JP6997019B2

JP6997019B2 - 亜鉛二次電池

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Publication number: JP6997019B2
Application number: JP2018049809A
Authority: JP
Inventors: 直仁山田; 賢信鬼頭
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2022-01-17
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: JP2019106351A

Description

本発明は、亜鉛二次電池に関するものである。

ニッケル亜鉛二次電池、空気亜鉛二次電池等の亜鉛二次電池では、充電時に負極から金属亜鉛がデンドライト状に析出し、不織布等のセパレータの空隙を貫通して正極に到達し、その結果、短絡を引き起こすことが知られている。このような亜鉛デンドライトに起因する短絡は繰り返し充放電寿命の短縮を招く。

上記問題に対処すべく、水酸化物イオンを選択的に透過させながら、亜鉛デンドライトの貫通を阻止する、層状複水酸化物（ＬＤＨ）セパレータを備え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ＬＤＨ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いる。また、特許文献２（国際公開第２０１６／０７６０４７号）には、樹脂製外枠に嵌合又は接合されたＬＤＨセパレータを備えたセパレータ構造体が開示されており、ＬＤＨセパレータがガス不透過性及び／又は水不透過性を有する程の高い緻密性を有することが開示されている。また、この文献にはＬＤＨセパレータが多孔質基材と複合化されうることも開示されている。さらに、特許文献３（国際公開第２０１６／０６７８８４号）には多孔質基材の表面にＬＤＨ緻密膜を形成して複合材料（ＬＤＨセパレータ）を得るための様々な方法が開示されている。この方法は、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、原料水溶液中で多孔質基材に水熱処理を施してＬＤＨ緻密膜を多孔質基材の表面に形成させる工程を含むものである。

国際公開第２０１３／１１８５６１号国際公開第２０１６／０７６０４７号国際公開第２０１６／０６７８８４号

上述したようなＬＤＨセパレータを用いてニッケル亜鉛電池等の亜鉛二次電池を構成することで、亜鉛デンドライトによる短絡等を防止できる。特に、ＬＤＨセパレータで正極と負極を確実に隔離することで、上記効果を最大限に発揮させることができる。しかしながら、充放電を繰り返していくにつれて、負極形状が望ましくない形状及びサイズに変化していくことが判明した。例えば、図２に示されるように、当初正方形であった負極活物質層１７（ＺｎＯ層）が充放電を繰り返すにつれて中央に向かって不均一に縮小していく、すなわち負極活物質層１７（ＺｎＯ層）の外周部分が不均一に浸食されて失われていく現象が見られる。かかる負極活物質層１７の形状変化は、正極板と対向する負極の有効領域の減少につながり、その結果、電池抵抗の上昇や電池容量の低下を招く。

本発明者らは、今般、ＬＤＨセパレータを備えた亜鉛二次電池において、正極活物質層の端部における電気化学反応を抑制する正極反応抑制構造、及び／又は負極活物質層の正極活物質層と対向しない余剰外周領域における電気化学反応を抑制する負極反応抑制構造を設けることで、充放電の繰り返しに伴う負極板の形状変化を防止できるとの知見を得た。

したがって、本発明の目的は、ＬＤＨセパレータを備えた亜鉛デンドライト伸展を防止可能な亜鉛二次電池において、充放電の繰り返しに伴う負極板の形状変化を防止することにある。

本発明の一態様によれば、
正極活物質層及び正極集電体を含む正極板と、
亜鉛、酸化亜鉛、亜鉛合金及び亜鉛化合物からなる群から選択される少なくとも１種を含む負極活物質層、及び負極集電体を含む、負極板と、
前記正極板と前記負極板とを水酸化物イオン伝導可能に隔離する、層状複水酸化物（ＬＤＨ）セパレータと、
電解液と、
を備えた亜鉛二次電池であって、
前記負極活物質層のサイズが前記正極活物質層のサイズよりも大きく、それにより前記負極活物質層がその外周に沿って前記正極活物質層と対向しない余剰外周領域を有しており、
前記亜鉛二次電池が、前記正極活物質層の端部における電気化学反応を抑制する正極反応抑制構造を有し、及び／又は前記負極活物質層の前記余剰外周領域における電気化学反応を抑制する負極反応抑制構造を有し、それにより前記正極活物質層の端部及び／又は前記負極活物質層の前記余剰外周領域における電気化学的活性が局所的に低減されている、亜鉛二次電池が提供される。

本発明の亜鉛二次電池の内部構造の一例を示す模式断面図である。亜鉛二次電池における負極板の形状変化のメカニズムを説明するための図であり、上段には負極板の斜視図が示される一方、下段には負極板の断面図がＬＤＨセパレータとともに示される。ＬＤＨセパレータ、正極反応抑制構造及び負極反応抑制構造を有しない亜鉛二次電池における電極端部で起こると考えられる現象を説明するための概念図である。本発明の亜鉛二次電池において電極端部で起こると考えられる現象を説明するための概念図である。正極板に保液部材とともに正極反応抑制構造を設ける工程流れ図であり、前半の工程を示す図である。上段には上面図が示され、下段にはそのＡ－Ａ’線断面図が示される。正極板に保液部材とともに正極反応抑制構造を設ける工程流れ図であり、図５Ａに続く後半の工程を示す図である。上段には上面図が示され、下段にはそのＢ－Ｂ’線断面図が示される。例１で用いた電気化学測定系を示す模式断面図である。例１の緻密性判定試験で使用された測定用密閉容器の分解斜視図である。例１の緻密性判定試験で使用された測定系の模式断面図である。例１で使用されたＨｅ透過度測定系の一例を示す概念図である。図８Ａ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。例１において作製されたＬＤＨセパレータの断面微構造を示すＳＥＭ画像である。

亜鉛二次電池
本発明の亜鉛二次電池は、亜鉛を負極として用い、かつ、アルカリ電解液（典型的にはアルカリ金属水酸化物水溶液）を用いた二次電池であれば特に限定されない。したがって、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、空気亜鉛二次電池、その他各種のアルカリ亜鉛二次電池であることができる。例えば、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、それにより亜鉛二次電池がニッケル亜鉛二次電池をなすのが好ましい。あるいは、正極が空気極であり、それにより亜鉛二次電池が空気亜鉛二次電池をなしてもよい。

図１に本発明の亜鉛二次電池が模式的に示される。図１に示される亜鉛二次電池は、電池要素１１を備えており、電池要素１１は、正極板１２、負極板１６、層状複水酸化物（ＬＤＨ）セパレータ２２、及び電解液（図示せず）を備える。正極板１２は、正極活物質層１３及び正極集電体１４を含む。負極板１６は、負極活物質層１７及び負極集電体１８を含み、負極活物質層１７は、亜鉛、酸化亜鉛、亜鉛合金及び亜鉛化合物からなる群から選択される少なくとも１種を含む。ＬＤＨセパレータ２２は、正極板１２と負極板１６とを水酸化物イオン伝導可能に隔離する。なお、本明細書において「ＬＤＨセパレータ」は、ＬＤＨを含むセパレータであって、専らＬＤＨの水酸化物イオン伝導性を利用して水酸化物イオンを選択的に通すものとして定義される。負極活物質層１７のサイズは正極活物質層１３のサイズよりも大きく、それにより負極活物質層１７がその外周に沿って正極活物質層１３と対向しない余剰外周領域を有している。そして、亜鉛二次電池は、正極活物質層１３の端部における電気化学反応を抑制する正極反応抑制構造１５を有し、及び／又は負極活物質層１７の余剰外周領域における電気化学反応を抑制する負極反応抑制構造１９を有する。こうして正極活物質層１３の端部及び／又は負極活物質層１７の余剰外周領域における電気化学的活性が局所的に低減されている。かかる反応抑制構造を採用することで、充放電の繰り返しに伴う負極板１６（特に負極活物質層１７）の形状変化を防止することができ、その結果、負極板の形状変化に起因する電池抵抗の上昇や電池容量の低下を効果的に防止することができる。また、本発明の亜鉛二次電池はＬＤＨセパレータ２２を備えることで、亜鉛デンドライト伸展を阻止し、それにより正負極間の短絡を防止することも可能である。

前述のとおり、従来の亜鉛二次電池においては、充放電を繰り返していくにつれて、負極板の形状が次第に変化していくという問題がある。かかる負極板の形状変化は、正極板と対向する負極の有効領域の減少につながり、その結果、電池抵抗の上昇や電池容量の低下を招く。負極板の形状変化の主たる要因の一つとしては、図２に示されるような負極板１６端部における余分な電解液２１の存在が考えられる。すなわち、図２の「初期」に示されるように、負極活物質層１７（ＺｎＯ層）の端部の周りには余分な電解液２１の存在を許容するデッドスペースＤＳが通常存在する。なお、負極活物質層１７は不織布等の保液部材２０で覆われていてもよいが、保液部材２０は電解液２１を通すことから、保液部材２０と負極活物質層１７との間に形成される空間も余分な電解液２１の存在を許容し、デッドスペースＤＳになるといえる。そして、かかるデッドスペースＤＳにおいては、余分な電解液２１があるため、図２の下段の断面図に示されるように、電解液２１の構成成分である亜鉛酸イオンＺｎ（ＯＨ）_４ ^２－が過剰に存在することになる。そして、図２の「充電」（左から２番目）に示されるように、以下の充電反応：
‐ ＺｎＯ＋Ｈ_２Ｏ＋２ＯＨ^－ → Ｚｎ（ＯＨ）_４ ^２－
‐ Ｚｎ（ＯＨ）_４ ^２－＋２ｅ^－ → Ｚｎ＋４ＯＨ^－
に従い充電が行われる。このとき、デッドスペースＤＳの余分な電解液２１に起因して負極活物質層１７（ＺｎＯ層）の端部に金属Ｚｎが集中的に析出し、集中析出した金属Ｚｎ（金属であるが故に集電体のように機能しうる）に更に電子が集中して、充電反応の不均一性が増大してしまう。この点、理想的にはＺｎＯの骨格を維持したままその内部でＺｎが析出するのが望ましいが、負極端部ではそのようにはならない。次いで、図２の「放電」に示されるように、以下の放電反応：
‐ Ｚｎ＋４ＯＨ^－ → Ｚｎ（ＯＨ）_４ ^２－＋２ｅ^－
‐ Ｚｎ（ＯＨ）_４ ^２－ → ＺｎＯ＋Ｈ_２Ｏ＋２ＯＨ^－
に従い放電が行われる。このとき、集中析出した金属Ｚｎに由来するＺｎ（ＯＨ）_４ ^２－が過飽和になってＺｎＯ核上にＺｎＯとして析出する。この析出反応が遅いため、Ｚｎ（ＯＨ）_４ ^２－が拡散しやすく、その結果、ＺｎＯ核が豊富な負極活物質層１７の中央部分でＺｎＯが析出する。このような充電及び放電を多数回繰り返していくと、図２の右端の「充電」に示されるように、当初正方形であった負極活物質層１７（ＺｎＯ層）が中央に向かって（図中写真の矢印の方向に）不均一に縮小していく、すなわち負極活物質層１７の外周部分が不均一に浸食されて失われていく。要するに、充放電の繰り返しに伴う負極板１６の形状変化は、充電反応時にデッドスペースＤＳの余分な電解液２１に起因して負極活物質層１７（ＺｎＯ層）の端部で金属Ｚｎが集中的に析出し、放電反応時にその金属ＺｎがＺｎ（ＯＨ）_４ ^２－となって拡散して負極中央部でＺｎＯとして析出することにより引き起こされるものと考えられる。

また、上述のような負極板１６の形状変化を促進する他の要因として、図３に示されるように、正極活物質層１３と負極活物質層１７との端部位置のギャップも考えられる。すなわち、亜鉛二次電池においては、正極活物質層１３端部への電流集中に起因する負極活物質層１７端部での反応析出物の増大を抑制するため、負極活物質層１７のサイズを正極活物質層１３のサイズよりも若干大きく設計することが望まれるが、それにより負極活物質層１７がその外周に沿って正極活物質層１３と対向しない余剰外周領域ＥＲが形成されることになる。そして、図３に示されるように、負極活物質層１７の余剰外周領域ＥＲ（負極活物質層１７の層面のみならず端面も含む）から正極活物質層１３の端部に向かって大量のＯＨ^－イオンが回り込むことになるものと考えられる。このように、負極活物質層１７の余剰外周領域ＥＲ（負極活物質層１７の層面のみならず端面も含む）における反応が局所的に促進されることも、負極板の形状変化を助長する一因と考えられる。

以上の考察を踏まえると、充放電の繰り返しに伴う負極板１６（特に負極活物質層１７）の形状変化を防止するためには、正極活物質層１３の端部における電気化学反応を抑制する正極反応抑制構造１５を設けるか、又は負極活物質層１７の余剰外周領域ＥＲにおける電気化学反応を抑制する負極反応抑制構造１９を設けることが効果的であるといえる。正極反応抑制構造１５は、正極活物質層１３の端部における電気化学反応を選択的かつ局所的に抑制可能な構成であれば特に限定されず、いかなる構造ないし材質であってもよい。同様に、負極反応抑制構造１９は、負極活物質層１７の余剰外周領域ＥＲにおける電気化学反応を選択的かつ局所的に抑制可能な構成であれば特に限定されず、いかなる構造ないし材質であってもよい。こうすることで、正極活物質層１３の端部及び／又は負極活物質層１７の余剰外周領域ＥＲにおける電気化学的活性が局所的に低減されるため、負極板１６（特に負極活物質層１７）の形状変化をもたらす上述した要因（すなわち電極端部ないしその近傍における過剰な電気化学反応）を抑制することができ、結果として充放電の繰り返しに伴う負極板の形状変化を防止することができる。この効果をより効果的に実現するためには、亜鉛二次電池１０は、正極反応抑制構造１５及び負極反応抑制構造１９の両方を有し、それにより正極活物質層１３の端部及び負極活物質層１７の余剰外周領域ＥＲの両方における電気化学的活性が局所的に低減されているのがより好ましい。

本発明の好ましい態様によれば、図１及び４に示されるように、亜鉛二次電池が、正極活物質層１３の端部に隣接して正極反応抑制構造１５を有している。この場合、正極反応抑制構造１５が、電気化学的に不活性な材料で構成される不活性部材を備え、この不活性部材が正極活物質層１３の端部を覆っているのが好ましい。不活性部材の形状は特に限定されず、膜状であってもよいし、バルク状であってもよい。例えば、不活性部材が、正極板１２の端部に隣接する、負極板１６の余剰外周領域ＥＲと対向する領域を塞ぐスペーサをなしているのが特に好ましい。こうすることで、図４で示されるように正極活物質層１３の端部における充放電反応の場が無くなる（すなわち不活性化する）ため、負極活物質層１７の余剰外周領域ＥＲ（負極活物質層１７の端面を含む）から正極活物質層１３の端部に向かってＯＨ^－イオンが回り込む現象（図３を参照）を効果的に防ぐことができる。その結果、充放電の繰り返しに伴う負極板１６（特に負極活物質層１７）の形状変化を効果的に防止することができる。正極反応抑制構造１５に用いられる電気化学的に不活性な材料は高分子材料であるのが好ましく、そのような高分子材料の好ましい例としては、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリエチレン、エポキシ等の、アルカリ性溶液中で耐久性を呈する樹脂が挙げられる。図５Ａ及び５Ｂに、正極板１２に保液部材２０とともに正極反応抑制構造１５を設ける方法の一例が示される。この方法においては、図５Ａに示されるように、トレイ状の型２３の矩形状窪みに不織布等の保液部材２０を載置し、保液部材２０上にそれよりも小さいサイズの正極板１２を外周３辺に沿ってマージンを空けるように載置する。そして、図５Ｂに示されるように、正極板１２の外周３辺に沿ったマージン（保液部材２０の露出部分）にホットメルト接着剤を充填して正極反応抑制構造１５としてのスペーサを形成し、その正極反応抑制構造１５及び正極板１２を覆うように不織布等の保液部材２０を載置する。保液部材２０上に押し板２５を載せて加圧して、正極構造体全体の形を均一な厚さの平板状に整えた後、型２３と押し板２５を取り外して、正極板１２、保液部材２０及び正極反応抑制構造１５を備えた正極構造体を得る。したがって、型２３及び押し板２５はホットメルト接着剤から取り外しやすい材質で構成すればよく、好ましくはテフロン（登録商標）製である。なお、接着剤としてはホットメルト接着剤に限定されるものではなく、多種多様な接着剤が使用可能である。

あるいは、本発明の別の好ましい態様として、亜鉛二次電池１０が、負極活物質層１７の余剰外周領域ＥＲに隣接して負極反応抑制構造を有していてもよい。この場合、負極反応抑制構造が、電気化学的に不活性な材料で構成される不活性部材を備え、この不活性部材が負極活物質層の余剰外周領域ＥＲを覆っているのが好ましい。不活性部材の形状は特に限定されず、膜状であってもよいし、バルク状であってもよい。こうすることで、負極活物質層１７の余剰外周領域ＥＲにおける充放電反応の場が無くなる（すなわち不活性化する）ため、負極活物質層１７の余剰外周領域ＥＲ（負極活物質層１７の端面を含む）から正極活物質層１３の端部に向かってＯＨ^－イオンが回り込む現象（図３を参照）を効果的に防ぐことができる。その結果、充放電の繰り返しに伴う負極板１６（特に負極活物質層１７）の形状変化を効果的に防止することができる。負極反応抑制構造に用いられる電気化学的に不活性な材料は高分子材料であるのが好ましく、そのような高分子材料の好ましい例としては、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリエチレン、エポキシ等の、アルカリ性溶液中で耐久性を呈する樹脂が挙げられる。

以下、本発明の亜鉛二次電池の電池要素１１について説明する。図１に示されるように、電池要素１１は、正極板１２、負極板１６、ＬＤＨセパレータ２２、及び電解液（図示せず）を含む。

正極板１２は、正極活物質層１３を含む。正極活物質層１３は、亜鉛二次電池の種類に応じて公知の正極材料を適宜選択すればよく、特に限定されない。例えば、ニッケル亜鉛二次電池の場合には、水酸化ニッケル及び／又はオキシ水酸化ニッケルを含む正極を用いればよい。あるいは、空気亜鉛二次電池の場合には、空気極を正極として用いればよい。正極板１２は正極集電体（図示せず）をさらに含む。正極集電体は正極活物質層１３の１辺から延出する正極集電タブ１４ａを有するのが好ましい。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。なお、図１に示される正極板１２は正極集電体（例えば発泡ニッケル）を含むものであるが図示されていない。これは、正極集電体が正極活物質層１３と渾然一体化しているため、正極集電体を個別に描出できないためである。亜鉛二次電池１０は、正極集電タブ１４ａの先端に接続する正極集電板をさらに備えるのが好ましく、より好ましくは複数枚の正極集電タブ１４ａが１つの正極集電板に接続される。こうすることで簡素な構成でスペース効率良く集電を行えるとともに、正極端子への接続もしやすくなる。また、正極集電板自体を正極端子として用いてもよい。

負極板１６は負極活物質層１７を含む。負極活物質層１７は、亜鉛、酸化亜鉛、亜鉛合金及び亜鉛化合物からなる群から選択される少なくとも１種を含む。すなわち、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。負極活物質層１７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。

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０．０１～０．１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。

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、短径で３～１００μｍ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。

負極板１６は負極集電体１８をさらに含む。負極集電体１８は負極活物質層１７の１辺から延出する負極集電タブ１８ａを有するのが好ましい。負極集電タブ１８ａは、図１に示されるように、負極活物質層１７の正極集電タブ１４ａと反対側の１辺からＬＤＨセパレータ２２の端部を超えて延出するものであることができ、この場合、電池要素１１が正極集電タブ１４ａ及び負極集電タブ１８ａを介して互いに反対の側から集電可能となる。あるいは、負極集電タブ１８ａは、負極活物質層１７の正極集電タブ１４ａと同じ側の１辺の異なる位置からＬＤＨセパレータ２２の端部を超えて延出するものであってもよく、この場合、電池要素１１が正極集電タブ１４ａ及び負極集電タブ１８ａを介して同じ側から集電可能となる。いずれにしても、亜鉛二次電池１０は、負極集電タブ１８ａの先端に接続する負極集電板をさらに備えるのが好ましく、より好ましくは複数枚の負極集電タブ１８ａが１つの負極集電板に接続される。こうすることで簡素な構成でスペース効率良く集電を行えるとともに、負極端子への接続もしやすくなる。また、負極集電板自体を負極端子として用いてもよい。典型的には、負極集電タブ１８ａの先端部分がＬＤＨセパレータ２２及び（存在する場合には）保液部材２０で覆われない露出部分をなす。これにより露出部分を介して負極集電体１８（特に負極集電タブ１８ａ）を負極集電板及び／又は負極端子に望ましく接続することができる。

負極集電体１８の好ましい例としては、銅箔、銅エキスパンドメタル、銅パンチングメタルが挙げられるが、より好ましくは銅エキスパンドメタルである。この場合、例えば、銅エキスパンドメタル上に、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。

好ましくは、亜鉛二次電池１０は、ＬＤＨセパレータ２２と負極活物質層１７との間に保液部材２０をさらに備えており、保液部材２０に電解液が含浸されている。より好ましくは、負極活物質層１７の全体を覆う保液部材２０が設けられる。こうすることで、負極活物質層１７とＬＤＨセパレータ２２との間に電解液を万遍なく存在させることができ、負極活物質層１７とＬＤＨセパレータ２２との間における水酸化物イオンの授受を効率良く行うことができる。保液部材２０は電解液を保持可能な部材であれば特に限定されないが、シート状の部材であるのが好ましい。保液部材の好ましい例としては不織布、吸水性樹脂、保液性樹脂、多孔シート、各種スペーサが挙げられるが、特に好ましくは、低コストで性能の良い負極構造体を作製できる点で不織布である。保液部材２０は０．０１～０．２０ｍｍの厚さを有するのが好ましく、より好ましくは０．０２～０．２０ｍｍであり、さらに好ましくは０．０２～０．１５ｍｍであり、特に好ましくは０．０２～０．１０ｍｍであり、最も好ましくは０．０２～０．０６ｍｍである。上記範囲内の厚さであると、負極構造体の全体サイズを無駄無くコンパクトに抑えながら、保液部材２０内に十分な量の電解液を保持させることができる。

上述したように、負極活物質層１７の全体がＬＤＨセパレータ２２で覆われているのが好ましい。すなわち、従来の亜鉛二次電池におけるＬＤＨセパレータによる正極と負極の隔離は、ＬＤＨセパレータと電池容器とを液密性を確保するように樹脂枠や接着剤等を用いて巧妙かつ入念に封止接合することにより行われており、電池構成や製造工程が複雑化しやすかった。このような電池構成や製造工程の複雑化は積層電池を構成する場合にはとりわけ顕著なものとなりうる。この点、負極活物質層１７の全体がＬＤＨセパレータ２２で覆われる場合、ＬＤＨセパレータ２２で覆われた負極板１６自体で亜鉛デンドライトによる短絡等を防止できる機能を備えている。したがって、正極板１２と負極板１６（これはＬＤＨセパレータ２２で覆われている）を積層するだけでＬＤＨセパレータによる正極板１２と負極板１６の隔離を実現することができる。このように、負極活物質層１７の全体を（必要に応じて保液部材２０を介して）ＬＤＨセパレータ２２で覆うことにより、ＬＤＨセパレータ２２と電池容器との煩雑な封止接合を不要にして、亜鉛デンドライト伸展を防止可能な亜鉛二次電池（特にその積層電池）を極めて簡便にかつ高い生産性で作製することが可能となる。

負極活物質層１７の全体がＬＤＨセパレータ２２で覆われている場合、負極反応抑制構造１９をＬＤＨセパレータ２２自体で構成することができる。すなわち、負極反応抑制構造１９が、ＬＤＨセパレータ２２と負極活物質層１７の端部とが直接的又は間接的に密着する構造を有しており、それによりＬＤＨセパレータ２２と負極活物質層１７の端部との間に電解液溜まりを許容する余剰空間が存在しないのが好ましい。すなわち、図２を用いて説明したように、ＬＤＨセパレータ２２と負極活物質層１７の端部との間に余分な電解液２１が存在すると、充電反応時に負極活物質層１７（ＺｎＯ層）の端部で金属Ｚｎが集中的に析出し、放電反応時にその金属ＺｎがＺｎ（ＯＨ）_４ ^２－となって拡散して負極中央部でＺｎＯとして析出することで、負極板１６の形状変化を引き起こしうる。そこで、電解液溜まりを許容する余剰空間を無くすことで充放電の繰り返しに伴う負極板１６（特に負極活物質層１７）の形状変化を効果的に防止することができる。なお、ＬＤＨセパレータ２２と負極活物質層１７の端部との間には、電解液溜まりを許容する余剰空間を与えないような形で保液部材３０が存在していてもよい。また、ＬＤＨセパレータ２２と負極活物質層１７の端部との間に樹脂を充填することで電解液溜まりを許容する余剰空間を無くしてもよい。

ＬＤＨセパレータ２２は、ＬＤＨと多孔質基材とを含む。前述のとおり、ＬＤＨセパレータ２２が水酸化物イオン伝導性及びガス不透過性を呈するように（それ故水酸化物イオン伝導性を呈するＬＤＨセパレータとして機能するように）ＬＤＨが多孔質基材の孔を塞いでいる。多孔質基材は高分子材料製であるのが好ましく、ＬＤＨは高分子材料製多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれているのが特に好ましい。ＬＤＨセパレータ２２の各種好ましい態様については後に詳述するものとする。

負極活物質層１７の全体がＬＤＨセパレータ２２で覆われる場合、ＬＤＨセパレータ２２は図１に示されるように負極活物質層１７を包み込むようにその外縁の少なくとも１辺（好ましくは少なくとも２辺）が閉じられた構造となる。この場合、ＬＤＨセパレータ２２の外縁の閉じられた辺Ｃが、ＬＤＨセパレータ２２の折り曲げ及び／又はＬＤＨセパレータ２２同士の封止により実現されているのが好ましい。封止手法の好ましい例としては、接着剤、熱溶着、超音波溶着、接着テープ、封止テープ、及びそれらの組合せが挙げられる。特に、高分子材料製の多孔質基材を含むＬＤＨセパレータ２２はフレキシブル性を有するが故に折り曲げやすいとの利点を有するため、ＬＤＨセパレータ２２を長尺状に形成してそれを折り曲げることで、外縁の１辺Ｃが閉じた状態を形成するのが好ましい。熱溶着及び超音波溶着は市販のヒートシーラー等を用いて行えばよいが、ＬＤＨセパレータ２２同士の封止の場合、外周部分を構成するＬＤＨセパレータ２２の間に保液部材２０の外周部分を挟み込むようにして熱溶着及び超音波溶着を行うのが、より効果的な封止を行える点で好ましい。一方、接着剤、接着テープ及び封止テープは市販品を用いればよいが、アルカリ電解液中での劣化を防ぐため、耐アルカリ性を有する樹脂を含むものが好ましい。かかる観点から、好ましい接着剤の例としては、エポキシ樹脂系接着剤、天然樹脂系接着剤、変性オレフィン樹脂系接着剤、及び変成シリコーン樹脂系接着剤が挙げられ、中でも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より好ましい。エポキシ樹脂系接着剤の製品例としては、エポキシ接着剤Ｈｙｓｏｌ（登録商標）（Ｈｅｎｋｅｌ製）が挙げられる。

変形態様として、負極活物質層１７の全体をＬＤＨセパレータ２２で覆う代わりに、正極活物質層１３の全体をＬＤＨセパレータ２２で覆う構成としてもよい。この変形態様においては、ＬＤＨセパレータ２２で覆われた正極板１２自体で亜鉛デンドライトによる短絡等を防止できる機能を備えることができる。この変形態様の場合、亜鉛二次電池１０は、ＬＤＨセパレータ２２と正極活物質層１３との間に保液部材２０をさらに備えるのが好ましく、保液部材２０に電解液が含浸されているのが好ましい。

電解液はアルカリ金属水酸化物水溶液を含むのが好ましい。電解液は図示していないが、これは正極板１２（特に正極活物質層１３）及び負極板１６（特に負極活物質層１７）の全体に行き渡っているためである。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。亜鉛及び／又は酸化亜鉛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、電解液は正極活物質及び／又は負極活物質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。

亜鉛二次電池１０は、電池要素１１を収容するケース（図示せず）をさらに備えうる。また、電池要素１１の数が２以上であり、該２以上の電池要素１１がケースに一緒に収容されてもよい。これはいわゆる組電池ないし積層電池の構成であり、高電圧や大電流が得られる点で有利である。電池要素１１を収容するケースは樹脂製であるのが好ましい。ケース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、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樹脂又は変性ポリフェニレンエーテルである。また、２以上のケースが配列されたケース群を外枠内に収容して、電池モジュールの構成としてもよい。

ＬＤＨセパレータ
ＬＤＨセパレータ２２は層状複水酸化物（ＬＤＨ）を含むセパレータであり、亜鉛二次電池に組み込まれた場合に、正極板と負極板とを水酸化物イオン伝導可能に隔離するものである。すなわち、ＬＤＨセパレータ２２は水酸化物イオン伝導セパレータとしての機能を呈する。好ましいＬＤＨセパレータ２２はガス不透過性及び／又は水不透過性を有する。換言すれば、ＬＤＨセパレータ２２はガス不透過性及び／又は水不透過性を有するほどに緻密化されているのが好ましい。なお、本明細書において「ガス不透過性を有する」とは、特許文献２及び３に記載されるように、水中で測定対象物の一面側にヘリウムガスを０．５ａｔｍの差圧で接触させても他面側からヘリウムガスに起因する泡の発生がみられないことを意味する。また、本明細書において「水不透過性を有する」とは、特許文献２及び３に記載されるように、測定対象物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、ＬＤＨセパレータ２２がガス不透過性及び／又は水不透過性を有するということは、ＬＤＨセパレータ２２が気体又は水を通さない程の高度な緻密性を有することを意味し、透水性又はガス透過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。こうすることで、ＬＤＨセパレータ２２は、その水酸化物イオン伝導性に起因して水酸化物イオンのみを選択的に通すものとなり、電池用セパレータとしての機能を呈することができる。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。ＬＤＨセパレータ２２は水酸化物イオン伝導性を有するため、正極板と負極板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板及び負極板における充放電反応を実現することができる。

ＬＤＨセパレータ２２は、単位面積あたりのＨｅ透過度が１０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは５．０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍ以下、さらに好ましくは１．０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍ以下である。Ｈｅ透過度が１０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍ以下であるセパレータは、電解液中においてＺｎの透過（典型的には亜鉛イオン又は亜鉛酸イオンの透過）を極めて効果的に抑制することができる。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、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_２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_２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１の評価７に示される手順に従って好ましく行うことができる。

一般的に知られているように、ＬＤＨは、複数の水酸化物基本層と、これら複数の水酸化物基本層間に介在する中間層とから構成される。水酸化物基本層は主として金属元素（典型的には金属イオン）とＯＨ基で構成される。ＬＤＨの中間層は、陰イオン及びＨ_２Ｏで構成される。陰イオンは１価以上の陰イオン、好ましくは１価又は２価のイオンである。好ましくは、ＬＤＨ中の陰イオンはＯＨ^－及び／又はＣＯ_３ ^２－を含む。また、ＬＤＨはその固有の性質に起因して優れたイオン伝導性を有する。

一般的に、ＬＤＨは、Ｍ^２＋ _１－ｘＭ^３＋ _ｘ（ＯＨ）_２Ａ^ｎ－ _ｘ／ｎ・ｍＨ_２Ｏ（式中、Ｍ^２＋は２価の陽イオンであり、Ｍ^３＋は３価の陽イオンであり、Ａ^ｎ－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）の基本組成式で代表されるものとして知られている。上記基本組成式において、Ｍ^２＋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Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋及びＺｎ^２＋が挙げられ、より好ましくはＭｇ^２＋である。Ｍ^３＋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Ａｌ^３＋又はＣｒ^３＋が挙げられ、より好ましくはＡｌ^３＋である。Ａ^ｎ－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_３ ^２－が挙げられる。したがって、上記基本組成式において、Ｍ^２＋がＭｇ^２＋を含み、Ｍ^３＋がＡｌ^３＋を含み、Ａ^ｎ－がＯＨ^－及び／又はＣＯ_３ ^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。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以上の実数である。もっとも、上記基本組成式は、一般にＬＤＨに関して代表的に例示される「基本組成」の式にすぎず、構成イオンを適宜置き換え可能なものである。例えば、上記基本組成式においてＭ^３＋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Ａ^ｎ－の係数ｘ／ｎは適宜変更されてよい。

例えば、ＬＤＨの水酸化物基本層は、Ｎｉ、Ｔｉ、ＯＨ基、及び場合により不可避不純物で構成されてもよい。ＬＤＨの中間層は、上述のとおり、陰イオン及びＨ_２Ｏで構成される。水酸化物基本層と中間層の交互積層構造自体は一般的に知られるＬＤＨの交互積層構造と基本的に同じであるが、本態様のＬＤＨは、ＬＤＨの水酸化物基本層を主としてＮｉ、Ｔｉ及びＯＨ基で構成することで、優れた耐アルカリ性を呈することができる。その理由は必ずしも定かではないが、本態様のＬＤＨにはアルカリ溶液に溶出しやすいと考えられる元素（例えばＡｌ）が意図的又は積極的に添加されていないためと考えられる。そうでありながらも、本態様のＬＤＨは、アルカリ二次電池用セパレータとしての使用に適した高いイオン伝導性も呈することができる。ＬＤＨ中のＮｉはニッケルイオンの形態を採りうる。ＬＤＨ中のニッケルイオンは典型的にはＮｉ^２＋であると考えられるが、Ｎｉ^３＋等の他の価数もありうるため、特に限定されない。ＬＤＨ中のＴｉはチタンイオンの形態を採りうる。ＬＤＨ中のチタンイオンは典型的にはＴｉ^４＋であると考えられるが、Ｔｉ^３＋等の他の価数もありうるため、特に限定されない。不可避不純物は製法上不可避的に混入されうる任意元素であり、例えば原料や基材に由来してＬＤＨ中に混入しうる。上記のとおり、Ｎｉ及びＴｉの価数は必ずしも定かではないため、ＬＤＨを一般式で厳密に特定することは非実際的又は不可能である。仮に水酸化物基本層が主としてＮｉ^２＋、Ｔｉ^４＋及びＯＨ基で構成されるものと想定した場合には、対応するＬＤＨは、一般式：Ｎｉ^２＋ _１－ｘＴｉ^４＋ _ｘ（ＯＨ）_２Ａ^ｎ－ _２ｘ／ｎ・ｍＨ_２Ｏ（式中、Ａ^ｎ－はｎ価の陰イオン、ｎは１以上の整数、好ましくは１又は２であり、０＜ｘ＜１、好ましくは０．０１≦ｘ≦０．５、ｍは０以上、典型的には０を超える又は１以上の実数である）なる基本組成で表すことができる。もっとも、上記一般式はあくまで「基本組成」と解されるべきであり、Ｎｉ^２＋やＴｉ^４＋等の元素がＬＤＨの基本的特性を損なわない程度に他の元素又はイオン（同じ元素の他の価数の元素又はイオンや製法上不可避的に混入されうる元素又はイオンを含む）で置き換え可能なものとして解されるべきである。

あるいは、ＬＤＨの水酸化物基本層は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＯＨ基を含むものであってもよい。中間層は、上述のとおり、陰イオン及びＨ_２Ｏで構成される。水酸化物基本層と中間層の交互積層構造自体は一般的に知られるＬＤＨの交互積層構造と基本的に同じであるが、本態様のＬＤＨは、ＬＤＨの水酸化物基本層をＮｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＯＨ基を含む所定の元素ないしイオンで構成することで、優れた耐アルカリ性を呈することができる。その理由は必ずしも定かではないが、本態様のＬＤＨは、従来はアルカリ溶液に溶出しやすいと考えられていたＡｌが、Ｎｉ及びＴｉとの何らかの相互作用によりアルカリ溶液に溶出しにくくなるためと考えられる。そうでありながらも、本態様のＬＤＨは、アルカリ二次電池用セパレータとしての使用に適した高いイオン伝導性も呈することができる。ＬＤＨ中のＮｉはニッケルイオンの形態を採りうる。ＬＤＨ中のニッケルイオンは典型的にはＮｉ^２＋であると考えられるが、Ｎｉ^３＋等の他の価数もありうるため、特に限定されない。ＬＤＨ中のＡｌはアルミニウムイオンの形態を採りうる。ＬＤＨ中のアルミニウムイオンは典型的にはＡｌ^３＋であると考えられるが、他の価数もありうるため、特に限定されない。ＬＤＨ中のＴｉはチタンイオンの形態を採りうる。ＬＤＨ中のチタンイオンは典型的にはＴｉ^４＋であると考えられるが、Ｔｉ^３＋等の他の価数もありうるため、特に限定されない。水酸化物基本層は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＯＨ基を含んでいさえすれば、他の元素ないしイオンを含んでいてもよい。もっとも、水酸化物基本層は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＯＨ基を主要構成要素として含むのが好ましい。すなわち、水酸化物基本層は、主としてＮｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＯＨ基からなるのが好ましい。したがって、水酸化物基本層は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＯＨ基及び場合により不可避不純物で構成されるのが典型的である。不可避不純物は製法上不可避的に混入されうる任意元素であり、例えば原料や基材に由来してＬＤＨ中に混入しうる。上記のとおり、Ｎｉ、Ａｌ及びＴｉの価数は必ずしも定かではないため、ＬＤＨを一般式で厳密に特定することは非実際的又は不可能である。仮に水酸化物基本層が主としてＮｉ^２＋、Ａｌ^３＋、Ｔｉ^４＋及びＯＨ基で構成されるものと想定した場合には、対応するＬＤＨは、一般式：Ｎｉ^２＋ _{１－ｘ－ｙ}Ａｌ^３＋ _ｘＴｉ^４＋ _ｙ（ＯＨ）_２Ａ^ｎ－ _{（ｘ＋２ｙ）／ｎ}・ｍＨ_２Ｏ（式中、Ａ^ｎ－はｎ価の陰イオン、ｎは１以上の整数、好ましくは１又は２であり、０＜ｘ＜１、好ましくは０．０１≦ｘ≦０．５、０＜ｙ＜１、好ましくは０．０１≦ｙ≦０．５、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｍは０以上、典型的には０を超える又は１以上の実数である）なる基本組成で表すことができる。もっとも、上記一般式はあくまで「基本組成」と解されるべきであり、Ｎｉ^２＋、Ａｌ^３＋、Ｔｉ^４＋等の元素がＬＤＨの基本的特性を損なわない程度に他の元素又はイオン（同じ元素の他の価数の元素又はイオンや製法上不可避的に混入されうる元素又はイオンを含む）で置き換え可能なものとして解されるべきである。

多孔質基材は透水性及びガス透過性を有し、それ故亜鉛二次電池に組み込まれた場合に、電解液がＬＤＨに到達可能となることはいうまでもないが、多孔質基材があることでＬＤＨセパレータ２２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、多孔質基材により強度を付与できるため、ＬＤＨセパレータ２２を薄くして低抵抗化を図ることもできる。

前述したとおり、ＬＤＨセパレータ２２はＬＤＨと多孔質基材とを含み（典型的にはそれらから構成され）、ＬＤＨセパレータ２２は水酸化物イオン伝導性及びガス不透過性を呈するように（それ故水酸化物イオン伝導性を呈するＬＤＨセパレータとして機能するように）ＬＤＨが多孔質基材の孔を塞いでいる。ＬＤＨは高分子材料製多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれているのが特に好ましい。ＬＤＨセパレータ２２の厚さは、好ましくは５～２００μｍであり、より好ましくは５～１００μｍ、さらに好ましくは５～３０μｍである。

多孔質基材は高分子材料製であるのが好ましい。高分子多孔質基材には、１）フレキシブル性を有する（それ故薄くしても割れにくい）、２）気孔率を高くしやすい、３）伝導率を高くしやすい（気孔率を高めながら厚さを薄くできるため）、４）製造及びハンドリングしやすいといった利点がある。また、上記１）のフレキシブル性に由来する利点を活かして、５）高分子材料製の多孔質基材を含むＬＤＨセパレータ２２を簡単に折り曲げる又は封止接合することができ、それにより前述したようにＬＤＨセパレータ２２の外縁の少なくとも１辺が閉じた状態を容易に形成できるとの利点もある（折り曲げの場合には外縁１辺の封止工程を減らせるとの利点ももたらす）。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）、セルロース、ナイロン、ポリエチレン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はいずれも電池の電解液に対する耐性として耐アルカリ性を有するものである。特に好ましい高分子材料は、耐熱水性、耐酸性及び耐アルカリ性に優れ、しかも低コストである点から、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンであり、最も好ましくはポリプロピレンである。多孔質基材が高分子材料で構成される場合、ＬＤＨ層が多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれている（例えば多孔質基材内部の大半又はほぼ全部の孔がＬＤＨで埋まっている）のが特に好ましい。この場合における高分子多孔質基材の好ましい厚さは、５～２００μｍであり、より好ましくは５～１００μｍ、さらに好ましくは５～３０μｍである。このような高分子多孔質基材として、リチウム電池用セパレータとして市販されているような微多孔膜を好ましく用いることができ、あるいは市販のセロハンも使用可能である。

多孔質基材は、最大１００μｍ以下の平均気孔径を有するのが好ましく、より好ましくは最大５０μｍ以下であり、例えば、典型的には０．００１～１．５μｍ、より典型的には０．００１～１．２５μｍ、さらに典型的には０．００１～１．０μｍ、特に典型的には０．００１～０．７５μｍ、最も典型的には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、及び支持体としての強度を確保しながら、ガス不透過性を呈する程に緻密なＬＤＨセパレータ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画像の倍率は２００００倍以上であり、得られた全ての気孔径をサイズ順に並べて、その平均値から近い順に上位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。

多孔質基材は、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、及び支持体としての強度を確保しながら、ガス不透過性を呈する程に緻密なＬＤＨセパレータを形成することができる。多孔質基材の気孔率はアルキメデス法により好ましく測定することができる。もっとも、多孔質基材が高分子材料で構成され、ＬＤＨが多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれている場合、多孔質基材の気孔率は３０～６０％が好ましく、より好ましくは４０～６０％である。

ＬＤＨセパレータ２２の製造方法は特に限定されず、既に知られるＬＤＨ含有機能層及び複合材料（すなわちＬＤＨセパレータ）の製造方法（例えば特許文献１～３を参照）の諸条件を適宜変更することにより作製することができる。例えば、（１）多孔質基材を用意し、（２）多孔質基材に酸化チタンゾル或いはアルミナ及びチタニアの混合ゾルを塗布して熱処理することで酸化チタン層或いはアルミナ・チタニア層を形成させ、（３）ニッケルイオン（Ｎｉ^２＋）及び尿素を含む原料水溶液に多孔質基材を浸漬させ、（４）原料水溶液中で多孔質基材を水熱処理して、ＬＤＨ含有機能層を多孔質基材上及び／又は多孔質基材中に形成させることにより、ＬＤＨ含有機能層及び複合材料（すなわちＬＤＨセパレータ）を製造することができる。特に、上記工程（２）において酸化チタン層或いはアルミナ・チタニア層を多孔質基材に形成することで、ＬＤＨの原料を与えるのみならず、ＬＤＨ結晶成長の起点として機能させて多孔質基材の表面に高度に緻密化されたＬＤＨ含有機能層をムラなく均一に形成することができる。また、上記工程（３）において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、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。

特に、多孔質基材が高分子材料で構成され、機能層が多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれている複合材料（すなわちＬＤＨセパレータ）を作製する場合、上記（２）におけるアルミナ及びチタニアの混合ゾルの基材への塗布を、混合ゾルを基材内部の全体又は大部分に浸透させるような手法で行うのが好ましい。こうすることで最終的に多孔質基材内部の大半又はほぼ全部の孔をＬＤＨで埋めることができる。好ましい塗布手法の例としては、ディップコート、ろ過コート等が挙げられ、特に好ましくはディップコートである。ディップコート等の塗布回数を調整することで、混合ゾルの付着量を調整することができる。ディップコート等により混合ゾルが塗布された基材は、乾燥させた後、上記（３）及び（４）の工程を実施すればよい。

本発明に用いることが可能なＬＤＨセパレータを以下の例によってさらに具体的に説明する。

例１
高分子多孔質基材を用いて、Ｎｉ、Ａｌ及びＴｉ含有ＬＤＨを含むＬＤＨセパレータを以下の手順により作製し、評価した。

（１）高分子多孔質基材の準備
気孔率５０％、平均気孔径０．１μｍ及び厚さ２０μｍの市販のポリプロピレン製多孔質基材を、２．０ｃｍ×２．０ｃｍの大きさになるように切り出した。

（２）高分子多孔質基材へのアルミナ・チタニアゾルコート
無定形アルミナ溶液（Ａｌ－ＭＬ１５、多木化学株式会社製）と酸化チタンゾル溶液（Ｍ６、多木化学株式会社製）をＴｉ／Ａｌ（モル比）＝２となるように混合して混合ゾルを作製した。混合ゾルを、上記（１）で用意された基材へディップコートにより塗布した。ディップコートは、混合ゾル１００ｍｌに基材を浸漬させてから垂直に引き上げ、９０℃の乾燥機中で５分間乾燥させることにより行った。

（３）原料水溶液の作製
原料として、硝酸ニッケル六水和物（Ｎｉ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ、関東化学株式会社製、及び尿素（（ＮＨ_２）_２ＣＯ、シグマアルドリッチ製）を用意した。０．０１５ｍｏｌ／Ｌとなるように、硝酸ニッケル六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_３ ^－（モル比）＝１６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）水熱処理による成膜
テフロン（登録商標）製密閉容器（オートクレーブ容器、内容量１００ｍｌ、外側がステンレス製ジャケット）に原料水溶液とディップコートされた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１２０℃で２４時間水熱処理を施すことにより基材表面と内部にＬＤＨ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、ＬＤＨを多孔質基材中に組み込まれた形で得た。こうしてＬＤＨセパレータを得た。

（５）評価
得られたＬＤＨセパレータに対して以下に示される各種評価を行った。

評価１：ＬＤＨセパレータの同定
Ｘ線回折装置（リガク社製ＲＩＮＴＴＴＲＩＩＩ）にて、電圧：５０ｋＶ、電流値：３００ｍＡ、測定範囲：１０～７０°の測定条件で、ＬＤＨセパレータの結晶相を測定してＸＲＤプロファイルを得た。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ＬＤＨ（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。

評価２：微構造の観察
ＬＤＨセパレータ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。また、イオンミリング装置（日立ハイテクノロジーズ社製、ＩＭ４０００によって、ＬＤＨセパレータの断面研磨面を得た後に、この断面研磨面の微構造を表面微構造の観察と同様の条件でＳＥＭにより観察した。

評価３：元素分析評価（ＥＤＳ）
クロスセクションポリッシャ（ＣＰ）により、ＬＤＨセパレータの断面研磨面が観察できるように研磨した。ＦＥ－ＳＥＭ（ＵＬＴＲＡ５５、カールツァイス製）により、ＬＤＨセパレータの断面イメージを１００００倍の倍率で１視野取得した。この断面イメージの基材表面のＬＤＨ膜と基材内部のＬＤＨ部分（点分析）についてＥＤＳ分析装置（ＮＯＲＡＮＳｙｓｔｅｍＳＩＸ、サーモフィッシャーサイエンティフィック製）により、加速電圧１５ｋＶの条件にて、元素分析を行った。

評価４：耐アルカリ性評価
６ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム水溶液に酸化亜鉛を溶解させて、０．４ｍｏｌ／Ｌの濃度で酸化亜鉛を含む５ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム水溶液を得た。こうして得られた水酸化カリウム水溶液１５ｍｌをテフロン（登録商標）製密閉容器に入れた。１ｃｍ×０．６ｃｍのサイズのＬＤＨセパレータを密閉容器の底に設置し、蓋を閉めた。その後、７０℃で３週間（すなわち５０４時間）又は７週間（すなわち１１７６時間）保持した後、ＬＤＨセパレータを密閉容器から取り出した。取り出したＬＤＨセパレータに対して、室温で１晩乾燥させた。得られた試料をＳＥＭによる微構造観察およびＸＲＤによる結晶構造観察を行った。

評価５：イオン伝導率の測定
電解液中でのＬＤＨセパレータの伝導率を図６に示される電気化学測定系を用いて以下のようにして測定した。ＬＤＨセパレータ試料Ｓを両側から厚み１ｍｍシリコーンパッキン４０で挟み、内径６ｍｍのＰＴＦＥ製フランジ型セル４２に組み込んだ。電極４６として、＃１００メッシュのニッケル金網をセル４２内に直径６ｍｍの円筒状にして組み込み、電極間距離が２．２ｍｍになるようにした。電解液４４として、６ＭのＫＯＨ水溶液をセル４２内に充填した。電気化学測定システム（ポテンショ／ガルバノスタッド－周波数応答アナライザ、ソーラトロン社製１２８７Ａ型及び１２５５Ｂ型）を用い、周波数範囲は１ＭＨｚ～０．１Ｈｚ、印加電圧は１０ｍＶの条件で測定を行い、実数軸の切片をＬＤＨセパレータ試料Ｓの抵抗とした。上記同様の測定をＬＤＨ膜の付いていない多孔質基材のみに対しても行い、多孔質基材のみの抵抗も求めた。ＬＤＨセパレータ試料Ｓの抵抗と基材のみの抵抗の差をＬＤＨ膜の抵抗とした。ＬＤＨ膜の抵抗と、ＬＤＨの膜厚及び面積を用いて伝導率を求めた。

評価６：緻密性判定試験
ＬＤＨセパレータがガス不透過性を呈する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７Ａ及び７Ｂに示されるように、蓋の無いアクリル容器１３０と、このアクリル容器１３０の蓋として機能しうる形状及びサイズのアルミナ治具１３２とを用意した。アクリル容器１３０にはその中にガスを供給するためのガス供給口１３０ａが形成されている。また、アルミナ治具１３２には直径５ｍｍの開口部１３２ａが形成されており、この開口部１３２ａの外周に沿って試料載置用の窪み１３２ｂが形成されてなる。アルミナ治具１３２の窪み１３２ｂにエポキシ接着剤１３４を塗布し、この窪み１３２ｂにＬＤＨセパレータ試料１３６を載置してアルミナ治具１３２に気密かつ液密に接着させた。そして、ＬＤＨセパレータ試料１３６が接合されたアルミナ治具１３２を、アクリル容器１３０の開放部を完全に塞ぐようにシリコーン接着剤１３８を用いて気密かつ液密にアクリル容器１３０の上端に接着させて、測定用密閉容器１４０を得た。この測定用密閉容器１４０を水槽１４２に入れ、アクリル容器１３０のガス供給口１３０ａを圧力計１４４及び流量計１４６に接続して、ヘリウムガスをアクリル容器１３０内に供給可能に構成した。水槽１４２に水１４３を入れて測定用密閉容器１４０を完全に水没させた。このとき、測定用密閉容器１４０の内部は気密性及び液密性が十分に確保されており、ＬＤＨセパレータ試料１３６の一方の側が測定用密閉容器１４０の内部空間に露出する一方、ＬＤＨセパレータ試料１３６の他方の側が水槽１４２内の水に接触している。この状態で、アクリル容器１３０内にガス供給口１３０ａを介してヘリウムガスを測定用密閉容器１４０内に導入した。圧力計１４４及び流量計１４６を制御してＬＤＨセパレータ試料１３６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、ＬＤＨセパレータ試料１３６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場合に、ＬＤＨセパレータ試料１３６はガス不透過性を呈する程に高い緻密性を有するものと判定した。

評価７：Ｈｅ透過測定
Ｈｅ透過性の観点からＬＤＨセパレータ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８Ａ及び図８Ｂ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ＬＤＨセパレータ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。

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、ＬＤＨセパレータ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、ＬＤＨセパレータ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。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。

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ＬＤＨセパレータ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^３／ｍｉｎ）、Ｈｅガス透過時にＬＤＨセパレータに加わる差圧Ｐ（ａｔｍ）、及びＨｅガスが透過する膜面積Ｓ（ｃｍ^２）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^３／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。

（６）評価結果
評価結果は以下のとおりであった。
‐評価１：得られたＸＲＤプロファイルから、ＬＤＨセパレータに含まれる結晶相はＬＤＨ（ハイドロタルサイト類化合物）であることが同定された。
‐評価２：ＬＤＨセパレータの断面微構造のＳＥＭ画像は図９に示されるとおりであった。図９から分かるように、ＬＤＨが多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれていること、すなわち多孔質基材の孔が万遍なくＬＤＨで埋まっていることが観察された。
‐評価３：ＥＤＳ元素分析の結果、ＬＤＨセパレータから、ＬＤＨ構成元素であるＣ、Ａｌ、Ｔｉ及びＮｉが検出された。すなわち、Ａｌ、Ｔｉ及びＮｉは水酸化物基本層の構成元素である一方、ＣはＬＤＨの中間層を構成する陰イオンであるＣＯ_３ ^２－に対応する。
‐評価４：７０℃の水酸化カリウム水溶液に３週間ないし７週間浸漬させた後においても、ＬＤＨセパレータの微構造に変化はみられなかった。
‐評価５：ＬＤＨセパレータの伝導率は２．０ｍＳ／ｃｍであった。
‐評価６：ＬＤＨセパレータはガス不透過性を呈する程に高い緻密性を有することが確認された。
‐評価７：ＬＤＨセパレータのＨｅ透過度は０．０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍであった。

１０亜鉛二次電池
１１電池要素
１２正極板
１３正極活物質層
１４ａ正極集電タブ
１５正極反応抑制構造
１６負極板
１７負極活物質層
１８負極集電体
１８ａ負極集電タブ
１９負極反応抑制構造
２０保液部材
２１電解液
２２ＬＤＨセパレータ
２３型
２５押し板
Ｃ閉じられた辺
ＤＳデッドスペース

Claims

正極活物質層及び正極集電体を含む正極板と、
亜鉛、酸化亜鉛、亜鉛合金及び亜鉛化合物からなる群から選択される少なくとも１種を含む負極活物質層、及び負極集電体を含む、負極板と、
前記正極板と前記負極板とを水酸化物イオン伝導可能に隔離する、層状複水酸化物（ＬＤＨ）セパレータと、
電解液と、
を備えた亜鉛二次電池であって、
前記負極活物質層のサイズが前記正極活物質層のサイズよりも大きく、それにより前記負極活物質層がその外周に沿って前記正極活物質層と対向しない余剰外周領域を有しており、
前記亜鉛二次電池が、前記正極活物質層の端部における電気化学反応を抑制する正極反応抑制構造を前記正極活物質層の端部に隣接して有し、及び／又は前記負極活物質層の前記余剰外周領域における電気化学反応を抑制する負極反応抑制構造を前記負極活物質層の前記余剰外周領域に隣接して有し、それにより前記正極活物質層の端部及び／又は前記負極活物質層の前記余剰外周領域における電気化学的活性が局所的に低減されており、
前記亜鉛二次電池が前記正極反応抑制構造を有する場合、前記正極反応抑制構造が、電気化学的に不活性な材料で構成される不活性部材を備え、該不活性部材が前記正極活物質層の端部を覆っており、
前記亜鉛二次電池が前記負極反応抑制構造を有する場合、前記負極反応抑制構造が、電気化学的に不活性な材料で構成される不活性部材を備え、該不活性部材が前記負極活物質層の前記余剰外周領域を覆っており、
前記ＬＤＨセパレータがＬＤＨと多孔質基材とを含み、前記ＬＤＨセパレータが水酸化物イオン伝導性及びガス不透過性を呈するように前記ＬＤＨが前記多孔質基材の孔を塞いでおり、前記ＬＤＨが前記多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれている、亜鉛二次電池。
前記正極反応抑制構造及び前記負極反応抑制構造の両方を有し、それにより前記正極活物質層の端部及び前記負極活物質層の前記余剰外周領域の両方における電気化学的活性が局所的に低減されている、請求項１に記載の亜鉛二次電池。
前記正極反応抑制構造の不活性部材が、前記正極板の端部に隣接する、前記負極板の前記余剰外周領域と対向する領域を塞ぐスペーサをなしている、請求項２に記載の亜鉛二次電池。
前記正極反応抑制構造の不活性部材を構成する電気化学的に不活性な材料が高分子材料である、請求項２又は３に記載の亜鉛二次電池。
前記負極反応抑制構造の不活性部材を構成する電気化学的に不活性な材料が高分子材料である、請求項２～４のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。
前記負極活物質層の全体が、前記ＬＤＨセパレータで覆われており、
前記負極反応抑制構造が、前記ＬＤＨセパレータと前記負極活物質層の端部とが直接的又は間接的に密着する構造を有しており、それにより前記ＬＤＨセパレータと前記負極活物質層の前記端部との間に電解液溜まりを許容する余剰空間が存在しない、請求項１～５のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。
前記亜鉛二次電池が、前記ＬＤＨセパレータと前記負極活物質層との間に保液部材をさらに備えており、該保液部材に前記電解液が含浸されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。
前記保液部材が不織布である、請求項７に記載の亜鉛二次電池。
前記多孔質基材が高分子材料製である、請求項１～８のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。
前記正極活物質層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二次電池をなす、請求項１～９のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。
前記正極活物質層が空気極層であり、それにより前記亜鉛二次電池が空気亜鉛二次電池をなす、請求項１～９のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池。