Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6586221B2 - Method for selecting an adhesive suitable for manufacturing an alkaline secondary battery, and an alkaline secondary battery - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6586221B2 - Method for selecting an adhesive suitable for manufacturing an alkaline secondary battery, and an alkaline secondary battery - Google Patents

Method for selecting an adhesive suitable for manufacturing an alkaline secondary battery, and an alkaline secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP6586221B2
JP6586221B2 JP2018503996A JP2018503996A JP6586221B2 JP 6586221 B2 JP6586221 B2 JP 6586221B2 JP 2018503996 A JP2018503996 A JP 2018503996A JP 2018503996 A JP2018503996 A JP 2018503996A JP 6586221 B2 JP6586221 B2 JP 6586221B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
adhesive
separator
porous substrate
secondary battery
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
JP2018503996A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2017154281A1 (en
Inventor
服部 達哉
達哉 服部
雅晴 梶田
雅晴 梶田
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 JPWO2017154281A1 publication Critical patent/JPWO2017154281A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6586221B2 publication Critical patent/JP6586221B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J123/00Adhesives based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J123/26Adhesives based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Adhesives based on derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J163/00Adhesives based on epoxy resins; Adhesives based on derivatives of epoxy resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J183/00Adhesives based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J183/04Polysiloxanes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24Alkaline accumulators
    • H01M10/28Construction or manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/42Alloys based on zinc
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491Porosity
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、アルカリ二次電池の製造に適した接着剤の選定方法、及びアルカリ二次電池に関する。   The present invention relates to a method for selecting an adhesive suitable for manufacturing an alkaline secondary battery, and an alkaline secondary battery.

ニッケル亜鉛二次電池や亜鉛空気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や亜鉛空気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 and zinc-air secondary batteries have been developed and studied for a long time, they have not yet been put into practical use. This is because the zinc constituting the negative electrode produces dendritic crystals called dendrite during charging, and this dendrite breaks through the separator and causes a short circuit with the positive electrode. Therefore, a technique for preventing a short circuit due to zinc dendrite in a zinc secondary battery such as a nickel zinc secondary battery or a zinc-air secondary battery 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2013/073292号)には、亜鉛空気二次電池において、上記同様の基本組成の層状複水酸化物(LDH)からなるセパレータを空気極の一面側に密着させて設けることにより、充電時における亜鉛デンドライトによる正負極間の短絡と、二酸化炭素の電解液への混入との両方を防止できることが提案されている。In order to deal with such problems and demands, a battery using a hydroxide ion conductive ceramic separator has been proposed. For example, in Patent Document 1 (International Publication No. 2013/118561), a separator made of a hydroxide ion conductive inorganic solid electrolyte is used as a positive electrode in a nickel zinc secondary battery for the purpose of preventing a short circuit due to zinc dendrite. And an inorganic solid electrolyte body having a general formula: 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. Further, in Patent Document 2 (International Publication No. 2013/073292), in a zinc-air secondary battery, a separator made of layered double hydroxide (LDH) having the same basic composition as described above is brought into close contact with one side of the air electrode. It has been proposed that both the short circuit between the positive and negative electrodes due to zinc dendrite during charging and the mixing of carbon dioxide into the electrolyte can be prevented.

国際公開第2013/118561号International Publication No. 2013/118561 国際公開第2013/073292号International Publication No. 2013/073292 国際公開第2016/006330号International Publication No. 2016/006330

本出願人は、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程に高度に緻密化されたセラミックスセパレータ(無機固体電解質セパレータ)の開発に先だって成功している。また、そのようなセラミックスセパレータを多孔質基材(例えばアルミナ多孔質基材)上に形成することにも成功しており、それを搭載したニッケル亜鉛電池も出願人は既に提案している(例えば特許文献3(国際公開第2016/006330号)参照)。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)を用いて亜鉛ニッケル電池、亜鉛空気二次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や(特に金属空気二次電池の場合に問題となる)二酸化炭素の混入を防止できる。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。この場合、セラミックスセパレータを確実に電池容器に接着剤等で接合させることが望まれる。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が適用されるアルカリ二次電池は、強アルカリである水酸化カリウム水溶液等のアルカリ電解液を含み、なおかつ、電池容器は好ましくは耐アルカリ性の樹脂で構成されることになる。このため、上記用途に用いられる接着剤は、セラミックス及び樹脂の双方への接着性を確保するのは勿論のこと、耐アルカリ性にも優れるといった高度な要求が課されることとなる。すなわち、接着剤で接合された接合界面及び接着剤自体が長期間にわたってアルカリ電解液を透過させないことが求められる。特に、アルカリ二次電池は充放電を繰り返すことにより長期使用が前提とされるものであり、接着剤の耐アルカリ性を長期間にわたって確保されることが望まれる。   The present applicant has succeeded in the development of a ceramic separator (inorganic solid electrolyte separator) that has hydroxide ion conductivity but is highly densified to such an extent that it does not have water permeability and air permeability. Moreover, the present inventors have succeeded in forming such a ceramic separator on a porous substrate (for example, an alumina porous substrate), and the applicant has already proposed a nickel-zinc battery equipped with the ceramic separator (for example, Patent Document 3 (see International Publication No. 2016/006330). When such a separator (or a separator with a porous substrate) is used to form a secondary battery such as a zinc-nickel battery or a zinc-air secondary battery, a short circuit due to zinc dendrite (especially in the case of a metal-air secondary battery) (Problem) carbon dioxide contamination can be prevented. In order to maximize this effect, it is desired to reliably partition the positive electrode side and the negative electrode side in the battery container with a hydroxide ion conductive ceramic separator. In this case, it is desirable to securely bond the ceramic separator to the battery container with an adhesive or the like. However, the alkaline secondary battery to which the hydroxide ion conductive ceramic separator is applied includes an alkaline electrolyte such as a potassium hydroxide aqueous solution that is a strong alkali, and the battery container is preferably made of an alkali-resistant resin. Will be. For this reason, the adhesive used for the said use places the high request | requirement of being excellent also in alkali resistance as well as ensuring the adhesiveness to both ceramics and resin. That is, it is required that the bonding interface bonded with the adhesive and the adhesive itself do not allow the alkaline electrolyte to permeate over a long period of time. In particular, the alkaline secondary battery is assumed to be used for a long time by repeating charging and discharging, and it is desired that the alkali resistance of the adhesive is ensured for a long time.

本発明者らは、今般、評価されるべき接着剤を固化して所定の手順で処理及び濃度測定を行うことにより、アルカリ二次電池(特に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アルカリ二次電池)の製造に適した耐アルカリ性に優れた接着剤を高精度で選定できるとの知見を得た。   The present inventors have recently solidified the adhesive to be evaluated, and performed treatment and concentration measurement according to a predetermined procedure, whereby an alkaline secondary battery (especially an alkaline secondary battery using a hydroxide ion conductive ceramic separator) is obtained. We obtained knowledge that an adhesive with excellent alkali resistance suitable for the manufacture of secondary batteries can be selected with high accuracy.

したがって、本発明の目的は、アルカリ二次電池(特に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アルカリ二次電池)の製造に適した耐アルカリ性に優れた接着剤を高精度で選定することにある。   Therefore, an object of the present invention is to select with high accuracy an adhesive having excellent alkali resistance suitable for the production of an alkaline secondary battery (particularly an alkaline secondary battery using a hydroxide ion conductive ceramic separator). is there.

本発明の一態様によれば、アルカリ二次電池の製造に適した接着剤の選定方法であって、
評価されるべき接着剤を厚さ100μm以上の板状の接着剤固化体の形態に固化する工程と、
前記接着剤固化体を8.5〜9.5mol/Lの水酸化カリウム水溶液に85〜95℃で480〜530時間浸漬させ、前記接着剤固化体を取り出す工程と、
前記取り出した接着剤固化体をイオン交換水で、洗浄後の洗浄液のpHが8未満になるまで洗浄する工程と、
前記洗浄後の接着剤固化体を乾燥させる工程と、
前記乾燥後の前記接着剤固化体の表面から50μmまでの深さにおける最大カリウム濃度を測定し、該最大カリウム濃度が0.01〜3.00at%である接着剤固化体をもたらした接着剤を、前記アルカリ二次電池の製造に適した接着剤として選定する工程と、
を含む、方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for selecting an adhesive suitable for manufacturing an alkaline secondary battery,
Solidifying the adhesive to be evaluated into a plate-like adhesive solidified body having a thickness of 100 μm or more;
Dipping the adhesive solidified body in an aqueous 8.5 to 9.5 mol / L potassium hydroxide solution at 85 to 95 ° C. for 480 to 530 hours, and taking out the adhesive solidified body;
Washing the taken-out adhesive solidified body with ion-exchanged water until the pH of the washing liquid after washing becomes less than 8.
Drying the adhesive solidified body after washing;
The maximum potassium concentration at a depth of 50 μm from the surface of the adhesive solidified body after the drying was measured, and the adhesive that resulted in the adhesive solidified body having the maximum potassium concentration of 0.01 to 3.00 at% was obtained. Selecting an adhesive suitable for the production of the alkaline secondary battery;
A method is provided comprising:

本発明の別の一態様によれば、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アルカリ二次電池であって、該アルカリ二次電池が、正極と、負極と、アルカリ電解液と、前記正極と前記負極を隔離するセパレータ構造体と、少なくとも前記負極及び前記アルカリ電解液を収容する樹脂製容器とを備えてなり、
前記セパレータ構造体は、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ラミックスセパレータを含むか、又は前記セラミックスセパレータと、前記セラミックスセパレータの外周を取り囲む樹脂製枠及び/又は樹脂フィルムとを含み、
前記セパレータ構造体が接着剤を介して前記樹脂製容器に接着されており、且つ/又は前記セラミックスセパレータが接着剤を介して前記樹脂製枠及び/又は樹脂フィルムに接着されており、
前記接着剤が、上記態様による方法により評価した場合に、前記アルカリ二次電池の製造に適した接着剤として選定されるものである、アルカリ二次電池が提供される。
According to another aspect of the present invention, an alkaline secondary battery using a hydroxide ion conductive ceramic separator, wherein the alkaline secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, an alkaline electrolyte, and the positive electrode. And a separator structure that separates the negative electrode, and a resin container that contains at least the negative electrode and the alkaline electrolyte,
The separator structure includes a ceramic separator made of an inorganic solid electrolyte body having hydroxide ion conductivity, or includes the ceramic separator and a resin frame and / or a resin film surrounding an outer periphery of the ceramic separator. ,
The separator structure is bonded to the resin container via an adhesive and / or the ceramic separator is bonded to the resin frame and / or the resin film via an adhesive;
When the adhesive is evaluated by the method according to the above aspect, an alkaline secondary battery is provided that is selected as an adhesive suitable for manufacturing the alkaline secondary battery.

可撓性を有する樹脂製容器である可撓性袋体に、樹脂製枠及び樹脂フィルムを備えたセパレータ構造体が組み込まれた二次電池の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the secondary battery by which the separator structure provided with the resin-made frames and the resin film was integrated in the flexible bag which is a resin-made container which has flexibility. 樹脂製枠を備えた樹脂フィルムの一例を撮影した画像である。It is the image which image | photographed an example of the resin film provided with the resin-made frames. 多孔質基材付きセパレータの一態様を示す模式断面図である。It is a schematic cross section showing one mode of a separator with a porous substrate. 多孔質基材付きセパレータの他の一態様を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the other one aspect | mode of a separator with a porous base material. 層状複水酸化物(LDH)板状粒子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a layered double hydroxide (LDH) plate-like particle. 例1で作製された接着剤固化体(接着剤A)の断面SEM画像である。2 is a cross-sectional SEM image of an adhesive solidified body (adhesive A) produced in Example 1. FIG. 例1で作製された接着剤固化体(接着剤A)の表面から50μmまでの深さにおける接着剤中のカリウム濃度(原子%)を示すグラフである。4 is a graph showing potassium concentration (atomic%) in an adhesive at a depth of 50 μm from the surface of the adhesive solidified body (adhesive A) produced in Example 1. FIG. 例1で作製された評価用サンプルの模式断面図である。2 is a schematic cross-sectional view of an evaluation sample produced in Example 1. FIG. 例1で接着剤Dについて測定された、接着剤表面からの各距離におけるカリウム(K)濃度を示すグラフである。2 is a graph showing potassium (K) concentration at each distance from the adhesive surface, measured for adhesive D in Example 1. FIG. 例1で接着剤Dについて測定された、接着剤表面からの各距離におけるシリコン(Si)濃度を示すグラフである。4 is a graph showing the silicon (Si) concentration at each distance from the adhesive surface, measured for adhesive D in Example 1. FIG. 例2で作製したアルミナ製多孔質基材の表面のSEM画像である。4 is a SEM image of the surface of an alumina porous substrate produced in Example 2. 例2において試料の結晶相に対して得られたXRDプロファイルである。3 is an XRD profile obtained for the crystal phase of the sample in Example 2. 例2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。6 is a SEM image showing the surface microstructure of the film sample observed in Example 2. 例2において観察された複合材料試料の研磨断面微構造のSEM画像である。4 is a SEM image of a polished cross-sectional microstructure of a composite material sample observed in Example 2. FIG. 例2で使用された緻密性判別測定系の分解斜視図である。6 is an exploded perspective view of a denseness discrimination measurement system used in Example 2. FIG. 例2で使用されたる緻密性判別測定系の模式断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a denseness discrimination measurement system used in Example 2. FIG. 例2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。6 is an exploded perspective view of a measurement sealed container used in the denseness determination test II of Example 2. FIG. 例2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。4 is a schematic cross-sectional view of a measurement system used in a denseness determination test II of Example 2. FIG. He透過度測定系の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a He transmittance | permeability measurement system. 図17A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。It is a schematic cross section of the sample holder used in the measurement system shown in FIG. 17A and its peripheral configuration. Zn透過割合測定装置の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a Zn permeation | transmission ratio measuring apparatus. 図18Aに示される測定装置に用いられる試料ホルダの模式断面図である。It is a schematic cross section of the sample holder used for the measuring apparatus shown in FIG. 18A. 例5で測定されたHe透過度とZn透過割合の関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the He transmittance measured in Example 5 and the Zn transmission ratio.

接着剤の選定方法
本発明の方法は、アルカリ二次電池の製造に適した接着剤の選定方法である。本発明においてアルカリ二次電池は、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ものであるのが好ましく、そのような電池は水酸化物イオンが関与する充放電反応が行われる電池であるといえる。アルカリ二次電池は、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、亜鉛空気二次電池、及びその他各種のアルカリ亜鉛二次電池、並びにリチウム空気二次電池等、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二次電池であることができる。
Adhesive Selection Method The method of the present invention is an adhesive selection method suitable for the production of alkaline secondary batteries. In the present invention, the alkaline secondary battery preferably uses a hydroxide ion conductive ceramic separator, and such a battery can be said to be a battery in which a charge / discharge reaction involving hydroxide ions is performed. . Alkaline secondary batteries include nickel-zinc secondary batteries, silver-zinc oxide secondary batteries, manganese-zinc oxide secondary batteries, zinc-air secondary batteries, and other various alkaline zinc secondary batteries, lithium-air secondary batteries, etc. Various secondary batteries to which a hydroxide ion conductive ceramic separator can be applied can be used.

本発明の方法においては、まず、評価されるべき接着剤を厚さ100μm以上の板状の接着剤固化体の形態に固化する。次いで、接着剤固化体を8.5〜9.5mol/Lの水酸化カリウム水溶液に85〜95℃で480〜530時間浸漬させ、接着剤固化体を取り出す。取り出した接着剤固化体をイオン交換水で、洗浄後の洗浄液のpHが8未満になるまで洗浄する。洗浄後の接着剤固化体を乾燥させる。最後に、乾燥後の接着剤固化体の表面から50μmまでの深さにおける最大カリウム濃度を測定し、最大カリウム濃度が0.01〜3.00at%である接着剤固化体をもたらした接着剤を、アルカリ二次電池の製造に適した接着剤として選定する。このように評価されるべき接着剤を固化して所定の手順で処理及び濃度測定を行うことにより、アルカリ二次電池(特に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アルカリ二次電池)の製造に適した耐アルカリ性に優れた接着剤を高精度で選定できる。   In the method of the present invention, first, the adhesive to be evaluated is solidified in the form of a plate-like adhesive solidified body having a thickness of 100 μm or more. Next, the adhesive solidified body is immersed in an aqueous 8.5 to 9.5 mol / L potassium hydroxide solution at 85 to 95 ° C. for 480 to 530 hours, and the adhesive solidified body is taken out. The taken-out adhesive solidified body is washed with ion exchange water until the pH of the washing liquid after washing becomes less than 8. The adhesive solidified body after washing is dried. Finally, the maximum potassium concentration at a depth of 50 μm from the surface of the adhesive solidified body after drying was measured, and the adhesive that resulted in the adhesive solidified body having a maximum potassium concentration of 0.01 to 3.00 at% was obtained. And an adhesive suitable for the production of alkaline secondary batteries. Production of an alkaline secondary battery (especially an alkaline secondary battery using a hydroxide ion conductive ceramic separator) by solidifying the adhesive to be evaluated in this manner and performing processing and concentration measurement in a predetermined procedure Adhesives with excellent alkali resistance can be selected with high accuracy.

前述のとおり、このようなセラミックスセパレータを用いて亜鉛ニッケル電池、亜鉛空気二次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や(特に金属空気二次電池の場合に問題となる)二酸化炭素の混入を防止できる。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を含むセパレータ構造体で樹脂製容器内を正極側と負極側に確実に仕切ることが望まれる。したがって、セパレータ構造体を確実に樹脂製容器等の樹脂製部材に接着剤等で接合させることが望まれる。また、セパレータ構造体がセラミックスセパレータの外周を取り囲む樹脂製枠及び/又は樹脂フィルムを備える場合には、セラミックスセパレータ(あるいは多孔質基材付きセラミックスセパレータ)を確実に樹脂製枠及び/又は樹脂フィルムに接着剤等で接合させることが望まれる。しかしながら、アルカリ二次電池はアルカリ電解液を含み、なおかつ、電池容器は好ましくは耐アルカリ性の樹脂で構成されることになる。このため、上記用途に用いられる接着剤は、セラミックス及び樹脂の双方への接着性を確保するのは勿論のこと、耐アルカリ性にも優れるといった高度な要求が課されることとなる。すなわち、接着剤で接合された接合界面及び接着剤自体が長期間にわたってアルカリ電解液を透過させないことが求められる。特に、アルカリ二次電池は充放電を繰り返すことにより長期使用が前提とされるものであり、接着剤の耐アルカリ性を長期間にわたって確保されることが望まれる。この点、本発明の方法によれば、典型的なアルカリ電解液である水酸化カリウム水溶液に対する長期的な耐アルカリ性を客観的な数値で評価することができるので、上記のような高い要求を満たす接着剤を高精度で選定することができる。   As described above, when a secondary battery such as a zinc-nickel battery or a zinc-air secondary battery is configured using such a ceramic separator, a short circuit due to zinc dendrite (particularly in the case of a metal-air secondary battery) Can prevent carbon dioxide contamination. And in order to exhibit this effect to the maximum, it is desired to reliably partition the resin container into the positive electrode side and the negative electrode side with a separator structure including a hydroxide ion conductive ceramic separator. Therefore, it is desirable to securely bond the separator structure to a resin member such as a resin container with an adhesive or the like. Further, when the separator structure includes a resin frame and / or resin film surrounding the outer periphery of the ceramic separator, the ceramic separator (or ceramic separator with a porous substrate) is securely attached to the resin frame and / or resin film. It is desirable to bond with an adhesive or the like. However, the alkaline secondary battery contains an alkaline electrolyte, and the battery container is preferably made of an alkali-resistant resin. For this reason, the adhesive used for the said use places the high request | requirement of being excellent also in alkali resistance as well as ensuring the adhesiveness to both ceramics and resin. That is, it is required that the bonding interface bonded with the adhesive and the adhesive itself do not allow the alkaline electrolyte to permeate over a long period of time. In particular, the alkaline secondary battery is assumed to be used for a long time by repeating charging and discharging, and it is desired that the alkali resistance of the adhesive is ensured for a long time. In this respect, according to the method of the present invention, the long-term alkali resistance against a potassium hydroxide aqueous solution, which is a typical alkaline electrolyte, can be evaluated by an objective numerical value, so that the above high requirements are satisfied. Adhesive can be selected with high accuracy.

以下、本発明の方法の各工程について説明する。   Hereafter, each process of the method of this invention is demonstrated.

(1)接着剤の固化
まず、評価されるべき接着剤を厚さ100μm以上の板状の接着剤固化体の形態に固化する。評価されるべき接着剤は特に限定されないが、水酸化物イオン伝導性セラミックスセパレータと樹脂との接着に適した接着剤であるのが好ましい。そのような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、変成シリコーン樹脂系接着剤、及びそれらの任意の組合せが挙げられる。特に、接着剤がエポキシ樹脂系接着剤であるのが好ましく、より好ましくはエポキシ樹脂系接着剤におけるSiの含有量が0〜1.7重量%である。接着剤の詳細については後述するものとする。いずれにしても、これらの接着剤は市販の接着剤であってよく、接着剤の固化は使用する接着剤に付随される取扱説明書等の情報に基づいて行われるのが好ましい。板状の接着剤固化体の厚さは100μm以上であれば特に限定されないが、例えば1mmである。また、接着剤固化体のサイズは特に限定されないが、例えば20mm×20mm×1mmの寸法であれば足りる。
(1) Solidification of adhesive First, the adhesive to be evaluated is solidified in the form of a plate-like adhesive solidified body having a thickness of 100 μm or more. The adhesive to be evaluated is not particularly limited, but is preferably an adhesive suitable for bonding a hydroxide ion conductive ceramic separator and a resin. Examples of such adhesives include epoxy resin adhesives, natural resin adhesives, modified olefin resin adhesives, modified silicone resin adhesives, and any combination thereof. In particular, the adhesive is preferably an epoxy resin adhesive, and more preferably the Si content in the epoxy resin adhesive is 0 to 1.7% by weight. Details of the adhesive will be described later. In any case, these adhesives may be commercially available adhesives, and solidification of the adhesive is preferably performed based on information such as instruction manuals attached to the adhesive to be used. The thickness of the plate-like adhesive solidified body is not particularly limited as long as it is 100 μm or more, but is, for example, 1 mm. Further, the size of the adhesive solidified body is not particularly limited, but for example, a size of 20 mm × 20 mm × 1 mm is sufficient.

(2)水酸化カリウム水溶液への浸漬
上記得られた接着剤固化体を8.5〜9.5mol/Lの水酸化カリウム水溶液に85〜95℃で480〜530時間浸漬させ、接着剤固化体を取り出す。水酸化カリウム水溶液の濃度は8.5〜9.5mol/L、より好ましくは8.8〜9.2mol/L、最も好ましくは9mol/L、例えば9.0mol/Lである。水酸化カリウム水溶液の温度は85〜95℃であり、好ましくは88〜92℃、最も好ましくは90℃である。上記範囲内の温度での接着剤固化体の浸漬時間は480〜530時間であり、より好ましくは490〜520時間、さらに好ましくは495〜510時間、特に好ましくは500〜505時間、最も好ましくは504時間である。接着剤固化体が浸漬される水酸化カリウム水溶液は、上記範囲内の温度に設定される低温乾燥器内で保管されるのが好ましい。水酸化カリウム水溶液の量は接着剤固化体のサイズに応じて適宜決定すればよいが、例えば上述した20mm×20mm×1mmの寸法の接着剤固化体の場合、50cc〜60ccとするのが好ましい。
(2) Immersion in aqueous potassium hydroxide solution The obtained adhesive solidified body was immersed in an aqueous 8.5 to 9.5 mol / L potassium hydroxide aqueous solution at 85 to 95 ° C. for 480 to 530 hours to form an adhesive solidified body. Take out. The concentration of the potassium hydroxide aqueous solution is 8.5 to 9.5 mol / L, more preferably 8.8 to 9.2 mol / L, and most preferably 9 mol / L, for example 9.0 mol / L. The temperature of the potassium hydroxide aqueous solution is 85 to 95 ° C, preferably 88 to 92 ° C, and most preferably 90 ° C. The immersion time of the adhesive solidified body at the temperature within the above range is 480 to 530 hours, more preferably 490 to 520 hours, further preferably 495 to 510 hours, particularly preferably 500 to 505 hours, and most preferably 504. It's time. The aqueous potassium hydroxide solution in which the adhesive solidified body is immersed is preferably stored in a low-temperature dryer set to a temperature within the above range. The amount of the potassium hydroxide aqueous solution may be appropriately determined according to the size of the adhesive solidified body. For example, in the case of the above-mentioned adhesive solidified body having a size of 20 mm × 20 mm × 1 mm, it is preferably 50 cc to 60 cc.

(3)接着剤固化体の洗浄
上記取り出した接着剤固化体をイオン交換水で、洗浄後の洗浄液のpHが8未満になるまで洗浄する。すなわち、洗浄後の洗浄液のpHが8を超える場合は、洗浄後の洗浄液のpHが8未満になるまで洗浄を繰り返せばよい。
(3) Washing of the adhesive solidified body The above-mentioned taken out adhesive solidified body is washed with ion-exchanged water until the pH of the washing liquid after washing becomes less than 8. That is, when the pH of the cleaning liquid after cleaning exceeds 8, the cleaning may be repeated until the pH of the cleaning liquid after cleaning becomes less than 8.

(4)接着剤固化体の乾燥
上記洗浄後の接着剤固化体を乾燥させる。この乾燥は大気雰囲気下で室温にて行われるのが好ましい。乾燥時間は、接着剤固化体が乾燥する(すなわち付着したイオン交換水が無くなる)のに要する時間以上であれば特に限定されず、好ましくは12時間又はそれ以上である。
(4) Drying of the adhesive solidified body The adhesive solidified body after the washing is dried. This drying is preferably performed at room temperature in an air atmosphere. The drying time is not particularly limited as long as it is longer than the time required for the adhesive solidified body to dry (that is, the attached ion exchange water disappears), and is preferably 12 hours or longer.

(5)最大カリウム濃度の測定及び接着剤の選定
上記乾燥後の接着剤固化体の表面から50μmまでの深さにおける最大カリウム濃度を測定する。この最大カリウム濃度の測定は以下の手順で行われるのが好ましい。まず、乾燥後の接着剤固化体をエポキシ樹脂中に埋設して測定用サンプルを作製する。このサンプルをリューター(Leutor)等で切断し、切断面を研磨する。この研磨は研磨紙を用いて行われるのが好ましく、研磨紙の好ましい番手は#4000である。研磨されたサンプルを市販のイオンミリング装置でミリング加工する。このミリング加工は例えば加速電圧5kVで3時間行えばよい。こうしてミリング加工した断面をSEM(走査型電子顕微鏡)及びEDS(エネルギー分散型X線分光器)で観察及び分析する。SEM観察は、例えば、倍率200倍で行えばよい。また、EDS分析は、SEM像で接着剤とエポキシ樹脂とのコントラストが変わっている箇所を接着剤表面として特定し、サンプルの接着剤表面から10μmごとに50μmの深さまで半定量分析を実施することにより行えばよい。こうして測定されたカリウム濃度の最大値が上記最大カリウム濃度として採用すればよい。
(5) Measurement of maximum potassium concentration and selection of adhesive The maximum potassium concentration at a depth of 50 µm from the surface of the adhesive solidified body after drying is measured. The measurement of the maximum potassium concentration is preferably performed by the following procedure. First, the adhesive solidified body after drying is embedded in an epoxy resin to produce a measurement sample. This sample is cut with a leuter or the like, and the cut surface is polished. This polishing is preferably performed using abrasive paper, and the preferred count of the abrasive paper is # 4000. The polished sample is milled with a commercially available ion milling apparatus. This milling process may be performed, for example, at an acceleration voltage of 5 kV for 3 hours. The milled cross section is observed and analyzed by SEM (scanning electron microscope) and EDS (energy dispersive X-ray spectrometer). SEM observation may be performed at a magnification of 200 times, for example. In addition, the EDS analysis specifies the part where the contrast between the adhesive and the epoxy resin is changed in the SEM image as the adhesive surface, and conducts semi-quantitative analysis from the adhesive surface of the sample to a depth of 50 μm every 10 μm. It may be performed by. The maximum value of the potassium concentration thus measured may be adopted as the maximum potassium concentration.

そして、上記のようにして測定された最大カリウム濃度が0.01〜3.00at%である接着剤固化体をもたらした接着剤を、アルカリ二次電池の製造に適した接着剤として選定する。最大カリウム濃度は0.01〜3.00at%であればよいが、より好ましくは0.01〜2.00at%、さらに好ましくは0.01〜1.50at%、特に好ましくは0.01〜0.50at%である。   And the adhesive which brought about the adhesive solidified body whose maximum potassium concentration measured as mentioned above is 0.01-3.00 at% is selected as an adhesive suitable for manufacture of an alkaline secondary battery. The maximum potassium concentration may be 0.01 to 3.00 at%, more preferably 0.01 to 2.00 at%, further preferably 0.01 to 1.50 at%, particularly preferably 0.01 to 0. .50 at%.

(6)アルカリ二次電池の製造
上記のようにして選定された接着剤は、アルカリ二次電池(特に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アルカリ二次電池)の製造に適した、耐アルカリ性に優れた接着剤であることが高い確度で期待される。したがって、選定された接着剤をアルカリ二次電池の製造に提供する又は使用するのが好ましい。アルカリ二次電池の好ましい態様については以下に説明するものとする。
(6) Manufacture of alkaline secondary battery The adhesive selected as described above is suitable for the manufacture of alkaline secondary batteries (especially alkaline secondary batteries using hydroxide ion conductive ceramic separators). It is expected with high accuracy that the adhesive is excellent in alkalinity. Therefore, it is preferable to provide or use the selected adhesive for the production of alkaline secondary batteries. A preferred embodiment of the alkaline secondary battery will be described below.

アルカリ二次電池
本発明による接着剤の選定方法は、上述のとおり、アルカリ二次電池の製造に適するものであり、特に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アルカリ二次電池の製造に適する。そのようなアルカリ二次電池は、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、亜鉛空気二次電池、及びその他各種のアルカリ亜鉛二次電池、並びにリチウム空気二次電池等、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及び亜鉛空気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、ニッケル亜鉛二次電池及び亜鉛空気二次電池に関するに言及することがあるが、本発明の二次電池はニッケル亜鉛二次電池及び亜鉛空気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アルカリ二次電池を概念的に包含するものである。
Alkaline Secondary Battery As described above, the method for selecting an adhesive according to the present invention is suitable for the production of an alkaline secondary battery, and particularly suitable for the production of an alkaline secondary battery using a hydroxide ion conductive ceramic separator. . Such alkaline secondary batteries include nickel zinc secondary batteries, silver zinc oxide secondary batteries, manganese zinc secondary batteries, zinc air secondary batteries, and various other alkaline zinc secondary batteries, and lithium air secondary batteries. Various secondary batteries to which a hydroxide ion conductive ceramic separator can be applied, such as a battery, can be used. In particular, a nickel zinc secondary battery and a zinc-air secondary battery are preferable. Therefore, in the following general description, reference may be made to a nickel-zinc secondary battery and a zinc-air secondary battery, but the secondary battery of the present invention is limited to a nickel-zinc secondary battery and a zinc-air secondary battery. The above-mentioned various alkaline secondary batteries that can employ a hydroxide ion conductive ceramic separator are conceptually included.

本発明の好ましい態様によるアルカリ二次電池は、正極と、負極と、アルカリ電解液と、セパレータ構造体と、樹脂製容器とを備える。セパレータ構造体は正極と負極を隔離する部材であり、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ラミックスセパレータを含む。セパレータ構造体は、セラミックスセパレータ(あるいは多孔質基材付きセラミックスセパレータ)それ自体で構成されるものであってもよいし、セラミックスセパレータの外周を取り囲む樹脂製枠及び/又は樹脂フィルムをさらに備えるものであってもよい。正極は二次電池の種類に応じて適宜選択すればよい。例えば、ニッケル亜鉛電池の場合は正極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。また、亜鉛空気電池の場合、正極は空気極である。負極も二次電池の種類に応じて適宜選択すればよく、例えば各種亜鉛二次電池の場合、亜鉛、亜鉛合金及び/又は亜鉛化合物を含みうる。所望により、セラミックスセパレータの片面又は両面には多孔質基材(好ましくはセラミックス多孔質基材)が設けられてよい。この場合、多孔質基材はセパレータ構造体の一部を構成することになる。樹脂製容器は、少なくとも負極及びアルカリ電解液を収容する。ニッケル亜鉛電池等の典型的なアルカリ二次電池では、樹脂製容器は正極及び正極電解液も収容しうる。しかし、亜鉛空気二次電池等の金属空気二次電池のように、正極を空気極として構成する場合には、空気極(正極)は樹脂製容器に完全に収容されている必要はなく、単に樹脂製容器の開口部を塞ぐような形で(例えば蓋のような形で)取り付けられてよい。なお、正極及びアルカリ電解液は必ずしも分離している必要はなく、正極とアルカリ電解液が混合された正極合剤として構成されてもよいし、正極が空気極の場合にはそもそも正極側に電解液は不要である。また、負極及びアルカリ電解液は必ずしも分離している必要はなく、負極とアルカリ電解液が混合された負極合剤として構成されてもよい。所望により、正極集電体が正極に接触して設けられてよい。また、所望により、負極集電体が負極に接触して設けられてよい。   An alkaline secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, an alkaline electrolyte, a separator structure, and a resin container. The separator structure is a member that separates the positive electrode and the negative electrode, and includes a ceramic separator made of an inorganic solid electrolyte body having hydroxide ion conductivity. The separator structure may be composed of a ceramic separator (or a ceramic separator with a porous substrate) itself, or further includes a resin frame and / or a resin film surrounding the outer periphery of the ceramic separator. There may be. What is necessary is just to select a positive electrode suitably according to the kind of secondary battery. For example, in the case of a nickel zinc battery, the positive electrode includes nickel hydroxide and / or nickel oxyhydroxide. In the case of a zinc-air battery, the positive electrode is an air electrode. The negative electrode may be appropriately selected according to the type of secondary battery. For example, in the case of various zinc secondary batteries, zinc, a zinc alloy, and / or a zinc compound may be included. If desired, a porous substrate (preferably a ceramic porous substrate) may be provided on one or both surfaces of the ceramic separator. In this case, the porous substrate constitutes a part of the separator structure. The resin container contains at least the negative electrode and the alkaline electrolyte. In a typical alkaline secondary battery such as a nickel zinc battery, the resin container can also contain a positive electrode and a positive electrode electrolyte. However, in the case where the positive electrode is configured as an air electrode, such as a metal-air secondary battery such as a zinc-air secondary battery, the air electrode (positive electrode) does not need to be completely accommodated in a resin container. It may be attached in such a manner as to close the opening of the resin container (for example, in the shape of a lid). Note that the positive electrode and the alkaline electrolyte need not necessarily be separated from each other, and may be configured as a positive electrode mixture in which the positive electrode and the alkaline electrolyte are mixed. No liquid is required. Moreover, the negative electrode and the alkaline electrolyte need not necessarily be separated, and may be configured as a negative electrode mixture in which the negative electrode and the alkaline electrolyte are mixed. If desired, a positive electrode current collector may be provided in contact with the positive electrode. If desired, a negative electrode current collector may be provided in contact with the negative electrode.

そして、本発明の二次電池においては、セパレータ構造体が、接着剤を介して樹脂製容器に接着されており、且つ/又はセラミックスセパレータが接着剤を介して樹脂製枠及び/又は樹脂フィルムに接着されており、この接着剤として、本発明の方法により評価した場合に、アルカリ二次電池の製造に適した接着剤として選定されるものを用いる。   In the secondary battery of the present invention, the separator structure is bonded to the resin container via the adhesive, and / or the ceramic separator is attached to the resin frame and / or the resin film via the adhesive. As the adhesive, an adhesive selected as an adhesive suitable for the manufacture of an alkaline secondary battery when evaluated by the method of the present invention is used.

接着剤は、セパレータ構造体の樹脂製容器等の樹脂製部材と接合されるべき部分(主としてこれらの部材の外周部分)に塗布すればよく、樹脂製容器等の樹脂製部材と接合されるべき外周部分の全体にわたって接着剤が塗布されるのが好ましい。多孔質基材付きセラミックスセパレータの場合には、多孔質基材(好ましくはセラミックス多孔質基材)にも接着剤を塗布して、或いは多孔質基材にのみ接着剤を塗布して、樹脂製容器に接着させるのが接着面積を大きく確保してより確実に接着できる点で好ましい。セパレータ構造体がセラミックスセパレータの外周を取り囲む樹脂製枠及び/又は樹脂フィルムを備える場合には、セラミックスセパレータの代わりに、樹脂製枠及び/又は樹脂フィルムに接着剤を塗布して樹脂製容器に接着させることができる。また、セラミックスセパレータ(あるいは多孔質基材付きセラミックスセパレータ)の外周に接着剤を塗布して、その外周に樹脂製枠及び/又は樹脂フィルムを接着させることもできる。いずれの接合箇所においても、接合されるべき部材間が接着剤で封止されることで十分な液密性を確保することができる。   The adhesive may be applied to a portion (mainly the outer peripheral portion of these members) to be bonded to a resin member such as a resin container of the separator structure, and should be bonded to a resin member such as a resin container. It is preferable that the adhesive is applied over the entire outer peripheral portion. In the case of a ceramic separator with a porous substrate, an adhesive is applied to a porous substrate (preferably a ceramic porous substrate), or an adhesive is applied only to a porous substrate, Adhesion to the container is preferable in that a large adhesion area can be secured and adhesion can be performed more reliably. When the separator structure includes a resin frame and / or resin film surrounding the ceramic separator, an adhesive is applied to the resin frame and / or resin film instead of the ceramic separator and bonded to the resin container. Can be made. It is also possible to apply an adhesive to the outer periphery of a ceramic separator (or a ceramic separator with a porous substrate) and adhere a resin frame and / or resin film to the outer periphery. In any joint location, sufficient liquid-tightness can be ensured by sealing the members to be joined with an adhesive.

本発明に用いる接着剤は、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からなる群から選択される少なくとも1種であるのが好ましい。これらの接着剤はいずれもセラミックスと樹脂の双方への接着性に優れる。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好ましい。エポキシ樹脂系接着剤は、エポキシ樹脂を主成分とする接着剤であれば、エポキシ接着剤と称されるものに限定されず、エポキシアミド接着剤、エポキシ変性シリコーン接着剤等のエポキシ系の各種接着剤であってもよい。また、一液型(加熱硬化型)及び二液混合型のいずれであってもよい。エポキシ樹脂は架橋密度が一般的に高いことから吸水性が低く、アルカリ電解液(例えばKOH水溶液)との反応が抑制されるものと考えられる。特に、エポキシ樹脂系接着剤は40℃以上のガラス転位温度Tgを有するのが好ましく、より好ましくは43℃以上であり、さらに好ましくは45〜95℃である。このように高いガラス転位温度Tgを有することで、耐アルカリ性(特に高温での耐アルカリ性)が更に向上する。エポキシ樹脂系接着剤の例としては、エポキシアミド接着剤、エポキシ変性シリコーン接着剤、エポキシ接着剤、エポキシ変性アミド接着剤、エポキシポリサルファイド接着剤、エポキシ酸無水物接着剤、エポキシニトリル接着剤が挙げられるが、エポキシアミド接着剤及びエポキシ接着剤が特に好ましい。   The adhesive used in the present invention is preferably at least one selected from the group consisting of epoxy resin adhesives, natural resin adhesives, modified olefin resin adhesives, and modified silicone resin adhesives. These adhesives are all excellent in adhesion to both ceramics and resin. Among these, an epoxy resin adhesive is preferable because it is particularly excellent in alkali resistance. The epoxy resin adhesive is not limited to what is called an epoxy adhesive as long as it is an adhesive mainly composed of an epoxy resin, and various epoxy adhesives such as an epoxy amide adhesive and an epoxy-modified silicone adhesive. An agent may be used. Moreover, either a one-component type (heat curing type) or a two-component mixed type may be used. Epoxy resins are generally high in crosslink density, and thus have low water absorption, and are considered to suppress reaction with an alkaline electrolyte (for example, KOH aqueous solution). In particular, the epoxy resin adhesive preferably has a glass transition temperature Tg of 40 ° C. or higher, more preferably 43 ° C. or higher, and further preferably 45 to 95 ° C. By having such a high glass transition temperature Tg, alkali resistance (particularly alkali resistance at high temperatures) is further improved. Examples of epoxy resin adhesives include epoxy amide adhesives, epoxy modified silicone adhesives, epoxy adhesives, epoxy modified amide adhesives, epoxy polysulfide adhesives, epoxy acid anhydride adhesives, and epoxy nitrile adhesives. However, epoxy amide adhesives and epoxy adhesives are particularly preferred.

とりわけ、エポキシ樹脂系接着剤におけるSiの含有量が0〜1.7重量%(0を含む)のが好ましく、より好ましくは0〜1.5重量%、さらに好ましくは0〜1.0重量%である。このようにエポキシ樹脂系接着剤中のSiの含有量を低くすることで、耐アルカリ性が顕著に向上する。そのメカニズムは定かではないが、エポキシ樹脂系接着剤中にSiがSiO等として含有されていると、SiOが水酸化カリウム水溶液等の強アルカリに溶出してしまい、接着剤が劣化するのではないかと考えられる。In particular, the content of Si in the epoxy resin adhesive is preferably 0 to 1.7% by weight (including 0), more preferably 0 to 1.5% by weight, and still more preferably 0 to 1.0% by weight. It is. Thus, by reducing the content of Si in the epoxy resin adhesive, the alkali resistance is remarkably improved. The mechanism is not clear, but if Si is contained in the epoxy resin adhesive as SiO 2 or the like, SiO 2 is eluted into a strong alkali such as an aqueous potassium hydroxide solution and the adhesive deteriorates. It is thought that.

上述したエポキシ樹脂系接着剤は熱硬化性接着剤であるが、熱可塑性樹脂系接着剤として天然樹脂系接着剤及び/又は変性オレフィン樹脂系接着剤を用いることもできる。この場合、熱可塑性樹脂系接着剤は80℃以上の軟化点(具体的にはR&B軟化点)を有するのが好ましく、より好ましくは90℃以上であり、さらに好ましくは95〜160℃である。熱可塑性樹脂の場合、軟化点が高いものほど反応しにくい傾向があるため、上記温度であると耐アルカリ性が向上する。   The epoxy resin-based adhesive described above is a thermosetting adhesive, but a natural resin-based adhesive and / or a modified olefin resin-based adhesive can also be used as the thermoplastic resin-based adhesive. In this case, the thermoplastic resin-based adhesive preferably has a softening point of 80 ° C. or higher (specifically, an R & B softening point), more preferably 90 ° C. or higher, and further preferably 95 to 160 ° C. In the case of a thermoplastic resin, the higher the softening point, the more difficult it is to react. Therefore, the alkali resistance is improved at the above temperature.

セラミックスセパレータ(以下、単に「セパレータ」ともいう)を含むセパレータ構造体は正極と負極を隔離するように設けられる。ニッケル亜鉛電池等の典型的なアルカリ二次電池では、セパレータが、樹脂製容器内に、正極及び正極電解液を収容する正極室と、負極及び負極電解液を収容する負極室とを区画するように設けられる。あるいは、亜鉛空気二次電池等の金属空気二次電池の場合、セパレータが、樹脂製容器の開口部を電解液と接触可能に塞いで樹脂製容器と負極側密閉空間を形成するように設けられてもよい。セパレータは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のが好ましい。すなわち、セパレータが透水性及び通気性を有しないということは、セパレータが水及び気体を通さない程の高度な緻密性を有することを意味し、透水性や通気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、亜鉛二次電池の場合には、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。また、金属空気二次電池の場合には、空気中の二酸化炭素の侵入を阻止して電解液中での(二酸化炭素に起因する)アルカリ炭酸塩の析出を防止するのに極めて効果的な構成となっている。いずれにしても、セラミックスセパレータは水酸化物イオン伝導性を有するため、正極側(例えばアルカリ電解液又は空気極)と負極側(例えばアルカリ電解液)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及び負極における充放電反応を実現することができる。   A separator structure including a ceramic separator (hereinafter also simply referred to as “separator”) is provided so as to separate the positive electrode and the negative electrode. In a typical alkaline secondary battery such as a nickel-zinc battery, the separator partitions a positive electrode chamber containing a positive electrode and a positive electrode electrolyte and a negative electrode chamber containing a negative electrode and a negative electrode electrolyte in a resin container. Provided. Alternatively, in the case of a metal-air secondary battery such as a zinc-air secondary battery, a separator is provided so as to close the opening of the resin container so as to be in contact with the electrolyte and form a resin container and a negative electrode side sealed space. May be. The separator preferably has hydroxide ion conductivity but does not have water permeability and air permeability. That is, the fact that the separator does not have water permeability and air permeability means that the separator has a high degree of denseness that does not allow water and gas to pass through. It means not a porous material. For this reason, in the case of a zinc secondary battery, it has a very effective configuration for physically preventing penetration of the separator by zinc dendrite generated during charging and preventing a short circuit between the positive and negative electrodes. Further, in the case of a metal-air secondary battery, a configuration that is extremely effective in preventing the infiltration of carbon dioxide in the air and preventing the precipitation of alkali carbonate (caused by carbon dioxide) in the electrolyte. It has become. In any case, since the ceramic separator has hydroxide ion conductivity, the efficiency of hydroxide ions required between the positive electrode side (for example, alkaline electrolyte or air electrode) and the negative electrode side (for example, alkaline electrolyte). Charge and discharge reactions at the positive electrode and the negative electrode can be realized.

セラミックスセパレータは、単位面積あたりのHe透過度が10cm/min・atm以下であるのが好ましく、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19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 ceramic separator preferably has a He permeability per unit area of 10 cm / min · atm or less, more preferably 5.0 cm / min · atm or less, and even more preferably 1.0 cm / min · atm or less. A separator having a He permeability of 10 cm / min · atm or less can very effectively suppress Zn permeation in the electrolytic solution. For example, as shown in FIG. 19 described later, when the He permeability is 10 cm / min · atm or less, the Zn permeation rate per unit area when evaluated under water contact is significantly reduced. In that sense, it can be said that the upper limit value of the He permeability of 10 cm / min · atm has a critical significance regarding the Zn permeation suppressing effect in the hydroxide ion conductive separator. Thus, it is thought that the separator of this embodiment can suppress the growth of zinc dendrite effectively when used in a nickel zinc secondary battery because Zn permeation is remarkably suppressed. The He permeability is obtained by supplying He gas to one side of the separator and allowing the He gas to pass through the separator, and calculating the He permeability and evaluating the denseness of the hydroxide ion conductive separator. Measured. The He permeability is calculated by the following formula: F / (P × S) using the permeation amount F of He gas per unit time, the differential pressure P applied to the separator during He gas permeation, and the membrane area S through which He gas permeates. calculate. Thus, by evaluating the gas permeability using He gas, it is possible to evaluate the presence or absence of denseness at a very high level, and as a result, substances other than hydroxide ions (especially zinc dendrite growth can be performed). It is possible to effectively evaluate a high degree of compactness such that Zn that is caused is not transmitted as much as possible (only a very small amount is transmitted). This is because the He gas has the smallest structural unit among a wide variety of atoms or molecules that can constitute the gas, and the reactivity is extremely low. That is, He forms He gas by a single He atom without forming a molecule. In this respect, since hydrogen gas is composed of H 2 molecules, a single He atom is smaller as a gas constituent unit. In the first place, H 2 gas is dangerous because it is a combustible gas. Then, by adopting the He gas permeability index defined by the above-described formula, objective evaluation regarding the denseness can be easily performed regardless of differences in various sample sizes and measurement conditions. In this way, it is possible to simply, safely and effectively evaluate whether or not the separator has sufficiently high density suitable for a zinc secondary battery separator. The measurement of He permeability can be preferably performed according to the procedure shown in Example 3 described later.

セラミックスセパレータは、水接触下で評価した場合における単位面積あたりのZn透過割合が10m−2・h−1以下であるのが好ましく、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(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 ceramic separator preferably has a Zn transmission rate per unit area of 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, more preferably 1.0 m −2 · h −1 or less. Such a low Zn permeation ratio means that the permeation of Zn (typically permeation of zinc ions or zincate ions) in the electrolytic solution can be extremely effectively suppressed. For this reason, it is thought in principle that the growth of zinc dendrite can be effectively suppressed when used in a nickel zinc secondary battery. The Zn transmission rate is determined through a step of allowing Zn to pass through the separator for a predetermined time and a step of calculating the Zn transmission rate. For the permeation of Zn into the separator, the first aqueous solution containing Zn is brought into contact with one surface of the hydroxide ion conducting separator, and the second aqueous solution or water not containing Zn is introduced into the other surface of the separator. This is done by contacting them. In addition, the Zn permeation ratio is the Zn concentration C 1 of the first aqueous solution before the start of Zn permeation, the volume V 1 of the first aqueous solution before the start of Zn permeation, the second aqueous solution after the completion of Zn permeation, or the Zn of water. (C 2 × V 2 ) / (C 1 ) using the concentration C 2 , the second aqueous solution or water volume V 2 after the completion of Zn permeation, the Zn permeation time t, and the film area S through which Zn permeates. × is calculated by the equation of V 1 × t × S). The units of the parameters C 1 , C 2 , V 1 , V 2 , t and S are particularly limited as long as the units of the concentrations C 1 and C 2 are aligned and the units of the liquid amounts V 1 and V 2 are aligned. However, it is preferable that the unit of Zn transmission time t is h and the unit of film area S is m 2 . The Zn concentration C 1 of the first aqueous solution before Zn permeation is preferably in the range of 0.001 to 1 mol / L, more preferably 0.01 to 1 mol / L, and still more preferably 0.05 to 0. 8 mol / L, particularly preferably 0.2 to 0.5 mol / L, most preferably 0.35 to 0.45 mol / L. The Zn permeation time is preferably 1 to 720 hours, more preferably 1 to 168 hours, still more preferably 6 to 72 hours, and particularly preferably 12 to 24 hours. Thus, by evaluating Zn permeability using a Zn-containing aqueous solution and a Zn-free solution, it is possible to evaluate the presence or absence of denseness at an extremely high level. It is possible to reliably and highly accurately evaluate high-density such that Zn that causes growth is not transmitted as much as possible (only a very small amount is transmitted). Then, by adopting an index called Zn transmission rate defined by the above-described formula, objective evaluation regarding denseness can be easily performed regardless of differences in various sample sizes and measurement conditions. This Zn transmission rate can be an effective index for judging the difficulty of precipitation of zinc dendrite. This is because, when a hydroxide ion conductive separator is used as a separator in a zinc secondary battery, even if Zn is contained in the negative electrode electrolyte on one side (zinc negative electrode side) of the separator, This is because, in principle, it is considered that the growth of zinc dendrite in the positive electrode electrolyte is effectively suppressed unless Zn permeates the positive electrode electrolyte (which originally does not contain 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.

セラミックス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。無機固体電解質体は透水性を有しないのが好ましく、より好ましくは透水性及び通気性を有しない程にまで緻密化されている。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 ceramic separator is made of an inorganic solid electrolyte body having hydroxide ion conductivity. By using a hydroxide ion conductive inorganic solid electrolyte as a separator, the electrolyte solution between the positive and negative electrodes is isolated and hydroxide ion conductivity is ensured. The inorganic solid electrolyte body preferably has no water permeability, and more preferably is densified to such an extent that it does not have water permeability and air permeability. For example, the inorganic solid electrolyte body preferably has a relative density of 90% or more, more preferably 92% or more, and even more preferably 95% or more, calculated by the Archimedes method, but prevents penetration of zinc dendrite. It is not limited to this as long as it is as dense and hard as possible. Such a dense and hard inorganic solid electrolyte body can be produced through a hydrothermal treatment. Therefore, a simple green compact that has not been subjected to hydrothermal treatment is not preferable as the inorganic solid electrolyte body of the present invention because it is not dense and is brittle in solution. Of course, any manufacturing method can be used as long as a dense and hard inorganic solid electrolyte body can be obtained, even if it has not undergone hydrothermal treatment.

セラミックスセパレータ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 ceramic separator 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 is a composite of an open-pore porous material as a base material and an inorganic solid electrolyte (for example, layered double hydroxide) deposited and grown in the pores so as to fill the pores of the porous material. It may be a body. 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)を含むのが好ましく、より好ましくはそのようなLDHで構成される。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。mは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。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。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 and M 3+ is 3 the valence of the cation, a n-is the n-valent anion, n is an integer of 1 or more, x is 0.1 to 0.4, the basic composition of m is 0 or higher) It is preferable to include a layered double hydroxide (LDH) having a more preferable structure. In the above general formula, M 2+ may be any divalent cation, and preferred examples include Mg 2+ , Ca 2+ and Zn 2+ , and more preferably Mg 2+ . M 3+ may be any trivalent cation, but preferred examples include Al 3+ or Cr 3+ , and more preferred is Al 3+ . A n- may be any anion, preferred examples OH - and CO 3 2- and the like. Therefore, in the general formula, M 2+ comprises Mg 2+, M 3+ comprises Al 3+, A n-is OH - and / or CO preferably contains 3 2-. n is an integer of 1 or more, preferably 1 or 2. x is 0.1 to 0.4, preferably 0.2 to 0.35. m is a real number or an integer of 0 or more, typically more than 0 or 1 or more. 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.

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。   The inorganic solid electrolyte is preferably one that has been densified by hydrothermal treatment (that is, a hydrothermal compound). Hydrothermal treatment is extremely effective for the densification of layered double hydroxides, especially Mg—Al type layered double hydroxides. Densification by hydrothermal treatment is performed, for example, as described in Patent Document 1 (International Publication No. 2013/118561), in which pure water and a plate-like green compact are placed in a pressure vessel, and 120 to 250 ° C., preferably The reaction can be performed at a temperature of 180 to 250 ° C. for 2 to 24 hours, preferably 3 to 10 hours. However, a more preferable production method using hydrothermal treatment will be described later.

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の低抵抗化を実現できる。厚さの下限値は用途に応じて異なるため特に限定されないが、セパレータ膜ないし層として望まれるある程度の堅さを確保するためには厚さ1μm以上であるのが好ましく、より好ましくは2μm以上である。The inorganic solid electrolyte body may be in the form of a plate, a film, or a layer. When the inorganic solid electrolyte is in the form of a film or a layer, the film or layer of the inorganic solid electrolyte is on the porous substrate or its It is preferably formed in the inside. When the plate-like form is used, sufficient hardness can be secured and penetration of zinc dendrites can be more effectively prevented. On the other hand, if the film or layer form is thinner than the plate, there is an advantage that the resistance of the separator can be significantly reduced while ensuring the minimum necessary hardness to prevent the penetration of zinc dendrite. is there. The preferred thickness of the plate-like inorganic solid electrolyte body is 0.01 to 0.5 mm, more preferably 0.02 to 0.2 mm, and still more preferably 0.05 to 0.1 mm. Moreover, the higher the hydroxide ion conductivity of the inorganic solid electrolyte body, the better, but it typically has a conductivity of 10 −4 to 10 −1 S / m. On the other hand, in the case of a film-like or layered form, the thickness is preferably 100 μm or less, more preferably 75 μm or less, still more preferably 50 μm or less, particularly preferably 25 μm or less, and most preferably 5 μm or less. Thus, the resistance of the separator can be reduced by being thin. The lower limit of the thickness is not particularly limited because it varies depending on the application, but in order to ensure a certain degree of rigidity desired as a separator film or layer, the thickness is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more. is there.

セラミックスセパレータの片面又は両面に多孔質基材を設けてもよい。多孔質基材は透水性を有し、それ故アルカリ電解液がセパレータに到達可能であることはいうまでもないが、多孔質基材があることでセパレータ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、多孔質基材により強度を付与できるため、セパレータ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。例えば、多孔質基材はセパレータの片面の全面にわたって設けられていもよいし、セパレータの片面の一部(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、セパレータの片面の全面にわたって多孔質基材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を後付けしてもよい。   A porous substrate may be provided on one side or both sides of the ceramic separator. It goes without saying that the porous substrate is water permeable, so that the alkaline electrolyte can reach the separator, but the presence of the porous substrate keeps hydroxide ions more stable on the separator. It is also possible to do. In addition, since the strength can be imparted by the porous base material, the resistance can be reduced by thinning the separator. Also, a dense film or a dense layer of an inorganic solid electrolyte (preferably LDH) can be formed on or in the porous substrate. When providing a porous substrate on one side of the separator, a method of preparing a porous substrate and depositing an inorganic solid electrolyte on the porous substrate can be considered (this method will be described later). On the other hand, when providing a porous base material on both surfaces of a separator, it can be considered that densification is performed by sandwiching a raw material powder of an inorganic solid electrolyte between two porous base materials. For example, the porous substrate may be provided over the entire surface of one side of the separator, or may be provided only on a part of one side of the separator (for example, a region involved in the charge / discharge reaction). For example, when an inorganic solid electrolyte body is formed in a film or layer on or in a porous substrate, the porous substrate is provided over the entire surface of one side of the separator derived from the manufacturing method. Is typical. On the other hand, when the inorganic solid electrolyte body is formed in a self-supporting plate shape (which does not require a base material), a porous base material is retrofitted only on a part of one side of the separator (for example, a region involved in the charge / discharge reaction). Alternatively, a porous substrate may be retrofitted over the entire surface of one side.

セパレータ構造体は、セラミックスセパレータの外周を取り囲む樹脂製枠及び/又は樹脂フィルムを備えるものであってもよい。セパレータ構造体は全体として透水性や通気性を有しないのが好ましい。セパレータ構造体は、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を含んでおり、それにより正極室と負極室の間で水酸化物イオンの伝導を許容するが液体連通を許容しないように構成される。樹脂製枠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(例えばポリプロピレン樹脂)、ABS樹脂、変性ポリフェニレンエーテル、又はそれらの組合せであり、さらに好ましくはABS樹脂、変性ポリフェニレンエーテル、及びポリプロピレン樹脂からなる群から選択される少なくともいずれか1種で構成される。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。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。   The separator structure may include a resin frame and / or a resin film surrounding the outer periphery of the ceramic separator. It is preferable that the separator structure does not have water permeability or air permeability as a whole. The separator structure includes a separator having hydroxide ion conductivity but not water permeability, thereby permitting hydroxide ion conduction but not allowing liquid communication between the positive electrode chamber and the negative electrode chamber. Configured as follows. The resin constituting the resin frame is preferably a resin having resistance to an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide, more preferably a polyolefin resin (for example, a polypropylene resin), an ABS resin, a modified polyphenylene ether, or their It is a combination, and more preferably at least one selected from the group consisting of ABS resin, modified polyphenylene ether, and polypropylene resin. The resin film preferably has resistance to alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and can be joined by heat fusion, for example, PP (polypropylene) film, PET (polyethylene terephthalate). Examples thereof include a film and a PVC (polyvinyl chloride) film. As a flexible film including a resin film, a commercially available laminate film can be used. As a preferable laminate film, a base film (for example, a PET film or a PP film) and a thermoplastic resin layer having two or more layers are provided. A heat laminate film is mentioned. A preferable thickness of the flexible film (for example, a laminate film) is 20 to 500 μm, more preferably 30 to 300 μm, and still more preferably 50 to 150 μm. Bonding or sealing by thermal fusion may be performed using a commercially available heat sealing machine or the like.

アルカリ電解液は、二次電池に採用可能ないかなるアルカリ電解液であってもよいが、アルカリ金属水酸化物の水溶液であるのが好ましい。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。亜鉛二次電池の場合、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、アルカリ電解液は正極及び/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。   The alkaline electrolyte may be any alkaline electrolyte that can be used in a secondary battery, but is preferably an aqueous solution of an alkali metal hydroxide. Examples of the alkali metal hydroxide include potassium hydroxide, sodium hydroxide, lithium hydroxide, ammonium hydroxide and the like, and potassium hydroxide is more preferable. In the case of a zinc secondary battery, a zinc compound such as zinc oxide or zinc hydroxide may be added to the electrolytic solution in order to suppress self-dissolution of zinc and / or zinc oxide. As described above, the alkaline electrolyte may be mixed with the positive electrode and / or the negative electrode to be present in the form of a positive electrode mixture and / or a negative electrode mixture. Further, the electrolytic solution may be gelled in order to prevent leakage of the electrolytic solution. As the gelling agent, it is desirable to use a polymer that swells by absorbing the solvent of the electrolytic solution, and polymers such as polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, and polyacrylamide, and starch are used.

樹脂製容器は、少なくとも負極及びアルカリ電解液を収容する。いずれにしても、樹脂製容器は液密性及び気密性を有する構造を有するのが好ましい。樹脂製容器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(例えばポリプロピレン樹脂)、ABS樹脂、変性ポリフェニレンエーテル、又はそれらの組合せであり、さらに好ましくはABS樹脂、変性ポリフェニレンエーテル、及びポリプロピレン樹脂からなる群から選択される少なくともいずれか1種で構成される。樹脂製容器にはセパレータ構造体が上述した接着剤を用いて固定される。   The resin container contains at least the negative electrode and the alkaline electrolyte. In any case, the resin container preferably has a structure having liquid tightness and air tightness. The resin constituting the resin container is preferably a resin having resistance to an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide, more preferably a polyolefin resin (for example, a polypropylene resin), an ABS resin, a modified polyphenylene ether, or their It is a combination, and more preferably at least one selected from the group consisting of ABS resin, modified polyphenylene ether, and polypropylene resin. The separator structure is fixed to the resin container using the adhesive described above.

樹脂製容器は、上述したような硬い樹脂製容器に限らず、可撓性を有する樹脂製容器(例えば可撓性袋体)であってもよいし、それらの組合せであってもよい。硬い樹脂製容器内とその中に収容される可撓性袋体とを備えたアルカリ二次電池(典型的にはニッケル亜鉛二次電池)の一例が図1に示される。図1に示されるアルカリ二次電池10は、密閉容器である硬い樹脂製容器23内に、1対の可撓性フィルムとしての樹脂フィルム22a,22bで構成される可撓性袋体22が収容されている。可撓性袋体22内において、正極12、正極電解液14、負極16、負極電解液18、及びセパレータ構造体30が収容され、正極12及び正極電解液14が、セパレータ構造体30を介して、負極16及び負極電解液18と隔離されている。そして、正極12から延出した正極端子13と負極16から延出した負極端子17が硬い樹脂製容器23の外に延出されている。   The resin container is not limited to the hard resin container as described above, and may be a flexible resin container (for example, a flexible bag) or a combination thereof. FIG. 1 shows an example of an alkaline secondary battery (typically a nickel-zinc secondary battery) provided with a hard resin container and a flexible bag housed therein. The alkaline secondary battery 10 shown in FIG. 1 accommodates a flexible bag 22 composed of a pair of resin films 22a and 22b as a flexible film in a hard resin container 23 which is a sealed container. Has been. In the flexible bag 22, the positive electrode 12, the positive electrode electrolyte 14, the negative electrode 16, the negative electrode electrolyte 18, and the separator structure 30 are accommodated, and the positive electrode 12 and the positive electrode electrolyte 14 are interposed via the separator structure 30. The anode 16 and the anode electrolyte 18 are isolated. A positive electrode terminal 13 extending from the positive electrode 12 and a negative electrode terminal 17 extending from the negative electrode 16 are extended outside the hard resin container 23.

可撓性袋体22を構成する樹脂フィルム22a,22b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。図1に示されるように、可撓性袋体22は一対の樹脂フィルム22a,22bからなり、一対の樹脂フィルム22a,22bの外周縁の少なくとも上端部以外の部分が熱融着により封止されてなるのが好ましい。上記外周縁の少なくとも上端部以外の部分が封止されることで正極電解液14及び負極電解液18を液漏れ無く確実に可撓性袋体22内に保持することができる。図1に示されるように可撓性袋体22が別の硬い樹脂製容器23に収容される場合には、可撓性袋体22は上部開放されていてもよい。あるいは、可撓性袋体22の上端部も熱融着により封止されて、可撓性袋体22全体として液密性が確保されてもよく、その場合は可撓性袋体22に電解液を注入した後に可撓性袋体22の上端部を熱融着により封止すればよい。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。   The resin films 22a and 22b constituting the flexible bag body 22 preferably have resistance to alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and can be joined by thermal fusion. For example, Examples include PP (polypropylene) film, PET (polyethylene terephthalate) film, PVC (polyvinyl chloride) film, and the like. As a flexible film including a resin film, a commercially available laminate film can be used. As a preferable laminate film, a base film (for example, a PET film or a PP film) and a thermoplastic resin layer having two or more layers are provided. A heat laminate film is mentioned. A preferable thickness of the flexible film (for example, a laminate film) is 20 to 500 μm, more preferably 30 to 300 μm, and still more preferably 50 to 150 μm. As shown in FIG. 1, the flexible bag 22 is composed of a pair of resin films 22a and 22b, and at least a portion other than the upper end of the outer peripheral edge of the pair of resin films 22a and 22b is sealed by thermal fusion. It is preferable that By sealing at least the portion other than the upper end of the outer peripheral edge, the positive electrode electrolyte 14 and the negative electrode electrolyte 18 can be reliably held in the flexible bag 22 without liquid leakage. As shown in FIG. 1, when the flexible bag body 22 is accommodated in another hard resin container 23, the flexible bag body 22 may be open at the top. Alternatively, the upper end portion of the flexible bag body 22 may be sealed by heat-sealing to ensure liquid-tightness of the flexible bag body 22 as a whole. What is necessary is just to seal the upper end part of the flexible bag body 22 by heat sealing | fusion after inject | pouring a liquid. Bonding or sealing by thermal fusion may be performed using a commercially available heat sealing machine or the like.

図1に示されるように、好ましいセパレータ構造体30は、樹脂製枠32及び樹脂フィルム34の両方を備えており、セラミックスセパレータ20の外周が樹脂製枠32で取り囲まれ、樹脂製枠32に樹脂フィルム34がセラミックスセパレータ20の外周を取り囲むように接合されている。この場合、セラミックスセパレータ20がその外周にわたって樹脂製枠32と接着剤36で接着されているのが好ましく、セラミックスセパレータ20と樹脂製枠32の間が接着剤36で封止されることで十分な液密性を確保することができる。樹脂製枠32及び樹脂フィルム34の各部材の好ましい材質については前述したとおりである。樹脂製枠32と樹脂フィルム34は熱融着により接着されるのが好ましく、そのようにして作製されたものの写真が図2に示される。図2に示されるとおり、互いに接着される樹脂製枠32と樹脂フィルム34とは開口部を有しており、この開口部にセラミックスセパレータ20(又は多孔質基材付きセラミックスセパレータ)が接合されることになる。前述のとおり、可撓性袋体22は一対の樹脂フィルム22a,22bからなり、一対の樹脂フィルム22a,22bの外周縁の少なくとも上端部以外の部分が熱融着により封止されてなるのが好ましい。この場合、セパレータ構造体30を構成する樹脂フィルム34の外周縁の少なくとも上端部以外の部分が、一対の樹脂フィルム22a,22bに挟持された状態で、一対の樹脂フィルム22a,22bと共に熱融着により接合されてなるのが好ましい。より好ましくは、セパレータ構造体30を構成する樹脂フィルム34の外周縁の上端部を含む又は含まない略全域にわたって一対の樹脂フィルム22a,222bに挟持された状態で熱融着により接合されてなる。   As shown in FIG. 1, the preferred separator structure 30 includes both a resin frame 32 and a resin film 34, and the outer periphery of the ceramic separator 20 is surrounded by the resin frame 32, and the resin frame 32 has a resin. The film 34 is joined so as to surround the outer periphery of the ceramic separator 20. In this case, it is preferable that the ceramic separator 20 is bonded to the outer periphery thereof with the resin frame 32 and the adhesive 36, and it is sufficient that the gap between the ceramic separator 20 and the resin frame 32 is sealed with the adhesive 36. Liquid tightness can be secured. The preferred materials for the resin frame 32 and the resin film 34 are as described above. The resin frame 32 and the resin film 34 are preferably bonded by thermal fusion, and a photograph of the product thus produced is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the resin frame 32 and the resin film 34 to be bonded to each other have an opening, and a ceramic separator 20 (or a ceramic separator with a porous substrate) is joined to the opening. It will be. As described above, the flexible bag 22 is composed of a pair of resin films 22a and 22b, and at least a portion other than the upper end portion of the outer peripheral edge of the pair of resin films 22a and 22b is sealed by heat sealing. preferable. In this case, at least a portion other than the upper end of the outer peripheral edge of the resin film 34 constituting the separator structure 30 is heat-sealed together with the pair of resin films 22a and 22b in a state of being sandwiched between the pair of resin films 22a and 22b. It is preferable that they are joined together. More preferably, it is joined by heat fusion in a state of being sandwiched between the pair of resin films 22a and 222b over substantially the entire region including or not including the upper end portion of the outer peripheral edge of the resin film 34 constituting the separator structure 30.

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)を含むものである。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3に示されるように、多孔質基材28上にセパレータ層20がLDH緻密膜として形成されるのが好ましい。この場合、多孔質基材28の性質上、図3に示されるように多孔質基材28の表面及びその近傍の孔内にもLDHが形成されてよいのはいうまでもない。あるいは、図4に示されるように、多孔質基材28中(例えば多孔質基材28の表面及びその近傍の孔内)にLDHが緻密に形成され、それにより多孔質基材28の少なくとも一部がセパレータ層20’を構成するものであってもよい。この点、図4に示される態様は図3に示される態様のセパレータ層20における膜相当部分を除去した構成となっているが、これに限定されず、多孔質基材28の表面と平行にセパレータ層が存在していればよい。いずれにしても、セパレータ層は透水性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, a separator with a porous substrate that is preferably used in the zinc secondary battery of the present invention includes a separator composed of an inorganic solid electrolyte having hydroxide ion conductivity, and at least a separator. And a porous substrate provided on one surface. The inorganic solid electrolyte body is in the form of a film or layer that is so dense that it does not have water permeability. A particularly preferred separator with a porous substrate comprises a porous substrate and a separator layer formed on and / or in the porous substrate, and the separator layer is layered as described above. It contains double hydroxide (LDH). The separator layer preferably 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 pores, but the separator layer is preferably densified with LDH to such an extent that it does not have water permeability and air permeability. The separator layer is preferably formed on a porous substrate. For example, as shown in FIG. 3, the separator layer 20 is preferably formed on the porous substrate 28 as an LDH dense film. In this case, needless to say, LDH may be formed on the surface of the porous substrate 28 and in the pores in the vicinity thereof as shown in FIG. 3 due to the nature of the porous substrate 28. Alternatively, as shown in FIG. 4, LDH is densely formed in the porous substrate 28 (for example, in the surface of the porous substrate 28 and in the pores in the vicinity thereof), whereby at least one of the porous substrates 28 is formed. The part may constitute separator layer 20 '. In this regard, the embodiment shown in FIG. 4 has a configuration in which the membrane equivalent portion of the separator layer 20 of the embodiment shown in FIG. 3 is removed, but is not limited to this, and is parallel to the surface of the porous substrate 28. A separator layer only needs to be present. In any case, since the separator layer is densified with LDH to such an extent that it does not have water permeability and air permeability, it has hydroxide ion conductivity but does not have water permeability and air permeability (ie basically It can have a unique function of passing 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 capable of forming an LDH-containing separator layer on and / or in the porous substrate, and the material and the porous structure are not particularly limited. Typically, an LDH-containing separator layer is formed on and / or in a porous substrate, but an LDH-containing separator layer is formed on a non-porous substrate and then non-porous by various known techniques. The porous substrate may be made porous. In any case, it is preferable that the porous base material has a porous structure having water permeability in that the electrolyte solution can reach the separator layer when incorporated into the battery as a battery separator.

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

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

多孔質基材の表面は、10〜60%の気孔率を有するのが好ましく、より好ましくは15〜55%、さらに好ましくは20〜50%である。これらの範囲内とすることで多孔質基材に所望の透水性を確保しながら、透水性を有しない程に緻密なLDH含有セパレータ層を形成することができる。ここで、多孔質基材の表面の気孔率を採用しているのは、以下に述べる画像処理を用いた気孔率の測定がしやすいことによるものであり、多孔質基材の表面の気孔率は多孔質基材内部の気孔率を概ね表しているといえるからである。すなわち、多孔質基材の表面が緻密であれば多孔質基材の内部もまた同様に緻密であるといえる。本発明において、多孔質基材の表面の気孔率は画像処理を用いた手法により以下のようにして測定することができる。すなわち、1)多孔質基材の表面の電子顕微鏡(SEM)画像(倍率10000倍以上)を取得し、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%. By setting it within these ranges, it is possible to form an LDH-containing separator layer that is so dense that it does not have water permeability while ensuring desired water permeability in the porous substrate. Here, the porosity of the surface of the porous substrate is adopted because it is easy to measure the porosity using the image processing described below, and the porosity of the surface of the porous substrate. This is because it can be said that it generally represents the porosity inside the porous substrate. That is, if the surface of the porous substrate is dense, the inside of the porous substrate can be said to be dense as well. In the present invention, the porosity of the surface of the porous substrate can be measured as follows by a technique using image processing. That is, 1) An electron microscope (SEM) image of the surface of the porous substrate (acquisition of 10,000 times or more) is obtained, and 2) a grayscale SEM image is read using image analysis software such as Photoshop (manufactured by Adobe). 3) Create a black-and-white binary image by the procedure of [Image] → [Tonal Correction] → [Turn Tone], and 4) The value obtained by dividing the number of pixels occupied by the black part by the total number of pixels in the image Rate (%). The porosity measurement by this image processing is preferably performed for a 6 μm × 6 μm region on the surface of the porous substrate. In order to obtain a more objective index, three arbitrarily selected regions are used. It is more preferable to employ the average value of the obtained porosity.

セパレータ層は、多孔質基材上及び/又は多孔質基材中、好ましくは多孔質基材上に形成される。例えば、図3に示されるようにセパレータ層20が多孔質基材28上に形成される場合には、セパレータ層20はLDH緻密膜の形態であり、このLDH緻密膜は典型的にはLDHからなる。また、図4に示されるようにセパレータ層20’が多孔質基材28中に形成される場合には、多孔質基材28中(典型的には多孔質基材28の表面及びその近傍の孔内)にLDHが緻密に形成されることから、セパレータ層20’は典型的には多孔質基材28の少なくとも一部及びLDHからなる。図4に示されるセパレータ層20’は、図3に示されるセパレータ層20における膜相当部分を研磨、切削等の公知の手法により除去することにより得ることができる。   The separator layer is formed on the porous substrate and / or in the porous substrate, preferably on the porous substrate. For example, when the separator layer 20 is formed on the porous substrate 28 as shown in FIG. 3, the separator layer 20 is in the form of an LDH dense film, which is typically from LDH. Become. As shown in FIG. 4, when the separator layer 20 ′ is formed in the porous substrate 28, the surface of the porous substrate 28 (typically the surface of the porous substrate 28 and the vicinity thereof). Since the LDH is densely formed in the pores), the separator layer 20 ′ is typically composed of at least a part of the porous substrate 28 and LDH. The separator layer 20 ′ shown in FIG. 4 can be obtained by removing a portion corresponding to the film in the separator layer 20 shown in FIG. 3 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 permeation of water even if one side of the separator layer is brought into contact with water at 25 ° C. for 1 week, and does not allow permeation of helium gas even if helium gas is pressurized on the one side with an internal / external pressure difference of 0.5 atm. . That is, the separator layer is preferably densified with LDH to such an extent that it does not have water permeability and air permeability. However, when a defect having water permeability locally and / or accidentally exists in the functional film, the defect is filled with an appropriate repair agent (for example, epoxy resin) to repair the water impermeability and Gas impermeability may be ensured and such repair agents need not necessarily have hydroxide ion conductivity. In any case, the surface of the separator layer (typically the LDH dense film) preferably has a porosity of 20% or less, more preferably 15% or less, still more preferably 10% or less, and particularly preferably 7%. It is as follows. It means that the lower the porosity of the surface of the separator layer, the higher the density of the separator layer (typically the LDH dense film), which is preferable. Here, the porosity of the surface of the separator layer is adopted because it is easy to measure the porosity using the image processing described below, and the porosity of the surface of the separator layer is determined inside the separator layer. It is because it can be said that the porosity of is generally expressed. That is, if the surface of the separator layer is dense, it can be said that the inside of the separator layer is also dense. In the present invention, the porosity of the surface of the separator layer can be measured as follows by a technique using image processing. That is, 1) An electron microscope (SEM) image (10,000 times or more magnification) of the surface of the separator layer is acquired, and 2) a gray-scale SEM image is read using image analysis software such as Photoshop (manufactured by Adobe). ) Create a black-and-white binary image by the procedure of [Image] → [Tone Correction] → [2 Gradation], and 4) Porosity (the value obtained by dividing the number of pixels occupied by the black part by the total number of pixels in the image) %). The porosity measurement by this image processing is preferably performed for a 6 μm × 6 μm region on the surface of the separator layer. In order to obtain a more objective index, it is obtained for three arbitrarily selected regions. It is more preferable to adopt the average value of the porosity.

層状複水酸化物は複数の板状粒子(すなわちLDH板状粒子)の集合体で構成され、当該複数の板状粒子がそれらの板面が多孔質基材の表面(基材面)と垂直に又は斜めに交差するような向きに配向してなるのが好ましい。この態様は、図3に示されるように、多孔質基材28上にセパレータ層20がLDH緻密膜として形成される場合に特に好ましく実現可能な態様であるが、図4に示されるように、多孔質基材28中(典型的には多孔質基材28の表面及びその近傍の孔内)にLDHが緻密に形成され、それにより多孔質基材28の少なくとも一部がセパレータ層20’を構成する場合においても実現可能である。   The layered double hydroxide is composed of an aggregate of a plurality of plate-like particles (that is, LDH plate-like particles), and the plurality of plate-like particles have their plate surfaces perpendicular to the surface of the porous substrate (substrate surface). It is preferable that they are oriented in such a direction as to cross each other diagonally. As shown in FIG. 3, this embodiment is a particularly preferable and feasible embodiment when the separator layer 20 is formed as an LDH dense film on the porous substrate 28, but as shown in FIG. 4, LDH is densely formed in the porous substrate 28 (typically in the surface of the porous substrate 28 and in the pores in the vicinity thereof), whereby at least a part of the porous substrate 28 forms the separator layer 20 ′. This can be realized even in the case of configuration.

すなわち、LDH結晶は図5に示されるような層状構造を持った板状粒子の形態を有することが知られているが、上記垂直又は斜めの配向は、LDH含有セパレータ層(例えばLDH緻密膜)にとって極めて有利な特性である。というのも、配向されたLDH含有セパレータ層(例えば配向LDH緻密膜)には、LDH板状粒子が配向する方向(即ちLDHの層と平行方向)の水酸化物イオン伝導度が、これと垂直方向の伝導度よりも格段に高いという伝導度異方性があるためである。実際、本出願人は、LDHの配向バルク体において、配向方向における伝導度(S/cm)が配向方向と垂直な方向の伝導度(S/cm)と比べて1桁高いとの知見を得ている。すなわち、本態様のLDH含有セパレータ層における上記垂直又は斜めの配向は、LDH配向体が持ちうる伝導度異方性を層厚方向(すなわちセパレータ層又は多孔質基材の表面に対して垂直方向)に最大限または有意に引き出すものであり、その結果、層厚方向への伝導度を最大限又は有意に高めることができる。その上、LDH含有セパレータ層は層形態を有するため、バルク形態のLDHよりも低抵抗を実現することができる。このような配向性を備えたLDH含有セパレータ層は、層厚方向に水酸化物イオンを伝導させやすくなる。その上、緻密化されているため、層厚方向への高い伝導度及び緻密性が望まれるセパレータに極めて適する。   That is, the LDH crystal is known to have the form of a plate-like particle having a layered structure as shown in FIG. 5, but the vertical or oblique orientation is determined by the LDH-containing separator layer (for example, an LDH dense film). This is a very advantageous property for the user. This is because, in an oriented LDH-containing separator layer (for example, an oriented LDH dense film), the hydroxide ion conductivity in the direction in which the LDH plate-like particles are oriented (that is, the direction parallel to the LDH layer) is perpendicular to this. This is because there is a conductivity anisotropy that is much higher than the conductivity in the direction. In fact, the present applicant has obtained knowledge that the conductivity (S / cm) in the alignment direction is one order of magnitude higher than the conductivity (S / cm) in the direction perpendicular to the alignment direction in the LDH oriented bulk body. ing. That is, the vertical or oblique orientation in the LDH-containing separator layer of the present embodiment indicates the conductivity anisotropy that the LDH oriented body can have in the layer thickness direction (that is, the direction perpendicular to the surface of the separator layer or the porous substrate). As a result, the conductivity in the layer thickness direction can be maximized or significantly increased. In addition, since the LDH-containing separator layer has a layer form, lower resistance can be realized than a bulk form LDH. An LDH-containing separator layer having such an orientation is easy to conduct hydroxide ions in the layer thickness direction. In addition, since it is densified, it is extremely suitable for a separator that requires high conductivity and denseness in the layer thickness direction.

特に好ましくは、LDH含有セパレータ層(典型的にはLDH緻密膜)においてLDH板状粒子が垂直方向に高度に配向してなる。この高度な配向は、セパレータ層の表面をX線回折法により測定した場合に、(003)面のピークが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垂直方向に配向していることを示す。ここで、本明細書において「垂直方向」とは厳密な垂直方向のみならずそれに類する略垂直方向を含む概念であることはいうまでもない。すなわち、(003)面のピークは無配向のLDH粉末をX線回折した場合に観察される最も強いピークとして知られているが、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垂直方向に配向しているとLDH層状構造も垂直方向を向くこととなる結果、セパレータ層表面をX線回折法により測定した場合に(00l)面(lは3及び6である)のピークが現れないか又は現れにくくなるからである。特に(003)面のピークは、それが存在する場合、(006)面のピークよりも強く出る傾向があるから、(006)面のピークよりも垂直方向の配向の有無を評価しやすいといえる。したがって、配向LDH含有セパレータ層は、(003)面のピークが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, the LDH plate-like particles are highly oriented in the vertical direction in the LDH-containing separator layer (typically an LDH dense film). This high degree of orientation is confirmed by the fact that when the surface of the separator layer is measured by an X-ray diffraction method, the peak of the (003) plane is not substantially detected or smaller than the peak of the (012) plane. (However, when a porous substrate in which a diffraction peak is observed at the same position as the peak due to the (012) plane is used, the peak of the (012) plane due to the LDH plate-like particle is used. This is not the case). This characteristic peak characteristic indicates that the LDH plate-like particles constituting the separator layer are oriented in a direction perpendicular to the separator layer. Here, it is needless to say that the “vertical direction” in this specification includes not only a strict vertical direction but also a substantially vertical direction similar thereto. That is, the (003) plane peak is known as the strongest peak observed when X-ray diffraction is performed on non-oriented LDH powder. In the oriented LDH-containing separator layer, the LDH plate-like particles are separated from the separator. Due to the orientation in the direction perpendicular to the layer, the peak of the (003) plane is not substantially detected or is smaller than the peak of the (012) plane. This is because the c-axis direction (00l) plane (l is 3 and 6) to which the (003) plane belongs is a plane parallel to the layered structure of the LDH plate-like particles. On the other hand, when oriented in the vertical direction, the LDH layered structure also faces the vertical direction. As a result, when the separator layer surface is measured by the X-ray diffraction method, the (00l) plane (l is 3 and 6). This is because the peak does not appear or becomes difficult to appear. In particular, the (003) plane peak tends to be stronger than the (006) plane peak when it exists, so it can be said that it is easier to evaluate the presence of vertical orientation than the (006) plane peak. . Therefore, in the oriented LDH-containing separator layer, the (003) plane peak is substantially not detected or smaller than the (012) plane peak, suggesting a high degree of vertical orientation. It can be said that 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. Thus, the resistance of the separator can be reduced by being thin. The separator layer is preferably formed as an LDH dense film on the porous substrate. In this case, the thickness of the separator layer corresponds to the thickness of the LDH dense film. When the separator layer is formed in the porous substrate, the thickness of the separator layer corresponds to the thickness of the composite layer composed of at least part of the porous substrate and LDH, and the separator layer is porous. When formed over and in the substrate, this corresponds to the total thickness of the LDH dense film and the composite layer. In any case, when the thickness is as described above, a desired low resistance suitable for practical use in battery applications and the like can be realized. The lower limit of the thickness of the LDH alignment film is not particularly limited because it varies depending on the application, but in order to ensure a certain degree of hardness desired as a functional film such as a separator, the thickness is preferably 1 μm or more. Preferably it is 2 micrometers or more.

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

(a)多孔質基材の用意
多孔質基材は、前述したとおりであり、セラミックス材料、金属材料、及び高分子材料からなる群から選択される少なくとも1種で構成されるのが好ましい。多孔質基材は、セラミックス材料で構成されるのがより好ましい。この場合、セラミックス材料の好ましい例としては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、スピネル、カルシア、コージライト、ゼオライト、ムライト、フェライト、酸化亜鉛、炭化ケイ素、及びそれらの任意の組合せが挙げられ、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 ceramic materials, metal materials, and polymer materials. More preferably, the porous substrate is made of a ceramic material. In this case, preferable 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 preferable. 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 improved. When using a porous substrate made of a ceramic material, it is preferable to subject the porous substrate to ultrasonic cleaning, cleaning with ion exchange water, and the like.

上述のとおり、多孔質基材は、セラミックス材料で構成されるのがより好ましい。セラミックス材料製の多孔質基材は、市販品であってもよいし、公知の手法に従って作製したものであってもよく、特に限定されない。例えば、セラミックス粉末(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 composed of a ceramic material. The porous substrate made of a ceramic material may be a commercially available product or may be prepared according to a known technique, and is not particularly limited. For example, ceramic powder (for example, zirconia powder, boehmite powder, titania powder, etc.), methylcellulose, and ion-exchanged water are kneaded at a desired blending ratio, the obtained kneaded product is subjected to extrusion molding, and the resulting molded body is obtained. After drying at 70 to 200 ° C. for 10 to 40 hours, a porous substrate made of a ceramic material can be produced by firing at 900 to 1300 ° C. for 1 to 5 hours. The blending ratio of methylcellulose is preferably 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic powder. Further, the blending ratio of the ion exchange water is preferably 10 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic powder.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

例1:各種接着剤の評価
(1)水酸化カリウム水溶液への浸漬による接着剤の評価
以下に示される接着剤A〜Eについて、水酸化カリウム水溶液への浸漬による接着剤の評価を行った。
<接着剤A〜E>
‐エポキシアミド系接着剤A(EP007、セメダイン社製)
‐エポキシ系接着剤B(EPOXY RESIN XNR3114(M15)及びHARDENER XNH3114、ナガセケムテックス社製)
‐エポキシ系接着剤C(EP171、セメダイン社製)
‐エポキシアミド系接着剤D(EP008、セメダイン社製)
‐エポキシ系接着剤E(EPOXY RESIN XN1244、ナガセケムテックス社製)
Example 1 : Evaluation of various adhesives (1) Evaluation of adhesive by immersion in aqueous potassium hydroxide solution The adhesives A to E shown below were evaluated by immersion in an aqueous potassium hydroxide solution.
<Adhesives A to E>
-Epoxyamide adhesive A (EP007, manufactured by Cemedine)
-Epoxy adhesive B (EPOXY RESIN XNR3114 (M15) and HARDNER XNH3114, manufactured by Nagase ChemteX Corporation)
-Epoxy adhesive C (EP171, manufactured by Cemedine)
-Epoxyamide adhesive D (EP008, manufactured by Cemedine)
-Epoxy adhesive E (EPOXY RESIN XN1244, manufactured by Nagase ChemteX Corporation)

接着剤A〜Eの各々について、Si含有量(重量%)をICP発光分光分析法により測定した。測定結果は表1に示されるとおりであった。   For each of the adhesives A to E, the Si content (% by weight) was measured by ICP emission spectroscopy. The measurement results were as shown in Table 1.

まず、接着剤を固化して、20mm×20mm×1mmの寸法の接着剤固化体のサンプルを作製した。接着剤の固化は使用する各接着剤(いずれも市販品)について提供される取扱説明書等の情報に基づいて行った。サンプルを9mol/LのKOH水溶液(50cc〜60cc)に浸漬し、90℃に設定した定温乾燥機(アズワン製、定温乾燥機SOFW−300S)内に保管した。浸漬後504時間経過した時点でサンプルを取り出した。取り出したサンプルをイオン交換水で洗浄し、洗浄後の洗浄液のpHが8未満になるまで洗浄を繰り返した。このとき、pHはリトマス試験紙(アズワン製、スティックpH試験紙7.0−14.0)で確認した。洗浄後のサンプルを室温で大気雰囲気下にて12時間以上乾燥させた。乾燥したサンプルをエポキシ樹脂中に埋設し、リューター(Leutor)にて切断し、切断面を#4000の研磨紙で研磨した。研磨されたサンプルをイオンミリング装置(日立ハイテクノロジーズ製IM4000)にて加速電圧5Vで3時間ミリング加工した。ミリング加工した断面をSEM及びEDSで観察及び分析した。SEM観察は、日本電子製JSM−6610LVを用い、倍率200倍で行った。また、EDS分析は、Oxford Instruments製x−actを用い、SEM像で接着剤とエポキシ樹脂とのコントラストが変わっている箇所を接着剤表面とし、サンプルの表面から10μmごとに50μmの深さまで半定量分析を実施することにより行った。接着剤Aについて得られたSEM像と図6に示す。また、接着剤Aについて得られたEDS分析結果(表面からの各距離におけるK濃度)を図7に示す。図7から、矢印で示されるプロットが、接着剤固化体の表面から50μmまでの深さにおける最大カリウム濃度に相当することが分かる。各接着剤について測定された最大カリウム濃度は表1に示されるとおりであった。   First, the adhesive was solidified to prepare a sample of the adhesive solidified body having a size of 20 mm × 20 mm × 1 mm. The solidification of the adhesive was performed based on information such as instruction manuals provided for each adhesive used (all commercially available). The sample was immersed in a 9 mol / L KOH aqueous solution (50 cc to 60 cc) and stored in a constant temperature dryer (manufactured by ASONE, constant temperature dryer SOFW-300S) set at 90 ° C. The sample was taken out when 504 hours passed after immersion. The sample taken out was washed with ion exchange water, and washing was repeated until the pH of the washing solution after washing was less than 8. At this time, the pH was confirmed with a litmus paper (Aswan, stick pH paper 7.0-14.0). The washed sample was dried at room temperature in an air atmosphere for 12 hours or more. The dried sample was embedded in an epoxy resin, cut with a leuter, and the cut surface was polished with # 4000 polishing paper. The polished sample was milled with an ion milling device (IM4000 manufactured by Hitachi High-Technologies) at an acceleration voltage of 5 V for 3 hours. The milled cross section was observed and analyzed with SEM and EDS. The SEM observation was performed using JSM-6610LV manufactured by JEOL Ltd. at a magnification of 200 times. In addition, EDS analysis uses x-act manufactured by Oxford Instruments, and the area where the contrast between the adhesive and the epoxy resin is changed on the SEM image is the adhesive surface, and semi-quantitatively from the surface of the sample to a depth of 50 μm every 10 μm. The analysis was performed. The SEM image obtained for the adhesive A and FIG. 6 are shown. Moreover, the EDS analysis result (K density | concentration in each distance from the surface) obtained about the adhesive agent A is shown in FIG. It can be seen from FIG. 7 that the plot indicated by the arrow corresponds to the maximum potassium concentration at a depth of 50 μm from the surface of the adhesive solidified body. The maximum potassium concentration measured for each adhesive was as shown in Table 1.

(2)耐久性試験
接着剤A〜Eの各々について、樹脂製枠と接着剤の接合界面の耐久性及び接着剤自体の耐久性を以下の手順で評価した。まず、図8に示されるように、中央に開口部を有する樹脂製枠324(変性ポリフェニレンエーテル製)に多孔質基材320(アルミナ多孔質基材)を載置し、多孔質基材320の片側面及び外周に接着剤322を万遍なく塗布して、多孔質基材320の片側面と、樹脂製枠324と多孔質基材320との接合部位とを接着剤322で完全に封止した。接着剤322を硬化させ、接着剤322で気密及び液密に封止された評価用サンプル321を得た。この評価用サンプルを図17A及び17Bに示されるように試料ホルダ316に組み込んだ。そして、上記以外は後述する例5の「(6b)He透過測定」と同様の手順によりHe透過度(cm/(min・atm))を測定し、ガス漏れの有無ないしその程度を確認した。
(2) Durability Test For each of the adhesives A to E, the durability of the bonding interface between the resin frame and the adhesive and the durability of the adhesive itself were evaluated by the following procedure. First, as shown in FIG. 8, a porous substrate 320 (alumina porous substrate) is placed on a resin frame 324 (made of modified polyphenylene ether) having an opening at the center, and the porous substrate 320 The adhesive 322 is uniformly applied to one side and the outer periphery, and the one side of the porous base material 320 and the joint portion between the resin frame 324 and the porous base material 320 are completely sealed with the adhesive 322. did. The adhesive 322 was cured, and an evaluation sample 321 sealed in an airtight and liquid-tight manner with the adhesive 322 was obtained. This sample for evaluation was assembled in the sample holder 316 as shown in FIGS. 17A and 17B. Except for the above, the He permeability (cm / (min · atm)) was measured by the same procedure as “(6b) He permeation measurement” in Example 5 to be described later, and the presence or absence of gas leakage was confirmed.

次に、接着剤のKOH水溶液中での耐久性を調べるため、上記同様にして作製した評価用サンプル321を9mol/LのKOH水溶液に90℃で1週間、2週間、3週間又は5週間浸漬させた後、上記同様に試料ホルダ316に組み込んだ。上記以外は、後述する例5の「(6b)He透過測定」と同様の手順によりHe透過度(cm/(min・atm))を測定し、ガス漏れの有無ないしその程度を確認した。   Next, in order to investigate the durability of the adhesive in a KOH aqueous solution, the evaluation sample 321 prepared in the same manner as above was immersed in a 9 mol / L KOH aqueous solution at 90 ° C. for 1 week, 2 weeks, 3 weeks or 5 weeks. Then, it was assembled in the sample holder 316 in the same manner as described above. Except for the above, the He permeability (cm / (min · atm)) was measured by the same procedure as “(6b) He permeation measurement” in Example 5 described later, and the presence or absence of gas leakage was confirmed.

測定結果は表1に示されるとおりであった。He透過度が0であることはHeが通過しなかった、すなわち接着剤及びその接合界面における劣化ないし剥離が全く起こらなかったことを意味し、He透過度の値が大きいほど接着剤及びその接合界面における劣化ないし剥離の程度が高かったことを意味する。これを踏まえて、得られた結果に基づき、接着剤の耐久性を以下の基準で評価した。
‐評価A:KOH水溶液に対する耐久性に優れる。
‐評価B:KOH水溶液に対する耐久性が良好である。
‐評価C:KOH水溶液に対する耐久性に劣る。
The measurement results were as shown in Table 1. A He permeability of 0 means that He did not pass through, that is, no deterioration or peeling occurred at the adhesive and its bonding interface. The larger the value of He permeability, the higher the adhesive and its bonding. It means that the degree of deterioration or peeling at the interface was high. Based on this, based on the results obtained, the durability of the adhesive was evaluated according to the following criteria.
-Evaluation A: Excellent durability against KOH aqueous solution.
-Evaluation B: Good durability against KOH aqueous solution.
-Evaluation C: Inferior in durability to KOH aqueous solution.

望ましくない評価Cと判定された接着剤Dのサンプルについて、上述の「(1)水酸化カリウム水溶液への浸漬による接着剤の評価」と同様にして接着剤322の表面(多孔質基材320の反対側の表面)からの各距離におけるカリウム(K)濃度及びシリコン(Si)濃度をSEM及びEDSで観察及び分析したところ、図9及び10に示される結果が得られた。図9及び10に示される結果から、KOH水溶液への浸漬時間が長いほど接着剤中のSi量が減少する一方、KOH水溶液への浸漬時間が長いほど接着剤中のK量が増加ことが分かる。このことは接着剤D中のSiOがKOH水溶液中に溶解していることを示唆するものである。すなわち、接着剤に含まれるSiOのKOH水溶液による浸食が接着剤の劣化を生じさせたものと考えられる。About the sample of the adhesive D determined to be undesirable evaluation C, the surface of the adhesive 322 (the porous substrate 320 of the porous base material 320) is the same as the above-mentioned “(1) Evaluation of the adhesive by immersion in an aqueous potassium hydroxide solution”. When the potassium (K) concentration and the silicon (Si) concentration at each distance from the opposite surface) were observed and analyzed by SEM and EDS, the results shown in FIGS. 9 and 10 were obtained. From the results shown in FIGS. 9 and 10, it can be seen that the longer the immersion time in the KOH aqueous solution, the smaller the amount of Si in the adhesive, while the longer the immersion time in the KOH aqueous solution, the higher the K amount in the adhesive. . This suggests that SiO 2 in the adhesive D is dissolved in the KOH aqueous solution. That is, it is considered that the erosion of the SiO 2 contained in the adhesive by the KOH aqueous solution caused the deterioration of the adhesive.

表1に示される結果から、上述の最大カリウム濃度が低いサンプルほど、或いは接着剤のSi含有量が低いサンプルほど、長期間KOH水溶液に浸漬させてもガス漏れしないことが分かる。すなわち、接着剤の長期的な耐アルカリ性を評価するための指標として上述の最大カリウム濃度やSi含有量が有効であることが分かる。   From the results shown in Table 1, it can be seen that the sample having a lower maximum potassium concentration or the sample having a lower Si content in the adhesive does not leak gas even when immersed in a KOH aqueous solution for a long period of time. That is, it can be seen that the above-mentioned maximum potassium concentration and Si content are effective as indices for evaluating the long-term alkali resistance of the adhesive.

例2: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 2 : Production and evaluation of LDH separator with porous substrate (1) Production of porous substrate Boehmite (manufactured by Sasol, DISPAL 18N4-80), methylcellulose, and ion-exchanged water (boehmite): (methylcellulose) : (Ion-exchanged water) mass ratio was 10: 1: 5, and then kneaded. The obtained kneaded product was subjected to extrusion molding using a hand press and molded into a plate shape having a size sufficiently exceeding 5 cm × 8 cm and a thickness of 0.5 cm. The obtained molded body was dried at 80 ° C. for 12 hours and then calcined at 1150 ° C. for 3 hours to obtain an alumina porous substrate. The porous substrate thus obtained was cut into a size of 5 cm × 8 cm.

得られた多孔質基材について、画像処理を用いた手法により、多孔質基材表面の気孔率を測定したところ、24.6%であった。この気孔率の測定は、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]の手順でヒストグラムのしきい値を調整して白黒の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11に多孔質基材表面のSEM画像を示す。   With respect to the obtained porous substrate, the porosity on the surface of the porous substrate was measured by a technique using image processing, and it was 24.6%. The porosity is measured 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 an electron microscope on the surface of the porous substrate ( SEM) image (magnification of 10,000 times or more) is obtained, 2) a grayscale SEM image is read using image analysis software such as Photoshop (manufactured by Adobe), etc. 3) [Image] → [Tone Correction] → [2 The threshold value of the histogram is adjusted in the procedure of [gradation] to create a black and white binary image, and 4) the value obtained by dividing the number of pixels occupied by the black portion by the total number of pixels of the image is the porosity (%) It was done by doing. This porosity measurement was performed on a 6 μm × 6 μm region on the surface of the porous substrate. FIG. 11 shows an SEM image of the porous substrate surface.

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

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

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

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

(5)各種評価
(5a)膜試料の同定
X線回折装置(リガク社製 RINT TTR III)にて、電圧:50kV、電流値:300mA、測定範囲:10〜70°の測定条件で、膜試料の結晶相を測定したところ、図12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12に示されるXRDプロファイルにおいては、膜試料が形成されている多孔質基材を構成するアルミナに起因するピーク(図中で○印が付されたピーク)も併せて観察されている。
(5) Various evaluations (5a) Identification of film sample Film sample with X-ray diffractometer (RINT TTR III manufactured by Rigaku Corporation) under the measurement conditions of voltage: 50 kV, current value: 300 mA, measurement range: 10-70 ° As a result, the XRD profile shown in FIG. 12 was obtained. About the obtained XRD profile, JCPDS card NO. It identified using the diffraction peak of the layered double hydroxide (hydrotalcite compound) described in 35-0964. As a result, it was confirmed that the film sample was a layered double hydroxide (LDH, hydrotalcite compound). In the XRD profile shown in FIG. 12, a peak (peak marked with a circle in the figure) due to alumina constituting the porous substrate on which the film sample is formed is also observed. .

(5b)微構造の観察
膜試料の表面微構造を走査型電子顕微鏡(SEM、JSM−6610LV、JEOL社製)を用いて10〜20kVの加速電圧で観察した。得られた膜試料の表面微構造のSEM画像(二次電子像)を図13に示す。
(5b) Observation of microstructure The surface microstructure of the film sample was observed at an acceleration voltage of 10 to 20 kV using a scanning electron microscope (SEM, JSM-6610LV, manufactured by JEOL). FIG. 13 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14に示す。   Further, the cross section of the composite material sample was polished by CP polishing to form a polished cross section, and the microstructure of the polished cross section was observed at an acceleration voltage of 10 to 20 kV using a scanning electron microscope (SEM). FIG. 14 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]の手順でヒストグラムのしきい値を調整して白黒の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 surface of the membrane was measured for the membrane sample by a technique using image processing. The porosity is measured 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 an electron microscope (SEM) on the surface of the film. An image (magnification of 10,000 times or more) is acquired, 2) a grayscale SEM image is read using image analysis software such as Photoshop (manufactured by Adobe), and 3) [image] → [tone correction] → [2 gradations] The threshold value of the histogram is adjusted to create a monochrome binary image, 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 is the porosity (%). It went by. This porosity measurement was performed on a 6 μm × 6 μm region of the alignment film surface. As a result, the porosity of the film surface was 19.0%. Further, using the porosity of the film surface, the density D when viewed from the film surface (hereinafter referred to as the surface film density) was calculated by D = 100% − (porosity of the film surface). %Met.

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

(5d)緻密性判定試験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15Aに示されるように、上記(1)において得られた複合材料試料120(1cm×1cm平方に切り出されたもの)の膜試料側に、中央に0.5cm×0.5cm平方の開口部122aを備えたシリコンゴム122を接着し、得られた積層物を2つのアクリル製容器124,126で挟んで接着した。シリコンゴム122側に配置されるアクリル製容器124は底が抜けており、それによりシリコンゴム122はその開口部122aが開放された状態でアクリル製容器124と接着される。一方、複合材料試料120の多孔質基材側に配置されるアクリル製容器126は底を有しており、その容器126内にはイオン交換水128が入っている。この時、イオン交換水にAl及び/又はMgを溶解させておいてもよい。すなわち、組み立て後に上下逆さにすることで、複合材料試料120の多孔質基材側にイオン交換水128が接するように各構成部材が配置されてなる。これらの構成部材等を組み立て後、総重量を測定した。なお、容器126には閉栓された通気穴(図示せず)が形成されており、上下逆さにした後に開栓されることはいうまでもない。図15Bに示されるように組み立て体を上下逆さに配置して25℃で1週間保持した後、総重量を再度測定した。このとき、アクリル製容器124の内側側面に水滴が付着している場合には、その水滴を拭き取った。そして、試験前後の総重量の差を算出することにより緻密度を判定した。その結果、25℃で1週間保持した後においても、イオン交換水の重量に変化は見られなかった。このことから、膜試料(すなわち機能膜)は透水性を有しない程に高い緻密性を有することが確認された。
(5d) Denseness determination test I
In order to confirm that the membrane sample has a denseness that does not have water permeability, a denseness determination test was performed as follows. First, as shown in FIG. 15A, the composite material sample 120 obtained in the above (1) (one cut into 1 cm × 1 cm square) has a 0.5 cm × 0.5 cm square at the center on the film sample side. The silicon rubber 122 provided with the opening 122a was adhered, and the obtained laminate was adhered between two acrylic containers 124 and 126. The bottom of the acrylic container 124 disposed on the silicon rubber 122 side is pulled out, whereby the silicon rubber 122 is bonded to the acrylic container 124 with the opening 122a open. On the other hand, the acrylic container 126 disposed on the porous substrate side of the composite material sample 120 has a bottom, and ion-exchanged water 128 is contained in the container 126. At this time, Al and / or Mg may be dissolved in the ion exchange water. That is, by assembling the components upside down after assembly, the constituent members are arranged so that the ion exchange water 128 is in contact with the porous substrate side of the composite material sample 120. After assembling these components, the total weight was measured. Needless to say, the container 126 has a closed vent hole (not shown) and is opened after being turned upside down. As shown in FIG. 15B, the assembly was placed upside down and held at 25 ° C. for 1 week, and then the total weight was measured again. At this time, when water droplets were attached to the inner side surface of the acrylic container 124, the water droplets were wiped off. Then, the density was determined by calculating the difference in the total weight before and after the test. As a result, no change was observed in the weight of ion-exchanged water even after holding at 25 ° C. for 1 week. From this, it was confirmed that the membrane sample (that is, the functional membrane) has high density so as not to have water permeability.

(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16A及び16B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の外周に沿って膜試料載置用の窪み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に複合材料試料136の膜試料136b側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、複合材料試料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、複合材料試料136の膜試料136b側が測定用密閉容器140の内部空間に露出する一方、複合材料試料136の多孔質基材136a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を制御して膜試料136b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。よって、膜試料136b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 determination test II
In order to confirm that the film sample has a denseness that does not have air permeability, a denseness determination test was performed as follows. First, as shown in FIGS. 16A and 16B, an acrylic container 130 without a lid and an alumina jig 132 having a shape and size that can function as a lid for the acrylic container 130 were prepared. The acrylic container 130 is formed with a gas supply port 130a for supplying gas therein. The alumina jig 132 is formed with an opening 132a having a diameter of 5 mm, and a depression 132b for placing a film sample is formed along the outer periphery of the opening 132a. An epoxy adhesive 134 was applied to the depression 132 b of the alumina jig 132, and the film sample 136 b side of the composite material sample 136 was placed in the depression 132 b and adhered to the alumina jig 132 in an air-tight and liquid-tight manner. Then, the alumina jig 132 to which the composite material sample 136 is bonded is adhered to the upper end of the acrylic container 130 in a gas-tight and liquid-tight manner using a silicone adhesive 138 so as to completely close the open portion of the acrylic container 130. A measurement sealed container 140 was obtained. The measurement sealed container 140 was placed in a water tank 142, and the gas supply port 130 a of the acrylic container 130 was connected to a pressure gauge 144 and a flow meter 146 so that helium gas could be supplied into the acrylic container 130. Water 143 was put into the water tank 142 and the measurement sealed container 140 was completely submerged. At this time, the inside of the measurement sealed container 140 is sufficiently airtight and liquid tight, and the membrane sample 136b side of the composite material sample 136 is exposed to the internal space of the measurement sealed container 140, while the composite material sample The porous substrate 136 a side of 136 is in contact with the water in the water tank 142. In this state, helium gas was introduced into the measurement sealed container 140 into the acrylic container 130 via the gas supply port 130a. The pressure gauge 144 and the flow meter 146 are controlled so that the differential pressure inside and outside the membrane sample 136b becomes 0.5 atm (that is, the pressure applied to the side in contact with the helium gas is 0.5 atm higher than the water pressure applied to the opposite side). Whether or not helium gas bubbles were generated in the water from the composite material sample 136 was observed. As a result, generation of bubbles due to helium gas was not observed. Therefore, it was confirmed that the membrane sample 136b has high density so as not to have air permeability.

例3:ニッケル亜鉛電池の作製及び評価
(1)多孔質基材付きセパレータの用意
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(サイズ:5cm×8cm)を用意した。
Example 3 Production and Evaluation of Nickel Zinc Battery (1) Preparation of Separator with Porous Substrate LDH film on alumina substrate (size: 5 cm × 8 cm) as a separator with porous substrate by the same procedure as in Example 1 Prepared.

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

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

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

まず、ケース上蓋が外されたABS樹脂製の直方体ケース本体を用意した。このケース本体の中央付近に多孔質基材付きセパレータ(アルミナ基材上LDH膜)を挿入し、その3辺をエポキシ樹脂系接着剤を用いてケース本体の内壁に固定した。正極板及び負極板を正極室及び負極室にそれぞれ挿入した。このとき、正極集電体及び負極集電体がケース本体内壁に接するような向きで正極板及び負極板を配置した。正極室に、正極活物質塗工部分が十分に隠れる量の6mol/LのKOH水溶液を電解液として注液した。一方、負極室には、負極活物質塗工部分が十分に隠れるだけでなく、充電時に減少することが見込まれる水分量を考慮した過剰量の6mol/LのKOH水溶液を電解液として注液した。正極集電体及び負極集電体の端子部をそれぞれケース上部の外部端子と接続した。ケース上蓋を熱融着でケース本体に固定して、電池ケース容器を密閉化した。こうしてニッケル亜鉛電池を得た。   First, a rectangular parallelepiped case main body made of ABS resin from which the case upper lid was removed was prepared. A separator with a porous base material (LDH film on an alumina base material) was inserted near the center of the case main body, and three sides thereof were fixed to the inner wall of the case main body using an epoxy resin adhesive. The positive electrode plate and the negative electrode plate were inserted into the positive electrode chamber and the negative electrode chamber, respectively. At this time, the positive electrode plate and the negative electrode plate were arranged so that the positive electrode current collector and the negative electrode current collector were in contact with the inner wall of the case body. A 6 mol / L aqueous KOH solution in an amount that sufficiently hides the positive electrode active material coating portion was injected into the positive electrode chamber as an electrolyte. On the other hand, in the negative electrode chamber, not only the negative electrode active material coating part was sufficiently hidden, but also an excessive amount of 6 mol / L KOH aqueous solution was injected as an electrolyte considering the amount of water expected to decrease during charging. . The terminal portions of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector were connected to external terminals at the top of the case. The case upper lid was fixed to the case body by heat sealing, and the battery case container was sealed. Thus, a nickel zinc battery was obtained.

(5)評価
作製したニッケル亜鉛電池に対して、設計容量4Ahの0.1C相当の0.4mAの電流で10時間定電流充電を実施した。充電後、ケースの変形や電解液の漏れは観察されなかった。充電により、正極室電解液が増加し、負極室電解液が減少したものの、負極活物質塗工部分には十分な電解液があり、充放電を通して、塗工した正極活物質及び負極活物質が、十分な充放電反応を起こす電解液をケース内に保持できていた。多孔質基材付きセパレータはABS樹脂製の直方体ケース本体に良好な接着状態で接合が保持されていた。
(5) Evaluation The manufactured nickel zinc battery was subjected to constant current charging for 10 hours at a current of 0.4 mA corresponding to 0.1 C with a design capacity of 4 Ah. After charging, no deformation of the case or leakage of the electrolyte was observed. Although the positive electrode chamber electrolyte increased and the negative electrode chamber electrolyte decreased due to charging, there was sufficient electrolyte in the negative electrode active material coating part, and the applied positive electrode active material and negative electrode active material were charged and discharged. The electrolyte that causes a sufficient charge / discharge reaction could be held in the case. The separator with the porous base material was kept bonded to the cuboid case body made of ABS resin in a good adhesion state.

例4:亜鉛空気二次電池の作製
(1)多孔質基材付きセパレータの用意
例1と同様の手順により、多孔質基材付きセパレータ(以下、単にセパレータという)として、アルミナ基材上LDH膜を用意した。
Example 4 : Preparation of zinc-air secondary battery (1) Preparation of separator with porous substrate By a procedure similar to that of Example 1, a separator with porous substrate (hereinafter simply referred to as a separator) was used as an LDH film on an alumina substrate. Prepared.

(2)空気極層の作製
空気極触媒としてのα−MnO粒子を次のようにして作製した。まず、Mn(SO)・5HO及びKMnOを5:13のモル比で脱イオン水に溶かして混合した。得られた混合液をテフロン(登録商標)が内貼りされたステンレス製密閉容器に入れ、140℃で水熱合成を2時間行う。水熱合成により得られた沈殿物をろ過し、蒸留水で洗浄した後、80℃で6時間乾燥した。こうしてα−MnOの粉末を得た。
(2) Production of air electrode layer α-MnO 2 particles as an air electrode catalyst were produced as follows. First, Mn (SO 4 ) · 5H 2 O and KMnO 4 were dissolved in deionized water at a molar ratio of 5:13 and mixed. The obtained mixed liquid is put into a stainless steel sealed container with Teflon (registered trademark) attached thereto, and hydrothermal synthesis is performed at 140 ° C. for 2 hours. The precipitate obtained by hydrothermal synthesis was filtered, washed with distilled water, and dried at 80 ° C. for 6 hours. In this way, α-MnO 2 powder was obtained.

水酸化物イオン伝導性材料としての層状複水酸化物粒子(以下、LDH粒子という)を次のようにして作製した。まず、Ni(NO・6HO及びFe(NO・9HOを脱イオン水にNi:Fe=3:1のモル比になるように溶かして混合した。得られた混合液を70℃で0.3MのNaCO溶液に撹拌しながら滴下した。この際、2MのNaOH溶液を加えながら混合液のpHを10に調整して、70℃で24時間保持する。混合液中に生成した沈殿物をろ過し、蒸留水で洗浄後、80℃で乾燥してLDHの粉末を得た。Layered double hydroxide particles (hereinafter referred to as LDH particles) as hydroxide ion conductive materials were produced as follows. First, Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O and Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O were dissolved and mixed in deionized water to a molar ratio of Ni: Fe = 3: 1. The resulting mixture was added dropwise to a 0.3 M Na 2 CO 3 solution at 70 ° C. with stirring. At this time, the pH of the mixed solution is adjusted to 10 while adding a 2M NaOH solution and maintained at 70 ° C. for 24 hours. The precipitate formed in the mixed solution was filtered, washed with distilled water, and then dried at 80 ° C. to obtain LDH powder.

先に得られたα−MnO粒子及びLDH粒子、並びに電子伝導性材料としてのカーボンブラック(Cabot社製、品番VXC72)を所定の配合比となるように秤量して、エタノール溶媒の共存下で湿式混合した。得られた混合物を70℃で乾燥した後、解砕する。得られた解砕粉をバインダー(PTFE、エレクトロケム社製、品番EC−TEF−500ML)及び水と混合してフィブリル化した。このとき、水の添加量は空気極に対して1質量%とした。こうして得られたフィブリル状混合物を厚さ50μmとなるように集電体(カーボンクロス(エレクトロケム社製、品番EC−CC1−060T))にシート状に圧着して空気極層/集電体の積層シートを得た。こうして得られた空気極層は、電子伝導相(カーボンブラック)を20体積%、触媒層(α−MnO粒子)を5体積%、水酸化物イオン伝導相(LDH粒子)を70体積%及びバインダー相(PTFE)を5体積%含むものであった。The α-MnO 2 particles and LDH particles obtained earlier and carbon black (product number VXC72, manufactured by Cabot Co., Ltd.) as an electron conductive material are weighed so as to have a predetermined mixing ratio, and in the presence of an ethanol solvent. Wet mixed. The resulting mixture is dried at 70 ° C. and then crushed. The obtained pulverized powder was mixed with a binder (PTFE, manufactured by Electrochem, product number EC-TEF-500ML) and water for fibrillation. At this time, the amount of water added was 1% by mass with respect to the air electrode. The fibrillar mixture thus obtained was pressure-bonded to a current collector (carbon cloth (manufactured by Electrochem, product number EC-CC1-060T)) in a sheet form so as to have a thickness of 50 μm, and the air electrode layer / current collector A laminated sheet was obtained. The air electrode layer thus obtained has an electron conductive phase (carbon black) of 20% by volume, a catalyst layer (α-MnO 2 particles) of 5% by volume, a hydroxide ion conductive phase (LDH particles) of 70% by volume and It contained 5% by volume of a binder phase (PTFE).

(3)セパレータ付き空気極の作製
アニオン交換膜(アストム社、ネオセプタAHA)を1MのNaOH水溶液に一晩浸漬させた。このアニオン交換膜をセパレータのLDH膜上に中間層として積層して、セパレータ/中間層積層体を得る。中間層の厚さは30μmである。得られたセパレータ/中間層積層体に、先に作製した空気極層/集電体の積層シートを、空気極層側が中間層と接するように圧着して、セパレータ付き空気極試料を得る。
(3) Production of air electrode with separator An anion exchange membrane (Astom Corp., Neocepta AHA) was immersed in 1M NaOH aqueous solution overnight. This anion exchange membrane is laminated as an intermediate layer on the LDH membrane of the separator to obtain a separator / intermediate layer laminate. The thickness of the intermediate layer is 30 μm. The separator / intermediate layer laminate thus obtained is pressure-bonded with the air electrode layer / current collector laminated sheet prepared previously so that the air electrode layer side is in contact with the intermediate layer, thereby obtaining an air electrode sample with a separator.

(4)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%で活物質部分が塗工された負極板を得る。
(4) Production of Negative Electrode Plate A mixture of 80 parts by weight of zinc oxide powder, 20 parts by weight of zinc powder and 3 parts by weight of polytetrafluoroethylene particles was applied onto a current collector made of copper punching metal, and the porosity was about A negative electrode plate coated with an active material portion at 50% is obtained.

(5)第三電極の作製
ニッケルメッシュからなる集電体上に白金ペーストを塗布して、第三電極を得る。
(5) Production of third electrode A platinum paste is applied on a current collector made of nickel mesh to obtain a third electrode.

(6)電池の組み立て
上記得られたセパレータ付き空気極、負極板、及び第三電極を用いて、横型構造の亜鉛空気二次電池を以下のような手順で作製する。まず、ABS樹脂製で直方体形状を有する蓋の無い容器(以下、樹脂容器という)を用意する。この樹脂容器の底に負極板を、負極活物質が塗工された側が上を向くように載置する。このとき、負極集電体が樹脂容器の底部に接しており、負極集電体の端部が樹脂容器側面に貫通して設けられる外部端子と接続する。次に、樹脂容器内壁の負極板の上面よりも高い位置に(すなわち負極板と接触せず充放電反応に関与しない位置)に第三電極を設け、不織布セパレータを第三電極と接触するように配置する。樹脂容器の開口部をセパレータ付き空気極で空気極側が外側になるように塞ぎ、その際、開口部の外周部分にエポキシ樹脂系接着剤を塗工して気密性及び液密性を与えるように封止して接着する。樹脂容器の上端近傍に設けられた小さな注入口を介して樹脂容器内に6mol/LのKOH水溶液を電解液として注入する。こうして、セパレータが電解液と接触するとともに、不織布セパレータの保液性により電解液の増減に関わらず電解液が第三電極に常時接触可能な状態とされる。このとき、注入する電解液の量は、放電末状態で電池を作製すべく、樹脂容器内で負極活物質塗工部分が十分に隠れるだけでなく、充電時に減少することが見込まれる水分量を考慮した過剰量とする。したがって、樹脂容器は上記過剰量の電解液を収容できるように設計されている。最後に、樹脂容器の注入口を封止する。こうして樹脂容器及びセパレータで区画された内部空間は気密且つ液密に密閉されている。最後に第三電極と空気極の集電層とを外部回路を介して接続する。こうして本発明の亜鉛空気二次電池を得る。
(6) Assembly of battery Using the obtained air electrode with separator, negative electrode plate, and third electrode, a zinc-air secondary battery having a horizontal structure is manufactured in the following procedure. First, a container without a lid (hereinafter referred to as a resin container) made of ABS resin and having a rectangular parallelepiped shape is prepared. The negative electrode plate is placed on the bottom of the resin container so that the side on which the negative electrode active material is coated faces upward. At this time, the negative electrode current collector is in contact with the bottom of the resin container, and the end of the negative electrode current collector is connected to an external terminal provided through the side surface of the resin container. Next, a third electrode is provided at a position higher than the upper surface of the negative electrode plate on the inner wall of the resin container (that is, a position that does not contact the negative electrode plate and does not participate in the charge / discharge reaction), and the nonwoven fabric separator contacts the third electrode. Deploy. Seal the opening of the resin container with an air electrode with a separator so that the air electrode side is on the outside, and apply an epoxy resin adhesive to the outer periphery of the opening to give airtightness and liquid tightness. Seal and bond. A 6 mol / L aqueous solution of KOH is injected as an electrolyte into the resin container through a small inlet provided near the upper end of the resin container. In this way, the separator comes into contact with the electrolyte solution, and the electrolyte solution can always contact the third electrode regardless of the increase or decrease of the electrolyte solution due to the liquid retaining property of the nonwoven fabric separator. At this time, the amount of electrolyte to be injected is the amount of water expected not only to sufficiently hide the negative electrode active material coating part in the resin container but also to decrease during charging in order to produce a battery in a discharged state. Use an excess amount in consideration. Therefore, the resin container is designed so as to accommodate the excessive amount of the electrolytic solution. Finally, the inlet of the resin container is sealed. Thus, the internal space defined by the resin container and the separator is hermetically and liquid-tightly sealed. Finally, the third electrode and the current collecting layer of the air electrode are connected via an external circuit. Thus, the zinc-air secondary battery of the present invention is obtained.

かかる構成によれば、セパレータが水及び気体を通さない程の高度な緻密性を有するため、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し、かつ、空気中の二酸化炭素の侵入を阻止して電解液中での(二酸化炭素に起因する)アルカリ炭酸塩の析出を防止することができる。その上、負極34から副反応により発生しうる水素ガスを第三電極に接触させて前述した反応を経て水に戻すことができる。すなわち、亜鉛デンドライトによる短絡及び二酸化炭素の混入の両方を防止するのに好適な構成を有しながら、水素ガス発生の問題にも対処可能な、信頼性の高い亜鉛空気二次電池が提供される。また、第三電極が外部回路を経て空気極と接続される構成とすることで、負極から副反応により発生しうる水素ガスを第三電極に接触させて以下の反応:
第三電極: H+2OH→2HO+2e
正極放電: O+2HO+4e→4OHにより水に戻すことができる。
According to such a configuration, since the separator has a high degree of denseness that does not allow water and gas to pass through, the penetration of the separator by the zinc dendrite generated during charging is physically blocked to prevent a short circuit between the positive and negative electrodes, In addition, it is possible to prevent the infiltration of carbon dioxide in the air and to prevent the precipitation of alkali carbonate (caused by carbon dioxide) in the electrolyte. In addition, hydrogen gas that can be generated by side reaction from the negative electrode 34 can be brought into contact with the third electrode and returned to water through the above-described reaction. That is, a highly reliable zinc-air secondary battery that can cope with the problem of hydrogen gas generation while having a configuration suitable for preventing both short-circuiting due to zinc dendrite and mixing of carbon dioxide is provided. . In addition, by adopting a configuration in which the third electrode is connected to the air electrode via an external circuit, hydrogen gas that can be generated by a side reaction from the negative electrode is brought into contact with the third electrode, and the following reaction is performed:
Third electrode: H 2 + 2OH → 2H 2 O + 2e
Positive electrode discharge: It can be returned to water by O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH .

例5
本例では、多孔質基材上に層状複水酸化物(LDH)緻密膜を形成したLDH含有複合材料試料(多孔質基材付きセパレータ試料)として試料1〜10を以下のようにして作製した。
Example 5
In this example, samples 1 to 10 were prepared as follows as LDH-containing composite material samples (separator samples with porous substrates) in which a layered double hydroxide (LDH) dense 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) Production of porous substrate Boehmite (manufactured by Sasol, DISPAL 18N4-80), methylcellulose, and ion-exchanged water are mixed at a weight ratio of 10: 1: (boehmite) :( methylcellulose) :( ion-exchanged water). After weighing so as to be 5, kneaded. The obtained kneaded product was subjected to extrusion molding using a hand press and molded into a size of 2.5 cm × 10 cm × thickness 0.5 cm. The obtained molded body was dried at 80 ° C. for 12 hours and then calcined at 1150 ° C. for 3 hours to obtain an alumina porous substrate.

得られた多孔質基材について、画像処理を用いた手法により、多孔質基材表面の気孔率を測定したところ、24.6%であった。この気孔率の測定は、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。   With respect to the obtained porous substrate, the porosity on the surface of the porous substrate was measured by a technique using image processing, and it was 24.6%. The porosity is measured 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 an electron microscope on the surface of the porous substrate ( SEM) image (magnification of 10,000 times or more) is obtained, 2) a grayscale SEM image is read using image analysis software such as Photoshop (manufactured by Adobe), etc. 3) [Image] → [Tone Correction] → [2 A monochrome binary image was created by the procedure of [gradation], 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. This porosity measurement was performed on a 6 μm × 6 μm region on the surface of the porous substrate.

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

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

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

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

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

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

(6b)He透過測定
He透過性の観点から膜試料1〜10の緻密性を評価すべくHe透過試験を以下のとおり行った。まず、図17A及び図17Bに示されるHe透過度測定系310を構築した。He透過度測定系310は、Heガスを充填したガスボンベからのHeガスが圧力計312及び流量計314(デジタルフローメーター)を介して試料ホルダ316に供給され、この試料ホルダ316に保持された緻密膜318の一方の面から他方の面に透過させて排出させるように構成した。
(6b) He permeation measurement A He permeation test was performed as follows to evaluate the denseness of the membrane samples 1 to 10 from the viewpoint of He permeability. First, the He transmittance measurement system 310 shown in FIGS. 17A and 17B was constructed. In the He permeability measurement system 310, He gas from a gas cylinder filled with He gas is supplied to a sample holder 316 via a pressure gauge 312 and a flow meter 314 (digital flow meter), and the denseness held in the sample holder 316 is measured. The membrane 318 is configured to be transmitted through one surface from the other surface and discharged.

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

次いで、He透過度測定系310にガス供給管334を経てHeガスを供給し、試料ホルダ316内に保持された緻密膜318に透過させた。このとき、圧力計312及び流量計314によりガス供給圧と流量をモニタリングした。Heガスの透過を1〜30分間行った後、He透過度を算出した。He透過度の算出は、単位時間あたりのHeガスの透過量F(cm/min)、Heガス透過時に緻密膜に加わる差圧P(atm)、及びHeガスが透過する膜面積S(cm)を用いて、F/(P×S)の式により算出した。Heガスの透過量F(cm/min)は流量計314から直接読み取った。また、差圧Pは圧力計312から読み取ったゲージ圧を用いた。なお、Heガスは差圧Pが0.05〜0.90atmの範囲内となるように供給された。得られた結果は表2及び図19に示されるとおりであった。Next, He gas was supplied to the He permeability measurement system 310 through the gas supply pipe 334 and permeated through the dense film 318 held in the sample holder 316. At this time, the gas supply pressure and the flow rate were monitored by the pressure gauge 312 and the flow meter 314. After permeating He gas for 1 to 30 minutes, the He permeability was calculated. The calculation of the He permeability is based on the permeation amount F (cm 3 / min) of He gas per unit time, the differential pressure P (atm) applied to the dense film during He gas permeation, and the membrane area S (cm 2 ) and calculated by the formula of F / (P × S). The permeation amount F (cm 3 / min) of He gas was directly read from the flow meter 314. Further, as the differential pressure P, the gauge pressure read from the pressure gauge 312 was used. The He gas was supplied so that the differential pressure P was in the range of 0.05 to 0.90 atm. The obtained results were as shown in Table 2 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18A及び図18B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 denseness of the film samples 1 to 10 from the viewpoint of Zn permeation, a Zn permeation test was performed as follows. First, a Zn transmission measuring device 340 shown in FIGS. 18A and 18B was constructed. The Zn transmission measuring device 340 includes a flanged open tube (made of PTFE) in which a flange 362a is integrated with a first tank 344 configured with an L-shaped open tube, and a second configured with an L-shaped tube. A dense membrane in which a flanged opening pipe (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 between them. Zn was allowed to pass through from one surface to the other.

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18Aに示されるように密封部材360a,360bとしてシリコーンゴム製のパッキンを配設し、さらに密封部材360a,360bの外側から、1対のフランジ付き開口管のフランジ362a,362bで挟持した。なお、緻密膜352は多孔質基材354上に形成された複合材料の形態であるが、緻密膜352側が(Znを含有する第一の水溶液348が注入されることになる)第一槽344に向くように配置した。フランジ362a,362bをその間で液漏れが生じないように、ネジを用いた締結手段364で互いに堅く締め付けた。   The assembly of the sample holder 342 and its attachment to the apparatus 340 were performed as follows. First, an adhesive 356 was applied along the outer periphery of the dense film 352 and attached to a jig 358 (made of ABS resin) having an opening at the center. As shown in FIG. 18A, silicone rubber packing is provided as sealing members 360a and 360b on both sides of the jig 358, and a pair of flanged opening pipe flanges 362a from the outside of the sealing members 360a and 360b. , 362b. The dense film 352 is in the form of a composite material formed on the porous substrate 354, but the dense tank 352 side (the first aqueous solution 348 containing Zn is injected) is the first tank 344. It was arranged to face. The flanges 362a and 362b were firmly tightened to each other by fastening means 364 using screws so that no liquid leakage occurred between them.

一方、第一槽344に入れるための第一の水溶液348として、Al(OH)を2.5mol/L、ZnOを0.5mol/Lを溶解させた9mol/LのKOH水溶液を調製した。第一の水溶液のZn濃度C(mol/L)をICP発光分光分析法により測定したところ、表2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2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2及び図19に示されるとおりであった。On the other hand, a 9 mol / L aqueous KOH solution in which 2.5 mol / L of Al (OH) 3 and 0.5 mol / L of ZnO were dissolved was prepared as the first aqueous solution 348 to be put in the first tank 344. When the Zn concentration C 1 (mol / L) of the first aqueous solution was measured by ICP emission spectroscopic analysis, the values shown in Table 2 were obtained. Further, as the second aqueous solution 350 to be put in the second tank 346, a 9 mol / L KOH aqueous solution in which 2.5 mol / L of Al (OH) 3 was dissolved was prepared without dissolving ZnO. In the measurement apparatus 340 in which the sample holder 342 previously fabricated is incorporated, the first aqueous solution 348 and the second aqueous solution 350 are injected into the first tank 344 and the second tank 346, respectively, and the densely held by the sample holder 342 is obtained. Zn was permeated through the film 352. In this state, Zn permeation was performed at time t shown in Table 2, and then the liquid volume V 2 (ml) of the second aqueous solution was measured, and the Zn concentration C 2 (mol / L) of the second aqueous solution 350 was determined. It was measured by ICP emission spectroscopy. The Zn permeation ratio was calculated using the obtained value. The Zn permeation ratio includes the Zn concentration C 1 (mol / L) of the first aqueous solution before the start of Zn permeation, the liquid volume V 1 (ml) of the first aqueous solution before the start of Zn permeation, and the second concentration after the end of Zn permeation. Zn concentration C 2 (mol / L) of the aqueous solution, the liquid volume V 2 (ml) of the second aqueous solution after completion of Zn permeation, the permeation time t (min) of Zn, and the film area S (cm through which Zn permeates) 2 ), and the calculation was performed according to the formula (C 2 × V 2 ) / (C 1 × V 1 × t × S). The obtained results were as shown in Table 2 and FIG.

Claims (3)

アルカリ二次電池の製造に適した接着剤の選定方法であって、
評価されるべき接着剤を厚さ100μm以上の板状の接着剤固化体の形態に固化する工程と、
前記接着剤固化体を9.0mol/Lの水酸化カリウム水溶液に90℃で504時間浸漬させ、前記接着剤固化体を取り出す工程と、
前記取り出した接着剤固化体をイオン交換水で、洗浄後の洗浄液のpHが8未満になるまで洗浄する工程と、
前記洗浄後の接着剤固化体を乾燥させる工程と、
前記乾燥後の前記接着剤固化体の表面から50μmまでの深さにおける最大カリウム濃度を測定し、該最大カリウム濃度が0.01〜2.00at%である接着剤固化体をもたらした接着剤を、前記アルカリ二次電池の製造に適した接着剤として選定する工程と、
を含み、
前記接着剤がエポキシ樹脂系接着剤であり、該接着剤におけるSiの含有量が0〜1.7重量%である、方法。
A method for selecting an adhesive suitable for manufacturing an alkaline secondary battery,
Solidifying the adhesive to be evaluated into a plate-like adhesive solidified body having a thickness of 100 μm or more;
Immersing the adhesive solidified body in a 9.0 mol / L potassium hydroxide aqueous solution at 90 ° C. for 504 hours, and taking out the adhesive solidified body;
Washing the taken-out adhesive solidified body with ion-exchanged water until the pH of the washing liquid after washing becomes less than 8.
Drying the adhesive solidified body after washing;
The maximum potassium concentration at a depth of 50 μm from the surface of the adhesive solidified body after the drying was measured, and the adhesive that resulted in the adhesive solidified body having a maximum potassium concentration of 0.01 to 2.00 at% Selecting an adhesive suitable for the production of the alkaline secondary battery,
Only including,
The method in which the adhesive is an epoxy resin adhesive, and the content of Si in the adhesive is 0 to 1.7% by weight .
前記選定された接着剤を、前記アルカリ二次電池の製造に提供又は使用する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising providing or using the selected adhesive in the manufacture of the alkaline secondary battery. 前記アルカリ二次電池が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アルカリ二次電池であって、該アルカリ二次電池が、正極と、負極と、アルカリ電解液と、前記正極と前記負極を隔離するセパレータ構造体と、少なくとも前記負極及び前記アルカリ電解液を収容する樹脂製容器とを備えてなり、
前記セパレータ構造体は、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ラミックスセパレータを含むか、又は前記セラミックスセパレータと、前記セラミックスセパレータの外周を取り囲む樹脂製枠及び/又は樹脂フィルムとを含み、
前記セパレータ構造体が接着剤を介して前記樹脂製容器に接着されており、且つ/又は前記セラミックスセパレータが接着剤を介して前記樹脂製枠及び/又は樹脂フィルムに接着されており、
前記接着剤が、請求項1又は2に記載の方法により評価した場合に、前記アルカリ二次電池の製造に適した接着剤として選定されるものである、請求項1又は2に記載の方法。

The alkaline secondary battery is an alkaline secondary battery using a hydroxide ion conductive ceramic separator, and the alkaline secondary battery isolates a positive electrode, a negative electrode, an alkaline electrolyte, and the positive electrode and the negative electrode. Comprising a separator structure and a resin container containing at least the negative electrode and the alkaline electrolyte,
The separator structure includes a ceramic separator made of an inorganic solid electrolyte body having hydroxide ion conductivity, or includes the ceramic separator and a resin frame and / or a resin film surrounding an outer periphery of the ceramic separator. ,
The separator structure is bonded to the resin container via an adhesive and / or the ceramic separator is bonded to the resin frame and / or the resin film via an adhesive;
The method according to claim 1 or 2 , wherein the adhesive is selected as an adhesive suitable for manufacturing the alkaline secondary battery when evaluated by the method according to claim 1 or 2 .

JP2018503996A 2016-03-09 2016-11-28 Method for selecting an adhesive suitable for manufacturing an alkaline secondary battery, and an alkaline secondary battery Active JP6586221B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016045738 2016-03-09
JP2016045738 2016-03-09
PCT/JP2016/085243 WO2017154281A1 (en) 2016-03-09 2016-11-28 Method for selecting adhesive agent suitable for manufacturing alkaline secondary battery, and alkaline secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017154281A1 JPWO2017154281A1 (en) 2018-09-20
JP6586221B2 true JP6586221B2 (en) 2019-10-02

Family

ID=59790284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018503996A Active JP6586221B2 (en) 2016-03-09 2016-11-28 Method for selecting an adhesive suitable for manufacturing an alkaline secondary battery, and an alkaline secondary battery

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6586221B2 (en)
WO (1) WO2017154281A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110105913A (en) * 2019-05-13 2019-08-09 广东施奈仕实业有限公司 A kind of Silica hydrogel and preparation method thereof for lithium ion battery protection
CN113299898B (en) * 2020-02-24 2022-07-15 松山湖材料实验室 Fluorine doping modification method for strengthening the positive electrode of nickel-zinc battery and its positive electrode material

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000058007A (en) * 1998-08-03 2000-02-25 Mitsubishi Engineering Plastics Corp Battery case for sealed secondary battery
JP4203262B2 (en) * 2002-05-22 2008-12-24 三菱製紙株式会社 Nonwoven fabric for separators for alkaline batteries
US20060183019A1 (en) * 2005-02-15 2006-08-17 Rovcal, Inc. Adhesive for use in an electrochemical cell
EP3076476B1 (en) * 2014-07-09 2018-09-19 NGK Insulators, Ltd. Nickel-zinc battery
EP3041080A4 (en) * 2014-09-10 2017-03-01 NGK Insulators, Ltd. Secondary cell using hydroxide-ion-conductive ceramic separator

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017154281A1 (en) 2017-09-14
JPWO2017154281A1 (en) 2018-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6262815B2 (en) Separator structure used for zinc secondary battery
US10686177B2 (en) Electrode cartridge and zinc secondary cell using same
JP2019075379A (en) Functional layer including layered double hydroxide, and composite material
JP6714474B2 (en) Laminate type nickel-zinc battery cell pack and battery using the same
TWI829813B (en) Layered double hydroxide separator film and zinc secondary battery
JP6664195B2 (en) Zinc secondary battery
JP2018026205A (en) Negative electrode structure and zinc secondary battery including the same
TW201934476A (en) Functional layer containing layered double hydroxide, and composite material
JPWO2016067885A1 (en) Layered double hydroxide-containing composite material
JP6580379B2 (en) Nickel zinc battery
JP6038410B1 (en) Hydroxide ion conductive dense membrane and composite material
JP2018029045A (en) Electrode, electrode assembly, and nickel zinc battery
JP6573682B2 (en) Electrode laminate and nickel-zinc battery using the same
JP6586221B2 (en) Method for selecting an adhesive suitable for manufacturing an alkaline secondary battery, and an alkaline secondary battery
JP6243583B1 (en) Functional layer and composite material containing layered double hydroxide
JP6454555B2 (en) Evaluation method of hydroxide ion conductive dense membrane
JP6441693B2 (en) Evaluation method of hydroxide ion conductive dense membrane
JP6275662B2 (en) Evaluation method of zinc secondary battery separator and zinc secondary battery separator
JP2018032646A (en) Evaluation method of zinc secondary battery separator and zinc secondary battery separator
JP2017024949A (en) Layered double hydroxide-containing composite material
JP7441309B2 (en) LDH separator and zinc secondary battery
JP6587837B2 (en) Nickel battery

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180605

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180605

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190626

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190820

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: 20190829

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190906

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6586221

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150