(57)【要約】  プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンを担持させ、且つ結晶水を有さない層状リン酸塩化合物であるイオン捕捉剤、及び、このイオン捕捉剤を含有するリチウムイオン電池用セパレータ又はリチウムイオン二次電池。【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンを担持させ、且つ結晶水を有さない層状リン酸塩化合物であるイオン捕捉剤。
【請求項２】
前記層状リン酸塩化合物に含まれるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）が０．０７以上である請求項１に記載のイオン捕捉剤。
【請求項３】
上記層状リン酸塩化合物の比表面積が１５ｍ2／ｇ以上である、請求項１又は２に記載のイオン捕捉剤。
【請求項４】
上記層状リン酸塩化合物の水分含有率が１質量％以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオン用捕捉剤。
【請求項５】
上記層状リン酸塩化合物がαリン酸ジルコニウム、又はαリン酸チタンである請求項１〜４のいずれか一項に記載のイオン捕捉剤。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のイオン捕捉剤を含有するイオン捕捉層を有するリチウムイオン電池用セパレータ。
【請求項７】
正極、負極及び電解液を備えるリチウムイオン二次電池であって、請求項１〜５のいずれか一項に記載のイオン捕捉剤を含有するリチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン捕捉剤、リチウムイオン電池用セパレータ及びリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、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。【０００３】
しかし、電池の構成材料中に不純物（例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等の磁性不純物またはそのイオン）が存在すると、充放電時に、正極を構成するリチウムが負極上に析出してしまう場合がある。例えば、負極上に析出したリチウムデンドライドがセパレータを破って正極に到達することにより、短絡の原因となる場合がある。
また、リチウムイオン二次電池は、夏場の車中など使用温度が４０℃〜８０℃となる場合がある。このとき、正極の構成材料であるリチウム含有金属酸化物からマンガン等の金属が溶出して負極に析出し、電池の特性（容量など）を低下させるおそれがある。【０００４】
このような問題に対して、例えば特許文献１には、リチウムイオン二次電池内部に発生する不純物又は副生成物を吸収、結合あるいは吸着によって捕捉する機能を有する捕捉物質を有するリチウムイオン二次電池が記載されており、前記捕捉物質として活性炭、シリカゲル及びゼオライトなどが挙げられている。【０００５】
また例えば特許文献２には、構成元素に金属元素としてＦｅ又はＭｎを含むリチウム化合物を正極活物質とする正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料を負極活物質とする負極とを、非水電解液内に分離して配置した非水系リチウムイオン二次電池であって、前記正極は、前記正極活物質に対して０．５〜５ｗｔ％のゼオライトを含有し、該ゼオライトは、有効細孔径が前記金属元素のイオン半径より大きく０．５ｎｍ（５Å）以下の非水系リチウムイオン二次電池が開示されている。【０００６】
さらに特許文献３〜５には、特定の組成、構造のアルミニウムケイ酸塩、それを使用したリチウムイオン二次電池、及び部材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特許文献１：特開２０００−７７１０３号公報
特許文献２：特開２０１０−１２９４３０号公報
特許文献３：国際公開第２０１２／１２４２２２号
特許文献４：特開２０１３−１０５６７３号公報
特許文献５：特開２０１３−１２７９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、電池の内部に発生する不純物を高効率で捕捉するイオン捕捉剤を提供することである。
また、本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、このイオン捕捉剤を含み、電池特性の経時劣化を抑え、電池容量の減少を抑えたリチウムイオン電池用セパレータ又はリチウムイオン二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、不純物の吸着速度を向上させることを意図して、種々検討したところ、プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンを担持させ、且つ結晶水を有さない層状リン酸塩化合物であるリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤が、不純物を高速に捕捉することができるという知見を得た。本明細書によれば、かかる知見に基づいて、以下の手段が提供される。【００１０】
＜１＞  プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンを担持させ、且つ結晶水を有さない層状リン酸塩化合物であるイオン捕捉剤。【００１１】
＜２＞  前記層状リン酸塩化合物に含まれるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ/ＰＯ4）が０．０７以上である＜１＞に記載のイオン捕捉剤。【００１２】
＜３＞  上記層状リン酸塩化合物の比表面積が、１５ｍ2／ｇ以上である、＜１＞又は＜２＞  に記載のイオン捕捉剤。【００１３】
＜４＞  上記層状リン酸塩化合物の水分含有率が１質量％以下である、＜１＞から＜３＞のいずれかに記載のイオン捕捉剤。【００１４】
＜５＞  上記層状リン酸塩化合物がαリン酸ジルコニウム、又はαリン酸チタンである＜１＞から＜４＞のいずれかに記載のイオン捕捉剤。【００１５】
＜６＞  ＜１＞から＜５＞のいずれかに記載のイオン捕捉剤を含有するイオン捕捉層を有するリチウムイオン電池用セパレータ。【００１６】
＜７＞  正極、負極及び電解液を備えるリチウムイオン二次電池であって、＜１＞から＜５＞のいずれかに記載のイオン捕捉剤を含有するリチウムイオン二次電池。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、電池の内部に発生する不純物を高効率で捕捉するイオン捕捉剤を提供することができる。
また、本発明の他の実施形態によれば、このイオン捕捉剤を含み、電池特性の経時劣化を抑え、電池容量の減少を抑えたリチウムイオン電池用セパレータ又はリチウムイオン二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のリチウムイオン二次電池を構成するリード付き蓄電要素の一例を示す概略図である。
【図２】態様（Ｓ１）のセパレータの断面構造を示す概略図である。
【図３】態様（Ｓ２）のセパレータの断面構造を示す概略図である。
【図４】態様（Ｓ３）のセパレータの断面構造を示す概略図である。
【図５】態様（Ｓ４）のセパレータの断面構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本実施形態について詳細に説明する。
なお、「％」は特に明記しない限り「質量％」を意味し、「部」は「質量部」、「ｐｐｍ」は「質量ｐｐｍ」を意味する。また、本実施形態において、数値範囲を表す「下限〜上限」の記載は、「下限以上、上限以下」を表し、「上限〜下限」の記載は、「上限以下、下限以上」を表す。すなわち、上限及び下限を含む数値範囲を表す。更に、本実施形態においては、後述する好ましい態様の２以上の組み合わせもまた、好ましい態様である。
【００２０】
本実施形態のイオン捕捉剤は、プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンを担持させ、且つ結晶水を有さない層状リン酸塩化合物である。本実施形態のイオン補捉材は、プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンを担持させ、且つ結晶水を有さない層状リン酸塩化合物のみからなるものであってもよいし、この層状リン酸塩化合物と、他の化合物とからなるものであってもよい。上記金属イオンは、リチウムイオン二次電池の構成部材に存在する不純物や、高温下で正極から溶出する金属に由来するものである。
【００２１】
また、本実施形態のイオン補捉材は、マンガンイオン（Ｍｎ2+）、ニッケルイオン（Ｎｉ2+）、銅イオン（Ｃｕ2+）、鉄イオン（Ｆｅ2+）等の、リチウムイオン二次電池において不要な金属イオンの捕捉速度が高く、そのため、短絡の発生原因となりうる上記金属イオンを効率的に捕捉することができる。
【００２２】
また、イオン交換基がリチウムイオンに置換される前の層状リン酸塩化合物は、いずれも、層状化合物であり、層内にＯＨ基が多く存在する。プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンを担持させ、且つ結晶水を有さない層状リン酸塩化合物もまた、層状化合物である。このリチウムイオン含有リン酸塩化合物を含有するイオン捕捉剤を、例えば、電解液又はセパレータに含有させることにより、電解液中のリチウムイオンを捕捉することなく、マンガンイオン、ニッケルイオン等を選択的に捕捉することができる。
更に、本実施形態のイオン捕捉剤は中性の液体を与えるため、電解液に添加した場合でも、そのｐＨを大きく変動させることはない。具体的には、電解液にアルカリ性物質が含まれると、ｐＨ上昇に伴い、電解液が分解して炭酸リチウムが生成し易くなり、抵抗が上昇する不具合があるが、本実施形態のイオン捕捉剤は、このような問題を招くことはない。また、本実施形態のイオン捕捉剤は、無機物であるため、熱安定性や、有機溶剤中での安定性に優れている。このため、リチウムイオン二次電池の構成部材に含有させた場合、充放電中でも安定に存在できる。
【００２３】
本実施形態は、以下の通りである。
プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンを担持させ、且つ結晶水を有さない層状リン酸塩化合物であるイオン捕捉剤。
上記リチウムイオン含有リン酸塩化合物は、以下に示される。
（Ａ）イオン交換基の全てがリチウムイオンに置換され、プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンが担持され、且つ結晶水が除かれたαリン酸ジルコニウム
（Ｂ）イオン交換基の全てがリチウムイオンに置換され、プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンが担持され、且つ結晶水が除かれたαリン酸チタン
本実施形態のイオン捕捉剤は、これらの１種のみを含むものであってよいし、２種以上を含むものであってもよい。
【００２４】
上記成分（Ａ）は、αリン酸ジルコニウムのリチウムイオンによる置換体である。
上記αリン酸ジルコニウム（置換前のαリン酸ジルコニウムＺｒ（ＨＰＯ4）2・Ｈ2Ｏ）のイオン交換基は、通常プロトンであり、理論イオン交換容量は６．６４ｍｅｑ／ｇである。このプロトンの全てがリチウムイオンに置換され、プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンが担持され、且つ結晶水が除かれて、上記成分（Ａ）が形成される。
上記αリン酸ジルコニウムは、好ましくは、下記式（１）で示される化合物である。
ＺｒＯ2・ｎＰ2Ｏ5・ｘＬｉ2Ｏ  （１）
（式（１）において、ｎは０．５≦ｎ≦１．５の正数あり、ｘは０．８≦ｘ≦２．２の正数であり、ｎ≦ｘである。）
【００２５】
上記式（１）の化合物に対して置換されているリチウムイオンの量は、好ましくは６．７ｍｅｑ／ｇ以上、より好ましくは７．５〜１５ｍｅｑ／ｇである。Ｃｏ2+イオン、Ｍｎ2+イオン等の捕捉性の観点から、特に好ましくは８〜１２ｍｅｑ／ｇである。
【００２６】
上記式（１）の化合物に対して置換されているリチウム原子の質量と、上記式（１）の化合物に含まれるリンの原子数によりＰＯ4に換算して求めたリチウム原子とリン酸基（ＰＯ4）との質量との比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、好ましくは０．０７以上、より好ましくは０．０７３〜０．３４である。また、上限値は、０．３５以下であることが好ましい。Ｃｏ2+イオン、Ｍｎ2+イオン等の捕捉性と他の物性とのバランスの観点から、質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は特に好ましくは０．１０〜０．３３である。Ｌｉを過剰に付加することにより、αリン酸ジルコニウムのＺｒＯ6八面体とＰＯ4四面体との結合の一部が外れ、そこにリチウムイオンを過剰に取り込めるようになり、Ｃｏ2+イオン、Ｎｉ2+イオンなどの捕捉性が向上し、その結果イオン捕捉速度を向上させることができる。
【００２７】
上記成分（Ａ）を製造する方法は、特に限定されない、例えば、水酸化リチウム水溶液にαリン酸ジルコニウムを添加し、一定時間撹拌した後、ろ過、洗浄及び乾燥した後、高温で焼成して結晶水を取り除く方法とすることができる。ＬｉＯＨ水溶液の濃度は、特に限定されない。高濃度の場合、反応液の塩基性が高くなり、αリン酸ジルコニウムの一部が溶出することがあるため、好ましくは１ｍｏｌ／Ｌ以下である。また焼成温度は、３５０℃以上５５０℃以下であることが好ましい。３５０℃以上であれば電池に悪影響を及ぼすおそれのある結晶水が残らず、また、５５０℃以下だとリン酸ジルコニウムが分解しない。
【００２８】
上記成分（Ｂ）は、αリン酸チタンのリチウムイオンによる置換体である。
上記αリン酸チタン（置換前のαリン酸チタンＴｉ（ＨＰＯ4）2・Ｈ2Ｏ）のイオン交換基は、通常プロトンであり、理論イオン交換容量は７．７６ｍｅｑ／ｇである。このプロトンの全てがリチウムイオンに置換され、プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンが担持され、且つ結晶水が除かれて、上記成分（Ｂ）が形成される。
上記αリン酸チタンは、好ましくは、下記式（２）で示される化合物である。
ＴｉＯ2・ｘＰ2Ｏ5・ｎＬｉ2Ｏ （２）
（式（２）において、ｎは０．５≦ｎ≦１．５の正数あり、ｘは０．８≦ｘ≦２．２の正数であり、ｎ≦ｘである。）
【００２９】
上記式（２）の化合物に対して置換されているリチウムイオンの量は、好ましくは７．４ｍｅｑ／ｇ以上、より好ましくは７．５〜１５ｍｅｑ／ｇである。Ｃｏ2+イオン、Ｍｎ2+イオン等の捕捉性の観点から、特に好ましくは８〜１２ｍｅｑ／ｇである。
【００３０】
上記式（２）の化合物に対して置換されているリチウム原子の質量と、上記式（１）の化合物に含まれるリンの原子数によりＰＯ4に換算して求めたリチウム原子と酸基（ＰＯ4）との質量との比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、好ましくは０．０７以上、より好ましくは０．０７３〜０．３４である。また、上限値は、０．３５以下であることが好ましい。Ｃｏ2+イオン、Ｍｎ2+イオン等の捕捉性の観点から、質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は特に好ましくは０．１０〜０．３３である。Ｌｉを過剰に付加することにより、αリン酸チタンのＴｉＯ6八面体とＰＯ4四面体との結合の一部が外れ、そこにリチウムイオンを過剰に取り込めるようになり、Ｃｏ2+イオン、Ｎｉ2+イオンなどの捕捉性が向上し、その結果イオン捕捉速度を向上させることができる。
【００３１】
上記成分（Ｂ）を製造する方法は、特に限定されない、例えば、水酸化リチウム水溶液にαリン酸チタンを添加し、一定時間撹拌した後、ろ過、洗浄及び乾燥した後、高温で焼成して結晶水を取り除く方法とすることができる。ＬｉＯＨ水溶液の濃度は、特に限定されない。高濃度の場合、反応液の塩基性が高くなり、αリン酸チタンの一部が溶出することがあるため、好ましくは１ｍｏｌ／Ｌ以下である。また焼成温度は、３５０℃以上５５０℃以下であることが好ましい。３５０℃以上であれば電池に悪影響を及ぼすおそれのある結晶水が残らず、また、５５０℃以下だとリン酸ジルコニウムが分解しない。
【００３２】
上記リチウムイオン含有層状リン酸塩化合物は、通常、層状構造を有し、Ｃｏ2+イオン、Ｍｎ2+イオン等のイオン捕捉性、液体中における分散性の観点から、メジアン粒径の上限は、好ましくは５．０μｍ、より好ましくは３．０μｍ、より好ましくは２．０μｍ、更に好ましくは１．０μｍであり、下限は、好ましくは０．０３μｍ、より好ましくは０．０５μｍである。イオン捕捉剤を適用する構成部材の種類によって、好ましい粒径を選択すればよい。
【００３３】
上記リチウムイオン含有層状リン酸塩化合物のＢＥＴ比表面積は、Ｃｏ2+イオン、Ｍｎ2+イオン等のイオン捕捉性、液体中における分散性の観点から、１５ｍ2／ｇ以上であることが好ましく、１５ｍ2／ｇ以上２００ｍ2／ｇ以下であることが好ましく、３０ｍ2／ｇ以上１５０ｍ2／ｇ以下であることが更に好ましい。
上記リチウムイオン含有層状リン酸塩化合物のＢＥＴ比表面積は、ＪＩＳ  Ｒ１６２６「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」により、Quantachrome社製「AUTOSORB−１」（型式名）で測定する。
【００３４】
上記のように、本実施形態のイオン捕捉剤は、リチウムイオン含有層状リン酸塩化合物と、他の化合物とからなるものであってもよい。他の化合物としては、他のイオン捕捉剤、樹脂等のバインダ、水、有機溶媒等とすることができる。
【００３５】
本実施形態のイオン捕捉剤の水分含有率は、好ましくは１質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下である。水分含有率が１質量％以下であると、電解液分解してガスを発生する恐れが少ない。また、上記水分含有率の下限値は、０質量％である。尚、水分含有率は、カールフィッシャー法にて測定することができる。
【００３６】
イオン捕捉剤の水分含有率を１０質量％以下とする方法は、特に限定されず、用いられる粉体の乾燥方法を適用することができる。例えば、大気圧又は減圧下で、１００℃〜３００℃で、６〜２４時間程度の加熱を行う方法が挙げられる。
【００３７】
本実施形態のイオン捕捉剤は、リチウムイオン二次電池を構成する正極、負極、電解液又はセパレータに利用することができる。これらのうち、特に、正極、電解液又はセパレータに利用することが好ましい。本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、電解液及びセパレータを備え、上記正極、上記負極、上記電解液及び上記セパレータの少なくとも１つが、上記本実施形態のリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤を含有することを特徴とする。本実施形態のリチウムイオン二次電池は、更に、他の構成部品を備えることができる。
【００３８】
リチウムイオン二次電池の構造は、特に限定されないが、正極と、負極と、セパレータとからなる蓄電要素を、扁平渦巻状に巻回して巻回式極板群とする、あるいは、これらを平板状として積層して積層式極板群とした後、得られた極板群を外装材中に封入した構造とするのが一般的である。
図１は、外装材に封入されるリード付き蓄電要素の１例である。この蓄電要素１０は、一対の電極（正極３０、負極４０）がセパレータ２０を挟んで対向配置されたものを巻回した巻回体である。正極３０は、正極集電体３２上に正極活物質層３４を備え、負極４０は、負極集電体４２上に負極活物質層４４を備える。正極活物質層３４及び負極活物質層４４は、セパレータ２０の両面側にそれぞれ接触している。正極活物質層３４、負極活物質層４４及びセパレータ２０の内部には、電解液が含有されている。図１は、正極集電体３２及び負極集電体４２の端部に、それぞれ、例えば、アルミニウム製のリード５２、５４が接続されたものとしている。
【００３９】
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、上記のように、本実施形態のイオン捕捉剤を、電解液及びセパレータの少なくとも一方に含有することがより好ましい。
一般に、電解液に不純物が含まれると、短絡の原因となり得る。充放電の過程で、特に不純物金属イオンが、例えば、セパレータ内を通過して、正極及び負極間を双方向に移動するため、イオン捕捉剤が電解液及びセパレータの少なくとも一方に含まれていると、より効果的に不要な金属イオンを捕捉することができる。
【００４０】
（２）正極
リチウムイオン二次電池を構成する正極は、上記のように、通常、正極集電体表面の少なくとも一部に正極活物質層を備える。正極集電体としては、アルミニウム、チタン、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の金属や合金を、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。
【００４１】
上記正極活物質層に用いる正極材としては、リチウムイオンをドーピング又はインターカレーション可能な金属化合物、金属酸化物、金属硫化物、導電性高分子材料等が挙げられる。具体的には、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ2）、及びこれらの複合材料、並びにポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセン等の導電性高分子等を、単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００４２】
イオン捕捉剤を含有する正極を作製する場合、正極材、イオン捕捉剤及びバインダを有機溶剤とともに撹拌機等の分散装置を用いて、正極材含有スラリーを調製し、これを集電体材料に塗布して正極活物質層を形成する方法を適用することができる。また、ペースト状の正極材含有スラリーを、シート状、ペレット状等の形状に成形し、これを集電体材料と一体化する方法を適用することもできる。
【００４３】
上記正極材含有スラリーにおけるイオン捕捉剤の濃度は、適宜、選択することができ、０．０１〜５．０質量％であることが好ましく、０．１〜２．０質量％であることがより好ましい。
【００４４】
上記バインダとしては、スチレン−ブタジエン共重合体、（メタ）アクリル系共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリエピクロルヒドリン、ポリホスファゼン、ポリイミド、ポリアミドイミド等の高分子化合物が挙げられる。
【００４５】
上記正極活物質層中のバインダの含有割合は、正極材、イオン捕捉剤及びバインダの合計１００質量部に対して、好ましくは０．５〜２０質量部、より好ましくは１〜１０質量部である。バインダの含有比率が０．５〜２０質量部の範囲内であれば、集電体材料に十分密着し、また、電極抵抗が大きくなることを抑制することもできる。
【００４６】
上記正極材含有スラリーを集電体材料に塗布する方法としては、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が挙げられる。
【００４７】
（３）負極
リチウムイオン二次電池を構成する負極は、上記のように、通常、負極集電体表面の少なくとも一部に負極活物質層を備える。負極集電体の構成材料は、上記正極集電体の構成材料と同じとすることができ、発泡メタル、カーボンペーパー等の多孔性材料からなるものであってもよい。
【００４８】
上記負極活物質層に用いる負極材としては、リチウムイオンをドーピング又はインターカレーション可能な炭素材料、金属化合物、金属酸化物、金属硫化物、導電性高分子材料等が挙げられる。具体的には、天然黒鉛、人造黒鉛、ケイ素、チタン酸リチウム等を、単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００４９】
イオン捕捉剤を含有する負極を作製する場合、負極材、イオン捕捉剤及びバインダを有機溶剤とともに撹拌機、ボールミル、スーパーサンドミル、加圧ニーダー等の分散装置により混練して、負極材含有スラリーを調製し、これを集電体材料に塗布して負極活物質層を形成する方法を適用することができる。また、ペースト状の負極材含有スラリーを、シート状、ペレット状等の形状に成形し、これを集電体材料と一体化する方法を適用することもできる。
【００５０】
極材含有スラリーに用いるイオン捕捉剤及びバインダは、上記正極の製造原料と同じものを使用することができ、その含有量も同様にすることができる。
上記負極材含有スラリーを集電体材料に塗布する場合、正極と同様に、公知の方法を適用することができる。
【００５１】
（４）電解液
本実施形態のリチウムイオン二次電池に用いられる電解液は、特に制限されず、公知のものを用いることができる。例えば、電解質を有機溶剤に溶解させた電解液を用いることにより、非水系リチウムイオン二次電池を製造することができる。
【００５２】
上記電解質としては、ＬｉＰＦ2、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＦ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＯ2、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2、ＬｉＣ（ＣＦ3ＳＯ2）3、ＬｉＣｌ、ＬｉＩ等の、溶媒和しにくいアニオンを生成するリチウム塩が挙げられる。
上記電解質の濃度は、電解液１Ｌに対して、好ましくは０．３〜５モル、より好ましくは０．５〜３モル、特に好ましくは０．８〜１．５モルである。
【００５３】
上記有機溶剤としては、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のカーボネート類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類、１，２−ジメトキシエタン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等の鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、４−メチルジオキソラン等の環状エーテル類、シクロペンタノン等のケトン類、スルホラン、３−メチルスルホラン、２，４−ジメチルスルホラン等のスルホラン類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等のアミド類、３−メチル−１，３−オキサゾリジン−２−オン等のウレタン類、ジエチレングリコール等のポリオキシアルキレングリコール類等の非プロトン性溶媒が挙げられる。これらの有機溶剤は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５４】
本実施形態の電解液は、上記イオン捕捉剤の少なくとも１種を含む。
本実施形態の電解液におけるイオン捕捉剤の含有割合は、短絡の発生及び内部抵抗を抑制する観点から、好ましくは０．０１〜５０質量％、より好ましくは０．１〜３０質量％、更に好ましくは０．５〜１０質量％である。
【００５５】
電解液にイオン捕捉剤を含有させる方法としては、イオン捕捉剤を固体状態又は分散液状態で、電解質及び有機溶剤の混合液に添加、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。
【００５６】
イオン捕捉剤を分散液状態で用いて、電解液を製造する場合、分散液の溶媒は、特に制限されない。中でも電解液を構成する有機溶剤と同一であることが好ましい。また、分散液におけるイオン捕捉剤の濃度は、適宜選択することができる。０．０１〜５０質量％であることが好ましく、１〜２０質量％であることがより好ましい。
【００５７】
（５）セパレータ
セパレータは、正極と負極が短絡することがないように両極を分離する役割があり、更に電池に過大な電流が流れたとき、発熱により溶融し、細孔が閉鎖されることで、電流を遮断し、安全性を確保するものである。
上記セパレータは、好ましくは、多孔部を備える基材（以下、「多孔質基材」という）からなるものであり、その構造は、特に制限されない。上記多孔質基材は、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、特に限定されない。例えば、多孔膜、不織布、紙状シート、その他、三次元ネットワーク構造を有するシート等を用いることができる。このうち、ハンドリング性や強度の観点から微多孔膜が好ましい。多孔質基材を構成する材料としては、有機材料及び無機材料のいずれも使用することができるが、シャットダウン特性が得られる観点から、ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂が好ましい。
【００５８】
上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。これらのうち、良好なシャットダウン特性が得られるという観点で、エチレン単位を９０質量％以上含む重合体であることが好ましい。ポリエチレンは、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン及び超高分子量ポリエチレンのいずれであってもよい。特に、高密度ポリエチレン及び超高分子量ポリエチレンから選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましく、高密度ポリエチレンと超高分子量ポリエチレンの混合物を含むポリエチレンであることがより好ましい。かかるポリエチレンであると、強度と成形性に優れる。
ポリエチレンの分子量は、重量平均分子量で１０万〜１０００万のものが好適であり、特に重量平均分子量１００万以上の超高分子量ポリエチレンを少なくとも１質量％以上含むポリエチレン組成物が好ましい。
上記多孔質基材は、ポリエチレンと、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とを含んでもよく、また、ポリエチレン多孔膜とポリプロピレン多孔膜とからなる、２層以上の積層体からなるものであってもよい。
【００５９】
本実施形態のセパレータは、上記イオン捕捉剤の少なくとも１種を含む。
本実施形態において、好ましいセパレータは、多孔質基材からなる部分と、イオン捕捉剤とを含む。
【００６０】
上記セパレータにおけるイオン捕捉剤の含有量は、短絡の発生を抑制する観点から、好ましくは０．０１〜５０ｇ／ｍ2、より好ましくは０．１〜２０ｇ／ｍ2である。
【００６１】
本実施形態のセパレータの好ましい構造は、１面側から他面側までのいずれかの部位にイオン捕捉剤を含む層を有するものであり、以下に例示される。
（Ｓ１）多孔質基材１５の１面側の表層にイオン捕捉剤６０を含むセパレータ
図２は、この態様のセパレータを示すが、これに限定されず、イオン捕捉剤６０は、多孔質基材１５の内部だけでなく、表面に存在していてもよい。
（Ｓ２）多孔質基材１５の両面の表層にイオン捕捉剤６０を含むセパレータ
図３は、この態様のセパレータを示すが、これに限定されず、イオン捕捉剤６０は、多孔質基材１５の内部だけでなく、表面に存在していてもよい。
（Ｓ３）多孔質基材１５の１面側から他面側への全体にイオン捕捉剤６０を含むセパレータ
図４は、この態様のセパレータを示すが、これに限定されず、イオン捕捉剤６０は、多孔質基材１５の内部だけでなく、表面に存在していてもよい。
（Ｓ４）多孔質基材１５の内部に層状にイオン捕捉剤６０を含むセパレータ
図５は、この態様のセパレータを示すが、これに限定されず、多孔質基材１５の内部におけるイオン捕捉剤含有層の数は複数でもよい。
【００６２】
図２に示す態様（Ｓ１）のセパレータ２０の場合、リチウムイオン二次電池において、イオン捕捉剤６０を含む側を、正極側及び負極側のいずれの面に配置してもよい。正極から金属イオンが溶出することや、負極において金属イオンが還元されて金属が析出することに鑑みると、正極側の面に配置することが好ましく、イオン捕捉剤６０を両面の表層に配置する図３に示す態様（Ｓ２）のセパレータ２０も好ましい。
【００６３】
上記態様（Ｓ１）及び（Ｓ２）のセパレータは、多孔質基材の１面側の表面又は両面のいずれも表層部に、イオン捕捉剤を含む分散液を塗布する工程、及び、塗膜を乾燥してイオン捕捉剤を含む層を形成する工程を、順次、備える方法、又は、多孔質基材の１面側の表面又は両面のいずれも表層部を、イオン捕捉剤を含む分散液に浸漬する工程、及び、塗膜を乾燥してイオン捕捉剤を含む層を形成する工程を、順次、備える方法により製造することができる。
上記態様（Ｓ３）のセパレータは、多孔質基材を、イオン捕捉剤を含む分散液に浸漬する工程、及び、塗液付き多孔質基材を乾燥する工程を、順次、備える方法により製造することができる。
上記態様（Ｓ４）のセパレータは、多孔質基材の１面側の表面に、イオン捕捉剤を含む分散液を塗布する工程、塗膜を乾燥してイオン捕捉剤を含む層を形成する工程、及び、他の多孔質基材を、イオン捕捉剤含有層に接合する工程を、順次、備える方法、又は、多孔質基材の１面側の表面を、イオン捕捉剤を含む分散液に浸漬する工程、塗膜を乾燥してイオン捕捉剤を含む層を形成する工程、及び、他の多孔質基材を、イオン捕捉剤含有層に接合する工程を、順次、備える方法により製造することができる。
【００６４】
上記イオン捕捉剤を含む分散液の溶媒は、特に制限されない。例えば、水、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、並びにメタノール、エタノール、１−プロパノール等のアルコール類等を挙げることができる。
【００６５】
また、分散液におけるイオン捕捉剤の濃度は、適宜、選択することができ、０．０１〜５０質量％であることが好ましく、１〜２０質量％であることがより好ましい。
【００６６】
上記分散液は、更に、バインダを含有することができる。イオン捕捉剤含有の分散液がバインダを含有すると、イオン捕捉剤が多孔質基材に、確実に固定化される。このため、電池を作製する際にイオン捕捉剤が脱落することなく、効率よく不要な金属イオンを捕捉することができる。
【００６７】
上記バインダは、特に制限されないが、上記リチウムイオン含有層状リン酸塩化合物及び多孔質基材を良好に接着することができ、電気化学的に安定であり、更に、電解液に対して安定であるものが好ましい。このようなバインダとしては、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリクロロエチレン共重合体等のフッ素樹脂、フッ素系ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、シアノエチルポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ポリＮ−ビニルアセトアミド、ポリエーテル、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアラミド、架橋アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂等が挙げられる。本実施形態においては、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、スチレン−ブタジエンゴム、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース等が好ましい。尚、上記バインダは、電池の構成材料という観点から、正極活物質層や負極活物質層に用いられるバインダと同様であることが好ましい。
【００６８】
バインダの使用量（固形分）は、イオン捕捉剤及びバインダの合計１００質量部に対して、好ましくは０．１〜２０質量部、より好ましくは０．３〜１０質量部である。バインダの使用量が０．１〜２０質量部の範囲内であれば、イオン捕捉剤が効果的に多孔質基材に固定化され、効果が持続的に得られる。また、質量あたりの金属吸着効率を向上させることができる。
【００６９】
上記分散液を多孔質基材に塗布する方法は、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、リバースロールコート法、トランスファロールコート法、キスコート法、ナイフコート法、ロッドコート法、スクイズコート法、キャストコート法、ダイコート法、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、公知の方法を適用することができる。
【００７０】
尚、いずれも図示していないが、本実施形態のセパレータは、多孔質基材の１面側又は両面に、イオン捕捉剤を含む独立した層が形成された積層体からなるもの、２体の多孔質基材の間にイオン捕捉剤を含む独立した層を備える積層体からなるもの等であってもよい。
【００７１】
本実施形態において、上記いずれの態様のセパレータにおいても、イオン捕捉剤含有層の厚さは、以下の通りである。厚さの下限は、イオン捕捉性の観点から、好ましくは０．５μｍ、より好ましくは２μｍ、更に好ましくは３μｍ、特に好ましくは４μｍである。また、厚さの上限は、電解液の透過性、電池の高容量化等の観点から、好ましくは９０μｍ、より好ましくは５０μｍ、更に好ましくは３０μｍ、特に好ましくは１０μｍである。
【００７２】
本実施形態のリチウムイオン二次電池に含まれるセパレータの数は、特に限定されず、電池の構造により、適宜、選択することができる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池の好ましい態様は、以下に例示される。
（Ｌ１）正極にのみ本実施形態のイオン捕捉剤を含む電池
（Ｌ２）電解液にのみ本実施形態のイオン捕捉剤を含む電池
（Ｌ３）セパレータにのみ本実施形態のイオン捕捉剤を含む電池（本実施形態のセパレータを含む電池）
（Ｌ４）正極及び電解液に本実施形態のイオン捕捉剤を含む電池
（Ｌ５）正極及びセパレータに本実施形態のイオン捕捉剤を含む電池（本実施形態のセパレータを含む電池）
（Ｌ６）電解液及びセパレータに本実施形態のイオン捕捉剤を含む電池（本実施形態のセパレータを含む電池）
（Ｌ７）正極、電解液及びセパレータに本実施形態のイオン捕捉剤を含む電池（本実施形態のセパレータを含む電池）
【００７３】
これらのうち、態様（Ｌ３）、（Ｌ５）及び（Ｌ６）が好ましい。また、態様（Ｌ３）、（Ｌ５）、（Ｌ６）及び（Ｌ７）では、イオン捕捉剤含有層が少なくとも正極側に配されたセパレータを備えることが特に好ましい。尚、上記態様（Ｌ４）、（Ｌ５）、（Ｌ６）及び（Ｌ７）においては、含まれるイオン捕捉剤は、各部において同一であってよいし、異なってもよい。
【００７４】
本実施形態の電解液を用いて、正極及び負極を備えるものの、セパレータを備えないリチウムイオン二次電池とすることができる。この場合、正極及び負極が、直接、接触しない構造としており、セパレータを不要とするものである。
【実施例】
【００７５】
以下、本明細書の開示を実施例に基づいて具体的に説明する。但し、本実施形態は、下記の実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例において％は質量％である。【００７６】
＜評価方法＞
（１）水分含有率
イオン捕捉剤を１５０℃で２０時間真空乾燥した後、ＪＩＳ  Ｋ０１１３「電位差・電流・電量・カールフィッシャー滴定方法通則」により、京都電子工業（株）製カールフィッシャー水分計MKC-710、気化装置ADP-611を用いて、カールフッシャー法で水分含有率を測定した。【００７７】
（２）電解液中における金属イオン捕捉容量
リチウムイオン二次電池への適用を想定し、モデル電解液中における金属イオン捕捉容量を評価した。具体的な評価方法は、次の通りである。
［コバルトイオン捕捉容量の測定］
試験溶液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との混合溶媒（体積比ＥＣ：ＥＭＣ＝３：７）にＣｏ（ＢＦ4）2・６Ｈ2Ｏを０．０５ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたテトラフルオロホウ酸コバルト六水和物溶液を調製した。この溶液２０ｍｌをポリ瓶に入れ、ここにイオン捕捉剤を０．４ｇ投入した。次に、この溶液を、２５℃で約１分間撹拌した後、４０℃で静置した。約５０時間静置後にＣｏ2+イオンの濃度をサーモフィッシャーサイエンティフィック社製ＩＣＰ発光分光装置「ｉＣＡ７６００  ＤＵＯ」（型式名）にて測定した。イオン捕捉容量は、イオン捕捉剤を投入する前と後の金属イオン濃度の差からイオン捕捉剤１ｇあたりのイオン捕捉容量（ｍｅｑ／ｇ）を求めた。求めた値の単位はｍｅｑ／ｇである。
［マンガンイオン捕捉容量の測定］
試験溶液として、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との混合溶媒（体積比ＥＣ：ＥＭＣ＝３：７）にＭｎ（ＣｌＯ4）2・６Ｈ2Ｏを０．０５ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させた過塩素酸マンガン六水和物溶液を用いる以外は、上記と同様の操作及び分析を行い、Ｍｎ2+イオン捕捉容量（ｍｅｑ／ｇ）を求めた。【００７８】
（３）モデル電解液中における金属イオン捕捉能の評価
リチウムイオン二次電池への適用を想定し、モデル電解液中における金属イオン捕捉能を評価した。
［コバルトイオン捕捉能］
ＬｉＢＦ4をエチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との混合溶媒（体積比ＥＣ：ＥＭＣ＝３：７）に濃度１ｍｏｌ／Ｌで溶解させたテトラフルオロホウ酸リチウム溶液（キシダ化学（株）製リチウムイオン電池用電解液・商品名ＬＢＧ−００８６０）にＣｏ（ＢＦ4）2・６Ｈ2Ｏを１０ｐｐｍ溶解させてモデル電解液とした。
次いで、このモデル電解液３０ｍＬをポリ瓶に入れ、ここにイオン捕捉剤を０．０３ｇ投入し、密栓した。この電解液を、２５℃で約１分間撹拌した後、５０℃で静置した。その後、約１６時間後のＣｏ2+イオンの濃度をサーモフィッシャーサイエンティフィック社製ＩＣＰ発光分光装置「ｉＣＡ７６００  ＤＵＯ」（型式名）にて測定した。
［マンガンイオン捕捉能］
ＬｉＢＦ4をエチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との混合溶媒（体積比ＥＣ：ＥＭＣ＝３：７）に濃度１ｍｏｌ／Ｌで溶解させたテトラフルオロホウ酸リチウム溶液（キシダ化学（株）製リチウムイオン電池用電解液・商品名ＬＢＧ−００８６０）にＭｎ（ＣｌＯ4）2・６Ｈ2Ｏを１０ｐｐｍ溶解させてモデル電解液とした。
次いで、このモデル電解液３０ｍＬをポリ瓶に入れ、ここにイオン捕捉剤を０．０３ｇ投入し、密栓した。この電解液を、２５℃で約１分間撹拌した後、５０℃で静置した。その後、約１６時間後のＭｎ2+イオンの濃度をサーモフィッシャーサイエンティフィック社製ＩＣＰ発光分光装置「ｉＣＡ７６００  ＤＵＯ」（型式名）にて測定した。【００７９】
（４）ＢＥＴ比表面積
イオン捕捉剤のＢＥＴ比表面積は、ＪＩＳ  Ｒ１６２６「ファインセラミックス粉体の気体吸着ＢＥＴ法による比表面積の測定方法」により、Quantachrome社製「AUTOSORB−１」（型式名）で測定した。【００８０】
（５）粉末Ｘ線回折
粉末Ｘ線回折（以下「ＸＲＤ」と略す）測定は、ＢＲＵＫＥＲ社製「Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥ」を使用した。Ｃｕ封入型Ｘ線源を用い、印加電圧４０ｋｖ，電流値４０ｍＡで発生するＣｕＫαを用いてＸ線回折図を得た。詳細な測定条件を表１に記載した。【００８１】
【表１】
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【００８２】
１．イオン捕捉剤の製造
＜製造例１＞αリン酸ジルコニウムの合成
脱イオン水８５０ｍｌにオキシ塩化ジルコニウム８水和物（和光純薬工業（株）製）０．２７２モルを溶解後、シュウ酸２水和物（和光純薬工業（株）製）０．７８８モルを溶解させた。この溶液を撹拌しながら、リン酸０．５７モルを加えた。これを８時間撹拌し還流した。冷却後、得られた沈殿物をよく水で洗浄した後に１５０℃で乾燥することにより、リン酸ジルコニウムを得た。このリン酸ジルコニウムについて分析した結果、１ｇあたり６．６４ｍｍｏｌのＨ+イオンを含む、すなわちイオン交換基の理論交換容量が６．６４ｍｅｑ／ｇであるαリン酸ジルコニウム（１）Ｚｒ（ＨＰＯ4）2・Ｈ2Ｏであることを確認した。
また、αリン酸ジルコニウムのメジアン径（（株）堀場製作所製レーザー回折式粒度分布計「ＬＡ−９５０」（型式名））を測定した結果、０．９μｍであった。
なお、リン酸ジルコニウムの組成は、得られたリン酸ジルコニウム０．１ｇを純水で２倍希釈した濃硝酸溶液２０ｍＬに入れ加温し、フッ酸を０．５ｍＬ滴下して溶解させ、各成分の定量分析を行い、各成分の含有比率を求めることにより推定した。また、推定される組成におけるＬｉイオンとリン酸基ＰＯ4の比を表２に示した。また、以下の実施例および比較例に示すリン酸ジルコニウム以外の組成も全て同様の方法で求めた。【００８３】
＜製造例２＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）の合成
製造例１で得られたαリン酸ジルコニウム（１）７０ｇを０．１Ｎ（ｍｏｌ／Ｌ）のＬｉＯＨ水溶液７０００ｍｌに、撹拌しながら添加した。これをさらに８時間撹拌した後、濾液の伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下になるまでフィルターで濾過水洗した。水洗後、１５０℃で２０時間真空乾燥した後、さらに４００℃で４時間焼成して、焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）を得た。メジアン径は０．９μｍであった。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）は、Ｌｉイオンの導入量が６．７８ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．０７３である。（実施例１）
なお、全ての実施例において、Ｌｉ置換型層状リン酸塩化合物に含まれるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、分子中に含まれるＰ原子の数のＰＯ4が含まれるとして計算した。【００８４】
＜製造例３＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（２）の合成
Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（２）を４００℃で４時間焼成した以外は、製造例２と同様にして焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（２）を得た。メジアン径は０．９μｍであった。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（２）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が１０．９３ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・０．７５Ｐ2Ｏ5・１．５Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．１４７である。（実施例２）【００８５】
＜製造例４＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（３）の合成
Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（３）を４００℃で４時間焼成した以外は、製造例２と同様にして焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（３）を得た。メジアン径は０．９μｍであった。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（３）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が１３．７３ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・０．６Ｐ2Ｏ5・１．８Ｌｉ２Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．２２である。（実施例３）【００８６】
＜製造例５＞焼成Ｌｉ置換αリン酸ジルコニウム（４）の合成
製造例１で得られたαリン酸ジルコニウム２０ｇを５．８７ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（４）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（４）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が６．７８ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．０７３である。（実施例４）【００８７】
＜製造例６＞焼成Ｌｉ置換αリン酸ジルコニウム（５）の合成
製造例１で得られたαリン酸ジルコニウム２０ｇを８．３９ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（５）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（５）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が９．１２ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・１．４Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．１０４である。（実施例５）【００８８】
＜製造例７＞焼成Ｌｉ置換αリン酸ジルコニウム（６）の合成
製造例１で得られたαリン酸ジルコニウム２０ｇを１２．５９ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（６）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（６）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が１２．８０ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・２．１Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．１５６である。（実施例６）【００８９】
＜製造例８＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１１）の合成
製造例１で得られたαリン酸ジルコニウム２０ｇを１６．７８ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１１）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１１）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が１８．２４ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・２．８Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウムイオンとリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．２２である。（実施例７）【００９０】
＜製造例９＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１２）の合成
製造例１で得られたαリン酸ジルコニウム２０ｇを２０．９８ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１２）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１２）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が２１．９４ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・３．５Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウムイオンとリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．２７である。（実施例８）【００９１】
＜製造例１０＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１３）の合成
製造例１で得られたαリン酸ジルコニウム２０ｇを２５．１８ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１３）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１３）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が２５．１８ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・４．２Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウムイオンとリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．３３である。（実施例９）【００９２】
＜製造例１１＞微粒子αリン酸ジルコニウムの合成
２Ｌ平底フラスコに脱イオン水１１６０ｍＬ及び３５％塩酸１７３．４ｇを入れ、オキシ塩化ジルコニウム８水和物２０％水溶液２８８．４ｇを追加後、シュウ酸２水和物１１９．２ｇを溶解させた。この溶液をよく撹拌しながら、７５％リン酸１３４．４ｇを加えた。これを２時間で９８℃に昇温し、１２時間撹拌還流した。冷却後、得られた沈殿物をよく水洗浄した後、１０５℃で乾燥することにより、リン酸ジルコニウムを得た。これをロータースピードミル（１６０００ｒｐｍ、篩い目８０μｍ）で解砕した。この得られたリン酸ジルコニウムについて測定した結果、αリン酸ジルコニウム（２）であることを確認した。
また、αリン酸ジルコニウムのメジアン径（（株）堀場製作所製レーザー回折式粒度分布計「ＬＡ−９５０」（型式名））を測定した結果、０．３μｍであった。【００９３】
＜製造例１２＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（７）の合成
製造例１１で得られたαリン酸ジルコニウム（２）７０ｇを０．１ＮのＬｉＯＨ水溶液７０００ｍｌに撹拌しながら、添加した。これを８時間撹拌した後、濾液の伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下になるまでフィルターで濾過水洗した。１５０℃で２０時間真空乾燥し、リチウムイオン置換型αリン酸ジルコニウム（４）を得た。
このリチウムイオン置換型αリン酸ジルコニウム（４）を４００℃で４時間焼成し、焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（７）を得た。メジアン径は０．３μｍであった。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（７）の組成は、ＺｒＯ2・０．８Ｐ2Ｏ5・０．８Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．０７３である。（実施例１０）【００９４】
＜製造例１３＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（８）の合成
製造例１１で得られたαリン酸ジルコニウム（２）７０ｇを０．１５ＮのＬｉＯＨ水溶液７０００ｍｌに撹拌しながら、添加した。これを８時間撹拌した後、濾液の伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下になるまでフィルターで濾過水洗した。１５０℃で２０時間真空乾燥し、リチウムイオン置換型αリン酸ジルコニウム（５）を得た。
このリチウムイオン置換型αリン酸ジルコニウム（５）を４００℃で４時間焼成し、焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（８）を得た。メジアン径は０．３μｍであった。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（８）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が９．１２ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・１．４Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．１３６である。（実施例１１）【００９５】
＜製造例１４＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（９）の合成
製造例１１で得られたαリン酸ジルコニウム（２）２０ｇを５．８７ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（９）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（９）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が６．７８ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．０７３である。（実施例１２）【００９６】
＜製造例１５＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１０）の合成
製造例１１で得られたαリン酸ジルコニウム（２）２０ｇを８．３９ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１０）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１０）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が９．１２ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・１．４Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．１０４である。（実施例１３）【００９７】
＜製造例１６＞αリン酸チタンの合成
脱イオン水４００ｍｌに７５％リン酸４０５ｇを加え、この溶液を撹拌しながら、硫酸チタニル（ＴｉＯ2含有量；３３％）１３７ｇを加えた。これを１００℃で４８時間還流した。冷却後、得られた沈殿物をよく水洗浄した後、１５０℃で乾燥することにより、リン酸チタンを得た。この得られたリン酸チタンについて分析した結果、１ｇあたり７．７６ｍｍｏｌのＨ+イオンを含む、すなわちＬｉイオンの導入量が７．７６ｍｅｑ／ｇであるαリン酸チタンであることを確認した。メジアン径は１．２μｍであった。【００９８】
＜製造例１７＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（１）の合成
製造例１６で得られたαリン酸チタン８０．８ｇを０．１ＮのＬｉＯＨ水溶液１００００ｍＬに撹拌しながら、加えた。これを８時間撹拌した後、水洗し、１５０℃で乾燥して、Ｌｉ置換型αリン酸チタンを得た。さらに、これを４００℃で４時間焼成して、焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（１）を得た。メジアン径は１．２μｍであった。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（１）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が７．９４ｍｅｑ／ｇであるＴｉＯ2・Ｐ2Ｏ5・Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．０７３である。（実施例１４）【００９９】
＜製造例１８＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（２）の合成
ＬｉＯＨ溶液を０．１５Ｎとした以外は、製造例１６と同様にして焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（２）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（２）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が１２．９７ｍｅｑ／ｇであるＴｉＯ2・０．７５Ｐ2Ｏ5・１．５Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．１４６である。（実施例１５）【０１００】
＜製造例１９＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（３）の合成
製造例１６で得られたαリン酸チタン１６．２ｇを６．８８ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（３）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（３）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が７．９４ｍｅｑ／ｇであるＴｉＯ2・Ｐ2Ｏ5・Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．０７３である。（実施例１６）【０１０１】
＜製造例２０＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（４）の合成
製造例１６で得られたαリン酸チタン１６．２ｇを９．８３ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（４）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（４）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が１０．６２ｍｅｑ／ｇであるＴｉＯ2・Ｐ2Ｏ5・１．４Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．１０４である。（実施例１７）【０１０２】
＜製造例２１＞低結晶性αリン酸ジルコニウムの合成
脱イオン水８５０ｍｌにオキシ塩化ジルコニウム８水和物（和光純薬工業（株）製）０．２７２モルを溶解後、シュウ酸２水和物（和光純薬工業（株）製）０．７８８モルを溶解させた。この溶液を撹拌しながら、リン酸０．５７モルを加えた。これを室温で８時間撹拌した。その後、沈殿物をよく水で洗浄した後に１５０℃で乾燥することにより、リン酸ジルコニウムを得た。これをロータースピードミル（１６０００ｒｐｍ、篩い目８０μｍ）で解砕した。この得られたリン酸ジルコニウムについて測定した結果、αリン酸ジルコニウム（Ａ）であることを確認した。
また、αリン酸ジルコニウムのメジアン径（（株）堀場製作所製レーザー回折式粒度分布計「ＬＡ−９５０」（型式名））を測定した結果、６．５μｍであった。【０１０３】
＜製造例２２＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１４）の合成
製造例２１で得られたαリン酸ジルコニウムＡ２０ｇを１６．７８ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１４）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１４）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が１８．２４ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・２．８Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウムイオンとリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．２２である。（実施例１８）【０１０４】
＜製造例２３＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１５）の合成
製造例２１で得られたαリン酸ジルコニウムＡ２０ｇを２０．９８ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１５）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１５）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が２１．９４ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・３．５Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウムイオンとリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．２７である。（実施例１９）【０１０５】
＜製造例２４＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１６）の合成
製造例２１で得られたαリン酸ジルコニウムＡ２０ｇを２５．１８ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１６）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１６）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が２５．１８ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・４．２Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウムイオンとリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．３３である。（実施例２０）【０１０６】
＜製造例２５＞焼成Ｌｉ置換型リン酸ジルコニウム（Ｃ１）の合成
製造例１で得られたαリン酸ジルコニウム（１）７０ｇを０．１ＮのＬｉＯＨ水溶液２８００ｍｌに撹拌しながら、添加した。これを８時間撹拌した後、濾液の伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下になるまでフィルターで濾過水洗した。１５０℃で２０時間真空乾燥して、リチウムイオン置換型αリン酸ジルコニウム（６）を得た。さらに４００℃で４時間焼成して、焼成Ｌｉ置換型リン酸ジルコニウム（Ｃ１）を得た。この焼成Ｌｉ置換型リン酸ジルコニウム（Ｃ１）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が３．５７ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・０．５Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．０３７である。（比較例１）【０１０７】
＜製造例２６＞焼成Ｌｉ置換型リン酸ジルコニウム（Ｃ２）の合成
製造例１で得られたαリン酸ジルコニウム（１）７０ｇを０．１ＮのＬｉＯＨ水溶液４９００ｍｌに撹拌しながら、添加した。これを８時間撹拌した後、濾液の伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下になるまでフィルターで濾過水洗した。１５０℃で２０時間真空乾燥して、リチウムイオン置換型αリン酸ジルコニウム（７）を得た。さらに４００℃で４時間焼成して、焼成Ｌｉ置換型リン酸ジルコニウム（Ｃ２）を得た。この焼成Ｌｉ置換型リン酸ジルコニウム（Ｃ２）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が６．１６ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・０．９Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．０６６である。（比較例２）【０１０８】
＜製造例２７＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（Ｃ３）の合成
製造例１で得られたαリン酸ジルコニウム２０ｇを２．９４ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１３）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（Ｃ３）の組成は、ＺｒＯ2・Ｐ2Ｏ5・０．５Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．０３７である。（比較例３）【０１０９】
＜製造例２８＞焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（Ｃ４）の合成
製造例１で得られたαリン酸ジルコニウム２０ｇを５．２８ｇのＬｉＯＨと乳鉢で混合した。そこへ、純水を２５ｇ添加してさらによく混合した。１５０℃で１２時間乾燥し、さらに４００℃で４時間焼成して焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１４）を得た。この焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（Ｃ４）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が３．５７ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・Ｐ２Ｏ5・０．９Ｌｉ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．０６６である。（比較例４）【０１１０】
＜製造例２９＞Ｌｉ置換αリン酸ジルコニウムの合成
製造例１で得られたαリン酸ジルコニウム（１）７０ｇを０．１ＮのＬｉＯＨ水溶液７０００ｍｌに、撹拌しながら添加した。これをさらに８時間撹拌した後、濾液の伝導度が５００μＳ／ｃｍ以下になるまでフィルターで濾過水洗した。水洗後、１５０℃で２０時間真空乾燥し、リチウムイオン置換型αリン酸ジルコニウム（１）を得た。メジアン径は０．９μｍであった。このリチウムイオン置換型αリン酸ジルコニウム（１）は、Ｌｉイオンの導入量が６．３９ｍｅｑ／ｇであるＺｒ（ＬｉＰＯ4）2・Ｈ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．０７３である。（比較例５）【０１１１】
＜製造例３０＞Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（２）の合成
ＬｉＯＨ溶液を０．１５Ｎとした以外は、製造例２９と同様にしてＬｉ置換型αリン酸ジルコニウム（２）を得た。メジアン径は０．９μｍであった。このＬｉ置換型αリン酸ジルコニウム（２）の組成は、Ｌｉイオンの導入量が１０．２５ｍｅｑ／ｇであるＺｒＯ2・０．７５Ｐ2Ｏ5・１．５Ｌｉ2Ｏ・Ｈ2Ｏであった。また、この組成におけるリチウム原子とリン酸基ＰＯ4との質量比（Ｌｉ／ＰＯ4）は、０．１４７である。（比較例６）【０１１２】
下記表３にそれぞれの水分含有率（％）、（１）電解液中における金属イオン捕捉容量（ｍｅｑ／ｇ）、および（２）モデル電解液中における金属イオン捕捉率（％）、比表面積を示す。
実施例のものは、全て本実施形態のイオン捕捉剤のおける要件を満たしているのに対して、比較例のものは水分含有量、あるいはイオン捕捉能のいずれかの性能に劣っている。【０１１３】
【表２】
2019116959.tif 000003
【０１１４】
【表３】
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【０１１５】
表２から明らかなように、従来の捕捉剤はイオン捕捉容量が０．４〜１．７ｍｅｑ／ｇと小さいのに対し、本実施形態のイオン捕捉剤はイオン捕捉容量が２．２〜４．２ｍｅｑ／ｇと大きく、イオン捕捉能に優れることが分かる。
また、表３から明らかなように、モデル電解液を用いた試験においても、本実施形態のイオン捕捉剤は、従来のイオン捕捉剤（比較例１〜６）に比較して、イオン捕捉率が高いことが分かる。これらの結果より、本実施形態のイオン捕捉剤は、イオン捕捉速度が速く、またイオン捕捉容量も高いため、短絡の発生を抑えることができる。【０１１６】
２．リチウムイオン二次電池の作製
＜実施例１０１＞
初めに、セパレータ、正極及び負極を作製し、その後、これらの正極、負極及びセパレータと、電解液とを用いて、リチウムイオン二次電池を製造した。
（１）セパレータの作製
セパレータには厚さ２０μｍ、空孔率５０％〜６０％の多孔性のポリエチレンフィルムを用いた。
実施例１で得られた焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）と、ポリビニルアルコール（平均重合度１７００、ケン化度９９％以上）と、イオン交換水とを、それぞれ５：９５：１００の質量比で配合した。これを、酸化ジルコニウムビーズ（東レ（株）製“トレセラム”（登録商標）ビーズ、直径０．５ｍｍ）と共にポリプロピレン製の容器に入れ、水溶液をペイントシェーカー（（株）東洋精機製作所製）で４時間混合し、実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）をバインダに分散させた。次いで、濾過限界５μｍのフィルターで濾過し、イオン捕捉剤加工液（ａ）を得た。次に、イオン捕捉剤加工液（ａ）をセパレータである前記ポリエチレンフィルムの片面にグラビアコート法にて１０μｍの厚さに塗布し、５０℃の熱風乾燥炉を１０秒間通過させることで乾燥して、電池用セパレータ（Ｓ１）を得た。セパレータの最終厚みは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ１）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）の目付量を計算したところ、１ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１１７】
＜実施例１０２＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例２の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（２）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ２）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ２）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（２）の目付量を計算したところ、１．１ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１１８】
＜実施例１０３＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例３の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（３）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ３）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ３）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（３）の目付量を計算したところ、１．０ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１１９】
＜実施例１０４＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例４の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（４）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ４）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ４）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（４）の目付量を計算したところ、１．０ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１２０】
＜実施例１０５＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例５の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（５）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ５）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ５）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（５）の目付量を計算したところ、１．０ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１２１】
＜実施例１０６＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例６の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（６）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ６）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ６）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（６）の目付量を計算したところ、１．１ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１２２】
＜実施例１０７＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例７の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（７）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ７）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ７）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（７）の目付量を計算したところ、１．０ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１２３】
＜実施例１０８＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例８の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（８）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ８）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ８）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（８）の目付量を計算したところ、１．１ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１２４】
＜実施例１０９＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例９の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（９）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ９）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ９）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（９）の目付量を計算したところ、１．０ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１２５】
＜実施例１１０＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例１０の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１０）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ１０）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ１０）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１０）の目付量を計算したところ、１．０ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１２６】
＜実施例１１１＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例１１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（１）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ１１）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ１１）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全実施例１１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（１）の目付量を計算したところ、１．０ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１２７】
＜実施例１１２＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例１２の焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（２）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ１２）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ１２）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（２）の目付量を計算したところ、１．０ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１２８】
＜実施例１１３＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例１３の焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（３）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ１３）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ１３）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（３）の目付量を計算したところ、１．１ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１２９】
＜実施例１１４＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、実施例１４の焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（４）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ１４）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ１４）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸チタン（４）の目付量を計算したところ、１．１ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１３０】
＜比較例１０１＞
イオン捕捉剤を含まないセパレータ（Ｓ１５）を用意した。【０１３１】
＜比較例１０２＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、メジアン径１μｍのアルミナ粒子を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ１６）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ１６）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全アルミナの目付量を計算したところ、１．６ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１３２】
＜比較例１０３＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、比較例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（Ｃ１）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ１７）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ１７）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（Ｃ１）の目付量を計算したところ、１．０ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１３３】
＜比較例１０４＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、比較例２の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（Ｃ２）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ１８）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ１８）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（Ｃ２）の目付量を計算したところ、０．９ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１３４】
＜比較例１０５＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、比較例３の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（Ｃ３）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ１９）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ１９）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（Ｃ３）の目付量を計算したところ、１．１ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１３５】
＜比較例１０６＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、比較例４の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（Ｃ４）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ２０）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ２０）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（Ｃ４）の目付量を計算したところ、０．９ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１３６】
＜比較例１０７＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、比較例５のＬｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ２１）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ２１）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）の目付量を計算したところ、１．０ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１３７】
＜比較例１０８＞
実施例１の焼成Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（１）に代えて、比較例６のＬｉ置換型αリン酸ジルコニウム（２）を用いた以外は、実施例１０１と同様にして、イオン捕捉剤加工液の調整及びセパレータの製造を行った。得られたセパレータ（Ｓ２２）の厚さは２５μｍであった。このセパレータ（Ｓ２２）を１０００℃で２時間焼成し、焼成残渣から全Ｌｉ置換型αリン酸ジルコニウム（２）の目付量を計算したところ、１．１ｍｇ／ｃｍ2であった。【０１３８】
（２）正極の作製
まず、９０質量部のＬｉ（Ｎｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3）Ｏ2（正極活物質）と、７質量部のアセチレンブラック（導電助剤）、３質量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（バインダ）と、１００質量部の１−メチル−２−ピロリドン（バインダ）とを混合分散し、正極材含有スラリーを得た。
次に、この正極合剤スラリーを、ドクターブレード法により、厚さ２０μｍの正極集電体（アルミニウム箔）の片面に塗膜の厚さが３０μｍとなるように塗布し、乾燥させて、正極合剤層を形成した。その後、ロールプレス機により圧縮成形し、所定の大きさ（３０ｍｍ×４５ｍｍ）に切断してリチウムイオン二次電池用正極を得た。【０１３９】
（３）負極の作製
９０質量部の非晶質炭素（負極活物質）と、３質量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）（バインダ）と、７質量部のカーボンブラック（株式会社クレハ製）（導電助剤）と、１００質量部の１−メチル−２−ピロリドン（溶媒）を混合分散し、負極合剤スラリーを得た。
次に、この負極合剤スラリーを、ドクターブレード法により、厚さ２０μｍの負極集電体（銅箔）の片面に塗膜の厚さが３０μｍとなるように塗布し、乾燥させて、負極合剤層を形成した。その後、ロールプレス機により圧縮成形し、所定の大きさ（３１ｍｍ×４６ｍｍ）に切断してリチウムイオン二次電池用負極を得た。【０１４０】
（４）非水電解液
非水電解液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）を３：７体積％で調合した溶媒に指示電解質として１Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）のＬｉＰＦ6を含む電解液（キシダ化学（株）製）を用いた。【０１４１】
（５）リチウムイオン二次電池の製造
＜実施例２０１＞
負極と、３５×５０ｍｍのセパレータ（Ｓ１）と、正極とを、セパレータ（Ｓ１）のイオン捕捉剤含有層側を正極に面するようにして、この順に積層し、これらを、アルミニウム包装材（電池の外装材）の中に収納した。次いで、上記キシダ化学（株）製非水電解液を、空気が混入しないように注入した。その後、内容物を密封するために、アルミニウム包装材の開口部に１５０℃のヒートシールを行って、５０ｍｍ×８０ｍｍ×６ｍｍのアルミニウムラミネート外装のリチウムイオン二次電池（Ｌ１）を得た。【０１４２】
（リチウムイオン二次電池の初期化）
上記で用意したリチウムイオン二次電池に対し、次の手順で初期化を行った。はじめに、開回路の状態から電池電圧が４．２Ｖになるまで、３時間率相当の定電流にてリチウムイオン二次電池（Ｌ１）を充電した。電池電圧が４．２Ｖに達した後、電流値が０．１時間率相当になるまで４．２Ｖを保持した。この２つの充電工程を「標準条件での充電」といい、充電されたその状態を「満充電」という。
次いで、充電を停止し、３０分間休止した。この工程を「休止」という。
そして、３時間率相当の定電流の放電を開始し、電池電圧が３．０Ｖに達するまで放電させた。この工程を「標準条件での放電」という。
この後、放電を停止し、「休止」を行った。この後、「標準条件での充電」、「休止」、「標準条件での放電」及び「休止」のサイクルを３回繰り返した。そして、更に、「標準条件での充電」及び「休止」を行い、３時間率相当の定電流の放電を開始し、電池電圧が３．８Ｖに達するまで放電させた。この状態を「半充電」という。その後、1週間のエージング期間を設け、初期化を完了した。【０１４３】
なお、上記「時間率」は、電池の設計放電容量を所定の時間で放電する電流値と定義する。例えば、３時間率とは、電池の設計容量を３時間で放電する電流値である。さらに、電池容量をＣ（単位：Ａｈ）とすると、３時間率の電流値はＣ／３（単位：Ａ）となる。【０１４４】
＜評価方法＞
（ａ）初期容量評価
初期化後のリチウムイオン二次電池（Ｌ１）を用いて、「標準条件での充電」、「休止」、「標準条件での放電」及び「休止」のサイクルを３回繰り返し、各回の放電容量を測定し、その平均値を「初期容量」とした。なお、表４に示す値は、イオン捕捉剤を含まないセパレーター（Ｓ１１）を用いた比較例１４における放電容量の平均値を「１．００」として規格化したものである。【０１４５】
（ｂ）サイクル特性評価
初期容量を測定したリチウムイオン二次電池（Ｌ１）を４０℃の恒温槽に入れ、二次電池の表面温度が４０℃になった後、この状態を１２時間保持した。次いで、「休止」を設けずに、「標準条件での充電」及び「標準条件での放電」のサイクルを２００回繰り返した。この後、二次電池の放電容量を、「初期容量」と同様にして測定した。なお、表４に示す「試験後容量」は、イオン捕捉剤を含まないセパレータ（Ｓ１５）を用いた比較例１０１における放電容量の平均値を「１．００」としたときの値である。この「試験後容量」により、サイクル特性（サイクル試験による劣化の程度）を評価した。【０１４６】
（ｃ）安全性評価
初期化後のリチウムイオン二次電池（Ｌ１）を４．２Ｖで充電をして満充電とした後、直径２０ｍｍの孔を有する拘束板の上に載置した。そして、この拘束板を、上部にφ３ｍｍの鋼鉄製の釘が取り付けられたプレス機に配置した。プレス機を駆動させて、外装材に対して釘刺しを行い、強制的に内部短絡を発生させた。即ち、釘がリチウムイオン二次電池（Ｌ１）を貫通して、釘の先端部が拘束板の孔内に達するまで、釘を上方から８０ｍｍ／秒の速度で移動させた。釘を抜いた後の電池を、室温、大気条件で観察した。１時間経過するまでに、発火及び破裂が発生しなかったものを合格として、表４に「Ａ」で表記した。また、１時間以内に火花が発生したものを「Ｂ」で表記した。
リチウムイオン二次電池（Ｌ１）では、釘が電池を貫通して短絡した後、すぐに、電池電圧が急激に低下した。短絡により発生したジュール熱により、貫通部付近の電池温度及び電池表面温度は、徐々に上昇し、最高で１５０℃付近まで上昇したが、それ以上の著しい発熱はなく、熱暴走には至らなかった。【０１４７】
＜実施例２０１〜２１４＞
実施例１のセパレータ（Ｓ１）に代えて、実施例１０２〜１１４のセパレータ（Ｓ２〜Ｓ１４）をそれぞれ用いた以外は、実施例２０１と同様にして、それぞれラミセル型リチウムイオン二次電池（Ｌ２〜Ｌ１４）を得た。その後、実施例２０１と同様にして、初期容量及びサイクル特性の評価並びに安全性試験を行った。以上の結果を表４に示す。
なお、安全性試験では、実施例２０１〜２１４のリチウムイオン二次電池（Ｌ２〜Ｌ１４）は、リチウムイオン二次電池（Ｌ１）と同様の挙動を示した。【０１４８】
＜比較例２０１〜２０８＞
実施例１のセパレータ（Ｓ１）に代えて、比較例１０２〜１０８のセパレータ（Ｓ１５〜Ｓ２２）をそれぞれ用いた以外は、実施例２０１と同様にして、ラミセル型リチウムイオン二次電池（Ｌ１５〜Ｌ２２）を得た。その後、実施例２０１と同様にして、初期容量及びサイクル特性の評価並びに安全性試験を行った。以上の結果を表４に示す。
なお、安全性試験では、比較例１０２〜１０８のリチウムイオン二次電池（Ｌ２〜Ｌ１４）は、リチウムイオン二次電池（Ｌ１）と同様の挙動を示した。一方、比較例１０１のリチウムイオン二次電池（Ｌ１５）は、安全性試験では、釘が電池を貫通して短絡した後、すぐに、電池電圧が急激に低下した。そして、貫通部付近の電池温度及び電池表面温度は、急上昇し、熱暴走状態となって、釘を抜いてから約４０秒後に、最高で４００℃以上になった。また，熱暴走後に貫通部から火花が発生し、高温の煙が噴出した。【０１４９】
【表４】
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【０１５０】
表４から明らかなように、プロトンをイオン交換基とする層状リン酸塩化合物が備える理論交換容量を超えるリチウムイオンを担持させ、且つ結晶水を有さない層状リン酸塩化合物であるリチウムイオン二次電池用イオン捕捉剤を含有するリチウムイオン二次電池は、電池容量の減少がみられず、優れた電池特性を有する。また、安全性にも優れる。【０１５１】
本実施形態のイオン捕捉剤は、電解液、セパレータ等のリチウムイオン二次電池の鋼製部材に使用することができる。例えば、本実施形態のイオン捕捉剤を含むセパレータは、謡曲が電気二重層、陰極がリチウムイオン二次電池の構造をしたリチウムイオンキャパシタ（ハイブリットキャパシタ）、金属リチウム二次電池等の、リチウムイオン二次電池以外の電気化学素子にも応用することができる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、ペーパー型電池、ボタン型電池、コイン型電池、積層型電池、円筒型電池、角型電池等として、携帯電話、タブレット端末、ラップトップコンピュータ、ゲーム機等のポータブル機器；電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の自動車；電力貯蔵等に利用することができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１０：リード付き蓄電要素、１５：多孔質基材、２０：セパレータ、３０：正極、３２：正極集電体、３４：正極活物質層、４０：負極、４２：負極集電体、４４：負極活物質層、５２，５４：リード、６０：イオン捕捉剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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