(57)【要約】【課題】充電時におけるリチウムイオンの脱離性が改善された活物質を提供すること。【解決手段】固体電池に用いられる活物質である。Ｘ線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数において、０．１１５ｎｍ以上０．１４４ｎｍ以下の範囲にピークが少なくとも１つ観察されるとともに、０．２８０ｎｍ以上０．３１０ｎｍ以下の範囲にピークが少なくとも１つ観察される。レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積粒度分布測定による前記活物質のモード径及びＤ１０（それぞれ「モード径」、「Ｄ１０」と称する。）に関し、モード径に対する、モード径とＤ１０との差の絶対値の百分率である（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００の値が、０％＜（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）≦５８．０％を満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電池に用いられる活物質であって、
Ｘ線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数において、０．１１５ｎｍ以上０．１４４ｎｍ以下の範囲にピークが少なくとも１つ観察されるとともに、０．２８０ｎｍ以上０．３１０ｎｍ以下の範囲にピークが少なくとも１つ観察され、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積粒度分布測定による前記活物質のモード径及びＤ１０（それぞれ「モード径」、「Ｄ１０」と称する。）に関し、モード径に対する、モード径とＤ１０との差の絶対値の百分率である（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００の値が、０％＜（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）≦５８．０％を満たす活物質。
【請求項２】
結晶子サイズが８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下であり、
走査型電子顕微鏡により得られる画像から算出した平均一次粒子径に対する前記結晶子サイズの比率である結晶子サイズ／平均一次粒子径の値が０．０１以上０．５０以下である請求項１に記載の活物質。
【請求項３】
レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積粒度分布測定による前記活物質のＤ５０（「Ｄ５０」と称する。）が０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
モード径に対する、モード径とＤ５０との差の絶対値の百分率である（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００の値が、０％≦（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）≦２５．０％を満たし、
Ｄ５０に対する、走査型電子顕微鏡により得られる画像から算出した平均一次粒子径の比率である平均一次粒子径／Ｄ５０の値が０．０１以上０．９９以下である請求項１又は２に記載の活物質。
【請求項４】
芯材粒子と、前記芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有し、前記芯材粒子がリチウム金属複合酸化物を含み、前記リチウム金属複合酸化物が、層状岩塩型構造の化合物であるか又はスピネル型構造の化合物である請求項１ないし３のいずれか一項に記載の活物質。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の活物質と、固体電解質とを含む正極合剤。
【請求項６】
前記固体電解質が、リチウム（Ｌｉ）元素、リン（Ｐ）元素及び硫黄（Ｓ）元素を含み、且つリチウムイオン伝導性を有する請求項５に記載の正極合剤。
【請求項７】
前記固体電解質が、アルジロダイト型構造の結晶相を有する請求項６に記載の正極合剤。
【請求項８】
正極層、負極層、及び固体電解質層を備えた固体電池において、
前記正極層が、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の活物質を含む固体電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電池に用いられる活物質に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体電池に用いる固体電解質には、できるだけイオン導電率が高く、且つ化学的・電気化学的に安定であることが求められている。例えばハロゲン化リチウム、窒化リチウム、リチウム酸塩又はこれらの誘導体などが固体電解質の材料候補として知られている。
【０００３】
固体電池に用いる固体電解質の一つとして、硫化物固体電解質が検討されている。しかし硫化物固体電解質を含む固体電池は、これに対して充放電を行うと、電極活物質と硫化物固体電解質との界面抵抗が高くなり、リチウムイオンの移動が制限されるという問題がある。この理由は、電極活物質と硫化物固体電解質とが反応することによって、両者の界面に抵抗層が形成されるからであると考えられている。この問題に対して、例えば特許文献１及び２においては、正極活物質の表面を特定の化合物で被覆することによって、界面抵抗の上昇を抑制することが試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００７／４５９０号パンフレット
【特許文献２】特開２０１８−１２５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、固体電池では急速充電が期待されている。急速充電のためにはリチウムイオンを正極活物質から引き抜いて固体電解質へと受け渡す反応を速めることが必要である。しかし、現在の技術では満足すべき反応速度が得られていない。
【０００６】
前記の課題に鑑み、本発明は、正極活物質と固体電解質との間でのリチウムイオンの授受を迅速に行い得る活物質を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、固体電池に用いられる活物質であって、
Ｘ線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数において、０．１１５ｎｍ以上０．１４４ｎｍ以下の範囲にピークが少なくとも１つ観察されるとともに、０．２８０ｎｍ以上０．３１０ｎｍ以下の範囲にピークが少なくとも１つ観察され、
レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積粒度分布測定による前記活物質のモード径及びＤ１０（それぞれ「モード径」、「Ｄ１０」と称する。）に関し、モード径に対する、モード径とＤ１０との差の絶対値の百分率である（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００の値が、０％＜（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）≦５８．０％を満たす活物質を提供することによって前記の課題を解決したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、充電時におけるリチウムイオンの脱離性が改善された活物質が提供される。したがって本発明の活物質を用いることで、固体電池の急速充電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例１で得られた正極活物質を対象として測定されたＸ線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数である。
【図２】図２は、実施例１で得られた正極活物質を対象として測定されたＸ線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数にピークが存在するか否かを判定する方法を示すグラフである。
【図３】図３は、ＬｉＮｂＯ３を対象として測定されたＸ線吸収微細構造の測定によって得られる動径分布関数である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明は、固体電池に用いられる活物質に関するものである。
【００１１】
Ａ．活物質
１．ＸＡＦＳ
本発明の活物質は、Ｘ線吸収微細構造（以下「ＸＡＦＳ」ともいう。）の測定によって得られる動径分布関数において、０．１１５ｎｍ以上０．１４４ｎｍ以下の範囲にピークが少なくとも１つ観察されるとともに、０．２８０ｎｍ以上０．３１０ｎｍ以下の範囲にピークが少なくとも１つ観察される。
【００１２】
詳細には、図１に示すとおり、本発明の活物質は、ＸＡＦＳの測定によって得られる動径分布関数において、０．１１５ｎｍ以上０．１４４ｎｍ以下の範囲にピークが少なくとも１つ観察される。ピーク位置は、ピーク頂点の位置により特定される。なお、ピークの定義については後述する。
本発明において観察されるピーク位置は、例えば、０．１２０ｎｍ以上であってもよく、０．１２５ｎｍ以上であってもよく、０．１３０ｎｍ以上であってもよい。一方、前記ピーク位置は、例えば、０．１４２ｎｍ以下であってもよい。前記範囲に観察されるピークは、少なくとも１つであればよく、例えば１つのみであってもよく、２つ以上であってもよい。これとともに本発明の活物質は、０．２８０ｎｍ以上０．３１０ｎｍ以下の範囲にピークが少なくとも１つ観察される。本発明において観察されるピーク位置は、例えば、０．２８５ｎｍ以上であってもよい。一方、前記ピーク位置は、例えば、０．３０８ｎｍ以下であってもよい。
【００１３】
本発明の活物質は、好適には、芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有する。本発明においては、リチウム（Ｌｉ）元素、金属元素Ａ（ただしリチウム（Ｌｉ）元素を除く）及び酸素元素からなり、特定の化学構造を有する酸化物を含む被覆層を用いることが好適である。以下、この酸化物のことを便宜的に「ＬｉＡＯ化合物」と表記する。本発明で用いられるＬｉＡＯ化合物は、活物質に対するＸＡＦＳの測定によって得られる動径分布関数において、特定の原子間距離にピークが観察されることによって特徴付けられる。例えば金属元素Ａがニオブ（Ｎｂ）元素である場合、図１に示す動径分布関数の横軸は、ニオブ原子の位置を基準とした原子間距離を示している。縦軸は、ニオブの周囲に位置する原子の存在確率を示している。０．１１５ｎｍ以上０．１４４ｎｍ以下の範囲に観察されるピークは、ニオブ原子と酸素原子との距離に相当するものであり、０．２８０ｎｍ以上０．３１０ｎｍ以下の範囲に観察されるピークはニオブ原子どうしの距離に相当するものである。ＸＡＦＳの測定から得られる動径分布関数において、上述した所定の範囲にピークが観察されるＬｉＡＯ化合物を被覆層に含有させることで、本発明の活物質は、固体電解質との界面抵抗の増加を抑制し、結果として電池性能の向上を図ることが可能である。
【００１４】
動径分布関数にピークが観察されるとは、動径分布関数が上に凸のような部分やショルダー部分を含んでいてもよいことを意味する。動径分布関数の横軸をｘ、縦軸をｙとする関数ｙ＝ｆ（ｘ）を２回微分することにより得られた二次導関数が極小値を持つ場合のことを、ピークを有すると定義する。本発明においてはＯｒｉｇｉｎ９．１（Ｌｉｇｈｔ  Ｓｔｏｎｅ社製）を用いて動径分布関数を２回微分することによりピークの有無の判定を行った。なお、例えば、後述する実施例１においては、図２に示すように、０．１１５ｎｍ以上０．１４４ｎｍ以下の範囲に観察されるピークについて動径分布関数を２回微分することにより極小値を持つ。このことから、実施例１は、０．１１５ｎｍ以上０．１４４ｎｍ以下の範囲にピークが観察されるといえる。
【００１５】
上述のとおり、本発明で好適に用いられるＬｉＡＯ化合物は、ＸＡＦＳの測定から得られる動径分布関数における特定の原子間距離の所定の位置にピークを有するものである。このこととは対照的に、これまで知られているＬｉ−Ａ−Ｏ系の化合物は、ＸＡＦＳから得られる動径分布関数において、本発明で規定する所定の位置にピークを有するものではない。例えば図３に示すとおり、従来知られているＬｉ−Ａ−Ｏ系の化合物の１種であるＬｉＮｂＯ３は、０．１１５ｎｍ以上０．１４４ｎｍ以下の範囲にピークは観察されるものの、０．２８０ｎｍ以上０．３１０ｎｍ以下の範囲にピークは観察されない。
【００１６】
ＸＡＦＳは、物質にＸ線を照射することで得られる吸収スペクトルを解析する手法である。物質にＸ線を照射することで得られる吸収スペクトルには、物質中に含まれる元素特有の急峻な立ち上がり、すなわち吸収端が観察される。この吸収端近傍±５０ｅＶ程度に現れる微細構造はＸＡＮＥＳ（X-ray Absorption Near Edge Structure）と呼ばれる。また、吸収端から高エネルギー側１０００ｅＶ程度に現れる振動構造はＥＸＡＦＳ（Extended X-ray Absorption Fine Structure）と呼ばれる。ＸＡＮＥＳとＥＸＡＦＳを合わせた領域がＸＡＦＳと呼ばれる。ＸＡＦＳによれば、試料中の着目元素周囲の局所構造（原子間距離、配位数）や、化学状態（価数、配位構造）の評価が可能である。またＸＡＦＳは非破壊測定法であり、且つ物質の最表面の情報が得られる測定方法であることから、本発明の活物質そのものを測定対象として用いることができ、且つ活物質における被覆層の情報を得ることができる。
【００１７】
本発明において、活物質のＸＡＦＳを測定するには、例えば以下に述べる手順で操作を行う。
試料調製
試料をメノウ乳鉢で粉砕した後、窒化ホウ素粉末と混合し、直径１０ｍｍ、厚さ約１ｍｍの錠剤にする。測定する試料に含まれるＡ元素の濃度や、ＬｉＡＯ化合物及び芯材粒子を構成する化合物のＸ線吸収係数に応じて、試料と窒化ホウ素の分量を適宜最適にする。
【００１８】
Ｎｂ−Ｋ端のＸＡＦＳを測定するときの条件は以下のとおりである。
・実験施設：ＳＰｒｉｎｇ−８
・実験ステーション：ＢＬ１４ｂ２
・分光器 ：モノクロメータＳｉ（３１１）
・高次光除去：Ｒｈコートミラー２．４ｍｒａｄ×２枚
・入射Ｘ線サイズ：縦１ｍｍ×横５ｍｍ（試料前スリットサイズ）
・測定法：透過法
・検出器：イオンチャンバー
・測定吸収端 ：Ｎｂ−Ｋ吸収端（１８９８６ｅＶ）
各入射Ｘ線エネルギー（Ｅ、ｘ軸）において、Ｉ０、Ｉｔを測定し、次式により、Ｘ線吸光度（ｙ軸）を求め、ｘ軸−ｙ軸でプロットすることにより、ＸＡＦＳスペクトルを得た。
Ｘ線吸光度μt＝−ｌｎ（Ｉt／Ｉ０）
【００１９】
以上のようにして得られたデータに基づき動径分布関数を取得して原子間距離を決定するには、以下に述べる手順で操作を行う。
ＥＸＡＦＳスペクトルをフーリエ変換して得られる動径分布関数について説明する。
解析ソフトウェアとして「Ａｔｈｅｎａ」（Ｄｅｍｅｔｅｒ  ｖｅｒ．０．９．２５）を用いる。
初めに、同ソフトウェアにてＸＡＦＳスペクトルを読み込んだ後に、バックグラウンド吸収であるＰｒｅ−ｅｄｇｅ領域（吸収端から−１５０ｅＶ以上−４５ｅＶ以下程度の領域）と、Ｐｏｓｔ−ｅｄｇｅ領域（吸収端から１５０ｅＶ以上１３００ｅＶ以下程度の領域）とをフィッティングして、ＸＡＦＳスペクトルを規格化する。次にＥＸＡＦＳスペクトル（χ（ｋ））を抽出するために、スプライン曲線でフィッティングを行う。同ソフトウェアでの解析においてスプライン曲線のフィッティングに用いたパラメータは以下の値である。
・Rbkg＝１
・Spline range in k：１以上15以下
・Spline clamps  low：None、high:None
・k-weight=3
・Plotting k-weights ： 3
最後にＥＸＡＦＳスペクトル（χ（ｋ））をフーリエ変換して、動径分布関数を示すスペクトルを得る。同ソフトウェアでのフーリエ変換のパラメータは、以下の値を用いた。
・k-range：3.5以上11.5以下
・dk：1
・window：Hanning
・arbitrary k-weight：１
・phase correction：未使用
【００２０】
２．ＬｉＡＯ化合物
上述のとおり本発明の活物質は、芯材粒子と、該芯材粒子の表面に配置された被覆層とを有することが好ましい。本発明の活物質がこのような形態である場合、被覆層は、Ｌｉ、Ａ元素（ＡはＴｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｗ及びＡｌからなる群から選ばれた１種又は２種以上の元素）及びＯを含む化合物からなること、すなわち上述したＬｉＡＯ化合物からなることが好ましい。芯材粒子の表面がＬｉＡＯ化合物で被覆されていることにより、リチウムイオン伝導性が向上し、正極活物質と固体電解質間の界面抵抗を低減することができ、レート特性を高めることができる。なお上記の好ましい態様におけるＡ元素はバルブメタルと呼ばれる、同様の性質を有する一群の金属元素である。
【００２１】
「芯材粒子の表面がＬｉＡＯ化合物で被覆されている」状態とは、ＬｉＡＯ化合物が、芯材粒子の表面において、粒子として存在している態様、粒子が凝集してなる凝集粒子として存在している態様、及び層を形成して存在している態様を包含する。「層を形成して存在する」とは、ＬｉＡＯ化合物が厚みをもって存在している状態を意味する。
【００２２】
ＬｉＡＯ化合物が層を形成する場合、その厚みは０．５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、中でも０．７ｎｍ以上或いは１００ｎｍ以下、その中でも１ｎｍ以上或いは９０ｎｍ以下であることが好ましく、更にその中でも８０ｎｍ以下であることが好ましく、更にその中でも７０ｎｍ以下であることが好ましく、更にその中でも６０ｎｍ以下であることが好ましく、更にその中でも５０ｎｍ以下であることが好ましく、更にその中でも４０ｎｍ以下であることが好ましい。このような範囲にすることで、界面抵抗が小さく良好なリチウムイオン伝導層として機能させることができる。層の厚みは、例えば、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）により測定することができる。また、必要に応じてエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）を組み合わせて観察し、測定することもできる。
【００２３】
芯材粒子の表面の一部又は部分的にＬｉＡＯ化合物が存在しない箇所があってもよい。中でも、ＬｉＡＯ化合物が芯材粒子の表面全体の面積の３０％以上を被覆していることが好ましく、中でも４０％以上、その中でも５０％以上が好ましい。芯材粒子の表面をＬｉＡＯ化合物が被覆していることは、例えば、前記と同様に、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）と、必要に応じてエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）を組み合わせて芯材粒子の表面を観察することや、オージェ電子分光分析法により確認することができる。
また、芯材粒子の表面を被覆するＬｉＡＯ化合物の厚みは均一でなくても構わない。
【００２４】
ＬｉＡＯ化合物は非晶質であることが好ましい。ＬｉＡＯ化合物が非晶質であることにより、ＬｉＡＯ化合物が活物質と固体電解質の間の緩衝層として存在することになり、界面抵抗をより低減することができる。芯材粒子の表面を被覆する化合物が、結晶質であるか非晶質であるかは、制限視野電子回折によりハローパターンが得られるかを確認することで判断できる。ハローパターンとは、明瞭な回折ピークのない、低角度でブロードな回折図形のことである。
【００２５】
ＬｉＡＯ化合物における各元素の組成は、Ａ元素がＴａ及びＮｂのうち、少なくとも１種の元素である場合、例えばＬｉｘＡＯｙで示すことができる。式中のｘ、ｙは元素の価数に即した範囲内で任意の値を取り得る。中でも、Ａ元素１モルに対して、Ｌｉが１モルより過剰に含まれている組成（ｘ＞１）であることが特に好ましい。そうすることで、ＡとＯとの化合物が生成することを抑制し、界面抵抗を効果的に低減することができる。
【００２６】
ＬｉＡＯ化合物がＬｉｘＡＯｙで表される場合において、ｘ＞１を満足させる方法としては、Ａ元素原料に対するリチウム原料の配合量を、生成が想定される組成、例えばＬｉＡＯ３の化学量論組成比よりも過剰にする方法を挙げることができる。この際、単にＬｉを過剰に添加しただけでは、活物質の表面に、過剰分のＬｉに起因して炭酸リチウムが生成し、これが抵抗となって、かえってレート特性及びサイクル特性を悪化させる傾向がある。そのため、望ましくない化合物である炭酸リチウムが生成することを考慮して、ＬｉｘＡＯｙが所定の組成になるように、Ａ元素原料配合量及びリチウム原料配合量を調整することが好ましい。
【００２７】
３．芯材粒子
芯材粒子は、活物質として機能するものであればよく、特に限定されない。芯材粒子は、例えば、リチウム金属複合酸化物を含んでいてもよい。リチウム金属複合酸化物としては、公知のリチウム金属複合酸化物を用いることができる。例えば一般式ＬｉＭＯ2（Ｍは金属元素）で示される層状岩塩型構造のリチウム含有複合酸化物、一般式ＬｉＭ2Ｏ４で示されるスピネル型構造のリチウム含有複合酸化物、一般式ＬｉＭＰＯ４（Ｍは金属元素）又はＬｉＭＳｉＯ４（Ｍは金属元素）で示されるオリビン構造のリチウム含有複合酸化物のうちのいずれか１種或いは二種類以上の組み合わせであってもよい。ただし、これらに限定するものではない。
【００２８】
３−１．芯材粒子Ａ
芯材粒子は、Ｌｉ、Ｍｎ及びＯと、これら以外の１種類以上好ましくは２種類以上の元素とを含むスピネル型複合酸化物からなる粒子であることが好ましい（以下、この芯材粒子のことを「芯材粒子Ａ」ともいう。）。芯材粒子Ａを含む本発明の活物質を正極活物質として用いた場合、金属Ｌｉ基準電位で４．５Ｖ以上の作動電位を有する。「金属Ｌｉ基準電位で４．５Ｖ以上の作動電位を有する」とは、プラトー領域として４．５Ｖ以上の作動電位のみを有している必要はなく、４．５Ｖ以上の作動電位を一部有している場合も包含する意である。したがって本発明は、プラトー領域として４．５Ｖ以上の作動電位を有する５Ｖ級正極活物質のみからなる正極活物質に限定されるものではない。例えば本発明の活物質は、プラトー領域として４．５Ｖ未満の作動電位を有する正極活物質を含んでいてもよい。具体的には、当該５Ｖ級正極活物質が３０質量％以上を占めていることが好ましく、好ましくは５０質量％以上、その中でも特に好ましくは８０質量％以上（１００質量％含む）を占める正極活物質を許容するものである。
【００２９】
上述のとおり、芯材粒子Ａは、Ｌｉ、Ｍｎ及びＯと、これら以外の２種類以上の元素とを含むスピネル型複合酸化物からなる粒子であることが好ましい。「これら以外の２種以上の元素」のうちの少なくとも１元素は、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅからなる群から選択される金属元素Ｍ１であることが好ましく、他の１元素は、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ及びＣｅからなる群から選択される１種又は２種以上の組み合わせからなる金属元素Ｍ２であることが好ましい。
【００３０】
芯材粒子Ａの好ましい組成例として、ＬｉＭｎ２Ｏ４−δにおけるＭｎサイトの一部を、Ｌｉと、金属元素Ｍ１と、他の金属元素Ｍ２とで置換してなる結晶構造を有するスピネル型リチウムマンガン含有複合酸化物を含むものを挙げることができる。
【００３１】
金属元素Ｍ１は、主に金属Ｌｉ基準電位で４．５Ｖ以上の作動電位を発現させるのに寄与する置換元素であり、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅなどを挙げることができ、これらのうち少なくとも１種を含んでいればよく、中でもＮｉ及びＣｏのうちの少なくとも１種類の元素を含んでいることが特に好ましい。
【００３２】
金属元素Ｍ２は、主に結晶構造を安定化させて特性を高めるのに寄与する置換元素である。例えば容量維持率向上に寄与する置換元素として、例えばＮａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｃｅなどを挙げることができ、中でもＮａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷであることが好ましい。金属元素Ｍ２は、上述した元素のうちの１種又は２種以上の組み合わせであってもよい。金属元素Ｍ２は、上述した元素のうちの少なくとも１種を含んでいることが好ましく、上述した元素以外の金属元素を含んでいてもよい。構造中に含まれる金属元素Ｍ２は金属元素Ｍ１と異なる元素種である。
【００３３】
芯材粒子Ａの組成の一例として、式（１）：Ｌｉｘ（Ｍ１ｙＭ２ｚＭｎ２−ｘ−ｙ−ｚ）Ｏ４−δで示されるスピネル型リチウムマンガン含有複合酸化物を含むものを挙げることができる。式（１）における金属元素Ｍ１及び金属元素Ｍ２は上述のとおりである。
【００３４】
前記の式（１）において、「ｘ」は、１．００以上１．２０以下であることが好ましく、中でも１．０１以上或いは１．１０以下、その中でも１．０２以上或いは１．０８以下であることがより一層好ましい。金属元素Ｍ１の含有量を示す「ｙ」は、０．２０以上１．２０以下であることが好ましく、中でも０．３０以上或いは１．１０以下、その中でも０．３５以上或いは１．０５以下であることがより一層好ましい。金属元素Ｍ２の含有量を示す「ｚ」は、０．００１以上０．４００以下であることが好ましく、中でも０．００２以上或いは０．４００以下、その中でも０．００５以上或いは０．３０以下、更にその中でも０．１０以上であることがより一層好ましい。特に０．１０以上とすることでより効果的にサイクル特性を向上させることができる。
【００３５】
芯材粒子Ａの組成の他の例として、式（２）：一般式［Ｌｉｘ（ＮｉｙＭ３ｚＭｎ３−ｘ−ｙ−ｚ）Ｏ４−δ］で示されるスピネル型リチウムマンガン含有複合酸化物を挙げることができる。式（２）において、「ｘ」は、１．００以上１．２０以下であることが好ましく、中でも１．０１以上或いは１．１０以下、その中でも１．０２以上或いは１．０８以下であることがより一層好ましい。式（２）において、「ｙ」は、０．２０以上０．７０以下であることが好ましく、中でも０．３０以上或いは０．６０以下、その中でも０．３５以上或いは０．５５以下であることがより一層好ましい。
【００３６】
前記の式（２）において、金属元素Ｍ３としては、例えば、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ及びＣｅ等が挙げられ、中でもＮａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷであることが好ましい。金属元素Ｍ３は、上述した元素のうちの１種又は２種以上の組み合わせであってもよい。金属元素Ｍ３のモル比を示す「ｚ」は、０より大きく且つ０．５以下であることが好ましく、中でも０．０１より大きく或いは０．４５以下、その中でも０．０５以上或いは０．４０以下、更にその中でも０．１０以上或いは０．３５以下であることがより一層好ましい。特に０．１０以上とすることでより効果的にサイクル特性を向上させることができる。
【００３７】
なお、前記の式（１）及び（２）における「４−δ」は、酸素欠損を含んでいてもよいことを示している。また、酸素の一部がフッ素又はその他の元素で置換されていてもよい。この際、δは０以上或いは０．２以下であることが好ましく、その中でも０．１以下、その中でも０．０５以下であることが更に好ましい。
【００３８】
芯材粒子Ａは、前記のＬｉ、Ｍｎ、金属元素Ｍ１、金属元素Ｍ２、金属元素Ｍ３及びＯ以外の他の成分を含有してもよい。特にその他の元素をそれぞれ０．５重量％以下であれば含んでいてもよい。この程度の量であれば、芯材粒子の性能にほとんど影響しないと考えられるからである。
【００３９】
芯材粒子ＡはＢ（ホウ素）を含有してもよい。Ｂの存在状態としては、スピネルの結晶相の他に、Ｎｉ、Ｍｎ及びＢを含む複合酸化物相を含有していてもよい。Ｎｉ、Ｍｎ及びＢを含む前記複合酸化物相としては、例えばＮｉ５ＭｎＯ４（ＢＯ３）２の結晶相を挙げることができる。Ｎｉ５ＭｎＯ４（ＢＯ３）２の結晶相を含有することは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により得られた回折パターンを、ＰＤＦ（Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｆｉｌｅ）番号「０１−０７９−１０２９」と照合することにより確認することができる。Ｎｉ、Ｍｎ及びＢを含む前記複合酸化物は、芯材粒子Ａの表面や粒界に存在しているものと推察される。
【００４０】
Ｎｉ、Ｍｎ及びＢを含む前記複合酸化物相の含有量に関しては、芯材粒子Ａ中のＢ元素の含有量が０．０２質量％以上０．８０質量％以下となるように前記複合酸化物相を含有することが好ましく、中でも０．０５質量％以上或いは０．６０質量％以下、その中でも０．３０質量％以下、特に０．２５質量％以下となるように前記複合酸化物相を含有することが更に好ましい。Ｂ元素の含有量が０．０２質量％以上であれば、高温（例えば４５℃）での放電容量を維持することができ、Ｂ元素の含有量が０．８０質量％以下であればレート特性を維持することができるから、好ましい。
【００４１】
なお、芯材粒子Ａは、例えば、空間群Ｆｄ−３ｍ（Ｏｒｉｇｉｎ  Ｃｈｏｉｃｅ２）の立方晶の結晶構造モデルとフィッティングした際、観測強度と計算強度の一致の程度を表すＲｗｐ、Ｓの範囲がＲｗｐ＜１０又はＳ＜２．５であることにより、スピネル型構造であると確認することができる。
【００４２】
芯材粒子Ａの一次粒子は、単結晶体ではなく、多結晶体であることが好ましい。単結晶体とは、一次粒子が一つの結晶子で構成されている粒子を意味し、多結晶体とは一次粒子内に複数の結晶子が存在している粒子であることを意味する。芯材粒子が多結晶体であるか否かは、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）により、一次粒子断面を観察することで確認することができる。多結晶体である場合は、一次粒子内に複数の方位を持つ結晶体が存在することを確認できる。
【００４３】
３−２．芯材粒子Ｂ
芯材粒子は、Ｌｉ、Ｍ元素（Ｍは、少なくともＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＡｌからなる群から選択される１種又は２種以上の元素の組み合わせを含む。）及びＯを含む層状構造を持つリチウムニッケル金属複合酸化物からなる粒子であることも好ましい（以下、この芯材粒子のことを「芯材粒子Ｂ」ともいう。）。本発明の活物質は、芯材粒子Ｂの他に、他の成分を含んでいてもよい。尤も、芯材粒子Ｂの特性を効果的に得ることができる観点から、芯材粒子Ｂが８０質量％以上、中でも９０質量％以上、その中でも９５質量％以上（１００質量％を含む）を占めることが好ましい。
【００４４】
芯材粒子Ｂは、一般式（３）：Ｌｉ１＋ｘＭ１−ｘＯ２（式中、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＡｌからなる群から選択される１種又は２種以上の元素の組み合わせであるか、若しくは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＡｌからなる群から選択される１種又は２種以上の元素の組み合わせと、周期律表の第３族元素から第１１族元素の間に存在する遷移金属元素、及び、周期律表の第１周期から第３周期までの典型金属元素からなる群のうちのいずれか１種或いは２種以上の組み合わせとを含む（これらを「構成元素Ｍ」と称する）。）で表される層状構造を持つリチウム金属複合酸化物からなる粒子であることが好ましい。
【００４５】
一般式（３）：Ｌｉ１＋ｘＭ１−ｘＯ２において、「１＋ｘ」は、０．９５以上１．０９以下、中でも０．９７以上或いは１．０７以下、その中でも０．９８以上１．０５以下であることが好ましい。
【００４６】
前記の式（３）中の「Ｍ」は、Ｍｎ、Ｃｏ及びＮｉの３元素を含んでいてもよい。例えばＭｎ、Ｃｏ及びＮｉの３元素のみから構成されていてもよいし、当該３元素に前記その他の元素の１種以上を含んでいてもよいし、その他の構成でもよい。
【００４７】
周期律表の第３族元素から第１１族元素の間に存在する遷移金属元素、及び、周期律表の第１周期から第３周期までの典型金属元素としては、例えばＡｌ、Ｐ、Ｖ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｅなどを挙げることができ、中でもＰ、Ｖ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＴａであることが好ましい。
【００４８】
前記の式（３）中の「Ｍ」が、Ｍｎ、Ｃｏ及びＮｉの３元素を含有する場合、Ｍｎ、Ｃｏ及びＮｉの含有モル比率は、Ｍｎ：Ｃｏ：Ｎｉ＝０．００以上０．４５以下：０．００以上０．４０以下：０．３０以上１．００以下であることが好ましく、Ｍｎ：Ｃｏ：Ｎｉ＝０．０１以上０．４５以下：０．０１以上０．４０以下：０．３０以上０．９５以下であることが好ましく、中でもＭｎ：Ｃｏ：Ｎｉ＝０．０５以上０．４０以下：０．０３以上０．４０以下：０．３０以上０．８５以下、その中でもＭｎ：Ｃｏ：Ｎｉ＝０．０５以上０．４０以下：０．０３以上０．４０以下：０．３０以上０．７５以下であることが更に好ましい。
【００４９】
前記の式（３）において、酸素量の原子比は、便宜上「２」と記載しているが、多少の不定比性を有してもよい。すなわち、酸素量の原子比は「２−δ」であってよく、この際「−δ」は酸素欠損を示しており、δは０以上或いは０．２以下であることが好ましく、その中でも０．１以下、その中でも０．０５以下であることが更に好ましい。
【００５０】
芯材粒子Ｂは、不可避不純物を含んでいてもよい。例えば不可避不純物の元素をそれぞれ０．１７質量％以下であれば含んでいてもよい。この程度の量であれば、芯材粒子Ｂの特性にほとんど影響しないと考えられるからである。
【００５１】
なお、芯材粒子Ｂは、例えば、空間群Ｒ−３ｍの六方晶の結晶構造モデルとフィッティングした際、観測強度と計算強度の一致の程度を表すＲｗｐ、Ｓの範囲が、Ｒｗｐ＜１０又はＳ＜２．５であることにより、それが層状構造であると確認することができる。
【００５２】
芯材粒子Ｂの一次粒子は、芯材粒子Ａと同様に、単結晶体ではなく、多結晶体であることが好ましい。単結晶体及び多結晶体の定義は、芯材粒子Ａの場合と同じである。
【００５３】
４．活物質
本発明の活物質は、次のような特徴を有することが好ましい。
【００５４】
（結晶性）
本発明の活物質の一次粒子は、単結晶体ではなく、多結晶体であることが好ましい。詳細にいえば、多結晶体である芯材粒子の表面に非晶質である非晶質化合物が存在していることが好ましい。単結晶体とは、一次粒子が一つの結晶子で構成されている粒子を意味し、多結晶体とは一次粒子内に複数の結晶子が存在している粒子であることを意味する。
【００５５】
活物質の一次粒子が単結晶体ではない、つまり多結晶体であるか否かは、平均一次粒子径に対する結晶子サイズの比率（結晶子サイズ/平均一次粒子径）が０に近い、具体的には０より大きく、１より小さい範囲内であることを確認することでも判断できる。０に近いことは、一次粒子内に結晶子が多く含まれることを意味する。尤も、この判断方法に限定するものではない。
【００５６】
本発明において「一次粒子」とは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、例えば５００倍以上５０００倍以下）で観察したときに、粒界によって囲まれた最も小さな単位の粒子を意味する。平均一次粒子径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、例えば５００倍以上５０００倍以下）で観察して、任意に３０個の一次粒子を選択し、画像解析ソフトウェアを用い、選ばれた一次粒子の粒子径を算出し、３０個の一次粒子径を平均して求めることができる。他方、本発明において「二次粒子」とは、複数の一次粒子がそれぞれの外周（粒界）の一部を共有するようにして凝集し、他の粒子と孤立した粒子を意味するものである。そして、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積基準粒度分布によるＤ５０は、これら一次粒子及び二次粒子を含めた粒子の平均径の代替値としての意味を有する。また、「結晶子」とは、単結晶とみなせる一次粒子を意味し、ＸＲＤ測定し、リートベルト解析を行うことにより求めることができる。
【００５７】
（モード径）
本発明の活物質のモード径、すなわちレーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積粒度分布測定によるモード径は０．４０μｍ以上１１.０μｍ以下であることが好ましく、中でも１．００μｍより大きい或いは１１.０μｍ未満、その中でも１．００μｍより大きい或いは１０.０μｍ未満、その中でも特に１．５０μｍより大きい或いは１０.０μｍ未満、更にその中でも２．００μｍより大きい或いは９.０μｍ未満であることが特に好ましい。モード径を前記の範囲内とすることで、二次粒子内にＬｉが拡散するときの抵抗を小さくすることができ、その結果、放電末期特性を向上させられる。
【００５８】
（Ｄ５０）
本発明の活物質のＤ５０、すなわちレーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積粒度分布測定によるＤ５０は、例えば０．５μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることが好ましく、２．０μｍ以上であることが好ましく、２．５μｍ以上であることが好ましい。一方、前記Ｄ５０は、例えば１５.０μｍ以下であることが好ましく、中でも１０.０μｍ以下であることが好ましく、特に８．０μｍ以下であることが好ましい。Ｄ５０を前記の範囲とすることで、二次粒子内にＬｉが拡散するときの抵抗を小さくすることができ、その結果、放電末期特性を向上させることができる。
【００５９】
（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）
本発明の活物質は、モード径に対する、モード径とＤ５０との差の絶対値の百分率（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）の値が０％≦（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）≦２５％を満たすことが好ましい。中でも（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）は、（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）≦２０％を満たすことが好ましく、特に（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）≦１７％を満たすことが好ましく、更に（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）≦１６％を満たすことが好ましく、中でもまた（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）≦１５％以下を満たすことが好ましい。一方、（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）は、０％＜（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）を満たすことが好ましく、中でも１％≦（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）を満たすことが好ましく、特に２％≦（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）を満たすことが好ましく、更にまた２．５％≦（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）を満たすことが好ましい。（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００の値が前記の範囲であるということは、粒度分布が単峰型、すなわち複数のピークを持たない分布であり、しかも、正規分布であるかそれに近い分布であることを意味する。
【００６０】
（Ｄ１０）
本発明の活物質のＤ１０、すなわちレーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積粒度分布測定によるＤ１０は、例えば０．２μｍ以上８．０μｍ以下であることが好ましい。活物質のＤ１０は、中でも１．０μｍ以上であることが好ましく、特に２．０μｍ以上であることが好ましい。一方、活物質のＤ１０は、中でも６．０μｍ以下であることが好ましく、特に、５．０μｍ以下であることが好ましい。Ｄ１０を前記の範囲に調整することにより、副反応を抑制することができる。
【００６１】
（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）
本発明の活物質は、モード径に対する、モード径とＤ１０との差の絶対値の百分率（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）の値が０％＜（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）≦５８．０％であることが好ましい。中でも（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）は、（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）≦５５．０％を満たすことが好ましく、特に（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）≦４５．０％を満たすことが好ましく、更に（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）≦４０．０％を満たすことが好ましい。一方、（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）は、１％≦（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）を満たすことが好ましく、特に２％≦（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）を満たすことが好ましく、更にまた２．５％≦（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）を満たすことが好ましい。（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）の値が前記の範囲であるということは、活物質のモード径からＤ１０までの分布の幅が狭いことを意味する。
【００６２】
また、モード径に対する、モード径とＤ５０との差の絶対値の百分率（（｜モード径−Ｄ５０｜／モード径）×１００）を前記の範囲に調整すること、又は、モード径に対する、モード径とＤ１０との差の絶対値の百分率（（｜モード径−Ｄ１０｜／モード径）×１００）の値を前記の範囲にすることにより、粒度分布が正規分布に近く、シャープな分布となる。つまり、一次粒子及び二次粒子の大きさを均一化することができる。このことは、粒度分布全体における微粉領域の割合を小さくすることができることを意味している。微粉はサイクル特性に悪影響を及ぼすため、微粉の占める割合を小さくすることで、サイクル特性を改善できる。
【００６３】
しかも本発明においては、シャープな粒度分布を有する活物質の粒子が、上述したＬｉＡＯ化合物を含む被覆層を有していることで、充電特性が改善されるという有利な効果が奏される。特に、後述する活物質の製造方法を採用する場合、上述したＬｉＡＯ化合物を含む被覆層の構造を導入する際に芯材粒子への吸着現象を利用するので、粒子径が揃ったシャープな粒度分布を有する芯材粒子を用いると、各粒子での被覆率や被覆厚みの平準化が首尾よく行われ、粒子の被覆状態が粒子毎で揃った、シャープな粒度分布を有する活物質の粒子が得られる。そのことに起因して、充電時にリチウムイオンの移動が粒子毎に平準化され、充電特性が向上する。
【００６４】
（Ｄｍｉｎ）
本発明の活物質のＤｍｉｎ、すなわちレーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積粒度分布測定によるＤｍｉｎは、例えば０．１μｍ以上であることが好ましく、中でも０．１５μｍより大きいことが好ましく、特に２．０μｍより大きいことが好ましく、更にその中でも０．６μｍより大きいことが好ましい。一方、Ｄｍｉｎは、例えば６．０μｍ以下であることが好ましく、中でも５．０μｍ未満であることが好ましく、特に４．０μｍ未満であることが好ましく、更にその中でも３．０μｍ未満であることが好ましく、更にその中でも２．０μｍ以下であることが好ましく、更には１．８μｍ未満であることが好ましい。Ｄｍｉｎが前記の範囲であることにより、副反応を抑制でき、またサイクル特性を向上させることができる。
【００６５】
本発明の活物質の二次粒子の粒度分布を前記のように調整するには、例えば焼成して粉砕するとともに該粉砕後に熱処理をすればよい。ただし、かかる方法に限定するものではない。
【００６６】
（平均一次粒子径）
本発明の活物質の平均一次粒子径、すなわちＳＥＭ画像より算出した平均一次粒子径は、例えば０．１０μｍ以上であることが好ましく、中でも０．２５μｍより大きいことが好ましく、特に０．４０μｍより大きいことが好ましく、更に０．５０μｍより大きいことが好ましい。一方、前記平均一次粒子径は、例えば、５．００μｍ以下であることが好ましく、中でも４．００μｍ以下であることが好ましく、特に３．００μｍ以下であることが好ましい。平均一次粒子径が前記の範囲内であることにより、レート特性の向上を達成できる。
【００６７】
（平均一次粒子径／Ｄ５０）
本発明の活物質は、Ｄ５０に対する平均一次粒子径の比率（平均一次粒子径／Ｄ５０）が０．０１以上０．９９以下であることが好ましい。中でも、上記比率は、０．１以上であることが好ましく、特に、０．２以上であることが好ましく、その中でも０．３以上であることが好ましく、更に０．４以上であることが好ましい。一方、上記比率は、０．９以下であることが好ましく、中でも０．８５以下であることが好ましく、特に０．７以下であることが好ましい。平均一次粒子径／Ｄ５０を前記の範囲にすることにより、一次粒子の分散性を高めることができる。そのため、二次粒子が粒度分布の半分以上を占める場合に比べて、一次粒子１つ１つが充分に固体電解質と接触することができる。これにより、Ｌｉと粒子との反応面積が増加するとともに、二次粒子内の一次粒子どうしの界面における抵抗を減少させることができ、放電末期特性改善に繋がる。
【００６８】
本発明の活物質の平均一次粒子径を前記のように調整するには、焼成温度を調整したり、ホウ素化合物やフッ素化合物のように、焼成時の反応性を高める物質を添加して焼成したりして活物質を製造することが好ましい。尤も、この方法に限定するものではない。
【００６９】
（結晶子サイズ）
本発明の活物質は、結晶子サイズが例えば８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下であることが好ましい。中でも、結晶子サイズは、１００ｎｍ以上であることが好ましく、特に１１０ｎｍ以上であることが好ましく、更に１２０ｎｍ以上であることが好ましく、その中でも１３０ｎｍ以上であることが好ましい。一方、結晶子サイズは、３５０ｎｍ以下であることが好ましく、２４０ｎｍ以下であることが好ましい。結晶子サイズを前記の範囲に規定することにより、結晶子内のイオン導電性を高めることができ、抵抗を低減することができる。また、抵抗低減により、サイクル時の分極を抑えることができ、高温時における充放電の繰り返しに伴って徐々に放電容量が低下するのを抑制することができる。
【００７０】
（結晶子サイズ／平均一次粒子径）
本発明の活物質は、結晶子サイズに対する平均一次粒子径の比率（結晶子サイズ/平均一次粒子径）が例えば０．０１以上０．５０以下であることが好ましい。中でも、上記比率は、０．０２以上であることが好ましく、特に０．０３以上であることが好ましく、更に０．０４以上であることが好ましく、その中でも０．０５以上であることが好ましい。一方、上記比率は、０．４１以下であることが好ましく、中でも０．３２以下であることが好ましく、特に０．２６以下であることが好ましい。上述のように、本発明の活物質は好適には多結晶体であるから、結晶子サイズ／平均一次粒子径は１未満の値となり、更に前記の範囲であれば粉体中の一次粒子の分散性が良好となり、一次粒子と固体電解質との接触面積が増加するとともに、二次粒子内の一次粒子どうしの界面における抵抗を減少させることができ、放電末期特性改善に繋げることができる。結晶子サイズを前記の範囲に調整するには、焼成温度、焼成時間、反応性を高める助剤、焼成雰囲気、原料種などを調節することが好ましい。尤も、これらの方法に限定するものではない。
【００７１】
（歪み）
本発明の活物質は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）により測定されるＸ線回折パターンにおいて、リートベルト解析から得られる歪みの数値が、例えば０．００以上０．３５以下であることが好ましい。この程度に歪みが少なければ、リチウムニッケル金属複合酸化物の骨格が充分に強固であるから、リチウム二次電池の活物質として使用した場合に、放電末期特性及びサイクル特性を更に高めることができる。かかる観点から、本発明の活物質の歪みは、中でも０．３５未満、その中でも０．３２未満、その中でも０．３０未満、その中でも更に０．２８未満、その中でも０．２５未満、その中でも更に０．２０未満、更にその中でも０．１５未満であることがより一層好ましい。本発明の活物質の歪みを前記の範囲にするには、好ましい条件で熱処理すればよい。尤も、これらの方法に限定するものではない。
【００７２】
（比表面積）
本発明の活物質はその比表面積が、副反応を抑える観点から、例えば０．１ｍ２／ｇ以上１２．０ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、中でも０．２ｍ２／ｇより大きい或いは１０．０ｍ２／ｇ未満であることが更に好ましく、その中でも８．０ｍ２／ｇ未満、その中でも更に７．０ｍ２／ｇ未満、その中でも特に５．０ｍ２／ｇ未満であることがより一層好ましい。場合によっては、本発明の活物質の比表面積は、例えば０．４ｍ２／ｇ以上或いは１２．０ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、中でも０．５ｍ２／ｇ以上或いは１０．０ｍ２／ｇ以下であることが更に好ましく、その中でも８.０ｍ２／ｇ以下、その中でも更に５．０ｍ２／ｇ以下であることがより一層好ましい。
【００７３】
比表面積は次のように測定する。先ず、サンプル２．０ｇを全自動比表面積測定装置Ｍａｃｓｏｒｂ（株式会社マウンテック製）用のガラスセル（標準セル）に秤量し、オートサンプラーにセットする。窒素ガスでガラスセル内を置換した後、前記窒素ガス雰囲気中で２００℃１５分間、熱処理する。その後、窒素・ヘリウム混合ガスを流しながら、４分間冷却する。冷却後、サンプル（粉体）をＢＥＴ一点法にて測定する。冷却時及び測定時の吸着ガスは、窒素３０ｖｏｌ％：ヘリウム７０ｖｏｌ％の混合ガスを用いる。
【００７４】
（表面組成）
本発明の活物質が、芯材粒子の表面が非晶質化合物で被覆されてなる構成を備えている場合には、活物質の表面におけるＬｉとＡ元素との比率を所定範囲に制御することにより、リチウムイオン伝導性向上と抵抗抑制を両立させることができ、放電末期特性を改善するとともに、レート特性、サイクル特性を有効に改善することができる。詳細には、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）によって得られる、活物質（粒子）の表面におけるＡ元素含有量に対するＬｉ含有量のｍｏｌ比率（Ｌｉ／Ａ）は１．０以上３３．３以下であることが好ましい。中でも１．１以上３３.３以下、更に１．１以上２５以下、更に１．１以上２０以下、更に１．１以上１５以下、更に１．１以上１２以下が好ましい。前記ｍｏｌ比率（Ｌｉ／Ａ）は炭酸リチウム起因のＬｉも含めた値である。
【００７５】
本発明の活物質の表面におけるＬｉとＡ元素との比率を前記の範囲に制御するためには、前述したように、活物質の表面に生成する炭酸リチウム起因のＬｉ分を考慮した上で、前記ｍｏｌ比率（Ｌｉ／Ａ）が前記範囲になるように、Ａ元素原料配合量及びリチウム原料配合量を調整することが好ましい。
【００７６】
（炭酸イオン量：ＣＯ３２−量）
本発明の活物質の表面に存在する炭酸塩（炭酸リチウムや炭酸ナトリウムなど）の量が多いと抵抗となってリチウムイオン伝導性を低下させる可能性がある。そのため、炭酸塩由来と考えられる炭酸イオン量すなわちＣＯ３２−量は、本発明の活物質に対して４.０質量％未満であることが好ましく、中でも３.０質量％未満、その中でも２．５質量％未満、更にその中でも２．０質量％未満、とりわけその中でも１．０質量％未満であることが更に好ましい。活物質の表面に存在する炭酸リチウム量を低下させるためには、例えば、酸素雰囲気下などの二酸化炭素を含まない雰囲気で焼成し、更に好ましくは、超音波を照射しながら加水分解することが好ましい。
【００７７】
＜活物質の製造方法＞
本発明の活物質は、例えば、Ｌｉ、Ｍ元素（ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＡｌからなる群から選択される１種又は２種以上の元素の組み合わせである。）及びＯを含む層状構造を持つリチウム金属複合酸化物からなる芯材粒子粉末を調整する一方、リチウム原料、Ａ元素原料を溶媒に溶解させた混合溶液に芯材粒子を加えた後、所定条件の下で乾燥、焼成することにより製造できる。或いは、リチウム原料、Ａ元素原料を溶媒に溶解させた混合溶液に芯材粒子を加えた後、所定条件の下で乾燥、焼成することにより、芯材粒子に表面被覆処理を施して製造することができる。尤も、これらの製造方法は好ましい一例であって、このような製造方法に限定するものではない。例えば、転動流動コーティング法（ゾルゲル法）、メカノフュージョン法、ＣＶＤ法及びＰＶＤ法等でも、条件を調整することにより製造することは可能である。
【００７８】
＜芯材粒子の製造方法＞
芯材粒子の製造方法の一例として、原料混合工程、湿式粉砕工程、造粒工程、焼成工程、熱処理工程、洗浄・乾燥工程及び粉砕工程を備えた製造方法を挙げることができる。尤も、かかる製造方法は好ましい一例であって、このような製造方法に限定するものではない。
【００７９】
＜表面被覆処理＞
前記のように作製した芯材粒子の表面を、ＬｉＡＯ化合物で被覆させるためには、例えば、リチウム原料、Ａ元素原料を溶媒に溶解させた混合溶液に芯材粒子粉末を加えて、所定条件下で乾燥、焼成すればよい。例えば、水溶性Ａ元素塩及びリチウム原料を水に溶解して表面処理液を調製し、この表面処理液中に芯材粒子を投入し、混練してスラリー状とし、これを乾燥することによって好適に製造できる。ただし、活物質の製造方法をこのような方法に限定するものではない。例えば、転動流動コーティング法（ゾルゲル法）、メカノフュージョン法、ＣＶＤ法及びＰＶＤ法等でも、条件を調整することにより製造することは可能である。
【００８０】
より具体的には、Ｌｉ量とＡ元素量との比率を所定範囲に調整したリチウム原料及びＡ元素原料を溶媒に撹拌溶解した後、これに芯材粒子粉末を投入することが好ましい。なお、本発明の活物質製造方法では、溶媒中に芯材粒子粉末を投入することにより、芯材粒子の表面に存在する残存不純物を溶媒中に溶解させてから表面処理することができるため好ましい。この方法により、本発明の活物質のｐＨを低減させることができ、放電末期特性及びサイクル特性の向上させることができる。例えば、特開２０１６−１７０９７３号公報に記載されているように、単にコアとなる活物質粒子に錯体溶液を噴霧する方法では、前記のような効果が得られない可能性がある。ただし、ｐＨを低減する方法をこの方法に限定するものではない。
【００８１】
＜活物質の用途＞
本発明の活物質は、通常、正極活物質として用いることができる。また、本発明の活物質は、固体電池に用いられるものである。特に本発明の活物質は、固体電解質として固体電解質を含む固体電池に用いられることが有利である。固体電池において、本発明の活物質と、固体電解質との接触部分が存在することにより、本発明の効果を享受することができる。ここで「活物質と、固体電解質との接触部分が存在する」とは、（ア）正極合剤等の電極合剤中に固体電解質を含有させること（この場合、固体電解質層は硫化物でも非硫化物でも可。）、（イ）正極合剤等の電極合剤中に固体電解質を含有させず、固体電解質層に固体電解質を含有させること、及び（ウ）正極合剤等の電極合剤中に固体電解質を含有させ、且つ固体電解質層に固体電解質を含有させることのいずれかを意味する。
【００８２】
Ｂ．電極合剤
正極合剤等の本発明の電極合剤は、活物質と、固体電解質とを含む。なお、電極合剤に含まれる活物質については、前記「Ａ．活物質」の項に記載した内容と同様とすることができるため、ここでの記載は省略する。
【００８３】
本発明で用いる固体電解質は、一般的な固体電池に用いられる固体電解質と同様とすることができる。例えば、硫化物固体電解質、酸化物固体電解質、窒化物固体電解質、ハロゲン化物固体電解質等が挙げられるが、中でも硫黄（Ｓ）元素を含有する硫化物固体電解質であることが好ましい。本発明における硫化物固体電解質は、例えば、リチウム（Ｌｉ）元素及び硫黄（Ｓ）元素を含みリチウムイオン伝導性を有するものであってもよく、或いは、リチウム（Ｌｉ）元素、リン（Ｐ）元素及び硫黄（Ｓ）元素を含みリチウムイオン伝導性を有するものであってもよい。硫化物固体電解質は、結晶性材料、ガラスセラミックス、ガラスのいずれであってもよい。硫化物固体電解質は、アルジロダイト型構造の結晶相を有していてもよい。このような硫化物固体電解質としては、例えば、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−ＬｉＸ（「Ｘ」は１種以上のハロゲン元素を示す。）、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５−Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｌｉ３ＰＯ４−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ３ＰＳ４、Ｌｉ４Ｐ２Ｓ６、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２、Ｌｉ３．２５Ｇｅ０．２５Ｐ０．７５Ｓ４、Ｌｉ７Ｐ３Ｓ１１、Ｌｉ３．２５Ｐ０．９５Ｓ４、Ｌｉ７−ｘＰＳ６−ｘＸｘ（アルジロダイト型構造の結晶相を有する固体電解質、「Ｘ」は１種以上のハロゲン元素を示し、０．２＜ｘ＜２．０又は０．２＜ｘ＜１．８である。）などが挙げられる。
【００８４】
本発明の電極合剤に含まれる活物質は、本発明の活物質のみであってもよく、その他の活物質と組み合わせて使用することもできる。その他の活物質としては、前記の公知のリチウム遷移金属複合酸化物からなる粒子が挙げられ、当該粒子は被覆層を有していてもよく、或いは有していなくてもよい。組み合わせて使用する場合は、活物質全体に対して本発明の活物質を５０モル％以上、更に好ましくは７０％以上含有していることが好ましい。
【００８５】
本発明の電極合剤における硫化物固体電解質の割合は、典型的には５質量％以上５０質量％以下である。また、電極合剤は、必要に応じて導電助剤やバインダー等の他の材料を含んでもよい。また、電極合剤と溶剤とを混合してペーストを作製し、アルミニウム箔等の集電体上に塗布、乾燥させることによって正極層等の電極層を作製できる。
【００８６】
Ｃ．固体電池
本発明の固体電池は、正極層、負極層、及び固体電解質層を備え、前記正極層が、上述した正極合剤を含む。
【００８７】
本発明の固体電池は、例えば、前記のようにして作製した正極層、固体電解質層、及び負極層を３層重ねて加圧成型することによって作製できる。「固体電池」とは、液状物質又はゲル状物質を電解質として一切含まない固体電池の他、例えば５０質量％以下、３０質量％以下、１０質量％以下の液状物質又はゲル状物質を電解質として含む態様も包含する。
【００８８】
前記負極層に用いる負極活物質は、一般的な固体電池に用いられる負極活物質と同様とすることができる。具体的な負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出する材料、例えば炭素材料、シリコン及びＳｉ−Ｏなどの酸化ケイ素系化合物、スズ系化合物、チタン酸リチウム等の公知の材料を用いることができる。前記炭素材料としては、例えばポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂、セルロースなどの有機高分子化合物を焼結したもの、人造黒鉛や天然黒鉛を挙げることができる。前記負極層は、このような負極活物質を用いる以外は正極層の作製と同様にして作製できる。
【実施例】
【００８９】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。
【００９０】
〔実施例１〕
平均粒径（Ｄ５０）７μｍの炭酸リチウムと、平均粒径（Ｄ５０）２３μｍで比表面積が４０ｍ２／ｇの電解二酸化マンガンと、平均粒径（Ｄ５０）２２μｍの水酸化ニッケルと、平均粒径（Ｄ５０）２μｍの酸化チタンをそれぞれ秤量した。
イオン交換水中へ、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム塩水溶液（サンノプコ（株）製  ＳＮディスパーサント５４６８）を添加した。この際、分散剤の添加量は、前述のＬｉ原料、Ｎｉ原料、Ｍｎ原料及びＴｉ原料の合計に対して、６質量％になるようにし、イオン交換水中へ充分に溶解混合させた。そして、秤量しておいたＮｉ、Ｍｎ原料を、あらかじめ分散剤を溶解させた前記イオン交換水中へ加えて、混合撹拌して、続いて、湿式粉砕機で１３００ｒｐｍ、１２０分間粉砕して平均粒径（Ｄ５０）を０．６０μｍ以下の粉砕スラリーを得た。次いで、残りの原料を前記スラリー中に加えて、撹拌し、続いて１３００ｒｐｍ、１２０分間粉砕して平均粒径（Ｄ５０）を０．６０μｍ以下の粉砕スラリーを得た。この際の固形分濃度は４０質量％とした。
得られた粉砕スラリーを熱噴霧乾燥機（スプレードライヤー、大川原化工機（株）製「ＲＬ−１０」）を用いて造粒乾燥させた。この際、噴霧にはツインジェットノズルを用い、噴霧圧を０．４６ＭＰａ、スラリー供給量３４０ｍＬ／ｍｉｎ、乾燥塔の出口温度１００℃以上１１０℃以下となるように温度を調節して造粒乾燥を行った。
【００９１】
得られた造粒粉を、静置式電気炉を用いて、大気雰囲気において、９００℃を３７時間保持するように焼成した後、解砕機（オリエント堅型粉砕機、オリエント粉砕機株式会社製）で解砕した。
前記解砕後、静置式電気炉を用いて、大気雰囲気において、７５０℃を３７時間保持するように熱処理（第１熱処理）し、解砕機（オリエント堅型粉砕機、オリエント粉砕機株式会社製）で解砕した。
前記解砕後、ｐＨ６以上７以下、温度２５℃のイオン交換水２０００ｍＬを入れたプラスチックビーカー（容量５０００ｍＬ）の中に投入し、攪拌機（プロペラ面積３３ｃｍ２）を用いて４００ｒｐｍ以上５５０ｒｐｍ以下の回転で２０分間撹拌した。撹拌後、撹拌を停止して攪拌機を水中から取り出し、１０分間静置した。そして、デカンテーションにより上澄み液を除去し、残りについて吸引ろ過器（ろ紙Ｎｏ．１３１）を使用して沈降物を回収し、回収した沈降物を１２０℃環境下で１２時間乾燥させた。その後、品温が５００℃となるように加熱した状態で７時間乾燥させた。
【００９２】
そして、乾燥後、カウンタージェットミル（粉砕分級装置、ホソカワミクロン株式会社製）で解砕した（解砕条件：分級機回転数１１０００ｒｐｍ）。その後、目開き５３μｍの篩で分級した。
【００９３】
その後、管状型静置炉にて酸素供給量０．５Ｌ／ｍｉｎにて流入させながら、炉設定温度を７２５℃として、５時間保持するように熱処理（第２熱処理）を実施した。
第２熱処理後の粉体を目開き５３μｍの篩で分級し、篩下を回収してリチウムマンガン含有複合酸化物を得た。このリチウムマンガン含有複合酸化物は、後述するように、ＸＲＤ測定で、スピネル型リチウムマンガン含有複合酸化物であることを同定した。以後の実施例及び比較例についても同様である。
【００９４】
このスピネル型リチウムマンガン含有複合酸化物、すなわち芯材粒子の化学分析を実施したところ、化学分析の結果、Ｌｉ：４．２質量％、Ｍｎ：４１．６質量％、Ｎｉ：１３．５質量％、Ｔｉ：５．１質量％であった。一次粒子の断面ＳＥＭ写真から芯材粒子が多結晶体であることを確認した。
なお、前記焼成時及び熱処理時の温度は、炉内の処理物に熱電対を接触させて測定した処理物の品温である。後述する実施例・比較例でも同じである。
【００９５】
正極活物質の製造  
前記Ａ元素としてＮｂを用いた。Ｎｂ量に対するＬｉ量のｍｏｌ比率（Ｌｉ／Ｎｂ）が３．０となるように、リチウムエトキシド及びペンタエトキシニオブの量を調整し、これらをエタノールに加えて溶解させて被覆用ゾルゲル溶液（リチウム量１８ｍｍｏｌ、ニオブ量６ｍｍｏｌ）を調製した。この被覆用ゾルゲル溶液に前記リチウム金属複合酸化物粉体１０ｇを投入した。更に、フッ素入りの水を滴下した後、ロータリーエバポレーターを用いて、６０℃×３０分間加熱して超音波を照射しながら加水分解させた。その後、６０℃を維持しながら３０分かけて減圧して溶媒を除去した後、そのまま常温で２４時間放置して乾燥させた。次に、日陶科学社製の卓上小型電気炉であるＮＨＫ−１７０を用いて大気雰囲気で３５０℃を２時間維持するように焼成し、正極活物質を得た。このサンプルはＸＡＦＳの測定によって得られる動径分布関数において図１に示すとおり０．１１５ｎｍ以上０．１４４ｎｍ以下の範囲に１本ピークを有し、０．２８０ｎｍ超０．３１０ｎｍ以下の範囲にも１本ピークを有した。
【００９６】
〔実施例２〕
実施例１において、静置式電気炉を用いて、大気雰囲気において、７５０℃を３８時間保持するように熱処理（第１熱処理）し、被覆用ゾルゲル溶液を（リチウム量２４ｍｍｏｌ、ニオブ量６ｍｍｏｌ）とした以外は実施例１と同様にして正極活物質を得た。このサンプルはＸＡＦＳの測定によって得られる動径分布関数において０．１１５ｎｍ以上０．１４４ｎｍ以下の範囲に１本ピークを有し、０．２８０ｎｍ以上０．３１０ｎｍ以下の範囲にも１本ピークを有した。
【００９７】
〔比較例１〕
平均粒径（Ｄ５０）７μｍの炭酸リチウムと、平均粒径（Ｄ５０）２３μｍで比表面積が４０ｍ2／ｇの電解二酸化マンガンと、平均粒径（Ｄ５０）２２μｍの水酸化ニッケルとそれぞれ秤量した。
イオン交換水中へ、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム塩水溶液（サンノプコ（株）製  ＳＮディスパーサント５４６８）を添加した。この際、分散剤の添加量は、前述のＬｉ原料、Ｎｉ原料及びＭｎ原料の合計に対して、６質量％になるようにし、イオン交換水中へ充分に溶解混合させた。秤量しておいた原料を、あらかじめ分散剤を溶解させた前記イオン交換水中へ加えて、混合撹拌して、固形分濃度４０質量％のスラリーを調整した。
湿式粉砕機で１３００ｒｐｍ、１２０分間粉砕して平均粒径（Ｄ５０）を０．６０μｍ以下とした。
得られた粉砕スラリーを熱噴霧乾燥機（スプレードライヤー、大川原化工機（株）製「ＲＬ−１０」）を用いて造粒乾燥させた。この際、噴霧にはツインジェットノズルを用い、噴霧圧を０．１９ＭＰａ、スラリー供給量３５０ｍＬ／ｍｉｎ、乾燥塔の出口温度１００℃以上１１０℃以下となるように温度を調節して造粒乾燥を行った。
【００９８】
得られた造粒粉を、静置式電気炉を用いて、酸素分圧０．０２１ＭＰａの雰囲気において、９５０℃を３７時間保持するように焼成した後、酸素分圧０．０２１ＭＰａの雰囲気において７５０℃を３７時間保持するように熱処理した。
熱処理して得られた焼成粉を目開き５３μｍの篩で分級し、篩下粉を回収してスピネル型リチウムマンガン含有複合酸化物粉末すなわち正極活物質（サンプル）を得た。
【００９９】
スピネル型リチウムマンガン含有複合酸化物粉末を準備した。得られたスピネル型リチウムマンガン含有複合酸化物粉末の化学分析を実施したところ、Ｌｉ：３．９質量％、Ｎｉ：１６．０質量％、Ｍｎ：４３．０質量％であった。このサンプルはＸＡＦＳの測定によって得られる動径分布関数において０．１４５ｎｍ以上０．１８５ｎｍ以下の範囲、及び０．２８０ｎｍ以上０．３１０ｎｍ以下の範囲にピークを有さなかった。
【０１００】
＜各種物性値の測定方法＞
実施例及び比較例で得られた正極活物質の各種物性値を次のように測定した。
【０１０１】
（化学分析）
実施例及び比較例で得られた正極活物質について、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析により、各元素の含有量を測定した。
【０１０２】
（モード径、Ｄ５０、Ｄ１０）
実施例及び比較例で得られた正極活物質について、レーザー回折粒子径分布測定装置用自動試料供給機（マイクロトラック・ベル株式会社製「Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ  ＳＤＣ」）を用い、サンプル（粉体）を水溶性溶媒に投入し、４０％の流速中、４０Ｗの超音波を３６０秒間複数回照射した後、マイクロトラック・ベル株式会社製レーザー回折粒度分布測定機「ＭＴ３０００II」を用いて粒度分布を測定し、得られた体積基準粒度分布のチャートからモード径、Ｄ５０及びＤ１０を測定した。
超音波の照射回数は、超音波照射前後におけるＤ５０の変化率が８％以下となるまでの回数とした。
なお、測定の際の水溶性溶媒は６０μｍのフィルターを通し、「溶媒屈折率」を１．３３、粒子透過性条件を「透過」、粒子屈折率２．４６、「形状」を「非球形」とし、測定レンジを０．１３３μｍ以上７０４．０μｍ以下、測定時間を３０秒とした。
【０１０３】
（平均一次粒子径）
実施例及び比較例で得られた正極活物質の平均一次粒子径を、次のように測定した。
ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて、サンプル（粉体）を１０００倍で観察し、Ｄ５０に相当する大きさの粒子を選択した。次に、Ｄ５０に応じて、２０００倍以上１００００倍以下に倍率を変更して撮影した。撮影倍率を例示すると、Ｄ５０が７μｍ程度の場合は１００００倍、１５μｍ程度の場合は５０００倍、２２μｍ程度の場合は２０００倍にすると、後述する画像解析ソフトウェアでの平均一次粒子径を求めるのに適した画像を撮影できる。
【０１０４】
撮影した画像を画像解析ソフトウェア（株式会社マウンテック社製ＭＡＣ−ＶＩＥＷ ｖｅｒ．４）を用いて、選択した粒子の平均一次粒子径を求めた。なお、この平均一次粒子径は、体積分布での累積５０％粒径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径：円相当径）のことである。
また、平均一次粒子径を算出するためには、一次粒子を３０個以上測定し、その平均値を算出するのが好ましい。測定個数が足りない場合は、Ｄ５０に相当する大きさの粒子を追加選択して撮影し、合計して一次粒子が３０個以上になるように測定を行った。
【０１０５】
（結晶構造の同定）
実施例及び比較例で得られた芯材粒子について、ＸＲＤ装置を使用して結晶構造を、次のように同定した。
ＸＲＤ測定は、装置名「ＵｌｔｉｍａＩＶ、（株）リガク製」を用い、下記測定条件１で測定を行って、ＸＲＤパターンを得た。統合粉末Ｘ線解析ソフトウェアＰＤＸＬ（（株）リガク製）を用いて、得られたＸＲＤパターンについて結晶相情報を決定した。
【０１０６】
結晶相情報としては、空間群Ｆｄ−３ｍ（Ｏｒｉｇｉｎ  Ｃｈｏｉｃｅ２）の立方晶に帰属され、８ａサイトにＬｉ、１６ｄサイトにＭｎ、金属元素Ｍ１、金属元素Ｍ２、そして過剰なＬｉ分ａ、３２ｅサイトにＯが占有されていると仮定し、各サイトの席占有率及び原子変位パラメータＢを１とし、観測強度と計算強度の一致の程度を表すＲｗｐ、Ｓが収束するまで繰り返し計算を行った。
観測強度と計算強度が充分に一致しているということは、得られたサンプルが空間群に限定されず、スピネル型の結晶構造である信頼性が高いことを意味している。
【０１０７】
＝ＸＲＤ測定条件１＝
線源：ＣｕＫα（線焦点）、波長：１．５４１８３６Å
操作軸：２θ／θ、測定方法：連続、計数単位：ｃｐｓ
開始角度：１５．０°、終了角度：１２０．０°、積算回数：１回
サンプリング幅：０．０１°、スキャンスピード：１．０°/ｍｉｎ
電圧：４０ｋＶ、電流：４０ｍＡ
発散スリット：０．２ｍｍ、発散縦制限スリット：１０ｍｍ
散乱スリット：開放、受光スリット：開放
オフセット角度：０°
ゴニオメーター半径：２８５ｍｍ、光学系：集中法
アタッチメント：ＡＳＣ−４８
スリット：Ｄ／ｔｅＸ  Ｕｌｔｒａ用スリット
検出器：Ｄ／ｔｅＸ  Ｕｌｔｒａ
インシデントモノクロ：ＣＢＯ
Ｎｉ−Ｋβフィルター：無
回転速度：５０ｒｐｍ
【０１０８】
（結晶子サイズ）
結晶子サイズを求めるためのＸ線回折パターンの測定は、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折装置（ブルカー・エイエックスエス株式会社製Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥ）を使用し、下記測定条件２で測定を行った。
回折角２θ＝１０°以上１２０°以下の範囲より得られたＸ線回折パターンのピークについて解析ソフトウェア（製品名「Ｔｏｐａｓ  Ｖｅｒｓｉｏｎ３」）を用いて解析することにより、サンプルの結晶子サイズ及び歪みを求めた。
【０１０９】
結晶構造は、空間群Ｆｄ−３ｍ（Ｏｒｉｇｉｎ  Ｃｈｏｉｃｅ２）の立方晶に帰属され、その８ａサイトにＬｉが存在し、１６ｄサイトにＭｎ、金属元素Ｍ１、金属元素Ｍ２、過剰なＬｉ分ａが存在し、３２eサイトをＯが占有していると仮定し、パラメータＢｅｑ.を1と固定し、３２ｅサイトのＯの分率座標と席占有率を変数として、観測強度と計算強度の一致の程度を表す指標Ｒｗｐ＜１０．０、ＧＯＦ＜２．８を目安に収束するまで繰り返し計算を行った。
なお、結晶子サイズはガウス関数を用いて解析を行い算出した。
【０１１０】
＝ＸＲＤ測定条件２＝
線源：ＣｕＫα、操作軸：２θ／θ、測定方法：連続、計数単位：ｃｐｓ
開始角度：１０°、終了角度：１２０°
Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＳＤ
Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  Ｔｙｐｅ：ＶＡＮＴＥＣ−１
Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ：５５８５Ｖ
Ｄｉｓｃｒ．  Ｌｏｗｅｒ  Ｌｅｖｅｌ：０．２５Ｖ
Ｄｉｓｃｒ．  Ｗｉｎｄｏｗ  Ｗｉｄｔｈ：０．１５Ｖ
Ｇｒｉｄ  Ｌｏｗｅｒ  Ｌｅｖｅｌ：０．０７５Ｖ
Ｇｒｉｄ  Ｗｉｎｄｏｗ  Ｗｉｄｔｈ：０．５２４Ｖ
Ｆｌｏｏｄ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：Ｄｉｓａｂｌｅｄ
Ｐｒｉｍａｒｙ  ｒａｄｉｕｓ：２５０ｍｍ
Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｒａｄｉｕｓ：２５０ｍｍ
Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  Ｓｌｉｔ  Ｗｉｄｔｈ：０．１４３６６２６ｍｍ
Ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  Ｓｌｉｔ：０．３°
Ｆｉｌａｍｅｎｔ  Ｌｅｎｇｔｈ：１２ｍｍ
Ｓａｍｐｌｅ  Ｌｅｎｇｔｈ：２５ｍｍ
Ｒｅｃｉｅｖｉｎｇ  Ｓｌｉｔ  Ｌｅｎｇｔｈ：１２ｍｍ
Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｓｏｌｌｅｒｓ：２．６２３°
Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｓｏｌｌｅｒｓ：２．６２３°
Ｌｏｒｅｎｔｚｉａｎ，１／Ｃｏｓ：０．００４９３３５４８Ｔｈ
電圧：４０ｋＶ、電流：３５ｍＡ
【０１１１】
＜固体型リチウム二次電池の作製と評価＞
実施例及び比較例で作製した正極活物質と固体電解質とを用いて正極合剤を作製し、固体型リチウム二次電池（固体Ｇｒ／正極活物質セル）を作製して、電池特性評価を行った。
【０１１２】
（材料）
正極活物質として実施例及び比較例で作製したものを用い、負極活物質としてグラファイト（Ｇｒ）粉末を用い、固体電解質粉末としてアルジロダイト型構造を持つ硫化物固体電解質を用いた。
正極合剤粉末は、実施例及び比較例で作製した正極活物質、固体電解質粉末及び導電材（カーボン系材料）粉末を６０：３０：１０の割合で乳鉢混合することで調整した。
負極合剤粉末は、グラファイト（Ｇｒ）粉末と固体電解質粉末を５０：５０の割合で乳鉢混合することで調整した。
【０１１３】
（固体型リチウム二次電池の作製）
正極合剤粉末（サンプル）１３ｍｇを密閉型セルの絶縁筒内（φ９ｍｍ）に充填して、３６８ＭＰａで一軸成型することで正極合剤粉末ペレットを作製した。得られた正極合剤粉末ペレットを密閉型セルの絶縁筒内（φ１０．５ｍｍ）に移し、正極合剤粉末ペレット上に固体電解質粉末５０ｍｇを充填した。
次に、正極合剤粉末ペレットとともに、固体電解質粉末を１８４ＭＰａで一軸成型した。更に、前記固体電解質の上に１０ｍｇの負極合剤粉末を充填し、５５１ＭＰａで一軸成型し、加圧ネジで締め込み、正極層、負極層、及び固体電解質層を備えた固体電池（固体型リチウム二次電池）を作製した。
【０１１４】
（電池特性評価）
実施例及び比較例の固体型リチウム二次電池について、１サイクル目に充電終止電圧５．０Ｖまで０．１Ｃで定電流充電を行った。その後、５．０Ｖで電流値が０．０１Ｃになるまで定電圧充電を行った。５．０Ｖに到達するまで定電流充電で得られた容量をＣＣ容量とする。ＣＣ容量を１サイクル目の全充電容量で除した値に１００を乗じた値を充電特性とした。比較例１の充電特性を各実施例の充電特性から引いた値を、比較例１の充電特性で除した値に１００を乗じ、それによって得られた値を充電特性改善指数とし、表１に記載した。前記充電特性改善指数は、充電時におけるリチウムイオンの移動性（脱離性）の改善率を示しており、当該充電特性改善指数により、急速充電について評価することができる。
【０１１５】
【表１】
2020140837.tif 000003
【０１１６】
表１に示す結果から明らかなとおり、各実施例で得られた正極活物質を用いた固体電池は、比較例よりも充電特性が良好であり、急速充電に適したものであることが判る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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