非水電解液処理用ゼオライト及び非水電解液の処理方法
【課題】
リチウム電池に用いられる非水電解液をゼオライトで脱水処理する場合、ゼオライトからのナトリウムの溶出の問題があった。
【解決手段】
交換可能なカチオンの９７．５ｍｏｌ％以上９９．５ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されたゼオライトでは、ナトリウム等のカチオン不純物の溶出を５０ｐｐｍ以下で非水電解液を脱水処理することができる。ゼオライト種としては、Ａ型、チャバサイト、フェリエライト、ＺＳＭ−５、及びクリノプチロライトから成る群から選ばれる少なくとも一種以上のゼオライトを用いることができる。
リチウム電池に用いられる非水電解液をゼオライトで脱水処理する場合、ゼオライトからのナトリウムの溶出の問題があった。
【解決手段】
交換可能なカチオンの９７．５ｍｏｌ％以上９９．５ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されたゼオライトでは、ナトリウム等のカチオン不純物の溶出を５０ｐｐｍ以下で非水電解液を脱水処理することができる。ゼオライト種としては、Ａ型、チャバサイト、フェリエライト、ＺＳＭ−５、及びクリノプチロライトから成る群から選ばれる少なくとも一種以上のゼオライトを用いることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な非水電解液処理用ゼオライト及び非水電解液の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水溶液系では不安定な金属イオンをメッキするための電解液、リチウム電池などの電池用電解液、及びキャパシター用電解液などの非水電解液を使用するときは、非水電解液中の不純物を除去することが極めて重要である。これらの用途においては、非水電解液中の水分量を５０ｐｐｍ以下にすることが必要である。そのため、非水電解液として使用する際には、予めこれらを脱水処理することが必要である。
【０００３】
特にリチウム二次電池では、非水電解液中に水分が存在すると、電池の負極性能が低下するばかりでなく、非水電解液中の電解質塩の分解も促進されるため、非水電解液中の水分除去は極めて重要な課題である。
【０００４】
これまで提案されている非水電解液の脱水処理方法としては、非水溶媒と電解質をそれぞれを乾燥処理した後に両者を混合して非水電解液を調製する方法、非水溶媒と電解質とを混合したものを共沸脱水する方法（特許文献１）、非水溶媒と電解質とを混合したものをゼオライトで脱水処理する方法（特許文献２）およびこれらを組み合わせた方法（特許文献３）などが例示されている。こられの脱水処理方法は技術的には、１）蒸留または乾燥によって非水電解液の脱水を行う方法、及び２）ゼオライトを使用して非水電解液の脱水を行う方法の２つに大別される。
【０００５】
１）の方法には、非水溶媒と電解質をそれぞれ乾燥処理した後に両者を混合して非水電解液を調製する方法や、非水溶媒に電解質を溶解させた非水電解液の状態でそれを共沸脱水する方法が挙げられる。前者の場合には非水溶媒と電解質の混合過程で水分が混入し易くなり、一方、後者の共沸脱水では非水電解液中の十分に水分を除去することが困難である。そのため、いずれの方法においても非水電解液中の水分量を５０ｐｐｍ以下にすることがかなり困難である。
【０００６】
２）の方法は、ゼオライトの水分吸着能によって非水電解液中の水分を除去する方法である。しかしながら、ゼオライトにはイオン交換可能なカチオンが存在するため、非水電解液中のリチウムイオンとゼオライト中のカチオンとが、脱水処理中にイオン交換反応を起こす。そのため、この方法では非水電解液中の水分は除去されるが、ゼオライト中のカチオンが不純物として非水電解液中に溶出して、水分除去後の非水電解液を汚染する。
【０００７】
この問題を解決する手段として、ゼオライト中のイオン交換可能なカチオンを予め汚染源とならないカチオンでイオン交換しておく方法、例えばリチウム電池用非水電解液においてはナトリウム以外のカチオンでゼオライトをイオン交換しておく方法が提案されている（特許文献２、特許文献４、特許文献５）。しかし、イオン交換可能なカチオンをあらかじめリチウムで交換したものの、ナトリウムが残存しているリチウム置換型のゼオライトを使用して非水電解液を脱水処理する場合、ゼオライト中のイオン交換可能なカチオンが完全にリチウムイオンにイオン交換されないので、ゼオライトから非水電解液へナトリウムイオンが溶出する問題を避けることができなかった（特許文献３）。一方、ゼオライト中イオン交換可能なカチオンをリチウムで完全にイオン交換するためには、極めて大量かつ高純度のリチウムが必要であった。そのため、イオン交換可能なカチオンを完全にリチウムイオン交換したゼオライトは高価であった。
【０００８】
他にもゼオライトを使用した非水電解液の脱水方法として、電解液とゼオライトを長時間接触させないことでゼオライト中のカチオンと電解液中のイオンとのイオン交換反応を抑制させる方法（特許文献３）が提案されている。しかし、この様な脱水方法はプロセスが複雑であった。
【０００９】
このように、ゼオライトを用いた非水電解液の脱水方法における脱水能力の向上が図られてきたが、従来の方法ではゼオライトからのナトリウム溶出の問題、もしくは、プロセスの複雑化といった問題が生じていた。そのため、これまではナトリウム溶出がなく、かつ、簡便なプロセスにより非水電解液の脱水処理を可能とにさせる非水電解液処理用ゼオライトはなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５８−２８１７４号公報
【特許文献２】特開昭５９−２２４０７１号公報
【特許文献３】特開平７−２３５３０９号公報
【特許文献４】特開２００２−１１０７号公報
【特許文献５】特開昭５９−８１８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、非水電解液中へのナトリウムの溶出なしに水分を除去することができる工業的に有用な非水電解液処理用ゼオライトを提供することに係る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、イオン交換可能なカチオンの９７．５ｍｏｌ％以上９９．５ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されているゼオライトでは、ゼオライト中にリチウム以外のイオン交換可能なカチオンが残存しているにも拘わらず、非水電解液を脱水処理する際にリチウム以外のカチオンの溶出、特にナトリウムの溶出がなく、非水電解液中の汚染がなく脱水処理ができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
以下、本発明の非水電解液処理用ゼオライトを具体的に説明する。
【００１４】
本発明の非水電解液処理用ゼオライトは、交換可能なカチオンの９７．５ｍｏｌ％以上９９．５ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されており、好ましくは９８．０ｍｏｌ％以上９９．５ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されており、更に好ましくは９８．０ｍｏｌ％以上９９．０ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されている。
【００１５】
なお、本発明においては、ゼオライト中の交換可能なカチオンの中でリチウムが占める割合を「リチウムイオン交換率」という。
【００１６】
リチウム以外で、残存するゼオライト中の交換可能なカチオンは特に制限はない。ナトリウム、その他のアルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、又はプロトンなどが残存していてもよい。
【００１７】
リチウムイオン交換率が９７．５ｍｏｌ％未満では、このようなゼオライトで非水電解液を処理した際に、ゼオライト中のリチウム以外の交換可能なカチオンの非水電解液中への溶出が増大し、特にナトリウムの非水電解液中への溶出が急激に増大する。そのため、このようなゼオライトを使用して非水電解液の脱水処理を行った場合は、電池用の非水電解液として使用できないナトリウム濃度である、５０ｐｐｍ以上を超えるナトリウムがゼオライトから非水電解液へと溶出する。
【００１８】
一方、リチウム以外のカチオンを有するゼオライトにおいては、リチウム以外のカチオンをリチウムで完全にイオン交換させる反応は極めて進行し難いことが知られている。特にリチウムイオン交換率が９９．５ｍｏｌ％を超えてイオン交換するためには極めて大量のリチウムが必要となるため、本発明のゼオライトのリチウムイオン交換量は９９．５ｍｏｌ％以下であり、好ましくは９９．０ｍｏｌ％以下である。
【００１９】
さらに、ゼオライトのリチウムイオン交換率が９８．０ｍｏｌ％以上９９．０ｍｏｌ％以下であると、このゼオライトを用いて非水電解液を脱水処理した場合、ゼオライトからのナトリウム等のカチオン溶出は起きず、非水電解液の水分除去ができるだけでなく、遊離酸を高い割合で除去することができ、好ましい。
【００２０】
ここで、遊離酸とは、非水電解液中の電解質が分解等することによって生成するフッ化水素等の酸のことである。
【００２１】
本発明の非水電解液処理用ゼオライトの種類（結晶型）は、Ａ型、チャバサイト、フェリエライト、ＺＳＭ−５、及びクリノプチロライトから成る群から選ばれた少なくとも一種以上のゼオライトであることが好ましく、Ａ型ゼオライトであることがより好ましい。これらのゼオライトが特に非水電解液処理用ゼオライトに適している理由は定かではないが、これらのゼオライトはその細孔径が約６Å以下と小さく、中でもＡ型ゼオライトは８員環細孔構造であり細孔径が４Åとより小さい。そのため、リチウムイオンと溶媒和している非水電解液の非水溶媒がこれらのゼオライト細孔内に進入し難いため、非水溶媒が化学変化することがないためと考えられる。
【００２２】
本発明の非水電解液処理用ゼオライトの形態は粉末、又は成形体等の任意の形態とすることが可能であるが、取扱いが容易な成形体であることが好ましい。
【００２３】
ゼオライトを成形体とする場合、バインダーを添加して成形を行うことが好ましい。
【００２４】
成形に使用するバインダーとしては、シリカ、アルミナ、及び粘土などが一般的に例示でき、バインダー中のナトリウム含有量が少ないものが好ましい。このようなバインダーとして、例えばカオリン系、ベントナイト系、タルク系、バイロフィライト系、モリサイト系、バーキュロライト系、モンモリロナイト系、クロライト系、及びハロイサイト系等の粘土が使用できる。
【００２５】
バインダーの添加量は、特に制限はないが、粉末状のゼオライト（以下、ゼオライト粉末）１００重量部に対して１０重量部以上５０重量部以下を添加することが好ましい。バインダーがゼオライト粉末１００重量部に対して１０重量部より少なくなると、使用においてゼオライト成形体が崩壊する恐れがあり、５０重量部より多くなると脱水性能が不十分となる。
【００２６】
バインダーを使用してゼオライトを成形体とする場合、アルカリ浸漬により成形体中のバインダーをゼオライトに転化（バインダーレス化）することが好ましい。これにより、ゼオライト成形体中のゼオライト含有比率を増大することができ、究極的にはゼオライト成形体の全てをゼオライトとすることができる。
【００２７】
バインダーの一部又は全部をバインダーレス化した成形体では、成形体中のゼオライト含有率は９５％以上であることが好ましく、１００％であることがより好ましい。成形体中のゼオライト含有率が高いことにより、非水電解液の脱水効率が高くなる。
【００２８】
成形体の形状は特に制限はなく、球状、円柱状、三つ葉型、楕円状、中空状などが例示できる。成形体の大きさは特に限定はなく、球状あるいは円柱状の直径として０．３ｍｍ〜５ｍｍ程度が例示できる。
【００２９】
本発明の非水電解液処理用ゼオライトの製造方法は、リチウムイオン交換率が９７．５ｍｏｌ％以上９９．５ｍｏｌ％以下の範囲となるものであれば特に限定されるものではない。
【００３０】
効率的にゼオライト中の交換可能なカチオンをリチウムイオンに交換させるためには、イオン交換効率の悪いバッチ式のイオン交換方法ではなく、リチウム塩水溶液をゼオライト上に通過させて、リチウムとイオン交換されたナトリウム等のカチオンを系外に連続的に排出させる、流通式のイオン交換方法で実施することが好ましい。最終的には、ゼオライト全体のリチウムイオン交換率を均一にするために、リチウム塩水溶液を循環させて使用することがより好ましい。
【００３１】
リチウム塩水溶液に用いるリチウム塩は、水溶性のものであれば特に制限はなく、硝酸リチウム、硫酸リチウム、炭酸リチウム、水酸化リチウム及び塩化リチウムなどが例示できる。
【００３２】
リチウム塩水溶液中のリチウム濃度は特に限定はないが、１ｍｏｌ％以上であることが好ましい。
【００３３】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト、非水電解液処理用ゼオライト成形体、又はその両者（以下、「非水電解液処理用ゼオライト等」という）は、非水電解液と接触させることにり高度に脱水した非水電解液を製造することができる。さらに、本発明の非水電解液処理用ゼオライト等により、十分に脱水され、かつ、十分に遊離酸が除去された非水電解液を製造することができる。
【００３４】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト等で処理できる非水電解液の種類は、非水電解液であれば特に制限されることはない。非水電解液としては、例えば、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル等のカーボネート類や、スルホラン、ジメチルスルホキシド等のスルホラン類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、及びジメチルスルホキシド等のエーテル類の少なくとも１種類以上の有機溶媒に、過塩素酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、及びトリフルオロメタンスルホン酸等のリチウム塩、４級アンモニウム塩等の少なくとも１種類以上を溶解したものが例示できる。
【００３５】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト等を使用して非水電解液を脱水処理する場合、予めゼオライトの水分を除去（ゼオライトの脱水処理）しておくことが好ましい。ゼオライトの脱水処理の方法は、ゼオライトから水分が除去される方法及び条件であれば特に制限されるものではない。ゼオライト自体の耐熱性を考慮すれば、できる限り低温で水分を除去させることが好ましく、乾燥した雰囲気において６００℃以下の温度で１時間〜５時間程度熱処理することがより好ましい。
【００３６】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト等を使用した非水電解液の脱水処理方法は、非水電解液とゼオライトが接触する方法であれば特に制限されるものではなく、例えば、本発明の非水電解液処理用ゼオライト等を充填したカラムに非水電解液を流通させる方法、または調製した非水電解液に本発明の非水電解液処理用ゼオライト等を浸漬して静置または攪拌する方法などが例示できる。
【００３７】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト等で脱水処理した非水電解液は、ナトリウム濃度が５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、４０ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
【００３８】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト等は、リチウム電池内の非水電解液中に添加して用いてもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト等は、ゼオライト中の交換可能なカチオンがリチウムで完全にイオン交換されていないにも拘らず、ナトリウム等のリチウム以外のカチオン溶出の問題を起こさずに、非水電解液の脱水処理に用いることができる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例で説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４１】
（リチウムイオン交換率）
リチウムイオン交換後のゼオライトを溶解し、ＩＣＰ測定によってゼオライト中のリチウム濃度、ナトリウム濃度及びカリウム濃度をそれぞれ定量した。定量したリチウム濃度、ナトリウム濃度及びカリウム濃度の合計をモル濃度で求め、当該濃度に対するリチウム濃度の割合をｍｏｌ％で求めて、リチウムイオン交換率とした。
【００４２】
（ナトリウム溶出特性）
ゼオライトからのナトリウムの溶出特性は、ゼオライトを高濃度のリチウム塩水溶液中に浸漬することにより評価した。つまり、リチウム塩水溶液中のリチウムがゼオライト中のナトリウムとイオン交換し易い環境中にゼオライトを置くことにより、ゼオライトからのナトリウム溶出の加速的な試験を行った。この様な環境下におけるナトリウム溶出量により、非水電解液に溶出する最大ナトリウム溶出濃度を見積もった。
【００４３】
具体的には、リチウム塩水溶液として、２ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液（キシダ化学製試薬 純度９９．０％以上を用いて調製）を使用した。当該水溶液１００ｇに脱水処理したゼオライト成形体１０ｇを浸漬し、３０℃、１８０ｒｐｍで１時間撹拌した。攪拌後に水溶液をメンブランフィルターで濾過して微粉を取り除き、濾過後の水溶液中のナトリウム濃度をＩＣＰ測定により定量して、ナトリウム溶出濃度を測定した。
【００４４】
なお、溶出濃度の測定を行う前、つまりナトリウム溶出特性評価を行う前の２ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液中のナトリウム濃度は０．２ｐｐｍであった。
【００４５】
実施例１
ナトリウムＡ型ゼオライト１００重量部にカオリン粘土２５重量部、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）４重量部と水を混合混練し、直径１．５ｍｍφの円柱状の成形体とした。成形体は乾燥した後、箱形炉を使用して６００℃で３時間焼成した。
【００４６】
焼成した成形体をカラムに充填して、６％の水酸化ナトリウム水溶液を８０℃で流通させて粘土をＡ型ゼオライトへ転換した（バインダーレス化）。バインダーレス化の成形体は、９５％以上がゼオライトであった。
【００４７】
引き続き、カラム内の水酸化ナトリウム水溶液を水洗して除去した後、ゼオライト成形体のリチウムイオン交換を行った。リチウムイオン交換は１５倍当量の４ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液を８０℃でワンパスで流通してゼオライトと塩化リチウム水溶液とを接触させた後、最終的に塩化リチウム水溶液を循環させた。これにより、ゼオライト成形体中のリチウムイオン交換率を均質化した。リチウムイオン交換後のゼオライト成形体は水洗を行い、７０℃で乾燥した後、５００℃で３時間焼成してゼオライトの脱水処理を行った。
【００４８】
得られたリチウムイオン交換Ａ型ゼオライト成形体のリチウムイオン交換率は９９．０ｍｏｌ％であり、残りのカチオンはナトリウムであった。
【００４９】
当該ゼオライト成形体を用いて、ナトリウム溶出濃度の測定を行った結果、処理後のリチウム塩水溶液中のナトリウム濃度は３３ｐｐｍであった。
【００５０】
実施例２
４ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液の通液量を２５倍当量にし、リチウムイオン交換率を９９．５ｍｏｌ％とした以外は実施例１と同様の処理を行った。処理後のリチウム塩水溶液中のナトリウム濃度は１８ｐｐｍであった。
【００５１】
比較例１
４ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液の通液量を１０倍当量にし、リチウムイオン交換率を９７．０ｍｏｌ％とした以外は実施例１と同様の処理を行った。処理後のリチウム塩水溶液中のナトリウム濃度は１０３ｐｐｍであり、ナトリウム溶出濃度の測定前のリチウム塩水溶液中のナトリウム濃度（０．２ｐｐｍ）と比べ大幅に増加した。
【００５２】
比較例２
ゼオライトをナトリウム及びカリウムを含むＬＳＸ型ゼオライトを使用した。また、バインダーレス化を、６％の水酸化ナトリウム水溶液の代わりに８％の水酸化ナトリウム水溶液と１％のＳｉＯ２の混合溶液を使用して、この混合溶液をゼオライトに９０℃で流通させてバインダーをＸ型ゼオライトへ転換した。リチウムイオン交換の際、塩化リチウム水溶液の通液量を６倍当量とした以外は実施例１と同様に処理した。
【００５３】
得られたリチウム交換ＬＳＸ型ゼオライト成形体のリチウムイオン交換率は９６．０ｍｏｌ％であり、残りのカチオンはナトリウムとカリウムであった。
【００５４】
当該ゼオライト成形体を用いて、ナトリウム溶出濃度の測定を行った結果、処理後のリチウム塩水溶液中のナトリウム濃度は１３０ｐｐｍであり、ナトリウム溶出濃度の測定前のリチウム塩水溶液中のナトリウム濃度（０．２ｐｐｍ）と比べ大幅に増加した。
（非水電解液を用いた水分除去、遊離酸除去及びカチオン溶出特性）
実施例３
実施例１で得られたリチウムイオン交換Ａ型ゼオライト（リチウムイオン交換率９９．０ｍｏｌ％）１０ｇを、市販のリチウム電池用非水電解液（１ｍｏｌ／Ｌ−ＬｉＰＦ６ エチレンカーボネート：ジメチルカーボネート＝１：２体積比率、キシダ化学製）１００ｇに浸漬した。これを室温下で２４時間静置して非水電解液を脱水処理し、処理後の非水電解液を回収した。得られた非水電解液は水分濃度をカールフィッシャー測定により定量し、カチオン濃度をＩＣＰ測定により定量した。
【００５５】
また、非水電解液の遊離酸濃度は以下に示す滴定法によって定量した。すなわち、脱水処理後の非水電解液１０ｍｌを量り取り、その重量を精秤した後、約０℃まで冷却した純水１００ｍｌを脱水処理後の非水電解液に加えて滴定用溶液とした。滴定用溶液の温度を０〜５℃とし、０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して中和点を求めた。
【００５６】
なお、滴定の中和点を示すための指示薬として、ブロムチモールブルー粉末を使用した。中和点は、指示薬を添加した滴定用溶液が、橙色から青紫色に変り、青紫色が５秒間持続した点とした。求められた中和点より、以下の式に基づいて遊離酸濃度をフッ化水素換算濃度として求めた。
【００５７】
遊離酸濃度（ｐｐｍ）＝中和点までに要した０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液の滴下量（ｍｌ）×フッ化水素分子量×１００／非水電解液の重量（ｇ）
【００５８】
ここで、フッ化水素の分子量は２０ｇ／ｍｏｌとした。
【００５９】
なお、脱水処理前の非水電解液は、水分濃度が１２４ｐｐｍ、遊離酸濃度が５４ｐｐｍであり、ナトリウムとカリウムは検出されなかった。
【００６０】
ゼオライトを２４時間浸漬して脱水処理した後の非水電解液の測定結果を表１に示す。なお、表１における水分除去率及び遊離酸除去率は、脱水処理後の非水電解液中の水分濃度及び遊離酸濃度が、脱水処理前のそれより変化した割合を示している。これらの値が大きいほど水分及び遊離酸が除去されていることを示す。そのため、これらの値が大きいほど本発明の非水電解液用ゼオライト等の脱水特性及び遊離酸除去特性が高いことを意味する。
【００６１】
当該実施例では、ゼオライトから非水電解液へのカチオン溶出がなく、非水電解液中の水分除去及び遊離酸除去がされていた。さらに、当該ゼオライトによる脱水処理では、非水電解液中の遊離酸除去率が特に高かった。
【００６２】
実施例４
リチウムイオン交換に用いた塩化リチウム水溶液として工業用塩化リチウム（リチウム純度９９．５ｍｏｌ％）を用いたこと以外は実施例１と同様に処理した。得られたリチウムイオン交換Ａ型ゼオライトのリチウムイオン交換率は９８ｍｏｌ％であり、残りのカチオンはナトリウム１ｍｏｌ％、カリウム１ｍｏｌ％であった。
【００６３】
このゼオライトを用いて、実施例３と同様な条件で非水電解液を脱水処理した。結果を表１に示す。ゼオライトから非水電解液へのカチオン溶出がなく、非水電解液中の水分除去及び遊離酸除去がされていた。さらに、当該ゼオライトによる脱水処理では、非水電解液中の遊離酸除去率が高かった。
【００６４】
実施例５
実施例１と同様にバインダーレス化まで行い、２５倍当量の４ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液を８０℃でゼオライトとを接触させてリチウムイオン交換を行った。リチウムイオン交換後のゼオライト成形体は水洗して、７０℃で乾燥した後、５００℃で３時間焼成してゼオライトの脱水処理を行った。得られたリチウムイオン交換Ａ型ゼオライトのリチウムイオン交換率は９９．４ｍｏｌ％であり、残りのカチオンはナトリウムであった。
【００６５】
このゼオライトを用いて、実施例３と同様な条件で非水電解液を脱水処理した。結果を表１に示す。ゼオライトから非水電解液へのカチオン溶出がなく、非水電解液中の水分除去及び遊離酸除去がされていた。
【００６６】
比較例３
リチウムイオン交換に６倍当量の４ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液を使用したこと以外は、実施例１と同様の処理を行った。得られたリチウムイオン交換Ａ型ゼオライトのリチウムイオン交換率は９５ｍｏｌ％であり、残りのカチオンはナトリウム５ｍｏｌ％であった。
【００６７】
このゼオライトを用いて、実施例３と同様の試験を行った。結果を表１に示す。当該ゼオライトによる非水電解液の脱水処理では、非水電解液中の水分および遊離酸は除去されるが、ゼオライトから非水電解液中へ大量のナトリウムが溶出した。
【００６８】
比較例４
比較例１と同様にして得たリチウムイオン交換Ａ型ゼオライト（リチウムイオン交換率９７ｍｏｌ％）を用いて、実施例３と同様な条件で非水電解液を脱水処理した。結果を表１に示す。当該ゼオライトによる非水電解液の脱水処理では、非水電解液中の水分および遊離酸は除去されるが、ゼオライトから非水電解液へのナトリウムの溶出が生じた。
【００６９】
比較例５
比較例２と同じリチウムイオン交換ＬＳＸゼオライト（リチウムイオン交換率は９６．０ｍｏｌ％）を用いて、実施例３と同様な条件で非水電解液を脱水処理した。結果を表１に示す。
【００７０】
比較例５のゼオライトの水分除去能力はリチウムイオン交換Ａ型ゼオライトより低かった。更に、ゼオライトから非水電解液へのナトリウムとカリウムの溶出が認められた。また、非水電解液中の遊離酸濃度はゼオライトとの接触により増加した。非水電解液に含まれる電解質であるＬｉＰＦ６がゼオライトに吸着して分解したと推定される。
【００７１】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明のゼオライトは、非水電解液の脱水に利用することができ、特に、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ等で使用される電解液の脱水用途として使用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な非水電解液処理用ゼオライト及び非水電解液の処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水溶液系では不安定な金属イオンをメッキするための電解液、リチウム電池などの電池用電解液、及びキャパシター用電解液などの非水電解液を使用するときは、非水電解液中の不純物を除去することが極めて重要である。これらの用途においては、非水電解液中の水分量を５０ｐｐｍ以下にすることが必要である。そのため、非水電解液として使用する際には、予めこれらを脱水処理することが必要である。
【０００３】
特にリチウム二次電池では、非水電解液中に水分が存在すると、電池の負極性能が低下するばかりでなく、非水電解液中の電解質塩の分解も促進されるため、非水電解液中の水分除去は極めて重要な課題である。
【０００４】
これまで提案されている非水電解液の脱水処理方法としては、非水溶媒と電解質をそれぞれを乾燥処理した後に両者を混合して非水電解液を調製する方法、非水溶媒と電解質とを混合したものを共沸脱水する方法（特許文献１）、非水溶媒と電解質とを混合したものをゼオライトで脱水処理する方法（特許文献２）およびこれらを組み合わせた方法（特許文献３）などが例示されている。こられの脱水処理方法は技術的には、１）蒸留または乾燥によって非水電解液の脱水を行う方法、及び２）ゼオライトを使用して非水電解液の脱水を行う方法の２つに大別される。
【０００５】
１）の方法には、非水溶媒と電解質をそれぞれ乾燥処理した後に両者を混合して非水電解液を調製する方法や、非水溶媒に電解質を溶解させた非水電解液の状態でそれを共沸脱水する方法が挙げられる。前者の場合には非水溶媒と電解質の混合過程で水分が混入し易くなり、一方、後者の共沸脱水では非水電解液中の十分に水分を除去することが困難である。そのため、いずれの方法においても非水電解液中の水分量を５０ｐｐｍ以下にすることがかなり困難である。
【０００６】
２）の方法は、ゼオライトの水分吸着能によって非水電解液中の水分を除去する方法である。しかしながら、ゼオライトにはイオン交換可能なカチオンが存在するため、非水電解液中のリチウムイオンとゼオライト中のカチオンとが、脱水処理中にイオン交換反応を起こす。そのため、この方法では非水電解液中の水分は除去されるが、ゼオライト中のカチオンが不純物として非水電解液中に溶出して、水分除去後の非水電解液を汚染する。
【０００７】
この問題を解決する手段として、ゼオライト中のイオン交換可能なカチオンを予め汚染源とならないカチオンでイオン交換しておく方法、例えばリチウム電池用非水電解液においてはナトリウム以外のカチオンでゼオライトをイオン交換しておく方法が提案されている（特許文献２、特許文献４、特許文献５）。しかし、イオン交換可能なカチオンをあらかじめリチウムで交換したものの、ナトリウムが残存しているリチウム置換型のゼオライトを使用して非水電解液を脱水処理する場合、ゼオライト中のイオン交換可能なカチオンが完全にリチウムイオンにイオン交換されないので、ゼオライトから非水電解液へナトリウムイオンが溶出する問題を避けることができなかった（特許文献３）。一方、ゼオライト中イオン交換可能なカチオンをリチウムで完全にイオン交換するためには、極めて大量かつ高純度のリチウムが必要であった。そのため、イオン交換可能なカチオンを完全にリチウムイオン交換したゼオライトは高価であった。
【０００８】
他にもゼオライトを使用した非水電解液の脱水方法として、電解液とゼオライトを長時間接触させないことでゼオライト中のカチオンと電解液中のイオンとのイオン交換反応を抑制させる方法（特許文献３）が提案されている。しかし、この様な脱水方法はプロセスが複雑であった。
【０００９】
このように、ゼオライトを用いた非水電解液の脱水方法における脱水能力の向上が図られてきたが、従来の方法ではゼオライトからのナトリウム溶出の問題、もしくは、プロセスの複雑化といった問題が生じていた。そのため、これまではナトリウム溶出がなく、かつ、簡便なプロセスにより非水電解液の脱水処理を可能とにさせる非水電解液処理用ゼオライトはなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５８−２８１７４号公報
【特許文献２】特開昭５９−２２４０７１号公報
【特許文献３】特開平７−２３５３０９号公報
【特許文献４】特開２００２−１１０７号公報
【特許文献５】特開昭５９−８１８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、非水電解液中へのナトリウムの溶出なしに水分を除去することができる工業的に有用な非水電解液処理用ゼオライトを提供することに係る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、イオン交換可能なカチオンの９７．５ｍｏｌ％以上９９．５ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されているゼオライトでは、ゼオライト中にリチウム以外のイオン交換可能なカチオンが残存しているにも拘わらず、非水電解液を脱水処理する際にリチウム以外のカチオンの溶出、特にナトリウムの溶出がなく、非水電解液中の汚染がなく脱水処理ができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
以下、本発明の非水電解液処理用ゼオライトを具体的に説明する。
【００１４】
本発明の非水電解液処理用ゼオライトは、交換可能なカチオンの９７．５ｍｏｌ％以上９９．５ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されており、好ましくは９８．０ｍｏｌ％以上９９．５ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されており、更に好ましくは９８．０ｍｏｌ％以上９９．０ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されている。
【００１５】
なお、本発明においては、ゼオライト中の交換可能なカチオンの中でリチウムが占める割合を「リチウムイオン交換率」という。
【００１６】
リチウム以外で、残存するゼオライト中の交換可能なカチオンは特に制限はない。ナトリウム、その他のアルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、又はプロトンなどが残存していてもよい。
【００１７】
リチウムイオン交換率が９７．５ｍｏｌ％未満では、このようなゼオライトで非水電解液を処理した際に、ゼオライト中のリチウム以外の交換可能なカチオンの非水電解液中への溶出が増大し、特にナトリウムの非水電解液中への溶出が急激に増大する。そのため、このようなゼオライトを使用して非水電解液の脱水処理を行った場合は、電池用の非水電解液として使用できないナトリウム濃度である、５０ｐｐｍ以上を超えるナトリウムがゼオライトから非水電解液へと溶出する。
【００１８】
一方、リチウム以外のカチオンを有するゼオライトにおいては、リチウム以外のカチオンをリチウムで完全にイオン交換させる反応は極めて進行し難いことが知られている。特にリチウムイオン交換率が９９．５ｍｏｌ％を超えてイオン交換するためには極めて大量のリチウムが必要となるため、本発明のゼオライトのリチウムイオン交換量は９９．５ｍｏｌ％以下であり、好ましくは９９．０ｍｏｌ％以下である。
【００１９】
さらに、ゼオライトのリチウムイオン交換率が９８．０ｍｏｌ％以上９９．０ｍｏｌ％以下であると、このゼオライトを用いて非水電解液を脱水処理した場合、ゼオライトからのナトリウム等のカチオン溶出は起きず、非水電解液の水分除去ができるだけでなく、遊離酸を高い割合で除去することができ、好ましい。
【００２０】
ここで、遊離酸とは、非水電解液中の電解質が分解等することによって生成するフッ化水素等の酸のことである。
【００２１】
本発明の非水電解液処理用ゼオライトの種類（結晶型）は、Ａ型、チャバサイト、フェリエライト、ＺＳＭ−５、及びクリノプチロライトから成る群から選ばれた少なくとも一種以上のゼオライトであることが好ましく、Ａ型ゼオライトであることがより好ましい。これらのゼオライトが特に非水電解液処理用ゼオライトに適している理由は定かではないが、これらのゼオライトはその細孔径が約６Å以下と小さく、中でもＡ型ゼオライトは８員環細孔構造であり細孔径が４Åとより小さい。そのため、リチウムイオンと溶媒和している非水電解液の非水溶媒がこれらのゼオライト細孔内に進入し難いため、非水溶媒が化学変化することがないためと考えられる。
【００２２】
本発明の非水電解液処理用ゼオライトの形態は粉末、又は成形体等の任意の形態とすることが可能であるが、取扱いが容易な成形体であることが好ましい。
【００２３】
ゼオライトを成形体とする場合、バインダーを添加して成形を行うことが好ましい。
【００２４】
成形に使用するバインダーとしては、シリカ、アルミナ、及び粘土などが一般的に例示でき、バインダー中のナトリウム含有量が少ないものが好ましい。このようなバインダーとして、例えばカオリン系、ベントナイト系、タルク系、バイロフィライト系、モリサイト系、バーキュロライト系、モンモリロナイト系、クロライト系、及びハロイサイト系等の粘土が使用できる。
【００２５】
バインダーの添加量は、特に制限はないが、粉末状のゼオライト（以下、ゼオライト粉末）１００重量部に対して１０重量部以上５０重量部以下を添加することが好ましい。バインダーがゼオライト粉末１００重量部に対して１０重量部より少なくなると、使用においてゼオライト成形体が崩壊する恐れがあり、５０重量部より多くなると脱水性能が不十分となる。
【００２６】
バインダーを使用してゼオライトを成形体とする場合、アルカリ浸漬により成形体中のバインダーをゼオライトに転化（バインダーレス化）することが好ましい。これにより、ゼオライト成形体中のゼオライト含有比率を増大することができ、究極的にはゼオライト成形体の全てをゼオライトとすることができる。
【００２７】
バインダーの一部又は全部をバインダーレス化した成形体では、成形体中のゼオライト含有率は９５％以上であることが好ましく、１００％であることがより好ましい。成形体中のゼオライト含有率が高いことにより、非水電解液の脱水効率が高くなる。
【００２８】
成形体の形状は特に制限はなく、球状、円柱状、三つ葉型、楕円状、中空状などが例示できる。成形体の大きさは特に限定はなく、球状あるいは円柱状の直径として０．３ｍｍ〜５ｍｍ程度が例示できる。
【００２９】
本発明の非水電解液処理用ゼオライトの製造方法は、リチウムイオン交換率が９７．５ｍｏｌ％以上９９．５ｍｏｌ％以下の範囲となるものであれば特に限定されるものではない。
【００３０】
効率的にゼオライト中の交換可能なカチオンをリチウムイオンに交換させるためには、イオン交換効率の悪いバッチ式のイオン交換方法ではなく、リチウム塩水溶液をゼオライト上に通過させて、リチウムとイオン交換されたナトリウム等のカチオンを系外に連続的に排出させる、流通式のイオン交換方法で実施することが好ましい。最終的には、ゼオライト全体のリチウムイオン交換率を均一にするために、リチウム塩水溶液を循環させて使用することがより好ましい。
【００３１】
リチウム塩水溶液に用いるリチウム塩は、水溶性のものであれば特に制限はなく、硝酸リチウム、硫酸リチウム、炭酸リチウム、水酸化リチウム及び塩化リチウムなどが例示できる。
【００３２】
リチウム塩水溶液中のリチウム濃度は特に限定はないが、１ｍｏｌ％以上であることが好ましい。
【００３３】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト、非水電解液処理用ゼオライト成形体、又はその両者（以下、「非水電解液処理用ゼオライト等」という）は、非水電解液と接触させることにり高度に脱水した非水電解液を製造することができる。さらに、本発明の非水電解液処理用ゼオライト等により、十分に脱水され、かつ、十分に遊離酸が除去された非水電解液を製造することができる。
【００３４】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト等で処理できる非水電解液の種類は、非水電解液であれば特に制限されることはない。非水電解液としては、例えば、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル等のカーボネート類や、スルホラン、ジメチルスルホキシド等のスルホラン類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、及びジメチルスルホキシド等のエーテル類の少なくとも１種類以上の有機溶媒に、過塩素酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、及びトリフルオロメタンスルホン酸等のリチウム塩、４級アンモニウム塩等の少なくとも１種類以上を溶解したものが例示できる。
【００３５】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト等を使用して非水電解液を脱水処理する場合、予めゼオライトの水分を除去（ゼオライトの脱水処理）しておくことが好ましい。ゼオライトの脱水処理の方法は、ゼオライトから水分が除去される方法及び条件であれば特に制限されるものではない。ゼオライト自体の耐熱性を考慮すれば、できる限り低温で水分を除去させることが好ましく、乾燥した雰囲気において６００℃以下の温度で１時間〜５時間程度熱処理することがより好ましい。
【００３６】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト等を使用した非水電解液の脱水処理方法は、非水電解液とゼオライトが接触する方法であれば特に制限されるものではなく、例えば、本発明の非水電解液処理用ゼオライト等を充填したカラムに非水電解液を流通させる方法、または調製した非水電解液に本発明の非水電解液処理用ゼオライト等を浸漬して静置または攪拌する方法などが例示できる。
【００３７】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト等で脱水処理した非水電解液は、ナトリウム濃度が５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、４０ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
【００３８】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト等は、リチウム電池内の非水電解液中に添加して用いてもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の非水電解液処理用ゼオライト等は、ゼオライト中の交換可能なカチオンがリチウムで完全にイオン交換されていないにも拘らず、ナトリウム等のリチウム以外のカチオン溶出の問題を起こさずに、非水電解液の脱水処理に用いることができる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例で説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４１】
（リチウムイオン交換率）
リチウムイオン交換後のゼオライトを溶解し、ＩＣＰ測定によってゼオライト中のリチウム濃度、ナトリウム濃度及びカリウム濃度をそれぞれ定量した。定量したリチウム濃度、ナトリウム濃度及びカリウム濃度の合計をモル濃度で求め、当該濃度に対するリチウム濃度の割合をｍｏｌ％で求めて、リチウムイオン交換率とした。
【００４２】
（ナトリウム溶出特性）
ゼオライトからのナトリウムの溶出特性は、ゼオライトを高濃度のリチウム塩水溶液中に浸漬することにより評価した。つまり、リチウム塩水溶液中のリチウムがゼオライト中のナトリウムとイオン交換し易い環境中にゼオライトを置くことにより、ゼオライトからのナトリウム溶出の加速的な試験を行った。この様な環境下におけるナトリウム溶出量により、非水電解液に溶出する最大ナトリウム溶出濃度を見積もった。
【００４３】
具体的には、リチウム塩水溶液として、２ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液（キシダ化学製試薬 純度９９．０％以上を用いて調製）を使用した。当該水溶液１００ｇに脱水処理したゼオライト成形体１０ｇを浸漬し、３０℃、１８０ｒｐｍで１時間撹拌した。攪拌後に水溶液をメンブランフィルターで濾過して微粉を取り除き、濾過後の水溶液中のナトリウム濃度をＩＣＰ測定により定量して、ナトリウム溶出濃度を測定した。
【００４４】
なお、溶出濃度の測定を行う前、つまりナトリウム溶出特性評価を行う前の２ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液中のナトリウム濃度は０．２ｐｐｍであった。
【００４５】
実施例１
ナトリウムＡ型ゼオライト１００重量部にカオリン粘土２５重量部、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）４重量部と水を混合混練し、直径１．５ｍｍφの円柱状の成形体とした。成形体は乾燥した後、箱形炉を使用して６００℃で３時間焼成した。
【００４６】
焼成した成形体をカラムに充填して、６％の水酸化ナトリウム水溶液を８０℃で流通させて粘土をＡ型ゼオライトへ転換した（バインダーレス化）。バインダーレス化の成形体は、９５％以上がゼオライトであった。
【００４７】
引き続き、カラム内の水酸化ナトリウム水溶液を水洗して除去した後、ゼオライト成形体のリチウムイオン交換を行った。リチウムイオン交換は１５倍当量の４ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液を８０℃でワンパスで流通してゼオライトと塩化リチウム水溶液とを接触させた後、最終的に塩化リチウム水溶液を循環させた。これにより、ゼオライト成形体中のリチウムイオン交換率を均質化した。リチウムイオン交換後のゼオライト成形体は水洗を行い、７０℃で乾燥した後、５００℃で３時間焼成してゼオライトの脱水処理を行った。
【００４８】
得られたリチウムイオン交換Ａ型ゼオライト成形体のリチウムイオン交換率は９９．０ｍｏｌ％であり、残りのカチオンはナトリウムであった。
【００４９】
当該ゼオライト成形体を用いて、ナトリウム溶出濃度の測定を行った結果、処理後のリチウム塩水溶液中のナトリウム濃度は３３ｐｐｍであった。
【００５０】
実施例２
４ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液の通液量を２５倍当量にし、リチウムイオン交換率を９９．５ｍｏｌ％とした以外は実施例１と同様の処理を行った。処理後のリチウム塩水溶液中のナトリウム濃度は１８ｐｐｍであった。
【００５１】
比較例１
４ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液の通液量を１０倍当量にし、リチウムイオン交換率を９７．０ｍｏｌ％とした以外は実施例１と同様の処理を行った。処理後のリチウム塩水溶液中のナトリウム濃度は１０３ｐｐｍであり、ナトリウム溶出濃度の測定前のリチウム塩水溶液中のナトリウム濃度（０．２ｐｐｍ）と比べ大幅に増加した。
【００５２】
比較例２
ゼオライトをナトリウム及びカリウムを含むＬＳＸ型ゼオライトを使用した。また、バインダーレス化を、６％の水酸化ナトリウム水溶液の代わりに８％の水酸化ナトリウム水溶液と１％のＳｉＯ２の混合溶液を使用して、この混合溶液をゼオライトに９０℃で流通させてバインダーをＸ型ゼオライトへ転換した。リチウムイオン交換の際、塩化リチウム水溶液の通液量を６倍当量とした以外は実施例１と同様に処理した。
【００５３】
得られたリチウム交換ＬＳＸ型ゼオライト成形体のリチウムイオン交換率は９６．０ｍｏｌ％であり、残りのカチオンはナトリウムとカリウムであった。
【００５４】
当該ゼオライト成形体を用いて、ナトリウム溶出濃度の測定を行った結果、処理後のリチウム塩水溶液中のナトリウム濃度は１３０ｐｐｍであり、ナトリウム溶出濃度の測定前のリチウム塩水溶液中のナトリウム濃度（０．２ｐｐｍ）と比べ大幅に増加した。
（非水電解液を用いた水分除去、遊離酸除去及びカチオン溶出特性）
実施例３
実施例１で得られたリチウムイオン交換Ａ型ゼオライト（リチウムイオン交換率９９．０ｍｏｌ％）１０ｇを、市販のリチウム電池用非水電解液（１ｍｏｌ／Ｌ−ＬｉＰＦ６ エチレンカーボネート：ジメチルカーボネート＝１：２体積比率、キシダ化学製）１００ｇに浸漬した。これを室温下で２４時間静置して非水電解液を脱水処理し、処理後の非水電解液を回収した。得られた非水電解液は水分濃度をカールフィッシャー測定により定量し、カチオン濃度をＩＣＰ測定により定量した。
【００５５】
また、非水電解液の遊離酸濃度は以下に示す滴定法によって定量した。すなわち、脱水処理後の非水電解液１０ｍｌを量り取り、その重量を精秤した後、約０℃まで冷却した純水１００ｍｌを脱水処理後の非水電解液に加えて滴定用溶液とした。滴定用溶液の温度を０〜５℃とし、０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して中和点を求めた。
【００５６】
なお、滴定の中和点を示すための指示薬として、ブロムチモールブルー粉末を使用した。中和点は、指示薬を添加した滴定用溶液が、橙色から青紫色に変り、青紫色が５秒間持続した点とした。求められた中和点より、以下の式に基づいて遊離酸濃度をフッ化水素換算濃度として求めた。
【００５７】
遊離酸濃度（ｐｐｍ）＝中和点までに要した０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液の滴下量（ｍｌ）×フッ化水素分子量×１００／非水電解液の重量（ｇ）
【００５８】
ここで、フッ化水素の分子量は２０ｇ／ｍｏｌとした。
【００５９】
なお、脱水処理前の非水電解液は、水分濃度が１２４ｐｐｍ、遊離酸濃度が５４ｐｐｍであり、ナトリウムとカリウムは検出されなかった。
【００６０】
ゼオライトを２４時間浸漬して脱水処理した後の非水電解液の測定結果を表１に示す。なお、表１における水分除去率及び遊離酸除去率は、脱水処理後の非水電解液中の水分濃度及び遊離酸濃度が、脱水処理前のそれより変化した割合を示している。これらの値が大きいほど水分及び遊離酸が除去されていることを示す。そのため、これらの値が大きいほど本発明の非水電解液用ゼオライト等の脱水特性及び遊離酸除去特性が高いことを意味する。
【００６１】
当該実施例では、ゼオライトから非水電解液へのカチオン溶出がなく、非水電解液中の水分除去及び遊離酸除去がされていた。さらに、当該ゼオライトによる脱水処理では、非水電解液中の遊離酸除去率が特に高かった。
【００６２】
実施例４
リチウムイオン交換に用いた塩化リチウム水溶液として工業用塩化リチウム（リチウム純度９９．５ｍｏｌ％）を用いたこと以外は実施例１と同様に処理した。得られたリチウムイオン交換Ａ型ゼオライトのリチウムイオン交換率は９８ｍｏｌ％であり、残りのカチオンはナトリウム１ｍｏｌ％、カリウム１ｍｏｌ％であった。
【００６３】
このゼオライトを用いて、実施例３と同様な条件で非水電解液を脱水処理した。結果を表１に示す。ゼオライトから非水電解液へのカチオン溶出がなく、非水電解液中の水分除去及び遊離酸除去がされていた。さらに、当該ゼオライトによる脱水処理では、非水電解液中の遊離酸除去率が高かった。
【００６４】
実施例５
実施例１と同様にバインダーレス化まで行い、２５倍当量の４ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液を８０℃でゼオライトとを接触させてリチウムイオン交換を行った。リチウムイオン交換後のゼオライト成形体は水洗して、７０℃で乾燥した後、５００℃で３時間焼成してゼオライトの脱水処理を行った。得られたリチウムイオン交換Ａ型ゼオライトのリチウムイオン交換率は９９．４ｍｏｌ％であり、残りのカチオンはナトリウムであった。
【００６５】
このゼオライトを用いて、実施例３と同様な条件で非水電解液を脱水処理した。結果を表１に示す。ゼオライトから非水電解液へのカチオン溶出がなく、非水電解液中の水分除去及び遊離酸除去がされていた。
【００６６】
比較例３
リチウムイオン交換に６倍当量の４ｍｏｌ／Ｌの塩化リチウム水溶液を使用したこと以外は、実施例１と同様の処理を行った。得られたリチウムイオン交換Ａ型ゼオライトのリチウムイオン交換率は９５ｍｏｌ％であり、残りのカチオンはナトリウム５ｍｏｌ％であった。
【００６７】
このゼオライトを用いて、実施例３と同様の試験を行った。結果を表１に示す。当該ゼオライトによる非水電解液の脱水処理では、非水電解液中の水分および遊離酸は除去されるが、ゼオライトから非水電解液中へ大量のナトリウムが溶出した。
【００６８】
比較例４
比較例１と同様にして得たリチウムイオン交換Ａ型ゼオライト（リチウムイオン交換率９７ｍｏｌ％）を用いて、実施例３と同様な条件で非水電解液を脱水処理した。結果を表１に示す。当該ゼオライトによる非水電解液の脱水処理では、非水電解液中の水分および遊離酸は除去されるが、ゼオライトから非水電解液へのナトリウムの溶出が生じた。
【００６９】
比較例５
比較例２と同じリチウムイオン交換ＬＳＸゼオライト（リチウムイオン交換率は９６．０ｍｏｌ％）を用いて、実施例３と同様な条件で非水電解液を脱水処理した。結果を表１に示す。
【００７０】
比較例５のゼオライトの水分除去能力はリチウムイオン交換Ａ型ゼオライトより低かった。更に、ゼオライトから非水電解液へのナトリウムとカリウムの溶出が認められた。また、非水電解液中の遊離酸濃度はゼオライトとの接触により増加した。非水電解液に含まれる電解質であるＬｉＰＦ６がゼオライトに吸着して分解したと推定される。
【００７１】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明のゼオライトは、非水電解液の脱水に利用することができ、特に、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ等で使用される電解液の脱水用途として使用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交換可能なカチオンの９７．５ｍｏｌ％以上９９．５ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されていることを特徴とする非水電解液処理用ゼオライト。
【請求項２】
交換可能なカチオンの９８．０ｍｏｌ％以上９９．０ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されていることを特徴とする請求項１に記載の非水電解液処理用ゼオライト。
【請求項３】
ゼオライトが、Ａ型、チャバサイト、フェリエライト、ＺＳＭ−５、クリノプチロライトから成る群から選ばれた少なくとも一種以上のゼオライトであることを特徴とする請求項１又は２に記載の非水電解液処理用ゼオライト。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の非水電解液処理用ゼオライトを成形してなる非水電解液処理用ゼオライト成形体。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の非水電解液処理用ゼオライトを９５重量％以上含んでなる請求項４に記載の非水電解液処理用ゼオライト成形体。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の非水電解液処理用ゼオライト、請求項４又は５に記載の非水電解液処理用ゼオライト成形体、又はその両者と非水電解液を接触させることを特徴とする非水電解液の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれかに記載の非水電解液処理用ゼオライト、請求項４又は５に記載の非水電解液処理用ゼオライト成形体、又はその両者と非水電解液を含んでなるリチウム電池。
【請求項１】
交換可能なカチオンの９７．５ｍｏｌ％以上９９．５ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されていることを特徴とする非水電解液処理用ゼオライト。
【請求項２】
交換可能なカチオンの９８．０ｍｏｌ％以上９９．０ｍｏｌ％以下がリチウムでイオン交換されていることを特徴とする請求項１に記載の非水電解液処理用ゼオライト。
【請求項３】
ゼオライトが、Ａ型、チャバサイト、フェリエライト、ＺＳＭ−５、クリノプチロライトから成る群から選ばれた少なくとも一種以上のゼオライトであることを特徴とする請求項１又は２に記載の非水電解液処理用ゼオライト。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の非水電解液処理用ゼオライトを成形してなる非水電解液処理用ゼオライト成形体。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の非水電解液処理用ゼオライトを９５重量％以上含んでなる請求項４に記載の非水電解液処理用ゼオライト成形体。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の非水電解液処理用ゼオライト、請求項４又は５に記載の非水電解液処理用ゼオライト成形体、又はその両者と非水電解液を接触させることを特徴とする非水電解液の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれかに記載の非水電解液処理用ゼオライト、請求項４又は５に記載の非水電解液処理用ゼオライト成形体、又はその両者と非水電解液を含んでなるリチウム電池。
【公開番号】特開２０１１−７１１１１（Ｐ２０１１−７１１１１Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７１９１（Ｐ２０１０−１８７１９１）
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００００３３００）東ソー株式会社 (1,901)
【Ｆターム（参考）】
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