JP6309635B2 - Ionic solution for electrodeposition of aluminum and electrodeposition reactor - Google Patents

Ionic solution for electrodeposition of aluminum and electrodeposition reactor Download PDF

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Description

本発明は、アルミニウムの電気化学的析出（電析）を発生させることのできるアルミニウム電析用イオン溶液、および当該電気化学的析出を利用した電析反応装置に関するものである。   The present invention relates to an ion solution for aluminum electrodeposition capable of generating electrochemical deposition (electrodeposition) of aluminum, and an electrodeposition reaction apparatus using the electrochemical deposition.

アルミニウムの電気化学的析出（電析）は、ホールエルー法に代表される高温溶融塩を用いた方法が産業的に行われており、アルミニウムの電解製錬に利用されている。近年、アルミニウムの電気めっきや、アルミニウム二次電池の開発が盛んに行われている中で、電解質の低温化が求められている。   For electrochemical deposition (electrodeposition) of aluminum, a method using a high-temperature molten salt typified by the Hall Elle method is industrially performed, and is used for electrolytic smelting of aluminum. In recent years, while electroplating of aluminum and development of aluminum secondary batteries are actively performed, lowering of the electrolyte is required.

ホールエルー法では、氷晶石とフッ化ナトリウムの共晶反応で溶融塩を調製し、この場合の共晶点は約1000℃と高温である。この溶融塩に酸化アルミニウムを溶解させた浴に電流を流し、電解製錬を行っている。これよりも低温で、アルミニウム電析可能な溶融塩を実現するために、塩化アルミニウムを浴組成に用いる方法が考案されている。例えば、塩化リチウムと塩化アルミニウムの共晶点は約110℃、塩化ナトリウムと塩化アルミニウムの共晶点は約113℃であり、氷晶石とフッ化ナトリウムを用いる溶融塩よりも非常に低温である。しかしながら、アルミニウムの電気めっきや、アルミニウム二次電池の電解質として利用するには、さらなる低温化が求められ、室温付近でアルミニウム電析が起こることが望ましい。   In the Whole Lure method, a molten salt is prepared by a eutectic reaction between cryolite and sodium fluoride, and the eutectic point in this case is as high as about 1000 ° C. An electric current is passed through a bath in which aluminum oxide is dissolved in the molten salt to perform electrolytic smelting. In order to realize a molten salt capable of electrodeposition of aluminum at a temperature lower than this, a method of using aluminum chloride as a bath composition has been devised. For example, the eutectic point of lithium chloride and aluminum chloride is about 110 ° C, and the eutectic point of sodium chloride and aluminum chloride is about 113 ° C, much lower than the molten salt using cryolite and sodium fluoride. . However, in order to use it as an electroplating aluminum or as an electrolyte for an aluminum secondary battery, it is desired to further lower the temperature, and it is desirable that aluminum electrodeposition occurs near room temperature.

一方、アルミニウム電析を室温で行うためのイオン溶液が幾つか開発されている。その１つは、塩化アルミニウムと、水素化アルミニウムリチウムのような還元剤とをエーテル系溶媒に溶解させて調製したものがある。しかしながら、このイオン溶液は、浴寿命が短いという問題があり、また、還元剤の安全性を考慮すると、実用化には難しいと思われる。   On the other hand, several ion solutions for performing aluminum electrodeposition at room temperature have been developed. One of them is prepared by dissolving aluminum chloride and a reducing agent such as lithium aluminum hydride in an ether solvent. However, this ionic solution has a problem that the bath life is short, and considering the safety of the reducing agent, it seems difficult to put it into practical use.

また、塩化アルミニウムとジアルキルスルホンを混合したイオン溶液を用いる方法がある。しかしながら、この方法においては、イオン溶液温度は比較的高温（例えば５０℃以上）でなければならないという制約がある。また、低温浴で用いられるジアルキルスルホンでは、コストの観点から、未だ産業的に利用するのは難しい。   There is also a method using an ionic solution in which aluminum chloride and dialkyl sulfone are mixed. However, in this method, there is a restriction that the ionic solution temperature must be relatively high (for example, 50 ° C. or more). In addition, dialkyl sulfones used in low temperature baths are still difficult to use industrially from the viewpoint of cost.

さらに別の組成として、塩化アルミニウムと有機塩化物とを混合する系が提案されており、具体的な有機塩化物として、テトラアルキルアンモニウム塩化物、ピリジニウム塩化物、イミダゾリウム塩化物などが挙げられている（特許文献１参照）。 As another composition, a system in which aluminum chloride and organic chloride are mixed has been proposed. Specific organic chlorides include tetraalkylammonium chloride, pyridinium chloride, imidazolium chloride and the like. (See Patent Document 1).

国際公開第２０１２／０４３１２９号International Publication No. 2012/043129

しかしながら、特許文献１に記載の技術でも、電解質原料のコストや安全性などを考慮すると、産業的に利用するのが難しいという問題点がある。 However, even the technique described in Patent Document 1 has a problem that it is difficult to use industrially in consideration of the cost and safety of the electrolyte raw material.

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、産業的に利用可能である原料を組み合わせて、アルミニウム電析の反応温度を低下させることのできるアルミニウム電析用イオン溶液、および当該アルミニウム電析用イオン溶液を用いた電析反応装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to combine an ion source solution for aluminum electrodeposition that can reduce the reaction temperature of aluminum electrodeposition by combining industrially available raw materials, and the aluminum electrodeposition film. It is in providing the electrodeposition reaction apparatus using the ion solution for water.

上記課題を解決するために、本発明に係るアルミニウム電析用イオン溶液は、アルカリ金属ハロゲン化物と、ハロゲン化アルミニウムと、非水溶媒とからなり、前記ハロゲン化アルミニウムは、フッ化アルミニウムおよび塩化アルミニウムのうちのいずれかであり、前記非水溶媒は、前記ハロゲン化アルミニウムおよび前記アルカリ金属ハロゲン化物が各々単独では不溶または難溶であって、双方を添加した際には前記ハロゲン化アルミニウムおよび前記アルカリ金属ハロゲン化物が可溶であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an ion solution for electrodeposition of aluminum according to the present invention comprises an alkali metal halide, an aluminum halide, and a nonaqueous solvent. The aluminum halide includes aluminum fluoride and aluminum chloride. And the non-aqueous solvent is such that the aluminum halide and the alkali metal halide are each insoluble or sparingly soluble, and when both are added, the aluminum halide and the alkali The metal halide is soluble.

本発明において、前記アルカリ金属ハロゲン化物は、塩化リチウムである。 In the present invention, the alkali metal halide is lithium chloride.

本発明において、前記非水溶媒の比誘電率が１０以下であることが好ましく、さらには、前記非水溶媒の比誘電率が５以下であることが好ましい。 In the present invention, the relative dielectric constant of the non-aqueous solvent is preferably 10 or less, and further, the relative dielectric constant of the non-aqueous solvent is preferably 5 or less.

かかる前記非水溶媒としては、ベンゼン（benzene）、トルエン（toluene）、o-キシレン（xylene）、m-キシレン、p-キシレン、メシチレン（mesitylene）、を挙げることができ、この場合、上記の非水溶媒を１つあるいは複数用いる。 Such a non-aqueous solvent, benzene (benzene), toluene (toluene), o-xylene (xylene), m-xylene, p- xylene, mesitylene (mesitylene), there may be mentioned, in this case, the above non One or more water solvents are used.

本発明において、前記ハロゲン化アルミニウムと前記アルカリ金属ハロゲン化物とのモル比（ハロゲン化アルミニウムの含有モル量／アルカリ金属ハロゲン化物の含有モル量）が１以上であることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the molar ratio of the aluminum halide to the alkali metal halide (the molar content of the aluminum halide / the molar content of the alkali metal halide) is 1 or more.

本発明に係るアルミニウム電析用イオン溶液は、アルミニウムの電気めっき装置やアルミニウム二次電池等、アルミニウムの電析反応を利用した電析反応装置に用いられる。かかる電析反応装置では、第１電極と、第１電極との間にアルミニウム電析用イオン溶液が介在する第２電極とが設けられる。 The ion solution for aluminum electrodeposition according to the present invention is used in an electrodeposition reaction apparatus using an electrodeposition reaction of aluminum, such as an aluminum electroplating apparatus or an aluminum secondary battery. In such an electrodeposition reaction apparatus, a first electrode and a second electrode in which an ion solution for aluminum electrodeposition is interposed are provided between the first electrode and the first electrode.

本発明を適用したアルミニウム電析用イオン溶液を用いた際のサイクリックボルタモグラムである。It is a cyclic voltammogram at the time of using the ion solution for aluminum electrodeposition to which this invention is applied. 本発明を適用したアルミニウム電析用イオン溶液を用いてアルミニウムの電析を行った際に得られた電解生成物のＸ線（Ｃｕ Ｋａ）回折スペクトルである。It is an X-ray (CuKa) diffraction spectrum of the electrolytic product obtained when aluminum was electrodeposited using the ion solution for aluminum electrodeposition to which the present invention was applied. 本発明を適用したアルミニウム電析用イオン溶液を用いてアルミニウムの電析を行った際に得られた電解生成物の走査電子顕微鏡像（倍率＝１０００倍）である。It is a scanning electron microscope image (magnification = 1000 times) of the electrolysis product obtained when performing electrodeposition of aluminum using the ion solution for aluminum electrodeposition to which the present invention is applied.

（アルミニウム電析用イオン溶液の組成）
本発明に係るアルミニウム電析用イオン溶液は、アルミニウムの電気化学的析出（電析）やアルミニウム二次電池等に用いられる溶液であり、かかる溶液には、産業的に利用可能である原料が用いられていること、およびアルミニウム電析の反応温度を低下させること等が求められる。従って、本発明に係るアルミニウム電析用イオン溶液は、アルカリ金属ハロゲン化物と、ハロゲン化アルミニウムと、非水溶媒とからなる組成になっている。(Composition of ion solution for aluminum electrodeposition)
The ion solution for aluminum electrodeposition according to the present invention is a solution used for electrochemical deposition (electrodeposition) of aluminum, an aluminum secondary battery, and the like, and industrially available raw materials are used for such a solution. And reducing the reaction temperature of aluminum electrodeposition. Therefore, the ion solution for aluminum electrodeposition according to the present invention has a composition comprising an alkali metal halide, an aluminum halide, and a nonaqueous solvent.

かかるアルミニウム電析用イオン溶液では、下式に示すように、ハロゲン化アルミニウムの２量体のイオン（Ａｌ２Ｘ７ −）が形成され、かかる２量体のイオンが、アルミニウムの電出反応において活性種となる。
ＭＸ＋ＡｌＸ３ →Ｍ＋＋ＡｌＸ４ −
ＡｌＸ４ −＋ＡｌＸ３ →Ａｌ２Ｘ７ −
但し、Ｍはアルカリ金属、Ｘはハロゲン。In such an ion solution for electrodeposition of aluminum, as shown in the following formula, a dimer ion of aluminum halide (Al 2 X 7 − ) is formed, and the ion of the dimer is converted into an aluminum ionization reaction. Become active species.
MX + AlX 3 → M + + AlX 4 −
AlX 4 − + AlX 3 → Al 2 X 7 −
However, M is an alkali metal and X is a halogen.

ハロゲン化アルミニウムやアルカリ金属ハロゲン化物は、これらを単独で用いた場合、極性溶媒を用いなければ十分に溶解させることができない。そのため、ハロゲン化アルミニウムやアルカリ金属ハロゲン化物を各々、単独で用いた場合、トルエン等の誘電率の低い非極性溶媒と混合しても、ほとんど溶解することはなく、アルミニウム電析を行うための電解質を調製できない。また、ハロゲン化アルミニウムは極性溶媒によって分解されやすく、極性溶媒を用いてアルミニウム電析を行うための電解質を調製することは難しい。 When these aluminum halides and alkali metal halides are used alone, they cannot be sufficiently dissolved unless a polar solvent is used. Therefore, when each of aluminum halide and alkali metal halide is used alone, it hardly dissolves even when mixed with a nonpolar solvent having a low dielectric constant such as toluene, and the electrolyte for performing aluminum electrodeposition Cannot be prepared. In addition, aluminum halide is easily decomposed by a polar solvent, and it is difficult to prepare an electrolyte for performing aluminum electrodeposition using a polar solvent.

ここに、本願発明者は、鋭意検討した結果、ハロゲン化アルミニウムおよびアルカリ金属ハロゲン化物の両方を非極性溶媒に混合することで、それらが著しく溶解することを見出した。特に、ハロゲン化アルミニウムとアルカリ金属ハロゲン化物のモル比（ハロゲン化アルミニウムの含有モル量／アルカリ金属ハロゲン化物の含有モル 量）が１以上の場合、溶解量の増加は顕著であり、例えば、元素分析において、２５℃でアルミニウムイオン（Ａｌ３ ＋）がトルエンに溶解したときの濃度は、１Ｍ以上であることが分かった。この程度の濃度であれば、アルミニウムの電気めっきや、アルミニウム二次電池に利用することができる。すなわち、アルミニウムの電析速度は、電解質中のアルミニウムイオン濃度が高いほど速くなるため、アルミニウムの電気めっきや、アルミニウム二次電池の電解質として利用できる。従って、ハロゲン化アルミニウムとアルカリ金属ハロゲン化物とのモル比（ハロゲン化アルミニウムの含有モル量／アルカリ金属ハロゲン化物の含有モル量）は１以上であることが好ましく、かかるモル比は高いほど望ましい。また、ハロゲン化アルミニウムとアルカリ金属ハロゲン化物のモル比（ハロゲン化アルミニウムの含有モル量／アルカリ金属ハロゲン化物の含有モル量）が１以上の場合、溶解量の増加は顕著であるため、このモル比が高いほど望ましい。Here, as a result of intensive studies, the present inventor has found that when both an aluminum halide and an alkali metal halide are mixed in a nonpolar solvent, they are significantly dissolved. In particular, when the molar ratio of aluminum halide to alkali metal halide (amount of aluminum halide contained / amount of alkali metal halide contained) is 1 or more, the increase in the amount of dissolution is significant. , The concentration of aluminum ions (Al 3 + ) dissolved in toluene at 25 ° C. was 1 M or more. This concentration can be used for aluminum electroplating and aluminum secondary batteries. That is, since the electrodeposition speed | rate of aluminum becomes so high that the aluminum ion concentration in electrolyte is high, it can utilize as electroplating of aluminum or the electrolyte of an aluminum secondary battery. Therefore, the molar ratio of aluminum halide to alkali metal halide (amount of aluminum halide contained / amount of alkali metal halide contained) is preferably 1 or more, and the higher the molar ratio, the more desirable. In addition, when the molar ratio of aluminum halide to alkali metal halide (amount of aluminum halide contained / amount of alkali metal halide contained) is 1 or more, the increase in the amount of dissolution is significant. Higher is desirable.

ハロゲン化アルミニウムとしては、陽イオンとしてアルミニウムイオン（Ａｌ３＋）、陰イオンとしてハロゲン化物イオンで構成される無水物を使用できる。ハロゲン化物イオンとは、フッ化物イオン（Ｆ−）、塩化物イオン（Ｃｌ−）である。より具体的には、ハロゲン化アルミニウムは、フッ化アルミニウムまたは塩化アルミニウムである。As the aluminum halide, an anhydride composed of aluminum ions (Al 3+ ) as cations and halide ions as anions can be used. Halide ions are fluoride ions (F − ) and chloride ions (Cl − ). More specifically, the aluminum halide is aluminum fluoride or aluminum chloride.

アルカリ金属ハロゲン化物は、陽イオンとしてリチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、セシウムイオン（Ｃｓ＋）等を含んでおり、陰イオンとしてハロゲン化物イオン等で構成される化合物を使用できる。この場合のハロゲン化物イオンとしては、例えば、フッ化物イオン（Ｆ−）、塩化物イオン（Ｃｌ−）、臭化物イオン（Ｂｒ−）、ヨウ化物イオン（Ｉ−）等である。より具体的には、アルカリ金属ハロゲン化物としては、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、フッ化カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、フッ化ルビジウム、塩化ルビジウム、臭化ルビジウム、ヨウ化ルビジウム、フッ化セシウム、塩化セシウム、臭化セシウム、およびヨウ化セシウム等を挙げることができ、かかるアルカリ金属ハロゲン化物を１種または２種以上用いる。ただし、陽イオンおよび陰イオンは、上記以外のイオンでもよい。Alkali metal halides contain lithium ions (Li + ), sodium ions (Na + ), potassium ions (K + ), rubidium ions (Rb + ), cesium ions (Cs + ), and the like as cations. Compounds composed of halide ions or the like can be used as ions. Examples of the halide ions in this case include fluoride ions (F − ), chloride ions (Cl − ), bromide ions (Br − ), iodide ions (I − ), and the like. More specifically, the alkali metal halide includes lithium fluoride, lithium chloride, lithium bromide, lithium iodide, sodium fluoride, sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, potassium fluoride, potassium chloride, Examples of such alkali metal halides include potassium bromide, potassium iodide, rubidium fluoride, rubidium chloride, rubidium bromide, rubidium iodide, cesium fluoride, cesium chloride, cesium bromide, and cesium iodide. Are used alone or in combination. However, ions other than those described above may be used as the cation and the anion.

本発明を適用したアルミニウム電析用イオン溶液において、ハロゲン化アルミニウムはルイス酸性を有するため、高極性溶媒と混合した場合、溶媒を求電子攻撃し、ハロゲン化アルミニウム、高極性溶媒、もしくはその両方が分解する。アルミニウムが電析するためには、電解質中にハロゲン化アルミニウムの２量体が含まれる必要があり、ハロゲン化アルミニウムが分解すると、それが形成されない。   In the ionic solution for aluminum electrodeposition to which the present invention is applied, aluminum halide has Lewis acidity, so when mixed with a highly polar solvent, the solvent is electrophilically attacked, and the aluminum halide, the highly polar solvent, or both are Decompose. In order for aluminum to be electrodeposited, it is necessary for the electrolyte to contain a dimer of aluminum halide. When the aluminum halide is decomposed, it is not formed.

例えば、塩化リチウム（アルカリ金属ハロゲン化物）と塩化アルミニウム（ハロゲン化アルミニウム）とを用いた場合、下式に示すように、塩化アルミニウムの２量体のイオン（Ａｌ2Ｃｌ7 −）が形成され、かかるイオンが活性種となる。しかるに、比誘電率が高い高極性溶媒を用いると、塩化アルミニウムの２量体のイオンが分解されやすい。
ＬｉＣｌ＋ＡｌＣｌ3 →Ｌｉ+＋ＡｌＣｌ4 −
ＡｌＣｌ4 −＋ＡｌＣｌ3 →Ａｌ2Ｃｌ7 − For example, when lithium chloride (alkali metal halide) and aluminum chloride (aluminum halide) are used, a dimer ion of aluminum chloride (Al 2 Cl 7 − ) is formed as shown in the following formula, Such ions become active species. However, when a highly polar solvent having a high relative dielectric constant is used, the dimer ions of aluminum chloride are easily decomposed.
LiCl + AlCl 3 → Li + + AlCl 4 −
AlCl 4 − + AlCl 3 → Al 2 Cl 7 −

従って、非水溶媒としては、比誘電率が低いことが好ましく、比誘電率が１０以下であることが好ましい。かかる低極性の非水溶媒を用いた場合、ハロゲン化アルミニウムとその二量体を分解することなく、溶質を溶解することができる。かかる非水溶媒としては、ヘキサン（比誘電率＝２．０）、ジエチルエーテル（比誘電率＝４．３）、酢酸エチル（比誘電率＝６．０）、ジオキサン（比誘電率＝２．２）、ベンゼン（比誘電率＝２．０）、トルエン（メチルベンゼン、比誘電率＝２．４、）、o-キシレン（1,2-ジメチルベンゼン）、m-キシレン（1,3-ジメチルベンゼン）、p-キシレン（1,4-ジメチルベンゼン、比誘電率＝２．３）、メシチレン（1,3,5-トリメチルベンゼン）等を例示することができ、これらの非水溶媒のいずれか一種、あるいは複数を用いる。 Accordingly, the non-aqueous solvent preferably has a low relative dielectric constant, and preferably has a relative dielectric constant of 10 or less. When such a nonpolar non-aqueous solvent is used, the solute can be dissolved without decomposing the aluminum halide and its dimer. As such a non-aqueous solvent, hexane (relative permittivity = 2.0), diethyl ether (relative permittivity = 4.3), ethyl acetate (relative permittivity = 6.0), dioxane (relative permittivity = 2. 2), benzene (relative permittivity = 2.0), toluene (methylbenzene, relative permittivity = 2.4), o-xylene (1,2-dimethylbenzene), m-xylene (1,3-dimethyl) Benzene), p-xylene (1,4-dimethylbenzene, relative dielectric constant = 2.3), mesitylene (1,3,5-trimethylbenzene), etc., and any of these non-aqueous solvents Use one or more.

さらに好ましくは、比誘電率が５以下であることが好ましい。かかる非水溶媒のうち、コストや安全性等を考慮すると、ベンゼン、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、メシチレンのうち、１種あるいは複数用いることが好ましい。 More preferably, the relative dielectric constant is 5 or less. Among such non-aqueous solvents, in consideration of cost and safety etc., benzene, toluene, o- xylene, m- xylene, p- xylene, of mesitylene, it is preferable to use one or more.

（実施例）
図１は、本発明を適用したアルミニウム電析用イオン溶液を用いた際のサイクリックボルタモグラムである。図２は、本発明を適用したアルミニウム電析用イオン溶液を用いてアルミニウムの電析を行った際に得られた電解生成物のX線回折（Cu Kα）スペクトルである。図３は、本発明を適用したアルミニウム電析用イオン溶液を用いてアルミニウムの電析を行った際に得られた電解生成物の走査電子顕微鏡像（倍率＝1000倍）である。(Example)
FIG. 1 is a cyclic voltammogram when using an ion solution for aluminum electrodeposition to which the present invention is applied. FIG. 2 is an X-ray diffraction (Cu Kα) spectrum of an electrolytic product obtained when aluminum is electrodeposited using an ion solution for aluminum electrodeposition to which the present invention is applied. FIG. 3 is a scanning electron microscope image (magnification = 1000 times) of the electrolytic product obtained when aluminum was electrodeposited using the ion solution for aluminum electrodeposition to which the present invention was applied.

まず、常温（25℃）において、トルエンに塩化リチウムと塩化アルミニウムを添加した。その際、各溶質が飽和溶解量となることが望ましいため、飽和量以上添加した。溶け残った溶質を遠心分離により除いたものをアルミニウム電析用イオン溶液とした。   First, lithium chloride and aluminum chloride were added to toluene at room temperature (25 ° C.). At that time, since it is desirable that each solute has a saturated dissolution amount, it is added in a saturation amount or more. An ionic solution for aluminum electrodeposition was prepared by removing the undissolved solute by centrifugation.

次に、調製したアルミニウム電析用イオン溶液を用いて、常温（25℃）においてサイクリックボルタンメトリーで電気化学評価を行った。作用極として、ニッケル箔、参照極および対極として、アルミニウムをそれぞれ用いた。掃引速度を10mV/secとし、参照極の電位に対して、作用極の電位を−1.0Ｖ〜＋1.5Ｖの範囲内で変化させたところ、図１に示す結果が得られた。この結果より、常温（25℃）において、アルミニウムの析出反応およびアルミニウムの溶解反応が起きていると考えられる。   Next, electrochemical evaluation was performed by cyclic voltammetry at room temperature (25 ° C.) using the prepared ion solution for electrodeposition of aluminum. As the working electrode, nickel foil was used, and aluminum was used as the reference electrode and the counter electrode. When the sweep speed was 10 mV / sec and the potential of the working electrode was changed within the range of −1.0 V to +1.5 V with respect to the potential of the reference electrode, the result shown in FIG. 1 was obtained. From this result, it is considered that the precipitation reaction of aluminum and the dissolution reaction of aluminum occur at room temperature (25 ° C.).

次に、0Ｖよりも卑な電位領域で、アルミニウムが析出するか確かめるため、常温（25℃）において、定電位電解を行った。作用極はニッケル箔（表面積＝0.33ｃｍ2）、参照極および対極として、それぞれアルミニウム線を用い、アルミニウム電析用イオン溶液の組成は上記の通りである。電解電位は−1.0Ｖであり、電気量はおよそ2クーロンで電解を行ったところ、電解生成物が得られた。Next, constant potential electrolysis was performed at room temperature (25 ° C.) in order to confirm whether aluminum was precipitated in a potential region lower than 0V. The working electrode is a nickel foil (surface area = 0.33 cm 2 ), an aluminum wire is used as a reference electrode and a counter electrode, and the composition of the ion solution for aluminum electrodeposition is as described above. The electrolysis potential was -1.0 V, and the electrolysis was performed at about 2 coulombs. As a result, an electrolysis product was obtained.

そのX線回折（Cu Kα）スペクトルを図２に示す。また、走査電子顕微鏡像（SEM像、倍率＝1000倍）を図３に示す。   The X-ray diffraction (Cu Kα) spectrum is shown in FIG. A scanning electron microscope image (SEM image, magnification = 1000 times) is shown in FIG.

図２に示すXRDスペクトルより、作用極に用いたNi金属以外に、Al金属に由来する回折ピークが認められ、Al金属が析出していることが確認された。また、図３に示すSEM像より、電解生成物は、金属電析物に特徴的な形態であることが認められた。   From the XRD spectrum shown in FIG. 2, in addition to the Ni metal used for the working electrode, a diffraction peak derived from the Al metal was observed, and it was confirmed that the Al metal was precipitated. Moreover, from the SEM image shown in FIG. 3, it was recognized that the electrolysis product is a form characteristic of metal deposits.

（電析反応装置の構成）
本発明に係るアルミニウム電析用イオン溶液は、アルミニウムの電気めっき装置やアルミニウム二次電池等、アルミニウムの電析反応を利用した電析反応装置に用いられる。かかる電析反応装置では、第１電極と、第１電極との間にアルミニウム電析用イオン溶液が介在する第２電極とが設けられる。ここで、電析反応装置がアルミニウムの電気めっき装置の場合、第１電極および第２電極のうちの一方が、アルミニウムが電析されるワークであり、他方がアルミニウム電極である。また、電析反応装置がアルミニウム二次電池の場合、第１電極および第２電極のうちの一方が、正極として構成され、他方が負極として用いられる。(Configuration of electrodeposition reactor)
The ion solution for aluminum electrodeposition according to the present invention is used in an electrodeposition reaction apparatus using an electrodeposition reaction of aluminum, such as an aluminum electroplating apparatus or an aluminum secondary battery. In such an electrodeposition reaction apparatus, a first electrode and a second electrode in which an ion solution for aluminum electrodeposition is interposed are provided between the first electrode and the first electrode. Here, when the electrodeposition reaction apparatus is an aluminum electroplating apparatus, one of the first electrode and the second electrode is a workpiece on which aluminum is electrodeposited, and the other is an aluminum electrode. Moreover, when an electrodeposition reaction apparatus is an aluminum secondary battery, one of a 1st electrode and a 2nd electrode is comprised as a positive electrode, and the other is used as a negative electrode.

（他の実施例）
本発明は、上記実施例に限らず、本発明の技術的範囲の範囲内で種々の変更を行うことができることは明らかである。例えば、上記実施例では、常温25℃において反応を行わせたが、アルミニウム電析用イオン溶液の沸点未満、かつ、凝固点を超える温度であれば、いずれの温度で使用してもよい。また、上記実施例では、アルカリ金属ハロゲン化物として塩化リチウムを用い、ハロゲン化アルミニウムとして塩化アルミニウムを用い、非水溶媒としてトルエンを用いたが、アルカリ金属ハロゲン化物、ハロゲン化アルミニウムおよび非水溶媒としては、前記した他の材料を用いてもよい。(Other examples)
It is obvious that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical scope of the present invention. For example, in the above examples, the reaction was carried out at a room temperature of 25 ° C., but any temperature may be used as long as the temperature is below the boiling point of the aluminum electrodeposition ion solution and above the freezing point. In the above examples, lithium chloride was used as the alkali metal halide, aluminum chloride was used as the aluminum halide, and toluene was used as the nonaqueous solvent. However, as the alkali metal halide, aluminum halide, and nonaqueous solvent, Other materials described above may be used.

以上説明したように、本発明では、アルミニウムの電気化学的析出（電析）を発生させるアルミニウム電析用イオン溶液として、ハロゲン化アルミニウムおよびアルカリ金属ハロゲン化物の両方をベンゼン、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、メシチレン等の低極性の非水溶媒に溶解させたものを用いる。かかるアルミニウム電析用イオン溶液によれば、電極に対するアルミニウムの電析反応が可能である。また、ハロゲン化アルミニウム、アルカリ金属ハロゲン化物および非水溶媒は、コストや安全性において産業上利用可能な材料である。それ故、アルミニウムの電気めっきや、アルミニウム二次電池等に利用することができる。   As described above, in the present invention, as an ion solution for aluminum electrodeposition for generating electrochemical deposition (electrodeposition) of aluminum, both aluminum halide and alkali metal halide are benzene, toluene, o-xylene, Use those dissolved in a low-polar non-aqueous solvent such as m-xylene, p-xylene, or mesitylene. According to the ion solution for aluminum electrodeposition, an electrodeposition reaction of aluminum on the electrode is possible. Aluminum halides, alkali metal halides and non-aqueous solvents are industrially usable materials in terms of cost and safety. Therefore, it can be used for aluminum electroplating, aluminum secondary batteries, and the like.

Claims (5)

アルカリ金属ハロゲン化物と、
ハロゲン化アルミニウムと、
非水溶媒と
からなり、
前記アルカリ金属ハロゲン化物は、塩化リチウムであり、
前記ハロゲン化アルミニウムは、フッ化アルミニウムおよび塩化アルミニウムのうちのいずれかであり、
前記非水溶媒は、ベンゼン、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、およびメシチレンのうちのいずれかであり、前記ハロゲン化アルミニウムおよび前記アルカリ金属ハロゲン化物が各々単独では不溶または難溶であって、双方を添加した際には前記ハロゲン化アルミニウムおよび前記アルカリ金属ハロゲン化物が可溶であることを特徴とするアルミニウム電析用イオン溶液。 An alkali metal halide,
Aluminum halide,
Consisting of a non-aqueous solvent,
The alkali metal halide is lithium chloride;
The aluminum halide is one of aluminum fluoride and aluminum chloride,
The non-aqueous solvent is any one of benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, and mesitylene, and the aluminum halide and the alkali metal halide are each insoluble or hardly soluble. An ion solution for electrodeposition of aluminum, wherein when both are added, the aluminum halide and the alkali metal halide are soluble. 前記非水溶媒の比誘電率が１０以下であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム電析用イオン溶液。The ion solution for aluminum electrodeposition according to claim 1, wherein the non-aqueous solvent has a relative dielectric constant of 10 or less. 前記非水溶媒の比誘電率が５以下であることを特徴とする請求項２に記載のアルミニウム電析用イオン溶液。The ion solution for aluminum electrodeposition according to claim 2, wherein the non-aqueous solvent has a relative dielectric constant of 5 or less. 前記ハロゲン化アルミニウムと前記アルカリ金属ハロゲン化物とのモル比（ハロゲン化アルミニウムの含有モル量／アルカリ金属ハロゲン化物の含有モル量）が１以上であることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のアルミニウム電析用イオン溶液。The molar ratio between the aluminum halide and the alkali metal halide (a content molar amount of the aluminum halide / a content molar amount of the alkali metal halide) is 1 or more. The ion solution for aluminum electrodeposition as described in any one. 請求項１から４のうちのいずれか一項に記載のアルミニウム電析用イオン溶液を用いた電析反応装置であって、An electrodeposition reaction apparatus using the ion solution for aluminum electrodeposition according to any one of claims 1 to 4,
第１電極と、A first electrode;
該第１電極との間に前記アルミニウム電析用イオン溶液が介在する第２電極と、A second electrode in which the ion solution for aluminum electrodeposition is interposed between the first electrode and the first electrode;
を有することを特徴とする電析反応装置。An electrodeposition reaction apparatus characterized by comprising:
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