JP2017004627A - Ion capturing agent for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same - Google Patents

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大野 康晴
Yasuharu Ono
康晴 大野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion capturing agent for a lithium ion secondary battery, highly selectively adsorbing impurities generated from a constitutional material of a lithium ion secondary battery and also high in adsorption ability per unit mass, and to provide a lithium ion secondary battery in which generation of a short circuit due to impurities is suppressed using the ion capturing agent and a long life is achieved.SOLUTION: An ion capturing agent for a lithium ion secondary battery contains at least one of a magnesium-aluminum composite oxide and a dried hydrotalcite compound.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤、及びそれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to an ion scavenger for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery using the same.

リチウムイオン二次電池は、ニッケル水素電池及び鉛蓄電池等の他の二次電池に比べて軽量で、高い入出力特性を有することから、電気自動車及びハイブリッド型電気自動車等に用いられる高入出力用電源として注目されている。   Lithium ion secondary batteries are lightweight and have high input / output characteristics compared to other secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lead storage batteries, so they are used for high input / output used in electric vehicles and hybrid electric vehicles. It is attracting attention as a power source.

しかし、電池の構成材料中に不純物(例えば鉄、ニッケル、マンガン及び銅などの磁性不純物)が存在すると、充放電時にリチウム金属が負極上に析出する。そして、負極上に析出したリチウムデンドライドがセパレータを破って正極に到達することにより、短絡の原因となる場合がある。
また、リチウムイオン二次電池は夏場の車中などにおいて、使用温度が40〜80℃となる場合がある。このとき、正極の構成材料であるリチウム含有金属酸化物からマンガンなどの金属が溶出して負極に析出し、電池の特性(容量)を低下させるという問題がある。
However, when impurities (for example, magnetic impurities such as iron, nickel, manganese, and copper) are present in the constituent materials of the battery, lithium metal is deposited on the negative electrode during charge and discharge. And when the lithium dendride deposited on the negative electrode breaks the separator and reaches the positive electrode, it may cause a short circuit.
Further, the use temperature of the lithium ion secondary battery may be 40 to 80 ° C. in a car in summer. At this time, a metal such as manganese is eluted from the lithium-containing metal oxide, which is a constituent material of the positive electrode, and is deposited on the negative electrode, thereby degrading the characteristics (capacity) of the battery.

このような問題に対して、例えば特許文献1には、リチウムイオン二次電池内部に発生する不純物又は副生成物を吸収、結合あるいは吸着によって捕捉する機能を有する捕捉物質を有するリチウムイオン二次電池が記載されており、前記捕捉物質として活性炭、シリカゲル及びゼオライトなどが挙げられている。   For such a problem, for example, Patent Document 1 discloses a lithium ion secondary battery having a trapping substance having a function of trapping impurities, by-products generated inside the lithium ion secondary battery by absorption, binding, or adsorption. As the capture substance, activated carbon, silica gel, zeolite, and the like are mentioned.

また例えば特許文献2には、構成元素に金属元素としてFe又はMnを含むリチウム化合物を正極活物質とする正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料を負極活物質とする負極とを、非水電解液内に分離して配置した非水系リチウムイオン二次電池であって、前記正極は、前記正極活物質に対して0.5〜5wt%のゼオライトを含有し、該ゼオライトは、有効細孔径が前記金属元素のイオン半径より大きく0.5nm(5Å)以下の非水系リチウムイオン二次電池が開示されている。   Further, for example, in Patent Document 2, a positive electrode using a lithium compound containing Fe or Mn as a metal element as a constituent element as a positive electrode active material, and a negative electrode using a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions as a negative electrode active material, A non-aqueous lithium ion secondary battery arranged separately in a non-aqueous electrolyte, wherein the positive electrode contains 0.5 to 5 wt% zeolite with respect to the positive electrode active material, and the zeolite is effective A non-aqueous lithium ion secondary battery having a pore diameter larger than the ion radius of the metal element and 0.5 nm (5 mm) or less is disclosed.

さらに特許文献3〜5には、特定の組成、構造のアルミニウムケイ酸塩、それを使用したリチウムイオン二次電池、及び部材が開示されている。   Further, Patent Documents 3 to 5 disclose an aluminum silicate having a specific composition and structure, a lithium ion secondary battery using the same, and a member.

特開2000−77103号公報JP 2000-77103 A 特開2010−129430号公報JP 2010-129430 A 国際公開第2012/124222号International Publication No. 2012/124222 特開2013−105673号公報JP 2013-105673 A 特開2013−127955号公報JP 2013-127955 A

しかしながら、特許文献1〜5に開示されているようなイオン吸着剤では不純物を高選択的に吸着できない場合があり、また単位質量あたりの吸着能も不十分で、要求される寿命特性が得られない場合があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、リチウムイオン二次電池の構成材料から生じる不純物を高選択的に吸着し、かつ、単位質量あたりの吸着能が高いリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤を提供することである。また、当該イオン捕捉剤を用いて不純物に起因する短絡の発生を抑制し、長寿命なリチウムイオン二次電池を提供することである。
However, the ion adsorbents disclosed in Patent Documents 1 to 5 may not be able to adsorb impurities with high selectivity, and the adsorption capacity per unit mass is insufficient, so that the required life characteristics can be obtained. There was no case.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object thereof is to highly selectively adsorb impurities generated from the constituent materials of the lithium ion secondary battery and to have a high adsorption capacity per unit mass. It is to provide an ion scavenger for a lithium ion secondary battery. Another object of the present invention is to provide a long-life lithium ion secondary battery by using the ion scavenger to suppress the occurrence of short circuits due to impurities.

本発明者は、マグネシウムアルミニウム系複合酸化物、及び乾燥ハイドロタルサイト類化合物の少なくとも一方を含有するイオン捕捉剤が、不純物を高選択的に吸着し、かつ、単位質量あたりの吸着性能が高いことを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
1.マグネシウムアルミニウム系複合酸化物、及び乾燥ハイドロタルサイト類化合物の少なくとも一方を含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤。
2.上記マグネシウムアルミニウム複合酸化物が、ハイドロタルサイトを400℃から750℃で焼成してなるもので、下記式(1)で表される化合物である上記1に記載のリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤。
MgaAlbc (1)
[式(1)において、a、b及びcは0.1以上の正数であり、2a+3b=2cを満たし、a>bであり、aとbの比(a/b)が9以下である。]
3.上記乾燥ハイドロタルサイト類化合物が、下記式(2)で表されるハイドロタルサイト類化合物を200℃から400℃で乾燥し、結晶水を除去して得られたものである上記1に記載のリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤。
1-xAlx(OH)2n- x/n・mH2O (2)
[式(2)において、MはMg及び/又はZnであり、An-はn価のアニオンであり、xは0<x<0.5の正数であり、mは0≦m<1の正数である。]
4.水分含有率が10質量%以下である上記1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤。
5.正極、負極、及び電解液を備えるリチウムイオン二次電池であって、前記電池の構成材料の少なくとも1つに上記1〜4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤を含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
6.リチウムイオン二次電池の構成材料として、更にセパレータを備える上記5に記載のリチウムイオン二次電池。
The present inventor said that the ion scavenger containing at least one of magnesium aluminum based composite oxide and dry hydrotalcite compound adsorbs impurities with high selectivity and has high adsorption performance per unit mass. As a result, the present invention has been completed.
That is, the present invention is as follows.
1. An ion scavenger for a lithium ion secondary battery, comprising at least one of a magnesium aluminum composite oxide and a dried hydrotalcite compound.
2. 2. The ion trap for a lithium ion secondary battery according to 1 above, wherein the magnesium aluminum composite oxide is obtained by firing hydrotalcite at 400 ° C. to 750 ° C. and is a compound represented by the following formula (1): Agent.
Mg a Al b O c (1)
[In Formula (1), a, b, and c are positive numbers of 0.1 or more, satisfy 2a + 3b = 2c, a> b, and the ratio of a to b (a / b) is 9 or less. . ]
3. 2. The dried hydrotalcite compound according to the above 1, which is obtained by drying a hydrotalcite compound represented by the following formula (2) at 200 ° C. to 400 ° C. and removing crystal water. An ion scavenger for lithium ion secondary batteries.
M 1-x Al x (OH) 2 A n- x / n · mH 2 O (2)
[In the formula (2), M is a Mg and / or Zn, A n-is an n-valent anion, x is a positive number of 0 <x <0.5, m is 0 ≦ m <1 Is a positive number. ]
4). 4. The ion scavenger for a lithium ion secondary battery according to any one of the above 1 to 3, wherein the moisture content is 10% by mass or less.
5). A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, wherein the ion scavenger for a lithium ion secondary battery according to any one of the above 1 to 4 is contained in at least one of the constituent materials of the battery. The lithium ion secondary battery characterized by the above-mentioned.
6). 6. The lithium ion secondary battery according to 5 above, further comprising a separator as a constituent material of the lithium ion secondary battery.

本発明に係るリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤は、リチウムイオン二次電池の構成材料から生じる不純物を高選択的に吸着し、かつ、単位質量あたりの吸着能が高い。そのため、このイオン捕捉剤を用いたリチウムイオン二次電池は、不純物に起因する短絡の発生が抑制され、長寿命のリチウムイオン二次電池とすることができる。   The ion scavenger for a lithium ion secondary battery according to the present invention adsorbs impurities generated from the constituent material of the lithium ion secondary battery with high selectivity and has a high adsorbability per unit mass. Therefore, the lithium ion secondary battery using this ion scavenger can suppress the occurrence of a short circuit due to impurities and can be a long-life lithium ion secondary battery.

本発明の一実施形態について説明すると以下の通りであるが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、「%」は特に明記しない限り「質量%」を意味し、「部」は「質量部」、「ppm」は「質量ppm」を意味する。   An embodiment of the present invention will be described as follows, but the present invention is not limited thereto. Note that “%” means “% by mass” unless otherwise specified, “parts” means “parts by mass”, and “ppm” means “mass ppm”.

1.リチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤
本発明に係るリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤(以下、単に「イオン捕捉剤」ともいう)は、マグネシウムアルミニウム系複合酸化物、及び乾燥ハイドロタルサイト類化合物の少なくとも一方を含有することを特徴とする。
これらのイオン捕捉剤は、マンガンイオン(Mn2+)、ニッケルイオン(Ni2+)、銅イオン(Cu2+)、及び鉄イオン(Fe2+)等の不要な金属イオンの吸着性が優れる一方で、リチウムイオンに対する吸着性が低いため、短絡の発生原因となりうる不要な金属イオンを効率的に吸着することができる。前記不要な金属イオンは、リチウムイオン二次電池の構成部材に存在する不純物イオンや、高温下で正極から溶出する金属イオンに由来するものである。
1. Ion scavenger for lithium ion secondary battery The ion scavenger for lithium ion secondary battery according to the present invention (hereinafter, also simply referred to as “ion scavenger”) is a magnesium aluminum composite oxide and a dried hydrotalcite compound. It contains at least one of these.
These ion scavengers have excellent adsorptivity for unnecessary metal ions such as manganese ions (Mn 2+ ), nickel ions (Ni 2+ ), copper ions (Cu 2+ ), and iron ions (Fe 2+ ). On the other hand, since the adsorptivity to lithium ions is low, it is possible to efficiently adsorb unnecessary metal ions that may cause a short circuit. The unnecessary metal ions are derived from impurity ions present in the constituent members of the lithium ion secondary battery and metal ions eluted from the positive electrode at a high temperature.

前記のマグネシウムアルミニウム複合酸化物、及びハイドロタルサイト乾燥物は、イオン交換でなく、化合物の骨格中にマンガンイオンやニッケルイオンなど、2価又は3価のイオンを取りこみやすい。1価のイオンは取りこまないので、高い選択性を有すると考えられる。
また、これらのイオン捕捉剤は、無機酸化物であるため熱安定性や、溶剤中での安定性に優れている。このためリチウムイオン二次電池の構成部材に含有させた場合、充放電中でも安定に存在できる。本発明で用いるマグネシウムアルミニウム系複合酸化物、及び乾燥ハイドロタルサイト類化合物について、より具体的に説明する。
The magnesium aluminum composite oxide and dried hydrotalcite are not ion exchanged, and easily incorporate divalent or trivalent ions such as manganese ions and nickel ions into the skeleton of the compound. Since monovalent ions are not taken in, it is considered to have high selectivity.
Moreover, since these ion trapping agents are inorganic oxides, they are excellent in thermal stability and stability in a solvent. For this reason, when it is made to contain in the component of a lithium ion secondary battery, it can exist stably also during charging / discharging. The magnesium aluminum composite oxide and the dried hydrotalcite compound used in the present invention will be described more specifically.

<マグネシウムアルミニウム複合酸化物>
本発明に用いることが可能なマグネシウムアルミニウム複合酸化物は、ハイドロタルサイトを400℃から750℃で焼成して得られるものであり、以下の式(1)で表される化合物である。
MgaAlbc (1)
[式(1)において、a、b及びcは0.1以上の正数であり、2a+3b=2cを満たし、a>bであり、aとbの比(a/b)が9以下である。]
<Magnesium aluminum composite oxide>
The magnesium aluminum composite oxide that can be used in the present invention is obtained by firing hydrotalcite at 400 ° C. to 750 ° C., and is a compound represented by the following formula (1).
Mg a Al b O c (1)
[In Formula (1), a, b, and c are positive numbers of 0.1 or more, satisfy 2a + 3b = 2c, a> b, and the ratio of a to b (a / b) is 9 or less. . ]

ハイドロタルサイトを焼成する温度は400℃から750℃が好ましく、より好ましくは450℃〜600℃である。焼成温度が400℃から750℃の範囲内であれば、ハイドロタルサイト中のOH基や炭酸イオン(CO3 2-)が脱離し易く、優れたイオン捕捉能が得られる。また、この温度範囲であれば、ハイドロタルサイトが酸化マグネシウムと酸化アルミニウムに分離することもない。 The temperature for firing the hydrotalcite is preferably 400 ° C to 750 ° C, more preferably 450 ° C to 600 ° C. If the calcination temperature is in the range of 400 ° C. to 750 ° C., the OH groups and carbonate ions (CO 3 2− ) in the hydrotalcite are easily desorbed, and excellent ion trapping ability is obtained. Moreover, within this temperature range, hydrotalcite is not separated into magnesium oxide and aluminum oxide.

<乾燥ハイドロタルサイト類化合物>
本発明に用いることが可能な乾燥ハイドロタルサイト類化合物は、以下の式(2)で表されるハイドロタルサイト類化合物を200℃から400℃で乾燥し、結晶水を除去して得られるものである。
1-xAlx(OH)2n- x/n・mH2O (2)
[式(2)において、MはMg及び/又はZnであり、An-はn価のアニオンであり、xは0<x<0.5の正数であり、mは0≦m<1の正数である。]
<Dry hydrotalcite compound>
The dry hydrotalcite compound that can be used in the present invention is obtained by drying the hydrotalcite compound represented by the following formula (2) at 200 ° C. to 400 ° C. to remove crystal water. It is.
M 1-x Al x (OH) 2 A n- x / n · mH 2 O (2)
[In the formula (2), M is a Mg and / or Zn, A n-is an n-valent anion, x is a positive number of 0 <x <0.5, m is 0 ≦ m <1 Is a positive number. ]

ハイドロタルサイト類化合物を乾燥する温度は、200〜400℃が好ましく、より好ましくは250〜350℃である。乾燥温度が200〜400℃の範囲内であれば、ハイドロタルサイト類化合物の結晶水を十分に除去することができる。また、この温度範囲であれば、ハイドロタルサイトの縮合が起こることはなく、ハイドロタルサイト構造を維持することができる。   The temperature for drying the hydrotalcite compound is preferably 200 to 400 ° C, more preferably 250 to 350 ° C. If the drying temperature is in the range of 200 to 400 ° C., the water of crystallization of the hydrotalcite compound can be sufficiently removed. Further, within this temperature range, condensation of hydrotalcite does not occur and the hydrotalcite structure can be maintained.

本発明に係るイオン捕捉剤は、水分含有率が10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。水分含有率が10質量%以下であることでリチウムイオン二次電池を構成した場合に、水分が電気分解を起こすことに起因するガスの発生を抑制することができ、電池の膨張を抑制することができる。
尚、水分含有率はカールフィッシャー法にて測定することができる。
The ion scavenger according to the present invention preferably has a moisture content of 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. When a lithium ion secondary battery is configured by having a water content of 10% by mass or less, generation of gas due to water causing electrolysis can be suppressed, and expansion of the battery can be suppressed. Can do.
The water content can be measured by the Karl Fischer method.

上記水分含有率を10質量%以下とする方法としては、通常用いられる乾燥方法を特に制限なく用いることができる。例えば、大気圧又は減圧下で、100〜300℃、6〜24時間程度の間、乾燥処理する方法が挙げられる。   As a method for adjusting the water content to 10% by mass or less, a commonly used drying method can be used without any particular limitation. For example, the method of drying at 100-300 degreeC for about 6 to 24 hours under atmospheric pressure or pressure reduction is mentioned.

2.リチウムイオン二次電池
(1)構造
本発明のリチウムイオン二次電池は、リチウムイオン二次電池の通常の構成部材である正極、負極及び電解液を備えるものである。また、必要に応じてセパレータ等のその他の構成部材を含んでいてもよい。各構成部材の詳細は後述する。
リチウムイオン二次電池の構造は、特に限定されないが、通常、正極及び負極と、必要に応じて設けられるセパレータとを、扁平渦巻状に巻回して巻回式極板群としたり、これらを平板状として積層して積層式極板群としたりし、これら極板群を外装体中に封入した構造とするのが一般的である。
2. Lithium-ion secondary battery (1) structure The lithium-ion secondary battery of the present invention comprises a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, which are normal components of a lithium-ion secondary battery. Moreover, you may include other structural members, such as a separator, as needed. Details of each component will be described later.
The structure of the lithium ion secondary battery is not particularly limited. Usually, a positive electrode and a negative electrode, and a separator provided as necessary, are wound into a flat spiral shape to form a wound electrode group, In general, the electrode plates are laminated to form a laminated electrode plate group, and the electrode plate group is enclosed in an exterior body.

本発明のイオン捕捉剤は、正極、負極、電解液及びセパレータの少なくとも1つの構成部材に含まれていることが好ましく、電解液及びセパレータの少なくとも一方に含まれていることがより好ましい。その理由は、次のように考えられる。
一般に短絡の原因となり得る不純物イオンや溶出イオンは、電解液中に存在しており、充放電の過程でこれらのイオンが、例えばセパレータを透過して、正極及び負極間を双方向に移動する。そのため、前記イオン捕捉剤が電解液及びセパレータの少なくとも一方に含まれていることで、より効果的に不要な金属イオンを吸着することができる。
The ion scavenger of the present invention is preferably contained in at least one constituent member of the positive electrode, the negative electrode, the electrolytic solution, and the separator, and more preferably contained in at least one of the electrolytic solution and the separator. The reason is considered as follows.
In general, impurity ions and eluted ions that can cause a short circuit are present in the electrolytic solution, and these ions permeate, for example, a separator and move in a bidirectional manner between the positive electrode and the negative electrode in the process of charging and discharging. Therefore, unnecessary metal ions can be adsorbed more effectively by including the ion scavenger in at least one of the electrolytic solution and the separator.

(2)正極
リチウムイオン二次電池を構成する正極は、例えば集電体表面の少なくとも一部に正極材層を形成して得ることができる。集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼等の金属や合金を、箔状やメッシュ状等にした帯状のものを用いることができる。
(2) Positive electrode The positive electrode which comprises a lithium ion secondary battery can be obtained, for example by forming a positive electrode material layer in at least one part of the collector surface. As the current collector, a belt-shaped member made of a metal or an alloy such as aluminum, titanium, or stainless steel in a foil shape or a mesh shape can be used.

正極材層に用いる正極材料としては、例えば、リチウムイオンをドーピング又はインターカレーション可能な金属化合物、金属酸化物、金属硫化物、又は導電性高分子材料を用いることができる。具体的には、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、及びこれらの複合材料、並びにポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、及びポリアセン等の導電性高分子などを単独又は混合して使用することができる。 As a positive electrode material used for the positive electrode material layer, for example, a metal compound, a metal oxide, a metal sulfide, or a conductive polymer material that can be doped or intercalated with lithium ions can be used. Specifically, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), and composite materials thereof, and conductive properties such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polyacene Polymers and the like can be used alone or in combination.

正極に本発明のイオン捕捉剤を含有させる場合は、正極材料、イオン捕捉剤及びバインダを溶剤とともに撹拌機等の分散装置により混練して、正極材スラリーを調製し、これを集電体に塗布して正極材層を形成することができる。又は、ペースト状の正極材スラリーをシート状、ペレット状等の形状に成形し、これを集電体と一体化することで得ることもできる。   When the positive electrode contains the ion scavenger of the present invention, the positive electrode material, the ion scavenger and the binder are kneaded together with a solvent by a dispersing device such as a stirrer to prepare a positive electrode material slurry, which is applied to the current collector. Thus, a positive electrode material layer can be formed. Alternatively, the paste-like positive electrode material slurry can be formed into a sheet shape, a pellet shape, or the like and integrated with the current collector.

上記正極材スラリーにおけるイオン捕捉剤の濃度は、必要に応じて適宜選択することができる。例えば、0.01〜5.0質量%とすることができ、0.1〜2.0質量%であることが好ましい。   The concentration of the ion scavenger in the positive electrode material slurry can be appropriately selected as necessary. For example, it can be 0.01-5.0 mass%, and it is preferable that it is 0.1-2.0 mass%.

上記バインダとしては、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル系共重合体、ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリエピクロルヒドリン、ポリホスファゼン、ポリイミド、及びポリアミドイミドなどの高分子化合物が挙げられる。   Examples of the binder include polymer compounds such as styrene-butadiene copolymer, (meth) acrylic copolymer, polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyimide, and polyamideimide. .

上記正極材層中のバインダの含有比率は、正極材料、イオン捕捉剤及びバインダの合計100質量部に対して0.5〜20質量部であることが好ましく、1〜10質量部であることがより好ましい。バインダの含有比率が0.5〜20質量部の範囲内であれば、正極材に十分密着し、また電極抵抗が大きくなることを抑制することもできる。   The content ratio of the binder in the positive electrode material layer is preferably 0.5 to 20 parts by mass, and preferably 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the positive electrode material, the ion scavenger, and the binder. More preferred. If the content ratio of the binder is in the range of 0.5 to 20 parts by mass, it is possible to sufficiently adhere to the positive electrode material and to prevent the electrode resistance from increasing.

上記正極材スラリーを集電体に塗布する方法としては、例えば、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、及びスクリーン印刷法など公知の方法が挙げられる。   Examples of the method for applying the positive electrode material slurry to the current collector include a metal mask printing method, an electrostatic coating method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, a doctor blade method, a gravure coating method, and screen printing. Known methods such as the method may be mentioned.

(3)負極
リチウムイオン二次電池の負極は、前記正極と同様にして、集電体表面に負極材層を形成することにより得ることができる。前記負極材層に用いる負極材としては、リチウムイオンをドーピング又はインターカレーション可能な炭素材料、金属化合物、金属酸化物、金属硫化物、及び導電性高分子材料などを挙げることができる。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、ケイ素、チタン酸リチウムなどを単独で、或いは2種以上を混合して使用することができる。
(3) Negative electrode The negative electrode of a lithium ion secondary battery can be obtained by forming a negative electrode material layer on the current collector surface in the same manner as the positive electrode. Examples of the negative electrode material used for the negative electrode material layer include carbon materials capable of doping or intercalating lithium ions, metal compounds, metal oxides, metal sulfides, and conductive polymer materials. For example, natural graphite, artificial graphite, silicon, lithium titanate and the like can be used alone or in admixture of two or more.

上記負極は、負極材、イオン捕捉剤及びバインダを溶剤とともに撹拌機、ボールミル、スーパーサンドミル、加圧ニーダ等の分散装置により混練して、負極材スラリーを調製し、これを集電体に塗布して負極材層を形成する。又は、ペースト状の負極材スラリーをシート状、ペレット状等の形状に成形し、これを集電体と一体化することで得ることもできる。   The negative electrode is prepared by kneading a negative electrode material, an ion scavenger and a binder together with a solvent by a dispersing device such as a stirrer, a ball mill, a super sand mill, a pressure kneader, etc. To form a negative electrode material layer. Or it can also obtain by shape | molding paste-form negative electrode material slurry in shapes, such as a sheet form and a pellet form, and integrating this with a collector.

負極材のスラリーに用いるイオン捕捉剤及びバインダは、上記正極と同じ種類のものを使用することができ、その含有量も同様にすることができる。   As the ion scavenger and the binder used for the slurry of the negative electrode material, the same kind as that of the positive electrode can be used, and the content thereof can be the same.

また、上記集電体の材質及び形状は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、及びステンレス鋼等を、箔状及びメッシュ状等にした帯状のものを用いることができる。更に、多孔性材料、例えば発泡メタルやカーボンペーパーなども使用可能である。   Moreover, the material and shape of the said collector can use the strip | belt-shaped thing which made aluminum, copper, nickel, titanium, stainless steel etc. into foil shape, mesh shape, etc., for example. Furthermore, porous materials such as foam metal and carbon paper can be used.

上記負極材スラリーを集電体に塗布する方法としては、正極と同様に公知の方法により行うことができる。   As a method of applying the negative electrode material slurry to the current collector, it can be performed by a known method in the same manner as the positive electrode.

(4)電解液
本発明に係るリチウムイオン二次電池に用いられる電解液は特に制限されず、公知のものを用いることができる。例えば、電解質を有機溶剤に溶解させた電解液を用いることにより、非水系リチウムイオン二次電池を製造することができる。
(4) Electrolytic Solution The electrolytic solution used for the lithium ion secondary battery according to the present invention is not particularly limited, and a known one can be used. For example, a non-aqueous lithium ion secondary battery can be manufactured by using an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent.

前記電解質としては、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiClF4、LiAsF6、LiSbF6、LiAlO4、LiAlCl4、LiN(CF3SO22、LiN(C25SO22、LiC(CF3SO23、LiCl、及びLiIなどの溶媒和しにくいアニオンを生成するリチウム塩を例示することができる。
また前記電解質の濃度は、例えば、電解液1Lに対して電解質0.3〜5モルであることが好ましく、0.5〜3モルであることがより好ましく、0.8〜1.5モルであることが特に好ましい。
As the electrolyte, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiClF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlO 4, LiAlCl 4, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiC Examples thereof include lithium salts that generate anions that are difficult to solvate, such as (CF 3 SO 2 ) 3 , LiCl, and LiI.
The concentration of the electrolyte is, for example, preferably 0.3 to 5 mol of electrolyte, more preferably 0.5 to 3 mol, and 0.8 to 1.5 mol with respect to 1 L of the electrolyte solution. It is particularly preferred.

上記有機溶剤としては、カーボネート類(プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ブチルメチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等)、ラクトン類(γ−ブチロラクトン等)、エステル類(酢酸メチル、酢酸エチル等)、鎖状エーテル類(1,2−ジメトキシエタン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等)、環状エーテル類(テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、4−メチルジオキソラン等)、ケトン類(シクロペンタノン等)、スルホラン類(スルホラン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン等)、スルホキシド類(ジメチルスルホキシド等)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等)、アミド類(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等)、ウレタン類(3−メチル−1,3−オキサゾリジン−2−オン等)、及びポリオキシアルキレングリコール類(ジエチレングリコール等)などの非プロトン性溶媒を例示することができる。これらの有機溶剤は、単独で用いてもよく2種以上の混合溶剤として用いてもよい。   Examples of the organic solvent include carbonates (propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, butyl methyl carbonate, ethyl propyl carbonate, butyl ethyl carbonate. , Dipropyl carbonate, etc.), lactones (γ-butyrolactone, etc.), esters (methyl acetate, ethyl acetate, etc.), chain ethers (1,2-dimethoxyethane, dimethyl ether, diethyl ether, etc.), cyclic ethers ( Tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, 4-methyldioxolane, etc.), ketones (cyclopentanone, etc.), sulfur Orchids (sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, etc.), sulfoxides (dimethylsulfoxide, etc.), nitriles (acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, etc.), amides (N, N-dimethylformamide) N, N-dimethylacetamide), urethanes (3-methyl-1,3-oxazolidine-2-one, etc.), and polyoxyalkylene glycols (diethylene glycol, etc.). it can. These organic solvents may be used alone or as a mixed solvent of two or more.

電解液には、上記イオン捕捉剤の少なくとも1種を含むことが好ましい。電解液にイオン捕捉剤を含有させる方法としては、イオン捕捉剤を固体状態又は分散液状態で電解液に添加、混合する方法等を挙げることができる。中でも固体状態で添加する方法であることが好ましい。   The electrolytic solution preferably contains at least one of the above ion scavengers. Examples of the method of adding an ion scavenger to the electrolytic solution include a method of adding and mixing the ion scavenger to the electrolytic solution in a solid state or a dispersion state. Among them, the method of adding in a solid state is preferable.

イオン捕捉剤を分散液状態で電解液に添加する場合、分散液の溶媒は特に制限されない。中でも電解液を構成する有機溶剤と同一であることが好ましい。また、分散液におけるイオン捕捉剤の濃度は、必要に応じて適宜選択することができる。例えば、0.01〜50質量%とすることができ、1〜20質量%であることが好ましい。   When the ion scavenger is added to the electrolyte solution in a dispersion state, the solvent of the dispersion solution is not particularly limited. Of these, the same organic solvent as the electrolyte is preferred. Further, the concentration of the ion scavenger in the dispersion can be appropriately selected as necessary. For example, it can be 0.01-50 mass%, and it is preferable that it is 1-20 mass%.

電解液がイオン捕捉剤を含む場合の含有率としては、短絡の発生及び内部抵抗を抑制する観点から、電解液中に0.01〜50質量%であることが好ましく、0.1〜30質量%であることがより好ましく、0.5〜10質量%であることが更に好ましい。   As a content rate when electrolyte solution contains an ion-trapping agent, it is preferable that it is 0.01-50 mass% in electrolyte solution from a viewpoint of suppressing generation | occurrence | production of a short circuit and internal resistance, and 0.1-30 mass. % Is more preferable, and 0.5 to 10% by mass is still more preferable.

(5)セパレータ
セパレータは正極と負極が短絡することがないように両極を分離する役割があり、更に電池に過大な電流が流れたとき、発熱により溶融し、微細孔が閉鎖されることで、電流を遮断し、安全性を確保するものである。なお、正極と負極が直接接触しない構造にした場合は、セパレータを使用する必要はない。
前記セパレータとしては、通常セパレータに用いられる多孔質基材であれば、特に制限されない。前記多孔質基材は、内部に多数の空孔ないし空隙を有し、かつ、これら空孔等が互いに連結された多孔質構造を有したものであれば特に限定されるものではなく、例えば微多孔膜、不織布、紙状シート、その他三次元ネットーワーク構造を有するシート等が挙げられる。このうちハンドリング性や強度の観点から微多孔膜が好ましい。多孔質基材を構成する材料としては、有機材料及び無機材料のいずれも使用することができるが、シャットダウン特性が得られる観点からポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂が好ましい。
(5) Separator The separator has a role of separating both electrodes so that the positive electrode and the negative electrode are not short-circuited. Further, when an excessive current flows through the battery, it melts due to heat generation, and the micropores are closed. It cuts off the current and ensures safety. In addition, when it is set as the structure where a positive electrode and a negative electrode do not contact directly, it is not necessary to use a separator.
The separator is not particularly limited as long as it is a porous substrate usually used for a separator. The porous substrate is not particularly limited as long as it has a large number of pores or voids therein and has a porous structure in which these pores are connected to each other. Examples thereof include porous films, nonwoven fabrics, paper sheets, and other sheets having a three-dimensional network structure. Among these, a microporous membrane is preferable from the viewpoint of handling properties and strength. As the material constituting the porous substrate, both organic materials and inorganic materials can be used, but thermoplastic resins such as polyolefin resins are preferable from the viewpoint of obtaining shutdown characteristics.

上記ポリオレフィン樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等が挙げられる。中でも良好なシャットダウン特性が得られるという観点で、ポリエチレンを90質量%以上含むものが好ましい。ポリエチレンは、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン及び超高分子量ポリエチレンのいずれであってもよい。特に、高密度ポリエチレン及び超高分子量ポリエチレンから選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、高密度ポリエチレンと超高分子量ポリエチレンの混合物を含むポリエチレンであることがより好ましい。かかるポリエチレンであると、強度と成形性に優れる。
ポリエチレンの分子量は、重量平均分子量で10万〜1000万のものが好適であり、特に重量平均分子量100万以上の超高分子量ポリエチレンを少なくとも1質量%以上含むポリエチレン組成物が好ましい。
その他、前記多孔質基材は、ポリエチレン以外にもポリプロピレン、ポリメチルペンテン等の他のポリオレフィンを混合して構成してもよく、また、ポリエチレン微多孔膜とポリプロピレン微多孔膜の2層以上の積層体として構成してもよい。
Examples of the polyolefin resin include polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, and the like. Among them, those containing 90% by mass or more of polyethylene are preferable from the viewpoint of obtaining good shutdown characteristics. The polyethylene may be any of low density polyethylene, high density polyethylene and ultra high molecular weight polyethylene. In particular, at least one selected from high-density polyethylene and ultrahigh molecular weight polyethylene is preferable, and polyethylene including a mixture of high density polyethylene and ultrahigh molecular weight polyethylene is more preferable. Such polyethylene is excellent in strength and moldability.
The molecular weight of polyethylene is preferably 100,000 to 10,000,000 in terms of weight average molecular weight, and particularly preferably a polyethylene composition containing at least 1% by mass of ultrahigh molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more.
In addition, the porous substrate may be constituted by mixing other polyolefins such as polypropylene and polymethylpentene in addition to polyethylene, or a laminate of two or more layers of a polyethylene microporous membrane and a polypropylene microporous membrane. You may comprise as a body.

上記セパレータは、セパレータ基材である多孔質基材と、本発明のイオン捕捉剤のうち少なくとも一方を含んでいればよく、その他の構成は特に制限されない。当該セパレータを得る方法としては、多孔質基材をイオン捕捉剤含有の分散液に含浸する方法、多孔質基材にイオン捕捉剤含有の分散液を塗布する方法、及び多孔質基材にイオン捕捉剤を練り込むこと等を挙げることができる。
また、多孔質基材にイオン捕捉剤含有の分散液を含浸又は塗布した後には、必要に応じて乾燥を行ってもよい。これにより多孔質基材の表面にイオン捕捉剤を含む層が形成されたセパレータを得ることができる。
The said separator should just contain at least one among the porous base material which is a separator base material, and the ion trapping agent of this invention, and another structure is not restrict | limited in particular. The separator can be obtained by impregnating a porous substrate with a dispersion containing an ion scavenger, applying a dispersion containing an ion scavenger to a porous substrate, and ion trapping a porous substrate. And kneading agents.
Moreover, after impregnating or apply | coating the dispersion liquid containing an ion trapping agent to a porous base material, you may dry as needed. Thereby, a separator in which a layer containing an ion scavenger is formed on the surface of the porous substrate can be obtained.

上記多孔質基材の表面にイオン捕捉剤を含む層を形成する場合、多孔質基材の一方の面のみであってもよく、両面であってもよい。多孔質基材の一方の面のみに形成する場合は、正極側及び負極側のいずれ面であってもよい。正極から金属イオンが溶出することや、負極において金属イオンが還元されて金属が析出することに鑑みると、少なくとも正極側の面に形成することが好ましく、両面に形成することがより好ましい。   When the layer containing the ion scavenger is formed on the surface of the porous substrate, it may be only one surface of the porous substrate or both surfaces. When forming only on one side of the porous substrate, it may be on either the positive side or the negative side. In view of elution of metal ions from the positive electrode and reduction of metal ions in the negative electrode to deposit metal, it is preferably formed on at least the surface on the positive electrode side, and more preferably on both surfaces.

上記イオン捕捉剤を含む分散液の溶媒は特に制限されない。例えば、水、1−メチル−2−ピロリドン、並びにメタノール、エタノール及び1−プロパノールなどのアルコール類等を挙げることができる。   The solvent of the dispersion liquid containing the ion scavenger is not particularly limited. Examples thereof include water, 1-methyl-2-pyrrolidone, and alcohols such as methanol, ethanol and 1-propanol.

また分散液におけるイオン捕捉剤の濃度は、必要に応じて適宜選択することができる。例えば、0.01質量%〜50質量%とすることができ、1質量%〜20質量%であることが好ましい。   Further, the concentration of the ion scavenger in the dispersion can be appropriately selected as necessary. For example, it can be 0.01 mass%-50 mass%, and it is preferable that it is 1 mass%-20 mass%.

上記分散液は、更にバインダを含有することが好ましい。イオン捕捉剤含有の分散液がバインダを含有することでイオン捕捉剤が多孔質基材に固定化される。このため、電池を作製する際にイオン捕捉剤が脱落することなく、充放電時にセパレータ表面上に存在できるので効率よく不要な金属イオンを吸着することができる。   The dispersion preferably further contains a binder. The ion trapping agent is immobilized on the porous substrate by the binder containing the ion trapping agent-containing dispersion. For this reason, since it can exist on the separator surface at the time of charging / discharging, it can adsorb | suck an unnecessary metal ion efficiently, without dropping an ion trapping agent at the time of producing a battery.

上記分散液に含有させるバインダとしては、特に制限されないが、電池の構成材料という観点からバインダとして、正極材層や負極材層に用いられるバインダと同様であることが好ましい。   Although it does not restrict | limit especially as a binder contained in the said dispersion liquid, It is preferable that it is the same as that used for a positive electrode material layer and a negative electrode material layer as a binder from a viewpoint of the constituent material of a battery.

前記イオン捕捉剤を含有する層中のバインダの含有比率は、イオン捕捉剤とバインダの合計100質量部に対して0.1〜15質量部であることが好ましく、0.3〜10質量部であることがより好ましい。
バインダの含有比率が0.1〜15質量部の範囲内であれば、イオン捕捉剤が効果的に多孔質基材に固定化され、効果が持続的に得られる。また、質量あたりの金属吸着効率を向上させることができる。
It is preferable that the content ratio of the binder in the layer containing the ion scavenger is 0.1 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the ion scavenger and the binder, and 0.3 to 10 parts by mass. More preferably.
When the content ratio of the binder is in the range of 0.1 to 15 parts by mass, the ion scavenger is effectively immobilized on the porous substrate, and the effect is continuously obtained. Moreover, the metal adsorption efficiency per mass can be improved.

上記セパレータがイオン捕捉剤を含む場合におけるイオン捕捉剤の含有量は、短絡の発生を抑制する観点から、0.01〜50g/m2であることが好ましく、0.1〜20g/m2であることがより好ましい。 The content of the ion scavenger in the case where the separator contains an ion scavenger is preferably 0.01 to 50 g / m 2 from the viewpoint of suppressing the occurrence of a short circuit, and is 0.1 to 20 g / m 2 . More preferably.

上記分散液をセパレータに塗布する方法としては、特に限定されない。メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法など公知の方法が挙げられる。   The method for applying the dispersion to the separator is not particularly limited. Known methods such as a metal mask printing method, electrostatic coating method, dip coating method, spray coating method, roll coating method, doctor blade method, gravure coating method, and screen printing method may be used.

イオン捕捉剤を含む多孔質基材を用いてセパレータを形成する具体的な方法としては、例えば、特開2008−146963号公報に記載の方法が挙げられる。   As a specific method for forming a separator using a porous substrate containing an ion scavenger, for example, a method described in JP-A-2008-146963 can be mentioned.

次に、本発明を実施例及び比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。   Next, the present invention will be specifically described based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto.

1.評価方法
(1)水分含有率
イオン捕捉剤を150℃で20時間真空乾燥し、カールフッシャー法で測定した。
1. Evaluation Method (1) Water Content The ion scavenger was vacuum-dried at 150 ° C. for 20 hours and measured by the Karl Fusher method.

(2)水中における金属イオン吸着能
金属イオン吸着能は、ICP発光分光分析法(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製ICP発光分光装置「iCAP7600 DUO」(型式名))によって評価した。具体的な評価方法は、次の通りである。
まず、Li+、Ni2+又はMn2+について、各々の金属硫酸塩及び純水を用いて100ppmの金属イオン溶液を調製した。その調製溶液に対しイオン捕捉剤が1.0質量%となるように添加し、十分混合した後、静置した。そして、イオン捕捉剤の添加後の各々の金属イオン濃度をICP発光分光分析にて測定した。結果を表1に示した。
(2) Metal ion adsorption ability in water Metal ion adsorption ability was evaluated by ICP emission spectroscopic analysis (ICP emission spectrometer “iCAP7600 DUO” (model name) manufactured by Thermo Fisher Scientific). The specific evaluation method is as follows.
First, for Li + , Ni 2+ or Mn 2+ , a 100 ppm metal ion solution was prepared using each metal sulfate and pure water. The ion scavenger was added to the prepared solution so as to be 1.0% by mass, mixed well, and then allowed to stand. Then, each metal ion concentration after addition of the ion scavenger was measured by ICP emission spectroscopic analysis. The results are shown in Table 1.

(3)モデル電解液中における金属イオン吸着能
リチウムイオン二次電池への適用を想定し、モデル電解液中における金属イオン吸着能を評価した。有機溶剤としてジエチルカーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(EC)とを、体積比でDEC/EC=1/1となるように混合した溶液を用い、溶質としてテトラフルオロホウ酸ニッケルを初期Ni2+のイオン濃度が100ppmとなるように加え、モデル電解液とした。
前記モデル電解液30mLをガラス瓶に入れ、ここにイオン捕捉剤を0.3g投入した。溶液を約1分間撹拌した後、約20時間静置した。イオン捕捉剤の添加後の濃度を前記ICP発光分光分析法にて測定した。なお、測定試料の前処理には酸分解(マイクロウェーブ法)を行った。結果を表2に示した。
(3) Metal ion adsorption capacity in model electrolyte Solution assuming the application to a lithium ion secondary battery, metal ion adsorption capacity in model electrolyte solution was evaluated. A solution in which diethyl carbonate (DEC) and ethylene carbonate (EC) were mixed as an organic solvent so that the volume ratio was DEC / EC = 1/1 was used, and nickel tetrafluoroborate was used as the solute in the initial Ni 2+ . A model electrolyte solution was prepared by adding an ion concentration of 100 ppm.
30 mL of the model electrolyte was placed in a glass bottle, and 0.3 g of an ion scavenger was added thereto. The solution was stirred for about 1 minute and then allowed to stand for about 20 hours. The concentration after addition of the ion scavenger was measured by the ICP emission spectroscopic analysis. In addition, acid decomposition (microwave method) was performed for the pretreatment of the measurement sample. The results are shown in Table 2.

2.イオン捕捉剤の製造
[実施例1]
<マグネシウムアルミニウム複合酸化物の合成>
組成式がMg4.5Al2(OH)13CO3・3.5H2Oで表されるハイドロタルサイト化合物(協和化学社製、商品名「DHT−4H」)を550℃で2時間焼成し、Mg4.5Al27.5の組成で表されるマグネシウムアルミニウム複合酸化物を得た。水分含有率は0.5%であった。
2. Production of ion scavenger [Example 1]
<Synthesis of magnesium aluminum composite oxide>
A hydrotalcite compound (product name “DHT-4H”, manufactured by Kyowa Chemical Co., Ltd.) represented by a composition formula Mg 4.5 Al 2 (OH) 13 CO 3 .3.5H 2 O is calcined at 550 ° C. for 2 hours, A magnesium aluminum composite oxide represented by a composition of Mg 4.5 Al 2 O 7.5 was obtained. The moisture content was 0.5%.

[実施例2]
<乾燥ハイドロタルサイト類化合物の合成>
組成式がMg4.5Al2(OH)13CO3・3.5H2Oで表されるハイドロタルサイト化合物を250℃で2時間乾燥し、結晶水を除去して、Mg4.5Al2(OH)13CO3の組成で表される乾燥ハイドロタルサイト類化合物を得た。水分含有率は0.4%であった。
[Example 2]
<Synthesis of dried hydrotalcite compounds>
The hydrotalcite compound whose composition formula is represented by Mg 4.5 Al 2 (OH) 13 CO 3 .3.5H 2 O is dried at 250 ° C. for 2 hours to remove crystal water, and Mg 4.5 Al 2 (OH) A dry hydrotalcite compound represented by a composition of 13 CO 3 was obtained. The moisture content was 0.4%.

[比較例1]
<アルミニウムケイ酸塩の合成>
700mmol/Lの塩化アルミニウム水溶液500mlに、350mmol/Lのオルトケイ酸ナトリウム水溶液500mlを加え、30分間撹拌した。この溶液に、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液330mlを加え、pH=6.1に調整した。
pH調整した溶液を30分間撹拌後、5分間の遠心分離を行った。遠心分離後、上澄み溶液を排出し、ゲル状沈殿物を純水に再分散させ、遠心分離前の容積に戻した。このような遠心分離による脱塩処理を3回行った。
次に、この溶液を乾燥器に入れ、98℃で48時間加熱した。加熱後溶液(アルミニウムケイ酸塩濃度47g/L)に、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を188mL添加し、pH=9.1に調整した。pH調整により溶液中のアルミニウムケイ酸塩を凝集させ、上記同様の遠心分離でこの凝集体を沈殿させることで、上澄み液を排出した。これに純水を添加して遠心分離前の容積に戻すという脱塩処理を3回行った。
脱塩処理3回目の上澄み排出後に得たゲル状沈殿物を、60℃で16時間乾燥して30gの粉末を得た。この粉末を「アルミニウムケイ酸塩」とした。
[Comparative Example 1]
<Synthesis of aluminum silicate>
To 500 ml of 700 mmol / L aluminum chloride aqueous solution, 500 ml of 350 mmol / L sodium orthosilicate aqueous solution was added and stirred for 30 minutes. To this solution, 330 ml of a 1 mol / L aqueous sodium hydroxide solution was added to adjust the pH to 6.1.
The pH adjusted solution was stirred for 30 minutes and then centrifuged for 5 minutes. After centrifugation, the supernatant solution was discharged, the gel precipitate was redispersed in pure water, and returned to the volume before centrifugation. Such desalting treatment by centrifugation was performed three times.
The solution was then placed in a dryer and heated at 98 ° C. for 48 hours. 188 mL of 1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution was added to the solution after heating (aluminum silicate density | concentration 47 g / L), and it adjusted to pH = 9.1. The aluminum silicate in the solution was agglomerated by adjusting the pH, and the agglomerate was precipitated by centrifugation similar to the above, thereby discharging the supernatant. The desalting process of adding pure water to this and returning to the volume before centrifugation was performed 3 times.
The gel-like precipitate obtained after the third desalting of the desalting treatment was dried at 60 ° C. for 16 hours to obtain 30 g of powder. This powder was designated as “aluminum silicate”.

上記以外の比較例は次のものを使用した(表1、2)。これらのイオン捕捉剤は、150℃で20時間乾燥して使用した。
比較例2:和光純薬工業社製 活性炭(試薬)「破砕状、2〜5mm」
比較例3:和光純薬工業社製 シリカゲル(試薬)「小粒状(白色)」
比較例4:水澤化学製 Y型ゼオライト「ミズカシーブス Y−520」(商品名)
比較例5:協和化学社製 ハイドロタルサイト「DHT−4H」(商品名)
Comparative examples other than the above used the following (Tables 1 and 2). These ion scavengers were used after being dried at 150 ° C. for 20 hours.
Comparative Example 2: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., activated carbon (reagent) “crushed, 2 to 5 mm”
Comparative Example 3: Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Silica gel (reagent) “Small granular (white)”
Comparative Example 4: Y type zeolite “Mizuka Sieves Y-520” (trade name) manufactured by Mizusawa Chemical
Comparative Example 5: Hydrotalcite “DHT-4H” (trade name) manufactured by Kyowa Chemical Co., Ltd.

Figure 2017004627
Figure 2017004627

Figure 2017004627
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実施例1及び2のイオン捕捉剤は、水中におけるNi2+及びMn2+を選択的に吸着し、イオン吸着能に優れることを確認した(表1)。また、モデル電解液を用いた試験においても、実施例1及び2のイオン捕捉剤は高いイオン吸着性を示した(表2)。これらの結果より、本発明のイオン捕捉剤はリチウムイオン二次電池に不要なNi2+及びMn2+を吸着する一方で、充放電に必須なLi+は吸着しないため、リチウムイオン二次電池の性能を阻害することなく、短絡の発生を抑えることができる。 It was confirmed that the ion scavengers of Examples 1 and 2 selectively adsorbed Ni 2+ and Mn 2+ in water and were excellent in ion adsorption ability (Table 1). Also in the test using the model electrolyte, the ion scavengers of Examples 1 and 2 showed high ion adsorption (Table 2). From these results, the ion scavenger of the present invention adsorbs unnecessary Ni 2+ and Mn 2+ in the lithium ion secondary battery, but does not adsorb Li + essential for charge and discharge. It is possible to suppress the occurrence of a short circuit without impairing the performance.

本発明のイオン捕捉剤は、リチウムイオン二次電池の構成部材に使用することができる。また、陽極が電気二重層、陰極がリチウムイオン二次電池の構造をしたリチウムイオン・キャパシタにも(ハイブリッド・キャパシタ)にも応用することができる。本発明のイオン捕捉剤を用いたリチウムイオン二次電池は、ペーパー型電池、ボタン型電池、コイン型電池、積層型電池、円筒型電池、及び角型電池などとして利用することができる。   The ion scavenger of this invention can be used for the structural member of a lithium ion secondary battery. The present invention can also be applied to a lithium ion capacitor (hybrid capacitor) in which the anode is an electric double layer and the cathode is a lithium ion secondary battery structure. The lithium ion secondary battery using the ion scavenger of the present invention can be used as a paper-type battery, a button-type battery, a coin-type battery, a laminated battery, a cylindrical battery, a rectangular battery, and the like.

Claims (6)

マグネシウムアルミニウム系複合酸化物、及び乾燥ハイドロタルサイト類化合物の少なくとも一方を含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤。   An ion scavenger for a lithium ion secondary battery, comprising at least one of a magnesium aluminum composite oxide and a dried hydrotalcite compound. 上記マグネシウムアルミニウム複合酸化物が、ハイドロタルサイトを400℃から750℃で焼成してなるもので、下記式(1)で表される化合物である請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤。
MgaAlbc (1)
[式(1)において、a、b及びcは0.1以上の正数であり、2a+3b=2cを満たし、a>bであり、aとbの比(a/b)が9以下である。]
2. The ion for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the magnesium aluminum composite oxide is obtained by firing hydrotalcite at 400 ° C. to 750 ° C. and is a compound represented by the following formula (1): Scavenger.
Mg a Al b O c (1)
[In Formula (1), a, b, and c are positive numbers of 0.1 or more, satisfy 2a + 3b = 2c, a> b, and the ratio of a to b (a / b) is 9 or less. . ]
上記乾燥ハイドロタルサイト類化合物が、下記式(2)で表されるハイドロタルサイト類化合物を200℃から400℃で乾燥し、結晶水を除去して得られたものである請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤。
1-xAlx(OH)2n- x/n・mH2O (2)
[式(2)において、MはMg及び/又はZnであり、An-はn価のアニオンであり、xは0<x<0.5の正数であり、mは0≦m<1の正数である。]
2. The dried hydrotalcite compound is obtained by drying a hydrotalcite compound represented by the following formula (2) at 200 ° C. to 400 ° C. to remove crystal water. An ion scavenger for lithium ion secondary batteries.
M 1-x Al x (OH) 2 A n- x / n · mH 2 O (2)
[In the formula (2), M is a Mg and / or Zn, A n-is an n-valent anion, x is a positive number of 0 <x <0.5, m is 0 ≦ m <1 Is a positive number. ]
水分含有率が10質量%以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤。   The ion scavenger for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the moisture content is 10% by mass or less. 正極、負極、及び電解液を備えるリチウムイオン二次電池であって、前記電池の構成材料の少なくとも1つに請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤を含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。   It is a lithium ion secondary battery provided with a positive electrode, a negative electrode, and electrolyte solution, Comprising: At least 1 of the constituent material of the said battery WHEREIN: The ion trapping agent for lithium ion secondary batteries of any one of Claims 1-4 A lithium ion secondary battery comprising: リチウムイオン二次電池の構成材料として、更にセパレータを備える請求項5に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 5, further comprising a separator as a constituent material of the lithium ion secondary battery.
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