JP7441309B2 - Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池 - Google Patents

Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池 Download PDF

Info

Publication number
JP7441309B2
JP7441309B2 JP2022522538A JP2022522538A JP7441309B2 JP 7441309 B2 JP7441309 B2 JP 7441309B2 JP 2022522538 A JP2022522538 A JP 2022522538A JP 2022522538 A JP2022522538 A JP 2022522538A JP 7441309 B2 JP7441309 B2 JP 7441309B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ldh
ldh separator
separator
zinc
resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022522538A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2021229917A1 (ja
Inventor
翔 山本
直子 犬飼
昌平 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Publication of JPWO2021229917A1 publication Critical patent/JPWO2021229917A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7441309B2 publication Critical patent/JP7441309B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24—Alkaline accumulators
    • H01M10/30—Nickel accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0236—Glass; Ceramics; Cermets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0243—Composites in the form of mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/497—Ionic conductivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Description

本発明はＬＤＨセパレータ及び亜鉛二次電池に関する。
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。層状複水酸化物（ＬＤＨ）は、積み重なった水酸化物基本層の間に、中間層として交換可能な陰イオン及びＨ２Ｏを有する物質である。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。特許文献１～３の実施例に開示されるＬＤＨはいずれも、水酸化物基本層がＭｇ及びＡｌを含むＭｇ，Ａｌ－ＬＤＨである。
一方、特許文献４（国際公開第２０１７／２２１９８９号）には、Ｎｉ、Ａｌ及びＴｉ及びＯＨ基を含む複数の水酸化物基本層と、複数の水酸化物基本層間に介在する、陰イオン及びＨ２Ｏで構成される中間層とから構成されるＬＤＨを含む、ＬＤＨ含有機能層及び複合材料（すなわちＬＤＨセパレータ）が開示されている。また、特許文献５（国際公開第２０１９／１３１２２１号）には、ＬＤＨ含有機能層及び複合材料（すなわちＬＤＨセパレータ）に関して、Ｎｉ、Ｔｉ及びＡｌを含むＬＤＨが、Ｙをさらに含みうることが開示されている。
国際公開第２０１３／１１８５６１号 国際公開第２０１６／０７６０４７号 国際公開第２０１６／０６７８８４号 国際公開第２０１７／２２１９８９号 国際公開第２０１９／１３１２２１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した場合、亜鉛デンドライトによる短絡等をある程度防止できる。しかしながら、デンドライト短絡防止効果の更なる改善が望まれる。また、ＬＤＨが適用されるアルカリ二次電池（例えば金属空気電池やニッケル亜鉛電池）の電解液には、高い水酸化物イオン伝導度が要求され、それ故、ｐＨが１４程度で強アルカリ性の水酸化カリウム水溶液が用いられることが望まれる。このため、ＬＤＨにはこのような強アルカリ性電解液中においても殆ど劣化しないといった高度な耐アルカリ性が望まれる。
本発明者らは、今般、従来のＬＤＨの代わりに、少なくともＭｇ、Ｔｉ及びＹを含む層状結晶構造の水酸化物及び／又は酸化物であるＬＤＨ様化合物と、Ｉｎ（ＯＨ）３との混合物を用いることにより、耐アルカリ性に優れ、かつ、亜鉛デンドライトに起因する短絡をより一層効果的に抑制可能なＬＤＨセパレータを提供できるとの知見を得た。
したがって、本発明の目的は、耐アルカリ性に優れ、かつ、亜鉛デンドライトに起因する短絡をより一層効果的に抑制可能なＬＤＨセパレータを提供することにある。
本発明の一態様によれば、多孔質基材と、前記多孔質基材の孔を塞ぐ、層状複水酸化物（ＬＤＨ）様化合物及びＩｎ（ＯＨ）３の混合物とを含む、ＬＤＨセパレータであって、
前記ＬＤＨ様化合物が、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｙ、及び所望によりＡｌ及び／又はＩｎを含む層状結晶構造の水酸化物及び／又は酸化物である、ＬＤＨセパレータが提供される。
本発明の他の一態様によれば、前記ＬＤＨセパレータを備えた、亜鉛二次電池が提供される。
本発明の他の一態様によれば、前記ＬＤＨセパレータを備えた、固体アルカリ型燃料電池が提供される。
本発明のＬＤＨセパレータを概念的に示す模式断面図である。 例１～３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２Ａ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１～３で用いた電気化学測定系を示す模式断面図である。 例１において作製されたＬＤＨセパレータの表面ＳＥＭ像である。 例２において作製されたＬＤＨセパレータの表面ＳＥＭ像である。 例３（比較）において作製されたＬＤＨセパレータの表面ＳＥＭ像である。
ＬＤＨセパレータ
図１に模式断面図が概念的に示されるように、本発明のＬＤＨセパレータ１０は、多孔質基材１２と、層状複水酸化物（ＬＤＨ）様化合物及びＩｎ（ＯＨ）３の混合物１４とを含む。なお、本明細書において「ＬＤＨセパレータ」は、ＬＤＨ様化合物を含むセパレータであって、専らＬＤＨ様化合物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。したがって、所望の水酸化物イオン伝導性を維持できるかぎりにおいて、ＬＤＨセパレータが多孔質基材の孔を塞ぐ材料としてＬＤＨ様化合物以外の物質（ここではＩｎ（ＯＨ）３）を含むことは許容される。なお、図１においてＬＤＨセパレータ１０の上面と下面の間で混合物１４の領域が繋がっていないように描かれているが、これは断面として二次元的に描かれているためであり、奥行きを考慮した三次元的にはＬＤＨセパレータ１０の上面と下面の間で混合物１４の領域が繋がっており、それによりＬＤＨセパレータ１０の水酸化物イオン伝導性が確保されている。ＬＤＨセパレータ１０において、多孔質基材１２の孔を混合物１４が塞いでいる。もっとも、多孔質基材１２の孔は完全に塞がれている必要はなく、残留気孔Ｐが僅かに存在していてもよい。ＬＤＨ様化合物は、ＬＤＨとは呼べないもののそれに類する層状結晶構造の水酸化物及び／又は酸化物であり、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｙ、及び所望によりＡｌ及び／又はＩｎを含む。このように、従来のＬＤＨの代わりに、少なくともＭｇ、Ｔｉ及びＹを含む層状結晶構造の水酸化物及び／又は酸化物であるＬＤＨ様化合物と、Ｉｎ（ＯＨ）３との混合物を用いることにより、耐アルカリ性に優れ、かつ、亜鉛デンドライトに起因する短絡をより一層効果的に抑制可能なＬＤＨセパレータを提供することができる。
前述のとおり、混合物１４におけるＬＤＨ様化合物は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｙ、及び所望によりＡｌ及び／又はＩｎを含む、層状結晶構造の水酸化物及び／又は酸化物である。したがって、典型的なＬＤＨ様化合物は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｙ、所望によりＡｌ、及び所望によりＩｎの、複合水酸化物及び／又は複合酸化物である。なお、ＬＤＨ様化合物に含まれうるＩｎは、ＬＤＨ様化合物中に意図的に添加されたもののみならず、Ｉｎ（ＯＨ）３の形成等に由来してＬＤＨ様化合物中に不可避的に混入したものであってもよい。ＬＤＨ様化合物の基本的特性を損なわない程度に上記元素は他の元素又はイオンで置き換えられてもよいが、ＬＤＨ様化合物はＮｉを含まないのが好ましい。ところで、ＬＤＨセパレータに関して従来から知られるＬＤＨは一般式：Ｍ２＋ １－ｘＭ３＋ ｘ（ＯＨ）２Ａｎ－ ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ（式中、Ｍ２＋は２価の陽イオン、Ｍ３＋は３価の陽イオンであり、Ａｎ－はｎ価の陰イオン、ｎは１以上の整数、ｘは０．１～０．４であり、ｍは０以上である）なる基本組成で表しうる。これに対して、ＬＤＨ様化合物における原子比は、ＬＤＨの上記一般式から概して逸脱している。このため、本発明におけるＬＤＨ様化合物は、概して、従来のＬＤＨとは異なる組成比（原子比）を有するといえる。
混合物１４はＬＤＨ様化合物のみならずＩｎ（ＯＨ）３をも含む（典型的にはＬＤＨ様化合物及びＩｎ（ＯＨ）３で構成される）。Ｉｎ（ＯＨ）３の含有により、ＬＤＨセパレータ１０における耐アルカリ性及びデンドライト耐性を効果的に向上することができる。混合物１４におけるＩｎ（ＯＨ）３の含有割合は、ＬＤＨセパレータ１０の水酸化物イオン伝導性を殆ど損なわずに耐アルカリ性及びデンドライト耐性を向上できる量であるのが好ましく、特に限定されない。Ｉｎ（ＯＨ）３はキューブ状の結晶構造を有するものであってもよく、Ｉｎ（ＯＨ）３の結晶がＬＤＨ様化合物で取り囲まれている構成であってもよい。Ｉｎ（ＯＨ）３はＸ線回折により同定することができる。Ｘ線回折測定は、後述する実施例の評価４に示される手順に従って好ましく行うことができる。
ＬＤＨセパレータ１０はイオン伝導率が０．１ｍＳ／ｃｍ以上であるのが好ましく、より好ましくは１．０ｍＳ／ｃｍ以上、さらに好ましくは１．５ｍＳ／ｃｍ以上、特に好ましくは２．０ｍＳ／ｃｍ以上である。このような範囲内であるとＬＤＨセパレータとしての十分な機能を呈することができる。イオン伝導率は高ければ高い方が良いため、その上限値は特に限定されないが、例えば１０ｍＳ／ｃｍである。イオン伝導率は、ＬＤＨセパレータの抵抗、並びにＬＤＨセパレータの厚み及び面積に基づいて算出される。ＬＤＨセパレータ１０の抵抗は、所定濃度（例えば５．４Ｍ）のＫＯＨ水溶液中に浸漬させたＬＤＨセパレータ１０に対して、電気化学測定システム（ポテンショ／ガルバノスタット－周波数応答アナライザ）を用いて、周波数範囲１ＭＨｚ～０．１Ｈｚ及び印加電圧１０ｍＶで測定を行い、実数軸の切片をＬＤＨセパレータの抵抗として求めることにより決定することができる。
ＬＤＨセパレータ１０は層状複水酸化物（ＬＤＨ）様化合物及びＩｎ（ＯＨ）３の混合物１４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。好ましいＬＤＨセパレータ１０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１０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１０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１０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１０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１０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１０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。このような範囲内のＨｅ透過度を有するＬＤＨセパレータ１０は緻密性が極めて高いといえる。したがって、Ｈｅ透過度が１０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍ以下であるセパレータは、水酸化物イオン以外の物質の通過を高いレベルで阻止することができる。例えば、亜鉛二次電池の場合、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。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ＬＤＨ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Ｈ２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Ｈ２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、後述する実施例の評価５に示される手順に従って好ましく行うことができる。
ＬＤＨセパレータ１０は、０．４Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）の濃度で酸化亜鉛を含む５．４Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）のＫＯＨ水溶液中に９０℃で１週間（すなわち１６８時間）浸漬させた場合においても、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。上記範囲内であるセパレータは、アルカリ浸漬前後におけるＨｅ透過度の変化が殆ど生じないとみなすことができ、それ故、耐アルカリ性に極めて優れるといえる。この点、本発明においては、ＬＤＨ様化合物が少なくともＭｇ、Ｔｉ、Ｙを含み、かつ、Ｉｎ（ＯＨ）３が存在することで、アルカリ浸漬後におけるＨｅ透過度の上昇を効果的に抑制することができると考えられる。なお、９０℃という高温の水酸化カリウム水溶液への浸漬は、低温（例えば３０℃）の場合と比べて過酷な耐アルカリ性加速試験であるといえる。
前述したとおり、ＬＤＨセパレータ１０は混合物１４と多孔質基材１２とを含み（典型的には多孔質基材１２及び混合物１４からなり）、ＬＤＨセパレータ１０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セパレータとして機能するように）ＬＤＨ様化合物が多孔質基材の孔を塞いでいる。混合物１４は多孔質基材１２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１０の厚さは、好ましくは３～８０μｍであり、より好ましくは３～６０μｍ、さらに好ましくは３～４０μｍである。
多孔質基材１２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く、より好ましくはセラミックス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。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緻密性に優れたＬＤＨセパレータを形成しやすい。金属材料の好ましい例としては、アルミニウム、亜鉛、及びニッケルが挙げられる。
多孔質基材１２は、高分子材料で構成されるのが特に好ましい。高分子多孔質基材には、１）可撓性を有する（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）の可撓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セパレータを簡単に折り曲げる又は封止接合することができるとの利点もある。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、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、アクリロニトリルスチレン、ポリスルフォン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリ塩化ビニル、アセタール樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、フェノール樹脂、アリル樹脂、フラン樹脂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又はポリエチレンである。多孔質基材１２が高分子材料で構成される場合、混合物１４が多孔質基材１２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１２内部の大半又はほぼ全部の孔が混合物１４で埋まっている）のが特に好ましい。このような高分子多孔質基材として、市販の高分子微多孔膜を好ましく用いることができる。
製造方法
ＬＤＨセパレータ１０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の製造方法（例えば特許文献１～５を参照）の諸条件（特にＬＤＨ原料組成）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、以下の手順（１）～（４）によりＭｇ、Ｔｉ及びＹ（あるいはさらにＡｌ及び／又はＩｎ）を含むＬＤＨ様化合物並びにＩｎ（ＯＨ）３を含有する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。
（１）多孔質基材を用意する。
（２）多孔質基材に、チタニアゾル及びイットリウムゾル（あるいはさらにアルミナゾル）を含む溶液を塗布して乾燥することでチタニア及びイットリウム含有層を形成させる。
（３）マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、インジウムイオン（Ｉｎ３＋）及び尿素を含む原料水溶液に多孔質基材を浸漬させる。
（４）原料水溶液中で多孔質基材を水熱処理して、ＬＤＨ様化合物及びＩｎ（ＯＨ）３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たＬＤＨセパレータを得る。
特に、多孔質基材１２が高分子材料で構成され、混合物１４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）における混合ゾル溶液の基材への塗布を、混合ゾル溶液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様化合物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、混合ゾル溶液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溶液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。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及び／又は酸化物を形成することによりＬＤＨ様化合物及びＩｎ（ＯＨ）３を得ることができるものと考えられる。
多孔質基材１２が高分子材料で構成される場合、上記方法等によって得られたＬＤＨセパレータに対してプレス処理を施すのが好ましい。こうすることで、緻密性により一層優れたＬＤＨセパレータを得ることができる。プレス手法は、例えばロールプレス、一軸加圧プレス、ＣＩＰ（冷間等方圧加圧）等であってよく、特に限定されないが、好ましくはロールプレスである。このプレスは加熱しながら行うのが高分子多孔質基材を軟化させることで、多孔質基材の孔をＬＤＨ様化合物で十分に塞ぐことができる点で好ましい。十分に軟化する温度として、例えば、ポリプロピレンやポリエチレンの場合は６０～２００℃で加熱するのが好ましい。このような温度域でロールプレス等のプレスを行うことで、ＬＤＨセパレータの残留気孔を大幅に低減することができる。その結果、ＬＤＨセパレータを極めて高度に緻密化することができ、それ故、亜鉛デンドライトに起因する短絡をより一層効果的に抑制することができる。ロールプレスを行う際、ロールギャップ及びロール温度を適宜調整することで残留気孔の形態を制御することができ、それにより所望の緻密性のＬＤＨセパレータを得ることができる。
亜鉛二次電池
本発明のＬＤＨセパレータは亜鉛二次電池に適用されるのが好ましい。したがって、本発明の好ましい態様によれば、ＬＤＨセパレータを備えた、亜鉛二次電池が提供される。典型的な亜鉛二次電池は、正極と、負極と、電解液とを備え、ＬＤＨセパレータを介して正極と負極が互いに隔離されるものである。本発明の亜鉛二次電池は、亜鉛を負極として用い、かつ、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、亜鉛空気二次電池、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亜鉛空気二次電池をなしてもよい。
固体アルカリ形燃料電池
本発明のＬＤＨセパレータは固体アルカリ形燃料電池に適用することも可能である。すなわち、多孔質基材の孔をＬＤＨ様化合物で塞いで高度に緻密化させたＬＤＨセパレータを用いることで、燃料の空気極側への透過（例えばメタノールのクロスオーバー）に起因する起電力の低下を効果的に抑制可能な、固体アルカリ形燃料電池を提供できる。ＬＤＨセパレータの有する水酸化物イオン伝導性を発揮させながら、メタノール等の燃料のＬＤＨセパレータの透過を効果的に抑制できるためである。したがって、本発明の別の好ましい態様によれば、ＬＤＨセパレータを備えた、固体アルカリ形燃料電池が提供される。本態様による典型的な固体アルカリ形燃料電池は、酸素が供給される空気極と、液体燃料及び／又は気体燃料が供給される燃料極と、燃料極と空気極の間に介在されるＬＤＨセパレータとを備える。
その他の電池
本発明のＬＤＨセパレータはニッケル亜鉛電池や固体アルカリ形燃料電池の他、例えばニッケル水素電池にも使用することができる。この場合、ＬＤＨセパレータは当該電池の自己放電の要因であるナイトライドシャトル（ｎｉｔｒｉｄｅ ｓｈｕｔｔｌｅ）（硝酸基の電極間移動）をブロックする機能を果たす。また、本発明のＬＤＨセパレータは、リチウム電池（リチウム金属が負極の電池）、リチウムイオン電池（負極がカーボン等の電池）あるいはリチウム空気電池等にも使用可能である。
本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。なお、以下の例で作製されるＬＤＨセパレータの評価方法は以下のとおりとした。
評価１：表面微構造の観察
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。
評価２：層状構造のＳＴＥＭ解析
ＬＤＨセパレータの層状構造を走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）（製品名：ＪＥＭ－ＡＲＭ２００Ｆ、ＪＥＯＬ社製）を用いて、２００ｋＶの加速電圧で観察した。
評価３：元素分析評価（ＥＤＳ）
ＬＤＨセパレータ表面に対してＥＤＳ分析装置（装置名：Ｘ－ａｃｔ、オックスフォード・インストゥルメンツ社製）を用いて組成分析を行い、Ｍｇ：Ａｌ：Ｔｉ：Ｙ：Ｉｎの組成比（原子比）を算出した。この分析は、１）加速電圧２０ｋＶ、倍率５，０００倍で像を取り込み、２）点分析モードで５μｍ程度間隔を空け、３点分析を行い、３）上記１）及び２）をさらに１回繰り返し行い、４）合計６点の平均値を算出することにより行った。
評価４：Ｘ線回折測定
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：５～４０°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。
評価５：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２Ａ及び図２Ｂ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（ｃｍ３／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（ｃｍ２）を用いて、Ｆ／（Ｐ×Ｓ）の式により算出した。Ｈｅガスの透過量Ｆ（ｃｍ３／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。
評価６：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３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４４０で挟み、内径６ｍｍのＰＴＦＥ製フランジ型セル４４２に組み込んだ。電極４４６として、＃１００メッシュのニッケル金網をセル４４２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４４４として、５．４ＭのＫＯＨ水溶液をセル４４２内に充填した。電気化学測定システム（ポテンショ／ガルバノスタット －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セパレータ試料Ｓ無しの構成で行い、ブランク抵抗も求めた。ＬＤＨセパレータ試料Ｓの抵抗とブランク抵抗の差をＬＤＨセパレータの抵抗とした。得られたＬＤＨセパレータの抵抗と、ＬＤＨセパレータの厚み及び面積を用いて伝導率を求めた。
評価７：耐アルカリ性評価
０．４Ｍの濃度で酸化亜鉛を含む５．４ＭのＫＯＨ水溶液を用意した。用意したＫＯＨ水溶液０．５ｍＬと、２ｃｍ四方のサイズのＬＤＨセパレータ試料をテフロン（登録商標）製密閉容器に入れた。その後、９０℃で１週間（すなわち１６８時間）保持した後、ＬＤＨセパレータ試料を密閉容器から取り出した。取り出したＬＤＨセパレータ試料を１５ｍＬのイオン交換水で洗浄した後、室温で１晩乾燥させた。得られた試料について、評価５と同様の方法でＨｅ透過度を算出し、アルカリ浸漬前後におけるＨｅ透過度の変化の有無を判定した。
評価８：デンドライト耐性の評価（サイクル試験）
ＬＤＨセパレータの亜鉛デンドライトに起因する短絡の抑制効果（デンドライト耐性）を評価すべくサイクル試験を以下のとおり行った。まず、正極（水酸化ニッケル及び／又はオキシ水酸化ニッケルを含む）と負極（亜鉛及び／又は酸化亜鉛を含む）の各々を不織布で包むとともに、電流取り出し端子を溶接した。こうして準備された正極及び負極を、ＬＤＨセパレータを介して対向させ、電流取り出し口が設けられたラミネートフィルムに挟んで、ラミネートフィルムの３辺を熱融着した。こうして得られた上部開放されたセル容器に電解液（５．４ＭのＫＯＨ水溶液中に０．４Ｍの酸化亜鉛を溶解させたもの）を加え、真空引き等により電解液を十分に正極及び負極に浸透させた。その後、ラミネートフィルムの残りの１辺も熱融着して、簡易密閉セルとした。充放電装置（東洋システム株式会社製、ＴＯＳＣＡＴ３１００）を用いて、簡易密閉セルに対し、０．１Ｃ充電及び０．２Ｃ放電で化成を実施した。その後、１Ｃ充放電サイクルを実施した。同一条件で繰り返し充放電サイクルを実施しながら、正極及び負極間の電圧を電圧計でモニタリングし、正極及び負極間における亜鉛デンドライトに起因する短絡に伴う急激な電圧低下（具体的には直前にプロットされた電圧に対して５ｍＶ以上の電圧低下）の有無を調べ、以下の基準で評価した。
・短絡なし：３００サイクル後も充電中に上記急激な電圧低下が見られなかった。
・短絡あり：３００サイクル未満で充電中に上記急激な電圧低下が見られた。
例１
（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の市販のポリエチレン微多孔膜を高分子多孔質基材として用意し、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チタニア・イットリア・アルミナゾルコート
酸化チタンゾル溶液（Ｍ６、多木化学株式会社製）、イットリウムゾル、及び無定形アルミナ溶液（Ａｌ－ＭＬ１５、多木化学株式会社製）をＴｉ／（Ｙ＋Ａｌ）（モル比）＝２、及びＹ／Ａｌ（モル比）＝８となるように混合した。混合溶液を、上記（１）で用意された基材にディップコートにより塗布した。ディップコートは、混合溶液１００ｍｌに基材を浸漬させてから垂直に引き上げ、室温で３時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、硝酸マグネシウム六水和物（Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、関東化学株式会社製）、硫酸インジウムｎ水和物（Ｉｎ２（ＳＯ４）３・ｎＨ２Ｏ、富士フイルム和光純薬株式会社製）及び尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ、シグマアルドリッチ製）を用意した。硝酸マグネシウム六水和物及び硫酸インジウムｎ水和物をそれぞれ０．００７５ｍｏｌ／Ｌ、尿素を１．４４ｍｏｌ／Ｌとなるように秤量してビーカーへ入れた後に、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垂直に設置した。その後、水熱温度１２０℃で２２時間水熱処理を施すことにより基材表面と内部にＬＤＨ様化合物の形成を行った。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、多孔質基材の孔内にＬＤＨ様化合物及びＩｎ（ＯＨ）３含有機能層を形成させた。こうして、ＬＤＨセパレータを得た。
（５）ロールプレスによる緻密化
上記ＬＤＨセパレータを、１対のＰＥＴフィルム（東レ株式会社製、ルミラー（登録商標）、厚さ４０μｍ）で挟み、ロール回転速度３ｍｍ／ｓ、ローラ加熱温度７０℃、ロールギャップ７０μｍにてロールプレスを行い、さらに緻密化されたＬＤＨセパレータを得た。
（６）評価結果
得られた水酸化物イオン伝導セパレータに対して評価１～８を行った。結果は以下のとおりであった。
‐評価１：例１で得られたＬＤＨセパレータ（ロールプレス前）の表面微構造のＳＥＭ画像は図４に示されるとおりであった。図４に示されるように、ＬＤＨセパレータ表面には、キューブ状の結晶が存在することが確認された。後述するＥＤＳ元素分析及びＸ線回折測定の結果から、このキューブ状の結晶はＩｎ（ＯＨ）３であると推定される。
‐評価２：層状の格子縞が確認できるという結果からＬＤＨセパレータが層状結晶構造の化合物を含むことが確認された。
‐評価３：ＥＤＳ元素分析の結果、ＬＤＨセパレータ表面において、ＬＤＨ様化合物ないしＩｎ（ＯＨ）３の構成元素であるＭｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｙ及びＩｎが検出された。また、ＬＤＨセパレータ表面に存在するキューブ状の結晶中において、Ｉｎ（ＯＨ）３の構成元素であるＩｎが検出された。なお、ＥＤＳ元素分析により算出された、ＬＤＨセパレータ表面のＭｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｙ及びＩｎの組成比（原子比）は表１に示されるとおりであった。
‐評価４：得られたＸＲＤプロファイルのピークから、Ｉｎ（ＯＨ）３がＬＤＨセパレータ中に存在することが同定された。この同定は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．０１－０８５－１３３８に記載されるＩｎ（ＯＨ）３の回折ピークを用いて行った。
‐評価５：表１に示されるとおり、Ｈｅ透過度０．０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍという極めて高い緻密性が確認された。
‐評価６：表１に示されるとおり、高いイオン伝導率が確認された。
‐評価７：アルカリ浸漬後におけるＨｅ透過度は評価５と同様、０．０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍであり、９０℃もの高温で１週間にわたるアルカリ浸漬によってもＨｅ透過度が変化しないという優れた耐アルカリ性が確認された。
‐評価８：表１に示されるとおり、３００サイクル後でも亜鉛デンドライトに起因する短絡が無いという優れたデンドライト耐性が確認された。
例２
上記（２）の代わりにチタニア・イットリアゾルコートを以下のように行ったこと以外は、例１と同様にしてＬＤＨセパレータの作製及び評価を行った。
（高分子多孔質基材へのチタニア・イットリアゾルコート）
酸化チタンゾル溶液（Ｍ６、多木化学株式会社製）及びイットリウムゾルをＴｉ／Ｙ（モル比）＝２となるように混合した。得られた混合溶液を、上記（１）で用意された基材にディップコートにより塗布した。ディップコートは、混合溶液１００ｍｌに基材を浸漬させてから垂直に引き上げ、室温で３時間乾燥させることにより行った。
‐評価１：例２で得られたＬＤＨセパレータ（ロールプレス前）の表面微構造のＳＥＭ画像は図５に示されるとおりであった。図５に示されるように、ＬＤＨセパレータ表面には、キューブ状の結晶が存在することが確認された。後述するＥＤＳ元素分析及びＸ線回折測定の結果から、このキューブ状の結晶はＩｎ（ＯＨ）３であると推定される。
‐評価２：層状の格子縞が確認できるという結果からＬＤＨセパレータが層状結晶構造の化合物を含むことが確認された。
‐評価３：ＥＤＳ元素分析の結果、ＬＤＨセパレータ表面において、ＬＤＨ様化合物ないしＩｎ（ＯＨ）３の構成元素であるＭｇ、Ｔｉ、Ｙ及びＩｎが検出された。また、ＬＤＨセパレータ表面に存在するキューブ状の結晶中において、Ｉｎ（ＯＨ）３の構成元素であるＩｎが検出された。なお、ＥＤＳ元素分析により算出された、ＬＤＨセパレータ表面のＭｇ、Ｔｉ、Ｙ及びＩｎの組成比（原子比）は表１に示されるとおりであった。
‐評価４：得られたＸＲＤプロファイルのピークから、Ｉｎ（ＯＨ）３がＬＤＨセパレータ中に存在することが同定された。この同定は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．０１－０８５－１３３８に記載されるＩｎ（ＯＨ）３の回折ピークを用いて行った。
‐評価５：表１に示されるとおり、Ｈｅ透過度０．０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍという極めて高い緻密性が確認された。
‐評価６：表１に示されるとおり、高いイオン伝導率が確認された。
‐評価７：アルカリ浸漬後におけるＨｅ透過度は評価５と同様、０．０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍであり、９０℃もの高温で１週間にわたるアルカリ浸漬によってもＨｅ透過度が変化しないという優れた耐アルカリ性が確認された。
‐評価８：表１に示されるとおり、３００サイクル後でも亜鉛デンドライトに起因する短絡が無いという優れたデンドライト耐性が確認された。
例３（比較）
上記（２）の代わりにアルミナゾルコートを以下のように行ったこと、及び上記（３）の代わりに原料水溶液の作製を以下のように行ったこと以外は、例１と同様にしてＬＤＨセパレータの作製及び評価を行った。
（高分子多孔質基材へのアルミナゾルコート）
無定形アルミナゾル（Ａｌ－ＭＬ１５、多木化学株式会社製）を、上記（１）で用意された基材にディップコートにより塗布した。ディップコートは、無定形アルミナゾル１００ｍｌに基材を浸漬させてから垂直に引き上げ、室温で３時間乾燥させることにより行った。
（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（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、関東化学株式会社製）及び尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ、シグマアルドリッチ製）を用意した。硝酸マグネシウム六水和物を０．０１５ｍｏｌ／Ｌとなるように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／ＮＯ３ －（モル比）＝４８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。
‐評価１：例３で得られたＬＤＨセパレータ（ロールプレス前）の表面微構造のＳＥＭ画像は図６に示されるとおりであった。
‐評価２：層状の格子縞が確認できるという結果からＬＤＨセパレータの多孔質基材以外の部分が層状結晶構造の化合物であることが確認された。
‐評価３：ＥＤＳ元素分析の結果、ＬＤＨセパレータ表面において、ＬＤＨ構成元素であるＭｇ及びＡｌが検出された。また、ＥＤＳ元素分析により算出された、ＬＤＨセパレータ表面のＭｇ及びＡｌの組成比（原子比）は表１に示されるとおりであった。
‐評価４：得られたＸＲＤプロファイルにおける２θ＝１１．５°付近のピークから、例３で得られたＬＤＨセパレータは、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。この同定は、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行った。
‐評価５：表１に示されるとおり、Ｈｅ透過度０．０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍという極めて高い緻密性が確認された。
‐評価６：表１に示されるとおり、高いイオン伝導率が確認された。
‐評価７：９０℃もの高温で１週間にわたるアルカリ浸漬の結果、評価５で０．０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍであったＨｅ透過度が１０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍを超えてしまったことから、耐アルカリ性に劣ることが判明した。
‐評価８：表１に示されるとおり、３００サイクル未満で亜鉛デンドライトに起因する短絡が生じたことから、デンドライト耐性に劣ることが判明した。
Figure 0007441309000001

Claims (7)

  1. 多孔質基材と、前記多孔質基材の孔を塞ぐ、層状複水酸化物（ＬＤＨ）様化合物及びＩｎ（ＯＨ）３の混合物とを含む、亜鉛二次電池用のＬＤＨセパレータであって、
    前記ＬＤＨ様化合物が、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｙ、及び所望によりＡｌ及び／又はＩｎを含む層状結晶構造の水酸化物及び／又は酸化物である、ＬＤＨセパレータ。
  2. 前記多孔質基材が高分子材料で構成される、請求項１に記載のＬＤＨセパレータ。
  3. 前記高分子材料が、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、フッ素樹脂、セルロース、ナイロン、ポリエチレン、アクリロニトリルスチレン、ポリスルフォン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリ塩化ビニル、アセタール樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、フェノール樹脂、アリル樹脂、及びフラン樹脂からなる群から選択される、請求項２に記載のＬＤＨセパレータ。
  4. 前記ＬＤＨセパレータのイオン伝導度が２．０ｍＳ／ｃｍ以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載のＬＤＨセパレータ。
  5. 前記ＬＤＨセパレータの単位面積あたりのＨｅ透過度が１０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載のＬＤＨセパレータ。
  6. 前記ＬＤＨセパレータは、０．４Ｍの濃度で酸化亜鉛を含む５．４ＭのＫＯＨ水溶液中に９０℃で１週間浸漬させた場合においても、単位面積あたりのＨｅ透過度が１０ｃｍ／ｍｉｎ・ａｔｍ以下である、請求項５に記載のＬＤＨセパレータ。
  7. 請求項１～６のいずれか一項に記載のＬＤＨセパレータを備えた、亜鉛二次電池。
JP2022522538A 2020-05-11 2021-03-18 Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池 Active JP7441309B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020083518 2020-05-11
JP2020083518 2020-05-11
PCT/JP2021/011239 WO2021229917A1 (ja) 2020-05-11 2021-03-18 Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2021229917A1 JPWO2021229917A1 (ja) 2021-11-18
JP7441309B2 true JP7441309B2 (ja) 2024-02-29

Family

ID=78525670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022522538A Active JP7441309B2 (ja) 2020-05-11 2021-03-18 Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230069319A1 (ja)
JP (1) JP7441309B2 (ja)
WO (1) WO2021229917A1 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017221989A1 (ja) 2016-06-24 2017-12-28 日本碍子株式会社 層状複水酸化物を含む機能層及び複合材料
WO2019131221A1 (ja) 2017-12-27 2019-07-04 日本碍子株式会社 層状複水酸化物を含む機能層及び複合材料

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114041233B (zh) * 2019-06-19 2024-03-29 日本碍子株式会社 氢氧化物离子传导隔板及锌二次电池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017221989A1 (ja) 2016-06-24 2017-12-28 日本碍子株式会社 層状複水酸化物を含む機能層及び複合材料
WO2017221497A1 (ja) 2016-06-24 2017-12-28 日本碍子株式会社 層状複水酸化物を含む機能層及び複合材料
WO2019131221A1 (ja) 2017-12-27 2019-07-04 日本碍子株式会社 層状複水酸化物を含む機能層及び複合材料

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021229917A1 (ja) 2021-11-18
JPWO2021229917A1 (ja) 2021-11-18
US20230069319A1 (en) 2023-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6889340B1 (ja) 水酸化物イオン伝導セパレータ及び亜鉛二次電池
US11211672B2 (en) LDH separator and zinc secondary battery
WO2019131688A1 (ja) Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池
WO2019124214A1 (ja) Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池
JP7441308B2 (ja) Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池
WO2023058268A1 (ja) Ｌｄｈセパレータ及びその製造方法、並びに亜鉛二次電池
JP7441309B2 (ja) Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池
JP2023038786A (ja) Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池
JP7381764B2 (ja) Ｌｄｈセパレータ
WO2024202370A1 (ja) Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池
JP7048831B1 (ja) Ｌｄｈ様化合物セパレータ及び亜鉛二次電池
JP7048830B1 (ja) Ｌｄｈ様化合物セパレータ及び亜鉛二次電池
WO2022118503A1 (ja) Ｌｄｈ様化合物セパレータ及び亜鉛二次電池
JP7057866B1 (ja) Ｌｄｈ様化合物セパレータ及び亜鉛二次電池
WO2022118504A1 (ja) Ｌｄｈ様化合物セパレータ及び亜鉛二次電池
JP7057867B1 (ja) Ｌｄｈ様化合物セパレータ及び亜鉛二次電池
WO2022113448A1 (ja) Ｌｄｈ様化合物セパレータ及び亜鉛二次電池
WO2022107568A1 (ja) Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池
WO2022113446A1 (ja) Ｌｄｈ様化合物セパレータ及び亜鉛二次電池
JP6905085B2 (ja) Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池
JP2024140384A (ja) Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池
JP2024140241A (ja) Ｌｄｈセパレータ及び亜鉛二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220929

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231030

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231212

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240214

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240216

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7441309

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150