(57)【要約】  化学的組成の均一性が高く、長期にわたって高い信頼性を得られる二次電池用正極材料を、効率的に製造できる二次電池用正極材料の製造方法を提供する。  オリビン型、輝石型、またはナシコン型の化合物を含む二次電池用正極材料を製造する方法であって、原料調合物を、耐火材料により形成された容器内でかつ不活性雰囲気下または還元性雰囲気下でアーク溶融し、溶融物を得る溶融工程を有する。
2013042780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オリビン型、輝石型、またはナシコン型の結晶構造を有する化合物を含む二次電池用正極材料を製造する方法であって、
原料を調合して原料調合物を準備する原料調合工程と、
前記原料調合物を、耐火材料により形成された容器内で不活性雰囲気下または還元性雰囲気下でアーク溶融し、溶融物を得る溶融工程と、
を含むことを特徴とする二次電池用正極材料の製造方法。
【請求項２】
前記不活性雰囲気は、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、およびネオン（Ｎｅ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の不活性ガスを９９体積％以上含む気体条件である、請求項１に記載の二次電池用正極材料の製造方法。
【請求項３】
前記還元性雰囲気は、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、およびネオン（Ｎｅ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の不活性ガスに、還元性を有するガスを添加してなり、実質的に酸素を含まない気体条件である、請求項１に記載の二次電池用正極材料の製造方法。
【請求項４】
前記溶融工程で得られた前記溶融物を冷却して固化物を得る冷却工程を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池用正極材料の製造方法。
【請求項５】
前記冷却工程において、前記溶融物を１×１０３℃／秒以上の冷却速度で冷却する、請求項４に記載の二次電池用正極材料の製造方法。
【請求項６】
前記冷却工程で得られた固化物を粉砕して粉砕物を得る粉砕工程を有する、請求項４または５に記載の二次電池用正極材料の製造方法。
【請求項７】
前記粉砕工程において、前記固化物に、有機化合物および炭素系導電物質からなる群より選ばれる少なくとも１種を添加して粉砕する、請求項６に記載の二次電池用正極材料の製造方法。
【請求項８】
前記粉砕工程で得られた粉砕物を加熱する加熱工程を有する、請求項６または７に記載の二次電池用正極材料の製造方法。
【請求項９】
前記二次電池用正極材料が下記式（１）で表されるリン酸化合物を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の二次電池用正極材料の製造方法。
ＡＭ１−ａＸ１ａＰ１−ｂＺ１ｂＯ４＋ｃ      （１）
（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、およびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示し、ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示し、Ｘ１はＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示し、Ｚ１はＳｉ、Ｂ、Ａｌ、およびＶからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示す。ａは０≦ａ≦０．２であり、ｂは０≦ｂ≦０．２であり、ｃは、ａおよびｂの数値、ならびにＭの価数、Ｘ１の価数およびＺ１の価数に依存し、電気的中性を満たす数である。）
【請求項１０】
前記二次電池用正極材料が下記式（２）で表されるケイ酸化合物を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の二次電池用正極材料の製造方法。
Ａ２Ｍ１−ｄＸ２ｄＳｉ１−ｅＺ２ｅＯ４＋ｆ      （２）
（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、およびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示し、ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示し、Ｘ２はＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示し、Ｚ２はＰ、Ｂ、Ａｌ、およびＶからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示す。ｄは０≦ｄ≦０．２であり、ｅは０≦ｅ≦０．２であり、ｆは、ｄおよびｅの数値、ならびにＭの価数、Ｘ２の価数およびＺ２の価数に依存し、電気的中性を満たす数である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池用正極材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代リチウム二次電池用正極材料等として、資源面、安全面、コスト面、性能の安定性等の点での優位性から、オリビン型、輝石型、またはナシコン型の結晶構造を有する化合物が注目されている。例えばリン酸鉄リチウムは、実用化に向けた開発が進んでいる。【０００３】
また、二酸化炭素の排出規制や省エネルギーの観点から、プラグインハイブリッド自動車や電気自動車の開発が進められている。電気自動車の普及の実現には、二次電池の安全性を維持しつつ、高容量化、高エネルギー密度化を図ることが求められている。【０００４】
例えば非特許文献１には、多電子反応による高容量化が可能な二次電池用材料として、１分子中に２個のＬｉ原子を含むオリビン（カンラン石）型ケイ酸化合物（Ｌｉ２ＭＳｉＯ４、Ｍ＝Ｆｅ、Ｍｎ）が開示されている。【０００５】
上述したオリビン型、輝石型、またはナシコン型の結晶構造を有する化合物の製造方法としては、例えば固相法、液相法等の方法が提案され実施されているが、近年、二次電池の普及に伴い、電極材料のさらなる低コスト化が求められている。【０００６】
例えば非特許文献２には、原料混合物を一旦加熱溶融した後、これを冷却することにより、所定の結晶構造を有する二次電池用正極材料を得る方法が開示されている。
このように、原料混合物を一旦溶融状態とすることで、二次電池用正極材料を安価にかつ大量に製造できるうえ、得られる正極材料の化学組成の均一性を向上させることが可能となる。【０００７】
例えば特許文献１には、二価遷移金属化合物を含有する原料混合物を、アルゴン雰囲気中にて１５００℃で加熱溶融した後、単ロールにより急冷して非晶質の遷移金属リン酸錯体を得る方法が開示されている。【０００８】
原料混合物の加熱溶融には、高温での熱処理が必要であり、加熱溶融に用いる容器には、耐熱性や耐蝕性等の特性が求められる。
例えば特許文献２には、ＬｉＦｅＰＯ４およびＬｉＦからなる原料混合物を白金チューブに入れ、当該白金チューブを石英管内に配設し、高周波誘導加熱によって加熱して原料混合物を溶融した後、溶融物を冷却することで、ＦｅまたはＭｎ等の遷移金属を含むリン酸錯体からなる活物質を得る方法が開示されている。【０００９】
また、特許文献３には、蓋付きアルミナルツボに入れたＬｉ２ＣＯ３、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、Ｆｅ（ＩＩ）Ｃ２Ｏ４等の原料を、窒素雰囲気中３００℃にて熱処理した後、電気炉中で１２００℃、１０分間の条件で溶融し、次いで得られた融液を鉄板上に流し出し、プレス急冷して前駆体ガラスとし、これを加熱処理することで、二次電池用正極材料を得る方法が開示されている。【００１０】
さらに、特許文献４には、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｆｅ（ＣＯＯ）２・２Ｈ２Ｏ、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４等を含む原料調合物を、ロジウム・白金合金製のノズル付きルツボ内に充填し、これをケイ化モリブデン製の発熱体を備えた電気炉で加熱溶融した後、得られた溶融物を、ステンレス製双ローラに滴下して急冷し、次いで（固化物を）加熱処理することで、オリビン型のリン酸鉄リチウム粒子を得る方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】R. Dominko et al., Electrochemistry Communication, 8, 217-222 (2006)
【非特許文献２】M. Gauthier et al., Journal of The Electrochemical Society, 157, A453-A462 (2010)
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】日本特開２００５−１５８６７３号公報
【特許文献２】日本特開２００７−７３３６０号公報
【特許文献３】日本特開２００８−４７４１２号公報
【特許文献４】日本特開２０１１−１２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献２の方法は、大量生産に不向きであり、また高周波誘導による加熱時に、白金チューブから白金成分が内部の溶融体に混入し、生成物の純度低下や、生産コストの増大を招くおそれがあった。【００１４】
特許文献３の方法では、ルツボを構成するアルミナの耐蝕性が必ずしも高くないため、加熱溶融時にＦｅ等の侵食によりルツボの損耗が進行しやすく、交換頻度が増す。また、アルミナ成分がルツボから融液中に混入しやすく、純度低下を招くおそれがあった。さらに、アルミナは熱膨張係数が比較的高いため、急激な温度変化により、ルツボの破損を生じるおそれもあった。【００１５】
特許文献４の方法では、高温下において、ルツボに含まれる白金やロジウムと、溶融物中の鉄成分との合金生成により、ルツボの損耗が進行しやすいうえ、ルツボから溶解した白金やロジウムが融液中に混入しやすく、生成物の純度低下や、製造コストの増大を招くおそれがあった。【００１６】
さらに、特許文献３および４の方法においては、上記した所定の原料混合物を、ルツボ等の容器に収容した状態で電気炉により加熱処理しているため、熱効率が悪く、量産性に劣るうえ、炉内全体を昇温する必要があり、十分な加熱速度を得られず、生産効率に劣るという問題があった。【００１７】
本発明の目的は、原料混合物の加熱溶融に用いる容器に由来する成分の混入が低減された、純度に優れる二次電池用正極材料を、低コストで効率的に製造する量産性の高い方法を提供することにある。【００１８】
すなわち、本発明の二次電池正極用材料の製造方法は、オリビン型、輝石型、またはナシコン型の結晶構造を有する化合物を含む二次電池用正極材料を製造する方法であって、原料を調合して原料調合物を準備する原料調合工程と、前記原料調合物を、耐火材料により形成された容器内で不活性雰囲気下または還元性雰囲気下でアーク溶融し、溶融物を得る溶融工程とを含むことを特徴とする。【００１９】
本発明の二次電池正極用材料の製造方法において、前記不活性雰囲気は、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、およびネオン（Ｎｅ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の不活性ガスを９９体積％以上含む気体条件であることが好ましい。また、前記還元性雰囲気は、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）から選ばれる少なくとも１種の不活性ガスに、還元性を有するガスを添加してなり、実質的に酸素を含まない気体条件であることが好ましい。【００２０】
本発明の二次電池用正極材料の製造方法は、前記溶融工程で得られた前記溶融物を冷却して固化物を得る冷却工程を有することが好ましい。そして、前記冷却工程において、前記溶融物を１×１０３℃／秒以上の冷却速度で冷却することが好ましい。また、前記冷却工程で得られた固化物を粉砕して粉砕物を得る粉砕工程を有することが好ましい。そして、前記粉砕工程において、前記固化物に、有機化合物および炭素系導電物質からなる群より選ばれる少なくとも１種を添加して粉砕することが好ましい。さらに、前記粉砕工程で得られた粉砕物を加熱する加熱工程を有することが好ましい。【００２１】
本発明の目的とする二次電池用正極材料が有する化合物の例としては、下記の（１）式で表されるリン酸化合物が挙げられる。
ＡＭ１−ａＸ１ａＰ１−ｂＺ１ｂＯ４＋ｃ      （１）
（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、およびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示し、ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示し、Ｘ１はＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示し、Ｚ１はＳｉ、Ｂ、Ａｌ、およびＶからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示す。ａは０≦ａ≦０．２であり、ｂは０≦ｂ≦０．２であり、ｃは、ａおよびｂの数値、ならびにＭの価数、Ｘ１の価数およびＺ１の価数に依存し、電気的中性を満たす数である。）【００２２】
また、本発明の目的とする二次電池用正極材料が有する他の化合物の例としては、下記の（２）式で表されるケイ酸化合物が挙げられる。
Ａ２Ｍ１−ｄＸ２ｄＳｉ１−ｅＺ２ｅＯ４＋ｆ      （２）
（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、およびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示し、ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示し、Ｘ２はＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示し、Ｚ２はＰ、Ｂ、Ａｌ、およびＶからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示す。ｄは０≦ｄ≦０．２であり、ｅは０≦ｅ≦０．２であり、ｆは、ｄおよびｅの数値、ならびにＭの価数、Ｘ２の価数およびＺ２の価数に依存し、電気的中性を満たす数である。）【００２３】
なお、本明細書において、「アーク溶融」とは、アーク放電のエネルギーにより加熱し溶融することをいう。アーク放電による加熱は、アーク加熱ともいう。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、原料混合物の加熱溶融に用いる容器に由来する成分の混入が低減された、純度に優れる二次電池用正極材料を、低コストで効率的に製造することができる。
また、原料調合物をアーク加熱により溶融しているので、電気炉等の加熱炉を使用する従来の方法に比べて、エネルギーロスが少なく熱効率が高い、急速加熱が可能であり、溶融物を短時間で得ることができる、量産性が高いなどの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に用いる溶融装置の一例の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本明細書において、「オリビン型の結晶構造を有する化合物」を「オリビン型化合物」ともいい、「輝石型の結晶構造を有する化合物」を「輝石型化合物」ともいい、「ナシコン型の結晶構造を有する化合物」を「ナシコン型化合物」ともいう。また、「オリビン型、輝石型、またはナシコン型の結晶構造を有する化合物」を「化合物（α）」ともいう。
本明細書において、前記式（１）で表される組成を有するリン酸化合物を「リン酸化合物（１）」ともいい、前記式（２）で表わされる組成を有するケイ酸化合物を「ケイ酸化合物（２）」ともいう。
【００２７】
＜二次電池用正極材料の製造方法＞
本発明の二次電池用正極材料の製造方法は、オリビン型、輝石型、またはナシコン型の結晶構造を有する化合物を含む二次電池用正極材料を製造する方法であって、原料を調合して原料調合物を準備する原料調合工程と、前記原料調合物を、耐火材料により形成された容器内で不活性雰囲気下または還元雰囲気下でアーク溶融し、溶融物を得る溶融工程とを含むことを特徴とする。本発明に係る二次電池正極材料は、オリビン型、輝石型、またはナシコン型の結晶構造を有する化合物であるのが好ましい。
【００２８】
オリビン型化合物としては、例えば、一般式ＡＭＰＯ４、ＡＶＯＰＯ４、Ａ２ＭＳｉＯ４、Ａ２ＶＯＳｉＯ４、ＡＭＢＯ３、Ａ２ＭＰＯ４Ｆ、またはＡＶＯＰＯ４Ｆで示されるものを挙げることができる。
また、輝石型化合物としては、例えば、一般式ＡＭＳｉ２Ｏ６、ＡＶＳｉ２Ｏ６で示されるものを挙げることができる。本明細書において、Ａ２ＭＰ２Ｏ７も輝石型化合物に含まれるものとする。
また、ナシコン型化合物としては、例えば、一般式Ａ３Ｍ２（ＰＯ４）３、またはＡ３Ｖ２（ＰＯ４）３で示されるものを挙げることができる。
【００２９】
上記一般式中、原子ＡはＬｉ、Ｎａ、およびＫ等のアルカリ金属原子を示し、原子ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＮｉ等の遷移金属原子を示す。
上記一般式において、Ｐ、Ｓｉ、Ｂ、およびＶは、それぞれ相互に部分的に置換したものであってもよく、これらがＡｌまたはＳ等の原子と置換したものであってもよい。
【００３０】
また、上述したオリビン型化合物、輝石型化合物、ナシコン型化合物としては、上述した一般式で示される化合物のほか、原子Ａ、原子ＭとともにＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を含むものであってもよい。
【００３１】
上述した一般式で表わされるオリビン型化合物のうち、リン酸化合物としては、下記式（１）で表されるリン酸化合物（１）が好適である。
ＡＭ１−ａＸ１ａＰ１−ｂＺ１ｂＯ４＋ｃ      （１）
（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、およびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子、ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子、Ｘ１はＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子、Ｚ１はＳｉ、Ｂ、Ａｌ、およびＶからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示す。ａは０≦ａ≦０．２、ｂは０≦ｂ≦０．２であり、ｃは、ａおよびｂの数値、ならびにＭの価数、Ｘ１の価数およびＺ１の価数に依存し、電気的中性を満たす数である。）
【００３２】
０≦ａ≦０．２および０≦ｂ≦０．２である場合に、後述する溶融工程（ｉｉ）で原料調合物を良好に溶融することができ、均一な溶融物が得られる。また、後述する加熱工程（ｖ）でリン酸化合物（１）を得ることができ、さらにはオリビン型結晶構造を含むリン酸化合物（１）、特にオリビン型結晶構造のみからなるリン酸化合物（１）が得られるので好ましい。
【００３３】
ａは、０．００１≦ａ≦０．１がより好ましく、０．００１≦ａ≦０．０５が特に好ましい。ｂは、０．００１≦ｂ≦０．１がより好ましく、０．００１≦ｂ≦０．０５が特に好ましい。ａおよびｂが上記範囲内であると、多電子型の反応（単位モル数当たり１ｍｏｌを超える原子Ａを引き抜く反応）を示すリン酸化合物（１）が得られ、このリン酸化合物（１）を二次電池用正極材料として用いたときに理論電気容量を高めることができる。
【００３４】
リン酸化合物（１）におけるｃの値はａおよびｂの数値、ならびにＭの価数、Ｘ１の価数およびＺ１の価数に依存する数であり、正電荷の総和の１／２から４を引いた値である。
【００３５】
また、上記一般式で表わされるオリビン型化合物のうち、ケイ酸化合物としては、下記式（２）で表されるケイ酸化合物（２）が好適である。
Ａ２Ｍ１−ｄＸ２ｄＳｉ１−ｅＺ２ｅＯ４＋ｆ      （２）
（式中、ＡはＬｉ、Ｎａ、およびＫからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子、ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子、Ｘ２はＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子、Ｚ２はＰ、Ｂ、Ａｌ、およびＶからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子を示す。ｄは０≦ｄ≦０．２、ｅは０≦ｅ≦０．２であり、ｆは、ｄおよびｅの数値、ならびにＭの価数、Ｘ２の価数およびＺ２の価数に依存し、電気的中性を満たす数である。）
【００３６】
０≦ｄ≦０．２および０≦ｅ≦０．２である場合に、後述する溶融工程（ｉｉ）で原料調合物を良好に溶融することができ、均一な溶融物が得られる。また、後述する加熱工程（ｖ）でケイ酸化合物（２）を得ることができ、さらにはオリビン型結晶構造を含むケイ酸化合物（２）、特にオリビン型結晶構造のみからなるケイ酸化合物（２）が得られるので好ましい。
【００３７】
ｄは、０．００１≦ｄ≦０．１がより好ましく、０．００１≦ｄ≦０．０５が特に好ましい。ｅは、０．００１≦ｅ≦０．１がより好ましく、０．００１≦ｅ≦０．０５が特に好ましい。ｄおよびｅが上記範囲内であると、多電子型の反応（単位モル数当たり１ｍｏｌを超えるＡを引き抜く反応）を示すケイ酸化合物（２）が得られ、このケイ酸化合物（２）を二次電池用正極材料として用いたときに理論電気容量を高めることができる。
【００３８】
ケイ酸化合物の組成におけるｆの値はｄおよびｅの数値、ならびにＭの価数、Ｘ２の価数およびＺ２の価数に依存する数であり、正電荷の総和の１／２から４を引いた値である。
【００３９】
リン酸化合物（１）またはケイ酸化合物（２）において、原子Ａは二次電池用正極材料として適しているため、Ｌｉを必須とするのが好ましく、Ｌｉのみであることが特に好ましい。Ｌｉを含むリン酸化合物（１）、Ｌｉを含むケイ酸化合物（２）は、二次電池の単位体積（質量）当たりの容量を高くする。
【００４０】
リン酸化合物（１）またはケイ酸化合物（２）において、原子Ｍは１種のみ、または、２種からなるのが好ましい。特に、原子ＭはＦｅのみ、Ｍｎのみ、またはＦｅおよびＭｎからなるのが、コストの点で好ましい。
リン酸化合物（１）またはケイ酸化合物（２）における原子Ｍの価数は、＋２〜＋４の範囲である。原子Ｍの価数は、原子ＭがＦｅの場合は＋２、＋８／３、＋３、Ｍｎの場合は＋２、＋３、＋４、Ｃｏの場合は＋２、＋８／３、＋３、Ｎｉの場合は＋２、＋４が好ましい。原子Ｍの価数は２ 〜２．２であるのが好ましく、２であるのがより好ましい。
【００４１】
リン酸化合物（１）またはケイ酸化合物（２）において、原子Ｘ１、Ｘ２はＺｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種の原子である。性能の面から、Ｚｒ、ＴｉまたはＮｂが好ましく、ＺｒまたはＴｉが特に好ましい。
リン酸化合物（１）またはケイ酸化合物（２）における原子Ｘ１、Ｘ２の価数は、基本的にＺｒの場合は＋４、Ｔｉの場合は＋２または＋４、Ｎｂの場合は＋２または＋５、Ｔａの場合は＋２または＋５、Ｍｏの場合は＋４または＋６、Ｗの場合は＋４または＋６である。
【００４２】
リン酸化合物（１）において、原子Ｚ１はＳｉ、Ｂ、Ａｌ、およびＶからなる群より選ばれる少なくとも１種である。性能の面から、ＢまたはＡｌが好ましく、Ｂが特に好ましい。ケイ酸化合物（２）において、原子Ｚ２はＰ、Ｂ、Ａｌ、およびＶからなる群より選ばれる少なくとも１種である。性能の面から、ＢまたはＡｌが好ましく、Ｂが特に好ましい。リン酸化合物（１）またはケイ酸化合物（２）における原子Ｚ１、Ｚ２の価数は、基本的にＰの場合は＋５、Ｂの場合は＋３、Ａｌの場合は＋３、Ｖの場合は＋３、＋４、＋５である。
【００４３】
特に、ケイ酸化合物（２）は、二次電池用正極材料に使用する場合に、二次電池の単位体積（質量）当たりの容量を高くできるため好ましい。
【００４４】
本発明に係る二次電池用正極材料の製造方法は、上述したオリビン型、輝石型、またはナシコン型の結晶構造を有する化合物を含む二次電池用正極材料を製造する方法であり、原料を調合して原料調合物を準備する原料調合工程（ｉ）と、原料調合物を耐火材料により形成された容器内で、不活性雰囲気下または還元性雰囲気下でアーク溶融して溶融物を得る溶融工程（ｉｉ）とを有する。本発明の製造方法は、さらに冷却工程（ｉｉｉ）、粉砕工程（ｉｖ）、および加熱工程（ｖ）を有することが好ましい。各工程について、以下に具体的に説明する。
【００４５】
［原料調合工程（ｉ）］
本発明の二次電池用正極材料の製造方法では、まず、オリビン型化合物、輝石型化合物、またはナシコン型化合物の各成分源を、所定の組成を有する溶融物となるように選択し、混合して原料調合物を準備する。
【００４６】
オリビン型化合物、輝石型化合物、またはナシコン型化合物の構成原子を含む出発原料のうち、原子Ａを含む化合物としては、Ａの炭酸塩（Ａ２ＣＯ３）、Ａの炭酸水素塩（ＡＨＣＯ３）、Ａの水酸化物（ＡＯＨ）、Ａのケイ酸塩（Ａ２Ｏ・２ＳｉＯ２、Ａ２Ｏ・ＳｉＯ２、２Ａ２Ｏ・ＳｉＯ２等）、Ａのリン酸塩（Ａ３ＰＯ４等）、Ａのホウ酸塩（Ａ３ＢＯ３）、Ａのフッ化物（ＡＦ）、Ａの塩化物（ＡＣｌ）、Ａの硝酸塩（ＡＮＯ３）、Ａの硫酸塩（Ａ２ＳＯ４）、およびＡの有機酸塩（酢酸塩（ＣＨ３ＣＯＯＡ）やシュウ酸塩（（ＣＯＯＡ）２）等）からなる群より選ばれる少なくとも１種（ただし、該少なくとも１種の一部または全部は、それぞれ水和塩を形成していてもよい。）が好ましい。なかでも、安価でかつ取扱いが容易な点で、Ａ２ＣＯ３、ＡＨＣＯ３、またはＡＦがより好ましい。
【００４７】
原子Ｍを含む化合物としては、Ｍの酸化物（ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｏ４、Ｃｏ２Ｏ３、ＮｉＯ等）、Ｍのオキシ水酸化物（ＭＯ（ＯＨ））、Ｍのケイ酸塩（ＭＯ・ＳｉＯ２、２ＭＯ・ＳｉＯ２等）、Ｍのリン酸塩（Ｍ３（ＰＯ４）２等）、Ｍのホウ酸塩（Ｍ３（ＢＯ３）２等）、Ｍのフッ化物（ＭＦ２等）、Ｍの塩化物（ＭＣｌ２、ＭＣｌ３等）、Ｍの硝酸塩（Ｍ（ＮＯ３）２、Ｍ（ＮＯ３）３等）、Ｍの硫酸塩（ＭＳＯ４、Ｍ２（ＳＯ４）３等）、Ｍの有機酸塩（酢酸塩（Ｍ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）やシュウ酸塩（Ｍ（ＣＯＯ）２）等）およびＭのアルコキシド（Ｍ（ＯＣＨ３）２、Ｍ（ＯＣ２Ｈ５）２等）からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【００４８】
入手のしやすさやコストから、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｃｏ３Ｏ４およびＮｉＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物がより好ましい。特に原子Ｍが、Ｆｅである場合の該化合物としては、Ｆｅ３Ｏ４および／またはＦｅ２Ｏ３が好ましく、原子ＭがＭｎである場合の該化合物としては、ＭｎＯ２が好ましい。原子Ｍを含む化合物は、１種であっても、２種以上であってもよい。
【００４９】
Ｓｉを含む化合物としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ケイ素のアルコキシド（Ｓｉ（ＯＣＨ３）４、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４等）、Ａのケイ酸塩、またはＭのケイ酸塩が好ましい。Ｓｉを含む化合物は結晶質であっても、非晶質であってもよい。なかでも、ＳｉＯ２が安価であるのでより好ましい。
【００５０】
Ｐを含む化合物としては、無水リン酸（Ｐ２Ｏ５）、リン酸水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）、ＡまたはＭのリン酸塩が好ましい。
ＡまたはＭのリン酸塩としては、例えばＬｉ３ＰＯ４、Ｆｅ３（ＰＯ４）２、ＦｅＰＯ４およびＭｎ３（ＰＯ４）２からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。
Ｐを含む化合物は結晶質であっても、非晶質であってもよい。なかでも、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４が安価であるのでより好ましい。
【００５１】
原子Ｘ１、Ｘ２（Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷ）を含む化合物としては、Ｘ１、Ｘ２の酸化物、例えばＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＭｏＯ３またはＷＯ３が好ましい。
【００５２】
原子Ｚ１、Ｚ２（Ｐ、Ｓｉ、Ｂ、Ａｌ、およびＶ）を含む化合物としては、Ｚ１、Ｚ２の酸化物（Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３等）、ＡまたはＭのリン酸塩、ＡまたはＭのケイ酸塩、ＡまたはＭのホウ酸塩、ＡまたはＭのアルミン酸塩、ＡまたはＭのバナジン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。
なかでも、原子Ｚ１、Ｚ２がＰを含む場合はＬｉ３ＰＯ４、Ｆｅ３（ＰＯ４）２、ＦｅＰＯ４およびＭｎ３（ＰＯ４）２からなる群より選ばれる少なくとも１種、Ｓｉを含む場合はＳｉＯ２、Ｂを含む場合はＢ２Ｏ３および／またはＨ３ＢＯ３、Ａｌを含む場合はＡｌ２Ｏ３、ＡｌＯ（ＯＨ）およびアルミノケイ酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１種、Ｖを含む場合は酸化バナジウム（ＶＯ、Ｖ２Ｏ３、ＶＯ２、Ｖ２Ｏ５等）が安価であるので好ましい。
【００５３】
原料調合物の好適な組み合わせは、原子Ａを含む化合物がＡの炭酸塩または炭酸水素塩、原子Ｍを含む化合物がＭの酸化物、Ｐを含む化合物がリン酸水素アンモニウムである場合、Ｓｉを含む化合物が酸化ケイ素である場合の組み合わせである。
【００５４】
原料調合物の組成は、原則として、当該原料調合物から得られる溶融物の組成と理論上対応するものである。ただし、該原料調合物中には、溶融処理中に揮発等により失われやすい成分（例えばＬｉ等）が存在するため、得られる溶融物の組成は各原料の仕込み量から計算される酸化物基準のモル％と若干相違する場合がある。そのような場合には、揮発等により失われる量を考慮して、各原料の仕込み量を設定することが好ましい。
【００５５】
原料調合物中の各原料の純度は特に限定されない。反応性や二次電池用正極材料の物性等を考慮すると、水和水を除く純度が９９質量％以上であることが好ましい。
各原料としては、粉砕した原料を用いるのが好ましい。各原料は、粉砕してから混合しても、混合した後に粉砕してもよい。粉砕は、ミキサー、ボールミル、ジェットミル、遊星ミル等を用いて、乾式または湿式で行うことが好ましく、溶媒の除去工程が不要なことから、乾式が好ましい。原料調合物中の各原料の粒子径は、混合操作、混合物の溶融容器への充填操作、混合物の溶融性等に悪影響を及ぼさない範囲であれば、限定されない。
【００５６】
［溶融工程（ｉｉ）］
溶融工程（ｉｉ）では、原料調合工程（ｉ）で得られた原料調合物を、耐火材料により形成された容器に収容し、アークを発生する電極（以下、アーク電極または単に電極と示す。）を備えたアーク溶融装置（アーク溶融炉ともいう。）に設置する。そして、不活性雰囲気下または還元性雰囲気下において、電極からのアーク放電によって原料調合物をアーク加熱して溶融させる。
【００５７】
本明細書において、「耐火材料」とは、耐火性に優れ、原料調合物の溶融温度において組成や物理的特性が変化することがない材料をいう。耐火材料の耐火温度は、１，０００℃以上であることが好ましい。耐火温度が１，０００℃未満であると、容器の耐溶損性が著しく低下する場合がある。
ただし、耐火材料の耐火温度が過度に高くなると、使用可能な構成材料が過度に制限される場合があるため、耐火温度は１，２００〜２，０００℃の範囲とすることが好ましく、１，２００〜１，８００℃の範囲とすることがより好ましい。なお、耐火温度は、材料を２４時間加熱した場合に、顕著な外観変化が観察されない温度を意味する。
【００５８】
本発明において、容器を形成する耐火材料としては、炭素、非酸化物セラミックス、電鋳耐火物等を挙げることができる。なお、本明細書において、「電鋳耐火物」とは、電気溶融鋳造耐火物を略したものであり、精選された原料を目標成分に応じて調合し、電気炉で完全に溶融した後、所定の形状の鋳型に鋳造することによって製造された耐火物を総称していう。ここで、「耐火物」とは、セラミックスとほぼ同じ意味で使用するものとする。
【００５９】
容器を形成する耐火材料としての炭素は、黒鉛が、安価であり、入手しやすく、また加工しやすいので、好ましい。このような炭素は、高温においては、原料調合物に含まれる鉄等の重金属の酸化物と還元反応するおそれがあるので、加熱溶融の温度を調整することが好ましい。
【００６０】
非酸化物セラミックスとしては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、サイアロン（例えば、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ、０＜ｚ≦４．２）、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、およびホウ化チタン（ＴｉＢ２）からなる群より選ばれる少なくとも１種を主体とするセラミックスを挙げることができる。なお、本明細書において、「主体とする」とは、その成分を５０質量％以上含有することをいう。
【００６１】
これらの非酸化物セラミックスの中で、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン、ホウ化ジルコニウム、およびホウ化チタンからなる群より選ばれる少なくとも１種を主体とするセラミックスであると、不活性雰囲気下または還元雰囲気下での使用が可能であるので好ましい。また、ホウ化ジルコニウムを５０〜９８質量％含むセラミックスは、緻密な構造を有し、重金属元素を高率で含む原料調合物の溶融を行う場合でも、それらの成分が侵入しにくく、また内容物の漏れ出し等の不具合を生じにくい。
さらに、炭素および前記非酸化物セラミックスは、原料粉末を成型し加熱した焼成物が入手しやすいので、好ましい。
【００６２】
電鋳耐火物としては、アルミナ−シリカ質電鋳耐火物、アルミナ質電鋳耐火物、アルミナ−ジルコニア−シリカ質電鋳耐火物、および高ジルコニア質電鋳耐火物が挙げられる。これらの中でも、入手のし易さや、耐食性の高さの点から、アルミナ−ジルコニア−シリカ質電鋳耐火物、高ジルコニア質電鋳耐火物、またはアルミナ質電鋳耐火物が好適に用いられる。
【００６３】
アルミナ−ジルコニア−シリカ質電鋳耐火物は、コランダム、バデライト、またはこれらの共晶をマトリックスが取り囲む組織構造を有する電鋳耐火物である。アルミナ−ジルコニア−シリカ質電鋳耐火物は、マトリクスガラス相の含有量が２０質量％以下であることが好ましく、１６質量％以下であることがより好ましい。
【００６４】
化学組成としては、マトリクスガラス相を含むアルミナ−ジルコニア−シリカ質電鋳耐火物全体を酸化物換算で１００質量％としたとき、ＡｌがＡｌ２Ｏ３換算で４５〜５５質量％であり、ＺｒがＺｒＯ２換算で３５〜４５質量％であり、ＳｉがＳｉＯ２換算で１０〜１６質量％であり、ＮａをＮａ２Ｏ換算で１〜２質量％であるように構成したものが好ましい。
【００６５】
アルミナ−ジルコニア−シリカ質電鋳耐火物としては、例えばＺＢ−１６８１（ＡＧＣセラミックス社商品名）、ＺＢ−１７１１（ＡＧＣセラミックス社商品名）、ＳＣＩＭＯＳ  ＣＳ−３（サンゴバン  ティー  エム社商品名）、ＳＣＩＭＯＳ  ＣＳ−５（サンゴバン  ティー  エム社商品名）が挙げられる。
【００６６】
高ジルコニア質電鋳耐火物は、ジルコニア（ＺｒＯ２）の含有量が９０質量％以上の電鋳耐火物であり、例えば、バデライト結晶相の周りを少量のマトリックスガラス相が取り囲む組織構造を有するものが好適に用いられる。高ジルコニア質電鋳耐火物は、マトリクスガラス相の含有量が４〜１２質量％であることが好ましく、４〜７質量％であることがより好ましい。
【００６７】
高ジルコニア質電鋳耐火物の化学組成としては、マトリクスガラス相を含む高ジルコニア質電鋳耐火物全体を酸化物換算で１００質量％としたとき、質量％でＺｒをＺｒＯ２換算で９０〜９７％、ＳｉをＳｉＯ２換算で３〜５％、ＮａをＮａ２Ｏ換算で０．１〜２％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で０．５〜２．５％含むものが好ましく、ＺｒをＺｒＯ２換算で９２〜９７％、ＳｉをＳｉＯ２換算で３〜４％、ＮａをＮａ２Ｏ換算で０．２〜１％、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で１〜２％含むものがより好ましい。
また、ＢをＢ２Ｏ３換算で０．１〜０．５％含んでもよく、ＰをＰ２Ｏ３換算で０．１〜０．５％含んでもよい。
【００６８】
高ジルコニア質電鋳耐火物としては、例えば、ＺＢ−Ｘ９５０（ＡＧＣセラミックス社商品名）、ＳＣＩＭＯＳ  Ｚ（サンゴバン  ティー  エム社商品名）が挙げられる。
【００６９】
アルミナ質電鋳耐火物は、α−アルミナおよびβ−アルミナの含有量が合計で９５質量％以上の電鋳耐火物であり、電鋳耐火物に含まれるα−アルミナ、β−アルミナの比率によって、α−アルミナ質電鋳耐火物、α，β−アルミナ質電鋳耐火物またはβ−アルミナ質電鋳耐火物に分類される。
【００７０】
これらの中でも、α，β−アルミナ質電鋳耐火物は、入手しやすく、十分な強度を有し、かつ緻密な構造を有するため、加熱溶融に用いる容器として好適に用いることができる。
【００７１】
アルミナ質電鋳耐火物は、マトリクスガラス相の含有量が１０質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることが好ましい。
【００７２】
アルミナ質電鋳耐火物の化学組成としては、マトリクスガラス相を含むアルミナ質電鋳耐火物全体を酸化物換算で１００質量％としたとき、質量％でＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で９３〜９９．５％、ＳｉをＳｉＯ２換算で０．１〜１．０％、ＮａをＮａ２Ｏ換算で０．２〜６．５％含むものが好ましく、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で９４．５〜９９％、ＳｉをＳｉＯ２換算で０．１〜１．０％、ＮａをＮａ２Ｏ換算で０．２〜５％含むものがより好ましい。
【００７３】
アルミナ質電鋳耐火物の具体例としては、α−アルミナ質電鋳耐火物として、ＭＢ−Ａ（ＡＧＣセラミックス社商品名）、ＳＣＩＭＯＳ  Ａ（サンゴバン  ティー  エム社商品名）、α，β−アルミナ質電鋳耐火物として、ＭＢ−Ｇ（ＡＧＣセラミックス社商品名）、ＳＣＩＭＯＳ  Ｍ（サンゴバン  ティー  エム社商品名）、ジャガーＭ（ソシエテ・ユーロピアンヌ・デ・プロデュイ・レフラクテール社商品名）、β−アルミナ質電鋳耐火物として、ＭＢ−Ｕ（ＡＧＣセラミックス社製）、ＳＣＩＭＯＳ  Ｈ（サンゴバン  ティー  エム社商品名）、ジャガーＨ（ソシエテ・ユーロピアンヌ・デ・プロデュイ・レフラクテール社商品名）が挙げられる。
【００７４】
これらの電鋳耐火物の中でも、アルミナ−ジルコニア−シリカ質電鋳耐火物は、α−アルミナとバデライトとの共晶、およびこれら結晶質を取り巻くマトリックスガラスからなる緻密な構造を有しており、重金属元素を高率で含む原料調合物の溶融を行う場合でも、これらの成分が侵入し難く、また、内容物の漏れ出し等の不具合を生じ難いため、好ましい。特に、相対的に溶融温度の低いリン酸塩化合物の製造においては、耐火物からの汚染が低い高ジルコニア質電鋳耐火物で形成した容器内で、原料調合物をアーク溶融することが好ましい。
【００７５】
前記した炭素、非酸化物セラミックスまたは電鋳耐火物で形成された容器は、前記原料調合物の溶融物により侵食されにくい。また、後述するように、原料調合物のアーク加熱による溶融は不活性雰囲気下または還元性雰囲気下で行うが、前記した炭素、非酸化物セラミックスまたは電鋳耐火物は、不活性雰囲気下または還元性雰囲気下での使用が可能であるので、溶融工程（ｉｉ）での容器の材料として好適である。
【００７６】
このような耐火材料により形成された容器の大きさや形状は、特に限定されず、小型の円筒状ルツボとすることもでき、大型の溶融タンクとして用いることもできる。特に、容器が大型の溶融タンクの場合、前記耐火材料は少なくとも溶融物と接触する内周部に用いればよく、溶融タンク上部構造等の、溶融物との非接触部分は他の材料で構成してもよい。また、小型の円筒状ルツボとして用いる場合、原料調合物または溶融物の揮発および蒸発を防止するために、当該容器に蓋を装着して溶融を行うことができる。
【００７７】
本発明の溶融工程（ｉｉ）におけるアーク加熱には、直接アーク加熱方式と間接アーク加熱方式のいずれの方式も用いることができる。なお、直接アーク加熱方式は、被加熱物自体をアークの媒質として加熱する方式であり、間接アーク加熱方式は、アークの熱を放射、伝導、対流により被加熱物に伝えて加熱する方式である。いずれの加熱方式でも、電極は昇降できる構造であることが好ましい。
【００７８】
また、本発明の溶融工程（ｉｉ）において、アーク電極としては黒鉛電極、イリジウム電極等を使用することができる。加工しやすく、安価であるので、黒鉛電極の使用が好ましい。電極の本数は１本でも複数本でもよい。複数本の電極を使用した場合は、原料調合物の加熱を均一化して、溶融物の温度分布を均一にすることができる。
【００７９】
アーク加熱に使用する電源は、直流電源でも交流電源でもよく、また単相電源でも三相電源でもよい。特に、アーク電極を複数本にするとともに三相交流電源を使用することにより、アークを安定化させるとともに、電極と溶融物との間だけでなく、電極間にもアークを発生させて加熱効率を向上させることができる。
【００８０】
本発明においては、前記容器内の原料調合物のアーク加熱による溶融を、不活性雰囲気下または還元性雰囲気下で行う。ここで、不活性雰囲気とは、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、およびネオン（Ｎｅ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の不活性ガスを９９体積％以上含む気体条件をいう。また、還元性雰囲気とは、上記した不活性ガスに、還元性を有するガスを添加し、実質的に酸素を含まない気体条件をいう。還元性を有するガス（以下、還元性ガスという。）としては、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、アンモニア（ＮＨ３）等が挙げられる。不活性ガスに添加される還元性ガスの量は、全ガス中に還元性ガスが０．１体積％以上であるのが好ましく、１〜１０体積％がより好ましい。酸素の含有量は、全ガス中に１体積％以下が好ましく、０．１体積％以下がより好ましい。
【００８１】
本発明の溶融工程（ｉｉ）においては、容器内を不活性雰囲気または還元性雰囲気にするために、前記不活性ガス、または前記不活性ガスに前記還元性ガスが添加された混合ガスを容器内に導入する。こうして導入された不活性ガス等は、前記電極からのアーク放電によりプラズマ化し、プラズマアークが発生するので、高い温度を効率的に安定して得ることができる。なお、導入される前記ガスが安定してプラズマ化されるように、アーク溶融炉をガスが漏れない密閉構造としてもよい。
【００８２】
以下、本発明の溶融工程（ｉｉ）に使用されるアーク溶融装置について、図面に基いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態で用いられるアーク溶融装置を模式的に示す断面図である。このアーク溶融装置１は、前記した耐火材料により形成された溶融容器２と、この溶融容器２を収納する蓋付きのジャケット（外装筐体）３を備えている。ジャケット３には、水冷管のような冷却機構（図示を省略。）を取り付けることが好ましい。
【００８３】
溶融容器２は、炉壁部２ａと炉底部２ｂとから構成されており、溶融容器２内にはアーク電極である黒鉛電極４が設置されている。ジャケット３の上部には、原料調合物５を溶融容器２内に供給するための原料供給管６と、ジャケット３内に窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを導入するためのガス導入管７、およびジャケット３内のガスを外部に排出するためのガス排出管８がそれぞれ接続されている。また、溶融容器２の炉壁部２ａとジャケット３を貫通して、溶融物導出管９が設けられている。さらに、このアーク溶融装置１は傾動できる構造となっており、溶融容器２内で得られた溶融物を、溶融物導出管９から冷却固化装置１０に直接導出できるよう構成されている。
【００８４】
なお、図１において、符号１２は、冷却固化装置１０により得られた固化物を示し、符号１１は、固化物１２を回収する固化物回収装置を示す。冷却固化装置１０としては、後述するように、高速で回転する双ローラや回転する単ローラ、あるいは冷却したカーボン板や金属板に溶融物をプレスして固化物を得るように構成された装置等が用いられる。
【００８５】
このようなアーク溶融装置１を使用して、本発明における溶融工程（ｉｉ）を実施するには、まず溶融容器２内に、原料供給管６を通して原料調合物５を供給する。そして、ガス導入管７から溶融容器２内に、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを吹き込みながら、黒鉛電極４に電圧を印加しアーク放電を行わせる。そして、前記不活性ガスのプラズマアーク放電により、溶融容器２内の原料調合物５を急速に加熱して溶融させる。
【００８６】
アーク電極である黒鉛電極４は、図１では１本であるが、複数本でもよい。黒鉛電極４は、例えば、溶融容器２の中心部に設置される。黒鉛電極４は、溶融物の湯面位置の変化に応じて上下に移動できるように設置してもよい。また、複数本の黒鉛電極４を設置する場合、電極間隔を変化させるように設置してもよい。すなわち、溶融の初期段階では、黒鉛電極４を原料調合物５に接触させて、接触アーク放電により溶融し、ある程度溶融物が生成された後、少しずつ黒鉛電極４を上昇させかつ電極間隔を広げて、吹き込まれた不活性ガスのプラズマアーク放電により完全に溶融する。こうして不純物の少ない溶融物を得ることができる。
【００８７】
このようなアーク放電は、例えば、出力が１００ｋＶＡ〜２００ｋＶＡで行う。黒鉛電極４と原料調合物５との間または黒鉛電極４の間のガスのプラズマ化を伴うアーク放電により、原料調合物は１，１００℃〜１，８００℃の高温に急速に加熱され溶融される。そして、このように急速に昇温させることで、オリビン型化合物、輝石型化合物、またはナシコン型化合物に対応する所定の配合とした原料調合物５は、融点の異なる原料混合物でもほとんど同時に溶融されるので、均一な組成を有する溶融物を得ることができる。加熱温度が１，１００℃以上であると、溶融が容易になり、１，８００℃以下であると原料が揮発しにくくなる。加熱温度は１，２００℃〜１，６００℃がより好ましい。ここで、加熱温度とは、溶融物自体の温度をいい、熱電対やパイロメーターで測定できる。溶融とは各原料が融解し、目視で透明な状態となることをいう。
【００８８】
加熱時間は、原料の種類、溶融規模、溶融物の均一度等を考慮して適宜設定できるが、０．５〜４時間が好ましく、１〜２時間が特に好ましい。加熱時間が０．５時間以上であると溶融物の均一性が充分になり、４時間以下であると原料が揮発しにくい。
【００８９】
本発明における原料調合物５のアーク溶融は、前記したように、ガス導入管７から溶融容器２内に窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを吹き込みながら行われ、不活性雰囲気下で実施される。
【００９０】
こうして溶融容器２内で原料調合物５を溶融して得られた溶融物を、アーク溶融装置１を傾動することで溶融物導出管９から導出する。そして、そのまま後述する単ローラや双ローラ等の冷却固化装置１０に供給して冷却し、固化物１２を回収する。
【００９１】
このように、本発明の溶融工程（ｉｉ）においては、溶融容器２内に収容された原料調合物５をプラズマアーク放電により加熱し溶融しているので、溶融物を短時間で得ることができ、量産に適している。また、溶融容器を電気炉等の加熱炉内に収納して加熱する従来の方法に比べ、エネルギーロスが少なく熱効率が高い。さらに、急速加熱が可能で高温を短時間で得られるので、原料混合物を短時間で溶融して均一な組成の溶融物を得ることが可能である。またさらに、アーク放電による加熱では、より高い温度を得ることが可能であるので、多種の原料調合物を容易に溶融することができ、得られる溶融物の組成範囲が広がる。
【００９２】
［冷却工程（ｉｉｉ）］
冷却工程（ｉｉｉ）では、前記溶融工程（ｉｉ）で得られた溶融物を、室温（２０〜２５℃）付近まで冷却して固化物を得る。
【００９３】
固化物は非晶質物であることが好ましいが、固化物の一部は結晶化物であってもよい。固化物が非晶質物を含むことで、次の粉砕工程（ｉｖ）が実施しやすくなり、得られる化合物の組成および粒子径を制御しやすくなる。固化物が結晶化物を含む場合、後述する加熱工程（ｖ）で結晶化物が結晶核となり、結晶化しやすくなる。固化物中の結晶化物量は、固化物の全質量に対して０〜３０質量％であることが好ましい。結晶化物を多く含むと粒状やフレーク状の固化物を得ることが困難となる。また、冷却機器の損耗を早め、その後の粉砕工程（ｉｖ）の負担が大きくなる。
【００９４】
溶融物の冷却は、設備等が簡便であることから、大気中、不活性雰囲気下、または還元性雰囲気下で冷却する方法が好ましい。不活性雰囲気および還元性雰囲気の好ましい条件は、溶融工程（ｉｉ）で説明したのと同様である。
【００９５】
溶融物の温度から５０℃までの冷却速度は１×１０３℃／秒以上が好ましく、１×１０４℃／秒以上が特に好ましい。冷却速度を１×１０３℃／秒以上にすると非晶質物が得られやすい。冷却速度が速いほど非晶質物を得やすくなるが、製造設備や大量生産性を考慮すると、冷却速度は１×１０１０℃／秒以下が好ましく、実用性の点からは１×１０８℃／秒以下が特に好ましい。
【００９６】
冷却方法としては、例えば、高速で回転する双ローラの間に溶融物を滴下してフレーク状の固化物を得る方法、回転する単ローラに溶融物を滴下してフレーク状または板状の固化物を掃引して得る方法、冷却したカーボン板や金属板に溶融物をプレスして塊状の固化物を得る方法、溶融物を空気中または水中に小粒状に吹き付けて塊状の固化物を得る方法、を採用することが好ましい。
なかでも、双ローラを用いた冷却方法が、冷却速度が速く、大量に処理できるのでより好ましい。双ローラとしては、金属製、カーボン製、セラミックス製のものを用いることが好ましい。
【００９７】
上記のように、溶融工程（ｉｉ）の後、冷却速度１×１０３℃／秒以上で溶融物を急速冷却することで、得られる固化物が非晶質物となりやすく、固化物の化学組成の均一性が高められるため好ましい。
なお、冷却速度１×１０３℃／秒以上での、いわゆる急冷処理は、耐火材料により形成された容器から流し出した溶融物に対してそのまま行ってもよく、当該容器内で溶融した溶融物を、一旦通常の速度で冷却した後、再溶融したものに対して行ってもよい。また、当該容器内で溶融した溶融物を、連続して別の容器に移動し、加熱して成分の再均一化を行い、冷却してもよい。
【００９８】
固化物は、フレーク状、塊状または繊維状が好ましい。フレーク状の場合には、その平均厚さが２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。フレーク状の厚さ方向に垂直な面の平均直径は、特に限定されない。塊状の場合には、その平均直径が５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がより好ましい。繊維状の場合には、その平均直径が５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がより好ましい。
平均厚さや平均直径の上限値以下であると、続く粉砕工程（ｉｖ）の負担を軽減でき、加熱工程（ｖ）における結晶化効率を高くすることができる。
フレーク状の固化物の平均厚さは、ノギスやマイクロメータにより測定することができる。また、繊維状の固化物の平均直径は、上記方法または顕微鏡での観察により測定することができる。
【００９９】
［粉砕工程（ｉｖ）］
冷却工程（ｉｉｉ）の後、得られた固化物を粉砕して粉砕物を得る粉砕工程（ｉｖ）を行うことが好ましい。
【０１００】
冷却工程（ｉｉｉ）で得られる固化物は通常の場合、非晶質物を多く含むか、または非晶質物からなるため、粉砕がしやすい利点がある。また粉砕に使用する装置に負担をかけずに粉砕でき、かつ粒子径の制御がしやすい利点がある。
また、例えば固相反応により正極材料を得る場合には、焼成の後に粉砕を行うが、その場合には、粉砕によって残留応力が生じ、電池特性を悪化させる場合がある。これに対して、後述する加熱工程（ｖ）の前に粉砕工程（ｉｖ）を行うことで、粉砕によって生じた残留応力を、加熱処理によって低減または除去することができる。
【０１０１】
粉砕工程（ｉｖ）では、有機化合物および炭素系導電物質からなる群より選ばれる少なくとも１種を炭素源として添加してもよい。
有機化合物および／または炭素系導電物質は、後述する加熱工程（ｖ）後に導電材として機能するため、二次電池用正極材料の導電性を高めることができる。また、有機化合物および／または炭素系導電物質を添加することによって、粉砕工程（ｉｖ）や加熱工程（ｖ）における酸化を防止し、さらに還元を促進することもできる。
【０１０２】
粉砕工程（ｉｖ）で炭素源を添加する場合には、固化物と炭素源とを混合した後に粉砕する工程、固化物と炭素源とをそれぞれ粉砕した後に混合する工程、または、固化物を粉砕した後に炭素源を添加する工程であるのが好ましい。なお、炭素源が有機化合物のみである場合には、粉砕せずに固化物と混合できる。
【０１０３】
次工程の加熱工程（ｖ）で得られる化合物（α）は絶縁体であるため、二次電池用正極材料として使用するためには、電気伝導度を高めることが好ましい。
該炭素源として炭素系導電物質を用いた場合、炭素系導電物質が導電性炭素として、化合物（α）の表面の少なくとも一部を被覆する。また、有機化合物を用いた場合には、次工程の加熱工程（ｖ）を行うことで、有機化合物の少なくとも一部が炭化され、導電性炭素として、化合物（α）の表面の少なくとも一部を被覆する。該導電性炭素は化合物（α）の導電材として機能するため、二次電池用正極材料の電気伝導性を高めることができる。
【０１０４】
炭素源としての有機化合物は、不活性雰囲気下または還元雰囲気下で加熱した際に熱分解反応し、酸素や水素が離脱して炭化する化合物が好ましい。有機化合物としては、糖類、アミノ酸類、ペプチド類、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類、テルペン類、複素環式アミン類、脂肪酸および官能基を有する脂肪族非環状ポリマーからなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【０１０５】
炭素源としての炭素系導電物質は、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンファイバおよびアモルファスカーボンからなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。アモルファスカーボンとしては、ＦＴＩＲ分析において、正極材料の導電性低下の原因となるＣ−Ｏ結合ピークやＣ−Ｈ結合ピークが実質的に検出されないものが好ましい。
【０１０６】
炭素源の質量の割合は、炭素源中の炭素換算量（質量）が、固化物の質量と、該炭素源中の炭素換算量（質量）との合計質量に対して、０．１〜２０質量％となる量が好ましく、２〜１０質量％となる量がより好ましい。
有機化合物と炭素系導電物質を併用する場合には、これらの合計量が上記範囲となるように調整する。炭素量を０．１質量％以上にすることで、化合物（α）からなる二次電池用正極材料の導電性を十分に高めることができる。また、炭素量を２０質量％以下とすることで、二次電池用正極材料としての特性を高いまま保持しつつ、導電性を十分に高めることができる。
【０１０７】
粉砕は、カッターミル、ジョークラッシャー、ハンマーミル、ボールミル、ジェットミル、遊星ミル等を用いて行うのが好ましい。また、粒子径により各種方法を段階的に用いることで、効率よく粉砕を進めることができる。例えば、カッターミルで予備的に粉砕した後、遊星ミルやボールミルで粉砕することによって、粉砕にかかる時間を短縮できるので好ましい。生産性の観点から、特にボールミルを用いることが好ましい。粉砕メディアとしては、ジルコニアボール、アルミナボール、ガラスボール等を用いることが好ましい。特に、ジルコニアボールは磨耗率が低く、不純物の混入を抑制できるので好ましい。
【０１０８】
粉砕メディアの径は０．１〜３０ｍｍが好ましい。粉砕を多段階にし、大きい粉砕メディアで粉砕を行った後、粉砕メディアと粉砕物を分離し、さらに小さい粉砕メディアを用いて粉砕してもよい。該方法であると、未粉砕粒子の残存を抑制できる。
粉砕容器は特に限定されないが、容器内に粉砕メディアと固化物とを容器容積の３０〜８０％まで入れると粉砕効率がよい。ボールミルを用いる場合、粉砕時間は６〜３６０時間が好ましく、６〜１２０時間がより好ましく、１２〜９６時間が特に好ましい。粉砕時間が６時間以上であると充分に粉砕を進めることができ、３６０時間以下であると過粉砕が抑制できる。
【０１０９】
粉砕は乾式または湿式のいずれで行ってもよいが、粉砕物の粒子径を小さくできる点から、湿式で行うのが好ましい。また、粉砕工程（ｉｖ）で炭素源を添加する場合には、固化物と炭素源とを均一に混合できる点からも、湿式で行うのが好ましい。すなわち、粉砕工程（ｉｖ）は溶媒（粉砕溶媒）を用いて実施するのが好ましい。粉砕溶媒は、粉砕メディアが入った状態で、容器容積の３０〜８０％まで充填すると粉砕効率がよくなる。粉砕工程（ｉｖ）を湿式で行った場合は、粉砕溶媒を沈降、濾過、減圧乾燥、加熱乾燥等で除去した後に、加熱工程（ｖ）を実施するのが好ましい。ただし、粉砕溶媒に対する固形分の割合が３０％以上の場合には、粉砕溶媒を含んだ粉砕物のままで加熱工程（ｖ）に供してもよい。
【０１１０】
粉砕溶媒としては、固化物が溶けにくく、炭素源となじみのよい適度の極性を持つ溶媒であって、固化物および炭素源と混合した際に粘度が著しく上昇しない溶媒が好ましい。コストや安全性の面からは水が好ましい。一方、固化物が溶出してしまう等の問題が発生する場合には、有機溶媒が好ましい。有機溶媒としては、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ヘキサン、トルエン等が挙げられる。粉砕溶媒は、水、アセトンおよびイソプロピルアルコールから選ばれる少なくとも１種がより好ましく、特にアセトンが好ましい。
【０１１１】
粉砕溶媒の使用量は、固化物および炭素源の合計量の濃度が１〜８０％となる量が好ましく、１０〜４０％となる量が特に好ましい。粉砕溶媒の使用量を１％以上とすることで、生産性を高めることができる。また、粉砕溶媒の使用量を８０％以下とすることで、固化物および炭素源の混合、粉砕を効率よく進めることができる。
【０１１２】
粉砕物の平均粒子径は、二次電池用正極材料に適用した場合により高い導電性を得る観点から、体積基準のメディアン径で１０ｎｍ〜１０μｍが好ましく、１０ｎｍ〜５μｍが特に好ましい。平均粒子径が１０ｎｍ以上であると、加熱工程（ｖ）を実施するときに、化合物（α）の粒子同士が焼結して粒子径が大きくなりすぎることがない。平均粒子径が１０μｍ以下であると、高い導電性を示す二次電池正極材料を得やすく、その高容量化、および高エネルギー密度化を実現しやすくなる。ただし、粒子径が１０ｎｍ未満というような非常に細かい粒子が多く含まれると、加熱工程（ｖ）を実施するときに焼結助剤の作用をし、加熱後の平均粒子径を大きくする。
本明細書において、平均粒子径は、主にはレーザ回折／散乱式粒子径測定装置（堀場製作所製、商品名：ＬＡ−９５０）により得られるものであるが、上記の装置により粒子径の測定が困難な場合は、沈降法、フロー式画像分析装置を用いることができる。
【０１１３】
［加熱工程（ｖ）］
粉砕工程（ｉｖ）の後、得られた粉砕物を不活性雰囲気下または還元雰囲気下で加熱し、固化物の粉砕物から所定の組成を有する化合物（α）を合成する加熱工程（ｖ）を行うことが好ましい。
加熱工程（ｖ）は、粉砕により生じた応力の緩和、粉砕物の結晶核生成および粒成長を含むことが好ましい。このような加熱工程（ｖ）を、上述した粉砕工程（ｉｖ）後に行うことで、粉砕による残留応力を低減または除去しつつ、結晶成長させた二次電池用正極材料を得ることができる。
【０１１４】
加熱工程（ｖ）においては、例えばリン酸化合物（１）の粒子、またはケイ酸化合物（２）の粒子を得ることが好ましく、リン酸化合物（１）またはケイ酸化合物（２）の結晶粒子を得ることがより好ましく、オリビン型の結晶構造を有するリン酸化合物（１）の結晶粒子またはオリビン型の結晶構造を有するケイ酸化合物（２）の結晶粒子を得ることが特に好ましい。
得られた化合物は、非晶質物を含まないことが好ましい。化合物が非晶質物を含まない場合には、Ｘ線回折でハローパターンが検出されない。
【０１１５】
粉砕工程（ｉｖ）で粉砕物の表面に付着した有機化合物や炭素系導電物質は、加熱工程（ｖ）で生成した化合物（α）、好ましくはその結晶粒子の表面に結合して導電材として機能する。有機化合物は加熱工程（ｖ）で熱分解され、さらに少なくとも一部が炭化物となって導電材として機能する。粉砕工程（ｉｖ）を湿式で行った場合には、分散媒の除去を加熱時に同時に行なってもよい。
【０１１６】
化合物（α）を合成するための加熱温度は、４００〜１，０００℃が好ましく、５００〜９００℃が特に好ましい。加熱温度が４００℃以上であると、反応が生じやすく、１，０００℃以下であると粉砕物が融解しにくく、結晶系や粒子径を制御しやすい。また、該加熱温度であると、適度な結晶性、粒子径、粒子径分布等を有する化合物（α）、好ましくはその結晶粒子、さらに好ましくはオリビン型の結晶粒子が得られやすくなる。加熱は、一定温度で保持することに限らず、多段階に保持温度を設定して行ってもよい。加熱温度を高くするほど、生成する粒子の粒子径が大きくなる傾向があるため、所望の粒子径に応じて加熱温度を設定するのが好ましい。
【０１１７】
加熱時間（加熱温度による保持時間）は所望の粒子径を考慮して１〜７２時間が好ましい。加熱は、電気、石油、ガス等を熱源とする、ボックス炉、トンネルキルン、ローラーハースキルン、ロータリーキルン、マイクロウェーブ加熱炉等で行うのが好ましい。
【０１１８】
加熱工程（ｖ）は大気下、不活性雰囲気下または還元性雰囲気下で実施することが好ましい。不活性雰囲気および還元性雰囲気の好ましい条件は、溶融工程（ｉｉ）で説明したのと同様である。雰囲気圧力は、常圧、加圧、減圧（０．９×１０5Ｐａ以下）のいずれであってもよい。
また、加熱炉内に還元剤（例えばグラファイト）を入れた容器を装填してもよい。加熱工程（ｖ）を不活性雰囲気下または還元雰囲気下で実施すれば、粉砕物中のＭイオンの還元（例えばＭ３＋からＭ２＋への変化）を促進できる。
【０１１９】
加熱の後は、通常は室温まで冷却する。該冷却における冷却速度は３０℃／時間〜３００℃／時間が好ましい。冷却速度を該範囲にすることにより、加熱による歪みを除去でき、生成物が結晶体である場合は、結晶構造を保ったまま目的物を得ることができる。冷却は、放置して室温まで冷却させるのが好ましい。冷却は不活性雰囲気下または還元雰囲気下で行うのが好ましい。
【０１２０】
加熱工程（ｖ）で炭素源を添加することもできる。この場合、粉砕工程（ｉｖ）で得られた粉砕物（炭素源を含まない粉砕物であることが好ましい。）を加熱して化合物（α）を得た後、該化合物（α）と炭素源とを含む粉砕物を得て、次いで該粉砕物を加熱する製法を採ることが好ましい。
【０１２１】
上述した溶融、冷却、粉砕、加熱の各工程を経ることによって、二次電池用正極材料としての所定の組成を有する化合物（α）が製造される。化合物（α）は結晶粒子を含むことが好ましく、またオリビン型であることが好ましい。このような組成および結晶系であると、前述したように多電子型の理論電気容量の材料を得ることができる。
【０１２２】
特にケイ酸化合物は、二次電池用正極材料に使用する場合に、二次電池の単位体積（質量）当たりの容量を高くできるため好ましい。ケイ酸化合物はオリビン型が好ましく、該オリビン型ケイ酸化合物は二次電池用正極材料として好適である。また、リン酸化合物は、二次電池用正極材料に使用する場合には、二次電池の性能の信頼性を高くできるため好ましい。リン酸化合物はオリビン型が好ましく、該オリビン型リン酸化合物は二次電池用正極材料として好適である。
【０１２３】
本発明により得られる二次電池用正極材料の比表面積は０．２ｍ２／ｇ〜２００ｍ２／ｇが好ましく、１ｍ２／ｇ〜１００ｍ２／ｇがより好ましい。比表面積を該範囲とすることにより、導電性が高くなる。比表面積は、例えば窒素吸着法による比表面積測定装置で測定できる。
【０１２４】
また、二次電池用正極材料の粒子の平均粒子径は、粒子の導電性を高めるために、体積換算のメディアン径で１０ｎｍ〜１０μｍが好ましく、１０ｎｍ〜２μｍがより好ましい。なお、本発明により得られる二次電池用正極材料の平均粒子径は、結晶粒子だけでなく非晶質粒子を含んでいたとしても同様に、体積換算のメディアン径で１０ｎｍ〜１０μｍが好ましく、１０ｎｍ〜２μｍがより好ましい。
【０１２５】
本発明によれば、オリビン型化合物、輝石型化合物、またはナシコン型化合物の原料調合物を、耐火材料により形成された容器内でかつ不活性雰囲気下または還元雰囲気下で、アーク放電により加熱し溶融しているので、電気炉等の加熱炉内で加熱溶融を行う従来の方法に比べて、熱効率が高く、急速加熱が可能であるうえに、量産性が高い。溶融工程（ｉｉ）において１バッチあたり１０ｋｇ以上の生産量を実現可能である。
また、溶融物に含まれるＦｅ、Ｍｎ等の重金属元素による容器の侵食を抑制でき、加熱溶融に用いる容器の損耗を防止できるため、メンテナンスの頻度を低減し、二次電池用正極材料の製造コストを低減することができる。さらに、容器に由来する成分が、当該容器内の溶融物中に混入するのを抑制でき、純度に優れた二次電池用正極材料を得ることができる。
【０１２６】
＜二次電池用正極および二次電池の製造方法＞
本発明の製造方法によって得られる二次電池用正極材料を用いることによって、二次電池用正極および二次電池を製造できる。二次電池としては、金属リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池等が挙げられるが、リチウムイオン二次電池が好ましい。電池形状は制限されることはなく、例えば円筒状、角型、コイン型等の種々の形状およびサイズを適宜採用できる。
【０１２７】
二次電池用正極は、本発明の製造方法で得られる二次電池用正極材料を用いて、公知の電極の製造方法にしたがって製造できる。例えば、本発明により得られる二次電池用正極材料を必要に応じて公知の結着材（ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等）と混合した後、さらに、公知の有機溶媒（Ｎ−メチルピロリドン、トルエン、シクロヘキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、Ｎ−Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等）を用いてスラリーとし、公知の集電体（アルミニウム、またはステンレスの金属箔等）に塗布する等の方法によって、製造できる。
【０１２８】
二次電池の構造は、本発明の製造方法で得られる二次電池用正極材料を電極として用いる以外は、公知の二次電池における構造を採用することができる。セパレータ、電池ケース等についても同様である。負極としては、活物質として公知の負極用活物質を使用でき、炭素材料、アルカリ金属材料およびアルカリ土類金属材料からなる群から選ばれる少なくとも１種を用いることが好ましい。電解液としては、非水系の電解液が好ましい。すなわち、本発明の製造方法で得られる二次電池用正極材料を用いた二次電池としては、非水電解質リチウムイオン二次電池が好ましい。
【実施例】
【０１２９】
本発明を、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。【０１３０】
＜実施例１＞
（原料調合工程（ｉ））
溶融物の組成が、Ｌｉ２Ｏ、ＦｅＯ、およびＰ２Ｏ５換算量（単位：モル％）でそれぞれ、２５．０モル％、５０．０モル％、および２５．０モル％となるように、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、およびリン酸水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）を秤量し、乾式で混合して原料調合物を得た。【０１３１】
（溶融工程（ｉｉ））
得られた原料調合物を、ステンレス鋼製の水冷装置に搭載された、内径４０ｍｍ、深さ４０ｍｍの高ジルコニア質電鋳耐火物（ＡＧＣセラミックス社製、製品名ＺＢ−Ｘ９５０）製のルツボに充填し、アーク発生装置（圧力モーション社製）を用い、カーボンを電極として、１Ｌ／分でＡｒガスを流しながらプラズマアークを発生させた。そして、アーク放電により、ルツボ内の原料調合物を約１０分で約１２５０℃まで昇温させ、その後１２５０℃で３分間保持して完全に溶融させた。【０１３２】
（冷却工程（ｉｉｉ））
アーク放電を停止した後、溶融工程（ｉｉ）で得られた溶融物を、ステンレス製の双ローラ（外径１０ｃｍ、回転数２００ｒｐｍ）に注下して急速冷却して、固化物を得た。冷却速度は約１×１０４℃／秒であった。【０１３３】
（粉砕工程（ｉｖ））
得られた固化物を、乳棒と乳鉢を用いて粗粉砕した。さらに、粗粉砕後の固化物を、粉砕メディアとしてジルコニア製ボールを用いた遊星ミル（伊藤製作所製、装置名：ＬＰ−４）を用いてアセトン中で粉砕して、粉砕物を得た。得られた粉砕物の平均粒子径を、レーザ回折／散乱式粒度分析計（堀場製作所製、装置名：ＬＡ−９５０）を用いて測定したところ、体積基準のメディアン径は０．４０μｍであった。【０１３４】
（加熱工程（ｖ））
粉砕工程（ｉｖ）で得られた微粉砕物を、電気炉（モトヤマ社製、型式名；ＳＫＭ−３０３５）を用いて、Ｈ２ガスを３体積％含むＡｒガス雰囲気下において７００℃で８時間加熱し、次いで室温まで冷却し、リン酸鉄リチウム粒子を析出させた。【０１３５】
得られたリン酸鉄リチウム粒子の鉱物相を、Ｘ線回折装置（リガク社製、装置名：ＲＩＮＴ  ＴＴＲIII）を用いて測定した。回折パターンから、得られたリン酸鉄リチウム粒子は、斜方晶のオリビン型ＬｉＦｅＰＯ４であることが確認された。また、比表面積を比表面積測定装置（島津製作所社製、装置名：ＡＳＡＰ２０２０）を用いて測定したところ、２３ｍ２／ｇであった。さらに、リン酸鉄リチウム粒子の平均粒子径をレーザ回折／散乱式粒度分析計（堀場製作所社製、装置名：ＬＡ−９５０）を用いて測定したところ、体積換算のメディアン径は０．４２μｍであった。
なお、溶融物を取り出して冷却した後のルツボを切断し、侵食量をフラックスラインで測定したところ、０．６ｍｍであった。【０１３６】
＜実施例２＞
実施例１と同じ組成の原料調合物を、実施例１の溶融工程（ｉｉ）と同様の工程で溶融した後、得られた溶融物を、ステンレス容器内の水道水（温度１５℃）に直接投入して冷却し、固化物を得た。冷却速度は約２００℃／秒と推定された。【０１３７】
次いで、固化物を回収し、乾燥した後、実施例１と同様にして、粉砕工程（ｉｖ）および（ｖ）加熱工程を順に行い、リン酸鉄リチウム粒子を析出させた。【０１３８】
得られたリン酸鉄リチウム粒子の鉱物相を測定したところ、斜方晶のオリビン型ＬｉＦｅＰＯ４であることが確認された。また、比表面積を測定したところ、２５ｍ２／ｇであった。さらに、粒子の平均粒子径を測定したところ、体積換算のメディアン径は０．３６μｍであった。【０１３９】
＜実施例３＞
溶融物の組成が、Ｌｉ２Ｏ、ＦｅＯ、およびＳｉＯ２換算量（単位：モル％）でそれぞれ、３３．３モル％、３３．３モル％、および３３．３モル％となるように、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、および二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を秤量し、乾式で混合・粉砕して原料調合物を得た。【０１４０】
次いで、得られた原料調合物を、実施例１の溶融工程（ｉｉ）と同様の工程で溶融した後、実施例１と同様にして、冷却工程（ｉｉｉ）、粉砕工程（ｉｖ）および加熱工程（ｖ）を順に行い、ケイ酸鉄リチウム粒子を析出させた。【０１４１】
得られたケイ酸鉄リチウム粒子の鉱物相を測定したところ、斜方晶のオリビン型Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４であることが確認された。また、比表面積を測定したところ、１６ｍ２／ｇであった。さらに、結晶粒子の平均粒子径を測定したところ、体積換算のメディアン径は０．６７μｍであった。【０１４２】
＜比較例＞
実施例３と同様の組成を有する原料調合物を、蓋付の、外径４６ｍｍ、高さ５３ｍｍのアルミナ製の焼結ルツボ（ニッカトー社製、商品名：ＳＳＡ−Ｓ）に充填した。次に、ルツボをケイ化モリブデン製の発熱体を備えた電気炉（モトヤマ社製、装置名：ＮＨ−３０３５）の中に入れた。該電気炉内を２Ｌ／分でＮ２ガスを流通しつつ、５℃／分の速度で昇温し、１４５０℃で０．５時間保持、加熱して、溶融物を得た。溶融物を、５℃／分で室温になるまで冷却した。加熱、冷却処理終了後のルツボを目視で観察したところ、ルツボ表面に亀裂が生じており、純度の高い固化物を得ることがなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明によれば、純度に優れた二次電池用正極材料を、低コストでかつ効率的に製造することができる。
なお、２０１１年９月２２日に出願された日本特許出願２０１１−２０７０２８号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
【符号の説明】
【０１４４】
１…アーク溶融装置、２…溶融容器、２ａ…炉壁部、２ｂ…炉底部、３…ジャケット、４…黒鉛電極、５…原料調合物、６…原料供給管、７…ガス導入管、８…ガス排出管、９…溶融物導出管、１０…冷却固化装置、１１…固化物回収装置、１２…固化物。
【図１】
2013042780.tif 000003
【国際調査報告】
2013042780.tif 000004
2013042780.tif 000005
2013042780.tif 000006
2013042780.tif 000007