DE112021005103T5 - SEPARATOR WITH LDH-LIKE CONNECTION AND ZINC SECONDARY BATTERY - Google Patents
SEPARATOR WITH LDH-LIKE CONNECTION AND ZINC SECONDARY BATTERY Download PDFInfo
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Abstract
Es wird ein hydroxidionenleitfähiger Separator bereitgestellt, der eine ausgezeichnete Alkalibeständigkeit aufweist und ferner in der Lage ist, Kurzschlüsse aufgrund von Zinkdendriten wirksamer zu unterdrücken, was dem LDH-Separator überlegen ist. Dieser Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung enthält ein aus einem Polymermaterial hergestelltes poröses Substrat; und eine geschichtetem Doppelhydroxid ähnliche (LDH-ähnliche) Verbindung, mit der die Poren des porösen Substrats verstopft sind. Ein mittlerer Bereich entlang der Dicke des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung weist eine geringere mittlere Porosität als periphere Bereiche entlang der Dicke des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung auf.There is provided a hydroxide ion conductive separator which is excellent in alkali resistance and further capable of more effectively suppressing short circuits due to zinc dendrites, which is superior to the LDH separator. This LDH-like compound separator includes a porous substrate made of a polymer material; and a layered double hydroxide-like (LDH-like) compound with which the pores of the porous substrate are clogged. A central region along the thickness of the LDH-like compound separator has a lower average porosity than peripheral regions along the thickness of the LDH-like compound separator.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung und eine Zink-Sekundärbatterie.The present invention relates to an LDH-like compound separator and a zinc secondary battery.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Bei Zink-Sekundärbatterien, wie z. B. Nickel-Zink-Sekundärbatterien und Luft-Zink-Sekundärbatterien, ist bekannt, dass sich während einer Ladebetriebsart metallische Zinkdendriten an den negativen Elektroden ablagern, Hohlräume in den Separatoren, die beispielsweise aus Vliesstoff bestehen, durchdringen und die positiven Elektroden erreichen, was zu einem Kurzschluss führt. Der durch solche Zinkdendriten verursachte Kurzschluss tritt bei wiederholten Lade/Entladevorgängen auf und führt zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Zink-Sekundärbatterien.For zinc secondary batteries such. B. nickel-zinc secondary batteries and air-zinc secondary batteries, it is known that during a charging mode, metallic zinc dendrites deposit on the negative electrodes, penetrate voids in the separators, which are made of non-woven fabric, for example, and reach the positive electrodes, resulting in leads to a short circuit. The short circuit caused by such zinc dendrites occurs during repeated charge/discharge operations, and leads to a shortening of the life of zinc secondary batteries.
Um ein solches Problem zu lösen, sind Zink-Sekundärbatterien vorgeschlagen worden, die Separatoren mit geschichtetem Doppelhydroxid (LDH) enthalten, die selektiv Hydroxidionen permeiern und gleichzeitig das Eindringen von Zinkdendriten blockieren. Beispielsweise offenbart die Patentliteratur 1 (
In der Zwischenzeit offenbart die Patentliteratur 4 (
ENTGEGENHALTU NGS LISTEREFERENCE LIST
PATENTLITERATURPATENT LITERATURE
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Patentliteratur 1:
WO2013/118561 WO2013/118561 -
Patentliteratur 2:
WO2016/076047 WO2016/076047 -
Patentliteratur 3:
WO2016/067884 WO2016/067884 -
Patentliteratur 4:
WO2019/124214 WO2019/124214
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
In dem Fall, in dem Zink-Sekundärbatterien, beispielsweise Nickel-Zink-Batterien, wie vorstehend beschrieben mit einem LDH-Separator konstruiert sind, kann das Problem wie z. B. ein durch Zinkdendriten verursachter Kurzschluss bis zu einem gewissen Grad effektiv verhindert werden. Eine weitere Verbesserung ist jedoch für einen präventiven Effekt des durch die Dendriten verursachten Kurzschluss wünschenswert.In the case where zinc secondary batteries such as nickel-zinc batteries are constructed with an LDH separator as described above, the problem such as B. a short circuit caused by zinc dendrites can be effectively prevented to a certain extent. However, further improvement is desired for a preventive effect of the short circuit caused by the dendrites.
Die Erfinder haben nun herausgefunden, dass es durch Verwenden einer LDH-ähnlichen Verbindung, die nachstehend als hydroxidionenleitfähige Substanz beschrieben ist, anstelle von herkömmlichen LDHs möglich ist, einen hydroxidionenleitfähigen Separator (Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung) zu schaffen, der eine ausgezeichnete Alkalibeständigkeit aufweist und ferner in der Lage ist, Kurzschlüsse aufgrund von Zinkdendriten effektiver zu unterdrücken. Die Erfinder haben auch herausgefunden, dass es durch Verstopfen der Poren eines porösen Polymersubstrats mit einer LDH-ähnlichen Verbindung, so dass ein mittlerer Bereich entlang der Dicke des Substrats eine geringere mittlere Porosität aufweist als periphere Bereiche entlang der Dicke des Substrats, möglich ist, einen Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung zu schaffen, der durch Zinkdendriten verursachte Kurzschlüsse effektiver verhindern kann.The inventors have now found that by using an LDH-like compound described below as a hydroxide ion-conductive substance instead of conventional LDHs, it is possible to provide a hydroxide ion-conductive separator (LDH-like compound separator) excellent in alkali resistance and further is capable of more effectively suppressing short circuits due to zinc dendrites. The inventors also found that by clogging the pores of a porous polymeric substrate with an LDH-like compound so that a medium region along the thickness of the substrate has a lower mean porosity than peripheral regions along the thickness of the substrate, it is possible to provide an LDH-like compound separator which can more effectively prevent short circuits caused by zinc dendrites.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hydroxidionenleitfähigen Separator zu schaffen, der eine ausgezeichnete Alkalibeständigkeit aufweist und in der Lage ist, Kurzschlüsse aufgrund von Zinkdendriten noch effektiver zu unterdrücken, was dem LDH-Separator überlegen ist.Accordingly, an object of the present invention is to provide a hydroxide ion conductive separator which is excellent in alkali resistance and capable of suppressing short circuits due to zinc dendrites more effectively, which is superior to the LDH separator.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung geschaffen, der ein aus einem polymeren Material hergestelltes poröses Substrat; und eine geschichtete Doppelhydroxid-ähnliche (LDH-ähnliche) Verbindung, mit der die Poren des porösen Substrats verstopft sind, umfasst, wobei ein mittlerer Bereich entlang der Dicke des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung eine geringere mittlere Porosität aufweist als periphere Bereiche entlang der Dicke des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.According to one embodiment of the present invention, there is provided an LDH-like compound separator comprising a porous substrate made of a polymeric material; and a layered double hydroxide-like (LDH-like) compound with which the pores of the porous substrate are plugged, wherein a central region along the thickness of the LDH-like compound separator has a lower mean porosity than peripheral regions along the thickness of the separator with LDH-like connection.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Zink-Sekundärbatterie geschaffen, die den Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung umfasst.According to another embodiment of the present invention, there is provided a zinc secondary battery including the LDH-like compound separator.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine alkalische Festkörper-Brennstoffzelle geschaffen, die den Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung umfasst.According to another embodiment of the present invention, there is provided a solid-state alkaline fuel cell comprising the LDH-like compound separator.
Figurenlistecharacter list
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1 ist eine konzeptionelle schematische Querschnittsansicht, die einen Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung darstellt.1 Fig. 12 is a conceptual schematic cross-sectional view showing an LDH-like compound separator. -
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Messvorrichtung, die in dem Dendritenkurzschlusstest in den Beispielen A1 bis A4 verwendet ist.2 Fig. 12 is a schematic cross-sectional view of a measuring device used in the dendrite short circuit test in Examples A1 to A4. -
3A ist eine konzeptionelle Ansicht, die ein Beispielsystem zum Messen der Heliumpermeabilität, das in den Beispielen A1 bis D2 verwendet ist, darstellt.3A 14 is a conceptual view showing an example system for measuring helium permeability used in Examples A1 to D2. -
3B ist eine schematische Querschnittsansicht eines Probenhalters und seiner peripheren Konfiguration, der in dem in3A gezeigten Messsystem verwendet ist.3B is a schematic cross-sectional view of a sample holder and its peripheral configuration used in FIG3A shown measuring system is used. -
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein in den Beispielen A1 bis D2 verwendetes elektrochemisches Messsystem darstellt.4 Fig. 12 is a schematic cross-sectional view showing an electrochemical measuring system used in Examples A1 to D2. -
5A ist eine Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop-Querschnittsbild (FE-SEM-Querschnittsbild) des peripheren Bereichs (des Bereichs in einer Tiefe von 1 bis 4 µm ab der Oberfläche) eines in Beispiel A3 produzierten LDH-Separators. In der Zeichnung entsprechen die grauen Bereiche dem porösen Polymersubstrat, die weißen Bereiche dem LDH und die schwarzen Bereiche den verbleibenden Poren.5A Fig. 12 is a cross-sectional field emission scanning electron microscope (FE-SEM) cross-sectional image of the peripheral portion (the portion at a depth of 1 to 4 µm from the surface) of an LDH separator produced in Example A3. In the drawing, the gray areas correspond to the porous polymer substrate, the white areas to the LDH, and the black areas to the remaining pores. -
5B ist ein FE-SEM-Querschnittsbild des mittleren Bereichs des in Beispiel A3 produzierten LDH-Separators. In der Zeichnung entsprechen die grauen Bereiche dem porösen Polymersubstrat, die weißen Bereiche dem LDH und die schwarzen Bereiche den verbleibenden Poren.5B Figure 12 is a cross-sectional FE-SEM image of the center portion of the LDH separator produced in Example A3. In the drawing, the gray areas correspond to the porous polymer substrate, the white areas to the LDH, and the black areas to the remaining pores. -
6A ist ein SEM-Bild einer Oberfläche einer in Beispiel B1 produzierten LDH-ähnlichen Verbindung.6A Figure 12 is an SEM image of a surface of an LDH-like compound produced in Example B1. -
6B ist das Ergebnis der Röntgenbeugung des in Beispiel B1 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.6B is the result of X-ray diffraction of the LDH-like compound separator produced in Example B1. -
7A ist ein SEM-Bild einer Oberfläche eines in Beispiel B2 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.7A Figure 12 is an SEM image of a surface of an LDH-like compound separator produced in Example B2. -
7B ist das Ergebnis der Röntgenbeugung des in Beispiel B2 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.7B is the result of X-ray diffraction of the LDH-like compound separator produced in Example B2. -
8A ist ein SEM-Bild einer Oberfläche eines in Beispiel B3 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.8A Figure 12 is an SEM image of a surface of an LDH-like compound separator produced in Example B3. -
8B ist das Ergebnis der Röntgenbeugung des in Beispiel B3 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.8B is the result of X-ray diffraction of the LDH-like compound separator produced in Example B3. -
9A ist ein SEM-Bild einer Oberfläche eines in Beispiel B4 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.9A Fig. 12 is an SEM image of a surface of an LDH-like compound separator produced in Example B4. -
9B ist das Ergebnis der Röntgenbeugung des in Beispiel B4 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.9B is the result of X-ray diffraction of the LDH-like compound separator produced in Example B4. -
10A ist ein SEM-Bild einer Oberfläche eines in Beispiel B5 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.10A Figure 12 is an SEM image of a surface of an LDH-like compound separator produced in Example B5. -
10B ist das Ergebnis der Röntgenbeugung des in Beispiel B5 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.10B is the result of X-ray diffraction of the LDH-like compound separator produced in Example B5. -
11A ist ein SEM-Bild einer Oberfläche eines in Beispiel B6 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.11A Fig. 12 is an SEM image of a surface of an LDH-like compound separator produced in Example B6. -
11B ist das Ergebnis der Röntgenbeugung des in Beispiel B6 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.11B is the result of X-ray diffraction of the LDH-like compound separator produced in Example B6. -
12 ist ein SEM-Bild einer Oberfläche eines in Beispiel B7 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.12 Fig. 12 is an SEM image of a surface of an LDH-like compound separator produced in Example B7. -
13A ist ein SEM-Bild einer Oberfläche eines in Beispiel B8 (Vergleich) produzierten LDH-Separators.13A Figure 13 is an SEM image of a surface of an LDH separator produced in Example B8 (Comparative). -
13B ist das Ergebnis der Röntgenbeugung des in Beispiel B8 (Vergleich) produzierten LDH-Separators.13B is the result of X-ray diffraction of the LDH separator produced in example B8 (comparative). -
14 ist ein SEM-Bild einer Oberfläche des in Beispiel C1 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.14 Figure 12 is an SEM image of a surface of the LDH-like compound separator produced in Example C1. -
15 ist ein SEM-Bild einer Oberfläche des in Beispiel D1 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.15 Figure 12 is an SEM image of a surface of the LDH-like compound separator produced in Example D1. -
16 ist ein SEM-Bild einer Oberfläche des in Beispiel D2 produzierten Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung.16 Figure 12 is an SEM image of a surface of the LDH-like compound separator produced in Example D2.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Separator mit LDH-ähnlicher VerbindungSeparator with LDH-like connection
Wie in einer schematischen Querschnittsansicht in
Der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung der vorliegenden Erfindung weist eine ausgezeichnete Flexibilität und Festigkeit sowie eine gewünschte lonenleitfähigkeit basierend auf der Hydroxidionenleitfähigkeit der LDH-ähnlichen Verbindung 14 auf. Die Flexibilität und die Festigkeit werden durch die des porösen Polymersubstrats des Separators 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung selbst verursacht. Mit anderen Worten ist der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung auf eine Weise verdichtet, dass die Poren des porösen Polymersubstrats 12 ausreichend mit der LDH-ähnlichen Verbindung 14 verstopft sind und das poröse Polymersubstrat 12 und die LDH-ähnliche Verbindung 14 in hohem Maße in ein hochwertiges Verbundmaterial integriert sind, wodurch die hohe Steifigkeit und geringe Verformbarkeit, die durch die LDH-ähnliche Verbindung 14, die ein keramisches Material ist, verursacht wird, durch die hohe Flexibilität und hohe Festigkeit des porösen Polymersubstrats 12 ausgeglichen oder reduziert werden können.The LDH-
Wie vorstehend beschrieben weist ein mittlerer Bereich 10a entlang der Dicke der Separators 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung eine geringere mittlere Porosität als periphere Bereiche 10b entlang der Dicke des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung auf. In dieser Spezifikation bezieht sich der mittlere Bereich 10a auf den Abschnitt, der sich in der Mitte befindet, wenn der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung in drei gleiche Abschnitte in Richtung der Dicke unterteilt ist, und die peripheren Bereiche 10b beziehen sich auf die Abschnitte in der Nähe der Flächen (d. h. die Abschnitte außerhalb des mittleren Bereichs 10a), wenn der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung drei gleiche Abschnitte in Richtung der Dicke unterteilt ist. Vorzugsweise weisen die peripheren Bereiche 10b eine mittlere Porosität von 3 % oder mehr auf, und der mittlere Bereich 10a weist eine mittlere Porosität von 2 % oder weniger auf. Weiter bevorzugt weisen die peripheren Bereiche 10b eine mittlere Porosität im Bereich von 3 % bis 15 % auf, und der mittlere Bereich 10a weist eine mittlere Porosität von 1 % oder weniger auf. Noch weiter bevorzugt weisen die peripheren Bereiche 10b eine mittlere Porosität im Bereich von 5 % bis 10 % auf, und der mittlere Bereich 10a weist eine mittlere Porosität im Bereich von 0,01 % bis 1 % auf. Der mittlere Bereich 10a und die peripheren Bereiche 10b mit mittleren Porositäten in solchen Bereichen können das Wachstum der Zinkdendriten in den peripheren Bereichen 10b besser aufhalten. Auf diese Weise können durch die Zinkdendriten verursachte Kurzschlüsse effektiver eingedämmt werden. Eine signifikant hohe lonenleitfähigkeit der Separators 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung kann erreicht werden. Somit kann der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung Hydroxidionen gut leiten. Die mittlere Porosität kann bestimmt werden durch a) Polieren einer Querschnittsfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung mit einem Querschnittspolierer (CP), b) Aufnehmen von zwei Bildfeldern einer funktionellen Schicht bei einer 50.000-fachen Vergrößerung mit einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM), c) Berechnen der Porositäten der beiden Felder mit einer Bilduntersuchungssoftware (z. B. HDevelop von MVTec Software) basierend auf den Daten der aufgenommenen Querschnittsbilder und d) Bilden des Durchschnitts der berechneten Porositäten.As described above, a
Der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung weist eine lonenleitfähigkeit von vorzugsweise 0,1 mS/cm oder mehr, weiter bevorzugt 1,0 mS/cm oder mehr, noch weiter bevorzugt 1,5 mS/cm oder mehr, besonders bevorzugt 2,0 mS/cm oder mehr auf. Ein solcher Bereich ermöglicht es, dass der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung vollständig als Separator mit Hydroxidionenleitfähigkeit funktioniert. Da eine höhere lonenleitfähigkeit bevorzugt ist, kann der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung eine beliebige Obergrenze der lonenleitfähigkeit aufweisen, beispielsweise 10 mS/cm. Die lonenleitfähigkeit wird aus dem Widerstand, der Dicke und der Fläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung berechnet. Der Widerstand des Separators 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung wird in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 0,1 Hz und bei einer angelegten Spannung von 10 mV unter Verwendung eines elektrochemischen Messsystems (Potentio-Galvanostat-Frequenzgang-Analysator) für den Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung, der in eine wässrige KOH-Lösung einer vorbestimmten Konzentration (beispielsweise 5,4 M) eingetaucht ist, gemessen, und der Schnittpunkt über der reellen Achse kann als der Widerstand des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung bestimmt werden.The LDH-
Der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung enthält eine geschichtetem Doppelhydroxid ähnlich Verbindung (LDH-ähnliche Verbindung) 14 und kann eine positive Elektrodenplatte von einer negativen Elektrodenplatte isolieren und stellt eine Hydroxidionenleitfähigkeit zwischen ihnen in einer Zink-Sekundärbatterie sicher. Der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung funktioniert als ein hydroxidionenleitfähiger Separator. Der bevorzugte Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung weist eine Gasundurchlässigkeit und/oder Wasserundurchlässigkeit auf. Mit anderen Worten ist der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung vorzugsweise bis zu einem Grad verdichtet, dass er Gasundurchlässigkeit und/oder Wasserundurchlässigkeit zeigt. Der Ausdruck „Gasundurchlässigkeit“ durchgehend in der Spezifikation gibt an, dass keine Blasenbildung von Heliumgas auf einer Seite einer Probe beobachtet wird, wenn Heliumgas mit der anderen Seite in Wasser bei einem Differenzdruck von 0,5 atm in Kontakt gebracht wird, wie in der Patentliteratur 2 und 3 beschrieben ist. Zusätzlich gibt der Ausdruck „Wasserundurchlässigkeit“ durchgehend in der Spezifikation an, dass Wasser in Kontakt mit einer Seite der Probe nicht auf die andere Seite permeiert, wie in der Patentliteratur 2 und 3 beschrieben ist. Als ein Ergebnis gibt, dass der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung, der Gasundurchlässigkeit und Wasserundurchlässigkeit aufweist, an, dass er eine Dichte bis zu einem Grad aufweist, dass kein Gas oder Wasser permeiert, und dass er keine poröse Membran oder ein anderes poröses Material ist, das Gasundurchlässigkeit oder Wasserundurchlässigkeit aufweist. Dementsprechend kann der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung aufgrund seiner Hydroxidionenleitfähigkeit selektiv nur Hydroxidionen permeieren und als ein Batterieseparator dienen. Der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung weist somit eine physikalische Konfiguration auf, die das Eindringen von Zinkdendriten, die während einer Ladebetriebsart erzeugt werden, durch den Separator verhindert, wodurch ein Kurzschluss zwischen positiven und negativen Elektroden verhindert wird. Da der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung eine Hydroxidionenleitfähigkeit besitzt, ermöglicht die lonenleitfähigkeit, dass sich eine notwendige Menge an Hydroxidionen effizient zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte bewegen kann, wodurch eine Lade/Entladereaktion auf der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte erreicht werden kann.The LDH-
Der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung besitzt vorzugsweise eine Heliumpermeabilität pro Flächeneinheit von 3,0 cm/min × atm oder weniger, weiter bevorzugt 2,0 cm/min × atm oder weniger, noch weiter bevorzugt 1,0 cm/min × atm oder weniger. Ein Separator mit einer Heliumpermeabilität von 3,0 cm/min × atm oder weniger kann die Permeation von Zn (typischerweise die Permeation von Zinkionen oder Zinkationen) in der Elektrolytlösung erheblich eindämmen. Somit ist es prinzipiell denkbar, dass der Separator der vorliegenden Ausführungsform das Wachstum von Zinkdendriten bei Verwendung in Zink-Sekundärbatterien effektiv eindämmen kann, weil die Zn-Permeation signifikant unterdrückt wird. Die Heliumpermeabilität wird durch die folgenden Schritte gemessen: Zuführen von Heliumgas zu einer Seite des Separators, um zu ermöglichen, dass das Heliumgas in den Separator permeiert; und Berechnen der Heliumpermeabilität, um die Dichte des hydroxidionenleitfähigen Separators zu bewerten. Die Heliumpermeabilität wird aus dem Ausdruck F/(P×S) berechnet, wobei F das Volumen des permeierten Heliumgases pro Zeiteinheit ist, P der Differenzdruck ist, der auf den Separator wirkt, wenn Heliumgas hindurch permeiert, und S die Fläche der Membran ist, durch die Heliumgas permeiert. Die Auswertung der Durchlässigkeit von Heliumgas auf diese Weise kann die Dichte außerordentlich genau bestimmen. Als ein Ergebnis kann ein hoher Dichtegrad, der andere Substanzen als Hydroxidionen (insbesondere Zink, das die Ablagerung von dendritischem Zink verursacht) möglichst wenig (oder nur in Spuren) permeiert, effektiv bewertet werden. Heliumgas eignet sich für diese Auswertung, weil Heliumgas die kleinste konstitutionelle Einheit unter den verschiedenen Atomen oder Molekülen, aus denen das Gas bestehen kann, aufweist und seine Reaktivität äußerst gering ist. Das heißt, Helium bildet keine Moleküle, und Heliumgas liegt in atomarer Form vor. In dieser Hinsicht ist, da Wasserstoffgas in molekularer Form (H2) vorliegt, atomares Helium im gasförmigen Zustand kleiner als molekulares H2. Grundsätzlich ist das Gas H2 brennbar und gefährlich. Durch die Verwendung der Heliumgaspermeabilität, die durch den vorstehenden Ausdruck definiert ist, als eine Kennzahl kann die Dichte unabhängig von Unterschieden der Probengröße und der Messbedingungen präzise und einfach bewertet werden. Somit kann leicht, sicher und effektiv bewertet werden, ob der Separator eine ausreichend hohe Dichte, die für Separatoren von Zink-Sekundärbatterien geeignet ist, aufweist. Die Heliumpermeabilität kann vorzugsweise in Übereinstimmung mit der in Auswertung 5 in den später beschriebenen Beispielen gezeigten Prozedur gemessen werden.The LDH-
In dem Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung sind die Poren des porösen Substrats 12 mit der LDH-ähnlichen Verbindung 14 gefüllt. Vorzugsweise ist die LDH-ähnliche Verbindung:
- (a) ein Hydroxid und/oder ein Oxid mit einer geschichteten Kristallstruktur, das enthält: Mg; und eines oder mehrere Elemente, die wenigstens Ti enthalten, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ti, Y und AI besteht, oder
- (b) ein Hydroxid und/oder ein Oxid mit einer geschichteten Kristallstruktur, das (i) Ti, Y und optional Al und/oder Mg und (ii) wenigstens ein additives Element M, ausgewählt aus der Gruppe, die In, Bi, Ca, Sr und Ba enthält, umfasst, oder
- (c) ein Hydroxid und/oder ein Oxid mit einer geschichteten Kristallstruktur, das Mg, Ti, Y und optional Al und/oder In umfasst, wobei in (c) die LDH-ähnliche Verbindung in Form einer Mischung mit In(OH)3 vorhanden ist.
- (a) a hydroxide and/or an oxide having a layered crystal structure containing: Mg; and one or more elements containing at least Ti selected from the group consisting of Ti, Y and Al, or
- (b) a hydroxide and/or an oxide with a layered crystal structure containing (i) Ti, Y and optionally Al and/or Mg and (ii) at least one additive element M selected from the group consisting of In, Bi, Ca , Sr and Ba contains, comprises, or
- (c) a hydroxide and/or an oxide with a layered crystal structure comprising Mg, Ti, Y and optionally Al and/or In, wherein in (c) the LDH-like compound is in the form of a mixture with In(OH) 3 is available.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform (a) der vorliegenden Erfindung ist die LDH-ähnliche Verbindung 14 ein Hydroxid und/oder ein Oxid mit einer geschichteten Kristallstruktur, das enthält: Mg; und eines oder mehrere Elemente, die wenigstens Ti enthalten, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ti, Y und Al besteht. Dementsprechend ist die LDH-ähnliche Verbindung 14 typischerweise ein Verbundhydroxid und/oder ein Verbundoxid von Mg, Ti, optional Y und optional Al. Die vorgenannten Elemente können bis zu einem Grad, an dem die grundlegenden Eigenschaften der LDH-ähnlichen Verbindung 14 nicht beeinträchtigt werden, durch andere Elemente oder Ionen ersetzt werden jedoch ist die LDH-ähnliche Verbindung 14 vorzugsweise frei von Ni. Beispielsweise kann die LDH-ähnliche Verbindung 14 ferner Zn und/oder K enthalten. Dies kann die lonenleitfähigkeit des Separators 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung weiter verbessert.According to a preferred embodiment (a) of the present invention, the LDH-
Die LDH-ähnliche Verbindung 14 kann durch Röntgenbeugung identifiziert werden. Insbesondere weist der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung einen Peak auf, der von der LDH-ähnlichen Verbindung stammt und im Bereich von typischerweise 5° ≤ 2θ ≤ 10°, typischer 7° ≤ 2θ ≤ 10°, detektiert wird, wenn an seiner Oberfläche Röntgenbeugung ausgeführt wird. Wie vorstehend beschrieben, ist ein LDH eine Substanz mit einer alternierenden laminierten Struktur, in der austauschbare Anionen und H2O als Zwischenschicht zwischen gestapelten grundlegenden Hydroxidschichten vorhanden sind. Im Hinblick darauf wird bei der Messung des LDH durch Röntgenbeugung ein Peak, der auf die Kristallstruktur des LDH zurückzuführen ist (d. h. der (003)-Peak des LDH), ursprünglich an einer Position von 2θ = 11° bis 12° detektiert. Im Gegensatz dazu wird bei der Messung der LDH-ähnlichen Verbindung 14 durch Röntgenbeugung typischerweise ein Peak in einem solchen Bereich detektiert, der von der Peakposition des LDH zur Seite des niedrigen Winkels verschoben ist. Ferner kann der Zwischenschichtabstand in der geschichteten Kristallstruktur durch die Bragg-Gleichung unter Verwendung von 2θ entsprechend den von der LDH-ähnlichen Verbindung stammenden Peaks in der Röntgenbeugung bestimmt werden. Der auf diese Weise bestimmte Zwischenschichtabstand in der geschichteten Kristallstruktur, die die LDH-ähnliche Verbindung 14 bildet, ist typischerweise im Bereich von 0,883 bis 1,8 nm, typischer im Bereich 0,883 bis 1,3 nm.The LDH-
Der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung gemäß der vorstehenden Ausführungsform (a) besitzt vorzugsweise ein Atomverhältnis Mg/(Mg + Ti + Y + AI) in der LDH-ähnlichen Verbindung 14, wie durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) bestimmt wird, im Bereich von 0,03 bis 0,25, weiter vorzuziehen im Bereich von 0,05 bis 0,2. Ferner ist ein Atomverhältnis Ti/(Mg + Ti + Y + AI) in der LDH-ähnlichen Verbindung 14 vorzugsweise im Bereich von 0,40 bis 0,97, weiter vorzuziehen im Bereich von 0,47 bis 0,94. Ferner ist ein Atomverhältnis Y/(Mg + Ti + Y + AI) in der LDH-ähnlichen Verbindung 14 vorzugsweise im Bereich von 0 bis 0,45, weiter vorzuziehen im Bereich von 0 bis 0,37. Ferner ist ein Atomverhältnis AI/(Mg + Ti + Y + AI) in der LDH-ähnlichen Verbindung 14 vorzugsweise im Bereich von 0 bis 0,05, weiter vorzuziehen im Bereich von 0 bis 0,03. Innerhalb eines solchen Bereichs ist ferner die Alkalibeständigkeit hervorragend, und der Effekt der Unterdrückung von Kurzschlüssen aufgrund von Zinkdendriten (d. h. die Dendritenbeständigkeit) kann effektiver erreicht werden. Indessen können die für LDH-Separatoren bekannten LDHs durch eine Grundzusammensetzung dieser Formel ausgedrückt werden: M2+ 1-x,M3+x(OH)2An x/n·MH2O (in der Formel ist M2+ ein zweiwertiges Kation, M3+ ist ein dreiwertiges Kation, An- ist ein n-wertiges Anion, n ist eine ganze Zahl von 1 oder größer, x ist im Bereich von 0,1 bis 0,4 und m ist 0 oder größer). Im Gegensatz dazu weichen die vorstehend genannten Atomverhältnisse in der LDH-ähnlichen Verbindung 14 im Allgemeinen von denen in der vorstehend genannten Formel von LDH ab. Daher kann man sagen, dass die LDH-ähnliche Verbindung 14 in der vorliegenden Ausführungsform im Allgemeinen Zusammensetzungsverhältnisse (Atomverhältnisse) aufweist, die sich von denen eines solchen herkömmlichen LDH unterscheiden. Die EDS-Analyse wird vorzugsweise ausgeführt durch 1) Aufnehmen eines Bildes mit einer Beschleunigungsspannung von 20 kV und einer 5.000-fachen Vergrößerung, 2) Ausführen einer Analyse an drei Punkten in Abständen von etwa 5 µm in der Punktanalysebetriebsart, 3) einmaliges Wiederholen der vorstehenden Prozeduren 1) und 2), und 4) Berechnen eines Mittelwerts der insgesamt sechs Punkte unter Verwendung eines EDS-Analysators (z. B. X-act, hergestellt von Oxford Instruments).The LDH-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform (b) kann die LDH-ähnliche Verbindung 14 ein Hydroxid und/oder ein Oxid mit einer geschichteten Kristallstruktur sein, das (i) Ti, Y und optional Al und/oder Mg und (ii) ein additives Element M enthält. Daher ist die LDH-ähnlichen Verbindung 14 typischerweise ein komplexes Hydroxid und/oder ein komplexes Oxid mit Ti, Y, dem additiven Element M und optional Al und optional Mg. Das additive Element M ist In, Bi, Ca, Sr, Ba oder eine Kombination davon. Die vorstehend beschriebenen Elemente können bis zu einem Grad, an dem die grundlegenden Eigenschaften der LDH-ähnlichen Verbindung 14 nicht beeinträchtigt werden, durch andere Elemente oder Ionen ersetzt werden, und die LDH-ähnliche Verbindung ist vorzugsweise frei von Ni.According to a further embodiment (b), the LDH-
Der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung gemäß der vorstehenden Ausführungsform (b) besitzt vorzugsweise ein Atomverhältnis von Ti/(Mg + Al + Ti + Y + M) in der LDH-ähnlichen Verbindung 14 im Bereich von 0,50 bis 0,85, wie durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) bestimmt wird, und besitzt vorzugsweise ein Atomverhältnis im Bereich von 0,56 bis 0,81. Ein Atomverhältnis von Y/(Mg + Al + Ti + Y + M) in der LDH-ähnlichen Verbindung ist 14 vorzugsweise im Bereich von 0,03 bis 0,20 und weiter bevorzugt im Bereich 0,07 bis 0,15. Ein Atomverhältnis von M/(Mg + Al + Ti + Y + M) in der LDH-ähnlichen Verbindung 14 ist vorzugsweise im Bereich von 0,03 bis 0,35 und weiter bevorzugt 0,03 und 0,32. Ein Atomverhältnis von Mg/(Mg + Al + Ti + Y + M) in der LDH-ähnlichen Verbindung 14 ist vorzugsweise im Bereich von 0 bis 0,10 und weiter bevorzugt im Bereich 0 bis 0,02. Zusätzlich ist Atomverhältnis von Al/(Mg + Al + Ti + Y + M) in der LDH-ähnlichen Verbindung 14 vorzugsweise im Bereich von 0 bis 0,05 und weiter bevorzugt im Bereich 0 bis 0,04. Die Verhältnisse innerhalb der vorstehend genannten Bereiche ermöglichen es, ausgezeichnetere Alkalibeständigkeit und einen Effekt zum Hemmen von durch Zinkdendriten verursachten Kurzschlüssen (d. h. Dendritenbeständigkeit) effizienter zu erreichen. Im Übrigen kann ein LDH, das herkömmlicherweise in Bezug auf einen LDH-Separator bekannt ist, durch die Grundzusammensetzung der Formel M2+ 1-xM3+ x(OH)2An- x/n·mH2O repräsentiert werden, wobei M2+ ein zweiwertiges Kation ist, M3+ ein dreiwertiges Kation ist, An-ist ein n-wertiges Anion ist, n eine ganze Zahl von 1 oder größer ist, x im Bereich von 0,1 bis 0,4 ist und m eine ganze Zahl von 0 oder größer ist. Im Gegensatz dazu weicht das vorstehende Atomverhältnis in der LDH-ähnlichen Verbindung 14 im Allgemeinen von dem der vorstehenden Formel von LDH ab. Daher kann man allgemein sagen, dass die LDH-ähnliche Verbindung 14 in der vorliegenden Ausführungsform ein anderes Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) als herkömmliches LDH aufweist. Die EDS-Analyse wird vorzugsweise mit einem EDS-Analysator (z. B. X-act, hergestellt von Oxford Instruments) durchgeführt durch 1) Aufnehmen eines Bildes an einer Beschleunigungsspannung von 20 kV und einer 5.000-fachen Vergrößerung, 2) Durchführen einer Drei-Punkt-Analyse in Abständen von etwa 5 µm in einer Punktanalysebetriebsart, 3) einmaliges Wiederholen der vorstehenden Schritte 1) und 2), und 4) Berechnen eines Mittelwerts aus insgesamt 6 Punkten.The LDH-
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform (c) kann die LDH-ähnliche Verbindung 14 ein Hydroxid und/oder ein Oxid mit einer geschichteten Kristallstruktur sein, das Mg, Ti, Y und optional Al und/oder In umfasst, wobei die LDH-ähnliche Verbindung 14 in Form einer Mischung mit In(OH)3 vorhanden ist. Die LDH-ähnliche Verbindung der vorliegenden Ausführungsform ist ein Hydroxid und/oder ein Oxid mit einer geschichteten Kristallstruktur, das Mg, Ti, Y und optional Al und/oder In enthält. Daher ist die typische LDH-ähnliche Verbindung ein komplexes Hydroxid und/oder ein komplexes Oxid mit Mg, Ti, Y, optional Al und optional In. Hier kann In, das in der LDH-ähnlichen Verbindung enthalten sein kann, nicht nur absichtlich hinzugefügt werden, sondern auch unvermeidlich in die LDH-ähnliche Verbindung integriert sein, und aus der Bildung von In(OH)3 oder dergleichen herrühren. Die vorstehend beschriebenen Elemente können bis zu einem Grad, an dem die grundlegenden Eigenschaften der LDH-ähnlichen Verbindung nicht beeinträchtigt werden, durch andere Elemente oder Ionen ersetzt werden, und die LDH-ähnliche Verbindung ist vorzugsweise frei von Ni. Im Übrigen kann ein LDH, das herkömmlicherweise in Bezug auf einen LDH-Separator bekannt ist, durch die Grundzusammensetzung der Formel M2+ 1-xM3+ x(OH )2An- x/n·mH2O repräsentiert werden, wobei M2+ ein zweiwertiges Kation ist, M3+ ein dreiwertiges Kation ist, An- ein n-wertiges Anion ist, n eine ganze Zahl von 1 oder größer ist, x im Bereich von 0,1 bis 0,4 ist und m 0 oder größer ist. Im Gegensatz dazu weicht das Atomverhältnis in der LDH-ähnlichen Verbindung im Allgemeinen von dem der vorstehenden Formel von LDH ab. Daher kann man allgemein sagen, dass die LDH-ähnliche Verbindung in der vorliegenden Ausführungsform ein anderes Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) als herkömmliches LDH aufweist.According to yet another embodiment (c), the LDH-
Die Mischung gemäß der vorstehenden Ausführungsform (c) enthält nicht nur die LDH-ähnliche Verbindung, sondern auch In(OH)3 (typischerweise bestehend aus der LDH-ähnlichen Verbindung und In(OH)3. Das enthaltene In(OH)3 verbessert effektiv die Alkalibeständigkeit und die Dendritenbeständigkeit des Separators 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung. Das Gehaltsverhältnis von In(OH)3 in der Mischung ist vorzugsweise eine Menge, die die Alkalibeständigkeit und Dendritenbeständigkeit verbessern kann, ohne die Hydroxidionenleitfähigkeit des Separators 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung zu beeinträchtigen, und ist nicht auf eine spezielle Menge beschränkt. In(OH)3 kann eine kubische Kristallstruktur aufweisen und kann in einer Konfiguration sein, in der seine Kristalle von den LDH-ähnlichen Verbindungen umgeben sind. Das In(OH)3 kann durch Röntgenbeugung identifiziert werden; und die Röntgenbeugungsmessung wird vorzugsweise gemäß dem im folgenden Beispiel beschriebenen Verfahren durchgeführt.The mixture according to embodiment (c) above contains not only the LDH-like compound but also In(OH) 3 (typically consisting of the LDH-like compound and In(OH) 3 . The contained In(OH) 3 effectively improves the alkali resistance and the dendrite resistance of the LDH-
Wie vorstehend beschrieben, umfasst der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung die LDH-ähnliche Verbindung 14 und das poröse Substrat 12 (besteht typischerweise aus dem porösen Substrat 12 und der LDH-ähnlichen Verbindung) 14, und die LDH-ähnliche Verbindung 14 verstopft die Poren in dem porösen Substrat 12, so dass der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung eine Hydroxidionenleitfähigkeit und Gasundurchlässigkeit zeigt (so dass er somit als Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung dient, der Hydroxidionenleitfähigkeit zeigt). Insbesondere ist die LDH-ähnliche Verbindung 14 vorzugsweise über die gesamte Dicke des aus einem Polymermaterial bestehenden porösen Substrats 12 integriert. Der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung weist eine Dicke vorzugsweise im Bereich von 3 bis 80 µm, weiter bevorzugt 3 µm bis 60 µm, noch weiter bevorzugt 3 bis 40 µm auf.As described above, the LDH-
Das poröse Substrat 12 besteht aus einem Polymermaterial. Das poröse Polymersubstrat 12 besitzt folgende Vorteile; (1) hohe Flexibilität (schwer zu reißen, selbst wenn es dünner gemacht wird), (2) hohe Porosität, (3) hohe Leitfähigkeit (geringe Dicke mit hoher Porosität) und (4) gute Herstellbarkeit und Handhabbarkeit. Das poröse Polymersubstrat besitzt einen weiteren Vorteil; (5) leichtes Falten und Versiegeln des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der das poröse Substrat, das aus dem Polymermaterial besteht, enthält, basierend auf dem Vorteil (1): hohe Flexibilität. Bevorzugte Beispiele für das Polymermaterial enthalten Polystyrol, Poly(Ethersulfon), Polypropylen, Epoxidharz, Poly(Phenylensulfid), Fluorkohlenstoffharz (tetrafluoriertes Harz wie z. B. PTFE), Zellulose, Nylon, Polyethylen und irgendeine Kombination davon. Weiter bevorzugte Beispiele sind Polystyrol, Poly(Ethersulfon), Polypropylen, Epoxidharz, Poly(Phenylensulfid), Fluorkohlenstoffharz (tetrafluoriertes Harz wie z. B. PTFE), Nylon, Polyethylen und irgendeine Kombination davon unter dem Gesichtspunkt eines zum Heißpressen geeigneten thermoplastischen Harzes. Alle verschiedenen vorstehend beschriebenen bevorzugten Materialien besitzen eine Alkalibeständigkeit, um gegen die Elektrolytlösung von Batterien beständig zu sein. Weiter bevorzugte Polymermaterialien sind Polyolefine wie z. B. Polypropylen und Polyethylen, wobei Polypropylen und Polyethylen vom Gesichtspunkt der ausgezeichneten Heißwasserbeständigkeit, Säurebeständigkeit und Alkalibeständigkeit sowie ihrer niedrigen Materialkosten am meisten bevorzugt sind. In einem Fall, in dem das poröse Substrat aus dem Polymermaterial besteht, ist die LDH-ähnliche Verbindung besonders bevorzugt über die gesamte Dicke des porösen Substrats eingebettet (beispielsweise sind die meisten Poren oder im Wesentlichen alle Poren innerhalb des porösen Substrats mit der LDH-ähnlichen Verbindung gefüllt). Eine handelsübliche polymere mikroporöse Membran kann vorzugsweise als ein solches poröses Polymersubstrat verwendet werden.The
Produktionsverfahrenproduction process
Das Verfahren zum Produzieren des Separators 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung ist nicht spezifisch eingeschränkt, und der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung kann durch geeignetes Verändern verschiedener Bedingungen (insbesondere der Zusammensetzung des LDH-Ausgangsmaterials) in den bereits bekannten Verfahren (siehe beispielsweise Patentliteratur 1 bis 4) zum Produzieren einer LDH-haltigen Funktionsschicht und eines Verbundmaterials produziert werden. Beispielsweise können eine Funktionsschicht, die eine LDH-ähnliche Verbindung enthält, und ein Verbundmaterial (das heißt ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung) produziert werden durch (1) Vorbereiten eines porösen Substrats, (2) Aufbringen einer Lösung, die Titandioxid-Sol (oder ferner Yttrium-Sol und/oder Aluminiumoxid-Sol) enthält, auf das poröse Substrat gefolgt von Trocknen, um eine Titandioxid-haltige Schicht zu bilden, (3) Eintauchen des porösen Substrats in eine wässrige Ausgangsmateriallösung, die Magnesium-Ionen (M2+) und Harnstoff enthält (oder ferner Yttrium-Ionen (Y3+) enthält), und (4) hydrothermales Behandeln des porösen Substrats in der wässrigen Ausgangsmateriallösung, um eine Funktionsschicht, die eine LDH-ähnliche Verbindung enthält, auf dem porösen Substrat und/oder in dem porösen Substrat zu bilden. Es wird davon ausgegangen, dass das Vorhandensein von Harnstoff in Schritt (3) Ammoniak in der Lösung durch Hydrolyse von Harnstoff erzeugt, um den pH-Wert zu erhöhen, und dass koexistierende Metallionen ein Hydroxid und/oder ein Oxid bilden, so dass die LDH-ähnliche Verbindung erhalten werden kann.The method for producing the LDH-
Insbesondere im Fall der Produktion eines Verbundmaterials (das heißt eines Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung), bei dem das poröse Substrat 12 aus einem Polymermaterial besteht und die LDH-ähnliche Verbindung 14 über die gesamte Dickenrichtung des porösen Substrats integriert wird, wird die gemischte Sol-Lösung in dem vorstehenden Schritt (2) vorzugsweise mit einer Technik auf das Substrat aufgebracht, die ermöglicht, dass die gemischte Sol-Lösung das gesamte oder den größten Teil des Inneren des Substrats durchdringt. Das ermöglicht es, dass die meisten oder fast alle Poren innerhalb des porösen Substrats schließlich mit der LDH-ähnlichen Verbindung gefüllt werden. Bevorzugte Beispiele für die Anwendungstechnik sind die Tauchbeschichtung und die Filtrationsbeschichtung, besonders bevorzugt die Tauchbeschichtung. Das Anpassen der Anzahl der Aufbringvorgänge, wie z. B. der Tauchbeschichtung, ermöglicht die Anpassung der aufzubringenden Menge der gemischten Sol-Lösung. Das mit der gemischten Sol-Lösung durch Tauchbeschichtung oder dergleichen beschichtete Substrat kann getrocknet und dann den vorstehenden Schritten (3) und (4) unterzogen werden.In particular, in the case of producing a composite material (i.e., an LDH-like compound separator) in which the
Wenn das poröse Substrat 12 aus einem Polymermaterial besteht, wird ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung, der durch das vorstehend beschriebene Verfahren oder dergleichen erhalten wird, vorzugsweise gepresst. Das ermöglicht es, dass ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung mit ferner ausgezeichneter Dichte erhalten wird. Die Presstechnik ist nicht spezifisch beschränkt und kann beispielsweise Walzenpressen, einachsiges Pressen, CIP (kaltes isotropes Pressen) oder dergleichen sein, ist jedoch vorzugsweise Walzenpressen. Dieses Pressen wird vorzugsweise unter Erwärmung ausgeführt, da das poröse Polymersubstrat erweicht wird, so dass die Poren des porösen Substrats ausreichend mit der LDH-ähnlichen Verbindung gefüllt werden können. Um eine ausreichende Erweichung zu erreichen, ist die Erwärmungstemperatur vorzugsweise im Bereich von 60 bis 200°C, beispielsweise im Fall von Polypropylen oder Polyethylen. Durch Pressen, wie z. B. Walzenpressen, in einem solchen Temperaturbereich können die restlichen Poren in dem Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung erheblich reduziert werden. Als ein Ergebnis kann der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung extrem verdichtet werden, und Kurzschlüsse aufgrund von Zinkdendriten können somit weiter effektiv unterdrückt werden. Das geeignete Anpassen des Walzenspaltes und der Walzentemperatur beim Walzenpressen ermöglicht es, die Morphologie der restlichen Poren zu steuern, wodurch es möglich wird, einen Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung mit der gewünschten Dichte zu erhalten.When the
Zink-SekundärbatterienZinc Secondary Batteries
Der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise auf Zink-Sekundärbatterien angewandt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Zink-Sekundärbatterie bereitgestellt, die den Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung umfasst. Eine typische Zink-Sekundärbatterie enthält eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und eine Elektrolytlösung und isoliert die positive Elektrode von der negativen Elektrode mit dem Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung dazwischen. Die Zink-Sekundärbatterie der vorliegenden Erfindung kann von irgendeinem Typ sein, der eine negative Zinkelektrode und eine Elektrolytlösung (typischerweise eine wässrige Alkalimetallhydroxidlösung) enthält. Dementsprechend enthalten Beispiele für die Zink-Sekundärbatterie Nickel-Zink-Sekundärbatterien, Silberoxid-Zink-Sekundärbatterien, Manganoxid-Zink-Sekundärbatterien, Zink-Luft-Sekundärbatterien und verschiedene andere Alkali-Zink-Sekundärbatterien. Beispielsweise kann die Zink-Sekundärbatterie vorzugsweise eine Nickel-Zink-Sekundärbatterie sein, deren positive Elektrode Nickelhydroxid und/oder Nickeloxyhydroxid enthält. Alternativ kann die Zink-Sekundärbatterie eine Zink-Luft-Sekundärbatterie sein, deren positive Elektrode eine Luftelektrode ist.The LDH-like compound separator of the present invention is preferably applied to zinc secondary batteries. According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a zinc secondary battery comprising the LDH-like compound separator. A typical zinc secondary battery contains a positive electrode, a negative electrode and an electrolytic solution, and insulates the positive electrode from the negative electrode with the LDH-like compound separator therebetween. The zinc secondary battery of the present invention may be of any type containing a zinc negative electrode and an electrolytic solution (typically an aqueous alkali metal hydroxide solution). Accordingly, examples of the zinc secondary battery include nickel-zinc secondary batteries, silver oxide-zinc secondary batteries, manganese oxide-zinc secondary batteries, zinc-air secondary batteries, and other various alkaline-zinc secondary batteries. For example, the zinc secondary battery may preferably be a nickel-zinc secondary battery whose positive electrode contains nickel hydroxide and/or nickel oxyhydroxide. Alternatively, the zinc secondary battery may be a zinc-air secondary battery whose positive electrode is an air electrode.
Alkalische Festkörper-BrennstoffzellenAlkaline Solid State Fuel Cells
Der Separator 10 mit LDH-ähnlicher Verbindung der vorliegenden Erfindung kann auf eine alkalische Festkörper-Brennstoffzelle angewandt werden. Durch die Verwendung des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der das poröse Polymersubstrat enthält, dessen Poren mit der LDH-ähnlichen Verbindung verstopft sind, so dass der mittlere Bereich entlang der Dicke des Substrats eine geringere mittlere Porosität aufweist als die peripheren Bereiche entlang der Dicke des Substrats, ist es möglich, eine alkalische Festkörper-Brennstoffzelle zu schaffen, die eine Reduktion der elektromotorischen Kraft, die durch das Eindringen eines Brennstoffs (z. B. durch Übergang von Methanol) in eine Luftelektrode verursacht wird, effektiv eindämmen kann. Die Hydroxidionenleitfähigkeit des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung kann die Permeation eines Kraftstoffs, beispielsweise Methanol, durch die Dicke des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung effektiv eindämmen. Somit stellt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine alkalische Festkörper-Brennstoffzelle bereit, die den Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung enthält. Eine typische alkalische Festkörper-Brennstoffzelle enthält eine Luftelektrode, die Sauerstoff aufnimmt, eine Brennstoffelektrode, die einen flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff aufnimmt, und Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung, der zwischen der Brennstoffelektrode und der Luftelektrode angeordnet ist.The LDH-
Andere BatterienOther batteries
Der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung der vorliegenden Erfindung kann nicht nur in Nickel-Zink-Batterien oder alkalischen Festkörper-Brennstoffzellen verwendet werden, sondern beispielsweise auch in Nickel-Wasserstoff-Batterien. In diesem Fall dient der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung dazu, ein Nitrid-Pendel (Bewegung von Nitratgruppen zwischen den Elektroden), das ein Faktor für die Selbstentladung in der Batterie ist, zu blockieren. Der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise auch in Lithium-Batterien (Batterien mit einer aus Lithium-Metall bestehenden negativen Elektrode), Lithium-Ionen-Batterien (Batterien mit einer negativen Elektrode aus beispielsweise Kohlenstoff) oder Lithium-Luft-Batterien angewandt werden.The LDH-like compound separator of the present invention can be used not only in nickel-zinc batteries or solid-state alkaline fuel cells but also in nickel-hydrogen batteries, for example. In this case, the LDH-like compound separator serves to block nitride pendulum (movement of nitrate groups between electrodes) which is a factor of self-discharge in the battery. The LDH-like compound separator of the present invention can also be used in, for example, lithium batteries (batteries having a negative electrode made of lithium metal), lithium ion batteries (batteries having a negative electrode made of carbon, for example) or lithium-air batteries are applied.
BEISPIELEEXAMPLES
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele genauer beschrieben.The invention is described in more detail by the following examples.
[Beispiele A1 bis A6[Examples A1 to A6
Die nachstehend gezeigten Beispiele A1 bis A6 sind Referenzbeispiele oder Vergleichsbeispiele für LDH-Separatoren, die experimentellen Prozeduren und Ergebnisse in diesen Beispielen sind jedoch auch allgemein auf Separatoren mit LDH-ähnlicher Verbindung anwendbar. Die folgenden Prozeduren wurden verwendet, um den in diesen Beispielen produzierten LDH-Separator auszuwerten.Examples A1 to A6 shown below are reference examples or comparative examples of LDH separators, but the experimental procedures and results in these examples are also generally applicable to LDH-like compound separators. The following procedures were used to evaluate the LDH separator produced in these examples.
Auswertung 1: Identifizierung des LDH-SeparatorsEvaluation 1: Identification of the LDH separator
Die kristalline Phase des LDH-Separators wurde mit einem Röntgendiffraktometer (RINT TTR III, hergestellt von Rigaku Corporation) bei einer Spannung von 50 kV, einem Strom von 300 mA und einem Messbereich von 10° bis 70° gemessen, um ein XRD-Profil zu erstellen. Das resultierende XRD-Profil wurde mit den Beugungspeaks von LDH (Hydrocalcitverbindung), die in der JCPDS-Karte NO.35-0964 beschrieben sind, identifiziert.The crystalline phase of the LDH separator was measured with an X-ray diffractometer (RINT TTR III, manufactured by Rigaku Corporation) at a voltage of 50 kV, a current of 300 mA and a measuring range of 10° to 70° to obtain an XRD profile create. The resultant XRD profile was identified with the diffraction peaks of LDH (hydrocalcite compound) described in JCPDS card NO.35-0964.
Auswertung 2: Messung der DickeEvaluation 2: measurement of the thickness
Die Dicke der jedes LDH-Separators wurde mit einem Mikrometer gemessen. Die Dicke wurde an drei Punkten auf dem LDH-Separator gemessen. Aus diesen Messungen wurde der Mittelwert berechnet und als die Dicke des LDH-Separators definiert.The thickness of each LDH separator was measured with a micrometer. The thickness was measured at three points on the LDH separator. The average of these measurements was calculated and defined as the thickness of the LDH separator.
Auswertung 3: Berechnung des mittleren SeitenverhältnissesEvaluation 3: Calculation of the average aspect ratio
Eine Querschnittsfläche jedes LDH-Separators wurde mit einem Querschnittspolierer (CP) poliert. Zwei Bildfelder der Querschnittsfläche des LDH-Separators wurden mit einem FE-SEM (ULTRA55, erhältlich bei Carl Zeiss) bei einer 50.000-fachen Vergrößerung aufgenommen. Basierend auf den Bilddaten wurden die Porositäten der auf den beiden Feldern beobachteten Poren mit einer Bilduntersuchungssoftware (HDevelop, erhältlich bei MVTec Software) berechnet. Der Durchschnitt der Porositäten wurde als mittlere Porosität definiert. Die mittlere Porosität wurde in den peripheren Bereichen des LDH-Separators (den Bereichen in einer Tiefe von 1 bis 4 µm ab den Flächen des LDH-Separators) und im mittleren Bereich des LDH-Separators bestimmt.A cross-sectional face of each LDH separator was polished with a cross-sectional polisher (CP). Two image fields of the cross-sectional area of the LDH separator were acquired with an FE-SEM (ULTRA55, available from Carl Zeiss) at a magnification of 50,000x. Based on the image data, the porosities of the pores observed on the two fields were calculated using image analysis software (HDevelop, available from MVTec Software). The average of the porosities was defined as mean porosity. The average porosity was determined in the peripheral areas of the LDH separator (the areas at a depth of 1 to 4 µm from the faces of the LDH separator) and in the central area of the LDH separator.
Auswertung 4: Kontinuierlicher LadetestEvaluation 4: Continuous charging test
Eine Vorrichtung 210 wurde wie in
Auswertung 5: HeliumpermeabilitätEvaluation 5: Helium permeability
Ein Heliumpermeationstest wurde durchgeführt, um die Dichte des LDH-Separators unter dem Gesichtspunkt der Heliumpermeabilität zu bewerten. Das in den
Der Probenhalter 316 wies eine Struktur auf, die eine Gaszufuhröffnung 316a, einen abgedichteten Raum 316b und eine Gasauslassöffnung 316c enthielt, und wurde wie folgt zusammengebaut: Ein Klebemittel 322 wurde entlang der äußeren Umfangsfläche des LDH-Separators 318 aufgebracht und an eine Vorrichtung 324 (hergestellt aus ABS-Kunststoff), die eine mittige Öffnung aufwies, gebondet. Aus Butylkautschuk hergestellte Dichtungen oder Dichtungselemente 326a, 326b wurden am oberen Ende bzw. unteren Ende der Vorrichtung 324 angeordnet, und dann wurden die Außenseiten der Elemente 326a, 326b mit Stützelementen 328a, 328b (hergestellt aus PTFE), die jeweils einen Flansch mit einer Öffnung enthielten, gehalten. Somit wurde der abgedichtete Raum 316b durch den LDH-Separator 318, die Vorrichtung 324, das Dichtungselement 326a und das Stützelement 328a unterteilt. Die Stützelemente 328a und 328b wurden mit Befestigungsmitteln 330 mit Schrauben fest aneinander befestigt, um ein Austreten von Heliumgas aus anderen Abschnitten als der Gasauslassöffnung 316c zu vermeiden. Eine Gaszufuhrleitung 334 wurde mit der Gaszufuhröffnung 316a des wie vorstehend zusammengebauten Probenhalters 316 durch einen Anschluss 332 verbunden.The
Dann wurde dem Heliumpermeabilitätsmesssystem 310 über die Gaszufuhrleitung 334 Heliumgas zugeführt, und dann wurde das Gas durch den in dem Probenhalter 316 gehaltenen LDH-Separator permeiert. Ein Gaszufuhrdruck und eine Durchflussmenge wurden dann mit einem Druckmesser 312 und einem Durchflussmesser 314 überwacht. Nach der Permeation von Heliumgas für eine bis dreißig Minuten wurde die Heliumpermeabilität berechnet. Die Heliumpermeabilität wurde aus dem Ausdruck F/(P×S) berechnet, wobei F (cm3/min) das Volumen des permeierten Heliumgases pro Zeiteinheit war, P (atm) der Differenzdruck war, der auf den Separator wirkte, wenn Heliumgas hindurch permeierte, und S (cm2) die Fläche der Membran war, durch die Heliumgas permeierte. Die Permeationsrate F (cm3/min) des Heliumgases wurde direkt am Durchflussmesser 314 abgelesen. Der am Druckmesser 312 abgelesene gemessene Druck wurde als der Differenzdruck P verwendet. Heliumgas wurde so zugeführt, dass der Differenzdruck P im Bereich von 0,05 bis 0,90 atm war.Then, helium gas was supplied to the helium
Auswertung 6: Messung der Ionenleitfähigkeit Die lonenleitfähigkeit des LDH-Separators in der Elektrolytlösung wurde mit einem in
Beispiel A1 (Vergleich)Example A1 (comparison)
(1) Vorbereitung eines porösen Polymersubstrats(1) Preparation of a porous polymer substrate
Eine handelsübliche mikroporöse Polypropylen-Membran mit einer Porosität von 50 %, einer mittleren Porengröße von 0,1 µm und einer Dicke von 20 µm wurde als ein poröses Polymersubstrat in einer Größe von 2,0 cm × 2,0 cm ausgeschnitten.A commercially available polypropylene microporous membrane having a porosity of 50%, an average pore size of 0.1 µm and a thickness of 20 µm was cut out as a porous polymer substrate in a size of 2.0 cm × 2.0 cm.
(2) Beschichtung von Aluminiumoxid/Titanoxid-Sol auf dem porösem Polymersubstrat(2) Coating of alumina/titania sol on the porous polymer substrate
Eine Lösung von amorphem Aluminiumoxid (AI-ML15, hergestellt von Taki Chemical Co., Ltd.) und eine Titanoxid-Sol-Lösung (M6, hergestellt von Taki Chemical Co., Ltd.) wurden in einem Ti/Al-Molverhältnis von 2 gemischt, um ein gemischtes Sol zu erhalten. Das gemischte Sol konnte durch Tauchbeschichtung in das in Prozess (1) vorbereitete Substrat permeieren. Bei der Tauchbeschichtung wurde das Substrat in 100 ml des gemischten Sols eingetaucht, senkrecht nach oben gezogen und in einem Trockner bei 90 °C fünf Minuten lang getrocknet.An amorphous alumina solution (AI-ML15, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) and a titanium oxide sol solution (M6, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) were prepared in a Ti/Al molar ratio of 2 mixed to obtain a mixed sol. The mixed sol was allowed to permeate into the substrate prepared in process (1) by dip coating. In the dip coating, the substrate was immersed in 100 ml of the mixed sol, pulled up vertically and dried in a drier at 90°C for 5 minutes.
(3) Vorbereitung der wässrigen Ausgangsmateriallösung(3) Preparation of the raw material aqueous solution
Nickelnitrathexahydrat (Ni(NO3)2·6H2O, hergestellt von Kanto Chemical Co., Inc.) und Harnstoff ((NH2)2CO, hergestellt von Sigma-Aldrich Corporation) wurden als Ausgangsmaterialien bereitgestellt. Nickelnitrathexahydrat wurde auf 0,015 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben. Ionenausgetauschtes Wasser wurde bis zu einem Gesamtvolumen von 75 ml hinzugefügt. Nach dem Rühren der Lösung wurde der eingewogene Harnstoff in einem molaren Verhältnis von Harnstoff/NO3- von 16 hinzugefügt und weiter gerührt, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung zu erhalten.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 Corporation) were provided as starting materials. Nickel nitrate hexahydrate was weighed to 0.015 mol/l and placed in a beaker. Ion-exchanged water was added to a total volume of 75 mL. After stirring the solution, the weighed urea was added in a urea/NO 3 - molar ratio of 16 and further stirred to obtain a raw material aqueous solution.
(4) Bildung der Membran durch hydrothermale Behandlung(4) Membrane formation by hydrothermal treatment
Die wässrige Ausgangsmateriallösung und das tauchbeschichtete Substrat wurden in einem Teflon™-Autoklaven gekapselt (Innenvolumen: 100 ml, abgedeckt mit einem Edelstahlmantel). Das Substrat wurde horizontal vom Boden des Teflon™-Autoklaven entfernt befestigt, so dass die Lösung mit den beiden Oberflächen des Substrats in Kontakt war. Dann wurde auf der Oberfläche und im Inneren des Substrats durch eine 24-stündige hydrothermale Behandlung bei einer Temperatur von 120 °C ein LDH gebildet. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne wurde das Substrat aus dem Autoklaven genommen, mit ionenausgetauschtem Wasser gewaschen und zehn Stunden lang bei 70°C getrocknet, um das LDH in den Poren des porösen Substrats zu bilden und ein LDH enthaltendes Verbundmaterial zu erhalten.The aqueous starting material solution and the dip-coated substrate were sealed in a Teflon™ autoclave (internal volume: 100 ml, covered with a stainless steel jacket). The substrate was fixed horizontally off the bottom of the Teflon™ autoclave so that the solution was in contact with both surfaces of the substrate. Then, an LDH was formed on the surface and inside of the substrate by a hydrothermal treatment at a temperature of 120°C for 24 hours. After a predetermined period of time, the substrate was taken out of the autoclave, washed with ion-exchanged water, and dried at 70°C for ten hours to form the LDH in the pores of the porous substrate and obtain an LDH-containing composite material.
(5) Verdichtung durch Walzenpressen(5) Compaction by roller pressing
Das Verbundmaterial, das das vorstehende LDH enthält, wird zwischen zwei PET-Folien (Lumirror™, hergestellt von Toray Industries, Inc., mit einer Dicke von 40 µm) eingelegt und dann mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 3 mm/s, einer Walzentemperatur von 110°C und einem Walzenspalt von 60 µm gepresst, um einem LDH-Separator zu erhaltenThe composite material containing the above LDH is sandwiched between two PET films (Lumirror™ manufactured by Toray Industries, Inc., with a thickness of 40 µm) and then at a rotation speed of 3 mm/s, a roller temperature of 110 ° C and a nip of 60 microns to obtain an LDH separator
(6) Ergebnisse der Auswertung(6) Results of evaluation
Der resultierende LDH-Separator wurde gemäß den Auswertungen 1 bis 6 ausgewertet. Als Ergebnis der Auswertung 1 wurde dieser LDH-Separator als LDH (Hydrocalcitverbindung) identifiziert. Die Ergebnisse der Auswertungen 2 bis 6 sind wie in Tabelle 1 gezeigt. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, verursachten in Bewertung 4 Zinkdendriten nach kontinuierlichem Laden von bis zu 100 Stunden keinen Kurzschluss, verursachten jedoch einen Kurzschluss nach kontinuierlichem Laden über weniger als 200 Stunden.The resulting LDH separator was evaluated according to Evaluations 1-6. As a result of evaluation 1, this LDH separator was identified as LDH (hydrocalcite compound). The results of evaluations 2 to 6 are as shown in Table 1. As shown in Table 1, in Evaluation 4, zinc dendrites did not cause a short circuit after continuous charging up to 100 hours, but caused a short circuit after continuous charging for less than 200 hours.
Beispiele A2 und A3 (Referenz)Examples A2 and A3 (reference)
Jeder LDH-Separator wurde wie in Beispiel A1 produziert und bewertet, mit der Ausnahme, dass die Trocknungstemperatur nach dem Eintauchen in Aluminiumoxid/Titanoxid-Sol auf die in Tabelle 1 in Prozess (2) gezeigten Werte variiert wurde. Als Ergebnis der Auswertung 1 wurden die LDH-Separatoren in diesen Beispielen als LDH (Hydrocalcitverbindung) identifiziert. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Auswertungen 2 bis 6. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, verursachten die Zinkdendriten in den Beispielen A2 bis A3 sogar nach kontinuierlichem Laden über 200 Stunden oder mehr keinen Kurzschluss. Die
Beispiel 4 (Vergleich)Example 4 (comparison)
Ein LDH-Separator wurde wie in Beispiel A1 produziert und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die Verdichtung durch Walzenpressen in Prozess (5) nicht durchgeführt wurde. Die Ergebnisse der Auswertung 1 gaben an, dass der LDH-Separator dieses Beispiels als LDH (Hydrocalcitverbindungy) identifiziert wurde. An LDH separator was produced and evaluated as in Example A1, except that compaction by roller pressing in process (5) was not performed. The results of Evaluation 1 indicated that the LDH separator of this example was identified as LDH (Hydrocalcite Compoundy).
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Auswertungen 2 bis 6. Wie in Tabelle 1 gezeigt, verursachten in Auswertung 4 Zinkdendriten nach kontinuierlichem Laden über weniger als 100 Stunden einen Kurzschluss.Table 1 shows the results of Evaluations 2 to 6. As shown in Table 1, in Evaluation 4, zinc dendrites caused a short circuit after being continuously charged for less than 100 hours.
Beispiele A5 und A6 (Referenz)Examples A5 and A6 (reference)
Ein LDH-Separator wurde wie in Beispiel A1 produziert und ausgewertet, mit Ausnahme der folgenden Bedingungen a) bis c).
- a) Die Trocknungstemperatur nach dem Eintauchen in Aluminiumoxid/Titanoxid-Sol wurde auf die in Tabelle 1 angegebenen Werte im Prozess (2) variiert
- b) Magnesiumnitrathexahydrat (Mg(NO3)2-6H2O hergestellt von Kanto Chemical Co., Ltd.) wurde anstelle des Nickelnitrathexahydrats in Prozess (3) verwendet, auf 0,03 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben. ionenausgetauschtes Wasser wurde bis zu einem Gesamtvolumen von 75 ml hinzugefügt. Nach dem Rühren der resultierenden Lösung wurde der eingewogene Harnstoff in einem molaren Verhältnis von Harnstoff/NO3- von 8 hinzugefügt und weiter gerührt, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung zu erhalten.
- b) Die hydrothermale Temperatur in Prozess (4) war 90°C.
- a) The drying temperature after immersion in alumina/titania sol was varied to the values given in Table 1 in process (2).
- b) Magnesium nitrate hexahydrate (Mg(NO 3 ) 2 -6H 2 O manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was used instead of nickel nitrate hexahydrate in process (3), weighed to 0.03 mol/L and placed in a beaker. ion exchanged water was added to a total volume of 75 ml. After stirring the resultant solution, the weighed urea was added thereto in a urea/NO 3 - molar ratio of 8 and further stirred to obtain a raw material aqueous solution.
- b) The hydrothermal temperature in process (4) was 90°C.
Als Ergebnis der Auswertung 1 wurde dieser LDH-Separator als LDH (Hydrotalcitverbindung) identifiziert. Die Ergebnisse der Auswertungen 2 bis 6 sind in Tabelle 1 gezeigt. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, verursachten die Zinkdendriten in den Beispielen A5 und A6 sogar nach kontinuierlichem Laden über 200 Stunden oder mehr keinen Kurzschluss. [Tabelle 1]
# gibt ein Referenzbeispiel an.
* gibt ein Vergleichsbeispiel an.As a result of evaluation 1, this LDH separator was identified as LDH (hydrotalcite compound). The results of evaluations 2 to 6 are shown in Table 1. As shown in Table 1, the zinc dendrites in Examples A5 and A6 did not cause a short circuit even after being continuously charged for 200 hours or more. [Table 1]
# indicates a reference example.
* indicates a comparative example.
[Beispiele B1 bis B8][Examples B1 to B8]
Die nachstehend gezeigten Beispiele B1 bis B7 sind Referenzbeispiele für Separatoren mit LDH-ähnlicher Verbindung, während das nachstehend gezeigte Beispiel B8 ein Vergleichsbeispiel für einen LDH-Separator ist. Die Separatoren mit LDH-ähnlicher Verbindung und der LDH-Separator werden gemeinsam als hydroxidionenleitfähige Separatoren bezeichnet. Das Verfahren zum Auswerten der in den folgenden Beispielen produzierten hydroxidionenleitfähigen Separatoren war wie folgt.Examples B1 to B7 shown below are reference examples of LDH-like compound separators, while Example B8 shown below is a comparative example of an LDH separator. The LDH-like compound separators and the LDH separator are collectively referred to as hydroxide ion conductive separators. The method for evaluating the hydroxide ion-conductive separators produced in the following examples was as follows.
Auswertung 1: Beobachtung der OberflächenmikrostrukturEvaluation 1: Observation of the surface microstructure
Die Oberflächenmikrostruktur des hydroxidionenleitfähigen Separators wurde unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (SEM, JSM-6610LV, hergestellt von JEOL Ltd.) bei einer Beschleunigungsspannung von 10 bis 20 kV beobachtet.The surface microstructure of the hydroxide ion conductive separator was observed using a scanning electron microscope (SEM, JSM-6610LV, manufactured by JEOL Ltd.) at an acceleration voltage of 10 to 20 kV.
Auswertung 2: STEM-Analyse der geschichteten StrukturEvaluation 2: STEM analysis of the layered structure
Die geschichtete Struktur des hydroxidionenleitfähigen Separators wurde unter Verwendung eines Rastertransmissionselektronenmikroskops (STEM) (Produktname: JEM-ARM200F, hergestellt von JEOL Ltd.) bei einer Beschleunigungsspannung von 200 kV beobachtet.The layered structure of the hydroxide ion conductive separator was observed using a scanning transmission electron microscope (STEM) (product name: JEM-ARM200F, manufactured by JEOL Ltd.) at an acceleration voltage of 200 kV.
Auswertung 3: Auswertung der Elementaranalyse (EDS)Evaluation 3: Evaluation of the elemental analysis (EDS)
Eine Oberfläche des hydroxidionenleitfähigen Separators wurde einer Zusammensetzungsanalyse unter Verwendung eines EDS-Analysators (Gerätename: X-act, hergestellt von Oxford Instruments) unterzogen, um das Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) Mg:Ti:Y:AI zu berechnen. Diese-Analyse wurde ausgeführt durch 1) Aufnehmen eines Bildes mit einer Beschleunigungsspannung von 20 kV und einer 5.000-fachen Vergrößerung, 2) Ausführen einer Analyse an drei Punkten in Abständen von etwa 5 µm in der Punktanalysebetriebsart, 3) einmaliges Wiederholen der vorstehenden Prozeduren 1) und 2), und 4) Berechnen eines Mittelwerts der insgesamt sechs Punkte.A surface of the hydroxide ion conductive separator was subjected to compositional analysis using an EDS analyzer (device name: X-act, manufactured by Oxford Instruments) to calculate the compositional ratio (atomic ratio) Mg:Ti:Y:Al. This analysis was performed by 1) taking an image with an acceleration voltage of 20 kV and a magnification of 5,000 times, 2) performing analysis at three points at intervals of about 5 µm in the point analysis mode, 3) repeating the above procedures 1 once ) and 2), and 4) calculating an average of the total of six points.
Auswertung 4: RöntgenbeugungsmessungEvaluation 4: X-ray diffraction measurement
Unter Verwendung eines Röntgendiffraktometer (RINT TTR III, hergestellt von Rigaku Corporation) wurde die kristalline Phase des hydroxidionenleitfähigen Separators unter den Messbedingungen von Spannung: 50 kV, Stromstärke: 300 mA und Messbereich: 5 bis 40° gemessen, um ein XRD-Profil zu erhalten. Ferner wurde der Zwischenschichtabstand in der geschichteten Kristallstruktur durch die Bragg-Gleichung unter Verwendung von 2θ entsprechend den von der LDH-ähnlichen Verbindung abgeleiteten Peaks bestimmt.Using an X-ray diffractometer (RINT TTR III, manufactured by Rigaku Corporation), the crystalline phase of the hydroxide ion conductive separator was measured under the measurement conditions of voltage: 50 kV, current: 300 mA, and measurement range: 5 to 40° to obtain an XRD profile . Further, the interlayer distance in the layered crystal structure was determined by Bragg's equation using 2θ corresponding to the peaks derived from the LDH-like compound.
Auswertung 5: He-PermeationsmessungEvaluation 5: He permeation measurement
Um die Dichte des hydroxidionenleitfähigen Separators im Hinblick auf die He-Permeation auszuwerten, wurde ein He-Permeationstest nach derselben Prozedur wie in Auswertung 5 der Beispiele A1 bis A8 ausgeführt.In order to evaluate the density of the hydroxide ion conductive separator in terms of He permeation, a He permeation test was carried out according to the same procedure as in Evaluation 5 of Examples A1 to A8.
Auswertung 6: Messung der IonenleitfähigkeitEvaluation 6: Measurement of the ionic conductivity
Die Leitfähigkeit des hydroxidionenleitfähigen Separators in der Elektrolytlösung wurde unter Verwendung des in
Auswertung 7: Auswertung der AlkalibeständigkeitEvaluation 7: Evaluation of alkali resistance
Eine wässrige 5,4 M KOH-Lösung, die Zinkoxid in einer Konzentration von 0,4 M enthielt, wurde vorbereitet. 0,5 ml der vorbereiteten wässrigen KOH-Lösung und eine hydroxidionenleitfähige Separatorprobe mit einer Größe von 2 cm im Quadrat wurden in einen aus Teflon® hergestellten geschlossenen Behälter gegeben. Danach wurde er eine Woche lang (das heißt 168 Stunden) bei 90°C gehalten, und dann wurde die hydroxidionenleitfähige Separatorprobe aus dem geschlossenen Behälter genommen. Die herausgenommene hydroxidionenleitfähige Separatorprobe wurde über Nacht bei Raumtemperatur getrocknet. Für die erhaltene Probe wurde die He-Permeabilität auf die gleiche Weise wie in Auswertung 5 berechnet, um zu bestimmen, ob sich die He-Permeabilität vor und nach dem Eintauchen in Alkali geändert hatte oder nicht.A 5.4M KOH aqueous solution containing zinc oxide at a concentration of 0.4M was prepared. 0.5 ml of the prepared KOH aqueous solution and a hydroxide ion conductive separator sample having a size of 2 cm square were placed in a closed container made of Teflon®. Thereafter, it was kept at 90°C for one week (ie, 168 hours), and then the hydroxide ion conductive separator sample was taken out from the closed container. The extracted hydroxide ion conductive separator sample was dried overnight at room temperature. For the sample obtained, the He permeability was calculated in the same manner as in Evaluation 5 to determine whether or not the He permeability changed before and after the alkali immersion.
Auswertung 8: Bewertung der Dendritenbeständigkeit (Zyklustest)Evaluation 8: Evaluation of dendrite resistance (cycle test)
Um den Effekt der Unterdrückung von Kurzschlüssen aufgrund von Zinkdendriten (Dendritenbeständigkeit) des hydroxidionenleitfähigen Separators auszuwerten, wurde ein Zyklustest wie folgt ausgeführt. Zuerst wurden die positive Elektrode (die Nickelhydroxid und/oder Nickeloxihydroxid enthält) und die negative Elektrode (die Zink und/oder Zinkoxid enthält) jeweils mit einem Vliesstoff umwickelt, und der Stromextrakionsanschluss wurde daran geschweißt. Die so vorbereitete positive Elektrode und negative Elektrode wurden über den hydroxidionenleitfähigen Separator einander gegenüber positioniert und zwischen mit Stromauslässen versehene Laminatfolien eingeschoben, und drei Seiten der Laminatfolien wurden heißversiegelt. Eine Elektrolytlösung (eine Lösung, in der 0,4 M Zinkoxid in einer wässrigen 5,4 M KOH-Lösung gelöst war) wurde in den so erhaltenen oben offenen Zellenbehälter hinzugefügt, und die positive Elektrode und die negative Elektrode wurden durch Vakuum oder dergleichen ausreichend mit der Elektrolytlösung imprägniert. Danach wurde die verbleibende eine Seite der Laminatfolien heißversiegelt, um eine einfache abgedichtete Zelle zu bilden. Unter Verwendung einer Lade/Entladevorrichtung (TOSCAT3100, hergestellt von TOYO SYSTEM CO., LTD.) wurde die einfache abgedichtete Zelle zur chemischen Umwandlung bei 0,1 C geladen und bei 0,2 C entladen. Danach wurde ein 1-C-Lade/Entladezyklus durchgeführt. Während der Wiederholung des Lade/Entladezyklus unter den gleichen Bedingungen wurde die Spannung zwischen der positiven und der negativen Elektrode mit einem Voltmeter überwacht, und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von plötzlichen Spannungsabfällen (insbesondere Spannungsabfällen von 5 mV oder mehr gegenüber der unmittelbar vorher aufgezeichneten Spannung) als Folge von Kurzschlüssen aufgrund von Zinkdendriten zwischen der positiven und der negativen Elektrode wurde untersucht und gemäß den folgenden Kriterien ausgewertet.
- - Es traten keine Kurzschlüsse auf: Während des Ladens wurden selbst nach 300 Zyklen keine plötzlichen Spannungsabfälle wie vorstehend beschrieben beobachtet.
- - Es traten Kurzschlüsse auf: Plötzliche Spannungsabfälle wie vorstehend beschrieben wurden während des Ladens in weniger als 300 Zyklen beobachtet.
- - No short-circuiting occurred: During charging, even after 300 cycles, no sudden voltage drops as described above were observed.
- - Short circuits occurred: Sudden voltage drops as described above were observed during charging in less than 300 cycles.
Beispiel B1 (Referenz)Example B1 (reference)
(1) Vorbereitung eines porösen Polymersubstrats(1) Preparation of a porous polymer substrate
Eine handelsübliche mikroporöse Polyethylenmembran mit einer Porosität von 50 %, einer mittleren Porengröße von 0,1 µm und einer Dicke von 2θ µm wurde als poröses Polymersubstrat vorbereitet und in eine Größe von 2,0 cm × 2,0 cm ausgeschnitten.A commercially available microporous polyethylene membrane having a porosity of 50%, an average pore size of 0.1 μm and a thickness of 2θ μm was prepared as a porous polymer substrate and cut out into a size of 2.0 cm×2.0 cm.
(2) Titandioxid-Sol-Beschichtung auf dem porösen Polymersubstrat(2) Titanium dioxide sol coating on the porous polymer substrate
Das durch die vorstehende Prozedur (1) vorbereitete Substrat wurde durch Tauchbeschichtung mit einer Titanoxid-Sol-Lösung (M6, hergestellt von Taki Chemical Co.) beschichtet. Die Tauchbeschichtung wurde durch Eintauchen des Substrats in 100 ml der Sol-Lösung und senkrechtes Herausziehen, gefolgt von dreistündigem Trocknen bei Raumtemperatur ausgeführt.The substrate prepared by the above procedure (1) was coated with a titanium oxide sol solution (M6, manufactured by Taki Chemical Co.) by dip coating. The dip coating was carried out by immersing the substrate in 100 ml of the sol solution and pulling it out vertically, followed by drying at room temperature for 3 hours.
(3) Produktion der wässrigen Ausgangsmateriallösung(3) Production of the raw material aqueous solution
Als Ausgangsmaterialien wurden Magnesiumnitrathexahydrat (Mg(NO3)2·6H2O, hergestellt von KANTO CHEMICAL CO., INC.) und Harnstoff ((NH2)2CO, hergestellt von Sigma-Aldrich Corporation) vorbereitet. Das Magnesiumnitrathexahydrat wurde auf 0,015 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben, und entionisiertes Wasser wurde hinzugefügt, so dass die Gesamtmenge 75 ml war. Nach dem Rühren der erhaltenen Lösung wurde gewogener Harnstoff in einem Verhältnis Harnstoff/NO3- (Molverhältnis) von 48 der Lösung hinzugefügt, gefolgt von weiterem Rühren, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung zu erhalten.As starting materials, magnesium nitrate hexahydrate (Mg(NO 3 ) 2 ·6H 2 O manufactured by KANTO CHEMICAL CO., INC.) and urea ((NH 2 ) 2 CO manufactured by Sigma-Aldrich Corporation) were prepared. The magnesium nitrate hexahydrate was weighed to 0.015 mol/L and placed in a beaker and deionized water was added so that the total was 75 mL. After stirring the obtained solution, urea weighed in a urea/NO 3 - ratio (molar ratio) of 48 was added to the solution, followed by further stirring to obtain a raw material aqueous solution.
(4) Membranbildung durch hydrothermale Behandlung(4) Membrane formation by hydrothermal treatment
Die wässrige Ausgangsmateriallösung und das tauchbeschichtete Substrat wurden zusammen in einem aus Teflon® hergestellten geschlossenen Behälter (Autoklavenbehälter, Inhalt: 100 ml, mit einem Außenmantel aus Edelstahl) eingeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Substrat vom Boden des aus Teflon® hergestellten geschlossenen Behälters angehoben und so befestigt und vertikal installiert, dass die Lösung mit beiden Seiten des Substrats in Kontakt war. Danach wurde eine LDH-ähnliche Verbindung auf der Oberfläche und im Inneren des Substrats durch Anwenden einer hydrothermalen Behandlung bei einer Temperatur von 120°C für 24 Stunden gebildet. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit wurde das Substrat aus dem geschlossenen Behälter genommen, mit entionisiertem Wasser gewaschen und 10 Stunden lang bei 70 °C getrocknet, um in den Poren des porösen Substrats eine LDH-ähnliche Verbindung zu bilden. Auf diese Weise wurde ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung erhalten.The raw material aqueous solution and the dip-coated substrate were sealed together in a Teflon®-made closed container (autoclave container, capacity: 100 ml, with a stainless steel outer jacket). At this point, the substrate was lifted from the bottom of the closed container made of Teflon® and fixed and installed vertically so that the solution was in contact with both sides of the substrate. Thereafter, an LDH-like compound was formed on the surface and inside of the substrate by applying hydrothermal treatment at a temperature of 120°C for 24 hours. After a lapse of a predetermined time, the substrate was taken out of the closed container, washed with deionized water, and dried at 70°C for 10 hours to form an LDH-like compound in the pores of the porous substrate. Thus, an LDH-like compound separator was obtained.
(5) Verdichtung durch Walzenpressen(5) Compaction by roller pressing
Der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde zwischen zwei PET-Folien (Lumirror®, hergestellt von Toray Industries, Inc., mit einer Dicke von 40 µm) eingeschoben und bei einer Walzenrotationsgeschwindigkeit von 3 mm/s und einer Walzenerwärmungstemperatur von 70 °C mit einem Walzenspalt von 70 µm walzengepresst, um einen Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung, der weiter verdichtet war, zu erhalten.The LDH-like compound separator was sandwiched between two PET films (Lumirror®, manufactured by Toray Industries, Inc., with a thickness of 40 μm) and heated at a roller rotation speed of 3 mm/s and a roller heating temperature of 70°C at a nip of 70 µm to obtain an LDH-like compound separator which was further densified.
(6) Auswertungsergebnisse(6) Evaluation results
Der erhaltene Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde den Auswertungen 1 bis 8 unterzogen. Die Ergebnisse waren wie folgt.
- - Auswertung 1: Das SEM-Bild der Oberflächenmikrostruktur des in Beispiel B1 erhaltenen Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung (vor dem Walzenpressen) war wie in
6A gezeigt. - - Auswertung 2: Aus dem Ergebnis, dass geschichtete Plaids beobachtet werden konnten, wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden Mg und Ti, die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung waren, auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung detektiert. Ferner war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg und Ti auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 1 gezeigt.
- - Auswertung 4:
6B zeigt das in Beispiel B1 erhaltene XRD-Profil. In dem erhaltenen XRD-Profil wurde ein Peak um 2θ = 9,4 ° beobachtet. Im Allgemeinen wird die Position des (003)-Peaks von LDH bei 2θ = 11bis 12° beobachtet, und daher wird davon ausgegangen, dass der Peak der (003)-Peak von LDH ist, der zur Seite des niedrigen Winkels verschoben ist. Daher kann der Peak nicht als der von LDH bezeichnet werden, sondern es ist naheliegend, dass er ein Peak ist, der von einer Verbindung ähnlich LDH (d. h. einer LDH-ähnlichen Verbindung) herrührt. Zwei im XRD-Profil beobachtete Peaks bei 20 < 2θ° < 25 sind Peaks, die von Polyethylen, das das poröse Substrat bildet, herrühren. Ferner war der Zwischenschichtabstand in der geschichteten Kristallstruktur der LDH-ähnlichen Verbindung 0,94 nm. - - Auswertung 5: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die He-Permeabilität 0,0 cm/min × atm war, was angibt, dass die Dichte extrem hoch war.
- -Auswertung 6: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die lonenleitfähigkeit hoch war.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und es wurde bestätigt, dass sich die He-Permeabilität auch nach dem einwöchigen Eintauchen in Alkali bei einer hohen Temperatur von 90°C nicht veränderte, was angibt, dass die Alkalibeständigkeit ausgezeichnet war.
- -Auswertung 8: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass selbst nach 300 Zyklen keine Kurzschlüsse aufgrund von Zinkdendriten auftraten, was angibt, dass die Dendritenbeständigkeit ausgezeichnet war.
- - Evaluation 1: The SEM image of the surface microstructure of the LDH-like compound separator obtained in Example B1 (before roll pressing) was as in FIG
6A shown. - - Evaluation 2: From the result that layered plaids could be observed, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, Mg and Ti, which were components of the LDH-like compound, were detected on the surface of the LDH-like compound separator. Further, the composition ratio (atomic ratio) of Mg and Ti on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 1.
- - Evaluation 4:
6B shows the XRD profile obtained in Example B1. In the XRD profile obtained, a peak was observed around 2θ=9.4°. In general, the position of the (003) peak of LDH is observed at 2θ=11 to 12°, and therefore the peak is considered to be the (003) peak of LDH shifted to the low angle side. Therefore, the peak cannot be said to be that of LDH, but it stands to reason that it is a peak originating from a compound similar to LDH (ie, an LDH-like compound). Two peaks observed in the XRD profile at 20 < 2θ° < 25 are peaks originating from polyethylene constituting the porous substrate. Further, the interlayer distance in the layered crystal structure of the LDH-like compound was 0.94 nm. - - Evaluation 5: As shown in Table 2, it was confirmed that the He permeability was 0.0 cm/min·atm, indicating that the density was extremely high.
- -Evaluation 6: As shown in Table 2, it was confirmed that the ionic conductivity was high.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and it was confirmed that the He permeability improved even after the alkali immersion for one week at a high temperature of 90°C did not change, indicating that the alkali resistance was excellent.
- -Evaluation 8: As shown in Table 2, it was confirmed that short circuits due to zinc dendrites did not occur even after 300 cycles, indicating that the dendrite resistance was excellent.
Beispiel B2 (Referenz)Example B2 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel B1 produziert und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die wässrige Ausgangsmateriallösungwie in der vorstehenden Prozedur (3) produziert wurde und die Temperatur für die hydrothermale Behandlung in der vorstehenden Prozedur (4) auf 90 ° C geändert wurde.An LDH-like compound separator was produced and evaluated in the same manner as in Example B1 except that the raw material aqueous solution was produced as in the above procedure (3) and the temperature for the hydrothermal treatment in the above procedure (4 ) was changed to 90 °C.
(Produktion der wässrigen Ausgangsmateriallösung)(Production of raw material aqueous solution)
Als Ausgangsmaterialien wurden Magnesiumnitrathexahydrat (Mg(NO3)2·6H2O, hergestellt von KANTO CHEMICAL CO., INC.) und Harnstoff ((NH2)2CO, hergestellt von Sigma-Aldrich Corporation) vorbereitet. Das Magnesiumnitrathexahydrat wurde auf 0,03 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben, und es wurde entionisiertes Wasser zugegeben, so dass die Gesamtmenge 75 ml war. Nach dem Rühren der erhaltenen Lösung wurde gewogener Harnstoff in einem Verhältnis von Harnstoff/NO3- (Molverhältnis) von 8 der Lösung hinzugefügt, gefolgt von weiterem Rühren, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung zu erhalten.
- - Auswertung 1: Das SEM-Bild der Oberflächenmikrostruktur des in Beispiel B2 erhaltenen Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung (vor dem Walzenpressen) war wie in
7A gezeigt. - - Auswertung 2: Aus dem Ergebnis, dass geschichtete Plaids beobachtet werden konnten, wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden Mg und Ti, die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung waren, auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung detektiert. Ferner war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg und Ti auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 2 gezeigt.
- -Auswertung 4:
7B zeigt das in Beispiel B2 erhaltene XRD-Profil. In dem erhaltenen XRD-Profil wurde ein Peak um 2θ = 7,2° beobachtet. Im Allgemeinen wird die Position des (003)-Peaks von LDH bei 2θ = 11bis 12° beobachtet, und daher wird davon ausgegangen, dass der Peak der (003)-Peak von LDH ist, der zur Seite des niedrigen Winkels verschoben ist. Daher kann der Peak nicht als der von LDH bezeichnet werden, sondern es ist naheliegend, dass er ein Peak ist, der von einer Verbindung ähnlich LDH (d. h. einer LDH-ähnlichen Verbindung) herrührt. Zwei im XRD-Profil beobachtete Peaks bei 2θ < 2θ° < 25 sind Peaks, die von Polyethylen, das das poröse Substrat bildet, herrühren. Ferner war der Zwischenschichtabstand in der geschichteten Kristallstruktur der LDH-ähnlichen Verbindung 1,2 nm. - - Auswertung 5: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die He-Permeabilität 0,0 cm/min × atm war, was angibt, dass die Dichte extrem hoch war.
- -Auswertung 6: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die lonenleitfähigkeit hoch war.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und es wurde bestätigt, dass sich die He-Permeabilität auch nach dem einwöchigen Eintauchen in Alkali bei einer hohen Temperatur von 90 °C nicht veränderte, was angibt, dass die Alkalibeständigkeit ausgezeichnet war.
- -Auswertung 8: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass selbst nach 300 Zyklen keine Kurzschlüsse aufgrund von Zinkdendriten auftraten, was angibt, dass die Dendritenbeständigkeit ausgezeichnet war.
- - Evaluation 1: The SEM image of the surface microstructure of the LDH-like compound separator obtained in Example B2 (before roll pressing) was as in FIG
7A shown. - - Evaluation 2: From the result that layered plaids could be observed, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, Mg and Ti, which were components of the LDH-like compound, were detected on the surface of the LDH-like compound separator. Further, the composition ratio (atomic ratio) of Mg and Ti on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 2.
- -Evaluation 4:
7B shows the XRD profile obtained in example B2. In the obtained XRD profile, a peak was observed around 2θ=7.2°. In general, the position of the (003) peak of LDH is observed at 2θ=11 to 12°, and therefore the peak is considered to be the (003) peak of LDH shifted to the low angle side. Therefore, the peak cannot be said to be that of LDH, but it stands to reason that it is a peak originating from a compound similar to LDH (ie, an LDH-like compound). Two peaks observed in the XRD profile at 2θ < 2θ° < 25 are peaks originating from polyethylene constituting the porous substrate. Further, the interlayer distance in the layered crystal structure of the LDH-like compound was 1.2 nm. - - Evaluation 5: As shown in Table 2, it was confirmed that the He permeability was 0.0 cm/min·atm, indicating that the density was extremely high.
- -Evaluation 6: As shown in Table 2, it was confirmed that the ionic conductivity was high.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and it was confirmed that the He permeability improved even after the alkali immersion for one week at a high temperature of 90°C did not change, indicating that the alkali resistance was excellent.
- -Evaluation 8: As shown in Table 2, it was confirmed that short circuits due to zinc dendrites did not occur even after 300 cycles, indicating that the dendrite resistance was excellent.
Beispiel B3 (Referenz)Example B3 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel B1 produziert und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass das poröse Polymersubstrat anstelle des der vorstehenden Prozedur (2) wie folgt mit Titandioxid- und Yttriumoxid-Solen beschichtet wurde.An LDH-like compound separator was produced and evaluated in the same manner as in Example B1, except that the porous polymer substrate was coated with titania and yttria sols instead of that of the above procedure (2) as follows.
(Titandioxid-Yttriumoxid-Sol-Beschichtung auf dem porösen Polymersubstrat)(titania yttria sol coating on the porous polymer substrate)
Eine Titanoxid-Sol-Lösung (M6, hergestellt von Taki Chemical Co., Ltd.) und ein Yttrium-Sol wurden in einem molaren Verhältnis Ti/Y von 4 gemischt. Das in der vorstehenden Prozedur (1) vorbereitete Substrat wurde mit der erhaltenen gemischten Lösung durch Tauchbeschichtung beschichtet. Die Tauchbeschichtung wurde durch Eintauchen des Substrats in 100 ml der gemischten Lösung und senkrechtes Herausziehen gefolgt von dreistündigem Trocknen bei Raumtemperatur ausgeführt.
- - Auswertung 1: Das SEM-Bild der Oberflächenmikrostruktur des in Beispiel B3 erhaltenen Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung (vor dem Walzenpressen) war wie in
8A gezeigt. - - Auswertung 2: Aus dem Ergebnis, dass geschichtete Plaids beobachtet werden konnten, wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden Mg, Ti, und Y, die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung waren, auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung detektiert. Ferner war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg, Ti, und Y auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 2 gezeigt.
- -Auswertung 4:
8B zeigt das in Beispiel B3 erhaltene XRD-Profil. In dem erhaltenen XRD-Profil wurde ein Peak um 2θ = 8,0° beobachtet. Im Allgemeinen wird die Position des (003)-Peaks von LDH bei 2θ = 11bis 12° beobachtet, und daher wird davon ausgegangen, dass der Peak der (003)-Peak von LDH ist, der zur Seite des niedrigen Winkels verschoben ist. Daher kann der Peak nicht als der von LDH bezeichnet werden, sondern es ist naheliegend, dass er ein Peak ist, der von einer Verbindung ähnlich LDH (d. h. einer LDH-ähnlichen Verbindung) herrührt. Zwei im XRD-Profil beobachtete Peaks bei 2θ < 2θ° < 25 sind Peaks, die von Polyethylen, das das poröse Substrat bildet, herrühren. Ferner war der Zwischenschichtabstand in der geschichteten Kristallstruktur der LDH-ähnlichen Verbindung 1,1 nm. - - Auswertung 5: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die He-Permeabilität 0,0 cm/min × atm war, was angibt, dass die Dichte extrem hoch war.
- -Auswertung 6: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die lonenleitfähigkeit hoch war.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und es wurde bestätigt, dass sich die He-Permeabilität auch nach dem einwöchigen Eintauchen in Alkali bei einer hohen Temperatur von 90 °C nicht veränderte, was angibt, dass die Alkalibeständigkeit ausgezeichnet war.
- -Auswertung 8: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass selbst nach 300 Zyklen keine Kurzschlüsse aufgrund von Zinkdendriten auftraten, was angibt, dass die Dendritenbeständigkeit ausgezeichnet war.
- - Evaluation 1: The SEM image of the surface microstructure of the LDH-like compound separator obtained in Example B3 (before roll pressing) was as in FIG
8A shown. - - Evaluation 2: From the result that layered plaids could be observed, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, Mg, Ti, and Y, which were components of the LDH-like compound, were detected on the surface of the LDH-like compound separator. Further, the composition ratio (atomic ratio) of Mg, Ti, and Y on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 2.
- -Evaluation 4:
8B shows the XRD profile obtained in example B3. In the obtained XRD profile, a peak was observed around 2θ=8.0°. In general, the position of the (003) peak of LDH is observed at 2θ=11 to 12°, and therefore the peak is considered to be the (003) peak of LDH shifted to the low angle side. Therefore, the peak cannot be said to be that of LDH, but it stands to reason that it is a peak originating from a compound similar to LDH (ie, an LDH-like compound). Two peaks observed in the XRD profile at 2θ < 2θ° < 25 are peaks originating from polyethylene constituting the porous substrate. Further, the interlayer distance in the layered crystal structure of the LDH-like compound was 1.1 nm. - - Evaluation 5: As shown in Table 2, it was confirmed that the He permeability was 0.0 cm/min·atm, indicating that the density was extremely high.
- -Evaluation 6: As shown in Table 2, it was confirmed that the ionic conductivity was high.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and it was confirmed that the He permeability improved even after the alkali immersion for one week at a high temperature of 90°C did not change, indicating that the alkali resistance was excellent.
- -Evaluation 8: As shown in Table 2, it was confirmed that short circuits due to zinc dendrites did not occur even after 300 cycles, indicating that the dendrite resistance was excellent.
Beispiel B4 (Referenz)Example B4 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel B1 produziert und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass das poröse Polymersubstrat anstelle der vorstehenden Prozedur (2) wie folgt mit Titandioxid-, Yttriumoxid- und Aluminiumoxid-Solen beschichtet wurde.An LDH-like compound separator was produced and evaluated in the same manner as in Example B1, except that the porous polymer substrate was coated with titania, yttria and alumina sols instead of the above procedure (2) as follows.
(Titandioxid-Yttriumoxid-Aluminiumoxid-Sol-Beschichtung auf dem porösen Polymersubstrat)(titania-yttria-alumina sol coating on the porous polymer substrate)
Eine Titanoxid-Sol-Lösung (M6, hergestellt von Taki Chemical Co., Ltd.), ein Yttrium-Sol und eine Lösung von amorphem Aluminiumoxid(AI-ML15, hergestellt von Taki Chemical Co., Ltd.) wurden in einem molaren Verhältnis Ti/(Y + AI) von 2 und einem molaren Verhältnis Y/Al von 8 gemischt. Das in der vorstehenden Prozedur (1) vorbereitete Substrat wurde mit der gemischten Lösung durch Tauchbeschichtung beschichtet. Die Tauchbeschichtung wurde durch Eintauchen des Substrats in 100 ml der gemischten Lösung und senkrechtes Herausziehen gefolgt von dreistündigem Trocknen bei Raumtemperatur ausgeführt.
- - Auswertung 1: Das SEM-Bild der Oberflächenmikrostruktur des in Beispiel B4 erhaltenen Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung (vor dem Walzenpressen) war wie in
9A gezeigt. - - Auswertung 2: Aus dem Ergebnis, dass geschichtete Plaids beobachtet werden konnten, wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden Mg, AI, Ti, und Y, die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung waren, auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung detektiert. Ferner war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg, AI, Ti, und Y auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 2 gezeigt.
- -Auswertung 4:
9B zeigt das in Beispiel B4 erhaltene XRD-Profil. In dem erhaltenen XRD-Profil wurde ein Peak um 2θ = 7,8° beobachtet. Im Allgemeinen wird die Position des (003)-Peaks von LDH bei 2θ = 11bis 12° beobachtet, und daher wird davon ausgegangen, dass der Peak der (003)-Peak von LDH ist, der zur Seite des niedrigen Winkels verschoben ist. Daher kann der Peak nicht als der von LDH bezeichnet werden, sondern es ist naheliegend, dass er ein Peak ist, der von einer Verbindung ähnlich LDH (d. h. einer LDH-ähnlichen Verbindung) herrührt. Zwei im XRD-Profil beobachtete Peaks bei 2θ < 2θ° < 25 sind Peaks, die von Polyethylen, das das poröse Substrat bildet, herrühren. Ferner war der Zwischenschichtabstand in der geschichteten Kristallstruktur der LDH-ähnlichen Verbindung 1,1 nm. - - Auswertung 5: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die He-Permeabilität 0,0 cm/min × atm war, was angibt, dass die Dichte extrem hoch war.
- -Auswertung 6: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die lonenleitfähigkeit hoch war.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und es wurde bestätigt, dass sich die He-Permeabilität auch nach dem einwöchigen Eintauchen in Alkali bei einer hohen Temperatur von 90 °C nicht veränderte, was angibt, dass die Alkalibeständigkeit ausgezeichnet war.
- -Auswertung 8: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass selbst nach 300 Zyklen keine Kurzschlüsse aufgrund von Zinkdendriten auftraten, was angibt, dass die Dendritenbeständigkeit ausgezeichnet war.
- - Evaluation 1: The SEM image of the surface microstructure of the LDH-like compound separator obtained in Example B4 (before roll pressing) was as in FIG
9A shown. - - Evaluation 2: From the result that layered plaids could be observed, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, Mg, Al, Ti, and Y, which were components of the LDH-like compound, were detected on the surface of the LDH-like compound separator. Further, the composition ratio (atomic ratio) of Mg, Al, Ti, and Y on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 2.
- -Evaluation 4:
9B shows the XRD profile obtained in Example B4. In the obtained XRD profile, a peak was observed around 2θ=7.8°. In general, the position of the (003) peak of LDH is observed at 2θ=11 to 12°, and therefore the peak is considered to be the (003) peak of LDH shifted to the low angle side. Therefore, the peak cannot be said to be that of LDH, but it stands to reason that it is a peak originating from a compound similar to LDH (ie, an LDH-like compound). Two peaks observed in the XRD profile at 2θ < 2θ° < 25 are peaks originating from polyethylene constituting the porous substrate. Further, the interlayer distance in the layered crystal structure of the LDH-like compound was 1.1 nm. - - Evaluation 5: As shown in Table 2, it was confirmed that the He permeability was 0.0 cm/min·atm, indicating that the density was extremely high.
- -Evaluation 6: As shown in Table 2, it was confirmed that the ionic conductivity was high.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and it was confirmed that the He permeability improved even after the alkali immersion for one week at a high temperature of 90°C did not change, indicating that the alkali resistance was excellent.
- -Evaluation 8: As shown in Table 2, it was confirmed that short circuits due to zinc dendrites did not occur even after 300 cycles, indicating that the dendrite resistance was excellent.
Beispiel B5 (Referenz)Example B5 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel B1 produziert und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass das poröse Polymersubstrat anstelle der vorstehenden Prozedur (2) wie folgt mit Titandioxid- und Yttriumoxid-Solen beschichtet wurde und die wässrige Ausgangsmateriallösung in der vorstehenden Prozedur (3) wie folgt produziert wurde.An LDH-like compound separator was produced and evaluated in the same manner as in Example B1, except that instead of the above procedure (2), the porous polymer substrate was coated with titania and yttria sols as follows and the raw material aqueous solution was produced in the above procedure (3) as follows.
(Titandioxid-Yttriumoxid-Sol-Beschichtung auf dem porösen Polymersubstrat)(titania yttria sol coating on the porous polymer substrate)
Eine Titanoxid-Sol-Lösung (M6, hergestellt von Taki Chemical Co., Ltd.) und ein Yttrium-Sol wurden in einem molaren Verhältnis Ti/Y von 18 gemischt. Das in der vorstehenden Prozedur (1) vorbereitete Substrat wurde mit der erhaltenen gemischten Lösung durch Tauchbeschichtung beschichtet. Die Tauchbeschichtung wurde durch Eintauchen des Substrats in 100 ml der gemischten Lösung und senkrechtes Herausziehen gefolgt von dreistündigem Trocknen bei Raumtemperatur ausgeführt.A titanium oxide sol solution (M6, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) and an yttrium sol were mixed in a Ti/Y molar ratio of 18. The substrate prepared in the above procedure (1) was coated with the obtained mixed solution by dip coating. The dip coating was carried out by immersing the substrate in 100 ml of the mixed solution and pulling it up vertically, followed by drying at room temperature for 3 hours.
(Produktion der wässrigen Ausgangsmateriallösung)(Production of raw material aqueous solution)
Als Ausgangsmaterialien wurden Magnesiumnitrathexahydrat (Mg(NO3)2-6H2O, hergestellt von KANTO CHEMICAL CO., INC.) und Harnstoff ((NH2)2CO, hergestellt von Sigma-Aldrich Corporation) vorbereitet. Das Magnesiumnitrathexahydrat wurde auf 0,0075 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben, und es wurde entionisiertes Wasser zugegeben, so dass die Gesamtmenge 75 ml war. Dann wurde die erhaltene Lösung gerührt. In einem Verhältnis von Harnstoff/NO3- (Molverhältnis) = 96 eingewogener Harnstoff wurde der Lösung hinzugefügt, gefolgt von weiterem Rühren, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung zu erhalten.
- - Auswertung 1: Das SEM-Bild der Oberflächenmikrostruktur des in Beispiel B5 erhaltenen Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung (vor dem Walzenpressen) war wie in
10A gezeigt. - - Auswertung 2: Aus dem Ergebnis, dass geschichtete Plaids beobachtet werden konnten, wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden Mg, Ti, und Y, die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung waren, auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung detektiert. Ferner war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg, Ti, und Y auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 2 gezeigt.
- -Auswertung 4:
10B zeigt das in Beispiel B5 erhaltene XRD-Profil. In dem erhaltenen XRD-Profil wurde ein Peak um 2θ = 8,9° beobachtet. Im Allgemeinen wird die Position des (003)-Peaks von LDH bei 2θ = 11bis 12° beobachtet, und daher wird davon ausgegangen, dass der Peak der (003)-Peak von LDH ist, der zur Seite des niedrigen Winkels verschoben ist. Daher kann der Peak nicht als der von LDH bezeichnet werden, sondern es ist naheliegend, dass er ein Peak ist, der von einer Verbindung ähnlich LDH (d. h. einer LDH-ähnlichen Verbindung) herrührt. Zwei im XRD-Profil beobachtete Peaks bei 2θ < 2θ° < 25 sind Peaks, die von Polyethylen, das das poröse Substrat bildet, herrühren. Ferner war der Zwischenschichtabstand in der geschichteten Kristallstruktur der LDH-ähnlichen Verbindung 0,99 nm. - - Auswertung 5: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die He-Permeabilität 0,0 cm/min × atm war, was angibt, dass die Dichte extrem hoch war.
- -Auswertung 6: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die lonenleitfähigkeit hoch war.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und es wurde bestätigt, dass sich die He-Permeabilität auch nach dem einwöchigen Eintauchen in Alkali bei einer hohen Temperatur von 90 °C nicht veränderte, was angibt, dass die Alkalibeständigkeit ausgezeichnet war.
- -Auswertung 8: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass selbst nach 300 Zyklen keine Kurzschlüsse aufgrund von Zinkdendriten auftraten, was angibt, dass die Dendritenbeständigkeit ausgezeichnet war.
- - Evaluation 1: The SEM image of the surface microstructure of the LDH-like compound separator obtained in Example B5 (before roll pressing) was as in FIG
10A shown. - - Evaluation 2: From the result that layered plaids could be observed, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, Mg, Ti, and Y, which were components of the LDH-like compound, were detected on the surface of the LDH-like compound separator. Further, the composition ratio (atomic ratio) of Mg, Ti, and Y on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 2.
- -Evaluation 4:
10B shows the XRD profile obtained in Example B5. In the obtained XRD profile, a peak was observed around 2θ=8.9°. In general, the position of the (003) peak of LDH is observed at 2θ=11 to 12°, and therefore the peak is considered to be the (003) peak of LDH shifted to the low angle side. Therefore, the peak cannot be said to be that of LDH, but it stands to reason that it is a peak originating from a compound similar to LDH (ie, an LDH-like compound). Two peaks observed in the XRD profile at 2θ < 2θ° < 25 are peaks originating from polyethylene constituting the porous substrate. Further, the interlayer distance in the layered crystal structure of the LDH-like compound was 0.99 nm. - - Evaluation 5: As shown in Table 2, it was confirmed that the He permeability was 0.0 cm/min·atm, indicating that the density was extremely high.
- -Evaluation 6: As shown in Table 2, it was confirmed that the ionic conductivity was high.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and it was confirmed that the He permeability improved even after the alkali immersion for one week at a high temperature of 90°C did not change, indicating that the alkali resistance was excellent.
- -Evaluation 8: As shown in Table 2, it was confirmed that short circuits due to zinc dendrites did not occur even after 300 cycles, indicating that the dendrite resistance was excellent.
Beispiel B6 (Referenz)Example B6 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel B1 produziert und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass das poröse Polymersubstrat anstelle der vorstehenden Prozedur (2) wie folgt mit Titandioxid- und Aluminiumoxid-Solen beschichtet wurde und die wässrige Ausgangsmateriallösung in der vorstehenden Prozedur (3) wie folgt produziert wurde.An LDH-like compound separator was produced and evaluated in the same manner as in Example B1, except that the porous polymer substrate was coated with titania and alumina sols instead of the above procedure (2) as follows and the raw material aqueous solution was produced in the above procedure (3) as follows.
(Titandioxid-Aluminiumoxid-Sol-Beschichtung auf dem porösen Polymersubstrat)(titania-alumina sol coating on the porous polymer substrate)
Eine Titanoxid-Sol-Lösung (M6, hergestellt von Taki Chemical Co., Ltd.) und eine Lösung von amorphem Aluminiumoxid (AI-ML15, hergestellt von Taki Chemical Co., Ltd.) wurden in einem Molverhältnis Ti/Al von 18 gemischt. Das in der vorstehenden Prozedur (1) vorbereitete Substrat wurde mit der gemischten Lösung durch Tauchbeschichtung beschichtet. Die Tauchbeschichtung wurde durch Eintauchen des Substrats in 100 ml der gemischten Lösung und senkrechtes Herausziehen, gefolgt von dreistündigem Trocknen bei Raumtemperatur ausgeführt.A titanium oxide sol solution (M6, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) and an amorphous alumina solution (AI-ML15, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) were mixed in a Ti/Al molar ratio of 18 . The substrate prepared in the above procedure (1) was coated with the mixed solution by dip coating. The dip coating was carried out by immersing the substrate in 100 ml of the mixed solution and pulling it out vertically, followed by drying at room temperature for 3 hours.
(Produktion der wässrigen Ausgangsmateriallösung)(Production of raw material aqueous solution)
Als Ausgangsmaterialien wurden Magnesiumnitrathexahydrat (Mg(NO3)2·6H2O, hergestellt von KANTO CHEMICAL CO., INC.), Yttriumnitrat-n-Hydrat (Y(NO3)3·nH2O, hergestellt von FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation), und Harnstoff ((NH2)2CO, hergestellt von Sigma-Aldrich Corporation) vorbereitet. Das Magnesiumnitrathexahydrat wurde auf 0,0015 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben. Ferner wurde das Yttriumnitrat-n-Hydrat auf 0,0075 mol/l eingewogen und in das Becherglas gegeben, und es wurde entionisiertes Wasser zugegeben, so dass die Gesamtmenge 75 ml war. Dann wurde die erhaltene Lösung gerührt. In einem Verhältnis von Harnstoff/NO3- (Molverhältnis) = 9,8 eingewogener Harnstoff wurde der Lösung hinzugefügt, gefolgt von weiterem Rühren, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung zu erhalten.
- - Auswertung 1: Das SEM-Bild der Oberflächenmikrostruktur des in Beispiel B6 erhaltenen Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung (vor dem Walzenpressen) war wie in
11A gezeigt. - - Auswertung 2: Aus dem Ergebnis, dass geschichtete Plaids beobachtet werden konnten, wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden Mg, AI, Ti, und Y, die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung waren, auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung detektiert. Ferner war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg, AI, Ti, und Y auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 2 gezeigt.
- -Auswertung 4:
11B zeigt das in Beispiel B6 erhaltene XRD-Profil. In dem erhaltenen XRD-Profil wurde ein Peak um 2θ = 7,2° beobachtet. Im Allgemeinen wird die Position des (003)-Peaks von LDH bei 2θ = 11bis 12° beobachtet, und daher wird davon ausgegangen, dass der Peak der (003)-Peak von LDH ist, der zur Seite des niedrigen Winkels verschoben ist. Daher kann der Peak nicht als der von LDH bezeichnet werden, sondern es ist naheliegend, dass er ein Peak ist, der von einer Verbindung ähnlich LDH (d. h. einer LDH-ähnlichen Verbindung) herrührt. Zwei im XRD-Profil beobachtete Peaks bei 20 < 2θ° < 25 sind Peaks, die von Polyethylen, das das poröse Substrat bildet, herrühren. Ferner war der Zwischenschichtabstand in der geschichteten Kristallstruktur der LDH-ähnlichen Verbindung 1,2 nm. - - Auswertung 5: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die He-Permeabilität 0,0 cm/min × atm war, was angibt, dass die Dichte extrem hoch war.
- -Auswertung 6: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die lonenleitfähigkeit hoch war.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und es wurde bestätigt, dass sich die He-Permeabilität auch nach dem einwöchigen Eintauchen in Alkali bei einer hohen Temperatur von 90°C nicht veränderte, was angibt, dass die Alkalibeständigkeit ausgezeichnet war.
- -Auswertung 8: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass selbst nach 300 Zyklen keine Kurzschlüsse aufgrund von Zinkdendriten auftraten, was angibt, dass die Dendritenbeständigkeit ausgezeichnet war.
- - Evaluation 1: The SEM image of the surface microstructure of the LDH-like compound separator obtained in Example B6 (before roll pressing) was as in FIG
11A shown. - - Evaluation 2: From the result that layered plaids could be observed, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, Mg, Al, Ti, and Y, which were components of the LDH-like compound, were detected on the surface of the LDH-like compound separator. Further, the composition ratio (atomic ratio) of Mg, Al, Ti, and Y on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 2.
- -Evaluation 4:
11B shows the XRD profile obtained in example B6. In the obtained XRD profile, a peak was observed around 2θ=7.2°. In general, the position of the (003) peak of LDH is observed at 2θ=11 to 12°, and therefore the peak is considered to be the (003) peak of LDH shifted to the low angle side. Therefore, the peak cannot be said to be that of LDH, but it stands to reason that it is a peak originating from a compound similar to LDH (ie, an LDH-like compound). Two peaks observed in the XRD profile at 20 < 2θ° < 25 are peaks originating from polyethylene constituting the porous substrate. Further, the interlayer distance in the layered crystal structure of the LDH-like compound was 1.2 nm. - - Evaluation 5: As shown in Table 2, it was confirmed that the He permeability was 0.0 cm/min·atm, indicating that the density was extremely high.
- -Evaluation 6: As shown in Table 2, it was confirmed that the ionic conductivity was high.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and it was confirmed that the He permeability improved even after the alkali immersion for one week at a high temperature of 90°C did not change, indicating that the alkali resistance was excellent.
- -Evaluation 8: As shown in Table 2, it was confirmed that short circuits due to zinc dendrites did not occur even after 300 cycles, indicating that the dendrite resistance was excellent.
Beispiel B7 (Referenz)Example B7 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel B6 produziert und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die wässrige Ausgangsmateriallösung wie folgt in der vorstehenden Prozedur (3) produziert wurde.An LDH-like compound separator was produced and evaluated in the same manner as in Example B6, except that the starting material aqueous solution was produced as follows in the above procedure (3).
(Produktion der wässrigen Ausgangsmateriallösung)(Production of raw material aqueous solution)
Als Ausgangsmaterialien wurden Magnesiumnitrathexahydrat (Mg(NO3)2·6H2O, hergestellt von KANTO CHEMICAL CO., INC.), Yttriumnitrat-n-Hydrat (Y(NO3)3·nH2O, hergestellt von FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation), und Harnstoff ((NH2)2CO, hergestellt von Sigma-Aldrich Corporation) vorbereitet. Das Magnesiumnitrathexahydrat wurde auf 0,0075 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben. Ferner wurde das Yttriumnitrat-n-Hydrat auf 0,0075 mol/l eingewogen und in das Becherglas gegeben, und es wurde entionisiertes Wasser zugegeben, so dass die Gesamtmenge 75 ml war. Dann wurde die erhaltene Lösung gerührt. In einem Verhältnis von Harnstoff/NO3- (Molverhältnis) von 25,6 eingewogener Harnstoff wurde der Lösung hinzugefügt, gefolgt von weiterem Rühren, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung zu erhalten.
- - Auswertung 1: Das SEM-Bild der Oberflächenmikrostruktur des in Beispiel B7 erhaltenen Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung (vor dem Walzenpressen) war wie in
12 gezeigt. - - Auswertung 2: Aus dem Ergebnis, dass geschichtete Plaids beobachtet werden konnten, wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden Mg, AI, Ti, und Y, die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung waren, auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung detektiert. Ferner war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg, AI, Ti, und Y auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 2 gezeigt.
- - Auswertung 5: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die He-Permeabilität 0,0 cm/min × atm war, was angibt, dass die Dichte extrem hoch war.
- -Auswertung 6: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die lonenleitfähigkeit hoch war.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und es wurde bestätigt, dass sich die He-Permeabilität auch nach dem einwöchigen Eintauchen in Alkali bei einer hohen Temperatur von 90 °C nicht veränderte, was angibt, dass die Alkalibeständigkeit ausgezeichnet war.
- -Auswertung 8: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass selbst nach 300 Zyklen keine Kurzschlüsse aufgrund von Zinkdendriten auftraten, was angibt, dass die Dendritenbeständigkeit ausgezeichnet war.
- - Evaluation 1: The SEM image of the surface microstructure of the LDH-like compound separator obtained in Example B7 (before roll pressing) was as in FIG
12 shown. - - Evaluation 2: From the result that layered plaids could be observed, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, Mg, Al, Ti, and Y, which were components of the LDH-like compound, were detected on the surface of the LDH-like compound separator. Further, the composition ratio (atomic ratio) of Mg, Al, Ti, and Y on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 2.
- - Evaluation 5: As shown in Table 2, it was confirmed that the He permeability was 0.0 cm/min·atm, indicating that the density was extremely high.
- -Evaluation 6: As shown in Table 2, it was confirmed that the ionic conductivity was high.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and it was confirmed that the He permeability improved even after the alkali immersion for one week at a high temperature of 90°C did not change, indicating that the alkali resistance was excellent.
- -Evaluation 8: As shown in Table 2, it was confirmed that short circuits due to zinc dendrites did not occur even after 300 cycles, indicating that the dendrite resistance was excellent.
Beispiel B8 (Vergleich)Example B8 (comparison)
Ein LDH-Separator wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel B1 produziert und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die Aluminiumoxid-Sol-Beschichtung anstelle der vorstehenden Prozedur (2) wie folgt ausgeführt wurde.An LDH separator was produced and evaluated in the same manner as in Example B1 except that the alumina sol coating was carried out as follows instead of the above procedure (2).
(Aluminiumoxid-Sol-Beschichtung auf dem porösen Polymersubstrat)(Alumina sol coating on the porous polymer substrate)
Das in der vorstehenden Prozedur (1) vorbereitete Substrat wurde durch Tauchbeschichtung mit einem Sol von amorphem Aluminiumoxid (AI-M15, hergestellt von Taki Chemical Co.) beschichtet. Die Tauchbeschichtung wurde durch Eintauchen des Substrats in 100 ml des Sols von amorphem Aluminiumoxid und senkrechtes Herausziehen gefolgt von dreistündigem Trocknen bei Raumtemperatur ausgeführt.
- - Auswertung 1: Das SEM-Bild der Oberflächenmikrostruktur des in Beispiel B8 erhaltenen LDH-Separators (vor dem Walzenpressen) war wie in
13A gezeigt. - - Auswertung 2: Aus dem Ergebnis, dass geschichtete Plaids beobachtet werden konnten, wurde bestätigt, dass der Abschnitt LDH-Separators, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden Mg und AI, die Bestandteile der LDH waren, auf der Oberfläche des LDH-Separators detektiert. Ferner war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg und Al auf der Oberfläche des LDH-Separators wie in Tabelle 2 gezeigt.
- -Auswertung 4:
13B zeigt das in Beispiel B8 erhaltene XRD-Profil. Anhand eines Peaks um 2θ = 11,5° in dem erhaltenen XRD-Profil wurde der in Beispiel B8 erhaltene LDH-Separator als ein LDH (Hydrotalcit-Verbindung) identifiziert. Diese Identifizierung wurde unter Verwendung Beugungspeaks des LDH (Hydrotalcit-Verbindung), der in der JCPDS-Karte Nr. 35-0964 beschrieben ist, ausgeführt. Zwei im XRD-Profil beobachtete Peaks bei 20 < 2θ° < 25 sind Peaks, die von Polyethylen, das das poröse Substrat bildet, herrühren. - - Auswertung 5: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die He-Permeabilität 0,0 cm/min × atm war, was angibt, dass die Dichte extrem hoch war.
- -Auswertung 6: Wie in Tabelle 2 gezeigt wurde bestätigt, dass die lonenleitfähigkeit hoch war.
- - Auswertung 7: Als ein Ergebnis des einwöchigen Eintauchens in Alkali bei einer hohen Temperatur von 90°C war die He-Permeabilität, die bei Auswertung 5 0,0 cm/min × atm war, über 10 cm/min × atm, was eine schlechte Alkalibeständigkeit erkennen lässt.
- - Auswertung 8: Wie in Tabelle 2 gezeigt traten Kurzschlüsse aufgrund von Zinkdendriten in weniger als 300 Zyklen auf, was erkennen lässt, dass die Dendritenbeständigkeit schlecht war.
Das Symbol # repräsentiert ein Referenzbeispiel.
Das Symbol * repräsentiert ein Vergleichsbeispiel.The substrate prepared in the above procedure (1) was coated with an amorphous alumina sol (AI-M15, manufactured by Taki Chemical Co.) by dip coating. The dip coating was carried out by immersing the substrate in 100 ml of the amorphous alumina sol and pulling it up vertically, followed by drying at room temperature for 3 hours.
- - Evaluation 1: The SEM image of the surface microstructure of the LDH separator obtained in Example B8 (before roll pressing) was as in FIG
13A shown. - - Evaluation 2: From the result that layered plaids could be observed, it was confirmed that the portion of the LDH separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, Mg and Al, which were components of the LDH, were detected on the surface of the LDH separator. Further, the composition ratio (atomic ratio) of Mg and Al on the surface of the LDH separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 2.
- -Evaluation 4:
13B shows the XRD profile obtained in Example B8. From a peak around 2θ=11.5° in the obtained XRD profile, the LDH separator obtained in Example B8 was identified as an LDH (hydrotalcite compound). This identification was carried out using diffraction peaks of LDH (hydrotalcite compound) described in JCPDS card No. 35-0964. Two peaks observed in the XRD profile at 20 < 2θ° < 25 are peaks originating from polyethylene constituting the porous substrate. - - Evaluation 5: As shown in Table 2, it was confirmed that the He permeability was 0.0 cm/min·atm, indicating that the density was extremely high.
- -Evaluation 6: As shown in Table 2, it was confirmed that the ionic conductivity was high.
- - Evaluation 7: As a result of immersing in alkali at a high temperature of 90°C for one week, the He permeability, which was 0.0 cm/min·atm in evaluation 5, was over 10 cm/min·atm, which was a shows poor alkali resistance.
- - Evaluation 8: As shown in Table 2, short circuits due to zinc dendrites occurred in less than 300 cycles, showing that the dendrite resistance was poor.
The # symbol represents a reference example.
The symbol * represents a comparative example.
[Beispiele C1 bis C9][Examples C1 to C9]
Die nachstehend gezeigten Beispiele C1 bis C9 sind Referenzbeispiele für Separatoren mit LDH-ähnlicher Verbindung. Das Verfahren zum Auswerten der in den folgenden Beispielen produzierten Separatoren mit LDH-ähnlicher Verbindung gleich wie in den Beispielen B1 bis B8, mit der Ausnahme, dass das Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg: AI: Ti: Y: additives Element M in Auswertung 3 berechnet wurde.Examples C1 to C9 shown below are reference examples of LDH-like compound separators. The method for evaluating the LDH-like compound separators produced in the following examples is the same as in Examples B1 to B8, except that the composition ratio (atomic ratio) of Mg:Al:Ti:Y: additive element M in Evaluation 3 was calculated.
Beispiel C1 (Referenz)Example C1 (reference)
(1) Vorbereitung des porösen Polymersubstrats(1) Preparation of the porous polymer substrate
Eine handelsübliche mikroporöse Polyethylenmembran mit einer Porosität von 50 %, einem mittleren Porendurchmesser von 0,1 µm und einer Dicke von 2θ µm wurde als poröses Polymersubstrat vorbereitet und auf eine Größe von 2,0 cm × 2,0 cm ausgeschnitten.A commercially available microporous polyethylene membrane having a porosity of 50%, an average pore diameter of 0.1 μm and a thickness of 2θ μm was prepared as a porous polymer substrate and cut out to a size of 2.0 cm×2.0 cm.
(2) Beschichten von Titanoxid. Yttriumoxid. Aluminiumoxid-Sol auf dem porösem Polymersubstrat(2) Coating of Titanium Oxide. yttria. Alumina sol on the porous polymer substrate
Eine Titandioxid-Sol-Lösung (M6, hergestellt von Taki Chemical Co., Ltd.), ein Yttrium-Sol und eine Lösung von amorphem Aluminiumoxid (Al-ML15, hergestellt von Taki Chemical Co. Ltd.) wurden so gemischt, dass Ti/(Y + Al) (Molverhältnis) = 2 und Y/Al (Molverhältnis) = 8 waren. Das vorstehend in (1) vorbereitete Substrat wurde mit der gemischten Lösung durch Tauchbeschichtung beschichtet. Die Tauchbeschichtung wurde durch Eintauchen des Substrats in 100 ml der gemischten Lösung, vertikales Hochziehen des Beschichtungssubstrats und dreistündiges Trocknen bei Raumtemperatur durchgeführt.A titania sol solution (M6, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.), an yttrium sol, and an amorphous alumina solution (Al-ML15, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) were mixed so that Ti /(Y+Al) (molar ratio)=2 and Y/Al (molar ratio)=8. The substrate prepared in (1) above was coated with the mixed solution by dip coating. The dip coating was performed by immersing the substrate in 100 ml of the mixed solution, pulling up the coating substrate vertically and drying at room temperature for 3 hours.
(3) Vorbereitung der wässrigen Ausgangsmateriallösung (I)(3) Preparation of raw material aqueous solution (I)
Magnesiumnitrathexahydrat (Mg(NO3)2·6H2O, hergestellt von Kanto Chemical Co, Inc.) und Harnstoff ((NH2)2CO, hergestellt von Sigma-Aldrich Co. LLC) wurden als Ausgangsmaterialien vorbereitet. Magnesiumnitrathexahydrat wurde auf 0,015 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben, und ionenausgetauschtes Wasser wurde darin hinzugefügt, so dass es eine Gesamtmenge von 75 ml ergab. Nach dem Rühren der erhaltenen Lösung wurde der eingewogene Harnstoff in einem Verhältnis von Harnstoff/NO3- (Molverhältnis) = 48 der Lösung hinzugefügt, und die Mischung weiter gerührt, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung (I) zu erhalten.Magnesium nitrate hexahydrate (Mg(NO 3 ) 2 ·6H 2 O manufactured by Kanto Chemical Co, Inc.) and urea ((NH 2 ) 2 CO manufactured by Sigma-Aldrich Co. LLC) were prepared as starting materials. Magnesium 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 amount 75 mL. After stirring the obtained solution, the weighed urea in a ratio of urea/NO 3 - (molar ratio) = 48 was added to the solution, and the mixture was further stirred to obtain an aqueous starting material solution (I).
(4) Membranbildung durch hydrothermale Behandlung(4) Membrane formation by hydrothermal treatment
Sowohl die wässrige Ausgangsmateriallösung (I) als auch das tauchbeschichtete Substrat wurden in einem luftdichten Teflon®-Behälter (Autoklavenbehälter mit einem Inhalt von 100 ml und einem Außenmantel aus Edelstahl) versiegelt. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Substrat vom Boden des luftdichten Teflon®-Behälters aus schwimmend befestigt und vertikal installiert, so dass die Lösung mit beiden Seiten des Substrats in Kontakt war. Danach wurde eine LDH-ähnliche Verbindung auf der Oberfläche und im Inneren des Substrats durch Unterziehen einer hydrothermalen Behandlung bei einer hydrothermalen Temperatur von 120 °C für 22 Stunden gebildet. Mit Ablauf einer vorbestimmten Zeit wurde das Substrat aus dem luftdichten Behälter genommen, mit ionenausgetauschtem Wasser gewaschen und 10 Stunden lang bei 70 °C getrocknet, um in den Poren des porösen Substrats eine LDH-ähnliche Verbindung zu bilden.Both the aqueous starting material solution (I) and the dip-coated substrate were sealed in an airtight Teflon® container (100 ml autoclave container with a stainless steel outer jacket). At this point, a substrate was floated from the bottom of the Teflon® airtight container and installed vertically so that the solution was in contact with both sides of the substrate. Thereafter, an LDH-like compound was formed on the surface and inside of the substrate by subjecting it to hydrothermal treatment at a hydrothermal temperature of 120°C for 22 hours. With the lapse of a predetermined time, the substrate was taken out of the airtight container, washed with ion-exchanged water, and dried at 70°C for 10 hours to form an LDH-like compound in the pores of the porous substrate.
(5) Vorbereitung der wässrigen Ausgangsmateriallösung (II)(5) Preparation of raw material aqueous solution (II)
Indiumsulfat-n-Hydrat (In2(SO4)3·nH2O, hergestellt von FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation) wurde als Ausgangsmaterial vorbereitet. Das Indiumsulfat-n-Hydrat wurde auf 0,0075 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben, zu dem ionenausgetauschtes Wasser hinzugefügt wurde, um ein Gesamtvolumen von 75 ml zu erhalten. Die resultierende Lösung wurde gerührt, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung (II) zu erhalten.Indium sulfate n-hydrate (In 2 (SO 4 ) 3 ·nH 2 O, manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation) was prepared as a starting material. The indium sulfate n-hydrate was weighed to 0.0075 mol/L and placed in a beaker, to which ion-exchanged water was added to make the total volume 75 mL. The resulting solution was stirred to obtain an aqueous starting material solution (II).
(6) Hinzufügen von Indium durch Tauchbehandlung(6) Addition of indium by immersion treatment
In einem luftdichten Teflon®-Behälter (Autoklavenbehälter mit einem Inhalt von 100 ml und einem Außenmantel aus Edelstahl) wurden die wässrige Ausgangsmateriallösung (II) und der vorstehend in (4) erhaltene Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung zusammen eingeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Substrat vom Boden des luftdichten Teflon®-Behälters aus schwimmend befestigt und vertikal so angeordnet, dass die Lösung mit beiden Seiten des Substrats in Kontakt war. Danach wurde Indium auf dem Substrat hinzugefügt, indem es 1 Stunde lang bei 30 °C einer Tauchbehandlung unterzogen wurde. Mit Ablauf einer vorbestimmten Zeit wurde das Substrat aus dem luftdichten Behälter genommen, mit ionenausgetauschtem Wasser gewaschen und 10 Stunden lang bei 70 °C getrocknet, um einen Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung mit darauf hinzugefügtem Indium zu erhalten.In an airtight Teflon® container (autoclave container with a capacity of 100 ml and an outer jacket made of stainless steel), the starting material aqueous solution (II) and the LDH-like compound separator obtained in (4) above were sealed together. At this point, a substrate was floated from the bottom of the Teflon® airtight container and placed vertically so that the solution was in contact with both sides of the substrate. Thereafter, indium was added on the substrate by subjecting it to dip treatment at 30°C for 1 hour. With the lapse of a predetermined time, the substrate was taken out from the airtight container, washed with ion-exchanged water, and dried at 70°C for 10 hours to obtain an indium-added LDH-like compound separator thereon.
(7) Verdichtung durch Walzenpressen(7) Compaction by roller pressing
Der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde zwischen zwei PET-Folien (Lumiler®, hergestellt von Toray Industries, Inc., Dicke 40 µm) eingeschoben und bei einer Walzenrotationsgeschwindigkeit von 3 mm/s, einer Walzenerwärmungstemperatur von 70 °C und einem Walzenspalt von 70 µm walzengepresst, um einen weiter verdichteten Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung zu erhalten.The LDH-like compound separator was sandwiched between two PET films (Lumiler®, manufactured by Toray Industries, Inc., thickness 40 µm) and pressed at a roller rotation speed of 3 mm/s, a roller heating temperature of 70°C and a nip of 70 µm roll pressed to obtain a further densified separator with LDH-like compound.
(8) Auswertungsergebnis(8) Evaluation result
Verschiedene Auswertungen wurden für die erhaltenen Separatoren mit LDH-ähnlicher Verbindung durchgeführt. Die Ergebnisse waren wie folgt.
- - Auswertung 1: Das SEM-Bild der Oberflächenmikrostruktur des in Beispiel C1 erhaltenen Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung (vor dem Walzenpressen) wurde in
14 gezeigt. - - Auswertung 2: Aus dem Beobachtungsergebnis von geschichteten Gitterstreifen wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung, nämlich AI, Ti, Y und In, detektiert. Außerdem war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von AI, Ti, Y und In auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 3 gezeigt.
- - Auswertung 5: Wie in Tabelle 3 gezeigt wurde die extrem hohe Dichte durch eine He-Permeabilität von 0,0 cm/min. atm bestätigt.
- - Auswertung 6: Wie in Tabelle 3 gezeigt wurde die hohe Ionenleitfähigkeit bestätigt.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und die He-Permeabilität blieb auch nach einer Woche Eintauchen in Alkali bei der erhöhten Temperatur von 90 °C unverändert, was die ausgezeichnete Alkalibeständigkeit bestätigt.
- - Auswertung 8: Wie in Tabelle 3 gezeigt wurde die ausgezeichnete Dendritenbeständigkeit dadurch bestätigt, dass selbst nach 300 Zyklen kein Kurzschluss aufgrund von Zinkdendriten auftrat.
- - Evaluation 1: The SEM image of the surface microstructure of the LDH-like compound separator obtained in Example C1 (before roll pressing) was obtained in
14 shown. - - Evaluation 2: From the observation result of layered lattice fringes, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, on the surface of the LDH-like compound separator, the components of the LDH-like compound, namely Al, Ti, Y and In, were detected. In addition, the composition ratio (atomic ratio) of Al, Ti, Y and In on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 3.
- - Evaluation 5: As shown in Table 3, the extremely high density was demonstrated by a He permeability of 0.0 cm/min. ATM confirmed.
- - Evaluation 6: As shown in Table 3, the high ionic conductivity was confirmed.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and the He permeability remained unchanged even after one week of alkali immersion at the elevated temperature of 90°C , which confirms the excellent alkali resistance.
- - Evaluation 8: As shown in Table 3, the excellent dendrite resistance was confirmed that no short circuit due to zinc dendrites occurred even after 300 cycles.
Beispiel C2 (Referenz)Example C2 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel C1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die Zeit der Tauchbehandlung auf 24 Stunden bei Hinzufügen von Indium durch die vorstehende Tauchbehandlung von (6) geändert wurde.
- - Auswertung 2: Aus dem Beobachtungsergebnis von geschichteten Gitterstreifen wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung, nämlich AI, Ti, Y und In, detektiert. Außerdem war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von AI, Ti, Y und In auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 3 gezeigt.
- - Auswertung 5: Wie in Tabelle 3 gezeigt wurde die extrem hohe Dichte durch eine He-Permeabilität von 0,0 cm/min × atm bestätigt.
- - Auswertung 6: Die hohe Ionenleitfähigkeit wurde bestätigt, wie in Tabelle 3 gezeigt.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und die He-Permeabilität blieb auch nach einer Woche Eintauchen in Alkali bei der erhöhten Temperatur von 90 °C unverändert, was die ausgezeichnete Alkalibeständigkeit bestätigt.
- - Auswertung 8: Wie in Tabelle 3 gezeigt trat selbst nach 300 Zyklen kein durch Zinkdendriten verursachter Kurzschluss auf, was die ausgezeichnete Dendritenbeständigkeit bestätigt.
- - Evaluation 2: From the observation result of layered lattice fringes, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, on the surface of the LDH-like compound separator, the components of the LDH-like compound, namely Al, Ti, Y and In, were detected. In addition, the composition ratio (atomic ratio) of Al, Ti, Y and In on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 3.
- - Evaluation 5: As shown in Table 3, the extremely high density was confirmed by a He permeability of 0.0 cm/min·atm.
- - Evaluation 6: The high ionic conductivity was confirmed as shown in Table 3.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and the He permeability remained unchanged even after one week of alkali immersion at the elevated temperature of 90°C , which confirms the excellent alkali resistance.
- - Evaluation 8: As shown in Table 3, no short circuit caused by zinc dendrites occurred even after 300 cycles, confirming excellent dendrite resistance.
Beispiel C3 (Referenz)Example C3 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel C1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die Titandioxid-Yttriumoxid-Sol-Beschichtung anstatt wie vorstehend in (2) wie folgt durchgeführt wurde.An LDH-like compound separator was prepared and evaluated in the same manner as in Example C1, except that the titania-yttria sol coating was performed as follows instead of in (2) above.
(2) Beschichten von Titanoxid-Yttriumoxid-Sol auf dem porösem Polymersubstrat)(2) Coating of titania-yttria sol on the porous polymer substrate)
Eine Titandioxid-Sol-Lösung (M6, hergestellt von Taki Chemical Co., Ltd.) und ein Yttrium-Sol wurden so gemischt, dass Ti/Y (Molverhältnis) = 2 war. Das vorstehend in (1) vorbereitete Substrat wurde mit der erhaltenen gemischten Lösung durch Tauchbeschichtung beschichtet. Die Tauchbeschichtung wurde durch Eintauchen des Substrats in 100 ml der gemischten Lösung, vertikales Hochziehen des Beschichtungssubstrats und dreistündiges Trocknen bei Raumtemperatur durchgeführt.
- - Auswertung 2: Aus dem Beobachtungsergebnis von geschichteten Gitterstreifen wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung, nämlich Ti, Y und In, detektiert. Außerdem war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Ti, Y und In auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 3 gezeigt.
- - Auswertung 5: Wie in Tabelle 3 gezeigt wurde die extrem hohe Dichte durch eine He-Permeabilität von 0,0 cm/min × atm bestätigt.
- - Auswertung 6: Die hohe Ionenleitfähigkeit wurde bestätigt, wie in Tabelle 3 gezeigt.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und die He-Permeabilität blieb auch nach einer Woche Eintauchen in Alkali bei einer erhöhten Temperatur von 90 °C unverändert, was die ausgezeichnete Alkalibeständigkeit bestätigt.
- - Auswertung 8: Wie in Tabelle 3 gezeigt trat selbst nach 300 Zyklen kein durch Zinkdendriten verursachter Kurzschluss auf, was die ausgezeichnete Dendritenbeständigkeit bestätigt.
- - Evaluation 2: From the observation result of layered lattice fringes, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, on the surface of the LDH-like compound separator, the components of the LDH-like compound, namely Ti, Y and In, were detected. In addition, the composition ratio (atomic ratio) of Ti, Y and In on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 3.
- - Evaluation 5: As shown in Table 3, the extremely high density was confirmed by a He permeability of 0.0 cm/min·atm.
- - Evaluation 6: The high ionic conductivity was confirmed as shown in Table 3.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and the He permeability remained unchanged even after one week of alkali immersion at an elevated temperature of 90°C , which confirms the excellent alkali resistance.
- - Evaluation 8: As shown in Table 3, no short circuit caused by zinc dendrites occurred even after 300 cycles, confirming excellent dendrite resistance.
Beispiel C4 (Referenz)Example C4 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel C1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die vorstehende Vorbereitung der wässrigen Ausgangsmateriallösung (II) in (5) wie folgt durchgeführt wurde und Bismut durch Tauchbehandlung wie folgt anstelle des vorstehenden (6) hinzugefügt wurde.An LDH-like compound separator was prepared and evaluated in the same manner as in Example C1, except that the above preparation of the starting material aqueous solution (II) in (5) was carried out as follows and bismuth was treated by immersion treatment as follows instead of was added to (6) above.
(5) Vorbereitung der wässrigen Ausgangsmateriallösung (II))(5) Preparation of raw material aqueous solution (II))
Bismutnitratpentahydrat (Bi(NO3)3·5H2O) wurde als das Ausgangsmaterial vorbereitet. Das Bismutnitratpentahydrat wurde auf 0,00075 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben, zu dem ionenausgetauschtes Wasser hinzugefügt wurde, um ein Gesamtvolumen von 75 ml zu erhalten. Die resultierende Lösung wurde gerührt, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung (II) zu erhalten.Bismuth nitrate pentahydrate (Bi(NO 3 ) 3 ·5H 2 O) was prepared as the starting material. The bismuth nitrate pentahydrate was weighed to 0.00075 mol/L and placed in a beaker, to which ion-exchanged water was added to make the total volume 75 mL. The resulting solution was stirred to obtain an aqueous starting material solution (II).
(Hinzufügen von Bismut durch Tauchbehandlung)(adding bismuth by immersion treatment)
In einem luftdichten Teflon®-Behälter (Autoklavenbehälter mit einem Inhalt von 100 ml und einem Außenmantel aus Edelstahl) wurden die wässrige Ausgangsmateriallösung (II) und der in (4) erhaltene Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung zusammen eingeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Substrat vom Boden des luftdichten Teflon®-Behälters aus schwimmend befestigt und vertikal angeordnet, so dass die Lösung mit beiden Seiten des Substrats in Kontakt war. Danach wurde Bismut auf dem Substrat hinzugefügt, indem es 1 Stunde lang einer Tauchbehandlung bei 30°C unterzogen wurde. Mit Ablauf der vorbestimmten Zeit wurde das Substrat aus dem luftdichten Behälter genommen, mit ionenausgetauschtem Wasser gewaschen und 10 Stunden lang bei 70 °C getrocknet, um einen Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung mit darauf hinzugefügtem Bismut zu erhalten.
- - Auswertung 2: Aus dem Beobachtungsergebnis von geschichteten Gitterstreifen wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung, nämlich Mg, AI, Ti, Y und Bi, detektiert. Außerdem war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg, AI, Ti, Y und Bi auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 3 gezeigt.
- - Auswertung 5: Wie in Tabelle 3 gezeigt wurde die extrem hohe Dichte durch eine He-Permeabilität von 0,0 cm/min × atm bestätigt.
- - Auswertung 6: Die hohe Ionenleitfähigkeit wurde bestätigt, wie in Tabelle 3 gezeigt.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und die He-Permeabilität blieb selbst nach einer Woche Eintauchen in Alkali bei der erhöhten Temperatur von 90 °C unverändert, was die ausgezeichnete Alkalibeständigkeit bestätigt.
- - Auswertung 8: Wie in Tabelle 3 gezeigt trat selbst nach 300 Zyklen kein durch Zinkdendriten verursachter Kurzschluss auf, was die ausgezeichnete Dendritenbeständigkeit bestätigt.
- - Evaluation 2: From the observation result of layered lattice fringes, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, on the surface of the LDH-like compound separator, the components of the LDH-like compound, namely Mg, Al, Ti, Y and Bi, were detected. In addition, the composition ratio (atomic ratio) of Mg, Al, Ti, Y and Bi on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 3.
- - Evaluation 5: As shown in Table 3, the extremely high density was confirmed by a He permeability of 0.0 cm/min·atm.
- - Evaluation 6: The high ionic conductivity was confirmed as shown in Table 3.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and the He permeability remained unchanged even after one week alkali immersion at the elevated temperature of 90°C , which confirms the excellent alkali resistance.
- - Evaluation 8: As shown in Table 3, no short circuit caused by zinc dendrites occurred even after 300 cycles, confirming excellent dendrite resistance.
Beispiel C5 (Referenz)Example C5 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel C4 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die Zeit der Tauchbehandlung auf 12 Stunden bei Hinzufügen von Bismut durch die vorstehende beschriebene Tauchbehandlung geändert wurde.
- - Auswertung 2: Aus dem Beobachtungsergebnis von geschichteten Gitterstreifen wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung, nämlich Mg, AI, Ti, Y und Bi, detektiert. Außerdem war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg, AI, Ti, Y und Bi auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 3 gezeigt.
- - Auswertung 5: Wie in Tabelle 3 gezeigt wurde die extrem hohe Dichte durch eine He-Permeabilität von 0,0 cm/min × atm bestätigt.
- - Auswertung 6: Die hohe Ionenleitfähigkeit wurde bestätigt, wie in Tabelle 3 gezeigt.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und die He-Permeabilität blieb selbst nach einer Woche Eintauchen in Alkali bei der erhöhten Temperatur von 90 °C unverändert, was die ausgezeichnete Alkalibeständigkeit bestätigt.
- - Auswertung 8: Wie in Tabelle 3 gezeigt trat selbst nach 300 Zyklen kein durch Zinkdendriten verursachter Kurzschluss auf, was die ausgezeichnete Dendritenbeständigkeit bestätigt.
- - Evaluation 2: From the observation result of layered lattice fringes, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, on the surface of the LDH-like compound separator, the components of the LDH-like compound, namely Mg, Al, Ti, Y and Bi, were detected. In addition, the composition ratio (atomic ratio) of Mg, Al, Ti, Y and Bi on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 3.
- - Evaluation 5: As shown in Table 3, the extremely high density was confirmed by a He permeability of 0.0 cm/min·atm.
- - Evaluation 6: The high ionic conductivity was confirmed as shown in Table 3.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and the He permeability remained unchanged even after one week alkali immersion at the elevated temperature of 90°C , which confirms the excellent alkali resistance.
- - Evaluation 8: As shown in Table 3, no short circuit caused by zinc dendrites occurred even after 300 cycles, confirming excellent dendrite resistance.
Beispiel C6 (Referenz)Example C6 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel C4 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die Zeit der Tauchbehandlung auf 24 Stunden bei Hinzufügen von Bismut durch die vorstehende beschriebene Tauchbehandlung geändert wurde.
- - Auswertung 2: Aus dem Beobachtungsergebnis von geschichteten Gitterstreifen wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung, nämlich Mg, AI, Ti, Y und Bi, detektiert. Außerdem war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg, AI, Ti, Y und Bi auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 3 gezeigt.
- - Auswertung 5: Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurde die extrem hohe Dichte durch eine He-Permeabilität von 0,0 cm/min × atm bestätigt.
- - Auswertung 6: Die hohe Ionenleitfähigkeit wurde bestätigt, wie in Tabelle 3 gezeigt.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und die He-Permeabilität blieb selbst nach einer Woche Eintauchen in Alkali bei der erhöhten Temperatur von 90 °C unverändert, was die ausgezeichnete Alkalibeständigkeit bestätigt.
- - Auswertung 8: Wie in Tabelle 3 gezeigt trat selbst nach 300 Zyklen kein durch Zinkdendriten verursachter Kurzschluss auf, was die ausgezeichnete Dendritenbeständigkeit bestätigt.
- - Evaluation 2: From the observation result of layered lattice fringes, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, on the surface of the LDH-like compound separator, the components of the LDH-like compound, namely Mg, Al, Ti, Y and Bi, were detected. In addition, the composition ratio (atomic ratio) of Mg, Al, Ti, Y and Bi on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 3.
- - Evaluation 5: As shown in Table 3, the extremely high density was confirmed by a He permeability of 0.0 cm/min·atm.
- - Evaluation 6: The high ionic conductivity was confirmed as shown in Table 3.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and the He permeability remained unchanged even after one week alkali immersion at the elevated temperature of 90°C , which confirms the excellent alkali resistance.
- - Evaluation 8: As shown in Table 3, no short circuit caused by zinc dendrites occurred even after 300 cycles, confirming excellent dendrite resistance.
Beispiel C7 (Referenz)Example C7 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel C1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die vorstehende Vorbereitung der wässrigen Ausgangsmateriallösung (II) in (5) wie folgt durchgeführt wurde und Calcium durch Tauchbehandlung anstelle des vorstehenden (6) wie folgt hinzugefügt wurde.An LDH-like compound separator was prepared and evaluated in the same manner as in Example C1 except that the above preparation of the starting material aqueous solution (II) in (5) was carried out as follows and calcium was treated by immersion treatment instead of the above ( 6) has been added as follows.
(Vorbereitung der wässrigen Ausgangsmateriallösung (II))(Preparation of Aqueous Starting Material Solution (II))
Calciumnitrattetrahydrat (Ca(NO3)2·4H2O) wurde als das Ausgangsmaterial vorbereitet. Das Calciumnitrattetrahydrat wurde auf 0,015 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben, zu dem ionenausgetauschtes Wasser hinzugefügt wurde, um ein Gesamtvolumen von 75 ml zu erhalten. Die resultierende Lösung wurde gerührt, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung (II) zu erhalten.Calcium nitrate tetrahydrate (Ca(NO 3 ) 2 ·4H 2 O) was prepared as the starting material. The calcium nitrate tetrahydrate was weighed to 0.015 mol/L and placed in a beaker, to which ion-exchanged water was added to make the total volume 75 mL. The resulting solution was stirred to obtain an aqueous starting material solution (II).
(Hinzufügen von Calcium durch Tauchbehandlung)(adding calcium by immersion treatment)
In einem luftdichten Teflon®-Behälter (Autoklavenbehälter mit einem Inhalt von 100 ml und einem Außenmantel aus Edelstahl) wurden die wässrige Ausgangsmateriallösung (II) und der in (4) erhaltene Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung zusammen eingeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Substrat vom Boden des luftdichten Teflon®-Behälters aus schwimmend befestigt und vertikal so angeordnet, dass die Lösung mit beiden Seiten des Substrats in Kontakt war. Danach wurde Calcium auf dem Substrat hinzugefügt, indem es 6 Stunden lang einer Tauchbehandlung bei 30°C unterzogen wurde. Mit Ablauf der vorbestimmten Zeit wurde das Substrat aus dem luftdichten Behälter genommen, mit ionenausgetauschtem Wasser gewaschen und 10 Stunden lang bei 70 °C getrocknet, um einen Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung mit darauf hinzugefügtem Calcium zu erhalten.
- - Auswertung 2: Aus dem Beobachtungsergebnis von geschichteten Gitterstreifen wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung, nämlich Mg, AI, Ti, Y und Ca, detektiert. Außerdem war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg, AI, Ti, Y und Ca auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 3 gezeigt.
- - Auswertung 5: Wie in Tabelle 3 gezeigt wurde die extrem hohe Dichte durch eine He-Permeabilität von 0,0 cm/min × atm bestätigt.
- - Auswertung 6: Die hohe Ionenleitfähigkeit wurde bestätigt, wie in Tabelle 3 gezeigt.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und die He-Permeabilität blieb selbst nach einer Woche Eintauchen in Alkali bei der erhöhten Temperatur von 90 °C unverändert, was die ausgezeichnete Alkalibeständigkeit bestätigt.
- - Auswertung 8: Wie in Tabelle 3 gezeigt, trat selbst nach 300 Zyklen kein durch Zinkdendriten verursachter Kurzschluss auf, was die ausgezeichnete Dendritenbeständigkeit bestätigt.
- - Evaluation 2: From the observation result of layered lattice fringes, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, on the surface of the LDH-like compound separator, the components of the LDH-like compound, namely Mg, Al, Ti, Y and Ca, were detected. In addition, the composition ratio (atomic ratio) of Mg, Al, Ti, Y and Ca on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 3.
- - Evaluation 5: As shown in Table 3, the extremely high density was confirmed by a He permeability of 0.0 cm/min·atm.
- - Evaluation 6: The high ionic conductivity was confirmed as shown in Table 3.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and the He permeability remained unchanged even after one week alkali immersion at the elevated temperature of 90°C , which confirms the excellent alkali resistance.
- - Evaluation 8: As shown in Table 3, no short circuit caused by zinc dendrites occurred even after 300 cycles, confirming the excellent dendrite resistance.
Beispiel C8 (Referenz)Example C8 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel C1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die vorstehende Vorbereitung der wässrigen Ausgangsmateriallösung (II) in (5) wie folgt durchgeführt wurde und Strontium durch Tauchbehandlung anstelle des vorstehenden (6) wie folgt hinzugefügt wurde.An LDH-like compound separator was prepared and evaluated in the same manner as in Example C1 except that the above preparation of the starting material aqueous solution (II) in (5) was carried out as follows and strontium was added by immersion treatment instead of the above ( 6) has been added as follows.
(Vorbereitung der wässrigen Ausgangsmateriallösung (II))(Preparation of Aqueous Starting Material Solution (II))
Als Ausgangsmaterial wurde Strontiumnitrat (Sr(NO3)2) vorbereitet. Das Strontiumnitrat wurde auf 0,015 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben, zu dem ionenausgetauschtes Wasser hinzugefügt wurde, um ein Gesamtvolumen von 75 ml zu erhalten. Die resultierende Lösung wurde gerührt, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung (II) zu erhalten.Strontium nitrate (Sr(NO 3 ) 2 ) was prepared as the starting material. The strontium nitrate was weighed to 0.015 mol/L and placed in a beaker, to which ion-exchanged water was added to make the total volume 75 mL. The resulting solution was stirred to obtain an aqueous starting material solution (II).
(Hinzufügen von Strontium durch Tauchbehandlung)(adding strontium by immersion treatment)
In einem luftdichten Teflon®-Behälter (Autoklavenbehälter mit einem Inhalt von 100 ml und einem Außenmantel aus Edelstahl) wurden die wässrige Ausgangsmateriallösung (II) und der vorstehend in (4) erhaltene Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung zusammen eingeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Substrat vom Boden des luftdichten Teflon®-Behälters aus schwimmend befestigt und vertikal so angeordnet, dass die Lösung mit beiden Seiten des Substrats in Kontakt war. Danach wurde Strontium auf dem Substrat hinzugefügt, indem es 6 Stunden lang einer Tauchbehandlung bei 30°C unterzogen wurde. Mit Ablauf der vorbestimmten Zeit wurde das Substrat aus dem luftdichten Behälter genommen, mit ionenausgetauschtem Wasser gewaschen und 10 Stunden lang bei 70 °C getrocknet, um einen Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung mit darauf hinzugefügtem Strontium zu erhalten.
- - Auswertung 2: Aus dem Beobachtungsergebnis von geschichteten Gitterstreifen wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung, nämlich Mg, AI, Ti, Y und Sr, detektiert. Außerdem war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg, AI, Ti, Y und Sr auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 3 gezeigt.
- - Auswertung 5: Wie in Tabelle 3 gezeigt wurde die extrem hohe Dichte durch eine He-Permeabilität von 0,0 cm/min × atm bestätigt.
- - Auswertung 6: Die hohe Ionenleitfähigkeit wurde bestätigt, wie in Tabelle 3 gezeigt.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und die He-Permeabilität blieb selbst nach einer Woche Eintauchen in Alkali bei der erhöhten Temperatur von 90 °C unverändert, was die ausgezeichnete Alkalibeständigkeit bestätigt.
- - Auswertung 8: Wie in Tabelle 3 gezeigt trat selbst nach 300 Zyklen kein durch Zinkdendriten verursachter Kurzschluss auf, was die ausgezeichnete Dendritenbeständigkeit bestätigt.
- - Evaluation 2: From the observation result of layered lattice fringes, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, on the surface of the LDH-like compound separator, the components of the LDH-like compound, namely Mg, Al, Ti, Y and Sr, were detected. In addition, the composition ratio (atomic ratio) of Mg, Al, Ti, Y and Sr on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 3.
- - Evaluation 5: As shown in Table 3, the extremely high density was confirmed by a He permeability of 0.0 cm/min·atm.
- - Evaluation 6: The high ionic conductivity was confirmed as shown in Table 3.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and the He permeability remained unchanged even after one week alkali immersion at the elevated temperature of 90°C , which confirms the excellent alkali resistance.
- - Evaluation 8: As shown in Table 3, no short circuit caused by zinc dendrites occurred even after 300 cycles, confirming excellent dendrite resistance.
Beispiel C9 (Referenz)Example C9 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel C1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die vorstehende Vorbereitung der wässrigen Ausgangsmateriallösung (II) in (5) wie folgt durchgeführt wurde und Barium durch Tauchbehandlung anstatt des vorstehenden (6) wie folgt hinzugefügt wurde.An LDH-like compound separator was prepared and evaluated in the same manner as in Example C1, except that the above preparation of the aqueous starting material rial solution (II) in (5) was carried out as follows and barium was added by immersion treatment instead of the above (6) as follows.
(Vorbereitung der wässrigen Ausgangsmateriallösung (II))(Preparation of Aqueous Starting Material Solution (II))
Als Ausgangsmaterial wurde Bariumnitrat (Ba(NO3)2) vorbereitet. Das Bariumnitrat wurde auf 0,015 mol/l eingewogen und in ein Becherglas gegeben, zu dem ionenausgetauschtes Wasser hinzugefügt wurde, um ein Gesamtvolumen von 75 ml zu erhalten. Die resultierende Lösung wurde gerührt, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung (II) zu erhalten.Barium nitrate (Ba(NO 3 ) 2 ) was prepared as a starting material. The barium nitrate was weighed to 0.015 mol/L and placed in a beaker, to which ion-exchanged water was added to make the total volume 75 mL. The resulting solution was stirred to obtain an aqueous starting material solution (II).
(Hinzufügen von Barium durch Tauchbehandlung)(adding barium by immersion treatment)
In einem luftdichten Teflon®-Behälter (Autoklavenbehälter mit einem Inhalt von 100 ml und einem Außenmantel aus Edelstahl) wurden die wässrige Ausgangsmateriallösung (II) und der in (4) erhaltene Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung zusammen eingeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Substrat vom Boden des luftdichten Teflon®-Behälters aus schwimmend befestigt und vertikal so angeordnet, dass die Lösung mit beiden Seiten des Substrats in Kontakt war. Danach wurde Barium auf dem Substrat hinzugefügt, indem es 6 Stunden lang einer Tauchbehandlung bei 30°C unterzogen wurde. Mit Ablauf der vorbestimmten Zeit wurde das Substrat aus dem luftdichten Behälter genommen, mit ionenausgetauschtem Wasser gewaschen und 10 Stunden lang bei 70 °C getrocknet, um einen Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung mit darauf hinzugefügtem Barium zu erhalten.
- - Auswertung 2: Aus dem Beobachtungsergebnis von geschichteten Gitterstreifen wurde bestätigt, dass der Abschnitt des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung, der nicht das poröse Substrat war, eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur war.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung, nämlich AI, Ti, Y und Ba, detektiert. Außerdem war das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von AI, Ti, Y und Ba auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung wie in Tabelle 3 gezeigt.
- - Auswertung 5: Wie in Tabelle 3 gezeigt wurde die extrem hohe Dichte durch eine He-Permeabilität von 0,0 cm/min × atm bestätigt.
- - Auswertung 6: Die hohe Ionenleitfähigkeit wurde bestätigt, wie in Tabelle 3 gezeigt.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und die He-Permeabilität blieb selbst nach einer Woche Eintauchen in Alkali bei der erhöhten Temperatur von 90 °C unverändert, was die ausgezeichnete Alkalibeständigkeit bestätigt.
- - Auswertung 8: Wie in Tabelle 3 gezeigt trat selbst nach 300 Zyklen kein durch Zinkdendriten verursachter Kurzschluss auf, was die ausgezeichnete Dendritenbeständigkeit bestätigt.
Das Symbol # repräsentiert ein Referenzbeispiel.
Das Symbol * repräsentiert ein Vergleichsbeispiel.In an airtight Teflon® container (autoclave container with a capacity of 100 ml and an outer jacket made of stainless steel), the starting material aqueous solution (II) and the LDH-like compound separator obtained in (4) were sealed together. At this point, a substrate was floated from the bottom of the Teflon® airtight container and placed vertically so that the solution was in contact with both sides of the substrate. Thereafter, barium was added on the substrate by subjecting it to a dip treatment at 30°C for 6 hours. Upon the lapse of the predetermined time, the substrate was taken out from the airtight container, washed with ion-exchanged water, and dried at 70°C for 10 hours to obtain a barium-added LDH-like compound separator thereon.
- - Evaluation 2: From the observation result of layered lattice fringes, it was confirmed that the portion of the LDH-like compound separator other than the porous substrate was a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, on the surface of the LDH-like compound separator, the components of the LDH-like compound, namely Al, Ti, Y and Ba, were detected. In addition, the composition ratio (atomic ratio) of Al, Ti, Y and Ba on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis was as shown in Table 3.
- - Evaluation 5: As shown in Table 3, the extremely high density was confirmed by a He permeability of 0.0 cm/min·atm.
- - Evaluation 6: The high ionic conductivity was confirmed as shown in Table 3.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and the He permeability remained unchanged even after one week alkali immersion at the elevated temperature of 90°C , which confirms the excellent alkali resistance.
- - Evaluation 8: As shown in Table 3, no short circuit caused by zinc dendrites occurred even after 300 cycles, confirming the excellent dendrite resistance.
The # symbol represents a reference example.
The symbol * represents a comparative example.
[Beispiele D1 und D2][Examples D1 and D2]
Die nachstehend gezeigten Beispiele D1 und D2 sind Referenzbeispiele für Separatoren mit LDH-ähnlicher Verbindung. Das Verfahren zum Auswerten der in den folgenden Beispielen produzierten Separatoren mit LDH-ähnlicher Verbindung war gleich wie in den Beispielen B1 bis B8, mit der Ausnahme, dass das Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg: AI: Ti: Y: In in Auswertung 3 berechnet wurde.Examples D1 and D2 shown below are reference examples of LDH-like compound separators. The method for evaluating the LDH-like compound separators produced in the following examples was the same as in Examples B1 to B8, except that the composition ratio (atomic ratio) of Mg:Al:Ti:Y:In was calculated in Evaluation 3 became.
Beispiel D1 (Referenz)Example D1 (reference)
(1) Vorbereitung eines porösen Polymersubstrats(1) Preparation of a porous polymer substrate
Eine handelsübliche mikroporöse Polyethylenmembran mit einer Porosität von 50 %, einem mittleren Porendurchmesser von 0,1 µm und einer Dicke von 20 µm wurde als poröses Polymersubstrat vorbereitet und auf eine Größe von 2,0 cm × 2,0 cm ausgeschnitten.A commercially available polyethylene microporous membrane having a porosity of 50%, an average pore diameter of 0.1 μm and a thickness of 20 μm was prepared as a porous polymer substrate and cut out to a size of 2.0 cm×2.0 cm.
(2) Beschichten von Titanoxid. Yttriumoxid. Aluminiumoxid-Sol auf dem porösem Polymersubstrat(2) Coating of Titanium Oxide. yttria. Alumina sol on the porous polymer substrate
Eine Titandioxid-Sol-Lösung (M6, hergestellt von Taki Chemical Co., Ltd.), ein Yttrium-Sol und eine Lösung von amorphem Aluminiumoxid (AI-ML15, hergestellt von Taki Chemical Co. Ltd.) wurden so gemischt, dass das Ti/(Y + AI) (Molverhältnis) = 2 und Y/Al (Molverhältnis) = 8 waren. Das vorstehend in (1) vorbereitete Substrat wurde mit der gemischten Lösung durch Tauchbeschichtung beschichtet. Die Tauchbeschichtung wurde durch Eintauchen des Substrats in 100 ml der gemischten Lösung, vertikales Hochziehen des Beschichtungssubstrats und dreistündiges Trocknen bei Raumtemperatur durchgeführt.A titania sol solution (M6, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.), an yttrium sol and an amorphous alumina solution (AI-ML15, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) were mixed so that Ti/(Y + Al) (molar ratio)=2 and Y/Al (molar ratio)=8. The substrate prepared in (1) above was coated with the mixed solution by dip coating. The dip coating was performed by immersing the substrate in 100 ml of the mixed solution, pulling up the coating substrate vertically and drying at room temperature for 3 hours.
(3) Vorbereitung der wässrigen Ausgangsmateriallösung(3) Preparation of the raw material aqueous solution
Als Ausgangsmaterialien wurden Magnesiumnitrathexahydrat (Mg(NO3)2·6H2O, hergestellt von KANTO CHEMICAL CO., INC.), Indiumsulfat-n-Hydrat (In(SO4)3·nH2O, hergestellt von FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation), und Harnstoff ((NH2)2CO, hergestellt von Sigma-Aldrich Corporation) vorbereitet. Magnesiumnitrathexahydrat, Indiumsulfat-n-hydrat und der Harnstoff wurden gewogen, um ihre Konzentrationen auf 0,0075 mol/l, 0,0075 mol/l bzw. 1,44 mol/l einzustellen, und in ein Becherglas gegeben, dem ionenausgetauschtes Wasser hinzugefügt wurde, um ein Gesamtvolumen von 75 ml zu erhalten. Die resultierende Lösung wurde gerührt, um eine wässrige Ausgangsmateriallösung zu erhalten.As starting materials, magnesium nitrate hexahydrate (Mg(NO 3 ) 2 ·6H 2 O manufactured by KANTO CHEMICAL CO., INC.), indium sulfate n-hydrate (In(SO 4 ) 3 ·nH 2 O manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation), and urea ((NH 2 ) 2 CO, manufactured by Sigma-Aldrich Corporation). Magnesium nitrate hexahydrate, indium sulfate n-hydrate, and the urea were weighed to adjust their concentrations to 0.0075 mol/L, 0.0075 mol/L, and 1.44 mol/L, respectively, and placed in a beaker, to which ion-exchanged water was added was added to obtain a total volume of 75 ml. The resulting solution was stirred to obtain a raw material aqueous solution.
(4) Membranbildung durch hydrothermale Behandlung(4) Membrane formation by hydrothermal treatment
Sowohl die wässrige Ausgangsmateriallösung als auch das tauchbeschichtete Substrat wurden in einem luftdichten Teflon®-Behälter (Autoklavenbehälter mit einem Inhalt von 100 ml und einem Außenmantel aus Edelstahl) versiegelt. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Substrat vom Boden des luftdichten Teflon®-Behälters aus schwimmend befestigt und vertikal so installiert, dass die Lösung mit beiden Seiten des Substrats in Kontakt war. Danach wurde eine LDH-ähnliche Verbindung auf der Oberfläche und im Inneren des Substrats durch Unterziehen einer hydrothermalen Behandlung bei einer hydrothermalen Temperatur von 120 °C für 22 Stunden gebildet. Mit Ablauf der vorbestimmten Zeit wurde das Substrat aus dem luftdichten Behälter genommen, mit ionenausgetauschtem Wasser gewaschen und 10 Stunden lang bei 70 °C getrocknet, damit sich in den Poren der porösen Substrate eine funktionale Schicht, die eine LDH-ähnliche Verbindung und In(OH)3 enthält, bilden konnte. Auf diese Weise wurde ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung erhalten.Both the aqueous starting material solution and the dip-coated substrate were sealed in an airtight Teflon® container (100 ml autoclave container with a stainless steel outer jacket). At this time, a substrate was floated from the bottom of the Teflon® airtight container and installed vertically so that the solution was in contact with both sides of the substrate. Thereafter, an LDH-like compound was formed on the surface and inside of the substrate by subjecting it to hydrothermal treatment at a hydrothermal temperature of 120°C for 22 hours. When the predetermined time elapsed, the substrate was taken out of the airtight container, washed with ion-exchanged water, and dried at 70°C for 10 hours to allow a functional layer containing an LDH-like compound and In(OH ) 3 contains could form. Thus, an LDH-like compound separator was obtained.
(5) Verdichtung durch Walzenpressen(5) Compaction by roller pressing
Der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde zwischen zwei PET-Folien (Lumiler®, hergestellt von Toray Industries, Inc., Dicke 40 µm) eingelegt und bei einer Walzenrotationsgeschwindigkeit von 3 mm/s, einer Walzenheiztemperatur von 70 °C und einem Walzenspalt von 70 µm walzengepresst, um einen weiter verdichteten Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung zu erhalten.The LDH-like compound separator was sandwiched between two PET films (Lumiler®, manufactured by Toray Industries, Inc., thickness 40 µm) and pressed at a roller rotation speed of 3 mm/s, a roller heating temperature of 70°C and a nip of 70 µm roll pressed to obtain a further densified separator with LDH-like compound.
(6) Auswertungsergebnis(6) Evaluation result
Die Auswertungen 1 bis 8 wurden für die erhaltenen Separatoren mit LDH-ähnlicher Verbindung durchgeführt. Die Ergebnisse waren wie folgt.
- - Auswertung 1: Das SEM-Bild der Oberflächenmikrostruktur des in Beispiel D1 erhaltenen Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung (vor dem Walzenpressen) wurde in
15 gezeigt. Wie in15 gezeigt, wurde bestätigt, dass kubische Kristalle auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung beobachtet wurden. Die nachstehend beschriebenen Ergebnisse der EDS-Elementaranalyse und der Röntgenbeugungsmessung zeigen, dass es sich bei diesen kubischen Kristallen vermutlich um In(OH)3 handelt. - - Auswertung 2: Aus dem Beobachtungsergebnis von geschichteten Gitterstreifen wurde bestätigt, dass der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur enthält.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung oder von In(OH)3, nämlich Mg, AI, Ti, Y und In, detektiert. Außerdem wurde in den kubischen Kristallen auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung In, das ein Bestandteil von In(OH)3 war, detektiert. Das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg, AI, Ti, Y und In auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung ist wie in Tabelle 4 gezeigt.
- -Auswertung 4: Die Peaks im erhaltenen XRD-Profil identifizierten, dass In(OH)3 in dem Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung vorhanden war. Diese Identifizierung wurde unter Verwendung der Beugungspeaks von In(OH)3, die in der JCPDS-Karte Nr. 01-085-1338 aufgeführt sind, durchgeführt.
- - Auswertung 5: Wie in Tabelle 4 gezeigt wurde die extrem hohe Dichte durch eine He-Permeabilität von 0,0 cm/min × atm bestätigt.
- - Auswertung 6: Wie in Tabelle 4 gezeigt wurde die hohe Ionenleitfähigkeit bestätigt.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und die He-Permeabilität blieb selbst nach einer Woche Eintauchen in Alkali bei der erhöhten Temperatur von 90 °C unverändert, was die ausgezeichnete Alkalibeständigkeit bestätigt.
- - Auswertung 8: Wie in Tabelle 4 gezeigt, wurde die ausgezeichnete Dendritenbeständigkeit dadurch bestätigt, dass selbst nach 300 Zyklen kein Kurzschluss aufgrund von Zinkdendriten auftrat.
- - Evaluation 1: The SEM image of the surface microstructure of the LDH-like compound separator obtained in Example D1 (before roll pressing) was obtained in
15 shown. As in15 shown, it was confirmed that cubic crystals were observed on the surface of the LDH-like compound separator. The results of the EDS elemental analysis and the X-ray diffraction measurement described below show that these cubic crystals are probably In(OH) 3 . - - Evaluation 2: From the observation result of layered lattice fringes, it was confirmed that the LDH-like compound separator contains a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, the components of the LDH-like compound or In(OH) 3 , namely Mg, Al, Ti, Y and In, were detected on the surface of the LDH-like compound separator. In addition, In, which was a component of In(OH) 3 , was detected in the cubic crystals on the surface of the LDH-like compound separator. The composition ratio (atomic ratio) of Mg, Al, Ti, Y and In on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis is as shown in Table 4.
- -Evaluation 4: The peaks in the obtained XRD profile identified that In(OH) 3 was present in the LDH-like compound separator. This identification was performed using the diffraction peaks of In(OH) 3 listed in JCPDS card No. 01-085-1338.
- - Evaluation 5: As shown in Table 4, the extremely high density was confirmed by a He permeability of 0.0 cm/min·atm.
- - Evaluation 6: As shown in Table 4, the high ionic conductivity was confirmed.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and the He permeability remained unchanged even after one week alkali immersion at the elevated temperature of 90°C , which confirms the excellent alkali resistance.
- - Evaluation 8: As shown in Table 4, the excellent dendrite resistance was confirmed that no short circuit due to zinc dendrites occurred even after 300 cycles.
Beispiel D2 (Referenz)Example D2 (reference)
Ein Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel D1 hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, dass die Titanoxid-Yttriumoxid-Sol-Beschichtung anstatt wie vorstehend in (2) wie folgt durchgeführt wurde.An LDH-like compound separator was prepared and evaluated in the same manner as in Example D1, except that the titania-yttria sol coating was performed as follows instead of in (2) above.
(2) Beschichten von Titanoxid-Yttriumoxid-Sol auf dem porösem Polymersubstrat)(2) Coating of titania-yttria sol on the porous polymer substrate)
Eine Titandioxid-Sol-Lösung (M6, hergestellt von Taki Chemical Co., Ltd.) und ein Yttrium-Sol wurden so gemischt, dass Ti/Y (Molverhältnis) = 2 war. Das vorstehend in (1) vorbereitete Substrat wurde mit der erhaltenen gemischten Lösung durch Tauchbeschichtung beschichtet. Die Tauchbeschichtung wurde durch Eintauchen des Substrats in 100 ml der gemischten Lösung, vertikales Hochziehen des Beschichtungssubstrats und dreistündiges Trocknen bei Raumtemperatur durchgeführt.
- - Auswertung 1: Das SEM-Bild der Oberflächenmikrostruktur des in Beispiel D2 erhaltenen Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung (vor dem Walzenpressen) ist wie in
16 gezeigt. Wie in16 gezeigt wurde bestätigt, dass kubische Kristalle auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung beobachtet wurden. Die nachstehend beschriebenen Ergebnisse der EDS-Elementaranalyse und der Röntgenbeugungsmessung zeigen, dass es sich bei diesen kubischen Kristallen vermutlich um In(OH)3 handelt. - - Auswertung 2: Aus dem Beobachtungsergebnis von geschichteten Gitterstreifen wurde bestätigt, dass der Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung eine Verbindung mit einer geschichteten Kristallstruktur enthält.
- - Auswertung 3: Als ein Ergebnis der EDS-Elementaranalyse wurden auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung die Bestandteile der LDH-ähnlichen Verbindung oder von In(OH)3, nämlich Mg, Ti, Y und In, detektiert. Außerdem wurde in den kubischen Kristallen auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung In, das ein Bestandteil von In(OH)3 ist, detektiert. Das durch EDS-Elementaranalyse berechnete Zusammensetzungsverhältnis (Atomverhältnis) von Mg, Ti, Y und in auf der Oberfläche des Separators mit LDH-ähnlicher Verbindung ist wie in Tabelle 4 gezeigt.
- -Auswertung 4: Die Peaks im erhaltenen XRD-Profil identifizierten, dass In(OH)3 in dem Separator mit LDH-ähnlicher Verbindung vorhanden war. Diese Identifizierung wurde anhand der Beugungspeaks von In(OH)3, die in der JCPDS-Karte Nr. 01-085-1338 aufgeführt sind, durchgeführt.
- - Auswertung 5: Wie in Tabelle 4 gezeigt wurde die extrem hohe Dichte durch eine He-Permeabilität von 0,0 cm/min × atm bestätigt.
- - Auswertung 6: Die hohe lonenleitfähigkeit wurde bestätigt, wie in Tabelle 4 gezeigt.
- -Auswertung 7: Die He-Permeabilität nach dem Eintauchen in Alkali war 0,0 cm/min × atm, wie in Auswertung 5, und die He-Permeabilität blieb selbst nach einer Woche Eintauchen in Alkali bei der erhöhten Temperatur von 90 °C unverändert, was die ausgezeichnete Alkalibeständigkeit bestätigt.
- - Auswertung 8: Wie in Tabelle 4 gezeigt, trat selbst nach 300 Zyklen kein durch Zinkdendriten verursachter Kurzschluss auf, was die ausgezeichnete Dendritenbeständigkeit bestätigt.
Das Symbol # repräsentiert ein Referenzbeispiel.
Das Symbol * repräsentiert ein Vergleichsbeispiel.A titania sol solution (M6, manufactured by Taki Chemical Co., Ltd.) and an yttrium sol were mixed so that Ti/Y (molar ratio)=2. The substrate prepared in (1) above was coated with the obtained mixed solution by dip coating. The dip coating was performed by immersing the substrate in 100 ml of the mixed solution, pulling up the coating substrate vertically and drying at room temperature for 3 hours.
- - Evaluation 1: The SEM image of the surface microstructure of the LDH-like compound separator obtained in Example D2 (before roll pressing) is as in FIG
16 shown. As in16 as shown, it was confirmed that cubic crystals were observed on the surface of the LDH-like compound separator. The results of the EDS elemental analysis and the X-ray diffraction measurement described below show that these cubic crystals are probably In(OH) 3 . - - Evaluation 2: From the observation result of layered lattice fringes, it was confirmed that the LDH-like compound separator contains a compound having a layered crystal structure.
- - Evaluation 3: As a result of the EDS elemental analysis, on the surface of the LDH-like compound separator, the components of the LDH-like compound or In(OH) 3 , namely Mg, Ti, Y and In, were detected. In addition, In, which is a component of In(OH) 3 , was detected in the cubic crystals on the surface of the LDH-like compound separator. The composition ratio (atomic ratio) of Mg, Ti, Y and m on the surface of the LDH-like compound separator calculated by EDS elemental analysis is as shown in Table 4.
- -Evaluation 4: The peaks in the obtained XRD profile identified that In(OH) 3 was present in the LDH-like compound separator. This identification was made from the diffraction peaks of In(OH) 3 listed in JCPDS card No. 01-085-1338.
- - Evaluation 5: As shown in Table 4, the extremely high density was confirmed by a He permeability of 0.0 cm/min·atm.
- - Evaluation 6: The high ionic conductivity was confirmed as shown in Table 4.
- -Evaluation 7: The He permeability after the alkali immersion was 0.0 cm/min·atm as in the evaluation 5, and the He permeability remained unchanged even after one week alkali immersion at the elevated temperature of 90°C , which confirms the excellent alkali resistance.
- - Evaluation 8: As shown in Table 4, no short circuit caused by zinc dendrites occurred even after 300 cycles, confirming the excellent dendrite resistance.
The # symbol represents a reference example.
The symbol * represents a comparative example.
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- WO 2016067884 [0003, 0004]WO 2016067884 [0003, 0004]
- WO 2019124214 [0004]WO 2019124214 [0004]
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