(57)【要約】【課題】正極活物質の一次粒子の表面を被覆する炭素質被膜の剥離を抑制し、電子伝導性を担保しつつ、正極密度の向上が可能なリチウムイオン二次電池用正極材料、そのリチウムイオン二次電池用正極材料を含有するリチウムイオン二次電池用正極及びそのリチウムイオン二次電池用正極を備えたリチウムイオン二次電池の提供。【解決手段】本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料は、一般式ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４（０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１、但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＣｒからなる群から選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｃ及びＹからなる群から選択される少なくとも１種）で表わされる中心粒子と、該中心粒子の表面を被覆する炭素質被膜とを含む活物質粒子であって、粒度分布の粗粒比が３５％以上かつ６５％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４（０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１、但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｃおよびＹからなる群から選択される少なくとも１種）で表わされる中心粒子と、該中心粒子の表面を被覆する炭素質被膜とを含む活物質粒子であって、
粒度分布の粗粒比が３５％以上かつ６５％以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極材料。
【請求項２】
前記活物質粒子の粉体抵抗値が１００Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
【請求項３】
前記活物質粒子のメディアン径が０．５０μｍ以上かつ０．８０μｍ以下、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系における色度ｂ＊が１．９以上かつ２．３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
【請求項４】
前記活物質粒子の粒度分布の微粒の極大値が０．１５μｍ以上かつ０．３５μｍ以下、粗粒の極大値が０．８０μｍ以上かつ１．２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
【請求項５】
ＢＥＴ比表面積が５ｍ２／ｇ以上かつ２５ｍ２／ｇ以下、前記炭素質被膜を形成する炭素量が、前記中心粒子１００質量部に対して０．１質量部以上かつ１０質量部以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
【請求項６】
電極集電体と、該電極集電体上に形成された正極合剤層と、を備えたリチウムイオン二次電池用正極であって、
前記正極合剤層は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料を含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。
【請求項７】
請求項６に記載のリチウムイオン二次電池用正極を備えたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池用正極材料、リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型化、軽量化、高容量化が期待される電池として、リチウムイオン二次電池等の非水電解液系の二次電池が提案され、実用に供されている。リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な性質を有する正極および負極と、非水系の電解質とから構成されている。
リチウムイオン二次電池の負極材料の負極活物質としては、一般に炭素系材料またはリチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な性質を有するＬｉ含有金属酸化物が用いられる。そのようなＬｉ含有金属酸化物としては、例えば、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）が挙げられる。
【０００３】
一方、リチウムイオン二次電池の正極としては、正極材料およびバインダー等を含む正極材料合剤が用いられている。正極活物質としては、例えば、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）等のリチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な性質を有するＬｉ含有金属酸化物が用いられる。そして、この正極材料合剤を電極集電体と称される金属箔の表面に塗布することにより、リチウムイオン二次電池の正極が形成される。
【０００４】
リチウムイオン二次電池の電解液には非水系溶媒が用いられる。非水系溶媒は、高電位で酸化還元する正極活物質や、低電位で酸化還元する負極活物質を適用することができる。これにより、高電圧を有するリチウムイオン二次電池を実現することができる。
【０００５】
このようなリチウムイオン二次電池は、鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等の従来の二次電池と比べて、軽量かつ小型であるとともに、高エネルギーを有している。そのため、リチウムイオン二次電池は、携帯用電話機およびノート型パーソナルコンピューター等の携帯用電子機器に用いられる小型電源のみならず、定置式の非常用大型電源としても用いられている。
【０００６】
近年、リチウムイオン二次電池の性能向上が求められ、種々検討されている。例えば、リチウムイオン二次電池を高電流密度領域で使用する場合、性能向上のためには、さらなる電子伝導性の向上が求められる。このような物性要求に対しては、正極活物質の表面に炭素質の材料で被覆（以下、「炭素質被膜」と言うことがある。）する技術が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。正極活物質の表面を炭素質被膜で被覆する方法としては、正極活物質と炭素源とを混合し、その混合物を不活性雰囲気下または還元性雰囲気下で焼成する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−００４３７１号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４９１６１号公報
【特許文献３】特開２０１２−１０４２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
正極活物質の表面を被覆する炭素質被膜中に、より多くの正極活物質を詰め込み、正極密度を向上させると、単位体積当たりのエネルギー密度が向上する。しかしながら、正極活物質が凝集して凝集体を形成している場合、炭素質被膜内で正極活物質間に間隙が生じるため、正極密度が低くなるという課題があった。そこで、正極活物質からなる凝集体を気相中等で解砕することで凝集体径を小さくし、正極活物質間の間隙に効率よく正極活物質を詰め込むことで、単位体積当たりのエネルギー密度を向上させるという技術が知られている。
【０００９】
しかしながら、リン酸鉄リチウム等の正極活物質の一次粒子と、この一次粒子の表面を被覆する炭素質被膜とを含む正極材料を解砕する場合、解砕強度が高過ぎると、炭素質被膜が一次粒子の表面から剥離してしまうため、電子伝導性が低下する。電子伝導性の低下は、入出力特性の劣化や充放電サイクル後の容量低下を引き起こすため好ましくない。また、解砕強度が低過ぎると、正極密度が低くなるため好ましくない。
【００１０】
上記の理由から、炭素質被膜の剥離を抑制することで電子伝導性を担保しつつ、必要な凝集体粒度まで解砕することが最も好ましい。しかしながら、正極活物質の一次粒子径や、正極材料に含まれる炭素量等によって炭素質被膜が剥がれ始める解砕強度が異なるため、最適な解砕強度に制御することが難しかった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、正極活物質の一次粒子の表面を被覆する炭素質被膜の剥離を抑制し、電子伝導性を担保しつつ、正極密度の向上が可能なリチウムイオン二次電池用正極材料、そのリチウムイオン二次電池用正極材料を含有するリチウムイオン二次電池用正極、および、そのリチウムイオン二次電池用正極を備えたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、一般式ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４（０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１、但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｃおよびＹからなる群から選択される少なくとも１種）で表わされる中心粒子と、該中心粒子の表面を被覆する炭素質被膜とを含む活物質粒子であって、粒度分布において、粗粒のピーク（極大）形状を表わす曲線が囲む面積（以下、「粗粒側のピーク面積」と言うこともある。）と微粒のピーク（極大）形状を表わす曲線が囲む面積（以下、「微粒側のピーク面積」と言うこともある。）との和に対する、粗粒のピーク（極大）形状を表わす曲線が囲む面積の比（以下、「粗粒比」と言うこともある。）を３５％以上かつ６５％以下とすることにより、中心粒子の一次粒子の表面を被覆する炭素質被膜の剥離を抑制し、電子伝導性を担保しつつ、正極密度の向上が可能なリチウムイオン二次電池用正極材料を提供することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料は、一般式ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４（０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１、但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｃおよびＹからなる群から選択される少なくとも１種）で表わされる中心粒子と、該中心粒子の表面を被覆する炭素質被膜とを含む活物質粒子であって、粒度分布の粗粒比が３５％以上かつ６５％以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、電極集電体と、該電極集電体上に形成された正極合剤層と、を備えたリチウムイオン二次電池用正極であって、前記正極合剤層は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料を含有することを特徴とする。
【００１５】
本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明のリチウムイオン二次電池用正極を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料によれば、粒度分布の粗粒比が３５％以上かつ６５％以下であるため、中心粒子の表面を被覆する炭素質被膜の剥離を抑制し、電子伝導性を担保しつつ、正極密度の向上が可能なリチウムイオン二次電池用正極材料を提供できる。
【００１７】
本発明のリチウムイオン二次電池用正極によれば、本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料を含有しているため、高エネルギー密度であり、入出力特性に優れるリチウムイオン二次電池が得られる。
【００１８】
本発明のリチウムイオン二次電池によれば、本発明のリチウムイオン二次電池用正極を備えているため、高エネルギー密度であり、入出力特性に優れるリチウムイオン二次電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】凝集体を示す走査型電子顕微鏡像である。
【図２】解砕粒子を示す走査型電子顕微鏡像である。
【図３】実施例１における正極材料の粒度分布を示すグラフである。
【図４】比較例３における正極材料の粒度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料、リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００２１】
［リチウムイオン二次電池用正極材料］
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料（以下、単に「正極材料」と言うことがある。）は、一般式ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４（０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１、但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｃおよびＹからなる群から選択される少なくとも１種）で表わされる中心粒子と、該中心粒子の表面を被覆する炭素質被膜とを含む活物質粒子であって、粒度分布の粗粒比が３５％以上かつ６５％以下である。
また、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料は、後述するリチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法によって作製され、一次粒子の凝集体からなる活物質粒子を解砕してなる解砕粒子である。本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料において、凝集体は、図１に示すように、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により１０００倍で観察した粒子形状において、それぞれの二次粒子を区別することができるもののことである。一方、解砕粒子は、図２に示すように、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により１０００倍で観察した粒子形状において、それぞれの粒子を区別することができない状態にあるもののことである。
【００２２】
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料（活物質粒子）の平均一次粒子径は、１０ｎｍ以上かつ７００ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以上かつ５００ｎｍ以下であることがより好ましい。
正極材料の平均一次粒子径が１０ｎｍ以上であると、正極材料の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量の増加を抑制し、リチウムイオン二次電池の充放電容量が低減することを抑制できる。一方、正極材料の平均一次粒子径が７００ｎｍ以下であると、正極材料内でのリチウムイオンの移動または電子の移動にかかる時間が長くなることを抑制できる。これにより、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が増加して出力特性が悪化することを抑制できる。
【００２３】
ここで、平均粒子径とは、体積平均粒子径のことである。正極材料の一次粒子の平均一次粒子径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置等を用いて測定することができる。また、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した一次粒子を任意に複数個選択し、その一次粒子の平均粒子径を算出してもよい。
【００２４】
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料は、粒度分布において、粗粒のピーク（極大）と微粒のピーク（極大）を有する（図３参照）。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料において、粗粒のピーク（極大）形状を表わす曲線が囲む面積（粗粒側のピーク面積）と微粒のピーク（極大）形状を表わす曲線が囲む面積（微粒側のピーク面積）との和に対する、粗粒のピーク（極大）形状を表わす曲線が囲む面積の比（粗粒比）は、３５％以上かつ６５％以下であり、４０％以上かつ６０％以下であることが好ましい。
粗粒比が３５％以上であると、炭素質被膜の剥離が抑制されるため、正極材料の電子伝導性が向上し、充分な充放電レート性能を実現することができる。粗粒比が６５％以下であると、リチウムイオン二次電池用正極材料を含む正極を作製する際に、正極活物質（中心粒子）を密に詰め込むことが可能になり、正極の単位体積当たりのエネルギー密度が向上する。
粒度分布の粗粒比は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置等を用いて測定することができ、二峰性を示す粒度分布の粗粒側のピーク面積と微粒側のピーク面積から算出できる。
【００２５】
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料は、後述するリチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法によって作製され、一次粒子の凝集体からなる活物質粒子を解砕してなる正極材料であり、粒度分布の微粒の極大値が０．１５μｍ以上かつ０．３５μｍ以下であることが好ましく、０．１８μｍ以上かつ０．３２μｍ以下であることがより好ましい。
粒度分布の微粒の極大値が０．１５μｍ以上かつ０．３５μｍ以下であると、中心粒子の一次粒子の表面を被覆する炭素質被膜の剥離が抑制された正極材料の電子伝導性が向上する。
【００２６】
リチウムイオン二次電池用正極材料の粒度分布の粗粒の極大値が０．８０μｍ以上かつ１．２０μｍ以下であることが好ましく、０．８５μｍ以上かつ１．１５μｍ以下であることがより好ましい。
粒度分布の粗粒の極大値が０．８０μｍ以上かつ１．２０μｍ以下であると、リチウムイオン二次電池用正極材料を含む正極を作製する際に、正極材料を密に詰め込むことが可能となり、正極の単位体積当たりのエネルギー密度が向上する。
【００２７】
リチウムイオン二次電池用正極材料に含まれる炭素量、すなわち、炭素質被膜を形成する炭素量は、中心粒子１００質量部に対して０．１質量部以上かつ１０質量部以下であることが好ましく、０．６質量部以上かつ３質量部以下であることがより好ましい。
炭素量が０．１質量部以上であると、リチウムイオン二次電池の高速充放電レートにおける放電容量が高くなり、充分な充放電レート性能を実現することができる。一方、炭素量が１０質量部以下であると、正極材料の単位質量当たりのリチウムイオン二次電池の電池容量が必要以上に低下することを抑制できる。
【００２８】
リチウムイオン二次電池用正極材料の粉体抵抗値は、１００Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、８０Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。
粉体抵抗値が１００Ω・ｃｍ以下であると、正極材料、および電極集電体上に形成された正極合材層の電子伝導性を向上させることができる。
粉体抵抗値は、正極材料を５０ＭＰａの圧力で成形した試料から測定することができ、具体的には、実施例に記載の方法により測定することができる。
【００２９】
リチウムイオン二次電池用正極材料を構成する中心粒子の一次粒子の比表面積に対する炭素担持量（「［炭素担持量］／［中心粒子の一次粒子の比表面積］」；以下「炭素担持量割合」と言う。）は、０．０１ｇ／ｍ２以上かつ０．５ｇ／ｍ２以下であることが好ましく、０．０３ｇ／ｍ２以上かつ０．３ｇ／ｍ２以下であることがより好ましい。
炭素担持量割合が０．０１ｇ／ｍ２以上であると、リチウムイオン二次電池の高速充放電レートにおける放電容量が高くなり、充分な充放電レート性能を実現することができる。一方、炭素担持量割合が０．５ｇ／ｍ２以下であると、正極材料の単位質量当たりのリチウムイオン二次電池の電池容量が必要以上に低下することを抑制できる。
【００３０】
リチウムイオン二次電池用正極材料のＢＥＴ比表面積は、５ｍ２／ｇ以上かつ２５ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。
ＢＥＴ比表面積が５ｍ２／ｇ以上であると、正極材料の粗大化を抑制して、その粒子内におけるリチウムイオンの拡散速度を速くすることができる。これにより、リチウムイオン二次電池の電池特性を改善することができる。一方、ＢＥＴ比表面積が２５ｍ２／ｇ以下であると、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を含む正極内の正極密度を高くすることができる。そのため、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池を提供することができる。
【００３１】
リチウムイオン二次電池用正極材料のメディアン径は、０．５０μｍ以上かつ０．８０μｍ以下であることが好ましく、０．５５μｍ以上かつ０．７５μｍ以下であることがより好ましい。
メディアン径が０．５０μｍ以上であると、過剰な解砕による電子伝導性の低下を防ぐことができる。一方、メディアン径が０．８０μｍ以下であると、リチウムイオン二次電池用正極材料を含む正極を作製する際に、正極活物質（中心粒子）を密に詰め込むことが可能になり、単位体積当たりのエネルギー密度が向上する。  
メディアン径とは、粒度分布における積算％の分布曲線が５０％の横軸と交差するポイントの粒子径である。
【００３２】
リチウムイオン二次電池用正極材料のＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における色度ｂ＊は１．９以上かつ２．３以下であることが好ましく、１．９５以上かつ２．３以下であることがより好ましい。
リチウムイオン二次電池用正極材料の色度ｂ＊は、中心粒子における炭素質被膜の被覆の度合いを示す指標である。
色度ｂ＊が１．９以上であると、リチウムイオン二次電池用正極材料を含む正極を作製する際に、正極活物質（中心粒子）を密に詰め込むことが可能になり、単位体積当たりのエネルギー密度が向上する。一方、色度ｂ＊が２．３以下であると、リチウムイオン二次電池用正極材料において、炭素質被膜に覆われていない中心粒子の露出度を単位体積当たりのエネルギー密度を高めるために充分な範囲とすることができ、過剰な解砕による電子伝導性の低下を防ぐことができる。
【００３３】
（中心粒子）
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を構成する中心粒子は、一般式ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４（０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１、但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｃおよびＹからなる群から選択される少なくとも１種）で表わされる正極活物質からなる。
【００３４】
一般式ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４で表わされる化合物としては、例えば、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＦｅＭｎＰＯ４、ＬｉＭｎＺｎＰＯ４等が挙げられる。
【００３５】
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を構成する中心粒子の一次粒子の平均一次粒子径は、５ｎｍ以上かつ８００ｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以上かつ５００ｎｍ以下であることがより好ましい。
中心粒子の一次粒子の平均一次粒子径が５ｎｍ以上であると、中心粒子の一次粒子の表面を炭素質被膜で充分に被覆することができる。そして、リチウムイオン二次電池の高速充放電における放電容量を高くし、充分な充放電性能を実現することができる。一方、中心粒子の一次粒子の平均一次粒子径が８００ｎｍ以下であると、中心粒子の一次粒子の内部抵抗を小さくすることができる。そして、リチウムイオン二次電池の高速充放電における放電容量を高くすることができる。
【００３６】
（炭素質被膜）
炭素質被膜は、中心粒子の表面を被覆する。
中心粒子の表面を炭素質被膜で被覆することにより、リチウムイオン二次電池用正極材料の電子伝導性を向上させることができる。
【００３７】
炭素質被膜の厚みは、０．２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ以下であることが好ましく、０．５ｎｍ以上かつ４ｎｍ以下であることがより好ましい。
炭素質被膜の厚みが０．２ｎｍ以上であると、炭素質被膜の厚みが薄すぎるために所望の抵抗値を有する膜を形成できなくなることを抑制できる。そして、リチウムイオン二次電池用正極材料としての導電性を確保することができる。一方、炭素質被膜の厚みが１０ｎｍ以下であると、リチウムイオン二次電池用正極材料の単位質量当たりの電池容量が低下することを抑制できる。
また、炭素質被膜の厚みが０．２ｎｍ以上かつ１０ｎｍ以下であると、リチウムイオン二次電池用正極材料を最密充填し易くなるため、正極における単位体積当たりのリチウムイオン二次電池用正極材料の充填量が多くなる。その結果、正極密度を高くすることができ、高容量のリチウムイオン二次電池が得られる。
中心粒子に対する炭素質被膜の被覆率は６０％以上かつ９５％以下であることが好ましく、８０％以上かつ９５％以下であることがより好ましい。炭素質被膜の被覆率が６０％以上であることで、炭素質被膜の被覆効果が充分に得られる。
【００３８】
炭素質被膜の炭素分によって計算される、炭素質被膜の密度は０．３ｇ／ｃｍ３以上かつ１．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、０．４ｇ／ｃｍ３以上かつ１．０ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましい。
ここで、炭素質被膜の炭素分によって計算される、炭素質被膜の密度を上記の範囲に限定した理由は、炭素質被膜の炭素分によって計算される、炭素質被膜の密度が０．３ｇ／ｃｍ３以上であれば、炭素質被膜が充分な電子伝導性を示すからである。一方、炭素質被膜の密度が１．５ｇ／ｃｍ３以下であれば、炭素質被膜中に層状構造からなる黒鉛の微結晶が少量であるため、リチウムイオンが炭素質被膜中を拡散する際に黒鉛の微結晶による立体障害が生じない。これにより、リチウムイオン移動抵抗が高くなることがない。その結果、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が上昇することがなく、リチウムイオン二次電池の高速充放電レートにおける電圧低下が生じない。
【００３９】
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料によれば、ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４（０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１、但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｃおよびＹからなる群から選択される少なくとも１種）で表わされる中心粒子と、該中心粒子の表面を被覆する炭素質被膜とを含む活物質粒子であって、粒度分布の粗粒比を３５％以上かつ６５％以下とすることにより、正極活物質（中心粒子）の一次粒子の表面を被覆する炭素質被膜の剥離を抑制し、電子伝導性を担保しつつ、正極密度の向上が可能なリチウムイオン二次電池用正極材料を提供することができる。
【００４０】
［リチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法］
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料は、凝集体からなる活物質粒子を解砕することにより製造することができる。
【００４１】
「活物質粒子の製造方法」
本実施形態における活物質粒子の製造方法は、例えば、中心粒子および中心粒子の前駆体の製造工程と、中心粒子および中心粒子の前駆体からなる群から選択される少なくとも１種の中心粒子原料、炭素質被膜前駆体である有機化合物および水を混合し、スラリーを調製するスラリー調製工程と、スラリーを乾燥し、得られた乾燥物を非酸化性雰囲気下にて焼成する焼成工程と、を有する。
【００４２】
（中心粒子および中心粒子の前駆体の製造工程）
ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４（０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１、但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｃおよびＹからなる群から選択される少なくとも１種）で表わされる化合物（中心粒子）の製造方法としては、固相法、液相法、気相法等の従来の方法が用いられる。このような方法で得られたＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４としては、例えば、粒子状のもの（以下、「ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４粒子」と言うことがある。）が挙げられる。
【００４３】
ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４粒子は、例えば、Ｌｉ源と、Ａ源と、Ｐ源と、水と、必要に応じてＤ源と、を混合して得られるスラリー状の混合物を水熱合成して得られる。水熱合成によれば、ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４は、水中に沈殿物として生成する。得られた沈殿物は、ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４の前駆体であってもよい。この場合、ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４の前駆体を焼成することで、目的のＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４粒子が得られる。
この水熱合成には耐圧密閉容器を用いることが好ましい。
【００４４】
ここで、Ｌｉ源としては、酢酸リチウム（ＬｉＣＨ３ＣＯＯ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）等のリチウム塩、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）等が挙げられる。これらの中でも、Ｌｉ源としては、酢酸リチウム、塩化リチウムおよび水酸化リチウムからなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００４５】
Ａ源としては、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種を含む塩化物、カルボン酸塩、硫酸塩等が挙げられる。例えば、ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４におけるＡがＦｅである場合、Ｆｅ源としては、塩化鉄（ＩＩ）（ＦｅＣｌ２）、酢酸鉄（ＩＩ）（Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、硫酸鉄（ＩＩ）（ＦｅＳＯ４）等の２価の鉄塩が挙げられる。これらの中でも、Ｆｅ源としては、塩化鉄（ＩＩ）、酢酸鉄（ＩＩ）および硫酸鉄（ＩＩ）からなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００４６】
Ｄ源としては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｃおよびＹからなる群から選択される少なくとも１種を含む塩化物、カルボン酸塩、硫酸塩等が挙げられる。
【００４７】
Ｐ源としては、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）等のリン酸化合物が挙げられる。これらの中でも、Ｐ源としては、リン酸、リン酸二水素アンモニウムおよびリン酸水素二アンモニウムからなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００４８】
（スラリー調製工程）
スラリー調製工程により、中心粒子間に、炭素質被膜の前駆体である有機化合物が介在し、それらが均一に混合するため、中心粒子の表面を有機化合物でムラなく被覆することができる。
さらに、焼成工程により、中心粒子の表面を被覆する有機化合物が炭化することにより、炭素質被膜が均一に被覆された中心粒子を含む活物質粒子（正極材料）が得られる。
【００４９】
本実施形態における活物質粒子の製造方法で用いられる有機化合物としては、中心粒子の表面に炭素質被膜を形成できる化合物であれば特に限定されない。このような有機化合物としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン、セルロース、デンプン、ゼラチン、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリルアミド、ポリ酢酸ビニル、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、マルトース、スクロース、ラクトース、グリコーゲン、ペクチン、アルギン酸、グルコマンナン、キチン、ヒアルロン酸、コンドロイチン、アガロース、ポリエーテル、エチレングリコール等の２価アルコール、グリセリン等の３価アルコール等が挙げられる。
【００５０】
スラリー調製工程では、中心粒子原料と、有機化合物とを、水に溶解または分散させて、均一なスラリーを調製する。
これらの原料を水に溶解または分散させる際には、分散剤を加えることもできる。
中心粒子原料と、有機化合物とを、水に溶解または分散させる方法としては、水に中心粒子原料を分散させ、水に有機化合物を溶解または分散させる方法であれば、特に限定されない。このような方法としては、例えば、遊星ボールミル、振動ボールミル、ビーズミル、ペイントシェーカーおよびアトライタ等の媒体粒子を高速で攪拌する媒体攪拌型分散装置を用いる方法が好ましい。
【００５１】
中心粒子原料と、有機化合物とを、水に溶解または分散させる際には、水に中心粒子原料を一次粒子として分散させ、その後、水に有機化合物を添加して溶解または分散させるように攪拌することが好ましい。このようにすれば、中心粒子原料の一次粒子の表面が有機化合物で被覆され易い。これにより、中心粒子原料の一次粒子の表面に有機化合物が均一に配され、その結果として、中心粒子の一次粒子の表面が、有機化合物由来の炭素質被膜によって被覆される。
【００５２】
（焼成工程）
次いで、スラリー調製工程で調製したスラリーを、高温雰囲気中、例えば、７０℃以上かつ２５０℃以下の大気中に噴霧し、乾燥させる。
次いで、得られた乾燥物を、非酸化性雰囲気下、好ましくは５００℃以上かつ１０００℃以下、より好ましくは６００℃以上かつ１０００℃以下の温度にて、０．１時間以上かつ４０時間以下焼成する。
【００５３】
非酸化性雰囲気としては、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスからなる雰囲気が好ましい。乾燥物の酸化をより抑えたい場合には、水素（Ｈ２）等の還元性ガスを数体積％程度含む還元性雰囲気が好ましい。また、焼成時に非酸化性雰囲気中に蒸発した有機分を除去することを目的として、非酸化性雰囲気中に酸素（Ｏ２）等の支燃性ガスまたは可燃性ガスを導入してもよい。
【００５４】
ここで、焼成温度を５００℃以上とすることにより、乾燥物に含まれる有機化合物の分解および反応が充分に進行し易く、有機化合物の炭化を充分に行い易い。その結果、得られた凝集体中に高抵抗の有機化合物の分解物が生成することを防止し易い。一方、焼成温度を１０００℃以下とすることにより、中心粒子原料中のリチウム（Ｌｉ）が蒸発し難く、また、中心粒子が目的の大きさ以上に粒成長することが抑制される。その結果、本実施形態の正極材料を含む正極を備えたリチウムイオン二次電池を作製した場合に、高速充放電レートにおける放電容量が低くなることを防止でき、充分な充放電レート性能を有するリチウムイオン二次電池を実現することができる。
【００５５】
以上により、乾燥物中の有機化合物が熱分解して生成した炭素（炭素質被膜）により中心粒子の一次粒子の表面が被覆された凝集体からなる活物質粒子が得られる。
【００５６】
「活物質粒子の解砕工程」
次いで、この凝集体からなる活物質粒子の少なくとも一部を解砕する。ここで、「凝集体からなる活物質粒子の少なくとも一部を解砕する」とは、凝集体の少なくとも一部が解砕されていればよく、凝集体全てが解砕されている必要はない。
【００５７】
凝集体の解砕に用いられる装置としては、この凝集体を完全に解砕することなく、この凝集体の一部が解砕されるものであればよく、例えば、乾式ボールミル、湿式ボールミル、ミキサー、ジェットミル等の気流式微粉砕機、超音波破砕機等が用いられる。
本実施形態では、活物質粒子（中心粒子、一次粒子）へのダメージを抑える上で、ジェットミルを解砕に用いることが好ましい。
また、ジェットミルへの凝集体の供給速度を５０ｇ／時間〜１５００ｇ／時間、空気圧を０．３ＭＰａ〜０．７ＭＰａとすることが好ましい。解砕強度はジェットミルへ投入する凝集体の供給速度を変動させることで自由に調整することができる。また、解砕強度を調整することにより、リチウムイオン二次電池用正極材料の粒度分布の粗粒比を調整することができる。ここで、解砕強度が強い場合には、粗粒比が小さい値となり、リチウムイオン二次電池用正極材料において、炭素質被膜に覆われていない中心粒子の露出度が高くなる。なお、解砕強度とは、例えば、ジェットミルを用いる場合、前記の空気圧を固定した際の凝集体の供給速度（ｇ／時間）のことであり、供給速度が遅いほど解砕強度は強く、供給速度が速いほど解砕強度は弱くなる。
【００５８】
［リチウムイオン二次電池用正極］
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極（以下、単に「正極」と言うことがある。）は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を含む。より詳細には、本実施形態の正極は、金属箔からなる電極集電体と、その電極集電体上に形成された正極合剤層と、を備え、正極合剤層が、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を含有するものである。すなわち、本実施形態の正極は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いて、電極集電体の一主面に正極合剤層が形成されてなるものである。
【００５９】
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を含むため、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極を用いたリチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度であり、入出力特性に優れる。
【００６０】
［リチウムイオン二次電池用正極の製造方法］
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極の製造方法は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いて、電極集電体の一主面に正極合剤層を形成できる方法であれば特に限定されない。本実施形態の正極の製造方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
まず、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料と、バインダー樹脂からなる結着剤と、溶媒とを混合して、正極材料ペーストを調製する。この際、本実施形態における正極材料ペーストには、必要に応じて、カーボンブラック等の導電助剤を添加してもよい。
【００６１】
「結着剤」
結着剤、すなわち、バインダー樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）樹脂、フッ素ゴム等が好適に用いられる。
【００６２】
正極材料ペーストを調製するに当たり用いられる結着剤の配合量は特に限定されないが、例えば、リチウムイオン二次電池用正極材料１００質量部に対して、１質量部以上かつ３０質量部以下であることが好ましく、３質量部以上かつ２０質量部以下であることがより好ましい。
結着剤の配合量が１質量部以上であると、正極合剤層と電極集電体との間の結着性を充分に高くすることができる。これにより、正極合剤層の圧延形成時等において正極合剤層の割れや脱落が生じることを抑制できる。また、リチウムイオン二次電池の充放電過程において、正極合剤層が電極集電体から剥離し、電池容量および充放電レートが低下することを抑制できる。一方、結着剤の配合量が３０質量部以下であると、リチウムイオン二次電池用正極材料の内部抵抗が低下し、高速充放電レートにおける電池容量が低下することを抑制できる。
【００６３】
「導電助剤」
導電助剤としては、特に限定されないが、例えば、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック、ファーネスブラックの粒子状炭素や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ；Ｖａｐｏｒ  Ｇｒｏｗｎ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ）およびカーボンナノチューブ等の繊維状炭素からなる群から選択される少なくとも１種が用いられる。
【００６４】
「溶媒」
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を含む正極材料ペーストに用いられる溶媒は、結着剤の性質に応じて適宜選択される。溶媒を適宜選択することにより、正極材料ペーストを、電極集電体等の被塗布物に対して塗布し易くすることができる。
溶媒としては、例えば、水；メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール（イソプロピルアルコール：ＩＰＡ）、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノールおよびジアセトンアルコール等のアルコール類；酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートおよびγ−ブチロラクトン等のエステル類；ジエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）、エチレングリコールモノエチルエーテル（エチルセロソルブ）、エチレングリコールモノブチルエーテル（ブチルセロソルブ）、ジエチレングリコールモノメチルエーテルおよびジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、アセチルアセトンおよびシクロヘキサノン等のケトン類；ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアセトアミドおよびＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等のアミド類；並びに、エチレングリコール、ジエチレングリコールおよびプロピレングリコール等のグリコール類等が挙げられる。これらの溶媒は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００６５】
正極材料ペーストにおける溶媒の含有率は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料と結着剤と溶媒との合計質量を１００質量％とした場合に、５０質量％以上かつ７０質量％以下であることが好ましく、５５質量％以上かつ６５質量％以下であることがより好ましい。
正極材料ペーストにおける溶媒の含有率が上記の範囲内であると、正極形成性に優れ、かつ電池特性に優れた正極材料ペーストを得ることができる。
【００６６】
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料と、結着剤と、導電助剤と、溶媒とを混合する方法としては、これらの成分を均一に混合できる方法であれば特に限定されない。例えば、ボールミル、サンドミル、プラネタリー（遊星式）ミキサー、ペイントシェーカーおよびホモジナイザー等の混錬機を用いた混合方法が挙げられる。
【００６７】
正極材料ペーストを、電極集電体の一主面に塗布して塗膜とし、その後、この塗膜を乾燥し、上記の正極材料と結着剤との混合物からなる塗膜が一主面に形成された電極集電体を得る。
その後、塗膜を加圧圧着し、乾燥して、電極集電体の一主面に正極合剤層を有する正極を得る。
【００６８】
［リチウムイオン二次電池］
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、非水電解質と、を備え、正極が、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極である。具体的には、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極としての本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極と、負極と、セパレータと、非水電解質と、を備えてなる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池では、負極、非水電解質およびセパレータは特に限定されない。
【００６９】
「負極」
負極としては、例えば、金属Ｌｉ、天然黒鉛、ハードカーボン等の炭素材料、Ｌｉ合金およびＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｓｉ（Ｌｉ４．４Ｓｉ）等の負極材料を含むものが挙げられる。
【００７０】
「非水電解質」
非水電解質としては、例えば、炭酸エチレン（エチレンカーボネート；ＥＣ）と、炭酸エチルメチル（エチルメチルカーボネート；ＥＭＣ）とを、体積比で１：１となるように混合し、得られた混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を、例えば、濃度１モル／ｄｍ３となるように溶解したものが挙げられる。
【００７１】
「セパレータ」
セパレータとしては、例えば、多孔質プロピレンを用いることができる。
また、非水電解質とセパレータの代わりに、固体電解質を用いてもよい。
【００７２】
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極として、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極を備えているため、高エネルギー密度であり、入出力特性に優れる。
【実施例】
【００７３】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７４】
［実施例１］
「リチウムイオン二次電池用正極材料の合成」
２ｍｏｌのリン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）と、２ｍｏｌの硫酸鉄（ＩＩ）（ＦｅＳＯ４）とに水を加え、全体量が４Ｌになるように混合し、均一なスラリー状の混合物を調製した。
次いで、この混合物を容量８Ｌの耐圧密閉容器に収容し、２００℃にて４時間、水熱合成し、沈殿物を生成した。
次いで、この沈殿物を水洗し、ケーキ状の正極活物質の前駆体を得た。
次いで、この正極活物質の前駆体１５０ｇ（固形分換算）に、有機化合物としてのポリエチレングリコール２０ｇを加え、これらの混合物を、媒体粒子としての直径５ｍｍのジルコニアボールを用いて、ビーズミルにて２時間、分散処理を行い、均一なスラリーを調製した。
次いで、このスラリーを２００℃の大気雰囲気中に噴霧し、乾燥して、平均粒子径が８．５μｍの有機物で被覆された、正極材料の前駆体の凝集体を得た。
次いで、得られた乾燥粉体（正極材料の前駆体の凝集体）を、窒素雰囲気下、７００℃にて３時間焼成し、平均粒子径が８．５μｍである凝集体を得た。
【００７５】
「凝集体の解砕」
上記の凝集体を、ジェットミル装置（商品名：ＳＪ−１００、日清エンジニアリング社製）を用い、供給速度２００ｇ／時間の条件で解砕し、実施例１の正極材料１を得た。
【００７６】
「リチウムイオン二次電池の作製」
溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）に、正極材料１と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）と、導電助剤としてのアセチレンブラック（ＡＢ）とを、ペースト中の質量比で、正極材料１：ＡＢ：ＰＶｄＦ＝９４：１：５となるように加えて、これらを混合し、混練機（商品名：あわとり練太郎、シンキー社製）を用いて、公転１２００ｒｐｍ、自転８００ｒｐｍの条件で３０分混練し、正極材料ペースト（正極用）を調製した。
この正極材料ペースト（正極用）を、厚さ３０μｍのアルミニウム箔（電極集電体）の表面に塗布して塗膜を形成し、その塗膜を乾燥し、アルミニウム箔の表面に正極合剤層を形成した。
その後、正極合剤層を、５８．８４ＭＰａの圧力にて加圧し、実施例１の正極１を作製した。
【００７７】
この正極１に対し、負極としてリチウム金属を配置し、これら正極１と負極との間に多孔質ポリプロピレンからなるセパレータを配置し、電池用部材１とした。
一方、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを１：１（質量比）にて混合し、さらに１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６溶液を加えて、リチウムイオン伝導性を有する電解質溶液１を作製した。
次いで、電池用部材１を電解質溶液１に浸漬し、実施例１のリチウムイオン二次電池１を作製した。
【００７８】
［実施例２］
凝集体を供給速度１８０ｇ／時間の条件で解砕したこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の正極材料２を得た。
正極材料２を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２のリチウムイオン二次電池２を作製した。
【００７９】
［実施例３］
凝集体を供給速度１５０ｇ／時間の条件で解砕したこと以外は実施例１と同様にして、実施例３の正極材料３を得た。
正極材料３を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例３のリチウムイオン二次電池３を作製した。
【００８０】
［実施例４］
凝集体を供給速度１２０ｇ／時間の条件で解砕したこと以外は実施例１と同様にして、実施例４の正極材料４を得た。
正極材料４を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例４のリチウムイオン二次電池４を作製した。
【００８１】
［実施例５］
凝集体を供給速度１００ｇ／時間の条件で解砕したこと以外は実施例１と同様にして、実施例５の正極材料５を得た。
正極材料５を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例５のリチウムイオン二次電池５を作製した。
【００８２】
［実施例６］
凝集体を供給速度９０ｇ／時間の条件で解砕したこと以外は実施例１と同様にして、実施例６の正極材料６を得た。
正極材料６を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例６のリチウムイオン二次電池６を作製した。
【００８３】
［実施例７］
「リチウムイオン二次電池用正極材料の合成」
２ｍｏｌのリン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）と、２ｍｏｌの硫酸鉄（ＩＩ）（ＦｅＳＯ４）とに水を加え、全体量が４Ｌになるように混合し、均一なスラリー状の混合物を調製した。
次いで、この混合物を容量８Ｌの耐圧密閉容器に収容し、２００℃にて２４時間、水熱合成し、沈殿物を生成した。
次いで、この沈殿物を水洗し、ケーキ状の正極活物質の前駆体を得た。
次いで、この正極活物質の前駆体１５０ｇ（固形分換算）に、有機化合物としてのポリエチレングリコール２０ｇを加え、これらの混合物を、媒体粒子としての直径５ｍｍのジルコニアボールを用いて、ビーズミルにて２時間、分散処理を行い、均一なスラリーを調製した。
次いで、このスラリーを２００℃の大気雰囲気中に噴霧し、乾燥して、平均粒子径が８．３μｍの有機物で被覆された、正極材料の前駆体の凝集体を得た。
次いで、得られた乾燥粉体（正極材料の前駆体の凝集体）を、窒素雰囲気下、７００℃にて３時間焼成し、平均粒子径が８．３μｍである凝集体を得た。
【００８４】
「凝集体の解砕」
上記の凝集体をジェットミル装置（商品名：ＳＪ−１００、日清エンジニアリング社製）を用い、供給速度１００ｇ／時間の条件で解砕し、実施例７の正極材料７を得た。
正極材料７を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例７のリチウムイオン二次電池７を作製した。
【００８５】
［実施例８］
「リチウムイオン二次電池用正極材料の合成」
２ｍｏｌのリン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）と、２ｍｏｌの硫酸鉄（ＩＩ）（ＦｅＳＯ４）とに水を加え、全体量が４Ｌになるように混合し、均一なスラリー状の混合物を調製した。
次いで、この混合物を容量８Ｌの耐圧密閉容器に収容し、１６０℃にて２時間、水熱合成し、沈殿物を生成した。
次いで、この沈殿物を水洗し、ケーキ状の正極活物質の前駆体を得た。
次いで、この正極活物質の前駆体１５０ｇ（固形分換算）に、有機化合物としてのポリエチレングリコール２０ｇを加え、これらの混合物を、媒体粒子としての直径５ｍｍのジルコニアボールを用いて、ビーズミルにて２時間、分散処理を行い、均一なスラリーを調製した。
次いで、このスラリーを２００℃の大気雰囲気中に噴霧し、乾燥して、平均粒子径が８．９μｍの有機物で被覆された、正極材料の前駆体の凝集体を得た。
次いで、得られた乾燥粉体（正極材料の前駆体の凝集体）を、窒素雰囲気下、７００℃にて３時間焼成し、平均粒子径が８．９μｍである凝集体を得た。
【００８６】
「凝集体の解砕」
上記の凝集体をジェットミル装置（商品名：ＳＪ−１００、日清エンジニアリング社製）を用い、供給速度９０ｇ／時間の条件で解砕し、実施例８の正極材料８を得た。
正極材料８を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例８のリチウムイオン二次電池８を作製した。
【００８７】
［実施例９］
「リチウムイオン二次電池用正極材料の合成」
２ｍｏｌのリン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）と、２ｍｏｌの硫酸鉄（ＩＩ）（ＦｅＳＯ４）とに水を加え、全体量が４Ｌになるように混合し、均一なスラリー状の混合物を調製した。
次いで、この混合物を容量８Ｌの耐圧密閉容器に収容し、１２０℃にて５時間、水熱合成し、沈殿物を生成した。
次いで、この沈殿物を水洗し、ケーキ状の正極活物質の前駆体を得た。
次いで、この正極活物質の前駆体１５０ｇ（固形分換算）に、有機化合物としてのポリエチレングリコール２０ｇを加え、これらの混合物を、媒体粒子としての直径５ｍｍのジルコニアボールを用いて、ビーズミルにて２時間、分散処理を行い、均一なスラリーを調製した。
次いで、このスラリーを２００℃の大気雰囲気中に噴霧し、乾燥して、平均粒子径が９．１μｍの有機物で被覆された、正極材料の前駆体の凝集体を得た。
次いで、得られた乾燥粉体（正極材料の前駆体の凝集体）を、窒素雰囲気下、７００℃にて３時間焼成し、平均粒子径が９．１μｍである凝集体を得た。
【００８８】
「凝集体の解砕」
上記の凝集体をジェットミル装置（商品名：ＳＪ−１００、日清エンジニアリング社製）を用い、供給速度８０ｇ／時間の条件で解砕し、実施例９の正極材料９を得た。
正極材料９を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例９のリチウムイオン二次電池９を作製した。
【００８９】
「比較例１」
凝集体を供給速度２８０ｇ／時間の条件で解砕したこと以外は実施例１と同様にして、比較例１の正極材料１０を得た。
正極材料１０を用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例１のリチウムイオン二次電池１０を作製した。
【００９０】
「比較例２」
凝集体を供給速度２５０ｇ／時間の条件で解砕したこと以外は実施例１と同様にして、比較例２の正極材料１１を得た。
正極材料１１を用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例２のリチウムイオン二次電池１１を作製した。
【００９１】
「比較例３」
凝集体を供給速度７０ｇ／時間の条件で解砕したこと以外は実施例１と同様にして、比較例３の正極材料１２を得た。
正極材料１２を用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例３のリチウムイオン二次電池１２を作製した。
【００９２】
「比較例４」
凝集体を供給速度５５ｇ／時間の条件で解砕したこと以外は実施例１と同様にして、比較例４の正極材料１３を得た。
正極材料１３を用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例４のリチウムイオン二次電池１３を作製した。
【００９３】
「比較例５」
凝集体を供給速度６５ｇ／時間の条件で解砕したこと以外は実施例８と同様にして、比較例５の正極材料１４を得た。
正極材料１４を用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例５のリチウムイオン二次電池１４を作製した。
【００９４】
「比較例６」
凝集体を供給速度５５ｇ／時間の条件で解砕したこと以外は実施例９と同様にして、比較例６の正極材料１５を得た。
正極材料１５を用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例６のリチウムイオン二次電池１５を作製した。
【００９５】
［リチウムイオン二次電池用正極材料およびリチウムイオン二次電池の評価］
実施例１〜９および比較例１〜６のリチウムイオン二次電池用正極材料およびリチウムイオン二次電池について、以下の通り、評価を行った。
【００９６】
（１）比表面積
リチウムイオン二次電池用正極材料のＢＥＴ比表面積は、測定装置（商品名：ＨＭ  ｍｏｄｅｌ−１２０８、マウンテック社製）を用いて、一点法、相対圧０．２９（Ｐ／Ｐ０）にて測定した。
【００９７】
（２）炭素量
リチウムイオン二次電池用正極材料の炭素量は、炭素硫黄分析装置（商品名：ＥＭＩＡ−２２０Ｖ、堀場製作所製）を用いて測定した。
【００９８】
（３）粉体抵抗値
リチウムイオン二次電池用正極材料の粉体抵抗値は、正極材料を金型に投入して５０ＭＰａの圧力にて成形し、低抵抗率計（商品名：Ｌｏｒｅｓｔａ−ＧＰ、三菱化学社製）を用いて、２５℃にて四端子法により測定した。
【００９９】
（４）メディアン径  
リチウムイオン二次電池用正極材料におけるメディアン径は、以下の方法で測定した。
測定装置（商品名：ＬＡ−９５０Ｖ２、堀場製作所社製）を用いて測定した。
まず、分散液としての純水４０ｇおよびポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）０．１２ｇ、試料粉末としてのリチウムイオン二次電池用正極材料０．０４ｇを７０ｍＬマヨネーズ瓶に秤量した。このマヨネーズ瓶を手動で１０回程振り混ぜて、試料粉末と分散液を馴染ませた。
次いで、この試料粉末と分散液の混合溶液を超音波ホモジナイザー（商品名：ＳＯＮＩＦＩＥＲ４５０、ＢＲＡＮＳＯＮ社製）にて、Ｏｕｔｐｕｔ５、パルス５０％条件で２分間超音波処理をし、得られた分散溶液を用いてメディアン径を測定した。メディアン径とは、粒度分布における積算％の分布曲線が５０％の横軸と交差するポイントの粒子径であるから、リチウムイオン二次電池用正極材料の粒度分布の測定結果を基に、メディアン径を算出した。
メディアン径は、データ取り込み回数を半導体レーザー（ＬＤ）５０００回、発光ダイオード（ＬＥＤ）１０００回として測定し、データの演算条件は下記の通りとした。
＜演算条件＞
（サンプル屈折率）
ＬＤ実部：１．４８
ＬＤ虚部：０．４５
ＬＥＤ実部：１．５０
ＬＥＤ虚部：０．５５
（分散媒屈折率）
ＬＤ実部：１．３３
ＬＤ虚部：０．００
ＬＥＤ実部：１．３３
ＬＥＤ虚部：０．００
（反復回数）：１５回
（粒子径基準）：体積
（演算アルゴリズム）：標準演算
【０１００】
（５）粗粒比
前記メディアン径の測定で得られたリチウムイオン二次電池用正極材料の粒度分布について、粗粒側のピーク面積Ａと微粒側のピーク面積Ｂを用い、下記の式（１）から算出した。
粗粒比（％）＝Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００・・・（１）
【０１０１】
（６）色度ｂ＊
リチウムイオン二次電池用正極材料のＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における色度ｂ＊は、分光式色彩計（型番：ＳＥ−２０００、日本電色工業社製）とＤ６５光源を用いた、反射光２度視野測定によって得られた。リチウムイオン二次電池用正極材料の色度ｂ＊を測定する際には、シャーレに斑なく測定対象の正極材料を載せて、その正極材料の色度ｂ＊を測定する。
【０１０２】
（７）正極密度
リチウムイオン二次電池用正極材料の正極密度は、加圧後の正極におけるアルミニウム電極集電体を除いた正極の体積を分母にし、正極材料の質量を分子にした際の比で算出した。
また、正極密度が２．００ｇ／ｃｃ以上の場合を◎、１．９０ｇ／ｃｃ以上の場合を○、１．９０ｇ／ｃｃ未満の場合を×と評価した。
【０１０３】
（８）２０サイクル後容量維持率
リチウムイオン二次電池の２０サイクル後容量維持率は、４５℃環境下で、電流値０．２５Ｃにて電池電圧が３．７Ｖになるまで定電流充電した後、電流値０．５Ｃにて電池電圧が２．５Ｖになるまで放電したところまでを１サイクルとし、これを２０サイクル繰り返した際、１サイクル目の放電容量を分母に、２０サイクル目の放電容量を分子としたときの割合を容量維持率として評価した。正極材料の電子伝導性が充分に担保されていない場合、充放電サイクルに伴う活物質粒子の膨張収縮を繰り返すことで、正極内の電子伝導パスが不足していくので容量維持率が低下する。
また、２０サイクル後容量維持率が７０％以上の場合、電子伝導性を○、７０％未満の場合、電子伝導性を×と評価した。
【０１０４】
「評価結果」
実施例１〜９および比較例１〜６のリチウムイオン二次電池用正極材料およびリチウムイオン二次電池の評価結果を表１に示す。なお、表１に示す炭素量は、正極活物質１００質量部に対する、炭素質被膜を形成する炭素の量（質量部）を示す。また、実施例１のリチウムイオン二次電池用正極材料については、メディアン径を算出するために得られた粒度分布を図３に示す。同様に、比較例３のリチウムイオン二次電池用正極材料については、メディアン径を算出するために得られた粒度分布を図４に示す。
【０１０５】
【表１】
2018163746.tif 000002
【０１０６】
表１の結果から、実施例１〜９と、比較例１〜６とを比較すると、粗粒比が６５％を超える比較例１および２は、解砕が不充分であるため、正極密度が１．９０ｇ／ｃｃ未満と低く、リチウムイオン二次電池用正極材料として使用した際に単位体積当たりのエネルギー密度に乏しい。
また、粗粒比が３５％未満である比較例３〜６は、解砕強度が高過ぎるため、中心粒子の表面を被覆する炭素質被膜が解砕時に剥離してしまい、２０サイクル後の容量維持率が７０％未満と低く、リチウムイオン二次電池用正極材料として使用した際の入出力特性および耐久性に乏しい。
一方、実施例１〜９は、粗粒比が３５％以上かつ６５％以下の範囲内であるため、正極密度が１．９０ｇ／ｃｃ以上、かつ２０サイクル後の容量維持率が７０％以上の範囲にあり、優れた電池特性を示し、リチウムイオン二次電池用正極材料として使用した場合にエネルギー密度、入出力特性、および耐久性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。
また、実施例６〜９と、比較例５および６とを比較すると、比表面積および炭素量が変動しても、粗粒比を３５％以上かつ６５％以下となるように解砕強度を調整すれば、正極密度が１．９０ｇ／ｃｃ以上、かつ２０サイクル後の容量維持率が７０％以上の範囲にある優れた電池特性を発現可能であることも確認できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料を用いたリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度、入出力特性、および耐久性に優れるため、移動体用途を初めとするリチウムイオン二次電池の信頼性の進歩に大きく貢献することができる。
【図１】
2018163746.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月13日(2017.12.13)
【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】
一般式ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４（０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１、但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｃおよびＹからなる群から選択される少なくとも１種）で表わされる中心粒子と、該中心粒子の表面を被覆する炭素質被膜とを含む活物質粒子であって、
粒度分布の粗粒比が３５％以上かつ６５％以下であり、
前記活物質粒子のメディアン径が０．５０μｍ以上かつ０．８０μｍ以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極材料。
【請求項２】
前記活物質粒子の粉体抵抗値が１００Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
【請求項３】
Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系における色度ｂ＊が１．９以上かつ２．３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
【請求項４】
前記活物質粒子の粒度分布の微粒の極大値が０．１５μｍ以上かつ０．３５μｍ以下、粗粒の極大値が０．８０μｍ以上かつ１．２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
【請求項５】
ＢＥＴ比表面積が５ｍ２／ｇ以上かつ２５ｍ２／ｇ以下、前記炭素質被膜を形成する炭素量が、前記中心粒子１００質量部に対して０．１質量部以上かつ１０質量部以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料。
【請求項６】
電極集電体と、該電極集電体上に形成された正極合剤層と、を備えたリチウムイオン二次電池用正極であって、
前記正極合剤層は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池用正極材料を含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極。
【請求項７】
請求項６に記載のリチウムイオン二次電池用正極を備えたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、一般式ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４（０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１、但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｃおよびＹからなる群から選択される少なくとも１種）で表わされる中心粒子と、該中心粒子の表面を被覆する炭素質被膜とを含む活物質粒子であって、粒度分布において、粗粒のピーク（極大）形状を表わす曲線が囲む面積（以下、「粗粒側のピーク面積」と言うこともある。）と微粒のピーク（極大）形状を表わす曲線が囲む面積（以下、「微粒側のピーク面積」と言うこともある。）との和に対する、粗粒のピーク（極大）形状を表わす曲線が囲む面積の比（以下、「粗粒比」と言うこともある。）を３５％以上かつ６５％以下とし、前記活物質粒子のメディアン径を０．５０μｍ以上かつ０．８０μｍ以下とすることにより、中心粒子の一次粒子の表面を被覆する炭素質被膜の剥離を抑制し、電子伝導性を担保しつつ、正極密度の向上が可能なリチウムイオン二次電池用正極材料を提供することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明のリチウムイオン二次電池用正極材料は、一般式ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４（０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１、但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｕおよびＣｒからなる群から選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｃおよびＹからなる群から選択される少なくとも１種）で表わされる中心粒子と、該中心粒子の表面を被覆する炭素質被膜とを含む活物質粒子であって、粒度分布の粗粒比が３５％以上かつ６５％以下であり、前記活物質粒子のメディアン径が０．５０μｍ以上かつ０．８０μｍ以下であることを特徴とする。