってもよい。 By the preparation method described above, the electrode mixture composition is obtained as a slurry or a paste mixture. Next, the obtained slurry or paste mixture is applied, pressure-bonded, or bonded on the current collector so that the film thickness is as constant as possible. The ion conductive layer may be applied, pressure-bonded or bonded after the electrode mixture composition is applied, pressure-bonded or bonded, and applied, pressure-bonded or bonded simultaneously with the application, pressure-bonding or bonding of the electrode mixture composition. Or you may adhere | attach. The ion conductive layer may be applied, pressure-bonded or bonded in advance on the electrode mixture composition. These may be layered or non-layered.

上記スラリー又はペースト混合物は、集電体の片面に塗工、圧着、又は、接着等してもよいし、両面・全面に塗工、圧着、又は、接着等してもよい。塗工中、及び/又は、塗工後、0〜250℃で乾燥する。乾燥温度としてより好ましくは、15〜200℃である。乾燥は真空乾燥で行ってもよい。
乾燥時間は、5分間〜48時間であることが好ましい。塗工と乾燥の工程を繰り返し行ってもよい。
The slurry or paste mixture may be applied, pressure-bonded, or adhered to one surface of the current collector, or may be coated, pressure-bonded, or adhered to both surfaces or the entire surface. It dries at 0-250 degreeC during coating and / or after coating. More preferably, it is 15-200 degreeC as drying temperature. Drying may be performed by vacuum drying.
The drying time is preferably 5 minutes to 48 hours. You may repeat the process of coating and drying.

また、上記スラリー又はペースト混合物の乾燥後にロールプレス機等により常圧〜30kN/mの圧力で、ロールプレス機等によりプレスを行うことが好ましい。プレスする圧力としてより好ましくは、常圧〜10kN/mの圧力である。プレスする圧力が上記好ましい範囲であれば、活物質層の体積が好ましくなるため、上記活物質層内の空隙率を上述の好ましい範囲とすることができる。プレス時に、10〜500℃の温度をかけてもよい。また、プレス工程は1回であってもよいし、複数回であってもよい。プレスを行う際に、活物質同士、及び/又は、活物質と結着剤との密着性を向上させ、また、活物質層の厚みを調節することも可能である。 Moreover, it is preferable to perform a press with a roll press machine etc. by the pressure of normal pressure-30 kN / m < 2 > with a roll press machine etc. after drying the said slurry or paste mixture. The pressure for pressing is more preferably a pressure of normal pressure to 10 kN / m 2 . Since the volume of the active material layer is preferable when the pressing pressure is in the above preferable range, the porosity in the active material layer can be set in the above preferable range. You may apply the temperature of 10-500 degreeC at the time of a press. The pressing process may be performed once or a plurality of times. When performing the pressing, it is possible to improve the adhesion between the active materials and / or between the active material and the binder, and to adjust the thickness of the active material layer.

(電極の集電体)
上記集電体としては、(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。
(Electrode current collector)
The current collectors are (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, Sn, Pb · Copper foil with added Hg, Bi, In, Tl, brass, etc. · Copper mesh (expanded metal) · Copper alloy such as foamed copper, punched copper, brass · Brass foil · Brass mesh (expanded metal) · Foam Brass, punching brass, nickel foil, corrosion-resistant nickel, nickel mesh (expanded metal), Plating with Ni / Zn / Sn / Pb / Hg / Bi / In / Tl / Brass, etc. Niching nickel, metal zinc, corrosion resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel plate (Electrolysis) 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, metal zinc, corrosion-resistant metal zinc, zinc foil, zinc mesh (expanded metal), (punched) steel sheet, non-woven fabric, silver; used as a current collector and container for alkaline (storage) batteries and zinc-air batteries And the like.

上記好ましい調整方法により得られた電極は、特に二次電池用負極として使用した場合に、負極内における水の分解を抑制することになり、電極活物質のシェイプチェンジやデンドライトといった形態変化、不動態形成による劣化や、電池の負極としての使用の過程での水素の発生を最大限に抑制することができる。
負極の膜厚は、電池構成や集電体からの活物質の剥離抑制等の点から1nm〜1000μmであることが好ましい。より好ましくは、10nm〜900μmであり、更に好ましくは、50μm〜900μmである。
The electrode obtained by the above preferred adjustment method suppresses the decomposition of water in the negative electrode, particularly when used as a negative electrode for a secondary battery, and changes in shape such as shape change and dendrite of electrode active material, passivity Deterioration due to formation and generation of hydrogen during use as a negative electrode of a battery can be suppressed to the maximum.
The film thickness of the negative electrode is preferably 1 nm to 1000 μm from the viewpoints of battery configuration and suppression of peeling of the active material from the current collector. More preferably, it is 10 nm-900 micrometers, More preferably, it is 50 micrometers-900 micrometers.

<本発明の電池>
また、本発明は、本発明の電極を用いて構成される電池でもある。
本発明の電池の形態としては、一次充電池;放電が可能な二次電池(蓄電池);メカニカルチャージ(負極の機械的な交換)を利用した電池;正極や負極とは別の第3極(例えば、充放電中に発生する酸素や水素を除去する極)を利用した電池等、いずれの形態であってもよい。例えば、二次電池(蓄電池)であることが好ましい。
本発明の電極を用いた電池は、電解液として特に水含有電解液を用いることができるために、安全性の高い電池を得ることができる。
上記本発明の電池は、負極と正極との間に挟持される電解質等を含むことができる。
電解液としては、後述のように水含有電解液が好ましい。
<Battery of the present invention>
Moreover, this invention is also a battery comprised using the electrode of this invention.
The battery of the present invention includes a primary rechargeable battery; a dischargeable secondary battery (storage battery); a battery using mechanical charge (mechanical replacement of the negative electrode); a third electrode separate from the positive electrode and the negative electrode ( For example, any form such as a battery using an electrode that removes oxygen and hydrogen generated during charging and discharging may be used. For example, a secondary battery (storage battery) is preferable.
Since the battery using the electrode of the present invention can use a water-containing electrolytic solution as the electrolytic solution, a highly safe battery can be obtained.
The battery of the present invention can include an electrolyte sandwiched between the negative electrode and the positive electrode.
As the electrolytic solution, a water-containing electrolytic solution is preferable as described later.

上記正極としては、一次電池や二次電池の正極活物質として通常用いられるものを用いて形成することができ、特に制限されないが、例えば、上述の正極の活物質を用いることができる。 The positive electrode can be formed using a material normally used as a positive electrode active material for a primary battery or a secondary battery, and is not particularly limited. For example, the positive electrode active material described above can be used.

上記負極と正極との間に挟持される電解液としては、電池の電解液として通常用いられるものであれば特に制限されず、例えば、水含有電解液、有機溶剤系電解液等が挙げられ、水含有電解液が好ましい。水含有電解液とは、水のみを電解液原料として使用する電解液(水系電解液)や、水に有機溶剤を加えた液を電解液原料として使用する電解液を指す。 The electrolytic solution sandwiched between the negative electrode and the positive electrode is not particularly limited as long as it is usually used as an electrolytic solution for a battery, and examples thereof include a water-containing electrolytic solution and an organic solvent-based electrolytic solution. A water-containing electrolyte is preferred. The water-containing electrolytic solution refers to an electrolytic solution using only water as an electrolytic solution raw material (aqueous electrolytic solution) or an electrolytic solution using a solution obtained by adding an organic solvent to water as an electrolytic solution raw material.

上記水系電解液としては、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。中でも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といったアルカリ性電解質が好ましい。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。 Examples of the aqueous 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. Of these, alkaline electrolytes such as an aqueous potassium hydroxide solution, an aqueous sodium hydroxide solution, and an aqueous lithium hydroxide solution are preferred. The aqueous electrolyte solution can be used alone or in combination of two or more.

上記水含有電解液は、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。 The water-containing electrolytic solution may contain an organic solvent used for an organic solvent-based electrolytic 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.

上記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、水系電解液の含有割合は、10〜99.9質量%であることが好ましい。より好ましくは、20〜99.9質量%である。 In the case of the water-containing electrolyte containing the organic solvent-based electrolyte, the content of the water-based electrolyte is 10 to 99.9% by mass with respect to a total of 100% by mass of the water-based electrolyte and the organic solvent-based electrolyte. It is preferable. More preferably, it is 20-99.9 mass%.

上記電解質として、ゲル電解質を使用することも可能である。ゲル電解質としては、電池の電解質として用いることができるものであれば特に制限されないが、例えば、無機化合物を含む固体電解質や、架橋剤より架橋されたゲル電解質等が挙げられる。 It is also possible to use a gel electrolyte as the electrolyte. The gel electrolyte is not particularly limited as long as it can be used as a battery electrolyte, and examples thereof include a solid electrolyte containing an inorganic compound and a gel electrolyte crosslinked by a crosslinking agent.

上記電解液の濃度は、電解質の濃度が0.01〜15mol/Lであることが好ましい。このような濃度の電解液を用いることで、良好な電池性能を発揮することができる。また、より好ましくは、4〜12mol/Lである。また、電解液は添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば水酸化カリウム電解液の場合には、水酸化マグネシウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム、酸化亜鉛、亜鉛金属、テトラヒドロキシ亜鉛イオン、塩化マグネシウム、塩化バリウム、塩化カルシウム、フッ化カリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸水素カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸水素ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸水素カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、ヒ酸カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化インジウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸ナトリウム、水酸化リチウム、硫化ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸ナトリウム、酸化カドミウム、水酸化コバルト、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛、酸化鉛、酢酸鉛、酸化テルル、酸化鉄、酸化ゲルマニウム、酸化錫、水酸化錫、塩化錫、酸化インジウム、水酸化インジウム、ソルビトール等の糖類、第四級アンモニウム塩、第四級ホスホニウム塩、カプロラクタム化合物、キレート剤、メタノール、エタノール、ポリマー、ゲル化合物、カルボキシラート基、及び/又は、スルホナート基、及び/又は、第四級アンモニウム塩、及び/又は、第四級ホスホニウム塩を有するポリマーやゲル化合物等が挙げられる。 The concentration of the electrolytic solution is preferably 0.01 to 15 mol / L. By using the electrolytic solution having such a concentration, good battery performance can be exhibited. More preferably, it is 4-12 mol / L. Further, the electrolytic solution may contain an additive. As an additive, for example, in the case of potassium hydroxide electrolyte, magnesium hydroxide, barium hydroxide, calcium hydroxide, zinc oxide, zinc metal, tetrahydroxy zinc ion, magnesium chloride, barium chloride, calcium chloride, fluoride Potassium, potassium borate, potassium hydrogen borate, sodium borate, sodium hydrogen borate, potassium phosphate, potassium hydrogen phosphate, sodium phosphate, sodium hydrogen phosphate, potassium arsenate, potassium carbonate, sodium carbonate, hydroxylated Indium, potassium silicate, sodium silicate, lithium hydroxide, sodium sulfide, potassium sulfate, sodium sulfate, potassium thiosulfate, sodium thiosulfate, cadmium oxide, cobalt hydroxide, titanium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, calcium oxide, water Calcium hydroxide, zinc hydroxide, lead oxide, lead acetate, tellurium oxide, iron oxide, germanium oxide, tin oxide, tin hydroxide, tin chloride, indium oxide, indium hydroxide, sorbitol and other sugars, quaternary ammonium salts, Quaternary phosphonium salt, caprolactam compound, chelating agent, methanol, ethanol, polymer, gel compound, carboxylate group, and / or sulfonate group, and / or quaternary ammonium salt, and / or quaternary phosphonium Examples thereof include a polymer having a salt and a gel compound.

本発明の電池は、更に、セパレーターを使用することもできる。セパレーターとは、正極と負極を隔離し、電解液を保持して正極と負極との間のイオン伝導性を確保する部材である。電解質として固体電解質(ゲル電解質)を使用する場合には、これ自身がセパレーターの役割を兼ねるが、固体電解質以外のセパレーターを使用してもよい。 The battery of the present invention can further use a separator. The separator is a member that separates the positive electrode and the negative electrode and holds the electrolyte solution to ensure ionic conductivity between the positive electrode and the negative electrode. When a solid electrolyte (gel electrolyte) is used as the electrolyte, this also serves as a separator, but a separator other than the solid electrolyte may be used.

上記セパレーターとしては、特に制限はないが、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ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン部位含有ポリマー、ポリフッ化ビニリデン部位含有ポリマー、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ポリマー、セロファン、ポリスチレン等の芳香環部位含有ポリマー、ポリアクリロニトリル部位含有ポリマー、ポリアクリルアミド部位含有ポリマー、ポリハロゲン化ビニル部位含有ポリマー、ポリアミド部位含有ポリマー、ポリイミド部位含有ポリマー、ナイロン等のエステル部位含有ポリマー、ポリ(メタ)アクリル酸部位含有ポリマー、ポリ(メタ)アクリル酸塩部位含有ポリマー、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ポリマー、ポリカーボネート等のカーボネート基含有ポリマー、ポリエステル等のエステル基含有ポリマー、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ポリマー、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、イオン交換膜性ポリマー、環化ポリマー、スルホン酸塩含有ポリマー、第四級アンモニウム塩含有ポリマー、第四級ホスホニウム塩ポリマー、環状炭化水素基含有ポリマー、エーテル基含有ポリマー、セラミックス等の無機物等が挙げられる。なお、上記セパレーターが上記ポリマーから構成される場合に、ポリマーが特定の部位・官能基を含有するとは、ポリマーが、その一部において当該部位・官能基を有する単量体単位を含むものであればよく、当該部位・官能基を有さない単量体単位を含むものであってもよい。言い換えれば、ポリマーは、コポリマーであってもよい。
上記セパレーターは、周期表の第1族〜第17族に属する元素からなる群より選択される少なくとも1つの元素を有する化合物を含んでいてもよい。上記セパレーターがポリマーから構成される場合に、ポリマーが官能基を有する場合には、該官能基は主鎖にあっても側鎖にあってもよい。また、主鎖がエステル結合、アミド結合、イオン結合、ファンデルワールス結合、アゴスチック相互作用、水素結合、アセタール結合、ケタール結合、エーテル結合、ペルオキシド結合、炭素−炭素結合、炭素−窒素結合、カルバメート結合、チオカルバメート結合、カルバミド結合、チオカルバミド結合、オキサゾリン部位含有結合、トリアジン結合等を介して架橋されていてもよい。
上記セパレーターは、1種でも2種以上でも使用することができ、抵抗が上昇し電池性能が低下しなければ、任意の枚数を使用することができる。セパレーターは、細孔、微細孔やガス拡散層を有していてもよい。水含有電解液を使用する場合、界面活性剤導入等により、セパレーターの親水処理を施すことが好ましい。水含有電解液と、固体電解質とを併用してもよい。
The separator is not particularly limited, but non-woven fabric, filter paper, polymer containing hydrocarbon moiety such as polyethylene and polypropylene, polymer containing polytetrafluoroethylene moiety, polymer containing polyvinylidene fluoride, cellulose, fibrillated cellulose, viscose rayon. , Cellulose acetate, hydroxyalkyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol-containing polymer, cellophane, polystyrene-containing aromatic ring moiety-containing polymer, polyacrylonitrile moiety-containing polymer, polyacrylamide moiety-containing polymer, polyhalogenated vinyl moiety-containing polymer, polyamide moiety-containing Polymers, polyimide site-containing polymers, ester site-containing polymers such as nylon, poly (meth) acrylic acid site-containing polymers, poly ( T) Acrylate moiety-containing polymers, hydroxyl group-containing polymers such as polyisoprenol and poly (meth) allyl alcohol, carbonate group-containing polymers such as polycarbonate, ester group-containing polymers such as polyester, carbamate and carbamide group moieties such as polyurethane Polymer, agar, gel compound, organic-inorganic hybrid (composite) compound, ion exchange membrane polymer, cyclized polymer, sulfonate-containing polymer, quaternary ammonium salt-containing polymer, quaternary phosphonium salt polymer, cyclic hydrocarbon group Inorganic substances such as containing polymers, ether group-containing polymers, ceramics and the like. In the case where the separator is composed of the polymer, the polymer contains a specific site / functional group if the polymer includes a monomer unit having the site / functional group in part. What is necessary is just to include the monomer unit which does not have the said site | part and functional group. In other words, the polymer may be a copolymer.
The separator may include a compound having at least one element selected from the group consisting of elements belonging to Group 1 to Group 17 of the periodic table. When the separator is composed of a polymer, when the polymer has a functional group, the functional group may be in the main chain or in the side chain. The main chain is ester bond, amide bond, ionic bond, van der Waals bond, agostic interaction, hydrogen bond, acetal bond, ketal bond, ether bond, peroxide bond, carbon-carbon bond, carbon-nitrogen bond, carbamate bond. , A thiocarbamate bond, a carbamide bond, a thiocarbamide bond, an oxazoline moiety-containing bond, a triazine bond, and the like.
The separator can be used singly or in combination of two or more, and any number can be used as long as the resistance increases and the battery performance does not deteriorate. The separator may have pores, micropores, and a gas diffusion layer. When using a water-containing electrolyte, it is preferable to perform a hydrophilic treatment on the separator by introducing a surfactant or the like. A water-containing electrolytic solution and a solid electrolyte may be used in combination.

セパレーターとしては、セパレーター内に、上記特定の多価カチオン及び/又は無機化合物や、窒素含有有機化合物、界面活性剤、電解液等を含んでいてもよい。 As a separator, the said specific polyvalent cation and / or an inorganic compound, a nitrogen-containing organic compound, surfactant, electrolyte solution, etc. may be included in the separator.

本発明の電極を用いた電池の形態としては、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(負極の機械的な交換)の利用;正極や負極とは別の第3極(例えば、充放電中に発生する酸素や水素を除去する極)の利用等、いずれの形態であってもよい。好ましくは二次電池(蓄電池)である。 The battery using the electrode of the present invention includes a primary battery; a chargeable / dischargeable secondary battery (storage battery); use of mechanical charge (mechanical replacement of the negative electrode); a third different from the positive electrode and the negative electrode. Any form such as utilization of an electrode (for example, an electrode for removing oxygen and hydrogen generated during charge and discharge) may be used. A secondary battery (storage battery) is preferable.

本発明の電池が蓄電池である場合、蓄電池の充放電レートとしては、0.01C以上、100C以下であることが好ましい。より好ましくは、0.05C以上、80C以下であり、更に好ましくは、0.1C以上、60C以下であり、特に好ましくは、0.1C以上、30C以下である。蓄電池は地球上の寒冷地及び熱帯地の両方で使用できることが好ましく、−50℃〜100℃の温度で使用できることが好ましい。 When the battery of the present invention is a storage battery, the charge / discharge rate of the storage battery is preferably 0.01 C or more and 100 C or less. More preferably, it is 0.05C or more and 80C or less, More preferably, it is 0.1C or more and 60C or less, Especially preferably, it is 0.1C or more and 30C or less. It is preferable that the storage battery can be used in both a cold region and a tropical region on the earth, and it is preferable that the storage battery can be used at a temperature of −50 ° C. to 100 ° C.

本発明の電極は、上述の構成よりなり、デンドライトの成長及び自己放電反応を抑制することができ、そのような電極を用いて構成された電池は、クーロン効率が良好なものとなる。これらのことから、本発明の電極は、電池性能に優れた電池の負極を形成するために好適に用いることができるものである。 The electrode of the present invention has the above-described configuration, can suppress dendrite growth and self-discharge reaction, and a battery configured using such an electrode has good coulomb efficiency. From these facts, the electrode of the present invention can be suitably used for forming a negative electrode of a battery excellent in battery performance.

実施例1の空隙率が52、60、71、75、79%、比較例1の空隙率が80%である電極のクーロン効率を示した図である。It is the figure which showed the Coulomb efficiency of the electrode whose porosity of Example 1 is 52, 60, 71, 75, 79% and whose porosity of the comparative example 1 is 80%.

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%”.

(実施例1)
亜鉛含有化合物として酸化亜鉛を、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン分散液と混合し、プラネタリーミキサーを用いて攪拌し、亜鉛負極合剤を作成した。この亜鉛負極合剤を集電体である銅メッシュに圧着し、乾燥させたものを亜鉛負極とした。圧着する際に、プレス厚を変えることで、空隙率が52、60、71、75、79%の電極を作成した。アニオン伝導性材料としてハイドロタルサイトを、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン分散液を混合したペーストをシート状に圧延し、厚み300μmのイオン伝導層を作成した。電解液として、8mol/L水酸化カリウム水溶液に酸化亜鉛を飽和させた溶液を用いた。これらの電極にイオン伝導層を圧着した試料について、40℃の恒温槽内で25mA/cmの電流値で1時間の充電後、25mA/cmの電流値で電圧が1.2Vとなるまで放電することを10サイクル行い、その後、25mA/cmの電流値で1時間の充電を行い、24時間の静置後、再び25mA/cmの電流値で1.2Vとなるまで放電を行い、その時の放電容量からクーロン効率(=放電容量/充電容量)を求めた。
図1より、71および75%の空隙率を有する電極において最も自己放電が抑制されることが明らかとなった。
Example 1
Zinc oxide as a zinc-containing compound and a polytetrafluoroethylene dispersion as a binder were mixed and stirred using a planetary mixer to prepare a zinc negative electrode mixture. The zinc negative electrode mixture was pressure-bonded to a copper mesh as a current collector and dried to obtain a zinc negative electrode. When press-bonding, electrodes having a porosity of 52, 60, 71, 75, and 79% were prepared by changing the press thickness. A paste prepared by mixing hydrotalcite as an anion conductive material and a polytetrafluoroethylene dispersion as a binder was rolled into a sheet to form an ion conductive layer having a thickness of 300 μm. As an electrolytic solution, a solution in which zinc oxide was saturated in an 8 mol / L potassium hydroxide aqueous solution was used. For samples in which an ion conductive layer is pressure-bonded to these electrodes, after charging for 1 hour at a current value of 25 mA / cm 2 in a constant temperature bath at 40 ° C., until the voltage reaches 1.2 V at a current value of 25 mA / cm 2 Discharge for 10 cycles, then charge for 1 hour at a current value of 25 mA / cm 2 , and after standing for 24 hours, discharge again until it reaches 1.2 V at a current value of 25 mA / cm 2. The coulomb efficiency (= discharge capacity / charge capacity) was determined from the discharge capacity at that time.
From FIG. 1, it was revealed that self-discharge was suppressed most in the electrodes having porosity of 71 and 75%.

(比較例1)
電極の空隙率を80%としたこと以外は実施例1と同様にして電極を作成し、同様の評価を行った。
(Comparative Example 1)
An electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the porosity of the electrode was 80%, and the same evaluation was performed.

(比較例2)
イオン伝導層を形成しないこと以外は実施例1と同様にして電極を形成し、充放電を行ったところ、デンドライトによる短絡がサイクル初期に発生し、電気特性の評価ができなかった。
(Comparative Example 2)
When an electrode was formed and charged / discharged in the same manner as in Example 1 except that the ion conductive layer was not formed, a short circuit due to dendrite occurred at the beginning of the cycle, and the electrical characteristics could not be evaluated.

(実施例2)
亜鉛含有化合物として酸化亜鉛を、添加剤として、酸化セリウムを酸化亜鉛/酸化セリウム=97/3の質量比で加え、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン分散液と混合し、プラネタリーミキサーを用いて攪拌し、亜鉛負極合剤を作成した。この亜鉛負極合剤を集電体である銅メッシュに圧着し、乾燥させたものを亜鉛負極とした。この電極の空隙率は77%であった。アニオン伝導性材料としてハイドロタルサイトを、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン分散液を混合したペーストをシート状に圧延し、厚み300μmのイオン導電層を作成した。電解液として、8mol/L水酸化カリウム水溶液に酸化亜鉛を飽和させた溶液を用いた。これらの電極にイオン伝導層を圧着した試料について、40℃の恒温槽内で25mA/cmの電流値で1時間の充電後、25mA/cmの電流値で電圧が1.2Vとなるまで放電することを10サイクル行い、その後、25mA/cmの電流値で1時間の充電を行い、24時間の静置後、再び25mA/cmの電流値で1.2Vとなるまで放電を行い、その時の放電容量からクーロン効率(=放電容量/充電容量)を求めた。
(Example 2)
Zinc oxide is added as a zinc-containing compound, cerium oxide is added as an additive at a mass ratio of zinc oxide / cerium oxide = 97/3, mixed with a polytetrafluoroethylene dispersion as a binder, and a planetary mixer is used. The mixture was stirred to prepare a zinc negative electrode mixture. The zinc negative electrode mixture was pressure-bonded to a copper mesh as a current collector and dried to obtain a zinc negative electrode. The porosity of this electrode was 77%. A paste prepared by mixing hydrotalcite as an anion conductive material and a polytetrafluoroethylene dispersion as a binder was rolled into a sheet shape to prepare an ion conductive layer having a thickness of 300 μm. As an electrolytic solution, a solution in which zinc oxide was saturated in an 8 mol / L potassium hydroxide aqueous solution was used. For samples in which an ion conductive layer is pressure-bonded to these electrodes, after charging for 1 hour at a current value of 25 mA / cm 2 in a constant temperature bath at 40 ° C., until the voltage reaches 1.2 V at a current value of 25 mA / cm 2 Discharge for 10 cycles, then charge for 1 hour at a current value of 25 mA / cm 2 , and after standing for 24 hours, discharge again until it reaches 1.2 V at a current value of 25 mA / cm 2. The coulomb efficiency (= discharge capacity / charge capacity) was determined from the discharge capacity at that time.

(実施例3)
実施例2と同様に亜鉛電極の作成および評価を行った。その際、添加剤として酸化セリウムの代わりに酸化インジウムを添加した。
(Example 3)
A zinc electrode was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2. At that time, indium oxide was added as an additive instead of cerium oxide.

(実施例4)
実施例2と同様に亜鉛電極の作成および評価を行った。その際、添加剤として酸化セリウムの代わりに酸化ガリウムを添加した。
Example 4
A zinc electrode was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2. At that time, gallium oxide was added instead of cerium oxide as an additive.

(実施例5)
実施例2と同様に亜鉛電極の作成および評価を行った。その際、添加剤として酸化セリウムの代わりにフッ化カリウムを添加した。
(Example 5)
A zinc electrode was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2. At that time, potassium fluoride was added as an additive instead of cerium oxide.

(実施例6)
実施例2と同様に亜鉛電極の作成および評価を行った。その際、添加剤として酸化セリウムの代わりに酸化スズを添加した。
(Example 6)
A zinc electrode was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2. At that time, tin oxide was added instead of cerium oxide as an additive.

(実施例7)
実施例2と同様に亜鉛電極の作成および評価を行った。その際、添加剤として酸化セリウムの代わりに酸化ニオブを添加した。
(Example 7)
A zinc electrode was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2. At that time, niobium oxide was added as an additive instead of cerium oxide.

実施例2〜7の結果を表1に示す。表1より、添加剤が電極に導入された場合についても、空隙率を所定の範囲にすることで、高いクーロン効率を示し、自己放電を抑制することが確認された。 The results of Examples 2 to 7 are shown in Table 1. From Table 1, it was confirmed that, even when the additive was introduced into the electrode, high coulomb efficiency was exhibited and self-discharge was suppressed by setting the porosity to a predetermined range.

Figure 0006306914
Figure 0006306914

Claims (2)

活物質を含む活物質層と集電体とからなる極において、
該活物質は、リチウム種・ナトリウム種・マグネシウム種・亜鉛種・錫種・鉛種からなる群より選択される少なくとも1種であり、
該活物質及び/又は活物質層は、イオン伝導層で覆われ、
該イオン伝導層は、電池反応に関与するイオンの伝導性は有するが、活物質を構成するイオンの伝導性はもたない選択的イオン伝導性を有し、
該活物質層は、下記式(1):
空隙率=V’/V (1)
(式中、Vは、活物質層の体積を表す。V’は、活物質層の空隙の体積を表わす。)
で表される活物質層の空隙率が65〜7%であることを特徴とする極。
In a negative electrode composed of an active material layer containing an active material and a current collector,
The active material is at least one selected from the group consisting of lithium, sodium, magnesium, zinc, tin, and lead,
The active material and / or active material layer is covered with an ion conductive layer,
The ion conductive layer has conductivity of ions involved in the battery reaction, but has selective ion conductivity that does not have conductivity of ions constituting the active material,
The active material layer has the following formula (1):
Porosity = V ′ / V (1)
(In the formula, V represents the volume of the active material layer. V ′ represents the volume of the voids in the active material layer.)
Anode porosity of in represented by the active material layer is characterized in that it is a 65-7 5%.
請求項1に記載の極を用いて構成されることを特徴とする電池。 A battery comprising the negative electrode according to claim 1.
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