(57)【要約】【課題】二次電池内部の温度が急激に上昇した場合にも発火し難い二次電池用負極を提供する。【解決手段】二次電池用負極は、二次電池を構成する負極であって、ゼオライト又はゼオライト類縁化合物から構成される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゼオライト又はゼオライト類縁化合物からなることを特徴とする二次電池用負極。
【請求項２】
前記ゼオライト又は前記ゼオライト類縁化合物が、金属原子又は該金属原子が連なったクラスターを吸着保持可能、かつ、前記金属原子又は該金属原子が連なったクラスターから、生成された金属原子イオンを放出可能であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用負極。
【請求項３】
前記金属原子が、アルカリ金属又はアルカリ土類金属であることを特徴とする請求項２に記載の二次電池用負極。
【請求項４】
前記ゼオライト又は前記ゼオライト類縁化合物の骨格を構成する元素が、ケイ素、リン、ゲルマニウム、又はヒ素からなる群より選択される１つ以上の元素と酸素とであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池用負極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を構成する二次電池用負極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の携帯電子機器の普及に伴い、これらの電子機器の電源として充放電可能な二次電池の開発が進められている。例えば、リチウムイオン二次電池は、電子の授受をすることができる活物質を正極及び負極にそれぞれ有し、両極間に設けられた電解質の内部をリチウムイオンが移動することにより動作する（例えば、特許文献１参照）。リチウムイオン二次電池の正極には、主にコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）等のリチウムを含有した遷移金属酸化物が用いられ、負極には、主にグラファイト等の炭素材料が用いられている。電解質には、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）等のリチウム塩に有機溶媒を添加した電解液が主に用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１２１２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の二次電池の負極の材料として炭素材料が用いられているため、二次電池内部における短絡、過充電及び過放電等により温度が上昇した場合に発火するおそれがあるという問題があった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、上記のような問題点に着目し、例えば、短絡、過充電及び過放電等により二次電池内部の温度が急激に上昇した場合にも発火し難い二次電池用負極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、以下に示す本発明により達成される。
【０００７】
＜１＞  本発明の二次電池用負極は、ゼオライト又はゼオライト類縁化合物からなることを特徴とする。
【０００８】
＜２＞  本発明の二次電池用負極は、＜１＞に記載の二次電池用負極において、前記ゼオライト又は前記ゼオライト類縁化合物が、金属原子又は該金属原子が連なったクラスターを吸着保持可能、かつ、前記金属原子又は該金属原子が連なったクラスターから、生成された金属原子イオンを放出可能であることを特徴とする。
【０００９】
＜３＞  本発明の二次電池用負極は、＜２＞に記載の二次電池用負極において、前記金属原子が、アルカリ金属又はアルカリ土類金属であることを特徴とする。
【００１０】
＜４＞  本発明の二次電池用負極は、＜１＞〜＜３＞いずれかに記載の二次電池用負極において、前記ゼオライト又は前記ゼオライト類縁化合物の骨格を構成する元素が、ケイ素、リン、ゲルマニウム、又はヒ素から選択される１つ以上の元素と酸素とであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の二次電池用負極によれば、二次電池を構成する二次電池用電解質であって、ゼオライト又はゼオライト類縁化合物からなり、有機化合物を含まないことから、例えば、短絡や過放電又は過充電などにより二次電池内の温度が急激に上昇した場合にも、発火し難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における負極試料のＸ線回析の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態にかかる二次電池用負極について説明する。本発明の二次電池用負極は、充電及び放電が可能な二次電池に用いられ、ゼオライト又はゼオライト類縁化合物から構成されている。
【００１４】
一般的に、ゼオライト類縁化合物は、ゼオライトの骨格構造を有するとともに、ゼオライトを構成するケイ素（Ｓｉ）やアルミニウム（Ａｌ）の少なくとも一部が他の元素に置換されたものである。ゼオライトの骨格構造とは、国際ゼオライト学会が定義するものを指し、ゼオライトの骨格構造は、幾何構造を定義する構造コード（例えば、ＭＦＩ，ＭＥＬ等）により示される。
【００１５】
本発明の二次電池用負極において、ゼオライト又はゼオライト類縁化合物は、例えば、例えば、ソーダライト、ＺＳＭ−５、フォージャサイト、ゼオライトＡ、ゼオライトＸ、ゼオライトＹ、フェリエライト、モルデナイト等の公知のものを用いることができる。さらに、本発明のゼオライト又はゼオライト類縁化合物を構成する元素は、ケイ素、リン、ゲルマニウム、又は、ヒ素から選択される一種以上の元素と酸素とであることが好ましい。さらに、本発明におけるゼオライト又はゼオライト類縁化合物は、アルミニウム（Ａｌ）の含有量が０．１％以下であるものを用いることがより好ましく、さらに、ケイ素及び酸素からなることが特に好ましく、例えば、ＭＦＩ型の骨格構造を有するＺＳＭ−５と同じ構造であるシリカライト−１や、ＭＥＬ型の骨格構造を有するＺＳＭ−１１と同じ構造であるシリカライト−２を用いることが特に好ましい。
【００１６】
前記ゼオライト又は前記ゼオライト類縁化合物は、金属原子又は該金属原子が連なったクラスターを吸着保持可能、かつ、前記金属原子又は該金属原子が連なったクラスターから、生成された金属原子イオンを放出可能であることが好ましい。
【００１７】
前記ゼオライト又は前記ゼオライト類縁化合物に吸着保持される、金属原子又は該金属原子が連なったクラスターにおける金属原子は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属であることが好ましい。前記金属原子は、本実施形態の二次電池における移動陽イオンとして用いられる。
【００１８】
本発明の二次電池用負極に用いる、ゼオライト又はゼオライト類縁化合物は、公知の方法、例えば、ケイ素成分などを原料として、構造を規定するテンプレート剤を用いたアルカリ性条件下での水熱合成法により合成することができる。テンプレート剤としては、有機化合物が好ましく、アミン系化合物であることがより好ましく、特に第四アンモニウム塩を用いることが特に好ましい。
【００１９】
本発明の二次電池用負極に用いる、ゼオライト又はゼオライト類縁化合物は、粒径が１０ｎｍ〜１００μｍであるものを用いることができる。
【００２０】
次に、本発明の二次電池用負極が適用される二次電池について説明する。本実施形態における二次電池は、正極と、本発明の二次電池用負極と、電解質と、正極側と二次電池用負極側にそれぞれ設けられた正極補助体及び負極補助体と、を備え、正極補助体、正極、電解質、二次電池用負極、及び、負極補助体の順に配されている。
【００２１】
本実施形態の二次電池における正極は、炭素材料等の公知の電極材料、又は、ゼオライト若しくはゼオライト類縁化合物を用いることができる。
【００２２】
本実施形態の二次電池における電解質は、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）等のリチウム塩に有機溶媒を添加した公知の電解液、又は、ゼオライト若しくはゼオライト類縁化合物を用いることができる。
【００２３】
本実施形態の二次電池における正極補助体及び負極補助体は、耐腐食性に優れ、かつ、電気伝導率の高い金属（例えば、アルミニウム）を用いて板状に形成されている。
【００２４】
次に、本実施形態の二次電池における移動陽イオンの動きについて、移動陽イオンとしてリチウムイオンを用いた二次電池を例示して説明する。本実施形態の二次電池が充電される際には、正極に保持されているリチウムイオン（Ｌｉ+）が電解質を通過し、負極に到達して電子を得ることによりリチウム原子（Ｌｉ）となり、負極に吸蔵される。また、放電の際には、負極に吸蔵されているリチウム原子がリチウムイオンとなるとともに、負極から電子が放出され、リチウムイオンは電解質を通過して正極に吸蔵される。なお、本発明の二次電池用負極が適用される二次電池の移動陽イオンとしては、リチウムイオンに限定されず、種々の金属イオンを用いることができる。
【００２５】
本発明の二次電池用負極によれば、ゼオライト又はゼオライト類縁化合物からなり、有機化合物を含まないことから、例えば、短絡や過放電又は過充電等により、二次電池内の温度が急激に上昇した場合においても、発火し難くすることができる。
【００２６】
本発明の二次電池用負極によれば、ゼオライト又はゼオライト類縁化合物からなることから、公知の炭素材料等を用いた負極よりも移動陽イオンの保持量を増大することができ、二次電池の容量を大きくすることができる。
【００２７】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【００２８】
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。
【００３０】
（実施例１）
＜二次電池用負極材料の調製及びＸ線回析＞
・スノーテックス−Ｏ（日産化学工業株式会社製）：１４．９９４ｇ
・テトラプロピルアンモニウムブロミド：１．３５８４ｇ
・水酸化ナトリウム水溶液（０．１４Ｍ）：３６．６ｇ
【００３１】
上記成分をフッ素樹脂製の反応容器内にて混合し、撹拌して溶解させ、１７０℃において７２時間加熱した。この加熱試料を洗浄して、１００℃において１２時間乾燥させたのち、５５０℃において２時間焼成した。この焼成後の試料を二次電池用負極材料として用いた。
【００３２】
次に、調製した二次電池用負極材料をＸ線回析に供した。二次電池用負極材料を十分に乾燥させたのち結晶構造が壊れない程度に粉砕してガラスセルに充填し、Ｘ線回析装置（Ｕｌｔｉｍａ−ＩＩＩ、株式会社リガク製）を用いて分析した。Ｘ線回析の結果、図１に示すような結果を得た。本結果と既知の結晶構造とを比較したところ、本実施例の二次電池用負極材料の結晶構造は、ＭＦＩ型の結晶構造を有するＺＳＭ−５と一致した。
【００３３】
＜リチウムイオン二次電池の作製＞
次に、調製した二次電池用負極材料からなる負極と、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）からなる正極と、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を含有する電解質と、を備えるリチウムイオン二次電池を作製した。このようにして作製したリチウムイオン二次電池を５Ｖの電圧にて充電させた後、充電させた後の負極におけるリチウム含有量を測定した。
【００３４】
＜リチウム吸着量の測定＞
充電後の二次電池から負極を取り外して十分に乾燥させたのち、負極中のリチウム含有量を以下のようにして測定した。負極試料２５ｍｇを硝酸３ｍＬ及びフッ酸１ｍＬの混合溶液に溶解し、ＩＣＰ質量分析装置（ＮｅｘＩＯＮ  ３００Ｄ  ＩＣＰ−ＭＳ、株式会社パーキンエルマージャパン製）に供した。その結果、充電させたリチウムイオン二次電池の負極１００ｇ中に０．５ｍｏｌのリチウムが含有されていることが確認され、本実施例における二次電池用負極が二次電池内において機能することが示された。
【図１】
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