JP6573682B2 - Electrode laminate and nickel-zinc battery using the same - Google Patents

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Description

本発明は、電極積層体及びそれを用いたニッケル亜鉛電池に関するものである。   The present invention relates to an electrode laminate and a nickel zinc battery using the same.

ニッケル亜鉛二次電池は古くから開発及び検討がなされてきたものの、未だ実用化に至っていない。これは、充電時に負極を構成する亜鉛がデンドライトという樹枝状結晶を生成し、このデンドライトがセパレータを突き破って正極と短絡を引き起こすという問題があるためである。一方で、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池が既に商品化されている。しかしながら、ニッケル亜鉛二次電池は、ニッケルカドミウム二次電池と比べて約5倍、ニッケル水素二次電池と比べて2.5倍、リチウムイオン電池と比べて1.3倍という極めて高い理論容量密度を有し、かつ、原料価格も低いとの長所を有している。したがって、ニッケル亜鉛二次電池において、亜鉛デンドライトによる短絡を防止する技術が強く望まれている。   Although nickel zinc secondary batteries have been developed and studied for a long time, they have not yet been put into practical use. This is because the zinc constituting the negative electrode produces dendritic crystals called dendrite during charging, and this dendrite breaks through the separator and causes a short circuit with the positive electrode. On the other hand, nickel cadmium batteries and nickel metal hydride batteries have already been commercialized. However, the nickel-zinc secondary battery has an extremely high theoretical capacity density of about 5 times that of the nickel-cadmium secondary battery, 2.5 times that of the nickel-hydrogen secondary battery, and 1.3 times that of the lithium-ion battery. And the raw material price is low. Therefore, a technique for preventing a short circuit due to zinc dendrite in a nickel zinc secondary battery is strongly desired.

例えば、特許文献1(国際公開第2013/118561号)には、亜鉛デンドライトによる短絡の防止を目的として、水酸化物イオン伝導性の無機固体電解質体からなるセパレータを正極及び負極間に設けた、ニッケル亜鉛二次電池が提案されている。この無機固体電解質体は90%以上の相対密度を有し、一般式:M2+ 1−x3+ (OH)n− x/n・mHOの基本組成を有する層状複水酸化物からなるものでありうることがこの文献には開示されている。上記一般式中、M2+は少なくとも1種以上の2価の陽イオンであり、M3+は少なくとも1種以上の3価の陽イオンであり、An−はn価の陰イオンであり、nは1以上の整数、xは0.1〜0.4である。For example, in Patent Document 1 (International Publication No. 2013/118561), a separator made of a hydroxide ion conductive inorganic solid electrolyte is provided between a positive electrode and a negative electrode for the purpose of preventing a short circuit due to zinc dendrite. Nickel zinc secondary batteries have been proposed. The inorganic solid electrolyte body has a relative density of 90% or more, the general formula: M 2+ 1-x M 3+ x (OH) layered double hydroxide having a basic composition of 2 A n- x / n · mH 2 O It is disclosed in this document that it can consist of things. In the formula, M 2+ is at least one or more divalent cations, M 3+ is at least one or more trivalent cations, A n-is the n-valent anion, n Is an integer of 1 or more, and x is 0.1 to 0.4.

国際公開第2013/118561号International Publication No. 2013/118561

本出願人は、水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しない程に高度に緻密化されたセラミックスセパレータ(無機固体電解質セパレータ)の開発に先だって成功している。また、そのようなセラミックスセパレータを多孔質基材(例えばアルミナ多孔質基材)上に形成することにも成功している。このようなセパレータ(あるいは多孔質基材付きセパレータ)を用いてニッケル亜鉛電池等の二次電池を構成した場合、亜鉛デンドライトによる短絡等を効果的に防止できる。その一方、上記のようなセラミックスセパレータは高性能であるが故に高価となりうる。このため、電池に搭載されるセラミックスセパレータは、比較的小さい面積を有するように設計されることが望まれる。この場合、電極の面積もまた小さくせざるを得なくなるため、電池容量を上げるには電極を厚くすることが望まれる。しかし、ニッケル亜鉛電池の場合、正負極反応においてHOの使用を伴う(特に正極での放電反応時と負極での充電反応時にHOを使用する)ため、単に電極を厚くしただけでは電解液(特にHO)が電極の奥まで十分に浸透できず、それ故期待どおりの性能が得られにくくなる。そこで、厚い電極でありながらも性能の低下を抑えることが可能なニッケル亜鉛電池用の電極構成が望まれる。The present applicant has succeeded in developing a ceramic separator (inorganic solid electrolyte separator) that has hydroxide ion conductivity but is highly densified so as not to have water permeability. Moreover, it has succeeded also in forming such a ceramic separator on a porous base material (for example, alumina porous base material). When a secondary battery such as a nickel zinc battery is configured using such a separator (or a separator with a porous base material), a short circuit or the like due to zinc dendrite can be effectively prevented. On the other hand, the ceramic separator as described above can be expensive because of its high performance. For this reason, it is desirable that the ceramic separator mounted on the battery is designed to have a relatively small area. In this case, since the area of the electrode must also be reduced, it is desirable to increase the thickness of the electrode in order to increase the battery capacity. However, in the case of nickel-zinc batteries, it involves the use of H 2 O in the positive and negative electrode reactions (in particular using of H 2 O at the time of charging the reaction at the time of discharge reaction at the positive electrode and the negative electrode), and thus merely have thicker electrodes The electrolytic solution (particularly H 2 O) cannot penetrate sufficiently to the back of the electrode, and therefore it is difficult to obtain the expected performance. Therefore, an electrode configuration for a nickel-zinc battery that can suppress a decrease in performance while being a thick electrode is desired.

本発明者らは、今般、電極層同士の間に保液空間を備えた2層以上の電極層からなる電極積層体をニッケル亜鉛電池において正極又は負極として用いることにより、全体として厚い電極としつつも、性能の低下を抑えつつ望ましく高い電池性能を実現できるとの知見を得た。   The inventors of the present invention have now made a thick electrode as a whole by using, as a positive electrode or a negative electrode in a nickel-zinc battery, an electrode laminate composed of two or more electrode layers having a liquid retention space between electrode layers. In addition, it was found that desirable high battery performance can be realized while suppressing a decrease in performance.

したがって、本発明の目的は、今般、全体として厚く設計しても、性能の低下を抑えつつ望ましく高い電池性能を実現可能な、ニッケル亜鉛電池用の電極を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrode for a nickel-zinc battery that can achieve a desirable high battery performance while suppressing a decrease in performance even if it is designed to be thick as a whole.

本発明の一態様によれば、ニッケル亜鉛電池において正極又は負極として用いられる電極積層体であって、
互いに離間して平行に配置される、正極又は負極である2層以上の電極層と、
該電極層同士の間に存在する保液空間と、
を備えた、電極積層体が提供される。
According to one aspect of the present invention, an electrode laminate used as a positive electrode or a negative electrode in a nickel zinc battery,
Two or more electrode layers, which are positive electrodes or negative electrodes, arranged in parallel and spaced apart from each other;
A liquid holding space existing between the electrode layers;
An electrode laminate is provided.

本発明の別の態様によれば、水酸化ニッケル及び/又はオキシ水酸化ニッケルを含む正極と、
前記正極が浸漬される、アルカリ金属水酸化物水溶液を含む正極電解液と、
亜鉛及び/又は酸化亜鉛を含む負極と、
前記負極が浸漬される、アルカリ金属水酸化物水溶液を含む負極電解液と、
前記正極、前記正極電解液、前記負極、及び前記負極電解液を収容する密閉容器と、
前記密閉容器内に、前記正極及び前記正極電解液を収容する正極室と、前記負極及び前記負極電解液を収容する負極室とを区画するように設けられ、水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しない、無機固体電解質体からなるセラミックスセパレータと、
を備えてなり、前記正極及び前記負極の少なくともいずれか一方が上記電極積層体である、ニッケル亜鉛電池が提供される。
According to another aspect of the present invention, a positive electrode comprising nickel hydroxide and / or nickel oxyhydroxide,
A positive electrode electrolyte solution containing an alkali metal hydroxide aqueous solution in which the positive electrode is immersed;
A negative electrode comprising zinc and / or zinc oxide;
A negative electrode electrolyte solution containing an alkali metal hydroxide aqueous solution in which the negative electrode is immersed;
A sealed container containing the positive electrode, the positive electrode electrolyte, the negative electrode, and the negative electrode electrolyte;
In the sealed container, provided to partition the positive electrode chamber containing the positive electrode and the positive electrode electrolyte solution and the negative electrode chamber containing the negative electrode and the negative electrode electrolyte solution, and has hydroxide ion conductivity. A ceramic separator made of an inorganic solid electrolyte body having no water permeability;
A nickel zinc battery is provided in which at least one of the positive electrode and the negative electrode is the electrode laminate.

本発明による電極積層体の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the electrode laminated body by this invention. 図1に示される電極積層体を正極として備えたニッケル亜鉛電池の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the nickel zinc battery provided with the electrode laminated body shown by FIG. 1 as a positive electrode. 本発明によるニッケル亜鉛電池の一例を模式的に示す概念図であり、放電末状態を示す。It is a conceptual diagram which shows typically an example of the nickel zinc battery by this invention, and shows a discharge end state. 図3に示されるニッケル亜鉛電池の満充電状態を示す図である。It is a figure which shows the full charge state of the nickel zinc battery shown by FIG. 多孔質基材付きセパレータの一態様を示す模式断面図である。It is a schematic cross section showing one mode of a separator with a porous substrate. 多孔質基材付きセパレータの他の一態様を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the other one aspect | mode of a separator with a porous base material. 層状複水酸化物(LDH)板状粒子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a layered double hydroxide (LDH) plate-like particle. 例1(比較)で作製した、保液空間を有しない電極積層体を用いたニッケル亜鉛電池を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the nickel zinc battery using the electrode laminated body which does not have a liquid retention space produced in Example 1 (comparison). 例1(比較)及び例2において測定された放電特性を示す図である。It is a figure which shows the discharge characteristic measured in Example 1 (comparison) and Example 2. FIG. 例3で作製したアルミナ製多孔質基材の表面のSEM画像である。4 is a SEM image of the surface of an alumina porous substrate produced in Example 3. FIG. 例3において試料の結晶相に対して得られたXRDプロファイルである。3 is an XRD profile obtained for the crystal phase of the sample in Example 3. 例3において観察された膜試料の表面微構造を示すSEM画像である。10 is a SEM image showing the surface microstructure of the film sample observed in Example 3. 例3において観察された複合材料試料の研磨断面微構造のSEM画像である。4 is a SEM image of a polished cross-sectional microstructure of a composite material sample observed in Example 3. FIG. 例3で使用された緻密性判別測定系の分解斜視図である。FIG. 10 is an exploded perspective view of a denseness discrimination measurement system used in Example 3. 例3で使用されたる緻密性判別測定系の模式断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a denseness discrimination measurement system used in Example 3. FIG. He透過度測定系の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a He transmittance | permeability measurement system. 図15Aに示される測定系に用いられる試料ホルダ及びその周辺構成の模式断面図である。FIG. 15B is a schematic cross-sectional view of a sample holder used in the measurement system shown in FIG. 15A and its peripheral configuration. Zn透過割合測定装置の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a Zn permeation | transmission ratio measuring apparatus. 図16Aに示される測定装置に用いられる試料ホルダの模式断面図である。It is a schematic cross section of the sample holder used for the measuring apparatus shown by FIG. 16A. 例5で測定されたHe透過度とZn透過割合の関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the He transmittance measured in Example 5 and the Zn transmission ratio.

電極積層体
本発明は、ニッケル亜鉛電池(典型的にはニッケル亜鉛二次電池)において正極又は負極として用いられる電極積層体に関する。図1に電極積層体の一例が示される。図1に示されるように、本発明の電極積層体2は、正極又は負極である2層以上の電極層4と、保液空間6とを備える。2層以上の電極層4は互いに離間して平行に配置され、これら電極層4同士の間に保液空間6が存在する。このように、電極層4同士の間に保液空間6を備えた2層以上の電極層4からなる電極積層体2をニッケル亜鉛電池において正極又は負極として用いることにより、全体として厚い電極としつつも、性能の低下を抑えつつ望ましく高い電池性能を実現することができる。
Electrode stack present invention relates to an electrode laminate used as the positive electrode or the negative electrode in a nickel-zinc battery (typically a nickel-zinc secondary batteries). FIG. 1 shows an example of an electrode laminate. As shown in FIG. 1, the electrode laminate 2 of the present invention includes two or more electrode layers 4 that are positive electrodes or negative electrodes, and a liquid retention space 6. Two or more electrode layers 4 are spaced apart from each other in parallel, and a liquid retention space 6 exists between the electrode layers 4. Thus, while using the electrode laminated body 2 which consists of the electrode layer 4 of the two or more layers provided with the liquid retention space 6 between electrode layers 4 as a positive electrode or a negative electrode in a nickel zinc battery, it is set as a thick electrode as a whole. However, it is possible to achieve a desirable high battery performance while suppressing a decrease in performance.

ところで、従来型の液系電池においては、電極厚みを厚くして大容量化した場合、電極内部に電解液が十分に浸透しない等の問題が起こりうるため、電極やセパレータを大面積化して容量を確保しているのが一般的であった。しかし、前述のとおり、高性能セラミックスセパレータの採用等に伴い、セパレータ及び電極の面積を小さくせざるを得ない場合、電池容量を上げるには電極を厚くすることが望まれる。しかし、ニッケル亜鉛電池の場合、正負極反応においてHOの使用を伴う(特に正極での放電反応時と負極での充電反応時にHOを使用する)ため、単に電極を厚くしただけでは電解液(特にHO)が電極の奥まで十分に浸透できず、それ故所期の性能が得られにくくなる。かかる問題に対し、本発明の電極積層体2によれば、保液空間6に電解液を保持することができるため、電極層4を2層以上としてそれらの合計厚さを大きくしたとしても、電極の奥にまで電解液を十分に浸透させることができる。その結果、本発明によれば、全体として厚く設計しても、性能の低下を抑えつつ望ましく高い電池性能を実現可能な、ニッケル亜鉛電池用の電極(すなわち電極積層体)を提供することができる。By the way, in a conventional liquid battery, when the electrode thickness is increased to increase the capacity, problems such as the electrolyte not sufficiently penetrating into the electrode may occur. It was common to ensure. However, as described above, when the area of the separator and the electrode must be reduced due to the adoption of the high performance ceramic separator, it is desired to increase the thickness of the electrode in order to increase the battery capacity. However, in the case of nickel-zinc batteries, it involves the use of H 2 O in the positive and negative electrode reactions (in particular using of H 2 O at the time of charging the reaction at the time of discharge reaction at the positive electrode and the negative electrode), and thus merely have thicker electrodes The electrolyte (particularly H 2 O) cannot penetrate sufficiently to the back of the electrode, and therefore the desired performance is difficult to obtain. For such a problem, according to the electrode laminate 2 of the present invention, since the electrolyte solution can be held in the liquid holding space 6, even if the electrode layer 4 has two or more layers and the total thickness thereof is increased, The electrolyte solution can be sufficiently penetrated to the back of the electrode. As a result, according to the present invention, it is possible to provide an electrode for a nickel-zinc battery (that is, an electrode laminate) capable of realizing a desirable high battery performance while suppressing a decrease in performance even if the overall thickness is designed. .

2層以上の電極層4は正極及び負極のいずれであってもよい。すなわち、電極積層体2が正極として構成される場合には、2層以上の電極層4はすべて正極となる。この場合、例えば図2に示されるように電極積層体2を正極として配置してニッケル亜鉛電池を構成することができる。一方、電極積層体2が負極として構成される場合には、2層以上の電極層4はすべて負極となる。この場合、電極積層体2を負極として配置してニッケル亜鉛電池を構成することができる。なお、図2に示される他の構成部材の詳細については同じ符号が用いられる図3に示されるニッケル亜鉛電池10に関して後述するものとする。特に、電極積層体2が正極であるのが好ましい。この場合、正極としての電極層が水酸化ニッケル及びオキシ水酸化ニッケルの少なくともいずれか一方を含むのが好ましい。あるいは、電極積層体2は負極であってもよい。この場合、負極としての電極層が亜鉛及び酸化亜鉛の少なくともいずれか一方を含むのが好ましい。正極及び負極についての詳細な説明もまた後述するものとする。   Two or more electrode layers 4 may be either positive electrodes or negative electrodes. That is, when the electrode laminate 2 is configured as a positive electrode, all of the two or more electrode layers 4 are positive electrodes. In this case, for example, as shown in FIG. 2, a nickel zinc battery can be configured by arranging the electrode laminate 2 as a positive electrode. On the other hand, when the electrode laminate 2 is configured as a negative electrode, the two or more electrode layers 4 are all negative electrodes. In this case, the nickel-zinc battery can be configured by arranging the electrode laminate 2 as a negative electrode. The details of the other constituent members shown in FIG. 2 will be described later with respect to the nickel-zinc battery 10 shown in FIG. In particular, the electrode laminate 2 is preferably a positive electrode. In this case, the electrode layer as the positive electrode preferably contains at least one of nickel hydroxide and nickel oxyhydroxide. Alternatively, the electrode laminate 2 may be a negative electrode. In this case, the electrode layer as the negative electrode preferably contains at least one of zinc and zinc oxide. Detailed descriptions of the positive electrode and the negative electrode will also be described later.

電極層4は0.5〜5.0mmの厚さを有するのが好ましく、より好ましくは0.5〜4.0mmであり、さらに好ましくは0.4〜3.0mmであり、特に好ましくは0.5〜2.5mmであり、最も好ましくは0.5〜2.0mmである。上記範囲内の厚さであると、電極層4の奥にまで電解液をより効率良く浸透させることができる。また、電極積層体2に含まれる電極層4の数は、2枚以上であるのが好ましく、より好ましくは2枚〜10枚であり、さらに好ましくは2枚〜8枚であり、特に好ましくは2枚〜6枚であり、最も好ましくは2枚〜4枚である。上記のような数で電極層4を用いることで、合計厚さをより大きくして電池容量を更に向上することができる。   The electrode layer 4 preferably has a thickness of 0.5 to 5.0 mm, more preferably 0.5 to 4.0 mm, still more preferably 0.4 to 3.0 mm, and particularly preferably 0. 0.5 to 2.5 mm, and most preferably 0.5 to 2.0 mm. When the thickness is within the above range, the electrolytic solution can penetrate more efficiently into the back of the electrode layer 4. The number of electrode layers 4 included in the electrode laminate 2 is preferably 2 or more, more preferably 2 to 10 sheets, still more preferably 2 to 8 sheets, and particularly preferably. Two to six, and most preferably two to four. By using the electrode layers 4 in the number as described above, the total thickness can be increased and the battery capacity can be further improved.

保液空間6は、互いに離間して平行に配置される2層以上の電極層4同士の間に存在する保液のための空間である。前述のとおり、この保液空間6に電解液を保持することができるため、電極層4を2層以上としてそれらの合計厚さを大きくしたとしても、電極層4の奥にまで電解液を十分に浸透させることができる。電極積層体2は、保液空間6に、液を保持可能な保液手段をさらに備えるのが好ましい。より好ましくは、電極積層体2は両端の電極層4の外側にも保液手段を備える。保液手段はシート状の保液部材8であるのが、電極層4の間のスペーサ兼連結部材として機能するので電極積層体2を作製しやすい点で好ましい。保液部材の好ましい例としては不織布、吸水性樹脂、保液性樹脂、多孔シート、各種スペーサが挙げられるが、特に好ましくは低コストで性能の良い電極積層体2を作製できる点で不織布である。   The liquid retention space 6 is a liquid retention space that exists between two or more electrode layers 4 that are spaced apart from each other and arranged in parallel. As described above, since the electrolytic solution can be held in the liquid retaining space 6, even when the electrode layer 4 has two or more layers and the total thickness thereof is increased, the electrolytic solution is sufficiently deep into the electrode layer 4. Can penetrate. The electrode laminate 2 preferably further includes a liquid holding means capable of holding the liquid in the liquid holding space 6. More preferably, the electrode laminate 2 includes a liquid retaining means on the outside of the electrode layers 4 at both ends. The liquid retaining means is preferably a sheet-shaped liquid retaining member 8, which functions as a spacer and connecting member between the electrode layers 4, and is preferable in that the electrode laminate 2 can be easily manufactured. Preferred examples of the liquid retaining member include a nonwoven fabric, a water-absorbing resin, a liquid retaining resin, a porous sheet, and various spacers. Particularly preferred is a nonwoven fabric in that the electrode laminate 2 having good performance can be produced at low cost. .

保液空間6又は保液部材8は0.01〜0.20mmの厚さを有するのが好ましく、より好ましくは0.02〜0.20mmであり、さらに好ましくは0.02〜0.15mmであり、特に好ましくは0.02〜0.10mmであり、最も好ましくは0.02〜0.06mmである。上記範囲内の厚さであると、電極積層体2の全体サイズを無駄無くコンパクトに抑えながら、保液空間6内に十分な量の電解液を保持させることができる。   The liquid retaining space 6 or the liquid retaining member 8 preferably has a thickness of 0.01 to 0.20 mm, more preferably 0.02 to 0.20 mm, and further preferably 0.02 to 0.15 mm. Yes, particularly preferably 0.02 to 0.10 mm, and most preferably 0.02 to 0.06 mm. When the thickness is within the above range, a sufficient amount of the electrolytic solution can be held in the liquid retaining space 6 while keeping the overall size of the electrode laminate 2 compact without waste.

電極積層体2は1.03mm以上の厚さを有するのが好ましく、より好ましくは1.03〜10mmであり、さらに好ましくは1.03〜8.0mmであり、特に好ましくは1.03〜6.0mmであり、最も好ましくは1.03〜4.0mmである。   The electrode laminate 2 preferably has a thickness of 1.03 mm or more, more preferably 1.03 to 10 mm, still more preferably 1.03 to 8.0 mm, and particularly preferably 1.03 to 6 mm. 0.0 mm, and most preferably 1.03 to 4.0 mm.

ニッケル亜鉛電池
図3に、本発明による電極積層体を好ましく適用可能な、セラミックスセパレータを備えたニッケル亜鉛電池の一例を模式的に示す。もっとも、本発明の電極積層体はセラミックスセパレータ以外のセパレータを備えたニッケル亜鉛電池にも適用可能であることはいうまでもない。図3に示されるニッケル亜鉛電池は説明の便宜上、電極積層体2が組み込まれていないが、電極積層体2が正極として構成される場合には、図3において正極12を電極積層体2で置き換えればよい(例えば図2を参照)。一方、電極積層体2が負極として構成される場合には、図3において負極16を電極積層体2で置き換えればよい。すなわち、正極12及び負極16の少なくともいずれか一方として上述した電極積層体2を用いればよい。
Nickel Zinc Battery FIG. 3 schematically shows an example of a nickel zinc battery equipped with a ceramic separator to which the electrode laminate according to the present invention can be preferably applied. However, it goes without saying that the electrode laminate of the present invention can also be applied to a nickel zinc battery including a separator other than a ceramic separator. The nickel zinc battery shown in FIG. 3 does not incorporate the electrode laminate 2 for convenience of explanation, but when the electrode laminate 2 is configured as a positive electrode, the positive electrode 12 is replaced with the electrode laminate 2 in FIG. (See, for example, FIG. 2). On the other hand, when the electrode laminate 2 is configured as a negative electrode, the negative electrode 16 in FIG. That is, the electrode laminate 2 described above may be used as at least one of the positive electrode 12 and the negative electrode 16.

図3に示されるニッケル亜鉛電池は充電が行われる前の初期状態を示しており、放電末状態に相当する。もっとも、本発明のニッケル亜鉛電池は満充電状態で構成されてもよいのはいうまでもない。図3に示されるように、本発明によるニッケル亜鉛電池10は、正極12、正極電解液14、負極16、負極電解液18、セラミックスセパレータ20、及び多孔質基材28を密閉容器22内に備えてなる。正極12は、水酸化ニッケル及び/又はオキシ水酸化ニッケルを含む。正極電解液14はアルカリ金属水酸化物水溶液を含み、正極12が浸漬される。負極16は亜鉛及び/又は酸化亜鉛を含む。負極電解液18はアルカリ金属水酸化物水溶液を含み、負極16が浸漬される。密閉容器22は、正極12、正極電解液14、負極16、及び負極電解液18を収容する。正極12及び正極電解液14は必ずしも分離している必要はなく、正極12と正極電解液14が混合された正極合材として構成されてもよい。同様に、負極16及び負極電解液18は必ずしも分離している必要はなく、負極16と負極電解液18が混合された負極合材として構成されてもよい。所望により、正極集電体13が正極12に接触して設けられる。また、所望により、負極集電体17が負極16に接触して設けられる。   The nickel zinc battery shown in FIG. 3 shows an initial state before charging, and corresponds to a discharged state. However, it goes without saying that the nickel-zinc battery of the present invention may be configured in a fully charged state. As shown in FIG. 3, a nickel zinc battery 10 according to the present invention includes a positive electrode 12, a positive electrode electrolyte 14, a negative electrode 16, a negative electrode electrolyte 18, a ceramic separator 20, and a porous substrate 28 in a sealed container 22. It becomes. The positive electrode 12 includes nickel hydroxide and / or nickel oxyhydroxide. The positive electrode electrolyte 14 contains an alkali metal hydroxide aqueous solution, and the positive electrode 12 is immersed therein. The negative electrode 16 contains zinc and / or zinc oxide. The negative electrode electrolyte 18 includes an alkali metal hydroxide aqueous solution, and the negative electrode 16 is immersed therein. The sealed container 22 contains the positive electrode 12, the positive electrode electrolyte 14, the negative electrode 16, and the negative electrode electrolyte 18. The positive electrode 12 and the positive electrode electrolyte solution 14 are not necessarily separated from each other, and may be configured as a positive electrode mixture in which the positive electrode 12 and the positive electrode electrolyte solution 14 are mixed. Similarly, the negative electrode 16 and the negative electrode electrolyte 18 are not necessarily separated from each other, and may be configured as a negative electrode mixture in which the negative electrode 16 and the negative electrode electrolyte 18 are mixed. If desired, a positive electrode current collector 13 is provided in contact with the positive electrode 12. Further, if desired, a negative electrode current collector 17 is provided in contact with the negative electrode 16.

セラミックスセパレータ20(以下、セパレータ20という)は、密閉容器22内に、正極12及び正極電解液14を収容する正極室24と、負極16及び負極電解液18を収容する負極室26とを区画するように設けられる。セパレータ20は水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しない。ここで、本明細書において「透水性を有しない」とは、後述する例3で採用される「緻密性判定試験」又はそれに準ずる手法ないし構成で透水性を評価した場合に、測定対象物(例えばセパレータ20及び/又は多孔質基材28)の一面側に接触した水が他面側に透過しないことを意味する。すなわち、セパレータ20が透水性を有しないということは、セパレータ20が水を通さない程の高度な緻密性を有することを意味し、透水性を有する多孔性フィルムやその他の多孔質材料ではないことを意味する。このため、充電時に生成する亜鉛デンドライトによるセパレータの貫通を物理的に阻止して正負極間の短絡を防止するのに極めて効果的な構成となっている。もっとも、図3に示されるようにセパレータ20に多孔質基材28が付設されてよいのはいうまでもない。いずれにしても、セパレータ20は水酸化物イオン伝導性を有するため、正極電解液14と負極電解液18との間で必要な水酸化物イオンの効率的な移動を可能として正極室24及び負極室26における充放電反応を実現することができる。正極室24及び負極室26における充電時における反応は以下に示されるとおりであり、放電反応はその逆となる。
‐ 正極: Ni(OH)+OH→NiOOH+HO+e
‐ 負極: ZnO+HO+2e→Zn+2OH
A ceramic separator 20 (hereinafter referred to as a separator 20) partitions a positive electrode chamber 24 that accommodates the positive electrode 12 and the positive electrode electrolyte solution 14, and a negative electrode chamber 26 that accommodates the negative electrode 16 and the negative electrode electrolyte solution 18 in a sealed container 22. It is provided as follows. The separator 20 has hydroxide ion conductivity but does not have water permeability. Here, in this specification, “not having water permeability” means “object to be measured” when water permeability is evaluated by a “denseness determination test” employed in Example 3 described later or a technique or configuration according thereto. For example, it means that water that contacts one side of the separator 20 and / or the porous substrate 28) does not permeate the other side. In other words, the fact that the separator 20 does not have water permeability means that the separator 20 has a high degree of denseness that does not allow water to pass through, and is not a porous film or other porous material having water permeability. Means. For this reason, it has a very effective configuration for physically preventing penetration of the separator by zinc dendrite generated during charging and preventing a short circuit between the positive and negative electrodes. Needless to say, the porous substrate 28 may be attached to the separator 20 as shown in FIG. In any case, since the separator 20 has hydroxide ion conductivity, it is possible to efficiently move the required hydroxide ions between the positive electrode electrolyte 14 and the negative electrode electrolyte 18, and the positive electrode chamber 24 and the negative electrode. The charge / discharge reaction in the chamber 26 can be realized. The reaction at the time of charging in the positive electrode chamber 24 and the negative electrode chamber 26 is as shown below, and the discharge reaction is reversed.
-Positive electrode: Ni (OH) 2 + OH → NiOOH + H 2 O + e
-Negative electrode: ZnO + H 2 O + 2e → Zn + 2OH

ただし、上記負極反応は以下の2つの反応で構成されるものである。
‐ ZnOの溶解反応: ZnO+HO+2OH→Zn(OH) 2−
‐ Znの析出反応: Zn(OH) 2−+2e→Zn+4OH
However, the negative electrode reaction is composed of the following two reactions.
-ZnO dissolution reaction: ZnO + H 2 O + 2OH → Zn (OH) 4 2−
-Zn precipitation reaction: Zn (OH) 4 2- + 2e → Zn + 4OH

ニッケル亜鉛電池10は、正極室24に充放電時の正極反応に伴う水分量の増減を許容する容積の正極側余剰空間25を有し、かつ、負極室26に充放電時の負極反応に伴う水分量の減増を許容する容積の負極側余剰空間27を有するのが好ましい。これにより正極室24及び負極室26における水分量の増減に伴う不具合(例えば、液漏れ、容器内圧の変化に伴う容器の変形等)を効果的に防止して、ニッケル亜鉛電池の信頼性を更に向上することができる。すなわち、上記反応式から分かるように、充電時には正極室24で水が増加する一方、負極室26で水が減少する。一方、放電時には正極室24で水が減少する一方、負極室26で水が増加する。この点、従来の殆どのセパレータは、透水性を有するものであるため、セパレータを介して水が自由に行き来できる。しかしながら、本発明に用いるセパレータ20は透水性を有しないという緻密性の高い構造を有するため、セパレータ20を介して水が自由に行き来できず、充放電に伴い正極室24内及び/又は負極室26内において電解液量が一方的に増大して液漏れ等の不具合を引き起こしうる。そこで、正極室24に充放電時の正極反応に伴う水分量の増減を許容する容積の正極側余剰空間25を有することで、図4に示されるように、充電時において正極電解液14の増加に対処可能なバッファとして機能させることができる。すなわち、図4に示されるように、満充電後においても正極側余剰空間25がバッファとして機能することで、増量した正極電解液14を溢れ出させることなく確実に正極室24内に保持することができる。同様に、負極室26に充放電時の負極反応に伴う水分量の減増を許容する容積の負極側余剰空間27を有することで、放電時に負極電解液18の増加に対処可能なバッファとして機能させることができる。   The nickel zinc battery 10 has a positive electrode-side surplus space 25 having a volume that allows an increase / decrease in the amount of water accompanying the positive electrode reaction during charge / discharge in the positive electrode chamber 24, and accompanies the negative electrode reaction during charge / discharge in the negative electrode chamber 26. It is preferable to have a negative electrode-side surplus space 27 having a volume that allows a decrease in the amount of moisture. This effectively prevents problems associated with the increase or decrease in the amount of moisture in the positive electrode chamber 24 and the negative electrode chamber 26 (for example, liquid leakage, deformation of the container due to changes in the container internal pressure, etc.), and further improves the reliability of the nickel zinc battery. Can be improved. That is, as can be seen from the above reaction formula, during charging, water increases in the positive electrode chamber 24 while water decreases in the negative electrode chamber 26. On the other hand, during discharge, water decreases in the positive electrode chamber 24 while water increases in the negative electrode chamber 26. In this respect, since most conventional separators have water permeability, water can freely pass through the separators. However, since the separator 20 used in the present invention has a highly dense structure that does not have water permeability, water cannot freely pass through the separator 20, and the inside of the positive electrode chamber 24 and / or the negative electrode chamber accompanies charging / discharging. 26, the amount of the electrolyte may increase unilaterally and cause problems such as liquid leakage. Therefore, the positive electrode chamber 24 has a positive electrode-side surplus space 25 having a volume that allows an increase or decrease in the amount of water accompanying the positive electrode reaction during charging and discharging, thereby increasing the positive electrode electrolyte 14 during charging as shown in FIG. It can be made to function as a buffer that can cope with this. That is, as shown in FIG. 4, the positive electrode side excess space 25 functions as a buffer even after full charge, so that the increased amount of the positive electrode electrolyte solution 14 can be reliably held in the positive electrode chamber 24 without overflowing. Can do. Similarly, the negative electrode chamber 26 has a negative electrode-side surplus space 27 having a volume that allows a decrease in the amount of water associated with the negative electrode reaction during charge / discharge, thereby functioning as a buffer that can cope with an increase in the negative electrode electrolyte 18 during discharge. Can be made.

正極室24及び負極室26における水分の増減量は、前述した反応式に基づいて算出することができる。前述した反応式から分かるように、充電時における正極12でのHOの生成量は、負極16におけるHOの消費量の2倍に相当する。したがって、正極側余剰空間25の容積を負極側余剰空間27よりも大きくしてもよい。いずれにしても、正極側余剰空間25の容積は、正極室24において見込まれる水分増加量のみならず、正極室24に予め存在している空気等のガスや過充電時に正極12より発生しうる酸素ガスをも適切な内圧で収容できるように若干ないしある程度余裕を持たせた容積とするのが好ましい。この点、負極側余剰空間27は、図3のように正極側余剰空間25と同程度の容積とすれば十分であるとはいえるが、放電末状態で電池を構成する際には充電に伴う水の減少量を超える余剰空間を設けておくことが望まれる。いずれにしても、負極側余剰空間27は正極室24内の半分程度の量しか水の増減がないため正極側余剰空間25よりも小さくしてもよい。The increase / decrease amount of the water | moisture content in the positive electrode chamber 24 and the negative electrode chamber 26 can be calculated based on the reaction formula mentioned above. As can be seen from the reaction formula described above, the amount of H 2 O produced at the positive electrode 12 during charging corresponds to twice the amount of H 2 O consumed at the negative electrode 16. Therefore, the volume of the positive electrode side surplus space 25 may be larger than that of the negative electrode side surplus space 27. In any case, the volume of the positive-side surplus space 25 can be generated not only from the amount of water increase expected in the positive electrode chamber 24 but also from the positive electrode 12 during overcharge or a gas such as air existing in the positive electrode chamber 24 in advance. It is preferable that the volume has a slight or some margin so that oxygen gas can be accommodated at an appropriate internal pressure. In this regard, it can be said that it is sufficient that the negative-side surplus space 27 has a volume comparable to that of the positive-side surplus space 25 as shown in FIG. It is desirable to provide a surplus space that exceeds the amount of water reduction. In any case, the negative electrode side surplus space 27 may be smaller than the positive electrode side surplus space 25 because the amount of water increases or decreases by about half of the amount in the positive electrode chamber 24.

ニッケル亜鉛電池10が放電末状態で構築される場合には、正極側余剰空間25が、充電時の正極反応に伴い増加することが見込まれる水分量を超える容積を有し、正極側余剰空間25には正極電解液14が予め充填されていないのが好ましい。また、負極側余剰空間27が、充電時の負極反応に伴い減少することが見込まれる水分量を超える容積を有し、負極側余剰空間27には減少することが見込まれる量の負極電解液18が予め充填されているのが好ましい。一方、ニッケル亜鉛電池10が満充電状態で構築される場合には、正極側余剰空間25が、放電時の正極反応に伴い減少することが見込まれる水分量を超える容積を有し、正極側余剰空間25には減少することが見込まれる量の正極電解液14が予め充填されているのが好ましい。また、負極側余剰空間27が、放電時の負極反応に伴い増加することが見込まれる水分量を超える容積を有し、負極側余剰空間27には負極電解液18が予め充填されていないのが好ましい。   When the nickel-zinc battery 10 is constructed in a discharged state, the positive-side surplus space 25 has a volume that exceeds the amount of water expected to increase with the positive-electrode reaction during charging, and the positive-side surplus space 25 Is preferably not prefilled with the positive electrode electrolyte 14. Further, the negative electrode side surplus space 27 has a volume exceeding the amount of water expected to decrease with the negative electrode reaction during charging, and the negative electrode side surplus space 27 has an amount of the negative electrode electrolyte 18 that is expected to decrease. Is preferably pre-filled. On the other hand, when the nickel-zinc battery 10 is constructed in a fully charged state, the positive-side surplus space 25 has a volume exceeding the amount of water expected to decrease with the positive-electrode reaction during discharge, and the positive-side surplus The space 25 is preferably prefilled with an amount of the positive electrode electrolyte 14 that is expected to decrease. Moreover, the negative electrode side surplus space 27 has a volume exceeding the amount of water expected to increase with the negative electrode reaction during discharge, and the negative electrode side surplus space 27 is not filled with the negative electrode electrolyte 18 in advance. preferable.

正極側余剰空間25には正極12が充填されておらず且つ/又は負極側余剰空間27には負極16が充填されていないのが好ましく、正極側余剰空間25及び負極側余剰空間27に正極12及び負極16がそれぞれ充填されていないのがより好ましい。これらの余剰空間においては充放電時に水分量の減少による電解液の枯渇が起こりうる。すなわち、これらの余剰空間に正極12や負極16が充填されていても充放電反応に十分に関与させることができないため、非効率となる。したがって、正極側余剰空間25及び負極側余剰空間27に正極12及び負極16をそれぞれ充填させないことで、正極12及び負極16を無駄無くより効率的且つ安定的に電池反応に関与させることができる。   It is preferable that the positive electrode side surplus space 25 is not filled with the positive electrode 12 and / or the negative electrode side surplus space 27 is not filled with the negative electrode 16, and the positive electrode side surplus space 25 and the negative electrode side surplus space 27 are filled with the positive electrode 12. More preferably, the negative electrode 16 and the negative electrode 16 are not filled. In these surplus spaces, electrolyte can be depleted due to a decrease in the amount of water during charging and discharging. That is, even if these surplus spaces are filled with the positive electrode 12 and the negative electrode 16, they cannot be sufficiently involved in the charge / discharge reaction, which is inefficient. Therefore, the positive electrode 12 and the negative electrode 16 can be more efficiently and stably involved in the battery reaction without waste by not filling the positive electrode 12 and the negative electrode 16 in the positive electrode side excess space 25 and the negative electrode side excess space 27, respectively.

本発明のニッケル亜鉛電池は、セパレータが縦に設けられた縦型構造に構成されるのが好ましい。セパレータが縦に設けられる場合、正極室/セパレータ/負極室が横方向(水平方向)に並ぶ構成となる。図3のようにセパレータ20が縦に設けられる場合、正極室24がその上方に正極側余剰空間25を有し、かつ、負極室26がその上方に負極側余剰空間27を有するのが典型的である。もっとも、ゲル状の電解液を使用した場合には、電解液の減少にも関わらず正極室24及び/又は負極室26の充放電反応部分に電解液を保持可能となる。このため、正極室24の上方以外の部分(例えば側方部分や下方部分)及び/又は負極室26の上方以外の部分(例えば側方部分や下方部分)に正極側余剰空間25及び/又は負極側余剰空間27を設けることも可能となり、設計の自由度が増加する。   The nickel zinc battery of the present invention is preferably configured in a vertical structure in which separators are provided vertically. When the separator is provided vertically, the positive electrode chamber / separator / negative electrode chamber are arranged in the horizontal direction (horizontal direction). When the separator 20 is provided vertically as shown in FIG. 3, it is typical that the positive electrode chamber 24 has a positive surplus space 25 above it and the negative electrode chamber 26 has a negative surplus space 27 above it. It is. However, when a gel electrolyte solution is used, the electrolyte solution can be held in the charge / discharge reaction portion of the positive electrode chamber 24 and / or the negative electrode chamber 26 despite the decrease in the electrolyte solution. For this reason, the positive electrode side excess space 25 and / or the negative electrode in a portion other than the upper portion of the positive electrode chamber 24 (for example, a side portion or a lower portion) and / or a portion other than the upper portion of the negative electrode chamber 26 (for example, a side portion or a lower portion). It is also possible to provide the side surplus space 27, and the degree of design freedom increases.

あるいは、本発明のニッケル亜鉛電池は、セパレータが横に設けられた横型構造に構成されてもよい。セパレータが横に設けられる場合、正極室/セパレータ/負極室が縦方向(鉛直方向)に積層される構成となる。この場合、例えば、ゲル状の電解液を用いることで、電解液の減少に関わらず、セパレータと電解液の接触を常時保持することができる。また、正極とセパレータの間及び/又は負極とセパレータの間に不織布等の吸水性樹脂又は保液性樹脂製の第2のセパレータ(樹脂セパレータ)を配置して、電解液が減少した場合であっても電解液を正極及び/又は負極の充放電反応部分に電解液を保持可能とする構成としてもよい。吸水性樹脂又は保液性樹脂の好ましい例としては、ポリオレフィン系樹脂が挙げられる。こうして、正極室の上方以外の部分(例えば側方部分や下方部分)及び/又は負極室の上方以外の部分(例えば側方部分や下方部分)に正極側余剰空間及び/又は負極側余剰空間を設けることが可能となる。   Or the nickel zinc battery of this invention may be comprised by the horizontal type | mold structure by which the separator was provided beside. When the separator is provided horizontally, the positive electrode chamber / separator / negative electrode chamber is stacked in the vertical direction (vertical direction). In this case, for example, by using a gel electrolyte, the contact between the separator and the electrolyte can be constantly maintained regardless of the decrease in the electrolyte. In addition, a second separator (resin separator) made of a water-absorbing resin such as a nonwoven fabric or a liquid-retaining resin is disposed between the positive electrode and the separator and / or between the negative electrode and the separator, and the electrolytic solution decreases. Alternatively, the electrolytic solution may be held in the charge / discharge reaction part of the positive electrode and / or the negative electrode. Preferable examples of the water absorbent resin or the liquid retaining resin include polyolefin resins. Thus, the positive electrode side surplus space and / or the negative electrode side surplus space are provided in a portion other than the upper side of the positive electrode chamber (for example, the side portion and the lower portion) and / or a portion other than the upper side of the negative electrode chamber (for example, the side portion and the lower portion). It can be provided.

セパレータ
セパレータ20は水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しない部材であり、典型的には板状、膜状又は層状の形態である。セパレータ20は、密閉容器22内に設けられ、正極12及び正極電解液14を収容する正極室24と、負極16及び負極電解液18を収容する負極室26とを区画する。前述したとおり、セパレータ20は水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しない部材であり、典型的には板状、膜状又は層状の形態である。
The separator separator 20 is a member having hydroxide ion conductivity but not water permeability, and typically has a plate shape, a film shape, or a layer shape. The separator 20 is provided in the sealed container 22, and partitions the positive electrode chamber 24 that stores the positive electrode 12 and the positive electrode electrolyte 14, and the negative electrode chamber 26 that stores the negative electrode 16 and the negative electrode electrolyte 18. As described above, the separator 20 is a member having hydroxide ion conductivity but not water permeability, and typically has a plate shape, a film shape, or a layer shape.

セパレータ20は、単位面積あたりのHe透過度が10cm/min・atm以下であるのが好ましく、より好ましくは5.0cm/min・atm以下、さらに好ましくは1.0cm/min・atm以下である。He透過度が10cm/min・atm以下であるセパレータは、電解液中においてZnの透過(典型的には亜鉛イオン又は亜鉛酸イオンの透過)を極めて効果的に抑制することができる。例えば、後述する図17に示されるように、He透過度が10cm/min・atm以下であると、水接触下で評価した場合における単位面積あたりのZn透過割合が著しく低下する。その意味で、10cm/min・atmというHe透過度の上限値は、水酸化物イオン伝導セパレータにおけるZnの透過抑制効果に関して臨界的意義を有するといえる。このように本態様のセパレータは、Zn透過が顕著に抑制されることで、ニッケル亜鉛二次電池に用いた場合に亜鉛デンドライトの成長を効果的に抑制できるものと原理的に考えられる。He透過度は、セパレータの一方の面にHeガスを供給してセパレータにHeガスを透過させる工程と、He透過度を算出して水酸化物イオン伝導セパレータの緻密性を評価する工程とを経て測定される。He透過度は、単位時間あたりのHeガスの透過量F、Heガス透過時にセパレータに加わる差圧P、及びHeガスが透過する膜面積Sを用いて、F/(P×S)の式により算出する。このようにHeガスを用いてガス透過性の評価を行うことにより、極めて高いレベルでの緻密性の有無を評価することができ、その結果、水酸化物イオン以外の物質(特に亜鉛デンドライト成長を引き起こすZn)を極力透過させない(極微量しか透過させない)といった高度な緻密性を効果的に評価することができる。これは、Heガスが、ガスを構成しうる多種多様な原子ないし分子の中でも最も小さい構成単位を有しており、しかも反応性が極めて低いためである。すなわち、Heは、分子を形成することなく、He原子単体でHeガスを構成する。この点、水素ガスはH分子により構成されるため、ガス構成単位としてはHe原子単体の方がより小さい。そもそもHガスは可燃性ガスのため危険である。そして、上述した式により定義されるHeガス透過度という指標を採用することで、様々な試料サイズや測定条件の相違を問わず、緻密性に関する客観的な評価を簡便に行うことができる。こうして、セパレータがニッケル亜鉛電池用セパレータに適した十分に高い緻密性を有するのか否かを簡便、安全かつ効果的に評価することができる。He透過度の測定は、後述する例5に示される手順に従って好ましく行うことができる。The separator 20 preferably has a He permeability per unit area of 10 cm / min · atm or less, more preferably 5.0 cm / min · atm or less, and still more preferably 1.0 cm / min · atm or less. A separator having a He permeability of 10 cm / min · atm or less can extremely effectively suppress the permeation of Zn (typically permeation of zinc ions or zincate ions) in the electrolytic solution. For example, as shown in FIG. 17 to be described later, when the He permeability is 10 cm / min · atm or less, the Zn transmission rate per unit area when evaluated under water contact is significantly reduced. In that sense, it can be said that the upper limit value of the He permeability of 10 cm / min · atm has a critical significance regarding the Zn permeation suppressing effect in the hydroxide ion conductive separator. Thus, it is thought that the separator of this embodiment can suppress the growth of zinc dendrite effectively when used in a nickel zinc secondary battery because Zn permeation is remarkably suppressed. The He permeability is obtained by supplying He gas to one side of the separator and allowing the He gas to pass through the separator, and calculating the He permeability and evaluating the denseness of the hydroxide ion conductive separator. Measured. The He permeability is calculated by the following formula: F / (P × S) using the permeation amount F of He gas per unit time, the differential pressure P applied to the separator during He gas permeation, and the membrane area S through which He gas permeates. calculate. Thus, by evaluating the gas permeability using He gas, it is possible to evaluate the presence or absence of denseness at a very high level, and as a result, substances other than hydroxide ions (especially zinc dendrite growth can be performed). It is possible to effectively evaluate a high degree of compactness such that Zn that is caused is not transmitted as much as possible (only a very small amount is transmitted). This is because the He gas has the smallest structural unit among a wide variety of atoms or molecules that can constitute the gas, and the reactivity is extremely low. That is, He forms He gas by a single He atom without forming a molecule. In this respect, since hydrogen gas is composed of H 2 molecules, a single He atom is smaller as a gas constituent unit. In the first place, H 2 gas is dangerous because it is a combustible gas. Then, by adopting the He gas permeability index defined by the above-described formula, objective evaluation regarding the denseness can be easily performed regardless of differences in various sample sizes and measurement conditions. Thus, it can be simply, safely and effectively evaluated whether or not the separator has a sufficiently high density suitable for a nickel zinc battery separator. The measurement of He permeability can be preferably performed according to the procedure shown in Example 5 described later.

セパレータ20は、水接触下で評価した場合における単位面積あたりのZn透過割合が10m−2・h−1以下であるのが好ましく、より好ましくは5.0m−2・h−1以下より好ましくは4.0m−2・h−1以下より好ましくは3.0m−2・h−1以下、より好ましくは1.0m−2・h−1以下である。このように低いZn透過割合は、電解液中においてZnの透過を極めて効果的に抑制できることを意味する。このため、ニッケル亜鉛二次電池に用いた場合に亜鉛デンドライトの成長を効果的に抑制できるものと原理的に考えられる。Zn透過割合は、セパレータにZnを所定時間透過させる工程と、Zn透過割合を算出する工程とを経て決定される。セパレータへのZnの透過は、水酸化物イオン伝導セパレータの一方の面にZnを含有する第一の水溶液を接触させ、かつ、セパレータの他方の面にZnを含有しない第二の水溶液又は水を接触させることにより行われる。また、Zn透過割合は、(C×V)/(C×V×t×S)の式により算出する。ここで、Zn透過開始前の第一の水溶液のZn濃度C、Zn透過開始前の第一の水溶液の液量V、Zn透過終了後の第二の水溶液又は水のZn濃度C、Zn透過終了後の第二の水溶液又は水の液量V、Znの透過時間t、及びZnが透過する膜面積Sである。C、C、V、V、t及びSの各パラメータの単位は濃度C及びCの単位が揃っており且つ液量V及びVの単位が揃っているかぎり特に限定されないが、Znの透過時間tの単位をhとし、膜面積Sの単位をmとするのが好ましい。Zn透過前の第一の水溶液のZn濃度Cは0.001〜1mol/Lの範囲内であるのが好ましく、より好ましくは0.01〜1mol/L、さらに好ましくは0.05〜0.8mol/L、特に好ましくは0.2〜0.5mol/L、最も好ましくは0.35〜0.45mol/Lである。また、Znの透過時間は1〜720時間とするのが好ましく、より好ましくは1〜168時間、さらに好ましくは6〜72時間、特に好ましくは12〜24時間である。このようにZn含有水溶液とZn非含有液を用いてZn透過性の評価を行うことにより、極めて高いレベルでの緻密性の有無を評価することができ、その結果、亜鉛二次電池で亜鉛デンドライト成長を引き起こすZnを極力透過させない(極微量しか透過させない)といった高度な緻密性を確実かつ高精度に評価することができる。そして、上述した式により定義されるZn透過割合という指標を採用することで、様々な試料サイズや測定条件の相違を問わず、緻密性に関する客観的な評価を簡便に行うことができる。このZn透過割合は亜鉛デンドライト析出のしにくさを判断するための有効な指標となりうる。というのも、水酸化物イオン伝導セパレータを亜鉛二次電池にセパレータとして用いた場合、次のように考えられるためである。すなわち、セパレータの一方の側(亜鉛負極側)の負極電解液にZnが含有されていても、他方の側の(本来Zn非含有の)正極電解液にZnが透過しなければ、正極電解液中での亜鉛デンドライトの成長は効果的に抑制されるものと原理的に考えられるためである。こうして、本態様によれば、セパレータがニッケル亜鉛電池用セパレータに適した十分に高い緻密性を有するのか否かを確実かつ高精度に評価することができる。Zn透過割合の測定は、後述する例5に示される手順に従って好ましく行うことができる。The separator 20 preferably has a Zn permeation ratio of 10 m −2 · h −1 or less, more preferably 5.0 m −2 · h −1 or less, when evaluated under contact with water. It is 4.0 m −2 · h −1 or less, more preferably 3.0 m −2 · h −1 or less, more preferably 1.0 m −2 · h −1 or less. Thus, the low Zn permeation ratio means that the permeation of Zn can be extremely effectively suppressed in the electrolytic solution. For this reason, it is thought in principle that the growth of zinc dendrite can be effectively suppressed when used in a nickel zinc secondary battery. The Zn transmission rate is determined through a step of allowing Zn to pass through the separator for a predetermined time and a step of calculating the Zn transmission rate. For the permeation of Zn into the separator, the first aqueous solution containing Zn is brought into contact with one surface of the hydroxide ion conducting separator, and the second aqueous solution or water not containing Zn is introduced into the other surface of the separator. This is done by contacting them. Further, the Zn transmission ratio is calculated by the formula (C 2 × V 2 ) / (C 1 × V 1 × t × S). Here, the Zn concentration C 1 of the first aqueous solution before the start of Zn permeation, the liquid volume V 1 of the first aqueous solution before the start of Zn permeation, the Zn concentration C 2 of the second aqueous solution or water after the end of Zn permeation, The amount V 2 of the second aqueous solution or water after the completion of Zn permeation, the permeation time t of Zn, and the film area S through which Zn permeates. The units of the parameters C 1 , C 2 , V 1 , V 2 , t and S are particularly limited as long as the units of the concentrations C 1 and C 2 are aligned and the units of the liquid amounts V 1 and V 2 are aligned. However, it is preferable that the unit of Zn transmission time t is h and the unit of film area S is m 2 . The Zn concentration C 1 of the first aqueous solution before Zn permeation is preferably in the range of 0.001 to 1 mol / L, more preferably 0.01 to 1 mol / L, and still more preferably 0.05 to 0. 8 mol / L, particularly preferably 0.2 to 0.5 mol / L, most preferably 0.35 to 0.45 mol / L. The Zn permeation time is preferably 1 to 720 hours, more preferably 1 to 168 hours, still more preferably 6 to 72 hours, and particularly preferably 12 to 24 hours. Thus, by evaluating Zn permeability using a Zn-containing aqueous solution and a Zn-free solution, it is possible to evaluate the presence or absence of denseness at an extremely high level. It is possible to reliably and highly accurately evaluate high-density such that Zn that causes growth is not transmitted as much as possible (only a very small amount is transmitted). Then, by adopting an index called Zn transmission rate defined by the above-described formula, objective evaluation regarding denseness can be easily performed regardless of differences in various sample sizes and measurement conditions. This Zn transmission rate can be an effective index for judging the difficulty of precipitation of zinc dendrite. This is because when a hydroxide ion conductive separator is used as a separator in a zinc secondary battery, it is considered as follows. That is, even if Zn is contained in the negative electrode electrolyte on one side (zinc negative electrode side) of the separator, if the Zn does not permeate through the positive electrode electrolyte on the other side (originally not containing Zn), the positive electrode electrolyte This is because the growth of zinc dendrite therein is considered to be effectively suppressed. Thus, according to this aspect, it is possible to reliably and accurately evaluate whether or not the separator has sufficiently high density suitable for a nickel zinc battery separator. The measurement of the Zn transmission ratio can be preferably performed according to the procedure shown in Example 5 described later.

セパレータ20は無機固体電解質体からなるのが好ましい。セパレータ20として水酸化物イオン伝導性の無機固体電解質体を用いることで、正負極間の電解液を隔離するとともに水酸化物イオン伝導性を確保する。そして、セパレータ20を構成する無機固体電解質は典型的には緻密で硬い無機固体であるため、充電時に生成する亜鉛デンドライトによるセパレータの貫通を物理的に阻止して正負極間の短絡を防止することが可能となる。その結果、ニッケル亜鉛電池の信頼性を大幅に向上することができる。無機固体電解質体は透水性を有しない程にまで緻密化されていることが望まれる。例えば、無機固体電解質体は、アルキメデス法で算出して、90%以上の相対密度を有するのが好ましく、より好ましくは92%以上、さらに好ましくは95%以上であるが、亜鉛デンドライトの貫通を防止する程度に緻密で硬いものであればこれに限定されない。このような緻密で硬い無機固体電解質体は水熱処理を経て製造することが可能である。したがって、水熱処理を経ていない単なる圧粉体は、緻密でなく、溶液中で脆いことから本発明の無機固体電解質体として好ましくない。もっとも、水熱処理を経たものでなくても、緻密で硬い無機固体電解質体が得られるかぎりにおいて、あらゆる製法が採用可能である。   The separator 20 is preferably made of an inorganic solid electrolyte body. By using a hydroxide ion conductive inorganic solid electrolyte as the separator 20, the electrolyte solution between the positive and negative electrodes is isolated and the hydroxide ion conductivity is ensured. And since the inorganic solid electrolyte which comprises the separator 20 is typically a dense and hard inorganic solid, the penetration of the separator by the zinc dendrite produced | generated at the time of charge is blocked physically, and the short circuit between positive and negative electrodes is prevented. Is possible. As a result, the reliability of the nickel zinc battery can be greatly improved. It is desirable that the inorganic solid electrolyte body is so dense that it does not have water permeability. For example, the inorganic solid electrolyte body preferably has a relative density of 90% or more, more preferably 92% or more, and even more preferably 95% or more, calculated by the Archimedes method, but prevents penetration of zinc dendrite. It is not limited to this as long as it is as dense and hard as possible. Such a dense and hard inorganic solid electrolyte body can be produced through a hydrothermal treatment. Therefore, a simple green compact that has not been subjected to hydrothermal treatment is not preferable as the inorganic solid electrolyte body of the present invention because it is not dense and is brittle in solution. Of course, any manufacturing method can be used as long as a dense and hard inorganic solid electrolyte body can be obtained, even if it has not undergone hydrothermal treatment.

セパレータ20ないし無機固体電解質体は、水酸化物イオン伝導性を有する無機固体電解質を含んで構成される粒子群と、これら粒子群の緻密化や硬化を助ける補助成分との複合体であってもよい。あるいは、セパレータ20は、基材としての開気孔性の多孔質体と、この多孔質体の孔を埋めるように孔中に析出及び成長させた無機固体電解質(例えば層状複水酸化物)との複合体であってもよい。この多孔質体を構成する物質の例としては、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスや、発泡樹脂又は繊維状物質からなる多孔性シート等の絶縁性の物質が挙げられる。   The separator 20 or the inorganic solid electrolyte body may be a composite of a particle group including an inorganic solid electrolyte having hydroxide ion conductivity and an auxiliary component that assists densification and hardening of the particle group. Good. Alternatively, the separator 20 includes an open-pore porous body as a base material and an inorganic solid electrolyte (for example, layered double hydroxide) deposited and grown in the pores so as to fill the pores of the porous body. It may be a complex. Examples of the substance constituting the porous body include ceramics such as alumina and zirconia, and insulating substances such as a porous sheet made of a foamed resin or a fibrous substance.

無機固体電解質体は、一般式:M2+ 1−x3+ (OH)n− x/n・mHOの基本組成を有する層状複水酸化物(LDH)を含むのが好ましく、より好ましくはそのようなLDHからなる。ここで、上記式中、M2+は2価の陽イオンであり、M3+は3価の陽イオンであり、An−はn価の陰イオンであり、nは1以上の整数であり、xは0.1〜0.4であり、mは0以上である。上記一般式において、M2+は任意の2価の陽イオンでありうるが、好ましい例としてはMg2+、Ca2+及びZn2+が挙げられ、より好ましくはMg2+である。M3+は任意の3価の陽イオンでありうるが、好ましい例としてはAl3+又はCr3+が挙げられ、より好ましくはAl3+である。An−は任意の陰イオンでありうるが、好ましい例としてはOH及びCO 2−が挙げられる。したがって、上記一般式において、M2+がMg2+を含み、M3+がAl3+を含み、An−がOH及び/又はCO 2−を含むのが好ましい。nは1以上の整数であるが、好ましくは1又は2である。xは0.1〜0.4であるが、好ましくは0.2〜0.35である。また、上記一般式においてM3+の一部または全部を4価またはそれ以上の価数の陽イオンで置き換えてもよく、その場合は、上記一般式における陰イオンAn−の係数x/nは適宜変更されてよい。mは水のモル数を意味する任意の数であり、0以上、典型的には0を超える又は1以上の実数ないし整数である。Inorganic solid electrolyte body, the general formula: preferably includes a M 2+ 1-x M 3+ x (OH) layered double hydroxide having a basic composition of 2 A n- x / n · mH 2 O (LDH), More preferably, it consists of such LDH. Here, in the above formula, M 2+ is a divalent cation, M 3+ is a trivalent cation, A n-is the n-valent anion, n is an integer of 1 or more, x is 0.1 to 0.4, and m is 0 or more. In the above general formula, M 2+ may be any divalent cation, and preferred examples include Mg 2+ , Ca 2+ and Zn 2+ , and more preferably Mg 2+ . M 3+ may be any trivalent cation, but preferred examples include Al 3+ or Cr 3+ , and more preferred is Al 3+ . A n- may be any anion, preferred examples OH - and CO 3 2- and the like. Therefore, in the general formula, M 2+ comprises Mg 2+, M 3+ comprises Al 3+, A n-is OH - and / or CO preferably contains 3 2-. n is an integer of 1 or more, preferably 1 or 2. x is 0.1 to 0.4, preferably 0.2 to 0.35. It is also possible to replace the part or all of the M 3+ in the general formula tetravalent or higher valency cation, in which case, the anion A n- coefficients x / n of the above general formula It may be changed as appropriate. m is an arbitrary number which means the number of moles of water, and is a real number or an integer of 0 or more, typically more than 0 or 1 or more.

無機固体電解質体は水熱処理によって緻密化されたものであるのが好ましい。水熱処理は、層状複水酸化物、とりわけMg−Al型層状複水酸化物の一体緻密化に極めて有効である。水熱処理による緻密化は、例えば、特許文献1(国際公開第2013/118561号)に記載されるように、耐圧容器に純水と板状の圧粉体を入れ、120〜250℃、好ましくは180〜250℃の温度、2〜24時間、好ましくは3〜10時間で行うことができる。もっとも、水熱処理を用いたより好ましい製造方法については後述するものとする。   The inorganic solid electrolyte is preferably densified by hydrothermal treatment. Hydrothermal treatment is extremely effective for the densification of layered double hydroxides, especially Mg—Al type layered double hydroxides. Densification by hydrothermal treatment is performed, for example, as described in Patent Document 1 (International Publication No. 2013/118561), in which pure water and a plate-like green compact are placed in a pressure vessel, and 120 to 250 ° C., preferably The reaction can be performed at a temperature of 180 to 250 ° C. for 2 to 24 hours, preferably 3 to 10 hours. However, a more preferable production method using hydrothermal treatment will be described later.

セパレータ20の片面又は両面に多孔質基材28を設けてもよい。セパレータ20の片面に多孔質基材28が設けられる場合、多孔質基材28はセパレータ20の負極16側の面に設けてもよいし、セパレータ20の正極12側の面に設けてもよい。多孔質基材28は透水性を有し、それ故正極電解液14及び負極電解液18がセパレータ20に到達可能であることはいうまでもないが、多孔質基材28があることでセパレータ20上により安定に水酸化物イオンを保持することも可能となる。また、多孔質基材28により強度を付与できるため、セパレータ20を薄くして低抵抗化を図ることもできる。また、多孔質基材28上又はその中に無機固体電解質体(好ましくはLDH)の緻密膜ないし緻密層を形成することもできる。セパレータ20の片面に多孔質基材を設ける場合には、多孔質基材を用意して、この多孔質基材に無機固体電解質を成膜する手法が考えられる(この手法については後述する)。なお、図3において多孔質基材28はセパレータ20の片面の全面にわたって設けられているが、セパレータ20の片面の一部(例えば充放電反応に関与する領域)にのみ設ける構成としてもよい。例えば、多孔質基材28上又はその中に無機固体電解質体を膜状又は層状に形成した場合、その製法に由来して、セパレータ20の片面の全面にわたって多孔質基材28が設けられた構成になるのが典型的である。一方、無機固体電解質体を(基材を必要としない)自立した板状に形成した場合には、セパレータ20の片面の一部(例えば充放電反応に関与する領域)にのみ多孔質基材28を後付けしてもよいし、片面の全面にわたって多孔質基材28を後付けしてもよい。   The porous substrate 28 may be provided on one side or both sides of the separator 20. When the porous substrate 28 is provided on one side of the separator 20, the porous substrate 28 may be provided on the surface of the separator 20 on the negative electrode 16 side or on the surface of the separator 20 on the positive electrode 12 side. It goes without saying that the porous base material 28 has water permeability, and therefore, the positive electrode electrolyte 14 and the negative electrode electrolyte 18 can reach the separator 20. It is also possible to hold hydroxide ions more stably. In addition, since the strength can be imparted by the porous substrate 28, the separator 20 can be made thin to reduce the resistance. In addition, a dense film or a dense layer of an inorganic solid electrolyte (preferably LDH) can be formed on or in the porous substrate 28. In the case of providing a porous substrate on one side of the separator 20, a method of preparing a porous substrate and depositing an inorganic solid electrolyte on the porous substrate can be considered (this method will be described later). In FIG. 3, the porous substrate 28 is provided over the entire surface of one side of the separator 20, but may be provided only on a part of one side of the separator 20 (for example, a region involved in the charge / discharge reaction). For example, when the inorganic solid electrolyte is formed in the form of a film or a layer on or in the porous substrate 28, the porous substrate 28 is provided over the entire surface of one side of the separator 20 due to the manufacturing method. It is typical to become. On the other hand, when the inorganic solid electrolyte body is formed in a self-supporting plate shape (which does not require a base material), the porous base material 28 is provided only on a part of one side of the separator 20 (for example, a region involved in the charge / discharge reaction). May be retrofitted, or the porous substrate 28 may be retrofitted over the entire surface of one side.

無機固体電解質体は、板状、膜状又は層状のいずれの形態であってもよく、膜状又は層状の形態である場合、膜状又は層状の無機固体電解質体が多孔質基材上又はその中に形成されたものであるのが好ましい。板状の形態であると十分な堅さを確保して亜鉛デンドライトの貫通をより効果的に阻止することができる。一方、板状よりも厚さが薄い膜状又は層状の形態であると亜鉛デンドライトの貫通を阻止するための必要最低限の堅さを確保しながらセパレータの抵抗を有意に低減できるとの利点がある。板状の無機固体電解質体の好ましい厚さは、0.01〜0.5mmであり、より好ましくは0.02〜0.2mm、さらに好ましくは0.05〜0.1mmである。また、無機固体電解質体の水酸化物イオン伝導度は高ければ高い方が望ましいが、典型的には10−4〜10−1S/mの伝導度を有する。一方、膜状又は層状の形態の場合には、厚さが100μm以下であるのが好ましく、より好ましくは75μm以下、さらに好ましくは50μm以下、特に好ましくは25μm以下、最も好ましくは5μm以下である。このように薄いことでセパレータ20の低抵抗化を実現できる。厚さの下限値は用途に応じて異なるため特に限定されないが、セパレータ膜ないし層として望まれるある程度の堅さを確保するためには厚さ1μm以上であるのが好ましく、より好ましくは2μm以上である。The inorganic solid electrolyte body may be in the form of a plate, a film, or a layer. When the inorganic solid electrolyte is in the form of a film or a layer, the film or layer of the inorganic solid electrolyte is on the porous substrate or its It is preferably formed in the inside. When the plate-like form is used, sufficient hardness can be secured and penetration of zinc dendrites can be more effectively prevented. On the other hand, if the film or layer form is thinner than the plate, there is an advantage that the resistance of the separator can be significantly reduced while ensuring the minimum necessary hardness to prevent the penetration of zinc dendrite. is there. The preferred thickness of the plate-like inorganic solid electrolyte body is 0.01 to 0.5 mm, more preferably 0.02 to 0.2 mm, and still more preferably 0.05 to 0.1 mm. Moreover, the higher the hydroxide ion conductivity of the inorganic solid electrolyte body, the better, but it typically has a conductivity of 10 −4 to 10 −1 S / m. On the other hand, in the case of a film-like or layered form, the thickness is preferably 100 μm or less, more preferably 75 μm or less, still more preferably 50 μm or less, particularly preferably 25 μm or less, and most preferably 5 μm or less. Thus, the resistance of the separator 20 can be reduced by being thin. The lower limit of the thickness is not particularly limited because it varies depending on the application, but in order to ensure a certain degree of rigidity desired as a separator film or layer, the thickness is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more. is there.

また、前述のとおり、正極12とセパレータ20の間及び/又は負極16とセパレータ20の間に不織布等の吸水性樹脂又は保液性樹脂製の第2のセパレータ(樹脂セパレータ)を配置して、電解液が減少した場合であっても電解液を正極及び/又は負極の反応部分に電解液を保持可能とする構成としてもよい。吸水性樹脂又は保液性樹脂の好ましい例としては、ポリオレフィン系樹脂が挙げられる。   Further, as described above, a second separator (resin separator) made of a water-absorbing resin such as a nonwoven fabric or a liquid retaining resin is disposed between the positive electrode 12 and the separator 20 and / or between the negative electrode 16 and the separator 20, Even when the electrolyte is decreased, the electrolyte may be held in the reaction portion of the positive electrode and / or the negative electrode. Preferable examples of the water absorbent resin or the liquid retaining resin include polyolefin resins.

正極
正極12(電極積層体2が正極として構成される場合には電極層4)は水酸化ニッケル及び/又はオキシ水酸化ニッケルを含む。例えば、ニッケル亜鉛電池を図3に示されるような放電末状態で構成する場合には正極12として水酸化ニッケルを用いればよく、図4に示されるような満充電状態で構成する場合には正極12としてオキシ水酸化ニッケルを用いればよい。水酸化ニッケル及びオキシ水酸化ニッケル(以下、水酸化ニッケル等という)は、ニッケル亜鉛電池に一般的に用いられている正極活物質であり、典型的には粒子形態である。水酸化ニッケル等には、その結晶格子中にニッケル以外の異種元素が固溶されていてもよく、それにより高温下での充電効率の向上が図れる。このような異種元素の例としては、亜鉛及びコバルトが挙げられる。また、水酸化ニッケル等はコバルト系成分と混合されたものであってもよく、そのようなコバルト系成分の例としては、金属コバルトやコバルト酸化物(例えば一酸化コバルト)の粒状物が挙げられる。さらに、水酸化ニッケル等の粒子(異種元素が固溶されていてよい)の表面をコバルト化合物で被覆してもよく、そのようなコバルト化合物の例としては、一酸化コバルト、2価のα型水酸化コバルト、2価のβ型水酸化コバルト、2価を超える高次コバルトの化合物、及びそれらの任意の組合せが挙げられる。
The positive electrode 12 (the electrode layer 4 when the electrode stack 2 is configured as a positive electrode) contains nickel hydroxide and / or nickel oxyhydroxide. For example, nickel hydroxide may be used as the positive electrode 12 when the nickel-zinc battery is configured in the end-of-discharge state as shown in FIG. 3, and positive electrode when configured in the fully charged state as shown in FIG. 12 may be nickel oxyhydroxide. Nickel hydroxide and nickel oxyhydroxide (hereinafter referred to as nickel hydroxide or the like) are positive electrode active materials generally used in nickel zinc batteries, and are typically in the form of particles. In nickel hydroxide or the like, different elements other than nickel may be dissolved in the crystal lattice, thereby improving the charging efficiency at high temperatures. Examples of such different elements include zinc and cobalt. In addition, nickel hydroxide or the like may be mixed with a cobalt-based component, and examples of such a cobalt-based component include granular materials of metallic cobalt and cobalt oxide (for example, cobalt monoxide). . Furthermore, the surface of particles such as nickel hydroxide (which may contain different elements in solid solution) may be coated with a cobalt compound. Examples of such cobalt compounds include cobalt monoxide, divalent α-type. Examples include cobalt hydroxide, divalent β-type cobalt hydroxide, compounds of higher-order cobalt exceeding 2 valences, and any combination thereof.

正極12は、水酸化ニッケル系化合物及びそれに固溶されうる異種元素以外にも、追加元素をさらに含んでいてもよい。そのような追加元素の例としては、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、AuおよびHg、及びそれらの任意の組合せが挙げられる。追加元素の含有形態は特に限定されず、金属単体又は金属化合物(例えば、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物及び炭酸化物)の形態で含まれていてよい。追加元素を含む金属単体又は金属化合物を添加する場合、その添加量は、水酸化ニッケル系化合物100重量部に対し、好ましくは0.5〜20重量部であり、より好ましくは2〜5重量部である。   The positive electrode 12 may further contain an additional element in addition to the nickel hydroxide compound and the different element that can be dissolved therein. Examples of such additional elements include Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au and Hg, and any combination thereof. The inclusion form of the additional element is not particularly limited, and may be contained in the form of a simple metal or a metal compound (for example, oxide, hydroxide, halide, and carbonate). When adding a single metal or a metal compound containing an additional element, the addition amount is preferably 0.5 to 20 parts by weight, more preferably 2 to 5 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of the nickel hydroxide compound. It is.

正極12は電解液等をさらに含むことにより正極合材として構成されてもよい。正極合剤は、水酸化ニッケル系化合物粒子、電解液、並びに所望により炭素粒子等の導電材やバインダー等を含むことができる。   The positive electrode 12 may be configured as a positive electrode mixture by further including an electrolytic solution or the like. The positive electrode mixture can contain nickel hydroxide compound particles, an electrolytic solution, and optionally a conductive material such as carbon particles, a binder, and the like.

正極12に接触して正極集電体13が設けられるのが好ましい。正極集電体13は図3に示されるように密閉容器22を貫通してその外側にまで延在して正極端子をそれ自体で構成してもよいし、別途設けられた正極端子に密閉容器22内又は外で接続される構成としてもよい。正極集電体13の好ましい例としては、発泡ニッケル板等のニッケル製多孔質基板が挙げられる。この場合、例えば、ニッケル製多孔質基板上に水酸化ニッケル等の電極活物質を含むペーストを均一に塗布して乾燥させることにより正極12/正極集電体13からなる正極板を好ましく作製することができる。その際、乾燥後の正極板(すなわち正極12/正極集電体13)にプレス処理を施して、電極活物質の脱落防止や電極密度の向上を図ることも好ましい。   A positive electrode current collector 13 is preferably provided in contact with the positive electrode 12. As shown in FIG. 3, the positive electrode current collector 13 may penetrate the sealed container 22 and extend to the outside thereof to constitute the positive electrode terminal itself, or the positive electrode terminal provided separately may have a sealed container. It is good also as a structure connected in 22 or outside. A preferable example of the positive electrode current collector 13 is a nickel porous substrate such as a foamed nickel plate. In this case, for example, a positive electrode plate made of positive electrode 12 / positive electrode current collector 13 is preferably prepared by uniformly applying a paste containing an electrode active material such as nickel hydroxide on a nickel porous substrate and drying the paste. Can do. At that time, it is also preferable to press the dried positive electrode plate (that is, positive electrode 12 / positive electrode current collector 13) to prevent the electrode active material from falling off and to improve the electrode density.

負極
負極16(電極積層体2が負極として構成される場合には電極層4)は亜鉛及び/又は酸化亜鉛を含む。亜鉛は、負極に適した電気化学的活性を有するものであれば、亜鉛金属、亜鉛化合物及び亜鉛合金のいずれの形態で含まれていてもよい。負極材料の好ましい例としては、酸化亜鉛、亜鉛金属、亜鉛酸カルシウム等が挙げられるが、亜鉛金属及び酸化亜鉛の混合物がより好ましい。負極16はゲル状に構成してもよいし、電解液と混合して負極合材としてもよい。例えば、負極活物質に電解液及び増粘剤を添加することにより容易にゲル化した負極を得ることができる。増粘剤の例としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、CMC、アルギン酸等が挙げられるが、ポリアクリル酸が強アルカリに対する耐薬品性に優れているため好ましい。
The negative electrode 16 (the electrode layer 4 when the electrode stack 2 is configured as a negative electrode) contains zinc and / or zinc oxide. Zinc may be contained in any form of zinc metal, zinc compound and zinc alloy as long as it has an electrochemical activity suitable for the negative electrode. Preferable examples of the negative electrode material include zinc oxide, zinc metal, calcium zincate and the like, and a mixture of zinc metal and zinc oxide is more preferable. The negative electrode 16 may be formed in a gel form, or may be mixed with an electrolytic solution to form a negative electrode mixture. For example, a gelled negative electrode can be easily obtained by adding an electrolytic solution and a thickener to the negative electrode active material. Examples of the thickener include polyvinyl alcohol, polyacrylate, CMC, alginic acid and the like. Polyacrylic acid is preferable because it has excellent chemical resistance to strong alkali.

亜鉛合金として、無汞化亜鉛合金として知られている水銀及び鉛を含まない亜鉛合金を用いることができる。例えば、インジウムを0.01〜0.06質量%、ビスマスを0.005〜0.02質量%、アルミニウムを0.0035〜0.015質量%を含む亜鉛合金が水素ガス発生の抑制効果があるので好ましい。とりわけ、インジウムやビスマスは放電性能を向上させる点で有利である。亜鉛合金の負極への使用は、アルカリ性電解液中での自己溶解速度を遅くすることで、水素ガス発生を抑制して安全性を向上できる。   As the zinc alloy, a zinc alloy containing no mercury and lead, which is known as a non-free zinc alloy, can be used. For example, a zinc alloy containing 0.01 to 0.06 mass% indium, 0.005 to 0.02 mass% bismuth, and 0.0035 to 0.015 mass% aluminum has an effect of suppressing hydrogen gas generation. Therefore, it is preferable. In particular, indium and bismuth are advantageous in improving the discharge performance. The use of the zinc alloy for the negative electrode can improve the safety by suppressing the generation of hydrogen gas by slowing the self-dissolution rate in the alkaline electrolyte.

負極材料の形状は特に限定されないが、粉末状とすることが好ましく、それにより表面積が増大して大電流放電に対応可能となる。好ましい負極材料の平均粒径は、亜鉛合金の場合、90〜210μmの範囲であり、この範囲内であると表面積が大きいことから大電流放電への対応に適するとともに、電解液及びゲル化剤と均一に混合しやすく、電池組み立て時の取り扱い性も良い。   The shape of the negative electrode material is not particularly limited, but it is preferably a powder form, which increases the surface area and can cope with a large current discharge. In the case of a zinc alloy, the preferable average particle diameter of the negative electrode material is in the range of 90 to 210 μm. If the average particle diameter is within this range, the surface area is large, so that it is suitable for dealing with a large current discharge. Easy to mix evenly and easy to handle during battery assembly.

負極16に接触して負極集電体17が設けられるのが好ましい。負極集電体17は図3に示されるように密閉容器22を貫通してその外側にまで延在して負極端子をそれ自体で構成してもよいし、別途設けられた負極端子に密閉容器22内又は外で接続される構成としてもよい。負極集電体17の好ましい例としては、銅パンチングメタルが挙げられる。この場合、例えば、銅パンチングメタル上に、酸化亜鉛粉末及び/又は亜鉛粉末、並びに所望によりバインダー(例えばポリテトラフルオロエチレン粒子)を含む混合物を塗布して負極16/負極集電体17からなる負極板を好ましく作製することができる。その際、乾燥後の負極板(すなわち負極16/負極集電体17)にプレス処理を施して、電極活物質の脱落防止や電極密度の向上を図ることも好ましい。   A negative electrode current collector 17 is preferably provided in contact with the negative electrode 16. As shown in FIG. 3, the negative electrode current collector 17 may penetrate the sealed container 22 and extend to the outside thereof to constitute the negative electrode terminal itself, or the negative electrode terminal provided separately may have a sealed container. It is good also as a structure connected in 22 or outside. A preferred example of the negative electrode current collector 17 is copper punching metal. In this case, for example, a negative electrode composed of negative electrode 16 / negative electrode current collector 17 by applying a mixture containing zinc oxide powder and / or zinc powder and optionally a binder (for example, polytetrafluoroethylene particles) on copper punching metal. A plate can be preferably produced. At that time, it is also preferable to press the dried negative electrode plate (that is, negative electrode 16 / negative electrode current collector 17) to prevent the electrode active material from falling off and to improve the electrode density.

電解液
正極電解液14及び負極電解液18はアルカリ金属水酸化物を含む。すなわち、アルカリ金属水酸化物を含む水溶液が正極電解液14及び負極電解液18として用いられる。アルカリ金属水酸化物の例としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化アンモニウム等が挙げられるが、水酸化カリウムがより好ましい。亜鉛合金の自己溶解を抑制するために、電解液中に酸化亜鉛、水酸化亜鉛等の亜鉛化合物を添加してもよい。前述のとおり、正極電解液14及び負極電解液18は正極12及び/又は負極16と混合させて正極合材及び/又は負極合材の形態で存在させてもよい。また、電解液の漏洩を防止するために電解液をゲル化してもよい。ゲル化剤としては電解液の溶媒を吸収して膨潤するようなポリマーを用いるのが望ましく、ポリエチレンオキサイド,ポリビニルアルコール,ポリアクリルアミドなどのポリマーやデンプンが用いられる。
The electrolyte positive electrode electrolyte 14 and negative electrode electrolyte 18 contain an alkali metal hydroxide. That is, an aqueous solution containing an alkali metal hydroxide is used as the positive electrode electrolyte 14 and the negative electrode electrolyte 18. Examples of the alkali metal hydroxide include potassium hydroxide, sodium hydroxide, lithium hydroxide, ammonium hydroxide and the like, and potassium hydroxide is more preferable. In order to suppress self-dissolution of the zinc alloy, a zinc compound such as zinc oxide or zinc hydroxide may be added to the electrolytic solution. As described above, the positive electrode electrolyte 14 and the negative electrode electrolyte 18 may be mixed with the positive electrode 12 and / or the negative electrode 16 and exist in the form of a positive electrode mixture and / or a negative electrode mixture. Further, the electrolytic solution may be gelled in order to prevent leakage of the electrolytic solution. As the gelling agent, it is desirable to use a polymer that swells by absorbing the solvent of the electrolytic solution, and polymers such as polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, and polyacrylamide, and starch are used.

密閉容器
密閉容器22は、正極12、正極電解液14、負極16、及び負極電解液18を密閉収容する容器であり、液密性及び気密性を有する構造を有する。密閉容器の材質は水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物に対する耐性を有するものであれば特に限定されず、ポリオレフィン樹脂、ABS樹脂、変性ポリフェニレンエーテル等の樹脂製であるのが好ましく、より好ましくはABS樹脂又は変性ポリフェニレンエーテルである。密閉容器22にはセパレータ20が様々な手法で固定されてよいが、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物に対する耐性を有する接着剤により固定されるのが好ましい。また、ポリオレフィン樹脂製の密閉容器22を用いた場合には熱融着によるセパレータ20の固定も好ましい。
The hermetic container 22 is a container that hermetically houses the positive electrode 12, the positive electrode electrolyte 14, the negative electrode 16, and the negative electrode electrolyte 18, and has a structure having liquid tightness and air tightness. The material of the sealed container is not particularly limited as long as it has resistance to an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide, and is preferably made of a resin such as polyolefin resin, ABS resin, modified polyphenylene ether, and more preferably. ABS resin or modified polyphenylene ether. The separator 20 may be fixed to the sealed container 22 by various methods, but is preferably fixed by an adhesive having resistance to alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide. Moreover, when the polyolefin resin-made airtight container 22 is used, fixing of the separator 20 by heat sealing is also preferable.

多孔質基材付きLDHセパレータ
前述のとおり、本発明のニッケル亜鉛電池に好ましく用いられる多孔質基材付きセパレータは、水酸化物イオン伝導性を有する無機固体電解質体からなるセパレータと、セパレータの少なくとも一方の面に設けられる多孔質基材とを備えたものである。無機固体電解質体は透水性を有しない程に緻密化された膜状又は層状の形態である。特に好ましい多孔質基材付きセパレータは、多孔質基材と、この多孔質基材上及び/又は多孔質基材中に形成されるセパレータ層とを備えてなり、セパレータ層が前述したような層状複水酸化物(LDH)を含むものである。セパレータ層は透水性を有しないのが好ましい。すなわち、多孔質材料は孔の存在により透水性を有しうるが、セパレータ層は透水性を有しない程にまでLDHで緻密化されているのが好ましい。セパレータ層は多孔質基材上に形成されるのが好ましい。例えば、図5に示されるように、多孔質基材28上にセパレータ層20がLDH緻密膜として形成されるのが好ましい。この場合、多孔質基材28の性質上、図5に示されるように多孔質基材28の表面及びその近傍の孔内にもLDHが形成されてよいのはいうまでもない。あるいは、図6に示されるように、多孔質基材28中(例えば多孔質基材28の表面及びその近傍の孔内)にLDHが緻密に形成され、それにより多孔質基材28の少なくとも一部がセパレータ層20’を構成するものであってもよい。この点、図6に示される態様は図5に示される態様のセパレータ層20における膜相当部分を除去した構成となっているが、これに限定されず、多孔質基材28の表面と平行にセパレータ層が存在していればよい。いずれにしても、セパレータ層は透水性を有しない程にまでLDHで緻密化されているため、水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しない(すなわち基本的に水酸化物イオンのみを通す)という特有の機能を有することができる。
LDH separator with porous substrate As described above, the separator with a porous substrate preferably used for the nickel-zinc battery of the present invention is a separator made of an inorganic solid electrolyte having hydroxide ion conductivity and at least one of the separators. And a porous substrate provided on the surface. The inorganic solid electrolyte body is in the form of a film or layer that is so dense that it does not have water permeability. A particularly preferred separator with a porous substrate comprises a porous substrate and a separator layer formed on and / or in the porous substrate, and the separator layer is layered as described above. It contains double hydroxide (LDH). The separator layer preferably has no water permeability. That is, the porous material can have water permeability due to the presence of pores, but the separator layer is preferably densified with LDH to such an extent that it does not have water permeability. The separator layer is preferably formed on a porous substrate. For example, as shown in FIG. 5, the separator layer 20 is preferably formed as an LDH dense film on the porous substrate 28. In this case, needless to say, LDH may be formed on the surface of the porous substrate 28 and in the pores in the vicinity thereof as shown in FIG. 5 due to the nature of the porous substrate 28. Alternatively, as shown in FIG. 6, LDH is densely formed in the porous substrate 28 (for example, the surface of the porous substrate 28 and the pores in the vicinity thereof), whereby at least one of the porous substrates 28 is formed. The part may constitute separator layer 20 '. In this respect, the embodiment shown in FIG. 6 has a configuration in which the membrane equivalent portion of the separator layer 20 of the embodiment shown in FIG. 5 is removed, but is not limited to this, and is parallel to the surface of the porous substrate 28. A separator layer only needs to be present. In any case, since the separator layer is densified with LDH to such an extent that it does not have water permeability, it has hydroxide ion conductivity but does not have water permeability (that is, basically only hydroxide ions. It can have a unique function.

多孔質基材は、その上及び/又は中にLDH含有セパレータ層を形成できるものが好ましく、その材質や多孔構造は特に限定されない。多孔質基材上及び/又は中にLDH含有セパレータ層を形成するのが典型的ではあるが、無孔質基材上にLDH含有セパレータ層を成膜し、その後公知の種々の手法により無孔質基材を多孔化してもよい。いずれにしても、多孔質基材は透水性を有する多孔構造を有するのが、電池用セパレータとして電池に組み込まれた場合に電解液をセパレータ層に到達可能に構成できる点で好ましい。   The porous substrate is preferably capable of forming an LDH-containing separator layer on and / or in the porous substrate, and the material and the porous structure are not particularly limited. Typically, an LDH-containing separator layer is formed on and / or in a porous substrate, but an LDH-containing separator layer is formed on a non-porous substrate and then non-porous by various known techniques. The porous substrate may be made porous. In any case, it is preferable that the porous base material has a porous structure having water permeability in that the electrolyte solution can reach the separator layer when incorporated into the battery as a battery separator.

多孔質基材は、セラミックス材料、金属材料、及び高分子材料からなる群から選択される少なくとも1種で構成されるのが好ましい。多孔質基材は、セラミックス材料で構成されるのがより好ましい。この場合、セラミックス材料の好ましい例としては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、スピネル、カルシア、コージライト、ゼオライト、ムライト、フェライト、酸化亜鉛、炭化ケイ素、及びそれらの任意の組合せが挙げられる。より好ましくは、アルミナ、ジルコニア、チタニア、及びそれらの任意の組合せであり、特に好ましくはアルミナ及びジルコニアであり、最も好ましくはアルミナである。これらの多孔質セラミックスを用いると緻密性に優れたLDH含有セパレータ層を形成しやすい。金属材料の好ましい例としては、アルミニウム及び亜鉛が挙げられる。高分子材料の好ましい例としては、ポリスチレン、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド、親水化したフッ素樹脂(四フッ素化樹脂:PTFE等)、及びそれらの任意の組合せが挙げられる。上述した各種の好ましい材料から電池の電解液に対する耐性として耐アルカリ性に優れたものを適宜選択するのが更に好ましい。   The porous substrate is preferably composed of at least one selected from the group consisting of ceramic materials, metal materials, and polymer materials. More preferably, the porous substrate is made of a ceramic material. In this case, preferred examples of the ceramic material include alumina, zirconia, titania, magnesia, spinel, calcia, cordierite, zeolite, mullite, ferrite, zinc oxide, silicon carbide, and any combination thereof. More preferred are alumina, zirconia, titania, and any combination thereof, particularly preferred are alumina and zirconia, and most preferred is alumina. When these porous ceramics are used, it is easy to form an LDH-containing separator layer having excellent denseness. Preferable examples of the metal material include aluminum and zinc. Preferable examples of the polymer material include polystyrene, polyether sulfone, polypropylene, epoxy resin, polyphenylene sulfide, hydrofluorinated fluororesin (tetrafluorinated resin: PTFE, etc.), and any combination thereof. It is more preferable to appropriately select a material excellent in alkali resistance as the resistance to the battery electrolyte from the various preferable materials described above.

多孔質基材は0.001〜1.5μmの平均気孔径を有するのが好ましく、より好ましくは0.001〜1.25μm、さらに好ましくは0.001〜1.0μm、特に好ましくは0.001〜0.75μm、最も好ましくは0.001〜0.5μmである。これらの範囲内とすることで多孔質基材に所望の透水性を確保しながら、透水性を有しない程に緻密なLDH含有セパレータ層を形成することができる。本発明において、平均気孔径の測定は多孔質基材の表面の電子顕微鏡(SEM)画像をもとに気孔の最長距離を測長することにより行うことができる。この測定に用いる電子顕微鏡(SEM)画像の倍率は20000倍であり、得られた全ての気孔径をサイズ順に並べて、その平均値から上位15点及び下位15点、合わせて1視野あたり30点で2視野分の平均値を算出して、平均気孔径を得ることができる。測長には、SEMのソフトウェアの測長機能や画像解析ソフト(例えば、Photoshop、Adobe社製)等を用いることができる。   The porous substrate preferably has an average pore diameter of 0.001 to 1.5 μm, more preferably 0.001 to 1.25 μm, still more preferably 0.001 to 1.0 μm, and particularly preferably 0.001. It is -0.75 micrometer, Most preferably, it is 0.001-0.5 micrometer. By setting it within these ranges, it is possible to form an LDH-containing separator layer that is so dense that it does not have water permeability while ensuring desired water permeability in the porous substrate. In the present invention, the average pore diameter can be measured by measuring the longest distance of the pores based on an electron microscope (SEM) image of the surface of the porous substrate. The magnification of the electron microscope (SEM) image used for this measurement is 20000 times, and all obtained pore diameters are arranged in order of size, and the top 15 points and the bottom 15 points from the average value, with 30 points per field of view in total. The average pore diameter can be obtained by calculating an average value for two visual fields. For the length measurement, a length measurement function of SEM software, image analysis software (for example, Photoshop, manufactured by Adobe) or the like can be used.

多孔質基材の表面は、10〜60%の気孔率を有するのが好ましく、より好ましくは15〜55%、さらに好ましくは20〜50%である。これらの範囲内とすることで多孔質基材に所望の透水性を確保しながら、透水性を有しない程に緻密なLDH含有セパレータ層を形成することができる。ここで、多孔質基材の表面の気孔率を採用しているのは、以下に述べる画像処理を用いた気孔率の測定がしやすいことによるものであり、多孔質基材の表面の気孔率は多孔質基材内部の気孔率を概ね表しているといえるからである。すなわち、多孔質基材の表面が緻密であれば多孔質基材の内部もまた同様に緻密であるといえる。本発明において、多孔質基材の表面の気孔率は画像処理を用いた手法により以下のようにして測定することができる。すなわち、1)多孔質基材の表面の電子顕微鏡(SEM)画像(倍率10000倍以上)を取得する。2)Photoshop(Adobe社製)等の画像解析ソフトを用いてグレースケールのSEM画像を読み込む。3)[イメージ]→[色調補正]→[2階調化]の手順で白黒の2値画像を作成する。4)黒い部分が占めるピクセル数を画像の全ピクセル数で割った値を気孔率(%)とする。なお、この画像処理による気孔率の測定は多孔質基材表面の6μm×6μmの領域について行われるのが好ましく、より客観的な指標とするためには、任意に選択された3箇所の領域について得られた気孔率の平均値を採用するのがより好ましい。   The surface of the porous substrate preferably has a porosity of 10 to 60%, more preferably 15 to 55%, and still more preferably 20 to 50%. By setting it within these ranges, it is possible to form an LDH-containing separator layer that is so dense that it does not have water permeability while ensuring desired water permeability in the porous substrate. Here, the porosity of the surface of the porous substrate is adopted because it is easy to measure the porosity using the image processing described below, and the porosity of the surface of the porous substrate. This is because it can be said that it generally represents the porosity inside the porous substrate. That is, if the surface of the porous substrate is dense, the inside of the porous substrate can be said to be dense as well. In the present invention, the porosity of the surface of the porous substrate can be measured as follows by a technique using image processing. That is, 1) An electron microscope (SEM) image (a magnification of 10,000 times or more) of the surface of the porous substrate is acquired. 2) A gray scale SEM image is read using image analysis software such as Photoshop (manufactured by Adobe). 3) A black and white binary image is created by the procedure of [Image] → [Color tone correction] → [2 gradation]. 4) The value obtained by dividing the number of pixels occupied by the black portion by the total number of pixels in the image is defined as the porosity (%). The porosity measurement by this image processing is preferably performed for a 6 μm × 6 μm region on the surface of the porous substrate. In order to obtain a more objective index, three arbitrarily selected regions are used. It is more preferable to employ the average value of the obtained porosity.

セパレータ層は、多孔質基材上及び/又は多孔質基材中、好ましくは多孔質基材上に形成される。例えば、図5に示されるようにセパレータ層20が多孔質基材28上に形成される場合には、セパレータ層20はLDH緻密膜の形態であり、このLDH緻密膜は典型的にはLDHからなる。また、図6に示されるようにセパレータ層20’が多孔質基材28中に形成される場合には、多孔質基材28中(典型的には多孔質基材28の表面及びその近傍の孔内)にLDHが緻密に形成されることから、セパレータ層20’は典型的には多孔質基材28の少なくとも一部及びLDHからなる。図6に示されるセパレータ層20’は、図5に示されるセパレータ層20における膜相当部分を研磨、切削等の公知の手法により除去することにより得ることができる。   The separator layer is formed on the porous substrate and / or in the porous substrate, preferably on the porous substrate. For example, as shown in FIG. 5, when the separator layer 20 is formed on the porous substrate 28, the separator layer 20 is in the form of an LDH dense film, which is typically made from LDH. Become. Further, when the separator layer 20 ′ is formed in the porous substrate 28 as shown in FIG. 6, the surface of the porous substrate 28 (typically the surface of the porous substrate 28 and the vicinity thereof). Since the LDH is densely formed in the pores), the separator layer 20 ′ is typically composed of at least a part of the porous substrate 28 and LDH. The separator layer 20 ′ shown in FIG. 6 can be obtained by removing a portion corresponding to the film in the separator layer 20 shown in FIG. 5 by a known method such as polishing or cutting.

セパレータ層は透水性(望ましくは透水性及び通気性)を有しないのが好ましい。例えば、セパレータ層はその片面を25℃で1週間水と接触させても水を透過させず、また、その片面に0.5atmの内外差圧でヘリウムガスを加圧してもヘリウムガスを透過させない。すなわち、セパレータ層は透水性を有しない程にまでLDHで緻密化されているのが好ましい。もっとも、局所的且つ/又は偶発的に透水性を有する欠陥が機能膜に存在する場合には、当該欠陥を適当な補修剤(例えばエポキシ樹脂等)で埋めて補修することで水不透性及び気体不透過性を確保してもよく、そのような補修剤は必ずしも水酸化物イオン伝導性を有する必要はない。いずれにしても、セパレータ層(典型的にはLDH緻密膜)の表面が20%以下の気孔率を有するのが好ましく、より好ましくは15%以下、さらに好ましくは10%以下、特に好ましくは7%以下である。セパレータ層の表面の気孔率が低ければ低いほど、セパレータ層(典型的にはLDH緻密膜)の緻密性が高いことを意味し、好ましいといえる。ここで、セパレータ層の表面の気孔率を採用しているのは、以下に述べる画像処理を用いた気孔率の測定がしやすいことによるものであり、セパレータ層の表面の気孔率はセパレータ層内部の気孔率を概ね表しているといえるからである。すなわち、セパレータ層の表面が緻密であればセパレータ層の内部もまた同様に緻密であるといえる。本発明において、セパレータ層の表面の気孔率は画像処理を用いた手法により以下のようにして測定することができる。すなわち、1)セパレータ層の表面の電子顕微鏡(SEM)画像(倍率10000倍以上)を取得する。2)Photoshop(Adobe社製)等の画像解析ソフトを用いてグレースケールのSEM画像を読み込む。3)[イメージ]→[色調補正]→[2階調化]の手順で白黒の2値画像を作成する。4)黒い部分が占めるピクセル数を画像の全ピクセル数で割った値を気孔率(%)とする。なお、この画像処理による気孔率の測定はセパレータ層表面の6μm×6μmの領域について行われるのが好ましく、より客観的な指標とするためには、任意に選択された3箇所の領域について得られた気孔率の平均値を採用するのがより好ましい。   The separator layer preferably does not have water permeability (desirably water permeability and air permeability). For example, the separator layer does not allow permeation of water even if one side of the separator layer is brought into contact with water at 25 ° C. for 1 week, and does not allow permeation of helium gas even if helium gas is pressurized on the one side with an internal / external pressure difference of 0.5 atm. . That is, the separator layer is preferably densified with LDH to the extent that it does not have water permeability. However, when a defect having water permeability locally and / or accidentally exists in the functional film, the defect is filled with an appropriate repair agent (for example, epoxy resin) to repair the water impermeability and Gas impermeability may be ensured and such repair agents need not necessarily have hydroxide ion conductivity. In any case, the surface of the separator layer (typically the LDH dense film) preferably has a porosity of 20% or less, more preferably 15% or less, still more preferably 10% or less, and particularly preferably 7%. It is as follows. It means that the lower the porosity of the surface of the separator layer, the higher the density of the separator layer (typically the LDH dense film), which is preferable. Here, the porosity of the surface of the separator layer is adopted because it is easy to measure the porosity using the image processing described below, and the porosity of the surface of the separator layer is determined inside the separator layer. It is because it can be said that the porosity of is generally expressed. That is, if the surface of the separator layer is dense, it can be said that the inside of the separator layer is also dense. In the present invention, the porosity of the surface of the separator layer can be measured as follows by a technique using image processing. That is, 1) An electron microscope (SEM) image (a magnification of 10,000 times or more) of the surface of the separator layer is acquired. 2) A gray scale SEM image is read using image analysis software such as Photoshop (manufactured by Adobe). 3) A black and white binary image is created by the procedure of [Image] → [Color tone correction] → [2 gradation]. 4) The value obtained by dividing the number of pixels occupied by the black portion by the total number of pixels in the image is defined as the porosity (%). The porosity measurement by this image processing is preferably performed for a 6 μm × 6 μm region on the surface of the separator layer. In order to obtain a more objective index, it is obtained for three arbitrarily selected regions. It is more preferable to adopt the average value of the porosity.

層状複水酸化物は複数の板状粒子(すなわちLDH板状粒子)の集合体で構成され、当該複数の板状粒子がそれらの板面が多孔質基材の表面(基材面)と垂直に又は斜めに交差するような向きに配向してなるのが好ましい。この態様は、図5に示されるように、多孔質基材28上にセパレータ層20がLDH緻密膜として形成される場合に特に好ましく実現可能な態様である。もっとも、図6に示されるように、多孔質基材28中(典型的には多孔質基材28の表面及びその近傍の孔内)にLDHが緻密に形成され、それにより多孔質基材28の少なくとも一部がセパレータ層20’を構成する場合においても実現可能である。   The layered double hydroxide is composed of an aggregate of a plurality of plate-like particles (that is, LDH plate-like particles), and the plurality of plate-like particles have their plate surfaces perpendicular to the surface of the porous substrate (substrate surface). It is preferable that they are oriented in such a direction as to cross each other diagonally. As shown in FIG. 5, this embodiment is an embodiment that can be particularly preferably realized when the separator layer 20 is formed as an LDH dense film on the porous substrate 28. However, as shown in FIG. 6, LDH is densely formed in the porous base material 28 (typically in the surface of the porous base material 28 and in the pores in the vicinity thereof), thereby the porous base material 28. This can also be realized when at least a part of the separator layer 20 ′.

すなわち、LDH結晶は図7に示されるような層状構造を持った板状粒子の形態を有することが知られているが、上記垂直又は斜めの配向は、LDH含有セパレータ層(例えばLDH緻密膜)にとって極めて有利な特性である。というのも、配向されたLDH含有セパレータ層(例えば配向LDH緻密膜)には、LDH板状粒子が配向する方向(即ちLDHの層と平行方向)の水酸化物イオン伝導度が、これと垂直方向の伝導度よりも格段に高いという伝導度異方性があるためである。実際、本出願人は、LDHの配向バルク体において、配向方向における伝導度(S/cm)が配向方向と垂直な方向の伝導度(S/cm)と比べて1桁高いとの知見を得ている。すなわち、本態様のLDH含有セパレータ層における上記垂直又は斜めの配向は、LDH配向体が持ちうる伝導度異方性を層厚方向(すなわちセパレータ層又は多孔質基材の表面に対して垂直方向)に最大限または有意に引き出すものであり、その結果、層厚方向への伝導度を最大限又は有意に高めることができる。その上、LDH含有セパレータ層は層形態を有するため、バルク形態のLDHよりも低抵抗を実現することができる。このような配向性を備えたLDH含有セパレータ層は、層厚方向に水酸化物イオンを伝導させやすくなる。その上、緻密化されているため、層厚方向への高い伝導度及び緻密性が望まれるセパレータに極めて適する。   That is, the LDH crystal is known to have the form of a plate-like particle having a layered structure as shown in FIG. 7, but the vertical or oblique orientation is determined by the LDH-containing separator layer (for example, an LDH dense film). This is a very advantageous property for the user. This is because, in an oriented LDH-containing separator layer (for example, an oriented LDH dense film), the hydroxide ion conductivity in the direction in which the LDH plate-like particles are oriented (that is, the direction parallel to the LDH layer) is perpendicular to this. This is because there is a conductivity anisotropy that is much higher than the conductivity in the direction. In fact, the present applicant has obtained knowledge that the conductivity (S / cm) in the alignment direction is one order of magnitude higher than the conductivity (S / cm) in the direction perpendicular to the alignment direction in the LDH oriented bulk body. ing. That is, the vertical or oblique orientation in the LDH-containing separator layer of the present embodiment indicates the conductivity anisotropy that the LDH oriented body can have in the layer thickness direction (that is, the direction perpendicular to the surface of the separator layer or the porous substrate). As a result, the conductivity in the layer thickness direction can be maximized or significantly increased. In addition, since the LDH-containing separator layer has a layer form, lower resistance can be realized than a bulk form LDH. An LDH-containing separator layer having such an orientation is easy to conduct hydroxide ions in the layer thickness direction. In addition, since it is densified, it is extremely suitable for a separator that requires high conductivity and denseness in the layer thickness direction.

特に好ましくは、LDH含有セパレータ層(典型的にはLDH緻密膜)においてLDH板状粒子が垂直方向に高度に配向してなる。この高度な配向は、セパレータ層の表面をX線回折法により測定した場合に、(003)面のピークが検出されないか又は(012)面のピークよりも小さく検出されることで確認可能なものである。但し、(012)面に起因するピークと同位置に回折ピークが観察される多孔質基材を用いた場合には、LDH板状粒子に起因する(012)面のピークを特定できないことから、この限りでない。この特徴的なピーク特性は、セパレータ層を構成するLDH板状粒子がセパレータ層に対して垂直方向に配向していることを示す。ここで、本明細書において「垂直方向」とは厳密な垂直方向のみならずそれに類する略垂直方向を含む概念であることはいうまでもない。すなわち、(003)面のピークは無配向のLDH粉末をX線回折した場合に観察される最も強いピークとして知られている。しかし、配向LDH含有セパレータ層にあっては、LDH板状粒子がセパレータ層に対して垂直方向に配向していることで(003)面のピークが検出されないか又は(012)面のピークよりも小さく検出される。これは次の理由によるものである。すなわち、(003)面が属するc軸方向(00l)面(lは3及び6である)がLDH板状粒子の層状構造と平行な面であるため、このLDH板状粒子がセパレータ層に対して垂直方向に配向しているとLDH層状構造も垂直方向を向くこととなる。その結果、セパレータ層表面をX線回折法により測定した場合に(00l)面(lは3及び6である)のピークが現れないか又は現れにくくなるからである。特に(003)面のピークは、それが存在する場合、(006)面のピークよりも強く出る傾向があるから、(006)面のピークよりも垂直方向の配向の有無を評価しやすいといえる。したがって、配向LDH含有セパレータ層は、(003)面のピークが検出されないか又は(012)面のピークよりも小さく検出されるのが、垂直方向への高度な配向を示唆することから好ましいといえる。   Particularly preferably, the LDH plate-like particles are highly oriented in the vertical direction in the LDH-containing separator layer (typically an LDH dense film). This high degree of orientation can be confirmed if the (003) plane peak is not detected or is smaller than the (012) plane peak when the surface of the separator layer is measured by X-ray diffraction. It is. However, when using a porous substrate in which a diffraction peak is observed at the same position as the peak due to the (012) plane, the peak of the (012) plane due to the LDH plate-like particles cannot be specified. This is not the case. This characteristic peak characteristic indicates that the LDH plate-like particles constituting the separator layer are oriented in a direction perpendicular to the separator layer. Here, it is needless to say that the “vertical direction” in this specification includes not only a strict vertical direction but also a substantially vertical direction similar thereto. That is, the peak on the (003) plane is known as the strongest peak observed when X-ray diffraction is performed on non-oriented LDH powder. However, in the oriented LDH-containing separator layer, the peak of the (003) plane is not detected because the LDH plate-like particles are oriented in the direction perpendicular to the separator layer, or the peak of the (012) plane is not detected. Detected small. This is due to the following reason. That is, since the c-axis direction (00l) plane (l is 3 and 6) to which the (003) plane belongs is a plane parallel to the layered structure of the LDH plate-like particles, the LDH plate-like particles are separated from the separator layer. When oriented in the vertical direction, the LDH layered structure also faces in the vertical direction. As a result, when the surface of the separator layer is measured by the X-ray diffraction method, the peak of the (00l) plane (l is 3 and 6) does not appear or is difficult to appear. In particular, the (003) plane peak tends to be stronger than the (006) plane peak when it exists, so it can be said that it is easier to evaluate the presence of vertical orientation than the (006) plane peak. . Therefore, it can be said that it is preferable that the orientation LDH-containing separator layer does not detect the peak of the (003) plane or detects it smaller than the peak of the (012) plane because it suggests a high degree of orientation in the vertical direction. .

セパレータ層は100μm以下の厚さを有するのが好ましく、より好ましくは75μm以下、さらに好ましくは50μm以下、特に好ましくは25μm以下、最も好ましくは5μm以下である。このように薄いことでセパレータの低抵抗化を実現できる。セパレータ層が多孔質基材上にLDH緻密膜として形成されるのが好ましく、この場合、セパレータ層の厚さはLDH緻密膜の厚さに相当する。また、セパレータ層が多孔質基材中に形成される場合には、セパレータ層の厚さは多孔質基材の少なくとも一部及びLDHからなる複合層の厚さに相当し、セパレータ層が多孔質基材上及び中にまたがって形成される場合にはLDH緻密膜と上記複合層の合計厚さに相当する。いずれにしても、上記のような厚さであると、電池用途等への実用化に適した所望の低抵抗を実現することができる。LDH配向膜の厚さの下限値は用途に応じて異なるため特に限定されないが、セパレータ等の機能膜として望まれるある程度の堅さを確保するためには厚さ1μm以上であるのが好ましく、より好ましくは2μm以上である。   The separator layer preferably has a thickness of 100 μm or less, more preferably 75 μm or less, further preferably 50 μm or less, particularly preferably 25 μm or less, and most preferably 5 μm or less. Thus, the resistance of the separator can be reduced by being thin. The separator layer is preferably formed as an LDH dense film on the porous substrate. In this case, the thickness of the separator layer corresponds to the thickness of the LDH dense film. When the separator layer is formed in the porous substrate, the thickness of the separator layer corresponds to the thickness of the composite layer composed of at least part of the porous substrate and LDH, and the separator layer is porous. When formed over and in the substrate, this corresponds to the total thickness of the LDH dense film and the composite layer. In any case, when the thickness is as described above, a desired low resistance suitable for practical use in battery applications and the like can be realized. The lower limit of the thickness of the LDH alignment film is not particularly limited because it varies depending on the application, but in order to ensure a certain degree of hardness desired as a functional film such as a separator, the thickness is preferably 1 μm or more. Preferably it is 2 micrometers or more.

上述した多孔質基材付きLDHセパレータは、(a)多孔質基材を用意し、(b)所望により、この多孔質基材に、LDHの結晶成長の起点を与えうる起点物質を均一に付着させ、(c)多孔質基材に水熱処理を施してLDH膜を形成させることにより、好ましく製造することができる。   The LDH separator with a porous base material described above is (a) a porous base material is prepared, and (b) a starting material capable of giving a starting point for crystal growth of LDH is uniformly attached to the porous base material, if desired. (C) The porous substrate can be preferably manufactured by subjecting the porous substrate to hydrothermal treatment to form an LDH film.

(a)多孔質基材の用意
多孔質基材は、前述したとおりであり、セラミックス材料、金属材料、及び高分子材料からなる群から選択される少なくとも1種で構成されるのが好ましい。多孔質基材は、セラミックス材料で構成されるのがより好ましい。この場合、セラミックス材料の好ましい例としては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、スピネル、カルシア、コージライト、ゼオライト、ムライト、フェライト、酸化亜鉛、炭化ケイ素、及びそれらの任意の組合せが挙げられる。より好ましくは、アルミナ、ジルコニア、チタニア、及びそれらの任意の組合せであり、特に好ましくはアルミナ、ジルコニア(例えばイットリア安定化ジルコニア(YSZ))、及びその組合せである。金属材料の好ましい例としては、アルミニウム及び亜鉛が挙げられる。高分子材料の好ましい例としては、ポリスチレン、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド、親水化したフッ素樹脂(四フッ素化樹脂:PTFE等)、及びそれらの任意の組合せが挙げられる。これらの多孔質セラミックスを用いるとLDH膜の緻密性を向上しやすい傾向がある。セラミックス材料製の多孔質基材を用いる場合、超音波洗浄、イオン交換水での洗浄等を多孔質基材に施すのが好ましい。
(A) Preparation of porous substrate The porous substrate is as described above, and is preferably composed of at least one selected from the group consisting of ceramic materials, metal materials, and polymer materials. More preferably, the porous substrate is made of a ceramic material. In this case, preferred examples of the ceramic material include alumina, zirconia, titania, magnesia, spinel, calcia, cordierite, zeolite, mullite, ferrite, zinc oxide, silicon carbide, and any combination thereof. More preferred are alumina, zirconia, titania, and any combination thereof, and particularly preferred are alumina, zirconia (eg, yttria stabilized zirconia (YSZ)), and combinations thereof. Preferable examples of the metal material include aluminum and zinc. Preferable examples of the polymer material include polystyrene, polyether sulfone, polypropylene, epoxy resin, polyphenylene sulfide, hydrofluorinated fluororesin (tetrafluorinated resin: PTFE, etc.), and any combination thereof. When these porous ceramics are used, the density of the LDH film tends to be improved. When using a porous substrate made of a ceramic material, it is preferable to subject the porous substrate to ultrasonic cleaning, cleaning with ion exchange water, and the like.

上述のとおり、多孔質基材は、セラミックス材料で構成されるのがより好ましい。セラミックス材料製の多孔質基材は、市販品であってもよいし、公知の手法に従って作製したものであってもよく、特に限定されない。例えば、セラミックス粉末、メチルセルロース、及びイオン交換水を所望の配合比で混練し、得られた混練物を押出成形に付し、得られた成形体を70〜200℃で10〜40時間乾燥した後、900〜1300℃で1〜5時間焼成することによりセラミックス材料製の多孔質基材を作製することができる。この場合、セラミックス粉末の例としては、ジルコニア粉末、ベーマイト粉末、チタニア粉末等が挙げられる。メチルセルロースの配合割合はセラミックス粉末100重量部に対して、1〜20重量部とするのが好ましい。また、イオン交換水の配合割合はセラミックス粉末100重量部に対して、10〜100重量部とするのが好ましい。   As described above, the porous substrate is more preferably composed of a ceramic material. The porous substrate made of a ceramic material may be a commercially available product or may be prepared according to a known technique, and is not particularly limited. For example, after kneading ceramic powder, methylcellulose, and ion-exchanged water at a desired blending ratio, subjecting the obtained kneaded product to extrusion molding, and drying the obtained molded body at 70 to 200 ° C. for 10 to 40 hours A porous substrate made of a ceramic material can be produced by firing at 900 to 1300 ° C. for 1 to 5 hours. In this case, examples of the ceramic powder include zirconia powder, boehmite powder, and titania powder. The blending ratio of methylcellulose is preferably 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic powder. Further, the blending ratio of the ion exchange water is preferably 10 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic powder.

(b)起点物質の付着
所望により、多孔質基材に、LDHの結晶成長の起点を与えうる起点物質を均一に付着させてもよい。このように起点物質を多孔質基材の表面に均一に付着させた後に、後続の工程(c)を行うことで、多孔質基材の表面に、高度に緻密化されたLDH膜をムラなく均一に形成することができる。このような起点の好ましい例としては、LDHの層間に入りうる陰イオンを与える化学種、LDHの構成要素となりうる陽イオンを与える化学種、又はLDHが挙げられる。
(B) Attachment of starting material If desired, a starting material that can provide a starting point for crystal growth of LDH may be uniformly attached to the porous substrate. After the starting material is uniformly attached to the surface of the porous substrate in this way, the subsequent step (c) is performed, so that a highly densified LDH film can be uniformly formed on the surface of the porous substrate. It can be formed uniformly. Preferable examples of such an origin include a chemical species that provides an anion that can enter between the layers of LDH, a chemical species that provides a cation that can be a constituent element of LDH, or LDH.

(i)陰イオンを与える化学種
LDHの結晶成長の起点は、LDHの層間に入りうる陰イオンを与える化学種であることができる。このような陰イオンの例としては、CO 2−、OH、SO 、SO 2−、SO 2−、NO 、Cl、Br、及びこれらの任意の組合せが挙げられる。したがって、このような起点を与えうる起点物質を、起点物質の種類に応じた適切な手法で均一に多孔質基材の表面に付着させればよい。表面に陰イオンを与える化学種が付与されることで、Mg2+、Al3+等の金属陽イオンが多孔質基材の表面に吸着してLDHの核が生成しうる。このため、後続の工程(c)を行うことで、多孔質基材の表面に、高度に緻密化されたLDH膜をムラなく均一に形成することができる。
(I) Chemical species that provide anions The starting point of crystal growth of LDH can be a chemical species that provides anions that can enter between layers of LDH. Examples of such anions include CO 3 2− , OH , SO 3 , SO 3 2− , SO 4 2− , NO 3 , Cl , Br , and any combination thereof. It is done. Therefore, the starting material that can provide such a starting point may be uniformly attached to the surface of the porous substrate by an appropriate method according to the type of the starting material. By applying a chemical species that gives an anion to the surface, metal cations such as Mg 2+ and Al 3+ can be adsorbed on the surface of the porous substrate to generate LDH nuclei. Therefore, by performing the subsequent step (c), a highly densified LDH film can be uniformly formed on the surface of the porous substrate without unevenness.

本発明の好ましい態様によれば、起点物質の付着を、多孔質基材の表面にポリマーを付着させた後、このポリマーに陰イオンを与える化学種を導入することにより行うことができる。この態様においては、陰イオンはSO 、SO 2−及び/又はSO 2−であるのが好ましく、このような陰イオンを与える化学種のポリマーへの導入がスルホン化処理により行われるのが好ましい。使用可能なポリマーはアニオン化(特にスルホン化)可能なポリマーであり、そのようなポリマーの例として、ポリスチレン、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド、及びそれらの任意の組合せが挙げられる。特に、芳香族系ポリマーがアニオン化(特にスルホン化)しやすい点で好ましく、そのような芳香族系ポリマーの例としては、ポリスチレン、ポリエーテルサルフォン、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド、及びそれらの任意の組合せが挙げられる。最も好ましいポリマーはポリスチレンである。多孔質基材へのポリマーの付着は、ポリマーを溶解させた溶液(以下、ポリマー溶液という)を多孔質基材の表面(好ましくは多孔質基材の板状概形の最表面を構成する粒子)に塗布することにより行われるのが好ましい。ポリマー溶液は、例えば、ポリマー固形物(例えばポリスチレン基板)を有機溶媒(例えばキシレン溶液)に溶解することにより容易に作製することができる。ポリマー溶液は多孔質基材の内部にまで浸透させないようにするのが、均一な塗布を実現しやすい点で好ましい。この点、ポリマー溶液の付着ないし塗布はスピンコートにより行うのが極めて均一に塗布できる点で好ましい。スピンコートの条件は特に限定されないが、例えば1000〜10000rpmの回転数で、滴下と乾燥を含めて60〜300秒間程度行えばよい。一方、スルホン化処理は、ポリマーを付着させた多孔質基材を、硫酸(例えば濃硫酸)、発煙硫酸、クロロスルホン酸、無水硫酸等のスルホン化可能な酸に浸漬すればよく、他のスルホン化技術を用いてもよい。スルホン化可能な酸への浸漬は室温又は高温(例えば50〜150℃)で行えばよく、浸漬時間は特に限定されないが、例えば1〜14日間である。According to a preferred embodiment of the present invention, the starting material can be attached by attaching a polymer to the surface of the porous substrate and then introducing a chemical species that gives an anion to the polymer. In this embodiment, the anion is preferably SO 3 , SO 3 2− and / or SO 4 2− , and introduction of a chemical species giving such an anion into the polymer is performed by sulfonation treatment. Is preferred. Polymers that can be used are anionizable (especially sulfonated) polymers, examples of such polymers include polystyrene, polyethersulfone, polypropylene, epoxy resins, polyphenylene sulfide, and any combination thereof. . In particular, the aromatic polymer is preferable in that it is easily anionized (particularly sulfonated). Examples of such aromatic polymer include polystyrene, polyethersulfone, epoxy resin, polyphenylene sulfide, and any of them. Combinations are mentioned. The most preferred polymer is polystyrene. The adhesion of the polymer to the porous substrate is performed by using a solution in which the polymer is dissolved (hereinafter referred to as a polymer solution) as the surface of the porous substrate (preferably, the outermost surface of the plate-like outline of the porous substrate). ) Is preferably applied by coating. The polymer solution can be easily prepared, for example, by dissolving a polymer solid (for example, a polystyrene substrate) in an organic solvent (for example, a xylene solution). It is preferable to prevent the polymer solution from penetrating into the porous substrate because it is easy to achieve uniform coating. In this respect, the polymer solution is preferably attached or applied by spin coating because it can be applied uniformly. The spin coating conditions are not particularly limited. For example, the spin coating may be performed at a rotational speed of 1000 to 10000 rpm for about 60 to 300 seconds including dripping and drying. On the other hand, the sulfonation treatment may be performed by immersing the porous substrate to which the polymer is attached in a sulfonateable acid such as sulfuric acid (for example, concentrated sulfuric acid), fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, and sulfuric anhydride. Alternatively, the technology may be used. The immersion in the sulfonateable acid may be performed at room temperature or high temperature (for example, 50 to 150 ° C.), and the immersion time is not particularly limited, but is, for example, 1 to 14 days.

本発明の別の好ましい態様によれば、起点物質の付着を、陰イオンを与える化学種を親水基として含む界面活性剤で多孔質基材の表面を処理することにより行うことができる。この場合、陰イオンがSO 、SO 2−及び/又はSO 2−であるのが好ましい。そのような界面活性剤の典型的な例として、陰イオン界面活性剤が挙げられる。陰イオン界面活性剤の好ましい例としては、スルホン酸型陰イオン界面活性剤、硫酸エステル型陰イオン界面活性剤、及びそれらの任意の組合せが挙げられる。スルホン酸型陰イオン界面活性剤の例としては、ナフタレンスルホン酸Naホルマリン縮合物、ポリオキシエチレンスルホコハク酸アルキル2Na、ポリスチレンスルホン酸Na、ジオクチルスルホコハク酸Na、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸トリエタノールアミンが挙げられる。硫酸エステル型陰イオン界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸エステルNaが挙げられる。多孔質基材の界面活性剤での処理は、多孔質基材の表面に界面活性剤を付着させることができる手法であれば特に限定されず、界面活性剤を含む溶液を多孔質基材に塗布する、又は界面活性剤を含む溶液に多孔質基材を浸漬することにより行えばよい。界面活性剤を含む溶液への多孔質基材の浸漬は、溶液を撹拌しながら室温又は高温(例えば40〜80℃)で行えばよく、浸漬時間は特に限定されないが、例えば1〜7日間である。According to another preferred embodiment of the present invention, the starting material can be attached by treating the surface of the porous substrate with a surfactant containing a chemical species that gives an anion as a hydrophilic group. In this case, the anion is preferably SO 3 , SO 3 2− and / or SO 4 2− . A typical example of such a surfactant is an anionic surfactant. Preferred examples of the anionic surfactant include a sulfonic acid type anionic surfactant, a sulfate type anionic surfactant, and any combination thereof. Examples of the sulfonic acid type anionic surfactant include naphthalenesulfonic acid Na formalin condensate, polyoxyethylene sulfosuccinic acid alkyl 2Na, polystyrene sulfonic acid Na, dioctyl sulfosuccinic acid Na, polyoxyethylene lauryl ether sulfate triethanolamine. It is done. Examples of the sulfate ester type anionic surfactant include polyoxyethylene lauryl ether sulfate Na. The treatment of the porous substrate with the surfactant is not particularly limited as long as it is a technique capable of attaching the surfactant to the surface of the porous substrate, and a solution containing the surfactant is applied to the porous substrate. What is necessary is just to apply | coat or immerse a porous base material in the solution containing surfactant. The porous substrate may be immersed in the solution containing the surfactant while stirring the solution at room temperature or high temperature (for example, 40 to 80 ° C.), and the immersion time is not particularly limited, but for example, 1 to 7 days. is there.

(ii)陽イオンを与える化学種
LDHの結晶成長の起点は、層状複水酸化物の構成要素となりうる陽イオンを与える化学種であることができる。このような陽イオンの好ましい例としては、Al3+が挙げられる。この場合、起点物質が、アルミニウムの酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物及びヒドロキシ錯体からなる群から選択される少なくとも1種のアルミニウム化合物であるのが好ましい。したがって、このような起点を与えうる起点物質を起点物質の種類に応じた適切な手法で均一に多孔質部材の表面に付着させればよい。表面に陽イオンを与える化学種が付与されることで、LDHの層間に入りうる陰イオンが多孔質基材の表面に吸着してLDHの核が生成しうる。このため、後続の工程(c)を行うことで、多孔質基材の表面に、高度に緻密化されたLDH膜をムラなく均一に形成することができる。
(Ii) Chemical species that provide cations The starting point of LDH crystal growth can be a chemical species that provides cations that can be a component of the layered double hydroxide. A preferred example of such a cation is Al 3+ . In this case, the starting material is preferably at least one aluminum compound selected from the group consisting of aluminum oxides, hydroxides, oxyhydroxides, and hydroxy complexes. Therefore, the starting material that can provide such a starting point may be uniformly attached to the surface of the porous member by an appropriate method according to the type of the starting material. By imparting a chemical species that gives a cation to the surface, an anion that can enter between the layers of LDH can be adsorbed on the surface of the porous substrate to generate LDH nuclei. Therefore, by performing the subsequent step (c), a highly densified LDH film can be uniformly formed on the surface of the porous substrate without unevenness.

本発明の好ましい態様によれば、起点物質の付着を、多孔質部材にアルミニウム化合物を含むゾルを塗布することにより行うことができる。この場合、好ましいアルミニウム化合物の例として、ベーマイト(AlOOH)、水酸化アルミニウム(Al(OH))、及び非晶質アルミナが挙げられるが、ベーマイトが最も好ましい。アルミニウム化合物を含むゾルの塗布はスピンコートにより行うのが極めて均一に塗布できる点で好ましい。スピンコートの条件は特に限定されないが、例えば1000〜10000rpmの回転数で、滴下と乾燥を含めて60〜300秒間程度行えばよい。According to a preferred aspect of the present invention, the starting material can be attached by applying a sol containing an aluminum compound to the porous member. In this case, examples of preferred aluminum compounds include boehmite (AlOOH), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), and amorphous alumina, with boehmite being most preferred. The application of the sol containing the aluminum compound is preferably performed by spin coating because it can be applied uniformly. The spin coating conditions are not particularly limited. For example, the spin coating may be performed at a rotational speed of 1000 to 10000 rpm for about 60 to 300 seconds including dripping and drying.

本発明の別の好ましい態様によれば、起点物質の付着を、少なくともアルミニウムを含む水溶液中で、多孔質基材に水熱処理を施して多孔質基材の表面にアルミニウム化合物を形成させることにより行うことができる。多孔質基材の表面に形成させるアルミニウム化合物は好ましくはAl(OH)である。特に、多孔質基材(特にセラミックス製多孔質基材)上のLDH膜は成長初期段階で結晶質及び/又は非晶質Al(OH)が生成する傾向があり、これを核としてLDHが成長しうる。そこで、このAl(OH)を予め水熱処理により多孔質基材の表面に均一に付着させた後に、同じく水熱処理を伴う工程(c)を行うことで、多孔質基材の表面に、高度に緻密化されたLDH膜をムラなく均一に形成することができる。本態様においては、工程(b)及び後続の工程(c)を同一の密閉容器内で連続的に行ってもよいし、工程(b)及び後続の工程(c)をこの順で別々に行ってもよい。According to another preferred embodiment of the present invention, the starting material is adhered by subjecting the porous substrate to hydrothermal treatment in an aqueous solution containing at least aluminum to form an aluminum compound on the surface of the porous substrate. be able to. The aluminum compound formed on the surface of the porous substrate is preferably Al (OH) 3 . In particular, LDH films on porous substrates (especially ceramic porous substrates) tend to produce crystalline and / or amorphous Al (OH) 3 in the initial stage of growth. Can grow. Therefore, after the Al (OH) 3 is uniformly attached to the surface of the porous substrate by hydrothermal treatment in advance, the step (c) that also involves hydrothermal treatment is performed, The LDH film can be uniformly formed without unevenness. In this embodiment, the step (b) and the subsequent step (c) may be performed continuously in the same sealed container, or the step (b) and the subsequent step (c) are performed separately in this order. May be.

工程(b)及び工程(c)を同一の密閉容器内で連続的に行う場合には、後述する工程(c)で用いる原料水溶液(すなわちLDHの構成元素を含む水溶液)をそのまま工程(b)に用いることができる。この場合であっても、工程(b)における水熱処理を密閉容器(好ましくはオートクレーブ)中、酸性ないし中性のpH域(好ましくはpH5.5〜7.0)にて50〜70℃という比較的低温域で行うことにより、LDHではなく、Al(OH)の核形成を促すことができる。また、Al(OH)の核形成後、核形成温度での保持又は昇温により、尿素の加水分解が進むことで原料水溶液のpHが上昇していくため、LDHの成長に適したpH域(好ましくはpH7.0超)で工程(c)にスムーズに移行することができる。When the step (b) and the step (c) are continuously performed in the same sealed container, the raw material aqueous solution (that is, the aqueous solution containing the constituent elements of LDH) used in the step (c) described later is used as it is in the step (b). Can be used. Even in this case, the hydrothermal treatment in the step (b) is compared with 50 to 70 ° C. in an acidic or neutral pH range (preferably pH 5.5 to 7.0) in an airtight container (preferably an autoclave). By performing in a low temperature range, it is possible to promote nucleation of Al (OH) 3 instead of LDH. In addition, after the nucleation of Al (OH) 3 , the pH of the raw material aqueous solution rises due to the hydrolysis of urea by holding or raising the temperature at the nucleation temperature, and therefore a pH range suitable for LDH growth. It is possible to smoothly shift to step (c) at (preferably more than pH 7.0).

一方、工程(b)及び工程(c)をこの順で別々に行う場合には、工程(b)と工程(c)とで異なる原料水溶液を用いるのが好ましい。例えば、工程(b)では、Al源を主として含む(好ましくは他の金属元素を含まない)原料水溶液を用いてAl(OH)の核形成を行うのが好ましい。この場合、工程(b)における水熱処理を工程(c)とは別の密閉容器(好ましくはオートクレーブ)中、50〜120℃で行えばよい。Al源を主として含む原料水溶液の好ましい例としては、硝酸アルミニウムと尿素を含み、マグネシウム化合物(例えば硝酸マグネシウム)を含まない水溶液が挙げられる。Mgを含まない原料水溶液を用いることでLDHの析出を回避してAl(OH)の核形成を促すことができる。On the other hand, when the step (b) and the step (c) are separately performed in this order, it is preferable to use different raw material aqueous solutions in the step (b) and the step (c). For example, in step (b), it is preferable to nucleate Al (OH) 3 using a raw material aqueous solution mainly containing an Al source (preferably not containing other metal elements). In this case, the hydrothermal treatment in the step (b) may be performed at 50 to 120 ° C. in a closed container (preferably an autoclave) different from the step (c). Preferable examples of the raw material aqueous solution mainly containing an Al source include an aqueous solution containing aluminum nitrate and urea and not containing a magnesium compound (for example, magnesium nitrate). By using a raw material aqueous solution not containing Mg, precipitation of LDH can be avoided and nucleation of Al (OH) 3 can be promoted.

本発明の更に別の好ましい態様によれば、起点物質の付着を、多孔質基材の表面にアルミニウムを蒸着した後に、水溶液中で、該アルミニウムを水熱処理によりアルミニウム化合物に変換することにより行うことができる。このアルミニウム化合物は好ましくはAl(OH)である。特に、Al(OH)に変換することで、これを核としてLDHの成長を促進させることができる。そこで、このAl(OH)を水熱処理により多孔質基材の表面に均一に形成させた後に、同じく水熱処理を伴う工程(c)を行うことで、多孔質基材の表面に、高度に緻密化されたLDH膜をムラなく均一に形成することができる。アルミニウムの蒸着は物理蒸着及び化学蒸着のいずれであってもよいが、真空蒸着等の物理蒸着が好ましい。また、アルミニウムの変換のための水熱処理に用いる水溶液は、既に蒸着により与えられているAlと反応してAl(OH)を生成可能な組成であればよく、特に限定されない。According to still another preferred embodiment of the present invention, the starting material is adhered by depositing aluminum on the surface of the porous substrate and then converting the aluminum into an aluminum compound by hydrothermal treatment in an aqueous solution. Can do. This aluminum compound is preferably Al (OH) 3 . In particular, by converting to Al (OH) 3 , the growth of LDH can be promoted using this as a nucleus. Therefore, after the Al (OH) 3 is uniformly formed on the surface of the porous base material by hydrothermal treatment, the same process (c) accompanied by hydrothermal treatment is carried out. A densified LDH film can be uniformly formed without unevenness. Aluminum may be deposited by physical vapor deposition or chemical vapor deposition, but physical vapor deposition such as vacuum vapor deposition is preferred. Moreover, the aqueous solution used for the hydrothermal treatment for aluminum conversion should just be a composition which can react with Al already provided by vapor deposition and can produce | generate Al (OH) 3, and is not specifically limited.

(iii)起点としてのLDH
結晶成長の起点は、LDHであることができる。この場合、LDHの核を起点としてLDHの成長を促すことができる。そこで、このLDHの核を多孔質基材の表面に均一に付着させた後に、後続の工程(c)を行うことで、多孔質基材の表面に、高度に緻密化されたLDH膜をムラなく均一に形成することができる。
(Iii) LDH as a starting point
The starting point for crystal growth can be LDH. In this case, the growth of LDH can be promoted starting from the nucleus of LDH. Therefore, after the LDH nuclei are uniformly attached to the surface of the porous base material, the subsequent step (c) is performed to unevenly disperse the highly densified LDH film on the surface of the porous base material. And can be formed uniformly.

本発明の好ましい態様によれば、起点物質の付着を、LDHを含むゾルを多孔質部材の表面に塗布することにより行うことができる。LDHを含むゾルは、LDHを水等の溶媒に分散させて作製したものであってよく、特に限定されない。この場合、塗布はスピンコートにより行われるのが好ましい。スピンコートにより行うのが極めて均一に塗布できる点で好ましい。スピンコートの条件は特に限定されないが、例えば1000〜10000rpmの回転数で、滴下と乾燥を含めて60〜300秒間程度行えばよい。   According to a preferred aspect of the present invention, the starting material can be attached by applying a sol containing LDH to the surface of the porous member. The sol containing LDH may be prepared by dispersing LDH in a solvent such as water, and is not particularly limited. In this case, the application is preferably performed by spin coating. Spin coating is preferred because it can be applied very uniformly. The spin coating conditions are not particularly limited. For example, the spin coating may be performed at a rotational speed of 1000 to 10000 rpm for about 60 to 300 seconds including dripping and drying.

本発明の別の好ましい態様によれば、起点物質の付着を、多孔質基材の表面にアルミニウムを蒸着した後に、アルミニウム以外のLDHの構成元素を含む水溶液中で、(蒸着された)アルミニウムを水熱処理によりLDHに変換することにより行うことができる。アルミニウムの蒸着は物理蒸着及び化学蒸着のいずれであってもよいが、真空蒸着等の物理蒸着が好ましい。また、アルミニウムの変換のための水熱処理に用いる原料水溶液は、既に蒸着により与えられているAl以外の成分を含む水溶液を用いて行えばよい。そのような原料水溶液の好ましい例として、Mg源を主として含む原料水溶液が挙げられ、より好ましくは、硝酸マグネシウムと尿素を含み、アルミニウム化合物(硝酸アルミニウム)を含まない水溶液が挙げられる。Mg源を含むことで、既に蒸着により与えられているAlとともにLDHの核を形成することができる。   According to another preferred embodiment of the present invention, the deposition of the starting material is performed by depositing aluminum (deposited) in an aqueous solution containing a constituent element of LDH other than aluminum after depositing aluminum on the surface of the porous substrate. It can be performed by converting to LDH by hydrothermal treatment. Aluminum may be deposited by physical vapor deposition or chemical vapor deposition, but physical vapor deposition such as vacuum vapor deposition is preferred. Moreover, the raw material aqueous solution used for the hydrothermal treatment for the conversion of aluminum may be performed using an aqueous solution containing a component other than Al already provided by vapor deposition. A preferable example of such a raw material aqueous solution is a raw material aqueous solution mainly containing a Mg source, and more preferably, an aqueous solution containing magnesium nitrate and urea and not containing an aluminum compound (aluminum nitrate). By including the Mg source, the nuclei of LDH can be formed together with Al already provided by vapor deposition.

(c)水熱処理
LDHの構成元素を含む原料水溶液中で、多孔質基材(所望により起点物質が付着されうる)に水熱処理を施して、LDH膜を多孔質基材の表面に形成させる。好ましい原料水溶液は、マグネシウムイオン(Mg2+)及びアルミニウムイオン(Al3+)を所定の合計濃度で含み、かつ、尿素を含む。尿素が存在することで尿素の加水分解を利用してアンモニアが溶液中に発生することによりpH値が上昇し(例えばpH7.0超、好ましくは7.0を超え8.5以下)、共存する金属イオンが水酸化物を形成することによりLDHを得ることができる。また、加水分解に二酸化炭素の発生を伴うため、陰イオンが炭酸イオン型のLDHを得ることができる。原料水溶液に含まれるマグネシウムイオン及びアルミニウムイオンの合計濃度(Mg2++Al3+)は0.20〜0.40mol/Lが好ましく、より好ましくは0.22〜0.38mol/Lであり、さらに好ましくは0.24〜0.36mol/L、特に好ましくは0.26〜0.34mol/Lである。このような範囲内の濃度であると核生成と結晶成長をバランスよく進行させることができ、配向性のみならず緻密性にも優れたLDH膜を得ることが可能となる。すなわち、マグネシウムイオン及びアルミニウムイオンの合計濃度が低いと核生成に比べて結晶成長が支配的となり、粒子数が減少して粒子サイズが増大する一方、この合計濃度が高いと結晶成長に比べて核生成が支配的となり、粒子数が増大して粒子サイズが減少するものと考えられる。
(C) Hydrothermal treatment A hydrothermal treatment is performed on a porous substrate (a starting material can be attached if desired) in a raw material aqueous solution containing a constituent element of LDH to form an LDH film on the surface of the porous substrate. A preferable raw material aqueous solution contains magnesium ions (Mg 2+ ) and aluminum ions (Al 3+ ) at a predetermined total concentration, and contains urea. Due to the presence of urea, ammonia is generated in the solution by utilizing hydrolysis of urea, so that the pH value rises (for example, more than pH 7.0, preferably more than 7.0 and less than 8.5) and coexists. LDH can be obtained when metal ions form hydroxides. Further, since carbon dioxide is generated in the hydrolysis, LDH in which the anion is carbonate ion type can be obtained. The total concentration (Mg 2+ + Al 3+ ) of magnesium ions and aluminum ions contained in the raw material aqueous solution is preferably 0.20 to 0.40 mol / L, more preferably 0.22 to 0.38 mol / L, still more preferably 0.24 to 0.36 mol / L, particularly preferably 0.26 to 0.34 mol / L. When the concentration is within such a range, nucleation and crystal growth can proceed in a balanced manner, and an LDH film excellent not only in orientation but also in denseness can be obtained. That is, when the total concentration of magnesium ions and aluminum ions is low, crystal growth becomes dominant compared to nucleation, and the number of particles decreases and particle size increases. It is considered that the generation becomes dominant, the number of particles increases, and the particle size decreases.

好ましくは、原料水溶液に硝酸マグネシウム及び硝酸アルミニウムが溶解されており、それにより原料水溶液がマグネシウムイオン及びアルミニウムイオンに加えて硝酸イオンを含む。そして、この場合、原料水溶液における、尿素の硝酸イオン(NO )に対するモル比(尿素/NO )が、2〜6が好ましく、より好ましくは4〜5である。Preferably, magnesium nitrate and aluminum nitrate are dissolved in the raw material aqueous solution, whereby the raw material aqueous solution contains nitrate ions in addition to magnesium ions and aluminum ions. In this case, the molar ratio (urea / NO 3 ) of urea to nitrate ions (NO 3 ) in the raw material aqueous solution is preferably 2 to 6, and more preferably 4 to 5.

多孔質基材は原料水溶液に所望の向きで(例えば水平又は垂直に)浸漬させればよい。多孔質基材を水平に保持する場合は、吊るす、浮かせる、容器の底に接するように多孔質基材を配置すればよく、例えば、容器の底から原料水溶液中に浮かせた状態で多孔質基材を固定としてもよい。多孔質基材を垂直に保持する場合は、容器の底に多孔質基材を垂直に設置できるような冶具を置けばよい。いずれにしても、多孔質基材にLDHを垂直方向又はそれに近い方向(すなわちLDH板状粒子がそれらの板面が多孔質基材の表面(基材面)と垂直に又は斜めに交差するような向きに)に成長させる構成ないし配置とするのが好ましい。   The porous substrate may be immersed in the raw material aqueous solution in a desired direction (for example, horizontally or vertically). When the porous substrate is held horizontally, the porous substrate may be suspended, floated, or disposed so as to be in contact with the bottom of the container. For example, the porous substrate is suspended from the bottom of the container in the raw material aqueous solution. The material may be fixed. When the porous substrate is held vertically, a jig that can set the porous substrate vertically on the bottom of the container may be placed. In any case, the LDH is perpendicular to or close to the porous substrate (that is, the LDH plate-like particles are such that their plate surfaces intersect the surface (substrate surface) of the porous substrate perpendicularly or obliquely. It is preferable to adopt a configuration or arrangement in which the growth is performed in any direction.

原料水溶液中で、多孔質基材に水熱処理を施して、LDH膜を多孔質基材の表面に形成させる。この水熱処理は密閉容器(好ましくはオートクレーブ)の中、60〜150℃で行われるのが好ましく、より好ましくは65〜120℃であり、さらに好ましくは65〜100℃であり、特に好ましくは70〜90℃である。水熱処理の上限温度は多孔質基材(例えば高分子基材)が熱で変形しない程度の温度を選択すればよい。水熱処理時の昇温速度は特に限定されず、例えば10〜200℃/hであってよいが、好ましくは100〜200℃/hである、より好ましくは100〜150℃/hである。水熱処理の時間はLDH膜の目的とする密度と厚さに応じて適宜決定すればよい。   In the raw material aqueous solution, the porous substrate is subjected to hydrothermal treatment to form an LDH film on the surface of the porous substrate. This hydrothermal treatment is preferably carried out in a sealed container (preferably an autoclave) at 60 to 150 ° C., more preferably 65 to 120 ° C., further preferably 65 to 100 ° C., particularly preferably 70 to 90 ° C. The upper limit temperature of the hydrothermal treatment may be selected so that the porous substrate (for example, the polymer substrate) is not deformed by heat. The rate of temperature increase during the hydrothermal treatment is not particularly limited and may be, for example, 10 to 200 ° C./h, preferably 100 to 200 ° C./h, more preferably 100 to 150 ° C./h. The hydrothermal treatment time may be appropriately determined according to the target density and thickness of the LDH film.

水熱処理後、密閉容器から多孔質基材を取り出し、イオン交換水で洗浄するのが好ましい。   After the hydrothermal treatment, the porous substrate is preferably taken out from the sealed container and washed with ion exchange water.

上記のようにして製造されたLDH膜は、LDH板状粒子が高度に緻密化したものであり、しかも伝導に有利な垂直方向に配向したものである。すなわち、LDH膜は、典型的には、高度な緻密性に起因して透水性(望ましくは透水性及び通気性)を有しない。また、LDH膜を構成するLDHが複数の板状粒子の集合体で構成され、該複数の板状粒子がそれらの板面が多孔質基材の表面と垂直に又は斜めに交差するような向きに配向してなるのが典型的である。したがって、十分なガスタイト性を有する緻密性を有するLDH膜を亜鉛空気電池等の電池に用いた場合、発電性能の向上が見込めると共に、従来適用できなかった電解液を用いる亜鉛空気電池の二次電池化の大きな障壁となっている亜鉛デンドライト進展阻止及び二酸化炭素侵入防止用セパレータ等への新たな適用が期待される。また、同様に亜鉛デンドライト進展が実用化の大きな障壁となっているニッケル亜鉛電池にも適用が期待される。   The LDH film produced as described above is one in which LDH plate-like particles are highly densified and are oriented in the vertical direction advantageous for conduction. That is, the LDH film typically does not have water permeability (desirably water permeability and air permeability) due to high density. Further, the LDH constituting the LDH film is composed of an aggregate of a plurality of plate-like particles, and the plurality of plate-like particles are oriented so that their plate surfaces perpendicularly or obliquely intersect the surface of the porous substrate. Typically, it is oriented in the direction. Accordingly, when an LDH film having sufficient gas tightness and a dense LDH film is used for a battery such as a zinc-air battery, an improvement in power generation performance can be expected, and a secondary battery for a zinc-air battery using an electrolyte that has not been conventionally applicable It is expected to be applied to new separators such as zinc dendrite progress barriers and carbon dioxide intrusion separators, which have become major barriers to chemical conversion. Similarly, it is expected to be applied to a nickel-zinc battery in which the progress of zinc dendrite is a major barrier to practical use.

ところで、上記製造方法により得られるLDH膜は多孔質基材の両面に形成されうる。このため、LDH膜をセパレータとして好適に使用可能な形態とするためには、成膜後に多孔質基材の片面のLDH膜を機械的に削るか、あるいは成膜時に片面にはLDH膜が成膜できないような措置を講ずるのが望ましい。   By the way, the LDH film obtained by the above production method can be formed on both surfaces of the porous substrate. For this reason, in order to make the LDH film suitable for use as a separator, the LDH film on one side of the porous substrate is mechanically scraped after film formation, or the LDH film is formed on one side during film formation. It is desirable to take measures that prevent film formation.

本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。   The present invention is more specifically described by the following examples.

例1(比較):保液空間を有しない電極積層体を用いたニッケル亜鉛電池
正極を構成する電極層4として15mm×15mm平方で厚さ0.6mmのNiOOH含有正極板を4枚用意した。また、負極16としてZnO含有負極板を用意した。図8に示されるように、ABS樹脂製の容器22内に4枚の電極層4(正極層)を互いに接触させて正極積層体3として配置する一方、容器22内の正極積層体3と離れた位置に負極16を配置した。また、多孔質基材28付きセパレータ20(LDH緻密膜)で正極積層体3及び負極16の間を確実に仕切った。この多孔質基材28付きセパレータ層20は後述する例3の手順に従って作製されたものである。容器22内には電解液15として6MのKOH水溶液を入れ、正極積層体3及び負極16をこの電解液15に浸漬させた。正極積層体3及び負極16に端子をそれぞれ設けた。こうして組み立てられたニッケル亜鉛電池に対して、以下に示される条件で充放電試験を行ったところ、図9に示される放電特性が得られた。
<サイクル条件>
‐ サイクル数:1
‐ モード:CC(定電流)
<充電条件>
‐ 電流密度:2.5mA/cm
‐ カットオフ:2.2V又は240mAh
<放電条件>
‐ 電流密度:25mA/cm
‐ カットオフ:0.9V
Example 1 (Comparison): Nickel-zinc battery using an electrode laminate having no liquid retention space As the electrode layer 4 constituting the positive electrode, four 15 mm × 15 mm square and 0.6 mm thick NiOOH-containing positive electrode plates were prepared. In addition, a ZnO-containing negative electrode plate was prepared as the negative electrode 16. As shown in FIG. 8, four electrode layers 4 (positive electrode layers) are placed in contact with each other in an ABS resin container 22 and arranged as a positive electrode stack 3, while being separated from the positive electrode stack 3 in the container 22. The negative electrode 16 was arranged at the position. Further, the positive electrode laminate 3 and the negative electrode 16 were reliably partitioned by the separator 20 with a porous substrate 28 (LDH dense film). The separator layer 20 with the porous substrate 28 is produced according to the procedure of Example 3 described later. In the container 22, a 6M KOH aqueous solution was put as the electrolytic solution 15, and the positive electrode laminate 3 and the negative electrode 16 were immersed in the electrolytic solution 15. Terminals were provided on each of the positive electrode laminate 3 and the negative electrode 16. When the charge / discharge test was performed on the nickel zinc battery thus assembled under the following conditions, the discharge characteristics shown in FIG. 9 were obtained.
<Cycle conditions>
-Number of cycles: 1
-Mode: CC (constant current)
<Charging conditions>
-Current density: 2.5 mA / cm 2
-Cut-off: 2.2V or 240mAh
<Discharge conditions>
-Current density: 25 mA / cm 2
-Cut-off: 0.9V

例2:保液空間を備えた電極積層体を用いたニッケル亜鉛電池
図1に示されるように電極層4である4枚のNiOOH含有正極板を互いに0.1mm離間させて保液空間6を形成し、電極層4同士の間及び両端の電極層4の外側に保液部材8として合計6枚の不織布(製品名:親水性ポリオレフィン、日本バイリーン社製、材質:ポリオレフィン、1枚の厚さ0.1mm)を設けた。上記以外は、例1と同様にして、ニッケル亜鉛電池の作製及び評価を行った。こうして作製された電極積層体2の厚さは4.0mmであった。結果は図9に示されるとおりであった。
Example 2 : Nickel-zinc battery using an electrode laminate having a liquid retention space As shown in FIG. 1, four NiOOH-containing positive plates that are electrode layers 4 are separated from each other by 0.1 mm to form a liquid retention space 6. A total of 6 non-woven fabrics (product name: hydrophilic polyolefin, manufactured by Nippon Vilene Co., Ltd., material: polyolefin, thickness of 1 sheet) between the electrode layers 4 and outside the electrode layers 4 at both ends as the liquid retaining member 8 0.1 mm). A nickel zinc battery was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except for the above. The thickness of the electrode laminate 2 produced in this way was 4.0 mm. The result was as shown in FIG.

図9に示される結果から、保液空間6を備えた電極積層体2を正極として用いることで、保液空間6を有しない正極積層体3を用いた例1の電池と比べて、より優れた放電特性が得られたことが分かる。また、積層容量に対して取り出すことができる放電容量率(すなわち正極板4枚分の容量に対する割合)は例1(保液空間あり)の場合には40%であったのに対し、例2(保液空間なし)の場合には78%と有意に高かった。   From the results shown in FIG. 9, the use of the electrode laminate 2 having the liquid retention space 6 as the positive electrode is superior to the battery of Example 1 using the positive electrode laminate 3 having no liquid retention space 6. It can be seen that the discharge characteristics were obtained. In addition, the discharge capacity rate (that is, the ratio to the capacity of the four positive electrode plates) that can be taken out with respect to the laminated capacity was 40% in Example 1 (with liquid retention space), whereas Example 2 In the case of (no liquid holding space), it was significantly high at 78%.

例3:多孔質基材付きLDHセパレータの作製及び評価
(1)多孔質基材の作製
ベーマイト(サソール社製、DISPAL 18N4−80)、メチルセルロース、及びイオン交換水を、(ベーマイト):(メチルセルロース):(イオン交換水)の質量比が10:1:5となるように秤量した後、混練した。得られた混練物を、ハンドプレスを用いた押出成形に付し、5cm×8cmを十分に超える大きさで且つ厚さ0.5cmの板状に成形した。得られた成形体を80℃で12時間乾燥した後、1150℃で3時間焼成して、アルミナ製多孔質基材を得た。こうして得られた多孔質基材を5cm×8cmの大きさに切断加工した。
Example 3 : Production and evaluation of LDH separator with porous substrate (1) Production of porous substrate Boehmite (manufactured by Sasol, DISPAL 18N4-80), methylcellulose, and ion-exchanged water (boehmite): (methylcellulose) : (Ion-exchanged water) mass ratio was 10: 1: 5, and then kneaded. The obtained kneaded product was subjected to extrusion molding using a hand press and molded into a plate shape having a size sufficiently exceeding 5 cm × 8 cm and a thickness of 0.5 cm. The obtained molded body was dried at 80 ° C. for 12 hours and then calcined at 1150 ° C. for 3 hours to obtain an alumina porous substrate. The porous substrate thus obtained was cut into a size of 5 cm × 8 cm.

得られた多孔質基材について、画像処理を用いた手法により、多孔質基材表面の気孔率を測定したところ、24.6%であった。この気孔率の測定は次のようにして行った。すなわち、1)表面微構造を走査型電子顕微鏡(SEM、JSM−6610LV、JEOL社製)を用いて10〜20kVの加速電圧で観察して多孔質基材表面の電子顕微鏡(SEM)画像(倍率10000倍以上)を取得した。2)Photoshop(Adobe社製)等の画像解析ソフトを用いてグレースケールのSEM画像を読み込んだ。3)[イメージ]→[色調補正]→[2階調化]の手順で白黒の2値画像を作成した。4)黒い部分が占めるピクセル数を画像の全ピクセル数で割った値を気孔率(%)とした。この気孔率の測定は多孔質基材表面の6μm×6μmの領域について行われた。なお、図10に多孔質基材表面のSEM画像を示す。   With respect to the obtained porous substrate, the porosity on the surface of the porous substrate was measured by a technique using image processing, and it was 24.6%. The porosity was measured as follows. That is, 1) An electron microscope (SEM) image (magnification of the surface of a porous substrate) was observed with a scanning electron microscope (SEM, JSM-6610LV, manufactured by JEOL) at an acceleration voltage of 10 to 20 kV. 10,000 times or more). 2) A gray scale SEM image was read using image analysis software such as Photoshop (manufactured by Adobe). 3) A black and white binary image was created by the procedure of [Image] → [Tone Correction] → [Turn Tone]. 4) The porosity (%) was obtained by dividing the number of pixels occupied by the black portion by the total number of pixels in the image. This porosity measurement was performed on a 6 μm × 6 μm region on the surface of the porous substrate. FIG. 10 shows an SEM image of the porous substrate surface.

また、多孔質基材の平均気孔径を測定したところ約0.1μmであった。本発明において、平均気孔径の測定は多孔質基材の表面の電子顕微鏡(SEM)画像をもとに気孔の最長距離を測長することにより行った。この測定に用いた電子顕微鏡(SEM)画像の倍率は20000倍であり、得られた全ての気孔径をサイズ順に並べて、その平均値から上位15点及び下位15点、合わせて1視野あたり30点で2視野分の平均値を算出して、平均気孔径を得た。測長には、SEMのソフトウェアの測長機能を用いた。   Moreover, it was about 0.1 micrometer when the average hole diameter of the porous base material was measured. In the present invention, the average pore diameter was measured by measuring the longest distance of the pores based on an electron microscope (SEM) image of the surface of the porous substrate. The magnification of the electron microscope (SEM) image used for this measurement is 20000 times, and all the obtained pore diameters are arranged in order of size, and the top 15 points and the bottom 15 points from the average value, and 30 points per visual field in total. The average value for two visual fields was calculated to obtain the average pore diameter. For length measurement, the length measurement function of SEM software was used.

(2)多孔質基材の洗浄
得られた多孔質基材をアセトン中で5分間超音波洗浄し、エタノール中で2分間超音波洗浄、その後、イオン交換水中で1分間超音波洗浄した。
(2) Cleaning of porous substrate The obtained porous substrate was ultrasonically cleaned in acetone for 5 minutes, ultrasonically cleaned in ethanol for 2 minutes, and then ultrasonically cleaned in ion-exchanged water for 1 minute.

(3)原料水溶液の作製
原料として、硝酸マグネシウム六水和物(Mg(NO・6HO、関東化学株式会社製)、硝酸アルミニウム九水和物(Al(NO・9HO、関東化学株式会社製)、及び尿素((NHCO、シグマアルドリッチ製)を用意した。カチオン比(Mg2+/Al3+)が2となり且つ全金属イオンモル濃度(Mg2++Al3+)が0.320mol/Lとなるように、硝酸マグネシウム六水和物と硝酸アルミニウム九水和物を秤量してビーカーに入れ、そこにイオン交換水を加えて全量を600mlとした。得られた溶液を攪拌した後、溶液中に尿素/NO =4の割合で秤量した尿素を加え、更に攪拌して原料水溶液を得た。
(3) As the manufacturing raw material of the raw aqueous solution, magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO 3) 2 · 6H 2 O, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), aluminum nitrate nonahydrate (Al (NO 3) 3 · 9H 2 O, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and urea ((NH 2 ) 2 CO, manufactured by Sigma-Aldrich) were prepared. Weigh magnesium nitrate hexahydrate and aluminum nitrate nonahydrate so that the cation ratio (Mg 2+ / Al 3+ ) is 2 and the total metal ion molar concentration (Mg 2+ + Al 3+ ) is 0.320 mol / L. In a beaker, ion exchange water was added to make a total volume of 600 ml. After stirring the obtained solution, urea weighed at a ratio of urea / NO 3 = 4 was added to the solution, and further stirred to obtain a raw material aqueous solution.

(4)水熱処理による成膜
テフロン(登録商標)製密閉容器(内容量800ml、外側がステンレス製ジャケット)に上記(3)で作製した原料水溶液と上記(2)で洗浄した多孔質基材を共に封入した。このとき、基材はテフロン(登録商標)製密閉容器の底から浮かせて固定し、基材両面に溶液が接するように水平に設置した。その後、水熱温度70℃で168時間(7日間)水熱処理を施すことにより基材表面に層状複水酸化物配向膜(セパレータ層)の形成を行った。所定時間の経過後、基材を密閉容器から取り出し、イオン交換水で洗浄し、70℃で10時間乾燥させて、層状複水酸化物(以下、LDHという)の緻密膜(以下、膜試料という)を基材上に得た。得られた膜試料の厚さは約1.5μmであった。こうして、層状複水酸化物含有複合材料試料(以下、複合材料試料という)を得た。なお、LDH膜は多孔質基材の両面に形成されていたが、セパレータとして形態を複合材料に付与するため、多孔質基材の片面のLDH膜を機械的に削り取った。
(4) Film formation by hydrothermal treatment The Teflon (registered trademark) sealed container (with an internal volume of 800 ml, the outside is a stainless steel jacket), the raw material aqueous solution prepared in (3) above and the porous substrate washed in (2) above Both were enclosed. At this time, the base material was fixed by being floated from the bottom of a Teflon (registered trademark) sealed container, and placed horizontally so that the solution was in contact with both surfaces of the base material. Thereafter, hydrothermal treatment was performed at a hydrothermal temperature of 70 ° C. for 168 hours (7 days) to form a layered double hydroxide alignment film (separator layer) on the substrate surface. After the elapse of a predetermined time, the substrate is taken out from the sealed container, washed with ion-exchanged water, dried at 70 ° C. for 10 hours, and a dense layer of layered double hydroxide (hereinafter referred to as LDH) (hereinafter referred to as a membrane sample). ) Was obtained on a substrate. The thickness of the obtained film sample was about 1.5 μm. Thus, a layered double hydroxide-containing composite material sample (hereinafter referred to as a composite material sample) was obtained. Although the LDH film was formed on both surfaces of the porous substrate, the LDH film on one surface of the porous substrate was mechanically scraped to give the composite material a form as a separator.

(5)各種評価
(5a)膜試料の同定
X線回折装置(リガク社製 RINT TTR III)にて、電圧:50kV、電流値:300mA、測定範囲:10〜70°の測定条件で、膜試料の結晶相を測定したところ、図11に示されるXRDプロファイルが得られた。得られたXRDプロファイルについて、JCPDSカードNO.35−0964に記載される層状複水酸化物(ハイドロタルサイト類化合物)の回折ピークを用いて同定した。その結果、膜試料は層状複水酸化物(LDH、ハイドロタルサイト類化合物)であることが確認された。なお、図11に示されるXRDプロファイルにおいては、膜試料が形成されている多孔質基材を構成するアルミナに起因するピーク(図中で○印が付されたピーク)も併せて観察されている。
(5) Various evaluations (5a) Identification of film sample Film sample with X-ray diffractometer (RINT TTR III manufactured by Rigaku Corporation) under the measurement conditions of voltage: 50 kV, current value: 300 mA, measurement range: 10-70 ° As a result, the XRD profile shown in FIG. 11 was obtained. About the obtained XRD profile, JCPDS card NO. It identified using the diffraction peak of the layered double hydroxide (hydrotalcite compound) described in 35-0964. As a result, it was confirmed that the film sample was a layered double hydroxide (LDH, hydrotalcite compound). In addition, in the XRD profile shown in FIG. 11, a peak (peak marked with a circle in the figure) due to alumina constituting the porous substrate on which the film sample is formed is also observed. .

(5b)微構造の観察
膜試料の表面微構造を走査型電子顕微鏡(SEM、JSM−6610LV、JEOL社製)を用いて10〜20kVの加速電圧で観察した。得られた膜試料の表面微構造のSEM画像(二次電子像)を図12に示す。
(5b) Observation of microstructure The surface microstructure of the film sample was observed at an acceleration voltage of 10 to 20 kV using a scanning electron microscope (SEM, JSM-6610LV, manufactured by JEOL). FIG. 12 shows an SEM image (secondary electron image) of the surface microstructure of the obtained film sample.

また、複合材料試料の断面をCP研磨によって研磨して研磨断面を形成し、この研磨断面の微構造を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて10〜20kVの加速電圧で観察した。こうして得られた複合材料試料の研磨断面微構造のSEM画像を図13に示す。   Further, the cross section of the composite material sample was polished by CP polishing to form a polished cross section, and the microstructure of the polished cross section was observed at an acceleration voltage of 10 to 20 kV using a scanning electron microscope (SEM). FIG. 13 shows an SEM image of the polished cross-sectional microstructure of the composite material sample thus obtained.

(5c)気孔率の測定
膜試料について、画像処理を用いた手法により、膜の表面の気孔率を測定した。この気孔率の測定は次のようにして行った。すなわち、1)表面微構造を走査型電子顕微鏡(SEM、JSM−6610LV、JEOL社製)を用いて10〜20kVの加速電圧で観察して膜の表面の電子顕微鏡(SEM)画像(倍率10000倍以上)を取得した。2)Photoshop(Adobe社製)等の画像解析ソフトを用いてグレースケールのSEM画像を読み込んだ。3)[イメージ]→[色調補正]→[2階調化]の手順で白黒の2値画像を作成した。4)黒い部分が占めるピクセル数を画像の全ピクセル数で割った値を気孔率(%)とした。この気孔率の測定は配向膜表面の6μm×6μmの領域について行われた。その結果、膜の表面の気孔率は19.0%であった。また、この膜表面の気孔率を用いて、膜表面から見たときの密度D(以下、表面膜密度という)をD=100%−(膜表面の気孔率)により算出したところ、81.0%であった。
(5c) Measurement of porosity The porosity of the surface of the membrane was measured for the membrane sample by a technique using image processing. The porosity was measured as follows. That is, 1) The surface microstructure was observed with a scanning electron microscope (SEM, JSM-6610LV, manufactured by JEOL) at an acceleration voltage of 10 to 20 kV, and an electron microscope (SEM) image of the film surface (10000 × magnification) Obtained). 2) A gray scale SEM image was read using image analysis software such as Photoshop (manufactured by Adobe). 3) A black and white binary image was created by the procedure of [Image] → [Tone Correction] → [Turn Tone]. 4) The porosity (%) was obtained by dividing the number of pixels occupied by the black portion by the total number of pixels in the image. This porosity measurement was performed on a 6 μm × 6 μm region of the alignment film surface. As a result, the porosity of the film surface was 19.0%. Further, using the porosity of the film surface, the density D when viewed from the film surface (hereinafter referred to as the surface film density) was calculated by D = 100% − (porosity of the film surface). %Met.

また、膜試料について、研磨断面の気孔率についても測定した。この研磨断面の気孔率についても測定は、上記(5b)に示される手順に従い膜の厚み方向における断面研磨面の電子顕微鏡(SEM)画像(倍率10000倍以上)を取得したこと以外は、上述の膜表面の気孔率と同様にして行った。この気孔率の測定は配向膜断面の膜部分について行われた。こうして膜試料の断面研磨面から算出した気孔率は平均で3.5%(3箇所の断面研磨面の平均値)であり、多孔質基材上でありながら非常に高密度な膜が形成されていることが確認された。   Further, the porosity of the polished cross section of the film sample was also measured. The measurement of the porosity of the polished cross section is the same as that described above except that an electron microscope (SEM) image (magnification of 10,000 times or more) of the cross-section polished surface in the thickness direction of the film was obtained according to the procedure shown in (5b) above. It carried out similarly to the porosity of the film | membrane surface. The measurement of the porosity was performed on the film portion of the alignment film cross section. Thus, the porosity calculated from the cross-sectional polished surface of the film sample is 3.5% on average (average value of the three cross-sectional polished surfaces), and a very high-density film is formed on the porous substrate. It was confirmed that

(5d)緻密性判定試験
膜試料が透水性を有しない程の緻密性を有することを確認すべく、緻密性判定試験を以下のとおり行った。まず、図14Aに示されるように、上記(1)において得られた複合材料試料120(1cm×1cm平方に切り出されたもの)の膜試料側に、中央に0.5cm×0.5cm平方の開口部122aを備えたシリコンゴム122を接着し、得られた積層物を2つのアクリル製容器124,126で挟んで接着した。シリコンゴム122側に配置されるアクリル製容器124は底が抜けており、それによりシリコンゴム122はその開口部122aが開放された状態でアクリル製容器124と接着される。一方、複合材料試料120の多孔質基材側に配置されるアクリル製容器126は底を有しており、その容器126内にはイオン交換水128が入っている。この時、イオン交換水にAl及び/又はMgを溶解させておいてもよい。すなわち、組み立て後に上下逆さにすることで、複合材料試料120の多孔質基材側にイオン交換水128が接するように各構成部材が配置されてなる。これらの構成部材等を組み立て後、総重量を測定した。なお、容器126には閉栓された通気穴(図示せず)が形成されており、上下逆さにした後に開栓されることはいうまでもない。図14Bに示されるように組み立て体を上下逆さに配置して25℃で1週間保持した後、総重量を再度測定した。このとき、アクリル製容器124の内側側面に水滴が付着している場合には、その水滴を拭き取った。そして、試験前後の総重量の差を算出することにより緻密度を判定した。その結果、25℃で1週間保持した後においても、イオン交換水の重量に変化は見られなかった。このことから、膜試料(すなわち機能膜)は透水性を有しない程に高い緻密性を有することが確認された。
(5d) Denseness determination test A denseness determination test was performed as follows in order to confirm that the film sample has a denseness that does not have water permeability. First, as shown in FIG. 14A, the composite material sample 120 obtained in (1) above (cut to 1 cm × 1 cm square) has a 0.5 cm × 0.5 cm square at the center on the film sample side. The silicon rubber 122 provided with the opening 122a was adhered, and the obtained laminate was adhered between two acrylic containers 124 and 126. The bottom of the acrylic container 124 disposed on the silicon rubber 122 side is pulled out, whereby the silicon rubber 122 is bonded to the acrylic container 124 with the opening 122a open. On the other hand, the acrylic container 126 disposed on the porous substrate side of the composite material sample 120 has a bottom, and ion-exchanged water 128 is contained in the container 126. At this time, Al and / or Mg may be dissolved in the ion exchange water. That is, by assembling the components upside down after assembly, the constituent members are arranged so that the ion exchange water 128 is in contact with the porous substrate side of the composite material sample 120. After assembling these components, the total weight was measured. Needless to say, the container 126 has a closed vent hole (not shown) and is opened after being turned upside down. As shown in FIG. 14B, the assembly was placed upside down and held at 25 ° C. for 1 week, and then the total weight was measured again. At this time, when water droplets were attached to the inner side surface of the acrylic container 124, the water droplets were wiped off. Then, the density was determined by calculating the difference in the total weight before and after the test. As a result, no change was observed in the weight of ion-exchanged water even after holding at 25 ° C. for 1 week. From this, it was confirmed that the membrane sample (that is, the functional membrane) has high density so as not to have water permeability.

例4(参考):ニッケル亜鉛電池の作製及び評価
本例は多孔質基材付きLDHセパレータを用いたニッケル亜鉛電池を作製及び評価した参考例である。本例は、電極積層体を用いた例ではないが、正極又は負極を本発明の電極積層体で適宜置き換えることで本発明によるニッケル亜鉛電池を作製することができるのはいうまでもない。
Example 4 (Reference): Preparation and Evaluation of Nickel Zinc Battery This example is a reference example in which a nickel zinc battery using an LDH separator with a porous substrate was prepared and evaluated. This example is not an example using an electrode laminate, but it goes without saying that the nickel zinc battery according to the present invention can be produced by appropriately replacing the positive electrode or the negative electrode with the electrode laminate of the present invention.

(1)多孔質基材付きセパレータの用意
例3と同様の手順により、多孔質基材付きセパレータとして、アルミナ基材上LDH膜(サイズ:5cm×8cm)を用意した。
(1) Preparation of separator with porous substrate By the same procedure as in Example 3, an LDH film on an alumina substrate (size: 5 cm x 8 cm) was prepared as a separator with a porous substrate.

(2)正極板の作製
亜鉛及びコバルトを固溶体となるように添加した水酸化ニッケル粒子を用意した。この水酸化ニッケル粒子を水酸化コバルトで被覆して正極活物質を得た。得られた正極活物質と、カルボキシメチルセルロースの2%水溶液とを混合してペーストを調製した。正極活物質の多孔度が50%となるように、多孔度が約95%のニッケル金属多孔質基板からなる集電体に上記得られたペーストを均一に塗布して乾燥し、活物質部分が5cm×5cmの領域にわたって塗工された正極板を得た。このとき、4Ah相当の水酸化ニッケル粒子が活物質中に含まれるように塗工量を調整した。
(2) Preparation of positive electrode plate Nickel hydroxide particles to which zinc and cobalt were added so as to form a solid solution were prepared. The nickel hydroxide particles were coated with cobalt hydroxide to obtain a positive electrode active material. The obtained positive electrode active material was mixed with a 2% aqueous solution of carboxymethyl cellulose to prepare a paste. The paste obtained above is uniformly applied to a current collector made of a nickel metal porous substrate having a porosity of about 95% and dried so that the porosity of the positive electrode active material is 50%. A positive electrode plate coated over an area of 5 cm × 5 cm was obtained. At this time, the coating amount was adjusted so that nickel hydroxide particles corresponding to 4 Ah were included in the active material.

(3)負極板の作製
銅パンチングメタルからなる集電体上に、酸化亜鉛粉末80重量部、亜鉛粉末20重量部及びポリテトラフルオロエチレン粒子3重量部からなる混合物を塗布して、多孔度約50%で、活物質部分が5cm×5cmの領域にわたって塗工された負極板を得た。このとき、正極板容量の4Ah相当の酸化亜鉛粉末が活物質中に含まれるように塗工量を調整した。
(3) Production of negative electrode plate A mixture of 80 parts by weight of zinc oxide powder, 20 parts by weight of zinc powder and 3 parts by weight of polytetrafluoroethylene particles was applied on a current collector made of copper punching metal, and the porosity was about A negative electrode plate was obtained in which the active material portion was coated over an area of 5 cm × 5 cm at 50%. At this time, the coating amount was adjusted so that the zinc oxide powder corresponding to the positive electrode plate capacity of 4 Ah was included in the active material.

(4)電池の組み立て
上記得られた正極板、負極板、及び多孔質基材付きセパレータを用いて、図3に示されるようなニッケル亜鉛電池を以下のような手順で組み立てた。
(4) Battery assembly Using the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator with a porous substrate obtained above, a nickel zinc battery as shown in FIG. 3 was assembled in the following procedure.

まず、ケース上蓋が外されたABS樹脂製の直方体ケース本体を用意した。このケース本体の中央付近に多孔質基材付きセパレータ(アルミナ基材上LDH膜)を多孔質基材が正極室側に位置し且つセパレータが負極室側に位置するように挿入し、その3辺を市販の接着剤を用いてケース本体の内壁に固定した。正極板及び負極板を正極室及び負極室にそれぞれ挿入した。このとき、正極集電体及び負極集電体がケース本体内壁に接するような向きで正極板及び負極板を配置した。正極室に、正極活物質塗工部分が十分に隠れる量の6mol/LのKOH水溶液を電解液として注液した。一方、負極室には、負極活物質塗工部分が十分に隠れるだけでなく、充電時に減少することが見込まれる水分量を考慮した過剰量の6mol/LのKOH水溶液を電解液として注液した。正極集電体及び負極集電体の端子部をそれぞれケース上部の外部端子と接続した。ケース上蓋を熱融着でケース本体に固定して、電池ケース容器を密閉化した。こうしてニッケル亜鉛電池を得た。なお、この電池においては、セパレータのサイズが幅5cm×高さ8cmであり、かつ、正極板及び負極板の活物質塗工部分のサイズが幅5cm×高さ5cmであるため、正極室及び負極室の上部3cm相当の空間が正極側余剰空間及び負極側余剰空間といえる。   First, a rectangular parallelepiped case main body made of ABS resin from which the case upper lid was removed was prepared. A separator with a porous base material (LDH film on alumina base material) is inserted near the center of the case body so that the porous base material is located on the positive electrode chamber side and the separator is located on the negative electrode chamber side. Was fixed to the inner wall of the case body using a commercially available adhesive. The positive electrode plate and the negative electrode plate were inserted into the positive electrode chamber and the negative electrode chamber, respectively. At this time, the positive electrode plate and the negative electrode plate were arranged so that the positive electrode current collector and the negative electrode current collector were in contact with the inner wall of the case body. A 6 mol / L aqueous KOH solution in an amount that sufficiently hides the positive electrode active material coating portion was injected into the positive electrode chamber as an electrolyte. On the other hand, in the negative electrode chamber, not only the negative electrode active material coating part was sufficiently hidden, but also an excessive amount of 6 mol / L KOH aqueous solution was injected as an electrolyte considering the amount of water expected to decrease during charging. . The terminal portions of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector were connected to external terminals at the top of the case. The case upper lid was fixed to the case body by heat sealing, and the battery case container was sealed. Thus, a nickel zinc battery was obtained. In this battery, since the size of the separator is 5 cm wide × 8 cm high, and the size of the active material coated portion of the positive electrode plate and the negative electrode plate is 5 cm wide × 5 cm high, the positive electrode chamber and the negative electrode The space equivalent to 3 cm above the chamber can be said to be the positive electrode side excess space and the negative electrode side excess space.

(5)評価
作製したニッケル亜鉛電池に対して、設計容量4Ahの0.1C相当の0.4mAの電流で10時間定電流充電を実施した。充電後、ケースの変形や電解液の漏れは観察されなかった。充電により、正極室電解液が増加し、負極室電解液が減少したものの、負極活物質塗工部分には十分な電解液があり、充放電を通して、塗工した正極活物質及び負極活物質が、十分な充放電反応を起こす電解液をケース内に保持できていた。
(5) Evaluation The manufactured nickel zinc battery was subjected to constant current charging for 10 hours at a current of 0.4 mA corresponding to 0.1 C with a design capacity of 4 Ah. After charging, no deformation of the case or leakage of the electrolyte was observed. Although the positive electrode chamber electrolyte increased and the negative electrode chamber electrolyte decreased due to charging, there was sufficient electrolyte in the negative electrode active material coating part, and the applied positive electrode active material and negative electrode active material were charged and discharged. The electrolyte that causes a sufficient charge / discharge reaction could be held in the case.

例5:多孔質基材付きLDHセパレータの作製及び評価
本例では、多孔質基材上に層状複水酸化物(LDH)緻密膜を形成したLDH含有複合材料試料(多孔質基材付きセパレータ試料)として試料1〜10を以下のようにして作製した。
Example 5 : Production and Evaluation of LDH Separator with Porous Base Material In this example, an LDH-containing composite material sample (separator sample with a porous base material) in which a layered double hydroxide (LDH) dense film was formed on the porous base material. Samples 1 to 10 were prepared as follows.

(1)多孔質基材の作製
ベーマイト(サソール社製、DISPAL 18N4−80)、メチルセルロース、及びイオン交換水を、(ベーマイト):(メチルセルロース):(イオン交換水)の質量比が10:1:5となるように秤量した後、混練した。得られた混練物を、ハンドプレスを用いた押出成形に付し、2.5cm×10cm×厚さ0.5cmの大きさに成形した。得られた成形体を80℃で12時間乾燥した後、1150℃で3時間焼成して、アルミナ製多孔質基材を得た。
(1) Production of porous substrate Boehmite (manufactured by Sasol, DISPAL 18N4-80), methylcellulose, and ion-exchanged water are mixed at a weight ratio of 10: 1: (boehmite) :( methylcellulose) :( ion-exchanged water). After weighing so as to be 5, kneaded. The obtained kneaded product was subjected to extrusion molding using a hand press and molded into a size of 2.5 cm × 10 cm × thickness 0.5 cm. The obtained molded body was dried at 80 ° C. for 12 hours and then calcined at 1150 ° C. for 3 hours to obtain an alumina porous substrate.

得られた多孔質基材について、画像処理を用いた手法により、多孔質基材表面の気孔率を測定したところ、24.6%であった。この気孔率の測定は次のようにして行った。すなわち、1)表面微構造を走査型電子顕微鏡(SEM、JSM−6610LV、JEOL社製)を用いて10〜20kVの加速電圧で観察して多孔質基材表面の電子顕微鏡(SEM)画像(倍率10000倍以上)を取得した。2)Photoshop(Adobe社製)等の画像解析ソフトを用いてグレースケールのSEM画像を読み込んだ。3)[イメージ]→[色調補正]→[2階調化]の手順で白黒の2値画像を作成した。4)黒い部分が占めるピクセル数を画像の全ピクセル数で割った値を気孔率(%)とした。この気孔率の測定は多孔質基材表面の6μm×6μmの領域について行われた。   With respect to the obtained porous substrate, the porosity on the surface of the porous substrate was measured by a technique using image processing, and it was 24.6%. The porosity was measured as follows. That is, 1) An electron microscope (SEM) image (magnification of the surface of a porous substrate) was observed with a scanning electron microscope (SEM, JSM-6610LV, manufactured by JEOL) at an acceleration voltage of 10 to 20 kV. 10,000 times or more). 2) A gray scale SEM image was read using image analysis software such as Photoshop (manufactured by Adobe). 3) A black and white binary image was created by the procedure of [Image] → [Tone Correction] → [Turn Tone]. 4) The porosity (%) was obtained by dividing the number of pixels occupied by the black portion by the total number of pixels in the image. This porosity measurement was performed on a 6 μm × 6 μm region on the surface of the porous substrate.

また、多孔質基材の平均気孔径を測定したところ約0.1μmであった。本発明において、平均気孔径の測定は多孔質基材の表面の電子顕微鏡(SEM)画像をもとに気孔の最長距離を測長することにより行った。この測定に用いた電子顕微鏡(SEM)画像の倍率は20000倍であり、得られた全ての気孔径をサイズ順に並べて、その平均値から上位15点及び下位15点、合わせて1視野あたり30点で2視野分の平均値を算出して、平均気孔径を得た。測長には、SEMのソフトウェアの測長機能を用いた。   Moreover, it was about 0.1 micrometer when the average hole diameter of the porous base material was measured. In the present invention, the average pore diameter was measured by measuring the longest distance of the pores based on an electron microscope (SEM) image of the surface of the porous substrate. The magnification of the electron microscope (SEM) image used for this measurement is 20000 times, and all the obtained pore diameters are arranged in order of size, and the top 15 points and the bottom 15 points from the average value, and 30 points per visual field in total. The average value for two visual fields was calculated to obtain the average pore diameter. For length measurement, the length measurement function of SEM software was used.

(2)多孔質基材の洗浄
得られた多孔質基材をアセトン中で5分間超音波洗浄し、エタノール中で2分間超音波洗浄、その後、イオン交換水中で1分間超音波洗浄した。
(2) Cleaning of porous substrate The obtained porous substrate was ultrasonically cleaned in acetone for 5 minutes, ultrasonically cleaned in ethanol for 2 minutes, and then ultrasonically cleaned in ion-exchanged water for 1 minute.

(3)ポリスチレンスピンコート及びスルホン化
試料1〜6についてのみ、以下の手順により多孔質基材に対してポリスチレンスピンコート及びスルホン化を行った。すなわち、ポリスチレン基板0.6gをキシレン溶液10mlに溶かして、ポリスチレン濃度0.06g/mlのスピンコート液を作製した。得られたスピンコート液0.1mlを多孔質基材上に滴下し、回転数8000rpmでスピンコートにより塗布した。このスピンコートは、滴下と乾燥を含めて200秒間行った。スピンコート液を塗布した多孔質基材を95%硫酸に25℃で4日間浸漬してスルホン化した。
(3) Polystyrene spin coating and sulfonation For samples 1 to 6 only, polystyrene spin coating and sulfonation were performed on the porous substrate by the following procedure. That is, 0.6 g of a polystyrene substrate was dissolved in 10 ml of a xylene solution to prepare a spin coating solution having a polystyrene concentration of 0.06 g / ml. 0.1 ml of the obtained spin coating solution was dropped onto the porous substrate and applied by spin coating at a rotation speed of 8000 rpm. This spin coating was performed for 200 seconds including dripping and drying. The porous substrate coated with the spin coating solution was immersed in 95% sulfuric acid at 25 ° C. for 4 days for sulfonation.

(4)原料水溶液の作製
原料として、硝酸マグネシウム六水和物(Mg(NO・6HO、関東化学株式会社製)、硝酸アルミニウム九水和物(Al(NO・9HO、関東化学株式会社製)、及び尿素((NHCO、シグマアルドリッチ製)を用意した。カチオン比(Mg2+/Al3+)が2となり且つ全金属イオンモル濃度(Mg2++Al3+)が0.320mol/Lとなるように、硝酸マグネシウム六水和物と硝酸アルミニウム九水和物を秤量してビーカーに入れ、そこにイオン交換水を加えて全量を75mlとした。得られた溶液を攪拌した後、溶液中に尿素/NO =4の割合で秤量した尿素を加え、更に攪拌して原料水溶液を得た。
(4) As the manufacturing raw material of the raw aqueous solution, magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO 3) 2 · 6H 2 O, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), aluminum nitrate nonahydrate (Al (NO 3) 3 · 9H 2 O, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and urea ((NH 2 ) 2 CO, manufactured by Sigma-Aldrich) were prepared. Weigh magnesium nitrate hexahydrate and aluminum nitrate nonahydrate so that the cation ratio (Mg 2+ / Al 3+ ) is 2 and the total metal ion molar concentration (Mg 2+ + Al 3+ ) is 0.320 mol / L. In a beaker, ion exchange water was added to make a total volume of 75 ml. After stirring the obtained solution, urea weighed at a ratio of urea / NO 3 = 4 was added to the solution, and further stirred to obtain a raw material aqueous solution.

(5)水熱処理による成膜
テフロン(登録商標)製密閉容器(内容量100ml、外側がステンレス製ジャケット)に上記(4)で作製した原料水溶液と上記(3)でスルホン化した多孔質基材(試料1〜6)又は上記(2)で洗浄した多孔質基材(試料7〜10)を共に封入した。このとき、基材はテフロン(登録商標)製密閉容器の底から浮かせて固定し、基材両面に溶液が接するように水平に設置した。その後、水熱温度70〜75℃で168〜504時間水熱処理を施すことにより基材表面に層状複水酸化物配向膜の形成を行った。このとき、水熱処理の条件を適宜変更することにより、様々な緻密性を有する10種類の配向膜を作製した。所定時間の経過後、基材を密閉容器から取り出し、イオン交換水で洗浄し、70℃で10時間乾燥させて、層状複水酸化物(以下、LDHという)の緻密膜(以下、膜試料という)を基材上に得た。得られた膜試料の厚さは約1.0〜2.0μmであった。こうして、LDH含有複合材料試料(以下、複合材料試料という)として試料1〜10を得た。なお、LDH膜は多孔質基材の両面に形成されていたが、セパレータとしての形態を複合材料に付与するため、多孔質基材の片面のLDH膜を機械的に削り取った。
(5) Film formation by hydrothermal treatment A Teflon (registered trademark) sealed container (with an internal volume of 100 ml, the outside is a stainless steel jacket) and the raw material aqueous solution prepared in (4) above and the porous substrate sulfonated in (3) above (Samples 1 to 6) or the porous substrate (samples 7 to 10) washed in (2) above was enclosed together. At this time, the base material was fixed by being floated from the bottom of a Teflon (registered trademark) sealed container, and placed horizontally so that the solution was in contact with both surfaces of the base material. Then, the layered double hydroxide alignment film was formed on the substrate surface by performing hydrothermal treatment at a hydrothermal temperature of 70 to 75 ° C. for 168 to 504 hours. At this time, ten kinds of alignment films having various denseness were produced by appropriately changing the conditions of the hydrothermal treatment. After the elapse of a predetermined time, the substrate is taken out from the sealed container, washed with ion-exchanged water, dried at 70 ° C. for 10 hours, and a dense layer of layered double hydroxide (hereinafter referred to as LDH) (hereinafter referred to as a membrane sample). ) Was obtained on a substrate. The thickness of the obtained film sample was about 1.0 to 2.0 μm. Thus, Samples 1 to 10 were obtained as LDH-containing composite material samples (hereinafter referred to as composite material samples). In addition, although the LDH film was formed on both surfaces of the porous substrate, the LDH film on one surface of the porous substrate was mechanically scraped to give the composite material a form as a separator.

(6a)膜試料の同定
X線回折装置(リガク社製 RINT TTR III)にて、電圧:50kV、電流値:300mA、測定範囲:10〜70°の測定条件で、膜試料の結晶相を測定してXRDプロファイルを得る。得られたXRDプロファイルについて、JCPDSカードNO.35−0964に記載される層状複水酸化物(ハイドロタルサイト類化合物)の回折ピークを用いて同定を行った。その結果、膜試料1〜10のいずれも層状複水酸化物(LDH、ハイドロタルサイト類化合物)であることが確認された。
(6a) Identification of membrane sample Using an X-ray diffractometer (RINT TTR III manufactured by Rigaku Corporation), the crystal phase of the membrane sample is measured under the measurement conditions of voltage: 50 kV, current value: 300 mA, measurement range: 10 to 70 °. To obtain an XRD profile. About the obtained XRD profile, JCPDS card NO. Identification was performed using a diffraction peak of a layered double hydroxide (hydrotalcite compound) described in 35-0964. As a result, it was confirmed that each of the film samples 1 to 10 was a layered double hydroxide (LDH, hydrotalcite compound).

(6b)He透過測定
He透過性の観点から膜試料1〜10の緻密性を評価すべくHe透過試験を以下のとおり行った。まず、図15A及び図15Bに示されるHe透過度測定系310を構築した。He透過度測定系310は、Heガスを充填したガスボンベからのHeガスが圧力計312及び流量計314(デジタルフローメーター)を介して試料ホルダ316に供給され、この試料ホルダ316に保持された緻密膜318の一方の面から他方の面に透過させて排出させるように構成した。
(6b) He permeation measurement A He permeation test was performed as follows to evaluate the denseness of the membrane samples 1 to 10 from the viewpoint of He permeability. First, the He transmittance measurement system 310 shown in FIGS. 15A and 15B was constructed. In the He permeability measurement system 310, He gas from a gas cylinder filled with He gas is supplied to a sample holder 316 via a pressure gauge 312 and a flow meter 314 (digital flow meter), and the denseness held in the sample holder 316 is measured. The membrane 318 is configured to be transmitted through one surface from the other surface and discharged.

試料ホルダ316は、ガス供給口316a、密閉空間316b及びガス排出口316cを備えた構造を有するものであり、次のようにして組み立てた。まず、緻密膜318の外周に沿って接着剤322を塗布して、中央に開口部を有する治具324(ABS樹脂製)に取り付けた。この治具324の上端及び下端に密封部材326a,326bとしてブチルゴム製のパッキンを配設し、さらに密封部材326a,326bの外側から、フランジからなる開口部を備えた支持部材328a,328b(PTFE製)で挟持した。こうして、緻密膜318、治具324、密封部材326a及び支持部材328aにより密閉空間316bを区画した。なお、緻密膜318は多孔質基材320上に形成された複合材料の形態であるが、緻密膜318側がガス供給口316aに向くように配置した。支持部材328a,328bを、ガス排出口316c以外の部分からHeガスの漏れが生じないように、ネジを用いた締結手段330で互いに堅く締め付けた。こうして組み立てられた試料ホルダ316のガス供給口316aに、継手332を介してガス供給管334を接続した。   The sample holder 316 has a structure including a gas supply port 316a, a sealed space 316b, and a gas discharge port 316c, and was assembled as follows. First, an adhesive 322 was applied along the outer periphery of the dense film 318 and attached to a jig 324 (made of ABS resin) having an opening at the center. Support members 328a and 328b (made of PTFE) provided with packings made of butyl rubber as sealing members 326a and 326b at the upper and lower ends of the jig 324 and further provided with openings formed of flanges from the outside of the sealing members 326a and 326b. ). Thus, the sealed space 316b was defined by the dense film 318, the jig 324, the sealing member 326a, and the support member 328a. The dense film 318 is in the form of a composite material formed on the porous substrate 320, but the dense film 318 is disposed so that the dense film 318 side faces the gas supply port 316a. The support members 328a and 328b were firmly fastened to each other by fastening means 330 using screws so that He gas leakage did not occur from a portion other than the gas discharge port 316c. A gas supply pipe 334 was connected to the gas supply port 316 a of the sample holder 316 assembled in this way via a joint 332.

次いで、He透過度測定系310にガス供給管334を経てHeガスを供給し、試料ホルダ316内に保持された緻密膜318に透過させた。このとき、圧力計312及び流量計314によりガス供給圧と流量をモニタリングした。Heガスの透過を1〜30分間行った後、He透過度を算出した。He透過度の算出は、単位時間あたりのHeガスの透過量F(cm/min)、Heガス透過時に緻密膜に加わる差圧P(atm)、及びHeガスが透過する膜面積S(cm)を用いて、F/(P×S)の式により算出した。Heガスの透過量F(cm/min)は流量計314から直接読み取った。また、差圧Pは圧力計312から読み取ったゲージ圧を用いた。なお、Heガスは差圧Pが0.05〜0.90atmの範囲内となるように供給された。得られた結果は表1及び図17に示されるとおりであった。Next, He gas was supplied to the He permeability measurement system 310 through the gas supply pipe 334 and permeated through the dense film 318 held in the sample holder 316. At this time, the gas supply pressure and the flow rate were monitored by the pressure gauge 312 and the flow meter 314. After permeating He gas for 1 to 30 minutes, the He permeability was calculated. The calculation of the He permeability is based on the permeation amount F (cm 3 / min) of He gas per unit time, the differential pressure P (atm) applied to the dense film during He gas permeation, and the membrane area S (cm 2 ) and calculated by the formula of F / (P × S). The permeation amount F (cm 3 / min) of He gas was directly read from the flow meter 314. Further, as the differential pressure P, the gauge pressure read from the pressure gauge 312 was used. The He gas was supplied so that the differential pressure P was in the range of 0.05 to 0.90 atm. The obtained results were as shown in Table 1 and FIG.

(6c)Zn透過試験
Zn透過性の観点から膜試料1〜10の緻密性を評価すべく、Zn透過試験を以下のとおり行った。まず、図16A及び図16Bに示されるZn透過測定装置340を構築した。Zn透過測定装置340は、L字状の開口管で構成される第一槽344にフランジ362aが一体化されたフランジ付き開口管(PTFE製)と、L字状の管で構成される第二槽346にフランジ362bが一体化されたフランジ付き開口管(PTFE製)とをフランジ362a,362bが対向するように配置して構成した。そして、フランジ362a,362bの間に試料ホルダ342を配置し、試料ホルダ342に保持された緻密膜の一方の面から他方の面にZnが透過可能な構成とした。
(6c) Zn permeation test In order to evaluate the denseness of the film samples 1 to 10 from the viewpoint of Zn permeation, a Zn permeation test was performed as follows. First, a Zn transmission measuring device 340 shown in FIGS. 16A and 16B was constructed. The Zn transmission measuring device 340 includes a flanged open tube (made of PTFE) in which a flange 362a is integrated with a first tank 344 configured with an L-shaped open tube, and a second configured with an L-shaped tube. A flanged opening pipe (made of PTFE) in which a flange 362b is integrated with the tank 346 is arranged so that the flanges 362a and 362b face each other. Then, the sample holder 342 is disposed between the flanges 362a and 362b, and Zn can permeate from one surface of the dense film held by the sample holder 342 to the other surface.

試料ホルダ342の組み立て及びその装置340への取り付けは、次のようにして行った。まず、緻密膜352の外周に沿って接着剤356を塗布して、中央に開口部を有する治具358(ABS樹脂製)に取り付けた。この治具358の両側に図16Aに示されるように密封部材360a,360bとしてシリコーンゴム製のパッキンを配設し、さらに密封部材360a,360bの外側から、1対のフランジ付き開口管のフランジ362a,362bで挟持した。なお、緻密膜352は多孔質基材354上に形成された複合材料の形態であるが、緻密膜352側が(Znを含有する第一の水溶液348が注入されることになる)第一槽344に向くように配置した。フランジ362a,362bをその間で液漏れが生じないように、ネジを用いた締結手段364で互いに堅く締め付けた。   The assembly of the sample holder 342 and its attachment to the apparatus 340 were performed as follows. First, an adhesive 356 was applied along the outer periphery of the dense film 352 and attached to a jig 358 (made of ABS resin) having an opening at the center. As shown in FIG. 16A, silicone rubber packing is provided as sealing members 360a and 360b on both sides of the jig 358, and a pair of flanged opening pipe flanges 362a from the outside of the sealing members 360a and 360b. , 362b. The dense film 352 is in the form of a composite material formed on the porous substrate 354, but the dense tank 352 side (the first aqueous solution 348 containing Zn is injected) is the first tank 344. It was arranged to face. The flanges 362a and 362b were firmly tightened to each other by fastening means 364 using screws so that no liquid leakage occurred between them.

一方、第一槽344に入れるための第一の水溶液348として、Al(OH)を2.5mol/L、ZnOを0.5mol/Lを溶解させた9mol/LのKOH水溶液を調製した。第一の水溶液のZn濃度C(mol/L)をICP発光分光分析法により測定したところ、表1に示される値であった。また、第二槽346に入れるための第二の水溶液350として、ZnOを溶解させることなく、Al(OH)を2.5mol/Lを溶解させた9mol/LのKOH水溶液を調製した。先に作製した試料ホルダ342が組み込まれた測定装置340において、第一槽344及び第二槽346にそれぞれ第一の水溶液348及び第二の水溶液350を注入し、試料ホルダ342に保持された緻密膜352にZnを透過させた。この状態でZn透過を表1に示される時間tで行った後、第二の水溶液の液量V(ml)を測定し、第二の水溶液350のZn濃度C(mol/L)をICP発光分光分析法により測定した。得られた値を用いてZn透過割合を算出した。Zn透過割合は、(C×V)/(C×V×t×S)の式により算出した。式中、Zn透過開始前の第一の水溶液のZn濃度C(mol/L)、Zn透過開始前の第一の水溶液の液量V(ml)、Zn透過終了後の第二の水溶液のZn濃度C(mol/L)、Zn透過終了後の第二の水溶液の液量V(ml)、Znの透過時間t(min)、及びZnが透過する膜面積S(cm)を用いた。得られた結果は表1及び図17に示されるとおりであった。On the other hand, a 9 mol / L aqueous KOH solution in which 2.5 mol / L of Al (OH) 3 and 0.5 mol / L of ZnO were dissolved was prepared as the first aqueous solution 348 to be put in the first tank 344. When the Zn concentration C 1 (mol / L) of the first aqueous solution was measured by ICP emission spectroscopy, it was a value shown in Table 1. Further, as the second aqueous solution 350 to be put in the second tank 346, a 9 mol / L KOH aqueous solution in which 2.5 mol / L of Al (OH) 3 was dissolved was prepared without dissolving ZnO. In the measurement apparatus 340 in which the sample holder 342 previously fabricated is incorporated, the first aqueous solution 348 and the second aqueous solution 350 are injected into the first tank 344 and the second tank 346, respectively, and the densely held by the sample holder 342 is obtained. Zn was permeated through the film 352. In this state, Zn permeation was performed at time t shown in Table 1, and then the liquid volume V 2 (ml) of the second aqueous solution was measured, and the Zn concentration C 2 (mol / L) of the second aqueous solution 350 was determined. It was measured by ICP emission spectroscopy. The Zn permeation ratio was calculated using the obtained value. The Zn transmission ratio was calculated by the formula (C 2 × V 2 ) / (C 1 × V 1 × t × S). In the formula, Zn concentration C 1 (mol / L) of the first aqueous solution before the start of Zn permeation, the amount V 1 (ml) of the first aqueous solution before the start of Zn permeation, and the second aqueous solution after the end of Zn permeation Zn concentration C 2 (mol / L), liquid volume V 2 (ml) of the second aqueous solution after completion of Zn permeation, Zn permeation time t (min), and film area S (cm 2 ) through which Zn permeates Was used. The obtained results were as shown in Table 1 and FIG.

Claims (12)

水酸化ニッケル及び/又はオキシ水酸化ニッケルを含む正極と、
前記正極が浸漬される、アルカリ金属水酸化物水溶液を含む正極電解液と、
亜鉛及び/又は酸化亜鉛を含む負極と、
前記負極が浸漬される、アルカリ金属水酸化物水溶液を含む負極電解液と、
前記正極、前記正極電解液、前記負極、及び前記負極電解液を収容する密閉容器と、
前記密閉容器内に、前記正極及び前記正極電解液を収容する正極室と、前記負極及び前記負極電解液を収容する負極室とを区画するように設けられ、水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しない、無機固体電解質体からなるセラミックスセパレータと、
を備えてなるニッケル亜鉛電池であって、
前記正極及び前記負極の少なくともいずれか一方が電極積層体であり、該電極積層体が、
互いに離間して平行に配置される、正極又は負極である2層以上の電極層と、
該電極層同士の間に存在する保液空間と、
を備え、
前記保液空間に、液を保持可能な保液手段をさらに備え、前記保液手段がシート状の保液部材であり、前記保液部材が不織布である、ニッケル亜鉛電池
A positive electrode comprising nickel hydroxide and / or nickel oxyhydroxide,
A positive electrode electrolyte solution containing an alkali metal hydroxide aqueous solution in which the positive electrode is immersed;
A negative electrode comprising zinc and / or zinc oxide;
A negative electrode electrolyte solution containing an alkali metal hydroxide aqueous solution in which the negative electrode is immersed;
A sealed container containing the positive electrode, the positive electrode electrolyte, the negative electrode, and the negative electrode electrolyte;
In the sealed container, provided to partition the positive electrode chamber containing the positive electrode and the positive electrode electrolyte solution and the negative electrode chamber containing the negative electrode and the negative electrode electrolyte solution, and has hydroxide ion conductivity. A ceramic separator made of an inorganic solid electrolyte body having no water permeability;
A nickel-zinc battery comprising:
At least one of the positive electrode and the negative electrode is an electrode laminate, and the electrode laminate is
Two or more electrode layers, which are positive electrodes or negative electrodes, arranged in parallel and spaced apart from each other;
A liquid holding space existing between the electrode layers;
With
A nickel-zinc battery , further comprising liquid holding means capable of holding liquid in the liquid holding space, wherein the liquid holding means is a sheet-like liquid holding member, and the liquid holding member is a nonwoven fabric.
前記電極積層体が正極であり、前記電極層が水酸化ニッケル及びオキシ水酸化ニッケルの少なくともいずれか一方を含む、請求項1に記載のニッケル亜鉛電池The nickel zinc battery according to claim 1, wherein the electrode laminate is a positive electrode, and the electrode layer includes at least one of nickel hydroxide and nickel oxyhydroxide. 前記電極積層体が負極であり、前記電極層が亜鉛及び酸化亜鉛の少なくともいずれか一方を含む、請求項1に記載のニッケル亜鉛電池The nickel zinc battery according to claim 1, wherein the electrode laminate is a negative electrode, and the electrode layer includes at least one of zinc and zinc oxide. 前記電極積層体が1.03mm以上の厚さを有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のニッケル亜鉛電池The nickel zinc battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode laminate has a thickness of 1.03 mm or more. 前記電極層が0.5〜5.0mmの厚さを有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のニッケル亜鉛電池The nickel zinc battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode layer has a thickness of 0.5 to 5.0 mm. 前記保液空間又は前記保液部材が0.01〜0.20mmの厚さを有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のニッケル亜鉛電池The nickel zinc battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the liquid retaining space or the liquid retaining member has a thickness of 0.01 to 0.20 mm. 前記電極層の数が、2枚以上である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のニッケル亜鉛電池The nickel zinc battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the number of the electrode layers is two or more. 前記無機固体電解質体が、一般式:
2+ 1−x3+ (OH)n− x/n・mH
(式中、M2+は2価の陽イオンであり、M3+は3価の陽イオンであり、An−はn価の陰イオンであり、nは1以上の整数であり、xは0.1〜0.4であり、mは0以上である)の基本組成を有する層状複水酸化物からなる、請求項1〜7のいずれか一項に記載のニッケル亜鉛電池。
The inorganic solid electrolyte body has the general formula:
M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 A n- x / n · mH 2 O
(Wherein, M 2+ is a divalent cation, M 3+ is a trivalent cation, A n-is the n-valent anion, n is an integer of 1 or more, x is 0 The nickel zinc battery according to any one of claims 1 to 7, comprising a layered double hydroxide having a basic composition of 0.1 to 0.4 and m being 0 or more.
前記セラミックスセパレータの片面又は両面に多孔質基材をさらに備え、かつ、前記無機固体電解質体が膜状又は層状の形態であり、該膜状又は層状の無機固体電解質体が前記多孔質基材上又はその中に形成されたものである、請求項1〜8のいずれか一項に記載のニッケル亜鉛電池。 The ceramic separator further includes a porous substrate on one or both sides, and the inorganic solid electrolyte is in the form of a film or a layer, and the film or layer of the inorganic solid electrolyte is on the porous substrate. Or the nickel zinc battery as described in any one of Claims 1-8 currently formed in it. 前記無機固体電解質体が層状複水酸化物からなる場合、前記層状複水酸化物が複数の板状粒子の集合体で構成され、該複数の板状粒子がそれらの板面が前記多孔質基材の表面と垂直に又は斜めに交差するような向きに配向してなる、請求項に記載のニッケル亜鉛電池。 In the case where the inorganic solid electrolyte body is composed of a layered double hydroxide, the layered double hydroxide is composed of an aggregate of a plurality of plate-like particles, and the plate-like particles have their plate surfaces on the porous group. The nickel zinc battery according to claim 9 , wherein the nickel zinc battery is oriented in a direction perpendicular to or obliquely intersecting the surface of the material. 前記セラミックスセパレータは、単位面積あたりのHe透過度が10cm/min・atm以下である、請求項10のいずれか一項に記載のニッケル亜鉛電池。 The nickel-zinc battery according to any one of claims 1 to 10 , wherein the ceramic separator has a He permeability per unit area of 10 cm / min · atm or less. 前記セラミックスセパレータは、水接触下で評価した場合における単位面積あたりのZn透過割合が10m−2・h−1以下である、請求項11のいずれか一項に記載のニッケル亜鉛電池。
The nickel-zinc battery according to any one of claims 1 to 11 , wherein the ceramic separator has a Zn transmission rate per unit area of 10 m- 2 · h- 1 or less when evaluated under water contact.
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