(57)【要約】【課題】正極活物質として用いたときの放電容量が高く、高温で使用したときのサイクル特性に優れたリチウム複合酸化物の製造方法の提供。【解決手段】式（Ｉ）：Ｌｉ(x+y)Ｍ1(2-y-p)Ｍ2pＯ（4-a）で表されるリチウム複合酸化物の製造方法であって、リチウム源、Ｍ1を含む原料およびＭ2を含む原料を溶媒に含有させた状態で粉砕混合し、得られたスラリーを乾燥して前駆体を得る前駆体調整工程と、前記前駆体を７７０〜１０００℃の範囲内の焼成温度［１］において、３時間以下焼成して焼成体を得る高温焼成工程と、前記焼成体を６２０℃〜７８０℃の範囲内であって前記焼成温度［１］よりも低い温度である焼成温度［２］において、０．５時間以上焼成する低温焼成工程と、を備える、リチウム複合酸化物の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式（Ｉ）で表されるリチウム複合酸化物の製造方法であって、
リチウム源、Ｍ1を含む原料およびＭ2を含む原料を溶媒に含有させた状態で粉砕混合し、得られたスラリーを乾燥して前駆体を得る前駆体調整工程と、
前記前駆体を７７０〜１０００℃の範囲内の焼成温度［１］において、３時間以下焼成して焼成体を得る高温焼成工程と、
前記焼成体を６２０〜７８０℃の範囲内であって前記焼成温度［１］よりも低い温度である焼成温度［２］において、０．５時間以上焼成する低温焼成工程と、
を備える、リチウム複合酸化物の製造方法。
式（Ｉ）：Ｌｉ(x+y)Ｍ1(2-y-p)Ｍ2pＯ（4-a）
式（Ｉ）において、Ｍ1はＭｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｆｅ、ＡｌおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｍ2はＢ、Ｐ、Ｐｂ、Ｓｂ、ＳｉおよびＶからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、１．０≦ｘ≦２．０、０≦ｙ≦０．２、０≦ｐ≦１．０、０≦ａ≦１．０である。
【請求項２】
前記焼成温度［１］と前記焼成温度［２］との差が１０℃以上である、請求項１に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の製造方法によって得られるリチウム複合酸化物。
【請求項４】
請求項３に記載のリチウム複合酸化物を含む正極活物質。
【請求項５】
請求項４に記載の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池用正極。
【請求項６】
請求項５に記載のリチウムイオン二次電池用正極と、負極と、電解液とを有する、リチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極活物質として使用可能なリチウム複合酸化物の製造方法、その製造方法によって得られるリチウム複合酸化物、それを含む二次電池用正極活物質、それを含む二次電池用正極およびそれを正極として用いるリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム電池は、他の電池に比べて大きなエネルギー密度を持ち、軽く、長時間使用できるという特徴を有し、携帯電話、ＰＨＳ、小型コンピューター等の携帯機器類用電源、電力貯蔵用電源、電気自動車用電源等として用いるために開発が進められている。
【０００３】
このようなリチウム電池は、リチウム含有複合酸化物を含む正極活物質からなる正極と、カーボン等のリチウムを吸蔵・放出することができる材料を活物質とする負極と、非水電解液を含むセパレータまたは固体電解質とを、主要構成成分として備えている。
そして、これら構成要素のうち、正極活物質として検討されているものには、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉＮｉＯ2）、リチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ2Ｏ4）等がある。特に、リチウムコバルト複合酸化物を正極に用いた電池については、優れた初期容量特性やサイクル特性を得るための開発がこれまで数多く行われており、すでに実用化に至っている。
しかし、コバルトが希少資源であるため、リチウムコバルト複合酸化物を正極に用いたリチウムイオン二次電池は高価である。そこで、コバルトよりも安価で高エネルギー密度を実現できる代替材料が求められており、すでにいくつかの提案がなされている。
【０００４】
例えば特許文献１には、マンガン酸化物及び炭酸リチウムを含む分散スラリー、または、マンガン酸化物、炭酸リチウム及びＡｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ及びＢの群から選ばれる１種以上の元素の化合物を含む分散スラリーを噴霧乾燥によりリチウムマンガン複合酸化物前駆体を製造し、該前駆体を５００℃以上、７５０℃未満の温度で２時間以上保持する第一加熱処理、温度が第一加熱処理のそれよりも５０℃以上高く、かつ７５０℃〜９５０℃で２時間以上保持する第二加熱処理さらに、第二加熱処理の温度よりも低く、かつ６００℃〜９００℃の温度で３時間以上保持する第三加熱処理を行うことを特徴とするリチウムマンガン複合酸化物顆粒体の製造方法が記載されている。
【０００５】
例えば特許文献２には、リチウム二次電池の正極活物質に用いられるリチウムマンガン複合酸化物の製造方法において、マンガン化合物及びリチウム化合物を含む混合物を６００℃〜９００℃で焼成した後に、３００℃〜４００℃で一定時間熱処理することを特徴とするリチウムマンガン複合酸化物の製造方法が記載されている。
【０００６】
例えば特許文献３には、少なくともリチウムとマンガンとを構成元素として含みスピネル構造を有する酸化物である、スピネル型マンガン酸リチウムの製造方法であって、少なくともマンガン化合物を含みリチウム化合物を含まない原料をシート状に成形する、成形工程と、前記成形工程によって成形されたシート状の成形体を焼成する、第一焼成工程と、前記第一焼成工程によって得られた焼成体と、リチウム化合物と、の混合物を、前記第一焼成工程における焼成温度よりも低温で焼成する、第二焼成工程と、を含み、前記第一焼成工程における焼成温度は１０００〜１３００℃であり、前記第二焼成工程における焼成温度は５００〜８００℃であることを特徴とする、スピネル型マンガン酸リチウムの製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２９４２４号公報
【特許文献２】特開２００５−８５５３３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６０７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の製造方法によって得られるリチウム複合酸化物を正極活物質として用いた電池の放電容量は、十分には高くない。また、特許文献１〜３に記載のリチウム複合酸化物を正極活物質として用いた電池では、常温よりも高い温度で使用したときのサイクル特性が低いという問題点があることを、本発明者は見出した。
【０００９】
本発明は、上記のような従来のリチウム複合酸化物の問題点を解決するものである。すなわち、それを正極活物質として用いて得られる二次電池の放電容量が高く、さらに常温よりも高温で使用したときのサイクル特性に優れるリチウム複合酸化物およびその製造方法を提供することを目的とする。また、このようなリチウム複合酸化物を含む正極活物質を提供することを目的とする。また、この正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池用正極を提供することを目的とする。さらに、この正極を用いたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は以下の（１）〜（６）である。
（１）下記式（Ｉ）で表されるリチウム複合酸化物の製造方法であって、
リチウム源、Ｍ1を含む原料およびＭ2を含む原料を溶媒に含有させた状態で粉砕混合し、得られたスラリーを乾燥して前駆体を得る前駆体調整工程と、
前記前駆体を７７０〜１０００℃の範囲内の焼成温度［１］において、３時間以下焼成して焼成体を得る高温焼成工程と、
前記焼成体を６２０〜７８０℃の範囲内であって前記焼成温度［１］よりも低い温度である焼成温度［２］において、０．５時間以上焼成する低温焼成工程と、
を備える、リチウム複合酸化物の製造方法。
式（Ｉ）：Ｌｉ(x+y)Ｍ1(2-y-p)Ｍ2pＯ（4-a）
式（Ｉ）において、Ｍ1はＭｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｆｅ、ＡｌおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｍ2はＢ、Ｐ、Ｐｂ、Ｓｂ、ＳｉおよびＶからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、１．０≦ｘ≦２．０、０≦ｙ≦０．２、０≦ｐ≦１．０、０≦ａ≦１．０である。
（２）前記焼成温度［１］と前記焼成温度［２］との差が１０℃以上である、上記（１）に記載のリチウム複合酸化物の製造方法。
（３）上記（１）または（２）に記載の製造方法によって得られるリチウム複合酸化物。
（４）上記（３）に記載のリチウム複合酸化物を含む正極活物質。
（５）上記（４）に記載の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池用正極。
（６）上記（５）に記載のリチウムイオン二次電池用正極と、負極と、電解液とを有する、リチウムイオン二次電池。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、それを正極活物質として用いて得られる二次電池の放電容量が高く、さらに常温よりも高温で使用したときのサイクル特性に優れるリチウム複合酸化物およびその製造方法を提供することができる。また、このようなリチウム複合酸化物を含む正極活物質を提供することができる。また、この正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池用正極を提供することができる。さらに、この正極を用いたリチウムイオン二次電池を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明について説明する。
本発明は、下記式（Ｉ）で表されるリチウム複合酸化物の製造方法であって、リチウム源、Ｍ1を含む原料およびＭ2を含む原料を溶媒に含有させた状態で粉砕混合し、得られたスラリーを乾燥して前駆体を得る前駆体調整工程と、前記前駆体を７７０〜１０００℃の範囲内の焼成温度［１］において、３時間以下焼成して焼成体を得る高温焼成工程と、前記焼成体を６２０〜７８０℃の範囲内であって前記焼成温度［１］よりも低い温度である焼成温度［２］において、０．５時間以上焼成する低温焼成工程と、を備える、リチウム複合酸化物の製造方法である。
式（Ｉ）：Ｌｉ(x+y)Ｍ1(2-y-p)Ｍ2pＯ（4-a）
式（Ｉ）において、Ｍ1はＭｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｆｅ、ＡｌおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｍ2はＢ、Ｐ、Ｐｂ、Ｓｂ、ＳｉおよびＶからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、１．０≦ｘ≦２．０、０≦ｙ≦０．２、０≦ｐ≦１．０、０≦ａ≦１．０である。
このようなリチウム複合酸化物の製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
【００１３】
本発明の製造方法では、特定の方法で前駆体を得た後、この前駆体を特定時間、特定の焼成温度［１］にて焼成し、さらに特定時間、焼成温度［１］よりも低い特定の焼成温度［２］にて焼成する。このような製造方法によって、結晶成長が促進され平均一次粒子径が大きく、かつ、一次粒子の粒径が均一化されたリチウム複合酸化物が得られることを、本発明者は見出した。
そして、このようなリチウム複合酸化物を用いると、放電容量が高く、かつ、常温よりも高い温度（概ね６０℃程度）の雰囲気内でのサイクル特性に優れる（容量維持率が高い）リチウムイオン二次電池を得ることができることを、本発明者は見出した。
【００１４】
本発明の製造方法が備える各工程について、以下に説明する。
【００１５】
＜前駆体調整工程＞
本発明の製造方法における前駆体調整工程について説明する。
前駆体調整工程では、初めに、リチウム源、Ｍ1を含む原料およびＭ2を含む原料を溶媒に含有させる。
【００１６】
リチウム源としては、リチウム原子を含む無機または有機の化合物（すなわち、リチウム化合物）を用いることができる。例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウムを用いることができる。これらの中でも水酸化リチウムおよび／または炭酸リチウムを用いることが好ましい。有害ガスの生成を抑制できるからである。
【００１７】
Ｍ1を含む原料としては、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｆｅ、ＡｌおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む化合物を用いることができる。元素Ｍ1はＭｎを含むことが好ましく、ＭｎおよびＡｌを含むことがより好ましい。
【００１８】
Ｍ1を含む原料はマンガン源を含むことが好ましい。
マンガン源としては、マンガン原子を含む無機または有機の化合物（すなわち、マンガン化合物）を用いることができる。例えば、酸化マンガン、炭酸マンガン、炭酸マンガン水和物、水酸化マンガン、オキシ水酸化マンガンを用いることができる。これらの中でも酸化マンガンを用いることが好ましく、Ｍｎ3Ｏ4を用いることがより好ましい。工業原料として安価に入手でき、さらに、より容量維持率が高いリチウムイオン二次電池が得られる傾向があるからである。
【００１９】
Ｍ1を含む原料としては、例えば、塩基性炭酸ニッケル、塩基性炭酸コバルト、マグネシア、ヘマタイト、アルミナ、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）、酸化クロムなどを用いることができる。これらの中でもＡｌを含む化合物を用いることが好ましく、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）3）をより好ましく用いることができる。工業的に安価に入手でき、結晶構造中のＭｎとの置換が比較的起こりやすく、より容量維持率が高いリチウムイオン二次電池が得られる傾向があるからである。
【００２０】
Ｍ2を含む原料としては、Ｂ、Ｐ、Ｐｂ、Ｓｂ、ＳｉおよびＶからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を含む化合物を用いることができる。元素Ｍ2はＢおよび／またはＶを含むことが好ましい。
【００２１】
元素Ｍ2がＢを含む場合、Ｍ2を含む原料として、ホウ酸（Ｈ3ＢＯ3）、三酸化二ホウ酸（Ｂ2Ｏ3）を用いることができ、ホウ酸（Ｈ3ＢＯ3）を用いることが好ましい。工業原料として安価に入手できるからである。また、元素Ｍ2がＢを含むと、後に焼成する際の焼結性が高まり、粒子径が成長し、得られるリチウムイオン二次電池の容量維持率の向上に寄与するものと、本発明者は推定している。
【００２２】
Ｍ2を含む原料としては、Ｐ2Ｏ5、ＰｂＯ、Ｓｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2またはＶ2Ｏ5などを用いることができる。
【００２３】
本発明の製造方法によってスピネル型のリチウム複合酸化物を得る場合、Ｍ2を含む原料は、後述する焼成の際に、スピネル結晶の生成および成長を促進させる傾向がある。すなわち、スピネル結晶の生成過程で元素Ｍ2の酸化物が融剤として作用して、結晶の生成および成長を促進し、さらに結晶子の集合体である一次粒子の成長を促進すると考えられる。その結果、比表面積が小さく、きわめて緻密なリチウム複合酸化物を得ることができると考えられる。
【００２４】
上記のようなリチウム源、Ｍ1を含む原料およびＭ2を含む原料は、少なくとも１以上が固体の原料であることが好ましい。
【００２５】
溶媒に含有させる際に、上記のようなリチウム源、Ｍ1を含む原料およびＭ2を含む原料の比率は、式（Ｉ）で表される組成のリチウム複合酸化物が得られるように調整することが好ましい。
【００２６】
溶媒について説明する。
リチウム源、Ｍ1を含む原料およびＭ2を含む原料を含有させる溶媒は特に限定されず、例えば従来公知の溶媒、例えば水（純水等）、エタノール、アセトンなどを用いることができるが、水を用いることが好ましい。
また、これらの原料は、溶媒中の固形分濃度が好ましくは５〜４０質量％、より好ましくは１０〜３５質量％、さらに好ましくは１５〜２５質量％となるように含有させる。
【００２７】
前駆体調整工程では、リチウム源、Ｍ1を含む原料およびＭ2を含む原料を前記溶媒中に含有させ、その状態で粉砕混合する。
粉砕混合の方法は特に限定されないものの、ビーズミル等を用いた湿式微粉砕機を用いた湿式粉砕法が好ましい。
【００２８】
また、この粉砕は、固形分の平均粒子径（Ｄ50）が０．５０μｍ以下であるスラリーが得られるまで行うことが好ましい。平均粒子径（Ｄ50）が０．５０μｍ以下となるように粉砕混合すると、スラリー中で固形分が均一な状態となり易い。また、得られるリチウムイオン二次電池における常温よりも高温での容量維持率が高くなる傾向があるからである。この平均粒子径は０．４０μｍ以下であることが好ましく、０．３０μｍ以下であることがより好ましい。
また、平均粒子径は０．１０μｍ以上であることが好ましく、０．１５μｍ以上であることがより好ましい。粉砕で粒径を小さくし過ぎると以降の工程でのハンドリングが悪くなるからである。
【００２９】
なお、スラリー中の固形分の平均粒子径（Ｄ50）は、室温大気中で、スラリーにヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を添加し、超音波分散および撹拌によって分散させ、このスラリーを３０〜６０％の透過率となるように調節し、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置を用いて積算粒度分布（体積基準）を測定し、その粒度分布から求めたメジアン径を意味するものとする。
【００３０】
また、この粉砕は、固形分におけるＤ90の粒子径が０．５０μｍ以下であるスラリーが得られるまで行うことが好ましい。このＤ90の粒子径は０．４０μｍ以下であることがより好ましく、０．３０μｍ以下であることがさらに好ましい。得られるリチウムイオン二次電池における常温よりも高温での容量維持率が高くなる傾向があるからである。
【００３１】
なお、スラリー中の固形分のＤ90の粒子径は、室温大気中で、スラリーにヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を添加し、超音波分散および撹拌によって分散させ、このスラリーを３０〜６０％の透過率となるように調節し、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置を用いて積算粒径分布（体積基準）を測定し、その積算粒度分布が９０％となる粒径を意味するものとする。
【００３２】
次に、このようにして得たスラリーを乾燥して前駆体を得る。ここでスラリーの乾燥はバンド乾燥機、棚型乾燥機などを用いた乾燥方法であってよいが、噴霧乾燥であることが好ましい。噴霧乾燥とは、スラリーを噴霧し、霧状とした後または霧状としながら、乾燥することである。所望の条件で噴霧乾燥して、得られる前駆体の粒子径を所望の範囲内に調整することができる。
【００３３】
噴霧乾燥の方法は特に制限されず、例えば、高速回転するアトマイザにスラリーを流入させることによってアトマイザのスリットからスラリー成分の液滴を吐出させ、適当な乾燥ガス温度や送風量に調節して飛散した液滴を迅速に乾燥させる方法が挙げられる。このときスラリー流量は好ましくは０．５〜７００ｋｇ／ｈ、より好ましくは１〜６００ｋｇ／ｈ、さらに好ましくは３００〜５５０ｋｇ／ｈ、アトマイザ回転数は好ましくは１０，０００〜４０，０００ｒｐｍ、より好ましくは２０，０００〜３５，０００ｒｐｍ、さらに好ましくは２８，０００〜３２，０００ｒｐｍとする。飛散した液滴を迅速に乾燥させるように、適当な温度や送風等の処理が施されるが、乾燥塔上部から下部に向かいダウンフローで乾燥ガスを導入することが好ましい。
【００３４】
噴霧乾燥はスプレードライヤーを用いて行うことが好ましい。また、スプレードライヤーの乾燥用熱風の入口温度を好ましくは６０〜５００℃、より好ましくは２５０〜４５０℃、さらに好ましくは３００〜４００℃、出口温度を好ましくは８０〜２５０℃、より好ましくは１００〜２００℃、さらに好ましくは１３０〜１６０℃とする。
【００３５】
＜高温焼成工程＞
本発明の製造方法における高温焼成工程について説明する。
高温焼成工程では、上記のような前駆体調整工程によって得られた前駆体を７７０〜１０００℃の範囲内の焼成温度［１］で焼成する。
【００３６】
本発明の製造方法によって得られるリチウム複合酸化物が、スピネル型リチウム複合酸化物である場合、高温焼成工程では、上記のような前駆体調整工程によって得られた前駆体を７７０〜８３０℃の範囲内の焼成温度［１］で焼成することが好ましい。
【００３７】
前駆体を焼成する温度である焼成温度［１］は７７０〜１０００℃の範囲内における特定温度であることが好ましい。つまり、後述する高温焼成時間の間、７７０〜１０００℃における、ある一定の温度において前駆体を焼成することが好ましい。ただし、焼成温度［１］は７７０〜１０００℃の範囲内において変動してもよい。例えば、実操業では、前駆体を焼成する温度を厳密に一定に保持することは困難であり、ある程度、焼成する温度は変動する傾向があるが、７７０〜１０００℃の範囲内において焼成する温度が変動することが好ましい。
【００３８】
また、焼成する温度が変動して、一時的に７７０〜１０００℃の範囲外となっても構わないが、７７０〜１０００℃の範囲内での焼成が、後述する高温焼成時間の間、行われることが好ましい。このような場合であっても、７７０〜１０００℃での焼成が所定の高温焼成時間の間、行われていれば、本発明の製造方法の範囲内である。
【００３９】
焼成温度［１］は７７５℃以上であることが好ましく、７８０℃以上であることがより好ましく、７８５℃以上であることがより好ましく、７９０℃以上であることがより好ましく、７９５℃以上であることがより好ましく、８００℃以上であることがさらに好ましい。
一次粒子の成長（径の増大）が促進され、活物質中のＬｉの溶出が抑制され、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向があるからである。
【００４０】
焼成温度［１］は９５０℃以下であることが好ましく、９２５℃以下であることがより好ましく、９００℃以下であることがより好ましく、８７５℃以下であることがより好ましく、８５０℃以下であることがより好ましく、８３０℃以下であることがより好ましく、８２０℃以下であることがより好ましく、８１０℃以下であることがより好ましく、８００℃以下であることがさらに好ましい。
焼成温度［１］が高すぎると、結晶構造中から酸素が離脱する可能性があり、その場合、電池性能が低下する傾向があるからである。
【００４１】
上記のような焼成温度［１］で前記前駆体を焼成する時間を高温焼成時間とする。
焼成温度［１］が変動する場合、前駆体を７７０〜１０００℃の範囲内で焼成した時間を、高温焼成時間とする。
高温焼成時間は３時間以下であるが、２．５時間以下であることが好ましく、２．０時間以下であることがより好ましく、１．５時間以下であることがより好ましく、１．０時間以下であることがより好ましく、０．７５時間以下であることがさらに好ましい。
高温焼成時間が長すぎると、結晶構造中から酸素が離脱したり、粒子間の焼結により酸素欠損したりする可能性があり、その場合、電池性能が低下する傾向があるからである。
【００４２】
高温焼成時間は０．１時間以上であることが好ましく、０．２５時間以上であることがより好ましく、０．５時間以上であることがより好ましく、０．７５時間以上であることがより好ましく、１．０時間以上であることがさらに好ましい。
一次粒子の成長（径の増大）が促進され、活物質中の未反応Ｌｉ量が低減され、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向があるからである。
【００４３】
高温焼成工程において前駆体を焼成する方法は、酸素含有雰囲気中で行われる方法であれば特に限定されず、例えば従来公知の方法、例えばトンネル炉、マッフル炉、ロータリーキルン等を用いる焼成方法が挙げられる。
【００４４】
＜低温焼成工程＞
本発明の製造方法における低温焼成工程について説明する。
低温焼成工程では、上記のような高温焼成工程によって得られた焼成体を６２０〜７８０℃の範囲内であって前記焼成温度［１］よりも低い温度である焼成温度［２］で焼成する。
【００４５】
前述の高温焼成工程によって得られる焼成体は、通常、一次粒子が凝集して二次粒子を形成した状態となっているが、この二次粒子の状態のまま（すなわち、焼成体を解砕しないで）、低温焼成工程に供することが好ましい。一次粒子の粒子径が均一化しやすく、この場合、過充電および過放電が起こり難くなり、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向があるからである。
【００４６】
焼成体を焼成する温度である焼成温度［２］は６２０〜７８０℃の範囲内における特定温度であることが好ましい。つまり、後述する低温焼成時間の間、６２０〜７８０℃における、ある一定の温度において焼成体を焼成することが好ましい。ただし、焼成温度［２］は６２０〜７８０℃の範囲内において変動してもよい。例えば、実操業では、前駆体を焼成する温度を厳密に一定に保持することは困難であり、ある程度、焼成する温度は変動する傾向があるが、６２０〜７８０℃の範囲内において焼成する温度が変動することが好ましい。
【００４７】
また、焼成する温度が変動して、一時的に６２０〜７８０℃の範囲外となっても構わないが、６２０〜７８０℃の範囲内での焼成が、後述する低温焼成時間の間、行われることが好ましい。このような場合であっても、６２０〜７８０℃での焼成が所定の低温焼成時間の間、行われていれば、本発明の製造方法の範囲内である。
【００４８】
焼成温度［２］は６５０℃以上であることが好ましく、６８０℃以上であることがより好ましく、７００℃以上であることがより好ましく、７１０℃以上であることがより好ましく、７２０℃以上であることがより好ましく、７３０℃以上であることがより好ましく、７４０℃以上であることがより好ましく、７５０℃以上であることがさらに好ましい。
酸素欠損量の低下と一次粒子の粒子径の均一化とが促進され、活物質中の未反応Ｌｉ量が低減され、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向があるからである。
【００４９】
焼成温度［２］は７７０℃以下であることが好ましく、７６５℃以下であることがより好ましく、７６０℃以下であることがより好ましく、７５５℃以下であることがより好ましく、７５０℃以下であることがさらに好ましい。
焼成温度［２］が高すぎると、結晶構造中から酸素が離脱する可能性があり、その場合、電池性能が低下する傾向があるからである。
【００５０】
上記のような焼成温度［２］で前記焼成体を焼成する時間を低温焼成時間とする。
焼成温度［２］が変動する場合、焼成体を６２０〜７８０℃の範囲内で焼成していた時間を、低温焼成時間とする。
低温焼成時間は０．５時間以上であるが、５０時間以下であることが好ましく、２０時間以下であることがより好ましく、１０時間以下であることがより好ましく、６時間以下であることがより好ましく、５時間以下であることがより好ましく、４時間以下であることがより好ましく、３時間以下であることがより好ましく、２時間以下であることがさらに好ましい。
【００５１】
低温焼成時間は１時間以上であることが好ましく、２時間以上であることがより好ましく、３時間以上であることがより好ましく、４時間以上であることがより好ましく、５時間以上であることがより好ましく、６時間以上であることがさらに好ましい。
酸素欠損量の低下と一次粒子の粒子径の均一化とが促進され、活物質中の未反応Ｌｉ量が低減され、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向があるからである。
【００５２】
焼成温度［２］は、焼成温度［１］との差は１０℃以上であることが好ましい。すなわち、焼成温度［２］は、焼成温度［１］よりも１０℃以上低いことが好ましい。
酸素欠損量の低下と一次粒子の粒子径の均一化とが促進され、活物質中の未反応Ｌｉ量が低減され、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向があるからである。
【００５３】
焼成温度［１］と焼成温度［２］との温度の差は、２０℃以上であることが好ましく、３０℃以上であることがより好ましく、４０℃以上であることがより好ましく、５０℃以上であることがより好ましく、６０℃以上であることがさらに好ましい。
酸素欠損量の低下と一次粒子の粒子径の均一化とが促進され、活物質中の未反応Ｌｉ量が低減され、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向があるからである。
【００５４】
また、焼成温度［１］と焼成温度［２］との温度の差は、３５０℃以下であることが好ましく、３００℃以下であることがより好ましく、２５０℃以下であることがより好ましく、２００℃以下であることがより好ましく、１５０℃以下であることが好ましく、１００℃以下であることがより好ましく、８０℃以下であることがより好ましく、７０℃以下であることがより好ましく、６０℃以下であることがさらに好ましい。
【００５５】
ここで焼成温度［１］が一定ではなく変動する場合、その平均値を焼成温度［１］とする。そして焼成温度［２］との差を算出するものとする。焼成温度［２］が一定ではなく変動する場合も同様で、その平均値を焼成温度［２］とする。そして、焼成温度［１］との差を算出するものとする。また、焼成温度［１］について、所定の温度範囲（７７０〜１０００℃）を超えて変動した場合は、その所定の温度範囲内において焼成していたときの平均の温度を焼成温度［１］とする。焼成温度［２］についても同様とする。
【００５６】
本発明の製造方法は、高温焼成工程と低温焼成工程との間に、前記焼成体を焼成する温度を徐々に低下させる降温工程を備えることが好ましい。すなわち、高温焼成工程において前述の高温焼成時間の間、焼成温度［１］にて焼成した後、前記焼成体を焼成する温度を徐々に焼成温度［２］にまで低下させることが好ましい。
【００５７】
降温工程において前記焼成体を焼成する温度を徐々に低下させる速度（℃／時間）を降温速度とする。降温速度は３０〜２５０℃／時間であることが好ましく、５０〜２００℃／時間であることがより好ましく、８０〜１５０℃／時間であることがさらに好ましい。焼成により放出した一部の酸素を降温時に吸収することで酸素欠損を低減できるためである。
【００５８】
低温焼成工程において焼成体を焼成する方法は、前述の高温焼成工程の場合と同様であり、酸素含有雰囲気中で行われる方法であれば特に限定されず、例えば従来公知の方法、例えばトンネル炉、マッフル炉、ロータリーキルン等を用いる焼成方法が挙げられる。
【００５９】
高温焼成工程と低温焼成工程とは、１つの装置によって連続的に行うことが好ましい。
【００６０】
このような本発明の製造方法によって、下記式（Ｉ）で表されるリチウム複合酸化物を得ることができる。
式（Ｉ）：Ｌｉ(x+y)Ｍ1(2-y-p)Ｍ2pＯ（4-a）
式（Ｉ）において、Ｍ1はＭｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｆｅ、ＡｌおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｍ2はＢ、Ｐ、Ｐｂ、Ｓｂ、ＳｉおよびＶからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、１．０≦ｘ≦２．０、０≦ｙ≦０．２、０≦ｐ≦１．０、０≦ａ≦１．０である。
このようなリチウム複合酸化物を、以下では「本発明の複合酸化物」ともいう。
【００６１】
＜本発明の複合酸化物＞
本発明の複合酸化物について説明する。
本発明の複合酸化物には、スピネル型リチウム複合酸化物、層状岩塩型リチウム複合酸化物および逆スピネル型リチウム複合酸化物が含まれる。
本発明の複合酸化物は、これらの中の複数種類のリチウム複合酸化物を含むものであってよい。
本発明の複合酸化物は、スピネル型リチウム複合酸化物であることが好ましい。
【００６２】
スピネル型リチウム複合酸化物とは、立方晶系の構造を備え、空間群Ｆｄ−３ｍの対称性を有するものである。理想的な構造では、アニオンであるＯ（酸素）が立方最密充填し、その隙間にカチオンが充填されていると考えられる。
また、従来、作動電位が５Ｖレベルと高い５Ｖ型または５Ｖ級と呼ばれる場合がある置換型のスピネル型リチウム複合酸化物も、本発明の複合酸化物に含まれるものとする。
【００６３】
層状岩塩型リチウム複合酸化物とは、α−ＮａＦｅＯ2型（空間群Ｒ−３ｍ）とも呼ばれる、酸化物イオンが六方晶構造をとり、立方最密充填となっていると考えられるものである。層状岩塩型リチウム複合酸化物として、具体的には、ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.2Ｍｎ0.3Ｏ2、ＬｉＭｎ0.5Ｎｉ0.5Ｏ2、ＬｉＭｎ1/3Ｎｉ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2、Ｌｉ4/3Ｍ2/3Ｏ2（ここでＭは本発明の複合酸化物におけるＭ1およびＭ2からなる群から選ばれる少なくとも１つ。）が例示される。
また、ＬｉＣｏＯ2やＬｉＮｉＯ2をベースとする固溶体化合物も、本発明の複合酸化物に含まれるものする。この固溶体化合物には、ＬｉＮｉ0.5Ｍｎ0.5Ｏ2、ＬｉＮｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2等が含まれる。ＬｉＮｉ0.5Ｍｎ0.5Ｏ2、ＬｉＮｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2の固溶体化合物は、空間群Ｒ−３ｍとも呼ばれる酸化物イオンが六方晶構造をとり、立方最密充填となっていると考えられる。また、固溶体化合物として、γＬｉ4/3Ｍ2/3Ｏ2・（１−γ）ＬｉＭＯ2（０＜γ＜１。ここでＭは本発明の複合酸化物におけるＭ1およびＭ2からなる群から選ばれる少なくとも１つ。）の態様のものが含まれるとする。
【００６４】
逆スピネル型リチウム複合酸化物とは、空間群Ｆｄ−３ｍをとり、ＬｉＡＭＢ4（ここでＭは遷移元素）の一般式において、Ａが四面体サイト、Ｍ（遷移元素）とリチウムがランダムに八面体サイトを占める構造を備えるものである。
【００６５】
式（Ｉ）について説明する。
式（Ｉ）においてｘは、１．０≦ｘ≦２．０の範囲であるが、１．０≦ｘ≦１．２であることが好ましく、１．０≦ｘ≦１．１であることがより好ましく、ｘ＝１．０であることがさらに好ましい。ｘが１．０に近いほどリチウム複合酸化物はスピネル型に近い。ｘが２．０に近いほどリチウム複合酸化物は層状岩塩型に近い。
【００６６】
式（Ｉ）においてｙは、０≦ｙ≦０．２の範囲であるが、０＜ｙ≦０．２であることが好ましく、０．０３≦ｙ≦０．１５であることがより好ましい。
ｙは、Ｍ1と置換しているＬｉ量を意味する。本発明の複合酸化物はＭ1の一部がＬｉと置換していることが好ましい。すなわち、リチウムイオン電池の正極活物質として用いられるリチウム複合酸化物の組成式におけるＬｉの原子数（組成比）の理論値より過剰のＬｉが含まれていることが好ましい。この場合、過剰のＬｉの一部または全部に見合う分だけＭ1量を少なくすることにより、Ｌｉの少なくとも一部がＭ1と置換した構造をとる。
Ｌｉの置換量（ｙ）が多くなると、電池の充放電容量は若干低下するものの、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向がある。しかしながら、ｙが０．２より大きくなっても常温よりも高温でのサイクル特性は大きくは向上し難い傾向がある。また、Ｌｉ総量（ｘ＋ｙ）が１．０未満になると不純物となる異相が生成され、電池の充放電性能が低下する傾向がある。
【００６７】
式（Ｉ）において、Ｍ1はＭｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｆｅ、ＡｌおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、Ｍｎおよび／またはＡｌを含むことが好ましい。
【００６８】
Ｍ1の存在量である２−ｙ−ｐは０よりも大きい。２−ｙ−ｐの下限は０．６６であることが好ましく、０．８であることがより好ましい。２−ｙ−ｐが小さすぎると容量が保持でき難いからである。
また、２−ｙ−ｐの上限は２．０であるが、１．９５であることが好ましく、１．９０であることがより好ましい。２−ｙ−ｐが大きすぎるとサイクル特性が劣化するからである。
【００６９】
Ｍ1がＭｎを含む場合、式（Ｉ）は次のような式（Ｉ−１）と表すことができる。
式（Ｉ−１）：Ｌｉ(x+y)Ｍｎ(2-y-p-r)Ｍ11rＭ2pＯ（4-a）
式（Ｉ−１）においてＭ11はＭ1におけるＭｎ以外の元素、すなわち、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｆｅ、ＡｌおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素であり、ｒはＭ11の置換量を意味し、０≦ｒ≦２．０である。
また、０＜２−ｙ−ｐ−ｒとする。２−ｙ−ｐ−ｒの好ましい上限と好ましい下限については、前述の２−ｙ−ｐの場合と同様である。
【００７０】
Ｍ11の置換量であるｒ（Ｍ11として複数種類の元素を含む場合は、それらの合計）は好ましくは０≦ｒ≦１．０、より好ましくは０．０２≦ｒ≦０．２、さらに好ましくは０．１程度である。正極活物質として用いたときに、一定の放電容量を確保し、常温よりも高温でのサイクル特性を維持することができるからである。なお、Ｍ11の置換量が多くなり過ぎると、正極活物質として用いたときの電池の常温よりも高温でのサイクル特性は向上するものの、電池の放電容量が低下してしまう場合がある。
【００７１】
式（Ｉ）において、元素Ｍ2はＢ、Ｐ、Ｐｂ、Ｓｂ、ＳｉおよびＶからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素である。これらの中で好ましい元素はＢおよび／またはＶである。
【００７２】
Ｍ2の置換量であるｐ（Ｍ2として複数種類の元素を含む場合は、それらの合計）は０≦ｐ≦１．０であり、上限は０．１であることが好ましく、０．０５であることがより好ましい。正極活物質として用いたときに、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向があるからである。置換量ｐが高すぎると正極活物質として用いたときのリチウムイオン二次電池の放電容量が低下する傾向がある。
なお、ｐは０となる場合がある。この場合、式（Ｉ）で表されるリチウム複合酸化物はＭ2を含まない。すなわち、式（Ｉ）で表されるリチウム複合酸化物は、Ｌｉ(x+y)Ｍ1(2-y)Ｏ（4-a）で表される組成となる場合もある。
【００７３】
式（Ｉ）において、ａはＯ（酸素）の欠損量を示している。
式（Ｉ）においてａは０≦ａ≦１．０を満たし、ａ＝０であることが好ましい。
酸素欠損量が小さいと（すなわちａが小さいと）充放電試験における３．２Ｖ以下容量が小さくなる傾向がある。酸素欠損量が小さいと結晶構造が安定し、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向がある。
【００７４】
本発明の複合酸化物はスピネル型リチウム複合酸化物であることが好ましい。この場合、本発明の複合酸化物は下記式（Ｉ−２）で表されるものであることが好ましい。
式（Ｉ−２）：Ｌｉ(1+y)Ｍ1(2-y-p)Ｍ2pＯ（4-a）
式（Ｉ−２）は、式（Ｉ）におけるｘが１の場合に相当する。
【００７５】
また、本発明の複合酸化物はＭｎを含むスピネル型リチウム複合酸化物であることが好ましい。この場合、本発明の複合酸化物は下記式（Ｉ−３）で表されるものであることが好ましい。
式（Ｉ−３）：Ｌｉ(1+y)Ｍｎ(2-y-p-r)Ｍ11rＭ2pＯ（4-a）
式（Ｉ−３）は、式（Ｉ−１）におけるｘが１の場合に相当する。
式（Ｉ−３）におけるＭ11およびｒは、式（Ｉ−１）におけるＭ11およびｒと同様である。また、式（Ｉ−１）の場合と同様に、０＜２−ｙ−ｐ−ｒとする。２−ｙ−ｐ−ｒの好ましい上限と好ましい下限については、前述の２−ｙ−ｐの場合と同様である。
【００７６】
本発明の複合酸化物が層状岩塩型リチウム複合酸化物である場合、本発明の複合酸化物は下記式（Ｉ−４）で表されるものであることが好ましい。
式（Ｉ−４）：Ｌｉ(2+y)Ｍ1(2-y-p)Ｍ2pＯ（4-a）
式（Ｉ−４）は、式（Ｉ）におけるｘが２の場合に相当する。
【００７７】
式（Ｉ−４）は、下記式（Ｉ−５）と表すことができる。
式（Ｉ−５）：Ｌｉ(1+z)Ｍ1(1-z-q)Ｍ2qＯ（2-b）
ここで０≦ｚ≦０．３４、０≦ｑ≦１．０、０≦ｂ≦１．０である。
【００７８】
式（Ｉ−５）においてｚは、０≦ｚ≦０．３４の範囲であるが、０＜ｚ≦（１／３）であることがより好ましく、０．０５≦ｚ≦０．１５であることがより好ましい。
ｚは、Ｍ1と置換しているＬｉ量を意味する。本発明の複合酸化物が式（Ｉ−５）で表される場合、Ｍ1の一部がＬｉと置換していることが好ましい。すなわち、リチウムイオン電池の正極活物質として用いられるリチウム複合酸化物の組成式におけるＬｉの原子数（組成比）の理論値より過剰のＬｉが含まれていることが好ましい。この場合、過剰のＬｉの一部または全部に見合う分だけＭ1量を少なくすることにより、Ｌｉの少なくとも一部がＭ1と置換した構造をとる。
Ｌｉの置換量（ｚ）が多くなると、電池の充放電容量は若干低下するものの、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向がある。しかしながら、ｚが０．３４より大きくなっても常温よりも高温でのサイクル特性は大きくは向上し難い傾向がある。また、Ｌｉ総量（１＋ｚ）が１．０未満になると不純物となる異相が生成され、電池の充放電性能が低下する傾向がある。
【００７９】
Ｍ1の存在量である１−ｚ−ｑは０よりも大きい。１−ｚ−ｑの下限は０．５であることが好ましく、０．６６であることがより好ましい。１−ｚ−ｑが小さすぎると容量が保持できないからである。
【００８０】
Ｍ2の置換量であるｑ（Ｍ2として複数種類の元素を含む場合は、それらの合計）は０≦ｑ≦１であり、上限は０．１であることが好ましく、０．０５であることがより好ましい。正極活物質として用いたときに、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向があるからである。置換量ｑが高すぎると正極活物質として用いたときのリチウムイオン二次電池の放電容量が低下する傾向がある。
なお、ｑは０となる場合がある。この場合、式（Ｉ−５）で表されるリチウム複合酸化物はＭ2を含まない。すなわち、式（Ｉ−５）で表されるリチウム複合酸化物は、Ｌｉ(1+z)Ｍ1(1-z)Ｏ（2-b）で表される組成となる場合もある。
一方、式（Ｉ−５）において０＜１−ｚ−ｑであるので、式（Ｉ−５）で表されるリチウム複合酸化物はＭ1を必ず含む。
【００８１】
式（Ｉ−５）において、ｂはＯ（酸素）の欠損量を示している。
式（Ｉ−５）においてｂは０≦ｂ≦１．０を満たし、ｂ＝０であることが好ましい。
酸素欠損量が小さいと（すなわちｂが小さいと）充放電試験における３．２Ｖ以下容量が小さくなる傾向がある。酸素欠損量が小さいと結晶構造が安定し、常温よりも高温でのサイクル特性が向上する傾向がある。
【００８２】
本発明の複合酸化物は、二次粒子を構成要素とするものであることが好ましく、二次粒子の集合体であることがより好ましい。
ここで、結晶子（単結晶部）の集合体であり、５０００倍のＳＥＭ観察において視認できる最少の粒子単位を一次粒子、また一次粒子が焼結してなる、ハンドリングにおいて一粒の粒子として振る舞う粒子を二次粒子と定義する。
【００８３】
本発明の複合酸化物は、一次粒子の平均粒子径が０．１〜５．０μｍのものであることが好ましく、０．８〜２．５μｍのものであることがより好ましく、１．２〜２．０μｍのものであることがさらに好ましい。
ここで一次粒子の平均粒子径とは、前述の一次粒子（結晶子の集合体）のメジアン径を意味するものとする。
また、一次粒子のメジアン径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、本発明の複合酸化物を倍率５０００倍で写真撮影し、得られた写真から任意に５００個を選び、ノギスを用いて各々の投影面積円相当径を測定して積算粒度分布（体積基準）を求め、それより平均粒子径（メジアン径）を算出して求める値とする。
【００８４】
本発明の複合酸化物は、一次粒子の粒子径の標準偏差が０．００１〜０．８μｍのものであることが好ましく、０．００１〜０．５μｍのものであることがより好ましく、０．００１〜０．４μｍのものであることがさらに好ましい。
ここで一次粒子の標準偏差は、前述の一次粒子のメジアン径の場合と同様に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、本発明の複合酸化物を倍率５０００倍で写真撮影し、得られた写真から任意に５００個を選び、ノギスを用いて各々の投影面積円相当径を測定して粒度分布（体積基準）を求め、それより標準偏差を算出して求める値とする。
【００８５】
本発明の複合酸化物は、二次粒子の平均粒子径が２〜３０μｍのものであることが好ましく、８〜２０μｍのものであることがより好ましく、１２〜１７μｍのものであることがさらに好ましくい。
ここで二次粒子は、前述のように一次粒子が焼結してなるものである。
また、二次粒子の平均粒子径とは、二次粒子のメジアン径を意味するものとする。
【００８６】
また、二次粒子の平均粒子径は、次の方法で測定した値を意味するものとする。
初めに、室温大気中で、本発明の複合酸化物をヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に添加し、超音波分散し撹拌することで分散させてスラリーとする。次に、このスラリーを８０〜９０％の透過率となるように調節した後、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置を用いて積算粒度分布（体積基準）を測定する。このようにして測定した粒度分布から求めたメジアン径を、本発明の複合酸化物における二次粒子の平均粒子径とする。
【００８７】
本発明の複合酸化物はＢＥＴ比表面積が０．１〜２．０ｍ2／ｇのものであることが好ましく、０．２〜１．０ｍ2／ｇのものであることがより好ましく、０．２〜０．４ｍ2／ｇのものであることがさらに好ましくい。
ＢＥＴ比表面積は、連続流動法によるＢＥＴ１点法測定で求める値とする。具体的には、使用する吸着ガスおよびキャリアガスは共に、窒素、空気およびヘリウムの混合ガスであり、試料を前記混合ガスにより４５０℃以下の温度で過熱脱気し、次いで液体窒素により冷却して前記混合ガスを吸着させ、室温に戻して吸着された窒素ガスを脱着させ、熱伝導度検出器によって検出し、脱着ピークとしてその量を求め、試料の比表面積として算出する。このようなＢＥＴ比表面積は、公知のＢＥＴ式粉体比表面積測定装置を用いて測定することができる。
本発明において、単に「比表面積」と記した場合、「ＢＥＴ比表面積」を意味するものとする。
【００８８】
また、本発明の複合酸化物を正極活物質として用いてなる二次電池の初期放電容量は、９０ｍＡｈ／ｇ以上、好ましくは１００ｍＡｈ／ｇ以上、より好ましくは１０５ｍＡｈ／ｇ以上、より好ましくは１０８ｍＡｈ／ｇ以上、さらに好ましくは１０９ｍＡｈ／ｇ以上となり得る。
なお、本発明においてリチウムイオン二次電池の初期放電容量（ｍＡｈ／ｇ）は、次のように測定するものとする。
初めに、本発明の複合酸化物を８５質量％、アセチレンブラックを７．５質量％、ポリフッ化ビニリデンを７．５質量％の割合で秤量し、ノルマルメチルピロリドンに分散させて合剤を得る。そして、得られた合剤を約０．１ｍｍの厚さとなるようにＡｌ箔上に塗布して、約１１０℃で真空乾燥した後、１４ｍｍφのポンチを用いて打ち抜き、正極を作製する。
次に、得られた正極を試験極とし、この試験極とリチウム金属箔（厚さ０．２μｍ）とをセパレーター（商品名：セルガード）を介してコイン型電池ケース内に積層して配置した後、体積比１：１のエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒に１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ6を溶解した電解液を注入して試験用コインセルを作成する。
次に、このようにして作成した試験用コインセルについて初期放電容量を測定する。具体的には、０．５ｍＡ／ｃｍ2の定電流充電（すなわち、正極からリチウムイオンを放出させる反応）を上限４．３Ｖで行い、０．５ｍＡ／ｃｍ2（０．１Ｃ相当）の定電流放電（すなわち、正極にリチウムイオンを吸蔵させる反応）を下限３．０Ｖで行った際の正極活物質単位質量あたりの初期放電容量（ｍＡｈ／ｇ）を測定する。
本発明では、このようにして測定して得た値を、初期放電容量とする。
【００８９】
また、本発明の複合酸化物を正極活物質として用いてなる二次電池の、常温よりも高い温度でのサイクル容量維持率は９６．０％以上、好ましくは９５．６％以上、より好ましくは９７．０％以上、さらに好ましくは９７．５％以上となり得る。
なお、本発明において二次電池の常温よりも高い温度でのサイクル容量維持率（％）は、次のように測定するものとする。
初めに、上記のリチウムイオン二次電池の初期放電容量（ｍＡｈ／ｇ）を測定する場合と同様の方法で試験用コインセルを作成する。
そして、得られたリチウム電池を６０℃の恒温槽に設置し、０．５ｍＡ／ｃｍ2の定電流充電を上限４．３Ｖ、下限３．０Ｖで繰り返し行い、１サイクル目の放電容量（初期放電容量）に対する、１００サイクル目の放電容量の割合（％）を、常温よりも高い温度でのサイクル容量維持率とする。
【００９０】
以上のような本発明の複合酸化物は、結晶が十分に成長しているので、これを正極活物質として用いた場合、電解液と接触したときに電解液中に溶解するＬｉの量が、従来のリチウム複合酸化物に比べて高温でも少なくなる。その結果、常温よりも高い温度でのサイクル特性の向上を図ることができると考えられる。
【００９１】
＜本発明の正極活物質＞
本発明の正極活物質について説明する。
本発明の正極活物質は、本発明の複合酸化物を用いた非水系電解質二次電池用正極活物質である。
本発明の正極活物質は、本発明の複合酸化物を８０質量％以上含むことが好ましく、９０質量％以上含むことがより好ましく、実質的に１００質量％含む、すなわち本発明の複合酸化物からなることがさらに好ましい。
【００９２】
＜本発明の正極およびその製造方法＞
本発明の正極は、本発明の正極活物質を用いてなるものであれば、例えば従来公知の正極と同様の態様であってよい。例えば、本発明の正極活物質に必要に応じて導電助剤、結着剤などを添加し混合したものからなる層を集電体上に形成してなるものが挙げられる。具体的には、本発明の正極活物質に導電助剤、結着剤およびＮ−メチルピロリドンなどの有機溶媒を混練してインク（スラリー）を調製し、このインクを集電体のアルミ箔に塗布し乾燥した後、ローラープレス機にかけることにより得ることができる。ローラープレス機にかけることによって、正極活物質と集電体との接触を良くすると共に正極活物質の密度を高めることができる。また、本発明の正極活物質に導電助剤および結着剤を充分混合したのち、ローラープレスでシート状に成形して正極を得ることができる。
ここで、導電助剤として、黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛など）やアセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック系材料などが挙げられる。
また、結着剤として、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンプロピレンジエンゴム、フッ素ゴム、スチレンブタジエン、セルロース系樹脂、ポリアクリル酸などが挙げられる。
また、集電体についても限定されず、例えば従来公知のネット状、シート状、フィルム状のものを用いることができる。
【００９３】
＜本発明の二次電池＞
本発明の二次電池について説明する。
本発明の二次電池は、正極として本発明の正極を用いること以外は、通常のリチウムイオン二次電池と同様の構成であってよく、円筒型、角型、コイン型、ボタン型などであってよい。すなわち、正極、負極および非水系電解質を主たる電池構成要素とし、これら要素が、例えば電池缶内に封入されている。正極および負極はそれぞれリチウムイオンの担持体として作用し、充電時には、リチウムイオンが負極中に吸蔵され、放電時には負極から離脱する。
【００９４】
負極は特に限定されず、例えば従来公知の負極と同様の態様であってよい。例えば、負極活物質としては、リチウムやリチウム−アルミニウムで代表されるリチウム合金を用いることができ、また、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などのリチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出できる炭素系材料を用いることもできる。例えば集電体は、正極の場合と同様のものを用いることができる。
負極は、負極活物質がリチウムやリチウム合金の場合は、そのまま用いるか、あるいは集電体に圧着することによって製造することができる。また、負極活物質がリチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素系材料（グラファイト、カーボンブラックなど）の場合は、必要に応じて正極の場合と同様の結着剤を負極活物質に添加して混合し、溶剤を用いてペースト状にし、得られた負極合剤含有ペーストを銅箔などからなる負極集電体に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、必要に応じて加圧成形する工程を経ることによって製造することができる。
【００９５】
非水系電解質としては有機系電解質、ポリマー電解質、固体電解質などを用いることができる。ここで、有機系電解質とはリチウム塩が非水溶媒に加えられたものであり、ポリマー電解質とは、リチウム塩が高分子化合物に加えられたものである。
【００９６】
ここで、リチウム塩としては、例えば、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、Ｌｉ2ＳＯ4、Ｌｉ2Ｂ10Ｃｌ10、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｃ2Ｆ5）2が挙げられる。これらの中でもＬｉＢＦ4（四フッ化ホウ酸リチウム）は、電解質中に存在する水分との反応性がより低いので、安全性により優れ、サイクル特性、レート特性（高率放電特性）および初期特性などの優れたリチウム電池を得易い。
有機系電解質中のリチウム塩の濃度は０．１〜３．０ｍｏｌ／ｌが好ましく、０．２〜２．０ｍｏｌ／ｌがより好ましい。非水系電解質のイオン電導率が高くなり、非水系電解質中にリチウム塩が析出し難く、高性能な電池性能を備えるリチウム電池が得られるからである。
【００９７】
有機系電解質の非水溶媒としては、例えば従来公知のものを用いることができ、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネートおよびビニレンカーボネートの混合溶媒を好ましく使用することができる。エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトンおよびプロピレンカーボネートは、誘電率が高いことから、イオン伝導を確実に起こすことができ、さらに、非水溶媒にビニレンカーボネートを含有させることにより、充電時において、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトンおよびプロピレンカーボネートの分解を確実に抑制可能なビニレンカーボネート由来の皮膜を負極上に形成できるので、充電をより十分に行うことができる。
【００９８】
有機系電解質は、リチウム塩および非水溶媒の他に、さらに他の有機溶媒を含んでもよい。
【００９９】
非水系電解質をポリマー電解質とする場合には、可塑剤（非水電解液）でゲル化されたマトリクス高分子化合物を含むが、このマトリクス高分子化合物としては、ポリエチレンオキサイドやその架橋体などのエーテル系樹脂、ポリメタクリレート系樹脂、ポリアクリレート系樹脂、ポリビニリデンフルオライドやビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素系樹脂などを単独、もしくは混合して用いることができる。
これらの中で、酸化還元安定性の観点などから、ポリビニリデンフルオライドやビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素系樹脂を用いることが好ましい。
【０１００】
ポリマー電解質の作製は特に限定されないが、例えば、マトリックスを構成する高分子化合物、リチウム塩および溶媒を混合し、加熱して溶融・溶解する方法が挙げられる。また、混合用有機溶媒に、高分子化合物、リチウム塩、および溶媒を溶解させた後、混合用有機溶媒を蒸発させる方法、重合性モノマー、リチウム塩および溶媒を混合し、紫外線、電子線または分子線などを照射して、重合性モノマーを重合させ、ポリマーを得る方法などを挙げることができる。
ポリマー電解質中の溶媒の割合は１０〜９０質量％が好ましく、３０〜８０質量％がより好ましい。このような割合であると、導電率が高く、機械的強度が強く、フィルム化しやすい。
【０１０１】
固体電解質としては、例えばリチウムイオンを含む酸化物系急冷ガラス、硫化物ベースのオキシスルフィド系超イオン伝導ガラスなどのガラス系固体電解質、ポリエーテルなどの高分子に、Ｌｉ塩が溶解・分散した高分子固体電解質などが挙げられる。
また高分子固体電解質は、溶媒成分を含むゲル状であってもよい。
【０１０２】
本発明の二次電池は、正極と負極とが直接接触することを防ぐセパレータを有することが好ましい。
セパレータは特に限定されず、例えば従来公知のものを用いることができ、例えば織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜などが挙げられる。合成樹脂製微多孔膜が好適であるが、なかでもポリオレフィン系微多孔膜が、厚さ、膜強度、膜抵抗の面で好適である。具体的には、ポリエチレンおよびポリプロピレン製微多孔膜、またはこれらを複合した微多孔膜等である。
なお、非水系電解質として有機系電解質またはポリマー電解質を用いる場合、通常セパレータが使用されるが、固体電解質の場合、セパレータを使用せずに固体電解質をセパレータとしてもよい。
【０１０３】
本発明の二次電池の製造方法は特に限定されず、例えば従来公知の方法で製造することができる。例えば、リチウム電池用セパレータを介して本発明の正極と前記負極とを積層する前または積層した後に非水系電解質を注液し、最終的に、外装材で封止することによって製造することができる。外装材としては、例えば、ニッケルメッキした鉄、ステンレススチール、アルミニウム、金属箔を樹脂フィルムで挟み込んだ構成の金属樹脂複合フィルム等が挙げられる。
【実施例】
【０１０４】
以下に本発明の実施例および比較例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１０５】
＜実施例１＞
リチウム源としてＬｉ2ＣＯ3、マンガン源としてＭｎ3Ｏ4、アルミニウム源としてＡｌ（ＯＨ）3、ホウ素源としてＨ3ＢＯ3を用意した。そして、それぞれの原料を、最終的に得られるリチウム複合酸化物の組成が、Ｌｉ1.05Ｍｎ1.82Ａｌ0.10Ｂ0.03Ｏ4となるように秤量した。
【０１０６】
次に、秤量したこれらの原料をよく混合し、固形分濃度が２０質量％となるように純水を加え、撹拌混合した後、湿式粉砕機（アシザワファインテック社製：スターミルラボスターＬＭＺ−０６）を用いて粉砕し、スラリーを得た。ここで、スラリー中の固形分の平均粒子径（メジアン径）が０．３５μｍになるまで粉砕した。
【０１０７】
なお、スラリー中の固形分の平均粒子径（メジアン径）は、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置（堀場製作所：ＬＡ−９５０ｖ２）を用いて求めた。具体的には室温大気中で、スラリーにヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を添加し、超音波分散および撹拌によって分散させ、３０〜６０％の透過率となるように調節した後、上記の装置を用いて粒度分布を測定して求めた。
【０１０８】
次に、得られたスラリーについて、ディスク型スプレードライヤー（大川原化工機社製：Ｌ−８型スプレードライヤー）を用いて噴霧乾燥を行った。ここで乾燥ガスとして空気を用いた。また、サイクロン差圧が０．７ｋＰａとなるよう調整し、乾燥ガスの入口温度は２００℃に調整した。スラリー流量は３ｋｇ／ｈ、アトマイザ回転数は２８，０００ｒｐｍとした。このような噴霧乾燥を行うことで、粒子状の前駆体を得た。
【０１０９】
そして、得られた前駆体を昇温速度２００℃／時間の条件で８００℃まで加熱した後、８００℃で１時間保持した。その後、７５０℃まで１００℃／時間の条件で冷却し、７５０℃で６時間保持して、目標組成のリチウム複合酸化物（以下「複合酸化物［１］」ともいう）を得た。
【０１１０】
得られた複合酸化物［１］について、全自動ＢＥＴ比表面積測定装置（マウンテック製：Ｍａｃｓｏｒｂ  ＨＭ  ｍｏｄｅｌ−１２２０）を用いてＢＥＴ比表面積を測定した。測定条件は前述の通りである。
結果を第１表に示す。
【０１１１】
得られた複合酸化物［１］について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて一次粒子の平均粒子径（平均一次粒子径）および標準偏差を測定した。測定条件は前述の通りである。
結果を第１表に示す。
【０１１２】
得られた複合酸化物［１］について、Ｃｕ−Ｋα線を用い、Ｓｉを内部標準として使用し、粉末Ｘ線回折測定を実施して格子定数を求めた。Ｘ線回折測定には、試料水平型多目的Ｘ線回折装置（株式会社リガク製「ＵｌｔｉｍａＩＶ」を使用した。
結果を第１表に示す。
【０１１３】
得られた複合酸化物［１］について、未反応Ｌｉ量を測定した。具体的には、複合酸化物２０ｇに対して純水８０ｇを加え、６０℃に加温して１時間撹拌保持した後、濾過分離を行い、濾液中のＬｉ量についてＩＰＣ発光分光分析装置（ＳＳＩ社製、型番：ＳＰＳ５５２０）を用いて濃度測定して、未反応Ｌｉ量を算出した。
結果を第１表に示す。
【０１１４】
次に、このような方法で得られた複合酸化物［１］を用いてリチウムイオン二次電池を作製し、電池評価を行った。
【０１１５】
＜初期放電容量の測定＞
複合酸化物［１］を８５質量％、アセチレンブラックを７．５質量％、ポリフッ化ビニリデンを７．５質量％の割合で秤量し、ノルマルメチルピロリドンに分散させて合剤を得た。そして、得られた合剤を約０．１ｍｍの厚さとなるようにＡｌ箔上に塗布して、約１１０℃で真空乾燥した後、１４ｍｍφのポンチを用いて打ち抜き、正極を作製した。
得られた正極を試験極とし、この試験極とリチウム金属箔（厚さ０．２μｍ）とをセパレーター（商品名：セルガード）を介してコイン型電池ケース内に積層して配置した後、体積比１：１のエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒に１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ6を溶解した電解液を注入して試験用コインセルを作成した。
このようにして作成した試験用コインセルについて初期放電容量を測定した。具体的には、０．５ｍＡ／ｃｍ2の定電流充電（すなわち、正極からリチウムイオンを放出させる反応）を上限４．３Ｖで行い、０．５ｍＡ／ｃｍ2（０．１Ｃ相当）の定電流放電（すなわち、正極にリチウムイオンを吸蔵させる反応）を下限３．０Ｖで行った際の正極活物質単位質量あたりの初期放電容量（ｍＡｈ／ｇ）を測定した。
その結果を第２表に記す。
【０１１６】
＜６０℃・１００サイクル容量維持率の測定＞
試験用コインセルを６０℃の恒温槽に設置し、上記の初期充放容量の測定と同様に、充電電位４．３Ｖまで、放電電位３．０Ｖまでの電位規制の条件で０．５ｍＡ／ｃｍ2の定電流充電を１００回行い、容量維持率を次式により求めた。
容量維持率（％）＝（１００回目の放電容量／１回目の放電容量）×１００
測定結果を第２表に示す。
【０１１７】
＜比較例１＞
実施例１において得られた前駆体を、昇温速度２００℃／時間の条件で８００℃まで加熱した後、８００℃で７時間保持して、目標組成のリチウム複合酸化物（以下「複合酸化物［２］」ともいう）を得た。
すなわち比較例１では、実施例１で行った７５０℃まで１００℃／時間の条件で冷却し７５０℃で６時間保持する操作を行っていない。
その後、得られた複合酸化物［２］について、前述の複合酸化物［１］と同様の方法で、ＢＥＴ比表面積、平均一次粒子径、一次粒子径の標準偏差、格子定数、未反応Ｌｉ量、初期放電容量、容量維持率を求めた。
測定結果を第１表、第２表に示す。
【０１１８】
＜比較例２＞
実施例１において得られた前駆体を、昇温速度２００℃／時間の条件で７５０℃まで加熱した後、７５０℃で７時間保持して、目標組成のリチウム複合酸化物（以下「複合酸化物［３］」ともいう）を得た。
すなわち比較例２では、実施例１で行った７５０℃まで１００℃／時間の条件で冷却し７５０℃で６時間保持する操作を行っていない。
その後、得られた複合酸化物［３］について、前述の複合酸化物［１］と同様の方法で、ＢＥＴ比表面積、平均一次粒子径、一次粒子径の標準偏差、格子定数、未反応Ｌｉ量、初期放電容量、容量維持率を求めた。
測定結果を第１表、第２表に示す。
【０１１９】
【表１】
2014009117.tif 000002
【０１２０】
【表２】
2014009117.tif 000003
【０１２１】
比較例１、２と比較して、実施例１は初期放電容量が高く、容量維持率も高くなった。
これは複合酸化物［１］の一次粒子径の標準偏差が小さく、かつ、平均一次粒子径が大きいことに起因していると考えられる。すなわち、複合酸化物［１］は平均一次粒子径が大きいため、未反応Ｌｉ量が少なくなり、容量維持率の向上したものと考えられる。また、複合酸化物［１］では結晶性が進行し、酸素欠損量が低下（格子定数が低下）したため、容量維持率が向上したものと考えられる。さらに、複合酸化物［１］では一次粒子径が均一化しているため、常温よりも高い温度での容量維持率（１００サイクル容量維持率）が向上したものと考えられる。
これに対して比較例１の複合酸化物［２］は平均一次粒子径は大きいものの、一次粒子径の標準偏差が大きい。また、比較例２の複合酸化物［３］は一次粒子径の標準偏差は小さいものの、平均一次粒子径は小さい。このため実施例１の複合酸化物［１］と比較して初期放電容量が低く、常温よりも高い温度での容量維持率が低いと考えられる。
【０１２２】
また、実施例１の容量維持率の向上には、ＢＥＴ比表面積が小さいことも影響していると考えられる。すなわち、第１表より、複合酸化物［３］よりも複合酸化物［１］の方がＢＥＴ比表面積が小さいことがわかる。実施例１の場合、ＢＥＴ比表面積が小さいため、電解液との接触面積が小さくなり、Ｍｎ溶出量が少なくなり、容量維持率は高まったと考えられる。