[go: up one dir, main page]

JP7613845B2 - Zinc battery negative electrode and zinc battery - Google Patents

Zinc battery negative electrode and zinc battery Download PDF

Info

Publication number
JP7613845B2
JP7613845B2 JP2020090383A JP2020090383A JP7613845B2 JP 7613845 B2 JP7613845 B2 JP 7613845B2 JP 2020090383 A JP2020090383 A JP 2020090383A JP 2020090383 A JP2020090383 A JP 2020090383A JP 7613845 B2 JP7613845 B2 JP 7613845B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
mass
boride
zinc
positive electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020090383A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021185559A (en
Inventor
有広 櫛部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Energywith Co Ltd
Original Assignee
Energywith Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Energywith Co Ltd filed Critical Energywith Co Ltd
Priority to JP2020090383A priority Critical patent/JP7613845B2/en
Publication of JP2021185559A publication Critical patent/JP2021185559A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7613845B2 publication Critical patent/JP7613845B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、亜鉛電池用負極及び亜鉛電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode for a zinc battery and a zinc battery.

ニッケル亜鉛電池(例えばニッケル亜鉛二次電池)は、水酸化カリウム水溶液等の水系電解液を用いる水系電池であることから、高い安全性を有すると共に、亜鉛電極とニッケル電極との組み合わせにより、水系電池としては高い起電力を有することが知られている。さらに、ニッケル亜鉛電池は、優れた入出力性能に加えて、低コストであることから、産業用途(例えば、バックアップ電源等の用途)及び自動車用途(例えば、ハイブリッド自動車等の用途)への適用可能性が検討されている。 Nickel-zinc batteries (e.g., nickel-zinc secondary batteries) are aqueous batteries that use an aqueous electrolyte such as an aqueous potassium hydroxide solution, and are therefore highly safe. In addition, due to the combination of zinc and nickel electrodes, they are known to have a high electromotive force for an aqueous battery. Furthermore, nickel-zinc batteries have excellent input/output performance and are low cost, so their applicability to industrial applications (e.g., backup power sources, etc.) and automotive applications (e.g., hybrid vehicles, etc.) is being considered.

ニッケル亜鉛電池の充放電反応は、例えば、下記式に従って進行する(放電反応:右向き、充電反応:左向き)。
(正極)2NiOOH+2HO+2e → 2Ni(OH)+2OH
(負極)Zn+2OH → Zn(OH)+2e
The charge and discharge reactions of a nickel-zinc battery proceed, for example, according to the following formula (discharge reaction: to the right, charge reaction: to the left).
(Positive electrode) 2NiOOH+2H 2 O+2e - → 2Ni(OH) 2 +2OH -
(Negative electrode) Zn+2OH - → Zn(OH) 2 +2e -

上記式に示されるように、ニッケル亜鉛電池では、放電反応により水酸化亜鉛(Zn(OH))が生成する。水酸化亜鉛は電解液に可溶であり、水酸化亜鉛が電解液に溶解すると、テトラヒドロキシド亜鉛酸イオン([Zn(OH)2-)が電解液中に拡散する。その結果、負極の形態変化(変形)が進行すると共に充電電流の分布が不均一となること等により、負極上の局所で亜鉛の析出が起こり、デンドライト(樹枝状結晶)が発生する。ニッケル亜鉛電池では、充放電の繰り返しによりデンドライトが成長した場合、デンドライトがセパレータを貫通して短絡が発生するため、上記デンドライトの発生は寿命性能の低下につながる。これに対し、例えば、特許文献1では、ニッケルめっきを施した不織布を正負極板間に介在させて亜鉛デンドライトによる正負極間の内部ショートを防止する技術が開示されている。 As shown in the above formula, in nickel-zinc batteries, zinc hydroxide (Zn(OH) 2 ) is generated by a discharge reaction. Zinc hydroxide is soluble in an electrolyte, and when zinc hydroxide dissolves in the electrolyte, tetrahydroxide zincate ions ([Zn(OH) 4 ] 2− ) diffuse into the electrolyte. As a result, the morphological change (deformation) of the negative electrode progresses and the distribution of the charging current becomes uneven, causing zinc to precipitate locally on the negative electrode, and dendrites (dendritic crystals) are generated. In nickel-zinc batteries, when dendrites grow due to repeated charging and discharging, the dendrites penetrate the separator and cause a short circuit, and the generation of the dendrites leads to a decrease in life performance. In response to this, for example, Patent Document 1 discloses a technology for preventing internal short circuits between positive and negative electrodes caused by zinc dendrites by interposing a nickel-plated nonwoven fabric between the positive and negative electrodes.

特開昭58-126665号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-126665

ニッケル亜鉛電池等の亜鉛電池には、更なる寿命性能の向上が求められており、寿命性能を向上させるための新たな技術の開発が求められている。 There is a demand for further improvements in the lifespan performance of zinc batteries, such as nickel-zinc batteries, and there is a need to develop new technologies to improve lifespan performance.

本発明の一側面は、亜鉛電池において優れた寿命性能を得ることが可能な亜鉛電池用負極を提供することを目的とする。本発明の他の一側面は、当該亜鉛電池用負極を備える亜鉛電池を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to provide a zinc battery anode that can provide excellent life performance in a zinc battery. Another aspect of the present invention aims to provide a zinc battery that includes the zinc battery anode.

本発明の一側面は、負極集電体と、当該負極集電体に支持された負極材と、を有し、前記負極材が、亜鉛を含む負極活物質と、金属ホウ化物と、を含有する、亜鉛電池用負極に関する。 One aspect of the present invention relates to a negative electrode for a zinc battery, which has a negative electrode current collector and a negative electrode material supported on the negative electrode current collector, and the negative electrode material contains a negative electrode active material containing zinc and a metal boride.

本発明の他の一側面は、上述の亜鉛電池用負極と、正極と、を備える、亜鉛電池に関する。 Another aspect of the present invention relates to a zinc battery comprising the above-mentioned zinc battery negative electrode and a positive electrode.

これらの亜鉛電池用負極及び亜鉛電池によれば、亜鉛電池において優れた寿命性能を得ることができる。 These zinc battery negative electrodes and zinc batteries can provide excellent life performance in zinc batteries.

本発明の一側面によれば、亜鉛電池において優れた寿命性能を得ることが可能な亜鉛電池用負極を提供することができる。本発明の他の一側面によれば、当該亜鉛電池用負極を備える亜鉛電池を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a zinc battery negative electrode that can provide excellent life performance in a zinc battery. According to another aspect of the present invention, it is possible to provide a zinc battery that includes the zinc battery negative electrode.

本明細書において、「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値と任意に組み合わせることができる。本明細書に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。「A又はB」とは、A及びBのどちらか一方を含んでいればよく、両方とも含んでいてもよい。本明細書に例示する材料は、特に断らない限り、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。本明細書において、組成物中の各成分の使用量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。また、本明細書において「膜」又は「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構造に加え、一部に形成されている形状の構造も包含される。また、本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。 In this specification, the numerical range indicated by "~" indicates a range including the numerical values described before and after "~" as the minimum and maximum values, respectively. In the numerical ranges described in stages in this specification, the upper limit or lower limit of a certain stage of the numerical range can be arbitrarily combined with the upper limit or lower limit of the numerical range of another stage. In the numerical ranges described in this specification, the upper limit or lower limit of the numerical range may be replaced with the value shown in the examples. "A or B" may include either A or B, or may include both. Unless otherwise specified, the materials exemplified in this specification may be used alone or in combination of two or more types. In this specification, the amount of each component used in the composition means the total amount of the multiple substances present in the composition when multiple substances corresponding to each component are present in the composition, unless otherwise specified. In addition, in this specification, the term "film" or "layer" includes a structure having a shape formed on the entire surface when observed as a plan view, as well as a structure having a shape formed on a part of the surface. In addition, in this specification, the term "process" refers not only to an independent process, but also to a process that cannot be clearly distinguished from other processes, as long as the intended effect of the process is achieved.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 The following describes in detail the embodiments of the present invention. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be modified in various ways within the scope of the gist of the invention.

本実施形態に係る亜鉛電池(例えば亜鉛二次電池)としては、ニッケル亜鉛電池、空気亜鉛電池、銀亜鉛電池等が挙げられる。本実施形態に係る亜鉛電池の基本構成としては、従来の亜鉛電池と同様の構成を用いることができる。本実施形態に係る亜鉛電池は、化成前及び化成後のいずれであってもよい。 Examples of the zinc battery (e.g., zinc secondary battery) according to this embodiment include a nickel-zinc battery, an air-zinc battery, and a silver-zinc battery. The basic configuration of the zinc battery according to this embodiment can be the same as that of a conventional zinc battery. The zinc battery according to this embodiment may be either before or after chemical formation.

本実施形態に係る亜鉛電池は、負極(亜鉛電池用負極。例えば負極板)と、正極(亜鉛電池用正極。例えば正極板)と、を備えている。本実施形態に係る亜鉛電池は、複数の負極及び複数の正極から構成される電極群を有してよい。負極及び正極は、交互に積層されており、例えば、負極の主面と正極の主面とが対向した状態で、セパレータを介して交互に積層されている。電極群は、負極と、正極と、負極及び正極の間に配置されたセパレータと、を有してよい。負極及び正極は、セパレータを介して対向している。複数の負極同士及び複数の正極同士は、例えば、ストラップで連結されていてよい。 The zinc battery according to this embodiment includes a negative electrode (negative electrode for zinc batteries, e.g., a negative electrode plate) and a positive electrode (positive electrode for zinc batteries, e.g., a positive electrode plate). The zinc battery according to this embodiment may have an electrode group consisting of multiple negative electrodes and multiple positive electrodes. The negative electrodes and positive electrodes are alternately stacked, for example, with the main surface of the negative electrode facing the main surface of the positive electrode, with a separator interposed between them. The electrode group may include a negative electrode, a positive electrode, and a separator disposed between the negative electrode and the positive electrode. The negative electrode and the positive electrode face each other with the separator interposed between them. The multiple negative electrodes and the multiple positive electrodes may be connected to each other, for example, with a strap.

負極(亜鉛電池用負極)は、負極集電体と、当該負極集電体に支持された負極材と、を有している。負極材は、亜鉛を含む負極活物質と、金属ホウ化物と、を含有する。正極は、正極集電体と、当該正極集電体に支持された正極材と、を有している。負極及び正極のそれぞれは、化成前及び化成後のいずれであってもよい。 The negative electrode (negative electrode for zinc batteries) has a negative electrode current collector and a negative electrode material supported on the negative electrode current collector. The negative electrode material contains a negative electrode active material containing zinc and a metal boride. The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode material supported on the positive electrode current collector. Each of the negative electrode and positive electrode may be either before or after chemical formation.

本実施形態によれば、負極材が金属ホウ化物を含有することにより、亜鉛電池において優れた寿命性能を得ることができる。このような効果が得られる原因は明らかではないが、本発明者の知見によれば、下記のように推察される。但し、原因は下記の内容に限定されない。すなわち、亜鉛電池の負極において、負極材中における電気伝導性の高い部分で反応が進行しやすく、当該部位を起点にして種々の問題(デンドライトの発生、形態変化等)が生じる。そのため、負極材の全体において電気伝導性を均一化させることが求められる。これに対し、本実施形態では、金属ホウ化物が高い電気伝導性を有しつつ高い硬度を有する傾向がある。金属ホウ化物が高い硬度を有することにより、負極材の作製時、充放電時等に金属ホウ化物に各種外力(せん断力等)が負荷されても金属ホウ化物の結晶構造が崩れにくいことから安定して高い電気伝導性を維持できる。これらにより、負極材の全体において電気伝導性を均一化させることができるため、優れた寿命性能を得ることができる。 According to this embodiment, the negative electrode material contains a metal boride, so that a zinc battery can obtain excellent life performance. The reason for obtaining such an effect is not clear, but according to the knowledge of the inventor, it is speculated as follows. However, the cause is not limited to the following. That is, in the negative electrode of a zinc battery, the reaction is likely to proceed in the highly electrically conductive part of the negative electrode material, and various problems (generation of dendrites, morphological changes, etc.) occur starting from this part. Therefore, it is required to make the electrical conductivity uniform throughout the negative electrode material. In contrast, in this embodiment, the metal boride tends to have high hardness while having high electrical conductivity. Since the metal boride has high hardness, even if various external forces (shear force, etc.) are applied to the metal boride during the preparation of the negative electrode material, charging and discharging, etc., the crystal structure of the metal boride is not easily broken, so that high electrical conductivity can be stably maintained. As a result, the electrical conductivity can be made uniform throughout the negative electrode material, so that excellent life performance can be obtained.

以下、本実施形態に係る亜鉛電池の一例として、ニッケル亜鉛電池について説明する。 Below, we will explain a nickel-zinc battery as an example of a zinc battery according to this embodiment.

本実施形態に係る亜鉛電池は、例えば、電槽、電極群(例えば極板群)及び電解液を備えている。電極群及び電解液は、電槽内に収容されている。電極群は、負極、正極及びセパレータを有している。 The zinc battery according to this embodiment includes, for example, a battery case, an electrode group (e.g., a plate group), and an electrolyte. The electrode group and the electrolyte are contained in the battery case. The electrode group includes a negative electrode, a positive electrode, and a separator.

負極の負極集電体は、負極材からの電流の導電路を構成する。負極集電体は、例えば、平板状、シート状等の形状を有している。負極集電体は、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属繊維のフェルト状物等によって構成された3次元網目構造の集電体などであってもよい。負極集電体は、導電性及び耐アルカリ性を有する材料で構成されている。このような材料としては、例えば、負極の反応電位でも安定である材料(負極の反応電位よりも貴な酸化還元電位を有する材料、アルカリ水溶液中で基材表面に酸化被膜等の保護被膜を形成して安定化する材料など)を用いることができる。また、負極においては、副反応として電解液の分解反応が進行し水素ガスが発生するが、水素過電圧の高い材料はこのような副反応の進行を抑制できる点で好ましい。負極集電体を構成する材料の具体例としては、亜鉛;鉛;スズ;スズ等の金属めっきを施した金属材料(銅、真鍮、鋼、ニッケル等)などが挙げられる。 The negative electrode current collector of the negative electrode constitutes a conductive path for the current from the negative electrode material. The negative electrode current collector has a shape such as a flat plate or a sheet. The negative electrode current collector may be a collector with a three-dimensional mesh structure constituted by foam metal, expanded metal, punching metal, felt-like material of metal fiber, or the like. The negative electrode current collector is constituted by a material having electrical conductivity and alkali resistance. For example, a material that is stable even at the reaction potential of the negative electrode (a material having an oxidation-reduction potential more noble than the reaction potential of the negative electrode, a material that forms a protective film such as an oxide film on the substrate surface in an alkaline aqueous solution to stabilize it, etc.) can be used. In addition, in the negative electrode, a decomposition reaction of the electrolyte proceeds as a side reaction, generating hydrogen gas, and a material with a high hydrogen overvoltage is preferable in that it can suppress the progress of such a side reaction. Specific examples of materials that constitute the negative electrode current collector include zinc, lead, tin, and metal materials plated with metals such as tin (copper, brass, steel, nickel, etc.).

負極材は、層状(負極材層)であってもよい。例えば、負極集電体上に負極材層が形成されていてもよく、負極集電体が3次元網目構造を有する場合には、負極集電体の網目の間に負極材が充填されて負極材層が形成されていてもよい。 The negative electrode material may be in a layered form (negative electrode material layer). For example, the negative electrode material layer may be formed on the negative electrode current collector, and if the negative electrode current collector has a three-dimensional mesh structure, the negative electrode material may be filled between the meshes of the negative electrode current collector to form the negative electrode material layer.

負極材は、亜鉛を含む負極活物質を含有する。負極活物質としては、金属亜鉛、酸化亜鉛、水酸化亜鉛等が挙げられる。負極材は、例えば、満充電状態では金属亜鉛を含有し、放電末状態では酸化亜鉛及び水酸化亜鉛を含有する。負極活物質は、例えば粒子状であってよく、金属亜鉛粒子、酸化亜鉛粒子、水酸化亜鉛粒子等を含んでよい。 The negative electrode material contains a negative electrode active material containing zinc. Examples of the negative electrode active material include metallic zinc, zinc oxide, and zinc hydroxide. For example, the negative electrode material contains metallic zinc in a fully charged state, and contains zinc oxide and zinc hydroxide in an end-of-discharge state. The negative electrode active material may be, for example, in particulate form, and may contain metallic zinc particles, zinc oxide particles, zinc hydroxide particles, and the like.

負極活物質の含有量は、負極材の全質量を基準として下記の範囲が好ましい。負極活物質の含有量は、優れた寿命性能を得やすい観点から、50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、75質量%以上が更に好ましく、80質量%以上が特に好ましく、85質量%以上が極めて好ましく、90質量%以上が非常に好ましい。負極活物質の含有量は、優れた寿命性能を得やすい観点から、99質量%以下が好ましく、95質量%以下がより好ましく、92質量%以下が更に好ましい。これらの観点から、負極活物質の含有量は、50~99質量%が好ましい。 The content of the negative electrode active material is preferably in the following range based on the total mass of the negative electrode material. From the viewpoint of easily obtaining excellent life performance, the content of the negative electrode active material is preferably 50 mass% or more, more preferably 70 mass% or more, even more preferably 75 mass% or more, particularly preferably 80 mass% or more, extremely preferably 85 mass% or more, and very preferably 90 mass% or more. From the viewpoint of easily obtaining excellent life performance, the content of the negative electrode active material is preferably 99 mass% or less, more preferably 95 mass% or less, and even more preferably 92 mass% or less. From these viewpoints, the content of the negative electrode active material is preferably 50 to 99 mass%.

負極材は、金属ホウ化物を含有する。金属ホウ化物としては、TiB等のホウ化チタン;ZrB等のホウ化ジルコニウム;NbB等のホウ化ニオブ;HfB等のホウ化ハフニウム;VB等のホウ化バナジウム;TaB等のホウ化タンタル;CrB、CrB等のホウ化クロム;MoB、MoB、Mo等のホウ化モリブデン;LaB等のホウ化ランタン;PrB等のホウ化プラセオジウム;NdB等のホウ化ネオジウム;CeB等のホウ化セリウム;YB等のホウ化イットリウム;W等のホウ化タングステンなどが挙げられる。 The negative electrode material contains a metal boride. Examples of the metal boride include titanium boride such as TiB2 , zirconium boride such as ZrB2 , niobium boride such as NbB2 , hafnium boride such as HfB2 , vanadium boride such as VB2 , tantalum boride such as TaB2 , chromium boride such as CrB, CrB2 , molybdenum boride such as MoB, MoB2 , Mo2B5 , lanthanum boride such as LaB6 , praseodymium boride such as PrB6 , neodymium boride such as NdB6 , cerium boride such as CeB6 , yttrium boride such as YB6 , and tungsten boride such as W2B5 .

金属ホウ化物における化学式M(M:金属元素、B:ホウ素)のy/x(モル比)は、優れた寿命性能を得やすい観点から、下記の範囲であることが好ましい。y/xは、1を超えることが好ましく、2以上がより好ましい。y/xは、6以下が好ましく、5以下がより好ましく、3以下が更に好ましく、2.5以下が特に好ましく、2以下が極めて好ましい。これらの観点から、y/xは、1を超え6以下であることが好ましく、1を超え2.5以下であることがより好ましく、2であることが更に好ましい。 From the viewpoint of easily obtaining excellent life performance, the y/x (molar ratio) of the chemical formula M x B y (M: metal element, B: boron) in the metal boride is preferably in the following range. y/x is preferably greater than 1, and more preferably 2 or more. y/x is preferably 6 or less, more preferably 5 or less, even more preferably 3 or less, particularly preferably 2.5 or less, and extremely preferably 2 or less. From these viewpoints, y/x is preferably greater than 1 and less than 6, more preferably greater than 1 and less than 2.5, and even more preferably 2.

金属ホウ化物は、優れた寿命性能を得やすい観点から、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ニオブ、ホウ化ハフニウム、ホウ化バナジウム、ホウ化タンタル、ホウ化クロム及びホウ化モリブデンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましく、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ニオブ及びホウ化ハフニウムからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことがより好ましく、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム及びホウ化ニオブからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが更に好ましい。金属ホウ化物は、亜鉛を含まなくてよい。負極は、金属ホウ化物を含有すると共に負極集電体に接する負極材(例えば負極材層)を有してよい。 From the viewpoint of easily obtaining excellent life performance, the metal boride preferably contains at least one selected from the group consisting of titanium boride, zirconium boride, niobium boride, hafnium boride, vanadium boride, tantalum boride, chromium boride, and molybdenum boride, more preferably contains at least one selected from the group consisting of titanium boride, zirconium boride, niobium boride, and hafnium boride, and even more preferably contains at least one selected from the group consisting of titanium boride, zirconium boride, and niobium boride. The metal boride may not contain zinc. The negative electrode may have a negative electrode material (e.g., a negative electrode material layer) that contains a metal boride and is in contact with the negative electrode current collector.

金属ホウ化物の含有量は、優れた寿命性能を得やすい観点から、負極活物質100質量部に対して下記の範囲が好ましい。金属ホウ化物の含有量は、0質量部を超え、0.1質量部以上が好ましく、0.5質量部以上がより好ましく、1質量部以上が更に好ましく、2質量部以上が特に好ましく、3質量部以上が極めて好ましく、4質量部以上が非常に好ましく、5質量部以上がより一層好ましい。金属ホウ化物の含有量は、100質量部以下が好ましく、100質量部未満がより好ましく、50質量部以下が更に好ましく、30質量部以下が特に好ましく、10質量部以下が極めて好ましく、8質量部以下が非常に好ましく、6質量部以下がより一層好ましい。これらの観点から、金属ホウ化物の含有量は、0.1~100質量部が好ましく、0.1質量部以上100質量部未満がより好ましく、0.5~10質量部が更に好ましい。 From the viewpoint of easily obtaining excellent life performance, the content of the metal boride is preferably in the following range per 100 parts by mass of the negative electrode active material. The content of the metal boride is more than 0 parts by mass, preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, even more preferably 1 part by mass or more, particularly preferably 2 parts by mass or more, extremely preferably 3 parts by mass or more, very preferably 4 parts by mass or more, and even more preferably 5 parts by mass or more. The content of the metal boride is preferably 100 parts by mass or less, more preferably less than 100 parts by mass, even more preferably 50 parts by mass or less, especially preferably 30 parts by mass or less, extremely preferably 10 parts by mass or less, very preferably 8 parts by mass or less, and even more preferably 6 parts by mass or less. From these viewpoints, the content of the metal boride is preferably 0.1 to 100 parts by mass, more preferably 0.1 parts by mass or more and less than 100 parts by mass, and even more preferably 0.5 to 10 parts by mass.

金属ホウ化物の含有量は、優れた寿命性能を得やすい観点から、負極材の全質量(固形分)を基準として下記の範囲が好ましい。金属ホウ化物の含有量は、0質量%を超え、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上が更に好ましく、2質量%以上が特に好ましく、3質量%以上が極めて好ましく、4質量%以上が非常に好ましく、5質量%以上がより一層好ましい。金属ホウ化物の含有量は、50質量%以下が好ましく、50質量%未満がより好ましく、30質量%以下が更に好ましく、10質量%以下が特に好ましく、8質量%以下が極めて好ましく、6質量%以下が非常に好ましく、5質量%以下がより一層好ましい。これらの観点から、金属ホウ化物の含有量は、0.1~50質量%が好ましく、0.1~30質量%がより好ましく、0.5~10質量%が更に好ましい。 From the viewpoint of easily obtaining excellent life performance, the content of the metal boride is preferably in the following range based on the total mass (solid content) of the negative electrode material. The content of the metal boride is more than 0 mass%, preferably 0.1 mass% or more, more preferably 0.5 mass% or more, even more preferably 1 mass% or more, particularly preferably 2 mass% or more, extremely preferably 3 mass% or more, very preferably 4 mass% or more, and even more preferably 5 mass% or more. The content of the metal boride is preferably 50 mass% or less, more preferably less than 50 mass%, more preferably 30 mass% or less, even more preferably 10 mass% or less, extremely preferably 8 mass% or less, very preferably 6 mass% or less, and even more preferably 5 mass% or less. From these viewpoints, the content of the metal boride is preferably 0.1 to 50 mass%, more preferably 0.1 to 30 mass%, and even more preferably 0.5 to 10 mass%.

負極材は、負極活物質及び金属ホウ化物以外の添加剤を含有することができる。添加剤としては、結着剤(バインダー)、導電剤等が挙げられる。結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。結着剤の含有量は、例えば、負極活物質100質量部に対して0.5~10質量部であってもよい。導電剤としては、インジウム化合物(酸化インジウム等)などが挙げられる。導電剤の含有量は、例えば、負極活物質100質量部に対して1~20質量部であってもよい。 The negative electrode material may contain additives other than the negative electrode active material and the metal boride. Examples of additives include a binder and a conductive agent. Examples of binders include polytetrafluoroethylene, hydroxyethyl cellulose (HEC), carboxymethyl cellulose, polyethylene oxide, polyethylene, and polypropylene. The content of the binder may be, for example, 0.5 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the negative electrode active material. Examples of conductive agents include indium compounds (such as indium oxide). The content of the conductive agent may be, for example, 1 to 20 parts by mass per 100 parts by mass of the negative electrode active material.

正極の正極集電体は、正極材からの電流の導電路を構成する。正極集電体は、例えば、平板状、シート状等の形状を有している。正極集電体は、発泡金属、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属繊維のフェルト状物等によって構成された3次元網目構造の集電体などであってもよい。正極集電体は、導電性及び耐アルカリ性を有する材料で構成されている。このような材料としては、例えば、正極の反応電位でも安定である材料(正極の反応電位よりも貴な酸化還元電位を有する材料、アルカリ水溶液中で基材表面に酸化被膜等の保護被膜を形成して安定化する材料など)を用いることができる。また、正極においては、副反応として電解液の分解反応が進行し酸素ガスが発生するが、酸素過電圧の高い材料はこのような副反応の進行を抑制できる点で好ましい。正極集電体を構成する材料の具体例としては、白金;ニッケル(発泡ニッケル等);ニッケル等の金属めっきを施した金属材料(銅、真鍮、鋼等)などが挙げられる。これらの中でも、発泡ニッケルで構成される正極集電体が好ましい。 The positive electrode current collector of the positive electrode constitutes a conductive path for the current from the positive electrode material. The positive electrode current collector has a shape such as a flat plate or a sheet. The positive electrode current collector may be a collector with a three-dimensional mesh structure constituted by foam metal, expanded metal, punching metal, felt-like metal fiber, or the like. The positive electrode current collector is constituted by a material having electrical conductivity and alkali resistance. For example, a material that is stable even at the reaction potential of the positive electrode (a material having an oxidation-reduction potential more noble than the reaction potential of the positive electrode, a material that forms a protective film such as an oxide film on the substrate surface in an alkaline aqueous solution to stabilize it, etc.) can be used as such a material. In addition, in the positive electrode, a decomposition reaction of the electrolyte proceeds as a side reaction, generating oxygen gas, and a material with a high oxygen overvoltage is preferable in that it can suppress the progress of such a side reaction. Specific examples of materials that constitute the positive electrode current collector include platinum; nickel (foamed nickel, etc.); and metal materials (copper, brass, steel, etc.) plated with a metal such as nickel. Among these, a positive electrode current collector made of foamed nickel is preferable.

正極材は、層状(正極材層)であってもよい。例えば、正極集電体上に正極材層が形成されていてもよく、正極集電体が3次元網目構造を有する場合には、正極集電体の網目の間に正極材が充填されて正極材層が形成されていてもよい。 The positive electrode material may be in a layered form (positive electrode material layer). For example, the positive electrode material layer may be formed on the positive electrode current collector, and if the positive electrode current collector has a three-dimensional mesh structure, the positive electrode material may be filled between the meshes of the positive electrode current collector to form the positive electrode material layer.

正極材は、正極活物質を含有する。正極活物質は、ニッケルを含むことができる。正極活物質としては、オキシ水酸化ニッケル(NiOOH)、水酸化ニッケル等が挙げられる。正極材は、例えば、満充電状態ではオキシ水酸化ニッケルを含有し、放電末状態では水酸化ニッケルを含有する。正極活物質の含有量は、例えば、正極材の全質量を基準として50~99質量%であってもよい。 The positive electrode material contains a positive electrode active material. The positive electrode active material may contain nickel. Examples of the positive electrode active material include nickel oxyhydroxide (NiOOH) and nickel hydroxide. The positive electrode material contains, for example, nickel oxyhydroxide in a fully charged state and nickel hydroxide in an end-of-discharge state. The content of the positive electrode active material may be, for example, 50 to 99 mass% based on the total mass of the positive electrode material.

正極材は、正極活物質以外の添加剤を含有することができる。添加剤としては、結着剤(バインダー)、導電剤、膨張抑制剤、希土類金属化合物(例えば酸化イットリウム)等が挙げられる。結着剤としては、親水性又は疎水性のポリマー等が挙げられ、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリル酸ナトリウム(SPA)、フッ素系ポリマー(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等)などが挙げられる。結着剤の含有量は、例えば、正極活物質100質量部に対して0.01~5質量部であってもよい。導電剤としては、コバルト化合物(金属コバルト、酸化コバルト、水酸化コバルト等)などが挙げられる。導電剤の含有量は、例えば、正極活物質100質量部に対して1~20質量部であってもよい。膨張抑制剤としては、酸化亜鉛等が挙げられる。膨張抑制剤の含有量は、例えば、正極活物質100質量部に対して0.01~5質量部であってもよい。 The positive electrode material may contain additives other than the positive electrode active material. Examples of additives include a binder, a conductive agent, an expansion inhibitor, and a rare earth metal compound (e.g., yttrium oxide). Examples of binders include hydrophilic or hydrophobic polymers, such as hydroxyethyl cellulose (HEC), hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), carboxymethyl cellulose (CMC), sodium polyacrylate (SPA), and fluorine-based polymers (polytetrafluoroethylene (PTFE)). The content of the binder may be, for example, 0.01 to 5 parts by mass per 100 parts by mass of the positive electrode active material. Examples of conductive agents include cobalt compounds (metallic cobalt, cobalt oxide, cobalt hydroxide, etc.). The content of the conductive agent may be, for example, 1 to 20 parts by mass per 100 parts by mass of the positive electrode active material. Examples of expansion inhibitors include zinc oxide. The content of the expansion inhibitor may be, for example, 0.01 to 5 parts by mass per 100 parts by mass of the positive electrode active material.

セパレータの材料としては、有機材料(樹脂材料等)、無機材料などが挙げられる。樹脂材料としては、ポリアミド系ポリマー(例えばポリアミド)、オレフィン系ポリマー(ポリオレフィン)、ナイロン系ポリマー(例えばナイロン)等が挙げられる。無機材料としては、アルミナ、チタニア、二酸化珪素等の酸化物;窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒化物;硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩などが挙げられる。セパレータは、イオン交換樹脂膜、セロハン系再生樹脂膜、無機-有機セパレータ、ポリオレフィン系不織布等であってもよい。セパレータの製造方法としては、湿式法(相分離法)、乾式法(延伸開孔法)、メルトブロー、エレクトロスピニング等が挙げられる。 Materials for the separator include organic materials (resin materials, etc.) and inorganic materials. Resin materials include polyamide-based polymers (e.g., polyamide), olefin-based polymers (polyolefins), nylon-based polymers (e.g., nylon), etc. Inorganic materials include oxides such as alumina, titania, and silicon dioxide; nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride; and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate. The separator may be an ion-exchange resin membrane, a cellophane-based recycled resin membrane, an inorganic-organic separator, a polyolefin-based nonwoven fabric, etc. Methods for manufacturing the separator include a wet method (phase separation method), a dry method (stretching and perforating method), melt-blowing, electrospinning, etc.

セパレータは、親水化する観点から、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤等を含有してもよく、界面活性剤処理、スルホン化処理、フッ素ガス処理、アクリル酸グラフト重合処理、コロナ放電処理、プラズマ処理等により表面処理が施されていてもよい。親水化することにより、電解液と馴染みやすく、充分な電流密度を得やすい。 In order to make the separator hydrophilic, it may contain an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, a nonionic surfactant, etc., and may be surface-treated by surfactant treatment, sulfonation treatment, fluorine gas treatment, acrylic acid graft polymerization treatment, corona discharge treatment, plasma treatment, etc. By making it hydrophilic, it becomes more compatible with the electrolyte, making it easier to obtain a sufficient current density.

電解液は、例えば、溶媒及び電解質を含有している。溶媒としては、水(例えばイオン交換水)等が挙げられる。電解質としては、塩基性化合物等が挙げられ、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化リチウム(LiOH)等のアルカリ金属水酸化物などが挙げられる。本実施形態に係る亜鉛電池は、アルカリ電解液を用いたアルカリ亜鉛電池として用いることができる。電解液は、溶媒及び電解質以外の成分を含有してもよく、例えば、リン酸カリウム、フッ化カリウム、炭酸カリウム、リン酸ナトリウム、フッ化ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、酸化亜鉛、酸化アンチモン、二酸化チタン、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤等を含有してもよい。 The electrolyte contains, for example, a solvent and an electrolyte. Examples of the solvent include water (e.g., ion-exchanged water). Examples of the electrolyte include basic compounds, such as alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), and lithium hydroxide (LiOH). The zinc battery according to this embodiment can be used as an alkaline zinc battery using an alkaline electrolyte. The electrolyte may contain components other than the solvent and electrolyte, such as potassium phosphate, potassium fluoride, potassium carbonate, sodium phosphate, sodium fluoride, sodium hydroxide, lithium hydroxide, zinc oxide, antimony oxide, titanium dioxide, nonionic surfactants, anionic surfactants, etc.

本実施形態に係る亜鉛電池(ニッケル亜鉛電池)の製造方法は、例えば、電極(正極及び負極)を得る電極製造工程と、電極を含む構成部材を組み立てて亜鉛電池(ニッケル亜鉛電池)を得る組立工程と、を備える。 The manufacturing method of the zinc battery (nickel-zinc battery) according to this embodiment includes, for example, an electrode manufacturing process for obtaining electrodes (positive and negative electrodes) and an assembly process for assembling components including the electrodes to obtain a zinc battery (nickel-zinc battery).

電極製造工程では、電極(正極及び負極)を製造する。例えば、電極材(正極材及び負極材)の原料に対して溶媒(例えば水)を加えて混練することにより電極材ペースト(ペースト状の電極材)を得た後、電極材ペーストを用いて電極材層を形成する。 In the electrode manufacturing process, electrodes (positive and negative electrodes) are manufactured. For example, a solvent (e.g., water) is added to the raw materials of the electrode materials (positive and negative electrode materials) and kneaded to obtain an electrode material paste (a paste-like electrode material), and then the electrode material paste is used to form an electrode material layer.

正極材の原料としては、正極活物質の原料(例えば水酸化ニッケル)、添加剤(例えば結着剤)等が挙げられる。負極材の原料としては、負極活物質の原料(例えば金属亜鉛、酸化亜鉛及び水酸化亜鉛)、添加剤(例えば結着剤)等が挙げられる。 Positive electrode raw materials include positive electrode active material raw materials (e.g., nickel hydroxide), additives (e.g., binders), etc. Negative electrode raw materials include negative electrode active material raw materials (e.g., zinc metal, zinc oxide, and zinc hydroxide), additives (e.g., binders), etc.

電極材層を形成する方法としては、例えば、電極材ペーストを集電体に塗布又は充填した後に乾燥することで電極材層を得る方法が挙げられる。電極材層は、必要に応じて、プレス等によって密度を高めてもよい。 One method for forming the electrode material layer is, for example, to apply or fill an electrode material paste onto a collector and then dry it to obtain an electrode material layer. If necessary, the density of the electrode material layer may be increased by pressing or the like.

組立工程では、例えば、まず、電極製造工程で得られた正極及び負極を、セパレータを介して交互に積層し、正極同士及び負極同士をストラップで連結させて電極群を作製する。次いで、この電極群を電槽内に配置した後、電槽の上面に蓋体を接着して未化成の亜鉛電池(ニッケル亜鉛電池)を得る。 In the assembly process, for example, the positive and negative electrodes obtained in the electrode manufacturing process are first stacked alternately with separators between them, and the positive electrodes and negative electrodes are connected with straps to form an electrode group. Next, this electrode group is placed in a battery case, and a lid is attached to the top of the battery case to obtain an unformed zinc battery (nickel-zinc battery).

次いで、電解液を未化成の亜鉛電池の電槽内に注入した後、一定時間放置する。次いで、所定の条件にて充電を行うことで化成することにより亜鉛電池(ニッケル亜鉛電池)を得る。化成条件は、電極活物質(正極活物質及び負極活物質)の性状に応じて調整することができる。 Next, the electrolyte is poured into the battery case of the unformed zinc battery and left for a certain period of time. Next, the battery is formed by charging under specified conditions to obtain a zinc battery (nickel-zinc battery). The formation conditions can be adjusted according to the properties of the electrode active materials (positive and negative active materials).

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、正極がニッケル電極であるニッケル亜鉛電池(例えばニッケル亜鉛二次電池)の例を説明したが、亜鉛電池は、正極が空気極である空気亜鉛電池(例えば空気亜鉛二次電池)であってもよく、正極が酸化銀極である銀亜鉛電池(例えば銀亜鉛二次電池)であってもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. For example, in the above-mentioned embodiments, an example of a nickel-zinc battery (e.g., a nickel-zinc secondary battery) in which the positive electrode is a nickel electrode has been described, but the zinc battery may be an air-zinc battery (e.g., an air-zinc secondary battery) in which the positive electrode is an air electrode, or a silver-zinc battery (e.g., a silver-zinc secondary battery) in which the positive electrode is a silver oxide electrode.

空気亜鉛電池の空気極としては、空気亜鉛電池に使用される公知の空気極を用いることができる。空気極は、例えば、空気極触媒、電子伝導性材料等を含む。空気極触媒としては、電子伝導性材料としても機能する空気極触媒を用いることができる。 As the air electrode of the air-zinc battery, a known air electrode used in air-zinc batteries can be used. The air electrode includes, for example, an air electrode catalyst, an electronically conductive material, etc. As the air electrode catalyst, an air electrode catalyst that also functions as an electronically conductive material can be used.

空気極触媒としては、空気亜鉛電池における正極として機能するものを用いることが可能であり、酸素を正極活物質として利用可能な種々の空気極触媒が使用可能である。空気極触媒としては、酸化還元触媒機能を有するカーボン系材料(黒鉛等)、酸化還元触媒機能を有する金属材料(白金、ニッケル等)、酸化還元触媒機能を有する無機酸化物材料(ペロブスカイト型酸化物、二酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト、スピネル酸化物等)などが挙げられる。空気極触媒の形状は、特に限定されないが、例えば粒子状であってもよい。空気極における空気極触媒の含有量は、空気極の合計量に対して、5~70体積%であってもよく、5~60体積%であってもよく、5~50体積%であってもよい。 As the air electrode catalyst, one that functions as the positive electrode in an air-zinc battery can be used, and various air electrode catalysts that can use oxygen as a positive electrode active material can be used. Examples of the air electrode catalyst include carbon-based materials (graphite, etc.) that have an oxidation-reduction catalytic function, metal materials (platinum, nickel, etc.) that have an oxidation-reduction catalytic function, and inorganic oxide materials (perovskite-type oxides, manganese dioxide, nickel oxide, cobalt oxide, spinel oxide, etc.) that have an oxidation-reduction catalytic function. The shape of the air electrode catalyst is not particularly limited, but may be, for example, particulate. The content of the air electrode catalyst in the air electrode may be 5 to 70 volume % relative to the total volume of the air electrode, 5 to 60 volume %, or 5 to 50 volume %.

電子伝導性材料としては、導電性を有し、かつ、空気極触媒とセパレータとの間の電子伝導を可能とするものを用いることができる。電子伝導性材料としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類;鱗片状黒鉛のような天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等のグラファイト類;炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類;銅、銀、ニッケル、アルミニウム等の金属粉末類;ポリフェニレン誘導体等の有機電子伝導性材料;これらの任意の混合物などが挙げられる。電子伝導性材料の形状は、粒子状であってもよく、その他の形状であってもよい。電子伝導性材料は、空気極において厚さ方向に連続した相をもたらす形態で用いられることが好ましい。例えば、電子伝導性材料は、多孔質材料であってもよい。また、電子伝導性材料は、空気極触媒との混合物又は複合体の形態であってもよく、前述したように、電子伝導性材料としても機能する空気極触媒であってもよい。空気極における電子伝導性材料の含有量は、空気極の合計量に対して、10~80体積%であってもよく、15~80体積%であってもよく、20~80体積%であってもよい。 As the electronically conductive material, a material that has electrical conductivity and enables electronic conduction between the air electrode catalyst and the separator can be used. Examples of the electronically conductive material include carbon blacks such as ketjen black, acetylene black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; graphites such as natural graphite such as flake graphite, artificial graphite, and expanded graphite; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as copper, silver, nickel, and aluminum; organic electronically conductive materials such as polyphenylene derivatives; and any mixtures thereof. The shape of the electronically conductive material may be particulate or may be other shapes. It is preferable that the electronically conductive material is used in a form that provides a continuous phase in the thickness direction in the air electrode. For example, the electronically conductive material may be a porous material. The electronically conductive material may also be in the form of a mixture or complex with the air electrode catalyst, and may be an air electrode catalyst that also functions as an electronically conductive material as described above. The content of the electronically conductive material in the air electrode may be 10 to 80% by volume, 15 to 80% by volume, or 20 to 80% by volume, based on the total volume of the air electrode.

銀亜鉛電池の酸化銀極としては、銀亜鉛電池に使用される公知の酸化銀極を用いることができる。酸化銀極は、例えば酸化銀(I)を含む。 A known silver oxide electrode used in silver-zinc batteries can be used as the silver oxide electrode of the silver-zinc battery. The silver oxide electrode includes, for example, silver(I) oxide.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。但し、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be specifically explained below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

<負極の作製>
(実施例1)
負極集電体として、スズめっきを施した銅板パンチングメタル(開孔率:55体積%)を用意した。
次いで、酸化亜鉛(ZnO)、金属亜鉛(Zn)、二ホウ化チタン(TiB)、及び、ヒドロキシエチルセルロース(HEC、住友精化株式会社製、商品名:AV-15F)を所定量秤量した。これらの成分をイオン交換水と混合することにより得られた混合液を攪拌することにより負極材ペーストを作製した。各成分の質量比(固形分)は「酸化亜鉛:金属亜鉛:二ホウ化チタン:HEC=80:11.5:5:3.5」に調整した。負極材ペーストの水分量は、負極材ペーストの全質量基準で32.5質量%に調整した。
続いて、負極材ペーストを負極材支持部に塗布した後、80℃で30分乾燥した。その後、ロールプレスにて加圧成形することにより、負極材(負極材層)を有する未化成の負極を得た。
<Preparation of negative electrode>
Example 1
As a negative electrode current collector, a tin-plated punched copper metal plate (porosity: 55% by volume) was prepared.
Next, zinc oxide (ZnO), zinc metal (Zn), titanium diboride (TiB 2 ), and hydroxyethyl cellulose (HEC, product name: AV-15F, manufactured by Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd.) were weighed in predetermined amounts. These components were mixed with ion-exchanged water, and the resulting mixture was stirred to prepare a negative electrode material paste. The mass ratio (solid content) of each component was adjusted to "zinc oxide:zinc metal:titanium diboride:HEC=80:11.5:5:3.5". The moisture content of the negative electrode material paste was adjusted to 32.5 mass% based on the total mass of the negative electrode material paste.
Next, the negative electrode material paste was applied to the negative electrode material support portion, and then dried for 30 minutes at 80° C. Thereafter, pressure molding was performed using a roll press to obtain an unformed negative electrode having a negative electrode material (negative electrode material layer).

(実施例2)
二ホウ化チタンを二ホウ化ジルコニウム(ZrB)に変更したこと以外は実施例1と同様にして負極を得た。
Example 2
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1, except that titanium diboride was changed to zirconium diboride (ZrB 2 ).

(実施例3)
二ホウ化チタンを二ホウ化ニオブ(NbB)に変更したこと以外は実施例1と同様にして負極を得た。
Example 3
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1, except that titanium diboride was changed to niobium diboride (NbB 2 ).

(比較例1)
二ホウ化チタンを三酸化ビスマス(Bi)に変更したこと以外は実施例1と同様にして負極を得た。
(Comparative Example 1)
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1, except that titanium diboride was changed to bismuth trioxide (Bi 2 O 3 ).

(比較例2)
二ホウ化チタンを三酸化インジウム(In)に変更したこと以外は実施例1と同様にして負極を得た。
(Comparative Example 2)
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1, except that titanium diboride was changed to indium trioxide (In 2 O 3 ).

<正極の作製>
発泡ニッケル(気孔率:95体積%)からなる格子体を加圧成形することで正極集電体を得た。
次いで、コバルトコート水酸化ニッケル粉末、金属コバルト、水酸化コバルト、酸化イットリウム、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、及び、イオン交換水を所定量秤量した。これらの各成分を混合して得られた混合液を攪拌することにより正極材ペーストを作製した。各成分の質量比(固形分)は「水酸化ニッケル:金属コバルト:酸化イットリウム:水酸化コバルト:CMC:PTFE=88:10.3:1:0.3:0.3:0.1」に調整した。正極材ペーストの水分量は、正極材ペーストの全質量基準で27.5質量%に調整した。
続いて、正極材ペーストを正極集電体の正極材支持部に塗布した後、80℃で30分乾燥した。その後、ロールプレスにて加圧成形することにより、正極材(正極材層)を有する未化成の正極を得た。
<Preparation of Positive Electrode>
A grid made of foamed nickel (porosity: 95% by volume) was pressure-molded to obtain a positive electrode current collector.
Next, a predetermined amount of cobalt-coated nickel hydroxide powder, metallic cobalt, cobalt hydroxide, yttrium oxide, carboxymethylcellulose (CMC), polytetrafluoroethylene (PTFE), and ion-exchanged water were weighed. The mixture obtained by mixing these components was stirred to prepare a positive electrode paste. The mass ratio (solid content) of each component was adjusted to "nickel hydroxide: metallic cobalt: yttrium oxide: cobalt hydroxide: CMC: PTFE = 88: 10.3: 1: 0.3: 0.3: 0.1". The moisture content of the positive electrode paste was adjusted to 27.5 mass% based on the total mass of the positive electrode paste.
Next, the positive electrode material paste was applied to the positive electrode material support portion of the positive electrode current collector, and then dried for 30 minutes at 80° C. Thereafter, pressure molding was performed using a roll press to obtain an unformed positive electrode having a positive electrode material (positive electrode material layer).

<電解液の調製>
イオン交換水に水酸化カリウム(KOH)及び水酸化リチウム(LiOH)を混合することにより電解液(水酸化カリウム濃度:30質量%、水酸化リチウム濃度:1質量%)を調製した。
<Preparation of Electrolyte Solution>
An electrolyte solution (potassium hydroxide concentration: 30 mass %, lithium hydroxide concentration: 1 mass %) was prepared by mixing potassium hydroxide (KOH) and lithium hydroxide (LiOH) with ion-exchanged water.

<セパレータの準備>
セパレータとして、微多孔膜であるCelgard2500(POLYPORE International,Inc.製)、不織布であるVL100(ニッポン高度紙工業製)を準備した。微多孔膜は、電池組立て前に、界面活性剤Triton-X100(ダウケミカル株式会社製)で親水化処理した。親水化処理は、Triton-X100が1質量%の量で含まれる水溶液に微多孔膜を24時間浸漬した後、25℃で1時間乾燥する方法で行った。さらに、微多孔膜は、所定の大きさに裁断し、それを半分に折り、側面を熱溶着することで袋状に加工した。袋状の微多孔膜に正極(未化成の正極)を1枚収納し、同様に、袋状の微多孔膜に負極(未化成の負極)を1枚収納した。不織布は、所定の大きさに裁断したものを使用した。
<Preparing the separator>
As the separator, a microporous membrane, Celgard 2500 (manufactured by POLYPORE International, Inc.), and a nonwoven fabric, VL100 (manufactured by Nippon Kodoshi Kogyo Co., Ltd.), were prepared. The microporous membrane was hydrophilized with a surfactant, Triton-X100 (manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.), before the battery was assembled. The hydrophilization was performed by immersing the microporous membrane in an aqueous solution containing 1% by mass of Triton-X100 for 24 hours, and then drying at 25°C for 1 hour. Furthermore, the microporous membrane was cut to a predetermined size, folded in half, and processed into a bag shape by heat welding the sides. One positive electrode (unformed positive electrode) was stored in the bag-shaped microporous membrane, and similarly, one negative electrode (unformed negative electrode) was stored in the bag-shaped microporous membrane. The nonwoven fabric was cut to a predetermined size.

<ニッケル亜鉛電池の作製>
袋状の微多孔膜にそれぞれ収納された2枚の上述の正極と、袋状の微多孔膜にそれぞれ収納された3枚の上述の負極とを交互に積層し、上述の不織布を正極と負極との間に挟み、同極性の極板同士をストラップで連結させて電極群(極板群)を作製した。この電極群を電槽内に配置した後、電槽の上面に蓋体を接着して未化成のニッケル亜鉛電池を得た。次いで、電解液を未化成のニッケル亜鉛電池の電槽内に注入した後、24時間放置した。その後、25mA、15時間の条件で充電を行い、公称容量が320mAhのニッケル亜鉛電池を作製した。
<Preparation of nickel-zinc battery>
Two of the above-mentioned positive electrodes, each housed in a bag-shaped microporous membrane, and three of the above-mentioned negative electrodes, each housed in a bag-shaped microporous membrane, were alternately stacked, the above-mentioned nonwoven fabric was sandwiched between the positive and negative electrodes, and the plates of the same polarity were connected with a strap to prepare an electrode group (electrode plate group). After placing this electrode group in a battery case, a lid was attached to the top surface of the battery case to obtain an unformed nickel-zinc battery. Next, an electrolyte was poured into the battery case of the unformed nickel-zinc battery, and the battery was left for 24 hours. After that, charging was performed under the conditions of 25 mA and 15 hours to prepare a nickel-zinc battery with a nominal capacity of 320 mAh.

<寿命性能の評価>
25℃、320mA(1C)、1.9Vの定電圧で、電流値が16mA(0.05C)に減衰するまでニッケル亜鉛電池の充電を行った後、電池電圧が1.1Vに到達するまで1280mA(4C)の定電流でニッケル亜鉛電池の放電を行うことを1サイクルとする試験を行った。放電容量が1サイクル目の放電容量に対して80%を下回った場合に試験を終了し、試験終了までに行ったサイクル数によってサイクル寿命性能を評価した。試験終了までに行ったサイクル数は、実施例1において112回であり、実施例2において104回であり、実施例3において95回であり、比較例1において78回であり、比較例2において82回であった。
<Evaluation of life performance>
The nickel-zinc battery was charged at 25°C, 320mA (1C), and a constant voltage of 1.9V until the current value attenuated to 16mA (0.05C), and then discharged at a constant current of 1280mA (4C) until the battery voltage reached 1.1V, forming one cycle. The test was terminated when the discharge capacity fell below 80% of the discharge capacity of the first cycle, and the cycle life performance was evaluated based on the number of cycles performed until the end of the test. The number of cycles performed until the end of the test was 112 in Example 1, 104 in Example 2, 95 in Example 3, 78 in Comparative Example 1, and 82 in Comparative Example 2.

Claims (6)

負極集電体と、当該負極集電体に支持された負極材と、を有し、
前記負極材が、亜鉛を含む負極活物質と、金属ホウ化物と、を含有し、
前記金属ホウ化物の含有量が、前記負極材の全質量を基準として0.1~50質量%であり、
前記金属ホウ化物が、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ニオブ、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタル、ホウ化クロム及びホウ化モリブデンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む、亜鉛二次電池用負極。
A negative electrode current collector and a negative electrode material supported on the negative electrode current collector,
The negative electrode material contains a negative electrode active material containing zinc and a metal boride,
The content of the metal boride is 0.1 to 50 mass% based on the total mass of the negative electrode material,
The negative electrode for a zinc secondary battery, wherein the metal boride comprises at least one selected from the group consisting of titanium boride, zirconium boride, niobium boride, hafnium boride, tantalum boride, chromium boride and molybdenum boride.
前記金属ホウ化物の含有量が、前記負極活物質100質量部に対して0.5~10質量部である、請求項1に記載の亜鉛二次電池用負極。 The negative electrode for zinc secondary batteries according to claim 1, wherein the content of the metal boride is 0.5 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the negative electrode active material. 負極集電体と、当該負極集電体に支持された負極材と、を有し、
前記負極材が、亜鉛を含む負極活物質と、金属ホウ化物と、を含有し、
前記金属ホウ化物の含有量が、前記負極材の全質量を基準として0.1~50質量%であり、
前記金属ホウ化物の含有量が、前記負極活物質100質量部に対して0.5~10質量部である、亜鉛二次電池用負極。
A negative electrode current collector and a negative electrode material supported on the negative electrode current collector,
The negative electrode material contains a negative electrode active material containing zinc and a metal boride,
The content of the metal boride is 0.1 to 50 mass% based on the total mass of the negative electrode material,
The content of the metal boride is 0.5 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the negative electrode active material.
前記金属ホウ化物における化学式M(M:金属元素、B:ホウ素)のy/xが2である、請求項1~3のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池用負極。 4. The negative electrode for zinc secondary batteries according to claim 1, wherein y/x in the chemical formula M x B y (M: metal element, B: boron) in the metal boride is 2. 請求項1~4のいずれか一項に記載の亜鉛二次電池用負極と、正極と、を備える、亜鉛二次電池。 A zinc secondary battery comprising the negative electrode for zinc secondary batteries according to any one of claims 1 to 4 and a positive electrode. ニッケル亜鉛二次電池である、請求項5に記載の亜鉛二次電池。 The zinc secondary battery according to claim 5 which is a nickel-zinc secondary battery.
JP2020090383A 2020-05-25 2020-05-25 Zinc battery negative electrode and zinc battery Active JP7613845B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020090383A JP7613845B2 (en) 2020-05-25 2020-05-25 Zinc battery negative electrode and zinc battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020090383A JP7613845B2 (en) 2020-05-25 2020-05-25 Zinc battery negative electrode and zinc battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021185559A JP2021185559A (en) 2021-12-09
JP7613845B2 true JP7613845B2 (en) 2025-01-15

Family

ID=78815781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020090383A Active JP7613845B2 (en) 2020-05-25 2020-05-25 Zinc battery negative electrode and zinc battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7613845B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000228198A (en) 1999-01-27 2000-08-15 Scps Soc De Conseil & De Prospective Scient Sa Alkaline secondary electrochemical generator with zinc anode
JP2001093519A (en) 1999-09-22 2001-04-06 Sanyo Electric Co Ltd Hydrogen storage alloy paste electrode for sealed alkaline battery
JP2002526898A (en) 1998-09-28 2002-08-20 ミレニアム セル インコーポレーティッド High energy density boride battery
US20080261094A1 (en) 2007-04-20 2008-10-23 Stuart Licht Stabilized electrodes for electrochemical cells
JP2015060665A (en) 2013-09-17 2015-03-30 国能科技創新有限公司 Air cell, negative electrode for air cell, and air cell unit

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5335134A (en) * 1977-09-19 1978-04-01 Tokyo Shibaura Electric Co Zinc negative electrode for alkaline battery
JP3619000B2 (en) * 1997-01-28 2005-02-09 キヤノン株式会社 Electrode structure, secondary battery, and manufacturing method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002526898A (en) 1998-09-28 2002-08-20 ミレニアム セル インコーポレーティッド High energy density boride battery
JP2000228198A (en) 1999-01-27 2000-08-15 Scps Soc De Conseil & De Prospective Scient Sa Alkaline secondary electrochemical generator with zinc anode
JP2001093519A (en) 1999-09-22 2001-04-06 Sanyo Electric Co Ltd Hydrogen storage alloy paste electrode for sealed alkaline battery
US20080261094A1 (en) 2007-04-20 2008-10-23 Stuart Licht Stabilized electrodes for electrochemical cells
JP2015060665A (en) 2013-09-17 2015-03-30 国能科技創新有限公司 Air cell, negative electrode for air cell, and air cell unit

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021185559A (en) 2021-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1329973B1 (en) Method of manufacturing an electrode
JP7566452B2 (en) Zinc battery
JP7260349B2 (en) Electrolyte for zinc battery and zinc battery
JP7105525B2 (en) zinc battery
JP6094902B2 (en) Positive electrode for alkaline storage battery and alkaline storage battery using the same
JP2018163837A (en) Electrolyte and zinc battery
JP2019216057A (en) Porous membrane, battery member, and zinc battery
JP7613845B2 (en) Zinc battery negative electrode and zinc battery
JP2020087516A (en) Method for manufacturing zinc battery negative electrode and method for manufacturing zinc battery
JP2019106284A (en) Zinc battery negative electrode and zinc battery
JP7637476B2 (en) Anode for zinc secondary battery and zinc secondary battery
JP2019216059A (en) Porous membrane, battery member, and zinc battery
JP2019139986A (en) Negative electrode for zinc battery and zinc battery
JP2021185560A (en) Negative electrode for zinc battery and zinc battery
JP2022081421A (en) Negative electrode body for zinc battery and zinc battery
JP7724274B2 (en) Nickel-zinc battery
JP7166705B2 (en) Method for manufacturing negative electrode for zinc battery and method for manufacturing zinc battery
JP7630915B2 (en) Zinc battery
JP7489184B2 (en) Zinc battery
JP2019129038A (en) Electrode for zinc battery, zinc battery, and method for manufacturing zinc battery
CA2173330C (en) Bipolar electrochemical battery of stacked wafer cells
JP7083561B2 (en) Electrode group and zinc battery
JP2022154484A (en) Electrolyte for zinc battery and zinc battery
JP2020029476A (en) Porous membrane and zinc battery
HK1055845B (en) Method of manufacturing an electrode

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20221227

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20230206

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230522

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240419

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240604

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240726

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20241029

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241210

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: 20241224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7613845

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150