JP6044290B2 - Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery - Google Patents

Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、ニッケル水素電池、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、近年、電気自動車、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 lighter and have higher input / output characteristics than other secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lead-acid batteries. It is attracting attention as an output power source.

しかし、電池の構成材料中に不純物(Fe、Ni、Cu等の磁性不純物)が存在すると充放電時に負極上に析出する場合がある。そして、負極上に析出した不純物は、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。   However, if impurities (magnetic impurities such as Fe, Ni, and Cu) are present in the constituent materials of the battery, they may be deposited on the negative electrode during charge and discharge. The impurities deposited on the negative electrode break the separator and reach the positive electrode, causing a short circuit.

また、リチウムイオン二次電池は、夏場の車中等で使用される場合がある。この場合には、リチウムイオン二次電池の使用温度が40℃〜80℃となることがある。このとき、正極を構成するLi含有金属酸化物中の金属が正極から溶出し、電池の特性が低下し得る。このため、不純物の捕捉材又は吸着剤(以下、単に吸着剤という)の検討、及び正極の安定化の検討がなされている(例えば、特許文献1参照。)。   Moreover, the lithium ion secondary battery may be used in a car in summer. In this case, the operating temperature of the lithium ion secondary battery may be 40 ° C to 80 ° C. At this time, the metal in the Li-containing metal oxide constituting the positive electrode is eluted from the positive electrode, and the battery characteristics may be deteriorated. For this reason, examination of the trapping material or adsorbent of impurities (hereinafter simply referred to as adsorbent) and the stabilization of the positive electrode have been conducted (for example, see Patent Document 1).

特開2000−77103号公報JP 2000-77103 A

しかしながら、既知の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が充分とは言い難く、充分な寿命特性が得られない場合があった。
そこで本発明は、金属イオン吸着性に優れるリチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池を提供することを課題とする。
However, there are cases where the known adsorbents cannot adsorb impurities with high selectivity, and it is difficult to say that the adsorption capacity per unit mass is sufficient, so that sufficient life characteristics may not be obtained.
Then, this invention makes it a subject to provide the negative electrode for lithium ion secondary batteries excellent in metal ion adsorption property, and a lithium ion secondary battery.

前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
<1> Si及びAlの元素モル比Si/Alが0.3以上1.0未満のアルミニウムケイ酸塩を含むリチウムイオン二次電池用負極。
Specific means for solving the above problems are as follows.
<1> A negative electrode for a lithium ion secondary battery, comprising an aluminum silicate having a Si / Al element molar ratio Si / Al of 0.3 or more and less than 1.0.

<2> 前記アルミニウムケイ酸塩が、27Al−NMRスペクトルにおいて、3ppm近辺にピークを有する前記<1>に記載のリチウムイオン二次電池用負極。 <2> The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to <1>, wherein the aluminum silicate has a peak in the vicinity of 3 ppm in a 27 Al-NMR spectrum.

<3> 前記アルミニウムケイ酸塩が、29Si−NMRスペクトルにおいて、−78ppmおよび−85ppm近辺にピークを有する前記<1>又は<2>に記載のリチウムイオン二次電池用負極。 <3> The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to <1> or <2>, wherein the aluminum silicate has peaks in the vicinity of −78 ppm and −85 ppm in a 29 Si-NMR spectrum.

<4> 前記アルミニウムケイ酸塩の前記元素モル比Si/Alが0.4以上0.6以下である前記<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負極。 <4> The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <3>, wherein the element molar ratio Si / Al of the aluminum silicate is 0.4 or more and 0.6 or less. .

<5> 前記アルミニウムケイ酸塩が、X線源としてCuKα線を用いた粉末X線回折スペクトルにおいて2θ=26.9°及び40.3°近辺にピークを有し、層状粘土鉱物に由来する20°及び35°近辺にはピークを有しない前記<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負極。 <5> The aluminum silicate has peaks at 2θ = 26.9 ° and around 40.3 ° in a powder X-ray diffraction spectrum using CuKα ray as an X-ray source, and is derived from a layered clay mineral 20 The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <4>, wherein the negative electrode has no peak in the vicinity of ° and 35 °.

<6> 前記アルミニウムケイ酸塩が、29Si−NMRスペクトルにおける−78ppm近辺のピークAと、−85ppm近辺のピークBとの面積比率(ピークB/ピークA)が、2.0以上9.0以下である前記<3>〜<5>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。 <6> In the 29 Si-NMR spectrum, the aluminum silicate has an area ratio (peak B / peak A) between a peak A around −78 ppm and a peak B around −85 ppm in the range of 2.0 to 9.0. The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of <3> to <5>, wherein:

<7> 前記アルミニウムケイ酸塩のBET比表面積が、250m/g以上である前記<1>〜<6>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。 <7> The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <6>, wherein the aluminum silicate has a BET specific surface area of 250 m 2 / g or more.

<8> 前記アルミニウムケイ酸塩の水分含有率が、10質量%以下である前記<1>〜<7>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。 <8> The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <7>, wherein the moisture content of the aluminum silicate is 10% by mass or less.

<9> 前記<1>〜<8>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極と、
正極と、
電解質と、
を有するリチウムイオン二次電池。
<9> The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <8>,
A positive electrode;
Electrolyte,
A lithium ion secondary battery.

本発明によれば、金属イオン吸着性に優れるリチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the negative electrode for lithium ion secondary batteries and lithium ion secondary battery which are excellent in metal ion adsorption property can be provided.

実施例1及び実施例2に係るアルミニウムケイ酸塩の27Al−NMRスペクトルである。It is a 27 Al-NMR spectrum of the aluminum silicate which concerns on Example 1 and Example 2. FIG. 実施例1及び実施例2に係るアルミニウムケイ酸塩の29Si−NMRスペクトルである。It is a 29 Si-NMR spectrum of the aluminum silicate which concerns on Example 1 and Example 2. FIG. 実施例1に係るアルミニウムケイ酸塩の透過型電子顕微鏡(TEM)写真である。2 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of aluminum silicate according to Example 1. FIG. 実施例2に係るアルミニウムケイ酸塩の透過型電子顕微鏡(TEM)写真である。2 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of aluminum silicate according to Example 2. FIG. 本実施形態の一例である、管状のいわゆるイモゴライトを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically what is called tubular imogolite which is an example of this embodiment. 実施例1及び実施例2に係るアルミニウムケイ酸塩の粉末X線回折スペクトルである。2 is a powder X-ray diffraction spectrum of aluminum silicate according to Example 1 and Example 2. FIG.

本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。さらに本明細書において組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本発明における層又は部材の厚みは、ミツトヨ社製マイクロメータで5点測定したときの平均値とする。
In this specification, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in the term if the intended purpose of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. . In the present specification, a numerical range indicated by using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively. Further, in this specification, the amount of each component in the composition is the sum of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific indication when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. Means quantity.
The thickness of the layer or member in the present invention is an average value when five points are measured with a micrometer manufactured by Mitutoyo Corporation.

<リチウムイオン二次電池用負極>
本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、Si及びAl〔アルミニウム(Al)に対する珪素(Si)〕の元素モル比Si/Alが0.3以上1.0未満のアルミニウムケイ酸塩を含む。本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、更に必要に応じてその他の成分を含んでいてもよい。
リチウムイオン二次電池では、電解液中に不純物イオンや溶出イオンが存在しており、充放電でこれらイオンがセパレータを挟んだ正極、負極間を行き来して負極上で析出した結果、短絡が発生する場合がある。そこで、本発明のリチウムイオン二次電池用負極では、表面にアルミニウムケイ酸塩を含有させる。
<Anode for lithium ion secondary battery>
The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention includes an aluminum silicate having an element molar ratio Si / Al of Si and Al [silicon (Si) to aluminum (Al)] of 0.3 or more and less than 1.0. The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention may further contain other components as necessary.
In a lithium ion secondary battery, impurity ions and eluted ions exist in the electrolyte, and these ions travel between the positive and negative electrodes sandwiching the separator during charge and discharge, and deposit on the negative electrode, resulting in a short circuit. There is a case. Therefore, the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention contains aluminum silicate on the surface.

アルミニウムケイ酸塩は、SiとAlの酸化物塩でありその価数が異なるため、OH基が多く存在し、これがイオン交換能を有している。したがって、単位質量あたりに多くの金属イオンの吸着サイトを持ち、高比表面積で金属イオンを吸着する特徴を有する。そのアルミニウムケイ酸塩のなかでもSi及びAlの元素モル比Si/Alが0.3以上1.0未満のアルミニウムケイ酸塩(以下、「特定アルミニウムケイ酸塩」と称する場合がある)は、金属イオンをより高選択的に吸着する特徴を有する。   Aluminum silicate is an oxide salt of Si and Al and has different valences. Therefore, many OH groups exist, and this has ion exchange ability. Therefore, it has a feature of having many metal ion adsorption sites per unit mass and adsorbing metal ions with a high specific surface area. Among the aluminum silicates, an aluminum silicate having an Si / Al element molar ratio Si / Al of 0.3 or more and less than 1.0 (hereinafter sometimes referred to as “specific aluminum silicate”) It has the feature of adsorbing metal ions more selectively.

特定アルミニウムケイ酸塩は、SiとAlの酸化物塩である。SiとAlとでは価数が異なるため、SiとAlとの酸化物塩にはOH基が多く存在し、これがイオン交換能を有している。したがって、特定アルミニウムケイ酸塩は、単位質量あたりに多くの金属イオンの吸着サイトを持ち、これにより、高比表面積で金属イオンを高選択的に吸着する特徴を有する。特に、特定アルミニウムケイ酸塩は、リチウムイオン電池の充放電に必須なリチウムイオンを殆ど吸着しないにもかかわらず、不要な金属イオンを吸着するという特異的な性質を有する。
尚、本発明において不要な金属イオンとは、リチウムイオン以外のニッケルイオン、マンガンイオン、銅イオン等をいう。これらの不要な金属イオンは、電池の構成材料中に存在する不純物イオン、又は高温下で正極から溶出するイオンに由来する。
また、特定アルミニウムケイ酸塩は無機酸化物であるため熱安定性、及び溶剤中での安定性に優れている。このため充放電中のリチウムイオン二次電池においても、特定アルミニウムケイ酸塩は安定に存在できる。
The specific aluminum silicate is an oxide salt of Si and Al. Since Si and Al have different valences, there are many OH groups in the oxide salt of Si and Al, which has ion exchange ability. Therefore, the specific aluminum silicate has many metal ion adsorption sites per unit mass, and thereby has a characteristic of highly selectively adsorbing metal ions with a high specific surface area. In particular, the specific aluminum silicate has a specific property of adsorbing unnecessary metal ions even though it hardly adsorbs lithium ions essential for charging and discharging of a lithium ion battery.
In the present invention, unnecessary metal ions refer to nickel ions other than lithium ions, manganese ions, copper ions, and the like. These unnecessary metal ions are derived from impurity ions present in the constituent material of the battery or ions eluted from the positive electrode at a high temperature.
Moreover, since specific aluminum silicate is an inorganic oxide, it is excellent in thermal stability and stability in a solvent. For this reason, specific aluminum silicate can exist stably also in the lithium ion secondary battery in charge / discharge.

このアルミニウムケイ酸塩をリチウムイオン二次電池の負極に含有させることで、電池中の不純物イオン又は正極から溶出したイオン等の不要な金属イオンが特定アルミニウムケイ酸塩に吸着される。この結果、リチウムイオン二次電池中での不要な特定の金属イオンの濃度上昇を選択的に抑制することが可能となる。特に負極の表面に特定アルミニウムケイ酸塩を付与することが好ましい。かかるリチウムイオン二次電池用負極いたリチウムイオン二次電池では、短絡の発生が抑制され、リチウムイオン二次電池は、優れた寿命特性が得られる。
以下では、特定アルミニウムケイ酸塩について詳細に説明する。
By including this aluminum silicate in the negative electrode of the lithium ion secondary battery, unnecessary metal ions such as impurity ions in the battery or ions eluted from the positive electrode are adsorbed on the specific aluminum silicate. As a result, it is possible to selectively suppress an increase in the concentration of unnecessary specific metal ions in the lithium ion secondary battery. In particular, it is preferable to apply specific aluminum silicate to the surface of the negative electrode. In such a lithium ion secondary battery that is a negative electrode for a lithium ion secondary battery, occurrence of a short circuit is suppressed, and the lithium ion secondary battery has excellent life characteristics.
Below, specific aluminum silicate is demonstrated in detail.

(特定アルミニウムケイ酸塩)
特定アルミニウムケイ酸塩は、金属イオン吸着能及び金属イオン選択性の観点から、Si及びAl〔Alに対するSi〕の元素モル比Si/Alが0.3以上1.0未満であり、0.4以上0.6以下であることが好ましく、0.45以上0.55以下であることがより好ましい。特定アルミニウムケイ酸塩は、元素モル比Si/Alが1.0以上となるゼオライトとは異なる物質である。
元素モル比Si/Alが0.3未満の場合には、アルミニウムケイ酸塩の金属イオンの吸着能向上に寄与しないAlの量が過剰となり、単位質量あたりのイオン吸着能が低下する。また元素モル比Si/Alが1.0以上では、アルミニウムケイ酸塩の金属イオンの吸着能向上に寄与しないSiの量が過剰になりやすく、単位質量あたりのイオン吸着性が低下する。また元素モル比Si/Alが1.0以上であると、場合によって更に、吸着する金属イオン選択性が低下してしまう場合がある。
(Specific aluminum silicate)
The specific aluminum silicate has an element molar ratio Si / Al of Si and Al [Si to Al] of 0.3 or more and less than 1.0 from the viewpoint of metal ion adsorption ability and metal ion selectivity. It is preferably 0.6 or more and more preferably 0.45 or more and 0.55 or less. The specific aluminum silicate is a substance different from zeolite having an element molar ratio Si / Al of 1.0 or more.
When the element molar ratio Si / Al is less than 0.3, the amount of Al that does not contribute to the improvement of the metal ion adsorption ability of the aluminum silicate becomes excessive, and the ion adsorption ability per unit mass decreases. When the element molar ratio Si / Al is 1.0 or more, the amount of Si that does not contribute to the improvement of the metal ion adsorption ability of the aluminum silicate tends to be excessive, and the ion adsorption per unit mass is lowered. Further, when the element molar ratio Si / Al is 1.0 or more, the metal ion selectivity to be adsorbed may be further lowered in some cases.

元素モル比Si/Alは、ICP発光分光装置(例えば、日立製作所社製ICP発光分光装置:P−4010)を用いて、常法によりSi及びAlそれぞれの原子濃度を求めて、得られた原子濃度から算出される。   The element molar ratio Si / Al was obtained by determining the atomic concentrations of Si and Al by an ordinary method using an ICP emission spectrometer (for example, ICP emission spectrometer: P-4010 manufactured by Hitachi, Ltd.). Calculated from concentration.

特定アルミニウムケイ酸塩は、27Al−NMRスペクトルにおいて、3ppm近辺にピークを有することが好ましい。27Al−NMR測定装置としては、例えば、ブルカー・バイオスピン製AV400WB型を用いることができる。具体的な測定条件は以下の通りである。
共鳴周波数:104MHz
測定方法:MAS(シングルパルス)
MAS回転数:10kHz
測定領域:52kHz
データポイント数:4096
resolution(測定領域/データポイント数):12.7Hz
パルス幅:3.0μsec
遅延時間:2秒
化学シフト値基準:α−アルミナを3.94ppm
window関数:指数関数
Line Broadening係数:10Hz
The specific aluminum silicate preferably has a peak in the vicinity of 3 ppm in the 27 Al-NMR spectrum. As the 27 Al-NMR measuring apparatus, for example, AV400WB manufactured by Bruker BioSpin can be used. Specific measurement conditions are as follows.
Resonance frequency: 104MHz
Measuring method: MAS (single pulse)
MAS rotation speed: 10 kHz
Measurement area: 52 kHz
Number of data points: 4096
resolution (measurement area / number of data points): 12.7 Hz
Pulse width: 3.0 μsec
Delay time: 2 seconds Chemical shift value standard: 3.94 ppm of α-alumina
window function: exponential function Line Broadening coefficient: 10 Hz

図1に、特定アルミニウムケイ酸塩の一例として、後述の実施例1及び実施例2に係る特定アルミニウムケイ酸塩の27Al−NMRスペクトルを示す。 FIG. 1 shows a 27 Al-NMR spectrum of a specific aluminum silicate according to Example 1 and Example 2 described later as an example of the specific aluminum silicate.

図1に示すように、特定アルミニウムケイ酸塩は、27Al−NMRスペクトルにおいて、3ppm近辺にピークを有することが好ましい。3ppm近辺のピークは、6配位のAlに由来するピークであると推定される。更に、55ppm付近にピークが存在してもよい。55ppm付近のピークは、4配位のAlに由来するピークであると推定される。 As shown in FIG. 1, the specific aluminum silicate preferably has a peak in the vicinity of 3 ppm in the 27 Al-NMR spectrum. The peak around 3 ppm is estimated to be a peak derived from 6-coordinated Al. Furthermore, a peak may exist in the vicinity of 55 ppm. The peak near 55 ppm is estimated to be a peak derived from tetracoordinated Al.

特定アルミニウムケイ酸塩は、金属イオン吸着性と金属イオン選択性の観点から、27Al−NMRスペクトルにおいて、3ppm近辺のピークに対する、55pm付近のピークの面積比率が、25%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、15%以下であることが更に好ましい。 From the viewpoint of metal ion adsorption and metal ion selectivity, the specific aluminum silicate preferably has an area ratio of a peak near 55 pm to a peak near 3 ppm in the 27 Al-NMR spectrum of 25% or less. 20% or less is more preferable, and 15% or less is still more preferable.

また、特定アルミニウムケイ酸塩は、金属イオン吸着性と金属イオン選択性の観点から、27Al−NMRスペクトルにおいて、3ppm近辺のピークに対する、55pm付近のピークの面積比率は、1%以上であることが好ましく、5%以上であることがより好ましく、10%以上であることが更に好ましい。 In addition, the specific aluminum silicate has an area ratio of a peak near 55 pm to a peak near 3 ppm in the 27 Al-NMR spectrum of 1% or more from the viewpoint of metal ion adsorption and metal ion selectivity. Is preferably 5% or more, more preferably 10% or more.

特定アルミニウムケイ酸塩は、29Si−NMRスペクトルにおいて、−78ppm近辺および−85ppm近辺にピークを有することが好ましい。かかる特定の29Si−NMRスペクトルを示す特定アルミニウムケイ酸塩は、金属イオン吸着性と金属イオン選択性により優れる。 The specific aluminum silicate preferably has peaks at around -78 ppm and around -85 ppm in the 29 Si-NMR spectrum. The specific aluminum silicate showing the specific 29 Si-NMR spectrum is excellent in metal ion adsorption and metal ion selectivity.

29Si−NMRスペクトルを測定するための29Si−NMR測定装置としては、例えば、ブルカー・バイオスピン製AV400WB型を用いることができる。具体的な測定条件は以下の通りである。
共鳴周波数:79.5MHz
測定方法:MAS(シングルパルス)
MAS回転数:6kHz
測定領域:24kHz
データポイント数:2048
resolution(測定領域/データポイント数):5.8Hz
パルス幅:4.7μsec
遅延時間:600秒
化学シフト値基準:TMSP−d(3−(トリメチルシリル)(2,2,3,3−)プロピオン酸ナトリウム)を1.52ppm
window関数:指数関数
Line Broadening係数:50Hz
As a 29 Si-NMR measuring apparatus for measuring a 29 Si-NMR spectrum, for example, AV400WB manufactured by Bruker BioSpin can be used. Specific measurement conditions are as follows.
Resonance frequency: 79.5 MHz
Measuring method: MAS (single pulse)
MAS rotation speed: 6 kHz
Measurement area: 24 kHz
Number of data points: 2048
resolution (measurement area / number of data points): 5.8 Hz
Pulse width: 4.7 μsec
Delay time: 600 sec chemical shift value criterion: TMSP-d 4 (3- (trimethylsilyl) (2,2,3,3- 2 H 4) propionate) 1.52Ppm the
window function: exponential function Line Broadening coefficient: 50 Hz

図2に、特定アルミニウムケイ酸塩の一例として、後述の実施例1及び実施例2に係る特定アルミニウムケイ酸塩の29Si−NMRスペクトルを示す。 In FIG. 2, the 29 Si-NMR spectrum of the specific aluminum silicate which concerns on below-mentioned Example 1 and Example 2 is shown as an example of specific aluminum silicate.

図2に示すように、特定アルミニウムケイ酸塩は、29Si−NMRスペクトルにおいて、−78ppm近辺および−85ppm近辺にピークを有することが好ましい。−78ppm近辺に現れるピークAは、イモゴライト、アロフェン類等の結晶構造の特定アルミニウムケイ酸塩に由来し、また、HO−Si−(OAl)という構造に起因すると考えられる。
また−85ppm近辺に現れるピークBは、粘土構造の特定アルミニウムケイ酸塩又は非晶質構造の特定アルミニウムケイ酸塩と考えられる。したがって、78ppm近辺および−85ppm近辺にピークを有する特定アルミニウムケイ酸塩は、結晶構造の特定アルミニウムケイ酸塩と、粘土構造又は非晶質構造の特定アルミニウムケイ酸塩との混合物又は複合体であると推定される。
As shown in FIG. 2, the specific aluminum silicate preferably has peaks in the vicinity of -78 ppm and in the vicinity of -85 ppm in the 29 Si-NMR spectrum. The peak A that appears in the vicinity of −78 ppm is considered to be derived from a specific aluminum silicate having a crystal structure such as imogolite and allophanes, and also due to a structure of HO—Si— (OAl) 3 .
The peak B appearing around -85 ppm is considered to be a specific aluminum silicate having a clay structure or a specific aluminum silicate having an amorphous structure. Therefore, the specific aluminum silicate having peaks near 78 ppm and -85 ppm is a mixture or a composite of a specific aluminum silicate having a crystal structure and a specific aluminum silicate having a clay structure or an amorphous structure. It is estimated to be.

特に−78ppm近辺に現れるピークAを有するアルミニウムケイ酸塩は、単位質量あたりにOH基が多く存在する。このため−78ppm近辺に現れるピークAを有するアルミニウムケイ酸塩は、水分吸着能に優れていることは知見されていた。これに対して発明者らは、このアルミニウムケイ酸塩が金属イオン吸着能にすぐれ、特に電池に悪影響を与える金属イオンを選択的に吸着することを新たに見出した。このため、この特定アルミニウムケイ酸塩を含むリチウムイオン電池では経時的な短絡の発生が著しく少なくなり、結果として寿命特性に優れるリチウムイオン二次電池が提供されると考えることができる。   In particular, an aluminum silicate having a peak A that appears in the vicinity of −78 ppm has many OH groups per unit mass. For this reason, it has been found that an aluminum silicate having a peak A that appears in the vicinity of -78 ppm is excellent in water adsorption ability. On the other hand, the inventors have newly found that this aluminum silicate has an excellent ability to adsorb metal ions, and in particular selectively adsorbs metal ions which adversely affect the battery. For this reason, in the lithium ion battery containing the specific aluminum silicate, the occurrence of short circuit with time is remarkably reduced, and as a result, it can be considered that a lithium ion secondary battery having excellent life characteristics is provided.

尚、特定アルミニウムケイ酸塩は、層状粘土鉱物に由来する−110ppm近辺のピークを有さなくてもよい。ここでピークを有さないとは、−110ppm付近におけるベースラインからの変位がノイズレベル以下であることを意味し、具体的にはベースラインから変位がノイズ幅の100%以下であることを意味する。   The specific aluminum silicate may not have a peak around −110 ppm derived from the layered clay mineral. Here, having no peak means that the displacement from the baseline in the vicinity of −110 ppm is less than or equal to the noise level, specifically, that the displacement from the baseline is less than 100% of the noise width. To do.

特定アルミニウムケイ酸塩は、金属イオン吸着能及び金属イオン選択性が向上する観点から、29Si−NMRスペクトルにおける−78ppm近辺のピークAと、−85ppm近辺のピークBの面積比率(ピークB/ピークA)が、0.4〜9.0であることが好ましく、1.5〜9.0であることがより好ましく、2.0〜9.0であることが更に好ましく、2.0〜7.0であることが更に好ましく、2.0〜5.0であることが更に好ましく、2.0〜4.0であることが特に好ましい。 From the viewpoint of improving the metal ion adsorption ability and metal ion selectivity, the specific aluminum silicate has an area ratio (peak B / peak) of peak A around -78 ppm and peak B around -85 ppm in the 29 Si-NMR spectrum. A) is preferably 0.4 to 9.0, more preferably 1.5 to 9.0, still more preferably 2.0 to 9.0, and 2.0 to 7 Is more preferably 0.0, more preferably 2.0 to 5.0, and particularly preferably 2.0 to 4.0.

29Si−NMRスペクトルにおける前記ピークの面積比率を求める際には、まず29Si−NMRスペクトルにおいてベースラインを引く。図2では、−55ppmと−140ppmとを結んだ直線をベースラインとする。 When obtaining the area ratio of the peaks in 29 Si-NMR spectrum, subtract baseline in first 29 Si-NMR spectra. In FIG. 2, a straight line connecting -55 ppm and -140 ppm is taken as a baseline.

次に、−78ppm近辺に現れるピークAと−85ppm近辺のピークBとの谷に当たる化学シフト値(図2では、−81ppm付近)で、29Si−NMRスペクトルの曲線を区切る。 Next, the curve of the 29 Si-NMR spectrum is delimited by a chemical shift value (around −81 ppm in FIG. 2) corresponding to the valley between the peak A that appears around −78 ppm and the peak B that is around −85 ppm.

次に、−78ppm近辺のピークAの面積は、図2においては化学シフト軸と直交し−81ppmを通る直線と、上記ベースラインと、29Si−NMRスペクトルの曲線と、に囲まれた領域の面積であり、ピークBの面積は、−81ppmを通り化学シフト軸と直交する直線と上記ベースラインと、29Si−NMRスペクトルの曲線と、に囲まれた領域の面積である。
尚、上記各ピークの面積は、NMR測定装置に組み込まれた解析ソフトにより求めてもよい。
Next, the area of the peak A in the vicinity of −78 ppm is the area surrounded by the straight line passing through −81 ppm orthogonal to the chemical shift axis in FIG. 2, the base line, and the curve of the 29 Si-NMR spectrum. The area of peak B is the area of a region surrounded by a straight line passing through −81 ppm and perpendicular to the chemical shift axis, the above-mentioned baseline, and the curve of 29 Si-NMR spectrum.
In addition, you may obtain | require the area of each said peak with the analysis software integrated in the NMR measuring apparatus.

図3及び図4に、特定アルミニウムケイ酸塩の透過型電子顕微鏡(TEM)写真の一例を示す。図3に示す特定アルミニウムケイ酸塩は、後述の実施例1に係る特定アルミニウムケイ酸塩である。図4に示す特定アルミニウムケイ酸塩は、後述の実施例2に係る特定アルミニウムケイ酸塩である。   3 and 4 show an example of a transmission electron microscope (TEM) photograph of the specific aluminum silicate. The specific aluminum silicate shown in FIG. 3 is a specific aluminum silicate according to Example 1 described later. The specific aluminum silicate shown in FIG. 4 is a specific aluminum silicate according to Example 2 described later.

図3に示されるように、実施例1に係る特定アルミニウムケイ酸塩には、透過型電子顕微鏡(TEM)において100,000倍で観察したときに、長さ50nm以上の管状物が存在していない。実施例2に係る特定アルミニウムケイ酸塩は、図4に示されるように、管状のいわゆるイモゴライトである。
特定アルミニウムケイ酸塩は、金属イオン吸着能と金属イオン選択性の観点から、透過型電子顕微鏡(TEM)において100,000倍で観察したときに、長さ50nm以上の管状物が存在していないことが好ましい。
As shown in FIG. 3, the specific aluminum silicate according to Example 1 has a tubular product having a length of 50 nm or more when observed at a magnification of 100,000 with a transmission electron microscope (TEM). Absent. The specific aluminum silicate according to Example 2 is tubular so-called imogolite, as shown in FIG.
From the viewpoint of metal ion adsorption ability and metal ion selectivity, the specific aluminum silicate has no tubular material with a length of 50 nm or more when observed at a magnification of 100,000 with a transmission electron microscope (TEM). It is preferable.

特定アルミニウムケイ酸塩の透過型電子顕微鏡(TEM)の観察は、100kVの加速電圧で行う。また観察試料としては、後述する製造方法における第二洗浄工程(脱塩及び固体分離)前の加熱後溶液をTEM観察試料調製用の支持体上に滴下し、次いで、滴下した加熱後溶液を乾燥して薄膜としたものを用いる。尚、TEM画像のコントラストが充分に得られない場合には、コントラストが充分に得られるように、加熱後溶液を適宜希釈したものを用いて観察試料を調製する。   Observation of the specific aluminum silicate with a transmission electron microscope (TEM) is performed at an acceleration voltage of 100 kV. Moreover, as an observation sample, the heated solution before the second washing step (desalting and solid separation) in the manufacturing method described later is dropped on a support for preparing a TEM observation sample, and then the dropped heated solution is dried. Then, a thin film is used. When the contrast of the TEM image is not sufficiently obtained, an observation sample is prepared using a solution obtained by appropriately diluting the solution after heating so that sufficient contrast can be obtained.

図4に示されるような管状物は、後述の特定アルミニウムケイ酸塩の製造方法において、ケイ酸イオン及びアルミニウムイオンが特定の濃度以下のときに、加熱処理を実施することで製造される。他方、図3に示されるような管状物が観察されない特定アルミニウムケイ酸塩は、ケイ酸イオン及びアルミニウムイオンが特定の濃度以上のときに、加熱処理を実施することで製造される。   The tubular body as shown in FIG. 4 is manufactured by performing a heat treatment when the silicate ions and the aluminum ions are below a specific concentration in the method for manufacturing a specific aluminum silicate described later. On the other hand, the specific aluminum silicate in which the tubular product as shown in FIG. 3 is not observed is manufactured by performing a heat treatment when the silicate ions and the aluminum ions have a specific concentration or more.

図5は、特定アルミニウムケイ酸塩の一例である、管状のいわゆるイモゴライト(後述の製造方法で説明する第一の特定アルミニウムケイ酸塩)10を模式的に示す図面である。図5に示すように、この特定アルミニウムケイ酸塩10は、管状体10aが複数(図5では3つ)集合した構造を有する。複数の管状体10aの間には、管状体10aの外壁により画定される隙間30が形成される。特定アルミニウムケイ酸塩10は、管状体10a同士により繊維構造が形成される傾向があり、管状体10aの筒内の内壁20、及び複数の管状体10aの間の隙間30を形成する管状体10aの外壁(外周面)を金属イオンの吸着サイトとして利用できる。管状体10aの管部長さ方向の長さは、例えば1nm〜10μmである。管状体10aは、例えば円管状を呈しており、外径は例えば1.5nm〜3.0nmであり、内径は例えば0.7nm〜1.4nmである。   FIG. 5 is a drawing schematically showing a tubular so-called imogolite (first specific aluminum silicate described in a manufacturing method described later) 10 which is an example of a specific aluminum silicate. As shown in FIG. 5, the specific aluminum silicate 10 has a structure in which a plurality of (three in FIG. 5) tubular bodies 10a are assembled. A gap 30 defined by the outer wall of the tubular body 10a is formed between the plurality of tubular bodies 10a. The specific aluminum silicate 10 has a tendency that a fiber structure is formed by the tubular bodies 10a, and the tubular body 10a that forms the inner wall 20 in the tube of the tubular body 10a and the gap 30 between the plurality of tubular bodies 10a. The outer wall (outer peripheral surface) can be used as a metal ion adsorption site. The length of the tubular body 10a in the tube portion length direction is, for example, 1 nm to 10 μm. The tubular body 10a has, for example, a circular tubular shape, and has an outer diameter of, for example, 1.5 nm to 3.0 nm and an inner diameter of, for example, 0.7 nm to 1.4 nm.

尚、管状の特定アルミニウムケイ酸塩であるいわゆるイモゴライトの繊維が透過型電子顕微鏡(TEM)写真で観察される場合には、29Si−NMRスペクトルにおいて、前記ピークBの面積が小さくなる傾向にある。 When a so-called imogolite fiber, which is a specific aluminum silicate tube, is observed with a transmission electron microscope (TEM) photograph, the area of the peak B tends to be small in the 29 Si-NMR spectrum. .

特定アルミニウムケイ酸塩は、X線源としてCuKα線を用いた粉末X線回折スペクトルにおいて、2θ=26.9°及び40.3°近辺にピークを有することが好ましい。粉末X線回折は、X線源としてCuKα線を用いて測定される。例えば、リガク社製:Geigerflex RAD−2X(商品名)の粉末X線回折装置を用いることができる。   The specific aluminum silicate preferably has peaks in the vicinity of 2θ = 26.9 ° and 40.3 ° in a powder X-ray diffraction spectrum using CuKα ray as an X-ray source. Powder X-ray diffraction is measured using CuKα rays as an X-ray source. For example, a powder X-ray diffractometer manufactured by Rigaku Corporation: Geigerflex RAD-2X (trade name) can be used.

図6に、特定アルミニウムケイ酸塩の一例として、後述の実施例1及び実施例2に係る特定アルミニウムケイ酸塩の粉末X線回折スペクトルを示す。
図6に示すように、特定アルミニウムケイ酸塩は、粉末X線回折スペクトルにおいて、2θ=26.9°、40.3°近辺にピークを有する。2θ=26.9°及び40.3°近辺のピークは、アルミニウムケイ酸塩に由来するピークと推定される。
FIG. 6 shows a powder X-ray diffraction spectrum of the specific aluminum silicate according to Example 1 and Example 2 described later as an example of the specific aluminum silicate.
As shown in FIG. 6, the specific aluminum silicate has a peak in the vicinity of 2θ = 26.9 °, 40.3 ° in the powder X-ray diffraction spectrum. The peaks around 2θ = 26.9 ° and 40.3 ° are presumed to be peaks derived from aluminum silicate.

尚、特定アルミニウムケイ酸塩は、粉末X線回折スペクトルにおいて、2θ=20°及び35°近辺にブロードなピークを有さなくてもよい。2θ=20°及び35°近辺のピークは、層状の粘土鉱物のhk0面の反射から得られるピークと考えられる。
ここで、2θ=20°及び35°近辺のピークを有さないとは、2θ=20°及び35°近辺におけるベースラインからの変位がノイズレベル以下であることを意味し、具体的にはベースラインから変位がノイズ幅の100%以下であることを意味する。
The specific aluminum silicate may not have a broad peak in the vicinity of 2θ = 20 ° and 35 ° in the powder X-ray diffraction spectrum. The peaks around 2θ = 20 ° and 35 ° are considered to be peaks obtained from reflection of the hk0 plane of the layered clay mineral.
Here, having no peaks around 2θ = 20 ° and 35 ° means that the displacement from the baseline around 2θ = 20 ° and 35 ° is below the noise level. It means that the displacement from the line is 100% or less of the noise width.

更に、実施例1に係る特定アルミニウムケイ酸塩のように、特定アルミニウムケイ酸塩は、2θ=18.8°、20.3°、27.8°、40.6°及び53.3°近辺にピークを有してもよい。2θ=18.8°、20.3°、27.8°、40.6°及び53.3°近辺のピークは、副生物である水酸化アルミニウムに由来するピークと推定される。尚、後述の特定アルミニウムケイ酸塩の製造方法において、加熱処理時の加熱温度を160℃以下とすることで水酸化アルミニウムの析出を抑えることができる。また、遠心分離による脱塩処理時のpHを調整することによって、水酸化アルミニウムの含有量を調整することができる。   Further, like the specific aluminum silicate according to Example 1, the specific aluminum silicate has 2θ = 18.8 °, 20.3 °, 27.8 °, 40.6 ° and around 53.3 °. May have a peak. The peaks around 2θ = 18.8 °, 20.3 °, 27.8 °, 40.6 °, and 53.3 ° are presumed to be peaks derived from by-product aluminum hydroxide. In addition, in the manufacturing method of the specific aluminum silicate mentioned later, precipitation of aluminum hydroxide can be suppressed by making the heating temperature at the time of heat processing into 160 degrees C or less. Moreover, content of aluminum hydroxide can be adjusted by adjusting pH at the time of the desalting process by centrifugation.

また、実施例2に係る特定アルミニウムケイ酸塩のように、特定アルミニウムケイ酸塩は、2θ=4.8°、9.7°及び14.0°近辺にピークを有してもよい。更に、2θ=18.3°近辺にピークを有していてもよい。2θ=4.8°、9.7°、14.0°及び18.3°近辺のピークは、管状の特定アルミニウムケイ酸塩であるいわゆるイモゴライトの単繊維が平行に凝集して束状構造をとっていることに由来するピークと推定される。   Further, like the specific aluminum silicate according to Example 2, the specific aluminum silicate may have peaks in the vicinity of 2θ = 4.8 °, 9.7 °, and 14.0 °. Further, it may have a peak in the vicinity of 2θ = 18.3 °. The peaks around 2θ = 4.8 °, 9.7 °, 14.0 °, and 18.3 ° indicate that bundles of so-called imogolite monofilaments, which are tubular specific aluminum silicates, aggregate in parallel. It is presumed to be a peak derived from taking it.

特定アルミニウムケイ酸塩は、金属イオン吸着能が向上する観点から、BET比表面積が250m/g以上であることが好ましく、280m/g以上であることがより好ましく、300m/g以上であることが更に好ましい。BET比表面積が250m/g以上であると、単位質量あたりの不純物イオン及び溶出イオンの吸着量が大きくなるため効率がよく、少量で高い効果が得られる。 The specific aluminum silicate has a BET specific surface area of preferably 250 m 2 / g or more, more preferably 280 m 2 / g or more, and 300 m 2 / g or more from the viewpoint of improving metal ion adsorption ability. More preferably it is. When the BET specific surface area is 250 m 2 / g or more, the adsorbed amount of impurity ions and eluted ions per unit mass is increased, so that the efficiency is good and a high effect is obtained with a small amount.

また、BET比表面積の上限値は特に制限が無いが、比表面積が大きすぎると単位質量当たりの空気中の水分吸着量が多くなってしまうため、BET比表面積は1500m/g以下であることが好ましく、1200m/g以下であることがより好ましく、1000m/g以下であることが更に好ましい。 The upper limit of the BET specific surface area is not particularly limited, but if the specific surface area is too large, the amount of moisture adsorbed in the air per unit mass will increase, so the BET specific surface area should be 1500 m 2 / g or less. Is preferably 1200 m 2 / g or less, more preferably 1000 m 2 / g or less.

特定アルミニウムケイ酸塩のBET比表面積は、JIS Z 8830に準じて77Kでの窒素吸着能から測定する。評価装置としては、QUANTACHROME社製:AUTOSORB−1(商品名)等を用いることができる。BET比表面積の測定を行う際には、試料表面及び構造中に吸着している水分がガス吸着能に影響を及ぼすと考えられることから、まず、加熱による水分除去の前処理を行う。   The BET specific surface area of the specific aluminum silicate is measured from the nitrogen adsorption ability at 77K according to JIS Z 8830. As an evaluation apparatus, QUANTACHROME make: AUTOSORB-1 (brand name) etc. can be used. When measuring the BET specific surface area, it is considered that the moisture adsorbed on the sample surface and the structure affects the gas adsorption capacity. Therefore, pretreatment for removing moisture by heating is first performed.

前記前処理では、0.05gの測定試料を投入した測定用セルを、真空ポンプで10Pa以下に減圧した後、110℃で加熱し、3時間以上保持した後、減圧した状態を保ったまま常温(25℃)まで自然冷却する。この前処理を行った後、評価温度を77Kとし、評価圧力範囲を相対圧(飽和蒸気圧に対する平衡圧力)にて1未満として測定する。   In the pretreatment, the measurement cell charged with 0.05 g of the measurement sample is depressurized to 10 Pa or less with a vacuum pump, heated at 110 ° C., held for 3 hours or more, and kept at a normal temperature while maintaining the depressurized state. Cool naturally to (25 ° C). After performing this pretreatment, the evaluation temperature is 77K, and the evaluation pressure range is measured as a relative pressure (equilibrium pressure with respect to saturated vapor pressure) of less than 1.

特定アルミニウムケイ酸塩は、金属イオンの吸着能が向上する観点から、全細孔容積が0.1cm/g以上であることが好ましく、0.12cm/g以上であることがより好ましく、0.15cm/g以上であることが更に好ましい。また、全細孔容積の上限値は特に制限が無い。全細孔容積が大きすぎると単位質量当たりの空気中の水分吸着量が多くなってしまうため、全細孔容積は1.5m/g以下であることが好ましく、1.2m/g以下であることがより好ましく、1.0m/g以下であることが更に好ましい。 Certain aluminum silicates, from the viewpoint of improving the adsorption capacity of the metal ion is preferably the total pore volume is 0.1 cm 3 / g or more, more preferably 0.12 cm 3 / g or more, More preferably, it is 0.15 cm 3 / g or more. Further, the upper limit value of the total pore volume is not particularly limited. If the total pore volume is too large, the amount of moisture adsorbed in the air per unit mass will increase. Therefore, the total pore volume is preferably 1.5 m 2 / g or less, and 1.2 m 2 / g or less. It is more preferable that it is 1.0 m 2 / g or less.

特定アルミニウムケイ酸塩の全細孔容積は、BET比表面積に基づき、相対圧が0.95以上1未満の範囲で得られたデータの中、相対圧1に最も近いガス吸着量を液体に換算して求める。   The total pore volume of the specific aluminum silicate is based on the BET specific surface area, and the gas adsorption amount closest to the relative pressure 1 is converted to liquid in the data obtained when the relative pressure is 0.95 or more and less than 1. And ask.

不純物イオンのイオン半径が0.01nm〜0.1nm程度であるため、特定アルミニウムケイ酸塩の平均細孔直径は1.5nm以上であることが好ましく、この不純物イオンは配位子を伴った状態で吸着するサイトまで移動するため、2.0nm以上であることがさらに好ましい。また、平均細孔直径の上限値は特に制限が無いが、平均細孔直径が大きい場合、比表面積を低下させてしまうことから、50nm以下であることが好ましく、20nm以下であることがより好ましく、5.0nm以下であることが更に好ましい。
特定アルミニウムケイ酸塩の平均細孔直径は、BET比表面積及び全細孔容積に基づき、全細孔を1つの円筒形細孔で構成されていると仮定して求める。
Since the ion radius of the impurity ion is about 0.01 nm to 0.1 nm, the average pore diameter of the specific aluminum silicate is preferably 1.5 nm or more, and this impurity ion is in a state accompanied by a ligand. It is more preferable that the thickness is 2.0 nm or more. Further, the upper limit value of the average pore diameter is not particularly limited, but when the average pore diameter is large, the specific surface area is decreased, so that it is preferably 50 nm or less, and more preferably 20 nm or less. More preferably, it is 5.0 nm or less.
The average pore diameter of the specific aluminum silicate is determined based on the BET specific surface area and the total pore volume, assuming that all the pores are composed of one cylindrical pore.

特定アルミニウムケイ酸塩は、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、電池膨張を抑制できる。
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 specific aluminum silicate has a water content of preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less. When a lithium ion secondary battery is constituted by having a water content of 10% by mass or less, generation of gas due to water causing electrolysis can be suppressed, and battery expansion can be suppressed.
The water content can be measured by the Karl Fischer method.

特定アルミニウムケイ酸塩の水分含有率を10質量%以下とする方法としては、通常用いられる加熱方法を特に制限無く適用することができる。例えば、大気圧下で、100℃〜300℃程度、6時間〜24時間程度の間、加熱処理する方法が挙げられる。   As a method for setting the moisture content of the specific aluminum silicate to 10% by mass or less, a commonly used heating method can be applied without any particular limitation. For example, the method of heat-processing for about 100 to 300 degreeC and about 6 to 24 hours under atmospheric pressure is mentioned.

(特定アルミニウムケイ酸塩の製造方法)
特定アルミニウムケイ酸塩の製造方法は、(a)ケイ酸イオンを含む溶液及びアルミニウムイオンを含む溶液を混合して反応生成物を得る工程と、(b)前記反応生成物を、脱塩及び固体分離する工程と、(c)前記工程(b)で固体分離されたものを水性媒体中、酸の存在下で加熱処理する工程と、(d)前記工程(c)で加熱処理して得られたものを、脱塩及び固体分離する工程と、を有し、必要に応じてその他の工程を有して構成される。
(Production method of specific aluminum silicate)
The method for producing a specific aluminum silicate includes (a) a step of mixing a solution containing silicate ions and a solution containing aluminum ions to obtain a reaction product, and (b) desalting and solidifying the reaction product. (C) a step of heat-treating the solid separated in the step (b) in an aqueous medium in the presence of an acid; and (d) a heat-treatment in the step (c). And a step of desalting and separating the solid, and having other steps as necessary.

反応生成物であるアルミニウムケイ酸塩を含む溶液から共存イオンを脱塩処理した後に、酸の存在下で加熱処理することで、金属イオン吸着能及び金属イオン選択性に優れる特定アルミニウムケイ酸塩を効率よく製造することができる。
これは例えば以下のように考えることができる。規則的な構造の形成を阻害する共存イオンが除去されたアルミニウムケイ酸塩を、酸の存在下で加熱処理することで、規則的な構造を有する特定アルミニウムケイ酸塩が形成される。特定アルミニウムケイ酸塩が規則的な構造を有することで、不要な金属イオンに対する親和性が向上し、効率よく金属イオンを吸着しつつ金属イオン選択性が高まると考えることができる。
After desalting the coexisting ions from the solution containing the aluminum silicate reaction product, heat treatment is performed in the presence of an acid to produce a specific aluminum silicate excellent in metal ion adsorption ability and metal ion selectivity. It can be manufactured efficiently.
This can be considered as follows, for example. The specific aluminum silicate having a regular structure is formed by heat-treating the aluminum silicate from which the coexisting ions that inhibit the formation of the regular structure are removed in the presence of an acid. It can be considered that the specific aluminum silicate has a regular structure, the affinity for unnecessary metal ions is improved, and the metal ion selectivity is enhanced while efficiently adsorbing the metal ions.

(a)反応生成物を得る工程
反応生成物を得る工程では、ケイ酸イオンを含む溶液と、アルミニウムイオンを含む溶液とを混合して、アルミニウムケイ酸塩及び共存イオンを含む反応生成物を含有する混合溶液を得る。
(A) Step of obtaining reaction product In the step of obtaining reaction product, a solution containing silicate ions and a solution containing aluminum ions are mixed to contain a reaction product containing aluminum silicate and coexisting ions. To obtain a mixed solution.

特定アルミニウムケイ酸塩を製造する際、原料には、ケイ酸イオン及びアルミニウムイオンが必要となる。ケイ酸イオンを含む溶液(以下、「ケイ酸溶液」ともいう)を構成するケイ酸源としては、溶媒和した際にケイ酸イオンが生じるものであれば特に制限されない。ケイ酸源としては、オルトケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシランなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、アルミニウムイオンを含む溶液(以下、「アルミニウム溶液」ともいう)を構成するアルミニウム源は、溶媒和した際にアルミニウムイオンが生じるものであれば特に制限されない。アルミニウム源としては、塩化アルミニウム、過塩素酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、アルミニウムsec−ブトキシド等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
When producing a specific aluminum silicate, silicate ions and aluminum ions are required as raw materials. The silicic acid source constituting the solution containing silicate ions (hereinafter also referred to as “silicate solution”) is not particularly limited as long as silicate ions are generated when solvated. Examples of the silicic acid source include, but are not limited to, tetraalkoxysilane such as sodium orthosilicate, sodium metasilicate, and tetraethoxysilane.
Moreover, the aluminum source which comprises the solution containing aluminum ion (henceforth "aluminum solution") will not be restrict | limited especially if an aluminum ion produces | generates when it solvates. Examples of the aluminum source include, but are not limited to, aluminum chloride, aluminum perchlorate, aluminum nitrate, and aluminum sec-butoxide.

溶媒としては、原料であるケイ酸源及びアルミニウム源と溶媒和し易いものを適宜選択して使用することができる。溶媒としては、具体的には、水、エタノール等を使用することができる。加熱処理時における溶液中の共存イオンの低減、及び、取扱の容易さから、溶媒としては、水を用いることが好ましい。   As the solvent, those which can easily be solvated with the silicate source and the aluminum source which are raw materials can be appropriately selected and used. Specifically, water, ethanol or the like can be used as the solvent. From the viewpoint of reducing coexisting ions in the solution during the heat treatment and ease of handling, it is preferable to use water as the solvent.

これらの原料をそれぞれ溶媒に溶解させて原料溶液(ケイ酸溶液及びアルミニウム溶液)を調製した後、原料溶液を互いに混合して混合溶液を得る。混合溶液中のSi及びAlの元素モル比Si/Alは、得られる特定アルミニウムケイ酸塩におけるSi及びAlの元素モル比Si/Alに合わせて、0.3以上1.0未満となるように調整し、好ましくは0.4以上0.6以下となるように調整し、より好ましくは0.45以上0.55以下となるように調整する。元素モル比Si/Alを0.3以上1.0未満とすることで、所望の規則的な構造を有する特定アルミニウムケイ酸塩が合成され易くなる。   These raw materials are dissolved in a solvent to prepare raw material solutions (silicic acid solution and aluminum solution), and then the raw material solutions are mixed with each other to obtain a mixed solution. The element molar ratio Si / Al in the mixed solution is 0.3 or more and less than 1.0 in accordance with the element molar ratio Si / Al of Si and Al in the specific aluminum silicate obtained. It adjusts, Preferably it adjusts so that it may become 0.4 or more and 0.6 or less, More preferably, it adjusts so that it may become 0.45 or more and 0.55 or less. By setting the element molar ratio Si / Al to 0.3 or more and less than 1.0, a specific aluminum silicate having a desired regular structure can be easily synthesized.

また、原料溶液の混合の際には、アルミニウム溶液に対してケイ酸溶液を徐々に加えることが好ましい。このようにすることで、所望の特定アルミニウムケイ酸塩の形成阻害要因となりうる、ケイ酸の重合を抑えることができる。   In addition, when mixing the raw material solutions, it is preferable to gradually add the silicic acid solution to the aluminum solution. By doing in this way, the polymerization of silicic acid which can become a formation inhibition factor of desired specific aluminum silicate can be suppressed.

ケイ酸溶液のケイ素原子濃度は、特に制限されるものではない。好ましくは1mmol/L〜1000mmol/Lである。
ケイ酸溶液のケイ素原子濃度が1mmol/L以上であると、生産性が向上し、効率よく特定アルミニウムケイ酸塩を製造することができる。またケイ酸溶液のケイ素原子濃度が1000mmol/L以下であると、ケイ素原子濃度に応じて生産性がより向上する。
The silicon atom concentration of the silicic acid solution is not particularly limited. Preferably, it is 1 mmol / L to 1000 mmol / L.
When the silicon atom concentration of the silicate solution is 1 mmol / L or more, the productivity is improved and the specific aluminum silicate can be efficiently produced. Moreover, productivity improves more according to a silicon atom concentration as the silicon atom concentration of a silicic acid solution is 1000 mmol / L or less.

アルミニウム溶液のアルミニウム原子濃度は、特に制限されるものではない。好ましくは100mmol/L〜1000mmol/Lである。
アルミニウム溶液のアルミニウム原子濃度が100mmol/L以上であると、生産性が向上し、効率よく特定アルミニウムケイ酸塩を製造することができる。またアルミニウム原子濃度が1000mmol/L以下であると、アルミニウム原子濃度に応じて生産性がより向上する。
The aluminum atom concentration of the aluminum solution is not particularly limited. Preferably, it is 100 mmol / L to 1000 mmol / L.
When the aluminum atom concentration of the aluminum solution is 100 mmol / L or more, the productivity is improved and the specific aluminum silicate can be produced efficiently. Further, when the aluminum atom concentration is 1000 mmol / L or less, the productivity is further improved according to the aluminum atom concentration.

(b)第一洗浄工程(脱塩及び固体分離)
ケイ酸イオンを含む溶液とアルミニウムイオンを含む溶液とを混合し、得られた混合溶液に、共存イオンを含むアルミニウムケイ酸塩を反応生成物として生成させた後、生成した共存イオンを含むアルミニウムケイ酸塩を脱塩及び固体分離する第一洗浄工程を行う。第一洗浄工程では、混合溶液中から共存イオンの少なくとも一部を除去して混合溶液中の共存イオン濃度を低下させる。第一洗浄工程を行うことで、合成工程において所望の特定アルミニウムケイ酸塩を形成し易くなる。
(B) First washing step (desalting and solid separation)
A solution containing silicate ions and a solution containing aluminum ions are mixed, and an aluminum silicate containing coexisting ions is generated as a reaction product in the obtained mixed solution. A first washing step of desalting the acid salt and separating the solid is performed. In the first washing step, at least a part of the coexisting ions is removed from the mixed solution to reduce the coexisting ion concentration in the mixed solution. By performing the first cleaning step, it is easy to form a desired specific aluminum silicate in the synthesis step.

第一洗浄工程で、脱塩及び固体分離する方法は、ケイ酸源及びアルミニウム源に由来するケイ酸イオン以外のアニオン(例えば塩化物イオン、硝酸イオン)及びアルミニウムイオン以外のカチオン(例えばナトリウムイオン)のうちの少なくとも一部を除去(脱塩)して固体分離できればよく、特に制限されるものではない。第一洗浄工程としては、遠心分離を用いる方法、透析膜を用いる方法、イオン交換樹脂を用いる方法等が挙げられる。   In the first washing step, desalting and solid separation include anions other than silicate ions derived from a silicate source and an aluminum source (for example, chloride ions and nitrate ions) and cations other than aluminum ions (for example, sodium ions). There is no particular limitation as long as at least a part of them can be removed (desalted) and separated into solids. Examples of the first washing step include a method using centrifugation, a method using a dialysis membrane, and a method using an ion exchange resin.

第一洗浄工程は、混合溶液中の共存イオンの濃度が所定の濃度以下になるように行うことが好ましい。例えば、第一洗浄工程で得られる固体分離されたものを、濃度が60g/Lとなるように純水に分散させた場合に、その分散液の電気伝導率が4.0S/m以下となるように洗浄を行なうことが好ましく、1.0mS/m以上3.0S/m以下となるように洗浄を行なうことがより好ましく、1.0mS/m以上2.0S/m以下となるように洗浄を行なうことがより好ましい。
分散液の電気伝導率が4.0S/m以下であると、合成工程において所望の特定アルミニウムケイ酸塩がより形成しやすくなる傾向がある。
尚、電気伝導率は、HORIBA社製:F−55及び同社の一般的な電気伝導率セル:9382−10Dを用いて、常温(25℃)で測定される。
The first washing step is preferably performed so that the concentration of coexisting ions in the mixed solution is equal to or lower than a predetermined concentration. For example, when the solid separated product obtained in the first washing step is dispersed in pure water so as to have a concentration of 60 g / L, the electrical conductivity of the dispersion becomes 4.0 S / m or less. It is preferable to perform the cleaning so that the cleaning is performed at 1.0 mS / m or more and 3.0 S / m or less, and the cleaning is performed at 1.0 mS / m or more and 2.0 S / m or less. It is more preferable to carry out.
When the electrical conductivity of the dispersion is 4.0 S / m or less, the desired specific aluminum silicate tends to be more easily formed in the synthesis step.
In addition, electrical conductivity is measured at normal temperature (25 degreeC) using the product made by HORIBA: F-55 and the company's general electrical conductivity cell: 9382-10D.

第一洗浄工程は、アルミニウムケイ酸塩を溶媒に分散して分散物を得る工程と、前記分散物のpHを5〜8に調整する工程と、アルミニウムケイ酸塩を析出させる工程とを含むことが好ましい。
例えば第一洗浄工程を、遠心分離を用いて行なう場合、以下のようにして行うことができる。分散物にアルカリ等を加えてpHを5〜8に調整する。pHを調整した後の分散物を遠心分離した後、上澄み溶液を排出してゲル状沈殿物として固体分離する。固体分離されたものを溶媒に再分散させる。その際、分散物の容積を、例えば溶媒を用いて遠心分離前の容積に戻すことが好ましい。再分散させた分散液を同様にして遠心分離して脱塩及び固体分離する操作を繰り返すことで、共存イオンの濃度を所定の濃度以下にすることができる。
The first washing step includes a step of dispersing aluminum silicate in a solvent to obtain a dispersion, a step of adjusting the pH of the dispersion to 5 to 8, and a step of depositing aluminum silicate. Is preferred.
For example, when performing a 1st washing | cleaning process using centrifugation, it can carry out as follows. The pH is adjusted to 5-8 by adding alkali or the like to the dispersion. After centrifuging the dispersion after adjusting the pH, the supernatant solution is discharged and the solid is separated as a gel-like precipitate. The separated solid is redispersed in a solvent. In that case, it is preferable to return the volume of the dispersion to the volume before centrifugation using, for example, a solvent. The concentration of the coexisting ions can be reduced to a predetermined concentration or less by repeating the operations of desalting and solid separation by centrifugal separation of the redispersed dispersion in the same manner.

第一洗浄工程においては、分散物のpHを例えば5〜8に調整する。分散物のpHは5.5〜6.8であることが好ましく、5.8〜6.5であることがより好ましい。pH調整に用いるアルカリは特に制限されない。pH調整に用いるアルカリとしては、水酸化ナトリウム、アンモニア等が好ましい。   In the first washing step, the pH of the dispersion is adjusted to 5 to 8, for example. The pH of the dispersion is preferably 5.5 to 6.8, and more preferably 5.8 to 6.5. The alkali used for pH adjustment is not particularly limited. As the alkali used for pH adjustment, sodium hydroxide, ammonia and the like are preferable.

また遠心分離の条件は、製造規模又は使用する容器の種類若しくは大きさ等に応じて適宜選択される。遠心分離の条件としては、例えば、室温下、1200G以上で1分〜30分間とすることができる。具体的には、遠心分離の条件としては、例えば、遠心分離装置としてTOMY社製:Suprema23、及び同社のスタンダードロータNA−16を用いる場合、室温下、3000rpm(1450G)以上で5〜10分間とすることができる。   Centrifugation conditions are appropriately selected according to the production scale or the type or size of the container used. As conditions for centrifugation, for example, it can be 1 minute to 30 minutes at 1200 G or more at room temperature. Specifically, as the conditions for the centrifugation, for example, when TOMY manufactured by SUMY: SUPREMA23 and the company's standard rotor NA-16 are used as a centrifuge, the temperature is 3000 rpm (1450 G) or more and 5 to 10 minutes at room temperature. can do.

第一洗浄工程における溶媒としては、原料と溶媒和し易いものを適宜選択して使用することができ、溶媒としては、具体的には、水、エタノール等を使用することができる。溶媒としては、加熱合成時における溶液中の共存イオンの低減、及び、取扱の容易さから、水を用いることが好ましく、純水を用いることより好ましい。尚、繰り返し複数回の洗浄を行う際は、混合溶液のpH調整を省略することが好ましい。   As the solvent in the first washing step, a solvent that easily solvates with the raw material can be appropriately selected and used. Specifically, water, ethanol, or the like can be used as the solvent. As the solvent, it is preferable to use water, and more preferable to use pure water, from the viewpoint of reduction of coexisting ions in the solution at the time of heat synthesis and ease of handling. In addition, when performing washing | cleaning of multiple times repeatedly, it is preferable to omit pH adjustment of a mixed solution.

第一洗浄工程における脱塩及び固体分離の処理回数は、共存イオンの残存量に応じて適宜設定すればよい。脱塩及び固体分離の処理回数としては、例えば1回〜6回とすることができ、3回程度がより好ましい。3回程度の洗浄を繰り返すと、共存イオンの残存量が所望の特定アルミニウムケイ酸塩の合成に影響しない程少なくなる。   The number of treatments for desalting and solid separation in the first washing step may be appropriately set according to the remaining amount of coexisting ions. The number of treatments for desalting and solid separation can be, for example, 1 to 6 times, and more preferably about 3 times. If the washing is repeated about three times, the residual amount of coexisting ions is so small that it does not affect the synthesis of the desired specific aluminum silicate.

pH調整する際のpH測定は、一般的なガラス電極を用いたpHメータによって測定できる。具体的には、例えば、株式会社堀場製作所製の商品名:MODEL(F−51)を使用することができる。   The pH at the time of pH adjustment can be measured by a pH meter using a general glass electrode. Specifically, for example, trade name: MODEL (F-51) manufactured by HORIBA, Ltd. can be used.

(c)合成工程
合成工程では、第一洗浄工程で得られた固体分離物を水性媒体中、酸の存在下で加熱処理を行う。
第一洗浄工程において得られた、共存イオンの濃度を低減させたアルミニウムケイ酸塩を含む溶液(分散液)を、酸の存在下に加熱処理することで、規則的な構造を有する特定アルミニウムケイ酸塩を形成することができる。
(C) Synthesis step In the synthesis step, the solid isolate obtained in the first washing step is heat-treated in an aqueous medium in the presence of an acid.
The solution (dispersion) containing aluminum silicate with reduced concentration of coexisting ions obtained in the first washing step is heat-treated in the presence of an acid, whereby a specific aluminum silica having a regular structure is obtained. Acid salts can be formed.

合成工程では、第一洗浄工程で得られた固体分離物を適宜希釈して希薄溶液として合成を行なってもよく、また第一洗浄工程で得られた固体分離物を高濃度溶液として合成を行なってもよい。
合成工程を希薄溶液中で行なうことで、図4に示すような、規則的な構造が管状に伸展した構造を有する特定アルミニウムケイ酸塩(以下、「第一の特定アルミニウムケイ酸塩」ともいう)を得ることができる。また合成工程を高濃度溶液中で行なうことで、図3に示すような、規則的な構造に加えて粘土構造及び非晶質構造を有する特定アルミニウムケイ酸塩(以下、「第二の特定アルミニウムケイ酸塩」ともいう)を得ることができる。尚、第二の特定アルミニウムケイ酸塩は、長さ50nm以上の管状物に成長するのに代えて、粘土構造及び非晶質構造の形成が増大しているものと推測される。
第一及び第二のいずれの特定アルミニウムケイ酸塩も特定の規則的な構造を有することにより、優れた金属イオン吸着能及び金属イオン選択性を示す。
In the synthesis step, the solid isolate obtained in the first washing step may be appropriately diluted to synthesize as a dilute solution, or the solid isolate obtained in the first washing step may be synthesized as a high concentration solution. May be.
By performing the synthesis step in a dilute solution, a specific aluminum silicate having a structure in which a regular structure is extended into a tubular shape as shown in FIG. 4 (hereinafter also referred to as “first specific aluminum silicate”). ) Can be obtained. Further, by performing the synthesis step in a high concentration solution, a specific aluminum silicate having a clay structure and an amorphous structure in addition to the regular structure as shown in FIG. Silicate "). In addition, it replaces with the 2nd specific aluminum silicate growing in the tubular thing of 50 nm or more in length, It is estimated that the formation of a clay structure and an amorphous structure is increasing.
Since both the first and second specific aluminum silicates have a specific regular structure, they exhibit excellent metal ion adsorption ability and metal ion selectivity.

合成工程において第一の特定アルミニウムケイ酸塩を得る場合の溶液の希釈条件としては、例えばケイ素原子濃度が20mmol/L以下且つアルミニウム原子濃度が60mmol/L以下とすることができる。中でも金属イオン吸着能及び金属イオン選択性の観点から、希釈条件としては、ケイ素原子濃度が0.1mmol/L以上10mmol/L以下且つアルミニウム原子濃度が0.1mmol/L以上34mmol/L以下であることが好ましく、ケイ素原子濃度が0.1mmol/L以上2mmol/L以下且つアルミニウム原子濃度が0.1mmol/L以上7mmol/L以下であることがより好ましい。
希釈条件として、ケイ素原子濃度を20mmol/L以下且つアルミニウム原子濃度を60mmol/L以下とすることで、第一の特定アルミニウムケイ酸塩を効率よく製造することができる。
As conditions for diluting the solution when obtaining the first specific aluminum silicate in the synthesis step, for example, the silicon atom concentration can be 20 mmol / L or less and the aluminum atom concentration can be 60 mmol / L or less. Among these, from the viewpoint of metal ion adsorption ability and metal ion selectivity, the dilution conditions are a silicon atom concentration of 0.1 mmol / L to 10 mmol / L and an aluminum atom concentration of 0.1 mmol / L to 34 mmol / L. Preferably, the silicon atom concentration is 0.1 mmol / L or more and 2 mmol / L or less, and the aluminum atom concentration is 0.1 mmol / L or more and 7 mmol / L or less.
By setting the silicon atom concentration to 20 mmol / L or less and the aluminum atom concentration to 60 mmol / L or less as the dilution conditions, the first specific aluminum silicate can be efficiently produced.

また合成工程において第二の特定アルミニウムケイ酸塩を得る場合の溶液の高濃度条件としては、例えば、ケイ素原子濃度が100mmol/L以上且つアルミニウム原子濃度が100mmol/L以上とすることができる。中でも金属イオン吸着能及び金属イオン選択性の観点から、高濃度条件としては、ケイ素原子濃度が120mmol/L以上2000mmol/L以下且つアルミニウム原子濃度が120mmol/L以上2000mmol/L以下であることが好ましく、ケイ素原子濃度が150mmol/L以上1500mmol/L以下且つアルミニウム原子濃度が150mmol/L以上1500mmol/L以下であることがより好ましい。
高濃度条件として、ケイ素原子濃度を100mmol/L以上且つアルミニウム原子濃度を100mmol/L以上とすることで、第二の特定アルミニウムケイ酸塩を効率よく製造することができ、さらに特定アルミニウムケイ酸塩の生産性も向上する。
Moreover, as a high concentration condition of the solution when obtaining the second specific aluminum silicate in the synthesis step, for example, the silicon atom concentration can be 100 mmol / L or more and the aluminum atom concentration can be 100 mmol / L or more. Among these, from the viewpoint of metal ion adsorption ability and metal ion selectivity, the high concentration condition is preferably a silicon atom concentration of 120 mmol / L or more and 2000 mmol / L or less and an aluminum atom concentration of 120 mmol / L or more and 2000 mmol / L or less. More preferably, the silicon atom concentration is 150 mmol / L to 1500 mmol / L and the aluminum atom concentration is 150 mmol / L to 1500 mmol / L.
By setting the silicon atom concentration to 100 mmol / L or higher and the aluminum atom concentration to 100 mmol / L or higher as the high concentration condition, the second specific aluminum silicate can be efficiently produced. Productivity is also improved.

尚、上記ケイ素原子濃度及びアルミニウム原子濃度は、後述する酸性化合物を加えてpHを所定の範囲に調整した後の、溶液におけるケイ素原子濃度及びアルミニウム素子濃度である。
また、ケイ素原子濃度及びアルミニウム原子濃度は、ICP発光分光装置(例えば、日立製作所社製ICP発光分光装置:P−4010)を用いて測定される。
The silicon atom concentration and the aluminum atom concentration are the silicon atom concentration and the aluminum element concentration in the solution after adding an acidic compound to be described later and adjusting the pH to a predetermined range.
In addition, the silicon atom concentration and the aluminum atom concentration are measured using an ICP emission spectrometer (for example, ICP emission spectrometer: P-4010 manufactured by Hitachi, Ltd.).

ケイ素原子濃度及びアルミニウム原子濃度が所定の濃度となるように調整する際には、溶液に溶媒を加えてもよい。溶媒としては、原料と溶媒和し易いものを適宜選択して使用することができる。溶媒としては、具体的には、水、エタノール等を使用することができ、加熱処理時における溶液中の共存イオンの低減、及び取扱の容易さから、水を用いることが好ましい。   When adjusting so that the silicon atom concentration and the aluminum atom concentration become predetermined concentrations, a solvent may be added to the solution. As the solvent, those which are easily solvated with the raw material can be appropriately selected and used. Specifically, water, ethanol or the like can be used as the solvent, and it is preferable to use water from the viewpoint of reducing coexisting ions in the solution during the heat treatment and ease of handling.

合成工程においては、加熱処理の前に酸性化合物の少なくとも1種を、溶液に加える。酸性化合物を加えた後の溶液のpHは特に制限されない。所望の特定アルミニウムケイ酸塩を効率よく得る観点から、溶液は、pH3以上7未満であることが好ましく、pH3以上5以下であることがより好ましい。   In the synthesis step, at least one acidic compound is added to the solution before the heat treatment. The pH of the solution after adding the acidic compound is not particularly limited. From the viewpoint of efficiently obtaining the desired specific aluminum silicate, the solution is preferably pH 3 or more and less than 7, and more preferably pH 3 or more and 5 or less.

合成工程において加える酸性化合物は特に制限されるものではなく、有機酸であっても無機酸であってもよい。中でも無機酸を用いることが好ましい。無機酸として具体的には、塩酸、過塩素酸、硝酸等を挙げることができる。後に続く加熱処理時における溶液中の共存イオン種の低減を考慮すれば、使用したアルミニウム源に含まれるアニオンと同様のアニオンを生成する酸性化合物を用いることが好ましい。   The acidic compound added in the synthesis step is not particularly limited, and may be an organic acid or an inorganic acid. Among these, it is preferable to use an inorganic acid. Specific examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, perchloric acid, nitric acid and the like. Considering the reduction of coexisting ion species in the solution during the subsequent heat treatment, it is preferable to use an acidic compound that generates an anion similar to the anion contained in the used aluminum source.

酸性化合物を溶液に加えた後、加熱処理を行うことで、所望の構造を有する特定アルミニウムケイ酸塩を得ることができる。
加熱温度は特に制限されない。所望の特定アルミニウムケイ酸塩を効率よく得る観点から、加熱温度は80℃〜160℃であることが好ましい。
加熱温度が160℃以下であると、ベーマイト(水酸化アルミニウム)が析出することを抑制することができる傾向がある。また加熱温度が80℃以上であると、所望の特定アルミニウムケイ酸塩の合成速度が向上し、より効率よく所望の特定アルミニウムケイ酸塩を製造できる傾向がある。
After adding an acidic compound to a solution, the specific aluminum silicate which has a desired structure can be obtained by performing heat processing.
The heating temperature is not particularly limited. From the viewpoint of efficiently obtaining the desired specific aluminum silicate, the heating temperature is preferably 80 ° C to 160 ° C.
There exists a tendency which can suppress that boehmite (aluminum hydroxide) precipitates that heating temperature is 160 degrees C or less. When the heating temperature is 80 ° C. or higher, the synthesis rate of the desired specific aluminum silicate is improved, and the desired specific aluminum silicate tends to be produced more efficiently.

加熱時間は特に制限されるものではない。所望の構造を有する特定アルミニウムケイ酸塩をより効率的に得る観点から、加熱温度は、96時間(4日)以内であることが好ましい。
加熱時間が96時間以下であると、より効率的に所望の特定アルミニウムケイ酸塩を製造することができる。
The heating time is not particularly limited. From the viewpoint of more efficiently obtaining a specific aluminum silicate having a desired structure, the heating temperature is preferably within 96 hours (4 days).
When the heating time is 96 hours or less, the desired specific aluminum silicate can be more efficiently produced.

(d)第二洗浄工程(脱塩及び固体分離)
合成工程において加熱処理して得られた生成物は、第二洗浄工程において脱塩及び固体分離に供される。これにより優れた金属イオン吸着能及び金属イオン選択性を有する特定アルミニウムケイ酸塩を得ることができる。これは例えば以下のように考えることができる。すなわち合成工程において加熱処理して得られた生成物は、特定アルミニウムケイ酸塩の吸着サイトが共存イオンで塞がれている場合があり、期待する程の金属イオン吸着能は得られない場合がある。そのため、合成工程で得られた生成物としての特定アルミニウムケイ酸塩から共存イオンの少なくとも一部を、脱塩及び固体分離することにより除去する第二洗浄工程を行うことにより、優れた金属イオン吸着能及び金属イオン選択性を有する特定アルミニウムケイ酸塩を得ることができると考えることができる。
(D) Second washing step (desalting and solid separation)
The product obtained by heat treatment in the synthesis step is subjected to desalting and solid separation in the second washing step. Thereby, the specific aluminum silicate which has the outstanding metal ion adsorption ability and metal ion selectivity can be obtained. This can be considered as follows, for example. In other words, the product obtained by heat treatment in the synthesis process may have a specific aluminum silicate adsorption site clogged with coexisting ions, and the expected metal ion adsorption capacity may not be obtained. is there. Therefore, excellent metal ion adsorption is achieved by performing a second washing step that removes at least a part of the coexisting ions from the specific aluminum silicate as a product obtained in the synthesis step by desalting and solid separation. It can be considered that specific aluminum silicates having high performance and metal ion selectivity can be obtained.

第二洗浄工程では、洗浄(脱塩及び固体分離)処理により、ケイ酸イオン以外のアニオン及びアルミニウムイオン以外のカチオンの少なくとも一部を除去できればよい。第二洗浄工程で適用される洗浄処理としては、合成工程前の第一洗浄工程と同様の操作であっても、異なる操作であってもよい。
第二洗浄工程は、共存イオンの濃度が所定の濃度以下になるように行うことが好ましい。具体的には例えば第二洗浄工程で得られる固体分離されたものを、濃度が60g/Lとなるように純水に分散させた場合に、その分散液の電気伝導率が4.0S/m以下となるように行なうことが好ましく、1.0mS/m以上3.0S/m以下となるように行なうことがより好ましく、1.0mS/m以上2.0S/m以下となるように行なうことがより好ましい。
分散液の電気伝導率が4.0S/m以下であると、優れた金属イオン吸着能及び金属イオン選択性を有する特定アルミニウムケイ酸塩を得られやすくなる傾向がある。
In the second washing step, it is sufficient that at least a part of anions other than silicate ions and cations other than aluminum ions can be removed by washing (desalting and solid separation) treatment. The washing treatment applied in the second washing step may be the same operation as the first washing step before the synthesis step or a different operation.
The second washing step is preferably performed so that the concentration of coexisting ions is not more than a predetermined concentration. Specifically, for example, when the solid separated product obtained in the second washing step is dispersed in pure water so as to have a concentration of 60 g / L, the electrical conductivity of the dispersion is 4.0 S / m. It is preferable to carry out so that it is less than or equal to 1.0 mS / m or more and 3.0 S / m or less, more preferably 1.0 mS / m or more and 2.0 S / m or less. Is more preferable.
When the electrical conductivity of the dispersion is 4.0 S / m or less, it tends to be easy to obtain a specific aluminum silicate having excellent metal ion adsorption ability and metal ion selectivity.

第二洗浄工程を、遠心分離を用いて行なう場合、例えば以下のようにして行うことができる。加熱処理後に得られた生成物に溶媒を添加して混合溶液を得る。混合溶液にアルカリ等を加えてpHを5〜10に調整する。pHを調整した混合溶液を遠心分離した後、上澄み溶液を排出してゲル状沈殿物として固体分離する。次いで固体分離されたものを溶媒に再分散させる。その際、分散液の容積を、遠心分離前の容積に戻すことが好ましい。再分散させた分散液を同様にして遠心分離して脱塩及び固体分離する操作を繰り返すことで、共存イオンの濃度を所定の濃度以下にすることができる。   When performing a 2nd washing | cleaning process using centrifugation, it can carry out as follows, for example. A solvent is added to the product obtained after the heat treatment to obtain a mixed solution. The pH is adjusted to 5 to 10 by adding alkali or the like to the mixed solution. After centrifuging the mixed solution whose pH has been adjusted, the supernatant solution is discharged and the solid is separated as a gel-like precipitate. The solid separated is then redispersed in a solvent. At that time, the volume of the dispersion is preferably returned to the volume before the centrifugation. The concentration of the coexisting ions can be reduced to a predetermined concentration or less by repeating the operations of desalting and solid separation by centrifugal separation of the redispersed dispersion in the same manner.

第二洗浄工程においては、混合溶液のpHを例えば5〜10に調整することが好ましく、8〜10であることがより好ましい。pH調整に用いるアルカリは特に制限されない。pH調整に用いるアルカリとしては、水酸化ナトリウム、アンモニア等が好ましい。   In the second washing step, the pH of the mixed solution is preferably adjusted to 5 to 10, for example, and more preferably 8 to 10. The alkali used for pH adjustment is not particularly limited. As the alkali used for pH adjustment, sodium hydroxide, ammonia and the like are preferable.

また遠心分離の条件は、製造規模又は使用する容器の種類若しくは大きさ等に応じて適宜選択される。遠心分離の条件としては、例えば、室温下、1200G以上で1分〜30分間とすることができる。遠心分離の条件としては、具体的には例えば、遠心分離装置としてTOMY社製:Suprema23、及び同社のスタンダードロータNA−16を用いる場合、室温下、3000rpm(1450G)以上で5分〜10分間とすることができる。   Centrifugation conditions are appropriately selected according to the production scale or the type or size of the container used. As conditions for centrifugation, for example, it can be 1 minute to 30 minutes at 1200 G or more at room temperature. Specific examples of the centrifugation conditions include, for example, when TOMY made by TOMY: Suprema23 and the company's standard rotor NA-16 are used as a centrifuge, at 3000 rpm (1450 G) or more at room temperature for 5 minutes to 10 minutes. can do.

第二洗浄工程における溶媒としては、加熱処理後の生成物と溶媒和し易いものを適宜選択して使用することができ、溶媒としては、具体的には、水、エタノール等を使用することができる。溶媒としては、共存イオンの低減、及び、取扱の容易さから、水を用いることが好ましく、純水を用いることより好ましい。尚、繰り返し複数回の洗浄を行う際は、混合溶液のpH調整を省略することが好ましい。   As the solvent in the second washing step, a solvent that can easily be solvated with the product after the heat treatment can be appropriately selected and used. Specifically, water, ethanol, or the like can be used as the solvent. it can. As the solvent, it is preferable to use water from the viewpoint of reducing coexisting ions and ease of handling, and it is more preferable to use pure water. In addition, when performing washing | cleaning of multiple times repeatedly, it is preferable to omit pH adjustment of a mixed solution.

第二洗浄工程における脱塩及び固体分離の処理回数は、共存イオンの残存量によって設定すればよい。脱塩及び固体分離の処理回数としては、1回〜6回が好ましく、3回程度がより好ましい。3回程度の洗浄を繰り返すと、特定アルミニウムケイ酸塩における共存イオンの残存量が充分に低減される。   The number of treatments for desalting and solid separation in the second washing step may be set according to the remaining amount of coexisting ions. The number of treatments for desalting and solid separation is preferably 1 to 6 times, more preferably about 3 times. When the washing is repeated about 3 times, the residual amount of coexisting ions in the specific aluminum silicate is sufficiently reduced.

第二洗浄工程後の分散液については、残存する共存イオンの中でも、特に特定アルミニウムケイ酸塩の吸着能に影響を与える塩化物イオン及びナトリウムイオンの濃度が低減されていることが好ましい。すなわち、第二洗浄工程における洗浄後の特定アルミニウムケイ酸塩は、当該特定アルミニウムケイ酸塩を水に分散させて濃度400mg/Lの水分散液を調製したとき、当該水分散液において塩化物イオン濃度100mg/L以下及びナトリウムイオン濃度100mg/L以下を与えることが好ましい。塩化物イオン濃度100mg/L以下且つナトリウムイオン濃度100mg/L以下であると、吸着能を更に向上させることができる。塩化物イオン濃度は、50mg/L以下がより好ましく、10mg/L以下が更に好ましい。ナトリウムイオン濃度は、50mg/L以下がより好ましく、10mg/L以下が更に好ましい。塩化物イオン濃度及びナトリウムイオン濃度は、洗浄工程の処理回数又はpH調整に使用するアルカリの種類により調整することができる。
尚、塩化物イオン濃度及びナトリウムイオン濃度は、イオンクロマトグラフィー(例えば、ダイオネクス社製DX−320及びDX−100)により通常の条件で測定される。
また、特定アルミニウムケイ酸塩の分散物の濃度は、固体分離されたものを110℃、24時間乾燥して得られる固体の質量を基準とする。
About the dispersion liquid after a 2nd washing | cleaning process, it is preferable that the density | concentration of the chloride ion and sodium ion which especially affect the adsorption capacity of specific aluminum silicate among the remaining coexisting ions is reduced. That is, when the specific aluminum silicate after washing in the second washing step is prepared by dispersing the specific aluminum silicate in water to prepare an aqueous dispersion having a concentration of 400 mg / L, chloride ions are contained in the aqueous dispersion. It is preferable to give a concentration of 100 mg / L or less and a sodium ion concentration of 100 mg / L or less. When the chloride ion concentration is 100 mg / L or less and the sodium ion concentration is 100 mg / L or less, the adsorption ability can be further improved. The chloride ion concentration is more preferably 50 mg / L or less, and still more preferably 10 mg / L or less. The sodium ion concentration is more preferably 50 mg / L or less, and still more preferably 10 mg / L or less. Chloride ion concentration and sodium ion concentration can be adjusted by the number of treatments in the washing step or the type of alkali used for pH adjustment.
The chloride ion concentration and sodium ion concentration are measured under normal conditions by ion chromatography (for example, DX-320 and DX-100 manufactured by Dionex).
Moreover, the density | concentration of the dispersion of a specific aluminum silicate is based on the mass of the solid obtained by drying what was separated into solids at 110 degreeC for 24 hours.

尚、ここで述べる「第二洗浄工程後の分散液」とは、第二洗浄工程を終了した後に、第二洗浄工程を行う前の容積に、溶媒を用いて容積を戻した分散液を意味する。用いる溶媒は、原料と溶媒和し易いものを適宜選択して使用することができ、具体的には、水、エタノール等を使用することができるが、特定アルミニウムケイ酸塩における共存イオンの残存量の低減、及び、取扱の容易さから、水を用いることが好ましい。   The “dispersion after the second washing step” described here means a dispersion in which the volume is returned to the volume before the second washing step after the second washing step by using a solvent. To do. As the solvent to be used, a solvent that easily solvates with the raw material can be appropriately selected and used. Specifically, water, ethanol or the like can be used, but the residual amount of coexisting ions in the specific aluminum silicate It is preferable to use water from the viewpoint of reduction of the amount and ease of handling.

特定アルミニウムケイ酸塩のBET比表面積は、第二洗浄工程の処理方法(例えば、合成溶液にアルカリを加えてpHを5〜10に調整し、遠心分離した後、上澄み溶液を排出してゲル状沈殿物として残った特定アルミニウムケイ酸塩を溶媒に再分散させ、遠心分離前の容積に戻す処理を一度もしくは複数回繰り返す方法)により調整することができる。   The BET specific surface area of the specific aluminum silicate is determined by the processing method of the second washing step (for example, adding alkali to the synthesis solution to adjust the pH to 5-10, centrifuging, then discharging the supernatant solution to form a gel The specific aluminum silicate remaining as a precipitate is redispersed in a solvent, and the process of returning to the volume before centrifugation is repeated once or a plurality of times.

また特定アルミニウムケイ酸塩の全細孔容積は、第二洗浄工程の処理方法(例えば、合成溶液にアルカリを加えてpHを5〜10に調整し、遠心分離した後、上澄み溶液を排出してゲル状沈殿物として残った特定アルミニウムケイ酸塩を溶媒に再分散させ、遠心分離前の容積に戻す処理を一度もしくは複数回繰り返す方法)により調整することができる。   The total pore volume of the specific aluminum silicate is determined by the processing method of the second washing step (for example, adding alkali to the synthesis solution to adjust the pH to 5-10, centrifuging, and discharging the supernatant solution). The specific aluminum silicate remaining as a gel-like precipitate can be adjusted by a method of redispersing in a solvent and returning to the volume before centrifugation once or a plurality of times.

また特定アルミニウムケイ酸塩の平均細孔直径は、第二洗浄工程の処理方法(例えば、合成溶液にアルカリを加えてpHを5〜10に調整し、遠心分離した後、上澄み溶液を排出してゲル状沈殿物として残った特定アルミニウムケイ酸塩を溶媒に再分散させ、遠心分離前の容積に戻す処理を一度もしくは複数回繰り返す方法)により調整することができる。   In addition, the average pore diameter of the specific aluminum silicate is determined by the processing method of the second washing step (for example, adding alkali to the synthesis solution to adjust the pH to 5-10, centrifuging, and then discharging the supernatant solution. The specific aluminum silicate remaining as a gel-like precipitate can be adjusted by a method of redispersing in a solvent and returning to the volume before centrifugation once or a plurality of times.

(リチウムイオン二次電池用負極の構成)
リチウムイオン二次電池用負極は、特定アルミニウムケイ酸塩が含有されている。特定アルミニウムケイ酸塩を含有するリチウム二次電池用負極では、特定アルミニウムケイ酸塩によって不純物イオンが捕捉されるため、負極で金属イオンが還元されて金属が析出するのを抑えることができる。これにより、電池の短絡が抑えられる。特に、特定アルミニウムケイ酸塩が負極の表面に付与されることで、負極表面において、イオン化した不純物イオンが還元される前に捕捉されるため、効果的に負極での不純物イオンの還元による金属の析出が抑えられる。
(Configuration of negative electrode for lithium ion secondary battery)
The negative electrode for lithium ion secondary batteries contains specific aluminum silicate. In the negative electrode for a lithium secondary battery containing the specific aluminum silicate, impurity ions are captured by the specific aluminum silicate, so that the metal ions are reduced and the metal is prevented from being precipitated at the negative electrode. Thereby, the short circuit of a battery is suppressed. In particular, since the specific aluminum silicate is applied to the surface of the negative electrode, the ionized impurity ions are captured on the negative electrode surface before being reduced. Precipitation is suppressed.

このように特定アルミニウムケイ酸塩による不要な金属イオン(不純物イオン又は溶出イオン)の捕捉が行われるという観点から、特定アルミニウムケイ酸塩は負極に含有されていれば、その他の構成は特に制限されない。例えば、具体的なリチウムイオン二次電池用負極の態様としては、集電体の上に負極活物質を含有する層(以下「負極層」と称する場合がある)が設けられ、前記負極層の表面に、特定アルミニウムケイ酸塩を含有する層が設けられた負極を挙げることができる。   From the viewpoint that unnecessary metal ions (impurity ions or eluted ions) are captured by the specific aluminum silicate as described above, other configurations are not particularly limited as long as the specific aluminum silicate is contained in the negative electrode. . For example, as a specific aspect of the negative electrode for a lithium ion secondary battery, a layer containing a negative electrode active material (hereinafter sometimes referred to as “negative electrode layer”) is provided on a current collector, A negative electrode in which a layer containing a specific aluminum silicate is provided on the surface can be given.

1)集電体
リチウムイオン二次電池用負極における集電体は、リチウムイオン二次電池用負極に用いられる通常の集電体を適用することができ、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等の金属又は合金を、箔状、穴開け箔状、メッシュ状等にした帯状のものを用いることができる。また、多孔性材料も使用可能である。多孔性材料としては、ポーラスメタル(発泡メタル)、カーボンペーパー等を挙げることができる。
1) Current collector As the current collector in the negative electrode for a lithium ion secondary battery, a normal current collector used for a negative electrode for a lithium ion secondary battery can be applied. For example, aluminum, copper, nickel, titanium, A strip or the like made of a metal or an alloy such as stainless steel in a foil shape, a perforated foil shape, a mesh shape, or the like can be used. A porous material can also be used. Examples of the porous material include porous metal (foamed metal) and carbon paper.

2)負極
負極層は、前記集電体の少なくとも一方の面上に設けられ、負極活物質を含有する。
負極活物質としては、リチウムイオン二次電池用負極に用いられる通常のものを適用することができる。負極活物質としては、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、導電性高分子材料等を挙げることができる。負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、ケイ素、チタン酸リチウム等を単独或いは2種以上を併用して使用することができる。
2) Negative electrode The negative electrode layer is provided on at least one surface of the current collector and contains a negative electrode active material.
As a negative electrode active material, the normal thing used for the negative electrode for lithium ion secondary batteries is applicable. Examples of the negative electrode active material include carbon materials that can be doped or intercalated with lithium ions, metal compounds, metal oxides, metal sulfides, and conductive polymer materials. As the negative electrode active material, natural graphite, artificial graphite, silicon, lithium titanate or the like can be used alone or in combination of two or more.

前記負極層はバインダを含有してもよい。前記バインダとしては、特に限定されず、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体;エチレン性不飽和カルボン酸エステル(メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等)、及びエチレン性不飽和カルボン酸(アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等)を共重合して得られる(メタ)アクリル共重合体;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、ポリアミドイミドなどの高分子化合物が挙げられる。   The negative electrode layer may contain a binder. The binder is not particularly limited. For example, styrene-butadiene copolymer; ethylenically unsaturated carboxylic acid ester (methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, hydroxyethyl (meth)) Acrylate, etc.), and (meth) acrylic copolymers obtained by copolymerizing ethylenically unsaturated carboxylic acids (acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, maleic acid, etc.); polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide , Polymer compounds such as polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyimide, and polyamideimide.

集電体上に負極層を形成する方法としては、前記負極活物質及び前記バインダを溶媒とともに撹拌機、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合剤スラリーを調製し、これを前記集電体上に付与して乾燥する方法が挙げられる。又は、ペースト状の負極合剤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して得てもよい。   As a method of forming a negative electrode layer on a current collector, a negative electrode mixture slurry is prepared by kneading the negative electrode active material and the binder together with a solvent by a dispersing device such as a stirrer, a ball mill, a super sand mill, and a pressure kneader. And a method of applying this to the current collector and drying it. Alternatively, the paste-like negative electrode mixture slurry may be formed into a sheet shape, a pellet shape, or the like and integrated with the current collector.

前記負極の負極層中のバインダの含有比率は、負極活物質とバインダの合計100質量部に対して0.5質量部〜20質量部であることが好ましく、1質量部〜10質量部であることがより好ましい。
前記バインダの含有比率が0.5質量部以上であることで密着性が良好で、充放電時の膨張又は収縮によって負極が破壊されることが抑制される。一方、20質量部以下であることで、電極抵抗が大きくなることを抑制できる。
The content ratio of the binder in the negative electrode layer of the negative electrode is preferably 0.5 parts by mass to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the negative electrode active material and the binder, and is 1 part by mass to 10 parts by mass. It is more preferable.
Adhesiveness is good when the content ratio of the binder is 0.5 parts by mass or more, and the negative electrode is prevented from being destroyed by expansion or contraction during charge / discharge. On the other hand, it can suppress that electrode resistance becomes large because it is 20 mass parts or less.

また、上記負極合剤スラリーには、必要に応じて、導電剤を混合してもよい。導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック、導電性を示す酸化物、導電性を示す窒化物等が挙げられる。導電剤の使用量は、負極活物質に対して0.1質量%〜20質量%程度とすればよい。   Moreover, you may mix a electrically conductive agent with the said negative mix slurry as needed. Examples of the conductive agent include carbon black, graphite, acetylene black, conductive oxide, and conductive nitride. The usage-amount of a electrically conductive agent should just be about 0.1 mass%-20 mass% with respect to a negative electrode active material.

また負極合剤スラリーには、粘度を調整するために増粘剤を添加してもよい。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸(塩)、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等を使用することができる。   Further, a thickener may be added to the negative electrode mixture slurry in order to adjust the viscosity. As the thickener, for example, carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (salt), oxidized starch, phosphorylated starch, casein and the like can be used.

上記負極合剤スラリーを集電体に付与する方法としては、特に限定されない。付与方法としては、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、スクリーン印刷法等公知の方法が挙げられる。付与後は、必要に応じて平板プレス、カレンダーロール等による圧延処理を行うことが好ましい。   The method for applying the negative electrode mixture slurry to the current collector is not particularly limited. Examples of the application method include 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. After the application, it is preferable to perform a rolling process using a flat plate press, a calender roll, or the like as necessary.

また、シート状、ペレット状等の形状に成形された負極合剤スラリーと集電体との一体化は、ロール、プレス、これらの組み合わせ等、公知の方法により行うことができる。   Further, the integration of the negative electrode mixture slurry and the current collector formed into a sheet shape, a pellet shape or the like can be performed by a known method such as a roll, a press, or a combination thereof.

負極層の厚みとしては、一般的には1μm以上500μm以下であり、好ましくは10μm以上300μm以下である。   The thickness of the negative electrode layer is generally 1 μm or more and 500 μm or less, preferably 10 μm or more and 300 μm or less.

前記集電体上に形成された負極層及び集電体と一体化した負極層は、用いたバインダに応じて熱処理することが好ましい。例えば、ポリアクリロニトリルを主骨格としたバインダを用いた場合は、100℃〜180℃で、ポリイミド、ポリアミドイミドを主骨格としたバインダを用いた場合には150℃〜450℃で熱処理することが好ましい。
この熱処理により溶媒の除去、又はバインダの硬化による高強度化が進み、粒子間及び粒子と集電体間の密着性を向上できる。尚、これらの熱処理は、処理中の集電体の酸化を防ぐため、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性雰囲気、又は真空雰囲気で行うことが好ましい。
The negative electrode layer formed on the current collector and the negative electrode layer integrated with the current collector are preferably heat-treated according to the binder used. For example, when a binder having polyacrylonitrile as the main skeleton is used, heat treatment is preferably performed at 100 ° C. to 180 ° C., and when using a binder having polyimide or polyamideimide as the main skeleton at 150 ° C. to 450 ° C. .
This heat treatment increases the strength by removing the solvent or curing the binder, and can improve the adhesion between the particles and between the particles and the current collector. These heat treatments are preferably performed in an inert atmosphere such as helium, argon, nitrogen, or a vacuum atmosphere in order to prevent oxidation of the current collector during the treatment.

また、熱処理後に、負極は加圧プレス(加圧処理)することが好ましい。加圧処理することで電極密度を調整することができる。例えば、天然黒鉛を負極材として用いたリチウムイオン二次電池用負極では、電極密度が1.0g/cm〜2.0g/cmであることが好ましい。電極密度については、高いほど体積容量が向上する。 Moreover, it is preferable that the negative electrode is pressure-pressed (pressure treatment) after the heat treatment. The electrode density can be adjusted by applying pressure treatment. For example, natural graphite in a negative electrode for a lithium ion secondary battery using as a negative electrode material, it is preferable electrode density of 1.0g / cm 3 ~2.0g / cm 3 . About electrode density, volume capacity improves, so that it is high.

3)特定アルミニウムケイ酸塩を含有する層
前記特定アルミニウムケイ酸塩を含有する層は、前記負極層の上に設けられ、いずれの方法によって形成されていてもよい。そのなかでも、負極上に均一に特定アルミニウムケイ酸塩を分散させることができ、それにより不要な金属イオンを効果的に吸着することができる観点から、特定アルミニウムケイ酸塩を含む分散液によって形成されることが好ましい。
3) Layer containing specific aluminum silicate The layer containing the specific aluminum silicate is provided on the negative electrode layer and may be formed by any method. Among them, the specific aluminum silicate can be uniformly dispersed on the negative electrode, thereby forming an aqueous dispersion containing the specific aluminum silicate from the viewpoint of effectively adsorbing unnecessary metal ions. It is preferred that

前記分散液は、例えば、特定アルミニウムケイ酸塩をバインダや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調製することができる。この分散液を前記負極層の上に塗布して特定アルミニウムケイ酸塩を含有する層を形成することができる。   The dispersion can be prepared, for example, by kneading a specific aluminum silicate together with a binder and a solvent by a dispersing device such as a stirrer, a ball mill, a super sand mill, or a pressure kneader. This dispersion can be applied onto the negative electrode layer to form a layer containing a specific aluminum silicate.

上記分散液を負極層上に塗布する方法としては、特に限定されない。付与方法としては、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、スクリーン印刷法等公知の方法が挙げられる。付与後は、必要に応じて平板プレス、カレンダーロール等による圧延処理を行うことが好ましい。   The method for applying the dispersion on the negative electrode layer is not particularly limited. Examples of the application method include 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. After the application, it is preferable to perform a rolling process using a flat plate press, a calender roll, or the like as necessary.

前記分散液の溶媒としては、水、1−メチル−2−ピロリドン、アルコール類(メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−2−プロパノールなど)等が挙げられ、環境負荷の低減の観点から水であることがより好ましい。   Examples of the solvent for the dispersion include water, 1-methyl-2-pyrrolidone, alcohols (methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2 -Methyl-2-propanol and the like, and water is more preferable from the viewpoint of reducing the environmental load.

前記分散液中の特定アルミニウムケイ酸塩の含有率は、例えば、0.01質量%〜50質量%であることが好ましく、0.1質量%〜30質量%であることがより好ましく、1質量%〜20質量%であることが更に好ましい。   The content of the specific aluminum silicate in the dispersion is, for example, preferably 0.01% to 50% by mass, more preferably 0.1% to 30% by mass, and 1% by mass. It is still more preferable that it is% -20 mass%.

リチウムイオン二次電池用負極における特定アルミニウムケイ酸塩の付与量は、0.01g/m〜50g/m程度であることが好ましく、0.05g/m〜30g/mであることがより好ましく、0.1g/m〜20g/mであることが更に好ましい。 Application amount of the specific aluminum silicate in the negative electrode for a lithium ion secondary battery, it is preferably 0.01g / m 2 ~50g / m 2 about a 0.05g / m 2 ~30g / m 2 it is more preferable, and further preferably from 0.1g / m 2 ~20g / m 2 .

前記分散液は、更にバインダを含有することが好ましい。特定アルミニウムケイ酸塩の分散液をバインダに添加することで特定アルミニウムケイ酸塩が正極に固定化される。このため、電池を作製する際に特定アルミニウムケイ酸塩が粉落ちすることない上、充放電時でも負極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。
前記分散液に含有させるバインダとしては、前記負極層で説明したバインダを適用することができる。
The dispersion preferably further contains a binder. The specific aluminum silicate is fixed to the positive electrode by adding the dispersion of the specific aluminum silicate to the binder. For this reason, when producing a battery, since specific aluminum silicate does not fall off and can exist on a negative electrode also at the time of charging / discharging, an unnecessary metal ion can be adsorb | sucked efficiently.
As the binder to be contained in the dispersion, the binder described in the negative electrode layer can be applied.

また分散液には、粘度を調整するために増粘剤を添加してもよい。増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸(塩)、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等を使用することができる。   A thickener may be added to the dispersion to adjust the viscosity. As the thickener, carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (salt), oxidized starch, phosphorylated starch, casein and the like can be used.

また、上記分散液には、必要に応じて、導電剤を混合してもよい。導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック、導電性を示す酸化物、導電性を示す窒化物等が挙げられる。導電剤の使用量は、負極活物質に対して0.1質量%〜20質量%程度とすればよい。   Moreover, you may mix a electrically conductive agent with the said dispersion liquid as needed. Examples of the conductive agent include carbon black, graphite, acetylene black, conductive oxide, and conductive nitride. The usage-amount of a electrically conductive agent should just be about 0.1 mass%-20 mass% with respect to a negative electrode active material.

4)その他の層
リチウムイオン二次電池用負極では、その他の層を設けてもよい。例えば、集電体と負極層との間に、集電体と負極層との密着性の向上のための下地層を設けてもよい。前記下地層は、電解液の溶媒に溶解、膨潤しないポリマーを含むことが好ましく、また、電極の電気抵抗を低減して導電性を確保するために、導電性物質を含有してもよい。
4) Other layers In the negative electrode for a lithium ion secondary battery, other layers may be provided. For example, an underlayer for improving the adhesion between the current collector and the negative electrode layer may be provided between the current collector and the negative electrode layer. The underlayer preferably contains a polymer that does not dissolve or swell in the solvent of the electrolytic solution, and may contain a conductive substance in order to reduce the electrical resistance of the electrode and ensure conductivity.

<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池は、上述の負極と、正極と、電解液とを含んで構成される。負極は、特定アルミニウムケイ酸塩が表面に付与されている。
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of this invention is comprised including the above-mentioned negative electrode, a positive electrode, and electrolyte solution. The negative electrode is provided with a specific aluminum silicate on the surface.

1)正極
正極の態様としては、例えば、集電体の上に、正極活物質を含有する層(以下「正極層」と称する場合がある)が設けられたものが挙げられる。
1) Positive electrode As an aspect of a positive electrode, the thing provided with the layer (henceforth a "positive electrode layer") containing a positive electrode active material on the electrical power collector is mentioned, for example.

正極における集電体は、リチウムイオン二次電池用正極に用いられる通常の集電体を適用することができ、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等の金属又は合金を、箔状、穴開け箔状、メッシュ状等にした帯状のものを用いることができる。また、多孔性材料も使用可能である。多孔性材料としては、ポーラスメタル(発泡メタル)、カーボンペーパー等を挙げることができる。   As the current collector in the positive electrode, a normal current collector used for a positive electrode for a lithium ion secondary battery can be applied. For example, a metal or an alloy such as aluminum, copper, nickel, titanium, stainless steel, or the like is foil-shaped. Further, a belt-like one having a perforated foil shape, a mesh shape, or the like can be used. A porous material can also be used. Examples of the porous material include porous metal (foamed metal) and carbon paper.

正極層は、前記集電体の上に設けられ、正極活物質を含有する。
正極活物質としては、リチウムイオン二次電池用正極に用いられる通常のものを適用することができる。正極活物質としては、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、及び導電性高分子材料を挙げることができる。正極活物質としては、具体的には、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、及びこれらの複酸化物(LiCoNiMn、x+y+z=1、0<x、0<y;LiNi2−xMn、0<x≦2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn);リチウムバナジウム化合物、V、V13、VO、MnO、TiO、MoV、TiS、V、VS、MoS、MoS、Cr、Cr、オリビン型LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Fe);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、ポリアセン等の導電性ポリマー;多孔質炭素等などを、単独で、或いは2種以上を併用して使用することができる。
The positive electrode layer is provided on the current collector and contains a positive electrode active material.
As a positive electrode active material, the normal thing used for the positive electrode for lithium ion secondary batteries is applicable. Examples of the positive electrode active material include metal compounds, metal oxides, metal sulfides, and conductive polymer materials that can be doped or intercalated with lithium ions. Specifically, as the positive electrode active material, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), and their double oxides (LiCo x Ni y Mn z O 2). , X + y + z = 1, 0 <x, 0 <y; LiNi 2-x Mn x O 4 , 0 <x ≦ 2), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ); lithium vanadium compound, V 2 O 5 , V 6 O 13 , VO 2 , MnO 2 , TiO 2 , MoV 2 O 8 , TiS 2 , V 2 S 5 , VS 2 , MoS 2 , MoS 3 , Cr 3 O 8 , Cr 2 O 5 , olivine type LiMPO 4 (M : Co, Ni, Mn, Fe); conductive polymer such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacene; porous carbon, etc. Etc. can be used alone or in combination of two or more.

正極層はバインダを含有してもよい。バインダとしては、特に限定されないが、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体;エチレン性不飽和カルボン酸エステル(メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等)、及びエチレン性不飽和カルボン酸(アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等)を共重合して得られる(メタ)アクリル共重合体;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、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの高分子化合物が挙げられる。
尚、「(メタ)アクリレート」とは、「アクリレート」及びそれに対応する「メタクリレート」を意味する。「(メタ)アクリル共重合体」等の他の類似の表現においても同様である。
The positive electrode layer may contain a binder. The binder is not particularly limited. For example, styrene-butadiene copolymer; ethylenically unsaturated carboxylic acid ester (methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, (meth) acrylonitrile, hydroxy (Meth) acrylic copolymer obtained by copolymerizing ethyl (meth) acrylate, etc.) and ethylenically unsaturated carboxylic acid (acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, maleic acid, etc.); polyfluorinated Examples thereof include high molecular compounds such as vinylidene, polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polyimide, and polyamideimide.
“(Meth) acrylate” means “acrylate” and “methacrylate” corresponding thereto. The same applies to other similar expressions such as “(meth) acrylic copolymer”.

集電体上に正極層を形成する方法としては、前記正極活物質と前記バインダと溶媒とを含む正極合剤スラリーを、集電体の少なくとも一方の面上に付与し乾燥する方法等が挙げられる。又は、ペースト状の正極合剤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して得てもよい。正極合剤スラリーの粘度は、塗工方法に合わせて適宜調整することが好ましい。   Examples of the method for forming the positive electrode layer on the current collector include a method in which a positive electrode mixture slurry containing the positive electrode active material, the binder, and a solvent is applied to at least one surface of the current collector and dried. It is done. Alternatively, the paste-like positive electrode mixture slurry may be formed into a sheet shape, a pellet shape, or the like and integrated with the current collector. The viscosity of the positive electrode mixture slurry is preferably adjusted as appropriate in accordance with the coating method.

前記溶媒としては、アルコール溶剤、グリコール溶剤、セロソルブ溶剤、アミノアルコール溶剤、アミン溶剤、ケトン溶剤、カルボン酸アミド溶剤、リン酸アミド溶剤、スルホキシド溶剤、カルボン酸エステル溶剤、リン酸エステル溶剤、エーテル溶剤、ニトリル溶剤、水等が挙げられる。バインダの溶解性、又は導電助剤の分散安定性を得るためには、極性の高い溶媒を使用することが好ましい。   Examples of the solvent include alcohol solvents, glycol solvents, cellosolve solvents, amino alcohol solvents, amine solvents, ketone solvents, carboxylic acid amide solvents, phosphoric acid amide solvents, sulfoxide solvents, carboxylic acid ester solvents, phosphoric acid ester solvents, ether solvents, A nitrile solvent, water, etc. are mentioned. In order to obtain the solubility of the binder or the dispersion stability of the conductive auxiliary agent, it is preferable to use a highly polar solvent.

具体的な前記溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド等の窒素をジアルキル化したアミド溶剤、N−メチルピロリドン、ヘキサメチル燐酸トリアミド、ジメチルスルホキシドなどが挙げられるが、これらに限定されない。溶剤は、二種類以上を併用することもできる。   Specific examples of the solvent include amide solvents obtained by dialkylating nitrogen such as N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methylpyrrolidone, Examples include, but are not limited to, hexamethylphosphoric triamide, dimethyl sulfoxide, and the like. Two or more kinds of solvents can be used in combination.

また正極合剤スラリーには、粘度を調整するために増粘剤を添加してもよい。増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸(塩)、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等を使用することができる。   Moreover, you may add a thickener to a positive mix slurry in order to adjust a viscosity. As the thickener, carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (salt), oxidized starch, phosphorylated starch, casein and the like can be used.

また、前記正極合剤スラリーには、必要に応じて導電剤を混合してもよい。前記導電剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック;鱗片状黒鉛のような天然黒鉛、又は人造黒鉛、膨張黒鉛等のグラファイト;炭素繊維、又は金属繊維等の導電性繊維;銅、銀、ニッケル、アルミニウム等の金属粉末;ポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料;などが挙げられる。また、導電剤は、これらを単体で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。導電剤の含有率は、正極活物質に対して0.1質量%〜20質量%程度とすればよい。   Moreover, you may mix a electrically conductive agent with the said positive mix slurry as needed. Examples of the conductive agent include carbon black such as ketjen black, acetylene black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; natural graphite such as flake graphite; graphite such as artificial graphite and expanded graphite; carbon fiber Or conductive fibers such as metal fibers; metal powders such as copper, silver, nickel, and aluminum; organic conductive materials such as polyphenylene derivatives; In addition, these conductive agents may be used alone or in combination. What is necessary is just to let the content rate of a electrically conductive agent be about 0.1 mass%-20 mass% with respect to a positive electrode active material.

また前記正極合剤スラリーには、粘度を調整するために増粘剤を添加してもよい。増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸(塩)、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等が挙げられる。   Moreover, you may add a thickener to the said positive mix slurry in order to adjust a viscosity. Examples of the thickener include carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (salt), oxidized starch, phosphorylated starch, and casein.

前記正極合剤スラリーを集電体に付与する方法については、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。付与方法として具体的には、ダイコーティング法、ディップコーティング法、ロールコーティング法、ドクターコーティング法、スプレーコティング法、グラビアコーティング法、スクリーン印刷法、静電塗装法等が挙げられる。また、付与後に必要に応じて、平版プレス、カレンダーロール等による圧延処理を行ってもよい。   There is no restriction | limiting in particular about the method of providing the said positive mix slurry to a collector, A well-known method can be used. Specific examples of the application method include a die coating method, a dip coating method, a roll coating method, a doctor coating method, a spray coating method, a gravure coating method, a screen printing method, and an electrostatic coating method. Moreover, you may perform the rolling process by a lithographic press, a calender roll, etc. as needed after provision.

また、シート状、ペレット状等の形状に成形された正極合剤スラリーと集電体との一体化は、例えば、ロール、プレス、これらの組み合わせ等、公知の方法により行うことができる。   Moreover, integration of the positive electrode mixture slurry and the current collector formed into a sheet shape, a pellet shape, or the like can be performed by a known method such as a roll, a press, or a combination thereof.

正極層の厚みとしては、一般的には1μm以上500μm以下であり、好ましくは10μm以上300μm以下である。   The thickness of the positive electrode layer is generally 1 μm or more and 500 μm or less, preferably 10 μm or more and 300 μm or less.

2)電解液
リチウムイオン二次電池に用い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、電解質を有機溶媒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となる。
2) Electrolytic solution The electrolytic solution used for the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and a known one can be used. For example, a non-aqueous lithium ion secondary battery is obtained by using an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent.

前記電解質としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiClF、LiAsF、LiSbF、LiAlO、LiAlCl、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiC(CFSO、LiCl、LiI等の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特に限定されない。例えば、電解液1Lに対して電解質0.3モル〜5モルであることが好ましく、0.5モル〜3モルであることがより好ましく、0.8モル〜1.5モルであることが特に好ましい。
As the electrolyte, for example, 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 And lithium salts such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiCl, and LiI.
The concentration of the electrolyte is not particularly limited. For example, the electrolyte is preferably 0.3 mol to 5 mol, more preferably 0.5 mol to 3 mol, and particularly preferably 0.8 mol to 1.5 mol with respect to 1 L of the electrolytic solution. preferable.

前記有機溶剤としては、カーボネート溶剤(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)、ラクトン溶剤(γ−ブチロラクトン等)、エステル溶剤(酢酸メチル、酢酸エチル等)、鎖状エーテル溶剤(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)、環状エーテル溶剤(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)、ケトン溶剤(シクロペンタノン等)、スルホラン溶剤(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)、スルホキシド溶剤(ジメチルスルホキシド等)、ニトリル溶剤(アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等)、アミド溶剤(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)、ウレタン溶剤(3−メチル−1,3−オキサゾリジン−2−オン等)、ポリオキシアルキレングリコール溶剤(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。
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 carbonate solvents (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.), lactone solvents (γ-butyrolactone, etc.), ester solvents (methyl acetate, ethyl acetate, etc.), chain ether solvents (1,2-dimethoxyethane, dimethyl ether, diethyl ether, etc.), cyclic ether solvents ( Tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, 4-methyldioxolane, etc.), ketone solvent (cyclopentano) Etc.), sulfolane solvents (sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane etc.), sulfoxide solvents (dimethyl sulfoxide etc.), nitrile solvents (acetonitrile, propionitrile, benzonitrile etc.), amide solvents (N, N -Aprotic solvents such as dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), urethane solvents (3-methyl-1,3-oxazolidine-2-one, etc.), polyoxyalkylene glycol solvents (diethylene glycol, etc.) be able to.
An organic solvent may be used independently and may be used as 2 or more types of mixed solvents.

3)セパレータ
リチウムイオン二次電池は、セパレータを有してもよい。前記セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを主成分とした不織布、クロス、微孔フィルム又はそれらを組み合わせたものを使用することができる。尚、作製するリチウムイオン二次電池の正極と負極が直接接触しない構造の場合は、セパレータを使用する必要はない。
3) Separator The lithium ion secondary battery may have a separator. As the separator, a nonwoven fabric, a cloth, a microporous film, or a combination thereof having a polyolefin as a main component such as polyethylene or polypropylene can be used. In the case where the positive electrode and the negative electrode of the lithium ion secondary battery to be manufactured are not in direct contact, it is not necessary to use a separator.

4)構成
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。
リチウムイオン二次電池は、特に限定されないが、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、角型電池などとして使用される。
4) Configuration 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 plate group. Are generally laminated to form a laminated electrode plate group, and the electrode plate group is generally enclosed in an exterior body.
The lithium ion secondary battery is not particularly limited, and is used as a paper type battery, a button type battery, a coin type battery, a stacked type battery, a cylindrical type battery, a rectangular type battery, or the like.

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、以下の実施例に限定されるものではない。
尚、下記実施例1〜4、比較例1〜3では、予備試験として、特定アルミニウムケイ酸塩の水中での金属イオン吸着能の評価を行い、実施例5および6では、モデル電解液中での金属イオン吸着能の評価を行った。
実施例7では、リチウムイオン二次電池を作製し、初期容量、充放電特性およびインピーダンスの測定を行った。
Next, the present invention will be specifically described based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
In Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 below, as a preliminary test, the metal ion adsorption ability of the specific aluminum silicate in water was evaluated. In Examples 5 and 6, the model electrolyte solution was used. The metal ion adsorption ability was evaluated.
In Example 7, a lithium ion secondary battery was produced, and the initial capacity, charge / discharge characteristics, and impedance were measured.

[実施例1]
<特定アルミニウムケイ酸塩の作製>
濃度:700mmol/Lの塩化アルミニウム水溶液(500mL)に、濃度:350mmol/Lのオルトケイ酸ナトリウム水溶液(500mL)を加え、30分間攪拌した。この溶液に、濃度:1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を330mL加え、pH=6.1に調整した。
[Example 1]
<Production of specific aluminum silicate>
A concentration: 350 mmol / L sodium orthosilicate aqueous solution (500 mL) was added to a 700 mmol / L aluminum chloride aqueous solution (500 mL), and the mixture was stirred for 30 minutes. To this solution, 330 mL of an aqueous sodium hydroxide solution having a concentration of 1 mol / L was added to adjust the pH to 6.1.

pH調整した溶液を30分間攪拌後、遠心分離装置としてTOMY社製:Suprema23及びスタンダードロータNA−16を用い、回転速度:3,000回転/分で、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。
脱塩処理3回目の上澄み排出後に得たゲル状沈殿物を、濃度が60g/Lとなるように純水に分散し、HORIBA社製:F−55及び電気伝導率セル:9382−10Dを用いて、常温(25℃)で、電気伝導率を測定したところ、1.3S/mであった。
After the pH-adjusted solution was stirred for 30 minutes, centrifugal separation was carried out for 5 minutes at a rotational speed of 3,000 rpm using a TOMY Corporation: Superma23 and standard rotor NA-16 as a centrifugal separator. 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 gel-like precipitate obtained after the desalting treatment of the third supernatant was dispersed in pure water so as to have a concentration of 60 g / L, and HORIBA: F-55 and electric conductivity cell: 9382-10D were used. The electrical conductivity measured at room temperature (25 ° C.) was 1.3 S / m.

脱塩処理3回目の上澄み排出後に得たゲル状沈殿物に、濃度:1mol/Lの塩酸を135mL加えてpH=3.5に調整し、30分間攪拌した。このときの溶液中のケイ素原子濃度及びアルミニウム原子濃度を、ICP発光分光装置:P−4010(日立製作所社製)を用いて、常法により測定したところ、ケイ素原子の濃度は213mmol/L、アルミニウム原子の濃度は426mmol/Lであった。
次に、この溶液を乾燥器に入れ、98℃で48時間(2日間)加熱した。
135 mL of hydrochloric acid having a concentration of 1 mol / L was added to the gel-like precipitate obtained after the supernatant was discharged for the third time in the desalting treatment, and the pH was adjusted to 3.5, followed by stirring for 30 minutes. When the silicon atom concentration and the aluminum atom concentration in the solution at this time were measured by an ordinary method using an ICP emission spectrometer: P-4010 (manufactured by Hitachi, Ltd.), the silicon atom concentration was 213 mmol / L, aluminum The concentration of atoms was 426 mmol / L.
The solution was then placed in a dryer and heated at 98 ° C. for 48 hours (2 days).

加熱後溶液(アルミニウムケイ酸塩濃度47g/L)に、濃度: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調整を行うこと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によってこの凝集体を沈殿させ、次いで上澄み液を排出した。上澄み液を排出した後の沈殿物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、濃度が60g/Lとなるように純水に分散し、HORIBA社製:F−55及び電気伝導率セル:9382−10Dを用いて、常温(25℃)で電気伝導率を測定したところ、0.6S/mであった。
188 mL of a 1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution was added to the solution after heating (aluminum silicate concentration 47 g / L) to adjust the pH to 9.1. By adjusting the pH, the aluminum silicate in the solution was aggregated, and the aggregate was precipitated by the same centrifugation as described above, and then the supernatant was discharged. The desalting process of adding pure water to the precipitate after discharging the supernatant and returning to the volume before centrifugation was performed three times.
The gel-like precipitate obtained after the desalting treatment of the third supernatant was dispersed in pure water so as to have a concentration of 60 g / L, and HORIBA: F-55 and electric conductivity cell: 9382-10D were used. The electrical conductivity measured at room temperature (25 ° C.) was 0.6 S / m.

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。この粉末を試料Aとした。   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 sample A.

<元素モル比Si/Al>
試料Aについて、常法のICP発光分光分析(ICP発光分光装置:P−4010(日立製作所社製))から求めたSi及びAlの元素モル比Si/Alは、0.5であった。
<Element molar ratio Si / Al>
For sample A, the elemental molar ratio Si / Al of Si and Al, determined from a conventional ICP emission spectroscopic analysis (ICP emission spectroscopic apparatus: P-4010 (manufactured by Hitachi, Ltd.)), was 0.5.

<BET比表面積、全細孔容積、平均細孔直径>
試料AのBET比表面積、全細孔容積、及び平均細孔直径を、窒素吸着能に基づいて測定した。評価装置には、QUANTACHROME社製:AUTOSORB−1(商品名)を用いた。これらの測定を行う際には、後述する試料の前処理を行った後、評価温度を77Kとし、評価圧力範囲を相対圧(飽和蒸気圧に対する平衡圧力)にて1未満としている。
<BET specific surface area, total pore volume, average pore diameter>
The BET specific surface area, total pore volume, and average pore diameter of Sample A were measured based on the nitrogen adsorption ability. For the evaluation apparatus, QUANTACHROME: AUTOSORB-1 (trade name) was used. When performing these measurements, after pre-treatment of the sample described later, the evaluation temperature is 77K, and the evaluation pressure range is less than 1 in relative pressure (equilibrium pressure with respect to the saturated vapor pressure).

前処理として、0.05gの試料Aを投入した測定用セルに、真空ポンプで脱気及び加熱を自動制御で行った。この処理の詳細条件は、10Pa以下に減圧した後、110℃で加熱し、3時間以上保持した後、減圧した状態を保ったまま常温(25℃)まで自然冷却するという設定とした。   As pretreatment, the measurement cell charged with 0.05 g of sample A was automatically deaerated and heated with a vacuum pump. The detailed conditions of this treatment were set such that the pressure was reduced to 10 Pa or less, heated at 110 ° C., held for 3 hours or more, and then naturally cooled to room temperature (25 ° C.) while maintaining the reduced pressure.

評価の結果、試料AのBET比表面積は363m/g、全細孔容積は0.22cm/g、そして平均細孔直径は2.4nmであった。 As a result of the evaluation, the BET specific surface area of Sample A was 363 m 2 / g, the total pore volume was 0.22 cm 3 / g, and the average pore diameter was 2.4 nm.

27Al−NMR>
27Al−NMRスペクトルの測定装置として、ブルカー・バイオスピン製AV400WB型を用い、下記条件で測定を行った。
共鳴周波数:104MHz
測定方法:MAS(シングルパルス)
MAS回転数:10kHz
測定領域:52kHz
データポイント数:4096
resolution(測定領域/データポイント数):12.7Hz
パルス幅:3.0μsec
遅延時間:2秒
化学シフト値基準:α−アルミナを3.94ppm
window関数:指数関数
Line Broadening係数:10Hz
<27 Al-NMR>
The measurement was performed under the following conditions using a Bruker BioSpin AV400WB model as a 27 Al-NMR spectrum measuring apparatus.
Resonance frequency: 104MHz
Measuring method: MAS (single pulse)
MAS rotation speed: 10 kHz
Measurement area: 52 kHz
Number of data points: 4096
resolution (measurement area / number of data points): 12.7 Hz
Pulse width: 3.0 μsec
Delay time: 2 seconds Chemical shift value standard: 3.94 ppm of α-alumina
window function: exponential function Line Broadening coefficient: 10 Hz

図1に試料Aの27Al−NMRのスペクトルを示す。図1に示されるように、3ppm近辺にピークを有した。また55ppm近辺に若干のピークが見られた。3ppm近辺のピークに対する、55ppm付近のピークの面積比率は、15%であった。 FIG. 1 shows the 27 Al-NMR spectrum of Sample A. As shown in FIG. 1, it had a peak around 3 ppm. A slight peak was observed around 55 ppm. The area ratio of the peak near 55 ppm to the peak near 3 ppm was 15%.

29Si−NMR>
29Si−NMRスペクトル測定装置としては、ブルカー・バイオスピン製AV400WB型を用い、下記条件で測定を行った。
共鳴周波数:79.5MHz
測定方法:MAS(シングルパルス)
MAS回転数:6kHz
測定領域:24kHz
データポイント数:2048
resolution(測定領域/データポイント数):5.8Hz
パルス幅:4.7μsec
遅延時間:600秒
化学シフト値基準:TMSP−d(3−(トリメチルシリル)(2,2,3,3−)プロピオン酸ナトリウム)を1.52ppm
window関数:指数関数
Line Broadening係数:50Hz
<29 Si-NMR>
As a 29 Si-NMR spectrum measuring apparatus, an AV400WB type manufactured by Bruker BioSpin was used, and measurement was performed under the following conditions.
Resonance frequency: 79.5 MHz
Measuring method: MAS (single pulse)
MAS rotation speed: 6 kHz
Measurement area: 24 kHz
Number of data points: 2048
resolution (measurement area / number of data points): 5.8 Hz
Pulse width: 4.7 μsec
Delay time: 600 sec chemical shift value criterion: TMSP-d 4 (3- (trimethylsilyl) (2,2,3,3- 2 H 4) propionate) 1.52Ppm the
window function: exponential function Line Broadening coefficient: 50 Hz

図2に試料Aの29Si−NMRのスペクトルを示す。図2に示されるように、−78ppm近辺及び−85ppm近辺にピークを有した。−78ppm及び−85ppm近辺のピークの面積を上記方法により測定した。その結果、−78ppmのピークAの面積を1.00としたとき、−85ppmのピークBの面積は2.61であった。 FIG. 2 shows the 29 Si-NMR spectrum of Sample A. As shown in FIG. 2, there were peaks at around -78 ppm and around -85 ppm. The peak areas around -78 ppm and -85 ppm were measured by the above method. As a result, when the area of the peak A at −78 ppm was 1.00, the area of the peak B at −85 ppm was 2.61.

<透過型電子顕微鏡(TEM)写真観察>
図3に、試料Aを100,000倍で観察したときの透過型電子顕微鏡(TEM)写真を示す。尚、TEM観察は、透過型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、H−7100FA型)を用いて、100kVの加速電圧で行なった。また、TEM観察対象の試料Aは以下のようにして調製した。すなわち、最終の脱塩処理工程前の、加熱後溶液(アルミニウムケイ酸塩濃度47g/L)を純水で10倍に希釈し、超音波照射処理を5分間行ったものをTEM観察試料調整用の支持体上に滴下し、次いで自然乾燥して薄膜とすることで調製した。
図3に示されるように、長さ50nm以上の管状物が存在していない。
<Transmission electron microscope (TEM) photo observation>
FIG. 3 shows a transmission electron microscope (TEM) photograph of sample A observed at a magnification of 100,000. Note that the TEM observation was performed using a transmission electron microscope (H-7100FA type, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) at an acceleration voltage of 100 kV. A sample A to be observed with TEM was prepared as follows. That is, the solution after heating (aluminum silicate concentration of 47 g / L) before the final desalting treatment process was diluted 10 times with pure water and subjected to ultrasonic irradiation for 5 minutes. It was prepared by dropping it onto a support and then drying it naturally to form a thin film.
As shown in FIG. 3, there is no tubular object having a length of 50 nm or more.

<粉末X線回折>
粉末X線回折は、リガク社製:Geigerflex RAD−2X(商品名)を用い、X線源としてCuKα線を用いて行なった。図6に、試料Aの粉末X線回折のスペクトルを示す。2θ=26.9°近辺、そして40.3°近辺にブロードなピークが観測された。また2θ=18.8°、20.3°、27.8°、40.6°、そして53.3°近辺にシャープなピークが観測された。2θ=20°及び35°近辺にはピークが観測されなかった。
<Powder X-ray diffraction>
Powder X-ray diffraction was performed using Rigaku Corporation: Geigerflex RAD-2X (trade name) and CuKα rays as an X-ray source. FIG. 6 shows a powder X-ray diffraction spectrum of Sample A. Broad peaks were observed around 2θ = 26.9 ° and around 40.3 °. In addition, sharp peaks were observed in the vicinity of 2θ = 18.8 °, 20.3 °, 27.8 °, 40.6 °, and 53.3 °. No peaks were observed around 2θ = 20 ° and 35 °.

<水分含有率>
試料Aの水分含有率を、大気圧下、120℃で加熱し、6時間保持した後、カールフィッシャー法にて測定した結果、3質量%であった。
<Moisture content>
The moisture content of sample A was heated at 120 ° C. under atmospheric pressure, held for 6 hours, and then measured by the Karl Fischer method. As a result, it was 3% by mass.

<水中での金属イオン吸着能>
金属イオン吸着能評価を、ICP発光分光分析(ICP発光分光装置:P−4010(日立製作所社製))によって行った。
金属イオン吸着能の評価に当たり、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、最終濃度1.0質量%となるように試料Aを添加し、充分混合した混合した後、静置した。そして、試料A添加前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。
<Metal ion adsorption capacity in water>
Metal ion adsorption ability evaluation was performed by ICP emission spectroscopic analysis (ICP emission spectroscopic device: P-4010 (manufactured by Hitachi, Ltd.)).
In evaluating the metal ion adsorption capacity, first, a 100 ppm metal ion solution was prepared for each of Li + , Ni 2+, or Mn 2+ using each metal sulfate and pure water. Sample A was added to the prepared solution so as to have a final concentration of 1.0% by mass, mixed thoroughly, and allowed to stand. Then, each metal ion concentration before and after the addition of sample A was measured by ICP emission spectroscopic analysis.

金属イオン吸着能について、試料A添加後の濃度はNi2+が5ppm未満、Mn2+が10ppmとなった。これに対して、Liは90ppmであり、殆ど吸着されていなかった。したがって、試料Aはリチウムイオン二次電池に不要なNi2+及びMn2+を吸着させるが、充放電に必須なLiは殆ど吸着しないため、電池の性能を阻害せずに短絡を抑えることができることが分かる。 Concerning metal ion adsorption capacity, the concentration after addition of sample A was less than 5 ppm for Ni 2+ and 10 ppm for Mn 2+ . On the other hand, Li + was 90 ppm and was hardly adsorbed. Therefore, although sample A adsorbs Ni 2+ and Mn 2+ unnecessary for the lithium ion secondary battery, it hardly adsorbs Li + essential for charge and discharge, and can suppress a short circuit without impairing the performance of the battery. I understand.

[比較例1]
市販品の活性炭(和光純薬工業社製、活性炭素、破砕状、2〜5mm)を試料Bとした。水中での金属イオン吸着能について、試料B添加後の濃度はNi2+が50ppm、Mn2+が60ppm、Liが100ppmとなった。
[Comparative Example 1]
Commercially available activated carbon (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., activated carbon, crushed, 2 to 5 mm) was used as sample B. Regarding the metal ion adsorption capacity in water, the concentrations after addition of Sample B were 50 ppm for Ni 2+ , 60 ppm for Mn 2+ , and 100 ppm for Li + .

[比較例2]
市販品のシリカゲル(和光純薬工業社製、小粒状(白色))を試料Cとした。水中での金属イオン吸着能について、試料C添加後の濃度はNi2+が100ppm、Mn2+が100ppm、Liが80ppmとなった。
[Comparative Example 2]
Sample C was a commercially available silica gel (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., small granular (white)). Regarding the metal ion adsorption ability in water, the concentrations after addition of Sample C were 100 ppm for Ni 2+ , 100 ppm for Mn 2+ , and 80 ppm for Li + .

[比較例3]
市販品のゼオライト4A(和光純薬工業社製、モレキュラシーブス4A、Si/Alのモル比=1.0)を試料Dとした。水中での金属イオン吸着能について、試料D添加後の濃度はNi2+が30ppm、Mn2+が10ppm、Liが60ppmとなった。
尚、ゼオライト4Aを添加したMn2+溶液は静置すると茶色く濁った。
[Comparative Example 3]
Sample D was commercially available zeolite 4A (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular sieves 4A, Si / Al molar ratio = 1.0). Concerning metal ion adsorption ability in water, the concentrations after addition of sample D were 30 ppm for Ni 2+ , 10 ppm for Mn 2+ , and 60 ppm for Li + .
The Mn 2+ solution to which zeolite 4A was added turned brown and turbid when allowed to stand.


[実施例2]
<特定アルミニウムケイ酸塩の作製>
濃度:180mmol/Lの塩化アルミニウム水溶液(500mL)に、濃度:74mmol/Lのオルトケイ酸ナトリウム水溶液(500mL)を加え、30分間攪拌した。この溶液に、濃度:1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を93mL加え、pH=7.0に調整した。
[Example 2]
<Production of specific aluminum silicate>
A concentration: 74 mmol / L sodium orthosilicate aqueous solution (500 mL) was added to an aluminum chloride aqueous solution (500 mL) having a concentration of 180 mmol / L, followed by stirring for 30 minutes. To this solution, 93 mL of a 1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution was added to adjust the pH to 7.0.

pH調整した溶液を30分間攪拌後、遠心分離装置としてTOMY社製:Suprema23及びスタンダードロータNA−16を用い、回転速度:3,000回転/分で、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。   After the pH-adjusted solution was stirred for 30 minutes, centrifugal separation was carried out for 5 minutes at a rotational speed of 3,000 rpm using a TOMY Corporation: Superma23 and standard rotor NA-16 as a centrifugal separator. 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.

脱塩処理3回目の上澄み排出後に得たゲル状沈殿物を、濃度が60g/Lとなるように調整し、HORIBA社製:F−55及び電気伝導率セル:9382−10Dを用いて、常温(25℃)で、電気伝導率を測定したところ、1.3S/mであった。   The gel-like precipitate obtained after the third desalting of the desalting treatment was adjusted to a concentration of 60 g / L, and it was used at normal temperature using HORIBA: F-55 and conductivity cell: 9382-10D. The electrical conductivity was measured at 25 ° C. and found to be 1.3 S / m.

脱塩処理3回目の上澄み排出後に得たゲル状沈殿物に純水を加え、容積を12Lとした。その溶液に濃度:1mol/Lの塩酸を60mL加えてpH=4.0に調整し、30分間攪拌した。このときの溶液中のケイ素原子濃度及びアルミニウム原子濃度をICP発光分光装置:P−4010(日立製作所社製)を用いて測定したところ、ケイ素原子濃度は2mmol/Lであり、アルミニウム原子濃度は4mmol/Lであった。
次に、この溶液を乾燥器に入れ、98℃で96時間(4日間)加熱した。
Pure water was added to the gel-like precipitate obtained after the third desalting of the desalting treatment to make the volume 12 L. The solution was adjusted to pH = 4.0 by adding 60 mL of hydrochloric acid having a concentration of 1 mol / L and stirred for 30 minutes. When the silicon atom concentration and the aluminum atom concentration in the solution at this time were measured using an ICP emission spectrometer: P-4010 (manufactured by Hitachi, Ltd.), the silicon atom concentration was 2 mmol / L and the aluminum atom concentration was 4 mmol. / L.
The solution was then placed in a dryer and heated at 98 ° C. for 96 hours (4 days).

加熱後溶液(アルミニウムケイ酸塩濃度0.4g/L)に、濃度:1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を60mL添加し、pH=9.0に調整した。pH調整を行うことにより溶液を凝集させ、第一洗浄工程と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。   To the solution after heating (aluminum silicate concentration 0.4 g / L), 60 mL of a 1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution was added to adjust the pH to 9.0. The solution was agglomerated by adjusting the pH, and the agglomerate was precipitated by the same centrifugation as in the first washing step, whereby the supernatant was discharged. The desalting process of adding pure water to this and returning to the volume before centrifugation was performed 3 times.

脱塩処理3回目の上澄み排出後に得たゲル状沈殿物を、濃度が60g/Lとなるように調整し、HORIBA社製:F−55及び電気伝導率セル:9382−10Dを用いて、常温(25℃)で電気伝導率を測定したところ、0.6S/mであった。   The gel-like precipitate obtained after the third desalting of the desalting treatment was adjusted to a concentration of 60 g / L, and it was used at normal temperature using HORIBA: F-55 and conductivity cell: 9382-10D. When the electric conductivity was measured at 25 ° C., it was 0.6 S / m.

脱塩処理後に得たゲル状沈殿物を、60℃で72時間(3日間)乾燥して4.8gの粉末を得た。この粉末を試料Eとした。   The gel-like precipitate obtained after the desalting treatment was dried at 60 ° C. for 72 hours (3 days) to obtain 4.8 g of powder. This powder was designated as Sample E.

<元素モル比Si/Al>
常法のICP発光分光分析(ICP発光分光装置:P−4010(日立製作所社製))から求めたSi及びAlの元素モル比Si/Alは、0.5であった。
<Element molar ratio Si / Al>
The elemental molar ratio Si / Al of Si and Al determined from a conventional ICP emission spectroscopic analysis (ICP emission spectroscopic apparatus: P-4010 (manufactured by Hitachi, Ltd.)) was 0.5.

<BET比表面積、全細孔容積、平均細孔直径>
実施例1と同様の方法で、BET比表面積、全細孔容積、及び平均細孔直径を、窒素吸着能に基づいて測定した。
評価の結果、試料EのBET比表面積は323m/g、全細孔容積は0.22cm/g、そして平均細孔直径は2.7nmとなった。
<BET specific surface area, total pore volume, average pore diameter>
In the same manner as in Example 1, the BET specific surface area, the total pore volume, and the average pore diameter were measured based on the nitrogen adsorption ability.
As a result of the evaluation, the BET specific surface area of Sample E was 323 m 2 / g, the total pore volume was 0.22 cm 3 / g, and the average pore diameter was 2.7 nm.

27Al−NMR>
図1に試料Eの27Al−NMRのスペクトルを示す。図1に示すように、3ppm近辺にピークを有した。また55ppm近辺に若干のピークが見られた。3ppm近辺のピークに対する、55ppm近辺のピークの面積比率は、4%であった。
<27 Al-NMR>
FIG. 1 shows the 27 Al-NMR spectrum of Sample E. As shown in FIG. 1, it had a peak around 3 ppm. A slight peak was observed around 55 ppm. The area ratio of the peak around 55 ppm to the peak around 3 ppm was 4%.

29Si−NMR>
図2に試料Eの29Si−NMRのスペクトルを示す。図2に示されるように、−78ppm及び−85ppm近辺にピークを有した。−78ppm及び−85ppm近辺のピークの面積を上記方法により測定した。その結果、−78ppm近辺のピークAの面積を1.00としたとき、−85ppm近辺のピークBの面積は0.44であった。
<29 Si-NMR>
FIG. 2 shows the 29 Si-NMR spectrum of Sample E. As shown in FIG. 2, there were peaks near −78 ppm and −85 ppm. The peak areas around -78 ppm and -85 ppm were measured by the above method. As a result, when the area of peak A near -78 ppm was 1.00, the area of peak B near -85 ppm was 0.44.

<透過型電子顕微鏡(TEM)写真観察>
図4に、試料Eを実施例1と同様の方法により100,000倍で観察したときの透過型電子顕微鏡(TEM)写真を示す。図4に示されるように管状物が生成しており、管状体10aの管部長さ方向の長さは、1nm〜10μm程度であり、外径は1.5〜3.0nm程度であり、内径は0.7〜1.4nm程度であった。
<Transmission electron microscope (TEM) photo observation>
In FIG. 4, the transmission electron microscope (TEM) photograph when the sample E is observed by 100,000 times by the same method as Example 1 is shown. As shown in FIG. 4, a tubular product is generated, the length of the tubular body 10a in the tube portion length direction is about 1 nm to 10 μm, the outer diameter is about 1.5 to 3.0 nm, and the inner diameter Was about 0.7 to 1.4 nm.

<粉末X線回折>
実施例1と同様の方法で、試料Eの粉末X線回折を行った。図6に、試料Eの粉末X線回折のスペクトルを示す。2θ=4.8°、9.7°、14.0°、18.3°、27.3°、そして40.8°近辺にブロードなピークを有していた。2θ=20°及び35°近辺にはピークが観測されなかった。
<Powder X-ray diffraction>
In the same manner as in Example 1, powder X-ray diffraction of Sample E was performed. FIG. 6 shows the powder X-ray diffraction spectrum of Sample E. It had broad peaks around 2θ = 4.8 °, 9.7 °, 14.0 °, 18.3 °, 27.3 °, and 40.8 °. No peaks were observed around 2θ = 20 ° and 35 °.

<水分含有率>
試料Eの水分含有率を、大気圧下、120℃で加熱し、6時間保持した後、カールフィッシャー法にて測定した結果、3質量%であった。
<Moisture content>
The moisture content of Sample E was heated at 120 ° C. under atmospheric pressure, held for 6 hours, and then measured by the Karl Fischer method. As a result, it was 3% by mass.

<水中での金属イオン吸着能>
実施例1と同様の方法で、水中でのMn2+イオン吸着能を評価したところ、試料Eは試料Aと同様の金属イオン吸着能を示した。
<Metal ion adsorption capacity in water>
When the Mn 2+ ion adsorption ability in water was evaluated in the same manner as in Example 1, Sample E showed the same metal ion adsorption ability as Sample A.

[実施例3]
実施例1で作製した試料Aを用い、試料Aの添加量を下記表に示すように変更した以外は実施例1で説明した方法で、水中での金属イオン吸着能を評価した。その結果を下表に示す。
[Example 3]
The sample A prepared in Example 1 was used, and the ability to adsorb metal ions in water was evaluated by the method described in Example 1 except that the addition amount of Sample A was changed as shown in the following table. The results are shown in the table below.


上表に示されるように、試料Aを0.5質量%添加すると、Mn2+イオン濃度が半減した。そして、試料Aを2.0質量%添加したときには、Mn2+イオンが95%捕捉された。 As shown in the above table, when 0.5% by mass of sample A was added, the Mn 2+ ion concentration was halved. When 2.0% by mass of sample A was added, 95% of Mn 2+ ions were trapped.

[実施例4]
実施例1で作製した試料Aを用い、金属イオン種をCu2+に、また金属イオン調整濃度を400ppmに代えた以外は実施例1で説明した方法で、水中での金属イオン吸着能を評価した。このときのpHは5.1であった。試料A添加後の濃度はCu2+が160ppmとなった。
[Example 4]
Using the sample A prepared in Example 1, the metal ion adsorption ability in water was evaluated by the method described in Example 1 except that the metal ion species was changed to Cu 2+ and the metal ion adjustment concentration was changed to 400 ppm. . The pH at this time was 5.1. The concentration after addition of Sample A was 160 ppm for Cu 2+ .

[実施例5]
<モデル電解液中での金属イオン吸着能>
リチウムイオン二次電池への適用を想定し、モデル電解液中での金属イオン吸着能を評価した。溶媒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ほう酸ニッケルを初期Ni2+イオン濃度が100ppmとなるように加え、モデル電解液とした。
[Example 5]
<Metal ion adsorption capacity in model electrolyte>
Assuming application to lithium ion secondary batteries, the ability to adsorb metal ions in a model electrolyte was evaluated. Using a solution in which diethyl carbonate (DEC) and ethylene carbonate (EC) were mixed as a solvent so that the volume ratio was DEC / EC = 1/1, nickel tetrafluoroborate as an solute had an initial Ni 2+ ion concentration of 100 ppm. In addition, a model electrolyte was obtained.

前記モデル電解液の30mLをガラス瓶に入れ、ここに試料Aを0.3g投入した。溶液を数分間攪拌した後、数時間静置した。試料添加前後の濃度変化をICP発光分光分析(ICP発光分光装置:SPS5100(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製))にて測定した。尚、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。   30 mL of the model electrolyte was placed in a glass bottle, and 0.3 g of Sample A was added thereto. The solution was stirred for several minutes and then allowed to stand for several hours. The concentration change before and after the sample addition was measured by ICP emission spectroscopic analysis (ICP emission spectroscopic device: SPS5100 (manufactured by SII Nanotechnology)). In addition, acid decomposition (microwave method) was performed for the pretreatment of the measurement sample.

上記において、試料Aに代えて、前記試料C、前記試料D、前記試料E、及び市販品のゼオライト13X(和光純薬工業社製、モレキュラシーブス13X、Si/Alのモル比=1.2)である試料Fを用いて、Ni2+の吸着量を測定した。結果を下表に示す。 In the above, instead of the sample A, the sample C, the sample D, the sample E, and a commercially available zeolite 13X (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular sieves 13X, Si / Al molar ratio = 1.2) Using the sample F, the adsorption amount of Ni 2+ was measured. The results are shown in the table below.


上表に示されるように、モデル電解液中で、実施例1及び2の特定アルミニウムケイ酸塩は、シリカゲル、ゼオライト4A、ゼオライト13Xよりも優れたNi2+イオン吸着能を示した。 As shown in the above table, in the model electrolyte, the specific aluminum silicates of Examples 1 and 2 exhibited Ni 2+ ion adsorption ability superior to silica gel, zeolite 4A, and zeolite 13X.

[実施例6]
試料Aの添加量を下表に示すように変更した以外は実施例5で説明した方法で、モデル電解液中でのNi2+イオン吸着能を評価した。その結果を下表に示す。
[Example 6]
The Ni 2+ ion adsorption ability in the model electrolyte was evaluated by the method described in Example 5 except that the amount of sample A added was changed as shown in the table below. The results are shown in the table below.


上表に示されるように、試料Aを1.0質量%添加すると、Ni2+イオンを80%吸着した。そして、試料Aを2.0質量%添加すると、Ni2+イオンを95%吸着した。 As shown in the table above, when Sample A was added by 1.0 mass%, Ni 2+ ions were adsorbed by 80%. When 2.0 mass% of sample A was added, 95% of Ni 2+ ions were adsorbed.

[実施例7]
<正極の作製>
本実施例で使用した正極活物質は、平均粒径20μm、最大粒径80μmのLiMn粉末である。この正極活物質と天然黒鉛、ポリフッ化ビニリデンの1−メチル−2−ピロリドン溶液を混合し、充分に混練したものを正極スラリーとした。LiMn、天然黒鉛、ポリフッ化ビニリデンの混合比は、質量比で90:6:4とした。このスラリーを、ドクターブレード法によって、乾燥後の塗布量が250g/mとなるように厚さ20μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の表面に塗布した。この正極を100℃で2時間乾燥し、正極を作製した。
[Example 7]
<Preparation of positive electrode>
The positive electrode active material used in this example is LiMn 2 O 4 powder having an average particle size of 20 μm and a maximum particle size of 80 μm. This positive electrode active material, natural graphite, and a 1-methyl-2-pyrrolidone solution of polyvinylidene fluoride were mixed and sufficiently kneaded to obtain a positive electrode slurry. The mixing ratio of LiMn 2 O 4 , natural graphite, and polyvinylidene fluoride was 90: 6: 4 by mass ratio. This slurry was applied to the surface of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm by a doctor blade method so that the coating amount after drying was 250 g / m 2 . This positive electrode was dried at 100 ° C. for 2 hours to produce a positive electrode.

<負極の作製>
負極は以下の方法で作製した。負極活物質として、平均粒径10μmの人造黒鉛粉末を用いた。人造黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンを、質量比90:10で混合し、有機溶媒として1−メチル−2−ピロリドンを添加して、十分に混練して負極スラリーを調製した。このスラリーを、ドクターブレード法によって、乾燥後の塗布量が75g/mとなるように厚さ10μmの銅箔からなる負極集電体の表面に塗布し、100℃で2時間乾燥した。
<Production of negative electrode>
The negative electrode was produced by the following method. Artificial graphite powder having an average particle size of 10 μm was used as the negative electrode active material. Artificial graphite powder and polyvinylidene fluoride were mixed at a mass ratio of 90:10, 1-methyl-2-pyrrolidone was added as an organic solvent, and the mixture was sufficiently kneaded to prepare a negative electrode slurry. This slurry was applied to the surface of a negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 10 μm by a doctor blade method so that the coating amount after drying was 75 g / m 2 and dried at 100 ° C. for 2 hours.

実施例1で作製した特定アルミニウムケイ酸塩(試料A)の15質量%水分散液に、バインダとしてポリフッ化ビニリデンを試料Aに対して5質量%となるよう添加した特定アルミニウムケイ酸塩分散液を、上記負極シート上にドクターブレード法によって塗布し、120℃で真空乾燥させ、負極を作製した。負極における試料Aの付与量は5g/mであった。 Specified aluminum silicate dispersion obtained by adding polyvinylidene fluoride as a binder to 15% by mass aqueous dispersion of the specific aluminum silicate (sample A) prepared in Example 1 to 5% by mass with respect to sample A Was applied onto the negative electrode sheet by a doctor blade method and vacuum dried at 120 ° C. to prepare a negative electrode. The application amount of Sample A in the negative electrode was 5 g / m 2 .

<リチウムイオン二次電池の作製>
セパレータとして厚さ25μmのポリエチレン製多孔質シートを用い、また、ジエチルカーボネートとエチレンカーボネートの体積比1:1の混合溶媒にLiPFを1mol/lの濃度になるように溶解させたものを電解液として用い、アルミラミネートセルを作製した。アルミラミネートセルとは、外装材としてナイロンフィルム−アルミニウム箔−変性ポリオレフィンフィルムからなる三層ラミネートフィルムを用い、その外装材内に前記の正極、負極、セパレータ、電解液などを封入したリチウムイオン二次電池である。
<Production of lithium ion secondary battery>
A polyethylene porous sheet having a thickness of 25 μm was used as a separator, and an electrolyte solution was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of 1: 1 volume ratio of diethyl carbonate and ethylene carbonate to a concentration of 1 mol / l. An aluminum laminate cell was produced. An aluminum laminate cell is a lithium ion secondary that uses a three-layer laminate film made of nylon film-aluminum foil-modified polyolefin film as an exterior material, and encloses the positive electrode, negative electrode, separator, electrolyte, etc. in the exterior material. It is a battery.

<電池特性の測定>
上記作製したリチウムイオン二次電池について、下記方法により初期容量、充放電特性、インピーダンスを測定した。その後50℃の恒温槽に1週間放置した後、再度充放電測定及びインピーダンス測定を行った。
<Measurement of battery characteristics>
About the produced lithium ion secondary battery, the initial stage capacity | capacitance, charging / discharging characteristic, and impedance were measured with the following method. Then, after being left in a thermostatic bath at 50 ° C. for 1 week, charge / discharge measurement and impedance measurement were performed again.

(初期容量の測定)
作製したリチウムイオン二次電池を充放電測定装置(東洋システム製 TOSCAT−3100)に接続し、活物質の量より算出される、1時間で満充電に達する理論電流値を1Cとした時の0.2Cの電流値により、4.2Vに達するまで定電流で充電し、その後電流値が0.01mAとなるまで4.2Vで定電圧充電を行った。充電終了後に30分静置した後、0.2Cの電流値でリチウムイオン二次電池が3Vに達するまで定電流放電を行った。放電終了後は次の充電まで30分静置した。上記の操作を2回行った時の2回目の放電容量をその電池の放電容量とした。
試料Aを負極に塗布したセルは、試料Aを塗布していないセルと比較して、同様の初期容量を示した。
(Measurement of initial capacity)
0 is obtained when the prepared lithium ion secondary battery is connected to a charge / discharge measuring device (TOSCAT-3100 manufactured by Toyo System Co., Ltd.) and calculated from the amount of active material, and the theoretical current value reaching full charge in 1 hour is 1C. The battery was charged at a constant current until a current value of 4.2 C reached 4.2 V, and then charged at a constant voltage of 4.2 V until the current value reached 0.01 mA. After standing for 30 minutes after the end of charging, constant current discharge was performed at a current value of 0.2 C until the lithium ion secondary battery reached 3V. After the end of discharging, it was left for 30 minutes until the next charge. The discharge capacity at the second time when the above operation was performed twice was defined as the discharge capacity of the battery.
The cell where sample A was applied to the negative electrode showed similar initial capacity compared to the cell where sample A was not applied.

(充放電特性の測定)
0.2Cの電流値により4.2Vに達するまで定電流で充電し、その後電流値が0.01mAとなるまで4.2Vで定電圧充電を行った。充電終了後に30分静置した後、0.5Cの電流値でリチウムイオン二次電池が3Vに達するまで定電流放電を行った。同様の充電条件により充電後に1C、2C、3C、5Cの電流値で放電容量を測定し、放電容量の放電条件依存性を評価した。
試料Aを負極に塗布したセルは、試料Aを塗布していないセルと比較して、放電容量の低下率が小さくなった。
(Measurement of charge / discharge characteristics)
The battery was charged with a constant current until it reached 4.2 V with a current value of 0.2 C, and then was charged with a constant voltage at 4.2 V until the current value reached 0.01 mA. After standing for 30 minutes after the completion of charging, constant current discharge was performed at a current value of 0.5 C until the lithium ion secondary battery reached 3V. The discharge capacity was measured with the current values of 1C, 2C, 3C, and 5C after charging under the same charging conditions, and the dependence of the discharge capacity on the discharge conditions was evaluated.
The cell in which sample A was applied to the negative electrode had a lower discharge capacity reduction rate than the cell in which sample A was not applied.

(インピーダンス測定)
充放電特性を測定後のリチウムイオン二次電池を30分静置後、デジタルマルチメーター(北斗電工製 HZ−5000と周波数応答解析装置を組み合わせたもの)を用いてCole−Cole Plotを測定し、代表値として周波数1kHzにおけるインピーダンスを比較した。
試料Aを負極に塗布したセルは、試料Aを塗布していないセルと比較して、50℃1週間放置後のインピーダンスの上昇率が小さくなった。
(Impedance measurement)
After leaving the lithium ion secondary battery after measuring the charge / discharge characteristics for 30 minutes, measure the Cole-Cole Plot using a digital multimeter (a combination of HZ-5000 and a frequency response analyzer manufactured by Hokuto Denko), The impedance at a frequency of 1 kHz was compared as a representative value.
In the cell in which sample A was applied to the negative electrode, the rate of increase in impedance after standing at 50 ° C. for 1 week was smaller than that in the cell to which sample A was not applied.

前記の初期容量、充放電特性、インピーダンスの測定結果から、負極表面に付与した試料Aは、セルの長寿命化及び安全性向上に寄与することが確認された。これは、試料Aのイオン吸着能の評価結果から、正極から溶出した不純物を吸着したことによるものと推測される。   From the measurement results of the initial capacity, charge / discharge characteristics, and impedance, it was confirmed that Sample A applied to the negative electrode surface contributes to the extension of cell life and safety. This is presumed to be due to the adsorption of impurities eluted from the positive electrode from the evaluation results of the ion adsorption ability of sample A.

10 第一の特定アルミニウムケイ酸塩
10a 管状体
20 内壁
30 隙間
10 1st specific aluminum silicate 10a Tubular body 20 Inner wall 30 Crevice

Claims (8)

Si及びAlの元素モル比Si/Alが0.3以上1.0未満のアルミニウムケイ酸塩を含み、前記アルミニウムケイ酸塩が、 29 Si−NMRスペクトルにおいて、−78ppmおよび−85ppm近辺にピークを有するリチウムイオン二次電池用負極。 Si and Al element molar ratio Si / Al of look-containing aluminum silicate of less than 0.3 or more 1.0, the aluminum silicate in 29 Si-NMR spectrum, a peak in the vicinity -78ppm and -85ppm A negative electrode for a lithium ion secondary battery. 前記アルミニウムケイ酸塩が、27Al−NMRスペクトルにおいて、3ppm近辺にピークを有する請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the aluminum silicate has a peak in the vicinity of 3 ppm in a 27 Al-NMR spectrum. 前記アルミニウムケイ酸塩の前記元素モル比Si/Alが、0.4以上0.6以下である請求項1又は請求項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2 , wherein the element molar ratio Si / Al of the aluminum silicate is 0.4 or more and 0.6 or less. 前記アルミニウムケイ酸塩が、X線源としてCuKα線を用いた粉末X線回折スペクトルにおいて2θ=26.9°及び40.3°近辺にピークを有し、層状粘土鉱物に由来する20°及び35°近辺にはピークを有しない請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The aluminum silicate has peaks in the vicinity of 2θ = 26.9 ° and 40.3 ° in a powder X-ray diffraction spectrum using CuKα ray as an X-ray source, and 20 ° and 35 derived from layered clay minerals. The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3 , which has no peak in the vicinity of °. 前記アルミニウムケイ酸塩が、29Si−NMRスペクトルにおける−78ppm近辺のピークAと、−85ppm近辺のピークBとの面積比率(ピークB/ピークA)が、2.0以上9.0以下である請求項〜請求項のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。 In the 29 Si-NMR spectrum, the aluminum silicate has an area ratio (peak B / peak A) between peak A near -78 ppm and peak B near -85 ppm in the range of 2.0 to 9.0. anode material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4. 前記アルミニウムケイ酸塩のBET比表面積が、250m/g以上である請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5 , wherein the aluminum silicate has a BET specific surface area of 250 m 2 / g or more. 前記アルミニウムケイ酸塩の水分含有率が、10質量%以下である請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6 , wherein the aluminum silicate has a water content of 10% by mass or less. 請求項1〜請求項のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極と、
正極と、
電解質と、
を有するリチウムイオン二次電池。
A negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7 ,
A positive electrode;
Electrolyte,
A lithium ion secondary battery.
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