JP6721861B2 - Amorphous aluminosilicate particle powder containing lithium and method for producing the same - Google Patents

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本発明は、高純度で、水分吸着性能を持つリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a highly pure lithium-containing amorphous aluminosilicate particle powder having a water adsorption property and a method for producing the same.

近年、エネルギー資源に関する諸問題から、持続可能なエネルギーの利用及び開発に注力されている。中でもリチウムイオン電池は他の電池に比べ、高エネルギー密度を有するため、携帯機器の駆動電源から大型用途電源への展開がなされている。 In recent years, due to various problems related to energy resources, efforts have been focused on sustainable energy use and development. Among them, the lithium ion battery has a higher energy density than other batteries, so that it has been developed from a drive power source for portable devices to a power source for large-scale applications.

従来、化学電池は水系の電解液が主流であったが、リチウムイオン電池は3V以上の高電圧を有するため、安定な電位窓を有する有機溶媒系の電解液が利用されている。該電解液にフッ素を含む電解質が利用されているため、製造過程から使用時に至るまで、構成される部材からの水分除去が必須である。電極シートの作製には電極塗料のドクターブレード法が採用されているが、塗料溶媒も有機系が主であり、水分管理が非常に重要である。 Conventionally, a water-based electrolytic solution has been mainly used for a chemical battery, but since a lithium ion battery has a high voltage of 3 V or more, an organic solvent-based electrolytic solution having a stable potential window is used. Since an electrolyte containing fluorine is used in the electrolytic solution, it is indispensable to remove water from the constituent members from the manufacturing process to the time of use. Although the doctor blade method of the electrode paint is used for the production of the electrode sheet, the paint solvent is mainly organic and the water content management is very important.

周知の通り水との親和性の高い有機溶媒は、大気中から微量ではあるが水を系内に取り込みやすい。取り込まれた水は電解液にフッ素を含む電解質と反応してフッ酸を生じ、リチウムイオン電池の構成材料を破壊して、該電池の寿命を低減させる。そのため、リチウムイオン電池生産の為に用いられる有機溶媒は極度な水分管理及び脱水処理が必要とされる。 As is well known, an organic solvent having a high affinity with water is easy to take water into the system although it is a trace amount from the atmosphere. The taken-in water reacts with the electrolyte containing fluorine in the electrolytic solution to generate hydrofluoric acid, destroys the constituent materials of the lithium ion battery, and shortens the life of the battery. Therefore, the organic solvent used for producing the lithium-ion battery requires extreme water management and dehydration treatment.

また、リチウムイオン電池は使用の際、電極/電解液界面でLiイオンの脱離と挿入の電気化学反応を起こすが、温度や不純物イオンの影響による、電池の寿命に悪影響を及ぼす副反応も起こすことも知られている。そのため、リチウムイオン電池内部の異種元素は極力低減させることが望まれている。 In addition, a lithium ion battery causes an electrochemical reaction of desorption and insertion of Li + ions at the electrode/electrolyte interface during use, but there are side reactions that adversely affect the life of the battery due to the influence of temperature and impurity ions. It is also known to wake up. Therefore, it is desired to reduce foreign elements inside the lithium-ion battery as much as possible.

前記脱水処理には、沸点の差を利用した蒸留や水分吸着剤の添加が挙げられ、該水分吸着剤としてゼオライトや非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末が検討されてきた(特許文献1、2)。 Examples of the dehydration treatment include distillation using a difference in boiling points and addition of a water adsorbent, and zeolite and amorphous aluminosilicate particle powder have been studied as the water adsorbent (Patent Documents 1 and 2). ..

特開2008−179533号公報JP, 2008-179533, A 特開2011−71111号公報JP, 2011-71111, A

リチウムイオン電池の製造において、高純度且つ高吸着能の水分吸着剤は、現在最も要求されているが、未だ十分なものは得られていない。 In the production of lithium ion batteries, a water adsorbent having high purity and high adsorption capacity is currently most demanded, but a sufficient water adsorbent has not yet been obtained.

即ち、特許文献1に記載の技術では、水分吸着剤として非晶質アルミノケイ酸塩粒子が提示されているが、リチウムイオン電池の製造に用いる溶媒の脱水処理に有効かは不明であり、イオン交換に伴うナトリウムイオンの電解液への溶出が問題となる。 That is, in the technique described in Patent Document 1, amorphous aluminosilicate particles are presented as a water adsorbent, but it is unclear whether they are effective in the dehydration treatment of the solvent used in the production of lithium ion batteries, and ion exchange As a result, the elution of sodium ions into the electrolytic solution becomes a problem.

また、特許文献2に記載の技術では、リチウムイオン電池の長期使用を考えると、イオン交換されておらず、ゼオライトに残存するナトリウムが問題となる。 Further, in the technique described in Patent Document 2, considering the long-term use of the lithium-ion battery, sodium that is not ion-exchanged and remains in the zeolite becomes a problem.

そこで、本発明は、高い水分吸着性能を持つ高純度なリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末及びその製造方法の提供を技術低課題とする。 Therefore, the technical problem of the present invention is to provide a highly pure lithium-containing amorphous aluminosilicate particle powder having a high water adsorption performance and a method for producing the same.

前記技術的課題は、次の通りの本発明によって達成できる。 The above technical problems can be achieved by the present invention as described below.

即ち、本発明は、Si/Alモル比が1.5〜5.0であり、リチウム濃度が1.0〜5.0wt%であり、不純物のナトリウムと硫黄濃度が各々0.1wt%以下であるリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末である。(本発明1)。 That is, in the present invention, the Si/Al molar ratio is 1.5 to 5.0, the lithium concentration is 1.0 to 5.0 wt %, and the impurity sodium and sulfur concentrations are each 0.1 wt% or less. It is an amorphous aluminosilicate particle powder containing certain lithium. (Invention 1).

また、本発明は、SiとAlとの合計量に対するLiのモル比Li/(Si+Al)が0.15〜0.60である本発明1記載のリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末である。(本発明2)。 Further, the present invention provides a lithium-containing amorphous aluminosilicate particle powder according to the present invention 1, wherein the molar ratio Li/(Si+Al) of Li to the total amount of Si and Al is 0.15 to 0.60. Is. (Invention 2).

また、本発明は、BET比表面積が10〜150m/gである本発明1又は2記載のリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末である。(本発明3) Further, the present invention is the lithium-containing amorphous aluminosilicate particle powder according to the present invention 1 or 2, which has a BET specific surface area of 10 to 150 m 2 /g. (Invention 3)

また、本発明は、水可溶性のリチウム濃度が500〜6000ppmであり、水可溶性のナトリウムと水可溶性の硫黄濃度が各々10ppm以下である本発明1〜3のいずれかに記載のリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末である。(本発明4) Further, the present invention comprises a lithium according to any one of the present invention 1 to 3, wherein the water-soluble lithium concentration is 500 to 6000 ppm, and the water-soluble sodium concentration and the water-soluble sulfur concentration are each 10 ppm or less. It is a crystalline aluminosilicate particle powder. (Invention 4)

また、本発明は、本発明1〜4のいずれかに記載のリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子を用いた球状又は円柱状の錠剤成形体である。(本発明5) Further, the present invention is a spherical or columnar tablet formed product using the amorphous aluminosilicate particles containing lithium according to any one of the first to fourth inventions. (Invention 5)

また、本発明は、本発明1〜4のいずれかに記載のリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子又は請求項5記載の錠剤成形体を用いた水分吸着剤である。(本発明6) Further, the present invention is a moisture adsorbent using the lithium-containing amorphous aluminosilicate particles according to any one of the present inventions 1 to 4 or the tablet molding according to claim 5. (Invention 6)

また、本発明は、ナトリウム濃度が1wt%以下のリチウムを含有する水溶性ケイ素原料と、ナトリウム濃度が1wt%以下の水溶性アルミニウム原料による仕込みのSi/Alモル比が2.0〜10.0であり、次いで、反応溶液のpHが8.0〜13.0になるようナトリウム濃度が1wt%以下のアルカリ原料を添加した後、20〜105℃で熟成反応を行うことを特徴とする本発明1〜4のいずれかに記載のリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末の製造方法である。(本発明7) Further, according to the present invention, a water-soluble silicon raw material containing lithium whose sodium concentration is 1 wt% or less and a water-soluble aluminum raw material whose sodium concentration is 1 wt% or less have a Si/Al molar ratio of 2.0 to 10.0. Then, the present invention is characterized in that an aging reaction is carried out at 20 to 105° C. after adding an alkaline raw material having a sodium concentration of 1 wt% or less so that the pH of the reaction solution becomes 8.0 to 13.0. The method for producing a lithium-containing amorphous aluminosilicate particle powder according to any one of 1 to 4. (Invention 7)

本発明に係るリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末(以下、アルミノケイ酸塩粒子粉末)は高純度であって水分吸着能にすぐれるため、有機溶媒中の水分吸着材として好適である。殊に、リチウムイオン電解液、及びその製造工程に用いられる有機溶媒から水分を吸着し、除去することが可能である。更に、本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末は、反応の主成分原料がナトリウムを含まないので、含有するナトリウム量も極微量となり、得られるリチウムイオン電池も長期的に利用が可能となる。 The lithium-containing amorphous aluminosilicate particle powder according to the present invention (hereinafter referred to as aluminosilicate particle powder) is suitable as a water adsorbent in an organic solvent because it has a high purity and an excellent water adsorbing ability. .. In particular, it is possible to adsorb and remove water from the lithium ion electrolytic solution and the organic solvent used in the manufacturing process thereof. Furthermore, since the aluminosilicate particle powder according to the present invention does not contain sodium as a main component raw material of the reaction, the amount of sodium contained is extremely small, and the obtained lithium ion battery can be used for a long period of time.

実施例1で得られた粒子粉末のX線回折パターンである。3 is an X-ray diffraction pattern of the particle powder obtained in Example 1. 実施例1で得られた粒子粉末の透過型電子顕微鏡の写真である。3 is a transmission electron microscope photograph of the particle powder obtained in Example 1. 比較例2で得られた粒子粉末のX線回折パターンである。3 is an X-ray diffraction pattern of the particle powder obtained in Comparative Example 2.

本発明の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。 The structure of the present invention will be described in more detail below.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末は、リチウムを含有するアルミノケイ酸塩粒子粉末であり、非晶質である。化学構造は一般式x LiO・y SiO・z Al・n HOで表わされる。Si4+とAl3+は互いにO2−を共有する箇所が存在するため、Si4+周辺は電気的に中性であっても、Al3+周辺はマイナス1価として帯電している。そのため、Al3+周辺は電気的中性になるようLiで補われる。該Liイオンは雰囲気によりイオン交換され、前記粒子粉末の系外へ出されることもある。 The aluminosilicate particle powder according to the present invention is an aluminosilicate particle powder containing lithium and is amorphous. The chemical structure is represented by the general formula x Li 2 O.y SiO 2 .z Al 2 O 3 .n H 2 O. Since Si 4+ and Al 3+ is that there are places to share O 2- one another, Si 4+ surrounding be electrically neutral, Al 3+ peripheral is charged as a minus monovalent. Therefore, the periphery of Al 3+ is supplemented with Li + so as to be electrically neutral. The Li + ions are ion-exchanged by the atmosphere and may be discharged out of the system of the particle powder.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末は、Si/Alのモル比が1.5〜5.0である。Si/Alのモル比が1.5未満の場合には、得られる粒子粉末の不純物の硫酸イオン等のアニオン濃度が高くなり、実使用時に該不純物がイオンとして有機溶媒中に溶出してしまうため好ましくない。Si/Alのモル比が5.0を越える場合、該組成比で粒子粉末を反応させて合成するため、得られる収量が非常に低くなり、工業的な観点から好ましくない。好ましいSi/Alのモル比は1.8〜4.5であり、より好ましくは2.0〜4.0である。前記アニオンとは原料由来のアニオンであり、NO イオン、Clイオン、CO 2−イオン等である。 The aluminosilicate particle powder according to the present invention has a Si/Al molar ratio of 1.5 to 5.0. If the Si/Al molar ratio is less than 1.5, the concentration of anions such as sulfate ions in impurities in the resulting particle powder increases, and the impurities elute into the organic solvent as ions during actual use. Not preferable. When the Si/Al molar ratio exceeds 5.0, the particle powder is reacted at the composition ratio to synthesize the powder, resulting in a very low yield, which is not preferable from an industrial viewpoint. The Si/Al molar ratio is preferably 1.8 to 4.5, and more preferably 2.0 to 4.0. The anion is an anion derived from a raw material, and is NO 3 ion, Cl ion, CO 3 2− ion or the like.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末のリチウム濃度は1.0〜5.0wt%(重量%)である。リチウム濃度が1.0wt%未満の場合には、水分吸着性能が極端に下がる傾向にある。5.0wt%を超える場合には水洗が十分できない形態となり、残存するナトリウムや硫黄濃度が高くなる。好ましくは1.2〜4.8wt%であり、より好ましくは1.5〜4.5wt%である。 The lithium concentration of the aluminosilicate particle powder according to the present invention is 1.0 to 5.0 wt% (wt %). When the lithium concentration is less than 1.0 wt %, the water adsorption performance tends to be extremely reduced. If it exceeds 5.0 wt %, the form cannot be sufficiently washed with water, and the residual sodium and sulfur concentrations increase. It is preferably 1.2 to 4.8 wt%, more preferably 1.5 to 4.5 wt%.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末の硫黄濃度は0.1wt%以下である。0.1wt%を超える場合、吸着剤として使用の際、該粒子粉末からの硫黄の溶出量が無視できなくなる。好ましくは0.09wt%である。硫黄濃度の下限値は通常0.01wt%である。 The sulfur concentration of the aluminosilicate particle powder according to the present invention is 0.1 wt% or less. When it exceeds 0.1 wt %, the amount of sulfur eluted from the particle powder cannot be ignored when used as an adsorbent. It is preferably 0.09 wt %. The lower limit of the sulfur concentration is usually 0.01 wt %.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末のナトリウム濃度は0.1wt%以下である。0.1wt%を超える場合もまた、吸着剤として使用の際、該粒子粉末からのナトリウムの溶出量が無視できなくなる。好ましくは0.09wt%である。ナトリウム濃度の下限値は通常0.01wt%である。 The sodium concentration of the aluminosilicate particle powder according to the present invention is 0.1 wt% or less. When it exceeds 0.1 wt %, the elution amount of sodium from the particle powder cannot be ignored when it is used as an adsorbent. It is preferably 0.09 wt %. The lower limit of sodium concentration is usually 0.01 wt %.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末のSiとAlとの合計量に対するリチウム含有量のモル比Li/(Si+Al)は0.15〜0.60が好ましい。0.15未満の場合はリチウムの含有量が少なく、水分吸着能が低下するため好ましくない。0.60以上の場合は水洗が困難となり、不純物硫黄やナトリウムも多量に抱え込むため好ましくない。より好ましくは0.16〜0.58モル比であり、さらにより好ましくは0.18〜0.55モル比である。 The molar ratio Li/(Si+Al) of the lithium content to the total amount of Si and Al of the aluminosilicate particle powder according to the present invention is preferably 0.15 to 0.60. When it is less than 0.15, the content of lithium is small and the water adsorption capacity is lowered, which is not preferable. When it is 0.60 or more, washing with water becomes difficult, and a large amount of impurities sulfur and sodium are also held, which is not preferable. The molar ratio is more preferably 0.16 to 0.58, still more preferably 0.18 to 0.55.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末のBET比表面積は10〜150m/gが好ましい。10m/g未満の場合は水分吸着能が低下するので好ましくない。150m/gを超える場合は合成の際の濾過効率が悪くなり生産性が下がるため好ましくない。より好ましくは15〜120m/gであり、さらにより好ましくは20〜100m/gである。 The BET specific surface area of the aluminosilicate particle powder according to the present invention is preferably 10 to 150 m 2 /g. If it is less than 10 m 2 /g, the water adsorption capacity will decrease, which is not preferable. When it exceeds 150 m 2 /g, the filtration efficiency at the time of synthesis is deteriorated and the productivity is lowered, which is not preferable. It is more preferably 15 to 120 m 2 /g, and even more preferably 20 to 100 m 2 /g.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末の水可溶性のリチウム濃度は500〜6000ppmであることが好ましい。500ppm未満の場合、非晶質アルミノケイ酸塩粒子外に提供できるリチウム量が少ないため好ましくない。6000ppmを超える場合は水洗が不十分な場合であり、不純物ナトリウムや硫黄も同時に高濃度で残存するため好ましくない。より好ましくは600〜5800ppmであり、さらにより好ましくは700〜5500ppmである。 The water-soluble lithium concentration of the aluminosilicate particle powder according to the present invention is preferably 500 to 6000 ppm. When it is less than 500 ppm, the amount of lithium that can be provided outside the amorphous aluminosilicate particles is small, which is not preferable. When it exceeds 6000 ppm, it is not preferable because the washing with water is insufficient, and impurities such as sodium and sulfur also remain at a high concentration. It is more preferably 600 to 5800 ppm, and even more preferably 700 to 5500 ppm.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末の水可溶性の硫黄濃度が10ppm以下であり、水可溶性のNa濃度が10ppm以下であることが好ましい。水可溶性の硫黄濃度及び水可溶性のナトリウム濃度の下限値は通常0.01ppmである。 The aluminosilicate particle powder according to the present invention preferably has a water-soluble sulfur concentration of 10 ppm or less and a water-soluble Na concentration of 10 ppm or less. The lower limits of the water-soluble sulfur concentration and the water-soluble sodium concentration are usually 0.01 ppm.

本発明におけるアルミノケイ酸塩粒子粉末の形状は粒状又は板状が好ましい。 The shape of the aluminosilicate particle powder in the present invention is preferably granular or plate-like.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末は、球状、円柱状などの錠剤成型体とすることもできる。粉末と異なって、成型することにより、取り扱いが簡便となり、陽イオン交換剤やガス分子吸着剤として用途も広がるためである。前記成型体のバインダーとして樹脂を併用することもできる。該樹脂成分は、ポリウレタン樹脂や塩化ビニリデン樹脂、アクリル樹脂などで特に限定するものではなく、ウレタン、塩化ビニリデンなどと、アクリレート、アクリロニトリルなどとを共重合させた共重合体なども本発明の樹脂成分として有効である。さらに、必要に応じて、エポキシ系やメラミン系などの架橋剤や他の添加剤を添加することもできる。なお、造粒の核となるような第3成分を加えて、吸着剤と樹脂成分を前記核の周囲に複合化して形成することで吸着剤成分の使用量を低減することも可能である。 The aluminosilicate particle powder according to the present invention can also be formed into a tablet-shaped product having a spherical shape, a cylindrical shape, or the like. This is because, unlike the powder, by molding, the handling becomes easier and the applications as a cation exchanger and a gas molecule adsorbent are expanded. A resin may be used in combination as the binder of the molded body. The resin component is not particularly limited to polyurethane resin, vinylidene chloride resin, acrylic resin, etc., and a copolymer obtained by copolymerizing urethane, vinylidene chloride, etc. with acrylate, acrylonitrile, etc. is also a resin component of the present invention. Is effective as. Further, if necessary, an epoxy-based or melamine-based cross-linking agent and other additives can be added. It is also possible to reduce the amount of the adsorbent component used by adding a third component that serves as a nucleus for granulation and forming a complex of the adsorbent and the resin component around the nucleus.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末は水分吸着剤として用いることが望ましい。該吸着剤としての利用形態は特に限定しないが、有機溶媒中への添加や水分を除去したいガスとの接触としても構わない。 The aluminosilicate particle powder according to the present invention is preferably used as a moisture adsorbent. The form of use as the adsorbent is not particularly limited, but addition to an organic solvent or contact with a gas from which water is desired to be removed may be used.

前記有機溶媒として、N−メチルピロリドン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、アセトン、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、n−ヘキサン等が好ましく、有機溶媒に対する添加量は0.1wt%〜10wt%であることが好ましい。 As the organic solvent, N-methylpyrrolidone, ethyl acetate, butyl acetate, methyl ethyl ketone, acetone, isopropyl alcohol, methanol, ethanol, toluene, xylene, cyclohexane, n-hexane and the like are preferable, and the addition amount to the organic solvent is 0.1 wt%. It is preferably 10 wt%.

次に、本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末の製造方法について述べる。 Next, a method for producing the aluminosilicate particle powder according to the present invention will be described.

本発明では、ナトリウム濃度が1wt%以下のリチウムを含有する水溶性ケイ素原料と、ナトリウム濃度が1wt%以下の水溶性アルミニウム原料による仕込みのSi/Alモル比が2.0〜10.0であり、次いで、反応溶液のpHが8.0〜13.0になるようナトリウム濃度が1wt%以下のアルカリ原料を添加した後、20〜105℃で熟成反応を行うことで、リチウムを含有するアルミノケイ酸塩粒子粉末を得ることができる。 In the present invention, the water-soluble silicon raw material containing lithium having a sodium concentration of 1 wt% or less and the water-soluble aluminum raw material having a sodium concentration of 1 wt% or less have a Si/Al molar ratio of 2.0 to 10.0. Then, after adding an alkaline raw material having a sodium concentration of 1 wt% or less so that the pH of the reaction solution becomes 8.0 to 13.0, an aging reaction is performed at 20 to 105° C. to obtain lithium-containing aluminosilicate. A salt particle powder can be obtained.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末の各原料のナトリウム濃度は1wt%以下であることが好ましい。1wt%を超えると得られるアルミノケイ酸塩粒子粉末中の不純物ナトリウム濃度が顕著になる。溶液反応における原料からナトリウムを1wt%以下と低減した手法で合成することができる。前記原料のナトリウム濃度の下限値は通常0.01wt%である。 The sodium concentration of each raw material of the aluminosilicate particle powder according to the present invention is preferably 1 wt% or less. When it exceeds 1 wt %, the concentration of sodium impurities in the obtained aluminosilicate particle powder becomes remarkable. It can be synthesized from a raw material in a solution reaction by a method in which sodium is reduced to 1 wt% or less. The lower limit of the sodium concentration of the raw material is usually 0.01 wt %.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末の原料はリチウムを含有する水溶性ケイ素原料、水溶性アルミニウム原料、及びアルカリ原料であることが好ましい。水溶性の原料を用いることで、予め、原料を水に溶かし、均一な状態で、各原料を混合することで、均一な粒子粉末の作製が可能となる。水溶性ケイ素原料としては、ケイ酸リチウム、オルトケイ酸リチウム等を使用することができる。水溶性アルミニウム原料としては、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム等を使用することができる。アルカリ原料は、炭酸アルカリ水溶液としては炭酸リチウム水溶液、炭酸アンモニウム水溶液、炭酸カリウム水溶液等であり、水酸化アルカリ水溶液として水酸化リチウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等を使用することができる。 The raw material of the aluminosilicate particle powder according to the present invention is preferably a water-soluble silicon raw material containing lithium, a water-soluble aluminum raw material, and an alkali raw material. By using a water-soluble raw material, it is possible to prepare a uniform particle powder by dissolving the raw material in water in advance and mixing the raw materials in a uniform state. As the water-soluble silicon raw material, lithium silicate, lithium orthosilicate, or the like can be used. As the water-soluble aluminum raw material, aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum chloride or the like can be used. Examples of the alkaline raw material include lithium carbonate aqueous solution, ammonium carbonate aqueous solution, and potassium carbonate aqueous solution as the alkali carbonate aqueous solution, and lithium hydroxide aqueous solution, potassium hydroxide aqueous solution, and the like can be used as the alkali hydroxide aqueous solution.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末の製造方法において、Si/Alモル比の混合条件は2.0〜10.0であることが好ましい。2.0未満の場合には、不純物として残存する原料由来のアニオン量が増えて好ましくない。10.0を越えると前記粒子粉末として得られる収量が大幅に下がり好ましくない。より好ましいSi/Alのモル比は2.2〜8.0であり、さらにより好ましくは2.5〜6.0である。 In the method for producing aluminosilicate particle powder according to the present invention, the Si/Al molar ratio mixing condition is preferably 2.0 to 10.0. When it is less than 2.0, the amount of anions derived from the raw materials remaining as impurities increases, which is not preferable. When it exceeds 10.0, the yield obtained as the above-mentioned particle powder is significantly reduced, which is not preferable. The more preferable Si/Al molar ratio is 2.2 to 8.0, and even more preferably 2.5 to 6.0.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末の製造方法において、アルカリ原料混合直後のpHは8.0〜13.0であることが好ましい。pHが8.0未満の場合には、アルミノケイ酸塩粒子中のリチウム含有量が少なくなるため好ましくない。pH13.0を越える場合は、アルミノケイ酸塩粒子粉末が溶解して収量が低下してしまうため好ましくない。さらに好ましい範囲はpH9.0〜12.5であり、さらにより好ましい範囲はpH10.0〜12.0である。 In the method for producing aluminosilicate particle powder according to the present invention, the pH immediately after mixing the alkali raw materials is preferably 8.0 to 13.0. If the pH is less than 8.0, the lithium content in the aluminosilicate particles will be low, which is not preferable. When the pH exceeds 13.0, the aluminosilicate particle powder is dissolved and the yield is reduced, which is not preferable. A more preferable range is pH 9.0 to 12.5, and an even more preferable range is pH 10.0 to 12.0.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末製造方法において、熟成反応温度は20〜105℃であることが好ましい。20℃未満の場合には、反応母液の粘度が高くなり、均一混合が困難となるので好ましくない。105℃を超える場合には、高価な密閉式の反応容器が必要であり、また、得られる粒子粉末の凝集が進み、比表面積が下がり、結果として水分吸着能が下がるため好ましくない。さらに好ましい範囲は30〜95℃であり、さらにより好ましい範囲は50〜95℃である。 In the method for producing aluminosilicate particle powder according to the present invention, the aging reaction temperature is preferably 20 to 105°C. If the temperature is lower than 20° C., the viscosity of the reaction mother liquor becomes high and uniform mixing becomes difficult, which is not preferable. If the temperature exceeds 105°C, an expensive closed reaction vessel is required, and further, the obtained particle powder is agglomerated, the specific surface area is reduced, and as a result, the water adsorption capacity is reduced, which is not preferable. A more preferred range is 30 to 95°C, and an even more preferred range is 50 to 95°C.

本発明におけるアルミノケイ酸塩粒子粉末は、該粒子粉末を有機物などで乾式表面処理することによって、樹脂との相溶性をコントロールすることができる。表面処理剤としては、ロジン化合物、シランカップリング剤、高級脂肪酸等を挙げることができる。該表面処理剤によるアルミノケイ酸塩粒子粉末に対する被覆量は、炭素量換算で0.1〜5重量%が好ましい。乾式表面処理機としては、らいかい機・振動ミル、ローラー型混合機などを使用することができる。 The compatibility of the aluminosilicate particle powder of the present invention with the resin can be controlled by subjecting the particle powder to a dry surface treatment with an organic substance or the like. Examples of the surface treatment agent include rosin compounds, silane coupling agents, and higher fatty acids. The amount of the aluminosilicate particle powder coated with the surface treatment agent is preferably 0.1 to 5% by weight in terms of carbon amount. As the dry type surface treatment machine, a raker machine, a vibration mill, a roller type mixer or the like can be used.

<作用>
本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末の高い水分吸着能は、アルミノケイ酸塩のSi/Al組成比やリチウム濃度を最適化することによって、前記粒子粉末表面に多くの親水性の−OH基と多くの陽イオン交換性の−OLi基が存在するためと本発明者は推定している。
<Action>
The high water adsorption capacity of the aluminosilicate particle powder according to the present invention is obtained by optimizing the Si/Al composition ratio of the aluminosilicate and the lithium concentration, thereby increasing the number of hydrophilic -OH groups on the particle powder surface. The present inventors presume that the presence of the cation-exchangeable -OLi group of

本発明の代表的な実施の形態は次の通りである。 A typical embodiment of the present invention is as follows.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末の結晶相・非晶質相の判定は、「X線回折装置RINT2500(理学電機(株)製)」(管球:Cu、管電圧:40kV、管電流:300mA、ゴニオメーター:広角ゴニオメーター、サンプリング幅:0.010°、走査速度:4.00°/min、発散スリット:1/2°、散乱スリット:1/2°、受光スリット:0.15mm)を使用して行った。また、透過型顕微鏡(100kV)観察により、一次粒子サイズを推定した。 The crystal phase/amorphous phase of the aluminosilicate particle powder according to the present invention is determined by "X-ray diffractometer RINT2500 (manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.)" (tube: Cu, tube voltage: 40 kV, tube current: 300 mA, goniometer: wide-angle goniometer, sampling width: 0.010°, scanning speed: 4.00°/min, divergence slit: 1/2°, scattering slit: 1/2°, light receiving slit: 0.15 mm) Was done using. In addition, the primary particle size was estimated by observation with a transmission microscope (100 kV).

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末のLiなどの軽元素含有量の分析は、該粉末を炭酸ナトリウム:ホウ酸=4:1の溶融剤で溶融し、「プラズマ発光分光分析装置 SPS4000(セイコー電子工業(株))」で測定して求めた。また本発明に係る吸着剤のNa、Si、Al、Sは蛍光エックス線分析装置Rigaku RIX2100を用いて含有量を求めた。 The analysis of the content of light elements such as Li of the aluminosilicate particle powder according to the present invention is performed by melting the powder with a melting agent of sodium carbonate:boric acid=4:1, and then measuring “plasma emission spectroscopy analyzer SPS4000 (Seiko Denshi). Industrial Co., Ltd.”. The contents of Na, Si, Al, and S of the adsorbent according to the present invention were determined using a fluorescence X-ray analyzer Rigaku RIX2100.

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末のBET比表面積はBET法により測定した値を示した。 The BET specific surface area of the aluminosilicate particle powder according to the present invention is a value measured by the BET method.

溶媒中の水分の測定は「微量水分測定装置 AQ−2200A(平沼産業(株)社製)」を用いて測定した。 The water content in the solvent was measured using a "trace water content measuring device AQ-2200A (manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd.)".

本発明に係るアルミノケイ酸塩粒子粉末の水可溶性塩の濃度は、非晶質アルミノケイ酸塩粒子5重量部に対して水を100重量部加え、撹拌装置で撹拌しながら15分間煮沸した後、20℃の恒温槽の中で15分間冷却させたものを0.2μmのメンブレンフィルタ―で減圧濾過して得られた濾液を溶出液として用いて測定した。該溶出液中のリチウムイオン、ナトリウムイオン及び硫酸イオンの濃度評価は「プラズマ発光分光分析装置 SPS4000(セイコー電子工業(株))」により測定された。得られたイオンの濃度を20倍し、水可溶性塩濃度とした。前記溶出液の20℃におけるpHを粉体pHとした。 The concentration of the water-soluble salt in the aluminosilicate particle powder according to the present invention is 20 parts after adding 100 parts by weight of water to 5 parts by weight of amorphous aluminosilicate particles and boiling for 15 minutes while stirring with a stirrer. It was measured by using a filtrate obtained by cooling under reduced pressure for 15 minutes in a constant temperature bath at 0° C. with a 0.2 μm membrane filter as an eluent. The evaluation of the concentrations of lithium ion, sodium ion and sulfate ion in the eluate was measured by "plasma emission spectroscopic analyzer SPS4000 (Seiko Denshi Kogyo KK)". The concentration of the obtained ion was multiplied by 20 to obtain the water-soluble salt concentration. The pH of the eluate at 20° C. was defined as the powder pH.

実施例1:非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末の製造
内容積100lの反応容器中に、Siとして2.0mol/lのケイ酸リチウム溶液20lを投入した後、Al3+0.5mol/lの硫酸アルミニウム溶液40lを添加・混合し、つぎに3NのLiOH溶液をpH12.0になるまで滴下して、さらに水を加えて、溶液量85l・温度35℃に調整した。
Example 1: Production of amorphous aluminosilicate particle powder In a reaction vessel having an internal volume of 100 l, 20 l of a 2.0 mol/l lithium silicate solution as Si was charged, and then Al 3+ 0.5 mol/l sulfuric acid. 40 l of an aluminum solution was added and mixed, then a 3N LiOH solution was added dropwise until the pH reached 12.0, and water was further added to adjust the solution amount to 85 l and the temperature to 35°C.

上記懸濁液を温度35℃で1時間撹拌して熟成反応を行った。得られた白色懸濁液の溶液のpHは11.5であった。次に濾別、水洗、乾燥、粉砕した。 The above suspension was stirred at a temperature of 35° C. for 1 hour to carry out an aging reaction. The pH of the obtained white suspension solution was 11.5. Next, it was filtered, washed with water, dried and pulverized.

得られた白色粒子粉末は、図1に示すX線回折の結果、非晶質であった。尚、他の実施例のX線回折パターンにおいても同様のピークパターンであったため、結晶性のピークがブロードになったのではなく、単に、非晶質由来のハローピークが得られたと推定している。組成分析の結果、Si/Alモル比1.77、Li/(Si+Al)モル比が0.309、Li濃度は2.81wt%、Na濃度は0.085wt%、S濃度は0.077wt%であった。図2に示す透過型電子顕微鏡の写真から10〜30nm程度の一次粒子が観察された。 The obtained white particle powder was amorphous as a result of X-ray diffraction shown in FIG. Incidentally, since the X-ray diffraction patterns of the other examples also had the same peak pattern, it was presumed that a halo peak derived from an amorphous substance was merely obtained instead of a broad crystalline peak. There is. As a result of composition analysis, the Si/Al molar ratio was 1.77, the Li/(Si+Al) molar ratio was 0.309, the Li concentration was 2.81 wt %, the Na concentration was 0.085 wt %, and the S concentration was 0.077 wt %. there were. From the transmission electron microscope photograph shown in FIG. 2, primary particles of about 10 to 30 nm were observed.

得られた白色粉末の水可溶性塩のLi濃度は2026ppm、水可溶性塩のNa濃度は8ppm、水可溶性塩の硫黄濃度は0.01ppm未満であった。 The white powder obtained had a water-soluble salt Li concentration of 2026 ppm, a water-soluble salt Na concentration of 8 ppm, and a water-soluble salt sulfur concentration of less than 0.01 ppm.

実施例2〜10、比較例1〜4
吸着剤の生成反応におけるアルカリ水溶液・水溶性ケイ素水溶液・水溶性アルミニウムの種類・添加元素原料の種類、濃度、使用量、及び熟成反応温度・時間を種々変化させた以外は、実施例1と同様にして含水アルミノケイ酸塩粒子を生成した。
Examples 2-10, Comparative Examples 1-4
Same as Example 1 except that the alkaline aqueous solution, the water-soluble silicon aqueous solution, the type of the water-soluble aluminum, the type, the concentration, the amount of the additive element raw material, and the aging reaction temperature/time in the adsorbent formation reaction were changed. To produce hydrous aluminosilicate particles.

このときの製造条件を表1に得られたアルミノケイ酸塩粒子の諸特性を表2に示す。 Table 1 shows the production conditions at this time, and Table 2 shows various characteristics of the obtained aluminosilicate particles.

比較例2で得られた白色粒子粉末は、図3に示すX線回折の結果、結晶性をもつユークリプタイトであった。 The white particle powder obtained in Comparative Example 2 was eucryptite having crystallinity as a result of X-ray diffraction shown in FIG.

水を滴下して水分が2000ppmになるようにを調整したN−メチルピロリドン100mlに対して、実施例1と比較例1の各粉末を個々に1gずつ添加した後、容器を密閉して1時間静置した有機溶媒中の水分測定を行った。 To 100 ml of N-methylpyrrolidone adjusted to have a water content of 2000 ppm by dropping water, 1 g of each powder of Example 1 and Comparative Example 1 was individually added, and then the container was closed for 1 hour. The water content in the organic solvent that was allowed to stand was measured.

初期水分値が2000ppmに対して実施例1の粉末を添加したものは260ppmであり、比較例1の粉末を添加したものは180ppmであった。 The initial water content was 2000 ppm, the content of the powder of Example 1 was 260 ppm, and the content of the powder of Comparative Example 1 was 180 ppm.

粉末を添加したN−メチルピロリドン50mlを目幅0.45μmのフィルタで減圧濾過した後に、N−メチルピロリドン蒸発させた残渣を50mlの水に溶かしNaとS濃度を「プラズマ発光分光分析装置 SPS4000(セイコー電子工業(株))」で測定して求めた。実施例1の粉末を添加したN−メチルピロリドンの残渣からはNa、S共に検出されなかった(0.01ppm未満)が、比較例1の粉末を添加したN−メチルピロリドンの残渣からはNaが14ppm、Sが160ppm検出された。 After 50 ml of N-methylpyrrolidone to which the powder was added was filtered under reduced pressure with a filter having a mesh width of 0.45 μm, the residue after evaporation of N-methylpyrrolidone was dissolved in 50 ml of water to adjust the Na and S concentrations to “plasma emission spectroscopy analyzer SPS4000( Seiko Denshi Kogyo Co., Ltd.”. Although neither Na nor S was detected (less than 0.01 ppm) from the residue of N-methylpyrrolidone to which the powder of Example 1 was added, Na was detected from the residue of N-methylpyrrolidone to which the powder of Comparative Example 1 was added. 14 ppm and 160 ppm of S were detected.

本発明に係るLiを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子は、溶媒中から水分を吸着でき、かつ不純物ナトリウムが極微量であることから、リチウムイオン電池に用いられる溶媒や電解液からの水分吸着剤として好適である。 Since the amorphous aluminosilicate particles containing Li according to the present invention can adsorb water from a solvent and have a very small amount of sodium impurity, adsorption of water from a solvent used in a lithium ion battery or an electrolytic solution It is suitable as an agent.

Claims (7)

Si/Alモル比が1.5〜5.0であり、リチウム濃度が1.0〜5.0wt%であり、不純物のナトリウムと硫黄濃度が各々0.1wt%以下であるリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末。 A Si/Al molar ratio of 1.5 to 5.0, a lithium concentration of 1.0 to 5.0 wt%, and a lithium-containing non-concentration of impurities of sodium and sulfur of 0.1 wt% or less, respectively. Crystalline aluminosilicate particle powder. SiとAlとの合計量に対するLiのモル比Li/(Si+Al)が0.15〜0.60である請求項1記載のリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末。 The lithium-containing amorphous aluminosilicate particle powder according to claim 1, wherein a molar ratio Li/(Si+Al) of Li to the total amount of Si and Al is 0.15 to 0.60. BET比表面積が10〜150m/gである請求項1又は2記載のリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末。 The lithium-containing amorphous aluminosilicate particle powder according to claim 1, which has a BET specific surface area of 10 to 150 m 2 /g. 水可溶性のリチウム濃度が500〜6000ppmであり、水可溶性のナトリウムと水可溶性の硫黄濃度が各々10ppm以下である請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末。 The lithium-containing amorphous aluminosilicate particles according to claim 1, wherein the water-soluble lithium concentration is 500 to 6000 ppm, and the water-soluble sodium concentration and the water-soluble sulfur concentration are each 10 ppm or less. Powder. 請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子を用いた球状又は円柱状の錠剤成形体。 A spherical or columnar tablet compact using the amorphous aluminosilicate particles containing lithium according to any one of claims 1 to 4. 請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子又は請求項5記載の錠剤成形体を用いた水分吸着剤 A moisture adsorbent using the lithium-containing amorphous aluminosilicate particles according to any one of claims 1 to 4 or the tablet molding according to claim 5. ナトリウム濃度が1wt%以下のリチウムを含有する水溶性ケイ素原料と、ナトリウム濃度が1wt%以下の水溶性アルミニウム原料による仕込みのSi/Alモル比が2.0〜10.0であり、次いで、反応溶液のpHが8.0〜13.0になるようナトリウム濃度が1wt%以下のアルカリ原料を添加した後、20〜105℃で熟成反応を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムを含有する非晶質アルミノケイ酸塩粒子粉末の製造方法。

The water-soluble silicon raw material containing lithium having a sodium concentration of 1 wt% or less and the water-soluble aluminum raw material having a sodium concentration of 1 wt% or less have a Si/Al molar ratio of 2.0 to 10.0. 5. The aging reaction is carried out at 20 to 105[deg.] C. after adding an alkaline raw material having a sodium concentration of 1 wt% or less so that the pH of the solution becomes 8.0 to 13.0. 5. A method for producing a lithium-containing amorphous aluminosilicate particle powder according to [4].

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