(57)【要約】  組成や粒径の制御性を高めたケイ酸化合物の製造方法を提供する。  Ａ２−ｄ＋ａＭｂＳｉ１−ｄＤｄＯ４−ｄ＋ｃ１  （式中、ＡはＬｉ、ＮａおよびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、ＭはＦｅ、Ｍｎ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、ＤはＢ、または、ＢおよびＰ、ａは−０．１≦ａ≦０．４、ｂは０．７≦ｂ≦１．３、ｄは０＜ｄ≦０．７、ｃ１はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数であり、加熱工程後にｃ２となる数。）で表される溶融物を冷却して固化物を得た後、固化物を粉砕し粉砕物を得る。粉砕物を加熱して、Ａ２−ｄ＋ａＭｂＳｉ１−ｄＤｄＯ４−ｄ＋ｃ２  （式中、Ａ、Ｍ、Ｄ、ａ、ｂ、およびｄは前記と同じ意味、ｃ２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数。）で表される組成を有するケイ酸化合物を製造する。
2012057341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下式（Ａ）で表される組成を有する溶融物を得る溶融工程、
前記溶融物を冷却し固化物を得る冷却工程、
前記固化物を粉砕し粉砕物を得る粉砕工程、および
前記粉砕物を加熱して下式（Ｂ）で表される組成を有するケイ酸化合物を得る加熱工程、
をこの順に具備することを特徴とするケイ酸化合物の製造方法。
Ａ２−ｄ＋ａＭｂＳｉ１−ｄＤｄＯ４−ｄ＋ｃ１          （Ａ）
（式中、元素ＡはＬｉ、ＮａおよびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、元素ＭはＦｅ、Ｍｎ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｄは、Ｂ、または、ＢおよびＰであり、ａは−０．１≦ａ≦０．４であり、ｂは０．７≦ｂ≦１．３であり、ｄは０＜ｄ≦０．７であり、ｃ１はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数であり、加熱工程後にｃ２となる数である。）
Ａ２−ｄ＋ａＭｂＳｉ１−ｄＤｄＯ４−ｄ＋ｃ２        （Ｂ）
（式中、Ａ、Ｍ、Ｄ、ａ、ｂ、およびｄは前記と同じ意味を示すが、前記とは独立した値であり、ｃ２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。）
【請求項２】
前記式（Ａ）で表される組成を有する溶融物が、下式（１）で表される組成を有する溶融物であり、前記式（Ｂ）で表される組成を有するケイ酸化合物が、下式（２）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸化合物である、請求項１に記載のケイ酸化合物の製造方法。
Ａ２−ｘ＋ａＭｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１１        （１）
Ａ２−ｘ＋ａＭｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１２        （２）
（式中、Ａ、Ｍ、ａ、およびｂは、それぞれ前記と同じ意味を示し、ｘは０＜ｘ≦０．７であり、ｃ１１はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数であり、加熱工程後にｃ１２となる数であり、ｃ１２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。ただし、式（１）と式（２）において、ａ、ｂ、およびｘは独立した値を示す。）
【請求項３】
前記溶融工程が、
元素Ａを含む化合物が、Ａの炭酸塩、Ａの炭酸水素塩、Ａの水酸化物、Ａのケイ酸塩、Ａのリン酸塩、Ａのリン酸水素塩、Ａのホウ酸塩、Ａの硝酸塩、Ａの塩化物、Ａの硫酸塩、Ａの酢酸塩およびＡのシュウ酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種（ただし、該１種以上の一部または全部は、それぞれ、水和塩を形成していてもよい。）として含まれ、
元素Ｍを含む化合物が、Ｍの酸化物、Ｍのオキシ水酸化物、Ｍのケイ酸塩、Ｍのホウ酸塩、Ｍの金属、Ｍのリン酸塩、Ｍの塩化物、Ｍの硝酸塩、Ｍの硫酸塩およびＭの有機塩からなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれ、
Ｓｉを含む化合物が、酸化ケイ素、Ａのケイ酸塩、Ｍのケイ酸塩およびケイ素のアルコキシドからなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれ、
Ｂを含む化合物が、酸化ホウ素、ホウ酸、Ａのホウ酸塩およびＭのホウ酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれる、
原料調合物を加熱して、前記式（１）で表される組成を有する溶融物を得る工程である、請求項２に記載のケイ酸化合物の製造方法。
【請求項４】
前記式（Ａ）で表される組成を有する溶融物が、下式（３）で表される組成を有する溶融物であり、前記式（Ｂ）で表される組成を有するケイ酸化合物が、下式（４）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物である、請求項１に記載のケイ酸化合物の製造方法。
Ａ２−ｘ−ｙ＋ａＭｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２１          （３）
Ａ２−ｘ−ｙ＋ａＭｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２２          （４）
（式中、Ａ、Ｍ、ａ、およびｂは、それぞれ前記と同じ意味を示し、ｘは０＜ｘ≦０．７であり、ｙは０＜ｙ≦０．７であり、０＜（ｘ＋ｙ）≦０．７を満たし、ｃ２１はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数であり、加熱工程後にｃ２２となる数であり、ｃ２２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。ただし、式（３）と式（４）において、ａ、ｂ、ｘ、およびｙは独立した値を示す。）
【請求項５】
前記溶融工程が、
元素Ａを含む化合物が、Ａの炭酸塩、Ａの炭酸水素塩、Ａの水酸化物、Ａのケイ酸塩、Ａのリン酸塩、Ａのリン酸水素塩、Ａのホウ酸塩、Ａの硝酸塩、Ａの塩化物、Ａの硫酸塩、Ａの酢酸塩およびＡのシュウ酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種（ただし、該１種以上の一部または全部は、それぞれ、水和塩を形成していてもよい。）として含まれ、
元素Ｍを含む化合物が、Ｍの酸化物、Ｍのオキシ水酸化物、Ｍのケイ酸塩、Ｍのホウ酸塩、Ｍの金属、Ｍのリン酸塩、Ｍの塩化物、Ｍの硝酸塩、Ｍの硫酸塩およびＭの有機塩からなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれ、
Ｓｉを含む化合物が、酸化ケイ素、Ａのケイ酸塩、Ｍのケイ酸塩およびケイ素のアルコキシドからなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれ、
Ｂを含む化合物が、酸化ホウ素、ホウ酸、Ａのホウ酸塩、Ｍのホウ酸塩およびリン酸ホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれ、
Ｐを含む化合物が、酸化リン、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム、リン酸ホウ素、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、Ａのリン酸塩およびＭのリン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれる、
原料調合物を加熱して、前記式（３）で表される組成を有する溶融物を得る工程である、請求項４に記載のケイ酸化合物の製造方法。
【請求項６】
前記元素ＡがＬｉである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のケイ酸化合物の製造方法。
【請求項７】
前記元素ＭがＦｅおよびＭｎからなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のケイ酸化合物の製造方法。
【請求項８】
前記式（１）で表される組成を有する溶融物が、下式（５Ａ）で表される組成を有する溶融物であり、前記式（２）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸化合物が、下式（５）で表される組成を有するオリビン型結晶粒子を含む化合物である、請求項２に記載のケイ酸化合物の製造方法。
Ｌｉ２−ｘ＋ａ（ＦｅｍＭｎ１−ｍ）ｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１１  （５Ａ）
Ｌｉ２−ｘ＋ａ（ＦｅｍＭｎ１−ｍ）ｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１２  （５）
（式中、ａ、ｂ、ｃ１１、ｃ１２、およびｘは前記と同じ意味を示し、ｍは０≦ｍ≦１である。ただし、式（５Ａ）と式（５）において、ａ、ｂ、ｘ、およびｍは独立した値を示す。）
【請求項９】
前記式（３）で表される組成を有する溶融物が、下式（６Ａ）で表される組成を有する溶融物であり、前記式（４）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物が、下式（６）で表される組成を有するオリビン型結晶粒子を含む化合物である、請求項４に記載のケイ酸化合物の製造方法。
Ｌｉ２−ｘ−ｙ＋ａ（ＦｅｍＭｎ１−ｍ）ｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２１    （６Ａ）
Ｌｉ２−ｘ−ｙ＋ａ（ＦｅｍＭｎ１−ｍ）ｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２２  （６）
（式中、ａ、ｂ、ｃ２１、ｃ２２、ｘおよびｙは前記と同じ意味を示し、ｍは０≦ｍ≦１である。ただし、式（６Ａ）と式（６）において、ａ、ｂ、ｘ、ｙ、およびｍは独立した値を示す。）
【請求項１０】
前記冷却工程において、冷却速度を−１０３℃／秒〜−１０１０℃／秒とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のケイ酸化合物の製造方法。
【請求項１１】
前記粉砕工程において、前記固化物に、有機化合物および炭素粉末からなる群より選択される少なくとも１種の炭素源を含ませ、かつ該炭素源中の炭素換算量（質量）の割合が、固化物の質量と、該炭素源中の炭素換算量（質量）との合計質量に対して０．１〜２０質量％である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のケイ酸化合物の製造方法。
【請求項１２】
前記加熱工程を５００〜１，０００℃に加熱することにより行う、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のケイ酸化合物の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の製造方法によってケイ酸化合物を得て、次に該ケイ酸化合物を二次電池用正極材料に用いて二次電池用正極を製造することを特徴とする二次電池用正極の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の製造方法で二次電池用正極を得て、次に、該二次電池用正極を用いて二次電池を製造することを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項１５】
下式（２）で表される組成を有することを特徴とするケイ酸−ホウ酸化合物。
Ａ２−ｘ＋ａＭｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１２        （２）
（式中、元素ＡはＬｉ、ＮａおよびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、元素ＭはＦｅ、Ｍｎ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、ａは−０．１≦ａ≦０．４であり、ｂは０．７≦ｂ≦１．３であり、ｘは０＜ｘ≦０．７であり、ｃ１２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。）
【請求項１６】
下式（４）で表される組成を有することを特徴とするケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物。
Ａ２−ｘ−ｙ＋ａＭｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２２          （４）
（式中、元素ＡはＬｉ、ＮａおよびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、元素ＭはＦｅ、Ｍｎ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、ａは−０．１≦ａ≦０．４であり、ｂは０．７≦ｂ≦１．３であり、ｘは０＜ｘ≦０．７であり、ｙは０＜ｙ≦０．７であり、０＜（ｘ＋ｙ）≦０．７を満たし、ｃ２２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケイ酸化合物、二次電池用正極、二次電池、およびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的なＣＯ２排出規制や省エネルギーの観点から、プラグインハイブリッド自動車や電気自動車の開発が進められている。また、スマートシティやスマートコミュニティの構想の実現のために、電力貯蔵用の蓄電池の開発が望まれている。これらの実現には、使用される二次電池が、安全性を維持しつつ、高容量化、高エネルギー化、大型化することが課題とされている。そして、次世代のリチウムイオン二次電池の正極材料等として、資源面、安全面、コスト面、安定性等の点での優位性から、オリビン型の正極材料が注目されている。【０００３】
二次電池の正極の候補材料として、単位式中に２個のＬｉを含み、多電子反応による高容量化が可能なオリビン型ケイ酸化合物（Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４）が提案されている（非特許文献１参照）。【０００４】
特許文献１には、単位式中にｋ個のＬｉを含み、かつ[ＳｉＯ４]、[ＳＯ４]、[ＰＯ４]、[ＧｅＯ４]、[ＶＯ４]、[ＡｌＯ４]、[ＢＯ４]などを含む広い一般式の化合物であってオルトシリケート構造を有する化合物が電極材料として提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６６８８２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ａ．  Ｎｙｔｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，  ７，  １５６−１６０  （２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に記載されたＬｉ２ＦｅＳｉＯ４は、固相反応により製造されるため、製造工程が複雑で、製造コストがかさむ。【０００８】
特許文献１に電極材料として、Ｓｉを含む化合物として実際に開示されているのはＬｉ１．７Ｍｎ０．７Ｆｅ０．３Ｓｉ０．７Ｐ０．３Ｏ４であり、該化合物は、Ｌｉ２ＭｎＳｉＯ４およびＬｉＦｅＰＯ４を混合・粉砕し、管に封入し、加熱して製造する固相反応で製造している。固相反応は製造工程が複雑で、製造コストがかさみ、大量生産することが困難であり、組成制御も容易でない。【０００９】
本発明の目的は、単位質量当たりの高容量化が可能なケイ酸化合物、より具体的にはケイ酸−ホウ酸化合物およびケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物の、組成および粒径の制御がしやすい製造方法の提供にある。該化合物は、二次電池用正極および二次電池の正極に用いる活物質として有用である。本発明は、特性や信頼性に優れる二次電池用正極および二次電池を製造する方法をも提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下の［１］〜［１６］の発明である。
［１］下式（Ａ）で表される組成を有する溶融物を得る溶融工程、
前記溶融物を冷却し固化物を得る冷却工程、
前記固化物を粉砕し粉砕物を得る粉砕工程、および
前記粉砕物を加熱して下式（Ｂ）で表される組成を有するケイ酸化合物を得る加熱工程、
をこの順に具備することを特徴とするケイ酸化合物の製造方法。
Ａ２−ｄ＋ａＭｂＳｉ１−ｄＤｄＯ４−ｄ＋ｃ１          （Ａ）
（式中、元素ＡはＬｉ、ＮａおよびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、元素ＭはＦｅ、Ｍｎ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、Ｄは、Ｂ、または、ＢおよびＰであり、ａは−０．１≦ａ≦０．４であり、ｂは０．７≦ｂ≦１．３であり、ｄは０＜ｄ≦０．７であり、ｃ１はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数であり、加熱工程後にｃ２となる数である。）ｄは０＜ｄ＜０．７であってもよい。
Ａ２−ｄ＋ａＭｂＳｉ１−ｄＤｄＯ４−ｄ＋ｃ２        （Ｂ）
（式中、Ａ、Ｍ、Ｄ、ａ、ｂ、およびｄは前記と同じ意味を示すが、前記とは独立した値であり、ｃ２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。）
［２］前記式（Ａ）で表される組成を有する溶融物が、下式（１）で表される組成を有する溶融物であり、前記式（Ｂ）で表される組成を有するケイ酸化合物が、下式（２）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸化合物である、［１］のケイ酸化合物の製造方法。
Ａ２−ｘ＋ａＭｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１１        （１）
Ａ２−ｘ＋ａＭｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１２        （２）
（式中、Ａ、Ｍ、ａ、およびｂは、それぞれ前記と同じ意味を示し、ｘは０＜ｘ≦０．７であり、ｃ１１はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数であり、加熱工程後にｃ１２となる数であり、ｃ１２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。ただし、式（１）と式（２）において、ａ、ｂ、およびｘは独立した値を示す。）
［３］前記溶融工程が、
元素Ａを含む化合物が、Ａの炭酸塩、Ａの炭酸水素塩、Ａの水酸化物、Ａのケイ酸塩、Ａのリン酸塩、Ａのリン酸水素塩、Ａのホウ酸塩、Ａの硝酸塩、Ａの塩化物、Ａの硫酸塩、Ａの酢酸塩およびＡのシュウ酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種（ただし、該１種以上の一部または全部は、それぞれ、水和塩を形成していてもよい。）として含まれ、
元素Ｍを含む化合物が、Ｍの酸化物、Ｍのオキシ水酸化物、Ｍのケイ酸塩、Ｍのホウ酸塩、Ｍの金属、Ｍのリン酸塩、Ｍの塩化物、Ｍの硝酸塩、Ｍの硫酸塩およびＭの有機塩からなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれ、
Ｓｉを含む化合物が、酸化ケイ素、Ａのケイ酸塩、Ｍのケイ酸塩およびケイ素のアルコキシドからなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれ、
Ｂを含む化合物が、酸化ホウ素、ホウ酸、Ａのホウ酸塩およびＭのホウ酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれる、
原料調合物を加熱して、前記式（１）で表される組成を有する溶融物を得る工程である、［２］のケイ酸化合物の製造方法。
［４］前記式（Ａ）で表される組成を有する溶融物が、下式（３）で表される組成を有する溶融物であり、前記式（Ｂ）で表される組成を有するケイ酸化合物が、下式（４）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物である、［１］のケイ酸化合物の製造方法。
Ａ２−ｘ−ｙ＋ａＭｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２１          （３）
Ａ２−ｘ−ｙ＋ａＭｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２２          （４）
（式中、Ａ、Ｍ、ａ、およびｂは、それぞれ前記と同じ意味を示し、ｘは０＜ｘ≦０．７であり、ｙは０＜ｙ≦０．７であり、０＜（ｘ＋ｙ）≦０．７を満たし、ｃ２１はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数であり、加熱工程後にｃ２２となる数であり、ｃ２２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。ただし、式（３）と式（４）において、ａ、ｂ、ｘ、およびｙは独立した値を示す。）
［５］前記溶融工程が、
元素Ａを含む化合物が、Ａの炭酸塩、Ａの炭酸水素塩、Ａの水酸化物、Ａのケイ酸塩、Ａのリン酸塩、Ａのリン酸水素塩、Ａのホウ酸塩、Ａの硝酸塩、Ａの塩化物、Ａの硫酸塩、Ａの酢酸塩およびＡのシュウ酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種（ただし、該１種以上の一部または全部は、それぞれ、水和塩を形成していてもよい。）として含まれ、
元素Ｍを含む化合物が、Ｍの酸化物、Ｍのオキシ水酸化物、Ｍのケイ酸塩、Ｍのホウ酸塩、Ｍの金属、Ｍのリン酸塩、Ｍの塩化物、Ｍの硝酸塩、Ｍの硫酸塩およびＭの有機塩からなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれ、
Ｓｉを含む化合物が、酸化ケイ素、Ａのケイ酸塩、Ｍのケイ酸塩およびケイ素のアルコキシドからなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれ、
Ｂを含む化合物が、酸化ホウ素、ホウ酸、Ａのホウ酸塩、Ｍのホウ酸塩およびリン酸ホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれ、
Ｐを含む化合物が、酸化リン、リン酸アンモニウム、リン酸水素アンモニウム、リン酸ホウ素、リン酸、ポリリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、Ａのリン酸塩およびＭのリン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種として含まれる、
原料調合物を加熱して、前記式（３）で表される組成を有する溶融物を得る工程である、［４］のケイ酸化合物の製造方法。
［６］前記元素ＡがＬｉである、［１］〜［５］のケイ酸化合物の製造方法。
［７］前記元素ＭがＦｅおよびＭｎからなる群より選ばれる少なくとも１種である、［１］〜［６］のケイ酸化合物の製造方法。
［８］前記式（１）で表される組成を有する溶融物が、下式（５Ａ）で表される組成を有する溶融物であり、前記式（２）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸化合物が、下式（５）で表される組成を有するオリビン型結晶粒子を含む化合物である、［２］のケイ酸化合物の製造方法。
Ｌｉ２−ｘ＋ａ（ＦｅｍＭｎ１−ｍ）ｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１１  （５Ａ）
Ｌｉ２−ｘ＋ａ（ＦｅｍＭｎ１−ｍ）ｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１２  （５）
（式中、ａ、ｂ、ｃ１１、ｃ１２、およびｘは前記と同じ意味を示し、ｍは０≦ｍ≦１である。ただし、式（５Ａ）と式（５）において、ａ、ｂ、ｘ、およびｍは独立した値を示す。）
［９］前記式（３）で表される組成を有する溶融物が、下式（６Ａ）で表される組成を有する溶融物であり、前記式（４）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物が、下式（６）で表される組成を有するオリビン型結晶粒子を含む化合物である、［４］のケイ酸化合物の製造方法。
Ｌｉ２−ｘ−ｙ＋ａ（ＦｅｍＭｎ１−ｍ）ｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２１    （６Ａ）
Ｌｉ２−ｘ−ｙ＋ａ（ＦｅｍＭｎ１−ｍ）ｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２２  （６）
（式中、ａ、ｂ、ｃ２１、ｃ２２、ｘ、およびｙは前記と同じ意味を示し、ｍは０≦ｍ≦１である。ただし、式（６Ａ）と式（６）において、ａ、ｂ、ｘ、ｙ、およびｍは独立した値を示す。）
［１０］前記冷却工程において、冷却速度を−１０３℃／秒〜−１０１０℃／秒とする、［１］〜［９］のケイ酸化合物の製造方法。
［１１］前記粉砕工程において、前記固化物に、有機化合物および炭素粉末からなる群より選択される少なくとも１種の炭素源を含ませ、かつ該炭素源中の炭素換算量（質量）の割合が、固化物の質量と、該炭素源中の炭素換算量（質量）との合計質量に対して０．１〜２０質量％である、［１］〜［１０］のケイ酸化合物の製造方法。
［１２］前記加熱工程を５００〜１，０００℃に加熱することにより行う、［１］〜［１１］のケイ酸化合物の製造方法。【００１１】
［１３］［１］〜［１２］の製造方法によってケイ酸化合物を得て、次に該ケイ酸化合物を二次電池用正極材料に用いて二次電池用正極を製造することを特徴とする二次電池用正極の製造方法。
［１４］［１３］の製造方法で二次電池用正極を得て、次に、該二次電池用正極を用いて二次電池を製造することを特徴とする二次電池の製造方法。
［１５］下式（２）で表される組成を有することを特徴とするケイ酸−ホウ酸化合物。
Ａ２−ｘ＋ａＭｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１２        （２）
（式中、元素ＡはＬｉ、ＮａおよびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、元素ＭはＦｅ、Ｍｎ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、ａは−０．１≦ａ≦０．４であり、ｂは０．７≦ｂ≦１．３であり、ｘは０＜ｘ≦０．７であり、ｃ１２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。）
［１６］下式（４）で表される組成を有することを特徴とするケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物。
Ａ２−ｘ−ｙ＋ａＭｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２２          （４）
（式中、元素ＡはＬｉ、ＮａおよびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、元素ＭはＦｅ、Ｍｎ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、ａは−０．１≦ａ≦０．４であり、ｂは０．７≦ｂ≦１．３であり、ｘは０＜ｘ≦０．７であり、ｙは０＜ｙ≦０．７であり、０＜（ｘ＋ｙ）≦０．７を満たし、ｃ２２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。）
【発明の効果】
【００１２】
本発明の製造方法は、ケイ酸化合物の組成、粒径およびこれらの均一性を制御しやすいため、電極材料として有用であり、種々の組成を有するケイ酸化合物を効率的に製造できる。本発明のケイ酸化合物は多電子型の反応を示す化合物である。よって、本発明のケイ酸化合物を用いることにより、特性や信頼性に優れる二次電池用正極材料、および二次電池が製造できる。さらに、本発明は、ケイ酸化合物を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１、２、３、および４で製造したケイ酸−ホウ酸化合物のＸ線回折パターンを示す図である。
【図２】実施例５、６、および７で製造したケイ酸−ホウ酸化合物のＸ線回折パターンを示す図である。
【図３】実施例８、９、および１０で製造したケイ酸−ホウ酸化合物のＸ線回折パターンを示す図である。
【図４】実施例１８、１９、２０、および２１で製造したケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物のＸ線回折パターンを示す図である。
【図５】実施例２２、２３、２４、および２５で製造したケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物のＸ線回折パターンを示す図である。
【図６】実施例３０、３１、および３３で製造したケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物のＸ線回折パターンを示す図である。
【図７】実施例３６、３７、３８、および３９で製造したケイ酸−ホウ酸化合物のＸ線回折パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜ケイ酸化合物の製造方法＞
本発明のケイ酸化合物の製造方法は、以下の溶融工程（Ｐ１）、冷却工程（Ｐ２）、粉砕工程（Ｐ３）、および加熱工程（Ｐ４）の各工程を、この順に行う。（Ｐ１）〜（Ｐ４）の工程前、工程間、および工程後には、各工程に影響を及ぼさない限り、他の工程を行ってもよい。
溶融工程（Ｐ１）：式Ａ２−ｄ＋ａＭｂＳｉ１−ｄＤｄＯ４−ｄ＋ｃ１（式中の記号は前記と同じ意味を示す。）で表される組成を有する溶融物を得る工程、
冷却工程（Ｐ２）：前記溶融物を冷却し固化物を得る工程、
粉砕工程（Ｐ３）：前記固化物を粉砕し粉砕物を得る工程、および
加熱工程（Ｐ４）：前記粉砕物を加熱して、式Ａ２−ｄ＋ａＭｂＳｉ１−ｄＤｄＯ４−ｄ＋ｃ２（式中の記号は前記と同じ意味を示す。）で表される組成を有するケイ酸を得る工程。
本発明のケイ酸化合物の製造方法は、具体的には、以下のケイ酸−ホウ酸化合物の製造方法、ケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物の製造方法として表わされる。
【００１５】
本発明のケイ酸−ホウ酸化合物の製造方法は、以下の溶融工程（Ｐ１１）、冷却工程（Ｐ１２）、粉砕工程（Ｐ１３）、および加熱工程（Ｐ１４）の各工程を、この順に行う。（Ｐ１１）〜（Ｐ１４）の工程前、工程間、および工程後には、各工程に影響を及ぼさない限り、他の工程を行ってもよい。
【００１６】
溶融工程（Ｐ１１）：式Ａ２−ｘ＋ａＭｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１１（式中の記号は前記と同じ意味を示す。）で表される組成を有する溶融物を得る工程、
冷却工程（Ｐ１２）：前記溶融物を冷却し固化物を得る工程、
粉砕工程（Ｐ１３）：前記固化物を粉砕し粉砕物を得る工程、および
加熱工程（Ｐ１４）：前記粉砕物を加熱して、式Ａ２−ｘ＋ａＭｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１２（式中の記号は前記と同じ意味を示す。）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸化合物を得る工程。
【００１７】
本発明のケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物の製造方法は、以下の溶融工程（Ｐ２１）、冷却工程（Ｐ２２）、粉砕工程（Ｐ２３）、および加熱工程（Ｐ２４）の各工程を、この順に行う。（Ｐ２１）〜（Ｐ２４）の工程前、工程間、および工程後には、各工程に影響を及ぼさない限り、他の工程を行ってもよい。
【００１８】
溶融工程（Ｐ２１）：式Ａ２−ｘ−ｙ＋ａＭｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２１（式中の記号は前記と同じ意味を示す。）で表される組成を有する溶融物を得る工程、
冷却工程（Ｐ２２）：前記溶融物を冷却し固化物を得る工程、
粉砕工程（Ｐ２３）：前記固化物を粉砕し粉砕物を得る工程、および
加熱工程（Ｐ２４）：前記粉砕物を加熱して式Ａ２−ｘ−ｙ＋ａＭｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２２（式中の記号は前記と同じ意味を示す。）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物を得る工程。
以下、各工程について具体的に説明する。
【００１９】
［溶融工程（Ｐ１）、（Ｐ１１）、（Ｐ２１）］
本発明のケイ酸−ホウ酸化合物の製造方法における溶融工程（Ｐ１１）は、下式（１）で表される溶融物を得る工程である。
Ａ２−ｘ＋ａＭｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１１          （１）
（式中の記号は前記と同じ意味を示す。）
【００２０】
溶融工程においては、元素源（元素Ａ、元素Ｍ、Ｓｉ、およびＢ）を含む原料を、式（１）で表される組成となるように調整してなる原料調合物をまず準備するのが好ましい。
【００２１】
式（１）において、ａは−０．１≦ａ≦０．４、ｂは０．７≦ｂ≦１．３の範囲である。原料調合物におけるａおよびｂを該範囲にすることによって、目的とする組成を有するケイ酸−ホウ酸化合物を製造できる。加えて、原料調合物を良好に溶融でき、均一な溶融物が得られる。また、ｘを０＜ｘ≦０．７にすることによって、二次電池用正極材料として用いた場合に多電子型の反応（単位モル数当たり１ｍｏｌを超えるＡを引き抜く反応）を起こすケイ酸−ホウ酸化合物を製造することができ、二次電池の理論電気容量を高めることができる。ｘは０＜ｘ＜０．７であってもよい。
【００２２】
式（１）中、ａおよびｂは、多電子型の反応をより容易に起こさせうることから−０．１≦ａ≦０．３、０．８≦ｂ≦１．３にすることがより好ましい。また、０≦ａ≦０．３、１．０≦ｂ≦１．３にすると、充放電によるケイ酸−ホウ酸化合物の構造変化が生じない範囲内で、理論電気容量を高める効果が大きい利点がある。
【００２３】
式（１）中、ｃ１１の値は、ａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。組成式中の元素の価数は、後の粉砕工程および／または加熱工程で変化しうることから、加熱工程後にｃ１２となる値にｃ１１を調節する。例えば、加熱工程で成分の酸化還元、揮発等によりｃ１１の値が増減する場合には、該増減を考慮に入れた値とするのが好ましい。本発明の製造方法においては、ｃ１１を目的物のｃ１２に対して０．９〜１．２倍値としておくのが好ましい。
【００２４】
式（１）の元素Ａは、Ｌｉ、ＮａおよびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素である。元素Ａは二次電池用正極材料として適しているため、Ｌｉを必須とするのが好ましく、Ｌｉのみであることが特に好ましい。Ｌｉを含むケイ酸−ホウ酸化合物は、二次電池の単位体積（質量）当たりの容量を高くする。
【００２５】
式（１）の元素ＭはＦｅ、Ｍｎ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素である。元素Ｍは１種のみ、または、２種からなるのが好ましい。特に本発明の製造方法で製造するケイ酸−ホウ酸化合物を二次電池用正極材料に使用する場合には、元素ＭはＦｅのみ、Ｍｎのみ、またはＦｅとＭｎとの２種からなるのが、コストの点で好ましい。元素Ｍの価数Ｎは本発明の製造方法の各工程で変化しうる数値であり、＋２〜＋４の範囲である。該価数Ｎは、元素ＭがＦｅの場合は＋２、＋８／３または＋３、Ｍｎの場合は＋２、＋３または＋４、Ｃｏの場合は＋２、＋８／３または＋３、およびＮｉの場合は＋２または＋４が好ましい。また、該価数Ｎは、溶融工程が単純化するために、＋２であることがより好ましい。
【００２６】
本発明のケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物の製造方法における溶融工程（Ｐ２１）は、下式（３）で表される溶融物を得る工程である。
Ａ２−ｘ−ｙ＋ａＭｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２１          （３）
（式中の記号は前記と同じ意味を示す。）
【００２７】
溶融工程においては、元素源（元素Ａ、元素Ｍ、Ｓｉ、Ｂ、およびＰ）を含む原料を、式（３）で表される組成となるように調整してなる原料調合物をまず準備するのが好ましい。
【００２８】
式（３）において、ａは−０．１≦ａ≦０．４、ｂは０．７≦ｂ≦１．３の範囲である。原料調合物におけるａおよびｂを該範囲にすることによって、目的とする組成を有するケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物を製造できる。加えて、原料調合物を良好に溶融でき、均一な溶融物が得られる。また、ｘは０＜ｘ≦０．７、ｙは０＜ｙ≦０．７、０＜（ｘ＋ｙ）≦０．７である。ｘおよびｙを該範囲にすることによって、二次電池用正極材料として用いた多電子型の反応（単位モル数当たり１ｍｏｌを超えるＡを引き抜く反応）を起こすケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物を製造することができ、二次電池の理論電気容量を高めることができる。ｘは０＜ｘ＜０．７、ｙは０＜ｙ＜０．７、０＜（ｘ＋ｙ）＜０．７であってもよい。
【００２９】
式（３）中、ａおよびｂは、多電子型の反応をより容易に起こさせうることから−０．１≦ａ≦０．３、０．８≦ｂ≦１．３にすることがより好ましい。また、０≦ａ≦０．３、１．０≦ｂ≦１．３にすると、充放電によるケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物の構造変化が生じない範囲内で、理論電気容量を高める効果が大きい利点がある。ｘ＝ｙであると、ＰおよびＢの平均価電数が＋４となり、Ｓｉの価電数と等しくなり、価電数の差異による構造の歪みがなくなり、充放電のサイクル特性を向上させうる利点がある。
【００３０】
式（３）中、ｃ２１の値は、ａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。組成式中の元素の価数は、後の粉砕工程および／または加熱工程で変化しうることから、加熱工程後にｃ２２となる値にｃ２１を調節する。例えば、加熱工程で成分の酸化還元、揮発等によりｃ２１の値が増減する場合には、該増減を考慮に入れた値とするのが好ましい。本発明の製造方法においては、ｃ２１を目的物のｃ２２に対して０．９〜１．２倍値としておくのが好ましい。
【００３１】
式（３）の元素Ａの好ましい範囲は、式（１）の元素Ａの好ましい範囲と同様である。式（３）の元素Ｍの好ましい範囲は、式（１）の元素Ｍの好ましい範囲と同様である。
本発明においては、原料調合物の組成を特定の範囲にすることによって溶融工程における溶融を容易にすることができる。
【００３２】
以上、溶融工程（Ｐ１１）における式（１）、および、溶融工程（Ｐ２１）における式（３）について説明したが、溶融工程（Ｐ１）における式（Ａ）についても上記と同様である。すなわち、式（Ａ）のａ、ｂの好ましい範囲は、式（１）のａ、ｂまたは式（３）のａ、ｂの好ましい範囲と同様であり、式（Ａ）のｃ１の好ましい範囲は、式（１）のｃ１１または式（３）のｃ２１の好ましい範囲と同様であり、式（Ａ）のｄの好ましい範囲は、式（１）のｘまたは式（３）のｘ＋ｙの好ましい範囲と同様である。また、式（Ａ）の元素Ａの好ましい範囲は、式（１）の元素Ａの好ましい範囲と同様である。式（Ａ）の元素Ｍの好ましい範囲は、式（１）の元素Ｍの好ましい範囲と同様である。
溶融工程（Ｐ１）における式（Ａ）のｃ１、溶融工程（Ｐ１１）における式（１）のｃ１１、および、溶融工程（Ｐ２１）における式（３）のｃ２１は、それぞれ、一般には、
ｃ１＝０．５ａ＋０．５Ｎｂ−１、
ｃ１１＝０．５ａ＋０．５Ｎｂ−１、
および
ｃ２１＝０．５ａ＋０．５Ｎｂ−１
で表される。また、Ｎは+２価であるのが好ましい。
【００３３】
（原料調合物：元素Ａを含む化合物）
原料調合物における元素Ａを含む化合物としては、Ａの炭酸塩（Ａ２ＣＯ３）、Ａの炭酸水素塩（ＡＨＣＯ３）、Ａの水酸化物（ＡＯＨ）、Ａのケイ酸塩（Ａ２Ｏ・２ＳｉＯ２、Ａ２Ｏ・ＳｉＯ２、２Ａ２Ｏ・ＳｉＯ２等）、Ａのリン酸塩（Ａ３ＰＯ４）、Ａのリン酸水素塩（Ａ２ＨＰＯ４、ＡＨ２ＰＯ４等）、Ａのホウ酸塩（Ａ２Ｏ・Ｂ２Ｏ３、Ａ２Ｏ・２Ｂ２Ｏ３、Ａ２Ｏ・４Ｂ２Ｏ３等）、Ａの硝酸塩（ＡＮＯ３）、Ａの塩化物（ＡＣｌ）、Ａの硫酸塩（Ａ２ＳＯ４）、Ａの有機酸塩（酢酸塩（ＣＨ３ＣＯＯＡ）およびシュウ酸塩（（ＣＯＯＡ）２）等）からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。元素ＡはＬｉが好ましい。さらに、これらの化合物は水和物であってもよい。これらのうち、Ａの炭酸塩や炭酸水素塩は安価であり、また取扱いが容易であるのでより好ましい。
【００３４】
（原料調合物：元素Ｍを含む化合物）
原料調合物における元素Ｍを含む化合物としては、Ｍの酸化物（ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｏ２Ｏ３、ＮｉＯ等）、Ｍのオキシ水酸化物（ＭＯ（ＯＨ）等）、Ｍのケイ酸塩（ＭＯ・ＳｉＯ２、２ＭＯ・ＳｉＯ２等）、Ｍのリン酸塩（ＭＰＯ４、Ｍ２Ｐ２Ｏ７等）、Ｍのホウ酸塩（ＭＢＯ３、Ｍ２Ｂ２Ｏ５等）、金属Ｍ、Ｍの塩化物（ＭＣｌ２、ＭＣｌ３）、Ｍの硝酸塩（Ｍ（ＮＯ３）２、Ｍ（ＮＯ３）３）、Ｍの硫酸塩（ＭＳＯ４、Ｍ２（ＳＯ４）３）、Ｍの有機酸塩（酢酸塩（Ｍ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）およびシュウ酸塩（Ｍ（ＣＯＯ）２）等）からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。元素Ｍを含む化合物としては、入手のしやすさやコストから、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｃｏ３Ｏ４、およびＮｉＯからなる群より選ばれる少なくとも１種がより好ましく、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、およびＭｎＯ２からなる群より選ばれる少なくとも１種が特に好ましい。Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、およびＭｎＯ２は１種のみを用いても、２種以上を用いてもよい。
【００３５】
（原料調合物：Ｓｉ（ケイ素）を含む化合物）
原料調合物におけるＳｉを含む化合物としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、Ａのケイ酸塩、Ｍのケイ酸塩、およびケイ素のアルコキシド（Ｓｉ（ＯＣＨ３）４、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４等）からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましく、酸化ケイ素が安価であるので特に好ましい。Ｓｉを含む化合物は、結晶質であっても、非晶質であってもよい。
【００３６】
（原料調合物：Ｂ（ホウ素）を含む化合物）
原料調合物におけるＢを含む化合物としては、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、Ａのホウ酸塩、Ｍのホウ酸塩、およびリン酸ホウ素（Ｂ２Ｏ３・Ｐ２Ｏ５）からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましく、酸化ホウ素およびホウ酸からなる群より選ばれる少なくとも１種が安価であるため特に好ましい。
【００３７】
（原料調合物：Ｐ（リン）を含む化合物）
原料調合物におけるＰを含む化合物としては、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）、リン酸アンモニウム（（ＮＨ４）３ＰＯ４）、リン酸水素アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、Ａのリン酸塩、Ｍのリン酸塩、リン酸ホウ素（Ｂ２Ｏ３・Ｐ２Ｏ５）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、ポリリン酸（Ｈ（ｎ＋２）ＰｎＯ（３ｎ＋１））、亜リン酸（Ｈ３ＰＯ３）および次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）等からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。安価かつ取扱いが容易な点で、リン酸水素アンモニウムおよびリン酸ホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種がより好ましい。Ａのリン酸塩としては、Ｌｉ３ＰＯ４が好ましく、Ｍのリン酸塩としては、Ｆｅ３（ＰＯ４）２、ＦｅＰＯ４、およびＭｎ３（ＰＯ４）２からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【００３８】
（原料調合物の好適な組み合わせ）
ケイ酸−ホウ酸化合物の製造方法において、原料調合物としては、Ａの炭酸塩または炭酸水素塩；Ｍの酸化物または元素Ｍのオキシ水酸化物；酸化ケイ素；および酸化ホウ素またはホウ酸の組み合わせが好ましい。
さらに原料調合物としては、Ｌｉ２ＣＯ３またはＬｉＨＣＯ３；Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、およびＭｎＯ２からなる群より選ばれる１種以上の化合物；ＳｉＯ２；およびＢ２Ｏ３の組み合わせが特に好ましい。
【００３９】
ケイ酸−ホウ酸化合物−リン酸化合物の製造方法において、原料調合物としては、Ａの炭酸塩または炭酸水素塩；Ｍの酸化物または元素Ｍのオキシ水酸化物；酸化ケイ素；酸化ホウ素、ホウ酸またはリン酸ホウ素；およびリン酸水素アンモニウムまたはリン酸ホウ素の組み合わせが好ましい。
さらに原料調合物としては、Ｌｉ２ＣＯ３またはＬｉＨＣＯ３；Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、およびＭｎＯ２からなる群より選ばれる１種以上の化合物；ＳｉＯ２；Ｂ２Ｏ３；ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４の組み合わせが特に好ましい。
【００４０】
原料調合物の組成は、ケイ酸−ホウ酸化合物の製造およびケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物の製造において、原則として、溶融物の組成と対応させる。ただし、該原料調合物中に、溶融工程中に揮発等により失われやすい成分、例えばＬｉ、Ｐ、Ｂ等、を存在させた場合には、得られる溶融物の組成は原料調合物の組成と相違する場合がある。そのような場合には、揮発等により失われる量を考慮して、原料調合物の組成を適宜変更するのが好ましい。
【００４１】
原料調合物に含ませる各原料の純度は特に限定されない。反応性や二次電池用正極材料の特性等を考慮すると、水和水を除く純度が９９質量％以上であることが好ましい。
【００４２】
（溶融工程の実施条件）
本発明における溶融工程は、式（Ｂ）で表される組成、式（１）で表される組成、または式（３）で表される組成、を有する溶融物を得る工程である。該工程は、前記の原料調合物を加熱して溶融させることにより実施するのが好ましい。溶融を行う前に、各原料、または、原料調合物を、ミキサー、ボールミル、ジェットミル、または遊星ミル等を用いて、乾式または湿式で粉砕および／または混合することが好ましい。各原料調合物中の原料の粒度は、混合操作、原料調合物の溶融容器への充填操作、原料調合物の溶融性等に悪影響を及ぼさない範囲であれば、限定されない。
【００４３】
次に、原料調合物は容器等に入れて加熱することが好ましい。加熱は該容器を加熱炉に入れて行うことが好ましい。容器は、アルミナ製、カーボン製、炭化ケイ素製、ホウ化ジルコニウム製、ホウ化チタン製、窒化ホウ素製、炭素製、白金製、またはロジウムを含む白金合金製等が好ましい。耐火物系練瓦、還元材料（例えばグラファイト）からなる容器も採用できる。さらに、加熱炉内に揮発および蒸発防止のために、容器に蓋を装着して溶融することが好ましい。加熱炉は、抵抗加熱炉、高周波誘導炉、またはプラズマアーク炉が好ましい。抵抗加熱炉はニクロム合金等の合金製、炭化ケイ素製、またはケイ化モリブデン製の発熱体を備えた電気炉であることが好ましい。
【００４４】
溶融工程は、空気中、不活性ガス中または還元ガス中で実施することが好ましい。溶融の条件は、容器または加熱炉の種類や熱源等の加熱方法等の条件により、適宜変更できる。圧力は、常圧、加圧、減圧（０．９×１０５Ｐａ以下）のいずれであってもよい。還元ガス中が好ましいが、酸化ガス中であってもよい。酸化ガス中であった場合には、次工程の加熱工程において還元（例えばＭ３＋からＭ２＋への変化）を行うことができる。
不活性ガス中とは、窒素ガス（Ｎ２）、およびヘリウムガス（Ｈｅ）およびアルゴンガス（Ａｒ）等の希ガスからなる群より選ばれる少なくとも１種の不活性ガスを９９体積％以上含む気体条件であることをいう。還元ガス中とは、上記した不活性ガスに、還元性を有する気体を添加し、実質に酸素を含まない気体条件であることをいう。還元性を有する気体としては、水素ガス（Ｈ２）、一酸化炭素ガス（ＣＯ）およびアンモニアガス（ＮＨ３）等が挙げられる。不活性ガス中の還元性を有する気体の量は、全気体中に還元性を有する気体が０．１体積％以上であるのが好ましく、１〜１０体積％が特に好ましい。酸素の含有量は、該気体中に１体積％以下が好ましく、０．１体積％以下が特に好ましい。
【００４５】
溶融工程における加熱温度は、１，３００〜１，６００℃が好ましく、１，４００〜１，５５０℃が特に好ましい。ここで、溶融とは各原料が融解し、目視で透明な状態となることをいう。加熱温度が上記範囲の下限値以上であると溶融が容易になり、上記範囲の上限値以下であると原料の揮発がしにくくなる。加熱時間は０．２〜２時間が好ましく、０．５〜２時間が特に好ましい。該時間とすることにより溶融物の均一性が充分になり、また原料が揮発しにくい。
溶融工程においては、溶融物の均一性を上げるために撹拌してもよい。また、次の冷却工程を行うまで、加熱温度より低い温度で溶融物を清澄させてもよい。さらに、溶融工程で得た溶融物は、次の冷却工程に悪影響を与えない限り、該冷却工程前に他の工程を行ってもよい。
【００４６】
［冷却工程（Ｐ２）、（Ｐ１２）、（Ｐ２２）］
冷却工程は、溶融工程で得た溶融物を室温付近まで冷却して固化物を得る工程である。固化物は非晶質物であることが好ましいが、固化物の一部は結晶化物であってもよい。固化物が非晶質物を含むことにより、次工程の粉砕工程が実施しやすくなり、ケイ酸化合物の組成および粒度を制御しやすくなる。さらに、後工程の加熱工程において、生成物が塊状になるのを防ぐことができ、かつ、生成物の粒度が制御しやすくなる利点がある。
固化物が結晶化物を含む場合、後工程の加熱工程で結晶化物が結晶核となり、結晶化しやすくなる。固化物中の結晶化物量は固化物の全質量に対して０〜３０質量％であることが好ましい。結晶化物を多く含むと粒状やフレーク状の固化物を得ることが困難となる。また、冷却機器の損耗を早め、その後の粉砕工程の負担が大きくなる。
【００４７】
冷却工程は設備等の点から空気中で行うことが好ましい。また冷却工程を不活性ガス中または還元ガス中で行ってもよい。溶融物の冷却速度は−１×１０３℃／秒以上が好ましく、−１×１０４℃／秒以上が特に好ましい。本明細書では、冷却する場合の単位時間当たりの温度変化（すなわち冷却速度）を負の値で示し、加熱する場合の単位時間当たりの温度変化（すなわち加熱速度）を正の値で示す。冷却速度を該値以上にすると非晶質物が得られやすい。冷却速度の上限値は製造設備や大量生産性の点からは−１×１０１０℃／秒程度が好ましく、実用性の点からは−１×１０８℃／秒が特に好ましい。溶融物の冷却速度は１０００℃から５０℃までの冷却速度を−１０３℃／秒〜−１０１０℃／秒とすることが特に好ましい。
【００４８】
溶融物の冷却方法は、例えば高速で回転する双ローラの間に溶融物を滴下してフレーク状の固化物を得る方法、回転する単ローラに溶融物を滴下してフレーク状もしくは板状の固化物を掃引して得る方法、または溶融物を冷却したカーボン板や金属板にプレスして塊状の固化物を得る方法であることが好ましい。なかでも、双ローラを用いた冷却方法が、冷却速度が速く、大量に処理できるのでより好ましい。双ローラとしては、金属製、カーボン製、またはセラミックス製のものを用いることが好ましい。
【００４９】
冷却方法としては、溶融物を水に直接投入する方法もあるが、該方法は、制御が難しく、冷却速度は−１×１０℃／秒〜−１×１０２℃／秒程度であり、非晶質物質を得るのが難しい。また固化物が塊状となり、粉砕に多くの労力を要する。冷却方法として、液体窒素に溶融物を直接投入する方法もあり、水の場合よりも冷却速度を速くできるが、水を使用する方法と同様の問題があり、また、高コストである。
【００５０】
冷却工程で得られる固化物は、フレーク状または繊維状が好ましい。フレーク状の固化物としては、平均厚さが２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下が特に好ましい。フレーク状の固化物としての、平均厚さに垂直の面の平均直径は、特に限定されない。繊維状の固化物としては、平均直径が５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下が特に好ましい。平均厚さや平均直径の上限値以下であると、次工程の粉砕工程の手間を軽減することができ、結晶化効率を高くすることができる。平均厚さおよび平均直径は、ノギスやマイクロメータにより測定することができる。また、平均直径は、顕微鏡観察により測定することもできる。
冷却工程で得た固化物は、次の粉砕工程に悪影響を与えない限り、該粉砕工程前に他の工程を行ってもよい。
【００５１】
［粉砕工程（Ｐ３）、（Ｐ１３）、（Ｐ２３）］
粉砕工程とは、冷却工程で得た固化物を粉砕して粉砕物を得る工程である。固化物は通常の場合、非晶質物を多く含む、または、非晶質物からなるため、粉砕がしやすい利点がある。また粉砕に使用する装置に負担をかけずに粉砕ができかつ粒径の制御がしやすい利点がある。一方、従来の固相反応は、加熱工程の後で粉砕を行うが、粉砕によって残留応力が生じ、電池特性を悪化させる問題があることに本発明者は気づいた。よって、本発明の製造方法では、加熱工程の前に粉砕し、生じた残留応力は、後工程の加熱工程で低減または除去する方法を採用する。
【００５２】
粉砕は、ジョークラッシャー、ハンマーミル、ボールミル、ジェットミル、遊星ミル等を用いて行うことが好ましい。粉砕の方式は、乾式または湿式のいずれであってもよい。粉砕工程の前に固化物を手揉みやハンマー等で叩いて予備的に細かくすると、粉砕工程の負担が軽減するので好ましい。粉砕を湿式で行った場合、分散媒を沈降、濾過、減圧乾燥、加熱乾燥等で除去した後に、加熱工程を実施するのが好ましい。ただし、分散媒が少ない場合、特に粉砕物の質量に占める固形分の質量の割合が３０％以上の場合、分散媒を含んだ粉砕物のままで加熱工程を行ってもよい。
【００５３】
本発明におけるケイ酸化合物は絶縁物質であることから、二次電池用正極材料として用いる場合には、固化物に導電材を含ませるのが好ましい。また、二次電池用正極材料として用いる場合には、微粒子状であるのが好ましい。粉砕物の平均粒径は、体積換算のメディアン径で１０ｎｍ〜１０μｍが好ましく、１０ｎｍ〜５μｍが特に好ましい。粒径の測定は、沈降法やレーザ回折／散乱式粒子径測定装置で測定できる。粉砕物の粒径が小さい場合には、還元反応が促進され、加熱工程の加熱温度や時間を低減できるため好ましい。粉砕物の平均粒径を上記範囲とすることにより、粉砕工程および加熱工程の作業性を向上させ、加熱工程の生成物の平均粒径を制御しやすくなる利点がある。
【００５４】
導電材としては、有機化合物および炭素粉末からなる群より選ばれる少なくとも１種の炭素源が好ましい。有機化合物および炭素粉末からなる群より選ばれる少なくとも１種の炭素源の量は、該炭素源中の炭素換算量（質量）が、固化物の質量と、該炭素源中の炭素換算量（質量）との合計質量に対して、０．１〜２０質量％となる量が好ましく、２〜１０質量％となる量が特に好ましい。炭素量を上記範囲とすることにより、二次電池用正極材料としての導電性を充分に高めることができる。
固化物に含ませた有機化合物および炭素粉末は、粉砕工程や加熱工程における酸化を防止し、さらに還元を促進する。また、有機化合物および炭素粉末は、加熱工程後に残り、導電材として機能する。よって、二次電池用正極材料の導電性を高めることができる。
【００５５】
有機化合物としては、糖類、アミノ酸類、ペプチド類、アルデヒド類、ケトン類、グリコール類、ポリビニルアルコール、および脂肪酸からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましく、糖類、グリコール類、またはポリビニルアルコールが特に好ましい。糖類としては、グルコース、フラクトース、およびガラクトース等の単糖類、スクロース、マルトース、セロビオース、およびトレハロース等のオリゴ糖、転化糖、デキストリン、アミロース、アミロペクチン、およびセルロース等の多糖類、ならびにアスコルビン酸等が挙げられる。アミノ酸類としては、アラニン、グリシン等のアミノ酸が挙げられる。ペプチド類としては、分子量が１，０００以下の低分子ペプチドが挙げられる。
炭素粉末としては、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック等が好ましい。また、炭素粉末は繊維状炭素または板状炭素であってもよい。
【００５６】
粉砕工程において、固化物に有機化合物や炭素粉末を含ませて粉砕した場合には、加熱工程後に、導電材を混合する工程を省略できる利点がある。また、有機化合物や炭素粉末は、固化物の粒成長を抑制しうる。固化物に有機化合物を含ませる場合の粉砕工程には、粉砕物の表面に均一に分散させるために、湿式粉砕を採用するのが好ましい。粉砕する際の分散媒としては、水、または、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ヘキサン、トルエン等の有機溶媒を用いることができる。なかでも、水は安価であるために好ましい。固化物に炭素粉末を含ませる場合の粉砕工程には、乾式が好ましい。
【００５７】
さらに、粉砕工程で得た粉砕物は、次の加熱工程に悪影響を与えない限り、該加熱工程前に他の工程を行ってもよい。
【００５８】
［加熱工程（Ｐ４）、（Ｐ１４）、（Ｐ２４）］
加熱工程は、粉砕工程で得た粉砕物を加熱する工程である。
加熱工程（Ｐ４）では、下式（Ｂ）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸化合物を得る。
Ａ２−ｄ＋ａＭｂＳｉ１−ｄＤｄＯ４−ｄ＋ｃ２        （Ｂ）
（式中、Ａ、Ｍ、Ｄ，ａ、ｂ、およびｄは前記と同じ意味を示すが、式（Ａ）における値とは独立した値をとり、ｃ１２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。）
【００５９】
式（Ｂ）のｃ２の値は、ａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数であり、一般にはｃ２＝０．５ａ＋０．５Ｎｂ−１で表される。また、Ｎは+２価であるのが好ましい。
【００６０】
加熱工程（Ｐ１４）では、下式（２）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸化合物を得る。
Ａ２−ｘ＋ａＭｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１２          （２）
（式中、Ａ、Ｍ、ａ、ｂ、およびｘは前記と同じ意味を示すが、式（１）における値とは独立した値をとり、ｃ１２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。）
【００６１】
式（２）のｃ１２の値は、ａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数であり、例えばａ＝０、ｂ＝１およびＮ＝＋２であればｃ１２＝０であり、一般にはｃ１２＝０．５ａ＋０．５Ｎｂ−１で表される。また、Ｎは+２価であるのが好ましい。
【００６２】
加熱工程（Ｐ２４）では、下式（４）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物を得る。
Ａ２−ｘ−ｙ＋ａＭｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２２          （４）
（式中、Ａ、Ｍ、ａ、ｂ、ｘ、およびｙは前記と同じ意味を示すが、式（３）における値とは独立した値をとり、ｃ２２はａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数である。）
【００６３】
式（４）のｃ２２の値は、ａ、ｂ、およびＭの価数Ｎに依存する数であり、例えばａ＝０、ｂ＝１およびＮ＝＋２であればｃ２２＝０であり、一般にはｃ２２＝０．５ａ＋０．５Ｎｂ−１で表される。また、Ｎは+２価であるのが好ましい。
【００６４】
加熱工程の生成物は、結晶粒子が好ましく、さらにオリビン型の結晶粒子がより好ましい。本発明における加熱工程は、粉砕物を加熱することから、残留応力の緩和が促進される。また、加熱により結晶核の生成および粒成長を行うことから、降温過程で行うものに比べて、組成、粒径およびその分布の制御が容易である。
【００６５】
さらに、粉砕工程で有機化合物および／または炭素粉末を固化物に含ませた場合の加熱工程は、生成物、好ましくは生成物の結晶粒子の表面に、導電材を結合させる工程となりうる。有機化合物は加熱工程で熱分解され、炭化物となって導電材として機能しうる。
【００６６】
加熱工程における加熱温度は、５００〜１，０００℃が好ましい。加熱温度が５００℃以上であると、結晶を生成しやすい。加熱温度が１，０００℃以下であると、粉砕物の融解を防ぐことができる。加熱温度は６００〜９００℃がより好ましい。該加熱温度である場合には、適度な結晶性、粒子径、粒度分布等を有する結晶粒子が得られやすく、好ましくはオリビン型の結晶粒子が得られやすくなる。
粉砕工程を湿式で行った場合には、分散媒を含むまま加熱工程を行った場合、加熱工程は分散媒を除く工程になりうる。
【００６７】
加熱工程における加熱は、一気に温度を上げた後に一定温度で保持してもよいし、また多段階に温度を変化させて行ってもよい。加熱温度が高くなると、生成する粒子径が大きくなる傾向があるため、所望の粒子径に応じて加熱温度を設定することが好ましい。また、加熱時間（加熱温度による保持時間）は所望の粒子径を考慮して１〜７２時間が好ましい。加熱は、電気、石油、ガス等を熱源とする、ボックス炉、トンネルキルン炉、ローラーハース炉、ロータリーキルン炉、マイクロウェーブ加熱炉等で行うことが好ましい。
【００６８】
加熱工程は、溶融工程における加熱と同様に、空気中、不活性ガス中または還元ガス中で実施でき、不活性ガス中または還元ガス中で実施することが好ましい。不活性ガス中および還元ガス中の条件は、溶融工程における条件と同じである。加熱工程は不活性ガス中や還元ガス中で減圧（０．９×１０５Ｐａ以下）して実施してもよい。また、加熱炉内に、還元剤（例えばグラファイト）と粉砕物とを入れた容器を装填して加熱を実施した場合には、粉砕物中のＭの還元（例えばＭ３＋からＭ２＋への変化）を促進することができる。
【００６９】
本発明において、加熱工程の後は、通常は常温まで冷却する。該冷却における冷却速度は−３０℃／時間〜−３００℃／時間が好ましい。冷却速度を該範囲にすることにより、加熱による歪みを除去でき、生成物が結晶体である場合は、結晶構造を保ったまま目的物を得ることができる。また、冷却手段を用いずに冷却ができる。冷却は、放置して常温まで冷却させるのが好ましい。冷却は不活性ガス中または還元ガス中で行うのが好ましい。
【００７０】
＜ケイ酸化合物＞
本発明の製造方法により得られるケイ酸化合物は、二次電池用正極材料として有用な新規化合物である。
【００７１】
本発明におけるケイ酸化合物は、元素Ａの原子数が１．２以上であるため、１．２未満である場合に比べて多電子型になり、二次電池用正極材料に用いたときに単位質量当たりの容量が大きくなる。
すなわち、本発明におけるケイ酸−ホウ酸化合物は、元素ＡがＬｉである場合、単位（[ＳｉＯ４]＋[ＢＯ４]）四面体中に対し１個超２個以下のＬｉを含む構造を有するケイ酸−ホウ酸化合物であるため、Ｌｉの原子数を１．２以上にすることができる。本発明の製造方法によれば、[ＳｉＯ４]四面体、[ＢＯ４]四面体、[ＬｉＯ４]四面体および[ＭＯ４]四面体が均一に分布するケイ酸−ホウ酸化合物を得ることができる。
本発明におけるケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物は、元素ＡがＬｉである場合、単位（[ＳｉＯ４]＋[ＢＯ４]＋[ＰＯ４]）四面体に対し１個超２個以下のＬｉを含む構造を有するケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物を得ることができるため、Ｌｉの原子数を１．２以上にすることができる。本発明の製造方法によれば、[ＳｉＯ４]四面体、[ＢＯ４]四面体、[ＰＯ４]四面体、[ＬｉＯ４]四面体および[ＭＯ４]四面体が均一に分布するケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物を得ることができる。
【００７２】
該ケイ酸−ホウ酸化合物またはケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物は、オリビン型結晶粒子を含むものであることが好ましい。オリビン型結晶粒子は、多電子型の理論電気容量を発揮する材料である。該結晶粒子としては、一次粒子および二次粒子の双方を含む。生成物中に二次粒子が存在する場合、一次粒子が破壊されない程度の範囲で解砕および粉砕してもよい。
本発明の製造方法において、有機化合物および炭素粉末からなる群より選ばれる少なくとも１種を添加した場合には、ケイ酸化合物の表面に有機化合物や炭素粉末に由来する炭素からなる導電材を均一にかつ強固に結合させうる。導電材が結合したケイ酸化合物は、そのまま二次電池用正極材料に用いうる。
【００７３】
本発明の製造方法で製造されるケイ酸−ホウ酸化合物の組成は、ＡがＬｉであり、ＭがＦｅおよびＭｎからなる群より選ばれる少なくとも１種を使用した組成である、式（５）で表される化合物が好ましい。ｍは０＜ｍ＜１が特に好ましい。
Ｌｉ２−ｘ＋ａ（ＦｅｍＭｎ１−ｍ）ｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１２    （５）
（式中の記号は前記と同じ意味を示し、ｍは０≦ｍ≦１である。）
式（５）の組成のケイ酸−ホウ酸化合物を得るために、溶融工程において式（５Ａ）で表される組成を有する溶融物を得ることが好ましい。
Ｌｉ２−ｘ＋ａ（ＦｅｍＭｎ１−ｍ）ｂＳｉ１−ｘＢｘＯ４−ｘ＋ｃ１１    （５Ａ）
（式中の記号は前記と同じ意味を示し、ｍは０≦ｍ≦１である。ただし、式（５Ａ）と式（５）において、ａ、ｂ、ｘ、およびｍは独立した値を示す。）
【００７４】
また、本発明の製造方法で製造されるケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物の組成は、ＡがＬｉであり、ＭがＦｅおよびＭｎからなる群より選ばれる少なくとも１種を使用した組成である、式（６）で表される化合物が好ましい。ｍは０＜ｍ＜１が特に好ましい。
Ｌｉ２−ｘ−ｙ＋ａ（ＦｅｍＭｎ１−ｍ）ｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２２  （６）
（式中の記号は前記と同じ意味を示し、ｍは０≦ｍ≦１である。）
式（６）の組成のケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物を得るためは、溶融工程において式（６Ａ）で表される組成を有する溶融物を得ることが好ましい。
Ｌｉ２−ｘ−ｙ＋ａ（ＦｅｍＭｎ１−ｍ）ｂＳｉ１−（ｘ＋ｙ）ＢｘＰｙＯ４−ｘ＋ｃ２１        （６Ａ）
（式中の記号は前記と同じ意味を示し、ｍは０≦ｍ≦１である。ただし、式（６Ａ）と式（６）において、ａ、ｂ、ｘ、ｙ、およびｍは独立した値を示す。）
【００７５】
式（２）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸化合物が結晶である場合、固溶体結晶または共晶であるのが好ましい。
このうち、式（２）中、ｘが０＜ｘ≦０．２である場合には、固溶体結晶になりやすい。その理由は、式（７）で表される式によって、Ｓｉの一部がＢで置換されるためと考えられる。
（１−ｘ）Ａ２ＭＳｉＯ４  ＋  ｘＡＭＢＯ３  →  Ａ２−ｘＭ[Ｓｉ１−ｘＢｘ]Ｏ４−ｘ          （７）
（式中、ｘは０＜ｘ≦０．２であり、[  ]は固溶体であることを表す。）
該固溶体結晶は、Ｓｉのみからなる結晶に比べ、結晶構造が疎になり、Ｌｉイオンが結晶内で移動しやすくなる。よって高い容量が得られ、かつ電気伝導度が上昇するため、二次電池用正極材料に用いた場合に充放電のサイクル性が向上しうる。
【００７６】
本発明におけるケイ酸−ホウ酸化合物は、固溶体結晶のケイ酸−ホウ酸化合物を含む場合は、Ｓｉの一部をＢで置換した固溶体結晶であるオリビン型結晶粒子を含むケイ酸−ホウ酸化合物であるのが好ましい。
ケイ酸−ホウ酸化合物が、固溶体結晶であると、二次電池用正極材料に用いた場合に、Ｌｉイオンが結晶内で移動しやすくなるために高容量になり、かつ、電気伝導度が上昇する。よって、二次電池用正極材料に使用する場合には、理論容量が得られやすく、充放電のサイクル性が向上すると考えられる。
【００７７】
また、式（２）中、ｘが０．２＜ｘ≦０．７である場合には、共晶になりやすい。０．２＜ｘ＜０．７であることが好ましい。共晶であるケイ酸−ホウ酸化合物（以下、「ケイ酸−ホウ酸化合物の共晶体」、または単に「共晶体」という。）とは、ケイ素原子を含む結晶と、ホウ原子を含む結晶と、ホウ素原子およびケイ素原子を含む結晶が、共存している結晶体、をいう。本発明においては、
Ａ２−ｚＭＳｉ１−ｚＢｚＯ４（ｚは０．２＜ｚ＜０．８である。）のオリビン型結晶とともに、Ａ２ＭＳｉＯ４のオリビン型結晶およびＡＭＢＯ３のオリビン型結晶からなる群より選ばれる少なくとも１種とを含む共晶体が好ましい。
該共晶体は、下式（８）で表される反応メカニズムにより生成すると考えられる。
（１−ｘ）Ａ２ＭＳｉＯ４  ＋  ｘＡＭＢＯ３  →  （１−ｘ−ｗ１）Ａ２ＭＳｉＯ４  ＋  （ｘ−ｗ２）ＡＭＢＯ３  ＋  ｗＡ２−ｚＭＳｉ１−ｚＢｚＯ４−ｚ  （８）
（式中、Ａ、Ｍは前記と同じ意味を示し、ｘおよびｚは、０．２＜ｘ≦０．７および０．２＜ｚ＜０．８であり、ｗ１、ｗ２、ｗはそれぞれ０〜１の数であり、かつ、ｗ１＋ｗ２＝ｗである。）
本発明のケイ酸−ホウ酸化合物が共晶体であると、電気伝導度が上昇する傾向があり好ましい。その理由は、複数の結晶構造を有し、電気導電度が異なる結晶子が生成することにより、電位が負荷されたときに結晶子間に電位差が生じることから、一次粒子自体の電気伝導度が上昇するため、と考えられる。また、一次粒子内の各結晶子間に、粒界を有する構造をなし、この粒界は一次粒子内に比べ極めて薄いので、一次粒子自体の電気伝導度が上昇するためとも考えられる。
本発明のケイ酸−ホウ酸化合物としては、高い電気伝導度を得やすく、充放電サイクル性が向上するため、共晶体であるのが特に好ましい。
【００７８】
本発明のケイ酸−ホウ酸化合物は、ケイ酸−ホウ酸化合物を二次電池用正極に適用した場合に高い容量を有し、良好なサイクル特性を得やすいという点からは、固溶体結晶が特に好ましく、二次電池用正極に適用した場合に高い電気伝導度を得やすいという点からは、共晶が特に好ましい。
【００７９】
式（４）で表される組成を有するケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物が結晶である場合、固溶体結晶または共晶であるのが好ましい。
このうち、式（４）中、ｘおよびｙが、０＜（ｘ＋ｙ）≦０．２である場合には、固溶体結晶になりやすい。その理由は、式（９）で表される式によって、Ｓｉの一部がＢおよびＰで置換されるためと考えられる。
（１−ｘ−ｙ）Ａ２ＭＳｉＯ４  ＋  ｘＡＭＰＯ４  ＋  ｙＡＭＢＯ３ 
→  Ａ２−ｘ−ｙＭ[Ｓｉ１−ｘ−ｙＰｘＢｙ]Ｏ４−ｙ            （９）
（式中、ｘおよびｙは０＜（ｘ＋ｙ）≦０．２を満たし、[  ]は固溶体であることを表す。）
該固溶体結晶は、Ｓｉのみからなる結晶に比べ、結晶構造が疎になり、Ｌｉイオンが結晶内で移動しやすくなる。よって高い容量が得られ、かつ電気伝導度が上昇するため、二次電池用正極材料に用いた場合に充放電のサイクル性が向上しうる。また、特に式（４）中、ａがａ＝０、ｘ＝ｙであると、ＰおよびＢの平均価電数が＋４となり、Ｓｉの価電数と等しくなり、化学量論比および電気的中性が維持され、構造の歪みがなくなり、充放電のサイクル特性が向上すると考えられる。
【００８０】
本発明におけるケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物は、固溶体結晶のケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物を含む場合は、Ｓｉの一部をＢおよびＰで置換した固溶体結晶であるオリビン型結晶粒子を含むケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物であるのが好ましい。
ケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物が、固溶体結晶であると、二次電池用正極材料に用いた場合に、Ｌｉイオンが結晶内で移動しやすくなるために高容量になり、かつ、電気伝導度が上昇する。よって、二次電池用正極材料に使用する場合には、理論容量が得られやすく、充放電のサイクル性が向上すると考えられる。
【００８１】
また、式（４）中、ｘおよびｙが０．２＜（ｘ＋ｙ）≦０．７である場合には、共晶になりやすい。０．２＜（ｘ＋ｙ）＜０．７であることが好ましい。共晶であるケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物（以下、「ケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物の共晶体」、または単に「共晶体」という。）とは、ケイ素原子を含む結晶と、ホウ素原子を含む結晶と、リン原子を含む結晶と、リン原子とホウ素原子とケイ素原子とを含む結晶が、共存している結晶体、をいう。本発明においては、Ａ２−ｐ−ｑＭｂＳｉ１−ｐ−ｑＰｐＢｑＯ４−ｑ（ａおよびｂは前記と同じ意味を示し、ｐは０．２＜ｐ＜０．８であり、ｑは０．２＜ｑ＜０．８であり、ｐ＋ｑは０．２＜ｐ＋ｑ＜０．８である。）で表される組成を有するオリビン型結晶とともに、Ａ２ＭＳｉＯ４のオリビン型結晶、ＡＭＢＯ３のオリビン型結晶およびＡＭＰＯ４のオリビン型結晶からなる群より選ばれる少なくとも１種とを含む共晶体が好ましい。
ケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物は、下式（１０）で表される反応メカニズムにより生成すると考えられる。
（１−ｘ−ｙ）Ａ２ＭＳｉＯ４  ＋  ｘＡＭＢＯ４  ＋  ｙＡＭＰＯ４  →  （１−ｘ−ｙ−ｗ１）Ａ２ＭＳｉＯ４  ＋  （ｘ−ｗ２）ＡＭＢＯ３  ＋  （ｙ−ｗ３）ＡＭＰＯ４  ＋  （ｘ＋ｙ−ｗ４）ＬｉＭ（Ｂ，Ｐ）Ｏｒ  ＋  ｗ５Ａ２−ｐ−ｑＭｂＳｉ１−ｐ−ｑＰｐＢｑＯ４−ｑ          （１０）
（式中、Ａ、Ｍは前記と同じ意味を示し、ｘ、ｙ、およびｘ＋ｙは、０．２＜ｘ≦０．７、０．２＜ｙ≦０．７、および０．２＜ｘ＋ｙ≦０．７であり、ｐ、ｑおよびｐ＋ｑは、０．２＜ｐ＜０．８、０．２＜ｑ＜０．８、および０．２＜（ｐ＋ｑ）＜０．８であり、ｗ１〜ｗ５はそれぞれ０〜１の数であり、かつ、ｗ１＋ｗ２＋ｗ３＋ｗ４＋ｗ５＝１である。）
本発明のケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物が共晶体であると好ましい理由は、ケイ酸−ホウ酸化合物と同様である。
本発明のケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物としては、高い電気伝導度を得やすく、充放電サイクル性が向上するため、共晶体であるのが特に好ましい
【００８２】
本発明のケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物の製造方法においては、ケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物を二次電池用正極に適用した場合に高い容量を有し、良好なサイクル特性を得やすいという点からは、固溶体結晶が特に好ましく、二次電池用正極に適用した場合に高い電気伝導度を得やすいという点からは、共晶が特に好ましい。
【００８３】
本発明のケイ酸化合物の平均粒径は、体積換算のメディアン径で１０ｎｍ〜１０μｍの平均粒径が好ましく、１０ｎｍ〜６μｍがより好ましく、１０ｎｍ〜２μｍが特に好ましい。下限の値は１００ｎｍであってもよい。平均粒径を該範囲とすることにより、より導電性が高くなる。平均粒径は、例えば電子顕微鏡による観察やレーザ回折式粒度分布計による測定等によって求められる。
ケイ酸化合物の比表面積は、０．２〜２００ｍ２／ｇが好ましく、０．５〜２００ｍ２／ｇが好ましく、１〜２００ｍ２／ｇが特に好ましい。上限の値は１００ｍ２／ｇであってもよく１０ｍ２／ｇであってもよい。比表面積を該範囲とすることにより、導電性が高くなる。比表面積は、例えば窒素吸着法による比表面積測定装置で測定できる。
【００８４】
＜二次電池用正極および二次電池の製造方法＞
本発明のケイ酸化合物の製造方法によって得られたケイ酸化合物は、二次電池用正極材料として有用である。よって、該ケイ酸化合物を用いて、二次電池用正極および二次電池を製造できる。
二次電池としては、金属リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池等が挙げられるが、リチウムイオン二次電池が好ましい。電池形状は制限されることはなく、例えば円筒状、角型、コイン型等、種々の形状、サイズを適宜採用することができる。
【００８５】
二次電池用正極の製造は、本発明の製造方法で得られるケイ酸化合物を用いるほかは公知の電極の製造方法に従えばよい。例えば、本発明のケイ酸化合物を必要に応じて公知の結着材（ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等）、さらに必要に応じて公知の導電材（アセチレンブラック、カーボン、グラファイト、天然黒鉛、人造黒鉛、ニードルコークス等）と混合した後、得られた混合粉末をステンレス鋼製等の支持体上に圧着成形したり、金属製容器に充填すればよい。あるいは、例えば、該混合粉末を有機溶剤（Ｎ−メチルピロリドン、トルエン、シクロヘキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、Ｎ−Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等）と混合して得られたスラリーをアルミニウム、ニッケル、ステンレス、銅等の金属基板上に塗布する等の方法によっても電極を製造できる。
【００８６】
二次電池の製造は、本発明の製造方法で得られる二次電池用正極を電極として用いる以外は、公知の二次電池における構成要素を採用することができる。セパレータ、電池ケース等の要素についても同様である。負極としては、活物質として公知の負極用活物質を使用することが可能であるが、炭素材料、アルカリ金属材料およびアルカリ土類金属材料からなる群から選ばれる少なくとも１種を用いることが好ましい。電解液としては、非水系が好ましい。すなわち、本発明の製造方法で得られる二次電池としては、非水電解質リチウムイオン二次電池が好ましい。
【実施例】
【００８７】
本発明を、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は以下の説明に限定されない。
［実施例１〜１７］
（溶融工程）
溶融物の組成がＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＦｅＯ、ＭｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３換算量（単位：モル％）で、それぞれ表１に示す割合となるように、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、四酸化三コバルト（Ｃｏ３Ｏ４）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を秤量し、乾式で混合・粉砕して、原料調合物を得た。【００８８】
【表１】
2012057341.tif 000003
【００８９】
各原料調合物を、ロジウムを２０質量％含む白金合金製のるつぼにそれぞれ充填した。次に、るつぼをケイ化モリブデン製の発熱体を備える電気炉（モトヤマ社製、装置名：ＮＨ−３０３５）の中に入れた。該電気炉内を２Ｌ／分でＮ２ガスを流通しつつ、＋３００℃／時間の速度で昇温し、１，４００〜１，５００℃で０．５時間加熱した。目視で透明になったことを確認して、それぞれの溶融物を得た。得られた溶融物の組成式を表１の右欄に示す。【００９０】
（冷却工程）
溶融工程で得たるつぼ中の溶融物を、毎分４００回転で回転する直径約１５ｃｍの双ローラを通すことにより、−１×１０５ ℃／秒で冷却し、フレーク状の固化物を得た。【００９１】
（粉砕工程）
冷却工程で得たフレーク状固化物を軽く手で揉んで細かくした後、乳棒と乳鉢とを用いて粗粉砕した。さらに、粉砕媒体としてジルコニア製ボールを用いた遊星ミルで、粗粉砕後の固化物を乾式で粉砕して粉砕物を得た。実施例１および４の粉砕物をレーザ回折／散乱式粒度分析計（堀場製作所製、装置名：ＬＡ−９５０）を用いて粒子径を測定したところ、体積換算のメディアン径は２．０μｍ（実施例１）および２．１μｍ（実施例４）であった。【００９２】
（加熱工程）
粉砕工程で得た粉砕物を３体積％Ｈ２−Ａｒ雰囲気におき、それぞれの実施例について、６００℃、７００℃、８００℃、および９００℃の４種類の温度条件で８時間加熱し、次に−２００℃／時間の速度で冷却（空冷）し、ケイ酸−ホウ酸化合物粒子を析出させた。各実施例のうち、加熱工程を７００℃で実施して得た粒子について、Ｘ線回折、粒度分布、組成分析を行った。【００９３】
（Ｘ線回折）
得られたケイ酸−ホウ酸化合物粒子の鉱物相を、Ｘ線回折装置（リガク社製、装置名：ＲＩＮＴ  ＴＴＲIII）を用いて測定した。
実施例１〜４、実施例８〜１７で得た粒子は、いずれも斜方晶のオリビン型Ｌｉ２ＭＳｉＯ４（Ｋ．Ｚａｇｈｉｂ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ，  １６０，  １３８１−１３８６，  ２００６  および  Ｒ．Ｄｏｍｉｎｋｏ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，  ８，  ２１７−２２２  （２００６）参照）に類似した回折パターンを示した。該結果から、ケイ酸−ホウ酸化合物粒子が結晶であり、かつ、Ｌｉ２ＭＳｉＯ４結晶のＳｉの一部がＢに置換された固溶体結晶からなることが確認できた。
また、実施例５〜７においては、Ｌｉ２ＭＳｉＯ４、ＬｉＭＢＯ３、及びこれらの固溶体を含む共晶と考えられる回折パターンを示した。該結果から、ｘが０．２＜ｘ≦０．７である場合には、Ｌｉ２ＭＳｉＯ４、ＬｉＭＢＯ３、およびこれらの固溶体を含む共晶が得られることが確認できた。
実施例１、２、３、および４で得た各結晶のＸ線回折パターンを、それぞれ図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に、実施例５、６、および７で得た各結晶のＸ線回折パターンを、それぞれ図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、実施例８、９、および１０で得た各結晶のＸ線回折パターンを、それぞれ図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、示す。【００９４】
（粒度分布）
実施例２および９で得たケイ酸−ホウ酸化合物の粒径分布をレーザ回折／散乱式粒度分布測定装置（堀場製作所製、装置名：ＬＡ−９２０）で測定した。体積換算のメディアン径はそれぞれ２．５μｍ（実施例２）および２．８μｍ（実施例９）であった。さらに、ケイ酸−ホウ酸化合物の比表面積を比表面積測定装置（島津製作所製、装置名：ＡＳＡＰ２０２０）で測定したところ、いずれも１．２ｍ２／ｇであった。【００９５】
（組成分析）
得られたケイ酸−ホウ酸化合物粒子の化学組成を測定した。まず、ケイ酸−ホウ酸化合物粒子を２．５ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ溶液で１２０℃にて加熱密閉分解し、分解液を塩酸酸性下で乾固した。次に塩酸酸性溶液として濾過した後、濾液および残渣を得た。濾液中のＳｉ、Ｂ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＮｉ量は、誘導結合発光分光分析装置（セイコーインスツル社製、装置名：ＳＰＳ３１００）を用いて定量した。濾液中のＬｉ、およびＮａ量は原子吸光光度計（日立ハイテクノロジーズ社製、装置名：Ｚ−２３１０）を用いて定量した。Ｓｉ、Ｂ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｌｉ、およびＮａの定量値から、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ５、ＦｅＯ、ＭｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｌｉ２Ｏ、およびＮａ２Ｏの量をそれぞれ算出した。さらに、残渣は灰化した後、フッ酸−硫酸で分解処理し、この処理による重量減少をＳｉＯ２とした。全ＳｉＯ２量は、重量減少量から算出される量と濾液中のＳｉＯ２量の合量とした。実施例１〜１０で得たケイ酸−ホウ酸化合物粒子の化学組成の定量値を、表２に示す。【００９６】
【表２】
2012057341.tif 000004
【００９７】
［実施例１８〜３５］
（溶融工程）
溶融物の組成がＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＦｅＯ、ＭｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＳｉＯ２、Ｐ２Ｏ５およびＢ２Ｏ３換算量（単位：モル％）で、それぞれ表３に示す割合となるように、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、四酸化三コバルト（Ｃｏ３Ｏ４）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を秤量し、乾式で混合・粉砕して、原料調合物を得た。【００９８】
【表３】
2012057341.tif 000005
【００９９】
実施例１と同様に各原料調合物を用いて溶融物を得て、冷却工程を経てフレーク状の固化物を得た。得られた溶融物の組成式を表３の右欄に示す。【０１００】
（粉砕工程）
冷却工程で得たフレーク状固化物を軽く手で揉んで細かくした後、乳棒と乳鉢とを用いて粗粉砕した。さらに、粉砕媒体としてジルコニア製ボールを用いた遊星ミルで、粗粉砕後の固化物を乾式で粉砕して粉砕物を得た。実施例２０の粉砕物をレーザ回折／散乱式粒度分析計（堀場製作所社製、装置名：ＬＡ−９５０）を用いて粒子径を測定したところ、体積換算のメディアン径は１．８μｍであった。【０１０１】
（加熱工程）
粉砕工程で得た粉砕物を３体積％Ｈ２−Ａｒ雰囲気におき、それぞれの実施例について、６００℃、７００℃、８００℃、および９００℃の４種類の温度条件で８時間加熱して、−２００℃／時間の速度で冷却（空冷）し、ケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物粒子を析出させた。各実施例のうち、加熱工程を７００℃で実施して得た粒子について、Ｘ線回折、粒度分布、組成分析を行った。【０１０２】
（Ｘ線回折）
得られたケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物粒子の鉱物相を、Ｘ線回折装置（リガク社製、装置名：ＲＩＮＴ  ＴＴＲIII）を用いて調べた。
実施１８〜２１、２６〜３５で得た粒子は、いずれも斜方晶のオリビン型Ｌｉ２ＭＳｉＯ４（Ｋ．Ｚａｇｈｉｂ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ，  １６０，  １３８１−１３８６，  ２００６  及び  Ｒ．Ｄｏｍｉｎｋｏ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，  ８，  ２１７−２２２  （２００６）参照）に類似した回折パターンを示した。該結果から、ケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物粒子が結晶であり、かつ、Ａ２ＭＳｉＯ４結晶のＳｉの一部がＰおよびＢが置換された固溶体結晶からなることが確認できた。また、実施例２２〜２５で得た粒子は、Ｌｉ２ＭＳｉＯ４、ＬｉＭＢＯ３、ＬｉＭＰＯ４及びこれらの固溶体を含む共晶と考えられる回折パターンを示した。該結果から、ｘおよびｙが０．２＜ｘ＋ｙ≦０．７である場合には、Ｌｉ２ＭＳｉＯ４、ＬｉＭＢＯ３、ＬｉＭＰＯ４およびこれらの固溶体を含む共晶が得られることが確認できた。
実施例１８、１９、２０、および２１で得た各結晶のＸ線回折パターンを、それぞれ図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に、実施例２２、２３、２４、および２５で得た各結晶のＸ線回折パターンを、それぞれ図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に、実施例３０、３１、および３３で得た各結晶のＸ線回折パターンを、それぞれ図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。【０１０３】
（粒度分布）
実施例１９で得たケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物の粒径分布をレーザ回折／散乱式粒度分布測定装置（堀場製作所社製、装置名：ＬＡ−９２０）で測定した。体積換算のメディアン径は２．５μｍであった。さらに、ケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物の比表面積を比表面積測定装置（島津製作所社製、装置名：ＡＳＡＰ２０２０）で測定したところ、１．４ｍ２／ｇであった。【０１０４】
（組成分析）
得られたケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物粒子の化学組成を測定した。まず、ケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物粒子を２．５ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ溶液で１２０℃にて加熱密閉分解し、分解液を塩酸酸性下で乾固し、再び塩酸酸性溶液として濾過した後、濾液および残渣を得た。濾液中のＳｉ、Ｂ、Ｐ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＮｉ量は、誘導結合発光分光分析装置（セイコーインスツル社製、装置名：ＳＰＳ３１００）を用いて定量し、また濾液中のＬｉ、Ｎａは原子吸光光度計（日立ハイテクノロジーズ社製、装置名：Ｚ−２３１０）を用いて定量した。Ｓｉ、Ｂ、Ｐ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｌｉ、およびＮａの定量値から、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＦｅＯ、ＭｎＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｌｉ２Ｏ、およびＮａ２Ｏの量をそれぞれ算出した。さらに、残渣は灰化した後、フッ酸−硫酸で分解処理し、この処理による重量減少をＳｉＯ２量とした。全ＳｉＯ２量は、重量減少量から算出される量と濾液中のＳｉＯ２量の合量とした。実施例１８〜２５で得たケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物粒子の化学組成の定量値を、表４に示す。【０１０５】
【表４】
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【０１０６】
（実施例３６〜４７）
実施例１〜４、１８〜２５で溶融、冷却、粗粉砕して得られた粗粉砕物とカーボンブラックとを、粉砕物とカーボンブラック中の炭素量との質量比が９：１となるようにそれぞれ混合し、実施例１と同様に遊星ミルを用いて粉砕した。各実施例における炭素含有粉砕物をＡｒガス中にて６００℃または７００℃の２種類の温度で８時間加熱し、−２００℃／時間の速度で冷却（空冷）して、ケイ酸化合物粒子を得た。該粒子のＸ線回折パターンは、オリビン型ケイ酸鉄リチウムのそれと一致した。実施例３６、３７、３８、および３９において、７００℃で８時間加熱し、−２００℃／時間の速度で冷却（空冷）して、得られたケイ酸−ホウ酸化合物のＸ線回折パターンをそれぞれ図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す。実施例３７において、７００℃で８時間加熱して、−２００℃／時間の速度で冷却（空冷）して、得られたケイ酸−ホウ酸化合物の炭素含有量を炭素分析装置（堀場製作所社製、装置名：ＥＭＩＡ−９２０Ｖ）で測定したところ、９．８質量％であった。【０１０７】
（実施例４８、４９）
実施例３および１９で溶融、急冷、粗粉砕して得られた粗粉砕物とカーボンブラックとシュークロース水溶液とを、粉砕物とカーボンブラック中の炭素量とシュークロース中の炭素との質量比で、０．９０：０．０５：０．０５となるように混合し、実施例３６と同様にして、粉砕、加熱してケイ酸化合物粒子を得た。該粒子のＸ線回折パターンは、それぞれ実施例３、および１９と同様にオリビン型ケイ酸鉄リチウムのそれと一致した。実施例４８および４９において、７００℃で８時間加熱し、−２００℃／時間の速度で冷却（空冷）して、得られたケイ酸化合物の炭素含有量を炭素分析装置（堀場製作所社製、装置名：ＥＭＩＡ−９２０Ｖ）で測定したところ、それぞれ７．５質量％（実施例４８）、７．２質量％（実施例４９）であった。また、該粒子の比表面積を測定したところ、それぞれ２５ｍ２／ｇ（実施例４８）、２８ｍ２／ｇ（実施例４９）であった。【０１０８】
［参考例１］
溶融物の組成がＬｉ２Ｏ、ＦｅＯ、ＳｉＯ２、およびＢ２Ｏ３換算量（単位：モル％）で、２３．７％、５２．６％、２１．１％、および２．６％となるように、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）をそれぞれ秤量し、乾式で混合・粉砕して原料調合物を得た。原料調合物を実施例１と同様に溶融したが、溶融できなかった。該原料調合物の組成は、本発明の式（１）においてａ＝０、ｂ＝２、ｘ＝０．２に相当する。【０１０９】
［参考例２］
溶融物の組成がＬｉ２Ｏ、ＦｅＯ、ＳｉＯ２、およびＢ２Ｏ３換算量（単位：モル％）で、２６．２％、４７．６％、４．８％、および２１．４％となるように、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）をそれぞれ秤量し、乾式で混合・粉砕し、原料調合物を得た。原料調合物を実施例１と同様に溶融したが、溶融できなかった。該原料調合物の組成は、本発明の式（１）においてａ＝０、ｂ＝１、ｘ＝０．９に相当する。【０１１０】
［参考例３］
溶融物の組成がＬｉ２Ｏ、ＦｅＯ、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、およびＰ２Ｏ５換算量（単位：モル％）で、２６．２％、４７．６％、４．８％、１４．２％、および７．１％となるように、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、およびリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）をそれぞれ秤量し、乾式で混合・粉砕して原料調合物を得た。原料調合物を実施例１と同様に溶融したが、完全には溶融できなかった。該原料調合物の組成は、本発明の式（３）においてａ＝０、ｂ＝１、ｘ＝０．６、ｘ＝０．３、ｘ＋ｙ＝０．９に相当する。【０１１１】
［参考例４］
溶融物の組成がＬｉ２Ｏ、ＦｅＯ、ＳｉＯ２、およびＢ２Ｏ３換算量（単位：モル％）で、３２．８％、３４．５％、３１．０％、および１．７％となるように、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）をそれぞれ秤量し、乾式で混合・粉砕し、原料調合物を得た。該原料調合物を実施例１と同様に、１，４５０℃で溶融した後、−３００℃／時間で冷却し、結晶化物を得た。得られた結晶化物の鉱物相を、ＸＲＤを用いて同定したところ、Ｌｉ２ＳｉＯ３およびＦｅ３Ｏ４を主成分とするものであった。すなわち、冷却工程、粉砕工程および加熱工程を行わない場合には、目的化合物を得ることができない。【０１１２】
［実施例５０〜５４：Ｌｉイオン二次電池用正極および評価用電池の製造例］
実施例１、２、３、１３、および１９において、７００℃で８時間加熱し、−２００℃／時間の速度で冷却（空冷）して得られたケイ酸化合物粒子の粉砕物と、２０質量％ショ糖溶液とを、粉砕物とショ糖中の炭素量との質量比が９５：５となるようにそれぞれ混合、粉砕し、Ｎ２ガス中で、６００℃で２時間加熱し、冷却後粉砕して活物質を得た。該活物質とポリフッ化ビニリデン樹脂（結着剤）とアセチレンブラック（導電材）とを、質量比が８５：５：１０の比率となるように秤量し、Ｎ−メチルピロリドン（溶媒）中で均一になるまで混合してスラリーを製造した。
次いで、該スラリーをバーコーターで厚さ３０μｍのアルミニウム箔に塗布した。これを空気中にて１２０℃で乾燥させて溶媒を除去した後、ロールプレスで塗工層を圧密化した後、幅１０ｍｍ×長さ４０ｍｍの短冊状に切り出した。【０１１３】
塗工層は短冊状アルミニウム箔の先端１０×１０ｍｍの部分を残して剥離し、これを電極とした。得られた電極のロールプレス後の塗工層厚は２０μｍであった。得られた電極は１５０℃で真空乾燥した後、精製Ａｒガスが満たされたグローブボックス中に搬入し、ニッケルメッシュにリチウム箔を圧着した対極と多孔質ポリエチレンフィルム製セパレータを介して対向させ、さらに両側をポリエチレン板で挟んで固定した。【０１１４】
対向電極をポリエチレン製ビーカに入れ、六フッ化リン酸リチウムをエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートの混合溶媒（１：１体積比）に１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解した非水電解液を注入して充分に含浸させた。電解液含浸後の電極をビーカから取り出し、アルミニウムラミネートフィルム袋に入れ、リード線部を取り出して封止して半電池を構成した。この半電池の特性を以下のようにして測定した。【０１１５】
（Ｌｉイオン二次電池用正極の充放電特性評価）
得られた半電池を６０℃の恒温槽に入れ、定電流充放電試験機（北斗電工社製、装置名：ＨＪ２０１Ｂ）に接続して充放電試験を行った。電流密度は電極活物質の質量（導電材と結着剤とを除いた質量）当たりの電流値を１５ｍＡ／ｇとして充放電を行った。充電終止電位はＬｉ対極基準で４．３Ｖとし、終止電圧に到達後即座に放電を開始した。放電終止電圧はＬｉ対極基準で１．５Ｖとした。この充放電サイクルを５サイクル繰り返した。５サイクル目の放電容量は、それぞれ１５７ｍＡｈ／ｇ（実施例５０）、１５８ｍＡｈ／ｇ（実施例５１）、１５８ｍＡｈ／ｇ（実施例５２）、２１０ｍＡｈ／ｇ（実施例５３）、および１７１ｍＡｈ／ｇ（実施例５４）であった。【０１１６】
［実施例５５〜５６］
実施例４８および４９で得られたケイ酸化合物粒子を活物質として用いて、これと結着剤としてポリフッ化ビニリデン樹脂と導電材としてアセチレンブラックとを、質量比で９０：５：５の比率にする以外は実施例５０と同様にして電極を製造し、その充放電特性を実施例５０と同様にして評価した。１０サイクル目の放電容量は、それぞれ１５５ｍＡｈ／ｇ（実施例５５）、１６８ｍＡｈ／ｇ（実施例５６）であった。【０１１７】
［参考例５］
参考例４で溶融、冷却、粉砕して得られた結晶化物とカーボンブラックとを溶融物の組成が実施例５０と同様になるようにして電極を製造し、その充放電特性を実施例５０と同様にして評価した。１サイクル目の放電容量は、７ｍＡｈ／ｇであった。【０１１８】
実施例１〜４９では、所望の組成のケイ酸−ホウ酸化合物およびケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物を簡便に製造することができた。また、製造されたケイ酸−ホウ酸化合物およびケイ酸−ホウ酸−リン酸化合物は、二次電池用正極材料、さらには二次電池として優れた特性を有することを確認した（実施例５０〜５６）。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明のケイ酸化合物の製造方法は、ケイ酸化合物の組成制御がしやすく、製造しやすいので有用である。得られたケイ酸化合物は、二次電池用正極材料さらには二次電池に有用である。本発明のケイ酸化合物を正極材料として用いた二次電池は、プラグインハイブリッド自動車や電気自動車に搭載する二次電池として、また、電力貯蔵用の蓄電池として有用である。
なお、２０１０年１０月２９日に出願された日本特許出願２０１０−２４４７６４号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
【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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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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