JP7564668B2 - Anode and zinc secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、負極及び亜鉛二次電池に関するものである。 The present invention relates to a negative electrode and a zinc secondary battery.
ニッケル亜鉛二次電池、空気亜鉛二次電池等の亜鉛二次電池では、充電時に負極から金属亜鉛がデンドライト状に析出し、不織布等のセパレータの空隙を貫通して正極に到達し、その結果、短絡を引き起こすことが知られている。このような亜鉛デンドライトに起因する短絡は繰り返し充放電寿命の短縮を招く。 It is known that in zinc secondary batteries such as nickel-zinc secondary batteries and air-zinc secondary batteries, metallic zinc precipitates in the form of dendrites from the negative electrode during charging, penetrating the voids in the separator such as nonwoven fabric to reach the positive electrode, resulting in a short circuit. Such short circuits caused by zinc dendrites shorten the repeated charge/discharge life.
上記問題に対処すべく、水酸化物イオンを選択的に透過させながら、亜鉛デンドライトの貫通を阻止する、層状複水酸化物(LDH)セパレータを備えた電池が提案されている。例えば、特許文献1(国際公開第2013/118561号)には、ニッケル亜鉛二次電池においてLDHセパレータを正極及び負極間に設けることが開示されている。また、特許文献2(国際公開第2016/076047号)には、樹脂製外枠に嵌合又は接合されたLDHセパレータを備えたセパレータ構造体が開示されており、LDHセパレータがガス不透過性及び/又は水不透過性を有する程の高い緻密性を有することが開示されている。また、この文献にはLDHセパレータが多孔質基材と複合化されうることも開示されている。さらに、特許文献3(国際公開第2016/067884号)には多孔質基材の表面にLDH緻密膜を形成して複合材料を得るための様々な方法が開示されている。この方法は、多孔質基材にLDHの結晶成長の起点を与えうる起点物質を均一に付着させ、原料水溶液中で多孔質基材に水熱処理を施してLDH緻密膜を多孔質基材の表面に形成させる工程を含むものである。 To address the above problem, a battery has been proposed that includes a layered double hydroxide (LDH) separator that selectively allows hydroxide ions to pass through while preventing the penetration of zinc dendrites. For example, Patent Document 1 (WO 2013/118561) discloses that an LDH separator is provided between the positive and negative electrodes in a nickel-zinc secondary battery. Patent Document 2 (WO 2016/076047) discloses a separator structure that includes an LDH separator fitted or joined to a resin outer frame, and that the LDH separator has such high density that it is gas impermeable and/or water impermeable. This document also discloses that the LDH separator can be composited with a porous substrate. Patent Document 3 (WO 2016/067884) discloses various methods for forming an LDH dense membrane on the surface of a porous substrate to obtain a composite material. This method involves uniformly attaching a starting substance that can provide a starting point for LDH crystal growth to a porous substrate, and then subjecting the porous substrate to hydrothermal treatment in a raw aqueous solution to form a dense LDH membrane on the surface of the porous substrate.
ところで、亜鉛二次電池の短寿命化を招く別の要因として、負極活物質である亜鉛の形態変化が挙げられる。すなわち、充放電の繰り返しにより亜鉛が溶解及び析出を繰り返すにつれて、負極が形態変化して、気孔の閉塞による高抵抗化、孤立亜鉛の蓄積による充電活物質の減少等を生じ、その結果、充放電が困難になるとの問題がある。 Another factor that shortens the lifespan of zinc secondary batteries is the change in the morphology of zinc, which is the negative electrode active material. In other words, as zinc dissolves and precipitates repeatedly during repeated charging and discharging, the morphology of the negative electrode changes, causing problems such as high resistance due to blocked pores and a decrease in the charge active material due to the accumulation of isolated zinc, making charging and discharging difficult.
本発明者らは、今般、Zn粒子及びZnO粒子とともに導電助剤としてはんだを負極に用いることにより、亜鉛二次電池において、充放電の繰り返しに伴う負極の劣化を抑制して耐久性を向上し、それによりサイクル寿命を長くすることができるとの知見を得た。 The inventors have now discovered that by using solder as a conductive additive in the negative electrode together with Zn particles and ZnO particles, it is possible to suppress the deterioration of the negative electrode caused by repeated charging and discharging in a zinc secondary battery, thereby improving durability and thereby extending the cycle life.
したがって、本発明の目的は、亜鉛二次電池において、充放電の繰り返しに伴う負極の劣化を抑制して耐久性を向上し、それによりサイクル寿命を長くすることを可能とする負極を提供することにある。 The object of the present invention is therefore to provide a negative electrode in a zinc secondary battery that suppresses the deterioration of the negative electrode caused by repeated charging and discharging, improves durability, and thereby enables a longer cycle life.
本発明の一態様によれば、亜鉛二次電池に用いられる負極であって、
Zn粒子及びZnO粒子を含む負極活物質と、
はんだを含む導電助剤と、
を含む、負極が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided a negative electrode for use in a zinc secondary battery, comprising:
a negative electrode active material including Zn particles and ZnO particles;
A conductive assistant containing solder;
A negative electrode is provided, comprising:
本発明の他の一態様によれば、
正極と、
前記負極と、
前記正極と前記負極とを水酸化物イオン伝導可能に隔離するセパレータと、
電解液と、
を含む、亜鉛二次電池が提供される。
According to another aspect of the present invention,
A positive electrode and
The negative electrode;
a separator that separates the positive electrode and the negative electrode in a manner capable of conducting hydroxide ions;
An electrolyte;
A zinc secondary battery is provided, comprising:
本発明の負極は亜鉛二次電池に用いられる負極である。この負極は、負極活物質と、導電助剤とを含む。負極活物質はZn粒子及びZnO粒子を含む。導電助剤ははんだを含む。このようにZn粒子及びZnO粒子とともに導電助剤としてはんだを負極に用いることにより、亜鉛二次電池において、充放電の繰り返しに伴う負極の劣化を抑制して耐久性を向上し、それによりサイクル寿命を長くすることができる。 The negative electrode of the present invention is a negative electrode used in a zinc secondary battery. This negative electrode includes a negative electrode active material and a conductive assistant. The negative electrode active material includes Zn particles and ZnO particles. The conductive assistant includes solder. By using solder as a conductive assistant in the negative electrode together with Zn particles and ZnO particles in this way, deterioration of the negative electrode due to repeated charging and discharging in the zinc secondary battery can be suppressed, improving durability and thereby extending the cycle life.
前述のとおり、従来の負極においては、充放電の繰り返しにより亜鉛が溶解及び析出を繰り返すにつれて、負極が形態変化して、気孔の閉塞による高抵抗化、孤立亜鉛の蓄積による充電活物質の減少等を生じ、その結果、充放電が困難になるとの問題がある。この推定メカニズムは以下のようなものと考えられる。負極においては、充放電反応式:
ZnO+H2O+2OH-+2e- ⇔ Zn+4OH- … 式(1)
に従い、ZnOは充電時にZnに変化する一方、Znは放電時にZnOに変化する。しかし、充電により生じたZn粒子が放電時に全てZnO粒子に戻れる訳ではなく、Znの一部が残留して蓄積される。そして、充放電が繰り返されるにつれて必要なZnO粒子が徐々に減っていき容量が低下する。図2にこの一連の推定メカニズムが概念的に示される。図2には、Zn粒子(放電活物質)及びZnO粒子(充電活物質兼電子伝導物質)を含む負極活物質12及び集電体16を含む従来の負極10’(はんだを含まない)が電解液18及びセパレータ20とともに示されている。まず、充放電サイクル開始前においては、図2(a)に示されるように、負極10’はZnO粒子をZn粒子よりも多く含んでいる。次に、充電されると、式(1)の反応が右方向にする進行する結果、図2(b)に示されるようにZnO粒子がZn粒子に変化してZn粒子が増大する。Zn粒子は充電活物質のみならず電子伝導物質としても機能するので、Zn粒子の増加により電子伝導パスが増加する。一方、放電時には、式(1)の反応が左方向に進行する結果、図2(c)に示されるようにZn粒子がZnO粒子に変化してZn粒子が減少する。しかし、その際、集電体16から遠い負極10’表面付近(図中でAと記した領域)のZn粒子が電気的に孤立化し、放電できずにZn粒子のまま蓄積し、その結果、ZnO量が減少すると考えられる。そして、充放電が繰り返されると、図2(d)に示されるようにZn蓄積量が徐々に増加する一方、充電に必要なZnO量が徐々に減少してしまい、定格容量充電がすることができなくなる。
As mentioned above, in conventional negative electrodes, as zinc dissolves and precipitates repeatedly during charging and discharging, the morphology of the negative electrode changes, causing high resistance due to blockage of pores and a decrease in the charge active material due to accumulation of isolated zinc, which results in problems such as difficulty in charging and discharging. The estimated mechanism for this is as follows. In the negative electrode, the charge and discharge reaction formula is:
ZnO+H 2 O+2OH - +2e - ⇔ Zn+4OH - ... Formula (1)
According to the above, ZnO changes to Zn during charging, while Zn changes to ZnO during discharging. However, not all Zn particles generated by charging can be returned to ZnO particles during discharging, and some of the Zn remains and accumulates. Then, as charging and discharging are repeated, the required ZnO particles gradually decrease and the capacity decreases. This series of estimated mechanisms is conceptually shown in FIG. 2. In FIG. 2, a conventional
これに対し、図1に概念的に示されるように、本発明の負極10は、Zn粒子及びZnO粒子とともに導電助剤14としてはんだを含むものであり、この導電助剤14、すなわちはんだがZn蓄積量の増大(すなわちZnO量の減少)を抑制するものと考えられる。まず、充放電サイクル開始前においては、図1(a)に示されるように、負極10はZnO粒子をZn粒子よりも多く含んでいる。次に、充電されると、式(1)の反応が右方向に進行する結果、図1(b)に示されるようにZnO粒子がZn粒子に変化してZn粒子が増大する。Zn粒子は充電活物質のみならず電子伝導物質としても機能するので、Zn粒子の増加により電子伝導パスが増加する。一方、放電時には、式(1)の反応が左方向に進行する結果、図2(c)に示されるようにZn粒子がZnO粒子に変化してZn粒子が減少する。このとき、Zn粒子が減少しても導電助剤14(はんだ)が電子伝導パスを確保するため、集電体16から遠い負極10表面付近(図中でAと記した領域)のZn粒子とも導通がとれるため、充電により生成したZn粒子のより多くの部分(理想的にはほぼ全て)を放電に関与させることができ、その結果、ZnO粒子の減少が効果的に抑制される。すなわち、集電体16から遠い負極10表面付近におけるZn粒子の電気的な孤立化及び蓄積、並びにそれによるZnO量の減少を効果的に抑制することができる。こうして、充放電が繰り返されても、図1(d)に示されるようにZn蓄積量が徐々に増加することがなく、それ故、充電に必要なZnO量を十分に確保することができ、定格容量充電をすることができる。こうして、充放電の繰り返しに伴う負極10の劣化を抑制して耐久性を向上し、それによりサイクル寿命を長くすることができる。
In contrast, as conceptually shown in FIG. 1, the
なお、図1において負極10の上面と下面の間で導電助剤14(はんだ)の領域が繋がっていないように描かれているが、これは断面として二次元的に描かれているためであり、奥行きを考慮した三次元的には負極10の上面と下面の間で導電助剤14の領域が繋がっており、それにより導電助剤14の電子伝導パスが確保されているのが好ましい。
In FIG. 1, the area of conductive additive 14 (solder) is depicted as not being connected between the upper and lower surfaces of the
負極活物質12は、Zn粒子及びZnO粒子を含む。Zn粒子は、典型的には金属Zn粒子であるが、Zn合金やZn化合物の粒子を用いてもよい。金属Zn粒子は、亜鉛二次電池に一般的に使用される金属Zn粒子が使用可能であるが、それよりも小さい金属Zn粒子の使用が電池のサイクル寿命を長くする観点からより好ましい。具体的には、金属Zn粒子のD50粒径は、好ましくは5~200μmであり、より好ましくは8~100μmであり、さらに好ましくは10~50μmである。負極10におけるZn粒子の好ましい含有量は、ZnO粒子の含有量を100重量部とした場合に、1~50重量部であるのが好ましく、より好ましくは2~45重量部、さらに好ましくは5~35重量部である。あるいは、負極10におけるZn粒子の好ましい含有量は、ZnO粒子の含有量を100容量部とした場合に、1~40容量部であるのが好ましく、より好ましくは2~35容量部、さらに好ましくは4~30容量部である。後述するように金属Zn粒子にはIn、Bi等のドーパントがドープされていてもよい。ZnO粒子は亜鉛二次電池に用いられる市販の酸化亜鉛粉末、もしくはそれらを出発原料として用いて固相反応等により粒成長させた酸化亜鉛粉末を用いればよく特に限定されない。ZnO粒子のD50粒径は、好ましくは0.1~20μmであり、より好ましくは0.1~10μm、さらに好ましくは0.1~5μmである。
The negative electrode
負極活物質12、導電助剤14及び(負極10がバインダー樹脂を含む場合には)バインダー樹脂の合計容量に対する、負極活物質12の含有割合は、40~95容量%であるのが好ましく、より好ましくは50~90容量%、さらに好ましくは60~80容量%である。なお、はんだの含有割合の算出においては、はんだの含有量としてははんだの金属成分量(換算値)を用いるものとする一方、バインダー樹脂の含有量はバインダー樹脂の固形分量(換算値)を用いるものとする。
The content of the negative electrode
導電助剤14ははんだを含む。亜鉛二次電池の機能を損なわないかぎり、あらゆる種類のはんだが使用可能である。好ましいはんだは、Sn、Pb、Bi、In及びZnからなる群から選択される少なくとも1種を含むものであり、より好ましくは少なくともSnを含むものである。このような組成のはんだを用いることで、強アルカリの電解液(例えば水酸化カリウム水溶液)中で望ましくない反応(例えば水素の発生)が起こりにくくなる。そのような好ましいはんだの具体例としては、Sn-Pb系はんだ、Sn-Bi系はんだ、Sn-In系はんだ、Sn-Zn系はんだ、及びそれらの組合せが挙げられる。Sn-Pb系はんだ、Sn-Bi系はんだ、Sn-In系はんだ、及びSn-Zn系はんだの組成は一般的に知られている組成であることができ、特に限定されないが、典型的にはSnを40~95重量%含み、残部がPb、Bi、In、Zn等の他の元素であるものである。特に好ましい組成は、最も低温で溶融できる点で共晶組成である。Sn-Pb系はんだ、Sn-Bi系はんだ、Sn-In系はんだ、Sn-Zn系はんだの共晶組成(重量%)は、それぞれ、Sn63%-Pb37%、Sn42%-Bi58%、Sn48%-In52%、Sn91%-Zn9%である。もっとも、所望の特性が得られるかぎり、はんだの組成は共晶組成でなくてもよい。はんだは、粒径0.1~100μmの粒子状であるのが好ましく、より好ましい粒径は3~100μm、さらに好ましくは3~50μm、特に好ましくは5~30μmである。特に、はんだは三次元ネットワークを構成し、三次元ネットワークにZn粒子及びZnO粒子が組み込まれている。こうすることで充放電の繰り返しに伴う導電助剤14の望ましくない移動を効果的に抑制でき、導電助剤14を所望の位置に効果的に保持することができる。はんだの三次元ネットワークははんだ粒子を溶融させて互いに結合させることにより形成することができる。なお、導電助剤14ははんだのみで構成されるのが好ましいが、負極10は上述の効果を損なわない程度において他の導電助剤を含んでいてもよい。
The
負極活物質12、導電助剤14及び(負極10がバインダー樹脂を含む場合には)バインダー樹脂の合計容量に対する、はんだの含有割合は、5~60容量%であるのが好ましく、より好ましくは10~50容量%、さらに好ましくは20~40容量%である。なお、はんだの含有割合の算出においては、はんだの含有量としてははんだの金属成分量(換算値)を用いるものとする一方、バインダー樹脂の含有量はバインダー樹脂の固形分量(換算値)を用いるものとする。
The solder content relative to the total volume of the negative electrode
負極10はバインダー樹脂(図示せず)をさらに含んでいてもよい。負極10がバインダーを含むことで、負極形状を保持しやすくなる。バインダー樹脂は公知の様々なバインダーが使用可能であるが、好ましい例としては、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が挙げられる。PVA及びPTFEの両方を組み合わせてバインダーとして用いるのが特に好ましい。
The
負極10はシート状のプレス成形体であるのが好ましい。こうすることで、負極活物質12の脱落防止や電極密度の向上を図ることができ、負極10の形態変化をより効果的に抑制することができる。かかるシート状のプレス成形体の作製は、負極材料にバインダーを加えて混練し、得られた混練物にロールプレス等のプレス成形を施してシート状に成形すればよい。
The
負極10には集電体16が設けられるのが好ましい。集電体16の好ましい例としては、銅パンチングメタルや銅エキスパンドメタルが挙げられる。この場合、例えば、銅パンチングメタルや銅エキスパンドメタル上に、Zn粒子、ZnO粒子、はんだ、及び所望によりバインダー樹脂(例えばポリテトラフルオロエチレン粒子)を含む混合物を塗布して負極10/集電体16からなる負極板を好ましく作製することができる。その際、乾燥後の負極板(すなわち負極10/集電体16)にプレス処理を施して、負極活物質12の脱落防止や電極密度の向上を図ることも好ましい。あるいは、上述したようなシート状のプレス成形体を銅エキスパンドメタル等の集電体16に圧着してもよい。
The
亜鉛二次電池
本発明の負極10は亜鉛二次電池に適用されるのが好ましい。したがって、本発明の好ましい態様によれば、正極(図示せず)と、負極10と、正極と負極10とを水酸化物イオン伝導可能に隔離するセパレータ20と、電解液18とを含む、亜鉛二次電池が提供される。本発明の亜鉛二次電池は、上述した負極10を用い、かつ、電解液18(典型的にはアルカリ金属水酸化物水溶液)を用いた二次電池であれば特に限定されない。したがって、ニッケル亜鉛二次電池、酸化銀亜鉛二次電池、酸化マンガン亜鉛二次電池、亜鉛空気二次電池、その他各種のアルカリ亜鉛二次電池であることができる。例えば、正極が水酸化ニッケル及び/又はオキシ水酸化ニッケルを含み、それにより亜鉛二次電池がニッケル亜鉛二次電池をなすのが好ましい。あるいは、正極が空気極であり、それにより亜鉛二次電池が亜鉛空気二次電池をなしてもよい。
Zinc secondary battery The
セパレータ20は層状複水酸化物(LDH)セパレータであるのが好ましい。すなわち、前述したように、ニッケル亜鉛二次電池や空気亜鉛二次電池の分野において、LDHセパレータが知られており(特許文献1~3を参照)、このLDHセパレータを本発明の亜鉛二次電池にも好ましく使用することができる。LDHセパレータは、水酸化物イオンを選択的に透過させながら、亜鉛デンドライトの貫通を阻止することができる。本発明の負極の採用による効果と相まって、亜鉛二次電池の耐久性をより一層向上することができる。
The
LDHセパレータは、特許文献1~3に開示されるように多孔質基材と複合化されたものであってもよい。多孔質基材はセラミックス材料、金属材料、及び高分子材料のいずれで構成されてもよいが、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。 The LDH separator may be a composite with a porous substrate as disclosed in Patent Documents 1 to 3. The porous substrate may be made of any of ceramic materials, metal materials, and polymer materials, but is particularly preferably made of a polymer material. The polymer porous substrate has the following advantages: 1) flexibility (so it is difficult to break even if it is made thin); 2) it is easy to increase the porosity; 3) it is easy to increase the conductivity (because the thickness can be reduced while increasing the porosity); and 4) it is easy to manufacture and handle. Particularly preferred polymer materials are polyolefins such as polypropylene and polyethylene, which are excellent in hot water resistance, acid resistance, and alkali resistance, and are low cost, and most preferably polypropylene. When the porous substrate is made of a polymer material, it is particularly preferred that the functional layer is incorporated throughout the entire thickness of the porous substrate (for example, most or almost all of the pores inside the porous substrate are filled with LDH). In this case, the preferred thickness of the polymer porous substrate is 5 to 200 μm, more preferably 5 to 100 μm, and even more preferably 5 to 30 μm. As such a polymeric porous substrate, a microporous membrane such as one commercially available as a lithium battery separator can be preferably used.
電解液18は、アルカリ金属水酸化物水溶液を含むのが好ましい。アルカリ金属水酸化物の例としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化アンモニウム等が挙げられるが、水酸化カリウムがより好ましい。亜鉛含有材料の自己溶解を抑制するために、電解液中に酸化亜鉛、水酸化亜鉛等を添加してもよい。
The
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 further illustrated by the following examples.
例1~16
(1)正極の用意
ペースト式水酸化ニッケル正極(容量密度:約700mAh/cm3)を用意した。
Examples 1 to 16
(1) Preparation of Positive Electrode A paste-type nickel hydroxide positive electrode (capacity density: about 700 mAh/cm 3 ) was prepared.
(2)負極の作製
以下に示される各種原料粉末を用意した。
<負極活物質>
・ZnO粉末(正同化学工業株式会社製、JIS規格1種グレード、平均粒径D50:0.2μm)
・金属Zn粉末(三井金属鉱業株式会社製、Bi及びInがドープされたもの、Bi:1000重量ppm、In:1000重量ppm、平均粒径D50:50μm)
<導電助剤>
・表1に示される各種組成及び粒径のはんだ(粉末又はペースト)
<樹脂バインダー>
・ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)分散水溶液(ダイキン工業株式会社製、固形分60%)
(2) Preparation of Negative Electrode Various raw material powders shown below were prepared.
<Negative Electrode Active Material>
ZnO powder (manufactured by Seido Chemical Industry Co., Ltd., JIS standard type 1 grade, average particle size D50: 0.2 μm)
Metallic Zn powder (manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd., doped with Bi and In, Bi: 1000 ppm by weight, In: 1000 ppm by weight, average particle size D50: 50 μm)
<Conductive assistant>
Solder (powder or paste) of various compositions and particle sizes shown in Table 1
<Resin binder>
Polytetrafluoroethylene (PTFE) aqueous dispersion (manufactured by Daikin Industries, Ltd., solid content 60%)
例1~15については、表1に示される配合割合(はんだは金属成分換算、PTFEは固形分換算)に従い、ZnO粉末に金属Zn粉末及びはんだを加え、さらにPTFEを添加して、プロピレングリコールと共に混練した。一方、例16については、表1に示される配合割合(はんだは金属成分換算、PTFEは固形分換算)に従い、ZnO粉末に金属Zn粉末を加え、さらにPTFEを添加して、プロピレングリコールと共に混練した。 For Examples 1 to 15, according to the mixing ratios shown in Table 1 (solder converted into metal components, PTFE converted into solids), metal Zn powder and solder were added to the ZnO powder, PTFE was further added, and the mixture was kneaded with propylene glycol. On the other hand, for Example 16, according to the mixing ratios shown in Table 1 (solder converted into metal components, PTFE converted into solids), metal Zn powder was added to the ZnO powder, PTFE was further added, and the mixture was kneaded with propylene glycol.
得られた混練物をロールプレスで圧延して、負極活物質シートを得た。負極活物質シートを、錫メッキが施された銅エキスパンドメタルに圧着した。はんだを添加した試料(例1~15)ははんだ成分に適した条件で熱処理を行って負極として用いる一方、はんだを添加していない試料(例16)は熱処理を行わずにそのまま負極として用いた。 The resulting kneaded material was rolled using a roll press to obtain a sheet of negative electrode active material. The sheet of negative electrode active material was then pressed onto a tin-plated copper expand metal. The samples with added solder (Examples 1 to 15) were heat-treated under conditions suitable for the solder components and used as negative electrodes, while the sample without added solder (Example 16) was used as a negative electrode without heat treatment.
(3)電解液の作製
48%水酸化カリウム水溶液(関東化学株式会社製、特級)にイオン交換水を加えてKOH濃度を5.4mol%に調整した後、酸化亜鉛を0.42mol/L加熱攪拌により溶解させて、電解液を得た。
(3) Preparation of Electrolyte Solution Ion-exchanged water was added to a 48% aqueous potassium hydroxide solution (special grade, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) to adjust the KOH concentration to 5.4 mol %, and zinc oxide was then dissolved therein at 0.42 mol/L with heating and stirring to obtain an electrolyte solution.
(4)評価セルの作製
正極と負極の各々を不織布で包むとともに、電流取り出し端子を溶接した。こうして準備された正極及び負極を、LDHセパレータを介して対向させ、電流取り出し口が設けられたラミネートフィルムに挟んで、ラミネートフィルムの3辺を熱融着した。こうして得られた上部開放されたセル容器に電解液を加え、真空引き等により電解液を十分に正極及び負極に浸透させた。その後、ラミネートフィルムの残りの1辺も熱融着して、簡易密閉セルとした。
(4) Preparation of evaluation cell Each of the positive and negative electrodes was wrapped in nonwoven fabric, and a current extraction terminal was welded. The positive and negative electrodes thus prepared were placed opposite each other via an LDH separator, sandwiched between a laminate film provided with a current extraction port, and three sides of the laminate film were heat-sealed. An electrolyte was added to the cell container thus obtained with the top open, and the electrolyte was sufficiently permeated into the positive and negative electrodes by evacuation or the like. Thereafter, the remaining side of the laminate film was also heat-sealed to form a simple sealed cell.
(5)評価
充放電装置(東洋システム株式会社製、TOSCAT3100)を用いて、簡易密閉セルに対し、0.1C充電及び0.2C放電で化成を実施した。その後、1C充放電サイクルを実施した。同一条件で繰り返し充放電サイクルを実施し、試作電池の1サイクル目の放電容量の70%まで放電容量が低下するまでの充放電回数を記録した。各例の充放電回数を、例16における充放電回数を1.0とした場合の相対値として表1に示す。
(5) Evaluation Using a charge/discharge device (TOSCAT3100, manufactured by Toyo Systems Co., Ltd.), the simple sealed cell was subjected to formation with 0.1C charge and 0.2C discharge. Then, a 1C charge/discharge cycle was performed. The charge/discharge cycle was repeatedly performed under the same conditions, and the number of charge/discharge cycles until the discharge capacity of the prototype battery decreased to 70% of the discharge capacity of the first cycle was recorded. The number of charge/discharge cycles of each example is shown in Table 1 as a relative value when the number of charge/discharge cycles in Example 16 is set to 1.0.
10,10’ 負極
12 負極活物質
14 導電助剤
16 集電体
18 電解液
20 セパレータ
Claims (12)
Zn粒子及びZnO粒子を含む負極活物質と、
はんだを含む導電助剤と、
を含み、
前記はんだがSn、Pb、Bi、In及びZnからなる群から選択される、少なくともSnを含む1種以上を含み、
前記はんだが三次元ネットワークを構成し、前記三次元ネットワークにZn粒子及びZnO粒子が組み込まれている、負極。 A negative electrode for use in a zinc secondary battery,
a negative electrode active material including Zn particles and ZnO particles;
A conductive assistant containing solder;
Including,
The solder contains one or more elements selected from the group consisting of Sn, Pb, Bi, In, and Zn, including at least Sn;
A negative electrode, wherein the solder forms a three-dimensional network, and Zn particles and ZnO particles are embedded in the three-dimensional network .
請求項1~7のいずれか一項に記載の負極と、
前記正極と前記負極とを水酸化物イオン伝導可能に隔離するセパレータと、
電解液と、
を含む、亜鉛二次電池。 A positive electrode and
The negative electrode according to any one of claims 1 to 7 ,
a separator that separates the positive electrode and the negative electrode in a manner capable of conducting hydroxide ions;
An electrolyte;
A zinc secondary battery comprising:
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