WO2013073594A1 - リチウムイオン二次電池用材料及びその使用 - Google Patents

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ion secondary
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aluminum silicate
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紘揮 三國
潔 川合
克倫 古田土
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Definitions

  • the present invention relates to a material for a lithium ion secondary battery and use thereof.
  • 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.
  • the impurities may be deposited on the negative electrode during charge / discharge. Impurities deposited on the negative electrode can cause a short circuit by breaking the separator and reaching the positive electrode.
  • 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.
  • adsorbents impurity scavengers or adsorbents (hereinafter simply referred to as adsorbents) and positive electrode stabilization (see, for example, JP-A-2000-77103).
  • a positive electrode using a lithium compound containing Fe or Mn as a metal element as a constituent element as a positive electrode active material, and a negative electrode using a carbon material capable of occluding or releasing lithium ions as a negative electrode active material are contained in a non-aqueous electrolyte.
  • the positive electrode contains 0.5 to 5 wt% of zeolite with respect to the positive electrode active material, and the zeolite has an effective pore size of the metal.
  • a non-aqueous lithium ion secondary battery having an ion radius greater than 0.5 nm (5 cm) or less is disclosed (for example, see JP 2010-129430 A).
  • the present invention relates to a material for a lithium ion secondary battery that can selectively suppress an increase in the concentration of unnecessary metal ions, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a positive electrode material for a lithium ion secondary battery obtained by using the material.
  • Positive electrode mixture for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, separator for lithium ion secondary battery, electrolyte for lithium ion secondary battery, binder for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery It is an issue to provide.
  • ⁇ 4> The material 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>
  • the material for a lithium ion secondary battery according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4> which does not have a peak around 20 ° and 35 °.
  • the aluminum silicate has an area ratio (peak B / peak A) of the peak B near -85 ppm to the peak A near -78 ppm in the 29 Si-NMR spectrum of 2.0 or more and 9.0.
  • ⁇ 8> The material for a lithium ion secondary battery according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein the water content of the aluminum silicate is 10% by mass or less.
  • ⁇ 9> The material for a lithium ion secondary battery according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>, which is a positive electrode material, a negative electrode, an electrolytic solution, a separator, or a binder.
  • a negative electrode for a lithium ion secondary battery comprising the lithium ion secondary battery material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>.
  • a lithium ion secondary battery comprising a negative electrode for a lithium ion secondary battery comprising the material for a lithium ion secondary battery according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>, a positive electrode, and an electrolyte. .
  • a positive electrode material for a lithium ion secondary battery comprising the lithium ion secondary battery material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>.
  • a lithium ion secondary battery positive electrode material including the lithium ion secondary battery material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>, and a binder. Positive electrode mixture.
  • the positive electrode for lithium ion secondary batteries which has a ⁇ 14> collector and the positive electrode layer containing the positive electrode material for lithium ion secondary batteries as described in said ⁇ 12> provided on the said collector.
  • a lithium ion secondary battery comprising the lithium ion secondary battery positive electrode according to ⁇ 14>, a negative electrode, and an electrolyte.
  • An electrolyte for a lithium ion secondary battery comprising an electrolyte, an organic solvent, and the lithium ion secondary battery material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>.
  • a separator for a lithium ion secondary battery comprising a separator base material and the material for a lithium ion secondary battery according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>.
  • a binder for a lithium ion secondary battery comprising a binder compound and the lithium ion secondary battery material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>.
  • a lithium ion secondary battery comprising at least one selected from the group consisting of the binder for lithium ion secondary batteries described.
  • concentration of an unnecessary metal ion, the negative electrode for lithium ion secondary batteries obtained by using this, and a lithium ion secondary battery use Positive electrode material, positive electrode mixture for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, separator for lithium ion secondary battery, electrolyte for lithium ion secondary battery, binder for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary A secondary battery can be provided.
  • FIG. 4 is a 27 Al-NMR spectrum of aluminum silicate according to Production Example 1 and Production Example 2.
  • FIG. 3 is a 29 Si-NMR spectrum of aluminum silicate according to Production Example 1 and Production Example 2.
  • FIG. 3 is a powder X-ray diffraction spectrum of aluminum silicate according to Production Example 1 and Production Example 2.
  • FIG. 2 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of aluminum silicate according to Production Example 1.
  • FIG. 4 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of aluminum silicate according to Production Example 2. It is a figure which shows typically what is called tubular imogolite which is an example of this embodiment.
  • 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. .
  • a numerical range indicated using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
  • the amount of each component in the composition is the total amount of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific notice when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. means.
  • “(meth) acrylate” means “acrylate” and “methacrylate” corresponding thereto. The same applies to other similar expressions such as “(meth) acrylic copolymer”.
  • 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.
  • the material for a lithium ion secondary battery of the present invention comprises an aluminum silicate (hereinafter referred to as “specific aluminum silica”) having an element molar ratio Si / Al of silicon (Si) to aluminum (Al) of 0.3 or more and less than 1.0. Acid salt)).
  • the lithium ion secondary battery material may further contain other components as necessary.
  • An aluminum silicate having an element molar ratio Si / Al between 0.3 and less than 1.0 (hereinafter sometimes referred to as a 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, and this 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.
  • unnecessary metal ions refer to nickel ions other than lithium ions, manganese ions, copper ions, iron 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.
  • 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.
  • the lithium ion secondary battery material contains specific aluminum silicate
  • unnecessary metal ions such as impurity ions in the lithium ion secondary battery and metal ions eluted from the positive electrode are adsorbed on the specific aluminum silicate. Is done. Thereby, an increase in the concentration of unnecessary metal ions in the battery can be selectively suppressed.
  • a lithium ion secondary battery including a material for a lithium ion secondary battery occurrence of a short circuit due to unnecessary metal ions is suppressed, and the lithium ion secondary battery has excellent life characteristics.
  • Examples of the material for the lithium ion secondary battery include a positive electrode material, a negative electrode, an electrolytic solution, a separator material, and a binder.
  • impurity ions are ionized at the positive electrode, and metal ions are eluted from the positive electrode when the operating temperature of the battery is high, so the specific aluminum silicate is incorporated into the positive electrode material to efficiently adsorb the eluted metal ions. can do.
  • the lithium ion secondary battery material When the lithium ion secondary battery material is applied to the electrolyte, it is possible to selectively suppress an increase in the concentration of unnecessary metal ions in the battery. In addition, in the lithium ion secondary battery using such an electrolyte for a lithium ion secondary battery, occurrence of a short circuit is suppressed and excellent life characteristics are obtained. This is because, for example, specific aluminum silicates are excellent in adsorbing unnecessary metal ions such as manganese ions, nickel ions, copper ions, iron ions, etc. It can be considered that the metal ions that can be formed can be efficiently adsorbed.
  • the separator When the lithium ion secondary battery material is applied to the separator, unnecessary metal ions that pass through the separator and move between the positive electrode side and the negative electrode side in accordance with the charging / discharging of the lithium ion secondary battery. By the separator, it can be adsorbed more efficiently.
  • Examples of the constituent member of the lithium ion secondary battery to which the binder containing the specific aluminum silicate is added or applied include a negative electrode, a positive electrode, a separator, and an outer package.
  • the specific aluminum silicate is contained in the binder and applied to the constituent member of the lithium ion secondary battery, the specific aluminum silicate is prevented from being detached from the constituent member at the time of manufacturing the battery.
  • the specific aluminum silicate can be retained during charging and discharging.
  • specific aluminum silicate can be efficiently disperse
  • the specific aluminum silicate will be described in detail.
  • the specific aluminum silicate has an element molar ratio Si / Al to Al of 0.3 or more and less than 1.0.
  • the specific aluminum silicate is a substance different from zeolite having an element molar ratio Si / Al of 1.0 or more.
  • the aluminum silicate having such a configuration is excellent in adsorbing unnecessary metal ions such as manganese ions, nickel ions, copper ions, iron ions, and the like, while having relatively low adsorbability with respect to lithium ions. As a result, metal ions that can cause a short circuit can be efficiently adsorbed.
  • the specific aluminum silicate is an oxide salt containing Si and Al, and there are many OH groups because the valences of Si and Al are different. This is considered to have excellent metal ion adsorption and metal ion selectivity. Moreover, since specific aluminum silicate is an inorganic oxide, it is excellent in thermal stability and stability in a solvent. For this reason, when it is made to contain in the component of a lithium ion secondary battery, specific aluminum silicate can exist stably also during charging / discharging.
  • the elemental molar ratio Si / Al of Al to Al in the aluminum silicate is 0.3 or more and less than 1.0, preferably 0.4 or more and 0.6 or less, and 0.45 or more and 0.55. The following is more preferable. If 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 property of the aluminum silicate becomes excessive, and the ion adsorption property per unit mass may be lowered. Further, 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 property of the aluminum silicate becomes excessive, and the ion adsorption property per unit mass may be lowered. Further, when the element molar ratio Si / Al is 1.0 or more, the selectivity of the adsorbing metal ions may be further lowered.
  • the element molar ratio Si / Al was obtained by determining the atomic concentrations of Si and Al by an ordinary method using ICP emission spectroscopic analysis (for example, ICP emission analyzer manufactured by Hitachi, Ltd .: P-4010). Calculated from concentration.
  • the specific aluminum silicate preferably has a peak around 3 ppm in the 27 Al-NMR spectrum.
  • 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 ⁇ sec Delay time: 2 seconds Chemical shift value standard: 3.94 ppm of ⁇ -alumina window function: exponential function Line Broadening coefficient: 10 Hz
  • FIG. 1 shows a 27 Al-NMR spectrum of an aluminum silicate according to Production Example 1 and Production Example 2 described later as an example of the specific aluminum silicate.
  • 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.
  • 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.
  • the area ratio of the peak in the vicinity of 55 pm to the peak in the vicinity of 3 ppm is preferably 25% or less and preferably 20% or less from the viewpoint of metal ion adsorption and metal ion selectivity. More preferably, it is more preferably 15% or less.
  • 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 1% or more from the viewpoint of metal ion adsorption and metal ion selectivity. It is more preferably 5% or more, and further preferably 10% or more.
  • the specific aluminum silicate preferably has peaks in the 29 Si-NMR spectrum around ⁇ 78 ppm and around ⁇ 85 ppm.
  • AV400WB manufactured by Bruker BioSpin
  • 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 ⁇ sec 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
  • FIG. 2 shows a 29 Si-NMR spectrum of an aluminum silicate according to Production Example 1 and Production Example 2 described later as an example of the specific aluminum silicate.
  • 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 attributed to the structure of aluminum silicate having a crystal structure such as imogolite and allophane, and is also attributed to the structure of HO—Si— (OAl) 3 .
  • the peak B appearing around ⁇ 85 ppm is considered to be an aluminum silicate having a clay structure or an aluminum silicate having an amorphous structure.
  • the specific aluminum silicate having peaks at around -78 ppm and around 85 ppm is presumed to be a mixture or composite of an aluminum silicate having a crystal structure and an aluminum silicate having a clay structure or an amorphous structure. Is done.
  • 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 the aluminum silicate having the peak A that appears in the vicinity of ⁇ 78 ppm is excellent in water adsorption ability.
  • the inventors have found that this aluminum silicate is excellent in ion adsorption ability in addition to moisture adsorption ability, and selectively adsorbs ions that adversely affect the battery in particular.
  • the present inventors show that the aluminum silicate adsorbs impurity ions or ions eluted from the positive electrode, although it hardly adsorbs lithium ions essential for charging and discharging of a lithium ion battery. It was found to have properties. For this reason, in the lithium ion battery containing this specific aluminum silicate, generation
  • the specific aluminum silicate may not have a peak around ⁇ 110 ppm derived from the layered clay mineral.
  • having no peak means that the displacement from the baseline in the vicinity of ⁇ 110 ppm is below the noise level, specifically, the displacement from the baseline is 100% or less of the noise width. To do.
  • 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 2.0, more preferably 2.0 to 5.0, and particularly preferably 2.0 to 4.0.
  • the curve of the 29 Si-NMR spectrum is divided by a chemical shift value (around ⁇ 81 ppm in FIG. 2) corresponding to the valley between the peak appearing near ⁇ 78 ppm and the peak near ⁇ 85 ppm.
  • the area of peak A in the vicinity of ⁇ 78 ppm is the area of a region surrounded by the straight line passing through ⁇ 81 ppm perpendicular to the chemical shift axis, 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 orthogonal to the chemical shift axis, the base line, and the curve of the 29 Si-NMR spectrum.
  • the powder X-ray diffraction spectrum is measured using CuK ⁇ rays as an X-ray source.
  • Geigerflex RAD-2X (trade name) manufactured by Rigaku Corporation can be used as an X-ray diffraction apparatus.
  • FIG. 3 shows a powder X-ray diffraction spectrum of aluminum silicate according to Production Example 1 and Production Example 2 described later as an example of the specific aluminum silicate.
  • precipitation of aluminum hydroxide can be suppressed by making the heating temperature at the time of heat processing into 160 degrees C or less.
  • content of aluminum hydroxide can be adjusted by adjusting pH at the time of the desalting process by centrifugation.
  • FIG. 4 and 5 show an example of a transmission electron microscope (TEM) photograph of the specific aluminum silicate.
  • the specific aluminum silicate shown in FIG. 4 is a specific aluminum silicate according to Production Example 1 described later.
  • the specific aluminum silicate shown in FIG. 5 is a specific aluminum silicate according to Production Example 2 described later.
  • the specific aluminum silicate according to Production 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 Production Example 2 is a so-called imogolite having a tubular shape 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.
  • Observation of a specific aluminum silicate with a transmission electron microscope (TEM) is performed at an acceleration voltage of 100 kV.
  • 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.
  • an observation sample is prepared using a solution obtained by appropriately diluting the solution after heating so that sufficient contrast can be obtained.
  • an aluminum silicate in which a tubular product as shown in FIG. 4 is not observed is manufactured by performing a heat treatment when silicate ions and aluminum ions are at a specific concentration or more.
  • FIG. 6 is a drawing schematically showing a tubular so-called imogolite, which is an example of a specific aluminum silicate.
  • this specific aluminum silicate 10 has a structure in which a plurality of (three in FIG. 6) 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 tends to have a fiber structure 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 gaps 30 between the plurality of tubular bodies 10a.
  • the outer wall (outer peripheral surface) can be used as an adsorption site for metal ions.
  • the length of the tubular body 10a in the tube portion length direction is, for example, 1 nm to 10 ⁇ m.
  • 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.
  • the specific aluminum silicate preferably has a BET specific surface area of 250 m 2 / g or more, and more preferably 280 m 2 / g or more, from the viewpoint of improving the metal ion adsorption ability.
  • 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.
  • the upper limit of the BET specific surface area is not particularly limited, but a part of Si and Al in the specific aluminum silicate bonds in the form of Si-O-Al, which contributes to the improvement of metal ion adsorption capacity. Therefore, the BET specific surface area is preferably 1500 m 2 / g or less, more preferably 1200 m 2 / g or less, and still more preferably 1000 m 2 / g or less.
  • the BET specific surface area of the specific aluminum silicate is measured from the nitrogen adsorption capacity according to JIS Z 8830.
  • QUANTACHROME manufactured by: AUTOSORB-1 (trade name) can be used.
  • 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).
  • the evaluation temperature is 77K
  • the evaluation pressure range is measured as a relative pressure (equilibrium pressure with respect to saturated vapor pressure) of less than 1.
  • 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.
  • the upper limit value of the total pore volume is not particularly limited. If the total pore volume is large, the amount of moisture adsorbed in the air per unit mass increases, so the total pore volume is preferably 1.5 m 2 / g or less, and 1.2 m 2 / g or less. More preferably, it is 1.0 m 2 / g or less.
  • 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.
  • the average pore diameter of the specific aluminum silicate is preferably 1.5 nm or more, and more preferably 2.0 nm or more.
  • the impurity ions can be efficiently adsorbed even when the impurity ions move to the adsorption site with the ligand.
  • 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.
  • the specific aluminum silicate has a water content of preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less.
  • the moisture content can be measured by the Karl Fischer method.
  • a commonly used heating method can be used without particular limitation.
  • a heat treatment method can be given at 100 ° C. to 300 ° C. for about 6 hours to 24 hours under atmospheric pressure.
  • 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.
  • 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 when the specific aluminum silicate has a regular structure, the affinity for metal ions is improved and the metal ions can be adsorbed efficiently.
  • 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.
  • silicate ion and aluminum ion When producing 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.
  • the silicic acid source include, but are not limited to, tetraalkoxysilane such as sodium orthosilicate, sodium metasilicate, and tetraethoxysilane.
  • the aluminum source which comprises the solution containing aluminum ion will not be restrict
  • the aluminum source include, but are not limited to, aluminum chloride, aluminum perchlorate, aluminum nitrate, aluminum sec-butoxide and the like.
  • the solvent a material that can easily be solvated with the silicate source and the aluminum source as 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.
  • 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.
  • the silicon atom concentration of the silicic acid solution is not particularly limited. Preferably, it is 1 mmol / L to 1000 mmol / L.
  • the productivity is improved and the specific aluminum silicate can be efficiently produced.
  • the productivity is further improved according to the silicon atom concentration.
  • 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) 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.
  • the first washing step desalting and solid separation are performed by using an anion other than the silicate ion derived from the silicate source and the aluminum source (chloride ion, nitrate ion, etc.) and a cation other than the aluminum ion (eg, sodium ion).
  • an anion other than the silicate ion derived from the silicate source and the aluminum source chloride ion, nitrate ion, etc.
  • a cation other than the aluminum ion eg, sodium ion
  • the first washing step include a method using centrifugation, a method using a dialysis membrane, and a method using an ion exchange resin.
  • 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.
  • 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.
  • the desired specific aluminum silicate tends to be more easily formed in the synthesis step.
  • the electrical conductivity is measured at normal temperature (25 ° C.) using FORI 55 manufactured by HORIBA and a general electrical conductivity cell 9382-10D manufactured by HORIBA.
  • the first washing step includes a step of dispersing the 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 precipitating the aluminum silicate. It is preferable. For example, when performing a 1st washing
  • the volume of the dispersion it is preferable to return the volume of the dispersion to the volume before centrifugation using, for example, a solvent.
  • 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.
  • 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 for example, sodium hydroxide and ammonia are preferable.
  • the centrifugation conditions are appropriately selected according to the production scale or the type or size of the container used.
  • the conditions for the centrifugation can be, for example, 1 to 30 minutes at 1200 G or more at room temperature.
  • the conditions for centrifugation for example, when using TOMY: Suprema23 as a centrifuge and the company's standard rotor NA-16, it is 5 to 10 minutes at 3000 rpm (1450 G) or more at room temperature. can do.
  • a solvent that can easily be solvated with the raw material can be appropriately selected and used, and specifically, water, ethanol, or the like can be used as the solvent.
  • 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.
  • 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. For example, it can be 1 to 6 times. If the washing is repeated about three times, the residual amount of coexisting ions is reduced to such an extent that does not affect the synthesis of the desired specific aluminum silicate.
  • PH measurement at the time of pH adjustment can be performed with a pH meter using a general glass electrode.
  • a general glass electrode Specifically, for example, trade name: MODEL (F-51) manufactured by HORIBA, Ltd. can be used.
  • (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.
  • 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.
  • a dilute solution By performing the synthesis step in a dilute solution, it is possible to obtain a specific aluminum silicate having a structure in which a regular structure extends in a tubular shape (hereinafter also referred to as “first specific aluminum silicate”).
  • first specific aluminum silicate a specific aluminum silicate having a clay structure and an amorphous structure in addition to a regular structure
  • second specific aluminum silicate a specific aluminum silicate having a clay structure and an amorphous structure in addition to a regular structure
  • both the first and second specific aluminum silicates have a specific regular structure, they exhibit excellent metal ion adsorption ability.
  • the silicon atom concentration can be 20 mmol / L or less and the aluminum atom concentration can be 60 mmol / L or less.
  • the dilution conditions are preferably such that the silicon atom concentration is 0.1 mmol / L or more and 10 mmol / L or less and the aluminum atom concentration is 0.1 mmol / L or more and 34 mmol / L or less.
  • the atomic concentration is from 0.1 mmol / L to 2 mmol / L and the aluminum atomic concentration is from 0.1 mmol / L to 7 mmol / L.
  • the silicon atom concentration can be 100 mmol / L or more and the aluminum atom concentration can be 100 mmol / L or more.
  • the silicon atom concentration is preferably 120 mmol / L or more and 2000 mmol / L or less
  • the aluminum atom concentration is preferably 120 mmol / L or more and 2000 mmol / L or less.
  • the second specific aluminum silicate can be efficiently produced. Productivity is also improved.
  • the said silicon atom concentration and aluminum atom concentration are the silicon atom concentration and aluminum atom concentration in a solution after adding the acidic compound mentioned later and adjusting pH to a predetermined range. Further, the silicon atom concentration and the aluminum atom concentration are measured by an ordinary method using an ICP emission spectrometer (for example, ICP emission spectrometer: P-4010 manufactured by Hitachi, Ltd.).
  • a solvent may be added to the solution.
  • 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 the coexisting ions in the solution during the heat treatment and handling.
  • 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 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.
  • 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.
  • 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.
  • the heating time is not particularly limited. From the viewpoint of more efficiently obtaining a specific aluminum silicate having a desired structure, the heating time 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.
  • the product obtained by heat treatment in the synthesis step is subjected to desalting and solid separation in the second washing step.
  • the specific aluminum silicate which has the outstanding metal ion adsorption ability can be obtained.
  • This can be considered as follows, for example. That is, 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.
  • 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.
  • 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 a more excellent metal ion adsorption ability.
  • the second washing step is performed using centrifugation, for example, it can be performed as follows.
  • 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.
  • the supernatant solution is discharged and the solid is separated as a gel-like precipitate.
  • the solid separated is then redispersed in a solvent.
  • 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.
  • the pH of the mixed solution is preferably adjusted to, for example, 5 to 10, and more preferably 8 to 10.
  • the alkali used for pH adjustment is not particularly limited.
  • As the alkali used for pH adjustment for example, sodium hydroxide and ammonia are preferable.
  • the centrifugation conditions are appropriately selected according to the production scale or the type or size of the container used.
  • the conditions for the centrifugation can be, for example, 1 to 30 minutes at 1200 G or more at room temperature.
  • the centrifugation conditions include, for example, when TOMY made by SUMY: Suprema23 and the company's standard rotor NA-16 are used as a centrifugal separator at room temperature of 3000 rpm (1450 G) or more and 5 minutes to 10 minutes. can do.
  • a solvent that can easily be solvated with the product after the heat treatment can be appropriately selected and used.
  • water, ethanol, or the like can be used as the solvent. it can.
  • 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.
  • 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.
  • cleaning process it is preferable that especially the density
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 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.
  • 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 aluminum silicate remaining as a gel-like precipitate is redispersed in a solvent, and the process of returning to the volume before centrifugation can be adjusted by repeating the process once or a plurality of times.
  • 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 discharging the supernatant solution).
  • the aluminum silicate remaining as a gel-like precipitate is redispersed in a solvent, and the process of returning to the volume before centrifugation can be adjusted by repeating the process once or a plurality of times.
  • Aluminum silicate which does not have 2)
  • the elemental molar ratio Si / Al to Al is 0.4 or more and 0.6 or less
  • Has a peak at 3ppm near the 27 Al-NMR spectrum has a peak in the vicinity -78ppm near and -85ppm in 29 Si-NMR spectrum, the relative peak A near the -78ppm in 29 Si-NMR spectrum -85ppm
  • the area ratio of peak B in the vicinity (peak B / peak A) is 2.0 or more and 4.0 or less
  • Aluminum silicate which does not have 3
  • the elemental molar ratio Si / Al to Al is 0.45 or more and 0.55 or less
  • Has a peak at 3ppm near the 27 Al-NMR spectrum has a peak in the vicinity -78ppm near and -85ppm in 29 Si-NMR spectrum, the relative peak A near the -78ppm in 29 Si-NMR spectrum -85ppm
  • the area ratio (peak B / peak A) of the nearby peak B is 2.0 or more and 5.0 or less
  • the above preferred embodiments 1) to 3) of the specific aluminum silicate may be the following more preferred embodiments: 4) Any one of 1) to 3) above, wherein the BET specific surface area is 250 m 2 / g or more, the total pore volume is 0.1 cm 3 / g or more and 1.0 m 2 / g or less, and the average The pore diameter is 1.5 nm or more. 5) Any of the above 1) to 3), the BET specific surface area is 280 m 2 / g or more, and the total pore volume is 0.1 cm 3 / g or more.
  • an average pore diameter is 1.5nm or more 20nm or less 6) above 1) to 3) be any of, BET specific surface area of 250 meters 2 / g or more 1200 m 2 / g or less, the total pore volume is 0.1 cm 3 / g or more and 1.5 m 2 / g or less, and the average pore diameter is 1.5 nm or more and 20 nm or less.
  • the BET specific surface area is 280 m 2 / g or more and 1000 m 2 / G or less, the total pore volume is 0.1 cm 3 / g or more and 1.0 m 2 / g or less, and the average pore diameter is 1.5 nm or more and 5.0 nm or less.
  • the lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, and may have other constituent members such as a separator as necessary.
  • the said lithium ion secondary battery can contain the said material for lithium ion secondary batteries in each structural member which comprises a lithium ion secondary battery, or can be included as a structural component of a structural member.
  • Examples of the constituent member or constituent of the lithium ion secondary battery that can include the material for the lithium ion secondary battery include a positive electrode material, a positive electrode mixture, a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, a separator, and a binder.
  • the lithium ion secondary battery of this invention should just contain the said material for lithium ion secondary batteries in at least 1 of these structural members or structural components.
  • the lithium ion secondary battery includes a negative electrode for a lithium ion secondary battery (sometimes simply referred to as “negative electrode”), a positive electrode for a lithium ion secondary battery (sometimes simply referred to as “positive electrode”), lithium An electrolyte for an ion secondary battery (sometimes simply referred to as “electrolyte”), a separator for a lithium ion secondary battery (sometimes simply referred to as “separator”), and a binder for a lithium ion secondary battery ( It is preferable that at least one selected from the group consisting of the above-mentioned materials for lithium ion secondary batteries includes the lithium ion secondary battery material.
  • the lithium ion secondary battery positive electrode includes a lithium ion secondary battery positive electrode material including the lithium ion secondary battery material, the lithium ion secondary battery positive electrode material, and a lithium ion secondary battery including a binder.
  • the components and components of the lithium ion secondary battery that can include the lithium ion secondary battery material include, for example, a combination of a positive electrode and a negative electrode, a combination of a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolysis
  • the combination with a liquid, the combination of a separator and electrolyte solution, and the combination of a positive electrode, a negative electrode, a separator, electrolyte solution, and a binder can be mentioned.
  • the lower limit value of the specific aluminum silicate content is as follows: It is preferable that the ratio is such that the desired effect can be obtained.
  • the upper limit value of the specific aluminum silicate content is the total mass of a plurality of members containing the specific aluminum silicate. 40% by mass or less, and more preferably 20% by mass or less. If it is 40 mass% or less, the balance with the content rate of the specific aluminum silicate which is an insulator and the electrical resistance of a lithium ion secondary battery can be maintained preferably.
  • the present invention preferably includes the following embodiments: (1) A positive electrode material for a lithium ion secondary battery containing a specific aluminum silicate; a positive electrode mixture for a lithium ion secondary battery comprising the positive electrode material for a lithium ion secondary battery and a binder; a current collector; A lithium ion secondary battery having a positive electrode layer containing the positive electrode material for a lithium ion secondary battery provided on the current collector; lithium having the lithium ion secondary battery, a negative electrode, and an electrolyte Ion secondary battery, (2) A negative electrode for a lithium ion secondary battery containing a specific aluminum silicate; a lithium ion secondary battery having the negative electrode for a lithium ion secondary battery, a positive electrode, and an electrolyte; (3) an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery containing an electrolyte, an organic solvent, and a specific aluminum silicate; (4) A separator for a lithium ion secondary battery including a separator base material and a specific aluminum silicate, and
  • Positive electrode active material As a positive electrode active material, the positive electrode active material normally 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).
  • LiMn 2 O 4 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 Can be used alone or in admixture of two or more.
  • the positive electrode material for a lithium ion secondary battery can contain a specific aluminum silicate.
  • the specific aluminum silicate By containing the specific aluminum silicate in the positive electrode material, impurity ions ionized at the positive electrode or metal ions eluted from the positive electrode are captured by the specific aluminum silicate. Thereby, it can suppress that a metal ion is reduce
  • the specific aluminum silicate is added to the positive electrode material from the viewpoint that trapping of impurity ions by the specific aluminum silicate and trapping of the eluted ions are effectively performed. What is necessary is just to contain, and the other structure in a positive electrode material is not restrict
  • a specific aluminum silicate is present around the positive electrode active material.
  • the specific aluminum silicate is present on the surface of the positive electrode active material particles.
  • the form which provides an acid salt is mentioned.
  • the form of the specific aluminum silicate is not particularly limited, and may be a powder, an aqueous dispersion, an organic solvent dispersion, a gel, or the like.
  • the method of adding the specific aluminum silicate to the positive electrode material is not particularly limited.
  • (2) mechano Examples of the fusion method include (3) a method of simply mixing the positive electrode material and the solid specific aluminum silicate.
  • the methods (1) and (2) are preferred.
  • the positive electrode material may be in the form of a dispersion or gel in which the positive electrode material is added to a dispersion or gel of aluminum silicate, but for reasons of transportation cost, stability of properties, etc., a solvent is used. It is preferable to remove to a dry body.
  • a positive electrode mixture slurry in which the dried product is dispersed in an appropriate solvent. By using the positive electrode mixture slurry, the positive electrode material can be more uniformly applied to the current collector.
  • the positive electrode material can be mixed with a binder to form a positive electrode mixture.
  • a binder By containing the binder, the binding property is excellent, and the positive electrode material and the like can be effectively bound to the positive electrode current collector. Further, a conductive agent may be added to this positive electrode mixture.
  • the binder is not particularly limited, but styrene-butadiene copolymer; ethylenic such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, (meth) acrylonitrile, hydroxyethyl (meth) acrylate, etc.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the conductive agent examples 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 And conductive fibers such as metal fibers; metal powders such as copper, silver, nickel, and aluminum; organic conductive materials such as polyphenylene derivatives; and the like.
  • 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 And conductive fibers such as metal fibers
  • metal powders such as copper, silver, nickel, and aluminum
  • organic conductive materials such as polyphenylene derivatives
  • the amount of the specific aluminum silicate applied in the positive electrode layer obtained using the positive electrode mixture is preferably 0.01 g / m 2 to 50 g / m 2 , and 0.05 g / m 2. m 2 to 30 g / m 2 is more preferable, and 0.1 g / m 2 to 20 g / m 2 is still more preferable.
  • the application amount of the specific aluminum silicate is 0.01 g / m 2 or more, the metal ion adsorption effect is sufficient, and an increase in the concentration of unnecessary metal ions is effectively suppressed.
  • the content of the specific aluminum silicate in the positive electrode mixture is preferably 0.01% by mass to 20% by mass, and more preferably 0.05% by mass to 15% by mass. In the case of 20 mass% or less, the balance between the content of the specific aluminum silicate that is an insulator and the electric resistance of the lithium ion secondary battery can be preferably maintained.
  • the content of the positive electrode material in the positive electrode mixture is preferably 80% by mass to 99% by mass, and more preferably 85% by mass to 97% by mass.
  • the content of the positive electrode material is 80% by mass or more, a sufficient energy density can be obtained.
  • it is 98 mass% or less, sufficient adhesiveness is obtained by selection of the optimal binder component.
  • the content of the binder in the positive electrode mixture is preferably 0.5% by mass to 15% by mass, and more preferably 1% by mass to 10% by mass.
  • the binder content is 0.5 mass% or more, the binding property is excellent, and the positive electrode material and the like are effectively bound to the positive electrode current collector. Moreover, when it is 15 mass% or less, the fall of charging / discharging efficiency is suppressed.
  • the content of the conductive agent in the positive electrode mixture is preferably 15% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass to 10% by mass.
  • the conductive agent is not necessarily an essential component depending on the commonly used discharge current value and the type of positive electrode active material to be used. However, the inclusion of the conductive agent can reduce the charge transfer resistance of the electrode. Moreover, when it is 15 mass% or less, the fall of an energy density is suppressed.
  • the method for preparing the positive electrode mixture is not particularly limited.
  • a method for preparing a positive electrode mixture containing specific aluminum silicate a method of mixing a positive electrode material containing a specific aluminum silicate, a binder, and a conductive agent as necessary, an aluminum silicate dispersion liquid Examples include a method of impregnating a positive electrode material, a binder, and a conductive agent as necessary, followed by drying.
  • the positive electrode mixture slurry can be added to a solvent to form a positive electrode mixture slurry.
  • the positive electrode mixture slurry may be prepared by adding the positive electrode material, a binder, and, if necessary, a conductive agent or a thickener to a solvent.
  • 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.
  • a solvent having a high polarity In order to obtain the solubility of the binder or the dispersion stability of the conductive assistant, it is preferable to use a solvent having a high polarity.
  • 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.
  • a thickener may be added to the positive electrode mixture slurry in order to adjust the viscosity.
  • 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.
  • the viscosity of the positive electrode mixture slurry is preferably adjusted as appropriate according to the coating method of the positive electrode mixture slurry, and is generally preferably 100 mPa ⁇ s or more and 30,000 mPa ⁇ s or less.
  • As the viscosity of the positive electrode mixture slurry a value obtained by measuring at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 10 rpm using a conical plate type rotational viscometer is used.
  • the total solid content in the positive electrode mixture slurry is preferably adjusted according to the viscosity.
  • the preparation method of the positive electrode mixture slurry include a preparation method using a mixer such as a disper, a homomixer, and a planetary mixer, a media type disperser, a wet jet mill, a medialess disperser, and a roll mill. It is not limited to these.
  • the disperser it is preferable to use a disperser that has been subjected to a metal contamination prevention treatment from the disperser.
  • Positive electrode for lithium ion secondary battery As an aspect of the positive electrode for lithium ion secondary battery, a layer containing a positive electrode material (hereinafter sometimes referred to as "positive electrode layer”) on at least one surface of the current collector. ) Is provided.
  • the positive electrode for a lithium ion secondary battery can be formed using a positive electrode material containing a specific aluminum silicate.
  • impurity ions ionized at the positive electrode are trapped by the specific aluminum silicate, so that metal ions are reduced and the metal is prevented from precipitating at the negative electrode. Can do. Thereby, the short circuit of a battery is suppressed.
  • the electroconductivity between positive electrode active materials can be hold
  • the other configurations are not particularly limited as long as the specific aluminum silicate is contained in the positive electrode material.
  • a normal current collector used for a positive electrode for a lithium ion secondary battery can be applied.
  • metals such as aluminum, titanium, and stainless steel
  • Positive electrode layer is provided on the current collector and contains a positive electrode material.
  • Examples of the method for forming the positive electrode layer on the current collector include a method in which the positive electrode mixture slurry is applied to the current collector and dried.
  • 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.
  • a well-known method can be used. Specific examples 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 flat plate press, a calender roll, etc. after provision. Moreover, integration of the positive electrode mixture slurry formed into a sheet shape, pellet shape, or the like and the current collector can be performed by a known method such as a roll, a press, or a combination thereof.
  • the thickness of the positive electrode layer is generally 1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, preferably 10 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • an underlayer for improving the adhesion between the current collector and the positive electrode layer may be provided between the current collector and the positive 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.
  • Examples of the aspect of the negative electrode for a lithium ion secondary battery include those in which a layer containing a negative electrode active material (hereinafter sometimes referred to as “negative electrode layer”) is provided on at least one surface of the current collector surface. .
  • the negative electrode for lithium ion secondary batteries can contain specific aluminum silicate. Since the specific aluminum silicate is contained in the negative electrode for a lithium ion secondary battery, impurity ions are captured by the specific aluminum silicate, so that metal ions are reduced and the metal is prevented from being deposited at the negative electrode. it can. 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.
  • the other configurations are not particularly limited as long as the specific aluminum silicate is contained in the negative electrode.
  • a negative electrode in which a layer containing a specific aluminum silicate is provided on the surface of the negative electrode layer can be exemplified.
  • a 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.
  • a belt-like material in which a metal or an alloy such as stainless steel is formed into 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.
  • Negative electrode layer The negative electrode layer is provided on the current collector and contains a negative electrode active material.
  • a negative electrode active material the normal thing used for the negative electrode for lithium ion secondary batteries is applicable.
  • 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.
  • natural graphite, artificial graphite, silicon, lithium titanate or the like can be used alone or in combination.
  • the negative electrode layer may contain a binder.
  • the binder is not particularly limited, but styrene-butadiene copolymer; ethylenic such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, (meth) acrylonitrile, hydroxyethyl (meth) acrylate, etc.
  • 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.
  • 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.
  • the binder content 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.
  • a conductive agent may be mixed in the negative electrode mixture slurry as necessary.
  • the conductive agent include carbon black, graphite, acetylene black, conductive oxide, and conductive nitride.
  • the amount of the conductive agent used may be about 0.1% by mass to 20% by mass with respect to the negative electrode active material.
  • a thickener may be added to the negative electrode mixture slurry in order to adjust the viscosity.
  • 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.
  • 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.
  • the integration of the negative electrode mixture slurry formed into a sheet shape, pellet shape, or the like and the current collector can be performed by a known method such as a roll, a press, or a combination thereof.
  • the thickness of the negative electrode layer is generally 1 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, preferably 10 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • 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.
  • heat treatment is preferably performed at 100 to 180 ° C.
  • heat treatment is preferably performed at 150 to 450 ° C. .
  • This heat treatment increases the strength by removing the solvent or curing the binder, and the adhesion between the particles and between the particles and the current collector can be improved.
  • 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.
  • the negative electrode is pressure-pressed (pressure treatment) after the heat treatment.
  • the electrode density can be adjusted by applying pressure treatment.
  • the electrode density is preferably 1.0 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3 .
  • the layer containing specific aluminum silicate is provided on the negative electrode layer.
  • the layer containing the specific aluminum silicate may be formed by any method. Among them, the specific aluminum silicate can be uniformly dispersed on the negative electrode, and from the viewpoint that unnecessary metal ions can be effectively adsorbed, the dispersion containing the specific aluminum silicate is used. Preferably a layer is formed.
  • the dispersion can be prepared by, for example, kneading a specific aluminum silicate together with a binder and a solvent with a dispersing device such as a stirrer, a ball mill, a super sand mill, or a pressure kneader.
  • a dispersing device such as a stirrer, a ball mill, a super sand mill, or a pressure kneader.
  • This dispersion can be applied on the negative electrode layer to form a layer containing a specific aluminum silicate.
  • the method for applying the dispersion onto the negative electrode layer is not particularly limited. Known methods such as a metal mask printing method, electrostatic coating method, dip coating method, spray coating method, roll coating method, doctor blade method, gravure coating method, and screen printing method may be used. After the application, it is preferable to perform a rolling process using a flat plate press, a calender roll, or the like as necessary.
  • Examples of the solvent for the dispersion include water, amide compounds such as 1-methyl-2-pyrrolidone, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, Examples thereof include alcohol solvents such as 2-methyl-2-propanol, and water is more preferable from the viewpoint of reducing environmental burden.
  • the content of the specific aluminum silicate in the dispersion is, for example, preferably 0.01% by mass to 50% by mass, more preferably 0.1% by mass to 30% by mass, and 1% by mass. More preferably, the content is from 20% to 20% by mass.
  • Application amount of the specific aluminum silicate in the negative electrode for a lithium ion secondary battery that it is preferable, 0.05g / m 2 ⁇ 30g / m 2 is 0.01g / m 2 ⁇ 50g / m 2 about Is more preferably 0.1 g / m 2 to 20 g / m 2 .
  • the dispersion preferably further contains a binder.
  • a binder At this time, when the specific aluminum silicate dispersion is added to the binder, the specific aluminum silicate is immobilized on the negative electrode. For this reason, the specific aluminum silicate does not fall off when producing a battery, and can be present on the negative electrode even during charge and discharge, so that unnecessary metal ions can be adsorbed efficiently.
  • the binder to be contained in the dispersion the binder described in the negative electrode layer can be applied.
  • a thickener may be added to the dispersion to adjust the viscosity.
  • carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (salt), oxidized starch, phosphorylated starch, casein and the like can be used.
  • a conductive agent may be mixed in the dispersion liquid as necessary.
  • the conductive agent include carbon black, graphite, acetylene black, conductive oxide, and conductive nitride.
  • the amount of the conductive agent used may be about 0.1% by mass to 20% by mass with respect to the negative electrode active material.
  • 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.
  • the electrolytic solution used for the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and a known one can be used.
  • a non-aqueous lithium ion secondary battery is obtained by using an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in an organic solvent.
  • the electrolyte LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiClF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlO 4, LiAlCl 4, LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiC Examples thereof include lithium salts such as (CF 3 SO 2 ) 3 , LiCl, and LiI.
  • the concentration of the electrolyte is not particularly limited.
  • the electrolyte is preferably 0.3 to 5 mol, more preferably 0.5 to 3 mol, and particularly preferably 0.8 to 1.5 mol with respect to 1 L of the electrolyte. preferable.
  • organic solvent examples 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.
  • 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.
  • the electrolytic solution can include a specific aluminum silicate.
  • Examples of the method for adding the specific aluminum silicate to the electrolytic solution include a method of adding and mixing the specific aluminum silicate to the electrolytic solution in a solid state or a dispersion state. Among them, the method of adding in a solid state is preferable.
  • the solvent for the dispersion is not particularly limited. Of these, the same organic solvent as the electrolyte is preferred. Furthermore, the density
  • the content of the specific aluminum silicate in the electrolytic solution is preferably 0.01% by mass to 50% by mass, and preferably 0.1% by mass to 30% by mass in the electrolytic solution from the viewpoint of suppressing occurrence of a short circuit. %, More preferably 0.5% by mass to 10% by mass.
  • the lithium ion secondary battery may have a separator.
  • the separator includes a separator base material. 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.
  • the separator base material constituting the separator is not particularly limited as long as it is a porous base material, and can be appropriately selected from commonly used separator base materials.
  • the porous substrate is not particularly limited as long as it has a large number of pores or voids inside and has a porous structure in which these pores are connected to each other. Examples of the porous substrate include a microporous film, a nonwoven fabric, a paper sheet, and other sheets having a three-dimensional network structure. Among these, a microporous membrane is preferable from the viewpoint of handling properties or strength.
  • thermoplastic resins such as polyolefin resins are preferable from the viewpoint of obtaining shutdown characteristics. Therefore, if such a polyolefin porous substrate is applied, both heat resistance and a shutdown function can be achieved.
  • polystyrene resin examples include polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, and the like. Among them, those containing 90% by mass or more of polyethylene are preferable from the viewpoint of obtaining good shutdown characteristics.
  • the polyethylene may be any of low density polyethylene, high density polyethylene and ultra high molecular weight polyethylene. In particular, it is preferable to include at least one selected from high-density polyethylene and ultrahigh-molecular-weight polyethylene, and more preferably polyethylene composed of a mixture of high-density polyethylene and ultra-high-molecular-weight polyethylene. Such polyethylene is excellent in strength and moldability.
  • the molecular weight of polyethylene is preferably 100,000 to 10,000,000 in terms of weight average molecular weight, and particularly preferably a polyethylene composition containing at least 1% by mass of ultrahigh molecular weight polyethylene having a weight average molecular weight of 1,000,000 or more.
  • the porous substrate in the present invention may be constituted by mixing other polyolefins such as polypropylene and polymethylpentene in addition to polyethylene, or two or more layers of a polyethylene microporous membrane and a polypropylene microporous membrane. You may comprise as a laminated body.
  • the film thickness of the porous substrate is not particularly limited. For example, the range of 5 ⁇ m to 50 ⁇ m is preferable, and 7 ⁇ m to 30 ⁇ m is more preferable. When the film thickness is 5 ⁇ m or more, sufficient strength is obtained, good handling properties are obtained, and the yield of the battery is improved. Further, when the film thickness is 50 ⁇ m or less, ion mobility is improved, the volume occupied by the separator in the battery is suppressed, and the energy density of the battery is improved.
  • the porosity of the porous substrate is not particularly limited. For example, 10% to 60% is preferable, and 20% to 50% is more preferable. When the porosity is 10% or more, a sufficient amount of electrolytic solution for the operation of the battery can be retained, and good charge / discharge characteristics can be obtained. Further, when the porosity is 60% or less, good shutdown characteristics can be obtained, and further sufficient strength can be obtained. As the porosity of the porous body, a porosity obtained by a mercury intrusion method using PoreMaster 60GT manufactured by QUANTACHROME is used.
  • the puncture strength of the separator is a value converted to a thickness of 20 ⁇ m, and is preferably in the range of 0.020 N / cm 2 or more and 0.061 N / cm 2 or less.
  • the puncture strength is 0.020 N / cm 2 or more, sufficient strength for suppressing the occurrence of a short circuit can be obtained.
  • the fall of ion conductivity can be suppressed as it is 0.061 N / cm ⁇ 2 > or less.
  • As the piercing strength of the porous body those obtained by Shimadzu Corporation precision universal testing machine AGS-X are used.
  • the Gurley value (JIS P8117) of the porous substrate is preferably in the range of 100 seconds / 100 ml to 500 seconds / 100 ml, more preferably in the range of 100 seconds / 100 ml to 300 seconds / 100 ml.
  • the Gurley value is 100 seconds / 100 ml or more, good shutdown characteristics or mechanical strength can be obtained. Further, when the Gurley value is 500 seconds / 100 ml or less, good ion permeability is obtained and the load characteristics of the battery are improved.
  • the average pore diameter of the porous substrate is preferably 10 nm to 100 nm.
  • the average pore diameter is 10 nm or more, the impregnation property of the electrolytic solution is improved.
  • the average pore size is 100 nm or less, good shutdown characteristics can be obtained.
  • the lithium ion secondary battery separator can contain specific aluminum silicate in addition to the separator base material.
  • specific aluminum silicate unnecessary metal ions such as impurity ions in the lithium ion secondary battery or metal ions eluted from the positive electrode or the like are adsorbed on the specific aluminum silicate. Thereby, an increase in the concentration of unnecessary metal ions can be selectively suppressed. In a lithium ion secondary battery having such a separator, occurrence of a short circuit due to unnecessary metal ions is suppressed, and the life characteristics are excellent.
  • the separator contains a specific aluminum silicate, unnecessary metal ions that pass through the separator and move in both directions between the positive electrode side and the negative electrode side along with charge / discharge of the lithium ion secondary battery, The separator can be more efficiently adsorbed.
  • Examples of the method of applying the specific aluminum silicate to the separator include a method of impregnating a separator base material with a dispersion of the specific aluminum silicate, a method of applying the specific aluminum silicate dispersion to the separator base, and the like. Can be mentioned. Furthermore, after impregnating or coating the separator base material with the dispersion of the specific aluminum silicate, drying may be performed as necessary. Thereby, the separator by which the layer containing specific aluminum silicate was formed in the surface of a separator base material can be obtained.
  • the layer containing the specific aluminum silicate When the layer containing the specific aluminum silicate is formed on the surface of the separator substrate, it may be only one surface or both surfaces of the separator substrate. When forming only on one side of the separator base, it may be on either the positive side or the negative side. In view of elution of metal ions from the positive electrode or reduction of metal ions in the negative electrode and precipitation of metal, it is preferable to form at least the surface on the positive electrode side, and more preferably on both surfaces.
  • the solvent of the dispersion containing the specific aluminum silicate is not particularly limited.
  • the solvent for the dispersion include water, amide solvents such as 1-methyl-2-pyrrolidone, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2 Examples thereof include alcohol solvents such as methyl-2-propanol.
  • the concentration of the specific aluminum silicate in the dispersion can be appropriately selected as necessary. For example, it can be 0.01% by mass to 50% by mass, and preferably 1% by mass to 20% by mass.
  • the dispersion preferably further contains a binder.
  • the specific aluminum silicate is immobilized on the separator by the binder containing the specific aluminum silicate dispersion. For this reason, when producing a battery, since specific aluminum silicate does not fall off and can exist on the separator surface at the time of charging / discharging, it can adsorb
  • the binder to be contained in the dispersion is not particularly limited, but is preferably the same as the binder used for the positive electrode material layer or the negative electrode material layer from the viewpoint of a battery constituent member.
  • Binders are not particularly limited, but styrene-butadiene copolymers; ethylenic polymers such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, (meth) acrylonitrile, hydroxyethyl (meth) acrylate, etc.
  • (Meth) acrylic copolymers obtained by copolymerizing saturated carboxylic acid esters and ethylenically unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, maleic acid; polyvinylidene fluoride; And polymer compounds such as polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polyimide, and polyamideimide.
  • the content ratio of the binder in the layer containing the specific aluminum silicate is preferably 0.1 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the specific aluminum silicate and the binder, More preferably, it is 10 to 10 parts by mass.
  • the content ratio of the binder is 0.1 parts by mass or more, the specific aluminum silicate is effectively fixed to the positive electrode, and the effect of providing the specific aluminum silicate is continuously obtained.
  • suction efficiency per mass can be improved because it is 15 mass parts or less.
  • the content of the specific aluminum silicate in the separator is 0.01g / m 2 ⁇ 50g / m 2, 0.1g / m 2 ⁇ 20g / m 2 It is more preferable that
  • the method for applying the dispersion liquid to the separator substrate is not particularly limited, but a metal mask printing method, electrostatic coating method, dip coating method, spray coating method, roll coating method, doctor blade method, gravure coating method, screen A known method such as a printing method may be used.
  • the separator containing specific aluminum silicate for example, after adding specific aluminum silicate in a solid state or a dispersion state to the resin composition constituting the separator base material, the specific obtained
  • the method of forming a separator using the resin composition base material containing an aluminum silicate can be mentioned. Thereby, the separator comprised from the separator base material containing specific aluminum silicate can be obtained.
  • the lithium ion secondary battery separator is not particularly limited as long as it is disposed between both the positive electrode and the negative electrode, and can be used in a usual manner.
  • the binder contained in the constituent member of the lithium ion secondary battery may include a binder compound and a specific aluminum silicate.
  • a binder contains specific aluminum silicate
  • a negative electrode, a positive electrode, a separator, and an exterior body are mentioned as a structural member of the lithium ion secondary battery which can provide a binder.
  • the specific aluminum silicate is contained in the binder and applied to the constituent member of the lithium ion secondary battery, the specific aluminum silicate is prevented from being detached from the constituent member at the time of manufacturing the battery.
  • the specific aluminum silicate can be retained during charging and discharging.
  • specific aluminum silicate can be efficiently disperse
  • Binder compound As a binder compound, the normal polymer compound used for a lithium ion secondary battery is applicable.
  • the polymer compound is not particularly limited, but includes a styrene-butadiene copolymer; methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, (meth) acrylonitrile, hydroxyethyl (meth) acrylate, and the like.
  • the content of the specific aluminum silicate is appropriately adjusted depending on the component to be provided.
  • the content of the specific aluminum silicate is appropriately adjusted depending on the component to be provided.
  • it is preferably adjusted to be 0.01 g / m 2 or more and 50 g / m 2 or less, and 0.05 g / m 2 to 30 g. more preferably / m 2, 0.1g / m 2 ⁇ 20g / m 2 is more preferable.
  • When applied to the surface of the positive electrode or negative electrode may preferably be adjusted to be 0.01 g / m 2 or more 50 g / m 2 or less, more preferably 0.05g / m 2 ⁇ 30g / m 2, More preferably, it is 0.1 g / m 2 to 20 g / m 2 .
  • When applied to the surface of the separator may preferably be adjusted to be 0.01 g / m 2 or more 50 g / m 2 or less, more preferably 0.05g / m 2 ⁇ 30g / m 2, 0. More preferably, it is 1 g / m 2 to 20 g / m 2 .
  • The may preferably be adjusted to be 0.01 g / m 2 or more 50 g / m 2 or less, more preferably 0.05g / m 2 ⁇ 30g / m 2 if applied to the inside of the outer body, 0 More preferably, it is 1 g / m 2 to 20 g / m 2 .
  • the content of the specific aluminum silicate is within the above range, the metal ion adsorption effect is sufficient, and the content of the specific aluminum silicate that is an insulator is prevented from being excessively increased. An increase in the electrical resistance of the secondary battery can be suppressed.
  • the form of the specific aluminum silicate when added to the binder compound is not particularly limited, and may be a powder, an aqueous dispersion, an organic solvent dispersion, a gel-like form, or the like.
  • the method for adding the specific aluminum silicate to the binder compound is not particularly limited. (1) The method for adding the polymer compound to the aluminum silicate dispersion or gel, (2) The (1) (3) A method of simply mixing the polymer compound and the solid specific aluminum silicate, and the like.
  • the binder may be in the state of a dispersion or gel in which an organic polymer compound is added to a dispersion or gel of aluminum silicate, but for reasons such as transportation cost or property stability, It is preferable to remove the solvent to obtain a dry product.
  • a slurry in which the dried body is dispersed in an appropriate solvent. By using a slurry, the binder can be added or applied to the constituent members more uniformly.
  • the binder may contain a conductive agent.
  • the conductive agent include carbon blacks 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 Examples thereof include conductive fibers such as fibers and metal fibers; metal powders such as copper, silver, nickel, and aluminum; organic conductive materials such as polyphenylene derivatives.
  • these conductive agents may be used alone or in combination.
  • the binder can be added to a solvent to form a slurry.
  • the slurry may be prepared by adding the specific aluminum silicate, the polymer compound, and, if necessary, the conductive agent, the thickener, or a combination thereof to a solvent.
  • the solvent examples 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.
  • a highly polar solvent In order to obtain the solubility of the binder compound or the dispersion stability of the conductive additive, it is preferable to use a highly polar solvent.
  • 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.
  • carboxymethyl cellulose methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (salt), oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and the like can be used.
  • the viscosity of the slurry is preferably adjusted as appropriate according to the slurry coating method, and is generally preferably 100 mPa ⁇ s or more and 30,000 mPa ⁇ s or less.
  • As the viscosity of the slurry a value obtained by measuring at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 10 rpm using a conical plate type rotational viscometer is used.
  • the total solid content in the slurry is preferably prepared according to the viscosity.
  • a generally used method can be adopted as a method for preparing the slurry.
  • the method for preparing the slurry include, but are not limited to, a method using a mixer such as a disper, a homomixer, or a planetary mixer, a media-type disperser, a wet jet mill, a medialess disperser, and a roll mill.
  • a mixer such as a disper, a homomixer, or a planetary mixer
  • a media-type disperser such as a disper, a homomixer, or a planetary mixer
  • a media-type disperser such as a wet jet mill, a medialess disperser, and a roll mill.
  • the disperser it is preferable to use a disperser that has been subjected to a metal contamination prevention treatment from the disperser.
  • the binder containing specific aluminum silicate When applying the binder containing specific aluminum silicate to a positive electrode, you may make it contain in a positive electrode layer, and may make it contain in the surface layer on the said positive electrode layer.
  • the positive electrode layer contains the specific aluminum silicate
  • the amount of the specific aluminum silicate applied is preferably 0.01 g / m 2 or more and 50 g / m 2 or less, and 0.05 g / m 2 to 30 g / m 2. m 2 is more preferable, and 0.1 g / m 2 to 20 g / m 2 is still more preferable.
  • the surface layer may contain a binder containing the specific aluminum silicate of the present invention.
  • the amount of the specific aluminum silicate applied is preferably about 0.01 g / m 2 to 50 g / m 2 , and 0.05 g / m 2 to 30 g. / more preferably m is 2, more preferably 0.1 g / m 2 ⁇ 20 g / m 2.
  • the binder containing specific aluminum silicate When applying the binder containing specific aluminum silicate to a negative electrode, you may make it contain in the said negative electrode layer, and may make it contain in the surface layer on the said negative electrode layer.
  • the amount of the specific aluminum silicate applied is preferably 0.01 g / m 2 or more and 50 g / m 2 or less, and 0.05 g / m 2 to 30 g / m m 2 is more preferable, and 0.1 g / m 2 to 20 g / m 2 is still more preferable.
  • the surface layer may contain a binder containing a specific aluminum silicate.
  • the amount of the specific aluminum silicate applied is preferably 0.01 g / m 2 or more and 50 g / m 2 or less, and 0.05 g / m 2 to 30 g / m m 2 is more preferable, and 0.1 g / m 2 to 20 g / m 2 is still more preferable.
  • a binder containing the specific aluminum silicate When a binder containing a specific aluminum silicate is applied to the separator, a binder containing the specific aluminum silicate may be applied to the surface of the separator.
  • the surface to which the specific aluminum silicate is applied may be on either the positive electrode side or the negative electrode side, and metal ions are eluted from the positive electrode, or metal ions are reduced at the negative electrode to deposit metal. In view of this, it is preferable to apply to the surface on the positive electrode side. Note that the binder containing the specific aluminum silicate may be applied to only one side or both sides of the separator.
  • the amount of the specific aluminum silicate applied is preferably 0.01 g / m 2 or more and 50 g / m 2 or less, and 0.05 g / m 2 to more preferably 30g / m 2, 0.1g / m 2 ⁇ 20g / m 2 is more preferable.
  • the amount of specific aluminum silicate applied 0.01 g / m 2 or more unnecessary metal ions are effectively adsorbed, and in the case of 50 g / m 2 or less, the lithium ion secondary battery An increase in electrical resistance can be suppressed.
  • a binder containing a specific aluminum silicate can be applied to the inner surface of the exterior body.
  • the amount of the specific aluminum silicate applied is not particularly limited, but is 0.01 g / m 2 or more and 50 g / m 2 or less. it is preferred, 0.05g / m 2 ⁇ 30g / m 2 is more preferable.
  • the electrical resistance of the secondary battery can be set within a preferable range.
  • the structure of the lithium ion secondary battery is not particularly limited. Usually, a positive electrode and a negative electrode, and a separator provided as necessary, are wound into a flat spiral shape to form a wound electrode group, In general, the electrode plates are laminated to form a laminated electrode plate group, and the electrode plate group is enclosed in an exterior body.
  • the lithium ion secondary battery is not particularly limited, but is used as a paper-type battery, a button-type battery, a coin-type battery, a laminated battery, a cylindrical battery, a rectangular battery, or the like.
  • the gel-like precipitate obtained after the third desalting of the desalting treatment was dispersed in pure water so as to have a concentration of 60 g / L, using HORIBA: F-55 and conductivity cell: 9382-10D.
  • the electrical conductivity measured at room temperature (25 ° C.) was 0.6 S / m.
  • sample A The gel 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.
  • As the evaluation device AUTASORB-1 (trade name) manufactured by QUANTACHROME 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).
  • the measurement cell charged with 0.05 g of sample A was automatically degassed 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.
  • 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.
  • 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%.
  • 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.
  • FIG. 4 shows a transmission electron microscope (TEM) photograph of sample A observed at a magnification of 100,000.
  • 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. 4, there is no tubular object having a length of 50 nm or more.
  • Metal ion adsorption capacity 1 in water The metal ion adsorption ability was evaluated by ICP emission spectroscopic analysis (ICP emission spectrophotometer: 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, sufficiently mixed, and then allowed to stand. Then, each metal ion concentration before and after the addition of sample A was measured by ICP emission spectroscopic analysis. The results are shown in Table 1.
  • sample A adsorbs Ni 2+ and Mn 2+ unnecessary for the lithium ion secondary battery, but hardly absorbs Li + essential for charge and discharge, and can suppress short circuit without impairing battery performance.
  • Sample B was commercially available activated carbon (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., activated carbon, crushed, 2 mm to 5 mm).
  • concentrations after addition of Sample B were 50 ppm for Ni 2+ , 60 ppm for Mn 2+ , and 100 ppm for Li + . The results are shown in Table 1.
  • 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 + . The results are shown in Table 1.
  • Metal ion adsorption capacity 3 in water Using the sample A prepared in Production 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 method described in “Metal ion adsorption capacity 1 in water” was used. Metal ion adsorption ability was evaluated. The pH at this time was 5.1. The concentration after addition of Sample A was 160 ppm for Cu 2+ .
  • centrifugal separation was performed for 5 minutes at a rotation speed of 3,000 rpm using a TOMY Corporation: Suprema 23 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 third desalting of the desalting treatment was adjusted so as to have a concentration of 60 g / L, and it was used at normal temperature using FORI 55: F-55 and conductivity cell: 9382-10D.
  • the electrical conductivity was measured at 25 ° C. and found to be 1.3 S / m.
  • 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 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).
  • the gel-like precipitate obtained after the third desalting of the desalting treatment was adjusted so as to have a concentration of 60 g / L, and it was used at normal temperature using FORI 55: F-55 and conductivity cell: 9382-10D.
  • the electric conductivity was measured at 25 ° C., it was 0.6 S / m.
  • 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%.
  • 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.
  • Powder X-ray diffraction of Sample E was performed in the same manner as in Production Example 1.
  • FIG. 5 shows a transmission electron microscope (TEM) photograph of Sample E observed at a magnification of 100,000 by the same method as in Example 1.
  • TEM transmission electron microscope
  • Example 1 ⁇ Preparation of positive electrode> 100 parts by mass of LiMn 2 O 4 powder having an average particle size of 20 ⁇ m and a maximum particle size of 80 ⁇ m was added to 100 parts by mass of the isopropyl alcohol dispersion (50 g / L) of the specific aluminum silicate (sample A) prepared in Production Example 1. The mixture was stirred and mixed with a planetary mixer. This was dried by a hot air dryer at 60 ° C. for 12 hours to prepare a positive electrode material A. This positive electrode material A, natural graphite, and 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 ⁇ m 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.
  • the negative electrode was produced by the following method. Artificial graphite powder having an average particle size of 10 ⁇ m 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 ⁇ m 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. A negative electrode was produced.
  • a polyethylene porous sheet having a thickness of 25 ⁇ m was used as a separator, and a solution obtained 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 was used as an electrolytic solution.
  • An aluminum laminate cell was produced.
  • An aluminum laminate cell uses a three-layer laminate film made of nylon film-aluminum foil-modified polyolefin film as an exterior material, and a lithium ion secondary in which the positive electrode, negative electrode, separator, electrolyte, etc. are enclosed in the exterior material. It is a battery.
  • 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 using the sample A as the positive electrode material had a lower discharge capacity reduction rate than the cell not using the sample A.
  • Sample A applied to the positive electrode surface contributes to the extension of the life of the cell or the improvement of 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.
  • the positive electrode active material used in this example is LiMn 2 O 4 powder having an average particle size of 20 ⁇ m and a maximum particle size of 80 ⁇ m.
  • 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 ⁇ m 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.
  • the negative electrode was produced by the following method. Artificial graphite powder having an average particle size of 10 ⁇ m 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 ⁇ m 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.
  • Specified aluminum silicate dispersion obtained by adding polyvinylidene fluoride as a binder to 15% by mass aqueous dispersion of specific aluminum silicate (sample A) prepared in Production 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 .
  • a polyethylene porous sheet having a thickness of 25 ⁇ m was used as a separator, and a solution obtained 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 was used as an electrolytic solution.
  • An aluminum laminate cell was produced.
  • An aluminum laminate cell uses a three-layer laminate film made of nylon film-aluminum foil-modified polyolefin film as an exterior material, and a lithium ion secondary in which the positive electrode, negative electrode, separator, electrolyte, etc. are enclosed in the exterior material. It is a battery.
  • 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.
  • the positive electrode active material used in this example is LiMn 2 O 4 powder having an average particle size of 20 ⁇ m and a maximum particle size of 80 ⁇ m.
  • 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 ⁇ m 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.
  • a liquid (dispersion containing a binder for a lithium ion secondary battery containing the specific aluminum silicate of the present invention) was applied onto the positive electrode sheet by the doctor blade method and vacuum dried at 120 ° C. to produce positive electrode A did.
  • the amount of sample A applied to the positive electrode A was 5 g / m 2 .
  • the negative electrode was produced by the following method. Artificial graphite powder having an average particle size of 10 ⁇ m 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 ⁇ m 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. A negative electrode was produced.
  • a polyethylene porous sheet having a thickness of 25 ⁇ m was used as a separator, and a solution obtained 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 was used as an electrolytic solution.
  • An aluminum laminate cell was produced.
  • An aluminum laminate cell uses a three-layer laminate film made of nylon film-aluminum foil-modified polyolefin film as an exterior material, and a lithium ion secondary in which the positive electrode, negative electrode, separator, electrolyte, etc. are enclosed in the exterior material. It is a battery.
  • 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 positive electrode had a lower discharge capacity reduction rate than the cell in which sample A was not applied.
  • Sample A applied to the positive 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.
  • Example 4 ⁇ Preparation of separator for lithium ion secondary battery> Dispersion of specific aluminum silicate by adding polyvinylidene fluoride as a binder to 8% by mass aqueous dispersion of specific aluminum silicate (sample A) prepared in Production Example 1 to 5% by mass with respect to sample A A liquid was prepared. The obtained specific aluminum silicate dispersion was applied to one side of a 25 ⁇ m thick polyethylene porous sheet by the doctor blade method and dried at 100 ° C. under vacuum. This was designated as separator A. The amount of sample A applied to separator A was 5 g / m 2 .
  • An aluminum laminate cell was prepared by using LiPF 6 dissolved in a mixed solvent of diethyl carbonate and ethylene carbonate in a volume ratio of 1: 1 to a concentration of 1 mol / l as an electrolytic solution.
  • An aluminum laminate cell uses a three-layer laminate film made of nylon film-aluminum foil-modified polyolefin film as an exterior material, and a lithium ion secondary in which the positive electrode, negative electrode, separator, electrolyte, etc. are enclosed in the exterior material.
  • a battery hereinafter also simply referred to as a “cell”).
  • the lithium ion secondary battery was configured such that the surface of the separator A provided with the specific aluminum silicate was on the positive electrode side.
  • 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 produced using the separator to which the sample A was applied was compared with the cell produced using the separator to which the sample A was not applied. The rate of decrease in capacity became smaller.
  • the sample A in the cell contributed to the improvement of the life and safety of the cell by, for example, adsorbing impurities eluted from the positive electrode. .
  • DEC diethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • the solution was stirred for several minutes and then allowed to stand for several hours.
  • concentration change before and after the sample addition was measured by ICP emission spectroscopic analysis (ICP emission spectroscopic device: SPS5100 (manufactured by SII Nanotechnology)).
  • acid decomposition microwave method was performed for the pretreatment of the measurement sample.

Abstract

 アルミニウム(Al)に対するケイ素(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リチウムイオン二次電池用材料と、このリチウムイオン二次電池材料を含むリチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池用正極材、リチウムイオン二次電池用正極合剤、リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池用電解液、リチウムイオン二次電池用セパレータ、及びリチウムイオン二次電池用バインダと、リチウムイオン二次電池。

Description

リチウムイオン二次電池用材料及びその使用
 本発明は、リチウムイオン二次電池用材料及びその使用に関する。
 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。
 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、充放電時に不純物が負極上に析出する場合がある。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、短絡の原因となり得る。
 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、不純物の捕捉剤又は吸着剤(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、特開2000-77103号公報参照)。
 また例えば、構成元素に金属元素としてFe又はMnを含むリチウム化合物を正極活物質とする正極と、リチウムイオンを吸蔵又は放出可能な炭素材料を負極活物質とする負極とを、非水電解液内に分離させて配置した非水系リチウムイオン二次電池であって、前記正極は、前記正極活物質に対して0.5~5wt%のゼオライトを含有し、該ゼオライトは、有効細孔径が前記金属元素のイオン半径より大きく0.5nm(5Å)以下の非水系リチウムイオン二次電池が開示されている(例えば、特開2010-129430号公報参照)。
 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十分とは言い難く、十分な寿命特性が得られない場合があった。
 本発明は、不要な金属イオンの濃度上昇を選択的に抑制可能なリチウムイオン二次電池用材料、並びに、これを用いて得られるリチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池用正極材、リチウムイオン二次電池用正極合剤、リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池用セパレータ、リチウムイオン二次電池用電解液、リチウムイオン二次電池用バインダ、及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。
 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> アルミニウム(Al)に対するケイ素(Si)の元素モル比Si/Alが0.3以上1.0未満である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材料。
 <2> 前記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前記<1>に記載のリチウムイオン二次電池用材料。
 <3> 前記アルミニウムケイ酸塩は、29Si-NMRスペクトルにおいて-78ppm近辺及び-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材料。
 <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材料。
 <5> 前記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°近辺にピークを有し、層状粘土鉱物に由来する2θ=20°及び35°近辺の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材料。
 <6> 前記アルミニウムケイ酸塩は、29Si-NMRスペクトルにおける前記-78ppm近辺のピークAに対する前記-85ppm近辺のピークB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材料。
 <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材料。
 <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材料。
 <9> 正極材、負極、電解液、セパレータ又はバインダである前記<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材料。
 <10> 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材料を含むリチウムイオン二次電池用負極。
 <11> 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材料を含む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。
 <12> 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材料を含むリチウムイオン二次電池用正極材。
 <13> 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材料を含むリチウムイオン二次電池用正極材と、バインダと、を含有するリチウムイオン二次電池用正極合剤。
 <14> 集電体と、前記集電体上に設けられた、前記<12>に記載のリチウムイオン二次電池用正極材を含有する正極層と、を有するリチウムイオン二次電池用正極。
 <15> 前記<14>に記載のリチウムイオン二次電池用正極と、負極と、電解質と、を有するリチウムイオン二次電池。
 <16> 電解質と、有機溶剤と、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材料と、を含むリチウムイオン二次電池用電解液。
 <17> セパレータ基材と、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材料と、を含むリチウムイオン二次電池用セパレータ。
 <18> バインダ化合物と、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材料と、を含むリチウムイオン二次電池用バインダ。
 <19> 前記<10>記載のリチウムイオン二次電池用負極と、前記<12>記載のリチウムイオン二次電池用正極材、前記<13>記載のリチウムイオン二次電池用正極合剤、又は前記<14>記載のリチウムイオン二次電池用正極と、前記<16>記載のリチウムイオン二次電池用電解液と、前記<17>記載のリチウムイオン二次電池用セパレータと、前記<18>記載のリチウムイオン二次電池用バインダと、からなる群より選択された少なくとも1つを有するリチウムイオン二次電池。
 本発明によれば、不要な金属イオンの濃度上昇を選択的に抑制可能なリチウムイオン二次電池用材料、並びに、これを用いて得られるリチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池用正極材、リチウムイオン二次電池用正極合剤、リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池用セパレータ、リチウムイオン二次電池用電解液、リチウムイオン二次電池用バインダ、及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。
製造例1及び製造例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。 製造例1及び製造例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。 製造例1及び製造例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。 製造例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。 製造例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。 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。
 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。更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、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。
 本明細書において「(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。
 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。
<リチウムイオン二次電池用材料>
 本発明のリチウムイオン二次電池用材料は、アルミニウム(Al)に対するケイ素(Si)の元素モル比Si/Alが0.3以上1.0未満であるアルミニウムケイ酸塩(以下、「特定アルミニウムケイ酸塩」ともいう)を含んで構成される。前記リチウムイオン二次電池用材料は、更に必要に応じてその他の成分を含んでいてもよい。
 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、SiとAlの酸化物塩である。SiとAlとではその価数が異なるため、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。
 なお、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、鉄イオン等をいう。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。
 リチウムイオン二次電池用材料が特定アルミニウムケイ酸塩を含むことで、リチウムイオン二次電池中の不純物イオン、正極等から溶出した金属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。これにより、不要な金属イオンの電池中での濃度上昇を選択的に抑制することができる。リチウムイオン二次電池用材料を含むリチウムイオン二次電池においては、不要な金属イオンに起因する短絡の発生が抑制され、リチウムイオン二次電池は、優れた寿命特性を有する。
 前記リチウムイオン二次電池用材料としては、例えば、正極材、負極、電解液、セパレータ用材料、及びバインダを挙げることができる。これらの材料に、特定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材料を適用することにより、不要な金属イオンに起因する短絡の発生が抑制され、優れた寿命特性を有するリチウムイオン二次電池を提供できる。
 リチウムイオン二次電池用材料を正極材に適用した場合には、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、該不要な特定の金属イオンの電池中での濃度上昇を選択的に抑制することが可能となる。かかるリチウムイオン二次電池用正極材を用いたリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池では、短絡の発生が抑制され、優れた寿命特性が得られる。
 特に不純物イオンは正極でイオン化すること、及び電池の使用温度が高いと正極から金属イオンが溶出することから、特定アルミニウムケイ酸塩は正極材に含有させることで、溶出する金属イオンを効率よく吸着することができる。
 リチウムイオン二次電池用材料を負極に適用した場合には、リチウムイオン二次電池中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、不要な特定の金属イオンの電池中で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を用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、優れた寿命特性が得られる。
 リチウムイオン二次電池用材料を電解液に適用した場合には、不要な金属イオンの電池中での濃度上昇を選択的に抑制可能である。またかかるリチウムイオン二次電池用電解液を用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、優れた寿命特性が得られる。これは例えば、特定アルミニウムケイ酸塩は、マンガンイオン、ニッケルイオン、銅イオン、鉄イオン等の不要な金属イオンの吸着性に優れ、一方リチウムイオンに対する吸着性が比較的低いため、短絡の発生原因となり得る金属イオンを効率的に吸着することができるためと考えることができる。
 リチウムイオン二次電池用材料をセパレータに適用した場合には、リチウムイオン二次電池の充放電に伴って、セパレータを透過して正極側と負極側とを双方向に移動する不要な金属イオンを、セパレータによって、より効率的に吸着することができる。
 リチウムイオン二次電池用材料をバインダに適用した場合には、特定アルミニウムケイ酸塩を含有するバインダを、リチウムイオン二次電池の構成部材に添加又は塗布することで、電池中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、不要な特定の金属イオンの電池中での濃度上昇を選択的に抑制することが可能となる。かかるリチウムイオン二次電池用バインダを用いたリチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池では、短絡の発生が抑制され、優れた寿命特性が得られる。
 特定アルミニウムケイ酸塩を含有するバインダを添加又は塗布するリチウムイオン二次電池の構成部材としては、負極、正極、セパレータ、及び外装体が挙げられる。特定アルミニウムケイ酸塩がバインダに含有された状態で、リチウムイオン二次電池の構成部材に付与されることで、電池の製造時に特定アルミニウムケイ酸塩が前記構成部材から脱離することが抑えられ、また充放電時においても特定アルミニウムケイ酸塩を保持することができる。また、特定アルミニウムケイ酸塩を含有するバインダを負極活物質又は正極活物質の結着剤として用いることで、各活物質表面に効率よく特定アルミニウムケイ酸塩を分散させることができる。
 以下、特定アルミニウムケイ酸塩について詳細に説明する。
[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、Alに対するSiの元素モル比Si/Alが0.3以上1.0未満である。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。
 かかる構成のアルミニウムケイ酸塩は、マンガンイオン、ニッケルイオン、銅イオン、鉄イオン等の不要な金属イオンの吸着性に優れ、一方リチウムイオンに対する吸着性が比較的低い。これにより、短絡の発生原因となりうる金属イオンを効率的に吸着することができる。
 また特定アルミニウムケイ酸塩は、Si及びAlを含む酸化物塩であり、SiとAlの価数が異なるためOH基が多く存在する。これにより優れた金属イオン吸着性と金属イオン選択性を有すると考えられる。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。このためリチウムイオン二次電池の構成要素に含有させた場合、特定アルミニウムケイ酸塩は、充放電中でも安定に存在できる。
 アルミニウムケイ酸塩のAlに対するSiの元素モル比Si/Alは0.3以上1.0未満であり、また、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。
 元素モル比Si/Alが0.3未満であると、アルミニウムケイ酸塩の金属イオン吸着性向上に寄与しないAlの量が過剰となり、単位質量あたりのイオン吸着性が低下する場合がある。また元素モル比Si/Alが1.0以上であると、アルミニウムケイ酸塩の金属イオン吸着性向上に寄与しないSiの量が過剰となり、単位質量あたりのイオン吸着性が低下する場合がある。また元素モル比Si/Alが1.0以上であると、更に、吸着する金属イオンの選択性が低下してしまう場合がある。
 なお、元素モル比Si/AlはICP発光分光分析(例えば、日立製作所製ICP発光分析装置: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。
 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
 図1に、特定アルミニウムケイ酸塩の一例として、後述の製造例1及び製造例2に係るアルミニウムケイ酸塩の27Al-NMRスペクトルを示す。
 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。
 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、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。
 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が、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。
 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近辺及び-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スペクトルを示すアルミニウムケイ酸塩であることにより、金属イオン吸着性及び金属イオン選択性がより向上する。
 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
 図2に、特定アルミニウムケイ酸塩の一例として、後述の製造例1及び製造例2に係るアルミニウムケイ酸塩の29Si-NMRスペクトルを示す。
 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近辺及び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、アロフェン等の結晶構造の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、粘土構造のアルミニウムケイ酸塩又は非晶質構造のアルミニウムケイ酸塩と考えられる。したがって、-78ppm近辺及び85ppm近辺にピークを有する特定アルミニウムケイ酸塩は、結晶構造のアルミニウムケイ酸塩と、粘土構造又は非晶質構造の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。
 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。発明者らは、このアルミニウムケイ酸塩が、水分吸着能の加えてイオン吸着能にすぐれ、特に電池に悪影響を与えるイオンを選択的に吸着することを見出した。特に、本発明者らは、このアルミニウムケイ酸塩が、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ほとんど吸着しないにもかかわらず、不純物イオン又は正極からの溶出イオンを吸着するという特異的な性質を有することを見出した。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。
 なお、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。
 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。
 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。
 次に、-78ppm近辺に現れるピークと-85ppm近辺のピーク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。
 -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。
 なお、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。
 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線回折スペクトルは、X線源としてCuKα線を用いて測定される。また例えば、X線回折装置としてリガク社製:Geigerflex RAD-2X(商品名)を用いることができる。
 図3に、特定アルミニウムケイ酸塩の一例として、後述の製造例1及び製造例2に係るアルミニウムケイ酸塩の粉末X線回折スペクトルを示す。
 図3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、特定アルミニウムケイ酸塩に由来するピークと推定される。
 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°近辺の幅広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、低結晶性の層状の粘土鉱物のhk0面の反射に起因するピークと考えられる。
 ここで、2θ=20°及び35°近辺のピークを有しないとは、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。
 更に、製造例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。なお、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。
 また、製造例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。
 図4及び図5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4に示す特定アルミニウムケイ酸塩は、後述の製造例1に係る特定アルミニウムケイ酸塩である。図5に示す特定アルミニウムケイ酸塩は、後述の製造例2に係る特定アルミニウムケイ酸塩である。
 図4に示されるように、製造例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。製造例2に係る特定アルミニウムケイ酸塩は、図5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。
 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。なお、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。
 図5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4に示されるような管状物が観察されない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。
 図6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を模式的に示す図面である。図6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6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。
 なお、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、ピークBの面積が小さくなる傾向にある。
 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。
 また、BET比表面積の上限値は特に制限が無いが、特定アルミニウムケイ酸塩中のSiとAlの一部がSi-O-Alという形で結合し、それが金属イオン吸着能の向上に寄与するという観点からは、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。
 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。
 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。
 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。全細孔容積が大きい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。
 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。
 不純物イオンのイオン半径が0.01nm~0.1nmであるため、特定アルミニウムケイ酸塩の平均細孔直径が、1.5nm以上であることが好ましく、2.0nm以上であることがより好ましい。平均細孔直径が前記範囲であると不純物イオンが配位子を伴った状態で吸着サイトまで移動する場合でも効率よく不純物イオンを吸着できる。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。
 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。
 なお、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。
 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なく用いることができる。例えば、大気圧下で、100℃~300℃、6時間~24時間程度の間、加熱処理する方法が挙げられる。
[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。
 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、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できると考えることができる。
(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。
(ケイ酸イオン及びアルミニウムイオン)
 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。
 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。
(混合比と溶液の濃度)
 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。
 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。
 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。
 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。
(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。
 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(塩化物イオン、硝酸イオン等)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例えば、遠心分離を用いる方法、透析膜を用いる方法、及びイオン交換樹脂を用いる方法が挙げられる。
 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。
 なお、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。
 第一洗浄工程は、前記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。
 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、例えば水酸化ナトリウム、及びアンモニアが好ましい。
 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1~30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。
 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。なお、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。
 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。例えば1回~6回とすることができる。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度に少なくなる。
 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。
(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。
 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、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、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。なお、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を示す。
 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。
 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、更にアルミニウムケイ酸塩の生産性も向上する。
 なお、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原子濃度である。
 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、定法により測定される。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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、加熱時間は、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。
(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。
 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、より優れた金属イオン吸着能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。
 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。
 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、例えば水酸化ナトリウム、及びアンモニアが好ましい。
 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1~30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。
 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。なお、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。
 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。
 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。
 なお、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。
 なお、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。
 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若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。
 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若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。
 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若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。
 特定アルミニウムケイ酸塩の好ましい態様としては、以下のものを挙げることができる:
 1) Alに対するSiの元素モル比Si/Alが0.4以上0.6以下であり、
 27Al-NMRスペクトルにおいて3ppm近辺にピークを有し、29Si-NMRスペクトルにおいて-78ppm近辺及び-85ppm近辺にピークを有し、29Si-NMRスペクトルにおける前記-78ppm近辺のピークAに対する前記-85ppm近辺のピークBの面積比率(ピークB/ピークA)が2.0以上9.0以下であり、
 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2θ=20°及び35°近辺のピークを有しないアルミニウムケイ酸塩、
 2) Alに対するSiの元素モル比Si/Alが0.4以上0.6以下であり、
 27Al-NMRスペクトルにおいて3ppm近辺にピークを有し、29Si-NMRスペクトルにおいて-78ppm近辺及び-85ppm近辺にピークを有し、29Si-NMRスペクトルにおける前記-78ppm近辺のピークAに対する前記-85ppm近辺のピークBの面積比率(ピークB/ピークA)が2.0以上4.0以下であり、
 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2θ=20°及び35°近辺のピークを有しないアルミニウムケイ酸塩、
 3) Alに対するSiの元素モル比Si/Alが0.45以上0.55以下であり、
 27Al-NMRスペクトルにおいて3ppm近辺にピークを有し、29Si-NMRスペクトルにおいて-78ppm近辺及び-85ppm近辺にピークを有し、29Si-NMRスペクトルにおける前記-78ppm近辺のピークAに対する前記-85ppm近辺のピークBの面積比率(ピークB/ピークA)が2.0以上5.0以下であり、
 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2θ=20°及び35°近辺のピークを有しないアルミニウムケイ酸塩。
 特定アルミニウムケイ酸塩の上記好ましい態様1)~3)は、以下の更に好ましい態様であってもよい:
 4) 上記1)~3)のいずれかであって、BET比表面積が250m/g以上であり、全細孔容積が0.1cm/g以上1.0m/g以下であり、平均細孔直径が、1.5nm以上である
 5) 上記1)~3)のいずれかであって、BET比表面積が280m/g以上であり、全細孔容積が0.1cm/g以上1.5m/g以下であり、平均細孔直径が1.5nm以上20nm以下である
 6) 上記1)~3)のいずれかであって、BET比表面積が250m/g以上1200m/g以下であり、全細孔容積が0.1cm/g以上1.5m/g以下であり、平均細孔直径が1.5nm以上20nm以下である
 7)  上記1)~3)のいずれかであって、BET比表面積が280m/g以上1000m/g以下であり、全細孔容積が0.1cm/g以上1.0m/g以下であり、平均細孔直径が、1.5nm以上5.0nm以下である。
<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、正極と、負極と、電解液と、を含み、必要に応じて、セパレータ等他の構成部材を有していてもよい。前記リチウムイオン二次電池は、前記リチウムイオン二次電池用材料を、リチウムイオン二次電池を構成する各構成部材に含む、又は構成部材の構成成分として含むことができる。リチウムイオン二次電池用材料を含むことができるリチウムイオン二次電池の構成部材又は構成成分としては、正極材、正極合剤、正極、負極、電解液、セパレータ及びバインダが挙げられる。本発明のリチウムイオン二次電池は、これらの構成部材又は構成成分の少なくとも1つに前記リチウムイオン二次電池用材料を含むものであればよい。
 前記リチウムイオン二次電池としては、リチウムイオン二次電池用負極(単に「負極」と称する場合がある)と、リチウムイオン二次電池用正極(単に「正極」と称する場合がある)と、リチウムイオン二次電池用電解液(単に「電解液」と称する場合がある)と、リチウムイオン二次電池用セパレータ(単に、「セパレータ」と称する場合がある)と、リチウムイオン二次電池用バインダ(単に、「バインダ」と称する場合がある)と、からなる群より選択された少なくとも1つが、前記リチウムイオン二次電池用材料を含むものであることが好ましい。ここで、前記リチウムイオン二次電池用正極は、前記リチウムイオン二次電池用材料を含むリチウムイオン二次電池用正極材、該リチウムイオン二次電池用正極材及びバインダを含むリチウムイオン二次電池用正極合剤、又は、集電体と、該集電体上に設けられた、該リチウムイオン二次電池用正極を含む正極層とを有するリチウムイオン二次電池用正極のいずれかとすることができる。
 前記リチウムイオン二次電池用材料を含むことができるリチウムイオン二次電池の構成部材及び構成成分は、例えば、正極と負極の組み合わせ、正極と負極とセパレータとの組み合わせ、正極と負極とセパレータと電解液との組み合わせ、セパレータと電解液との組み合わせ、及び正極と負極とセパレータと電解液とバインダとの組み合わせを挙げることができる。
 前記リチウムイオン二次電池用材料を含む前記構成部材及び構成成分を2つ以上組み合わせる場合、特定アルミニウムケイ酸塩の含有率の下限値は、後述するように、適用される構成部材又は構成成分において好ましく所期の効果が得られる割合であればよい。前記リチウムイオン二次電池用材料を含む前記構成部材及び構成成分を2つ以上組み合わせる場合、特定アルミニウムケイ酸塩の含有率の上限値は、特定アルミニウムケイ酸塩を含む複数の部材の総質量中、40質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましい。40質量%以下であれば、絶縁体である特定アルミニウムケイ酸塩の含有率と、リチウムイオン二次電池の電気抵抗とのバランスを好ましく保つことができる。
 本発明は、好ましくは、以下の態様を含む:
(1) 特定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正極材;該リチウムイオン二次電池用正極材と、バインダと、を有するリチウムイオン二次電池用正極合剤;集電体と、前記集電体上に設けられた該リチウムイオン二次電池用正極材を含有する正極層と、を有するリチウムイオン二次電池;該リチウムイオン二次電池と、負極と、電解質と、を有するリチウムイオン二次電池、
(2) 特定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;該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、
(3) 電解質と、有機溶剤と、特定アルミニウムケイ酸塩とを含むリチウムイオン二次電池用電解液、
(4) セパレータ基材と、特定アルミニウムケイ酸塩とを含むリチウムイオン二次電池用セパレータ、並びに、
(5) バインダ化合物と、特定アルミニウムケイ酸塩と、を含むリチウムイオン二次電池用バインダ。
 上記(1)~(5)において、特定アルミニウムケイ酸塩は、以下の(a)~(h)の少なくとも1つの特性を有するものであってもよい:
(a) 27Al-NMRスペクトルにおいて3ppm近辺にピークを有する;
(b) 29Si-NMRスペクトルにおいて-78ppm近辺及び-85ppm近辺にピークを有する;
(c) 元素モル比Si/Alが0.4以上0.6以下である;
(d) 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2θ=20°及び35°近辺のピークを有しない;
(e) 29Si-NMRスペクトルにおける前記-78ppm近辺のピークAに対する前記-85ppm近辺のピークB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;
(f) BET比表面積が250m/g以上である;
(g) 水分含有率が、10質量%以下である。
[正極]
 (1) 正極活物質
 正極活物質としては、通常、リチウムイオン二次電池用正極に用いられる正極活物質を適用することができる。正極活物質としては、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。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;多孔質炭素などを、単独で、或いは2つ以上を混合して使用することができる。
 リチウムイオン二次電池用正極材は、特定アルミニウムケイ酸塩を含むことができる。特定アルミニウムケイ酸塩が正極材に含有されることで、正極でイオン化した不純物イオン又は正極からの溶出した金属イオンが特定アルミニウムケイ酸塩に捕捉される。これにより負極において金属イオンが還元されて金属が負極に析出することを抑えることができる。この結果、電池の短絡が抑えられる。また、正極から金属イオンが溶出することを抑えることができる。この結果、正極活物質間の導電性を保持でき、電池特性の低下が抑制される。
 正極材に特定アルミニウムケイ酸塩を適用する場合には、特定アルミニウムケイ酸塩による不純物イオンの捕捉、及び溶出イオンの捕捉が効果的に行われるという観点から、特定アルミニウムケイ酸塩が正極材に含有されていればよく、正極材におけるその他の構成は特に制限されない。
 正極から溶出する金属イオンを効果的に捕捉するという観点からは、正極活物質の周囲に特定アルミニウムケイ酸塩が存在していることが好ましく、例えば、正極活物質の粒子の表面に特定アルミニウムケイ酸塩を付与する形態が挙げられる。
 正極材に特定アルミニウムケイ酸塩を添加する場合、特定アルミニウムケイ酸塩の形態は特に限定されず、粉体、水分散物、有機溶剤分散物、ゲル状物等の形態であってもよい。
 正極材に特定アルミニウムケイ酸塩を添加する方法は特に限定されず、例えば、(1)アルミニウムケイ酸塩の分散液又はゲル状物に正極材を添加した後、乾燥させる方法、(2)メカノフュージョンさせる方法、及び(3)正極材と固体の特定アルミニウムケイ酸塩とを単純に混合する方法が挙げられる。正極から溶出する金属イオンを効果的に捕捉するよう、正極活物質の粒子の表面に特定アルミニウムケイ酸塩を付与する方法としては、前記(1)及び(2)の方法が好ましい。
 正極材は、アルミニウムケイ酸塩の分散液又はゲル状物に正極材を添加した分散液の状態又はゲルの状態であってもよいが、運搬コスト、性状の安定性等の理由から、溶媒を除去して乾燥体とすることが好適である。正極を作製する際には、この乾燥体を適当な溶媒に分散させた正極合剤スラリーを用いることが好ましい。正極合剤スラリーとすることで、正極材をより均一に集電体に付与することができる。
 (2)正極合剤
 正極材は、バインダと混合して正極合剤とすることができる。バインダを含有することで、結着性に優れ、正極材等を正極集電体に効果的に結着させることが可能である。更に、この正極合剤には導電剤を添加してもよい。
 前記バインダとしては、特に限定されないが、スチレン-ブタジエン共重合体;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)アクリレート等のエチレン性不飽和カルボン酸エステルと、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等のエチレン性不飽和カルボン酸と、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、ポリアミドイミド等の高分子化合物;などが挙げられる。特に、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)は、耐久性、特に耐膨潤性に優れているので好ましい。
 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、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。
 特定アルミニウムケイ酸塩を用いる場合、正極合剤を用いて得られた正極層中の特定アルミニウムケイ酸塩の付与量は、0.01g/m~50g/mが好ましく、0.05g/m~30g/mがより好ましく、0.1g/m~20g/mが更に好ましい。特定アルミニウムケイ酸塩の付与量が0.01g/m以上の場合には、金属イオン吸着効果が十分となり、不要な金属イオンの濃度上昇が効果的に抑制される。また、50g/m以下の場合には、絶縁体である特定アルミニウムケイ酸塩の含有率が過大に多くなるのが抑えられ、リチウムイオン二次電池の電気抵抗が高くなるのが抑えられる。
 正極合剤中における特定アルミニウムケイ酸塩の含有率は、0.01質量%~20質量%が好ましく、0.05質量%~15質量%がより好ましい。20質量%以下の場合には、絶縁体である特定アルミニウムケイ酸塩の含有率と、リチウムイオン二次電池の電気抵抗とのバランスを好ましく保つことができる。
 正極合剤中における前記正極材の含有率は、80質量%~99質量%が好ましく、85質量%~97質量%がより好ましい。前記正極材の含有率が80質量%以上の場合には、十分なエネルギー密度が得られる。また、98質量%以下の場合には、最適なバインダ成分の選択により十分な密着性が得られる。
 正極合剤中における前記バインダの含有率は、0.5質量%~15質量%が好ましく、1質量%~10質量%がより好ましい。前記バインダの含有率が0.5質量%以上の場合には、結着性に優れ、正極材等を正極集電体に効果的に結着させる。また、15質量%以下の場合には、充放電効率の低下が抑えられる。
 正極合剤中における前記導電剤の含有率は、15質量%以下が好ましく、0.5質量%~10質量%がより好ましい。前記導電剤は常用する放電電流値と使用する正極活物質の種類によって必ずしも必須の成分ではないが、前記導電剤を含有させることにより,電極の電荷移動抵抗を低減することができる。また、15質量%以下の場合には、エネルギー密度の低下が抑えられる。
 正極合剤の調製方法は特に限定されない。また、特定アルミニウムケイ酸塩を含む正極合剤の調製方法としては、特定アルミニウムケイ酸塩を含む正極材とバインダと必要に応じて導電剤とを混合する方法、アルミニウムケイ酸塩の分散液に正極材とバインダと必要に応じて導電剤とを含浸させた後、乾燥させる方法等が挙げられる。
 (3)正極合剤スラリー
 前記正極合剤は、溶媒に添加して正極合剤スラリーとすることができる。正極合剤スラリーは、前記正極材と、バインダと、必要に応じて導電剤又は増粘剤を、溶媒に添加して調製してもよい。
 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。
 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。
 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。
 正極合剤スラリーの粘度は、正極合剤スラリーの塗工方法に合わせて適宜調整することが好ましく、一般には、100mPa・s以上、30,000mPa・s以下とすることが好ましい。正極合剤スラリーの粘度は、円錐平板型回転粘度計を用いて、温度25℃、回転数10rpmで測定して求められる値を用いる。
 また、正極合剤スラリー中の総固形分量は、上記粘度に合わせて調製することが好ましい。
 正極合剤スラリーの調製方法は、一般に用いられる方法を採用することができる。正極合剤スラリーの調製方法としては、例えば、ディスパー、ホモミキサー、プラネタリーミキサー等のミキサー、メディア型分散機、湿式ジェットミル、メディアレス分散機、ロールミルなどを用いた調製方法が挙げられるが、これらに限定されない。また、分散機としては、分散機からの金属混入防止処理を施したものを用いることが好ましい。
(4)リチウムイオン二次電池用正極
 リチウムイオン二次電池用正極の態様としては、集電体の少なくとも一方の面上に、正極材を含有する層(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。
 リチウムイオン二次電池用正極は、特定アルミニウムケイ酸塩を含有する正極材を用いて形成することができる。特定アルミニウムケイ酸塩を含有する正極材を用いた正極では、正極でイオン化した不純物イオンが特定アルミニウムケイ酸塩に捕捉されるため、負極において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。また、正極から金属イオンが溶出するのが抑えられるため、正極活物質間の導電性を保持でき、電池特性の低下が抑制される。
 このように特定アルミニウムケイ酸塩による不純物イオン又は溶出イオンの捕捉が効果的に行われるという観点から、特定アルミニウムケイ酸塩は正極材に含有されていれば、その他の構成は特に制限されない。
1)集電体
 リチウムイオン二次電池用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、チタン、ステンレス鋼の金属又は合金を、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。
2)正極層
 正極層は、前記集電体の上に設けられ、正極材が含有される。集電体上に正極層を形成する方法としては、集電体上に上述の正極合剤スラリーを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。
 付与方法については、特に制限はなく公知の方法を用いることができる。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、付与後に平板プレス、カレンダーロール等による圧延処理を行ってもよい。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、ロール、プレス、又は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。
 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。
3)その他の層
 リチウムイオン二次電池用正極では、その他の層を設けてもよい。例えば、集電体と正極層との間に、集電体と正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。
[負極]
 リチウムイオン二次電池用負極の態様としては、集電体表面の少なくとも一方の面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)が設けられたものが挙げられる。
 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を含むことができる。リチウムイオン二次電池用負極に特定アルミニウムケイ酸塩が含まれることにより、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。
 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。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。
(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。
(2)負極層
 負極層は、前記集電体の上に設けられ、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併用して使用することができる。
 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、特に限定されないが、スチレン-ブタジエン共重合体;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)アクリレート等のエチレン性不飽和カルボン酸エステルと、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等のエチレン性不飽和カルボン酸と、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、ポリアミドイミド等の高分子化合物;などが挙げられる。
 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。
 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。
 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。
 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、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。
 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。
 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。
 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。
 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が向上できる。なお、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。
 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。
(3)特定アルミニウムケイ酸塩を含有する層
 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る。特定アルミニウムケイ酸塩を含有する層は、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前記層が形成されることが好ましい。
 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及び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付与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。
 上記分散液を負極層上に付与する方法としては、特に限定されない。メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法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。
 前記分散液の溶媒としては、水、1-メチル-2-ピロリドン等のアミド化合物、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-プロパノール等のアルコール溶剤などが挙げられ、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。
 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。
 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。
 前記分散液は、更にバインダを含有することが好ましい。このとき、特定アルミニウムケイ酸塩の分散液をバインダに添加した場合には、特定アルミニウムケイ酸塩が負極に固定化される。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。
 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。
 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。
(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。
[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。
 前記電解質としては、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。
 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。
 電解液は、特定アルミニウムケイ酸塩を含むことができる。
 前記電解液に特定アルミニウムケイ酸塩を含有させる方法としては、前記特定アルミニウムケイ酸塩を固体状態又は分散液状態で電解液に添加、混合する方法等を挙げることができる。中でも固体状態で添加する方法であることが好ましい。
 また前記分散液の溶媒は特に制限されない。中でも電解液を構成する有機溶剤と同一であることが好ましい。
 さらに分散液状態における特定アルミニウムケイ酸塩の濃度は、必要に応じて適宜選択することができる。例えば、0.01質量%~50質量%とすることができ、1質量%~20質量%であることが好ましい。
 前記電解液における前記特定アルミニウムケイ酸塩の含有率としては、短絡発生抑制の観点から、電解液中に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、0.5質量%~10質量%であることがさらに好ましい。
[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。セパレータは、セパレータ基材を含む。なお、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。
(1)セパレータ基材
 セパレータを構成するセパレータ基材は、多孔質基材であれば特に制限は無く、通常用いられるセパレータ基材から適宜選択して用いることができる。前記多孔質基材は、内部に多数の空孔ないし空隙を有し、かつ、これら空孔等が互いに連結された多孔質構造を有したものであれば特に限定されるものではない。多孔質基材としては、微多孔膜、不織布、紙状シート、その他三次元ネットーワーク構造を有するシート等が挙げられる。このうちハンドリング性又は強度の観点から微多孔膜が好ましい。多孔質基材を構成する材料としては、有機材料及び無機材料のいずれも使用することができるが、シャットダウン特性が得られる観点からポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂が好ましい。よって、このようなポリオレフィン多孔質基材を適用すれば、耐熱性とシャットダウン機能を両立させることができる。
 前記ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等が挙げられる。中でも良好なシャットダウン特性が得られるという観点で、ポリエチレンを90質量%以上含むものが好ましい。ポリエチレンは、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン及び超高分子量ポリエチレンのいずれであってもよい。特に、高密度ポリエチレン及び超高分子量ポリエチレンから選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、高密度ポリエチレンと超高分子量ポリエチレンの混合物からなるポリエチレンであることがより好ましい。かかるポリエチレンであると、強度と成形性に優れる。
 ポリエチレンの分子量は、重量平均分子量で10万~1000万のものが好適であり、特に重量平均分子量100万以上の超高分子量ポリエチレンを少なくとも1質量%以上含むポリエチレン組成物が好ましい。
 その他、本発明における多孔質基材は、ポリエチレン以外にもポリプロピレン、ポリメチルペンテン等の他のポリオレフィンを混合して構成してもよく、また、ポリエチレン微多孔膜とポリプロピレン微多孔膜の2層以上の積層体として構成してもよい。
 前記多孔質基材の膜厚は特に制限ない。例えば5μm~50μmの範囲が好ましく、7μm~30μmがより好ましい。膜厚が5μm以上であると十分な強度が得られ、良好なハンドリング性が得られて、電池の歩留まりが向上する。また膜厚が50μm以下であると、イオンの移動性が良好になり、また電池内でセパレータが占める容積を抑制し、電池のエネルギー密度が向上する。
 多孔質基材の空孔率は特に制限されない。例えば10%~60%が好ましく、20%~50%がより好ましい。空孔率が10%以上であると、電池の作動に十分な量の電解液を保持することができ、良好な充放電特性が得られる。また空孔率が60%以下であると、良好なシャットダウン特性が得られ、更に十分な強度が得られる。多孔質体の空孔率は、QUANTACHROME社製PoreMaster60GTを用いた水銀圧入法により得られたものを用いる。
 セパレータの突き刺し強度は、厚み20μmに換算した値で、0.020N/cm以上0.061N/cm以下の範囲内であることが好ましい。突き刺し強度が0.020N/cm以上であると短絡の発生を抑制するための十分な強度を得ることができる。また0.061N/cm以下であるとイオン伝導性の低下を抑制できる。多孔質体の突き刺し強度は、島津製作所社製精密万能試験機AGS-Xにより得られたものを用いる。
 多孔質基材のガーレ値(JIS P8117)は100秒/100ml~500秒/100mlの範囲が好適であり、更に好ましくは100秒/100ml~300秒/100mlの範囲である。ガーレ値が100秒/100ml以上であると、良好なシャットダウン特性又は機械強度が得られる。またガーレ値が500秒/100ml以下であると、良好なイオン透過性が得られ、電池の負荷特性が向上する。
 多孔質基材の平均孔径は10nm~100nmであることが好ましい。平均孔径が10nm以上であると、電解液の含浸性が良好になる。また平均孔径が100nm以下であると、良好なシャットダウン特性が得られる。
(2)セパレータ中の特定アルミニウムケイ酸塩
 リチウムイオン二次電池用セパレータは、セパレータ基材に加えて、特定アルミニウムケイ酸塩を含むことができる。セパレータが特定アルミニウムケイ酸塩を含むことで、リチウムイオン二次電池中の不純物イオン、又は正極等から溶出した金属イオンなど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。これにより、不要な金属イオンの濃度上昇を選択的に抑制することができる。かかるセパレータを有するリチウムイオン二次電池においては、不要な金属イオンに起因する短絡の発生が抑制され、寿命特性に優れる。また、セパレータに特定アルミニウムケイ酸塩が含まれることから、リチウムイオン二次電池の充放電に伴って、セパレータを通過して正極側と負極側とを双方向に移動する不要な金属イオンを、セパレータによって、より効率的に吸着することができる。
 セパレータに特定アルミニウムケイ酸塩を付与する方法としては、セパレータ基材を特定アルミニウムケイ酸塩の分散液に含浸する方法、セパレータ基材に前記特定アルミニウムケイ酸塩の分散液を塗布する方法等を挙げることができる。更にセパレータ基材に前記特定アルミニウムケイ酸塩の分散液を含浸又は塗布した後には必要に応じて乾燥を行ってもよい。これによりセパレータ基材の表面に特定アルミニウムケイ酸塩を含む層が形成されたセパレータを得ることができる。
 セパレータ基材の表面に特定アルミニウムケイ酸塩を含む層が形成する場合、セパレータ基材の一方の面のみであっても両面であってもよい。セパレータ基材の一方の面のみに形成する場合は、正極側及び負極側のいずれ面であってもよい。正極から金属イオンが溶出すること、又は、負極において金属イオンが還元されて金属が析出することに鑑みると、少なくとも正極側の面に形成することが好ましく、両面に形成することがより好ましい。
 前記特定アルミニウムケイ酸塩を含む分散液の溶媒は特に制限されない。分散液の溶媒としては、水、1-メチル-2-ピロリドン等のアミド溶剤、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-プロパノール等のアルコール溶剤などを挙げることができる。
 また分散液における特定アルミニウムケイ酸塩の濃度は、必要に応じて適宜選択することができる。例えば、0.01質量%~50質量%とすることができ、1質量%~20質量%であることが好ましい。
 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がバインダを含有することで特定アルミニウムケイ酸塩がセパレータ上に固定化される。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、充放電時にセパレータ表面上に存在できるので効率よく不純物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、特に制限されないが、電池の構成部材という観点からバインダとして、正極材層又は負極材層に用いられるバインダと同様であることが好ましい。バインダとしては、特に限定されないが、スチレン-ブタジエン共重合体;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)アクリレート等のエチレン性不飽和カルボン酸エステルと、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等のエチレン性不飽和カルボン酸と、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、ポリアミドイミド等の高分子化合物;などが挙げられる。
 特定アルミニウムケイ酸塩を含有する層中のバインダの含有比率は、特定アルミニウムケイ酸塩とバインダの合計100質量部に対して0.1質量部~15質量部であることが好ましく、0.3質量部~10質量部であることがより好ましい。
 バインダの含有比率が0.1質量部以上であることで特定アルミニウムケイ酸塩が効果的に正極に固定化され、特定アルミニウムケイ酸塩を付与した効果が持続的に得られる。一方、15質量部以下であることで、質量当たりの金属吸着効率を向上させることができる。
 前記セパレータ中の特定アルミニウムケイ酸塩の含有量としては、短絡発生抑制の観点から、0.01g/m~50g/mであることが好ましく、0.1g/m~20g/mであることがより好ましい。
 前記分散液をセパレータ基材に塗布する方法としては、特に限定されないが、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。
 また特定アルミニウムケイ酸塩を含むセパレータを得る別の方法としては、例えば、セパレータ基材を構成する樹脂組成物に特定アルミニウムケイ酸塩を固体状態又は分散液状態で添加した後、得られた特定アルミニウムケイ酸塩を含む樹脂組成物基材を用いてセパレータを形成する方法を挙げることができる。これにより特定アルミニウムケイ酸塩を含むセパレータ基材から構成されたセパレータを得ることができる。
 特定アルミニウムケイ酸塩を含むセパレータ基材から構成されたセパレータにおける特定アルミニウムケイ酸塩の含有量としては、短絡発生抑制及び内部抵抗抑制の観点から、0.01g/m~50g/mであることが好ましく、0.1g/m~20g/mであることがより好ましい。
 特定アルミニウムケイ酸塩を含む樹脂組成物を用いてセパレータ基材を形成する具体的な方法としては、例えば、特開2008-146963号公報の段落番号[0063]~[0122]の記載を参照することができる。
 前記リチウムイオン二次電池用セパレータは、正極と負極の両電極間に配置されるのであれば、特に制限されず通常の方法で使用することができる。
[バインダ]
 リチウムイオン二次電池の構成部材に含まれるバインダは、バインダ化合物と、特定アルミニウムケイ酸塩とを含むものであってもよい。
 バインダが特定アルミニウムケイ酸塩を含む場合、バインダを付与可能なリチウムイオン二次電池の構成部材としては、負極、正極、セパレータ、及び外装体が挙げられる。特定アルミニウムケイ酸塩がバインダに含有された状態で、リチウムイオン二次電池の構成部材に付与されることで、電池の製造時に特定アルミニウムケイ酸塩が前記構成部材から脱離することが抑えられ、また充放電時においても特定アルミニウムケイ酸塩を保持することができる。また、バインダを負極活物質又は正極活物質の結着剤として用いることで各活物質表面に効率よく特定アルミニウムケイ酸塩を分散させることができる。
(1)バインダ化合物
 バインダ化合物としては、リチウムイオン二次電池に用いられる通常の高分子化合物を適用することができる。
 前記高分子化合物としては、特に限定されないが、スチレン-ブタジエン共重合体;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)アクリレート等のエチレン性不飽和カルボン酸エステルと、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等のエチレン性不飽和カルボン酸と、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、ポリアミドイミド等の高分子化合物;などが挙げられる。
(2)バインダ中の特定アルミニウムケイ酸塩
 リチウムイオン二次電池用バインダにおいて、特定アルミニウムケイ酸塩の含有率は、付与する構成部材によって適宜調整することが好ましい。例えば、正極又は負極の活物質を含有する層に添加する場合には、0.01g/m以上50g/m以下となるように調整されることが好ましく、0.05g/m~30g/mがより好ましく、0.1g/m~20g/mが更に好ましい。正極又は負極の表面に付与する場合には、0.01g/m以上50g/m以下となるように調整されることが好ましく、0.05g/m~30g/mがより好ましく、0.1g/m~20g/mが更に好ましい。セパレータの表面に付与する場合には、0.01g/m以上50g/m以下となるように調整されることが好ましく、0.05g/m~30g/mがより好ましく、0.1g/m~20g/mが更に好ましい。外装体の内側に付与する場合には、0.01g/m以上50g/m以下となるように調整されることが好ましく、0.05g/m~30g/mがより好ましく、0.1g/m~20g/mが更に好ましい。
 特定アルミニウムケイ酸塩の含有率が上記範囲内にある場合には、金属イオン吸着効果が十分となり、絶縁体である特定アルミニウムケイ酸塩の含有率が過大に多くなるのが抑えられ、リチウムイオン二次電池の電気抵抗が高くなるのが抑えられる。
 バインダ化合物に添加する際の特定アルミニウムケイ酸塩の形態は特に限定されず、粉体、水分散物、有機溶剤分散物、ゲル状物等の形態であってもよい。
 前記バインダ化合物に特定アルミニウムケイ酸塩を添加する方法は特に限定されず、(1)アルミニウムケイ酸塩の分散液又はゲル状物に前記高分子化合物を添加する方法、(2)前記(1)の添加の後、乾燥させる方法、(3)前記高分子化合物と固体の特定アルミニウムケイ酸塩とを単純に混合する方法、等が挙げられる。
 前記バインダは、アルミニウムケイ酸塩の分散液又はゲル状物に有機高分子化合物を添加した分散液の状態又はゲルの状態であってもよいが、運搬コスト又は性状の安定性等の理由から、溶媒を除去して乾燥体とすることが好適である。リチウムイオン二次電池の構成部材に前記バインダを塗布する際には、この乾燥体を適当な溶媒に分散させたスラリーを用いることが好ましい。スラリーとすることで、バインダをより均一に構成部材に添加又は塗布することができる。
(3)導電剤
 更に、前記バインダには導電剤を含有させてもよい。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類;鱗片状黒鉛のような天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等のグラファイト類;炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類;銅、銀、ニッケル、アルミニウム等の金属粉末類;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。
<スラリー>
 前記バインダは、溶媒に添加してスラリーとすることができる。また、スラリーは、特定アルミニウムケイ酸塩と、前記高分子化合物と、必要に応じて前記導電剤、増粘剤又はこれらの組み合わせとを、溶媒に添加して調製してもよい。
 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。バインダ化合物の溶解性又は、導電助剤の分散安定性を得るためには、極性の高い溶剤を使用することが好ましい。
 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。
 前記増粘剤としては、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。
 スラリーの粘度は、スラリーの塗工方法に合わせて適宜調整することが好ましく、一般には、100mPa・s以上30,000mPa・s以下とすることが好ましい。前記スラリーの粘度は、円錐平板型回転粘度計を用いて、温度25℃、回転数10rpmで測定して求められる値を用いる。
 前記スラリー中の総固形分量は、上記粘度に合わせて調製することが好ましい。
 前記スラリーの調製方法は、一般に用いられる方法を採用することができる。前記スラリーの調製方法としては、ディスパー、ホモミキサー、若しくはプラネタリーミキサー等のミキサー、メディア型分散機、湿式ジェットミル、メディアレス分散機、ロールミルなどを用いる方法が挙げられるが、これらに限定されない。また、分散機としては、分散機からの金属混入防止処理を施したものを用いることが好ましい。
 特定アルミニウムケイ酸塩を含有するバインダを正極に適用する場合には、正極層中に含有させてもよいし、前記正極層上の表面層に含有させてもよい。正極層が特定アルミニウムケイ酸塩を含有する場合、特定アルミニウムケイ酸塩の付与量は、0.01g/m以上50g/m以下であることが好ましく、0.05g/m~30g/mがより好ましく、0.1g/m~20g/mが更に好ましい。特定アルミニウムケイ酸塩の付与量を0.01g/m以上とすることで、不要な金属イオンの吸着が効果的に行われ、50g/m以下の場合には、リチウムイオン二次電池の電気抵抗が高くなるのが抑えられる。
 正極層の外側表面に、表面層を有する正極の場合、この表面層に、本発明の特定アルミニウムケイ酸塩を含有するバインダを含有させてもよい。
 前記表面層が特定アルミニウムケイ酸塩を含有する場合、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。特定アルミニウムケイ酸塩の付与量を0.01g/m以上とすることで、不要な金属イオンの吸着が効果的に行われ、50g/m以下の場合には、リチウムイオン二次電池の電気抵抗が高くなるのが抑えられる。
 特定アルミニウムケイ酸塩を含有するバインダを負極に適用する場合には、前記負極層中に含有させてもよいし、前記負極層上の表面層に含有させてもよい。負極層が特定アルミニウムケイ酸塩を含有する場合、特定アルミニウムケイ酸塩の付与量は、0.01g/m以上50g/m以下であることが好ましく、0.05g/m~30g/mがより好ましく、0.1g/m~20g/mが更に好ましい。特定アルミニウムケイ酸塩の付与量を0.01g/m以上とすることで、不要な金属イオンの吸着が効果的に行われ、50g/m以下の場合には、リチウムイオン二次電池の電気抵抗が高くなるのが抑えられる。
 負極層の外側表面に、表面層を有する負極の場合、この表面層に、特定アルミニウムケイ酸塩を含有するバインダを含有させてもよい。
 表面層が特定アルミニウムケイ酸塩を含有する場合、特定アルミニウムケイ酸塩の付与量は、0.01g/m以上50g/m以下であることが好ましく、0.05g/m~30g/mがより好ましく、0.1g/m~20g/mが更に好ましい。特定アルミニウムケイ酸塩の付与量を0.01g/m以上とすることで、不要な金属イオンの吸着が効果的に行われ、50g/m以下の場合には、リチウムイオン二次電池の電気抵抗が高くなるのが抑えられる。
 特定アルミニウムケイ酸塩を含有するバインダをセパレータに適用する場合には、セパレータの表面に、特定アルミニウムケイ酸塩を含有するバインダを付与してもよい。セパレータにおいて、特定アルミニウムケイ酸塩を付与する面は、正極側、負極側のいずれであってもよく、正極から金属イオンが溶出すること、又は、負極において金属イオンが還元されて金属が析出することを鑑みると、正極側の面に付与することが好ましい。なお、特定アルミニウムケイ酸塩を含有するバインダの付与は、セパレータの一方の面のみであっても両面であってもよい。
 前記セパレータの表面に特定アルミニウムケイ酸塩を付与する場合、特定アルミニウムケイ酸塩の付与量は、0.01g/m以上50g/m以下であることが好ましく、0.05g/m~30g/mがより好ましく、0.1g/m~20g/mが更に好ましい。
 特定アルミニウムケイ酸塩の付与量を0.01g/m以上とすることで、不要な金属イオンの吸着が効果的に行われ、50g/m以下の場合には、リチウムイオン二次電池の電気抵抗が高くなるのが抑えられる。
[外装体]
 リチウムイオン二次電池の外装体としては、特に制限はないが、鉄、アルミニウム等の金属缶、ラミネートフィルムなどを挙げることができる。
 外装体の内側面には、特定アルミニウムケイ酸塩を含むバインダを付与することができる。特定アルミニウムケイ酸塩を含むバインダを外装体の内側面に付与する場合、特定アルミニウムケイ酸塩の付与量としては、特に制限はないが、0.01g/m以上50g/m以下であることが好ましく、0.05g/m~30g/mがより好ましい。特定アルミニウムケイ酸塩の付与量を0.01g/m以上とすることで、不要な金属イオンの吸着がより効果的に行われ、また、50g/m以下とすることで、リチウムイオン二次電池の電気抵抗を好ましい範囲にすることができる。
[構造]
 リチウムイオン二次電池の構造は、特に限定されないが、通常、正極及び負極と、必要に応じて設けられるセパレータとを、扁平渦巻状に巻回して巻回式極板群としたり、これらを平板状として積層して積層式極板群としたりし、これら極板群を外装体中に封入した構造とするのが一般的である。
 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、角型電池等として使用される。
 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。
[製造例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。
 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。
 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。
 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。
 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。
<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。
 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。
 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。
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
 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。
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
 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。
<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。
<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3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。また、2θ=20°及び35°近辺にはブロードなピークは観測されなかった。
<透過型電子顕微鏡(TEM)写真観察>
 図4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。なお、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4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。
<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。
<水中での金属イオン吸着能1>
 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、十分混合した後、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。結果を表1に示す。
 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と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。
 比較対照として、以下の試料B、試料C及び試料Dを用意し、それぞれ金属イオン吸着能を評価した。
 市販品の活性炭(和光純薬工業社製、活性炭素、破砕状、2mm~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。結果を表1に示す。
 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。結果を表1に示す。
 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、元素モル比Si/Al=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。
 なお、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。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

 
<水中での金属イオン吸着能2>
 製造例1で作製した試料Aを用い、試料Aの添加量を表2に示すように変更した以外は「水中での金属イオン吸着能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。その結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002

 
 表2に示されるように、試料Aを0.5質量%添加すると、マンガン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、マンガンイオンが95%捕捉された。
<水中での金属イオン吸着能3>
 製造例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「水中での金属イオン吸着能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。
[製造例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。
 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。
 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。
 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。
 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。
 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。
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。
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。
<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。
<粉末X線回折>
 製造例1と同様の方法で、試料Eの粉末X線回折を行った。図3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。また、2θ=20°及び35°近辺にはブロードなピークは観測されなかった。
<BET比表面積、全細孔容積、平均細孔直径>
 製造例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。
<透過型電子顕微鏡(TEM)写真観察>
 図5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5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1.5nm~3.0nm程度であり、内径は0.7nm~1.4nm程度であった。
<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。
<水中での金属イオン吸着能>
 製造例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。
[実施例1]
<正極の作製>
 平均粒径20μm、最大粒径80μmのLiMn粉末100質量部を製造例1で作製した特定アルミニウムケイ酸塩(試料A)のイソプロピルアルコール分散液(50g/L)の100質量部に添加し、プラネタリミキサーによって攪拌及び混合した。これを温風乾燥機によって60℃、12時間乾燥させ、正極材Aを調製した。
 この正極材A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時間乾燥した。
<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時間乾燥して、負極を作製した。
<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、電解液等を封入したリチウムイオン二次電池である。
<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。
(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を正極材に用いたセルは、試料Aを用いないセルと比較して、同様の初期容量を示した。
(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を正極材に用いたセルは、試料Aを用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。
(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を正極材に用いたセルは、試料Aを用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。
 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、正極表面に付与した試料Aは、セルの長寿命化又は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。
[実施例2]
<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。
<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。
 製造例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。
<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、電解液等を封入したリチウムイオン二次電池である。
<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。
(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。
(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。
(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。
 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。
[実施例3]
<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時間乾燥した。
 製造例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、バインダ化合物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(本発明の特定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バインダを含有する分散液)を、上記正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、正極Aを作製した。正極Aにおける試料Aの付与量は5g/mであった。
<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時間乾燥して、負極を作製した。
<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、電解液等を封入したリチウムイオン二次電池である。
<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。
(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を正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。
(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を正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。
(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を正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。
 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、正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。
[実施例4]
<リチウムイオン二次電池用セパレータの作製>
 製造例1で作製した特定アルミニウムケイ酸塩(試料A)の8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%となるよう添加して特定アルミニウムケイ酸塩分散液を調製した。得られた特定アルミニウムケイ酸塩分散液を厚さ25μmのポリエチレン製多孔質シート上にドクターブレード法によって片面に塗布し、100℃で真空乾燥させた。これをセパレータAとした。セパレータAにおける試料Aの付与量は5g/mであった。
<リチウムイオン二次電池の作製>
 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、電解液等を封入したリチウムイオン二次電池(以下、単に「セル」ともいう)である。
 ここでセパレータAの特定アルミニウムケイ酸塩が付与された面が正極側になるようにリチウムイオン二次電池を構成した。
<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。
(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が付与されたセパレータを用いて作製したセルは、試料Aが付与されていないセパレータを用いて作製したセルと比較して、同様の初期容量を示した。
(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が付与されたセパレータを用いて作製したセルは、試料Aが付与されていないセパレータを用いて作製したセルと比較して、いずれの放電条件場合も、50℃に1週間放置後の放電容量の低下率が小さくなった。
(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が付与されたセパレータを用いて作製したセルは、試料Aが付与されていないセパレータを用いて作製したセルと比較して、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。
 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、セル内の試料Aは、例えば、正極から溶出した不純物を吸着することで、セルの長寿命化及び安全性向上に寄与したことが分かる。
 また試料Aの代わりに試料Eを用いたこと以外は同様にしてセパレータを作製し、同様にして評価したところ、試料Aと同様の結果が得られた。
[実施例5]
<モデル電解液中での金属イオン吸着能1>
 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。
 前記モデル電解液の30mLをガラス瓶に入れ、ここに前記試料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。なお、測定試料の前処理には酸分解(マイクロウェーブ法)を行った。
 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。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003

 
 表3に示されるように、製造例1及び製造例2に記載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。
<モデル電解液中での金属イオン吸着能2>
 試料Aの添加量を表4に示す濃度となるように変更した以外は、上記で説明した方法と同様にして、モデル電解液中でのNi2+イオン吸着能を評価した。その結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4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。
 以上から、特定アルミニウムケイ酸塩は不要な金属イオンを選択的に吸着することが可能であり、これを含んでリチウムイオン二次電池用電解液を構成することで、不要な金属イオン濃度が上昇することを抑制できることが分かる。
 2011年11月15日に出願された日本特許出願2011-250089号、日本特許出願2011-250090号、日本特許出願2011-250091号、日本特許出願2011-250092号及び日本特許出願2011-250093号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
 本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。

Claims (19)

  1.  アルミニウム(Al)に対するケイ素(Si)の元素モル比Si/Alが0.3以上1.0未満である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材料。
  2.  前記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請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用材料。
  3.  前記アルミニウムケイ酸塩は、29Si-NMRスペクトルにおいて-78ppm近辺及び-85ppm近辺にピークを有する請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用材料。
  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以下である請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料。
  5.  前記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°近辺にピークを有し、層状粘土鉱物に由来する2θ=20°及び35°近辺のピークを有しない請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料。
  6.  前記アルミニウムケイ酸塩は、29Si-NMRスペクトルにおける前記-78ppm近辺のピークAに対する前記-85ppm近辺のピークB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3~請求項5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料。
  7.  前記アルミニウムケイ酸塩のBET比表面積が250m/g以上である請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料。
  8.  前記アルミニウムケイ酸塩の水分含有率が、10質量%以下である請求項1~請求項7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料。
  9.  正極材、負極、電解液、セパレータ又はバインダである請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料。
  10.  請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料を含むリチウムイオン二次電池用負極。
  11.  請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料を含む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。
  12.  請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料を含むリチウムイオン二次電池用正極材。
  13.  請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料を含むリチウムイオン二次電池用正極材と、バインダと、を含有するリチウムイオン二次電池用正極合剤。
  14.  集電体と、
     前記集電体上に設けられた、請求項12に記載のリチウムイオン二次電池用正極材を含有する正極層と、
     を有するリチウムイオン二次電池用正極。
  15.  請求項14に記載のリチウムイオン二次電池用正極と、
     負極と、
     電解質と、
     を有するリチウムイオン二次電池。
  16.  電解質と、有機溶剤と、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料と、を含むリチウムイオン二次電池用電解液。
  17.  セパレータ基材と、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料と、を含むリチウムイオン二次電池用セパレータ。
  18.  バインダ化合物と、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用材料と、を含むリチウムイオン二次電池用バインダ。
  19.  請求項10に記載のリチウムイオン二次電池用負極と、
     請求項12に記載のリチウムイオン二次電池用正極材、請求項13に記載のリチウムイオン二次電池用正極合剤、又は請求項14に記載のリチウムイオン二次電池用正極と、
     請求項16に記載のリチウムイオン二次電池用電解液と、
     請求項17に記載のリチウムイオン二次電池用セパレータと、
     請求項18に記載のリチウムイオン二次電池用バインダと、
     からなる群より選択された少なくとも1つを有するリチウムイオン二次電池。
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