(57)【要約】【課題】非水電解質二次電池用正極活物質において、遷移金属、特にマンガンの溶出を抑制しうる手段を提供する。【解決手段】本発明によれば、下記組成式（１）：Ｌｉ１．５［ＮｉａＭｎｂＣｏｃ［Ｌｉ］ｄ［Ｘ］ｅ］Ｏｚ、ここで、Ｘは、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂからなる少なくとも１種であり、０．０１≦ｅ≦０．７、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１．５、０．１≦ｄ≦０．４、１．１≦［ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ］≦１．４であり、ｚは、原子価を満足する酸素数で表される、を有し、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、２０−２３°、３５−４０°（１０１）、４２−４５°（１０４）および６４−６５（１０８）／６５−６６（１１０）に、岩塩型層状構造を示す回折ピークを有する非水電解質二次電池用正極活物質が提供される。
2014058068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記組成式（１）：
Ｌｉ１．５［ＮｉａＭｎｂＣｏｃ［Ｌｉ］ｄ［Ｘ］ｅ］Ｏｚ    （１）
ここで、Ｘは、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂからなる少なくとも１種であり、０．０１≦ｅ≦０．７、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１．５、０．１≦ｄ≦０．４、１．１≦［ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ］≦１．４であり、ｚは、原子価を満足する酸素数で表される、
を有し、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、２０−２３°、３５−４０°（１０１）、４２−４５°（１０４）および６４−６５（１０８）／６５−６６（１１０）に、岩塩型層状構造を示す回折ピークを有する非水電解質二次電池用正極活物質。
【請求項２】
前記正極活物質が、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、３５−４０°（１０１）に３つの回折ピークを有し、４２−４５°（１０４）に１つの回折ピークを有する請求項１に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。
【請求項３】
Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、２０−２３°、３５．５−３６．５°（１０１）、４３．５−４４．５°（１０４）および６４−６５（１０８）／６５−６６（１１０）に回折ピークを有する、請求項１または２に記載の正極活物質。
【請求項４】
０．０２≦ｅ≦０．５である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の正極活物質。
【請求項５】
Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種のクエン酸塩と、融点が１００℃〜３５０℃の遷移金属の有機酸塩とを混合する第１工程と、
第１工程で得られた混合物を１００℃〜３５０℃で融解する第２工程と、
第２工程で得られた溶融物を、前記融点以上の温度で熱分解する第３工程と、
第３工程で得られた熱分解物を焼成する第４工程と、
を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項６】
第１工程において、さらにアルカリ金属の有機酸塩を混合する請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の正極活物質または請求項５もしくは６に記載の製造方法により製造された正極活物質を含む非水電解質二次電池用正極。
【請求項８】
請求項７に記載の正極と、
リチウムイオンを挿入・脱離可能な負極活物質を含有する負極と、
前記正極および前記負極の間に介在する電解質層とを備え、
前記負極活物質が、非晶質炭素層で表面が被覆され、鱗片状ではない黒鉛材料からなり、ＢＥＴ比表面積が０．８〜１．５ｍ２／ｇの範囲にあり、タップ密度が０．９〜１．２ｇ／ｃｍ３の範囲にある、非水電解質二次電池。
【請求項９】
前記電解液が、
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、含フッ素環状カーボネート、含フッ素鎖状カーボネート、含フッ素鎖状エーテルおよび含フッ素鎖状エステルの少なくとも一種、
ＬｉＰＦ６、および、
有機スルホン系化合物、有機ジスルホン系化合物、ビニレンカーボネート誘導体、エチレンカーボネート誘導体、エステル誘導体、２価フェノール誘導体、テルフェニル誘導体、ホスフェート誘導体およびフルオロリン酸リチウム誘導体の少なくとも一種の電解液用添加剤を含む、請求項８に記載の非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池用正極活物質、非水電解質二次電池用正極活物質の製造方法および非水電解質二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯電話などの携帯機器向けに利用される、リチウムイオン二次電池をはじめとする非水電解質二次電池が商品化されている。非水電解質二次電池は、一般的に、正極活物質等を集電体に塗布した正極と、負極活物質等を集電体に塗布した負極とが、セパレータに非水電解質液または非水電解質ゲルを保持した電解質層を介して接続された構成を有している。そして、リチウムイオン等のイオンが電極活物質中に吸蔵・放出されることにより、電池の充放電反応が起こる。【０００３】
ところで、近年、地球温暖化に対処するために二酸化炭素量を低減することが求められている。そこで、環境負荷の少ない非水電解質二次電池は、携帯機器等だけでなく、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、および燃料電池自動車等の電動車両の電源装置にも利用されつつある。【０００４】
電動車両への適用を指向した非水電解質二次電池は、高出力および高容量であることが求められる。電動車両用の非水電解質二次電池の正極に使用する正極活物質としては、リチウムおよびマンガン等の遷移金属を含む固溶体正極活物質が知られている。特にマンガンは、資源として比較的豊富に存在することから、原料が安価でかつ入手しやすく、環境に対する負荷も少ないため、正極活物質に好適に使用されている。このような固溶体正極活物質は、二次電池の充放電を繰り返すうちに、遷移金属が電解質液内に溶出するという問題があることが分かっている。遷移金属が溶出することにより、正極活物質の結晶構造が変化して、非水電解質二次電池の容量の低下が引き起こされるためである。遷移金属溶出を防止するため、例えば、次のような組成を有する正極活物質を使用する従来技術が知られている（下記特許文献１）。すなわち、ｘＬｉＭＯ２・（１−ｘ）Ｌｉ２Ｍ’Ｏ３、ここで、０＜ｘ＜１、ＭはＶ、Ｍｎ、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉ、Ｍ’はＭｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｕ、ＲｅまたはＰｔである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００８１８８８号明細書
【発明の概要】
【０００６】
しかしながら、上記の従来技術によっては、遷移金属溶出の防止効果はいまだ十分ではない。上記の従来技術では、遷移金属に加えてＴｉ等の他の元素を組成に加えているが、Ｔｉ等によって正極活物質の結晶構造中の遷移金属を十分に置換できず、依然として遷移金属の溶出が生じていると考えられる。その結果、二次電池の充放電を繰り返すことにより、正極活物質としての容量の低下を招いている。
【０００７】
そこで、本発明は、非水電解質二次電池用正極活物質において、遷移金属、特にマンガンの溶出を抑制しうる手段を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、非水電解質二次電池に使用する正極活物質として、特定の組成および特定の構造のものを用いることにより、電池の充放電時の遷移金属の溶出が低減でき、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池が得られることを見出した。すなわち、本発明の正極活物質は、下記組成式（１）を有する：
Ｌｉ１．５［ＮｉａＭｎｂＣｏｃ［Ｌｉ］ｄ［Ｘ］ｅ］Ｏｚ      （１）
ここで、Ｘは、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂからなる少なくとも１種であり、０．０１≦ｅ≦０．７、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１．５、０．１≦ｄ≦０．４、１．１≦［ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ］≦１．４である。ｚは、原子価を満足する酸素数で表される。さらに、組成式（１）の正極活物質は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、２０−２３°、３５−４０°（１０１）、４２−４５°（１０４）および６４−６５（１０８）／６５−６６（１１０）に、岩塩型層状構造を示す回折ピークを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る非双極型のリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る双極型のリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面概略図である。
【図３】Ｔｉを含まない正極活物質Ｃ０のＸ線回折パターンを示すチャートである。
【図４】実施例１で得られた正極活物質Ｃ１のＸ線回折パターンを示すチャートである。
【図５】実施例２で得られた正極活物質Ｃ２のＸ線回折パターンを示すチャートである。
【図６】実施例４で得られた正極活物質Ｃ４のＸ線回折パターンを示すチャートである。
【図７】実施例７で得られた正極活物質Ｃ７のＸ線回折パターンを示すチャートである。
【図８】実施例９で得られた正極活物質Ｃ９のＸ線回折パターンを示すチャートである。
【図９】実施例１０で得られた正極活物質Ｃ１０のＸ線回折パターンを示すチャートである。
【図１０】実施例１１で得られた正極活物質Ｃ１１のＸ線回折パターンを示すチャートである。
【図１１】実施例１３で得られた正極活物質Ｃ１３のＸ線回折パターンを示すチャートである。
【図１２】比較例１で得られた正極活物質Ｄ１のＸ線回折パターンを示すチャートである。
【図１３】比較例２で得られた正極活物質Ｄ２のＸ線回折パターンを示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態は正極活物質であり、集電体の表面の正極活物質層に含まれ、集電体と正極活物質層とが正極を構成する。この正極と、集電体の表面に負極活物質層が形成されてなる負極と、電解質層とを有する発電要素を有する非水電解質二次電池が構成される。本実施形態の正極活物質は、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種が、正極活物質の遷移金属層に固溶し遷移金属を置換することにより、遷移金属の溶出を抑制することができる。
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本実施形態の正極活物質を用いた非水電解質二次電池を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
［非水電解質二次電池］
本実施形態に係る非水電解質二次電池は、本実施形態の正極活物質を使用した二次電池であれば特に制限はなく、典型的にはリチウムイオン二次電池が挙げられる。すなわち、本実施形態の正極と、リチウムイオンを挿入・脱離可能な負極活物質を含有する負極と、前記正極および前記負極の間に介在する電解質層とを備える非水電解質二次電池である。以下の説明では、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る並列に積層したリチウムイオン二次電池（以下、単に「並列積層型電池」とも称する）の全体構造を模式的に表した断面概略図である。図１に示すように、本実施形態の並列積層型電池１０ａは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素１７が、電池外装材であるラミネートフィルム２２の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートフィルムを電池外装材として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素１７を収納し密封した構成を有している。
【００１４】
発電要素１７は、負極集電体１１の両面（発電要素の最下層用および最上層用は片面のみ）に負極活物質層１２が配置された負極と、電解質層１３と、正極集電体１４の両面に正極活物質層１５が配置された正極とを積層した構成を有している。具体的には、１つの負極活物質層１２とこれに隣接する正極活物質層１５とが、電解質層１３を介して対向するようにして、負極、電解質層１３、正極がこの順に積層されている。正極活物質層には、後述するように、特定の組成および構造の正極活物質を使用する。
【００１５】
これにより、隣接する負極、電解質層１３、および正極は、１つの単電池層１６を構成する。したがって、本実施形態の並列積層型電池１０は、単電池層１６が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するといえる。また、単電池層１６の外周には、隣接する負極集電体１１と正極集電体１４との間を絶縁するためのシール部（絶縁層）（図示せず）が設けられていてもよい。発電要素１７の両最外層に位置する最外層負極集電体１１ａには、いずれも片面のみに負極活物質層１２が配置されている。なお、図１とは負極および正極の配置を逆にすることで、発電要素１７の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面のみに正極活物質層が配置されているようにしてもよい。
【００１６】
負極集電体１１および正極集電体１４には、各電極（負極および正極）と導通される負極集電板１８および正極集電板１９がそれぞれ取り付けられ、ラミネートフィルム２２の端部に挟まれるようにラミネートフィルム２２の外部に導出される構造を有している。負極集電板１８および正極集電板１９は、必要に応じて負極端子リード２０および正極端子リード２１を介して、各電極の負極集電体１１および正極集電体１４に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい（図１にはこの形態を示す）。ただし、負極集電体１１が延長されて負極集電板１８とされ、ラミネートフィルム２２から導出されていてもよい。同様に、正極集電体１４が延長されて正極集電板１９とされ、同様に電池外装材２２から導出される構造としてもよい。
【００１７】
図２は、本発明の一実施形態に係る直列に積層した双極型のリチウムイオン二次電池（以下、単に「直列積層型電池」とも称する）の全体構造を模式的に表した断面概略図である。図２に示す直列積層型電池１０ｂは、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素１７が、電池外装材であるラミネートフィルム２２の内部に封止された構造を有する。
【００１８】
図２に示すように、直列積層型電池１０ｂの発電要素１７は、集電体２３の一方の面に電気的に結合した正極活物質層１５が形成され、集電体１１の反対側の面に電気的に結合した負極活物質層１２が形成された複数の双極型電極２４を有する。正極活物質層には、後述するように、特定の組成および構造の正極活物質を使用する。各双極型電極２４は、電解質層１３を介して積層されて発電要素１７を形成する。なお、電解質層１３は、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極２４の正極活物質層１５と前記一の双極型電極２４に隣接する他の双極型電極２４の負極活物質層１２とが電解質層１３を介して向き合うように、各双極型電極２４および電解質層１３が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極２４の正極活物質層１５と前記一の双極型電極２４に隣接する他の双極型電極２４の負極活物質層１２との間に電解質層１３が挟まれて配置されている。
【００１９】
隣接する正極活物質層１５、電解質層１３、および負極活物質層１２は、一つの単電池層１６を構成する。したがって、本実施形態の直列積層型電池１０ｂは、単電池層１６が複数積層されることで、電気的に直列接続されてなる構成を有するといえる。また、電解質層１３からの電解液の漏れによる液絡を防止する目的で、単電池層１６の外周部にはシール部（絶縁部）２５が配置されている。なお、発電要素１７の最外層に位置する正極側の最外層集電体２３ａには、片面のみに正極活物質層１５が形成されている。また、発電要素１７の最外層に位置する負極側の最外層集電体２３ｂには、片面のみに負極活物質層１２が形成されている。ただし、正極側の最外層集電体２３ａの両面に正極活物質層１５が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体２３ｂの両面に負極活物質層１２が形成されてもよい。
【００２０】
さらに、図２に示す直列積層型電池１０ｂでは、正極側の最外層集電体２３ａに隣接するように正極集電板１９が配置され、これが延長されて電池外装材であるラミネートフィルム２２から導出している。一方、負極側の最外層集電体２３ｂに隣接するように負極集電板１８が配置され、同様にこれが延長されて電池の外装であるラミネートフィルム２２から導出している。
【００２１】
図２に示す直列積層型電池１０ｂにおいては、通常、各単電池層１６の周囲に絶縁部２５が設けられる。この絶縁部２５は、電池内で隣り合う集電体２３どうしが接触したり、発電要素１７における単電池層１６の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁部２５の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の直列積層型電池１０ｂが提供されうる。
【００２２】
なお、単電池層１６の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。また、直列積層型電池１０ｂでは、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層１６の積層回数を少なくしてもよい。直列積層型電池１０ｂでも、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止する必要がある。よって、発電要素１７を電池外装材であるラミネートフィルム２２に減圧封入し、正極集電板１９および負極集電板１８をラミネートフィルム２２の外部に取り出した構造とするのがよい。
【００２３】
上記図１および図２における正極活物質層１５は、後述する特定の組成および特定の構造の正極活物質を含む。これにより、電動車両への適用を指向した非水電解質二次電池は、高出力化および高容量化を実現でき、かつ、充放電の繰り返しによっても容量低下の生じにくいものとなる。以下、非水電解質二次電池の各構成について、詳細に説明する。
【００２４】
［正極］
正極は、負極とともにリチウムイオンの授受により電気エネルギーを生み出す機能を有する。正極は、集電体および正極活物質層を必須に含み、集電体の表面に正極活物質層が形成されてなる。
【００２５】
（集電体）
集電体は導電性材料から構成され、その一方の面または両面に正極活物質層が配置される。集電体を構成する材料に特に制限はなく、例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された導電性を有する樹脂が採用されうる。
【００２６】
金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。これらのうち、導電性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス鋼、または銅を用いることが好ましい。
【００２７】
また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。
【００２８】
非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ；高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ））、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、およびポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。
【００２９】
上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限されないが、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＫからなる群から選択される少なくとも１種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限されないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、５〜３５質量％程度である。
【００３０】
集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はないが、通常は１〜１００μｍ程度である。
【００３１】
（正極活物質層）
正極活物質層は特定の組成および特定の構造の正極活物質を必須に含む。前記正極活物質層は、それ以外の正極活物質、導電助剤、バインダ等の添加剤をさらに含んでもよい。
【００３２】
正極活物質
正極活物質は、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸蔵できる組成を有する。本実施形態では、以下の組成式（１）を有する正極活物質を使用する。
【００３３】
Ｌｉ１．５［ＮｉａＭｎｂＣｏｃ［Ｌｉ］ｄ［Ｘ］ｅ］Ｏｚ      （１）
ここで、ＸはＴｉ、ＺｒおよびＮｂからなる少なくとも１種であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１．５、１．１≦［ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ］≦１．４、０．１≦ｄ≦０．４、０．０１≦ｅ≦０．７である。ｚは原子価を満足する酸素数で表される。
【００３４】
さらに、上記の組成式（１）を有する正極活物質は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、２０−２３°、３５−４０°（１０１）、４２−４５°（１０４）および６４−６５（１０８）／６５−６６（１１０）に、岩塩型層状構造を示す回折ピークを有する。この際、岩塩型層状構造の回折ピーク以外に帰属されるピークを実質的に有していないものが好ましい。より好ましくは、３５−４０°（１０１）に３つの回折ピークを有し、４２−４５°（１０４）に１つの回折ピークを有するものが好適である。しかしながら、岩塩型層状構造の回折ピークに帰属されるものであれば、必ずしもそれぞれが３つおよび１つのピークに数えられなくてもよい。Ｘ線回折測定は、後述する実施例で記載する測定方法を採用するものとする。なお、６４−６５（１０８）／６５−６６（１１０）の表記は、６４−６５と６５−６６に近接する２つのピークがあり、組成によっては明確に分離されずにブロードに一つのピークとなる場合も含むことを意味する。
【００３５】
組成式（１）の正極活物質は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、特定の複数の回折ピークを有している。上記組成式の正極活物質は、Ｌｉ２ＭｎＯ３とＬｉＭｎＯ２の固溶体系であり、上記で特定した複数の回折ピークのうち、２０−２３°の回折ピークは、Ｌｉ２ＭｎＯ３に特徴的な超格子回折ピークである。また、通常は、３６．５−３７．５°（１０１）、４４−４５°（１０４）および６４−６５（１０８）／６５−６６（１１０）の回折ピークは、ＬｉＭｎＯ２の岩塩型層状構造に特徴的なものである。また、本実施形態では、岩塩型層状構造を示す回折ピークの一部として、３５−４０°（１０１）に３つ、４２−４５°（１０４）に１つの回折ピークを有することが好ましい。本実施形態の正極活物質には、これらの角度範囲に、岩塩型層状構造を示す回折ピーク以外のピーク、例えば不純物等に由来する他のピークが存在するものは含まれないことが好ましい。このような他のピークが存在する場合には、岩塩型層状構造以外の構造が正極活物質に含まれることを意味している。岩塩型層状構造以外の構造は含まれない方が、本実施形態のサイクル特性向上の効果を確実に得られる。
【００３６】
本実施形態の正極活物質においては、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂからなる少なくとも１種が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎからなる遷移金属層中で、Ｍｎ４＋を置換することにより固溶し、岩塩型層状構造を形成していると考えられる。Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂからなる少なくとも１種が固溶することにより結晶構造が安定化されるため、充放電の際にＭｎをはじめとする遷移金属の溶出が抑制されると考えられる。その結果、充放電を繰り返しても電池の容量低下が防止でき、優れたサイクル特性が実現し得る。加えて、電池性能そのものの向上および耐久性の向上も図ることができる。Ｍｎの溶出により岩塩型層状構造が変化すると、通常はスピネル相が形成され、正極活物質のＸ線回折（ＸＲＤ）測定における回折ピークは、スピネル相を表すものとなる。スピネル相は、３５−３６°（１０１）および４２．５−４３．５°（１０４）に回折ピークが現れる。本実施形態の正極活物質では、充放電の繰り返しの後にもスピネル相は形成されず、岩塩型層状構造が維持されていると考えられる。しかしながら、本実施形態は、以上の考察には限定されない。
【００３７】
さらに、本実施形態における岩塩型層状構造を示す回折ピークは、低角度側にシフトしていることが好ましい。すなわち、本実施形態の正極活物質は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、２０−２３°、３５．５−３６．５°（１０１）、４３．５−４４．５°（１０４）および６４−６５（１０８）／６５−６６（１１０）に回折ピークを有することが好ましい。回折ピークの低角度側へのシフトは、Ｔｉ等が正極活物質中により多く固溶し、Ｍｎを置換していることを示し、Ｍｎ溶出抑制の効果がより大きいと考えられる。
【００３８】
さらに、正極活物質の遷移金属層中にＴｉ等がＭｎ４＋を置換して固溶することにより、置換元素と酸素との共有結合が強くなり、遷移金属の酸化に伴う結晶格子中の酸素の離脱も低減し得る。このことにより、酸素ガスの発生を抑制し、結晶構造内の酸素欠陥が減少し得る。
【００３９】
ここで、組成式（１）において、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅは、１．１≦［ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ］≦１．４を満たす。一般に、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）及びマンガン（Ｍｎ）は、材料の純度向上及び電子伝導性向上という観点から、容量及び出力特性に寄与することが知られている。Ｔｉ等は、結晶格子中のＭｎを一部置換するものである。そして、１．１≦［ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ］≦１．２であることにより、各元素の最適化を図り、容量及び出力特性をより向上させることができる。したがって、この関係を満足する正極活物質をリチウムイオン二次電池に用いた場合、高い可逆容量を維持することにより、高容量を維持しつつ、優れた初期充放電効率を発揮することが可能となる。
【００４０】
なお、組成式（１）において、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１．５、１．１≦［ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ］≦１．４の関係を満足すれば、ａ、ｂ及びｃの値は特に限定されない。ただ、ａは、０＜ａ＜１．５であることが好ましく、０．１≦ａ≦０．７５であることがより好ましい。ａが上記範囲であると、より容量維持率の優れた二次電池が得られる。なお、ａがａ≦０．７５でない場合は、ニッケル（Ｎｉ）が２価であることを条件として上記ｄの範囲内において正極活物質中にニッケルを含有するため、結晶構造が安定化しないことがある。一方、ａ≦０．７５である場合は、正極活物質の結晶構造が岩塩型層状構造となり易い。
【００４１】
さらに、組成式（１）において、ｂは、０＜ｂ＜１．５であることが好ましく、より好ましくは０．２≦ｂ≦０．９である。ｂが上記範囲であると、より容量維持率の優れた二次電池が得られる。ただ、ｂがｂ≦０．９でない場合は、マンガンが４価であることを条件として上記ｄの範囲内において正極活物質中にマンガンを含有し、さらに正極活物質中にニッケル（Ｎｉ）を含有するため、結晶構造が安定化しないことがある。一方、ｂ≦０．９である場合は、正極活物質の結晶構造が岩塩型層状構造となり易い。
【００４２】
また、組成式（１）において、ｃは、０≦ｃ＜１．５であることが好ましい。ただ、ｃがｃ≦０．６でない場合は、コバルトが３価であることを条件として上記ｄの範囲内において正極活物質中にニッケル及びマンガンを含有する。さらに、ニッケル（Ｎｉ）が２価、マンガン（Ｍｎ）が４価であることを条件として上記ｄの範囲内において正極活物質中にコバルト（Ｃｏ）を含有する。そのため、正極活物質の結晶構造が安定化しないことがある。一方、ｃ≦０．６である場合は、正極活物質の結晶構造が岩塩型層状構造となり易い。
【００４３】
また、組成式（１）においては、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１．５である。この式を満たすことにより、正極活物質の結晶構造を安定化させることができる。
【００４４】
また、組成式（１）においては、０．１≦ｄ≦０．４である。ｄが０．１≦ｄ≦０．４でない場合は、正極活物質の結晶構造が安定化しないことがある。逆に、ｄが０．１≦ｄ≦０．４の場合は、正極活物質が岩塩型層状構造となり易い。ｄの範囲は、より好ましくは、０．１５≦ｄ≦０．３５である。ｄが０．１以上の場合は、組成がＬｉ２ＭｎＯ３に近くなり難く、充放電が容易となるため好ましい。
【００４５】
また、組成式（１）においては、０．０１≦ｅ≦０．７である。ｅが０．０１≦ｅ≦０．７でない場合は、該元素が結晶構造に均一に固溶できず結晶構造の安定化が図れない。一方、ｅが０．０１≦ｅ≦０．７であれば、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種が、Ｍｎ４＋を溶出が抑制される程度に十分に置換できる。より好ましくはｅは、０．０２≦ｅ≦０．５であり、さらに好ましくは０．０５≦ｅ≦０．３である。
【００４６】
各元素のイオン半径は、Ｍｎ４＋  ０．５４Å、Ｍｎ４＋  ０．５４Å、Ｔｉ４＋  ０．６１Å、Ｚｒ４＋  ０．７２Å、Ｎｂ５＋  ０．６４Åであり、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂがＭｎよりも大きくなっている。そのため、正極活物質中のＭｎ４＋がＴｉ等に置換されるにつれて、結晶格子が膨張し、岩塩型層状構造を示す回折ピークは低角度側にシフトする。逆に、回折ピークがより低角度側にシフトしていれば、Ｔｉ等のＭｎ４＋の置換量がより大きく、結晶構造が安定しやすいということになる。すなわち、充放電の際のＭｎの溶出がより抑制され、二次電池の容量低下をより効果的に防止し得る。
【００４７】
正極活物質の比表面積としては、０．２〜０．６ｍ２／ｇであることが好ましく、０．２５〜０．５ｍ２／ｇであることがより好ましい。比表面積が０．２ｍ２／ｇ以上であると、十分な電池の出力が得られうることから好ましい。一方、比表面積が０．６ｍ２／ｇ以下であると、マンガンの溶出がより抑制されうることから好ましい。なお、本明細書において、比表面積の値は、特に断りがない限り、実施例の方法で測定された値を採用するものとする。
【００４８】
正極活物質の平均粒径としては、１０〜２０μｍであることが好ましく、１２〜１８μｍであることがより好ましい。平均粒径が１０μｍ以上であると、マンガンの溶出が抑制されうることから好ましい。一方、平均粒径が２０μｍ以下であると、正極の製造時における集電体への塗布工程において、箔切れや詰まり等が抑制されうることから好ましい。なお、平均粒径は、レーザー回折・散乱法の粒度分布測定装置により計測されたものを採用する。平均粒径は、例えば、堀場製作所製の粒度分布分析装置（型式ＬＡ−９２０）を用いて測定することができる。
【００４９】
上記正極活物質は、以下のような方法で調製することができる。すなわち、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種のクエン酸塩と、融点が１００℃〜３５０℃の遷移金属の有機酸塩とを混合する第１工程と、第１工程で得られた混合物を１００℃〜３５０℃で融解する第２工程と、第２工程で得られた溶融物を、前記融点より高い温度で熱分解する第３工程と、第３工程で得られた熱分解物を焼成する第４工程と、を含む。以下、各工程について説明する。
【００５０】
第１工程
第１工程では、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種のクエン酸塩および融点が１００℃〜３５０℃の遷移金属の有機酸塩とを混合する。Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種のクエン酸塩は、好ましくは、クエン酸錯体水溶液の形態で混合する。Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種のクエン酸錯体水溶液は、以下に限定はされないが、好ましくは以下のように調製できる。
【００５１】
すなわち、無水クエン酸をアセトン等の有機溶媒に溶解し、この溶解液に、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種のアルコキシドを加える。この際、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種とクエン酸とのモル比は、（Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種）／クエン酸が１／１〜１／２であることが好ましい。アルコキシドを添加すると、溶解液中に沈殿が生じるため、沈殿物を吸引濾過する。次いで、得られた沈殿物に水を加え、５０〜６０℃に加温しながら撹拌し、溶解させる。水の量は、最終的にＴｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種の酸化物換算で１〜１０質量％のクエン酸錯体水溶液濃度になるように適宜加える。この水溶液を一日静置し、沈殿物を濾過して、濾液としてＴｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種のクエン酸錯体水溶液が得られる。
【００５２】
Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種のアルコキシドとしては、チタンテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ニオブイソプロポキシド、チタンエトキシド、チタンｎ−プロポキシド、チタンブトキシド、ジルコニウムエトキシド、ジルコニウムｎ−プロポキシド、ジルコニウムブトキシド、ニオブエトキシド、ニオブブトキシドが挙げられる。
【００５３】
次に、得られたＴｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種のクエン酸錯体水溶液に、融点が１００℃〜３５０℃の遷移金属の有機酸塩を添加し、混合物とする。融点が１００℃〜３５０℃の遷移金属の有機酸塩としては、好ましくは、酢酸ニッケル、酢酸マンガン、酢酸コバルト、クエン酸マンガン等が挙げられる。
【００５４】
好ましくは、上記のＴｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種のクエン酸錯体水溶液に、さらにアルカリ金属の有機酸塩を混合する。アルカリ金属の有機酸塩としては、好ましくは、酢酸リチウム、クエン酸リチウム、等が挙げられる。アルカリ金属の有機酸塩をこの段階で混合すると、製造方法が簡便であり好ましい。
【００５５】
第２工程
第１工程で得られた混合物を、１００℃〜３５０℃、好ましくは２００〜３００℃で融解する。
【００５６】
第３工程
第２工程で得られた加熱溶融物（スラリー）を、第１工程で使用した遷移金属の有機酸塩の融点以上の温度で熱分解し、乾燥粉末である熱分解物を得る。複数の遷移金属の有機酸塩の融点がそれぞれ異なる場合には、最も高い融点以上の温度で熱分解する。より詳細には、溶融物をスプレー装置で、２００〜６００℃、より好ましくは２００〜４００℃で加熱噴霧することができる。
【００５７】
第４工程
第３工程で得られた熱分解物を、６００〜１２００℃、より好ましくは８００〜１１００℃で、５〜２０時間、好ましくは１０〜１５時間焼成する。焼成の前に仮焼成を行ってもよく、その場合は、２００〜７００℃、より好ましくは３００〜６００℃で、１〜１０時間、より好ましくは２〜６時間仮焼成することができる。このようにして、本実施形態の正極活物質が得られる。
【００５８】
導電助剤
導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。正極活物質層が導電性材料を含むことにより、正極活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性が向上しうる。
【００５９】
導電助剤としては、特に制限されないが、アセチレンブラック、カーボンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラック、グラファイト等のカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ；登録商標）等の種々の炭素繊維、膨張黒鉛などが挙げられる。
【００６０】
正極活物質層の全量に対する導電助剤の含有量は、通常、０〜３０質量％であり、好ましくは１〜１０質量％であり、さらに好ましくは３〜７質量％である。
【００６１】
バインダ
バインダは、活物質層中の構成部材同士または活物質層と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で添加される。
【００６２】
バインダとしては、特に制限されないが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ユリア樹脂、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）などの合成ゴム系バインダ等が挙げられる。
【００６３】
正極活物質層の全量に対するバインダの含有量は、通常、０〜５０質量％であり、好ましくは５〜４５質量％であり、さらに好ましくは１０〜２５質量％であり、特に好ましくは１５〜２０質量％である。
【００６４】
［負極］
負極は、正極とともにリチウムイオンの授受により電気エネルギーを生み出す機能を有する。負極は、集電体および負極活物質層を必須に含み、集電体の表面に負極活物質層が形成されてなる。
【００６５】
（集電体）
負極に用いられうる集電体は、正極に用いられうる集電体と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６６】
（負極活物質層）
負極活物質層は負極活物質を含む。前記負極活物質層は、導電助剤、バインダ等の添加剤をさらに含んでもよい。
【００６７】
負極活物質
負極活物質は、放電時にリチウムイオンを放出し、充電時にリチウムイオンを吸蔵できる組成を有する。負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、負極活物質の例としては、ＳｉやＳｎなどの金属、あるいはＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、もしくはＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｎＯ２などの金属酸化物、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４もしくはＬｉ７ＭｎＮなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Ｌｉ−Ｐｂ系合金、Ｌｉ−Ａｌ系合金、Ｌｉ、または炭素粉末、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが好ましく挙げられる。このうち、リチウムと合金化する元素を用いることにより、従来の炭素系材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。上記のリチウムと合金化する元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｈ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｃ、Ｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃｌ等が挙げられる。
【００６８】
上記負極活物質のうち、炭素材料、ならびに／またはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｉｎ、およびＺｎからなる群より選択される少なくとも１種以上の元素を含むことが好ましく、炭素材料、Ｓｉ、またはＳｎの元素を含むことがより好ましく、炭素材料を用いることが特に好ましい。
【００６９】
前記炭素材料としては、リチウム対比放電電位が低い炭素質粒子が好ましく、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、天然黒鉛と人造黒鉛とのブレンド、天然黒鉛に非晶質をコートした材料、ソフトカーボン、ハードカーボン等を使用し得る。炭素質粒子の形状は、特に制限されず、塊状、球状、繊維状等のいずれの形状であってもよいが、鱗片状ではないことが好ましく、球状、塊状であることが好ましい。鱗片状でないものは、性能および耐久性の観点から好ましい。
【００７０】
また、炭素質粒子は、その表面を非晶質炭素で被覆したものが好ましい。その際、非晶質炭素は、炭素質粒子の全表面を被覆していることがより好ましいが、一部の表面のみの被覆であってもよい。炭素質粒子の表面が非晶質炭素で被覆されていることにより、電池の充放電時に、黒鉛と電解液とが反応することを防止できる。黒鉛粒子の表面に非晶質炭素を被覆する方法としては、特に制限はない。例えば、非晶質炭素を溶媒に溶解、または分散させた混合溶液に核となる炭素質粒子（粉末）を分散・混合した後、溶媒を除去する湿式方式が挙げられる。他にも、炭素質粒子と非晶質炭素を固体同士で混合し、その混合物に力学エネルギーを加え非晶質炭素を被覆する乾式方式、ＣＶＤ法などの気相法等が挙げられる。炭素質粒子が非晶質炭素で被覆されていることは、レーザー分光法などの方法により確認することができる。
【００７１】
負極活物質のＢＥＴ比表面積は、０．８〜１．５ｍ２／ｇであることが好ましい。比表面積が前記範囲にあれば、非水電解質二次電池のサイクル特性が向上しうる。また、負極活物質のタップ密度は、０．９〜１．２ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。タップ密度が上記範囲であると、エネルギー密度の観点から好ましい。
【００７２】
負極活物質の平均粒径は、特に制限されないが、負極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、１〜１００μｍであることが好ましく、１〜２０μｍであることがより好ましい。
【００７３】
導電助剤
負極に用いられうる導電助剤は、正極に用いられうる導電助剤と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７４】
バインダ
負極に用いられうるバインダは、正極に用いられうるバインダと同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７５】
［電解質層］
電解質層は、正極と負極との間の空間的な隔壁（スペーサ）として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。電解質層を構成する電解質に特に制限はなく、液体電解質、ならびに高分子ゲル電解質および高分子固体電解質などのポリマー電解質が適宜用いられうる。本実施形態では、液体電解質が好ましい。
【００７６】
液体電解質は、有機溶媒にリチウム塩が溶解した形態を有する。有機溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）、エチルプロピルカーボネート（ＥＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、含フッ素環状カーボネート（フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）等）、含フッ素鎖状カーボネート、含フッ素鎖状エーテルおよび含フッ素鎖状エステルの少なくとも一種が挙げられる。
【００７７】
また、リチウム塩としては、少なくともＬｉＰＦ６を使用することが好ましい。これ以外に、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３などを用いることができる。リチウム塩濃度としては、０．１〜５ｍｏｌ／Ｌが好ましく、０．１〜２ｍｏｌ／Ｌがより好ましい。
【００７８】
さらに、液体電解質の場合は、添加剤として、有機スルホン系化合物、有機ジスルホン系化合物、ビニレンカーボネート誘導体、エチレンカーボネート誘導体、エステル誘導体、２価フェノール誘導体、テルフェニル誘導体、ホスフェート誘導体およびフルオロリン酸リチウム誘導体の少なくとも一種を含むことが好ましい。このうち、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムなどのフルオロリン酸リチウム誘導体がより好ましい。これらの添加剤の使用は、性能および寿命特性の観点から好ましい。添加剤は、電解液中に０．１〜５質量％で含まれることが好ましく、より好ましくは、０．５〜３．５質量％である。
【００７９】
一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない高分子固体電解質に分類される。
【００８０】
ゲル電解質は、リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体などが挙げられる。かようなマトリックスポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。
【００８１】
なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィンやポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）等の炭化水素、ガラス繊維などからなる微多孔膜が挙げられる。
【００８２】
高分子固体電解質は、上記のマトリックスポリマーにリチウム塩が溶解してなる構成を有し、有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が高分子固体電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。
【００８３】
高分子ゲル電解質や高分子固体電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発揮しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー（例えば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合などの重合処理を施せばよい。なお、上記電解質は、電極の活物質層中に含まれていてもよい。
【００８４】
［集電板（タブ）］
リチウムイオン二次電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、集電体に電気的に接続された集電板（タブ）が外装材であるラミネートフィルムの外部に取り出されている。
【００８５】
集電板を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板（正極タブ）と負極集電板（負極タブ）とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
【００８６】
［シール部］
シール部は、直列積層型電池に特有の部材であり、電解質層の漏れを防止する機能を有する。このほかにも、電池内で隣り合う集電体同士が接触したり、積層電極の端部の僅かな不ぞろいなどによる短絡が起こったりするのを防止することもできる。
【００８７】
シール部の構成材料としては、特に制限されないが、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミド等が用いられうる。これらのうち、耐蝕性、耐薬品性、製膜性、経済性などの観点からは、ポリオレフィン樹脂を用いることが好ましい。
【００８８】
［正極端子リードおよび負極端子リード］
負極および正極端子リードの材料は、公知の積層型二次電池で用いられるリードを用いることができる。なお、電池外装材から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品（例えば、自動車部品、特に電子機器等）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。
【００８９】
［外装材；ラミネートフィルム］
外装材としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができる。そのほか、図１に示すようなラミネートフィルム２２を外装材として用いて、発電要素１７をパックしてもよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる３層構造として構成されうる。このようなラミネートフィルムを用いることにより、外装材の開封、容量回復材の添加、外装材の再封止を容易に行うことができる。
【００９０】
［非水電解質二次電池の製造方法］
非水電解質二次電池の製造方法は特に制限されず、公知の方法により製造されうる。具体的には、（１）電極の作製、（２）単電池層の作製、（３）発電要素の作製、および（４）積層型電池の製造を含む。以下、非水電解質二次電池の製造方法について一例を挙げて説明するが、これに限定されるものではない。
【００９１】
（１）電極（正極および負極）の作製
電極（正極または負極）は、例えば、活物質スラリー（正極活物質スラリーまたは負極活物質スラリー）を調製し、当該活物質スラリーを集電体上に塗布、乾燥し、次いでプレスすることにより作製されうる。前記活物質スラリーは、上述した活物質（正極活物質または負極活物質）、および溶媒を含む。また、導電助剤、バインダをさらに含んでいてもよい。正極活物質スラリーは、上記特定の組成および構造の正極活物質を必須に含むため、本実施形態は正極も提供する。
【００９２】
前記溶媒としては、特に制限されず、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、シクロヘキサン、ヘキサン、水等が用いられうる。
【００９３】
活物質スラリーの集電体への塗布方法としては、特に制限されず、スクリーン印刷法、スプレーコート法、静電スプレーコート法、インクジェット法、ドクターブレード法等が挙げられる。
【００９４】
集電体の表面に形成された塗膜の乾燥方法としては、特に制限されず、塗膜中の溶媒の少なくとも一部が除去されればよい。当該乾燥方法としては、加熱が挙げられる。乾燥条件（乾燥時間、乾燥温度など）は、適用する活物質スラリーに含有される溶媒の揮発速度、活物質スラリーの塗布量等に応じて適宜設定されうる。なお、溶媒は一部が残存していてもよい。残存した溶媒は、後述のプレス工程等で除去されうる。
【００９５】
プレス手段としては、特に限定されず、例えば、カレンダーロール、平板プレス等が用いられうる。
【００９６】
（２）単電池層の作製
単電池層は、（１）で作製した電極（正極および負極）を、電解質層を介して積層させることにより作製されうる。
【００９７】
（３）発電要素の作製
発電要素は、単電池層の出力および容量、電池として必要とする出力および容量等を適宜考慮し、前記単電池層を積層して作製されうる。
【００９８】
（４）積層型電池の製造
電池の構成としては、角形、ペーパー型、積層型、円筒型、コイン型等、種々の形状を採用することができる。また構成部品の集電体や絶縁板等は特に限定されるものではなく、上記の形状に応じて選定すればよい。しかし、本実施形態では積層型電池が好ましい。積層型電池は、上記で得られた発電要素の集電体にリードを接合し、これらの正極リードまたは負極リードを、正極タブまたは負極タブに接合する。そして、正極タブおよび負極タブが電池外部に露出するように、発電要素をラミネートシート中に入れ、注液機により電解液を注液してから真空に封止することにより積層型電池が製造されうる。
【実施例】
【００９９】
以下、本実施形態を実施例を通して具体的に説明するが、本実施形態は以下の実施例には限定されない。【０１００】
［実施例１］
（チタンクエン酸錯体水溶液の調製）
無水クエン酸（分子量１９２．１２ｇ／ｍｏｌ）６０ｇ（０．３ｍｏｌ）をアセトン４００ｍｌに加え、６０℃に加温し溶解した。次いで、チタンテトライソプロポキシド（分子量２８４．２２ｇ／ｍｏｌ）５６ｇ（０．２ｍｏｌ）を加え、沈殿を形成させた。この液を吸引濾過し沈殿物（薄黄色）を得た。【０１０１】
沈殿物にＨ２Ｏ（２００ｍｌ）を加え、５０〜６０℃に加温し溶解した。この溶液を１日以上静置して不溶物を沈降させた後、濾過し、不溶物を除去し、チタンクエン酸錯体水溶液を得た。Ｔｉ濃度は、ＴｉＯ２（分子量７９．８７ｇ／ｍｏｌ）として５．０重量％であった。【０１０２】
（正極活物質Ｃ１の調製）Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｔｉ０．１０］Ｏｚ
チタンクエン酸錯体水溶液（ＴｉＯ２として５．０重量％）１５．９７ｇに、酢酸マンガン・４水和物（分子量２４５．０９ｇ／ｍｏｌ）１５．９３ｇ、酢酸ニッケル・４水和物（分子量２４８．８４ｇ／ｍｏｌ）６．２２ｇ、酢酸リチウム・２水和物（分子量１０２．０２ｇ／ｍｏｌ）１５．３１ｇを順に加えた。得られた混合物を、２００℃〜３００℃に加熱し溶融溶解した。次に、スプレードライ装置を用い、得られた溶融溶解液（スラリー）を２００℃〜４００℃で加熱噴霧し、乾燥した。得られた乾燥粉末を６００℃で４時間仮焼成した後、９００℃で１２時間焼成した。【０１０３】
上記のようにして得た正極活物質Ｃ１の組成は以下の通りであった。
組成式：  Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｔｉ０．１０］Ｏｚ
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１．５，ｄ＝０．２５，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ＝１．２５，ｅ＝０．１
（Ｘ線回折測定）
得られた正極活物質は、Ｘ線回折により、結晶構造および結晶性の評価をした。Ｘ線源にはＣｕ−Ｋα線を用い、測定条件は管電圧４０ＫＶ、管電流２０ｍＡ、走査速度２°／分、発散スリット幅０．５°、受光スリット幅０．１５°で行った。【０１０４】
図３に、比較のためＴｉを含まない下記組成の正極活物質Ｃ０、
組成式：  Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．８７５［Ｌｉ］０．２５Ｔｉ０．００］Ｏｚ
のＸ線回折パターンを示す。さらに、図４に正極活物質Ｃ１のＸ線回折パターンを示す。【０１０５】
図３および４には、２０−２３°に固溶体系に特徴的な超格子構造に帰属されるピークが認められる。さらに、図４では、３６．５−３７．５（１０１）と４４−４５°（１０４）および６４−６５°（１０８）／６５−６６（１１０）のピークが僅かに低角度側へシフトすることが観測された。また、スピネル相に帰属される回折ピークは、いずれの試
料においても認められなかった。【０１０６】
（正極Ｃ１１の作製）
（正極用スラリーの組成）
正極用スラリーは下記組成とした。【０１０７】
正極活物質Ｃ１：組成式  Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｔｉ０．１０］Ｏｚ                                            １００重量部
導電剤：    燐片状黒鉛                            １．０重量部
アセチレンブラック                    ３．０重量部
バインダ：ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）        ３．０重量部
溶剤：      Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）          ６５重量部。【０１０８】
（正極スラリーの製造）
上記組成の正極用スラリーを次のように調製した。まず、バインダ３．０重量部をＮＭＰ３０重量部に溶解してバインダ溶液を作製した。次に、導電剤４．０重量部と正極活物質粉１００重量部の混合粉に、上記バインダ溶液３３．０重量部に加え、プラネタリーミキサー（浅田鉄工製、ＰＶＭ１００）にて混練し、その後、混練物にＮＭＰ３５重量部を加えて、正極用スラリー（固形分濃度６２重量％）とした。【０１０９】
（正極用スラリーの塗布・乾燥）
２０μｍ厚のアルミニウム箔集電箔を走行速度１ｍ／分で走行させながら、集電箔の片面に、上記正極用スラリーをダイコーターにより塗布した。続いて、この正極スラリーを塗布した集電箔を、熱風乾燥炉にて乾燥（１００℃〜１１０℃、乾燥時間３分）を行い、電極活物質層に残留するＮＭＰ量を０．０２重量％以下とした。さらにアルミニウム箔の裏面にも上記同様に塗布、乾燥を行い、両面に電極活物質層を有するシート状電極を形成した。【０１１０】
（電極のプレス）
シート状電極をローラープレスをかけて圧縮成形し、切断して、片面の活物質層の重量約１１．０ｍｇ／ｃｍ２、厚さ約５０μｍ、密度２．７０ｇ／ｃｍ３の正極Ｃ１を作製した。【０１１１】
（電極の乾燥）
次に、この正極Ｃ１を用い真空乾燥炉にて乾燥処理を行った。乾燥炉内部に正極Ｃ１を設置した後、室温（２５℃）にて減圧（１００ｍｍＨｇ（１．３３×１０４Ｐａ））し乾燥炉内の空気を除去した。続いて、窒素ガスを流通（１００ｃｍ３／分）しながら、１０℃／分で１２０℃まで昇温し、１２０℃で再度減圧して炉内の窒素を排気したまま１２間保持した後、室温まで降温した。こうして正極Ｃ１１を得た。【０１１２】
［負極］  
（負極用スラリーの組成）  
負極スラリーは下記組成とした。【０１１３】
活物質：    天然グラファイト                    １００重量部
導電剤：    アセチレンブラック                  １．０重量部
バインダ：ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）    ５．０重量部
溶剤：      Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）        ９７重量部
（負極スラリーの製造）
上記組成の負極用スラリーを次のように調製した。まず、バインダ５．０重量部をＮＭＰ５０重量部に溶解してバインダ溶液を作製した。次に、導電剤１．０重量部と天然グラファイト粉１００重量部の混合粉に、上記バインダ溶液５５．０重量部に加え、プラネタリーミキサー（浅田鉄工製、ＰＶＭ１００）にて混練し、その後、混練物にＮＭＰ４７重量部を加えて、負極用スラリー（固形分濃度５２重量％）とした。なお、負極活物質の形状はＳＥＭにより鱗片状でないことを確認した。比表面積は１．０５ｍ２／ｇ（測定装置：日本ベル製ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉＩＩ）、タップ密度は１．１ｇ／ｃｍ３（測定置：日本ルフト製タップ密度測定装置）であった。【０１１４】
（負極用スラリーの塗布・乾燥）
負極塗布量（ｍｇ／ｃｍ２）は、片面の塗布重量が約９．５０ｍｇ／ｃｍ２であった。１０μｍ厚の電解銅箔集電箔を走行速度１．５ｍ／分で走行させながら、集電箔の片面に、上記負極用スラリーをダイコーターにより塗布した。続いて、この負極スラリーを塗布した集電箔を、熱風乾燥炉にて、１００℃〜１１０℃、乾燥時間２分で乾燥を行い、電極活物質層に残留するＮＭＰ量を０．０２重量％以下とした。さらに電解銅箔の裏面にも上記同様に塗布、乾燥を行い、両面に電極活物質層を有するシート状電極を形成した。【０１１５】
（電極のプレス）
得られたシート状電極をローラープレスをかけて圧縮成形し、切断して、片面の活物質層の重量約９．５０ｍｇ／ｃｍ２、密度１．４５ｇ／ｃｍ３の負極Ａ１を作製した。負極Ａ１の表面を観察したところ、クラックの発生は見られなかった。【０１１６】
（電極の乾燥）
次に、上記手順で作製した負極Ａ１を用い真空乾燥炉にて乾燥処理を行った。乾燥炉内部に負極Ａ１を設置した後、室温（２５℃）にて減圧（１００ｍｍＨｇ（１．３３×１０４Ｐａ））し乾燥炉内の空気を除去した。続いて、窒素ガスを１００ｃｍ３／分で流通しながら、１０℃／分で１３５℃まで昇温し、１３５℃で再度減圧して炉内の窒素を排気したまま１２時間保持した後、室温まで降温した。こうして負極Ａ１１を得た。【０１１７】
［電池の作製］
正極Ｃ１１（活物質層面積  縦３．６ｃｍ×横５．３ｃｍ）と負極Ａ１１（活物質層面積  縦３．８ｃｍ×横５．５ｃｍ）の集電箔部分にタブを溶接した。これらタブを溶接した負極Ａ１１と正極Ｃ１１との間に多孔質ポリプロピレン製セパレータ（Ｓ）（縦４．５ｃｍ×横６．０ｃｍ、厚さ２５μｍ、空孔率５５％）を挟んで５層からなる積層型（積層例、Ａ１１−（Ｓ）−Ｃ１１−（Ｓ）−Ａ１１）の電池素子を作製した。次いで、アルミラミネートフィルム製（縦５．０ｃｍ×横６．５ｃｍ）で両側を挟み込み、３辺を熱圧着封止して上記電池素子を収納した。【０１１８】
この電池素子に、エチレンカーボネート（ＥＣ）３０ｖｏｌ．％とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）７０ｖｏｌ．％の混合溶媒に、１．０モル／リットルのＬｉＰＦ６（電解質）を溶解した後、添加剤として作用するフルオロリン酸リチウムとして、ジフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＯ２Ｆ２）を１．８重量％、モノフルオロリン酸リチウム（Ｌｉ２ＰＯ３Ｆ）１．０重量％を溶解し電解液を得た。この電解液０．６ｃｍ３／セルを注入した後、残りの１辺を熱圧着で仮封止し、ラミネート型セルを作製した。電解液を電極細孔内に十分に浸透させるため、面圧０．５Ｍｐａで加圧しながら、２５℃にて２４時間保持した。【０１１９】
その後、上記電池素子を評価セル取り付け冶具にセットし、正極リードと負極リードを電池素子の各タブ端部に取り付け、試験を行った。【０１２０】
［電池特性の評価］
実施例２１で作製した電池を、以下の条件で初充電処理及び活性化処理を行い、性能を評価した。【０１２１】
［初充電処理］
電池のエージング処理は、以下のように実施した。２５℃にて、定電流充電法で０．０５Ｃ、４時間の充電（ＳＯＣ約２０％）を行った。次いで、２５℃にて０．１Ｃレートで４．３５Ｖまで充電した後、充電を止め、その状態（ＳＯＣ約７０％）で約２日間（４８時間）保持した。【０１２２】
［ガス除去処理１］
熱圧着で仮封止した一辺を開封し、１０±３ｈＰａで５分間ガス除去を行った後、再度、熱圧着を行い仮封止を行った。さらに、ローラーで加圧（面圧０．５±０．１ＭＰａ）整形し電極とセパレータとを十分に密着させた。【０１２３】
［活性化処理］
２５℃にて、定電流充電法で０．２Ｃで電圧が４．４５Ｖとなるまで充電した後、２．０Ｖまで０．２Ｃで放電するサイクルを２回、０．２Ｃで４．５５Ｖとなるまで充電した後、０．２Ｃで２．０Ｖまで放電するサイクルを２回を行った。【０１２４】
［ガス除去処理２］
熱圧着で仮封止した一辺を開封し、１０±３ｈＰａで５分間ガス除去を行った後、再度、熱圧着を行い本封止を行った。さらに、ローラーで加圧（面圧０．５±０．１ＭＰａ）整形し電極とセパレータとを十分に密着させた。  【０１２５】
［性能評価］
電池の評価は、充電は、０．１Ｃレートにて最高電圧が４．５Ｖとなるまで充電した後、約１時間〜１．５時間保持する定電流定電圧充電法とし、放電は、電池の最低電圧が２．０Ｖとなるまで０．１Ｃレートで放電する定電流放電法で行った。いずれも、室温下で行った。【０１２６】
［寿命評価］
電池の寿命試験は、上記１．０Ｃレートでの充放電を、４５℃で３００サイクルを繰り返した。電池の評価は、充電は、０．１Ｃレートにて最高電圧が４．５Ｖとなるまで充電した後、約１時間〜１．５時間保持する定電流定電圧充電法とし、放電は、電池の最低電圧が２．０Ｖとなるまで０．１Ｃレートで放電する定電流放電法で行った。いずれも、室温下で行った。【０１２７】
１サイクル目の放電容量に対する３００サイクル目の放電容量の割合を容量維持率として比較した。また、１サイクル目の直流抵抗（ＤＣＲ）に対する３００サイクル目のＤＣＲの割合を、ＤＣＲ増加率として比較した。【０１２８】
［実施例２］
（正極活物質Ｃ２の調製）Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｔｉ０．１０］Ｏｚ
実施例１と同様にして得られたチタンクエン酸錯体水溶液（ＴｉＯ２として５．０重量％）１５．９７ｇに、酢酸マンガン・４水和物（分子量２４５．０９ｇ／ｍｏｌ）１５．９３ｇ、酢酸ニッケル・４水和物（分子量２４８．８４ｇ／ｍｏｌ）６．２２ｇ、酢酸リチウム・２水和物（分子量１０２．０２ｇ／ｍｏｌ）１５．３１ｇの１．０１倍量（１５．４６ｇ）の順に加えた。得られた混合物を、２００℃〜３００℃に加熱し溶融溶解した。次に、スプレードライ装置を用い、得られた溶融溶解液（スラリー）を２００℃〜４００℃で加熱噴霧し乾燥した。得られた乾燥粉末を６００℃で４時間仮焼成した後、９００℃で１２時間焼成した。焼成粉末１０ｇを純水１００ｍｌに加えて２分間攪拌混合した後、速やかに吸引濾過した。濾過物を２００℃で乾燥した後、４００℃で１時間焼成した。【０１２９】
上記のようにして得た正極活物質Ｃ２の組成は、以下の通りであった。
組成式：  Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｔｉ０．１０］Ｏｚ
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１．５，ｄ＝０．２５，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ＝１．２５，ｅ＝０．１
図５に正極活物質Ｃ２のＸ線回折パターンを示す。Ｘ線回折パターンでは、実施例１の正極活物質Ｃ１と同様のピークが観測された。また、実施例１に準じて評価セルを作製し、初充電処理及び活性化処理を行った後、性能評価と寿命評価を行った。評価結果は、後掲の表１および３に示す。【０１３０】
［実施例３］
実施例２に準じて、正極活物質Ｃ３を作製した。また、実施例１に準じて評価セルを作製し、初充電処理及び活性化処理を行った後、性能評価と寿命評価を行った。評価結果は、後掲の表１および３に示す。【０１３１】
［実施例４〜５］
酢酸リチウムの仕込み量を１．０５倍量とした以外は、実施例２に準じ、正極活物質Ｃ４〜Ｃ５を作製した。図６に正極活物質Ｃ４のＸ線回折パターンを実線で示す。比較のため、図６中、実施例１の正極活物質Ｃ１のパターンを実線で示した。正極活物質Ｃ４は、３６．５−３７．５（１０１）のピークが３５．５−３６．５（１０１）へ、４４−４５°（１０４）のピークが４３．５−４４．５°（１０４）へと低角度側へのシフトが観測された。さらに、６４−６５°（１０８）／６５−６６（１１０）のピークが一つに重なる傾向が観測された。これは、正極活物質Ｃ４においてチタンの固溶量が増大したためと考えられる。【０１３２】
また、実施例１に準じて評価セルを作製し、初充電処理及び活性化処理を行った後、性能評価と寿命評価を行った。評価結果は、後掲の表１および３に示す。【０１３３】
［実施例６〜８］
酢酸リチウムの仕込み量を１．１０倍量とした以外は、実施例２に準じ、正極活物質Ｃ６〜Ｃ８を作製した。図７に正極活物質Ｃ７のＸ線回折パターンを示す。Ｘ線回折パターンでは、実施例１の正極活物質Ｃ１と同様のピークが観測された。また、実施例１に準じて評価セルを作製し、初充電処理及び活性化処理を行った後、性能評価と寿命評価を行った。評価結果は、後掲の表１および３に示す。【０１３４】
［実施例９］
酢酸リチウムの仕込み量を１．０５倍量とした以外は、実施例２に準じ、正極活物質Ｃ９を作製した。図８に正極活物質Ｃ９のＸ線回折パターンを示す。Ｘ線回折パターンでは、実施例１の正極活物質Ｃ１と同様のピークが観測された。また、実施例１に準じて評価セルを作製し、初充電処理及び活性化処理を行った後、性能評価と寿命評価を行った。評価結果は、後掲の表１および３に示す。【０１３５】
［実施例１０］
（チタンクエン酸錯体水溶液の調製）
金属チタン粉末（３５０メッシュ）約２．５ｇに、３０％過酸化水素水２００ｍｌと、３０％アンモニア水５０ｍｌを混合（金属チタン：過酸化水素水：アンモニアのモル比＝１：３４：１７）し、ウォーターバスで冷却しながら溶かし、黄色い透明なチタンペルオキソ溶液を得た。得られた溶液に、チタン１モルに対して１．１倍モルの無水クエン酸を加え、６０℃に加温しながら溶解しチタンクエン酸錯体水溶液を得た。Ｔｉ濃度は、ＴｉＯ２として５．０重量％であった。【０１３６】
こうして得られたチタンクエン酸塩を用いた以外は、実施例９に準じて、正極活物質Ｃ１０を作製した。図９に正極活物質Ｃ１０のＸ線回折パターンを示す。Ｘ線回折パターンでは、実施例１の正極活物質Ｃ１と同様のピークが観測された。【０１３７】
また、実施例１に準じて評価セルを作製し、初充電処理及び活性化処理を行った後、性能評価と寿命評価を行った。評価結果は、後掲の表１および３に示す。【０１３８】
［実施例１１］
（ジルコニウムクエン酸錯体水溶液の調製）
無水クエン酸（分子量１９２．１２ｇ／ｍｏｌ）６０ｇ（０．３ｍｏｌ）をアセトン４００ｍｌに加え、６０℃に加温し溶解した。次いで、ジルコニウムテトライソプロポキシド（分子量３８７．６７ｇ／ｍｏｌ）７７．５３ｇ（０．２ｍｏｌ）を加え、沈殿を形成させた。この液を吸引濾過し、沈殿物（薄黄色）を得た。沈殿物にＨ２Ｏ（２００ｍｌ）を加え、５０〜６０℃に加温し溶解した。得られた溶液を１日以上静置して不溶物を沈降させた後、濾過し不溶物を除去し、ジルコニウムクエン酸錯体水溶液を得た。Ｚｒ濃度は、ＺｒＯ２として５．０重量％であった。【０１３９】
チタンクエン酸錯体水溶液の代りに、ジルコニウムクエン酸錯体水溶液を用いた以外は、実施例９に準じ、下記組成の正極活物質Ｃ１１を作製した。
組成式：  Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｚｒ０．１０］Ｏｚ
図１０に正極活物質Ｃ１１のＸ線回折パターンを示す。Ｘ線回折パターンでは、実施例１の正極活物質Ｃ１と同様のピークが観測された。また、得られた正極活物質Ｃ１１を用い、実施例１に準じて評価セルを作製し、初充電処理及び活性化処理を行った後、性能評価と寿命評価を行った。評価結果は、後掲の表１および３に示す。【０１４０】
［実施例１２］
（ジルコニウムクエン酸錯体水溶液の調製）
金属ジルコニウム粉末（３５０メッシュ）約２．５ｇに、３０％過酸化水素水２００ｍｌと、３０％アンモニア水５０ｍｌを混合（金属チタン：過酸化水素水：アンモニアのモル比＝１：３４：１７）し、ウォーターバスで冷却しながら溶かし、黄色い透明なジルコニウムペルオキソ溶液を得た。得られた溶液に、ジルコニウム１モルに対して１．１倍モルの無水クエン酸を加え、６０℃に加温しながら溶解しジルコニウムクエン酸錯体水溶液を得た。Ｚｒ濃度は、ＺｒＯ２として５．０重量％であった。【０１４１】
チタンクエン酸錯体水溶液の代りに、ジルコニウムクエン酸錯体水溶液を用いた以外は、実施例９に準じ、下記組成の正極活物質Ｃ１２を作製した。
組成式：  Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｚｒ０．１０］Ｏｚ
得られた正極活物質Ｃ１２を用い、実施例１に準じて評価セルを作製し、初充電処理及び活性化処理を行った後、性能評価と寿命評価を行った。評価結果は、後掲の表１および３に示す。【０１４２】
［実施例１３］
（ニオブクエン酸錯体水溶液の調製）
無水クエン酸（分子量１９２．１２ｇ／ｍｏｌ）６０ｇ（０．３ｍｏｌ）をアセトン４００ｍｌに加え、６０℃に加温し溶解した。次いで、ニオブペンタエトキシド（分子量３１８．２１ｇ／ｍｏｌ）６３．６４ｇ（０．２ｍｏｌ）を加え、沈殿を形成させた。この液を吸引濾過し、沈殿物（薄黄色）を得た。得られた沈殿物にＨ２Ｏ（２００ｍｌ）を加え、５０〜６０℃に加温し溶解した。得られた溶液を１日以上静置して不溶物を沈降させた後、濾過し不溶物を除去し、ニオブクエン酸錯体水溶液を得た。Ｎｂ濃度は、Ｎｂ２Ｏ５として５．０重量％であった。【０１４３】
チタンクエン酸錯体水溶液の代りに、ニオブクエン酸錯体水溶液を用いた以外は、実施例９に準じ、下記組成の正極活物質Ｃ１３を作製した。
組成式：  Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｎｂ０．０５］Ｏｚ
図１１に正極活物質Ｃ１３のＸ線回折パターンを示す。Ｘ線回折パターンでは、実施例１の正極活物質Ｃ１と同様のピークが観測された。また、得られた正極活物質Ｃ１３を用い、実施例１に準じて評価セルを作製し、初充電処理及び活性化処理を行った後、性能評価と寿命評価を行った。評価結果は、後掲の表１および３に示す。【０１４４】
［実施例１４］
（ニオブクエン酸錯体水溶液の調製）
金属ニオブ粉末（３５０メッシュ）約２．５ｇに、３０％過酸化水素水２００ｍｌと、３０％アンモニア水５０ｍｌを混合（金属チタン：過酸化水素水：アンモニアのモル比＝１：３４：１７）し、ウォーターバスで冷却しながら溶かし、黄色い透明なニオブペルオキソ溶液を得た。得られた溶液に、ニオブ１モルに対して１．１倍モルの無水クエン酸を加え、６０℃に加温しながら溶解しニオブクエン酸錯体水溶液を得た。Ｎｂ濃度は、Ｎｂ２Ｏ５として５．０重量％であった。【０１４５】
チタンクエン酸錯体水溶液の代りに、ニオブクエン酸錯体水溶液を用いた以外は、実施例９に準じ、下記組成の正極活物質Ｃ１４を作製した。
組成式：  Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｎｂ０．０５］Ｏｚ
得られた正極活物質Ｃ１４を用い、実施例１に準じて評価セルを作製し、初充電処理及び活性化処理を行った後、性能評価と寿命評価を行った。【０１４６】
［比較例１］
（正極活物質Ｄ１の調製）Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｔｉ０．１０］Ｏｚ
炭酸マンガン（分子量１１４．９５ｇ／ｍｏｌ）７．４７ｇ、炭酸ニッケル（分子量１１８．７０ｇ／ｍｏｌ）２．９７ｇ、水酸化リチウム・１水和物（分子量４１．９６ｇ／ｍｏｌ）６．３６ｇを混合し粉砕した。粉砕物に、チタンテトライソプロポキシド（分子量２８４．２２ｇ／ｍｏｌ）０．２８ｇを加えた。得られた混合物を、２００℃〜３００℃に加熱し、チタンテトライソプロポキシドを熱分解した。この乾燥粉末を４００℃で時間仮焼成した後、９００℃で１２時間焼成した。【０１４７】
こうして得た正極活物質Ｄ１は、以下の組成を有していた。
組成式：  Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｔｉ０．１０］Ｏｚ
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１．５，ｄ＝０．２５，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ＝１．２５，ｅ＝０．１図１３に正極活物質Ｄ１のＸ線回折パターンを実線で示す。対比のため、実施例１の正極活物質Ｃ１のＸ線回折パターンを破線で示す。正極活物質Ｄ１のＸ線回折パターンでは、下向き矢印で示した不純物のピークが認められた。また、得られた正極活物質を用い、実施例１に準じて、評価セルを作製し、初充電処理及び活性化処理を行った後、性能評価と寿命評価を行った。評価結果は、後掲の表２および４に示す。【０１４８】
［比較例２］
（正極活物質Ｄ２の調製）Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｔｉ０．１０］Ｏｚ
チタンクエン酸錯体水溶液（ＴｉＯ２として５．０重量％）１５．９７ｇに、炭酸マンガン（分子量１１４．９５ｇ／ｍｏｌ）７．４７ｇ、炭酸ニッケル（分子量１１８．７０ｇ／ｍｏｌ）２．９７ｇ、水酸化リチウム・１水和物（分子量４１．９６ｇ／ｍｏｌ）６．３６ｇを混合し粉砕した。この混合物を、２００℃〜３００℃に加熱し熱分解した。得られた乾燥粉末を４００℃で４時間仮焼成した後、９００℃で１２時間焼成した。【０１４９】
こうして得た正極活物質Ｄ２は、以下の組成であった。
組成式：  Ｌｉ１．５［Ｎｉ０．３７５Ｍｎ０．７７５［Ｌｉ］０．２５Ｔｉ０．１０］Ｏｚ
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１．５，ｄ＝０．２５，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ＝１．２５，ｅ＝０．１図１４に正極活物質Ｄ２のＸ線回折パターンを実線で示す。対比のため、実施例１の正極活物質Ｃ１のＸ線回折パターンを破線で示す。正極活物質Ｄ２のＸ線回折パターンでは、下向き矢印で示した不純物のピークが認められた。また、得られた正極活物質を用い、実施例１に準じて、評価セルを作製し、初充電処理及び活性化処理を行った後、性能評価と寿命評価を行った。評価結果は、後掲の表２および４に示す。【０１５０】
上記の実施例１〜１４および比較例１〜２で作製した各正極活物質Ｃ１〜Ｃ１４およびＤ１〜Ｄ２について、前記組成式に準じて、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅの値を表１にまとめて示した。【０１５１】
【表１】
2014058068.tif 000003
【０１５２】
【表２】
2014058068.tif 000004
【０１５３】
【表３】
2014058068.tif 000005
【０１５４】
【表４】
2014058068.tif 000006
【０１５５】
表１〜４が示すように、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂからなる少なくとも１種が正極活物質中に固溶している実施例は、比較例に対比して優れた充放電容量、容量維持率およびＤＣＲ増加率を示した。また、実施例のうち、Ｔｉの固溶量の大きい実施例４、５は、特に優れた容量維持率を示した。このように、正極活物質として特定の組成および構造を有するものを使用することにより、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を実現できる。【０１５６】
さらに、本出願は、２０１２年１０月１２日に出願された日本特許出願番号２０１２−２２７３８３号に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
【符号の説明】
【０１５７】
１０ａ  並列積層型電池、
１０ｂ  直列積層型電池、
１１  負極集電体、
１１ａ  最外層負極集電体、
１２  負極活物質層、
１３  電解質層、
１４  正極集電体、
１５  正極活物質層、
１６  単電池層、
１７  発電要素、
１８  負極集電板、
１９  正極集電板、
２０  負極端子リード、
２１  正極端子リード、
２２  ラミネートフィルム、
２３  集電体、
２３ａ  最外層正極集電体、
２３ｂ  最外層負極集電体、
２４  双極型電極、
２５  シール部（絶縁部）。
【図１】
2014058068.tif 000007
【図２】
2014058068.tif 000008
【図３】
2014058068.tif 000009
【図４】
2014058068.tif 000010
【図５】
2014058068.tif 000011
【図６】
2014058068.tif 000012
【図７】
2014058068.tif 000013
【図８】
2014058068.tif 000014
【図９】
2014058068.tif 000015
【図１０】
2014058068.tif 000016
【図１１】
2014058068.tif 000017
【図１２】
2014058068.tif 000018
【図１３】
2014058068.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月27日(2014.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記組成式（１）：
Ｌｉ１．５［ＮｉａＭｎｂＣｏｃ［Ｌｉ］ｄ［Ｘ］ｅ］Ｏｚ（１）
ここで、Ｘは、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂからなる少なくとも１種であり、０．０５≦ｅ≦０．７、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１．５、０．１≦ｄ≦０．４、１．１≦［ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ］≦１．４であり、ｚは、原子価を満足する酸素数で表される、
岩塩型層状構造を有する非水電解質二次電池用正極活物質。
【請求項２】
前記正極活物質が、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、３５−４０°（１０１）に３つの回折ピークを有し、４２−４５°（１０４）に１つの回折ピークを有する請求項１に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。
【請求項３】
Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、２０−２３°、３５．５−３６．５°（１０１）、４３．５−４４．５°（１０４）および６４−６５（１０８）／６５−６６（１１０）に回折ピークを有する、請求項１または２に記載の正極活物質。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種のクエン酸塩と、融点が１００℃〜３５０℃の遷移金属の有機酸塩とを混合する第１工程と、
第１工程で得られた混合物を１００℃〜３５０℃で融解する第２工程と、
第２工程で得られた溶融物を、前記融点以上の温度で熱分解する第３工程と、
第３工程で得られた熱分解物を焼成する第４工程と、
を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項６】
第１工程において、さらにアルカリ金属の有機酸塩を混合する請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の正極活物質または請求項５もしくは６に記載の製造方法により製造された正極活物質を含む非水電解質二次電池用正極。
【請求項８】
請求項７に記載の正極と、
リチウムイオンを挿入・脱離可能な負極活物質を含有する負極と、
前記正極および前記負極の間に介在する電解質層とを備え、
前記負極活物質が、非晶質炭素層で表面が被覆され、鱗片状ではない黒鉛材料からなり、ＢＥＴ比表面積が０．８〜１．５ｍ２／ｇの範囲にあり、タップ密度が０．９〜１．２ｇ／ｃｍ３の範囲にある、非水電解質二次電池。
【請求項９】
前記電解液が、
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、含フッ素環状カーボネート、含フッ素鎖状カーボネート、含フッ素鎖状エーテルおよび含フッ素鎖状エステルの少なくとも一種、
ＬｉＰＦ６、および、
有機スルホン系化合物、有機ジスルホン系化合物、ビニレンカーボネート誘導体、エチレンカーボネート誘導体、エステル誘導体、２価フェノール誘導体、テルフェニル誘導体、ホスフェート誘導体およびフルオロリン酸リチウム誘導体の少なくとも一種の電解液用添加剤を含む、請求項８に記載の非水電解質二次電池。
【請求項１０】
Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、２０−２３°、３５−４０°（１０１）、４２−４５°（１０４）および６４−６５（１０８）／６５−６６（１１０）に、回折ピークを有する、請求項１に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月3日(2015.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記組成式（１）：
Ｌｉ１．５［ＮｉａＭｎｂＣｏｃ［Ｌｉ］ｄ［Ｘ］ｅ］Ｏｚ  （１）
ここで、Ｘは、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂからなる少なくとも１種であり、０．０５≦ｅ≦０．７、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１．５、０．１≦ｄ≦０．４、１．１≦［ａ＋ｂ＋ｃ＋ｅ］≦１．４であり、ｚは、原子価を満足する酸素数で表される、
岩塩型層状構造を有する非水電解質二次電池用正極活物質。
【請求項２】
前記正極活物質が、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、３５−４０°（１０１）に３つの回折ピークを有し、４２−４５°（１０４）に１つの回折ピークを有する請求項１に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。
【請求項３】
Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、２０−２３°、３５．５−３６．５°（１０１）、４３．５−４４．５°（１０４）および６４−６５（１０８）／６５−６６（１１０）に回折ピークを有する、請求項１または２に記載の正極活物質。
【請求項４】
Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂの少なくとも一種のクエン酸塩と、融点が１００℃〜３５０℃の遷移金属の有機酸塩とを混合する第１工程と、
第１工程で得られた混合物を１００℃〜３５０℃で融解する第２工程と、
第２工程で得られた溶融物を、前記融点以上の温度で熱分解する第３工程と、
第３工程で得られた熱分解物を焼成する第４工程と、
を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項５】
第１工程において、さらにアルカリ金属の有機酸塩を混合する請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の正極活物質または請求項４もしくは５に記載の製造方法により製造された正極活物質を含む非水電解質二次電池用正極。
【請求項７】
請求項６に記載の正極と、
リチウムイオンを挿入・脱離可能な負極活物質を含有する負極と、
前記正極および前記負極の間に介在する電解質層とを備え、
前記負極活物質が、非晶質炭素層で表面が被覆され、鱗片状ではない黒鉛材料からなり、ＢＥＴ比表面積が０．８〜１．５ｍ２／ｇの範囲にあり、タップ密度が０．９〜１．２ｇ／ｃｍ３の範囲にある、非水電解質二次電池。
【請求項８】
前記電解液が、
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、含フッ素環状カーボネート、含フッ素鎖状カーボネート、含フッ素鎖状エーテルおよび含フッ素鎖状エステルの少なくとも一種、
ＬｉＰＦ６、および、
有機スルホン系化合物、有機ジスルホン系化合物、ビニレンカーボネート誘導体、エチレンカーボネート誘導体、エステル誘導体、２価フェノール誘導体、テルフェニル誘導体、ホスフェート誘導体およびフルオロリン酸リチウム誘導体の少なくとも一種の電解液用添加剤を含む、請求項７に記載の非水電解質二次電池。
【請求項９】
Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定において、２０−２３°、３５−４０°（１０１）、４２−４５°（１０４）および６４−６５（１０８）／６５−６６（１１０）に、回折ピークを有する、請求項１に記載の非水電解質二次電池用正極活物質。
【国際調査報告】
2014058068.tif 000020
2014058068.tif 000021
2014058068.tif 000022
2014058068.tif 000023