JP6664195B2 - Zinc secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、亜鉛二次電池に関する。   The present invention relates to a zinc secondary battery.

ニッケル亜鉛二次電池等の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。したがって、ニッケル亜鉛二次電池等の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 zinc secondary batteries such as nickel zinc secondary batteries have been developed and studied for a long time, they have not yet been put to practical use. This is because zinc constituting the negative electrode generates dendritic crystals called dendrites at the time of charging, and this dendrite breaks through the separator and causes a short circuit with the positive electrode. Therefore, in a zinc secondary battery such as a nickel zinc secondary battery, a technique for preventing a short circuit due to zinc dendrite is strongly desired.

そのような問題ないし要望に対処すべく、水酸化物イオン伝導性セラミックスセパレータを用いた電池が提案されている。例えば、特許文献1(国際公開第2013/118561号)には、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ることが開示されており、無機固体電解質体として一般式:M2+ 1−x3+ (OH)n− x/n・mHO(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)の基本組成を有する層状複水酸化物(LDH)を用いることが提案されている。また、特許文献2(国際公開第2015/098610号)には、多孔質基材と、層状複水酸化物を含んでなる機能層とを備えた、層状複水酸化物含有複合材料が開示されており、機能層は透水性を有しないことが記載されている。 In order to address such problems or demands, batteries using a hydroxide ion conductive ceramic separator have been proposed. For example, Patent Literature 1 (International Publication No. 2013/118561) discloses that in a nickel zinc secondary battery, a separator made of a hydroxide ion conductive inorganic solid electrolyte is used as a positive electrode in order to prevent a short circuit caused by zinc dendrite. and it is is disclosed that provided between the negative electrode, the general formula as an inorganic solid electrolyte body: M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 a n- x / n · mH 2 O ( wherein, M 2+ is at least is at least one divalent cation, M 3+ is at least one or more trivalent cations, a n-is the n-valent anion, n represents an integer of 1 or more, x is 0 It is proposed to use a layered double hydroxide (LDH) having a basic composition of (.1 to 0.4). Further, Patent Document 2 (WO 2015/098610) discloses a layered double hydroxide-containing composite material including a porous substrate and a functional layer containing a layered double hydroxide. It describes that the functional layer does not have water permeability.

一方、高電圧や大電流を得るために、複数の単電池を組み合わせて作られた積層電池が広く採用されている。積層電池は、単電池を複数直列または並列に接続してなる積層体が一つの電池容器内に収納された構成を有してなる。   On the other hand, in order to obtain a high voltage and a large current, a laminated battery formed by combining a plurality of unit cells is widely used. The stacked battery has a configuration in which a stacked body formed by connecting a plurality of cells in series or in parallel is housed in one battery container.

国際公開第2013/118561号WO 2013/118561 国際公開第2015/098610号WO 2015/098610

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防止できる。そして、この効果を最大限に発揮させるためには、水酸化物イオン伝導性セラミックスセパレータで電池容器内を正極側と負極側を確実に仕切ることが望まれる。しかしながら、水酸化物イオン伝導性セラミックスセパレータで電池容器内を正極側と負極側を確実に仕切った場合、過充電耐性が低下しかねないとの問題がある。すなわち、ニッケル亜鉛電池等の亜鉛二次電池において過充電されると正極で酸素(O)が発生しうる。しかし、上記のような水酸化物イオン伝導性セラミックスは水酸化物イオンしか実質的に通さないといった高度な緻密性を有するが故に、Oを通さない。このため、上記セパレータの高い緻密性を確保しながらも、Oを正極室から負極室へと効率的に送り込み、それによってOで負極のZnを酸化してZnOへと戻すことができれば、過充電耐性を向上することができ好都合である。 The present applicant has succeeded in developing a ceramic separator (inorganic solid electrolyte separator) which is highly densified so as to have hydroxide ion conductivity but not to have water permeability. In addition, the formation of such a ceramic separator on a porous substrate has also been successful. When a secondary battery such as a nickel zinc battery is formed using such a separator (or a separator with a porous substrate), a short circuit due to zinc dendrite can be prevented. In order to maximize this effect, it is desired that the hydroxide ion conductive ceramic separator reliably separates the inside of the battery container between the positive electrode side and the negative electrode side. However, when the inside of the battery container is reliably partitioned between the positive electrode side and the negative electrode side by the hydroxide ion conductive ceramic separator, there is a problem that the overcharge resistance may be reduced. That is, when overcharged in a zinc secondary battery such as a nickel zinc battery, oxygen (O 2 ) may be generated at the positive electrode. However, the hydroxide ion conductive ceramics described above have a high degree of denseness such that only hydroxide ions are substantially passed therethrough, and thus do not allow O 2 to pass through. For this reason, if O 2 can be efficiently sent from the positive electrode chamber to the negative electrode chamber, thereby oxidizing Zn of the negative electrode with O 2 and returning it to ZnO while securing high density of the separator, This is advantageous because overcharge resistance can be improved.

本発明者らは、今般、水酸化物イオン伝導性セパレータを含むセパレータ構造体を備えた亜鉛二次電池において、正極及び負極のセパレータと反対側に、正極室及び負極室とこれらの電極室の上部空間との間を気体連通するガス流路構造を設けることにより、亜鉛デンドライトによる短絡の防止に効果的な優れたセパレータ特性を確保しながらも、過充電耐性を向上可能な亜鉛二次電池を提供できるとの知見を得た。また、上記亜鉛二次電池を組み立て容易な簡素な構造の積層電池の形態で提供できるとの知見も得た。   The present inventors have recently proposed, in a zinc secondary battery provided with a separator structure including a hydroxide ion conductive separator, a positive electrode chamber, a negative electrode chamber, and a By providing a gas flow path structure that communicates gas with the upper space, a zinc secondary battery that can improve overcharge resistance while securing excellent separator characteristics effective in preventing short circuit due to zinc dendrite is provided. The knowledge that it can be provided was obtained. It has also been found that the zinc secondary battery can be provided in the form of a laminated battery having a simple structure that is easy to assemble.

したがって、本発明の目的は、水酸化物イオン伝導性セパレータを含むセパレータ構造体を備えた亜鉛二次電池において、亜鉛デンドライトによる短絡の防止に効果的な優れたセパレータ特性を確保しながらも、過充電耐性を向上可能な亜鉛二次電池を提供することにある。また、本発明のもう一つの目的は、上記亜鉛二次電池を組み立て容易な簡素な構造の積層電池の形態で提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a zinc secondary battery having a separator structure including a hydroxide ion conductive separator, while ensuring excellent separator characteristics effective in preventing short circuit due to zinc dendrites, An object of the present invention is to provide a zinc secondary battery capable of improving charge resistance. It is another object of the present invention to provide a zinc-ion secondary battery in the form of a stacked battery having a simple structure that is easy to assemble.

本発明の一態様によれば、密閉容器と、
密閉容器内に設けられ、互いに上部開放又は上部連通された正極室及び負極室と、
前記正極室内に収容される正極と、
前記正極室内に収容され、アルカリ金属水酸化物水溶液を含む正極電解液と、
前記負極室内に収容され、亜鉛及び/又は酸化亜鉛を含む負極と、
前記負極室内に収容され、アルカリ金属水酸化物水溶液を含む負極電解液と、
前記正極室と前記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セパレータを含むセパレータ構造体と、
前記正極室内における前記正極の前記セパレータと反対側に設けられ、前記正極と前記正極室の上部空間との間を気体連通する正極ガス流路構造と、
前記負極室内における前記負極の前記セパレータと反対側に設けられ、前記負極と前記負極室の上部空間との間を気体連通する負極ガス流路構造と、
を備えてなる、亜鉛二次電池が提供される。
According to one embodiment of the present invention, a closed container,
A positive electrode chamber and a negative electrode chamber, which are provided in a closed container and open or communicate with each other at the top,
A positive electrode housed in the positive electrode chamber;
A cathode electrolyte containing the alkali metal hydroxide aqueous solution, which is accommodated in the cathode chamber;
A negative electrode housed in the negative electrode chamber and containing zinc and / or zinc oxide;
A negative electrode electrolyte contained in the negative electrode chamber and containing an aqueous alkali metal hydroxide solution,
A separator structure including a separator provided to partition the positive electrode chamber and the negative electrode chamber, and having a hydroxide ion conductivity but having no water permeability,
A positive electrode gas flow path structure provided on the opposite side of the positive electrode to the separator in the positive electrode chamber and communicating gas between the positive electrode and an upper space of the positive electrode chamber;
A negative electrode gas flow path structure provided on the opposite side of the negative electrode to the separator in the negative electrode chamber, and gas-communicating between the negative electrode and an upper space of the negative electrode chamber;
A zinc secondary battery comprising:

本発明の一態様による亜鉛二次電池の模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a zinc secondary battery according to one embodiment of the present invention. 本発明の別の態様による亜鉛二次電池の模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a zinc secondary battery according to another embodiment of the present invention. 本発明の更に別の態様による亜鉛二次電池の模式断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view of a zinc secondary battery according to still another embodiment of the present invention. 本発明の更に別の態様による亜鉛二次電池の模式断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view of a zinc secondary battery according to still another embodiment of the present invention. 本発明の更に別の態様による亜鉛二次電池の模式断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view of a zinc secondary battery according to still another embodiment of the present invention. 格子状の凹凸形状を備えたガス流路構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the gas flow path structure provided with the lattice-shaped uneven | corrugated shape. スリット状の凹凸形状を備えたガス流路構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the gas flow path structure provided with the slit-shaped uneven | corrugated shape. 電極の左右両端に沿って設けられるガス流路として機能する隙間空間を含むガス流路構造を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a gas flow path structure including a gap space functioning as a gas flow path provided along both right and left ends of an electrode. 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 another aspect of the 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。3 is an SEM image of the surface of the porous alumina substrate manufactured in Example 1. 例1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 a crystal phase of a sample in Example 1. 例1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。3 is an SEM image showing the surface microstructure of the film sample observed in Example 1. 例1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。3 is an SEM image of a microstructure of a polished cross section of the composite material sample observed in Example 1. 例1で使用された緻密性判別測定系の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of a denseness determination measurement system used in Example 1. 例1で使用された緻密性判別測定系の模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a denseness determination measurement system used in Example 1. 例1の緻密性判定試験IIで使用された測定用密閉容器の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of a closed container for measurement used in a denseness determination test II of Example 1. 例1の緻密性判定試験IIで使用された測定系の模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a measurement system used in a denseness determination test II of Example 1. 例2において作製したセパレータ構造体の各構成部材の位置関係を模式的に示す上面図である。FIG. 9 is a top view schematically illustrating a positional relationship between components of a separator structure manufactured in Example 2. 例2において作製したセパレータ構造体の作製手順を示す工程図である。FIG. 4 is a process chart showing a procedure for producing a separator structure produced in Example 2. 例2において作製したセパレータ構造体の写真である。4 is a photograph of a separator structure manufactured in Example 2. 例2において作製された、熱融着接合前の積層物を撮影した写真である。4 is a photograph of a laminate before heat fusion bonding produced in Example 2. 例2において作製された、熱融着接合後の積層物を撮影した写真である。4 is a photograph of a laminate after heat fusion bonding produced in Example 2. 例2において作製されたラミネート型ニッケル亜鉛電池カートリッジを撮影した写真である。4 is a photograph of the laminated nickel-zinc battery cartridge produced in Example 2. 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 measurement system. 図18A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. 18B is a schematic cross-sectional view of a sample holder used in the measurement system shown in FIG. 18A 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 transmission rate measuring apparatus. 図19A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。FIG. 19B is a schematic cross-sectional view of a sample holder used in the measurement device shown in FIG. 19A. 例3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。9 is a graph showing the relationship between the He transmittance and the Zn transmission ratio measured in Example 3.

亜鉛二次電池
本発明は亜鉛二次電池に関する。本明細書において、亜鉛二次電池は、ニッケル亜鉛二次電池、酸化銀亜鉛二次電池、酸化マンガン亜鉛二次電池、及びその他各種のアルカリ亜鉛二次電池等、水酸化物イオン伝導性セラミックスセパレータを適用可能な各種亜鉛二次電池であることができる。特に、ニッケル亜鉛二次電池が好ましい。したがって、以下の一般的説明において、典型例であるニッケル亜鉛二次電池に基づいて説明を行うことがあるが、本発明のセパレータ構造体の適用可能な二次電池はニッケル亜鉛二次電池に限定されるべきではなく、水酸化物イオン伝導性セラミックスセパレータを採用可能な上述の各種二次電池に適用可能なものである。セパレータ構造体を適用可能な電池は正極及び負極の対が1つの単位電池であってもよいし、正極及び負極の対を2つ以上、すなわち2つ以上の単位電池を備えた積層電池であってもよい。また、積層電池は直列型積層電池であってもよいし、並列型積層電池であってもよい。
Zinc secondary battery present invention relates to zinc secondary battery. In the present specification, a zinc secondary battery is a hydroxide ion conductive ceramic separator such as a nickel zinc secondary battery, a silver zinc secondary battery, a manganese zinc secondary battery, and various other alkaline zinc secondary batteries. Can be applied to various zinc secondary batteries. Particularly, a nickel zinc secondary battery is preferable. Therefore, in the following general description, the description may be made based on a nickel-zinc secondary battery which is a typical example, but the secondary battery to which the separator structure of the present invention can be applied is limited to a nickel-zinc secondary battery. However, the present invention can be applied to the above-mentioned various secondary batteries that can employ a hydroxide ion conductive ceramic separator. The battery to which the separator structure can be applied may be a unit battery having one pair of the positive electrode and the negative electrode, or a laminated battery having two or more unit batteries of the positive electrode and the negative electrode. You may. Further, the stacked battery may be a series stacked battery or a parallel stacked battery.

図1に、本発明による亜鉛二次電池の一例を模式的に示す。図1に示される亜鉛二次電池100は、正極室12及び負極室14と、正極16と、正極電解液(図示せず)と、負極18と、負極電解液(図示せず)と、セパレータ構造体20と、正極ガス流路構造22と、負極ガス流路構造24とを密閉容器102内に備える。亜鉛二次電池は、図1に示されるように、正極室12及び負極室14の少なくともいずれか一方(望ましくはその両方)を複数個備えているのが好ましく、典型的には積層電池(ないし組電池)の形態である。もっとも、本発明はこれに限定されず、正極室12及び負極室14をそれぞれ1個しか有しない単電池の構成であってもよい。正極室12及び負極室14は、密閉容器102内に設けられ、互いに上部開放又は上部連通される。正極室12内には正極16と正極電解液が収容され、正極電解液はアルカリ金属水酸化物水溶液を含む。負極室14内には負極18と負極電解液が収容される。負極18は亜鉛及び/又は酸化亜鉛を含み、負極電解液はアルカリ金属水酸化物水溶液を含む。セパレータ構造体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セパレータ28を含み、正極室12と負極室14とを区画するように設けられる。そして、正極ガス流路構造22が正極室12内における正極16のセパレータ28と反対側に設けられ、正極16と正極室12の上部空間との間を気体連通する。また、負極ガス流路構造24が負極室14内における負極18のセパレータ28と反対側に設けられ、負極18と負極室14の上部空間との間を気体連通する。なお、正極16及び負極18にはそれぞれ集電体、配線及び/又は端子が接続されて、亜鉛二次電池100の外部に電気を取り出せるように構成されることはいうまでもない。このような亜鉛二次電池100内では正極16と負極18が水酸化物イオン伝導性を有するが透水性を有しないセパレータ28を含むセパレータ構造体20で確実に隔離されているため、充放電に伴い負極から正極に向かって成長する亜鉛デンドライトをセパレータ28で阻止し、それにより亜鉛デンドライトによる正負極間の短絡を効果的に防止することができる。   FIG. 1 schematically shows an example of a zinc secondary battery according to the present invention. The zinc secondary battery 100 shown in FIG. 1 includes a positive electrode chamber 12 and a negative electrode chamber 14, a positive electrode 16, a positive electrode electrolyte (not shown), a negative electrode 18, a negative electrode electrolyte (not shown), and a separator. The structure 20, the cathode gas channel structure 22, and the anode gas channel structure 24 are provided in a closed container 102. As shown in FIG. 1, the zinc secondary battery preferably includes a plurality of at least one (preferably, both) of the positive electrode chamber 12 and the negative electrode chamber 14, and typically includes a stacked battery (or a stacked battery). (Assembled battery). However, the present invention is not limited to this, and may have a configuration of a unit cell having only one positive electrode chamber 12 and one negative electrode chamber 14. The positive electrode chamber 12 and the negative electrode chamber 14 are provided in a closed container 102, and are opened or communicated with each other at the top. The positive electrode chamber 12 contains a positive electrode 16 and a positive electrode electrolyte, and the positive electrode electrolyte contains an alkali metal hydroxide aqueous solution. The negative electrode chamber 14 contains a negative electrode 18 and a negative electrode electrolyte. The negative electrode 18 contains zinc and / or zinc oxide, and the negative electrode electrolyte contains an aqueous alkali metal hydroxide solution. The separator structure 20 includes a separator 28 having hydroxide ion conductivity but not having water permeability, and is provided so as to partition the positive electrode chamber 12 and the negative electrode chamber 14. Further, a positive electrode gas flow path structure 22 is provided in the positive electrode chamber 12 on the side opposite to the separator 28 of the positive electrode 16, and communicates gas between the positive electrode 16 and the upper space of the positive electrode chamber 12. Further, a negative electrode gas flow path structure 24 is provided in the negative electrode chamber 14 on a side opposite to the separator 28 of the negative electrode 18, and communicates gas between the negative electrode 18 and an upper space of the negative electrode chamber 14. Needless to say, a current collector, a wiring, and / or a terminal are connected to the positive electrode 16 and the negative electrode 18, respectively, so that electricity can be taken out of the zinc secondary battery 100. In such a zinc secondary battery 100, the positive electrode 16 and the negative electrode 18 are surely separated by the separator structure 20 including the separator 28 having hydroxide ion conductivity but not having water permeability. Accordingly, the zinc dendrite that grows from the negative electrode toward the positive electrode is prevented by the separator 28, whereby a short circuit between the positive and negative electrodes due to the zinc dendrite can be effectively prevented.

このように、水酸化物イオン伝導性セパレータ28を含むセパレータ構造体20を備えた亜鉛二次電池100において、正極16及び負極18のセパレータ28と反対側に、正極室12及び負極室14とこれらの電極室の上部空間との間を気体連通するガス流路構造22,24をそれぞれ設けることにより、亜鉛デンドライトによる短絡の防止に効果的な優れたセパレータ特性を確保しながらも、過充電耐性を向上可能な亜鉛二次電池を提供できる。すなわち、ニッケル亜鉛電池等において過充電されると正極で酸素(O)が発生しうるが、透水性を有しないセパレータは水酸化物イオンしか実質的に通さないといった高度な緻密性を有するが故に、Oを通さない。この点、本発明の構成の亜鉛二次電池によれば、過充電時に正極16で発生したOが、正極16のセパレータ28と反対側で正極ガス流路構造22を通って上部空間へと抜け、この上部空間に移動したOが負極18のセパレータ28と反対側で負極ガス流路構造24を通って負極18へと到達することができる。このとき、Oは正極16及び負極18のセパレータ28と反対側で移動することになるため、セパレータ28を介して行われる水酸化物イオン伝導に支障を来さなくて済む。こうしてOを正極上方に逃がして上部空間を介して負極側へと送り込むことができ、それによってOで負極のZnを酸化してZnOへと戻すことができる。このような酸素反応サイクルを経ることで、水酸化物イオン伝導性セパレータを含むセパレータ構造体を備えた亜鉛二次電池において、セパレータの水酸化物イオン伝導性を損なうことなく、過充電耐性を向上させることができる。 As described above, in the zinc secondary battery 100 including the separator structure 20 including the hydroxide ion conductive separator 28, the positive electrode chamber 12 and the negative electrode chamber 14 are formed on the opposite sides of the positive electrode 16 and the negative electrode 18 from the separator 28. By providing gas passage structures 22 and 24 for gas communication with the upper space of the electrode chamber of each of the above, excellent separator characteristics effective in preventing a short circuit due to zinc dendrite are secured, and overcharge resistance is improved. An improved zinc secondary battery can be provided. That is, when overcharged in a nickel zinc battery or the like, oxygen (O 2 ) can be generated at the positive electrode, but a separator having no water permeability has a high degree of denseness such that substantially only hydroxide ions pass therethrough. Thus, impervious to O 2. In this regard, according to the zinc secondary battery having the configuration of the present invention, O 2 generated in the positive electrode 16 at the time of overcharging passes through the positive electrode gas flow path structure 22 on the side opposite to the separator 28 of the positive electrode 16 to the upper space. O 2 that has escaped and moved to the upper space can reach the negative electrode 18 through the negative electrode gas flow path structure 24 on the opposite side of the negative electrode 18 from the separator 28. At this time, O 2 moves on the side opposite to the separator 28 of the positive electrode 16 and the negative electrode 18, so that the hydroxide ion conduction performed through the separator 28 does not need to be hindered. In this way, O 2 can escape to the upper side of the positive electrode and be sent to the negative electrode side through the upper space, whereby Zn of the negative electrode can be oxidized by O 2 and returned to ZnO. Through such an oxygen reaction cycle, in a zinc secondary battery provided with a separator structure including a hydroxide ion conductive separator, the overcharge resistance is improved without impairing the hydroxide ion conductivity of the separator. Can be done.

このような本発明による電池構成は、亜鉛二次電池を組み立て容易な簡素な構造の積層電池の形態で提供するのに特に適する。そのような積層電池の例としては、図1〜3に示されるような上部開放型の電池カートリッジ10を用いた積層電池や図4及び5に示されるような上部開放型の電極カートリッジ11を用いた積層電池が挙げられる。本明細書において、電池カートリッジとは、上部開放された水不透過性容器内に正極16、負極18及びセパレータ構造体20を収容した、独立して取り扱うことが可能な電池内蔵部品である。また、本明細書において、電極カートリッジとは、上部開放された水不透過性容器内に亜鉛二次電池用の電極(すなわち負極18又は正極16)を収容した、独立して取り扱うことが可能な電極内蔵部品である。電池カートリッジ10や電極カートリッジ11内には予め電解液を仕込んでおいてもよい。電池カートリッジ10や電極カートリッジ11を構成する水不透過性容器は全体として硬い部材(典型的には剛性部材)で構成されていてもよいし、その一部又は全部が可撓性フィルム等の可撓性部材で構成されていてもよく、後者の場合、水不透過性容器はフレキシブルパックないし可撓性袋体の形態でありうる。なお、電池カートリッジ10は、その中に電解液を入れた状態で密閉容器102内に収容されることにより、密閉型亜鉛二次電池内の単位電池として機能しうる。また、電極カートリッジ11は、その中に電解液をも入れた状態で密閉容器102内に対向電極(正極16又は負極18)とともに収容されることにより、密閉型亜鉛二次電池の主要構成部品として機能しうる。いずれにしても、密閉性は最終的に収容されることになる密閉容器102において確保すれば足りるので、電池カートリッジ10や電極カートリッジ11自体は上部開放型の簡素な構成であることができる。すなわち、電池カートリッジ10や電極カートリッジ11を用意する際、上端部を封止することなく、上部開放されたままの極めて簡素な構成でカートリッジを用意することができる。そして、図1〜3に示されるように複数個の電池カートリッジ10を密閉容器102内に収容するだけで、あるいは図4及び5に示されるように複数個の電極カートリッジ11を対向電極(図示例では正極16)と交互に密閉容器102内に収容するだけで、過充電耐性を有する積層電池形態の亜鉛二次電池100を提供できる。このようにして所望の層数の積層電池として密閉型亜鉛二次電池100を極めて簡単に組み立てることができる。特に、図4及び5に示されるような電極カートリッジ11を用いた積層電池とする場合、複数枚の可撓性フィルムの積層を不要とし、かつ、対向電極(例えば正極16)の収容区画(例えば正極室)を互いに隔離することのない共通化された収容区画とすることができる点で、極めて作製しやすい大幅に簡素化された構成で積層電池を提供することができる。   Such a battery configuration according to the present invention is particularly suitable for providing a zinc secondary battery in the form of a stacked battery having a simple structure that is easy to assemble. Examples of such a laminated battery include a laminated battery using an open-top battery cartridge 10 as shown in FIGS. 1 to 3 and an open-top electrode cartridge 11 as shown in FIGS. Stacked batteries. In the present specification, the battery cartridge is a battery built-in component that accommodates the positive electrode 16, the negative electrode 18, and the separator structure 20 in a water-impermeable container that is open at the top and that can be handled independently. In this specification, the electrode cartridge is a water-impermeable container that is open at the top and contains an electrode for a zinc secondary battery (that is, the negative electrode 18 or the positive electrode 16) and can be handled independently. This is a component with built-in electrodes. An electrolytic solution may be charged in the battery cartridge 10 and the electrode cartridge 11 in advance. The water-impermeable container that constitutes the battery cartridge 10 and the electrode cartridge 11 may be entirely formed of a hard member (typically, a rigid member), or may be partially or entirely formed of a flexible film or the like. The water-impermeable container may be in the form of a flexible pack or a flexible bag in the latter case. The battery cartridge 10 can function as a unit battery in a sealed zinc secondary battery by being accommodated in the sealed container 102 in a state where an electrolyte is contained therein. The electrode cartridge 11 is housed in a sealed container 102 together with a counter electrode (the positive electrode 16 or the negative electrode 18) in a state where an electrolyte is also contained therein, so that the electrode cartridge 11 can be used as a main component of a sealed zinc secondary battery. Can work. In any case, it is sufficient to ensure the hermeticity in the hermetically sealed container 102 that is to be finally accommodated, so that the battery cartridge 10 and the electrode cartridge 11 can have a simple configuration with an open top. That is, when preparing the battery cartridge 10 and the electrode cartridge 11, it is possible to prepare the cartridge with an extremely simple configuration in which the upper part is left open without sealing the upper end part. Then, as shown in FIGS. 1 to 3, only the plurality of battery cartridges 10 are accommodated in the sealed container 102, or as shown in FIGS. In this case, the zinc secondary battery 100 in the form of a laminated battery having overcharge resistance can be provided only by alternately housing the positive electrode 16) in the closed container 102. In this manner, the sealed zinc secondary battery 100 as a stacked battery having a desired number of layers can be assembled very easily. In particular, in the case of a stacked battery using the electrode cartridge 11 as shown in FIGS. 4 and 5, the stacking of a plurality of flexible films is not required, and the housing section (for example, the positive electrode 16) for the counter electrode (for example, the positive electrode 16) (Positive electrode chamber) can be provided as a common storage compartment without being isolated from each other, so that it is possible to provide a stacked battery with a greatly simplified configuration that is extremely easy to manufacture.

このように、電池カートリッジ10や電極カートリッジ11は積層電池を極めて作製しやすくなるとの利点がある。通常、亜鉛二次電池を積層電池として構成する場合には単電池ごとに密閉容器に収容して、電解液の漏れを防止すべく液密に封止を行うことが想定されるが、そのような作業は非常に手間のかかる煩雑なものであり、積層電池の層数が多ければ多いほどその煩雑さはより顕著なものとなる。この点、電池カートリッジ10や電極カートリッジ11にあっては、上部開放された水不透過性容器に電池又は電極を収容し、かつ、セパレータ28を有するので、密閉容器102に電解液(図示せず)及び必要に応じて対向電極を入れさえすれば電池の基本構成が出来上がる。このため、手間のかかる上端部の封止構造や封止作業は一切不要となる。しかも、セパレータ構造体20と水不透過性区画部材26とを熱融着等により封止接合するだけで電池カートリッジ10又は電極カートリッジ11を十分な液密性を付与しながら形成できるので、密閉型電池容器において必要とされるような手間のかかる封止作業が大幅に軽減される(或いは一切不要にできる)。したがって、積層電池の層数をたやすく増大させることができる。もっとも、実用に供するためには密閉型電池であることが望ましいことはいうまでもないが、その密閉性は、密閉容器102に電池カートリッジ10又は電極カートリッジ11を収容し、蓋をして液密に封止するだけで簡単に実現することができる(その際、必要な端子接続を行うべきことはいうまでもない)。また、電池容器としての硬さはあくまで別途用意される密閉容器102により確保すれば足りるので、電池カートリッジ10や電極カートリッジ11自体は必ずしも硬い必要はなく、カートリッジの材料選択の自由度が高いといえる。   As described above, the battery cartridge 10 and the electrode cartridge 11 have an advantage that a laminated battery can be extremely easily manufactured. Normally, when a zinc secondary battery is configured as a stacked battery, it is assumed that each of the cells is housed in a closed container and sealed in a liquid-tight manner to prevent leakage of the electrolytic solution. The complicated operation is very troublesome and troublesome, and the more the number of layers of the stacked battery is, the more remarkable the trouble becomes. In this regard, in the battery cartridge 10 and the electrode cartridge 11, since the battery or the electrode is housed in the water-impermeable container opened at the top and has the separator 28, the electrolyte (not shown) is placed in the closed container 102. ) And if necessary, the counter electrode is inserted, and the basic configuration of the battery is completed. For this reason, no troublesome sealing structure and sealing work for the upper end portion is required. Moreover, the battery cartridge 10 or the electrode cartridge 11 can be formed while imparting sufficient liquid tightness only by sealingly joining the separator structure 20 and the water-impermeable partition member 26 by heat sealing or the like. The troublesome sealing operation required for the battery container is greatly reduced (or can be eliminated at all). Therefore, the number of layers of the stacked battery can be easily increased. However, it is needless to say that a sealed battery is desirable for practical use. However, the hermeticity of the battery is as follows. It can be easily realized simply by sealing the terminal (in this case, it is needless to say that necessary terminal connections should be made). In addition, since the hardness of the battery container is only required to be ensured by the separately prepared sealed container 102, the battery cartridge 10 and the electrode cartridge 11 are not necessarily required to be hard, and it can be said that the degree of freedom in selecting the material of the cartridge is high. .

本発明の好ましい態様によれば、亜鉛二次電池100は、セパレータ構造体20とともに正極室12及び/又は負極室14を区画する水不透過性区画部材26をさらに有し、水不透過性区画部材26自体、又は水不透過性区画部材26とセパレータ構造体20との組合せが、上部開放された水不透過性容器を形成する。水不透過性区画部材26自体が水不透過性容器の主要部分を形成する構成が図1〜3に示されるような電池カートリッジ10の形態であり、水不透過性区画部材26とセパレータ構造体20との組合せが水不透過性容器を形成する構成が図4及び5に示されるような電極カートリッジ11の形態である。いずれにしても、水不透過性区画部材26は、セパレータ構造体20に内部空間(すなわち正極室12及び/又は負極室14)を形成可能に液密に封止接合され、セパレータ構造体20とともに上部開放された水不透過性容器を構成するもの(すなわち水不透過性材料)であれば、いかなる剛性及び可撓性を問わずあらゆる材質でありうる。水不透過性区画部材26の例としては、図1及び4に示されるような可撓性フィルム26aのみならず、図2、3及び5に示されるような剛性板26bが挙げられる。すなわち、水不透過性区画部材26は可撓性フィルム又は剛性板であるのが好ましい。剛性板26bは左右両端と下端に正極16及び負極18を収容するスペースを確保すべく突出した外縁壁を有するのが好ましく、この外縁壁はセパレータ構造体20(好ましくはその枠32)と封止接合されるのが好ましい。   According to a preferred embodiment of the present invention, the zinc secondary battery 100 further includes a water-impermeable partition member 26 that partitions the positive electrode chamber 12 and / or the negative electrode chamber 14 together with the separator structure 20. The member 26 itself, or a combination of the water-impermeable partition member 26 and the separator structure 20, forms a top-open water-impermeable container. The configuration in which the water-impermeable partition member 26 itself forms a main part of the water-impermeable container is in the form of the battery cartridge 10 as shown in FIGS. The combination with 20 forms a water-impermeable container in the form of an electrode cartridge 11 as shown in FIGS. In any case, the water-impermeable partition member 26 is liquid-tightly sealed and joined so that an internal space (that is, the positive electrode chamber 12 and / or the negative electrode chamber 14) can be formed in the separator structure 20. As long as it constitutes a water-impermeable container with an open top (ie, a water-impermeable material), any material may be used regardless of rigidity and flexibility. Examples of the water-impermeable partition member 26 include not only a flexible film 26a as shown in FIGS. 1 and 4, but also a rigid plate 26b as shown in FIGS. That is, the water-impermeable partition member 26 is preferably a flexible film or a rigid plate. The rigid plate 26b preferably has an outer edge wall protruding at both left and right ends and a lower end to secure a space for accommodating the positive electrode 16 and the negative electrode 18, and the outer edge wall is sealed with the separator structure 20 (preferably the frame 32 thereof). Preferably, they are joined.

図1及び4に示されるように水不透過性区画部材26が可撓性フィルム26aを含む場合、亜鉛二次電池100用の密閉容器102に複数個の電池カートリッジ10又は電極カートリッジ11を収容する際、寸法公差等の設計上の要件をそれ程気にすることなく、複数の(望ましくはできるだけ多くの)電池カートリッジ10又は電極カートリッジ11を密閉容器102に容易に詰め込むことができるとの利点がある。すなわち、比較的ラフに詰め込んだとしても、電池カートリッジ10又は電極カートリッジ11のフレキシブル性(及びその中の電解液の流動性)により応力が容易に分散され、構造安定性及び性能安定性が確保される。可撓性フィルム26aが樹脂フィルムを含むのが好ましい。樹脂フィルム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し、かつ、熱融着による接合が可能なものであるのが好ましく、例えば、PP(ポリプロピレン)フィルム、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム、PVC(ポリ塩化ビニル)フィルム等が挙げられる。樹脂フィルムを含む可撓性フィルムとして、市販のラミネートフィルムが使用可能であり、好ましいラミネートフィルムとしては、ベースフィルム(例えばPETフィルムやPPフィルム)及び熱可塑性樹脂層を備えた2層以上の構成の熱ラミネートフィルムが挙げられる。可撓性フィルム(例えばラミネートフィルム)の好ましい厚さは、20〜500μmであり、より好ましくは30〜300μm、さらに好ましくは50〜150μmである。電池カートリッジ10の場合には、1対の可撓性フィルム26aの上端部以外の外縁が、セパレータ構造体20(好ましくはその枠32又は可撓性フィルム34)を挟んで互いに封止接合されることで正極電解液及び負極電解液を液漏れ無く確実に水不透過性容器内に保持することができる。電極カートリッジ11の場合には、可撓性フィルム26aの上端部以外の外縁がセパレータ構造体20(好ましくはその枠32)と封止接合されることで正極電解液又は負極電解液を液漏れ無く確実に水不透過性容器内に保持することができる。封止接合は接着剤又は熱融着により行われるのが好ましい。接着剤はエポキシ樹脂系接着剤が耐アルカリ性に特に優れる点で好ましい。熱融着による封止接合は市販のヒートシール機等を用いて行えばよい。水不透過性容器の上端部は熱融着により封止される必要はなく、それ故、簡素な構成で電池部材を収容できる。   As shown in FIGS. 1 and 4, when the water-impermeable partitioning member 26 includes the flexible film 26 a, the plurality of battery cartridges 10 or the electrode cartridges 11 are housed in the sealed container 102 for the zinc secondary battery 100. At this time, there is an advantage that a plurality (preferably as many as possible) of the battery cartridges 10 or the electrode cartridges 11 can be easily packed in the closed container 102 without much concern about design requirements such as dimensional tolerances. . That is, even if the battery cartridge 10 is relatively roughly packed, the stress is easily dispersed by the flexibility of the battery cartridge 10 or the electrode cartridge 11 (and the fluidity of the electrolytic solution therein), and the structural stability and the performance stability are secured. You. Preferably, the flexible film 26a includes a resin film. The resin film preferably has resistance to an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide and can be bonded by heat fusion. For example, a PP (polypropylene) film, a PET (polyethylene terephthalate) film , PVC (polyvinyl chloride) film and the like. As the flexible film including the resin film, a commercially available laminate film can be used, and a preferable laminate film has a structure of two or more layers including a base film (for example, a PET film or a PP film) and a thermoplastic resin layer. A heat laminated film is exemplified. The preferred thickness of the flexible film (for example, a laminated film) is 20 to 500 μm, more preferably 30 to 300 μm, and still more preferably 50 to 150 μm. In the case of the battery cartridge 10, the outer edges of the pair of flexible films 26a other than the upper ends are sealed and joined to each other with the separator structure 20 (preferably the frame 32 or the flexible film 34) interposed therebetween. Thus, the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte can be reliably held in the water-impermeable container without liquid leakage. In the case of the electrode cartridge 11, the outer edge of the flexible film 26 a other than the upper end portion is sealingly joined to the separator structure 20 (preferably the frame 32) so that the positive electrode electrolyte or the negative electrode electrolyte can be leaked without leakage. It can be reliably held in the water-impermeable container. The sealing joint is preferably performed by an adhesive or heat fusion. The adhesive is preferable because an epoxy resin-based adhesive is particularly excellent in alkali resistance. The sealing and joining by heat fusion may be performed using a commercially available heat sealing machine or the like. The upper end of the water-impermeable container does not need to be sealed by heat sealing, and therefore can accommodate the battery member with a simple configuration.

一方、図2、3及び5に示されるように水不透過性区画部材26が剛性板26bを含む場合、剛性な電池カートリッジ10又は電極カートリッジ11となるため、取扱い性、構造安定性及び性能安定性が向上するとともに、フィルム破れ等の破損を生じにくく耐久性が高いとの利点がある。剛性板26bは樹脂製の板を含むのが好ましい。剛性板26bを構成する樹脂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樹脂であるのが好ましく、より好ましくはポリオレフィン樹脂、ABS樹脂、PP樹脂、PE樹脂、又は変性ポリフェニレンエーテルであり、さらに好ましくはABS樹脂、PP樹脂、PE樹脂、又は変性ポリフェニレンエーテルである。上端部以外の外縁がセパレータ構造体20と封止接合されることで正極電解液及び/又は負極電解液を液漏れ無く確実に水不透過性容器内に保持することができる。封止接合は接着剤又は熱融着により行われるのが好ましい。接着剤はエポキシ樹脂系接着剤が耐アルカリ性に特に優れる点で好ましい。   On the other hand, as shown in FIGS. 2, 3 and 5, when the water-impermeable partitioning member 26 includes the rigid plate 26b, the water-impermeable partitioning member 26 becomes a rigid battery cartridge 10 or an electrode cartridge 11, so that handleability, structural stability and performance stability are improved. This has the advantage that the film has improved durability, is less likely to be damaged such as a film tear, and has high durability. The rigid plate 26b preferably includes a resin plate. The resin constituting the rigid plate 26b is preferably a resin having resistance to an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide, more preferably a polyolefin resin, an ABS resin, a PP resin, a PE resin, or a modified polyphenylene ether. And more preferably an ABS resin, a PP resin, a PE resin, or a modified polyphenylene ether. By sealing and joining the outer edges other than the upper end portion to the separator structure 20, the positive electrode electrolyte and / or the negative electrode electrolyte can be reliably held in the water-impermeable container without liquid leakage. The sealing joint is preferably performed by an adhesive or heat fusion. The adhesive is preferable because an epoxy resin-based adhesive is particularly excellent in alkali resistance.

ガス流路構造
正極ガス流路構造22は、正極室12内における正極16のセパレータ28と反対側に設けられ、正極16と正極室12の上部空間との間を気体連通する。負極ガス流路構造24は、負極室14内における負極18のセパレータ28と反対側に設けられ、負極18と負極室14の上部空間との間を気体連通する。正極ガス流路構造22と負極ガス流路構造24(以下、両者をガス流路構造と称することがある)。ガス流路構造22,24は正極16で発生しうる酸素ガス(O)を効率的に上部空間を経て負極18へと送り込むのに適した流路を提供可能な構造であれば特に限定されず、種々の構造であることができる。
Gas flow path structure The positive gas flow path structure 22 is provided in the positive electrode chamber 12 on the side opposite to the separator 28 of the positive electrode 16, and makes gas communication between the positive electrode 16 and the upper space of the positive electrode chamber 12. The negative electrode gas flow path structure 24 is provided in the negative electrode chamber 14 on the side opposite to the separator 28 of the negative electrode 18, and communicates gas between the negative electrode 18 and the upper space of the negative electrode chamber 14. A positive electrode gas channel structure 22 and a negative electrode gas channel structure 24 (both may be referred to as a gas channel structure hereinafter). The gas flow path structures 22 and 24 are not particularly limited as long as they can provide a flow path suitable for efficiently sending oxygen gas (O 2 ) generated in the positive electrode 16 to the negative electrode 18 through the upper space. Instead, it can have various structures.

本発明の好ましい態様によれば、図1及び2に示されるように、正極ガス流路構造22及び/又は負極ガス流路構造24が、ガス流路として機能する空隙を有するガス流路部材25を含むものであることができる。ガス流路部材25は、メッシュ状、不織布状、織布状、スノコ状、又は多孔状の構造を有するのが好ましい。ガス流路部材25の材質は特に限定されない。例えば、メッシュ状のガス流路部材25の場合、銅、ニッケル、ポリプロピレン樹脂等の金属ないし樹脂で構成されるのが好ましい。また、スノコ状のガス流路部材25の場合、スノコ状の樹脂板が好ましいが、スノコ状の金属板であってもよい。ガス流路部材25には電解液が入っていない(すなわち上部空間と気体連通している)のが、酸素ガスの通過を容易に行える点で好ましい。この状態は、例えば、電極を湿らせる程度に電解液を仕込んでおくことで実現可能である。また、正極16及び負極18の外周は何も覆わないようにして、正極16の酸素ガスの放出及び負極18による酸素ガスの吸収が効率良く行えるようにするのが好ましい。   According to a preferred embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, the cathode gas passage structure 22 and / or the anode gas passage structure 24 include a gas passage member 25 having a void functioning as a gas passage. May be included. The gas flow path member 25 preferably has a mesh, non-woven, woven, slender, or porous structure. The material of the gas passage member 25 is not particularly limited. For example, in the case of the gas flow path member 25 having a mesh shape, it is preferable that the gas flow path member 25 is formed of a metal or resin such as copper, nickel, or polypropylene resin. Further, in the case of the slanted gas flow path member 25, a slanted resin plate is preferable, but a slanted metal plate may be used. It is preferable that the gas flow path member 25 does not contain the electrolytic solution (that is, it is in gas communication with the upper space) because the oxygen gas can easily pass therethrough. This state can be realized, for example, by charging the electrolyte so as to wet the electrodes. It is preferable that the outer circumferences of the positive electrode 16 and the negative electrode 18 are not covered with anything so that the oxygen gas can be released from the positive electrode 16 and the oxygen gas can be efficiently absorbed by the negative electrode 18.

本発明の別の好ましい態様によれば、図3に示されるように、正極ガス流路構造22が、水不透過性区画部材26の正極16側の内表面に付与された、ガス流路として機能する空隙をもたらす凹凸形状27aを含み、且つ/又は負極ガス流路構造24が、水不透過性区画部材の負極側の内表面に付与された、ガス流路として機能する空隙をもたらす凹凸形状27aを含む。この場合、ガス流路部材25という別の部材を別途用いることなく、より少ない部品点数で亜鉛二次電池を作製することができるので、生産性が向上する。この場合、図3に示されるように、凹凸形状27aが付与される水不透過性区画部材26は、剛性板26bであるのがガス流路構造の変形を防止して安定的に流路として機能させることができるので好ましいが、可撓性フィルム26aであってもよい。あるいは、水不透過性区画部材26の代わりに、又は水不透過性区画部材26とともに、正極16及び/又は負極18に凹凸形状を付与してもよい。例えば、正極ガス流路構造22が、正極16のセパレータ28と反対側の表面に付与された、ガス流路として機能する空隙をもたらす凹凸形状を含み、且つ/又は負極ガス流路構造24が、負極18のセパレータ28と反対側の表面に付与された、ガス流路として機能する空隙をもたらす凹凸形状を含むものであってよい。いずれにしても、凹凸形状27aは所望の空隙をもたらすいかなる形状であってもよいが、形状付与しやすく且つ効率的なガス通過が可能な点で、格子状、スリット状、又はエンボス状であるのが好ましい。例えば、図6に示されるような格子状や図7に示されるようなスリット状といった凹凸形状が挙げられる。凹凸形状27aには電解液が入っていない(すなわち上部空間と気体連通している)のが、酸素ガスの通過を容易に行える点で好ましい。この状態は、例えば、電極を湿らせる程度に電解液を仕込んでおくことで実現可能である。また、正極16及び負極18の外周は何も覆わないようにして、正極16の酸素ガスの放出及び負極18による酸素ガスの吸収が効率良く行えるようにするのが好ましい。   According to another preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, the cathode gas passage structure 22 is provided as a gas passage provided on the inner surface of the water-impermeable partition member 26 on the cathode 16 side. The concave / convex shape including the concave / convex shape 27a providing a functioning void and / or the negative gas flow channel structure 24 provided on the negative surface of the water-impermeable partition member on the negative electrode side and providing a void serving as a gas flow channel. 27a. In this case, the zinc secondary battery can be manufactured with a smaller number of parts without separately using another member such as the gas flow path member 25, so that the productivity is improved. In this case, as shown in FIG. 3, the water-impermeable partition member 26 provided with the concavo-convex shape 27a is a rigid plate 26b that prevents deformation of the gas flow path structure and stably serves as a flow path. Although it is preferable because it can function, the flexible film 26a may be used. Alternatively, the positive electrode 16 and / or the negative electrode 18 may be provided with a concavo-convex shape instead of or together with the water-impermeable partition member 26. For example, the positive electrode gas channel structure 22 includes a concave / convex shape provided on the surface of the positive electrode 16 on the side opposite to the separator 28 to provide a void that functions as a gas channel, and / or the negative electrode gas channel structure 24 includes: The negative electrode 18 may include a concave / convex shape provided on the surface of the negative electrode 18 on the side opposite to the separator 28 to provide a void functioning as a gas flow path. In any case, the concavo-convex shape 27a may be any shape that provides a desired void, but is lattice-shaped, slit-shaped, or embossed in that the shape can be easily provided and gas can be efficiently passed. Is preferred. For example, an uneven shape such as a lattice shape as shown in FIG. 6 or a slit shape as shown in FIG. 7 is given. It is preferable that the uneven shape 27a does not contain an electrolytic solution (that is, it is in gas communication with the upper space) because oxygen gas can easily pass therethrough. This state can be realized, for example, by charging the electrolyte so as to wet the electrodes. It is preferable that the outer circumferences of the positive electrode 16 and the negative electrode 18 are not covered with anything so that the oxygen gas can be released from the positive electrode 16 and the oxygen gas can be efficiently absorbed by the negative electrode 18.

本発明の更に別の好ましい態様によれば、図8に示されるように、正極ガス流路構造22が、正極16の左右両端に沿って設けられるガス流路として機能する隙間空間27bを含み、且つ/又は負極ガス流路構造24が、負極18の左右両端に沿って設けられるガス流路として機能する隙間空間27bを含むのが好ましい。この場合においても、ガス流路部材25という別の部材を別途用いることなく、より少ない部品点数で亜鉛二次電池を作製することができるので、生産性が向上する。この場合も、図8に示されるように、隙間空間27bを形成する水不透過性区画部材26は、剛性板26bであるのがガス流路構造の変形を防止して安定的に流路として機能させることができるので好ましいが、可撓性フィルム26aであってもよい。隙間空間27bにはメッシュや不織布等の前述したガス流路部材25と同様の部材を挿入してもよい。また、剛性板26bを含む水不透過性区画部材26の左右内面をスリット加工等して前述した凹凸形状27aと同様の形状を付与してもよい。隙間空間27bには電解液が入っていない(すなわち上部空間と気体連通している)のが、酸素ガスの通過を容易に行える点で好ましい。この状態は、例えば、電極を湿らせる程度に電解液を仕込んでおくことで実現可能である。また、正極16及び負極18の外周は何も覆わないようにして正極16の酸素ガスの放出及び負極18による酸素ガスの吸収が効率良く行えるようにするのが好ましい。   According to still another preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8, the positive electrode gas flow path structure 22 includes a gap space 27b functioning as a gas flow path provided along the left and right ends of the positive electrode 16, In addition, it is preferable that the negative electrode gas flow path structure 24 includes a gap space 27b functioning as a gas flow path provided along both left and right ends of the negative electrode 18. Also in this case, the zinc secondary battery can be manufactured with a smaller number of parts without separately using another member such as the gas flow path member 25, so that the productivity is improved. Also in this case, as shown in FIG. 8, the water-impermeable partitioning member 26 forming the interstitial space 27b is a rigid plate 26b which prevents deformation of the gas flow path structure and stably serves as a flow path. Although it is preferable because it can function, the flexible film 26a may be used. A member similar to the gas passage member 25 described above, such as a mesh or a nonwoven fabric, may be inserted into the gap space 27b. Alternatively, the same shape as the above-described uneven shape 27a may be provided by slitting the left and right inner surfaces of the water-impermeable partition member 26 including the rigid plate 26b. It is preferable that no electrolytic solution is contained in the gap space 27b (that is, the gap space 27b is in gas communication with the upper space) because oxygen gas can easily pass therethrough. This state can be realized, for example, by charging the electrolyte so as to wet the electrodes. It is preferable that the outer circumferences of the positive electrode 16 and the negative electrode 18 are not covered so that the oxygen gas can be released from the positive electrode 16 and the oxygen gas can be efficiently absorbed by the negative electrode 18.

上述のとおり、正極ガス流路構造22には正極電解液が無く、かつ、負極ガス流路構造24には負極電解液が無いのが好ましい。こうすることで正極ガス流路構造22及び負極ガス流路構造24が(正極室12及び負極室14の)上部空間と気体連通しやすくなるため、酸素ガスの通過をより効率良く行うことができる。この状態は、例えば、電極を湿らせる程度に電解液を仕込んでおくことで実現可能である。また、正極ガス流路構造22及び/又はその周囲に撥水性が付与され、且つ/又は負極ガス流路構造24及び/又はその周囲に撥水性が付与されてなるようにしてもよい。こうするこどで、ガス流路構造への電解液の進入により流路が塞がれるのを抑制することができる。撥水性の付与はいかなる手法によって行われてもよく、例えば、撥水剤の塗布や材料自体の表面処理等により行うことができる。   As described above, it is preferable that the positive electrode gas channel structure 22 has no positive electrode electrolyte and the negative electrode gas channel structure 24 has no negative electrode electrolyte. This makes it easier for the cathode gas passage structure 22 and the anode gas passage structure 24 to be in gas communication with the upper space (of the cathode chamber 12 and the anode chamber 14), so that oxygen gas can be more efficiently passed. . This state can be realized, for example, by charging the electrolyte so as to wet the electrodes. In addition, water repellency may be provided to the positive electrode gas flow channel structure 22 and / or its periphery, and / or water repellency may be provided to the negative electrode gas flow channel structure 24 and / or its surroundings. With this configuration, it is possible to prevent the flow path from being blocked by the entry of the electrolytic solution into the gas flow path structure. The imparting of water repellency may be performed by any method, for example, by applying a water repellent or surface treating the material itself.

上記のとおり、正極ガス流路構造22及び負極ガス流路構造24の各々について様々な態様が採用可能であるが、正極ガス流路構造22と負極ガス流路構造24とで異なる態様を採用してよいことはいうまでもない。また、正極ガス流路構造22自体においても上述した2以上の態様を適宜組み合わせてよく、負極ガス流路構造24自体においても上述した2以上の態様を適宜組み合わせてよい。   As described above, various modes can be adopted for each of the positive electrode gas channel structure 22 and the negative electrode gas channel structure 24, but different modes are adopted for the positive electrode gas channel structure 22 and the negative electrode gas channel structure 24. Needless to say, Further, the two or more aspects described above may be appropriately combined in the positive electrode gas channel structure 22 itself, and the two or more aspects described above may be appropriately combined in the negative electrode gas channel structure 24 itself.

緩衝部材
図1〜5に示されるように、セパレータ28と正極16及び/又は負極18との間に電解液を保持可能な緩衝部材36がさらに設けられるのが好ましい。緩衝部材36は保液性を有するものであれば特に限定されず、好ましい例としては、不織布、織布、吸水性樹脂、保液性樹脂等が挙げられ、特に好ましくは不織布である。吸水性樹脂や保液性樹脂の場合には粒状に構成され、粒状の樹脂がシート状に配設されるのが好ましい。緩衝部材36は、緩衝材、保液材、脱落防止材、気泡逃がし材等の様々な機能を呈することができるため、正極16や負極18からの構成粒子の脱落を防止し、且つ/又は発生しうる気泡を逃がしながら、電解液を十分にセパレータ28と接触させて保持することができ、それにより、セパレータ28の水酸化物イオン伝導性を最大限に発揮させることができる。
Buffer Member As shown in FIGS. 1 to 5, it is preferable that a buffer member 36 capable of holding an electrolytic solution is further provided between the separator 28 and the positive electrode 16 and / or the negative electrode 18. The buffer member 36 is not particularly limited as long as it has a liquid retaining property. Preferred examples include a nonwoven fabric, a woven fabric, a water-absorbing resin, a liquid retaining resin, and the like, and a nonwoven fabric is particularly preferred. In the case of a water-absorbing resin or a liquid-retaining resin, it is preferable that the resin is formed in a granular shape and the granular resin is disposed in a sheet shape. The buffer member 36 can exhibit various functions such as a buffer material, a liquid retaining material, a fall prevention material, a bubble escape material, and the like, so that the constituent particles are prevented from falling from the positive electrode 16 and the negative electrode 18 and / or generated. The electrolyte can be sufficiently brought into contact with and held by the separator 28 while allowing bubbles to escape, so that the hydroxide ion conductivity of the separator 28 can be maximized.

セパレータ構造体
セパレータ構造体20は、水酸化物イオン伝導性セパレータ28を含む構造体であって、正極16と負極18を隔離し、透水性(好ましくは透水性及び通気性)を有しない。したがって、正極16と負極18はセパレータ28を含むセパレータ構造体20で確実に隔離されているため、充放電に伴い負極18から正極16に向かって成長する亜鉛デンドライトをセパレータ28で阻止し、それにより亜鉛デンドライトによる正負極間の短絡を効果的に防止することができる。好ましくは、セパレータ構造体20がセパレータ28の外周縁に沿って枠32を備えてなり、水不透過性区画部材26の外周縁とセパレータ構造体20とが、上端部を除き、枠32を介して液密に接着されてなる。こうすることで、水酸化物イオン伝導性セパレータ28を組み込んだ水不透過性容器を、異種部材間の接合部における液密性を十分に確保しながら簡便に作製することができる。図1〜5に示されるように、セパレータ構造体20はセパレータ28の外縁に沿って枠32を備えてなるのが好ましく、水不透過性区画部材26とセパレータ構造体20とが枠32を介して液密に接着されてなるのが好ましい。枠32は樹脂製の枠であるのが好ましく、水不透過性区画部材26と樹脂製の枠32とが接着剤及び/又は熱融着により接着されてなるのがより好ましい。接着剤はエポキシ樹脂系接着剤が耐アルカリ性に特に優れる点で好ましく、ホットメルト接着剤を用いてもよい。熱融着は、レーザー溶着、熱圧着、熱板溶着、超音波溶着、高周波溶着、その他加熱を用いた溶着(例えば加熱した型(例えば金型)内でプレスすることによる溶着、はんだごてで加熱することによる溶着等)であってよく、特に限定されない。いずれにしても、水不透過性区画部材26と枠32の接合部分では液密性が確保されることが望まれる。枠32を構成する樹脂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樹脂であるのが好ましく、より好ましくはポリオレフィン樹脂、ABS樹脂、PP樹脂、PE樹脂、又は変性ポリフェニレンエーテルであり、さらに好ましくはABS樹脂、PP樹脂、PE樹脂、又は変性ポリフェニレンエーテルである。図1及び4に示されるように、セパレータ構造体20は枠32の外縁の少なくとも一部に沿って可撓性フィルム34をさらに有していてもよい。可撓性フィルム34は前述した水不透過性区画部材26を構成する可撓性フィルム26aと同様のものが使用可能である。また、枠32を介することなく、セパレータ28の外縁に沿って可撓性フィルム34を直接接着されてもよい。可撓性フィルム34と樹脂製の枠32、或いは可撓性フィルム34とセパレータ28とは、上記同様に接着剤及び/又は熱融着により接着されてなるのがより好ましい。例えば、熱融着による接合ないし封止は市販のヒートシール機等を用いて行えばよい。
Separator Structure The separator structure 20 is a structure including the hydroxide ion conductive separator 28, separates the positive electrode 16 and the negative electrode 18, and does not have water permeability (preferably water permeability and gas permeability). Therefore, since the positive electrode 16 and the negative electrode 18 are reliably separated by the separator structure 20 including the separator 28, zinc dendrite that grows from the negative electrode 18 toward the positive electrode 16 during charging and discharging is prevented by the separator 28, A short circuit between the positive and negative electrodes due to zinc dendrites can be effectively prevented. Preferably, the separator structure 20 is provided with a frame 32 along the outer periphery of the separator 28, and the outer periphery of the water-impermeable partition member 26 and the separator structure 20 are interposed via the frame 32 except for the upper end. Liquid-tight. This makes it possible to easily manufacture a water-impermeable container incorporating the hydroxide ion conductive separator 28 while ensuring sufficient liquid tightness at the junction between different types of members. As shown in FIGS. 1 to 5, the separator structure 20 preferably includes a frame 32 along the outer edge of the separator 28, and the water-impermeable partition member 26 and the separator structure 20 are interposed via the frame 32. It is preferable that they are adhered in a liquid-tight manner. The frame 32 is preferably a resin frame, and more preferably the water-impermeable partition member 26 and the resin frame 32 are bonded by an adhesive and / or heat fusion. The adhesive is preferably an epoxy resin-based adhesive because it is particularly excellent in alkali resistance, and a hot-melt adhesive may be used. Heat welding includes laser welding, thermocompression bonding, hot plate welding, ultrasonic welding, high frequency welding, and other welding using heating (for example, welding by pressing in a heated mold (eg, a mold), soldering iron). Welding by heating, etc.), and is not particularly limited. In any case, it is desired that liquid-tightness be ensured at the joint between the water-impermeable partition member 26 and the frame 32. The resin constituting the frame 32 is preferably a resin having resistance to an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide, more preferably a polyolefin resin, an ABS resin, a PP resin, a PE resin, or a modified polyphenylene ether, More preferably, it is an ABS resin, a PP resin, a PE resin, or a modified polyphenylene ether. As shown in FIGS. 1 and 4, the separator structure 20 may further include a flexible film 34 along at least a part of the outer edge of the frame 32. As the flexible film 34, the same as the flexible film 26a constituting the water-impermeable partition member 26 described above can be used. Further, the flexible film 34 may be directly adhered along the outer edge of the separator 28 without using the frame 32. More preferably, the flexible film 34 and the resin frame 32 or the flexible film 34 and the separator 28 are bonded by an adhesive and / or heat fusion as described above. For example, bonding or sealing by heat fusion may be performed using a commercially available heat sealing machine or the like.

セパレータ
セパレータ28は水酸化物イオン伝導性を有するが透水性(望ましくは透水性及び通気性)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。なお、本明細書において「透水性を有しない」とは、後述する例1で採用される「緻密性判定試験I」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LDH膜及び/又は多孔質基材)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28が透水性を有しないということは、セパレータ28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1〜5に示されるようにセパレータ28に多孔質基材30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28は水酸化物イオン伝導性を有するため、正極電解液と負極電解液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及び負極室における充放電反応を実現することができる。ニッケル亜鉛二次電池の場合、正極室及び負極室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
Separator The separator 28 is a member having hydroxide ion conductivity but not having water permeability (preferably water permeability and gas permeability), and is typically in the form of a plate, a film, or a layer. In the present specification, “having no water permeability” means “a test for determining denseness I” employed in Example 1 described later or a method for measuring the water permeability by a method or configuration equivalent thereto when the object to be measured ( For example, water that has contacted one side of the LDH film and / or the porous substrate does not permeate to the other side. That is, the fact that the separator 28 does not have water permeability means that the separator 28 has a high degree of denseness that is impervious to water, and is not a porous film or other porous material having water permeability. Means For this reason, the configuration is extremely effective in physically preventing penetration of the separator by zinc dendrite generated during charging and preventing short circuit between the positive and negative electrodes. Needless to say, the porous substrate 30 may be attached to the separator 28 as shown in FIGS. In any case, since the separator 28 has hydroxide ion conductivity, it is possible to efficiently transfer necessary hydroxide ions between the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte and to charge the positive electrode chamber and the negative electrode chamber. A discharge reaction can be realized. In the case of a nickel zinc secondary battery, the reactions during charging in the positive electrode chamber and the negative electrode chamber are as shown below, and the discharging reaction is reversed.
− Positive electrode: Ni (OH) 2 + OH → NiOOH + H 2 O + e
- negative: 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 constituted by the following two reactions.
- dissolution reaction of ZnO: ZnO + H 2 O + 2OH - → Zn (OH) 4 2-
- precipitation reaction of Zn: Zn (OH) 4 2- + 2e - → Zn + 4OH -

セパレータ28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25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、セパレータが亜鉛二次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3に示される手順に従って好ましく行うことができる。 The He permeability of the separator 28 per unit area is preferably 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 in the electrolytic solution. For example, as shown in FIG. 25 described later, when the He permeability is 10 cm / min · atm or less, the Zn transmission ratio per unit area when evaluated under water contact is significantly reduced. In this sense, it can be said that the upper limit of the He permeability of 10 cm / min · atm has a critical significance with respect to the Zn permeation suppression effect in the hydroxide ion conductive separator. As described above, it is considered that the separator of this embodiment is capable of effectively suppressing the growth of zinc dendrites when used in a nickel-zinc secondary battery, because the permeation of Zn is significantly suppressed. The He permeability is obtained through a step of supplying He gas to one surface of the separator to allow the He gas to pass through the separator, and a step of calculating the He permeability to evaluate the denseness of the hydroxide ion conductive separator. Measured. The He permeability is calculated by the formula of F / (P × S) using the permeation amount F of the He gas per unit time, the differential pressure P applied to the separator when the He gas permeates, and the membrane area S through which the He gas passes. calculate. By performing gas permeability evaluation using He gas as described above, it is possible to evaluate the presence / absence of denseness at a very high level. As a result, substances other than hydroxide ions (particularly, zinc dendrite growth) It is possible to effectively evaluate a high degree of denseness such as not transmitting (causing Zn) as much as possible (transmitting only a trace amount). This is because the He gas has the smallest structural unit among various kinds of atoms or molecules that can constitute the gas, and has very low reactivity. That is, He forms He gas with He atoms alone without forming molecules. In this regard, since the hydrogen gas is composed of H 2 molecules, the gas constituent unit is smaller for He atoms alone. In the first place, H 2 gas is dangerous because it is a combustible gas. Then, by employing the index of the He gas permeability defined by the above-described formula, it is possible to easily perform an objective evaluation of denseness regardless of various sample sizes and differences in measurement conditions. Thus, it can be simply, safely and effectively evaluated whether or not the separator has a sufficiently high density suitable for a separator for a zinc secondary battery. The measurement of the He transmittance can be preferably performed according to the procedure shown in Example 3 described later.

セパレータ28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、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を用いて、(C×V)/(C×V×t×S)の式により算出する。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、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、セパレータが亜鉛二次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3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 28 has a Zn permeation ratio per unit area of preferably 10 m −2 · h −1 or less, more preferably 5.0 m −2 · h −1 or less, when evaluated under water contact. It is 4.0 m -2 · h -1 or less, more preferably 3.0 m -2 · h -1 or less, and even more preferably 1.0 m -2 · h -1 or less. Such a low Zn transmission rate means that transmission of Zn in the electrolytic solution can be extremely effectively suppressed. For this reason, it is considered 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 transmitting Zn through the separator for a predetermined time and a step of calculating the Zn transmission rate. The permeation of Zn to the separator is achieved by bringing the first aqueous solution containing Zn into contact with one surface of the hydroxide ion conductive separator, and the second aqueous solution or water containing no Zn on the other surface of the separator. This is done by contact. Further, the Zn transmission rate is determined by the Zn concentration C 1 of the first aqueous solution before the start of the Zn transmission, the liquid volume V 1 of the first aqueous solution before the start of the Zn transmission, the second aqueous solution or the Zn of the water after the completion of the Zn transmission. Using the concentration C 2 , the liquid volume 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, (C 2 × V 2 ) / (C 1 × V 1 × t × S). The unit of each parameter of C 1 , C 2 , V 1 , V 2 , t and S is particularly limited as long as the units of the concentrations C 1 and C 2 are aligned and the units of the liquid volumes V 1 and V 2 are aligned. However, it is preferable that the unit of the Zn transmission time t be h and the unit of the film area S be m 2 . The Zn concentration C1 of the first aqueous solution before the permeation of Zn 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 0.1 mol / L. It is 8 mol / L, particularly preferably 0.2 to 0.5 mol / L, most preferably 0.35 to 0.45 mol / L. Further, the permeation time of Zn 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. By performing the evaluation of Zn permeability using a Zn-containing aqueous solution and a Zn-free liquid as described above, it is possible to evaluate the presence or absence of denseness at an extremely high level. As a result, zinc dendrite can be used in a zinc secondary battery. It is possible to reliably and accurately evaluate a high degree of denseness such that Zn that causes growth is not transmitted as much as possible (only a very small amount is transmitted). Then, by employing the index of the Zn transmission rate defined by the above-described formula, an objective evaluation of the denseness can be easily performed regardless of various sample sizes and differences in measurement conditions. This Zn transmission ratio can be an effective index for determining the difficulty of zinc dendrite precipitation. This is because, when a hydroxide ion conductive separator is used as a separator in a zinc secondary battery, even if Zn is contained in the negative electrode electrolyte on one side (the zinc negative electrode side) of the separator, the other side ( This is because it is theoretically considered that the growth of zinc dendrites in the positive electrode electrolyte is effectively suppressed unless Zn permeates the positive electrode electrolyte (which is essentially free of Zn). Thus, according to this aspect, it is possible to reliably and accurately evaluate whether or not the separator has a sufficiently high density suitable for a zinc secondary battery separator. The measurement of the Zn transmission ratio can be preferably performed according to the procedure shown in Example 3 described later.

セパレータ28は無機固体電解質体からなるセラミックスセパレータであるのが好ましい。セパレータ28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28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、ニッケル亜鉛電池等の亜鉛二次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 28 is preferably a ceramic separator made of an inorganic solid electrolyte. By using a hydroxide ion conductive inorganic solid electrolyte as the separator 28, the electrolyte solution between the positive and negative electrodes is isolated and the hydroxide ion conductivity is ensured. And since the inorganic solid electrolyte constituting the separator 28 is typically a dense and hard inorganic solid, it is necessary to physically prevent the penetration of the separator by zinc dendrite generated during charging to prevent a short circuit between the positive and negative electrodes. Becomes possible. As a result, the reliability of a zinc secondary battery such as a nickel zinc battery can be greatly improved. It is desired that the inorganic solid electrolyte body be densified to such a degree 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 still more preferably 95% or more, as calculated by the Archimedes method. The material is not limited to this as long as it is dense and hard. Such a dense and hard inorganic solid electrolyte body can be manufactured through a hydrothermal treatment. Therefore, a simple green compact that has not been subjected to hydrothermal treatment is not dense and is brittle in a solution, which is not preferable as the inorganic solid electrolyte body of the present invention. However, any manufacturing method can be adopted 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28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28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 28 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 28 is composed of an open-porous porous body as a base material and an inorganic solid electrolyte (for example, a 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(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(LDH)を含んでなるのが好ましく、より好ましくはそのようなLDHからなる。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。 The inorganic solid electrolyte body has a general formula: M 2+ 1−x M 3+ x (OH) 2 An x / n · mH 2 O (where M 2+ is a divalent cation and M 3+ is 3 Is a cation having a valence, An - is an anion having a valence of n, n is an integer of 1 or more, x is 0.1 to 0.4, and m is 0 or more. And preferably comprises a layered double hydroxide (LDH) having the formula: In the above general formula, M 2+ may be any divalent cation, but preferred examples include Mg 2+ , Ca 2+ and Zn 2+ , more preferably Mg 2+ . M 3+ can be any trivalent cation, but preferred examples include Al 3+ or Cr 3+ , more preferably 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 from 0.1 to 0.4, preferably from 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 meaning 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(すなわち水熱合成物)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。   It is preferable that the inorganic solid electrolyte body is densified by hydrothermal treatment (that is, a hydrothermal compound). Hydrothermal treatment is extremely effective for integrally densifying a layered double hydroxide, particularly an Mg-Al type layered double hydroxide. For densification by hydrothermal treatment, for example, as described in Patent Document 1 (International Publication No. WO 2013/118561), pure water and a plate-like 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 manufacturing method using the hydrothermal treatment will be described later.

セパレータ28の片面又は両面に多孔質基材30を設けてもよい。セパレータ28の片面に多孔質基材30が設けられる場合、多孔質基材30はセパレータ28の負極側の面に設けてもよいし、セパレータ28の正極側の面に設けてもよい。多孔質基材30は透水性を有し、それ故正極電解液及び負極電解液がセパレータ28に到達可能であることはいうまでもないが、多孔質基材30があることでセパレータ28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30により強度を付与できるため、セパレータ28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30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28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)。一方、セパレータ28の両面に多孔質基材を設ける場合には、2枚の多孔質基材の間に無機固体電解質の原料粉末を挟んで緻密化を行うことが考えられる。なお、図1〜5において多孔質基材30はセパレータ28の片面の全面にわたって設けられているが、セパレータ28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30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28の片面の全面にわたって多孔質基材30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28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30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30を後付けしてもよい。   The porous substrate 30 may be provided on one side or both sides of the separator 28. When the porous substrate 30 is provided on one surface of the separator 28, the porous substrate 30 may be provided on the surface of the separator 28 on the negative electrode side, or may be provided on the surface of the separator 28 on the positive electrode side. It goes without saying that the porous substrate 30 has water permeability, so that the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte can reach the separator 28, but the presence of the porous substrate 30 allows It is also possible to stably retain hydroxide ions. Further, since the strength can be given by the porous base material 30, the separator 28 can be thinned to reduce the resistance. In addition, a dense film or layer of an inorganic solid electrolyte (preferably LDH) can be formed on or in the porous substrate 30. When a porous substrate is provided on one surface of the separator 28, a method of preparing a porous substrate and forming an inorganic solid electrolyte on the porous substrate may be considered (this method will be described later). On the other hand, when a porous substrate is provided on both surfaces of the separator 28, it is conceivable to perform densification by sandwiching a raw material powder of an inorganic solid electrolyte between two porous substrates. Although the porous substrate 30 is provided over the entire surface of one surface of the separator 28 in FIGS. 1 to 5, the porous substrate 30 may be provided only on a part of one surface of the separator 28 (for example, a region involved in charge / discharge reaction). . For example, when the inorganic solid electrolyte body is formed in a film shape or a layer shape on or in the porous substrate 30, the porous substrate 30 is provided over the entire surface of one side of the separator 28 due to the manufacturing method. Typically. On the other hand, when the inorganic solid electrolyte body is formed in a self-standing plate shape (which does not require a base material), the porous base material 30 is formed only on a part of one surface of the separator 28 (for example, a region involved in the charge / discharge reaction). May be retrofitted, or the porous substrate 30 may be retrofitted over the entire surface on 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28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 any form of a plate, a film, or a layer.If the inorganic solid electrolyte is in the form of a film or a layer, the inorganic solid electrolyte in the form of a film or a layer is formed on or on a porous substrate. It is preferably formed therein. In the case of a plate-like form, sufficient rigidity can be secured and penetration of zinc dendrites can be more effectively prevented. On the other hand, in the case of a film or layer having a thickness smaller than that of the plate, the advantage that the resistance of the separator can be significantly reduced while securing the minimum rigidity for preventing penetration of zinc dendrites is obtained. 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. In addition, the higher the hydroxide ion conductivity of the inorganic solid electrolyte body, the better. However, the inorganic solid electrolyte body typically has a conductivity of 10 −4 to 10 −1 S / m. On the other hand, in the case of a film form or a layer form, the thickness is preferably 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. With such a thinness, the resistance of the separator 28 can be reduced. The lower limit of the thickness is not particularly limited because it varies depending on the application, but is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more in order to secure a certain degree of rigidity desired as a separator film or layer. is there.

正極
ニッケル亜鉛二次電池の場合、正極16(典型的には正極板)は水酸化ニッケル及び/又はオキシ水酸化ニッケルを含んでなる。例えば、ニッケル亜鉛電池を放電末状態で構成する場合には正極として水酸化ニッケルを用いればよく、満充電状態で構成する場合には正極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。
In the case of a positive electrode nickel zinc secondary battery, the positive electrode 16 (typically a positive electrode plate) contains nickel hydroxide and / or nickel oxyhydroxide. For example, when a nickel zinc battery is configured in a discharged state, nickel hydroxide may be used as a positive electrode, and when configured in a fully charged state, nickel oxyhydroxide may be used as a positive electrode. Nickel hydroxide and nickel oxyhydroxide (hereinafter referred to as nickel hydroxide and the like) are positive electrode active materials generally used for nickel-zinc batteries, and are typically in the form of particles. In nickel hydroxide or the like, a different element other than nickel may be dissolved in the crystal lattice thereof, thereby improving the charging efficiency at high temperatures. Examples of such dissimilar elements include zinc and cobalt. Further, nickel hydroxide and the like may be mixed with a cobalt-based component, and examples of such a cobalt-based component include particulates of metallic cobalt and cobalt oxide (for example, cobalt monoxide). . Further, the surface of particles of nickel hydroxide or the like (the dissimilar element may be dissolved therein) may be coated with a cobalt compound. Examples of such a cobalt compound include cobalt monoxide and divalent α-form. Cobalt hydroxide, divalent β-type cobalt hydroxide, compounds of higher cobalt than divalent, and any combinations thereof.

正極は、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、スカンジウム(Sc)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルピウム(Er)、ツリウム(Tm)、ルテチウム(Lu)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)および水銀(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 may further include an additional element in addition to the nickel hydroxide-based compound and a dissimilar element that can be dissolved therein. Examples of such additional elements are scandium (Sc), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), Gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erpium (Er), thulium (Tm), lutetium (Lu), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), Rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au) and mercury (Hg), and any combination thereof. The content form of the additional element is not particularly limited, and may be contained in the form of a simple metal or a metal compound (eg, oxide, hydroxide, halide, and carbonate). When a simple metal or a metal compound containing an additional element is added, the addition amount is preferably 0.5 to 20 parts by weight, more preferably 2 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the nickel hydroxide-based compound. It is.

正極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んでなることができる。   The positive electrode may be configured as a positive electrode mixture by further containing an electrolytic solution or the like. The positive electrode mixture can include nickel hydroxide-based compound particles, an electrolytic solution, and, if desired, a conductive material such as carbon particles, a binder, and the like.

負極
負極18(典型的には負極板)は亜鉛及び/又は酸化亜鉛を含んでなる。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。なお、図4及び5に示されるように、電極カートリッジ11を採用する場合、電極カートリッジ11内の電極が負極18であり、対向電極が正極16であるのが好ましい。この場合、充放電に伴い負極の形状一体性が損なわれやすい状態になったとしても、電極カートリッジ11の水不透過性容器によって負極18の形状を望ましく保持して充放電に関与させ続けることができ、その結果、安定した電池性能を発揮させることができる。
The negative electrode 18 (typically a negative electrode plate) 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 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 may be formed in a gel state, or may be mixed with an electrolyte 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 of its excellent chemical resistance to strong alkalis. When the electrode cartridge 11 is employed as shown in FIGS. 4 and 5, it is preferable that the electrode in the electrode cartridge 11 is the negative electrode 18 and the counter electrode is the positive electrode 16. In this case, even if the shape integrity of the negative electrode is likely to be impaired due to charge / discharge, the shape of the negative electrode 18 is desirably held by the water-impermeable container of the electrode cartridge 11 to continuously participate in charge / discharge. As a result, stable battery performance can be exhibited.

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-melonized zinc alloy, can be used. For example, a zinc alloy containing 0.01 to 0.06% by mass of indium, 0.005 to 0.02% by mass of bismuth, and 0.0035 to 0.015% by mass of aluminum has an effect of suppressing hydrogen gas generation. It is preferred. In particular, indium and bismuth are advantageous in improving discharge performance. When a zinc alloy is used for a negative electrode, by reducing the rate of self-dissolution in an alkaline electrolyte, hydrogen gas generation can be suppressed and safety can be improved.

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。   Although the shape of the negative electrode material is not particularly limited, it is preferably in the form of a powder, whereby the surface area increases and it becomes possible to cope with a large current discharge. The preferred average particle size of the negative electrode material is in the range of 90 to 210 μm in the case of a zinc alloy. When the average particle size is within this range, the surface area is large, so that it is suitable for large-current discharge. It is easy to mix evenly, and the handleability during battery assembly is good.

集電体
亜鉛二次電池100は、正極16に接触して設けられる正極集電体17をさらに備えるのが好ましく、正極集電体17は正極16又は水不透過性区画部材26の上端を超えて延出するのが好ましい。また、亜鉛二次電池100は、負極18に接触して設けられる負極集電体19をさらに備えるのが好ましく、負極集電体19は負極18又は水不透過性区画部材26の上端を超えて延出するのが好ましい。特に、正極集電体17の延出部と負極集電体19の延出部が互いに異なる位置(例えば左右対称の位置)で延出するのが好ましく、複数個の正極集電体17の延出部が互いに連結され、且つ/又は複数個の負極集電体19の延出部が互いに連結されるのが特に好ましい。あるいは、正極16及び負極18が、別途設けられた正極端子及び負極端子に電池カートリッジ10、電極カートリッジ11又は密閉容器102の内又は外でそれぞれ接続される構成としてもよい。正極集電体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/正極集電体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/正極集電体)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。負極集電体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)を含んでなる混合物を塗布して負極/負極集電体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/負極集電体)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。
It is preferable that the current collector zinc secondary battery 100 further includes a positive electrode current collector 17 provided in contact with the positive electrode 16, and the positive electrode current collector 17 exceeds the upper end of the positive electrode 16 or the water-impermeable partition member 26. It is preferable to extend. Further, the zinc secondary battery 100 preferably further includes a negative electrode current collector 19 provided in contact with the negative electrode 18, and the negative electrode current collector 19 extends beyond the upper end of the negative electrode 18 or the water-impermeable partition member 26. Preferably, it extends. In particular, it is preferable that the extending portion of the positive electrode current collector 17 and the extending portion of the negative electrode current collector 19 extend at different positions (for example, symmetrical positions). It is particularly preferred that the protruding portions are connected to each other and / or the extending portions of the plurality of negative electrode current collectors 19 are connected to each other. Alternatively, the positive electrode 16 and the negative electrode 18 may be connected to the separately provided positive electrode terminal and negative electrode terminal inside or outside the battery cartridge 10, the electrode cartridge 11, or the sealed container 102, respectively. Preferred examples of the positive electrode current collector include a nickel porous substrate such as a foamed nickel plate. In this case, for example, by uniformly applying a paste containing an electrode active material such as nickel hydroxide on a nickel porous substrate and drying the paste, a positive electrode plate composed of a positive electrode / a positive electrode current collector can be preferably produced. . At this time, it is also preferable to press the dried positive electrode plate (that is, the positive electrode / positive electrode current collector) to prevent the electrode active material from falling off and to improve the electrode density. Preferred examples of the negative electrode current collector include a copper punched metal. In this case, for example, a mixture comprising a zinc oxide powder and / or a zinc powder and, if desired, a binder (for example, polytetrafluoroethylene particles) is applied on a copper punched metal, and a negative electrode / a negative electrode current collector is formed. Plates can be preferably made. At this time, it is also preferable to press the dried negative electrode plate (that is, the negative electrode / negative electrode current collector) to prevent the electrode active material from falling off and to improve the electrode density.

電解液
ニッケル亜鉛二次電池等の典型的な亜鉛二次電池の場合、正極電解液及び負極電解液はアルカリ金属水酸化物を含んでなる。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及び負極電解液として用いられる。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、正極電解液及び負極電解液は正極及び/又は負極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。
Electrolyte In the case of a typical zinc secondary battery such as a nickel zinc secondary battery, the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte contain an alkali metal hydroxide. That is, an aqueous solution containing an alkali metal hydroxide is used as the positive electrode electrolyte and the negative electrode electrolyte. Examples of the alkali metal hydroxide include potassium hydroxide, sodium hydroxide, lithium hydroxide, ammonium hydroxide and the like, with potassium hydroxide being more preferred. 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 and the negative electrode electrolyte may be mixed with the positive electrode and / or the negative electrode to be present in the form of the positive electrode mixture and / or the negative electrode mixture. Further, the electrolyte may be gelled in order to prevent leakage of the electrolyte. As the gelling agent, it is desirable to use a polymer that absorbs the solvent of the electrolytic solution and swells, and polymers such as polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, and polyacrylamide and starch are used.

密閉容器
密閉容器102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102内において、複数の電池カートリッジ10や複数の電極カートリッジ11は互いに直列接続されてもよいし、互いに並列接続されてもよい。なお、電池カートリッジ10や電極カートリッジ11は上部開放されているので、密閉容器102内においてや電池カートリッジ10、あるいは電極カートリッジ11及び対向電極は縦向きに収容されるべきことはいうまでもない。密閉容器102は典型的には本体と蓋とを備えており、電池カートリッジ10、あるいは電極カートリッジ11及び対向電極104が電解液とともに収容され、かつ、必要に応じて端子接続が行われた後、蓋が閉じられ、その蓋と筐体との間が接着剤、熱融着等の封止手法により封止されるのが好ましい。
The material of the sealed container sealed container 102 is not particularly limited as long as it has resistance to alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide, polyolefin resins, ABS resins, is preferably made of a resin of the modified polyphenylene ether, More preferred is an ABS resin or a modified polyphenylene ether. In the sealed container 102, the plurality of battery cartridges 10 and the plurality of electrode cartridges 11 may be connected in series with each other, or may be connected in parallel with each other. Since the battery cartridge 10 and the electrode cartridge 11 are open at the top, it goes without saying that the battery cartridge 10, the electrode cartridge 11 and the counter electrode should be housed vertically in the sealed container 102. The sealed container 102 typically includes a main body and a lid. After the battery cartridge 10 or the electrode cartridge 11 and the counter electrode 104 are accommodated together with the electrolytic solution, and the terminal connection is performed as necessary, It is preferable that the lid is closed and the space between the lid and the housing is sealed by a sealing method such as an adhesive or heat fusion.

多孔質基材付きLDHセパレータ
前述のとおり、本発明の亜鉛二次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)を含んでなるものである。セパレータ層は透水性及び通気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及び通気性を有しうるが、セパレータ層は透水性及び通気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9に示されるように、多孔質基材30上にセパレータ層28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30の性質上、図9に示されるように多孔質基材30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10に示されるように、多孔質基材30中(例えば多孔質基材30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30の少なくとも一部がセパレータ層28’を構成するものであってもよい。この点、図10に示される態様は図9に示される態様のセパレータ層28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30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及び通気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及び通気性を有しない(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 in the zinc secondary battery of the present invention is a separator made of an inorganic solid electrolyte having hydroxide ion conductivity, and at least the separator And a porous substrate provided on one surface. The inorganic solid electrolyte body is in the form of a film or a layer that is densified so as not to 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, wherein the separator layer has a layered structure as described above. It contains double hydroxide (LDH). The separator layer preferably does not have water permeability and air permeability. That is, the porous material can have water permeability and air permeability due to the presence of the pores, but the separator layer is preferably densified with LDH so as not to have water permeability and air permeability. The separator layer is preferably formed on a porous substrate. For example, as shown in FIG. 9, it is preferable that the separator layer 28 is formed as a dense LDH film on the porous substrate 30. In this case, due to the nature of the porous substrate 30, it is needless to say that the LDH may be formed on the surface of the porous substrate 30 and in the pores near the surface as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 10, LDH is densely formed in the porous base material 30 (for example, in the surface of the porous base material 30 and in the pores in the vicinity thereof). The portion may constitute the separator layer 28 '. In this regard, the embodiment shown in FIG. 10 has a configuration in which a portion corresponding to the membrane in the separator layer 28 of the embodiment shown in FIG. 9 is removed, but is not limited to this, and is parallel to the surface of the porous substrate 30. It is only necessary that the separator layer exists. In any case, since the separator layer is densified with LDH so as not to have water permeability and gas permeability, it has hydroxide ion conductivity but does not have water permeability and gas permeability (that is, basically does not have water permeability and gas permeability). (Having only hydroxide ions).

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 one on which and / or an LDH-containing separator layer can be formed, and its material and porous structure are not particularly limited. Although it is typical to form an LDH-containing separator layer on and / or in a porous substrate, an LDH-containing separator layer is formed on a non-porous substrate, and then the non-porous LDH-containing separator layer is formed by various known methods. The porous substrate may be made porous. In any case, it is preferable that the porous substrate has a porous structure having water permeability in that the electrolyte can reach the separator layer when incorporated in a 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、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 a ceramic material, a metal material, and a polymer material. 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, and more preferably. Is alumina, zirconia, titania, and any combination thereof, particularly preferably alumina and zirconia, most preferably alumina. When these porous ceramics are used, it is easy to form an LDH-containing separator layer having excellent denseness. Preferred examples of the metal material include aluminum and zinc. Preferred examples of the polymer material include polystyrene, polyether sulfone, polypropylene, epoxy resin, polyphenylene sulfide, hydrophilized fluororesin (tetrafluorinated resin: PTFE, etc.), and any combination thereof. It is further preferable to appropriately select a material having excellent alkali resistance as a resistance to the electrolytic solution of the battery 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 to 1.0 μm. 0.70.75 μm, most preferably 0.001 to 0.5 μm. When the content is within these ranges, it is possible to form a dense LDH-containing separator layer so as not to have water permeability while securing desired water permeability to 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 the obtained pore diameters are arranged in order of size, and the upper 15 points and the lower 15 points from the average value are combined at 30 points per visual field. The average value of the two visual fields can be calculated to obtain the average pore diameter. 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)を取得し、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画像を読み込み、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、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%. When the content is within these ranges, it is possible to form a dense LDH-containing separator layer so as not to have water permeability while securing desired water permeability to 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 is used. This is because it can be said that the porosity roughly represents the porosity inside the porous substrate. That is, if the surface of the porous substrate is dense, it can be said that the inside of the porous substrate is also dense. In the present invention, the porosity of the surface of the porous substrate can be measured by a method using image processing as follows. That is, 1) an electron microscope (SEM) image (magnification: 10,000 or more) of the surface of the porous substrate is acquired, and 2) a grayscale SEM image is read using image analysis software such as Photoshop (made by Adobe). 3) Create a black-and-white binary image in the order of [Image] → [Color Correction] → [Binarization] 4) Divide the number of pixels occupied by the black part by the total number of pixels in the image to the stoma Rate (%). Note that the porosity measurement by this image processing is preferably performed on a 6 μm × 6 μm area on the surface of the porous base material. In order to obtain a more objective index, three areas selected arbitrarily are used. It is more preferable to use 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9に示されるようにセパレータ層28が多孔質基材30上に形成される場合には、セパレータ層28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10に示されるようにセパレータ層28’が多孔質基材30中に形成される場合には、多孔質基材30中(典型的には多孔質基材30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28’は典型的には多孔質基材30の少なくとも一部及びLDHからなる。図10に示されるセパレータ層28’は、図9に示されるセパレータ層28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, when the separator layer 28 is formed on the porous substrate 30 as shown in FIG. 9, the separator layer 28 is in the form of an LDH dense film, and this LDH dense film is typically made of LDH. Become. When the separator layer 28 'is formed in the porous substrate 30 as shown in FIG. 10, the separator layer 28' may be formed in the porous substrate 30 (typically, the surface of the porous substrate 30 and the vicinity thereof). Since the LDH is formed densely (in the hole), the separator layer 28 'typically includes at least a part of the porous substrate 30 and the LDH. The separator layer 28 'shown in FIG. 10 can be obtained by removing a portion corresponding to the film in the separator layer 28 shown in FIG. 9 by a known method such as polishing or cutting.

セパレータ層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及び通気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)を取得し、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画像を読み込み、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、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 and air permeability. For example, the separator layer does not allow water to permeate even if one side thereof is brought into contact with water at 25 ° C. for one week, and does not allow the helium gas to permeate even if one side thereof is pressurized with helium gas at an internal / external differential pressure of 0.5 atm. . That is, it is preferable that the separator layer is densified with LDH so as not to have water permeability and air permeability. However, when a defect having local and / or accidental water permeability exists in the functional film, the defect is filled with a suitable repairing agent (for example, an epoxy resin or the like) to repair the water-impermeable and water-impermeable material. Gas retentivity may be ensured and such repair agents need not necessarily have hydroxide ion conductivity. In any case, the surface of the separator layer (typically an 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% or less. It is as follows. The lower the porosity of the surface of the separator layer, the higher the denseness of the separator layer (typically an 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. This is because it can be said that the porosity is generally represented. That is, if the surface of the separator layer is dense, the inside of the separator layer can be said to be similarly dense. In the present invention, the porosity of the surface of the separator layer can be measured as follows by a method using image processing. That is, 1) an electron microscope (SEM) image (magnification of 10,000 or more) of the surface of the separator layer is obtained, and 2) a grayscale SEM image is read using image analysis software such as Photoshop (made by Adobe). ) A black-and-white binary image is created in the order of [Image] → [Color Correction] → [Binarization]. 4) The porosity is calculated by dividing the number of pixels occupied by the black portion by the total number of pixels in the image. %). The measurement of the porosity by this image processing is preferably performed on a 6 μm × 6 μm area on the surface of the separator layer. In order to obtain a more objective index, the porosity is obtained on three areas arbitrarily selected. More preferably, the average value of the porosity is adopted.

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)と略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9に示されるように、多孔質基材30上にセパレータ層28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が、図10に示されるように、多孔質基材30中(典型的には多孔質基材30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30の少なくとも一部がセパレータ層28’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 plate surfaces of the plurality of plate-like particles are substantially the same as the surface of the porous substrate (substrate surface). Preferably, they are oriented in such a direction as to intersect vertically or diagonally. This embodiment is a particularly preferable and feasible embodiment when the separator layer 28 is formed as an LDH dense film on the porous substrate 30 as shown in FIG. 9, but as shown in FIG. LDH is densely formed in the porous substrate 30 (typically, in the surface of the porous substrate 30 and in the pores in the vicinity thereof), so that at least a part of the porous substrate 30 forms the separator layer 28 '. This can be realized even in the case of configuring.

すなわち、LDH結晶は図11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、上記略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略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, it is known that the LDH crystal has the form of plate-like particles having a layered structure as shown in FIG. 11, but the above-described substantially vertical or oblique orientation is caused by the LDH-containing separator layer (for example, a dense LDH film). ) Is a very advantageous property. This is because, in the 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 significantly higher than the conductivity in the direction. In fact, the present applicant has obtained the finding that the conductivity (S / cm) in the orientation direction is one order of magnitude higher than the conductivity (S / cm) in the direction perpendicular to the orientation direction in the oriented bulk body of LDH. ing. That is, the substantially vertical or oblique orientation in the LDH-containing separator layer of the present embodiment is such that the conductivity anisotropy that the LDH oriented body can have has a thickness anisotropy (ie, a direction perpendicular to the surface of the separator layer or the porous substrate). ) Is maximized or significantly increased, and 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, it is possible to realize a lower resistance than a bulk-type LDH. The LDH-containing separator layer having such an orientation easily conducts hydroxide ions in the layer thickness direction. In addition, since it is densified, it is very suitable for a separator in which high conductivity and denseness in the layer thickness direction are desired.

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板状粒子が略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)面のピークが実質的に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略垂直方向(すなわち垂直方向又はそれに類する斜め方向、好ましくは垂直方向)に配向していることを示す。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が、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略垂直方向に配向していることで(003)面のピークが実質的に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、(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略垂直方向に配向しているとLDH層状構造も略垂直方向を向くこととなる結果、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)面のピークよりも略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)面のピークが実質的に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, in the LDH-containing separator layer (typically, a dense LDH film), the LDH plate-like particles are highly oriented in a substantially vertical direction. This high degree of orientation is confirmed by the fact that, when the surface of the separator layer is measured by the X-ray diffraction method, the peak of the (003) plane is not substantially detected or detected smaller than the peak of the (012) plane. It is possible (however, when a porous substrate is used in which a diffraction peak is observed at the same position as the peak caused by the (012) plane, the peak of the (012) plane caused by the LDH plate-like particles is used. This is not the case because it cannot be specified). This characteristic peak characteristic indicates that the LDH plate-like particles constituting the separator layer are oriented in a direction substantially perpendicular to the separator layer (that is, in a vertical direction or an oblique direction similar thereto, preferably in a vertical direction). That is, the peak of the (003) plane is known as the strongest peak observed when an unoriented LDH powder is subjected to X-ray diffraction. However, in the oriented LDH-containing separator layer, the LDH plate-like particles are The peak in the (003) plane is not substantially detected or detected to be smaller than the peak in the (012) plane due to the orientation substantially perpendicular to the layer. This is because the (001) plane to which the (003) plane belongs is a plane parallel to the layered structure of the LDH plate-like particles (l is 3 and 6), so that the LDH plate-like particles are used as the separator layer. On the other hand, when the LDH layer structure is oriented in a substantially vertical direction, the LDH layered structure also faces in a substantially vertical direction. As a result, when the surface of the separator layer is measured by an X-ray diffraction method, the (001) plane (l is 3 and 6). This is because the peak of ()) does not appear or hardly appears. In particular, the peak of the (003) plane, when present, tends to emerge more strongly than the peak of the (006) plane. Therefore, it is easier to evaluate the presence or absence of the orientation in the substantially vertical direction than the peak of the (006) plane. I can say. Therefore, in the oriented LDH-containing separator layer, the fact that the peak of the (003) plane is substantially not detected or detected smaller than the peak of the (012) plane suggests a high degree of vertical orientation. It is preferable.

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. With such a thickness, the resistance of the separator can be reduced. Preferably, the separator layer is formed as a dense LDH film on the porous substrate, in which case the thickness of the separator layer corresponds to the thickness of the dense LDH film. When the separator layer is formed in the porous substrate, the thickness of the separator layer corresponds to the thickness of at least a part of the porous substrate and the thickness of the composite layer composed of LDH. When formed over and over the substrate, it 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 for a battery application or 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 it is preferably 1 μm or more in order to secure a certain degree of rigidity desired as a functional film such as a separator. Preferably it is 2 μm 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 above-described LDH separator with a porous substrate is prepared by (a) preparing a porous substrate, and (b) uniformly adhering a starting substance capable of giving a starting point of LDH crystal growth to the porous substrate, if desired. Then, (c) the LDH film is formed 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、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。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 a ceramic material, a metal material, and a polymer material. 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, and more preferably. Is alumina, zirconia, titania, and any combination thereof, particularly preferably alumina, zirconia (eg, yttria-stabilized zirconia (YSZ)), and combinations thereof. When these porous ceramics are used, the density of the LDH film tends to be easily improved. When a porous substrate made of a ceramic material is used, it is preferable to perform ultrasonic cleaning, cleaning with ion-exchanged water, and the like on the porous substrate.

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(例えばジルコニア粉末、ベーマイト粉末、チタニア粉末等)、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。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 made of a ceramic material. The porous substrate made of a ceramic material may be a commercially available product, or may be a product produced according to a known method, and is not particularly limited. For example, ceramic powder (for example, zirconia powder, boehmite powder, titania powder, etc.), methylcellulose, and ion-exchanged water are kneaded at a desired mixing ratio, and the obtained kneaded product is subjected to extrusion molding, and the obtained molded product is subjected to extrusion molding. After drying at 70 to 200 ° C. for 10 to 40 hours, baking at 900 to 1300 ° C. for 1 to 5 hours can produce a porous substrate made of a ceramic material. The mixing ratio of methylcellulose is preferably 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the ceramic powder. The mixing ratio of the ion-exchanged water is preferably 10 to 100 parts by weight based on 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 capable of providing a starting point for LDH crystal growth may be uniformly attached to the porous substrate. After the starting substance is uniformly attached to the surface of the porous substrate in this manner, by performing the subsequent step (c), the highly densified LDH film can be uniformly applied to the surface of the porous substrate. It can be formed uniformly. Preferred examples of such a starting point include a chemical species that provides an anion that can enter between layers of the LDH, a chemical species that provides a cation that can be a component of the 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 give anions The starting point of LDH crystal growth can be a chemical species that gives anions that can enter between layers of the LDH. Examples of such anions, CO 3 2-, OH -, SO 3 -, SO 3 2-, SO 4 2-, NO 3 -, Cl -, Br -, and any combinations thereof Can be Therefore, a starting material that can provide such a starting point may be uniformly attached to the surface of the porous base material by an appropriate method according to the type of the starting material. By giving 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 nuclei of LDH. 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 substance 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 the introduction of the species providing such anion into the polymer is performed by a sulfonation treatment. Is preferred. Polymers that can be used are those that can be anionized (especially sulfonated); examples of such polymers include polystyrene, polyethersulfone, polypropylene, epoxy resins, polyphenylene sulfide, and any combination thereof. . In particular, aromatic polymers are preferred in that they are easily anionized (particularly sulfonated), and examples of such aromatic polymers include polystyrene, polyether sulfone, epoxy resin, polyphenylene sulfide, and any of them. Combinations are included. The most preferred polymer is polystyrene. To attach the polymer to the porous substrate, a solution in which the polymer is dissolved (hereinafter, referred to as a polymer solution) is prepared by coating the surface of the porous substrate (preferably the plate-shaped outermost surface of the porous substrate with particles). ) Is preferably performed. 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 inside of the porous substrate, since uniform coating can be easily realized. In this regard, the application or application of the polymer solution is preferably performed by spin coating in that the coating can be performed very uniformly. The conditions for the spin coating are not particularly limited, but the spin coating may be performed, for example, at a rotation speed of 1000 to 10000 rpm for about 60 to 300 seconds including dripping and drying. On the other hand, in the sulfonation treatment, the porous substrate to which the polymer is attached may be immersed in a sulfonable acid such as sulfuric acid (for example, concentrated sulfuric acid), fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, sulfuric anhydride, and the like. Technology may be used. The immersion in the sulfonable acid may be performed at room temperature or at a 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 origin substance 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− . Typical examples of such surfactants include anionic surfactants. Preferred examples of anionic surfactants include sulfonic acid type anionic surfactants, sulfate ester type anionic surfactants, and any combination thereof. Examples of the sulfonic acid type anionic surfactant include sodium formalin condensate of naphthalene sulfonic acid, alkyl 2Na of polyoxyethylene sulfosuccinate, sodium polystyrene sulfonate, sodium dioctyl sulfosuccinate, and triethanolamine polyoxyethylene lauryl ether sulfate. Can be Examples of the sulfate 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 the surfactant can be attached to the surface of the porous substrate, and the solution containing the surfactant is applied to the porous substrate. It may be performed by coating or immersing the porous substrate in a solution containing a surfactant. The immersion of the porous substrate in the solution containing the surfactant may be performed at room temperature or at a high temperature (eg, 40 to 80 ° C.) while stirring the solution, and the immersion time is not particularly limited. 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 give cations The starting point of crystal growth of LDH can be a chemical species that gives a cation that can be a component of the layered double hydroxide. Preferred examples of such a cation include Al 3+ . In this case, it is preferable that the starting substance is at least one aluminum compound selected from the group consisting of oxides, hydroxides, oxyhydroxides and hydroxy complexes of aluminum. Therefore, a 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 giving a chemical species that gives cations to the surface, anions that can enter between layers of the LDH can be adsorbed on the surface of the porous substrate to generate nuclei of the LDH. 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 embodiment of the present invention, the starting substance can be attached by applying a sol containing an aluminum compound to the porous member. In this case, examples of preferable aluminum compounds include boehmite (AlOOH), aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), and amorphous alumina, and boehmite is most preferable. The application of the sol containing the aluminum compound is preferably performed by spin coating in that the coating can be performed very uniformly. The conditions for the spin coating are not particularly limited, but the spin coating may be performed, for example, at a rotation 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 attachment of the starting substance is performed by performing a hydrothermal treatment on the porous substrate 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, an LDH film on a porous substrate (particularly, a ceramic porous substrate) tends to form crystalline and / or amorphous Al (OH) 3 at an early stage of growth, and this is used as a nucleus to form LDH. Can grow. Then, after the Al (OH) 3 is uniformly attached to the surface of the porous base material by the hydrothermal treatment in advance, the step (c) accompanied by the hydrothermal treatment is also performed, so that the surface of the porous base material is The LDH film can be uniformly formed without unevenness. In this embodiment, the step (b) and the subsequent step (c) may be continuously performed in the same closed vessel, or the step (b) and the subsequent step (c) may be separately performed in this order. You may.

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 closed vessel, the raw material aqueous solution (that is, the aqueous solution containing the LDH constituent element) used in the step (c) described later is directly used in the step (b). Can be used. Even in this case, the hydrothermal treatment in the step (b) is performed in a closed vessel (preferably an autoclave) in an acidic to neutral pH range (preferably pH 5.5 to 7.0) at a temperature of 50 to 70 ° C. By performing the heat treatment in a relatively low temperature range, nucleation of Al (OH) 3 instead of LDH can be promoted. Further, after the nucleation of Al (OH) 3 , the pH of the aqueous solution of the raw material is increased by maintaining or raising the temperature at the nucleation temperature and the hydrolysis of urea proceeds, so that the pH range suitable for LDH growth is obtained. (Preferably at a pH of more than 7.0), the process can smoothly proceed to the step (c).

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 a different raw material aqueous solution for the step (b) and the step (c). For example, in the step (b), nucleation of Al (OH) 3 is preferably performed 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). A preferred example of the raw material aqueous solution mainly containing an Al source is 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 containing no 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 aspect of the present invention, the deposition of the starting substance is performed by evaporating aluminum on the surface of the porous substrate, and then converting the aluminum to an aluminum compound by a hydrothermal treatment in an aqueous solution. Can be. The aluminum compound is preferably Al (OH) 3 . In particular, by converting into 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 substrate by hydrothermal treatment, the step (c) accompanied by the hydrothermal treatment is also performed, so that the surface of the porous substrate is highly formed. The densified LDH film can be uniformly formed without unevenness. Aluminum deposition may be either physical vapor deposition or chemical vapor deposition, but physical vapor deposition such as vacuum deposition is preferred. Further, the aqueous solution used for the hydrothermal treatment for converting aluminum is not particularly limited as long as it has a composition capable of producing Al (OH) 3 by reacting with Al already given by vapor deposition.

(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 starting point
The starting point for crystal growth can be the LDH. In this case, LDH growth can be promoted starting from the LDH nucleus. Then, after the core of the LDH is uniformly adhered to the surface of the porous substrate, the subsequent step (c) is performed, whereby the highly densified LDH film is unevenly formed on the surface of the porous substrate. 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 embodiment of the present invention, the origin substance 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 coating is preferably performed by spin coating. Spin coating is preferred because coating can be performed very uniformly. The conditions for the spin coating are not particularly limited, but the spin coating may be performed, for example, at a rotation 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 on the surface of the porous substrate and then removing the aluminum (deposited) in an aqueous solution containing a constituent element of LDH other than aluminum. It can be performed by converting to LDH by hydrothermal treatment. Aluminum deposition may be either physical vapor deposition or chemical vapor deposition, but physical vapor deposition such as vacuum deposition is preferred. The aqueous raw material solution used for the hydrothermal treatment for converting aluminum may be an aqueous solution containing a component other than Al already provided by vapor deposition. Preferred examples of such a raw material aqueous solution include a raw material aqueous solution mainly containing an 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, it is possible to form an LDH nucleus together with Al already provided by evaporation.

(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、尿素を含んでなる。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 porous substrate (to which a starting material can be attached if desired) is subjected to a hydrothermal treatment in a raw material aqueous solution containing the constituent elements of LDH to form an LDH film on the surface of the porous substrate. A preferred 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 the hydrolysis of urea to increase the pH value (for example, the pH is higher than 7.0, preferably higher than 7.0 and lower than or equal to 8.5) and coexist. LDH can be obtained by the metal ions forming hydroxides. Further, since carbon dioxide is generated in the hydrolysis, LDH in which the anion is a carbonate ion type can be obtained. The total concentration of magnesium ions and aluminum ions (Mg 2+ + Al 3+ ) contained in the raw material aqueous solution is preferably from 0.20 to 0.40 mol / L, more preferably from 0.22 to 0.38 mol / L, still more preferably. It is 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 well-balanced manner, and an LDH film excellent in not only orientation but also denseness can be obtained. In other words, when the total concentration of magnesium ions and aluminum ions is low, crystal growth becomes dominant as compared with nucleation, and the number of particles decreases to increase the particle size. It is considered that generation becomes dominant, and 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んでなる。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 aqueous raw material solution, whereby the aqueous raw material 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 ion (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を略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)と略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 placed in contact with the bottom of the container.For example, the porous substrate may be suspended in the raw material aqueous solution from the bottom of the container. The material may be fixed. In the case where the porous substrate is held vertically, a jig that can vertically set the porous substrate may be placed at the bottom of the container. In any case, the LDH is applied to the porous substrate in a direction substantially perpendicular to or substantially perpendicular thereto (that is, the LDH plate-like particles have their plate surfaces substantially perpendicularly or obliquely intersect with the surface of the porous substrate (substrate surface)). It is preferable to adopt a configuration or arrangement in which the crystal is grown in such a direction as to perform the above.

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 performed in a closed vessel (preferably an autoclave) at 60 to 150 ° C, more preferably 65 to 120 ° C, further preferably 65 to 100 ° C, and particularly preferably 70 to 100 ° C. 90 ° C. The upper limit temperature of the hydrothermal treatment may be selected so that the porous substrate (eg, polymer substrate) is not deformed by heat. The rate of temperature rise during the hydrothermal treatment is not particularly limited, and may be, for example, 10 to 200 ° C./h, preferably 100 to 200 ° C./h, and more preferably 100 to 150 ° C./h. The duration of the hydrothermal treatment may be appropriately determined according to the desired 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, it is preferable to take out the porous substrate from the closed vessel and wash it with ion-exchanged 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略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略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。   In the LDH film manufactured as described above, the LDH plate-like particles are highly densified and are oriented in a substantially vertical direction which is advantageous for conduction. That is, the LDH film typically does not have water permeability (preferably water permeability and gas 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 have their plate surfaces substantially perpendicularly or obliquely intersecting with the surface of the porous substrate. Typically, they are oriented in the same direction. Therefore, when a dense LDH film having sufficient gas tightness is used for a battery such as a zinc-air battery, improvement in power generation performance can be expected, and a secondary battery of a zinc-air battery using an electrolyte that could not be applied conventionally. It is expected to be applied to separators for preventing zinc dendrite growth and carbon dioxide intrusion, which are major barriers to the formation of carbon dioxide. Similarly, application to nickel-zinc batteries, where zinc dendrite development is a major barrier to practical application, is also expected.

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 manufacturing method can be formed on both surfaces of the porous substrate. Therefore, in order to make the LDH film suitable for use as a separator, the LDH film on one surface of the porous substrate is mechanically shaved after film formation, or the LDH film is formed on one surface during film formation. It is desirable to take measures to prevent the film from being formed.

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 will be more specifically described by the following examples.

例1: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 1 : Preparation and evaluation of LDH separator with porous substrate (1) Preparation of porous substrate Boehmite (manufactured by Sasol, DISPAL 18N4-80), methylcellulose, and ion-exchanged water were added to (boehmite): (methylcellulose). : (Ion-exchanged water) was weighed so as to have a mass ratio of 10: 1: 5, and then kneaded. The obtained kneaded material was subjected to extrusion molding using a hand press to form a plate 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 fired 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、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、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画像を読み込み、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、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(%)とすることにより行った。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12に多孔質基材表面のSEM画像を示す。   About the obtained porous base material, the porosity of the porous base material surface was measured by the technique using image processing, and was 24.6%. The measurement of the porosity is carried out by: 1) observing the surface microstructure using a scanning electron microscope (SEM, JSM-6610LV, manufactured by JEOL) at an acceleration voltage of 10 to 20 kV, and scanning the surface of the porous substrate with an electron microscope ( (SEM) image (magnification of 10000 or more) is acquired. 2) A grayscale SEM image is read using image analysis software such as Photoshop (made by Adobe). 3) [Image] → [Color tone correction] → [2 Tone conversion], a black-and-white binary image was created, and 4) the value obtained by dividing the number of pixels occupied by the black portion by the total number of pixels in the image was used as the porosity (%). The measurement of the porosity was performed on a region of 6 μm × 6 μm on the surface of the porous substrate. FIG. 12 shows an SEM image of 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。   The average pore diameter of the porous substrate was measured and found to be about 0.1 μm. In the present invention, the average pore size was measured by measuring the longest distance of 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 upper 15 points and lower 15 points from the average value, a total of 30 points per visual field The average value of the two visual fields was calculated by using to obtain the average pore diameter. For the length measurement, a 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) Washing of porous substrate The obtained porous substrate was subjected to ultrasonic cleaning in acetone for 5 minutes, ultrasonic cleaning in ethanol for 2 minutes, and then ultrasonic cleaning 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) Preparation of raw material aqueous solution As raw materials, magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), 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. Magnesium nitrate hexahydrate and aluminum nitrate nonahydrate were weighed such that the cation ratio (Mg 2+ / Al 3+ ) became 2 and the total metal ion molar concentration (Mg 2+ + Al 3+ ) became 0.320 mol / L. Into a beaker, and ion-exchanged water was added thereto to make the total volume 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 In a Teflon (registered trademark) sealed container (internal capacity 800 ml, stainless steel jacket on the outside), the raw material aqueous solution prepared in the above (3) and the porous base material washed in the above (2) are placed. Both were enclosed. At this time, the substrate was floated and fixed from the bottom of a Teflon (registered trademark) closed container, and was horizontally set so that the solution was in contact with both surfaces of the substrate. Thereafter, a 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 a lapse of a predetermined time, the substrate is taken out of the closed container, washed with ion-exchanged water, and dried at 70 ° C. for 10 hours to obtain a dense film of a layered double hydroxide (hereinafter, referred to as LDH) (hereinafter referred to as a film 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 off 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13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13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 The film sample was measured with an X-ray diffractometer (Rigaku RINT TTR III) under the following conditions: voltage: 50 kV, current value: 300 mA, measurement range: 10 to 70 °. When the crystal phase of was measured, the XRD profile shown in FIG. 13 was obtained. Regarding the obtained XRD profile, the 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 membrane sample was a layered double hydroxide (LDH, hydrotalcite compound). In addition, in the XRD profile shown in FIG. 13, peaks due to alumina constituting the porous substrate on which the membrane sample is formed (peaks marked with a circle in the figure) are 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14に示す。
(5b) Observation of microstructure The surface microstructure of the film sample was observed using a scanning electron microscope (SEM, JSM-6610LV, manufactured by JEOL) at an acceleration voltage of 10 to 20 kV. FIG. 14 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15に示す。   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 using a scanning electron microscope (SEM) at an acceleration voltage of 10 to 20 kV. FIG. 15 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、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、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画像を読み込み、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、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(%)とすることにより行った。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 film surface was measured for the film sample by a method using image processing. The porosity is measured by 1) observing the surface microstructure with a scanning electron microscope (SEM, JSM-6610LV, manufactured by JEOL) at an accelerating voltage of 10 to 20 kV, and using an electron microscope (SEM) on the surface of the film. An image (magnification of 10000 or more) is acquired. 2) A grayscale SEM image is read using image analysis software such as Photoshop (made by Adobe) or the like. 3) [Image] → [Color tone correction] → [Two gradations] 2), and a value obtained by dividing the number of pixels occupied by the black portion by the total number of pixels of the image is defined as a porosity (%). The measurement of the porosity was performed for a region of 6 μm × 6 μm on the surface of the alignment film. As a result, the porosity of the film surface was 19.0%. Using the porosity of the film surface, the density D (hereinafter, referred to as surface film density) when viewed from the film surface was calculated by D = 100% − (porosity of the film surface), and the result was 81.0%. %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 was performed in the same manner as described above except that an electron microscope (SEM) image (magnification of 10000 or more) of the polished cross section in the thickness direction of the film was obtained according to the procedure shown in (5b) above. The measurement was performed in the same manner as the porosity of the film surface. The measurement of the porosity was performed on the film portion of the cross section of the alignment film. The porosity calculated from the cross-section polished surface of the film sample in this way is 3.5% on average (average value of three cross-section 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I
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16A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220(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222aを備えたシリコンゴム222を接着し、得られた積層物を2つのアクリル製容器224,226で挟んで接着した。シリコンゴム222側に配置されるアクリル製容器224は底が抜けており、それによりシリコンゴム222はその開口部222aが開放された状態でアクリル製容器224と接着される。一方、複合材料試料220の多孔質基材側に配置されるアクリル製容器226は底を有しており、その容器226内にはイオン交換水228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220の多孔質基材側にイオン交換水228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。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226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16B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224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 test I
A denseness determination test was performed as follows to confirm that the membrane sample had such denseness that it did not have water permeability. First, as shown in FIG. 16A, a 0.5 cm × 0.5 cm square is placed at the center on the membrane sample side of the composite material sample 220 (cut out into 1 cm × 1 cm square) obtained in the above (1). The silicone rubber 222 having the opening 222a was adhered, and the obtained laminate was sandwiched between two acrylic containers 224 and 226 and adhered. The acrylic container 224 disposed on the side of the silicone rubber 222 has a bottom that is removed, so that the silicone rubber 222 is bonded to the acrylic container 224 with its opening 222a opened. On the other hand, the acrylic container 226 disposed on the porous substrate side of the composite material sample 220 has a bottom, and the container 226 contains ion-exchanged water 228. At this time, Al and / or Mg may be dissolved in the ion-exchanged water. That is, by assembling the composite material sample 220 upside down, the respective constituent members are arranged such that the ion-exchanged water 228 is in contact with the porous substrate side of the composite material sample 220. After assembling these components and the like, the total weight was measured. After assembling these components and the like, the total weight was measured. Note that a closed vent hole (not shown) is formed in the container 226, and it goes without saying that the container 226 is opened after being turned upside down. As shown in FIG. 16B, the assembly was placed upside down and kept at 25 ° C. for one week, after which the total weight was measured again. At this time, if water droplets adhered to the inner side surface of the acrylic container 224, 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 the ion-exchanged water even after being kept at 25 ° C. for one week. From this, it was confirmed that the membrane sample (that is, the functional membrane) had high density so as not to have water permeability.

(5e)緻密性判定試験II
膜試料が通気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17A及び17Bに示されるように、蓋の無いアクリル容器230と、このアクリル容器230の蓋として機能しうる形状及びサイズのアルミナ治具232とを用意した。アクリル容器230にはその中にガスを供給するためのガス供給口230aが形成されている。また、アルミナ治具232には直径5mmの開口部232aが形成されており、この開口部232aの外周に沿って膜試料載置用の窪み232bが形成されてなる。アルミナ治具232の窪み232bにエポキシ接着剤234を塗布し、この窪み232bに複合材料試料236の膜試料236b側を載置してアルミナ治具232に気密かつ液密に接着させた。そして、複合材料試料236が接合されたアルミナ治具232を、アクリル容器230の開放部を完全に塞ぐようにシリコーン接着剤238を用いて気密かつ液密にアクリル容器230の上端に接着させて、測定用密閉容器240を得た。この測定用密閉容器240を水槽242に入れ、アクリル容器230のガス供給口230aを圧力計244及び流量計246に接続して、ヘリウムガスをアクリル容器230内に供給可能に構成した。水槽242に水243を入れて測定用密閉容器240を完全に水没させた。このとき、測定用密閉容器240の内部は気密性及び液密性が十分に確保されており、複合材料試料236の膜試料236b側が測定用密閉容器240の内部空間に露出する一方、複合材料試料236の多孔質基材236a側が水槽242内の水に接触している。この状態で、アクリル容器230内にガス供給口230aを介してヘリウムガスを測定用密閉容器240内に導入した。圧力計244及び流量計246を制御して膜試料236b内外の差圧が0.5atmとなる(すなわちヘリウムガスに接する側に加わる圧力が反対側に加わる水圧よりも0.5atm高くなる)ようにして、複合材料試料236から水中にヘリウムガスの泡が発生するか否かを観察した。その結果、ヘリウムガスに起因する泡の発生は観察されなかった。よって、膜試料236bは通気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。
(5e) Denseness test II
A denseness determination test was performed as follows to confirm that the membrane sample had such a tightness that it did not have air permeability. First, as shown in FIGS. 17A and 17B, an acrylic container 230 without a lid and an alumina jig 232 having a shape and a size capable of functioning as a lid of the acrylic container 230 were prepared. The acrylic container 230 has a gas supply port 230a for supplying a gas therein. An opening 232a having a diameter of 5 mm is formed in the alumina jig 232, and a depression 232b for mounting a film sample is formed along the outer periphery of the opening 232a. An epoxy adhesive 234 was applied to the depression 232b of the alumina jig 232, and the film sample 236b side of the composite material sample 236 was placed in the depression 232b, and was bonded to the alumina jig 232 in an air-tight and liquid-tight manner. Then, the alumina jig 232 to which the composite material sample 236 is bonded is air-tightly and liquid-tightly adhered to the upper end of the acrylic container 230 using a silicone adhesive 238 so as to completely cover the open portion of the acrylic container 230, A closed container 240 for measurement was obtained. The closed container for measurement 240 was placed in a water tank 242, and the gas supply port 230 a of the acrylic container 230 was connected to a pressure gauge 244 and a flow meter 246 so that helium gas could be supplied into the acrylic container 230. Water 243 was put into the water tank 242, and the closed container for measurement 240 was completely submerged. At this time, the inside of the measurement closed container 240 is sufficiently airtight and liquid-tight, and the film sample 236b side of the composite material sample 236 is exposed to the internal space of the measurement closed container 240, while the composite material sample 236 is exposed. 236 is in contact with the water in the water tank 242 on the porous substrate 236 a side. In this state, helium gas was introduced into the acrylic container 230 through the gas supply port 230a into the sealed container 240 for measurement. The pressure gauge 244 and the flow meter 246 are controlled so that the pressure difference between the inside and outside of the membrane sample 236b becomes 0.5 atm (that is, the pressure applied to the side in contact with the helium gas becomes 0.5 atm higher than the water pressure applied to the opposite side). Then, whether or not bubbles of helium gas were generated in the water from the composite material sample 236 was observed. As a result, generation of bubbles due to helium gas was not observed. Therefore, it was confirmed that the membrane sample 236b had high density so as not to have air permeability.

例2(参考):ラミネート型ニッケル亜鉛電池カートリッジの作製
本例は正極及び負極をセパレータ構造体で隔てて備えた積層電池型ニッケル亜鉛電池カートリッジ(セルパック)の作製例であり、正極ガス流路構造及び負極ガス流路構造を有しない点で本発明の亜鉛二次電池の作製例ではない点で参考例に相当する。本例で作製される電池カートリッジに正極ガス流路構造と負極ガス流路構造を更に設けたものが本発明の亜鉛二次電池に使用可能な電極カートリッジとなる。したがって、本例を参考にすることで本発明の電極カートリッジ及びそれを備えた亜鉛二次電池を適宜作製できるのはいうまでもない。
Example 2 (Reference): Production of Laminated Nickel-Zinc Battery Cartridge This example is an example of producing a laminated battery-type nickel-zinc battery cartridge (cell pack) having a positive electrode and a negative electrode separated by a separator structure. It is not a production example of the zinc secondary battery of the present invention in that it does not have a structure and a negative electrode gas flow path structure, and thus corresponds to a reference example in that it is not a production example of the zinc secondary battery of the present invention. An electrode cartridge usable in the zinc secondary battery of the present invention is obtained by further providing the positive electrode gas channel structure and the negative electrode gas channel structure in the battery cartridge manufactured in this example. Therefore, it goes without saying that the electrode cartridge of the present invention and a zinc secondary battery provided with the same can be appropriately manufactured by referring to this example.

(1)セパレータ構造体の作製
例1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膜を用意した。図18A及び18Bに示されるように、多孔質基材30付きセパレータ28のセパレータ28側(すなわちLDH膜側)の外縁に沿って変性ポリフェニレンエーテル樹脂製の枠32を載置した。このとき、枠32は正方形の枠であり、その内周縁には段差が設けられており、この段差に多孔質基材30及びセパレータ28の外縁を嵌合させた。この枠32上に可撓性フィルム34としてラミネートフィルム(アズワン社製、製品名:バキュームシーラー用ポリ袋、厚さ:50μm、材質:PP樹脂(ベースフィルム)及びPE樹脂(熱可塑性樹脂))を載置した。この可撓性フィルム34は予め中央に開口部34aが形成されており、この開口部34aが枠32内の開放領域に対応するように可撓性フィルム34を配置した。可撓性フィルム34、枠32、及び多孔質基材30付きセパレータ28の接合部分を、市販のヒートシール機を用いて約200℃で熱融着封止した。こうして作製されたセパレータ構造体の写真が図19に示される。図19において点線で示される領域Hが熱融着封止が行われた領域であり、この領域における液密性が確保される。このようなセパレータ構造体20を5枚作製した。
(1) Production of Separator Structure An LDH film on an alumina substrate was prepared as a separator with a porous substrate in the same procedure as in Example 1. As shown in FIGS. 18A and 18B, a frame 32 made of a modified polyphenylene ether resin was placed along the outer edge of the separator 28 with the porous substrate 30 on the separator 28 side (ie, the LDH film side). At this time, the frame 32 was a square frame, and a step was provided on the inner peripheral edge, and the outer edges of the porous base material 30 and the separator 28 were fitted to the step. On this frame 32, a laminated film (product name: polybag for vacuum sealer, thickness: 50 μm, material: PP resin (base film) and PE resin (thermoplastic resin)) as a flexible film 34 as a flexible film 34 Placed. An opening 34a is formed in the center of the flexible film 34 in advance, and the flexible film 34 is arranged so that the opening 34a corresponds to an open area in the frame 32. The joint between the flexible film 34, the frame 32, and the separator 28 with the porous substrate 30 was heat-sealed and sealed at about 200 ° C. using a commercially available heat sealing machine. FIG. 19 shows a photograph of the separator structure thus manufactured. A region H indicated by a dotted line in FIG. 19 is a region where the heat sealing is performed, and the liquid tightness in this region is ensured. Five such separator structures 20 were produced.

(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する。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する。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、活物質部分が所定の領域にわたって塗工された正極板を得る。
(2) Preparation of positive electrode plate Nickel hydroxide particles to which zinc and cobalt are added so as to form a solid solution are prepared. The nickel hydroxide particles were coated with cobalt hydroxide to obtain a positive electrode active material. A paste is prepared by mixing the obtained positive electrode active material and a 2% aqueous solution of carboxymethyl cellulose. The paste obtained above is uniformly applied to a current collector made of a nickel metal porous substrate having a porosity of about 95% so that the porosity of the positive electrode active material is 50%, and the paste is dried. A positive electrode plate coated over a predetermined area is obtained.

(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、活物質部分が所定の領域にわたって塗工された負極板を得る。
(3) Preparation of negative electrode plate A mixture consisting 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 a copper punched metal, and the porosity was about At 50%, a negative electrode plate is obtained in which the active material portion is applied over a predetermined area.

(4)ラミネート型ニッケル亜鉛電池カートリッジの作製
上記得られた5枚のセパレータ構造体20、3枚の正極板、3枚の負極板等を用いてニッケル亜鉛電池カートリッジを以下の手順で組み立てた。まず、1対の可撓性フィルム26aとしてラミネートフィルム(アズワン社製、製品名:バキュームシーラー用ポリ袋、厚さ:50μm、材質:PP樹脂(ベースフィルム)及びPE樹脂(熱可塑性樹脂))を用意した。可撓性フィルム26a上に3枚の負極板、5枚のセパレータ構造体20及び3枚の正極板を、セパレータ構造体20を介在させながら負極板と正極板とが交互に位置するように積層し、最後に可撓性フィルム26aを積層した。このとき、セパレータ構造体20は多孔質基材30及び枠32が正極板側に位置するように配置した。こうして得られた積層物の写真が図20に示される。図20に点線で囲まれる可撓性フィルム26a,34,26aの重なり部分(すなわち外縁3辺とすべき部分)を市販のヒートシール機を用いて約200℃で熱融着接合した。こうして熱融着接合により封止された水不透過性容器を撮影した写真を図21に示す。図21において熱融着された領域における点線で記される線に沿って切断して、図22に示されるように外縁3辺が熱融着接合により封止された水不透過性容器を得た。図22から分かるように、水不透過性容器の上端部は熱融着封止されずに開放されており、正極集電体と負極集電体が互いに異なる位置で可撓性袋体の外縁から互いに異なる位置で延出してなる(図中に視認される2本の金属片に相当)。こうして5枚のセパレータ構造体20、正極板及び負極板を収容した水不透過性容器を真空デシケータ中に入れ、真空雰囲気下で、水不透過性容器内の正極室及び負極室の各々に電解液として6mol/LのKOH水溶液を電解液として注液した。この電解液の注入は、水不透過性容器の上端部の開放部分から行った。こうして得られたラミネート型ニッケル亜鉛電池カートリッジを撮影した写真を図22に示す。
(4) Production of Laminated Nickel-Zinc Battery Cartridge A nickel-zinc battery cartridge was assembled by the following procedure using the obtained five separator structures 20, three positive plates, three negative plates, and the like. First, a laminated film (product name: polybag for vacuum sealer, thickness: 50 μm, material: PP resin (base film) and PE resin (thermoplastic resin), manufactured by AS ONE Corporation) is used as a pair of flexible films 26a. Prepared. Three negative plates, five separator structures 20, and three positive plates are laminated on the flexible film 26a such that the negative plates and the positive plates are alternately positioned with the separator structures 20 interposed therebetween. Finally, the flexible film 26a was laminated. At this time, the separator structure 20 was arranged such that the porous substrate 30 and the frame 32 were located on the positive electrode plate side. A photograph of the laminate thus obtained is shown in FIG. The overlapping portions of the flexible films 26a, 34, 26a (that is, the portions to be three outer edges) surrounded by the dotted lines in FIG. 20 were heat-sealed at about 200 ° C. using a commercially available heat sealing machine. FIG. 21 shows a photograph of the water-impermeable container sealed by the heat fusion bonding. 21 is cut along the dotted line in the heat-sealed region to obtain a water-impermeable container whose three outer edges are sealed by heat-sealing bonding as shown in FIG. Was. As can be seen from FIG. 22, the upper end of the water-impermeable container is opened without being heat-sealed and sealed, and the outer edges of the flexible bag body are located at different positions from each other between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. At different positions from each other (corresponding to two metal pieces visually recognized in the figure). Thus, the water-impermeable container containing the five separator structures 20, the positive electrode plate and the negative electrode plate is put in a vacuum desiccator, and the positive electrode chamber and the negative electrode chamber in the water-impermeable container are electrolyzed under a vacuum atmosphere. As a solution, a 6 mol / L KOH aqueous solution was injected as an electrolyte. The injection of the electrolytic solution was performed from the open portion at the upper end of the water-impermeable container. FIG. 22 shows a photograph of the thus-obtained laminated nickel-zinc battery cartridge.

例3
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 3
In this example, Samples 1 to 10 were prepared as follows as LDH-containing composite material samples (separator samples with a porous substrate) in which a dense layered double hydroxide (LDH) film was formed on a porous substrate. .

(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) Preparation of porous substrate Boehmite (manufactured by Sasol, DISPAL 18N4-80), methylcellulose, and ion-exchanged water were mixed at a mass ratio of (boehmite) :( methylcellulose) :( ion-exchanged water) of 10: 1: After weighing so as to be 5, the mixture was kneaded. The obtained kneaded material was subjected to extrusion molding using a hand press, and was molded into a size of 2.5 cm × 10 cm × 0.5 cm in thickness. The obtained molded body was dried at 80 ° C. for 12 hours and then fired 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、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、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画像を読み込み、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、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(%)とすることにより行った。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。   About the obtained porous base material, the porosity of the porous base material surface was measured by the technique using image processing, and was 24.6%. The measurement of the porosity is carried out by: 1) observing the surface microstructure using a scanning electron microscope (SEM, JSM-6610LV, manufactured by JEOL) at an acceleration voltage of 10 to 20 kV, and scanning the surface of the porous substrate with an electron microscope ( (SEM) image (magnification of 10000 or more) is acquired. 2) A grayscale SEM image is read using image analysis software such as Photoshop (made by Adobe). 3) [Image] → [Color tone correction] → [2 Tone conversion], a black-and-white binary image was prepared, and 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. The measurement of the porosity was performed on a region of 6 μm × 6 μm 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。   The average pore diameter of the porous substrate was measured and found to be about 0.1 μm. In the present invention, the average pore size was measured by measuring the longest distance of 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 upper 15 points and lower 15 points from the average value, a total of 30 points per visual field The average value of the two visual fields was calculated by using to obtain the average pore diameter. For the length measurement, a 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) Washing of porous substrate The obtained porous substrate was subjected to ultrasonic cleaning in acetone for 5 minutes, ultrasonic cleaning in ethanol for 2 minutes, and then ultrasonic cleaning 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 Only the samples 1 to 6 were subjected to polystyrene spin coating and sulfonation 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 coat liquid was dropped on a 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 coat 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) Preparation of raw material aqueous solution As raw materials, magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) and 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. Magnesium nitrate hexahydrate and aluminum nitrate nonahydrate were weighed such that the cation ratio (Mg 2+ / Al 3+ ) became 2 and the total metal ion molar concentration (Mg 2+ + Al 3+ ) became 0.320 mol / L. Into a beaker, and ion-exchanged water was added thereto 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 In a Teflon (registered trademark) sealed container (internal capacity 100 ml, stainless steel jacket on the outside), the raw material aqueous solution prepared in the above (4) and the porous substrate sulfonated in the above (3) (Samples 1 to 6) or the porous substrates (Samples 7 to 10) washed in the above (2) were enclosed together. At this time, the substrate was floated and fixed from the bottom of a Teflon (registered trademark) closed container, and was horizontally set so that the solution was in contact with both surfaces of the substrate. Thereafter, a hydrothermal treatment was performed at a hydrothermal temperature of 70 to 75 ° C. for 168 to 504 hours to form a layered double hydroxide alignment film on the substrate surface. At this time, ten types of alignment films having various densities were produced by appropriately changing the conditions of the hydrothermal treatment. After a lapse of a predetermined time, the substrate is taken out of the closed container, washed with ion-exchanged water, and dried at 70 ° C. for 10 hours to obtain a dense film of a layered double hydroxide (hereinafter, referred to as LDH) (hereinafter referred to as a film 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). 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 off in order 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 film sample The crystal phase of the film sample was measured with an X-ray diffractometer (Rigaku RINT TTR III) under the following conditions: voltage: 50 kV, current value: 300 mA, measurement range: 10 to 70 °. To obtain an XRD profile. Regarding the obtained XRD profile, the JCPDS card NO. Identification was performed using the diffraction peak of the layered double hydroxide (hydrotalcite-type compound) described in 35-0964. As a result, it was confirmed that each of the membrane 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23A及び図23B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 in order 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. 23A and 23B was constructed. In the He permeability measuring 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 dense gas held in the sample holder 316 is provided. The film 318 is configured to be transmitted from one surface to 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 provided with a gas supply port 316a, a closed 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. Gaskets made of butyl rubber are disposed as sealing members 326a and 326b at the upper and lower ends of the jig 324, and supporting members 328a and 328b (made of PTFE) having openings formed by flanges from outside the sealing members 326a and 326b. ). Thus, the closed space 316b was defined by the dense film 318, the jig 324, the sealing member 326a, and the support member 328a. Note that the dense film 318 is in the form of a composite material formed on the porous substrate 320, and is arranged so that the dense film 318 side faces the gas supply port 316a. The support members 328a and 328b were tightly fastened to each other by the fastening means 330 using screws so that the He gas did not leak from a portion other than the gas outlet 316c. The gas supply pipe 334 was connected via a joint 332 to the gas supply port 316a of the sample holder 316 thus assembled.

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25に示されるとおりであった。 Next, He gas was supplied to the He permeability measuring system 310 via a gas supply pipe 334, and was allowed to permeate 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 transmitting He gas for 1 to 30 minutes, the He permeability was calculated. The calculation of the He permeability is performed by calculating the permeation amount F of the He gas per unit time F (cm 3 / min), the differential pressure P (atm) applied to the dense membrane when the He gas permeates, and the film area S (cm) through which the He gas permeates. 2 ) was calculated by the formula of F / (P × S). The He gas permeation amount F (cm 3 / min) was read directly from the flow meter 314. The gauge pressure read from the pressure gauge 312 was used as the differential pressure P. The He gas was supplied such that the differential pressure P was in the range of 0.05 to 0.90 atm. The obtained result was 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24A及び図24B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、その間に試料ホルダ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 densities of the membrane samples 1 to 10 from the viewpoint of Zn permeability, a Zn permeation test was performed as follows. First, a Zn transmission measuring device 340 shown in FIGS. 24A and 24B was constructed. The Zn transmission measurement device 340 includes a flanged opening tube (made of PTFE) in which a flange 362a is integrated with a first tank 344 formed of an L-shaped opening tube, and a second tube formed of an L-shaped tube. A flanged opening tube (made of PTFE) in which a flange 362b is integrated with a tank 346 is disposed so that the flanges 362a and 362b face each other, and a sample holder 342 is disposed therebetween. The structure was such that Zn could be transmitted from one surface 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24A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 device 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. 24A, packing made of silicone rubber is provided on both sides of the jig 358 as sealing members 360a and 360b, and a pair of flanged opening pipes 362a are provided from outside the sealing members 360a and 360b. , 362b. Note that the dense film 352 is in the form of a composite material formed on the porous base material 354, and the dense film 352 side is where the first aqueous solution 348 containing Zn is injected. It was arranged to face. The flanges 362a and 362b were tightly fastened to each other by a 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、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)を用いて、(C×V)/(C×V×t×S)の式により算出した。得られた結果は表1及び図25に示されるとおりであった。 On the other hand, a 9 mol / L KOH aqueous solution in which 2.5 mol / L of Al (OH) 3 and 0.5 mol / L of ZnO were dissolved was prepared as a first aqueous solution 348 to be put into the first tank 344. The Zn concentration C 1 (mol / L) of the first aqueous solution was measured by ICP emission spectroscopy, and the results were as shown in Table 1. Further, as a second aqueous solution 350 to be put into the second tank 346, a 9 mol / L KOH aqueous solution in which 2.5 mol / L of Al (OH) 3 was dissolved without dissolving ZnO was prepared. In the measuring device 340 in which the previously prepared sample holder 342 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 dense solution held by the sample holder 342 is obtained. Zn was transmitted through the film 352. In this state, after performing Zn permeation at the time t shown in Table 1, 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 measured. It was measured by ICP emission spectroscopy. The Zn transmission rate was calculated using the obtained value. The Zn transmission rate is determined by the Zn concentration C 1 (mol / L) of the first aqueous solution before the start of Zn transmission, the liquid volume V 1 (ml) of the first aqueous solution before the start of Zn transmission, and the second concentration after the end of Zn transmission. Zn concentration C 2 (mol / L) of the aqueous solution, liquid volume V 2 (ml) of the second aqueous solution after the completion of Zn permeation, Zn permeation time t (min), and film area S (cm) through which Zn permeates 2 ), and was calculated by the formula of (C 2 × V 2 ) / (C 1 × V 1 × t × S). The obtained result was as shown in Table 1 and FIG.

10 電池カートリッジ
11 電極カートリッジ
12 正極室
14 負極室
16 正極
17 正極集電体
18 負極
19 負極集電体
20 セパレータ構造体
22 正極ガス流路構造
24 負極ガス流路構造
25 ガス流路部材
26 水不透過性区画部材
26a 可撓性フィルム
26b 剛性板
27a 凹凸形状
27b 隙間空間
28 セパレータ
30 多孔質基材
32 枠
34 可撓性フィルム
34a 開口部
36 緩衝部材
100 密閉型亜鉛二次電池
102 密閉容器

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Battery cartridge 11 Electrode cartridge 12 Positive electrode chamber 14 Negative electrode chamber 16 Positive electrode 17 Positive electrode current collector 18 Negative electrode 19 Negative electrode current collector 20 Separator structure 22 Positive gas flow path structure 24 Negative gas flow path structure 25 Gas flow path member 26 Water Permeable partition member 26a Flexible film 26b Rigid plate 27a Uneven shape 27b Gap space 28 Separator 30 Porous substrate 32 Frame 34 Flexible film 34a Opening 36 Buffer member 100 Sealed zinc secondary battery 102 Closed container

Claims (21)

密閉容器と、
密閉容器内に設けられ、互いに上部開放又は上部連通された正極室及び負極室と、
前記正極室内に収容される正極と、
前記正極室内に収容され、アルカリ金属水酸化物水溶液を含む正極電解液と、
前記負極室内に収容され、亜鉛及び/又は酸化亜鉛を含む負極と、
前記負極室内に収容され、アルカリ金属水酸化物水溶液を含む負極電解液と、
前記正極室と前記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セパレータを含むセパレータ構造体と、
前記正極室内における前記正極の前記セパレータと反対側に設けられ、前記正極と前記正極室の上部空間との間を気体連通する正極ガス流路構造と、
前記負極室内における前記負極の前記セパレータと反対側に設けられ、前記負極と前記負極室の上部空間との間を気体連通する負極ガス流路構造と、
を備えてなる、亜鉛二次電池であって、
前記亜鉛二次電池が、前記セパレータ構造体とともに前記正極室及び/又は負極室を区画する水不透過性区画部材をさらに有し、該水不透過性区画部材自体、又は水不透過性区画部材とセパレータ構造体との組合せが、上部開放された水不透過性容器を形成する、亜鉛電池。
A sealed container,
A positive electrode chamber and a negative electrode chamber, which are provided in a closed container and open or communicate with each other at the top,
A positive electrode housed in the positive electrode chamber;
A cathode electrolyte containing the alkali metal hydroxide aqueous solution, which is accommodated in the cathode chamber;
A negative electrode housed in the negative electrode chamber and containing zinc and / or zinc oxide;
A negative electrode electrolyte contained in the negative electrode chamber and containing an aqueous alkali metal hydroxide solution,
A separator structure including a separator provided to partition the positive electrode chamber and the negative electrode chamber, and having a hydroxide ion conductivity but having no water permeability,
A positive electrode gas flow path structure provided on the opposite side of the positive electrode to the separator in the positive electrode chamber and communicating gas between the positive electrode and an upper space of the positive electrode chamber;
A negative electrode gas flow path structure provided on the opposite side of the negative electrode to the separator in the negative electrode chamber, and gas-communicating between the negative electrode and an upper space of the negative electrode chamber;
A zinc secondary battery comprising:
The zinc secondary battery further includes a water-impermeable partition member that partitions the positive electrode chamber and / or the negative electrode chamber together with the separator structure, and the water-impermeable partition member itself or a water-impermeable partition member A zinc battery, wherein the combination of the separator and the separator structure forms a water-impermeable container with an open top.
前記正極ガス流路構造及び/又は負極ガス流路構造が、ガス流路として機能する空隙を有するガス流路部材を含む、請求項1に記載の亜鉛二次電池。   2. The zinc secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode gas channel structure and / or the negative electrode gas channel structure includes a gas channel member having a void functioning as a gas channel. 前記ガス流路部材が、メッシュ状、不織布状、織布状、スノコ状、又は多孔状の構造を有する、請求項2に記載の亜鉛二次電池。   3. The zinc secondary battery according to claim 2, wherein the gas flow path member has a mesh shape, a nonwoven fabric shape, a woven fabric shape, a saw blade shape, or a porous structure. 4. 前記正極ガス流路構造が、前記水不透過性区画部材の前記正極側の内表面に付与された、ガス流路として機能する空隙をもたらす凹凸形状を含み、且つ/又は前記負極ガス流路構造が、前記水不透過性区画部材の前記負極側の内表面に付与された、ガス流路として機能する空隙をもたらす凹凸形状を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。   The positive electrode gas channel structure includes a concave / convex shape provided on an inner surface of the water-impermeable partition member on the positive electrode side to provide a void that functions as a gas channel, and / or the negative electrode gas channel structure The zinc alloy according to any one of claims 1 to 3, further comprising a concave / convex shape provided on an inner surface of the water-impermeable partition member on the negative electrode side to form a void functioning as a gas flow path. Next battery. 前記正極ガス流路構造が、前記正極の前記セパレータと反対側の表面に付与された、ガス流路として機能する空隙をもたらす凹凸形状を含み、且つ/又は前記負極ガス流路構造が、前記負極の前記セパレータと反対側の表面に付与された、ガス流路として機能する空隙をもたらす凹凸形状を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。   The positive electrode gas flow path structure includes a concave / convex shape provided on a surface of the positive electrode opposite to the separator and providing a void that functions as a gas flow path, and / or the negative electrode gas flow path structure includes the negative electrode. The zinc secondary battery according to any one of claims 1 to 4, further comprising a concave / convex shape provided on a surface opposite to the separator and providing a void functioning as a gas flow path. 前記凹凸形状が、格子状、スリット状、又はエンボス状である、請求項4又は5に記載の亜鉛二次電池。   The zinc secondary battery according to claim 4, wherein the uneven shape is a lattice shape, a slit shape, or an emboss shape. 前記正極ガス流路構造が、前記正極の左右両端に沿って設けられるガス流路として機能する隙間空間を含み、且つ/又は前記負極ガス流路構造が、前記負極の左右両端に沿って設けられるガス流路として機能する隙間空間を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。   The positive electrode gas flow path structure includes a gap space functioning as a gas flow path provided along left and right ends of the positive electrode, and / or the negative gas flow path structure is provided along left and right ends of the negative electrode. The zinc secondary battery according to any one of claims 1 to 6, comprising a gap space functioning as a gas flow path. 前記セパレータと前記正極及び/又は前記負極との間に電解液を保持可能な緩衝部材をさらに備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。   The zinc secondary battery according to any one of claims 1 to 7, further comprising a buffer member capable of holding an electrolytic solution between the separator and the positive electrode and / or the negative electrode. 前記正極ガス流路構造及び/又はその周囲に撥水性が付与されており、且つ/又は前記負極ガス流路構造及び/又はその周囲に撥水性が付与されてなる、請求項1〜8のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。   The water repellency is imparted to the positive electrode gas flow channel structure and / or the periphery thereof, and / or the water repellency is imparted to the negative electrode gas flow channel structure and / or the periphery thereof. 12. The zinc secondary battery according to claim 1. 前記セパレータ構造体が前記セパレータの外周縁に沿って枠を備えてなり、前記水不透過性区画部材の外周縁と前記セパレータ構造体とが、上端部を除き、前記枠を介して液密に接着されてなる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。   The separator structure comprises a frame along the outer peripheral edge of the separator, the outer peripheral edge of the water-impermeable partition member and the separator structure, except for the upper end, liquid-tight through the frame. The zinc secondary battery according to any one of claims 1 to 9, which is adhered. 前記水不透過性区画部材が可撓性フィルム又は剛性板である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。   The zinc secondary battery according to any one of claims 1 to 10, wherein the water-impermeable partition member is a flexible film or a rigid plate. 前記セパレータが無機固体電解質体からなるセラミックスセパレータである、請求項1〜11のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。   The zinc secondary battery according to any one of claims 1 to 11, wherein the separator is a ceramic separator made of an inorganic solid electrolyte body. 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12に記載の亜鉛二次電池。
The inorganic solid electrolyte has a 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 13. The zinc secondary battery according to claim 12, comprising a layered double hydroxide having a basic composition of 0.1 to 0.4 and m is 0 or more.
前記セパレータ構造体が前記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13に記載の亜鉛二次電池。 The separator structure further includes a porous substrate on one or both surfaces of the separator, 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 the porous material. 14. The zinc secondary battery according to claim 13 , which is formed on or in a porous substrate. 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略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14に記載の亜鉛二次電池。   The layered double hydroxide is composed of an aggregate of a plurality of plate-like particles, and the plurality of plate-like particles are oriented such that their plate surfaces cross the surface of the porous substrate substantially perpendicularly or obliquely. The zinc secondary battery according to claim 14, wherein the zinc secondary battery is oriented. 前記セパレータは、単位面積あたりのHe透過度が10cm/min・atm以下である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。   The zinc secondary battery according to any one of claims 1 to 15, wherein the separator has a He permeability per unit area of 10 cm / min · atm or less. 前記セパレータは、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1〜16のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。 The zinc secondary battery according to any one of claims 1 to 16, wherein the separator has a Zn permeation rate per unit area of 10 m- 2 · h- 1 or less when evaluated under water contact. 前記亜鉛二次電池が、前記正極に接触して設けられ、前記正極又は前記水不透過性区画部材の上端を超えて延出する正極集電体と、前記負極に接触して設けられ、前記負極又は前記水不透過性区画部材の上端を超えて延出する負極集電体とをさらに備える、請求項1〜17のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。   The zinc secondary battery is provided in contact with the positive electrode, a positive electrode current collector extending beyond the upper end of the positive electrode or the water-impermeable partition member, and provided in contact with the negative electrode, The zinc secondary battery according to any one of claims 1 to 17, further comprising a negative electrode or a negative electrode current collector extending beyond an upper end of the water-impermeable partition member. 前記正極が水酸化ニッケル及び/又はオキシ水酸化ニッケルを含み、それにより前記亜鉛二次電池がニッケル亜鉛電池をなす、請求項1〜18のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。   19. The zinc secondary battery according to any one of claims 1 to 18, wherein the positive electrode includes nickel hydroxide and / or nickel oxyhydroxide, whereby the zinc secondary battery forms a nickel zinc battery. 前記正極ガス流路構造には前記正極電解液が無く、かつ、前記負極ガス流路構造には前記負極電解液が無い、請求項1〜19のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。   The zinc secondary battery according to any one of claims 1 to 19, wherein the positive electrode gas channel structure does not include the positive electrode electrolyte, and the negative electrode gas channel structure does not include the negative electrode electrolyte. 前記正極室及び前記負極室の少なくともいずれか一方を複数個備えた、請求項1〜20のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。
The zinc secondary battery according to any one of claims 1 to 20, comprising a plurality of at least one of the positive electrode chamber and the negative electrode chamber.
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