JP6864758B2 - Functional layers and composite materials containing layered double hydroxides - Google Patents
Functional layers and composite materials containing layered double hydroxides Download PDFInfo
- Publication number
- JP6864758B2 JP6864758B2 JP2019563002A JP2019563002A JP6864758B2 JP 6864758 B2 JP6864758 B2 JP 6864758B2 JP 2019563002 A JP2019563002 A JP 2019563002A JP 2019563002 A JP2019563002 A JP 2019563002A JP 6864758 B2 JP6864758 B2 JP 6864758B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- functional layer
- ldh
- base material
- porous substrate
- layered double
- 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
Links
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 title claims description 265
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 78
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 title description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 131
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 88
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 83
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 52
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 49
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 22
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 21
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 17
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 10
- 239000002585 base Substances 0.000 description 87
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 55
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 53
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 52
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 44
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 39
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 36
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 32
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 32
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 28
- -1 hydroxide ions Chemical class 0.000 description 25
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 25
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 20
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 19
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 18
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 17
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 16
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 15
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 15
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 13
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 12
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 10
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 10
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 9
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 9
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 8
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 8
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 8
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 7
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 7
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 6
- 229910001701 hydrotalcite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229960001545 hydrotalcite Drugs 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 6
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N nickel zinc Chemical compound [Ni].[Zn] QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 5
- 238000007088 Archimedes method Methods 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000000369 bright-field scanning transmission electron microscopy Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- MFUVDXOKPBAHMC-UHFFFAOYSA-N magnesium;dinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MFUVDXOKPBAHMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AOPCKOPZYFFEDA-UHFFFAOYSA-N nickel(2+);dinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O AOPCKOPZYFFEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 4
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 3
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 3
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 3
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XNDZQQSKSQTQQD-UHFFFAOYSA-N 3-methylcyclohex-2-en-1-ol Chemical compound CC1=CC(O)CCC1 XNDZQQSKSQTQQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002080 8 mol% Y2O3 fully stabilized ZrO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical group O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229920005549 butyl rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- GDQXQVWVCVMMIE-UHFFFAOYSA-N dinitrooxyalumanyl nitrate hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Al+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GDQXQVWVCVMMIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013464 silicone adhesive Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- DEXZEPDUSNRVTN-UHFFFAOYSA-K yttrium(3+);trihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Y+3] DEXZEPDUSNRVTN-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/443—Particulate material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Description
本発明は、層状複水酸化物を含む機能層及び複合材料に関する。 The present invention relates to functional layers and composite materials containing layered double hydroxides.
層状複水酸化物(以下、LDHともいう)は、積み重なった水酸化物基本層の間に、中間層として交換可能な陰イオン及びH2Oを有する物質であり、その特徴を活かして触媒や吸着剤、耐熱性向上のための高分子中の分散剤等として利用されている。Layered double hydroxides (hereinafter, also referred to as LDH), while the stacked hydroxide base layer is a substance having exchangeable anions and H 2 O as an intermediate layer, a catalyst Ya taking advantage of its features It is used as an adsorbent, a dispersant in a polymer for improving heat resistance, and the like.
また、LDHは水酸化物イオンを伝導する材料としても注目され、アルカリ形燃料電池の電解質や亜鉛空気電池の触媒層への添加についても検討されている。特に、近年、ニッケル亜鉛二次電池、亜鉛空気二次電池等のアルカリ二次電池用の固体電解質セパレータとしてのLDHの利用も提案されており、かかるセパレータ用途に適したLDH含有機能層を備えた複合材料が知られている。例えば、特許文献1(国際公開第2015/098610号)には、多孔質基材と、多孔質基材上及び/又は中に形成される透水性を有しないLDH含有機能層とを備えた複合材料が開示されており、LDH含有機能層が、一般式:M2+ 1−xM3+ x(OH)2An− x/n・mH2O(式中、M2+はMg2+等の2価の陽イオン、M3+はAl3+等の3価の陽イオンであり、An−はOH−、CO3 2−等のn価の陰イオン、nは1以上の整数、xは0.1〜0.4であり、mは0以上である)で表されるLDHを含むことが記載されている。特許文献1に開示されるLDH含有機能層は、透水性を有しない程に緻密化されているため、セパレータとして用いた場合に、アルカリ亜鉛二次電池の実用化の障壁となっている亜鉛デンドライト進展や、亜鉛空気電池における空気極からの二酸化炭素の侵入を阻止することができる。LDH is also attracting attention as a material that conducts hydroxide ions, and its addition to the electrolyte of alkaline fuel cells and the catalyst layer of zinc-air batteries is also being studied. In particular, in recent years, the use of LDH as a solid electrolyte separator for alkaline secondary batteries such as nickel-zinc secondary batteries and zinc-air secondary batteries has been proposed, and an LDH-containing functional layer suitable for such separator applications is provided. Composite materials are known. For example, in Patent Document 1 (International Publication No. 2015/0986010), a composite comprising a porous base material and an LDH-containing functional layer having no water permeability formed on and / or in the porous base material. The material is disclosed, and the LDH-containing functional layer has a general formula: M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 An - x / n · mH 2 O (in the formula, M 2+ is Mg 2+, etc. 2). valent cation, M 3+ is a trivalent cation Al 3+, etc., a n-is OH -, CO 3 2- or the like of an n-valent anion, n represents an integer of 1 or more, x is 0. It is described that it contains LDH represented by (1 to 0.4, and m is 0 or more). Since the LDH-containing functional layer disclosed in Patent Document 1 is so dense that it does not have water permeability, zinc dendrite is a barrier to practical use of an alkaline zinc secondary battery when used as a separator. It can prevent the progress and the invasion of carbon dioxide from the air electrode in the zinc-air battery.
しかしながら、LDHが適用されるアルカリ二次電池(例えば金属空気電池やニッケル亜鉛電池)の電解液には、高い水酸化物イオン伝導度が要求され、それ故、pHが14程度で強アルカリ性のKOH水溶液が用いられることが望まれる。このため、LDHにはこのような強アルカリ性電解液中においても殆ど劣化しないといった高度な耐アルカリ性が望まれる。この点、特許文献2(国際公開第2016/051934号)には、上述した一般式のM2+及び/又はM3+に対応する金属元素(例えばAl)を含む金属化合物を電解液に溶解させておくことでLDHの電解液による浸食が抑制されるように構成された、LDH含有電池が提案されている。However, the electrolytic solution of an alkaline secondary battery (for example, a metal-air battery or a nickel-zinc battery) to which LDH is applied is required to have high hydroxide ion conductivity, and therefore, a strongly alkaline KOH having a pH of about 14 is required. It is desirable that an aqueous solution be used. Therefore, LDH is desired to have a high degree of alkali resistance such that it hardly deteriorates even in such a strongly alkaline electrolytic solution. In this regard, in Patent Document 2 (International Publication No. 2016/051934), a metal compound containing a metal element (for example, Al) corresponding to the above-mentioned general formula M 2+ and / or M 3+ is dissolved in an electrolytic solution. An LDH-containing battery has been proposed, which is configured to suppress erosion of LDH by an electrolytic solution.
本発明者らは、先だって、LDHの水酸化物基本層をNi、Al、Ti及びOH基を含む所定の元素ないしイオンで構成することにより、イオン伝導性のみならず良好な耐アルカリ性も呈するNi−Al−Ti−LDH含有機能層を提供できるとの知見を得ている。その際、耐アルカリ性の評価には、亜鉛二次電池への実用化を想定した電解液組成として、所定量の酸化亜鉛を添加した水酸化カリウム水溶液を用いていた。しかしながら、電池特性向上のために電解液から酸化亜鉛を無くす又は酸化亜鉛濃度を低減することを試みた場合、上記組成のNi−Al−Ti−LDHの耐アルカリ性が低下しうることが判明した。したがって、酸化亜鉛を含まない又は酸化亜鉛含有量が低減された水酸化カリウム水溶液のような高性能電池用電解液に対しても耐アルカリ性を呈する、すなわち耐アルカリ性により一層優れたLDHが望まれる。 The present inventors have previously composed the hydroxide basic layer of LDH with a predetermined element or ion containing Ni, Al, Ti and OH groups, thereby exhibiting not only ionic conductivity but also good alkali resistance. It has been found that a functional layer containing −Al—Ti—LDH can be provided. At that time, in the evaluation of alkali resistance, a potassium hydroxide aqueous solution to which a predetermined amount of zinc oxide was added was used as an electrolytic solution composition assuming practical use in a zinc secondary battery. However, it has been found that when an attempt is made to eliminate zinc oxide from the electrolytic solution or reduce the zinc oxide concentration in order to improve the battery characteristics, the alkali resistance of Ni-Al-Ti-LDH having the above composition can be lowered. Therefore, LDH that exhibits alkali resistance to a high-performance battery electrolytic solution such as an aqueous solution of potassium hydroxide that does not contain zinc oxide or has a reduced zinc oxide content, that is, LDH that is more excellent in alkali resistance is desired.
本発明者らは、今般、Ni−Al−Ti−LDH含有機能層にYを所定の原子比で含有させることにより、耐アルカリ性に優れたLDH含有機能層を提供できるとの知見を得た。 The present inventors have recently obtained a finding that an LDH-containing functional layer having excellent alkali resistance can be provided by incorporating Y in a Ni-Al-Ti-LDH-containing functional layer at a predetermined atomic ratio.
したがって、本発明の目的は、耐アルカリ性に優れたLDH含有機能層及びそれを備えた複合材料を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an LDH-containing functional layer having excellent alkali resistance and a composite material provided with the LDH-containing functional layer.
本発明によれば、以下の態様が提供される。
[項1]
層状複水酸化物を含む機能層であって、前記層状複水酸化物がNi、Ti及びAlを含み、かつ、前記機能層がYをさらに含み、Y/Alの原子比が0.5以上である、機能層。
[項2]
(i)前記層状複水酸化物がNi、Ti、Al及びYを含む、及び/又は
(ii)前記層状複水酸化物がNi、Ti及びAlを含み、かつ、前記機能層が前記層状複水酸化物とは異なるY化合物を含む、項1に記載の機能層。
[項3]
前記Y/Alの原子比が1以上である、項1又は2に記載の機能層。
[項4]
前記Y/Alの原子比が2〜8である、項1又は2に記載の機能層。
[項5]
前記機能層はTi/(Y+Al)の原子比が0.1〜8である、項1〜4のいずれか一項に記載の機能層。
[項6]
前記層状複水酸化物がNi、Ti、Al及びYを含む、項1〜5のいずれか一項に記載の機能層。
[項7]
前記層状複水酸化物は、酸化亜鉛を含まない6mol/Lの水酸化カリウム水溶液中に90℃で1週間浸漬させた場合に、結晶構造の変化が生じない、項1〜6のいずれか一項に記載の機能層。
[項8]
前記機能層が100μm以下の厚さを有する、項1〜7のいずれか一項に記載の機能層。
[項9]
前記機能層がチタニアをさらに含む、項1〜8のいずれか一項に記載の機能層。
[項10]
層状複水酸化物を含む機能層であって、前記層状複水酸化物がNi及びAlを含み、かつ、前記機能層がY及びチタニアをさらに含み、Y/Alの原子比が0.5以上である、機能層。
[項11]
(i)前記層状複水酸化物がNi、Al及びYを含む、及び/又は
(ii)前記層状複水酸化物がNi及びAlを含み、かつ、前記機能層が前記層状複水酸化物とは異なるY化合物を含む、項10に記載の機能層。
[項12]
前記Y/Alの原子比が1以上である、項10又は11に記載の機能層。
[項13]
前記Y/Alの原子比が2〜8である、項10又は11に記載の機能層。
[項14]
前記機能層はTi/(Y+Al)の原子比が0.1〜8である、項10〜13のいずれか一項に記載の機能層。
[項15]
前記層状複水酸化物がNi、Al及びYを含む、項10〜14のいずれか一項に記載の機能層。
[項16]
前記層状複水酸化物は、酸化亜鉛を含まない6mol/Lの水酸化カリウム水溶液中に90℃で1週間浸漬させた場合に、結晶構造の変化が生じない、項10〜15のいずれか一項に記載の機能層。
[項17]
前記機能層が100μm以下の厚さを有する、項10〜16のいずれか一項に記載の機能層。
[項18]
多孔質基材と、
前記多孔質基材上に設けられ、且つ/又は前記多孔質基材中に組み込まれる、項1〜17のいずれか一項に記載の機能層と、
を含む、複合材料。
[項19]
前記多孔質基材が高分子材料で構成され、前記機能層が前記多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれている、項18に記載の複合材料。
[項20]
項1〜17のいずれか一項に記載の機能層又は項18若しくは19に記載の複合材料をセパレータとして備えた電池。According to the present invention, the following aspects are provided.
[Item 1]
A functional layer containing a layered double hydroxide, wherein the layered double hydroxide contains Ni, Ti and Al, and the functional layer further contains Y, and the atomic ratio of Y / Al is 0.5 or more. Is a functional layer.
[Item 2]
(I) The layered double hydroxide contains Ni, Ti, Al and Y, and / or (ii) The layered double hydroxide contains Ni, Ti and Al, and the functional layer is the layered double hydroxide. Item 2. The functional layer according to Item 1, which contains a Y compound different from hydroxide.
[Item 3]
Item 2. The functional layer according to Item 1 or 2, wherein the Y / Al atomic ratio is 1 or more.
[Item 4]
Item 2. The functional layer according to Item 1 or 2, wherein the Atomic ratio of Y / Al is 2 to 8.
[Item 5]
Item 2. The functional layer according to any one of Items 1 to 4, wherein the functional layer has an atomic ratio of Ti / (Y + Al) of 0.1 to 8.
[Item 6]
Item 2. The functional layer according to any one of Items 1 to 5, wherein the layered double hydroxide contains Ni, Ti, Al and Y.
[Item 7]
Any one of Items 1 to 6, wherein the layered double hydroxide does not change its crystal structure when immersed in a 6 mol / L potassium hydroxide aqueous solution containing no zinc oxide at 90 ° C. for 1 week. The functional layer described in the section.
[Item 8]
Item 2. The functional layer according to any one of Items 1 to 7, wherein the functional layer has a thickness of 100 μm or less.
[Item 9]
Item 2. The functional layer according to any one of Items 1 to 8, wherein the functional layer further contains titania.
[Item 10]
A functional layer containing a layered double hydroxide, wherein the layered double hydroxide contains Ni and Al, and the functional layer further contains Y and titania, and the atomic ratio of Y / Al is 0.5 or more. The functional layer.
[Item 11]
(I) The layered double hydroxide contains Ni, Al and Y, and / or (ii) The layered double hydroxide contains Ni and Al, and the functional layer is the layered double hydroxide.
[Item 12]
Item 2. The functional layer according to
[Item 13]
Item 2. The functional layer according to
[Item 14]
Item 2. The functional layer according to any one of
[Item 15]
Item 2. The functional layer according to any one of
[Item 16]
Item 1 of
[Item 17]
Item 2. The functional layer according to any one of
[Item 18]
Porous substrate and
Item 2. The functional layer according to any one of Items 1 to 17, which is provided on the porous substrate and / or is incorporated in the porous substrate.
Including composite materials.
[Item 19]
Item 18. The composite material according to Item 18, wherein the porous base material is made of a polymer material, and the functional layer is incorporated over the entire area of the porous base material in the thickness direction.
[Item 20]
A battery comprising the functional layer according to any one of Items 1 to 17 or the composite material according to Item 18 or 19 as a separator.
LDH含有機能層及び複合材料
本発明の機能層は、層状複水酸化物(LDH)を含む層である。このLDHはNi、Ti及びAlを含む。機能層はYをさらに含み、Y/Alの原子比が0.5以上である。典型的には、(i)LDHはNi、Ti、Al及びYを含むものであるか、あるいは(ii)LDHがNi、Ti及びAlを含み、かつ、機能層がLDHとは異なるY化合物を含むものである。上記(i)及び(ii)の両方を満たすものであってもよい。いずれにしても機能層はLDHの構成元素の一部として及び/又はLDHとは別の化合物の形態でYを含む。換言すれば、機能層はYを何らかの形態で含んでいればよい。そして、機能層はY/Alの原子比が0.5以上である。このように、Ni−Al−Ti−LDH含有機能層にYを所定の原子比で含有させることにより(例えば3価のAlの一部を3価のYに置換することにより)、耐アルカリ性に優れたLDH含有機能層を提供できる。 LDH-Containing Functional Layer and Composite Material The functional layer of the present invention is a layer containing layered double hydroxides (LDH). This LDH contains Ni, Ti and Al. The functional layer further contains Y, and the atomic ratio of Y / Al is 0.5 or more. Typically, (i) LDH contains Ni, Ti, Al and Y, or (ii) LDH contains Ni, Ti and Al and the functional layer contains a Y compound different from LDH. .. It may satisfy both (i) and (ii) above. In any case, the functional layer contains Y as part of the constituent elements of LDH and / or in the form of a compound different from LDH. In other words, the functional layer may include Y in some form. The functional layer has a Y / Al atomic ratio of 0.5 or more. In this way, by incorporating Y in the Ni-Al-Ti-LDH-containing functional layer at a predetermined atomic ratio (for example, by substituting a part of trivalent Al with trivalent Y), alkali resistance is achieved. An excellent LDH-containing functional layer can be provided.
すなわち、前述のとおり、アルカリ二次電池用LDHには強アルカリ性電解液中においても殆ど劣化しないといった高度な耐アルカリ性が望まれる。この点、Ni−Al−Ti−LDH含有機能層がイオン伝導性のみならず良好な耐アルカリ性も呈することを本発明者らは先だって知見している。その際、耐アルカリ性の評価には、亜鉛二次電池への実用化を想定した電解液組成として、所定量の酸化亜鉛を添加した水酸化カリウム水溶液を用いていた。しかしながら、電池特性向上のために電解液から酸化亜鉛を無くす又は酸化亜鉛濃度を低減することを試みた場合、上記組成のNi−Al−Ti−LDHの耐アルカリ性が低下しうることが判明した。これは、酸化亜鉛フリーの水酸化カリウム水溶液においては、Ni−Al−Ti−LDHのAlが溶出してβ水酸化ニッケルに転化しやすくなるためと考えられる。これに対し、本発明の機能層にあっては、Ni−Al−Ti−LDHを含む機能層にYを(例えば上記(i)及び/又は(ii)の形態で)さらに含有させることで、酸化亜鉛を含まない又は酸化亜鉛含有量が低減された水酸化カリウム水溶液のような高性能電池用電解液に対しても優れた耐アルカリ性を呈することができる。 That is, as described above, LDH for alkaline secondary batteries is desired to have high alkali resistance such that it hardly deteriorates even in a strongly alkaline electrolytic solution. In this respect, the present inventors have previously found that the Ni-Al-Ti-LDH-containing functional layer exhibits not only ionic conductivity but also good alkali resistance. At that time, in the evaluation of alkali resistance, a potassium hydroxide aqueous solution to which a predetermined amount of zinc oxide was added was used as an electrolytic solution composition assuming practical use in a zinc secondary battery. However, it has been found that when an attempt is made to eliminate zinc oxide from the electrolytic solution or reduce the zinc oxide concentration in order to improve the battery characteristics, the alkali resistance of Ni-Al-Ti-LDH having the above composition can be lowered. It is considered that this is because in the zinc oxide-free aqueous solution of potassium hydroxide, Al of Ni-Al-Ti-LDH is eluted and easily converted to β-nickel hydroxide. On the other hand, in the functional layer of the present invention, Y is further contained (for example, in the form of (i) and / or (ii) above) in the functional layer containing Ni-Al-Ti-LDH. It can also exhibit excellent alkali resistance to an electrolytic solution for a high-performance battery such as an aqueous solution of potassium hydroxide that does not contain zinc oxide or has a reduced zinc oxide content.
具体的には、機能層に含まれるLDHは、酸化亜鉛を含まない6mol/Lの水酸化カリウム水溶液中に90℃で1週間(すなわち168時間)浸漬させた場合に、結晶構造の変化が生じないのが、耐アルカリ性に特に優れる点で好ましい。結晶構造の変化の有無はXRD(X線回折)を用いた結晶構造解析(例えばLDH由来の(003)ピークのシフトの有無)により、好ましく行うことができる。水酸化カリウムは代表的な強アルカリ物質であり、上記水酸化カリウム水溶液の組成はアルカリ二次電池の代表的な強アルカリ電解液に相当するものである。したがって、かかる強アルカリ電解液に90℃もの高温で1週間もの長期間浸漬させるという上記評価手法は、過酷な耐アルカリ性試験であるといえる。アルカリ二次電池用LDHには強アルカリ性電解液中においても殆ど劣化しないといった高度な耐アルカリ性が望まれる。また、前述したように、酸化亜鉛を添加した水酸化カリウム水溶液に浸漬させた場合に耐アルカリ性に優れると判定されるようなNi−Al−Ti−LDH機能層であっても、酸化亜鉛を含まない又は酸化亜鉛含有量が低減された水酸化カリウム水溶液では耐アルカリ性が低下する。この点、本態様の機能層は、そのような水酸化カリウム水溶液を用いた上記のような過酷な耐アルカリ性試験によっても結晶構造の変化が生じないという、とりわけ優れた耐アルカリ性を有するものである。そうでありながらも、本態様の機能層は、LDH固有の性質に起因して、アルカリ二次電池用セパレータとしての使用に適した高いイオン伝導性も呈することができる。すなわち、本態様によれば、イオン伝導性のみならず耐アルカリ性にも優れたLDH含有機能層を提供することができる。 Specifically, LDH contained in the functional layer undergoes a change in crystal structure when immersed in a 6 mol / L potassium hydroxide aqueous solution containing no zinc oxide at 90 ° C. for 1 week (that is, 168 hours). It is preferable that there is no such thing because it is particularly excellent in alkali resistance. The presence or absence of a change in the crystal structure can be preferably performed by crystal structure analysis using XRD (X-ray diffraction) (for example, the presence or absence of a shift of the (003) peak derived from LDH). Potassium hydroxide is a typical strong alkaline substance, and the composition of the aqueous potassium hydroxide solution corresponds to a typical strong alkaline electrolyte of an alkaline secondary battery. Therefore, it can be said that the above-mentioned evaluation method of immersing the strong alkaline electrolyte at a high temperature of 90 ° C. for a long period of one week is a harsh alkali resistance test. LDH for alkaline secondary batteries is desired to have high alkali resistance such that it hardly deteriorates even in a strongly alkaline electrolytic solution. Further, as described above, even a Ni-Al-Ti-LDH functional layer that is judged to have excellent alkali resistance when immersed in an aqueous potassium hydroxide solution to which zinc oxide is added contains zinc oxide. Alkali resistance is reduced with an aqueous solution of potassium hydroxide that is absent or has a reduced zinc oxide content. In this respect, the functional layer of this embodiment has particularly excellent alkali resistance that the crystal structure does not change even by the above-mentioned harsh alkali resistance test using such an aqueous potassium hydroxide solution. .. Nevertheless, the functional layer of this embodiment can also exhibit high ionic conductivity suitable for use as a separator for an alkaline secondary battery due to the unique properties of LDH. That is, according to this aspect, it is possible to provide an LDH-containing functional layer having excellent not only ionic conductivity but also alkali resistance.
ところで、一般的に知られているように、LDHは、複数の水酸化物基本層と、これら複数の水酸化物基本層間に介在する中間層とから構成される。水酸化物基本層は主として金属元素(典型的には金属イオン)とOH基で構成される。機能層に含まれるLDHの中間層は、陰イオン及びH2Oで構成される。陰イオンは1価以上の陰イオン、好ましくは1価又は2価のイオンである。好ましくは、LDH中の陰イオンはOH−及び/又はCO3 2−を含む。ところで、LDHが適用されるアルカリ二次電池(例えば金属空気電池やニッケル亜鉛電池)の電解液には、高い水酸化物イオン伝導度が要求され、それ故、pHが14程度で強アルカリ性のKOH水溶液が用いられることが望まれる。このため、LDHにはこのような強アルカリ性電解液中においても殆ど劣化しないといった高度な耐アルカリ性が望まれる。したがって、本発明におけるLDHは前述したような耐アルカリ性評価により結晶構造の変化が生じないものであるのが好ましい。また、上述したとおり、LDHはその固有の性質及び上述した組成に起因して優れたイオン伝導性を有する。By the way, as is generally known, LDH is composed of a plurality of hydroxide basic layers and an intermediate layer interposed between the plurality of hydroxide basic layers. The basic hydroxide layer is mainly composed of metal elements (typically metal ions) and OH groups. An intermediate layer of LDH contained in the functional layer is composed of an anion and H 2 O. The anion is a monovalent or higher anion, preferably a monovalent or divalent ion. Preferably, the anions in LDH contain OH − and / or CO 3 2- . By the way, the electrolytic solution of an alkaline secondary battery (for example, a metal-air battery or a nickel-zinc battery) to which LDH is applied is required to have high hydroxide ion conductivity, and therefore, a strongly alkaline KOH having a pH of about 14 is required. It is desirable that an aqueous solution be used. Therefore, LDH is desired to have a high degree of alkali resistance such that it hardly deteriorates even in such a strongly alkaline electrolytic solution. Therefore, it is preferable that LDH in the present invention does not change the crystal structure by the alkali resistance evaluation as described above. Further, as described above, LDH has excellent ionic conductivity due to its unique properties and the composition described above.
本発明の典型的な態様によれば、LDHの水酸化物基本層は、Ni、Al、Ti及びOH基を含む。Yは水酸化物基本層に含まれていてもよいし、水酸化物基本層間に含まれていてもよく、LDH内のいかなる箇所に存在していてもよい。あるいは、Yは、LDHに含まれずに機能層中にLDHとは異なるY化合物(例えば水酸化イットリウム)として含まれてもよい。勿論、YがLDHに含まれるとともに機能層中に上記Y化合物として含まれていてもよい。いずれにしても、中間層は、上述のとおり、陰イオン及びH2Oで構成される。水酸化物基本層と中間層の交互積層構造自体は一般的に知られるLDHの交互積層構造と基本的に同じであるが、本態様の機能層は、LDHの水酸化物基本層をNi、Al、Ti及びOH基を含む所定の元素ないしイオンで構成し、LDH及び/又は機能層に上記Y化合物をさらに含有させることで、優れた耐アルカリ性を呈することができる。その理由は必ずしも定かではないが、本態様のLDHは、従来はアルカリ溶液に溶出しやすいと考えられていたAlが、Ni、Ti及びYとの何らかの相互作用によりアルカリ溶液に溶出しにくくなるためと考えられる。そうでありながらも、本態様の機能層は、アルカリ二次電池用セパレータとしての使用に適した高いイオン伝導性も呈することができる。LDH中のNiはニッケルイオンの形態を採りうる。LDH中のニッケルイオンは典型的にはNi2+であると考えられるが、Ni3+等の他の価数もありうるため、特に限定されない。LDH中のAlはアルミニウムイオンの形態を採りうる。LDH中のアルミニウムイオンは典型的にはAl3+であると考えられるが、他の価数もありうるため、特に限定されない。LDH中のTiはチタンイオンの形態を採りうる。LDH中のチタンイオンは典型的にはTi4+であると考えられるが、Ti3+等の他の価数もありうるため、特に限定されない。LDH中のYはイットリウムイオンの形態を採りうる。LDH中のイットリウムイオンは典型的にはY3+であると考えられるが、他の価数もありうるため、特に限定されない。水酸化物基本層は、Ni、Al、Ti及びOH基を含んでいさえすれば、他の元素ないしイオンを含んでいてもよい。例えば、水酸化物基本層はZn(典型的にはZn2+)及び/又はK(典型的にはK+)をさらに含んでいてもよい。もっとも、水酸化物基本層は、Ni、Al、Ti、OH基、及び場合によりYを主要構成要素として含むのが好ましい。すなわち、水酸化物基本層は、主としてNi、Al、Ti、OH基、及び場合によりYからなるのが好ましい。したがって、水酸化物基本層は、Ni、Al、Ti、OH基並びに場合によりY、Zn、K及び/又は不可避不純物で構成されるのが典型的である。不可避不純物は製法上不可避的に混入されうる任意元素であり、例えば原料や基材に由来してLDH中に混入しうる。上記のとおり、Ni、Al、Ti及びYの価数は必ずしも定かではないため、LDHを一般式で厳密に特定することは非実際的又は不可能である。仮に水酸化物基本層が主としてNi2+、Al3+、Ti4+、Y3+及びOH基で構成されるものと想定した場合には、対応するLDHは、一般式:Ni2+ 1−x−y(Al3+ 1−αY3+ α)xTi4+ y(OH)2An− (x+2y)/n・mH2O(式中、An−はn価の陰イオン、nは1以上の整数、好ましくは1又は2であり、0<x<1、好ましくは0.01≦x≦0.5、0<y<1、好ましくは0.01≦y≦0.5、0<x+y<1、0<α<1、好ましくは0.3≦α≦0.9、より好ましくは0.6≦α≦0.9、好ましくはmは0以上、典型的には0を超える又は1以上の実数である)なる基本組成で表すことができる。もっとも、上記一般式はあくまで「基本組成」と解されるべきであり、Ni2+、Al3+、Ti4+、Y3+等の元素がLDHの基本的特性を損なわない程度に他の元素又はイオン(同じ元素の他の価数の元素又はイオンや製法上不可避的に混入されうる元素又はイオンを含む)で置き換え可能なものとして解されるべきである。According to a typical aspect of the present invention, the hydroxide basic layer of LDH contains Ni, Al, Ti and OH groups. Y may be contained in the basic hydroxide layer, may be contained between the basic layers of hydroxide, and may be present at any place in LDH. Alternatively, Y may be contained in the functional layer as a Y compound different from LDH (for example, yttrium hydroxide) without being contained in LDH. Of course, Y may be contained in LDH and also contained as the Y compound in the functional layer. In any case, the intermediate layer, as described above, composed of an anion and H 2 O. The alternating laminated structure of the basic hydroxide layer and the intermediate layer itself is basically the same as the generally known alternating laminated structure of LDH, but in the functional layer of this embodiment, the basic hydroxide layer of LDH is made of Ni. By being composed of a predetermined element or ion containing Al, Ti and OH groups and further containing the above Y compound in the LDH and / or the functional layer, excellent alkali resistance can be exhibited. The reason is not always clear, but in the LDH of this embodiment, Al, which was conventionally thought to be easily eluted in an alkaline solution, becomes difficult to elute in an alkaline solution due to some interaction with Ni, Ti and Y. it is conceivable that. Nevertheless, the functional layer of this embodiment can also exhibit high ionic conductivity suitable for use as a separator for an alkaline secondary battery. Ni in LDH can take the form of nickel ions. Nickel ions in LDH are typically considered to be Ni 2+ , but are not particularly limited as other valences such as Ni 3+ are possible. Al in LDH can take the form of aluminum ions. Aluminum ions in LDH are typically considered to be Al 3+ , but are not particularly limited as other valences are possible. Ti in LDH can take the form of titanium ions. Titanium ions in LDH are typically considered to be Ti 4+ , but are not particularly limited as other valences such as Ti 3+ are possible. Y in LDH can take the form of yttrium ions. The yttrium ion in LDH is typically considered to be Y 3+ , but is not particularly limited as other valences are possible. The hydroxide basic layer may contain other elements or ions as long as it contains Ni, Al, Ti and OH groups. For example, the hydroxide base layer may further contain Zn (typically Zn 2+ ) and / or K (typically K +). However, the hydroxide basic layer preferably contains Ni, Al, Ti, OH groups and, in some cases, Y as main components. That is, the hydroxide basic layer is preferably composed mainly of Ni, Al, Ti, OH groups, and in some cases Y. Therefore, the hydroxide basic layer is typically composed of Ni, Al, Ti, OH groups and, in some cases, Y, Zn, K and / or unavoidable impurities. Inevitable impurities are arbitrary elements that can be unavoidably mixed in the production method, and can be mixed in LDH, for example, derived from raw materials and base materials. As described above, since the valences of Ni, Al, Ti and Y are not always fixed, it is impractical or impossible to specify LDH strictly by a general formula. Assuming that the hydroxide basic layer is mainly composed of Ni 2+ , Al 3+ , Ti 4+ , Y 3+ and OH groups, the corresponding LDH is expressed by the general formula: Ni 2+ 1-xy ( Al 3+ 1-α Y 3 + α ) x Ti 4+ y (OH) 2 A n- (x + 2y) / n · mH 2 O (In the formula, A n- is an anion of n valence, n is an integer of 1 or more, It is preferably 1 or 2, 0 <x <1, preferably 0.01 ≦ x ≦ 0.5, 0 <y <1, preferably 0.01 ≦ y ≦ 0.5, 0 <x + y <1, 0 <α <1, preferably 0.3 ≤ α ≤ 0.9, more preferably 0.6 ≤ α ≤ 0.9, preferably m is 0 or more, typically greater than 0 or greater than 1 real number It can be expressed by the basic composition. However, the above general formula should be understood as "basic composition" to the extent that elements such as Ni 2+ , Al 3+ , Ti 4+ , and Y 3+ do not impair the basic characteristics of LDH, and other elements or ions ( It should be understood as replaceable with other valence elements or ions of the same element or elements or ions that can be unavoidably mixed in the process.
機能層は、Y/Alの原子比が0.5以上であり、好ましくは1以上、より好ましくは1〜9、さらに好ましくは2〜8、特に好ましくは3〜8である。上記範囲内であると、LDHの結晶相変化をより効果的に抑制する結果、耐アルカリ性が有意に改善する。上記Y/Alの原子比はエネルギー分散型X線分析(EDS)により決定されるのが好ましい。 The functional layer has a Y / Al atomic ratio of 0.5 or more, preferably 1 or more, more preferably 1 to 9, still more preferably 2 to 8, and particularly preferably 3 to 8. Within the above range, the crystal phase change of LDH is suppressed more effectively, and as a result, the alkali resistance is significantly improved. The atomic ratio of Y / Al is preferably determined by energy dispersive X-ray analysis (EDS).
機能層は、Ti/(Y+Al)の原子比が0.1〜8であるのが好ましく、より好ましくは0.2〜7、さらに好ましくは0.2〜5である。上記範囲内であると、耐アルカリ性とイオン伝導性の両方を向上することができる。上記Y/Alの原子比はエネルギー分散型X線分析(EDS)により決定されるのが好ましい。 The functional layer preferably has an atomic ratio of Ti / (Y + Al) of 0.1 to 8, more preferably 0.2 to 7, and even more preferably 0.2 to 5. Within the above range, both alkali resistance and ionic conductivity can be improved. The atomic ratio of Y / Al is preferably determined by energy dispersive X-ray analysis (EDS).
機能層は、Ti/(Ni+Ti+Al+Y)の原子比が、0.10〜0.90であるのが好ましく、より好ましくは0.20〜0.80、さらに好ましくは0.25〜0.70、特に好ましくは0.30〜0.61である。上記範囲内であると、耐アルカリ性とイオン伝導性の両方を向上することができる。上記Ti/(Ni+Ti+Al+Y)の原子比はエネルギー分散型X線分析(EDS)により決定されるのが好ましい。 The functional layer preferably has an atomic ratio of Ti / (Ni + Ti + Al + Y) of 0.10 to 0.90, more preferably 0.25 to 0.80, still more preferably 0.25 to 0.70, and particularly. It is preferably 0.30 to 0.61. Within the above range, both alkali resistance and ionic conductivity can be improved. The atomic ratio of Ti / (Ni + Ti + Al + Y) is preferably determined by energy dispersive X-ray analysis (EDS).
機能層はチタニアをさらに含むものであってもよい。チタニアの含有により、親水性が上がり、電解液との濡れ性が向上する(すなわち伝導度が向上する)ことが期待できる。また、機能層がチタニアを含む場合、機能層に含まれるLDHはTiを含んでいなくてもよい。 The functional layer may further include titania. It can be expected that the content of titania increases the hydrophilicity and the wettability with the electrolytic solution (that is, the conductivity is improved). When the functional layer contains titania, LDH contained in the functional layer does not have to contain Ti.
機能層(特に機能層に含まれるLDH)は水酸化物イオン伝導性を有するのが好ましい。特に、機能層は0.1mS/cm以上のイオン伝導率を有するのが好ましく、より好ましくは0.5mS/cm以上、より好ましくは1.0mS/cm以上である。イオン伝導率が高ければ高い方が良く、その上限値は特に限定されないが、例えば10mS/cmである。このように高いイオン伝導率であると電池用途に特に適する。例えば、LDHの実用化のためには薄膜化による低抵抗化が望まれるが、本態様によれば望ましく低抵抗なLDH含有機能層を提供できるので、亜鉛空気電池やニッケル亜鉛電池等のアルカリ二次電池へ固体電解質セパレータとしてLDHの適用においてとりわけ有利となる。 The functional layer (particularly LDH contained in the functional layer) preferably has hydroxide ion conductivity. In particular, the functional layer preferably has an ionic conductivity of 0.1 mS / cm or more, more preferably 0.5 mS / cm or more, and more preferably 1.0 mS / cm or more. The higher the ionic conductivity, the better, and the upper limit thereof is not particularly limited, but is, for example, 10 mS / cm. Such high ionic conductivity is particularly suitable for battery applications. For example, in order to put LDH into practical use, it is desired to reduce the resistance by thinning the film. However, according to this embodiment, an LDH-containing functional layer having a desirable low resistance can be provided. It is particularly advantageous in applying LDH as a solid electrolyte separator to the next battery.
好ましくは、機能層は、多孔質基材上に設けられ、且つ/又は多孔質基材中に組み込まれる。すなわち、本発明の好ましい態様によれば、多孔質基材と、多孔質基材上に設けられ且つ/又は多孔質基材中に組み込まれる機能層とを含む、複合材料が提供される。例えば、図1に示される複合材料10のように、機能層14は、その一部が多孔質基材12中に組み込まれ、残りの部分が多孔質基材12上に設けられてもよい。このとき、機能層14のうち多孔質基材12上の部分がLDH膜からなる膜状部であり、機能層14のうち多孔質基材12に組み込まれる部分が多孔質基材とLDHで構成される複合部であるといえる。複合部は、典型的には、多孔質基材12の孔内がLDHで充填された形態となる。また、図2に示される複合材料10’のように、機能層14’の全体が多孔質基材12中に組み込まれる場合には、機能層14’は主として多孔質基材12及びLDHで構成されるといえる。図2に示される複合材料10’及び機能層14’は、図1に示される複合材料10から機能層14における膜状部(LDH膜)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。図1及び2では多孔質基材12,12’の表面近傍の一部にのみ機能層14,14’が組み込まれているが、多孔質基材のいかなる箇所に機能層が組み込まれていてもよく、例えば図3に示される複合材料10’’のように、多孔質基材12の全体又は全厚にわたって機能層14’が組み込まれていてもよい。すなわち、多孔質基材12の全体又は全厚にわたってLDHが多孔質基材12の孔を塞いで全体として機能層14’’をなすものであってもよい。
Preferably, the functional layer is provided on and / or incorporated into the porous substrate. That is, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a composite material comprising a porous substrate and a functional layer provided on and / or incorporated into the porous substrate. For example, as in the
ところで、本発明の機能層は多孔質基材による支持を必須としたものではなく、図4に示されるような、多孔質基材を伴わない形態の自立した機能層14’’’であってもよいことはいうまでもない。そのような自立した機能層14’’’は、(i)図1に示されるような複合材料10を作製した後、(ii)多孔質基材12を研磨、切削等の公知の手法により除去して膜状部(LDH膜)を残すことにより作製することができる。
By the way, the functional layer of the present invention does not necessarily require support by a porous base material, but is a self-supporting functional layer 14'''' in a form without a porous base material as shown in FIG. Needless to say, it is good. Such a self-supporting functional layer 14'''is removed by a known method such as (i) polishing, cutting, or the like, after (i) preparing the
本発明の複合材料における多孔質基材は、その上及び/又は中にLDH含有機能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含有機能層を形成するのが典型的ではあるが、無孔質基材上にLDH含有機能層を成膜し、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機能層に到達可能に構成できる点で好ましい。 The porous base material in the composite material of the present invention is preferably one capable of forming an LDH-containing functional layer on and / or in the composite material, and the material and the porous structure are not particularly limited. Although it is typical to form an LDH-containing functional layer on and / or in a porous substrate, an LDH-containing functional layer is formed on a non-porous substrate and then pore-free by various known methods. The quality substrate may be made porous. In any case, it is preferable that the porous substrate has a porous structure having water permeability because the electrolytic solution can be configured to reach the functional 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く、より好ましくはセラミックス材料及び高分子材料からなる群から選択される少なくとも1種で構成される。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緻密性に優れたLDH含有機能層を形成しやすい。金属材料の好ましい例としては、アルミニウム、亜鉛、及びニッケルが挙げられる。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)、セルロース、ナイロン、ポリエチレン及びそれらの任意の組合せが挙げられる。上述した各種の好ましい材料はいずれも電池の電解液に対する耐性として耐アルカリ性を有するものである。 The porous substrate is preferably composed of at least one selected from the group consisting of ceramic materials, metal materials, and polymer materials, and more preferably selected from the group consisting of ceramic materials and polymer materials. It is composed of at least one type. The porous substrate is more preferably composed of a ceramic material. In this case, preferred examples of the ceramic material include alumina, zirconia, titania, magnesia, spinel, calcia, cordylite, zeolite, mulite, ferrite, zinc oxide, silicon carbide, and any combination thereof, which is 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, it is easy to form an LDH-containing functional layer having excellent density. Preferred examples of metallic materials include aluminum, zinc, and nickel. Preferred examples of the polymer material are polystyrene, polyether sulfone, polypropylene, epoxy resin, polyphenylene sulfide, hydrophilized fluororesin (tetrafluororesin: PTFE, etc.), cellulose, nylon, polyethylene and any combination thereof. Can be mentioned. All of the various preferred materials described above have alkali resistance as resistance to the electrolytic solution of the battery.
多孔質基材は高分子材料で構成されるのが特に好ましい。高分子多孔質基材には、1)フレキシブル性を有する(それ故薄くしても割れにくい)、2)気孔率を高くしやすい、3)伝導率を高くしやすい(気孔率を高めながら厚さを薄くできるため)、4)製造及びハンドリングしやすいといった利点がある。特に好ましい高分子材料は、耐熱水性、耐酸性及び耐アルカリ性に優れ、しかも低コストである点から、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンであり、最も好ましくはポリプロピレンである。多孔質基材が高分子材料で構成される場合、機能層が多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれている(例えば多孔質基材内部の大半又はほぼ全部の孔がLDHで埋まっている)のが特に好ましい。この場合における高分子多孔質基材の好ましい厚さは、5〜200μmであり、より好ましくは5〜100μm、さらに好ましくは5〜30μmである。このような高分子多孔質基材として、リチウム電池用セパレータとして市販されているような微多孔膜を好ましく用いることができる。 It is particularly preferable that the porous substrate is composed of a polymer material. The polymer porous substrate has 1) flexibility (hence, it is hard to break even if it is thinned), 2) easy to increase the porosity, and 3) easy to increase the conductivity (thickness while increasing the porosity). It has the advantages of being easy to manufacture and handle. Particularly preferable polymer materials are polyolefins such as polypropylene and polyethylene, and most preferably polypropylene, because they are excellent in heat resistance, acid resistance and alkali resistance, and are low in cost. When the porous substrate is composed of a polymer material, the functional layer is incorporated over the entire thickness direction of the porous substrate (for example, most or almost all the pores inside the porous substrate are filled with LDH. ) Is particularly preferable. In this case, the preferable thickness of the polymer porous substrate is 5 to 200 μm, more preferably 5 to 100 μm, and further preferably 5 to 30 μm. As such a polymer porous substrate, a microporous membrane as commercially available as a separator for a lithium battery can be preferably used.
多孔質基材は、最大100μm以下の平均気孔径を有するのが好ましく、より好ましくは最大50μm以下であり、例えば、典型的には0.001〜1.5μm、より典型的には0.001〜1.25μm、さらに典型的には0.001〜1.0μm、特に典型的には0.001〜0.75μm、最も典型的には0.001〜0.5μmである。これらの範囲内とすることで多孔質基材に所望の透水性、及び支持体としての強度を確保しながら、透水性を有しない程に緻密なLDH含有機能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画像をもとに気孔の最長距離を測長することにより行うことができる。この測定に用いる電子顕微鏡画像の倍率は20000倍以上であり、得られた全ての気孔径をサイズ順に並べて、その平均値から近い順に上位15点及び下位15点、合わせて1視野あたり30点で2視野分の平均値を算出して、平均気孔径を得ることができる。測長には、SEMのソフトウェアの測長機能や画像解析ソフト(例えば、Photoshop、Adobe社製)等を用いることができる。 The porous substrate preferably has an average pore diameter of up to 100 μm or less, more preferably up to 50 μm or less, typically 0.001 to 1.5 μm, more typically 0.001. It is ~ 1.25 μm, more typically 0.001 to 1.0 μm, particularly typically 0.001 to 0.75 μm, and most typically 0.001 to 0.5 μm. Within these ranges, it is possible to form an LDH-containing functional layer that is so dense that it does not have water permeability while ensuring the desired water permeability and strength as a support 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 image of the surface of the porous substrate. The magnification of the electron microscope image used for this measurement is 20000 times or more, and all the obtained pore diameters are arranged in order of size, and the top 15 points and the bottom 15 points are arranged in order from the average value, for a total of 30 points per field of view. The average pore diameter can be obtained by calculating the average value for two fields of view. 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.
多孔質基材は、10〜60%の気孔率を有するのが好ましく、より好ましくは15〜55%、さらに好ましくは20〜50%である。これらの範囲内とすることで多孔質基材に所望の透水性、及び支持体としての強度を確保しながら、透水性を有しない程に緻密なLDH含有機能層を形成することができる。多孔質基材の気孔率はアルキメデス法により好ましく測定することができる。もっとも、多孔質基材が高分子材料で構成され、機能層が多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれている場合、多孔質基材の気孔率は30〜60%が好ましく、より好ましくは40〜60%である。 The porous substrate preferably has a porosity of 10 to 60%, more preferably 15 to 55%, still more preferably 20 to 50%. Within these ranges, it is possible to form an LDH-containing functional layer that is so dense that it does not have water permeability while ensuring the desired water permeability and strength as a support in the porous substrate. The porosity of the porous substrate can be preferably measured by the Archimedes method. However, when the porous base material is composed of a polymer material and the functional layer is incorporated over the entire area in the thickness direction of the porous base material, the porosity of the porous base material is preferably 30 to 60%, more preferably. It is preferably 40 to 60%.
機能層は通気性を有しないのが好ましい。すなわち、機能層は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。なお、本明細書において「通気性を有しない」とは、後述する実施例で採用される「緻密性判定試験」又はそれに準ずる手法ないし構成で通気性を評価した場合に、水中で測定対象物(すなわち機能層及び/又は多孔質基材)の一面側にヘリウムガスを0.5atmの差圧で接触させても他面側からヘリウムガスに起因する泡の発生がみられないことを意味する。こうすることで、機能層又は複合材料は、全体として、その水酸化物イオン伝導性に起因して水酸化物イオンのみを選択的に通すものとなり、電池用セパレータとしての機能を呈することができる。電池用固体電解質セパレータとしてLDHの適用を考えた場合、バルク形態のLDH緻密体では高抵抗であるとの問題があったが、本発明の好ましい態様においては、多孔質基材により強度を付与できるため、LDH含有機能層を薄くして低抵抗化を図ることができる。その上、多孔質基材は透水性及び通気性を有しうるため、電池用固体電解質セパレータとして使用された際に電解液がLDH含有機能層に到達可能な構成となりうる。すなわち、本発明のLDH含有機能層及び複合材料は、金属空気電池(例えば亜鉛空気電池)及びその他各種亜鉛二次電池(例えばニッケル亜鉛電池)等の各種電池用途に適用可能な固体電解質セパレータとして、極めて有用な材料となりうる。 The functional layer is preferably non-breathable. That is, it is preferable that the functional layer is densified with LDH to the extent that it does not have air permeability. In addition, in this specification, "not having air permeability" means an object to be measured in water when the air permeability is evaluated by the "denseness determination test" adopted in the examples described later or a method or configuration similar thereto. It means that even if helium gas is brought into contact with one surface side (that is, the functional layer and / or the porous substrate) at a differential pressure of 0.5 atm, no bubbles are generated due to helium gas from the other surface side. .. By doing so, the functional layer or the composite material can selectively pass only hydroxide ions due to its hydroxide ion conductivity as a whole, and can exhibit a function as a battery separator. .. When considering the application of LDH as a solid electrolyte separator for batteries, there is a problem that LDH dense bodies in bulk form have high resistance, but in a preferred embodiment of the present invention, strength can be imparted by a porous substrate. Therefore, the LDH-containing functional layer can be made thin to reduce the resistance. Moreover, since the porous substrate can have water permeability and breathability, the electrolyte solution can reach the LDH-containing functional layer when used as a solid electrolyte separator for a battery. That is, the LDH-containing functional layer and composite material of the present invention can be used as a solid electrolyte separator applicable to various battery applications such as metal-air batteries (for example, zinc-air batteries) and other various zinc secondary batteries (for example, nickel-zinc batteries). It can be a very useful material.
機能層又はそれを備えた複合材料は、単位面積あたりのHe透過度が10cm/min・atm以下であるのが好ましく、より好ましくは5.0cm/min・atm以下、さらに好ましくは1.0cm/min・atm以下である。このような範囲内のHe透過度を有する機能層は緻密性が極めて高いといえる。したがって、He透過度が10cm/min・atm以下である機能層は、アルカリ二次電池においてセパレータとして適用した場合に、水酸化物イオン以外の物質の通過を高いレベルを阻止することができる。例えば、亜鉛二次電池の場合、電解液中においてZnの透過(典型的には亜鉛イオン又は亜鉛酸イオンの透過)を極めて効果的に抑制することができる。こうしてZn透過が顕著に抑制されることで、亜鉛二次電池に用いた場合に亜鉛デンドライトの成長を効果的に抑制できるものと原理的に考えられる。He透過度は、機能層の一方の面にHeガスを供給して機能層にHeガスを透過させる工程と、He透過度を算出して機能層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ガス透過時に機能層に加わる差圧P、及びHeガスが透過する膜面積Sを用いて、F/(P×S)の式により算出する。このようにHeガスを用いてガス透過性の評価を行うことにより、極めて高いレベルでの緻密性の有無を評価することができ、その結果、水酸化物イオン以外の物質(特に亜鉛デンドライト成長を引き起こすZn)を極力透過させない(極微量しか透過させない)といった高度な緻密性を効果的に評価することができる。これは、Heガスが、ガスを構成しうる多種多様な原子ないし分子の中でも最も小さい構成単位を有しており、しかも反応性が極めて低いためである。すなわち、Heは、分子を形成することなく、He原子単体でHeガスを構成する。この点、水素ガスはH2分子により構成されるため、ガス構成単位としてはHe原子単体の方がより小さい。そもそもH2ガスは可燃性ガスのため危険である。そして、上述した式により定義されるHeガス透過度という指標を採用することで、様々な試料サイズや測定条件の相違を問わず、緻密性に関する客観的な評価を簡便に行うことができる。こうして、機能層が亜鉛二次電池用セパレータに適した十分に高い緻密性を有するのか否かを簡便、安全かつ効果的に評価することができる。He透過度の測定は、後述する実施例の評価8に示される手順に従って好ましく行うことができる。The functional layer or the composite material provided with the functional layer preferably has a He transmittance of 10 cm / min · atm or less, more preferably 5.0 cm / min · atm or less, and further preferably 1.0 cm / atm per unit area. It is less than or equal to min · atm. It can be said that the functional layer having He transmittance within such a range has extremely high density. Therefore, a functional layer having a He permeability of 10 cm / min · atm or less can block a high level of passage of substances other than hydroxide ions when applied as a separator in an alkaline secondary battery. For example, in the case of a zinc secondary battery, the permeation of Zn (typically the permeation of zinc ions or zincate ions) in the electrolytic solution can be suppressed extremely effectively. By significantly suppressing Zn permeation in this way, it is considered in principle that the growth of zinc dendrite can be effectively suppressed when used in a zinc secondary battery. The He permeability is measured through a step of supplying He gas to one surface of the functional layer to allow the He gas to permeate through the functional layer, and a step of calculating the He permeability and evaluating the density of the functional layer. To. The He permeability is determined by the formula F / (P × S) using the permeation amount F of the He gas per unit time, the differential pressure P applied to the functional layer when the He gas permeates, and the membrane area S through which the He gas permeates. Calculated by By evaluating the gas permeability using He gas in this way, it is possible to evaluate the presence or absence of denseness at an extremely high level, and as a result, substances other than hydroxide ions (particularly zinc dendrite growth) can be evaluated. It is possible to effectively evaluate a high degree of denseness such that the causing Zn) is not transmitted as much as possible (only a very small amount is transmitted). This is because He gas has the smallest structural unit among a wide variety of atoms or molecules that can form a gas, and has extremely low reactivity. That is, He constitutes He gas by a single He atom without forming a molecule. In this respect, since hydrogen gas is composed of H 2 molecules, the He atom alone is smaller as a gas constituent unit. In the first place, H 2 gas is dangerous because it is a flammable gas. Then, by adopting the index of He gas permeability defined by the above formula, it is possible to easily objectively evaluate the density regardless of the difference in various sample sizes and measurement conditions. In this way, it is possible to easily, safely and effectively evaluate whether or not the functional layer has sufficiently high density suitable for a separator for a zinc secondary battery. The measurement of He permeability can be preferably performed according to the procedure shown in Evaluation 8 of Examples described later.
機能層は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機能層の低抵抗化を実現できる。機能層が多孔質基材上にLDH膜として形成される場合、機能層の厚さはLDH膜からなる膜状部の厚さに相当する。また、機能層が多孔質基材中に組み込まれて形成される場合には、機能層の厚さは多孔質基材及びLDHからなる複合部の厚さに相当する。なお、機能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膜状部(LDH膜)と複合部(多孔質基材及びLDH)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 functional 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. By being thin in this way, it is possible to realize a low resistance of the functional layer. When the functional layer is formed as an LDH film on a porous substrate, the thickness of the functional layer corresponds to the thickness of the film-like portion made of the LDH film. When the functional layer is formed by being incorporated into the porous substrate, the thickness of the functional layer corresponds to the thickness of the composite portion composed of the porous substrate and LDH. When the functional layer is formed on and across the porous substrate, it corresponds to the total thickness of the film-like portion (LDH film) and the composite portion (porous substrate and LDH). In any case, if 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 film is not particularly limited because it varies depending on the application, but it is preferably 1 μm or more, more preferably 1 μm or more, in order to secure a certain degree of hardness desired for a functional film such as a separator. Is 2 μm or more.
LDH含有機能層及び複合材料の製造方法は特に限定されず、既に知られるLDH含有機能層及び複合材料の製造方法(例えば特許文献1及び2を参照)の諸条件を適宜変更することにより作製することができる。例えば、(1)多孔質基材を用意し、(2)多孔質基材にアルミナ、チタニア及びイットリアの混合ゾルを塗布して熱処理することでアルミナ・チタニア・イットリア層を形成させ、(3)ニッケルイオン(Ni2+)及び尿素を含む原料水溶液に多孔質基材を浸漬させ、(4)原料水溶液中で多孔質基材を水熱処理して、LDH含有機能層を多孔質基材上及び/又は多孔質基材中に形成させることにより、LDH含有機能層及び複合材料を製造することができる。特に、上記工程(2)においてアルミナ・チタニア・イットリア層を多孔質基材に形成することで、LDHの原料を与えるのみならず、LDH結晶成長の起点として機能させて多孔質基材の表面に高度に緻密化されたLDH含有機能層をムラなく均一に形成することができる。また、上記工程(3)において尿素が存在することで、尿素の加水分解を利用してアンモニアが溶液中に発生することによりpH値が上昇し、共存する金属イオンが水酸化物を形成することによりLDHを得ることができる。また、加水分解に二酸化炭素の発生を伴うため、陰イオンが炭酸イオン型のLDHを得ることができる。The method for producing the LDH-containing functional layer and the composite material is not particularly limited, and the LDH-containing functional layer and the composite material are produced by appropriately changing the conditions of the already known methods for producing the LDH-containing functional layer and the composite material (see, for example, Patent Documents 1 and 2). be able to. For example, (1) a porous base material is prepared, (2) a mixed sol of alumina, titania, and itria is applied to the porous base material and heat-treated to form an alumina-titania-itria layer, and (3) The porous base material is immersed in an aqueous solution of a raw material containing nickel ions (Ni 2+ ) and urea, and (4) the porous base material is hydrothermally heat-treated in the aqueous solution of the raw material to put an LDH-containing functional layer on the porous base material and / Alternatively, the LDH-containing functional layer and the composite material can be produced by forming the LDH-containing functional layer in the porous substrate. In particular, by forming the alumina titania yttria layer on the porous substrate in the above step (2), not only the raw material for LDH is provided, but also the surface of the porous substrate is made to function as a starting point for LDH crystal growth. A highly densified LDH-containing functional layer can be uniformly and uniformly formed. Further, in the presence of urea in the above step (3), the pH value rises due to the generation of ammonia in the solution by utilizing the hydrolysis of urea, and the coexisting metal ions form a hydroxide. LDH can be obtained by. In addition, since hydrolysis involves the generation of carbon dioxide, anions can obtain carbonate ion-type LDH.
特に、多孔質基材が高分子材料で構成され、機能層が多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれている複合材料を作製する場合、上記(2)におけるアルミナ、チタニア及びイットリアの混合ゾルの基材への塗布を、混合ゾルが基材内部の全体又は大部分に浸透させるような手法で行うのが好ましい。こうすることで最終的に多孔質基材内部の大半又はほぼ全部の孔をLDHで埋めることができる。好ましい塗布手法の例としては、ディップコート、ろ過コート等が挙げられ、特に好ましくはディップコートである。ディップコート等の塗布回数を調整することで、混合ゾルの付着量を調整することができる。ディップコート等により混合ゾルが塗布された基材は、乾燥させた後、上記(3)及び(4)の工程を実施すればよい。 In particular, when a composite material is produced in which the porous base material is composed of a polymer material and the functional layer is incorporated over the entire thickness direction of the porous base material, the alumina, titania and yttria in (2) above are used. It is preferable that the mixed sol is applied to the base material by a method in which the mixed sol permeates the entire or most of the inside of the base material. By doing so, most or almost all the pores inside the porous substrate can be finally filled with LDH. Examples of a preferable coating method include a dip coating, a filtration coating and the like, and a dip coating is particularly preferable. By adjusting the number of times the dip coat or the like is applied, the amount of the mixed sol adhered can be adjusted. The base material coated with the mixed sol by dip coating or the like may be dried and then the above steps (3) and (4) may be carried out.
本発明の変形態様として、LDHがTiを含んでおらず、その代わりに機能層がチタニアを含む態様も採用可能である。すなわち、この変形態様による機能層は、層状複水酸化物がNi及びAlを含み、かつ、機能層がY及びチタニアをさらに含み、Y/Alの原子比が0.5以上であるものである。この場合、(i)LDHがNi、Al及びYを含むものであってもよい。あるいは、(ii)LDHがNi及びAlを含み、かつ、機能層が層状複水酸化物とは異なるY化合物を含むものであってもよい。上記(i)及び(ii)の両方を満たすものであってもよい。したがって、LDHがTiを含む代わりに機能層がチタニアを含むこと以外は、既に詳述した機能層及び複合材料に関する説明は本変形態様にも当てはまる。 As a modification of the present invention, a mode in which LDH does not contain Ti and the functional layer contains titania can be adopted instead. That is, in the functional layer according to this modification, the layered double hydroxide contains Ni and Al, the functional layer further contains Y and titania, and the atomic ratio of Y / Al is 0.5 or more. .. In this case, (i) LDH may contain Ni, Al and Y. Alternatively, (ii) LDH may contain Ni and Al, and the functional layer may contain a Y compound different from the layered double hydroxide. It may satisfy both (i) and (ii) above. Therefore, the above description of the functional layer and the composite material also applies to this modification, except that the functional layer contains titania instead of the LDH containing Ti.
本発明の機能層ないし複合材料は亜鉛空気電池やニッケル亜鉛電池等のアルカリ二次電池の他、例えばニッケル水素電池にも使用することができる。この場合、機能層ないし複合材料は当該電池の自己放電の要因であるナイトライドシャトル(nitride shuttle)(硝酸基の電極間移動)をブロックする機能を果たす。また、本発明の機能層ないし複合材料は、リチウム電池(リチウム金属が負極の電池)、リチウムイオン電池(負極がカーボン等の電池)あるいはリチウム空気電池等にも使用可能である。 The functional layer or composite material of the present invention can be used not only for alkaline secondary batteries such as zinc-air batteries and nickel-zinc batteries, but also for nickel-metal hydride batteries, for example. In this case, the functional layer or the composite material functions to block the nitride shuttle (movement of nitric acid groups between electrodes), which is a factor of self-discharge of the battery. Further, the functional layer or composite material of the present invention can also be used for a lithium battery (a battery having a negative electrode of lithium metal as a negative electrode), a lithium ion battery (a battery having a negative electrode of carbon or the like), a lithium air battery or the like.
本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
例A1〜A5
各種組成のLDHを含む機能層を以下の手順により作製し、評価した。 Examples A1 to A5
Functional layers containing LDH of various compositions were prepared and evaluated by the following procedure.
(1)多孔質基材の作製
ジルコニア粉末(東ソー社製、TZ−8YS)100重量部に対して、分散媒(キシレン:ブタノール=1:1)70重量部、バインダー(ポリビニルブチラール:積水化学工業株式会社製BM−2)11.1重量部、可塑剤(DOP:黒金化成株式会社製)5.5重量部、及び分散剤(花王株式会社製レオドールSP−O30)2.9重量部を混合し、この混合物を減圧下で攪拌して脱泡することにより、スラリーを得た。このスラリーを、テープ成型機を用いてPETフィルム上に、乾燥後膜厚が220μmとなるようにシート状に成型してシート成形体を得た。得られた成形体を2.0cm×2.0cm×厚さ0.022cmの大きさになるよう切り出し、1100℃で2時間焼成して、ジルコニア製多孔質基材を得た。(1) Preparation of Porous Substrate: 70 parts by weight of dispersion medium (xylene: butanol = 1: 1) and binder (Polyvinyl butyral: Sekisui Chemical Co., Ltd.) with respect to 100 parts by weight of zirconia powder (TZ-8YS manufactured by Tosoh Corporation). BM-2 manufactured by BM-2 Co., Ltd.) 11.1 parts by weight, plasticizer (DOP: manufactured by Kurokin Kasei Co., Ltd.) 5.5 parts by weight, and dispersant (Leodor SP-O30 manufactured by Kao Co., Ltd.) 2.9 parts by weight. The mixture was mixed, and the mixture was stirred under reduced pressure to defoam to obtain a slurry. This slurry was molded into a sheet on a PET film using a tape molding machine so that the film thickness would be 220 μm after drying to obtain a sheet molded body. The obtained molded product was cut into a size of 2.0 cm × 2.0 cm × thickness 0.022 cm and fired at 1100 ° C. for 2 hours to obtain a porous base material made of zirconia.
得られた多孔質基材について、多孔質基材の気孔率をアルキメデス法により測定したところ、40%であった。 With respect to the obtained porous base material, the porosity of the porous base material was measured by the Archimedes method and found to be 40%.
また、多孔質基材の平均気孔径を測定したところ0.2μm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、その平均値から近い順に上位15点及び下位15点、合わせて1視野あたり30点で2視野分の平均値を算出して、平均気孔径を得た。測長には、SEMのソフトウェアの測長機能を用いた。 Moreover, when the average pore diameter of the porous base material was measured, it was 0.2 μm. 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 was 20000 times, and all the obtained pore diameters were arranged in order of size, and the top 15 points and the bottom 15 points were arranged in order from the average value, for a total of 1 field of view. The average value for two fields of view was calculated at 30 points to obtain the average pore diameter. For the length measurement, the length measurement function of the SEM software was used.
(2)多孔質基材へのアルミナ・チタニア・イットリアゾルコート
市販の無定形アルミナ溶液、市販の酸化チタンゾル溶液、及び市販の酸化イットリウムゾルをY/Al原子比及びTi/(Y+Al)原子比がそれぞれ表1に示される原子比となるように混合して混合ゾルを作製した。混合ゾル0.2mlを上記(1)で得られたジルコニア製多孔質基材上へスピンコートにより塗布した。スピンコートは、回転数8000rpmで回転した基材へ混合ゾルを滴下してから5秒後に回転を止め、100℃に加熱したホットプレートへ基材を静置し、1分間乾燥させた。こうして形成された層の厚さは1μm程度であった。(2) Alumina-titania-itria sol coat on a porous substrate A commercially available amorphous alumina solution, a commercially available titanium oxide sol solution, and a commercially available yttrium oxide sol have a Y / Al atomic ratio and a Ti / (Y + Al) atomic ratio. A mixed sol was prepared by mixing them so as to have the atomic ratios shown in Table 1. 0.2 ml of the mixed sol was applied onto the zirconia-made porous substrate obtained in (1) above by spin coating. In the spin coating, the mixed sol was dropped onto the base material rotated at a rotation speed of 8000 rpm, the rotation was stopped 5 seconds later, and the base material was allowed to stand on a hot plate heated to 100 ° C. and dried for 1 minute. The thickness of the layer thus formed was about 1 μm.
(3)原料水溶液の作製
原料として、硝酸ニッケル六水和物(Ni(NO3)2・6H2O、関東化学株式会社製、及び尿素((NH2)2CO、シグマアルドリッチ製)を用意した。0.015mol/Lとなるように、硝酸ニッケル六水和物を秤量してビーカーに入れ、そこにイオン交換水を加えて全量を75mlとした。得られた溶液を攪拌した後、溶液中に尿素/NO3 −=16の割合で秤量した尿素を加え、更に攪拌して原料水溶液を得た。(3) As the manufacturing raw material of the raw aqueous solution, prepared nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. and urea ((NH 2) 2 CO, manufactured by Sigma-Aldrich) Nickel nitrate hexahydrate was weighed to 0.015 mol / L and placed in a beaker, and ion-exchanged water was added thereto to make the total volume 75 ml. After stirring the obtained solution, the solution was added. Urea weighed at a ratio of urea / NO 3 − = 16 was added thereto, and the mixture was further stirred to obtain an aqueous raw material solution.
(4)水熱処理による成膜
テフロン(登録商標)製密閉容器(オートクレーブ容器、内容量100ml、外側がステンレス製ジャケット)に上記(3)で作製した原料水溶液と上記(2)で作製した基材を共に封入した。このとき、基材はテフロン(登録商標)製密閉容器の底から浮かせて固定し、基材両面に溶液が接するように水平に設置した。その後、水熱温度120℃で24時間水熱処理を施すことにより基材表面と内部にLDHの形成を行った。所定時間の経過後、基材を密閉容器から取り出し、イオン交換水で洗浄し、70℃で10時間放置し、乾燥させて、LDHを含む機能層を、その一部が多孔質基材中に組み込まれた形で得た。得られた機能層の厚さは(多孔質基材に組み込まれた部分の厚さを含めて)約5μmであった。
(5)評価
得られた機能層ないし複合材料に対して以下に記載の評価を行った。(4) Film formation by hydrothermal treatment A Teflon (registered trademark) closed container (autoclave container,
(5) Evaluation The following evaluation was performed on the obtained functional layer or composite material.
評価1:機能層の同定
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、機能層の結晶相を測定してXRDプロファイルを得た。得られたXRDプロファイルについて、JCPDSカードNO.35−0964に記載されるLDH(ハイドロタルサイト類化合物)、01−071−1169に記載されるTiO2、00−014−0117に記載されるβ−Ni(OH)2の回折ピークを用いて同定を行った。その結果、例A1〜A5のいずれの機能層も(後述の耐アルカリ試験前においては)LDH(ハイドロタルサイト類化合物)であることが同定された。 Evaluation 1 : Identification of the functional layer The crystal phase of the functional layer is measured with an X-ray diffractometer (RINT TTR III manufactured by Rigaku Co., Ltd.) under the measurement conditions of voltage: 50 kV, current value: 300 mA, and measurement range: 10 to 70 °. The XRD profile was obtained. Regarding the obtained XRD profile, JCPDS card No. Using the diffraction peaks of LDH (hydrotalcite compounds) described in 35-0964, TiO 2 described in 01-071-1169, and β-Ni (OH) 2 described in 00-014-1117. Identification was performed. As a result, it was identified that all the functional layers of Examples A1 to A5 were LDH (hydrotalcite compounds) (before the alkali resistance test described later).
評価2:耐アルカリ性評価
酸化亜鉛を含まない6mol/Lの水酸化カリウム水溶液1.5mlと、2cm×2cmのサイズの試料をテフロン(登録商標)製密閉容器に入れ、90℃で1週間(すなわち168時間)保持した後、試料を密閉容器から取り出した。取り出した試料を室温で1晩乾燥させた。得られた試料について、XRDによる結晶構造観察を上記同様に行い、浸漬前後における結晶相の変化の有無を確認した。 Evaluation 2 : Alkali resistance evaluation 1.5 ml of a 6 mol / L potassium hydroxide aqueous solution containing no zinc oxide and a sample having a size of 2 cm × 2 cm were placed in a closed container made of Teflon (registered trademark) and placed at 90 ° C. for 1 week (that is, that is). After holding (168 hours), the sample was taken out of the closed container. The removed sample was dried overnight at room temperature. The crystal structure of the obtained sample was observed by XRD in the same manner as described above, and the presence or absence of a change in the crystal phase before and after immersion was confirmed.
表1に示されるとおり、Y/Al比が0.5以上になると結晶相の変化が有意に低減して耐アルカリ性が改善し、2以上になると結晶相の変化が無くなり耐アルカリ性が更に改善することが分かる。なお、上記表1に記載されるY/Al比及びTi(Y+Al)比は混合ゾル中における原子比であるが、最終的に得られる機能層においても同じ原子比になるものと考えられる。また、これらの例において、LDHはNi、Ti、Al及びYを含むものと考えられる。一方で、LDHがNi、Ti及びAlを含み、かつ、機能層がLDHとは異なるY化合物をさらに含んでいるという可能性も否定できない。いずれにしても機能層がYを含んでいることには変わりはない。 As shown in Table 1, when the Y / Al ratio is 0.5 or more, the change in the crystal phase is significantly reduced and the alkali resistance is improved, and when it is 2 or more, the change in the crystal phase disappears and the alkali resistance is further improved. You can see that. The Y / Al ratio and the Ti (Y + Al) ratio shown in Table 1 above are atomic ratios in the mixed sol, but it is considered that the same atomic ratio is also obtained in the finally obtained functional layer. Further, in these examples, LDH is considered to contain Ni, Ti, Al and Y. On the other hand, it cannot be denied that LDH contains Ni, Ti and Al, and the functional layer further contains a Y compound different from LDH. In any case, the functional layer still contains Y.
例B1〜B7(参考)
本発明の機能層及び複合材料の基本的性能を実証するための一助とすべく、Yを含む本発明の機能層組成ではないが、Yを含まないこと以外は本発明の機能層組成と共通又は類似する組成の機能層の作製及び評価例を以下に示す。具体的には、Ni、Al及びTi含有LDHを含む(但しYを含まない)機能層及び複合材料に関する参考例を、比較例としてのMg及びAl含有LDHを含む(但しYを含まない)機能層及び複合材料に関する比較例とともに以下に示す。なお、以下の例で作製される機能層及び複合材料の評価方法は以下のとおりとした。 Examples B1 to B7 (reference)
It is not the functional layer composition of the present invention containing Y, but is common to the functional layer composition of the present invention except that it does not contain Y, in order to help demonstrate the basic performance of the functional layer and the composite material of the present invention. Alternatively, an example of preparation and evaluation of a functional layer having a similar composition is shown below. Specifically, a reference example relating to a functional layer containing Ni, Al and Ti-containing LDH (but not including Y) and a composite material, and a function containing Mg and Al-containing LDH (but not including Y) as a comparative example. Shown below with comparative examples of layers and composites. The evaluation method of the functional layer and the composite material produced in the following example was as follows.
評価1:機能層の同定
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、機能層の結晶相を測定してXRDプロファイルを得た。得られたXRDプロファイルについて、JCPDSカードNO.35−0964に記載されるLDH(ハイドロタルサイト類化合物)の回折ピークを用いて同定を行った。 Evaluation 1 : Identification of the functional layer The crystal phase of the functional layer is measured with an X-ray diffractometer (RINT TTR III manufactured by Rigaku Co., Ltd.) under the measurement conditions of voltage: 50 kV, current value: 300 mA, and measurement range: 10 to 70 °. The XRD profile was obtained. Regarding the obtained XRD profile, JCPDS card No. Identification was performed using the diffraction peak of LDH (hydrotalcite compound) described in 35-0964.
評価2:微構造の観察
機能層の表面微構造を走査型電子顕微鏡(SEM、JSM−6610LV、JEOL社製)を用いて10〜20kVの加速電圧で観察した。また、イオンミリング装置(日立ハイテクノロジーズ社製、IM4000によって、機能層(LDH膜からなる膜状部とLDH及び基材からなる複合部)の断面研磨面を得た後に、この断面研磨面の微構造を表面微構造の観察と同様の条件でSEMにより観察した。 Evaluation 2 : Observation of microstructure The surface microstructure of the functional layer was observed with an acceleration voltage of 10 to 20 kV using a scanning electron microscope (SEM, JSM-6610LV, manufactured by JEOL Ltd.). Further, after obtaining a cross-section polished surface of a functional layer (a film-like part made of an LDH film and a composite part made of an LDH and a base material) by an ion milling device (IM4000 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), the fineness of the cross-section polished surface The structure was observed by SEM under the same conditions as the observation of the surface microstructure.
評価3:元素分析評価(EDS)I
クロスセクションポリッシャ(CP)により、機能層(LDH膜からなる膜状部とLDH及び基材からなる複合部)の断面研磨面が観察できるように研磨した。FE−SEM(ULTRA55、カールツァイス製)により、機能層(LDH膜からなる膜状部とLDH及び基材からなる複合部)の断面イメージを10000倍の倍率で1視野取得した。この断面イメージの基材表面のLDH膜と基材内部のLDH部分(点分析)についてEDS分析装置(NORAN System SIX、サーモフィッシャーサイエンティフィック製)により、加速電圧15kVの条件にて、元素分析を行った。 Evaluation 3 : Elemental Analysis Evaluation (EDS) I
The cross-section polisher (CP) was used to polish the functional layer (a film-like portion made of LDH film and a composite portion made of LDH and a base material) so that the cross-sectional polished surface could be observed. By FE-SEM (ULTRA55, manufactured by Carl Zeiss), a cross-sectional image of a functional layer (a film-like part made of LDH film and a composite part made of LDH and a base material) was acquired in one visual field at a magnification of 10000 times. Elemental analysis of the LDH film on the surface of the substrate and the LDH portion (point analysis) inside the substrate in this cross-sectional image was performed using an EDS analyzer (NORAN System SIX, manufactured by Thermo Fisher Scientific) under the condition of an acceleration voltage of 15 kV. went.
評価4:元素分析評価(EDS)II
Ti/(Ni+Ti+Al)の原子比を算出すべく、機能層表面に対してEDS分析装置(装置名:X−act、オックスフォード・インストゥルメンツ社製)を用いた組成分析を行った。この分析は、1)加速電圧20kV、倍率5,000倍で像を取り込み、2)点分析モードで5μm程度間隔を空け、3点分析を行い、3)上記1)及び2)をさらに2回繰り返し行い、4)合計9点の平均値を算出することにより行った。 Evaluation 4 : Elemental Analysis Evaluation (EDS) II
In order to calculate the atomic ratio of Ti / (Ni + Ti + Al), composition analysis was performed on the surface of the functional layer using an EDS analyzer (device name: X-act, manufactured by Oxford Instruments). In this analysis, 1) an image is captured at an acceleration voltage of 20 kV and a magnification of 5,000 times, 2) three-point analysis is performed at intervals of about 5 μm in the point analysis mode, and 3) 1) and 2) above are repeated twice. It was repeated, and 4) the average value of a total of 9 points was calculated.
評価5:耐アルカリ性評価
6mol/Lの水酸化カリウム水溶液に酸化亜鉛を溶解させて、0.4mol/Lの濃度で酸化亜鉛を含む5mol/Lの水酸化カリウム水溶液を得た。こうして得られた水酸化カリウム水溶液15mlをテフロン(登録商標)製密閉容器に入れた。1cm×0.6cmのサイズの複合材料を機能層が上を向くように密閉容器の底に設置し、蓋を閉めた。その後、70℃(例B1〜B5)又は30℃(例B6)で1週間(すなわち168時間)、3週間(すなわち504時間)又は7週間(1176時間)保持した後、複合材料を密閉容器から取り出した。取り出した複合材料を室温で1晩乾燥させた。得られた試料について、SEMによる微構造観察およびXRDによる結晶構造観察を行った。XRDによる結晶構造観察においては、水酸化カリウム水溶液への浸漬前後でのLDHの(003)ピークに関して、0.25°を超えるピーク位置(2θ)のシフトが生じた場合に、結晶構造が有意に変化したものと判断した。 Evaluation 5 : Alkali resistance evaluation Zinc oxide was dissolved in a 6 mol / L potassium hydroxide aqueous solution to obtain a 5 mol / L potassium hydroxide aqueous solution containing zinc oxide at a concentration of 0.4 mol / L. 15 ml of the potassium hydroxide aqueous solution thus obtained was placed in a closed container made of Teflon (registered trademark). A 1 cm x 0.6 cm size composite was placed on the bottom of the closed container with the functional layer facing up and the lid closed. Then, after holding at 70 ° C. (eg B1 to B5) or 30 ° C. (eg B6) for 1 week (ie, 168 hours), 3 weeks (ie, 504 hours) or 7 weeks (1176 hours), the composite material is removed from the closed container. I took it out. The removed composite was dried overnight at room temperature. The obtained sample was subjected to microstructure observation by SEM and crystal structure observation by XRD. In the crystal structure observation by XRD, the crystal structure was significantly changed when the peak position (2θ) was shifted by more than 0.25 ° with respect to the (003) peak of LDH before and after immersion in the potassium hydroxide aqueous solution. It was judged that it had changed.
評価6:イオン伝導率の測定
電解液中での機能層の伝導率を図5に示される電気化学測定系を用いて以下のようにして測定した。複合材料試料S(LDH膜付き多孔質基材)を両側から厚み1mmシリコーンパッキン40で挟み、内径6mmのPTFE製フランジ型セル42に組み込んだ。電極46として、#100メッシュのニッケル金網をセル42内に直径6mmの円筒状にして組み込み、電極間距離が2.2mmになるようにした。電解液44として、6MのKOH水溶液をセル42内に充填した。電気化学測定システム(ポテンショ/ガルバノスタッド−周波数応答アナライザ、ソーラトロン社製1287A型及び1255B型)を用い、周波数範囲は1MHz〜0.1Hz、印加電圧は10mVの条件で測定を行い、実数軸の切片を複合材料試料S(LDH膜付き多孔質基材)の抵抗とした。上記同様の測定をLDH膜の付いていない多孔質基材のみに対しても行い、多孔質基材のみの抵抗も求めた。複合材料試料S(LDH膜付き多孔質基材)の抵抗と基材のみの抵抗の差をLDH膜の抵抗とした。LDH膜の抵抗と、LDHの膜厚及び面積を用いて伝導率を求めた。 Evaluation 6 : Measurement of ionic conductivity The conductivity of the functional layer in the electrolytic solution was measured as follows using the electrochemical measurement system shown in FIG. The composite material sample S (porous base material with LDH film) was sandwiched between both sides with a 1 mm thick silicone packing 40 and incorporated into a PTFE
評価7:緻密性判定試験
機能層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6A及び6Bに示されるように、蓋の無いアクリル容器130と、このアクリル容器130の蓋として機能しうる形状及びサイズのアルミナ治具132とを用意した。アクリル容器130にはその中にガスを供給するためのガス供給口130aが形成されている。また、アルミナ治具132には直径5mmの開口部132aが形成されており、この開口部132aの外周に沿って試料載置用の窪み132bが形成されてなる。アルミナ治具132の窪み132bにエポキシ接着剤134を塗布し、この窪み132bに複合材料試料136の機能層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の機能層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を制御して機能層136a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場合に、機能層136bは通気性を有しない程に高い緻密性を有するものと判定した。 Evaluation 7 : Denseness judgment test In order to confirm that the functional layer has a density that does not have air permeability, a density judgment test was conducted as follows. First, as shown in FIGS. 6A and 6B, an
評価8:He透過測定
He透過性の観点から機能層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7A及び図7B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に保持された機能層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。 Evaluation 8 : He Permeation Measurement A He permeation test was conducted as follows in order to evaluate the denseness of the functional layer from the viewpoint of He permeability. First, the He
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、機能層318の外周に沿って接着剤322を塗布して、中央に開口部を有する治具324(ABS樹脂製)に取り付けた。この治具324の上端及び下端に密封部材326a,326bとしてブチルゴム製のパッキンを配設し、さらに密封部材326a,326bの外側から、フランジからなる開口部を備えた支持部材328a,328b(PTFE製)で挟持した。こうして、機能層318、治具324、密封部材326a及び支持部材328aにより密閉空間316bを区画した。なお、機能層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、機能層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
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内に保持された機能層318に透過させた。このとき、圧力計312及び流量計314によりガス供給圧と流量をモニタリングした。Heガスの透過を1〜30分間行った後、He透過度を算出した。He透過度の算出は、単位時間あたりのHeガスの透過量F(cm3/min)、Heガス透過時に機能層に加わる差圧P(atm)、及びHeガスが透過する膜面積S(cm2)を用いて、F/(P×S)の式により算出した。Heガスの透過量F(cm3/min)は流量計314から直接読み取った。また、差圧Pは圧力計312から読み取ったゲージ圧を用いた。なお、Heガスは差圧Pが0.05〜0.90atmの範囲内となるように供給された。Next, He gas was supplied to the He
評価9:チタニアの同定
走査透過電子顕微鏡(STEM)(製品名:JEM−ARM200F、JEOL社製)を用いて、機能層のBF−STEM像を取得した。得られたBF−STEM像を高速フーリエ変換(FFT)解析して、FFT解析パターンを得た。得られたFFT解析パターンを、アナターゼ型酸化チタンの電子解析シミュレーション結果と比較して、FFT解析パターンから読み取れる格子定数がアナターゼ型酸化チタンと概ね一致するか否かを確認した。 Evaluation 9 : Identification of titania A BF-STEM image of the functional layer was obtained using a scanning transmission electron microscope (STEM) (product name: JEM-ARM200F, manufactured by JEOL Ltd.). The obtained BF-STEM image was analyzed by Fast Fourier Transform (FFT) to obtain an FFT analysis pattern. The obtained FFT analysis pattern was compared with the electronic analysis simulation result of anatase-type titanium oxide, and it was confirmed whether or not the lattice constant that can be read from the FFT analysis pattern was substantially the same as that of anatase-type titanium oxide.
例B1〜B5(参考)
Ni、Al及びTi含有LDHを含む機能層及び複合材料を以下の手順により作製し、評価した。 Examples B1 to B5 (reference)
Functional layers and composite materials containing LDH containing Ni, Al and Ti were prepared and evaluated by the following procedure.
(1)多孔質基材の作製
ジルコニア粉末(東ソー社製、TZ−8YS)100重量部に対して、分散媒(キシレン:ブタノール=1:1)70重量部、バインダー(ポリビニルブチラール:積水化学工業株式会社製BM−2)11.1重量部、可塑剤(DOP:黒金化成株式会社製)5.5重量部、及び分散剤(花王株式会社製レオドールSP−O30)2.9重量部を混合し、この混合物を減圧下で攪拌して脱泡することにより、スラリーを得た。このスラリーを、テープ成型機を用いてPETフィルム上に、乾燥後膜厚が220μmとなるようにシート状に成型してシート成形体を得た。得られた成形体を2.0cm×2.0cm×厚さ0.022cmの大きさになるよう切り出し、1100℃で2時間焼成して、ジルコニア製多孔質基材を得た。(1) Preparation of Porous Substrate: 70 parts by weight of dispersion medium (xylene: butanol = 1: 1) and binder (polyvinyl butyral: Sekisui Chemical Co., Ltd.) with respect to 100 parts by weight of zirconia powder (TZ-8YS manufactured by Tosoh Corporation). BM-2 manufactured by BM-2 Co., Ltd.) 11.1 parts by weight, plasticizer (DOP: manufactured by Kurokin Kasei Co., Ltd.) 5.5 parts by weight, and dispersant (Leodor SP-O30 manufactured by Kao Co., Ltd.) 2.9 parts by weight. The mixture was mixed, and the mixture was stirred under reduced pressure to defoam to obtain a slurry. This slurry was molded into a sheet on a PET film using a tape molding machine so that the film thickness would be 220 μm after drying to obtain a sheet molded body. The obtained molded product was cut into a size of 2.0 cm × 2.0 cm × thickness 0.022 cm and fired at 1100 ° C. for 2 hours to obtain a porous base material made of zirconia.
得られた多孔質基材について、多孔質基材の気孔率をアルキメデス法により測定したところ、40%であった。 With respect to the obtained porous base material, the porosity of the porous base material was measured by the Archimedes method and found to be 40%.
また、多孔質基材の平均気孔径を測定したところ0.2μm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、その平均値から近い順に上位15点及び下位15点、合わせて1視野あたり30点で2視野分の平均値を算出して、平均気孔径を得た。測長には、SEMのソフトウェアの測長機能を用いた。 Moreover, when the average pore diameter of the porous base material was measured, it was 0.2 μm. 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 was 20000 times, and all the obtained pore diameters were arranged in order of size, and the top 15 points and the bottom 15 points were arranged in order from the average value, for a total of 1 field of view. The average value for two fields of view was calculated at 30 points to obtain the average pore diameter. For the length measurement, the length measurement function of the SEM software was used.
(2)多孔質基材へのアルミナ・チタニアゾルコート
無定形アルミナ溶液(Al−ML15、多木化学株式会社製)と酸化チタンゾル溶液(M6 多木化学株式会社製)を表2に示されるTi/Al原子比となるように混合して混合ゾルを作製した。混合ゾル0.2mlを上記(1)で得られたジルコニア製多孔質基材上へスピンコートにより塗布した。スピンコートは、回転数8000rpmで回転した基材へ混合ゾルを滴下してから5秒後に回転を止め、100℃に加熱したホットプレートへ基材を静置し、1分間乾燥させた。その後、電気炉にて300℃で熱処理を行った。こうして形成された層の厚さは1μm程度であった。(2) Alumina-titania sol coating on a porous base material Atypical alumina solution (Al-ML15, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) and titanium oxide sol solution (M6 manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) are shown in Table 2. A mixed sol was prepared by mixing so as to have an Al atomic ratio. 0.2 ml of the mixed sol was applied onto the zirconia-made porous substrate obtained in (1) above by spin coating. In the spin coating, the mixed sol was dropped onto the base material rotated at a rotation speed of 8000 rpm, the rotation was stopped 5 seconds later, and the base material was allowed to stand on a hot plate heated to 100 ° C. and dried for 1 minute. Then, the heat treatment was performed at 300 ° C. in an electric furnace. The thickness of the layer thus formed was about 1 μm.
(3)原料水溶液の作製
原料として、硝酸ニッケル六水和物(Ni(NO3)2・6H2O、関東化学株式会社製、及び尿素((NH2)2CO、シグマアルドリッチ製)を用意した。0.015mol/Lとなるように、硝酸ニッケル六水和物を秤量してビーカーに入れ、そこにイオン交換水を加えて全量を75mlとした。得られた溶液を攪拌した後、溶液中に尿素/NO3 −(モル比)=16の割合で秤量した尿素を加え、更に攪拌して原料水溶液を得た。(3) As the manufacturing raw material of the raw aqueous solution, prepared nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc. and urea ((NH 2) 2 CO, manufactured by Sigma-Aldrich) Nickel nitrate hexahydrate was weighed to 0.015 mol / L and placed in a beaker, and ion-exchanged water was added thereto to make the total volume 75 ml. After stirring the obtained solution, the solution was added. urea / NO 3 in - urea weighed at a ratio (molar ratio) = 16 was added and further stirred to obtain a raw material solution.
(4)水熱処理による成膜
テフロン(登録商標)製密閉容器(オートクレーブ容器、内容量100ml、外側がステンレス製ジャケット)に上記(3)で作製した原料水溶液と上記(2)で作製した基材を共に封入した。このとき、基材はテフロン(登録商標)製密閉容器の底から浮かせて固定し、基材両面に溶液が接するように水平に設置した。その後、水熱温度150℃で72時間(例B1)又は水熱温度120℃で24時間(例B2〜B5)水熱処理を施すことにより基材表面と内部にLDHの形成を行った。所定時間の経過後、基材を密閉容器から取り出し、イオン交換水で洗浄し、70℃で10時間乾燥させて、LDHを含む機能層を、その一部が多孔質基材中に組み込まれた形で得た。得られた機能層の厚さは(多孔質基材に組み込まれた部分の厚さを含めて)約5μmであった。(4) Film formation by hydrothermal treatment A Teflon (registered trademark) closed container (autoclave container,
(5)評価結果
得られた機能層ないし複合材料に対して評価1〜8を行った。また、例B4についてのみ評価9も行った。結果は以下のとおりであった。(5) Evaluation Results Evaluations 1 to 8 were performed on the obtained functional layer or composite material. In addition, evaluation 9 was also performed only for Example B4. The results were as follows.
‐評価1:得られたXRDプロファイルから、例B1〜B5で得られた機能層はLDH(ハイドロタルサイト類化合物)であることが同定された。図8に、例B1で得られたXRDプロファイルを示す。なお、図8には多孔質基材を構成するジルコニア由来のピークも併せて示されている。
‐評価2:例B1で得られた機能層の表面微構造及び断面微構造のSEM画像はそれぞれ図9A及び9Bに示されるとおりであった。図9Bに示されるとおり、機能層は、LDH膜からなる膜状部と、膜状部の下に位置するLDH及び多孔質基材からなる複合部とから構成されていることが分かった。また、膜状部を構成するLDHは、複数の板状粒子の集合体で構成され、これら複数の板状粒子がそれらの板面が多孔質基材の表面(多孔構造に起因する微細凹凸を無視できる程度に巨視的に観察した場合における多孔質基材の面)と垂直に又は斜めに交差するような向きに配向していた。一方、複合部は、多孔質基材の孔内にLDHが充填されて緻密な層を構成していた。例B2〜B5で得られた機能層の表面微構造及び断面微構造も例B1と概ね同様であった。
‐評価3:EDS元素分析の結果、機能層に含まれるLDH、すなわち基材表面のLDH膜と基材内のLDH部分のいずれにおいても、LDH構成元素であるC、Al、Ti及びNiが検出された。すなわち、Al、Ti及びNiは水酸化物基本層の構成元素である一方、CはLDHの中間層を構成する陰イオンであるCO3 2−に対応する。
‐評価4:EDS元素分析により算出された、各機能層表面のTi/(Ni+Ti+Al)の原子比は表2に示されるとおりであった。-Evaluation 1: From the obtained XRD profile, it was identified that the functional layer obtained in Examples B1 to B5 is LDH (hydrotalcite compound). FIG. 8 shows the XRD profile obtained in Example B1. Note that FIG. 8 also shows a peak derived from zirconia that constitutes the porous substrate.
-Evaluation 2: SEM images of the surface microstructure and cross-sectional microstructure of the functional layer obtained in Example B1 were as shown in FIGS. 9A and 9B, respectively. As shown in FIG. 9B, it was found that the functional layer was composed of a film-like portion made of an LDH film and a composite part made of an LDH and a porous substrate located below the film-like portion. LDH, which constitutes a film-like portion, is composed of an aggregate of a plurality of plate-like particles, and these plurality of plate-like particles have a surface of a porous base material (fine irregularities due to a porous structure). It was oriented so as to intersect vertically or diagonally with the surface of the porous substrate when observed macroscopically to a negligible degree. On the other hand, in the composite portion, LDH was filled in the pores of the porous base material to form a dense layer. The surface microstructure and cross-sectional microstructure of the functional layer obtained in Examples B2 to B5 were also substantially the same as in Example B1.
-Evaluation 3: As a result of EDS elemental analysis, LDH constituent elements C, Al, Ti and Ni were detected in both the LDH film contained in the functional layer, that is, the LDH film on the surface of the base material and the LDH portion in the base material. Was done. That, Al, while Ti and Ni as an element of a hydroxide base layer, C is corresponding to the CO 3 2- is an anion constituting the intermediate layer of the LDH.
-Evaluation 4: The atomic ratio of Ti / (Ni + Ti + Al) on the surface of each functional layer calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 2.
‐評価5:例B1〜B5について得られたSEM観察結果は表2に示されるとおりであった。また、KOH水溶液への浸漬前、1週間浸漬後及び3週間浸漬後における例B1の機能層の表面微構造を撮影したSEM画像は図10に示されるとおりであった。さらに、KOH水溶液への浸漬前、3週間浸漬後及び7週間浸漬後における例B2及びB4の機能層の断面微構造を撮影したSEM画像は図12及び13Aに示されるとおりであり、例B4の機能層の表面微構造を撮影したSEM画像は図13Bに示されるとおりであった。表2並びに図10、12、13A及び13Bから分かるように、70℃の水酸化カリウム水溶液に3週間浸漬させた後においても、例B1〜B5の機能層の微構造に変化はみられなかった。特に、表2及び図13A及び13Bから分かるように、Ti/(Ni+Ti+Al)比が高い例B3〜B5の試料においては、70℃の水酸化カリウム水溶液に7週間浸漬させた後においても、機能層の微構造に変化はみられなかった。なお、70℃という高温の水酸化カリウム水溶液への浸漬は、30℃という低温の場合と比べて、かなり過酷な耐アルカリ性加速試験であるといえる。このため、3週間の浸漬時間に耐えうるだけも十分な耐アルカリ性を有するものと評価できるが、7週間もの浸漬時間に耐えうることは特に優れた耐アルカリ性を有するものと評価できる。ところで、図12に示される例B2のLDH膜はKOH水溶液への7週間浸漬後に微構造が顕著に変化しているが、LDH膜の下地となる多孔質基材の孔内にもLDHが充填されているため、複合材料全体としての緻密性は依然として確保されるものと解される。 -Evaluation 5: The SEM observation results obtained for Examples B1 to B5 were as shown in Table 2. Further, SEM images of the surface microstructure of the functional layer of Example B1 before, 1 week, and 3 weeks of immersion in the KOH aqueous solution were as shown in FIG. Further, SEM images of the cross-sectional microstructures of the functional layers of Examples B2 and B4 before, 3 weeks, and 7 weeks of immersion in the KOH aqueous solution are as shown in FIGS. 12 and 13A, and are as shown in Examples B4. The SEM image of the surface microstructure of the functional layer was as shown in FIG. 13B. As can be seen from Table 2 and FIGS. 10, 12, 13A and 13B, no change was observed in the microstructure of the functional layers of Examples B1 to B5 even after being immersed in a potassium hydroxide aqueous solution at 70 ° C. for 3 weeks. .. In particular, as can be seen from Table 2 and FIGS. 13A and 13B, in the samples of Examples B3 to B5 having a high Ti / (Ni + Ti + Al) ratio, the functional layer was even after being immersed in a potassium hydroxide aqueous solution at 70 ° C. for 7 weeks. No change was observed in the microstructure of. It can be said that the immersion in the potassium hydroxide aqueous solution having a high temperature of 70 ° C. is a considerably harsher alkali resistance acceleration test as compared with the case of a low temperature of 30 ° C. Therefore, it can be evaluated that it has sufficient alkali resistance to withstand the immersion time of 3 weeks, but it can be evaluated that it has particularly excellent alkali resistance to withstand the immersion time of 7 weeks. By the way, although the microstructure of the LDH film of Example B2 shown in FIG. 12 has changed remarkably after being immersed in the KOH aqueous solution for 7 weeks, LDH is also filled in the pores of the porous substrate that is the base of the LDH film. Therefore, it is understood that the denseness of the composite material as a whole is still ensured.
例B1〜B5について得られたXRD結果は表2に示されるとおりであった。また、KOH水溶液への浸漬前、1週間浸漬後及び3週間浸漬後における例B1の機能層のX線回折結果は図11に示されるとおりであった。表2及び図11から分かるように、70℃の水酸化カリウム水溶液に3週間浸漬させた後においても例B1〜B5のいずれにおいても結晶構造に有意な変化はみられなかった。特に、表2から分かるように、Ti/(Ni+Ti+Al)比が高い例B2〜B5の試料においては、70℃の水酸化カリウム水溶液に7週間浸漬させた後においても、結晶構造に有意な変化はみられなかった。実際、例B1の機能層に含まれるLDHの(003)ピークの位置は、KOH水溶液への浸漬前、1週間浸漬後及び3週間浸漬後のいずれの機能層においても、2θ=11.36であった。 The XRD results obtained for Examples B1 to B5 were as shown in Table 2. The X-ray diffraction results of the functional layer of Example B1 before, 1 week, and 3 weeks of immersion in the KOH aqueous solution were as shown in FIG. As can be seen from Table 2 and FIG. 11, no significant change was observed in the crystal structure in any of Examples B1 to B5 even after being immersed in the potassium hydroxide aqueous solution at 70 ° C. for 3 weeks. In particular, as can be seen from Table 2, in the samples of Examples B2 to B5 having a high Ti / (Ni + Ti + Al) ratio, there was no significant change in the crystal structure even after being immersed in a potassium hydroxide aqueous solution at 70 ° C. for 7 weeks. I couldn't see it. In fact, the position of the (003) peak of LDH contained in the functional layer of Example B1 is 2θ = 11.36 in any of the functional layers before, 1 week, and 3 weeks of immersion in the KOH aqueous solution. there were.
‐評価6:例B1〜B5の機能層のイオン伝導率は2.0〜2.5mS/cmであり、後述する比較例である例B6と同等レベルであった。
‐評価7:例B1〜B5の機能層及び複合材料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。
‐評価8:例B1〜B5の機能層及び複合材料のHe透過度は0.0cm/min・atmであった。
‐評価9:例B4の機能層について、図14に示されるBF−STEM像及びFFT解析パターンが得られた。このFFT解析パターンから読み取れる格子定数は図14に示されるアナターゼ型酸化チタンの電子解析シミュレーション結果と概ね一致しており、チタニアを含むことが確認された。-Evaluation 6: The ionic conductivity of the functional layers of Examples B1 to B5 was 2.0 to 2.5 mS / cm, which was the same level as that of Example B6, which is a comparative example described later.
-Evaluation 7: It was confirmed that the functional layers and composite materials of Examples B1 to B5 have high density so as not to have air permeability.
-Evaluation 8: The He permeability of the functional layers and composite materials of Examples B1 to B5 was 0.0 cm / min · atm.
-Evaluation 9: For the functional layer of Example B4, the BF-STEM image and FFT analysis pattern shown in FIG. 14 were obtained. The lattice constant that can be read from this FFT analysis pattern is almost the same as the electronic analysis simulation result of anatase-type titanium oxide shown in FIG. 14, and it was confirmed that it contains titania.
例B6(比較)
Mg及びAl含有LDHを含む機能層及び複合材料を以下の手順により作製し、評価した。 Example B6 (comparison)
A functional layer and a composite material containing Mg and Al-containing LDH were prepared and evaluated by the following procedure.
(1)多孔質基材の作製
アルミナ粉末(住友化学社製、AES−12)100重量部に対して、分散媒(キシレン:ブタノール=1:1)70重量部、バインダー(ポリビニルブチラール:積水化学工業株式会社製BM−2)11.1重量部、可塑剤(DOP:黒金化成株式会社製)5.5重量部、及び分散剤(花王株式会社製レオドールSP−O30)2.9重量部を混合し、この混合物を減圧下で攪拌して脱泡することにより、スラリーを得た。このスラリーを、テープ成型機を用いてPETフィルム上に、乾燥後膜厚が220μmとなるようにシート状に成型してシート成形体を得た。得られた成形体を2.0cm×2.0cm×厚さ0.022cmの大きさになるよう切り出し、1300℃で2時間焼成して、アルミナ製多孔質基材を得た。(1) Preparation of Porous Substrate: 70 parts by weight of dispersion medium (xylene: butanol = 1: 1) and binder (polyvinyl butyral: Sekisui Kagaku) with respect to 100 parts by weight of alumina powder (AES-12 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) BM-2) 11.1 parts by weight, plasticizer (DOP: Kurokin Kasei Co., Ltd.) 5.5 parts by weight, and dispersant (Kao Corporation Leodor SP-O30) 2.9 parts by weight Was mixed, and the mixture was stirred under reduced pressure to defoam to obtain a slurry. This slurry was molded into a sheet on a PET film using a tape molding machine so that the film thickness would be 220 μm after drying to obtain a sheet molded body. The obtained molded product was cut into a size of 2.0 cm × 2.0 cm × thickness 0.022 cm and fired at 1300 ° C. for 2 hours to obtain a porous alumina base material.
得られた多孔質基材について、多孔質基材の気孔率をアルキメデス法により測定したところ、40%であった。 With respect to the obtained porous base material, the porosity of the porous base material was measured by the Archimedes method and found to be 40%.
また、多孔質基材の平均気孔径を測定したところ0.3μm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、その平均値から近い順に上位15点及び下位15点、合わせて1視野あたり30点で2視野分の平均値を算出して、平均気孔径を得た。測長には、SEMのソフトウェアの測長機能を用いた。 The average pore diameter of the porous substrate was measured and found to be 0.3 μm. 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 was 20000 times, and all the obtained pore diameters were arranged in order of size, and the top 15 points and the bottom 15 points were arranged in order from the average value, for a total of 1 field of view. The average value for two fields of view was calculated at 30 points to obtain the average pore diameter. For the length measurement, the length measurement function of the SEM software was used.
(2)ポリスチレンスピンコート及びスルホン化
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8YSZ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。(2) Polystyrene spin coating and sulfonated A spin coating solution having a polystyrene concentration of 0.06 g / ml was prepared by dissolving 0.6 g of a polystyrene substrate in 10 ml of a xylene solution. 0.1 ml of the obtained spin coating solution was dropped onto an 8YSZ porous substrate and applied by spin coating at a rotation speed of 8000 rpm. This spin coating was performed for 200 seconds including dropping and drying. The porous substrate coated with the spin coating solution was immersed in 95% sulfuric acid at 25 ° C. for 4 days to sulfonate.
(3)原料水溶液の作製
原料として、硝酸マグネシウム六水和物(Mg(NO3)2・6H2O、関東化学株式会社製)、硝酸アルミニウム九水和物(Al(NO3)3・9H2O、関東化学株式会社製)、及び尿素((NH2)2CO、シグマアルドリッチ製)を用意した。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70mlとした。得られた溶液を攪拌した後、溶液中に尿素/NO3 −(モル比)=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 hexahydrate 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. The mixture was placed in a beaker, and ion-exchanged water was added thereto to make a total volume of 70 ml. The resulting solution was stirred and urea in the solution / NO 3 - urea weighed at a ratio (molar ratio) = 4 was added and further stirred to obtain a raw material 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100ml、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)でスルホン化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LDH配向膜の形成を行った。所定時間の経過後、基材を密閉容器から取り出し、イオン交換水で洗浄し、70℃で10時間乾燥させて、LDHを含む機能層を、その一部が多孔質基材中に組み込まれた形で得た。得られた機能層の厚さは(多孔質基材に組み込まれた部分の厚さを含めて)約3μmであった。(4) Film formation by hydrothermal treatment A Teflon (registered trademark) airtight container (
(5)評価結果
得られた機能層ないし複合材料に対して評価1〜3及び5〜8を行った。結果は以下のとおりであった。
‐評価1:得られたXRDプロファイルから、機能層はLDH(ハイドロタルサイト類化合物)であることが同定された。
‐評価2:機能層の表面微構造及び断面微構造のSEM画像はそれぞれ図15A及び15Bに示されるとおりであった。例B1で得られた機能層と概ね同様に、LDH膜からなる膜状部と、膜状部の下に位置するLDH及び多孔質基材からなる複合部とから構成される機能層が観察された。
‐評価3:EDS元素分析の結果、機能層に含まれるLDH、すなわち基材表面のLDH膜と基材内のLDH部分のいずれにおいても、LDH構成元素であるC、Mg及びAlが検出された。すなわち、Mg及びAlは水酸化物基本層の構成元素である一方、CはLDHの中間層を構成する陰イオンであるCO3 2−に対応する。
‐評価5:KOH水溶液への浸漬前及び1週間浸漬後における機能層の表面微構造を撮影したSEM画像は図16に示されるとおりであった。図16から分かるように、例B1〜B5の70℃よりも低い30℃の水酸化カリウム水溶液に1週間浸漬させた後ですら(すなわち例B1よりも穏やかなアルカリ条件ですら)、機能層の微構造に変化がみられた。また、KOH水溶液への浸漬前及び1週間浸漬後における機能層のX線回折結果は図17に示されるとおりであった。図17から分かるように、例B1〜B5の70℃よりも低い30℃の水酸化カリウム水溶液に1週間浸漬させた後ですら(すなわち例B1〜B5よりも穏やかなアルカリ条件ですら)、結晶構造に変化がみられた。特に、機能層に含まれるLDHの(003)ピークの位置は、KOH水溶液への浸漬前が2θ=11.70であったのに対し、1週間浸漬後には2θ=11.44にシフトしていた。この(003)ピークのシフトは、LDHに含まれるAlがKOH水溶液に溶出してLDHを劣化させたことを示唆しうるものである。これらの結果より、例B6の機能層は例B1の機能層よりも耐アルカリ性に劣る、すなわち参考例である例B1の機能層は比較例である例B6の機能層よりも耐アルカリ性に優れることが分かった。
‐評価6:機能層の伝導率は2.0mS/cmであった。
‐評価7:機能層及び複合材料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。
‐評価8:機能層及び複合材料のHe透過度は0.0cm/min・atmであった。(5) Evaluation Results Evaluations 1 to 3 and 5 to 8 were performed on the obtained functional layer or composite material. The results were as follows.
-Evaluation 1: From the obtained XRD profile, it was identified that the functional layer was LDH (hydrotalcite compound).
-Evaluation 2: SEM images of the surface microstructure and cross-sectional microstructure of the functional layer were as shown in FIGS. 15A and 15B, respectively. Similar to the functional layer obtained in Example B1, a functional layer composed of a film-like portion composed of an LDH film and a composite portion composed of LDH and a porous substrate located below the film-like portion was observed. It was.
-Evaluation 3: As a result of EDS elemental analysis, LDH constituent elements C, Mg and Al were detected in both the LDH film contained in the functional layer, that is, the LDH film on the surface of the base material and the LDH portion in the base material. .. That, Mg and Al whereas a constituent element of a hydroxide base layer, C is corresponding to the CO 3 2- is an anion constituting the intermediate layer of the LDH.
-Evaluation 5: SEM images of the surface microstructure of the functional layer before and after immersion in the KOH aqueous solution were as shown in FIG. As can be seen from FIG. 16, even after a week of immersion in an aqueous potassium hydroxide solution at 30 ° C., which is lower than 70 ° C. in Examples B1 to B5 (ie, even under milder alkaline conditions than Example B1), the functional layer Changes were seen in the microstructure. The X-ray diffraction results of the functional layer before and after immersion in the KOH aqueous solution were as shown in FIG. As can be seen from FIG. 17, crystals even after being immersed in an aqueous potassium hydroxide solution at 30 ° C., which is lower than 70 ° C. in Examples B1 to B5, for one week (that is, even in milder alkaline conditions than Examples B1 to B5). There was a change in the structure. In particular, the position of the (003) peak of LDH contained in the functional layer was 2θ = 11.70 before immersion in the KOH aqueous solution, but shifted to 2θ = 11.44 after immersion for one week. It was. This shift of the (003) peak can suggest that Al contained in LDH was eluted in the KOH aqueous solution and deteriorated LDH. From these results, the functional layer of Example B6 is inferior in alkali resistance to the functional layer of Example B1, that is, the functional layer of Example B1 which is a reference example is superior to the functional layer of Example B6 which is a comparative example. I found out.
-Evaluation 6: The conductivity of the functional layer was 2.0 mS / cm.
-Evaluation 7: It was confirmed that the functional layer and the composite material have high density so as not to have air permeability.
-Evaluation 8: The He permeability of the functional layer and the composite material was 0.0 cm / min · atm.
例B7(参考)
高分子多孔質基材を用いて、Ni、Al及びTi含有LDHを含む機能層及び複合材料を以下の手順により作製し、評価した。 Example B7 (reference)
Using the polymer porous substrate, a functional layer and a composite material containing LDH containing Ni, Al and Ti were prepared and evaluated by the following procedure.
(1)高分子多孔質基材の準備
気孔率50%、平均気孔径0.1μm及び厚さ20μmの市販のポリプロピレン製多孔質基材を、2.0cm×2.0cmの大きさになるように切り出した。(1) Preparation of Polymer Porous Substrate A commercially available polypropylene porous substrate having a porosity of 50%, an average pore diameter of 0.1 μm and a thickness of 20 μm is adjusted to have a size of 2.0 cm × 2.0 cm. Cut out to.
(2)高分子多孔質基材へのアルミナ・チタニアゾルコート
無定形アルミナ溶液(Al−ML15、多木化学株式会社製)と酸化チタンゾル溶液(M6、多木化学株式会社製)をTi/Al(原子比)=2となるように混合して混合ゾルを作製した。混合ゾルを、上記(1)で用意された基材へディップコートにより塗布した。ディップコートは、混合ゾル100mlに基材を浸漬させてから垂直に引き上げ、90℃の乾燥機中で5分間乾燥させることにより行った。(2) Alumina-titania sol coating on polymer porous substrate Atypical alumina solution (Al-ML15, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) and titanium oxide sol solution (M6, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) are mixed with Ti / Al (M6, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.). A mixed sol was prepared by mixing so that the atomic ratio) = 2. The mixed sol was applied to the substrate prepared in (1) above by dip coating. The dip coating was performed by immersing the base material in 100 ml of the mixed sol, pulling it up vertically, and drying it in a dryer at 90 ° C. for 5 minutes.
(3)原料水溶液の作製
例B1(3)と同様にして、原料水溶液を作製した。(3) Preparation of Raw Material Aqueous Solution A raw material aqueous solution was prepared in the same manner as in Example B1 (3).
(4)水熱処理による成膜
テフロン(登録商標)製密閉容器(オートクレーブ容器、内容量100ml、外側がステンレス製ジャケット)に原料水溶液とディップコートされた基材を共に封入した。このとき、基材はテフロン(登録商標)製密閉容器の底から浮かせて固定し、基材両面に溶液が接するように水平に設置した。その後、水熱温度120℃で24時間水熱処理を施すことにより基材表面と内部にLDHの形成を行った。所定時間の経過後、基材を密閉容器から取り出し、イオン交換水で洗浄し、70℃で10時間乾燥させて、LDHを含む機能層を、多孔質基材中に組み込まれた形で得た。(4) Film formation by hydrothermal treatment A Teflon (registered trademark) closed container (autoclave container,
(5)評価結果
得られた機能層ないし複合材料に対して評価1〜8を行った。結果は以下のとおりであった。
‐評価1:得られたXRDプロファイルから、機能層はLDH(ハイドロタルサイト類化合物)であることが同定された。
‐評価2:機能層ないし複合材料の断面微構造のSEM画像は図18に示されるとおりであった。図18から分かるように、機能層が多孔質基材の厚さ方向の全域にわたって組み込まれていること、すなわち多孔質基材の孔が万遍なくLDHで埋まっていることが観察された。
‐評価3:EDS元素分析の結果、機能層に含まれるLDH、すなわち基材表面のLDH膜と基材内のLDH部分のいずれにおいても、LDH構成元素であるC、Al、Ti及びNiが検出された。すなわち、Al、Ti及びNiは水酸化物基本層の構成元素である一方、CはLDHの中間層を構成する陰イオンであるCO3 2−に対応する。
‐評価4:EDS元素分析により算出された、各機能層表面のTi/(Ni+Ti+Al)の原子比は0.38であった。
‐評価5:70℃の水酸化カリウム水溶液に3週間ないし7週間浸漬させた後においても、例B1〜B5の機能層の微構造に変化はみられなかった。
‐評価6:機能層の伝導率は2.0mS/cmであり、前述の例B1〜B6と同等であった。
‐評価7:機能層及び複合材料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。
‐評価8:機能層及び複合材料のHe透過度は0.0cm/min・atmであった。(5) Evaluation Results Evaluations 1 to 8 were performed on the obtained functional layer or composite material. The results were as follows.
-Evaluation 1: From the obtained XRD profile, it was identified that the functional layer was LDH (hydrotalcite compound).
-Evaluation 2: The SEM image of the cross-sectional microstructure of the functional layer or composite material was as shown in FIG. As can be seen from FIG. 18, it was observed that the functional layer was incorporated over the entire area of the porous substrate in the thickness direction, that is, the pores of the porous substrate were evenly filled with LDH.
-Evaluation 3: As a result of EDS elemental analysis, LDH constituent elements C, Al, Ti and Ni were detected in both the LDH film contained in the functional layer, that is, the LDH film on the surface of the base material and the LDH portion in the base material. Was done. That, Al, while Ti and Ni as an element of a hydroxide base layer, C is corresponding to the CO 3 2- is an anion constituting the intermediate layer of the LDH.
-Evaluation 4: The atomic ratio of Ti / (Ni + Ti + Al) on the surface of each functional layer calculated by EDS elemental analysis was 0.38.
-Evaluation 5: No change was observed in the microstructure of the functional layers of Examples B1 to B5 even after being immersed in a potassium hydroxide aqueous solution at 70 ° C. for 3 to 7 weeks.
-Evaluation 6: The conductivity of the functional layer was 2.0 mS / cm, which was equivalent to that of Examples B1 to B6 described above.
-Evaluation 7: It was confirmed that the functional layer and the composite material have high density so as not to have air permeability.
-Evaluation 8: The He permeability of the functional layer and the composite material was 0.0 cm / min · atm.
Claims (12)
(ii)前記層状複水酸化物がNi、Ti及びAlを含み、かつ、前記機能層が前記層状複水酸化物とは異なるY化合物を含む、請求項1に記載の機能層。(I) The layered double hydroxide contains Ni, Ti, Al and Y, and / or (ii) The layered double hydroxide contains Ni, Ti and Al, and the functional layer is the layered double hydroxide. The functional layer according to claim 1, which contains a Y compound different from hydroxide.
前記多孔質基材上に設けられ、且つ/又は前記多孔質基材中に組み込まれる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の機能層と、
を含む、複合材料。Porous substrate and
The functional layer according to any one of claims 1 to 9, which is provided on the porous substrate and / or is incorporated in the porous substrate.
Including composite materials.
A battery comprising the functional layer according to any one of claims 1 to 9 or the composite material according to claim 10 or 11 as a separator.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017250919 | 2017-12-27 | ||
| JP2017250919 | 2017-12-27 | ||
| PCT/JP2018/046116 WO2019131221A1 (en) | 2017-12-27 | 2018-12-14 | Functional layer containing layered double hydroxide, and composite material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2019131221A1 JPWO2019131221A1 (en) | 2020-11-19 |
| JP6864758B2 true JP6864758B2 (en) | 2021-04-28 |
Family
ID=67067209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019563002A Active JP6864758B2 (en) | 2017-12-27 | 2018-12-14 | Functional layers and composite materials containing layered double hydroxides |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6864758B2 (en) |
| TW (1) | TW201934476A (en) |
| WO (1) | WO2019131221A1 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7441308B2 (en) * | 2020-05-11 | 2024-02-29 | 日本碍子株式会社 | LDH separator and zinc secondary battery |
| JP7441309B2 (en) * | 2020-05-11 | 2024-02-29 | 日本碍子株式会社 | LDH separator and zinc secondary battery |
| WO2022113433A1 (en) * | 2020-11-30 | 2022-06-02 | 日本碍子株式会社 | Battery using layered double hydroxide-like compound |
| CN116325215B (en) * | 2020-11-30 | 2025-11-04 | 日本碍子株式会社 | Batteries using layered double hydroxide compounds |
| JP7717825B2 (en) * | 2021-10-06 | 2025-08-04 | 日本碍子株式会社 | LDH separator, its manufacturing method, and zinc secondary battery |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4702512B2 (en) * | 2003-09-19 | 2011-06-15 | 戸田工業株式会社 | Hydrotalcite compound particle powder and aqueous dispersion containing the hydrotalcite compound particle powder |
| JP5568726B2 (en) * | 2009-03-09 | 2014-08-13 | 名古屋市 | Titanium oxide / layered double hydroxide composite and method for producing the same |
| GB201405543D0 (en) * | 2014-03-27 | 2014-05-14 | Isis Innovation | High surface area layered double hydroxides |
| CN107004928B (en) * | 2014-12-02 | 2020-05-26 | 日本碍子株式会社 | Zinc air secondary battery |
-
2018
- 2018-12-14 WO PCT/JP2018/046116 patent/WO2019131221A1/en not_active Ceased
- 2018-12-14 JP JP2019563002A patent/JP6864758B2/en active Active
- 2018-12-25 TW TW107146874A patent/TW201934476A/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2019131221A1 (en) | 2020-11-19 |
| WO2019131221A1 (en) | 2019-07-04 |
| TW201934476A (en) | 2019-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6557771B2 (en) | Functional layer and composite material containing layered double hydroxide | |
| WO2017221989A1 (en) | Functional layer including layered double hydroxide, and composite material | |
| JP6864758B2 (en) | Functional layers and composite materials containing layered double hydroxides | |
| WO2017221531A1 (en) | Functional layer including layered double hydroxide, and composite material | |
| JP6243583B1 (en) | Functional layer and composite material containing layered double hydroxide | |
| WO2017221526A1 (en) | Functional layer including layered double hydroxide, and composite material | |
| JP2017024949A (en) | Layered double hydroxide-containing composite material | |
| JP6614728B2 (en) | Layered double hydroxide-containing composite material and battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200305 |
|
| 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: 20210317 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210402 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6864758 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |