(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体上に正極活物質層を有し、
前記正極活物質層は、
複数の粒子状の正極活物質と、
還元された酸化グラフェンと、側鎖に官能基を有するポリマーと、が結合した反応物と、を有し、
前記複数の粒子状の正極活物質の少なくとも一部と、前記還元された酸化グラフェンの少なくとも一部が接する、
二次電池用正極。
【請求項２】
請求項１において、
前記官能基は、アミノ基を含む、
二次電池用正極。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記還元された酸化グラフェンと前記ポリマーとの結合は、炭素原子と窒素原子との共有結合を含む、
二次電池用正極。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記集電体と、前記正極活物質層と、の間にアンカーコート層を有する
二次電池用正極。
【請求項５】
請求項４において、
前記アンカーコート層は、
ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウムのいずれか一以上と、
アセチレンブラック、カーボンブラック、グラフェン、還元された酸化グラフェンおよびカーボンナノチューブのいずれか一以上と、の混合物を含む、
二次電池用正極。
【請求項６】
複数の粒子状の正極活物質と、酸化グラフェンと、水と、を混合し、
前記複数の粒子状の正極活物質と、前記酸化グラフェンと、前記水と、の混合物に、ポリマー水溶液を添加してスラリーを作製し、
前記スラリーを集電体上に塗り、
前記スラリーを乾燥することで正極活物質層とし、
前記正極活物質層が有する酸化グラフェンを還元する、
二次電池用正極の作製方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記正極活物質層が有する前記酸化グラフェンの還元は、
前記集電体および対極を浸漬した電解液中で、
前記酸化グラフェンの還元反応が生じる電位を前記集電体に供給することにより行う、
二次電池用正極の作製方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、
前記スラリーを前記集電体上に塗る前に、
前記集電体に表面処理を行う、
二次電池用正極の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池用正極および二次電池用正極の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンやポータブルゲーム機等の携帯機器が普及している。また環境問題への関心の高まりから、ハイブリッドカーや電気自動車に注目が集まり、リチウム二次電池をはじめとする二次電池は重要性を増している。
【０００３】
二次電池の基本的な構成は、正極と負極との間に電解質を介在させたものである。正極及び負極としては、それぞれ、集電体と、集電体上に設けられた活物質と、を有する構成が代表的である。リチウム二次電池の場合は、リチウムを吸蔵および放出することができる材料を、正極および負極の活物質として用いる。
【０００４】
正極活物質はほとんどの場合、電解質との接触面積を大きくするために、粒子状としている。そこで一般的には、粒子状の正極活物質に、バインダ、導電助剤等を混合し正極活物質層としたものを集電体上に設けて正極としている。
【０００５】
バインダは粒子状の正極活物質同士、および正極活物質と集電体とを接着し、正極活物質層の強度を高める機能をもつ。材料としてはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等が代表的である。また導電助剤は正極活物質に電子の供給パスを提供し、正極活物質と集電体との接触抵抗を低減する機能をもつ。材料としてはアセチレンブラックが代表的である。
【０００６】
しかしながら、バインダおよび導電助剤等は、電池反応（リチウム二次電池の場合はリチウムの吸蔵および放出）に寄与しない材料である。そのため、バインダおよび導電助剤等の混合比率が高まるほど、正極活物質層中の正極活物質の割合が低下し、正極活物質層の体積あたりの容量が減少してしまう。
【０００７】
例えば、特許文献１には、導電助剤としてカーボンブラック、バインダとしてポリフッ化ビニリデンとポリアミドイミドの混合物を用いたリチウム二次電池が開示されているが、正極合剤（正極活物質層）中の正極活物質の割合は、８７ｗｔ％にとどまっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３３５１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明の一態様は、正極活物質層における正極活物質の割合を高め、かつ正極活物質層の強度を高めることを目的の一とする。また二次電池の体積あたりの容量を高めることを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の一態様では、導電助剤兼バインダとして、還元された酸化グラフェンと官能基を持つポリマーとが結合したものを用いることに着目した。具体的には、正極活物質と、酸化グラフェンと、側鎖に官能基を有するポリマーと、を混合して酸化グラフェンとポリマーとを結合させる。その後酸化グラフェンを還元して、還元された酸化グラフェンとポリマーとが結合したものを導電助剤兼バインダとする。
【００１１】
本明細書中において、グラフェンとは、リチウム等のイオンを通過させる空隙を有し、π結合を有する、１原子層の炭素分子で構成された１枚の薄片、又は該１枚の薄片が２枚乃至１００枚積層された積層体をいう。なお、該積層体は多層グラフェンとも呼ぶことができる。
【００１２】
また、本明細書において、酸化グラフェンとはグラフェンを酸化したものをいう。すなわちグラフェンが有する炭素に、酸素原子が結合しているものをいう。より具体的には、グラフェンが有する六員環等の多員環を構成する炭素に、エポキシ基、カルボニル基、カルボキシル基又は水酸基などが結合しているものをいう。なお後述する還元された酸化グラフェンとの区別のため、本明細書における酸化グラフェンは、Ｃ＝Ｃ結合、Ｃ−Ｃ結合またはＣ−Ｈ結合、Ｃ−Ｏ結合、Ｃ＝Ｏ結合、Ｏ＝Ｃ−Ｏ結合の和に対してＣ＝Ｃ結合の割合が５％未満であるものをいう。また炭素原子、酸素原子、窒素原子の和のうち酸素原子の割合が１５原子％を超えるものをいう。
【００１３】
本明細書において、還元された酸化グラフェンとは、酸化グラフェンを還元したものをいう。そのため還元により炭素同士のπ結合（すなわちＣ＝Ｃ結合に由来するｓｐ２軌道）を有する酸化グラフェンということもできる。そのため還元された酸化グラフェンは、Ｃ＝Ｃ結合、Ｃ−Ｃ結合またはＣ−Ｈ結合、Ｃ−Ｏ結合、Ｃ＝Ｏ結合、Ｏ＝Ｃ−Ｏ結合の和に対してＣ＝Ｃ結合の割合が５％以上である酸化グラフェンということもできる。
【００１４】
また、還元された酸化グラフェンとは、酸化グラフェンを還元したことにより酸素の割合が減少した酸化グラフェンということもできる。そのため還元された酸化グラフェンは、炭素原子、酸素原子、窒素原子の和に対して酸素原子の割合が１原子％以上１５原子％以下の酸化グラフェンということもできる。
【００１５】
また、還元された酸化グラフェンは、還元により炭素同士のπ結合が生成されたことで導電性が向上した酸化グラフェンということもできる。そのため、還元された酸化グラフェンは、電気伝導率が１０−６Ｓ／ｍ以上である酸化グラフェンということもできる。
【００１６】
本発明の一態様は、集電体上に正極活物質層を有し、正極活物質層は、複数の粒子状の正極活物質と、還元された酸化グラフェンおよび還元された多層酸化グラフェンの少なくとも一と、側鎖に官能基を有するポリマーと、が結合した反応物と、を有し、複数の粒子状の正極活物質と、還元された酸化グラフェンと、の少なくとも一部が接する、二次電池用正極である。
【００１７】
また、官能基は、アミノ基を含むことが好ましい。
【００１８】
また、結合は、炭素原子と窒素原子との共有結合を含むことが好ましい。
【００１９】
また、集電体と、正極活物質層と、の間にアンカーコート層を有することが好ましい。
【００２０】
また、アンカーコート層は、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウムのいずれか一以上と、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラフェン、還元された酸化グラフェンおよびカーボンナノチューブのいずれか一以上と、の混合物を含むことが好ましい。
【００２１】
また、本発明の別の一態様は、複数の粒子状の正極活物質と、酸化グラフェンと、水と、を混合し、複数の粒子状の正極活物質と、酸化グラフェンと、水と、の混合物に、ポリマー水溶液を添加してスラリーを作製し、スラリーを集電体上に塗り、スラリーを乾燥することで正極活物質層とし、正極活物質層が有する酸化グラフェンを還元する、二次電池用正極の作製方法である。
【００２２】
また、正極活物質層が有する酸化グラフェンの還元は、集電体および対極を浸漬した電解液中で、酸化グラフェンの還元反応が生じる電位を集電体に供給することにより行うことが好ましい。
【００２３】
また、スラリーを集電体上に塗る前に、集電体に表面処理を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一態様により、正極活物質層における正極活物質の割合を高め、かつ正極活物質層の強度を高めることができる。また二次電池の体積あたりの容量を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一態様の正極の断面図および上面図。
【図２】本発明の一態様の正極における酸化グラフェンとポリマーとの結合の例を示す図。
【図３】コイン形のリチウム二次電池を説明する図。
【図４】円筒型のリチウム二次電池を説明する図。
【図５】電子機器を説明する図。
【図６】電子機器を説明する図。
【図７】電子機器を説明する図。
【図８】実施例１における充放電特性を示す図。
【図９】比較例１における充放電特性を示す図。
【図１０】実施例１と比較例１における充放電特性を比較する図。
【図１１】実施例２における充放電特性を示す図。
【図１２】実施例３におけるＦＴ−ＩＲの測定結果を示す図。
【図１３】実施例３におけるＦＴ−ＩＲの測定結果を示す図。
【図１４】実施例４におけるＸＰＳの測定結果を示す図。
【図１５】実施例４におけるＸＰＳの測定結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２７】
なお、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【００２８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係るリチウム二次電池用正極の一例について、図１および図２を用いて説明する。
【００２９】
＜正極の構成＞
図１（Ａ）は正極３０１の一例の断面図、図１（Ｂ）は上面図である。正極３０１は、集電体１０１上に正極活物質層２０１を有する。正極活物質層２０１は、正極活物質１０２、および還元された酸化グラフェンと側鎖に官能基を有するポリマーとが結合した反応物１０３を有する。
【００３０】
＜バインダ＞
正極３０１において、反応物１０３はバインダとして機能する。反応物１０３における、還元された酸化グラフェンと側鎖に官能基を有するポリマーとの結合は、共有結合が結合力が強いため好ましい。なお本明細書等において、ポリマーとは複数のモノマーが重合してできた化合物をいい、分子量および重合度は限定されない。ポリマーとして、オリゴマーと呼ばれる範囲の重合度（２〜１００程度）のものを用いてもよい。
【００３１】
側鎖に官能基を有するポリマーの官能基としては、アミノ基、カルボキシ基、カルボニル基、ヒドロキシ基、アゾ基、ジアゾ基、チオール基等を用いることができる。また側鎖に官能基を有するポリマーとしてアジドを用いてもよい。
【００３２】
たとえばアミノ基を有するポリマーとしては、代表的にはポリアリルアミン、ポリイミド、ポリアミドイミド等が挙げられる。
【００３３】
アミノ基を有するポリマーを用いた場合、還元された酸化グラフェンとポリマーの共有結合は、Ｃ−Ｎ結合となる（図２参照）。そのため還元された酸化グラフェンと側鎖に官能基を有するポリマーとが結合した反応物１０３は、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による測定で、Ｃ−Ｎ結合の吸収が観察されうる。また、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）等により、窒素が検出されうる。また、液体クロマトグラフィ／質量分析法（ＬＣ／ＭＳ）、ガスクロマトグラフィ／質量分析（ＧＣ／ＭＳ）等により窒素を含む化合物が検出されうる。
【００３４】
また、ポリマーの官能基にかかわらず、サイズ排除クロマトグラフィ（ＳＥＣ）により、還元された酸化グラフェンとポリマーが共有結合する前のそれぞれの分子量よりも、大きな分子量の化合物が検出されうる。
【００３５】
また、オリゴチオフェン骨格を有するポリマーをはじめとする導電性ポリマーを用いてもよい。導電性ポリマーを用いると、正極活物質層２０１の導電性をより向上させることができ好ましい。
【００３６】
還元された酸化グラフェンとしては、酸化グラフェンを還元処理したものを用いる。還元された酸化グラフェンとしては、具体的には、たとえばＸ線光電子分光（ＸＰＳ）等で測定される炭素原子、酸素原子、窒素原子のうちの酸素原子の割合が１原子％以上１５原子％以下のものを用いる。またはＸＰＳ等で測定されるＣ＝Ｃ結合、Ｃ−Ｃ結合またはＣ−Ｈ結合、Ｃ−Ｏ結合、Ｃ＝Ｏ結合、Ｏ＝Ｃ−Ｏ結合のうちのＣ＝Ｃ結合の割合が５％以上、好ましくは１０％以上、より好ましくは３０％以上のものを用いる。または電気伝導率が１０−６Ｓ／ｍ以上のものを用いる。
【００３７】
酸化グラフェンはエポキシ基、カルボキシ基、カルボニル基、ヒドロキシル基等の官能基を有するため、これらの官能基により側鎖に官能基を有するポリマーと結合することができる。酸化グラフェンと側鎖に官能基を有するポリマーとが結合したものを還元処理することで、還元された酸化グラフェンと側鎖に官能基を有するポリマーとが結合したものとすることができる。酸化グラフェンを還元処理し、還元された酸化グラフェンとすることで電気伝導率が向上する。そのため、還元された酸化グラフェンと側鎖に官能基を有するポリマーとが結合した反応物１０３は、少量で優れた導電助剤兼バインダとなる。
【００３８】
＜正極活物質＞
正極活物質としては、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ５、ＭｎＯ２等の化合物を材料として用いることができる。
【００３９】
または、オリビン型構造のリチウム含有複合酸化物（一般式ＬｉＭＰＯ４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ），Ｍｎ（ＩＩ），Ｃｏ（ＩＩ），Ｎｉ（ＩＩ）の一以上））を用いることができる。一般式ＬｉＭＰＯ４の代表例としては、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＦｅａＮｉｂＰＯ４、ＬｉＦｅａＣｏｂＰＯ４、ＬｉＦｅａＭｎｂＰＯ４、ＬｉＮｉａＣｏｂＰＯ４、ＬｉＮｉａＭｎｂＰＯ４（ａ＋ｂは１以下、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１）、ＬｉＦｅｃＮｉｄＣｏｅＰＯ４、ＬｉＦｅｃＮｉｄＭｎｅＰＯ４、ＬｉＮｉｃＣｏｄＭｎｅＰＯ４（ｃ＋ｄ＋ｅは１以下、０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、０＜ｅ＜１）、ＬｉＦｅｆＮｉｇＣｏｈＭｎｉＰＯ４（ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉは１以下、０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１、０＜ｈ＜１、０＜ｉ＜１）等のリチウム化合物を材料として用いることができる。
【００４０】
または、一般式Ｌｉ（２−ｊ）ＭＳｉＯ４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ），Ｍｎ（ＩＩ），Ｃｏ（ＩＩ），Ｎｉ（ＩＩ）の一以上、０≦ｊ≦２）等のリチウム含有複合酸化物を用いることができる。一般式Ｌｉ（２−ｊ）ＭＳｉＯ４の代表例としては、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＮｉＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＣｏＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＭｎＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅａＮｉｂＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅａＣｏｂＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅｋＭｎｌＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＮｉｋＣｏｌＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＮｉｋＭｎｌＳｉＯ４（ｋ＋ｌは１以下、０＜ｋ＜１、０＜ｌ＜１）、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅｍＮｉｎＣｏｑＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅｍＮｉｎＭｎｑＳｉＯ４、Ｌｉ（２−ｊ）ＮｉｍＣｏｎＭｎｑＳｉＯ４（ｍ＋ｎ＋ｑは１以下、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１、０＜ｑ＜１）、Ｌｉ（２−ｊ）ＦｅｒＮｉｓＣｏｔＭｎｕＳｉＯ４（ｒ＋ｓ＋ｔ＋ｕは１以下、０＜ｒ＜１、０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０＜ｕ＜１）等のリチウム化合物を材料として用いることができる。
【００４１】
なお、キャリアイオンが、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ベリリウムイオン、またはマグネシウムイオンの場合、正極活物質として、上記リチウム化合物及びリチウム含有複合酸化物において、リチウムの代わりに、アルカリ金属（例えば、ナトリウムやカリウム等）、アルカリ土類金属（例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等）、ベリリウム、またはマグネシウムを用いてもよい。
【００４２】
特にＬｉＦｅＰＯ４は非常に安価な鉄を用いていること、Ｆｅ２＋／Ｆｅ３＋の酸化還元を伴う材料としては高電位（約３．５Ｖ）を示すこと、サイクル特性が良好であること、理論容量が約１７０ｍＡｈｇ−１であり、エネルギー密度が高いなどの利点があり好ましい。
【００４３】
＜集電体＞
集電体としては、アルミニウム、ステンレス等の導電性の高い材料を用いることができる。特にアルミは不動態を形成し化学的に安定な電極となるため好ましい。また箔状、板状、網状等の形状を適宜選択することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様に係るリチウム二次電池用正極の作製方法の一例について説明する。
【００４５】
＜酸化グラフェン＞
まず、酸化グラフェンの作製方法について説明する。酸化グラフェンは、Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｈｕｍｍｅｒｓ法と呼ばれる酸化法を用いて作製することができる。Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｈｕｍｍｅｒｓ法は、単結晶グラファイト粉末に、過マンガン酸カリウムの硫酸溶液、過酸化水素水等を加えて酸化反応させて酸化グラファイトを含む懸濁液を作製し、該酸化グラファイトを劈開して酸化グラフェンを含む分散液を作製する方法である。グラファイトの炭素の酸化により、酸化グラファイトは、エポキシ基、カルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシ基等の官能基を有する。該酸化グラファイトを含む懸濁液に、超音波振動を加えることで、層間距離が長い酸化グラファイトを劈開し、酸化グラフェンを分離すると共に、酸化グラフェンを含む分散液を作製することができる。
【００４６】
酸化グラファイトを劈開して作製した酸化グラフェンも、エポキシ基、カルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシ基等の官能基を有する。酸化グラフェンは上記のような官能基を有することで、複数のグラフェンの層間距離がグラファイトと比較して長くなる。なお、Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｈｕｍｍｅｒｓ法以外の酸化グラフェンの作製方法を適宜用いてもよい。そして、酸化グラフェンを含む分散液から溶媒を取り除くことで、酸化グラフェンを得ることができる。
【００４７】
酸化グラフェンは極性を有する溶液中においては、官能基により帯電するため、異なる酸化グラフェン同士で凝集しにくい。このため、極性を有する溶液中においては、均一に酸化グラフェンが分散しやすい。
【００４８】
また、用いる酸化グラフェンの一辺の長さ（フレークサイズともいう。）は数μｍ〜数十μｍであることが好ましい。
【００４９】
なお、酸化グラフェンは、市販の酸化グラフェン、または市販の酸化グラフェン分散液を用いてもよい。
【００５０】
＜正極活物質＞
次に、正極活物質の作製方法について説明する。まず、一般式ＬｉＭｅＰＯ４（ただし、Ｍｅはマンガン（Ｍｎ）または鉄（Ｆｅ）を示す）中の、Ｌｉの供給源となるリチウムを含む化合物と、Ｐの供給源となるリンを含む化合物と、Ｍｅの供給源となる鉄を含む化合物またはマンガンを含む化合物と、を所定の組成となるように混合し、混合材料を形成する。
【００５１】
リチウムを含む化合物としては、例えば、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、硫化リチウム（Ｌｉ２Ｓ）、過酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ２）、硫酸リチウム（Ｌｉ２ＳＯ４）、亜硫酸リチウム（Ｌｉ２ＳＯ３）、チオ硫酸リチウム（Ｌｉ２Ｓ２Ｏ３）、クロム酸リチウム（Ｌｉ２ＣｒＯ４）、及び二クロム酸リチウム（Ｌｉ２Ｃｒ２Ｏ７）等のリチウム塩を用いることができる。
【００５２】
マンガンを含む化合物としては、例えば、酸化マンガン、シュウ酸マンガン（ＩＩ）二水和物、または炭酸マンガン（ＩＩ）等を用いることができる。なお、これらのマンガンを含む化合物を混合材料に適用した場合、リン酸マンガンリチウムを含む電極用材料を製造することができる。また、鉄を含む化合物としては、例えば、酸化鉄、シュウ酸鉄（ＩＩ）二水和物、または炭酸鉄（ＩＩ）等を用いることができる。なお、これらの鉄を含む化合物を混合材料に適用した場合、リン酸鉄リチウムを含む電極用材料を製造することができる。
【００５３】
なお、一般式ＬｉＭｅＰＯ４で示されるリン酸リチウム化合物において、Ｍｅとしてコバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）を用いてもよい。コバルト、又はニッケルを含む化合物としては、コバルト、又はニッケルの酸化物（酸化コバルト、酸化ニッケル）、シュウ酸塩（シュウ酸コバルト、シュウ酸ニッケル）、又は炭酸塩（炭酸コバルト、炭酸ニッケル）等を用いることができる。
【００５４】
また、リンを含む化合物としては、例えば、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）等のリン酸塩を用いることができる。
【００５５】
上述の各化合物を混合する方法には、例えば、ボールミル処理がある。具体的な方法としては、例えば、秤量した各化合物に揮発性の高いアセトン等の溶媒を加え、金属製またはセラミック製のボール（ボール径φ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下）を用いて、回転数５０ｒｐｍ以上５００ｒｐｍ以下、回転時間３０分間以上５時間以下、の処理を行う。ボールミル処理を行うことにより、化合物を混合するのと同時に、化合物の微粒子化を行うことができ、作製後の電極用材料の微粒子化を図ることが可能となる。また、ボールミル処理を行うことにより、原料となる化合物を均一に混合することができ、作製後の電極用材料の結晶性を高めることができる。なお、溶媒としてはアセトン以外にも、エタノール、メタノール等の、原料が溶解しない溶媒を用いることができる。
【００５６】
次に、混合材料を加熱して溶媒を蒸発させた後、第１の熱処理（仮焼成）を行う。第１の熱処理は、３００℃以上４００℃以下の温度で１時間以上２０時間以下、好ましくは１０時間以下行えばよい。第１の熱処理（仮焼成）の温度が高すぎると、正極活物質の粒径が大きくなりすぎて電池特性が低下する場合があるが、３００℃以上４００℃以下の低温で第１の熱処理（仮焼成）を行うことにより、結晶成長を抑制しつつ結晶核を形成することができる。そのため、電極用材料の微粒子化を図ることができる。
【００５７】
また、第１の熱処理は、水素雰囲気下、あるいは、希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等）または窒素等の不活性ガス雰囲気下において行うのが好ましい。
【００５８】
第１の熱処理を終えた後に、焼成物に洗浄工程を行う。洗浄液としては、中性又はアルカリ性の洗浄液を用いることができ、例えば純水、または弱アルカリ水溶液（例えば、ｐＨ９．０程度の水酸化ナトリウム水溶液等）を用いることができる。例えば、室温で１時間洗浄した後、溶液をろ過して焼成物を回収すればよい。
【００５９】
焼成物を洗浄すると、焼成物に含まれる不純物が低減され、製造されるリン酸リチウム化合物を高純度化することができる。不純物濃度が低減され高純度化されているリン酸リチウム化合物は、結晶性も向上されるため、充放電の際に挿入及び脱離されるキャリアイオンの量を増大させることが可能である。
【００６０】
次に、洗浄した材料を乳鉢等で粉砕し、上記と同様のボールミル処理により混合を行う。その後、混合した材料を加熱して溶媒を蒸発させた後、第２の熱処理（本焼成）を行う。
【００６１】
第２の熱処理は、５００℃以上８００℃以下（好ましくは６００℃程度）の温度で、１時間以上２０時間以下（好ましくは１０時間以下）行えばよい。なお、第２の熱処理温度は、第１の熱処理温度より高くすることが好ましい。
【００６２】
以上の工程より、電極用材料として適用可能なリン酸リチウム化合物を作製することができる。
【００６３】
＜正極活物質層＞
次に、上記のように作製した正極活物質と、酸化グラフェンと、側鎖に官能基を有するポリマーと、を秤量する。
【００６４】
正極活物質と、酸化グラフェンと、側鎖に官能基を有するポリマーの重量比は、十分な導電性と電極の強度を確保できる範囲で、正極活物質の全体に対する重量比が大きいことが好ましい。具体的には、酸化グラフェンの割合は１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下が好ましく、２ｗｔ％以上３ｗｔ％以下がより好ましい。酸化グラフェンの割合を１ｗｔ％以上とすることで、正極活物質同士、および正極活物質と集電体との接触抵抗を低減し導電性を向上させることができる。また酸化グラフェンの割合を２０ｗｔ％以下とすることで、正極活物質層の体積あたりの容量の大きな正極とすることができる。
【００６５】
次に、正極活物質と酸化グラフェンを混合する。本実施の形態では、水を加えて自公転式ミキサーを用いて湿式混合することとする。
【００６６】
次に、側鎖に官能基を有するポリマーを、正極活物質と酸化グラフェンの混合物に加えて混合し、スラリーとする。本実施の形態では、側鎖に官能基を有するポリマーに水を加え、該水溶液を正極活物質と酸化グラフェンの混合物に加えて混合して、スラリーとする。
【００６７】
また酸化グラフェンと側鎖に官能基を有するポリマーとの反応に加熱や触媒の添加等が必要な場合は、必要な処理を行う。
【００６８】
次に、スラリーを集電体上に塗って乾燥し、集電体上に正極活物質層を形成する。本実施の形態では、アルミ箔の集電体上に塗り、５０℃で加熱乾燥することで、集電体上に正極活物質層を形成する。
【００６９】
なお、集電体上に正極活物質層を形成する前に、集電体状にアンカーコート層を設けてもよい。アンカーコート層としては、たとえばポリマーと導電助剤との混合物を用いることができる。ここでポリマーとしてはポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウムのいずれか一以上を用いることができる。また導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラフェン、還元された酸化グラフェンおよびカーボンナノチューブのいずれか一以上を用いることができる。アンカーコート層中のポリマーにより集電体と正極活物質層の密着性を向上させ、かつ導電助剤により集電体と正極活物質層との接触抵抗を低減することができる。
【００７０】
また、アンカーコート層を設ける代わりに、集電体上に正極活物質層を形成する前に、集電体に表面処理を行ってもよい。表面処理としては、たとえばエッチング処理、鍍金処理等が挙げられる。表面処理を行うことで、集電体の表面が凹凸等の複雑な形状となり、集電体と正極活物質層との密着性を向上させることができる。集電体と正極活物質層の密着性を向上させることで、正極の強度を高めることができる。
【００７１】
次に、正極活物質層中の酸化グラフェンを還元し、還元された酸化グラフェンとする。還元の方法としては、加熱還元、電気化学還元、加熱還元と電気化学還元の組み合わせ等を用いることができる。
【００７２】
加熱還元する場合は、オーブン等で焼成することで還元することができる。
【００７３】
電気化学還元をする場合は、集電体および正極活物質層を用いて閉回路を構成し、正極活物質層に酸化グラフェンの還元反応が生じる電位、又は酸化グラフェンが還元される電位を供給し、酸化グラフェンをグラフェンに還元する。なお、本明細書では、酸化グラフェンの還元反応が生じる電位、又は当該酸化グラフェンが還元される電位を還元電位という。
【００７４】
具体的には、以下のように還元を行う。まず容器に電解液を満たし、そこに正極活物質層と、対極とを挿入し、浸漬させる。正極活物質層を作用極とし、他に少なくとも対極及び電解液を用いて電気化学セル（開回路）を組み、正極活物質層（作用極）に酸化グラフェンの還元電位を供給し、当該酸化グラフェンを還元された酸化グラフェンに還元する。なお、供給する還元電位は、対極を基準にした場合の還元電位、又は電気化学セルに参照極を設けて、当該参照極を基準にした場合の還元電位とする。例えば、対極及び参照極をリチウム金属とする場合、供給する還元電位はリチウム金属の酸化還元電位を基準とした還元電位（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）となる。電気化学セル（閉回路）には、酸化グラフェンが還元される際に還元電流が流れる。そのため、酸化グラフェンの還元を確認するには、当該還元電流を連続的に確認すればよく、還元電流が一定値を下回った状態（還元電流に対応するピークが消失した状態）を、酸化グラフェンが還元された状態（還元反応が終了した状態）とすればよい。
【００７５】
また、正極活物質層の電位を制御する際は、酸化グラフェンの還元電位に固定するだけではなく、酸化グラフェンの還元電位を含んで掃引してもよく、さらに当該掃引は繰り返し行ってもよい。また、正極活物質層の電位の掃引速度に限定はないが、０．００５ｍＶ／ｓｅｃ．以上１ｍＶ／ｓｅｃ．以下が好ましい。なお、当該正極活物質層の電位の掃引を行う場合は、高電位側から低電位側に掃引してもよいし、低電位側から高電位側に掃引してもよい。
【００７６】
酸化グラフェンの還元電位は、その酸化グラフェンの構成（官能基の有無など）、及び電位制御の仕方（掃引速度など）によって値が多少異なるが、約２．０Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）程度である。具体的には、１．６Ｖ以上２．４Ｖ以下（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）の範囲で上記正極活物質層の電位を制御すればよい。
【００７７】
以上の工程により、正極活物質層中の酸化グラフェンを還元し、本発明の一態様に係る正極を作製することができる。
【００７８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様に係るリチウム二次電池とその作製方法の一例について、図３を用いて説明する。
【００７９】
図３（Ａ）は、コイン形（単層式偏平型）のリチウム二次電池の外観図であり、図３（Ｂ）は、その断面図である。
【００８０】
コイン形のリチウム二次電池６０００において、正極端子を兼ねた正極缶６００３と負極端子を兼ねた負極缶６００１とが、ポリプロピレン等で形成されたガスケット６００２で絶縁シールされている。上記のように正極６０１０は、正極集電体６００８とこれに接するように設けられた正極活物質層６００７により形成される。一方、負極６００９は、負極集電体６００４とこれに接するように設けられた負極活物質層６００５により形成される。正極活物質層６００７と負極活物質層６００５との間にはセパレータ６００６と、電解質（図示せず）を有する。
【００８１】
正極６０１０および正極活物質層６００７には、実施の形態１で説明した正極３０１および正極活物質層２０１を適宜用いることができる。
【００８２】
負極集電体６００４にはチタン、アルミ又はステンレスなどの導電材料を箔状、板状又は網状などの形状したものを用いることができる。また、基板上に成膜することにより設けられた導電層を剥離して負極集電体６００４として用いることもできる。
【００８３】
負極活物質層６００５にはリチウムイオンを電気化学的に吸蔵および放出することのできる材料を用いる。たとえば、リチウム、アルミニウム、炭化シリコン等の炭素系材料、スズ、酸化スズ、シリコン、酸化シリコン、シリコン合金、またはゲルマニウムなどを用いることができる。又は、リチウム、アルミニウム、炭化シリコン等の炭素系材料、スズ、酸化スズ、シリコン、酸化シリコン、シリコン合金、及びゲルマニウムから選択される一以上を含む化合物でもよい。なお、リチウムイオンの吸蔵および放出が可能な炭素系材料としては、粉末状若しくは繊維状の黒鉛、又は黒鉛系炭素を用いることができる。また、シリコン、シリコン合金、ゲルマニウム、リチウム、アルミニウム、及びスズの方が、炭素系材料に比べてリチウムイオンを吸蔵できる容量が大きい。それゆえ、負極活物質層６００５に用いる材料の量を低減することができ、コストの節減、及びリチウム二次電池６０００の小型化が可能になる。
【００８４】
セパレータ６００６には、セルロース（紙）、または空孔が設けられたポリプロピレン、ポリエチレン等の絶縁体を用いることができる。
【００８５】
なお、正極６０１０としてスペーサを有する正極を用いる場合には、セパレータ６００６を設けなくともよい。
【００８６】
電解質の溶質は、キャリアイオンを有する材料を用いる。電解質の溶質の代表例としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等のリチウム塩がある。
【００８７】
なお、キャリアイオンが、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ベリリウムイオン、またはマグネシウムイオンの場合、電解質の溶質として、上記リチウム塩において、リチウムの代わりに、アルカリ金属（例えば、ナトリウムやカリウム等）、アルカリ土類金属（例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等）、ベリリウム、またはマグネシウムを用いてもよい。
【００８８】
また、電解質の溶媒としては、キャリアイオンの移送が可能な材料を用いる。電解質の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の代表例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等があり、これらの一つまたは複数を用いることができる。また、電解質の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性等に対する安全性が高まる。また、リチウム二次電池の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子材料の代表例としては、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。また、電解質の溶媒として、難燃性及び難揮発性であるイオン液体（常温溶融塩）を一つまたは複数用いることで、二次電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、二次電池の破裂や発火などを防ぐことができる。
【００８９】
また、電解質として、硫化物系や酸化物系等の無機物材料を有する固体電解質や、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）系等の高分子材料を有する固体電解質を用いることができる。固体電解質を用いる場合には、セパレータやスペーサの設置が不要となる。また、電池全体を固体化できるため、漏液のおそれがなくなり安全性が飛躍的に向上する。
【００９０】
正極缶６００３、負極缶６００１には、耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金（ステンレス鋼など）を用いることができる。特に、二次電池の充放電によって生じる電解液による腐食を防ぐため、ニッケル等を腐食性金属にめっきすることが好ましい。正極缶６００３は正極６０１０と、負極缶６００１は負極６００９とそれぞれ電気的に接続する。
【００９１】
これら負極６００９、正極６０１０及びセパレータ６００６を電解質に含浸させ、図３（Ｂ）に示すように、正極缶６００３を下にして正極６０１０、セパレータ６００６、負極６００９、負極缶６００１をこの順で積層し、正極缶６００３と負極缶６００１とをガスケット６００２を介して圧着してコイン形のリチウム二次電池６０００を製造する。
【００９２】
次に、図４（Ａ）及び（Ｂ）を用いて円筒型のリチウム二次電池の構造を説明する。円筒型のリチウム二次電池７０００は図４（Ａ）に示すように、上面に正極キャップ（電池蓋）７００１を有し、側面及び底面に電池缶（外装缶）７００２を有している。これら正極キャップと電池缶（外装缶）７００２とは、ガスケット（絶縁パッキン）７０１０によって絶縁されている。
【００９３】
図４（Ｂ）は、円筒型のリチウム二次電池の断面を模式的に示した図である。中空円柱状の電池缶７００２の内側には、帯状の正極７００４と負極７００６とがセパレータ７００５を間に挟んで捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に捲回されている。電池缶７００２は、一端が閉じられ、他端が開いている。電池缶７００２には、耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金（ステンレス鋼など）を用いることができる。特に、二次電池の充放電によって生じる電解液による腐食を防ぐため、ニッケル等を腐食性金属にめっきすることが好ましい。電池缶７００２の内側において、正極、負極及びセパレータが捲回された電池素子は、対向する一対の絶縁板７００８、７００９により挟まれている。また、電池素子が設けられた電池缶７００２の内部は、電解質（図示せず）が注入されている。電解質は、コイン形のリチウム二次電池と同様のものを用いることができる。
【００９４】
正極７００４及び負極７００６は、上述したコイン形のリチウム二次電池の正極及び負極と同様に製造すれば良いが、円筒型のリチウム二次電池に用いる正極及び負極は捲回するため、集電体の両面に活物質を形成する点において異なる。正極７００４は、実施の形態１又は実施の形態２に記載の正極を用いることで、体積あたりの容量の高い二次電池を製造することができる。正極７００４には正極端子（正極集電リード）７００３が接続され、負極７００６には負極端子（負極集電リード）７００７が接続される。正極端子７００３及び負極端子７００７は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子７００３は安全弁機構７０１２に、負極端子７００７は電池缶７００２の底にそれぞれ抵抗溶接される。安全弁機構７０１２は、ＰＴＣ素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍａｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）７０１１を介して正極キャップ７００１と電気的に接続されている。安全弁機構７０１２は電池の内圧の上昇が所定のしきい値を超えた場合に、正極キャップ７００１と正極７００４との電気的な接続を切断するものである。また、ＰＴＣ素子７０１１は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。ＰＴＣ素子には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）系半導体セラミックス等を用いることができる。
【００９５】
なお、本実施の形態では、リチウム二次電池として、コイン形及び円筒型のリチウム二次電池を示したが、封止型リチウム二次電池、角型リチウム二次電池等様々な形状のリチウム二次電池を用いることができる。また、正極、負極、及びセパレータが複数積層された構造、正極、負極、及びセパレータが捲回された構造であってもよい。
【００９６】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００９７】
（実施の形態４）
本発明の一態様に係るリチウム二次電池は、電力により駆動する様々な電気機器および電子機器の電源として用いることができる。
【００９８】
本発明の一態様に係るリチウム二次電池を用いた電気機器および電子機器の具体例として、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルＣＤプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、置き時計、壁掛け時計、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯無線機、携帯電話、自動車電話、携帯型ゲーム機、電卓、携帯情報端末、電子手帳、電子書籍、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、エアコンディショナー、加湿器、除湿器などの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、核酸保存用冷凍庫、懐中電灯、チェーンソー等の工具、煙感知器、透析装置等の医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が挙げられる。また、リチウム二次電池からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電気機器および電子機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などが挙げられる。
【００９９】
なお、上記電気機器および電子機器は、消費電力の殆ど全てを賄うための主電源として、本発明の一態様に係るリチウム二次電池を用いることができる。或いは、上記電気機器および電子機器は、上記主電源や商用電源からの電力の供給が停止した場合に、電気機器および電子機器への電力の供給を行うことができる無停電電源として、本発明の一態様に係るリチウム二次電池を用いることができる。或いは、上記電気機器および電子機器は、上記主電源や商用電源からの電気機器および電子機器への電力の供給と並行して、電気機器および電子機器への電力の供給を行うための補助電源として、本発明の一態様に係るリチウム二次電池を用いることができる。
【０１００】
図５に、上記電気機器および電子機器の具体的な構成を示す。図５において、表示装置８０００は、本発明の一態様に係るリチウム二次電池８００４を用いた電子機器の一例である。具体的に、表示装置８０００は、ＴＶ放送受信用の表示装置に相当し、筐体８００１、表示部８００２、スピーカー部８００３、リチウム二次電池８００４等を有する。本発明の一態様に係るリチウム二次電池８００４は、筐体８００１の内部に設けられている。表示装置８０００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、リチウム二次電池８００４に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係るリチウム二次電池８００４を無停電電源として用いることで、表示装置８０００の利用が可能となる。
【０１０１】
表示部８００２には、液晶表示装置、有機ＥＬ素子などの発光素子を各画素に備えた発光装置、電気泳動表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などの、半導体表示装置を用いることができる。
【０１０２】
なお、表示装置には、ＴＶ放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０１０３】
図５において、据え付け型の照明装置８１００は、本発明の一態様に係るリチウム二次電池８１０３を用いた電気機器の一例である。具体的に、照明装置８１００は、筐体８１０１、光源８１０２、リチウム二次電池８１０３等を有する。図５では、リチウム二次電池８１０３が、筐体８１０１及び光源８１０２が据え付けられた天井８１０４の内部に設けられている場合を例示しているが、リチウム二次電池８１０３は、筐体８１０１の内部に設けられていても良い。照明装置８１００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、リチウム二次電池８１０３に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係るリチウム二次電池８１０３を無停電電源として用いることで、照明装置８１００の利用が可能となる。
【０１０４】
なお、図５では天井８１０４に設けられた据え付け型の照明装置８１００を例示しているが、本発明の一態様に係るリチウム二次電池は、天井８１０４以外、例えば側壁８１０５、床８１０６、窓８１０７等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型の照明装置などに用いることもできる。
【０１０５】
また、光源８１０２には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤや有機ＥＬ素子などの発光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
【０１０６】
図５において、室内機８２００及び室外機８２０４を有するエアコンディショナーは、本発明の一態様に係るリチウム二次電池８２０３を用いた電気機器の一例である。具体的に、室内機８２００は、筐体８２０１、送風口８２０２、リチウム二次電池８２０３等を有する。図５では、リチウム二次電池８２０３が、室内機８２００に設けられている場合を例示しているが、リチウム二次電池８２０３は室外機８２０４に設けられていても良い。或いは、室内機８２００と室外機８２０４の両方に、リチウム二次電池８２０３が設けられていても良い。エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、リチウム二次電池８２０３に蓄積された電力を用いることもできる。特に、室内機８２００と室外機８２０４の両方にリチウム二次電池８２０３が設けられている場合、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係るリチウム二次電池８２０３を無停電電源として用いることで、エアコンディショナーの利用が可能となる。
【０１０７】
なお、図５では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを１つの筐体に有する一体型のエアコンディショナーに、本発明の一態様に係るリチウム二次電池を用いることもできる。
【０１０８】
図５において、電気冷凍冷蔵庫８３００は、本発明の一態様に係るリチウム二次電池８３０４を用いた電気機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫８３００は、筐体８３０１、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３、リチウム二次電池８３０４等を有する。図５では、リチウム二次電池８３０４が、筐体８３０１の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫８３００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、リチウム二次電池８３０４に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、本発明の一態様に係るリチウム二次電池８３０４を無停電電源として用いることで、電気冷凍冷蔵庫８３００の利用が可能となる。
【０１０９】
なお、上述した電気機器のうち、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器などの電気機器は、短時間で高い電力を必要とする。よって、商用電源では賄いきれない電力を補助するための補助電源として、本発明の一態様に係るリチウム二次電池を用いることで、電気機器の使用時に商用電源のブレーカーが落ちるのを防ぐことができる。
【０１１０】
また、電気機器および電子機器が使用されない時間帯、特に、商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち、実際に使用される電力量の割合（電力使用率と呼ぶ）が低い時間帯において、リチウム二次電池に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑えることができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫８３００の場合、気温が低く、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３の開閉が行われない夜間において、リチウム二次電池８３０４に電力を蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３の開閉が行われる昼間において、リチウム二次電池８３０４を補助電源として用いることで、昼間の電力使用率を低く抑えることができる。
【０１１１】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１１２】
（実施の形態５）
次に、電子機器の一例である携帯情報端末について、図６を用いて説明する。
【０１１３】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は２つ折り可能なタブレット型端末である。図６（Ａ）は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂ、表示モード切り替えスイッチ９０３４、電源スイッチ９０３５、省電力モード切り替えスイッチ９０３６、留め具９０３３、操作スイッチ９０３８、を有する。
【０１１４】
表示部９６３１ａは、一部をタッチパネルの領域９６３２ａとすることができ、表示された操作キー９６３８にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部９６３１ａにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部９６３１ａの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部９６３１ａの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部９６３１ｂを表示画面として用いることができる。
【０１１５】
また、表示部９６３１ｂにおいても表示部９６３１ａと同様に、表示部９６３１ｂの一部をタッチパネルの領域９６３２ｂとすることができる。また、タッチパネルのキーボード表示切り替えボタン９６３９が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで表示部９６３１ｂにキーボードボタン表示することができる。
【０１１６】
また、タッチパネルの領域９６３２ａとタッチパネルの領域９６３２ｂに対して同時にタッチ入力することもできる。
【０１１７】
また、表示モード切り替えスイッチ９０３４は、縦表示または横表示などの表示の向きを切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイッチ９０３６は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内蔵させてもよい。
【０１１８】
また、図６（Ａ）では表示部９６３１ｂと表示部９６３１ａの表示面積が同じ例を示しているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネルとしてもよい。
【０１１９】
図６（Ｂ）は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有する。なお、図６（Ｂ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６を有する構成について示しており、バッテリー９６３５は、上記実施の形態で説明したリチウム二次電池を有している。
【０１２０】
なお、タブレット型端末は２つ折り可能なため、未使用時に筐体９６３０を閉じた状態にすることができる。従って、表示部９６３１ａ、表示部９６３１ｂを保護できるため、耐久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。
【０１２１】
また、この他にも図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示したタブレット型端末は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。
【０１２２】
タブレット型端末の表面に装着された太陽電池９６３３によって、電力をタッチパネル、表示部、または映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池９６３３は、筐体９６３０の片面または両面に設けることができ、バッテリー９６３５の充電を効率的に行う構成とすることができる。なおバッテリー９６３５としては、本発明の一態様に係るリチウム二次電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
【０１２３】
また、図６（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図６（Ｃ）にブロック図を示し説明する。図６（Ｃ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６３１について示しており、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が、図６（Ｂ）に示す充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。
【０１２４】
まず、外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようＤＣＤＣコンバータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３７で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部９６３１での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５の充電を行う構成とすればよい。
【０１２５】
なお、太陽電池９６３３については、発電手段の一例として示したが、特に限定されず、圧電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段によるバッテリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。例えば、無線（非接触）で電力を送受信して充電する無接点電力電送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。
【０１２６】
また、上記実施の形態で説明したリチウム二次電池を具備していれば、図６に示した電子機器に特に限定されないことはいうまでもない。
【０１２７】
（実施の形態６）
さらに、電気機器および電子機器の一例である移動体の例について、図７を用いて説明する。
【０１２８】
実施の形態１乃至３で説明したリチウム二次電池を制御用のバッテリーに用いることができる。制御用のバッテリーは、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力供給により充電をすることができる。なお、移動体が鉄道用電気車両の場合、架線や導電軌条からの電力供給により充電をすることができる。
【０１２９】
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、電気自動車の一例を示している。電気自動車９７００には、リチウム二次電池９７０１が搭載されている。リチウム二次電池９７０１の電力は、制御回路９７０２により出力が調整されて、駆動装置９７０３に供給される。制御回路９７０２は、図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を有する処理装置９７０４によって制御される。
【０１３０】
駆動装置９７０３は、直流電動機若しくは交流電動機単体、又は電動機と内燃機関と、を組み合わせて構成される。処理装置９７０４は、電気自動車９７００の運転者の操作情報（加速、減速、停止など）や走行時の情報（上り坂や下り坂等の情報、駆動輪にかかる負荷情報など）の入力情報に基づき、制御回路９７０２に制御信号を出力する。制御回路９７０２は、処理装置９７０４の制御信号により、リチウム二次電池９７０１から供給される電気エネルギーを調整して駆動装置９７０３の出力を制御する。交流電動機を搭載している場合は、図示していないが、直流を交流に変換するインバータも内蔵される。
【０１３１】
リチウム二次電池９７０１は、プラグイン技術による外部からの電力供給により充電することができる。例えば、商用電源から電源プラグを通じてリチウム二次電池９７０１に充電する。充電は、ＡＣ／ＤＣコンバータ等の変換装置を介して、一定の電圧値を有する直流定電圧に変換して行うことができる。リチウム二次電池９７０１として、本発明の一態様に係るリチウム二次電池を搭載することで、充電時間の短縮化などに寄与することができ、利便性を向上させることができる。また、充放電速度の向上により、電気自動車９７００の加速力の向上に寄与することができ、電気自動車９７００の性能の向上に寄与することができる。また、リチウム二次電池９７０１の特性の向上により、リチウム二次電池９７０１自体を小型軽量化できれば、車両の軽量化に寄与するため、燃費を向上させることができる。
【０１３２】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【実施例１】
【０１３３】
本実施例では側鎖に官能基を有するポリマーとしてポリアリルアミンを用い、バインダとしてポリアリルアミンと還元された酸化グラフェンとが共有結合したものを用いて、正極を作製した。さらに該正極について、負極に金属リチウムを用いて評価した。
【０１３４】
＜＜正極の作製＞＞
＜側鎖に官能基を有するポリマー＞
ポリアリルアミンとしては、重量平均分子量約１５０００（ＰＡＡ−１５Ｃ、ニットーボーメディカル製）のものを用いた。
【０１３５】
＜酸化グラフェン＞
酸化グラフェンをＭｏｄｉｆｉｅｄ  Ｈｕｍｍｅｒｓ法により作製した。具体的には、単結晶グラファイト粉末に、過マンガン酸カリウムの硫酸溶液、過酸化水素水等を加えて酸化反応させて酸化グラフェンを含む分散液を作製した。
【０１３６】
＜リン酸鉄リチウム＞
次に、リン酸鉄リチウムを作製した。リン酸鉄リチウムの作製としては、まずリン酸鉄リチウムの原料として、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、シュウ酸鉄（ＩＩ）二水和物（ＦｅＣ２Ｏ４・２Ｈ２Ｏ）、及びリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）を用い、Ｌｉ：Ｆｅ：Ｐ＝１：１：１（モル比）となるように秤量し、第１のボールミル処理により混合した。なお、炭酸リチウムはリチウム導入用の原料であり、シュウ酸鉄（ＩＩ）二水和物は鉄導入用の原料であり、リン酸二水素アンモニウムはリン酸導入用の原料である。本実施例においては、リン酸鉄リチウムの原料として、それぞれ不純物元素濃度が低減された炭酸リチウム、シュウ酸鉄（ＩＩ）二水和物及びリン酸二水素アンモニウムを用いた。
【０１３７】
第１のボールミル処理は、溶媒としてアセトンを添加し、回転数３００ｒｐｍ、回転時間２時間、ボール径φ３ｍｍの条件で行った。なお、ボールミルポット（円筒容器）及びボールは、ジルコニア製のものを用いた。
【０１３８】
次に、粉体に第１の熱処理（仮焼成）を行った。第１の熱処理は、粉体を窒素雰囲気中において、３５０℃、１０時間行った。
【０１３９】
第１の熱処理後、焼成物を乳鉢で粉砕した。その後、粉砕した焼成物を第２のボールミル処理によりさらに粉砕した。
【０１４０】
第２のボールミル処理は、溶媒としてアセトンを添加し、回転数３００ｒｐｍ、回転時間２時間、ボール径φ３ｍｍの条件で行った。
【０１４１】
次に、粉体に第２の熱処理（本焼成）を行った。第２の熱処理は、粉体を窒素雰囲気中において、６００℃、１時間行った。
【０１４２】
第２の熱処理後、焼成物を乳鉢で粉砕した。
【０１４３】
＜正極活物質層の作製＞
上記のように作製したリン酸鉄リチウムの粉末と、酸化グラフェンの粉末と、ポリアリルアミンを、リン酸鉄リチウム：酸化グラフェン：ポリアリルアミン＝９７．８２２：２．１０４：０．０７４（重量比）となるよう秤量した。
【０１４４】
次に、リン酸鉄リチウムと酸化グラフェンに水を加えて、自転・公転ミキサーを用いて２０００ｒｐｍで湿式混合した。
【０１４５】
次に、ポリアリルアミンを０．１５３ｗｔ％水溶液となるよう調製し、リン酸鉄リチウムと酸化グラフェンの混合物に加え、さらに混合してスラリーとした。
【０１４６】
次に、スラリーに水を加えて粘度を調製した後、スラリーをアルミ箔の集電体上に塗り、５０℃で加熱乾燥することで、集電体上に正極活物質層を形成した。その後該集電体および正極活物質層を、１７０℃で１０時間加熱し、酸化グラフェンを還元された酸化グラフェンとして、本実施例の正極とした。
【０１４７】
＜＜二次電池の特性＞＞
上記の工程で作製した正極を用いて二次電池を作製した。セルには日本トムセル社製の基礎セルを用いた。負極には金属リチウムを用いた。電解液には六フッ化リン酸リチウムを１．０ｍｏｌ／Ｌとなるようエチレンカーボネートに溶解させたもの（ＬｉＰＦ６  ＥＣ）と、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を、ＬｉＰＦ６  ＥＣ：ＤＥＣ＝１：１（体積比）で混合したものを用いた。セパレータにはポリプロピレンを用いた。
【０１４８】
作製した二次電池について、下記の条件で定電流充放電特性を測定した。
充電：０．２Ｃ（ＣＣＣＶ）、上限電圧４．３［Ｖ］、ＣＶ時下限電流値０．０１Ｃ
放電：０．２Ｃ（ＣＣ）
【０１４９】
得られた充放電曲線を図８に示す。図８（Ａ）および（Ｂ）は、同一条件で作製し測定した２つの二次電池の充放電曲線である。縦軸に電圧、横軸に容量を示す。図中の実線は充電、点線は放電を示す。
【０１５０】
図８（Ａ）および（Ｂ）の２つの二次電池ともに、広いプラトー領域が観察され、本実施例の正極が正常に充放電していることが示された。
［比較例１］
【０１５１】
本比較例では、バインダとして還元された酸化グラフェンのみを用いて、正極を作製した。さらに該正極について、負極に金属リチウムを用いて評価した。
【０１５２】
＜＜正極の作製＞＞
＜正極活物質層の作製＞
実施例１と同様に酸化グラフェンおよびリン酸鉄リチウムを用意し、リン酸鉄リチウムの粉末と、酸化グラフェンの粉末を、リン酸鉄リチウム：酸化グラフェン＝９５：５（重量比）となるよう秤量した。
【０１５３】
次に、リン酸鉄リチウムと酸化グラフェンに水を加えて、自転・公転ミキサーを用いて２０００ｒｐｍで湿式混合してスラリーとした。
【０１５４】
次に、実施例１と同様に、スラリーを集電体上に塗って正極活物質層を形成し、該集電体および正極活物質層を乾燥および還元して、本比較例の正極とした。
【０１５５】
＜＜二次電池の特性＞＞
実施例１と同様に充放電特性を測定した。充放電曲線を図９に示す。図９（Ａ）および（Ｂ）は、同一条件で作製し測定した２つの二次電池の充放電曲線である。図中の実線は充電、点線は放電を示す。
【０１５６】
図９（Ａ）および（Ｂ）の２つの二次電池ともにプラトー領域が観察され、本比較例の正極が正常に充放電していることが示された。
【０１５７】
さらに、実施例１の図８（Ａ）の充放電曲線と、比較例１の図９（Ａ）の充放電曲線の比較を、図１０に示す。図中の実線は充電、点線は放電を示す。また縦軸に電圧、横軸に容量を示し、横軸について１００ｍＡｈ／ｇ以上１８０ｍＡｈ／ｇ以下に拡大して示す。
【０１５８】
図１０から、比較例１の正極よりも、実施例１の正極で、より広いプラトー領域が観察された。
【０１５９】
以上の実施例１と比較例１の比較から、バインダとして側鎖に官能基を持つポリマーと還元された酸化グラフェンとが結合した反応物を用いることで、充放電曲線におけるプラトー領域が広くなり、充放電特性が向上することが明らかとなった。
【実施例２】
【０１６０】
本実施例では、バインダとして還元された酸化グラフェンとポリマーとが共有結合したものを用いて、正極を作製した。さらに該正極について、負極に黒鉛を用いて評価した。
【０１６１】
＜＜正極の作製＞＞
実施例１と同様に正極を作製した。正極活物質層の厚さは２５μｍ、正極活物質重量は５．６９ｍｇ、電極密度は２．０６ｇ／ｃｍ３となった。
【０１６２】
＜＜二次電池の特性＞＞
上記の工程で作製した正極を用いて二次電池を作製した。セルには日本トムセル社製の基礎セルを用いた。
【０１６３】
負極には黒鉛を用いた。詳細には、黒鉛（粒径９μｍのメソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ））とアセチレンブラック（ＡＢ）とポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が、黒鉛：ＡＢ：ＰＶＤＦ＝９３：２：５（重量比）の割合で混合されている混合物を用いた。負極活物質層の厚さは６２μｍ、負極活物質重量は１１．２ｍｇ、電極密度は１．５４ｇ／ｃｍ３となった。
【０１６４】
電解液には六フッ化リン酸リチウムを１．０ｍｏｌ／Ｌでエチレンカーボネートに溶解させたもの（ＬｉＰＦ６  ＥＣ）と、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を、ＬｉＰＦ６  ＥＣ：ＤＥＣ＝１：１（体積比）で混合したものを用いた。セパレータにはポリプロピレンを用いた。
【０１６５】
作製した二次電池について、下記の条件で定電流充放電特性を測定した。
充電：０．２Ｃ（ＣＣＣＶ）、上限電圧４．３［Ｖ］、ＣＶ時下限電流値０．０１Ｃ
放電：０．２Ｃ（ＣＣ）
【０１６６】
得られた充放電曲線を図１１に示す。縦軸に電圧、横軸に容量を示す。図中の実線は充電、点線は放電を示す。
【０１６７】
図１１より、負極に黒鉛を用いても、バインダとして側鎖に官能基を持つポリマーと還元された酸化グラフェンとが結合した反応物を用いた正極が、正常に充放電していることが示された。
【実施例３】
【０１６８】
本実施例では、ポリアリルアミンと酸化グラフェンとが結合した反応物を作製し、ポリアリルアミンと酸化グラフェンの結合について評価した。
【０１６９】
＜反応物の作製＞
実施例１と同様に作製した酸化グラフェン２００ｍｇに水を加え、酸化グラフェン水分散液とした。これに１．５％ポリアリルアミン水溶液を１ｇ添加すると、褐色の沈殿が得られた。この沈殿を濾過により回収して水で洗浄し、減圧乾燥を行ったものを反応物とした。
【０１７０】
＜ＦＴ−ＩＲ＞
作製した酸化グラフェンとポリアリルアミンの反応物と、その原料である酸化グラフェンについて、ＦＴ−ＩＲスペクトルを測定した結果を図１２および図１３に示す。ＩＲは臭化カリウム（ＫＢｒ）錠剤法により行った。横軸に波数、縦軸に透過率を示す。図１２は４００ｃｍ−１から４０００ｃｍ−１までのスペクトルであり、図１３は、反応物と酸化グラフェンのスペクトルの違いが大きかった図１２の９００ｃｍ−１から１９００ｃｍ−１までを拡大したスペクトルである。図１３に、スペクトルの各ピークの帰属を示す。
【０１７１】
反応物では、酸化グラフェンよりもエポキシ基由来のピークが大きく減少している。このことから、反応物では酸化グラフェンと比較してエポキシ基の存在量が少なくなっていることが示唆される。
【０１７２】
さらに、反応物では、酸化グラフェンよりも１０５０ｃｍ−１付近の赤外吸収を示すピークがブロードとなった。Ｃ−Ｎ結合に帰属される赤外吸収が、このブロードな領域に含まれていると考えられる。
【０１７３】
これらの結果は、酸化グラフェン中のエポキシ基と、ポリアリルアミン中のアミノ基により、酸化グラフェンとポリアリルアミンがＣ−Ｎ結合したことを示唆している。
【実施例４】
【０１７４】
本実施例では、酸化グラフェンを還元して還元された酸化グラフェンを作製し、還元された酸化グラフェンについて評価した。
【０１７５】
＜＜酸化グラフェンの作製＞＞
実施例１と同様に単結晶グラファイトから酸化グラフェンを作製し、該酸化グラフェンをアルミ集電体上に塗り、乾燥して、酸化グラフェンを有するサンプル１Ａおよびサンプル１Ｂを作製した。
【０１７６】
＜＜酸化グラフェンの還元＞＞
次に酸化グラフェンを有するサンプル１Ａおよびサンプル１Ｂを、電気化学還元または加熱還元して、還元された酸化グラフェンを有するサンプル２Ａおよびサンプル２Ｂを作製した。
【０１７７】
＜電気化学還元＞
サンプル１Ａを、電気化学還元してサンプル２Ａを作製した。具体的には、サイクリックボルタンメトリーを使用して、電位範囲ＯＣＶ（２サイクル目以降３．０Ｖ）〜１．５Ｖ、掃引速度０．１ｍＶ／ｓｅｃとして３サイクル行った。
【０１７８】
＜加熱還元＞
サンプル１Ｂを、加熱還元をしてサンプル２Ｂを作製した。具体的には３００℃、減圧雰囲気下で１０時間加熱を行った。
【０１７９】
＜＜ＸＰＳ＞＞
サンプル１Ａ、１Ｂ、２Ａおよび２Ｂについて、ＸＰＳを用いて結合状態および元素組成について評価した。
【０１８０】
＜結合状態＞
図１４に、原料である単結晶グラファイト、酸化グラフェンを有するサンプル１Ａおよびサンプル１Ｂ、並びに還元された酸化グラフェンを有するサンプル２Ａおよびサンプル２Ｂの、ＸＰＳによる結合状態の比較を示す。縦軸に各結合の割合を％で示す。各結合の割合は、ＸＰＳによる炭素のピークのシフトを波形解析することで算出した。
【０１８１】
単結晶グラファイトの結合状態は、９９．３％がＣ＝Ｃ結合（炭素同士のπ結合、ｓｐ２軌道ともいう）であった。
【０１８２】
酸化グラフェンを有するサンプル１Ａおよびサンプル１ＢではＣ＝Ｃ結合は含まれず、結合状態はＯ＝Ｃ−Ｏ結合、Ｃ＝Ｏ結合、Ｃ−Ｏ結合、Ｃ−Ｃ結合またはＣ−Ｈ結合のいずれかであった。これはグラフェン中の大半の炭素が酸化によりＣ＝Ｃ結合を失ったことを示唆する。
【０１８３】
それに対して、電気化学還元または加熱還元を行い、還元された酸化グラフェンを有するサンプル２Ａおよびサンプル２ＢではともにＣ＝Ｃ結合が含まれていた。また、Ｏ＝Ｃ−Ｏ結合、Ｃ＝Ｏ結合、Ｃ−Ｏ結合、Ｃ−Ｃ結合またはＣ−Ｈ結合、Ｃ＝Ｃ結合の和に対してＣ＝Ｃ結合の割合は４４．１％以上であった。これは還元により酸化グラフェン中の炭素がＣ＝Ｃ結合を得たことを示唆する。
【０１８４】
上記の結果から、電気化学還元および加熱還元のどちらの方法によっても、酸化グラフェンはＣ＝Ｃ結合（炭素同士のπ結合）を得ることが明らかとなった。すなわち、還元された酸化グラフェンはＣ＝Ｃ結合を有する酸化グラフェンということもできる。また、Ｏ＝Ｃ−Ｏ結合、Ｃ＝Ｏ結合、Ｃ−Ｏ結合、Ｃ−ＣまたはＣ−Ｈ、Ｃ＝Ｃ結合の和に対してＣ＝Ｃ結合の割合が５％以上、または１０％以上、または３０％以上である酸化グラフェンということもできる。
【０１８５】
＜元素組成＞
図１５に、図１４と同じサンプルのＸＰＳによる表面元素組成の比較を示す。縦軸に原子％を示す。
【０１８６】
単結晶グラファイトでは９８．５原子％が炭素原子であり、酸素原子の割合は１．５原子％であった。
【０１８７】
単結晶グラファイトを酸化した、酸化グラフェンを有するサンプル１Ａおよびサンプル１Ｂは、酸素原子を多く含み、その割合は２８．８原子％以上だった。
【０１８８】
それに対して、電気化学還元または加熱還元を行い、還元された酸化グラフェンを有するサンプル２Ａおよびサンプル２Ｂではともに酸素原子の割合が減少し、１４．８原子％以下となった。
【０１８９】
上記の結果から、電気化学還元および加熱還元のどちらの方法によっても、酸素原子の割合を１５原子％以下に還元できることが明らかとなった。すなわち、還元された酸化グラフェン中の酸素原子は１５原子％以下であるこということもできる。
【符号の説明】
【０１９０】
１０１    集電体
１０２    正極活物質
１０３    反応物
２０１    正極活物質層
３０１    正極
６０００    リチウム二次電池
６００１    負極缶
６００２    ガスケット
６００３    正極缶
６００４    負極集電体
６００５    負極活物質層
６００６    セパレータ
６００７    正極活物質層
６００８    正極集電体
６００９    負極
６０１０    正極
７０００    リチウム二次電池
７００１    正極キャップ
７００２    電池缶
７００３    正極端子
７００４    正極
７００５    セパレータ
７００６    負極
７００７    負極端子
７００８    絶縁板
７００９    絶縁板
７０１１    ＰＴＣ素子
７０１２    安全弁機構
８０００    表示装置
８００１    筐体
８００２    表示部
８００３    スピーカー部
８００４    リチウム二次電池
８１００    照明装置
８１０１    筐体
８１０２    光源
８１０３    リチウム二次電池
８１０４    天井
８１０５    側壁
８１０６    床
８１０７    窓
８２００    室内機
８２０１    筐体
８２０２    送風口
８２０３    リチウム二次電池
８２０４    室外機
８３００    電気冷凍冷蔵庫
８３０１    筐体
８３０２    冷蔵室用扉
８３０３    冷凍室用扉
８３０４    リチウム二次電池
９０３３    具
９０３４    スイッチ
９０３５    電源スイッチ
９０３６    スイッチ
９０３８    操作スイッチ
９６３０    筐体
９６３１    表示部
９６３１ａ    表示部
９６３１ｂ    表示部
９６３２ａ    領域
９６３２ｂ    領域
９６３３    太陽電池
９６３４    充放電制御回路
９６３５    バッテリー
９６３６    ＤＣＤＣコンバータ
９６３７    コンバータ
９６３８    操作キー
９６３９    ボタン
９７００    電気自動車
９７０１    リチウム二次電池
９７０２    制御回路
９７０３    駆動装置
９７０４    処理装置
【図１】
0006009343.tif 000002
【図２】
0006009343.tif 000003
【図３】
0006009343.tif 000004
【図４】
0006009343.tif 000005
【図５】
0006009343.tif 000006
【図６】
0006009343.tif 000007
【図７】
0006009343.tif 000008
【図８】
0006009343.tif 000009
【図９】
0006009343.tif 000010
【図１０】
0006009343.tif 000011
【図１１】
0006009343.tif 000012
【図１２】
0006009343.tif 000013
【図１３】
0006009343.tif 000014
【図１４】
0006009343.tif 000015
【図１５】
0006009343.tif 000016