(57)【要約】【課題】高温サイクルでの容量維持率に優れるリチウム二次電池用正極活物質、該リチウム二次電池用正極活物質を用いたリチウム二次電池用正極及び該リチウム二次電池用正極を有するリチウム二次電池の提供。【解決手段】一次粒子が凝集した二次粒子を含むリチウム複合金属酸化物であって、前記二次粒子内部に空隙を有し、前記二次粒子の断面において、１μｍ２当たりの空隙の数が０．３個以上１５個以下であることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次粒子が凝集した二次粒子を含むリチウム複合金属酸化物であって、前記二次粒子内部に空隙を有し、前記二次粒子の断面において、１μｍ２当たりの空隙の数が０．３個以上１５個以下であることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項２】
前記二次粒子の断面において、粒子中心部および粒子表面部にそれぞれ少なくとも一つ以上の空隙の重心を有し、前記粒子表面部の空隙率が０．７５％以上５０％以下である請求項１に記載のリチウム二次電池用正極活物質（ここで、レーザー回折式粒度分布測定によって得られる、前記リチウム二次電池用正極活物質全体の平均粒子径（Ｄ５０）をＡとし、前記二次粒子と前記二次粒子内部に存在する空隙の重心位置を画像処理によって算出し、前記二次粒子の重心を中心として半径がＡ／４となる円の領域を粒子中心部としたときの、それ以外の領域を粒子表面部とする）。
【請求項３】
前記二次粒子中心部における空隙率が０．１％以上６５％以下である請求項２に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項４】
前記二次粒子表面部における空隙率に対する前記粒子中心部における空隙率の比が、０．１以上２５以下である請求項２または３に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項５】
前記二次粒子の断面全体において、空隙率が１％以上５０％以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項６】
下記の測定方法で測定されるＮＭＰ保液率が１８％以上である、請求項１から５のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
［ＮＭＰ保液率の測定方法］
乾燥したリチウム二次電池用正極活物質に、ＮＭＰを含浸させたときのＮＭＰ吸油量をＢとし、吸油状態のリチウム二次電池用正極活物質を６０℃で３０分間乾燥させたときのＮＭＰ含有量をＣとしたとき、以下の式（１）にて算出される値。
ＮＭＰ保液率（％）＝Ｃ／Ｂ  ・・・（１）
【請求項７】
下記組成式（Ｉ）で表される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
Ｌｉ［Ｌｉｘ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃＭｄ）１−ｘ］Ｏ２  ・・・（Ｉ）
（ここで、−０．１≦ｘ≦０．２、０＜ａ≦１、０≦ｂ≦０．４、０≦ｃ≦０．４、０≦ｄ≦０．１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ＭはＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｇａ及びＶからなる群より選択される１種以上の金属を表す。）
【請求項８】
前記組成式（Ｉ）が、下記組成式（Ｉ）−１である、請求項７に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
Ｌｉ［Ｌｉｘ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃＭｄ）１−ｘ］Ｏ２  ・・・（Ｉ）−１
（ここで、−０．１≦ｘ≦０．２、０＜ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．４、０≦ｃ≦０．４、０≦ｄ≦０．１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ＭはＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｇａ及びＶからなる群より選択される１種以上の金属を表す。）
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用正極活物質を有するリチウム二次電池用正極。
【請求項１０】
請求項９に記載のリチウム二次電池用正極を有するリチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム複合酸化物は、リチウム二次電池用正極活物質として用いられている。リチウム二次電池は、既に携帯電話用途やノートパソコン用途などの小型電源だけでなく、自動車用途や電力貯蔵用途などの中・大型電源においても、実用化が進んでいる。
【０００３】
電池電容量等のリチウム二次電池の性能を向上させるために、リチウム二次電池用正極活物質の空隙率に着目した試みがされている（例えば特許文献１〜４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２５８１８７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１５／１０８１６３号公報
【特許文献３】特開２０１６−２５０４１号公報
【特許文献４】特開２０１０−８０３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リチウム二次電池の応用分野の拡大が進む中、リチウム二次電池の正極活物質にはさらなる容量維持率の向上が求められる。
しかしながら、前記特許文献１〜４に記載のようなリチウム二次電池用正極活物質においては、高温サイクルでの容量維持率を向上させる観点から改良の余地があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、高温サイクルでの容量維持率に優れるリチウム二次電池用正極活物質、該リチウム二次電池用正極活物質を用いたリチウム二次電池用正極及び該リチウム二次電池用正極を有するリチウム二次電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は、下記［１］〜［１０］の発明を包含する。
［１］一次粒子が凝集した二次粒子を含むリチウム複合金属酸化物であって、前記二次粒子内部に空隙を有し、前記二次粒子の断面において、１μｍ２当たりの空隙の数が０．３個以上１５個以下であることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。
［２］前記二次粒子の断面において、粒子中心部および粒子表面部にそれぞれ少なくとも一つ以上の空隙の重心を有し、前記粒子表面部の空隙率が０．７５％以上５０％以下である［１］に記載のリチウム二次電池用正極活物質（ここで、レーザー回折式粒度分布測定によって得られる、前記リチウム二次電池用正極活物質全体の平均粒子径（Ｄ５０）をＡとし、前記二次粒子と前記二次粒子内部に存在する空隙の重心位置を画像処理によって算出し、前記二次粒子の重心を中心として半径がＡ／４となる円の領域を粒子中心部としたときの、それ以外の領域を粒子表面部とする）。
［３］前記二次粒子中心部における空隙率が０．１％以上６５％以下である［２］に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
［４］ 前記二次粒子表面部における空隙率に対する前記粒子中心部における空隙率の比が、０．１以上２５以下である［２］または［３］に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
［５］前記二次粒子の断面全体において、空隙率が１％以上５０％以下である［１］〜［４］のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
［６］下記の測定方法で測定されるＮＭＰ保液率が１８％以上である、［１］〜［５］のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
［ＮＭＰ保液率の測定方法］
乾燥したリチウム二次電池用正極活物質に、ＮＭＰを含浸させたときのＮＭＰ吸油量をＢとし、吸油状態のリチウム二次電池用正極活物質を６０℃で３０分間乾燥させたときのＮＭＰ含有量をＣとしたとき、以下の式（１）にて算出される値。
ＮＭＰ保液率（％）＝Ｃ／Ｂ  ・・・（１）
［７］下記組成式（Ｉ）で表される、［１］〜［６］のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
Ｌｉ［Ｌｉｘ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃＭｄ）１−ｘ］Ｏ２  ・・・（Ｉ）
（ここで、−０．１≦ｘ≦０．２、０＜ａ≦１、０≦ｂ≦０．４、０≦ｃ≦０．４、０≦ｄ≦０．１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ＭはＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｇａ及びＶからなる群より選択される１種以上の金属を表す。）
［８］前記組成式（Ｉ）が、下記組成式（Ｉ）−１である、［７］に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
Ｌｉ［Ｌｉｘ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃＭｄ）１−ｘ］Ｏ２  ・・・（Ｉ）−１
（ここで、−０．１≦ｘ≦０．２、０＜ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．４、０≦ｃ≦０．４、０≦ｄ≦０．１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ＭはＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｇａ及びＶからなる群より選択される１種以上の金属を表す。）
［９］［１］〜［８］のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用正極活物質を有するリチウム二次電池用正極。
［１０］［９］に記載のリチウム二次電池用正極を有するリチウム二次電池。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高温サイクルでの容量維持率に優れるリチウム二次電池用正極活物質、該リチウム二次電池用正極活物質を用いたリチウム二次電池用正極及び該リチウム二次電池用正極を有するリチウム二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】リチウムイオン二次電池の一例を示す概略構成図である。
【図２】二次粒子の断面の模式図である。
【図３】二次粒子断面のＳＥＭ画像及び模式図である。
【図４】実施例３の二次粒子断面のＳＥＭ画像である。
【図５】比較例１の二次粒子断面のＳＥＭ画像である。
【図６】比較例２の二次粒子断面のＳＩＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜リチウム二次電池用正極活物質＞
本発明は、一次粒子が凝集した二次粒子を含むリチウム複合金属酸化物であって、前記二次粒子内部に空隙を有し、前記二次粒子の断面において、１μｍ２当たりの空隙の数が０．３個以上１５個以下であることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質（以下、「正極活物質」と記載することがある）である。
本実施形態の正極活物質は、二次粒子の中心部と表面部に空隙を有し、二次粒子の概ね中心の断面における空隙の数が特定の個数であることを特徴とする。二次粒子の概ね中心の断面における空隙の数が特定の個数であると、複数の空隙が二次粒子内部に分散して存在していると推測できる。表面部と中心部とに、適度に分散した空隙を有することで、電解液との接触面積が多くなる。このためリチウムイオンの脱離（充電）と挿入（放電）が、二次粒子の内部で進行しやすい。従って、本実施形態の正極活物質は、高温サイクルでの容量維持率に優れる。
【００１０】
≪二次粒子断面構造の測定方法≫
本実施形態において、正極活物質の二次粒子断面構造の測定方法を以下に説明する。
初めに、正極活物質を加工し、断面を得る。断面を得る方法としては、正極活物質を集束イオンビーム加工装置で加工して、断面を得る方法が挙げられる。また、正極活物質を用いて作製した正極の一部を切り取り、イオンミリング装置で加工し、電極の合材層に含まれる正極活物質の断面を得てもよい。
断面加工を行う試料は、正極活物質粉体や電極だけでなく、正極活物質粉体を樹脂で固めたもの等を適宜選択することができる。また、断面の作製方法は、イオンビーム法だけでなく、研磨等を適宜選択することができる。
【００１１】
次に走査型電子顕微鏡又は集束イオンビーム加工装置を用いて、前記加工によって得た正極活物質の断面を二次電子像で観察する。レーザー回折式粒度分布測定で得られた５０％累積体積粒度Ｄ５０（μｍ）に近い最大径を示す正極活物質を選択し、該正極活物質二次粒子が枠内に納まる最大の倍率で二次電子像を撮影し、該二次粒子断面像を取得する。
二次粒子断面像の一例を、図３（ａ）に示す。
【００１２】
前記断面像をコンピュータに取り込み、画像解析ソフトを用い、該二次粒子画像中における最大輝度及び最小輝度の中間値で二値化処理を行い、該二次粒子の断面内部を黒色とし、該二次粒子の断面内部に存在する空隙部分を白色として変換した二値化処理済み画像を得る。このとき、断面像を目視し、断面内部および空隙部分との齟齬がないことを確認する。齟齬が見られた場合は、二値化処理を行う閾値の調整を行う。
なお、前記断面内部に存在する空隙は、面積が０．０１μｍ２以上であるものとする。画像解析ソフトは、Ｉｍａｇｅ  ＪやＰｈｏｔｏｓｈｏｐ等を適宜選択することができる。
【００１３】
より具体的には、図３（ａ）に示す二次粒子断面像を、コンピュータに取り込み、画像解析ソフトを用いて上記の方法により処理し、図３（ｂ）に示す二値化処理済み画像を得る。
【００１４】
前記二値化処理済み画像について、画像解析ソフトを用いて、該二次粒子断面の重心位置および面積を算出する。また、該二次粒子断面の内部に存在する空隙の個数と、各空隙の重心位置、面積および最大径についても算出する。
本実施形態において、二次粒子断面とは、二次粒子の外周で囲まれた領域、即ち、二次粒子の断面部分全てを指し、黒色部分と白色部分の両方を含めることとする。また、重心位置とは、画像を構成するピクセルの重さを均一として、外周で囲まれる領域に含まれるピクセルの重さの中心となる位置のこととする。
【００１５】
より具体的に、図３（ｂ）を用いて説明する。図３（ｂ）の符号４１は、二次粒子断面の重心位置を示す。図２の符号４２は、空隙の重心位置を示す。図３（ｂ）は、符号４６、４７で表される２つの空隙が存在する。
【００１６】
二次粒子断面における１μｍ２当たりの空隙の個数を求める方法としては、上記において算出した二次粒子断面の面積に対する空隙の個数の比（空隙の個数／二次粒子断面の黒色部分と白色部分の面積の和）で算出する。
本実施形態においては、二次粒子の断面の面積（図３（ｂ）に示す、黒色部分と白色部分の合計面積）の、１μｍ２当たりの空隙の数が０．３個以上１５個以下であり、０．５個以上１４個以下が好ましく、０．７個以上１３個以下がより好ましく、１．０個以上１２個以下が特に好ましい。
１μｍ２当たりの空隙の数が、上記下限値以上であると、二次粒子の中心部と表面部とに空隙が分散した状態で存在していると推察でき、高温サイクルでの容量維持率に優れるリチウム二次電池用正極活物質を提供できる。また、上記上限値以下であると、体積エネルギー密度が高いリチウム二次電池用正極活物質を提供できる。
１μｍ２当たりの空隙の数の上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
【００１７】
また、二次粒子断面における粒子中心部および粒子表面部について説明する。レーザー回折式粒度分布測定で得られた５０％累積体積粒度Ｄ５０（μｍ）をＡとし、画像解析によって算出した二次粒子断面の重心位置を中心として、半径がＡ／４となる円を描き、円の内部を粒子中心部とし、円の外部を粒子表面部とする。
【００１８】
図２に、二次粒子の断面の模式図を示す。二次粒子断面４０における、レーザー回折式粒度分布測定で得られた５０％累積体積粒度Ｄ５０（μｍ）をＡとする。像解析によって算出した二次粒子断面の重心位置４１を中心として、符号４４に示す半径がＡ／４となる円５０を描く。このとき、円５０の内部を粒子中心部とし、円５０の外部を粒子表面部とする。図２中、符号４３は空隙を示し、符号４２は空隙の重心を示す。
【００１９】
本実施形態においては、高温サイクルでの容量維持率に優れるリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で二次粒子の断面４０において、粒子中心部および粒子表面部にそれぞれ少なくとも一つ以上の空隙の重心を有することが好ましい。また、高い電流レートにおける放電容量が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、前記粒子表面部の空隙率が０．７５％以上であることが好ましく、１％以上であることがより好ましく、１．２％以上であることが特に好ましい。体積エネルギー密度が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で前記粒子表面部の空隙率は５０％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましく、３０％以下であることが特に好ましい。
前記粒子表面部の空隙率の上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
二次粒子断面における粒子表面部の空隙率は、粒子表面部の二次粒子断面の面積に対する粒子表面部に存在する空隙部分の面積の比（粒子表面部の白色部分の面積／粒子表面部の黒色部分と白色部分の面積の和×１００）として算出される値である。
【００２０】
本実施形態においては、高い電流レートにおける放電容量が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、前記二次粒子中心部における空隙率が０．１％以上であることが好ましく、１％以上であることがより好ましく、５％以上であることが特に好ましい。また、サイクル特性が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で前記二次粒子中心部における空隙率が６５％以下であることが好ましく、６０％以下であることがより好ましく、５５％以下であることが特に好ましい。
前記二次粒子中心部における空隙率の上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
本明細書において、「サイクル特性が高い」とは、放電容量維持率が高いことを意味する。
二次粒子断面における粒子中心部の空隙率は、粒子中心部の二次粒子断面の面積に対する粒子中心部に存在する空隙部分の面積の比（粒子中心部の白色部分の面積／粒子中心部の黒色部分と白色部分の面積の和×１００）として算出される値である。
【００２１】
本実施形態においては、高温サイクルでの容量維持率に優れるリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で前記二次粒子中心部における空隙率に対する前記粒子表面部における空隙率の比が、０．１以上であることが好ましく、０．１５以上であることがより好ましく、０．２以上であることが特に好ましい。また、同様に高温サイクルでの容量維持率に優れるリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で２５以下であることが好ましく、２０以下であることがより好ましく、１５以下であることが特に好ましい。前記二次粒子中心部における空隙率に対する前記粒子表面部における空隙率の比の上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
前記二次粒子表面部における空隙率に対する前記粒子中心部における空隙率の比が、上記特定の範囲内であると、二次粒子の表面部と中心部とに、適度に分散した空隙を有すると推察され、高温サイクルでの容量維持率に優れるリチウム二次電池用正極活物質を提供することができる。
【００２２】
本実施形態においては、低温環境下における放電容量が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、前記二次粒子の断面全体における空隙率は１％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましく、１０％以上であることが特に好ましい。また、正極活物質の吸湿性を低くする意味で空隙率は５０％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましく、３０％以下であることが特に好ましい。
二次粒子断面の空隙率は、二次粒子断面の面積に対する二次粒子断面に存在する空隙部分の面積の比（二次粒子断面の白色部分の面積／二次粒子断面の黒色部分と白色部分の面積の和×１００）として算出される値である。
【００２３】
本実施形態において、高温サイクルでの容量維持率に優れるリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で正極活物質は下記の測定方法で測定されるＮＭＰ保液率が１８％以上であることが好ましく、２０％以上であることがより好ましく、２５％以上であることが特に好ましい。
【００２４】
［ＮＭＰ保液率の測定方法］
乾燥した本実施形態のリチウム二次電池用正極活物質を、Ｎ−メチルピロリドン（以下、「ＮＭＰ」と記載する）に含浸させたときのＮＭＰ吸油量をＢとし、吸油状態のリチウム二次電池用正極活物質を６０℃で３０分間乾燥させたときのＮＭＰ含有量をＣとしたとき、以下の式（１）にて算出される値である。
ＮＭＰ保液率（％）＝Ｃ／Ｂ  ・・・（１）
【００２５】
二次粒子の空隙率が高いとＮＭＰ吸油量が高くなる。さらに、二次粒子の表面部と中心部とに、連通した空隙を有すると、ＮＭＰが二次粒子の内部から外部へ脱離しにくくなると推測される。このため、このような粒子構造の場合、ＮＭＰ保液率が高くなる。本実施形態の正極活物質は、二次粒子の表面部と中心部とに、適度に分散した空隙を有するため、上述のような高いＮＭＰ保液率となる。
【００２６】
本実施形態において、正極活物質は下記一般式（Ｉ）で表されるものが好ましい。
Ｌｉ［Ｌｉｘ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃＭｄ）１−ｘ］Ｏ２  ・・・（Ｉ）
（ここで、−０．１≦ｘ≦０．２、０＜ａ≦１、０≦ｂ≦０．４、０≦ｃ≦０．４、０≦ｄ≦０．１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ＭはＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｇａ及びＶからなる群より選択される１種以上の金属を表す。）
【００２７】
サイクル特性が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、前記組成式（Ｉ）におけるｘは０を超えることが好ましく、０．０１以上であることがより好ましく、０．０２以上であることがさらに好ましい。また、初回クーロン効率がより高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、前記組成式（Ｉ）におけるｘは０．１以下であることが好ましく、０．０８以下であることがより好ましく、０．０６以下であることがさらに好ましい。
ｘの上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
本明細書において、「サイクル特性が高い」とは、放電容量維持率が高いことを意味する。
【００２８】
また、放電容量が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、前記組成式（Ｉ）におけるａは０．１０以上であることが好ましく、０．２０以上であることがより好ましく、０．３０以上であることがさらに好ましい。また、熱的安定性が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、前記組成式（Ｉ）におけるａは０．９０以下であることが好ましく、０．８０以下であることがより好ましく、０．７０以下であることがさらに好ましい。
ａの上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
【００２９】
また、高い電流レートにおける放電容量が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、前記組成式（Ｉ）におけるｂは０．０５以上であることが好ましく、０．１０以上であることがより好ましく、０．２０以上であることがさらに好ましい。また、放電容量が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、前記組成式（Ｉ）におけるｂは０．３５以下であることが好ましく、０．３０以下であることがより好ましく、０．２５以下であることがさらに好ましい。
ｂの上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
【００３０】
また、サイクル特性が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、前記組成式（Ｉ）におけるｃは０．０５以上であることが好ましく、０．１０以上であることがより好ましく、０．１５以上であることがさらに好ましい。また、高温（例えば６０℃環境下）での保存特性が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、前記組成式（Ｉ）におけるｃは０．３５以下であることが好ましく、０．３０以下であることがより好ましく、０．２５以下であることがさらに好ましい。
ｃの上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
【００３１】
正極活物質のハンドリング性を高める意味で、前記組成式（Ｉ）におけるｄは０を超えることが好ましく、０．００１以上であることがより好ましく、０．００５以上であることがさらに好ましい。また、高い電流レートでの放電容量が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、前記組成式（Ｉ）におけるｄは０．０９以下であることが好ましく、０．０８以下であることがより好ましく、０．０７以下であることがさらに好ましい。
ｄの上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
【００３２】
前記組成式（Ｉ）におけるＭはＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｇａ及びＶからなる群より選択される１種以上の金属を表す。
【００３３】
また、サイクル特性が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、組成式（Ｉ）におけるＭは、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｚｒであることが好ましく、熱的安定性が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味では、Ｂ、Ａｌ、Ｗ、Ｚｒであることが好ましい。
【００３４】
本実施形態において、前記組成式（Ｉ）は、下記組成式（Ｉ）−１であることが好ましい。
Ｌｉ［Ｌｉｘ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃＭｄ）１−ｘ］Ｏ２  ・・・（Ｉ）−１
（ここで、−０．１≦ｘ≦０．２、０＜ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．４、０≦ｃ≦０．４、０≦ｄ≦０．１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ＭはＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｇａ及びＶからなる群より選択される１種以上の金属を表す。）
【００３５】
（ＢＥＴ比表面積）
本実施形態において、高い電流レートでの放電容量が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で正極活物質のＢＥＴ比表面積（ｍ２／ｇ）は、０．５ｍ２／ｇ以上であることが好ましく、０．８ｍ２／ｇ以上であることがより好ましく、１．０ｍ２／ｇ以上であることがさらに好ましい。また、正極活物質の吸湿性を低くする意味で、正極活物質のＢＥＴ比表面積（ｍ２／ｇ）は、３．０ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、２．８ｍ２／ｇ以下であることがより好ましく、２．６ｍ２／ｇ以下であることがさらに好ましい。
正極活物質のＢＥＴ比表面積（ｍ２／ｇ）の上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
【００３６】
（層状構造）
正極活物質の結晶構造は、層状構造であり、六方晶型の結晶構造又は単斜晶型の結晶構造であることがより好ましい。
【００３７】
六方晶型の結晶構造は、Ｐ３、Ｐ３１、Ｐ３２、Ｒ３、Ｐ−３、Ｒ−３、Ｐ３１２、Ｐ３２１、Ｐ３１１２、Ｐ３１２１、Ｐ３２１２、Ｐ３２２１、Ｒ３２、Ｐ３ｍ１、Ｐ３１ｍ、Ｐ３ｃ１、Ｐ３１ｃ、Ｒ３ｍ、Ｒ３ｃ、Ｐ−３１ｍ、Ｐ−３１ｃ、Ｐ−３ｍ１、Ｐ−３ｃ１、Ｒ−３ｍ、Ｒ−３ｃ、Ｐ６、Ｐ６１、Ｐ６５、Ｐ６２、Ｐ６４、Ｐ６３、Ｐ−６、Ｐ６／ｍ、Ｐ６３／ｍ、Ｐ６２２、Ｐ６１２２、Ｐ６５２２、Ｐ６２２２、Ｐ６４２２、Ｐ６３２２、Ｐ６ｍｍ、Ｐ６ｃｃ、Ｐ６３ｃｍ、Ｐ６３ｍｃ、Ｐ−６ｍ２、Ｐ−６ｃ２、Ｐ−６２ｍ、Ｐ−６２ｃ、Ｐ６／ｍｍｍ、Ｐ６／ｍｃｃ、Ｐ６３／ｍｃｍ、Ｐ６３／ｍｍｃからなる群から選ばれるいずれか一つの空間群に帰属される。
【００３８】
また、単斜晶型の結晶構造は、Ｐ２、Ｐ２１、Ｃ２、Ｐｍ、Ｐｃ、Ｃｍ、Ｃｃ、Ｐ２／ｍ、Ｐ２１／ｍ、Ｃ２／ｍ、Ｐ２／ｃ、Ｐ２１／ｃ、Ｃ２／ｃからなる群から選ばれるいずれか一つの空間群に帰属される。
【００３９】
これらのうち、放電容量が高いリチウム二次電池用正極活物質を得る意味で、結晶構造は、空間群Ｒ−３ｍに帰属される六方晶型の結晶構造、又はＣ２／ｍに帰属される単斜晶型の結晶構造であることが特に好ましい。
【００４０】
［正極活物質の製造方法］
本発明の正極活物質を製造するにあたって、まず、リチウム以外の金属、すなわち、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎから構成される必須金属、並びに、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｇａ及びＶのうちいずれか１種以上の任意金属を含む金属複合化合物を調製し、当該金属複合化合物を適当なリチウム塩と焼成することが好ましい。金属複合化合物としては、金属複合水酸化物又は金属複合酸化物が好ましい。以下に、正極活物質の製造方法の一例を、金属複合化合物の製造工程と、リチウム金属複合酸化物の製造工程とに分けて説明する。
【００４１】
（金属複合化合物の製造工程）
金属複合化合物は、通常公知のバッチ共沈殿法又は連続共沈殿法により製造することが可能である。以下、金属として、ニッケル、コバルト及びマンガンを含む金属複合水酸化物を例に、その製造方法を詳述する。
【００４２】
まず共沈殿法、特に特開２００２−２０１０２８号公報に記載された連続法により、ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、マンガン塩溶液、及び錯化剤を反応させ、ＮｉｘＣｏｙＭｎｚ（ＯＨ）２（式中、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される複合金属水酸化物を製造する。
【００４３】
上記ニッケル塩溶液の溶質であるニッケル塩としては、特に限定されないが、例えば硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル及び酢酸ニッケルのうちの何れかを使用することができる。上記コバルト塩溶液の溶質であるコバルト塩としては、例えば硫酸コバルト、硝酸コバルト、及び塩化コバルトのうちの何れかを使用することができる。上記マンガン塩溶液の溶質であるマンガン塩としては、例えば硫酸マンガン、硝酸マンガン、及び塩化マンガンのうちの何れかを使用することができる。以上の金属塩は、上記ＮｉｘＣｏｙＭｎｚ（ＯＨ）２の組成比に対応する割合で用いられる。また、溶媒として水が使用される。
【００４４】
錯化剤としては、水溶液中で、ニッケル、コバルト、及びマンガンのイオンと錯体を形成可能なものであり、例えばアンモニウムイオン供給体（硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、弗化アンモニウム等）、ヒドラジン、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ウラシル二酢酸、及びグリシンが挙げられる。
【００４５】
沈殿に際しては、水溶液のｐＨ値を調整するため、必要ならばアルカリ金属水酸化物（例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム）を添加する。
【００４６】
上記ニッケル塩溶液、コバルト塩溶液、及びマンガン塩溶液のほか、錯化剤を反応槽に連続して供給させると、ニッケル、コバルト、及びマンガンが反応し、ＮｉｘＣｏｙＭｎｚ（ＯＨ）２が製造される。反応に際しては、反応槽の温度が例えば２０℃以上８０℃以下、好ましくは３０〜７０℃の範囲内で制御され、反応槽内のｐＨ値は例えばｐＨ９以上ｐＨ１３以下、好ましくはｐＨ１１〜１３の範囲内で制御され、反応槽内の物質が適宜撹拌される。反応槽は、形成された反応沈殿物を分離のためオーバーフローさせるタイプのものである。
【００４７】
反応槽内は不活性雰囲気であってもよい。不活性雰囲気であると、ニッケルよりも酸化されやすい元素が凝集してしまうことを抑制し、均一な金属複合水酸化物を得ることができる。
【００４８】
また、反応槽内は、不活性雰囲気を保ちつつも、適度な酸素含有雰囲気または酸化剤存在下が好ましい。これは遷移金属を適度に酸化させることで、金属複合水酸化物の形態を制御し、該金属複合水酸化物を用いて作製した正極材における二次粒子内部の空隙の大きさ、分散度を制御することが可能となるためである。酸素含有ガス中の酸素や酸化剤は、遷移金属を酸化させるために十分な酸素原子があればよい。多量の酸素原子を導入しなければ、反応槽内の不活性雰囲気を保つことができる。
【００４９】
反応槽内を酸素含有雰囲気とするには、反応槽内に酸素含有ガスを導入すればよい。酸素含ガス中の酸素濃度（体積％）が１以上１５以下であることが好ましい。反応槽内の溶液の均一性を高めるために、酸素含有ガスをバブリングさせてもよい。酸素含有ガスとしては、酸素ガス、空気、又はこれらと窒素ガスなどの酸素非含有ガスとの混合ガスが挙げられる。酸素含有ガス中の酸素濃度を調整しやすい観点から、上記の中でも混合ガスであることが好ましい。
【００５０】
反応槽内を酸化剤存在下とするには、反応槽内に酸化剤を添加すればよい。酸化剤としては過酸化水素、塩素酸塩、次亜塩素酸塩、過塩素酸塩、過マンガン酸塩などを挙げることができる。反応系内に不純物を持ち込みにくい観点から過酸化水素が好ましく用いられる。
【００５１】
以上の反応後、得られた反応沈殿物を水で洗浄した後、乾燥し、ニッケルコバルトマンガン複合化合物としてのニッケルコバルトマンガン水酸化物を単離する。また、必要に応じて弱酸水や水酸化ナトリウムや水酸化カリウムを含むアルカリ溶液で洗浄しても良い。なお、上記の例では、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物を製造しているが、ニッケルコバルトマンガン複合酸化物を調製しても良い。
【００５２】
（リチウム金属複合酸化物の製造工程）
上記金属複合酸化物又は金属複合水酸化物を乾燥した後、リチウム塩と混合する。乾燥条件は、特に制限されないが、例えば、金属複合酸化物又は金属複合水酸化物が酸化・還元されない条件（酸化物→酸化物、水酸化物→水酸化物）、金属複合水酸化物が酸化される条件（水酸化物→酸化物）、金属複合酸化物が還元される条件（酸化物→水酸化物）のいずれの条件でもよい。酸化・還元がされない条件のためには、窒素、ヘリウム及びアルゴン等の希ガス等の不活性ガスを使用すれば良く、水酸化物が酸化される条件では、酸素又は空気を雰囲気下として行えば良い。また、金属複合酸化物が還元される条件としては、不活性ガス雰囲気下、ヒドラジン、亜硫酸ナトリウム等の還元剤を使用すれば良い。リチウム塩としては、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、水酸化リチウム、水酸化リチウム水和物、酸化リチウムのうち何れか一つ、または、二つ以上を混合して使用することができる。
【００５３】
金属複合酸化物又は金属複合水酸化物の乾燥後に、適宜分級を行っても良い。以上のリチウム塩と金属複合水酸化物とは、最終目的物の組成比を勘案して用いられる。例えば、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物を用いる場合、リチウム塩と当該金属複合水酸化物は、ＬｉＮｉｘＣｏｙＭｎｚＯ２（式中、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）の組成比に対応する割合で用いられる。ニッケルコバルトマンガン金属複合水酸化物及びリチウム塩の混合物を焼成することによって、リチウム−ニッケルコバルトマンガン複合酸化物が得られる。なお、焼成には、所望の組成に応じて乾燥空気、酸素雰囲気、不活性雰囲気等が用いられ、必要ならば複数の加熱工程が実施される。
【００５４】
上記金属複合酸化物又は金属複合水酸化物と、水酸化リチウム、炭酸リチウム等のリチウム化合物との焼成温度としては、特に制限はないが、正極活物質の空隙の数を本発明の特定の範囲とするために、６００℃以上１１００℃以下であることが好ましく、７５０℃以上１０５０℃以下であることがより好ましく、８００℃以上１０２５℃以下がさらに好ましい。
【００５５】
焼成時間は、３時間〜５０時間が好ましい。焼成時間が５０時間を超えると、電池性能上問題はないが、Ｌｉの揮発によって実質的に電池性能に劣る傾向となる。焼成時間が３時間より少ないと、結晶の発達が悪く、電池性能が悪くなる傾向となる。なお、上記の焼成の前に、仮焼成を行うことも有効である。この様な仮焼成の温度は、３００〜８５０℃の範囲で、１〜１０時間行うことが好ましい。
【００５６】
焼成によって得たリチウム金属複合酸化物は、粉砕後に適宜分級され、リチウム二次電池に適用可能な正極活物質とされる。
【００５７】
＜リチウム二次電池＞
次いで、リチウム二次電池の構成を説明しながら、本発明のリチウム二次電池用正極活物質を、リチウム二次電池の正極活物質として用いた正極、およびこの正極を有するリチウム二次電池について説明する。
【００５８】
本実施形態のリチウム二次電池の一例は、正極および負極、正極と負極との間に挟持されるセパレータ、正極と負極との間に配置される電解液を有する。
【００５９】
図１は、本実施形態のリチウム二次電池の一例を示す模式図である。本実施形態の円筒型のリチウム二次電池１０は、次のようにして製造する。
【００６０】
まず、図１（ａ）に示すように、帯状を呈する一対のセパレータ１、一端に正極リード２１を有する帯状の正極２、および一端に負極リード３１を有する帯状の負極３を、セパレータ１、正極２、セパレータ１、負極３の順に積層し、巻回することにより電極群４とする。
【００６１】
次いで、図１（ｂ）に示すように、電池缶５に電極群４および不図示のインシュレーターを収容した後、缶底を封止し、電極群４に電解液６を含浸させ、正極２と負極３との間に電解質を配置する。さらに、電池缶５の上部をトップインシュレーター７および封口体８で封止することで、リチウム二次電池１０を製造することができる。
【００６２】
電極群４の形状としては、例えば、電極群４を巻回の軸に対して垂直方向に切断したときの断面形状が、円、楕円、長方形、角を丸めた長方形となるような柱状の形状を挙げることができる。
【００６３】
また、このような電極群４を有するリチウム二次電池の形状としては、国際電気標準会議（ＩＥＣ）が定めた電池に対する規格であるＩＥＣ６００８６、又はＪＩＳ  Ｃ  ８５００で定められる形状を採用することができる。例えば、円筒型、角型などの形状を挙げることができる。
【００６４】
さらに、リチウム二次電池は、上記巻回型の構成に限らず、正極、セパレータ、負極、セパレータの積層構造を繰り返し重ねた積層型の構成であってもよい。積層型のリチウム二次電池としては、いわゆるコイン型電池、ボタン型電池、ペーパー型（又はシート型）電池を例示することができる。
【００６５】
以下、各構成について順に説明する。
（正極）
本実施形態の正極は、まず正極活物質、導電材およびバインダーを含む正極合剤を調整し、正極合剤を正極集電体に担持させることで製造することができる。
【００６６】
（導電材）
本実施形態の正極が有する導電材としては、炭素材料を用いることができる。炭素材料として黒鉛粉末、カーボンブラック（例えばアセチレンブラック）、繊維状炭素材料などを挙げることができる。カーボンブラックは、微粒で表面積が大きいため、少量を正極合剤中に添加することにより正極内部の導電性を高め、充放電効率および出力特性を向上させることができるが、多く入れすぎるとバインダーによる正極合剤と正極集電体との結着力、および正極合剤内部の結着力がいずれも低下し、かえって内部抵抗を増加させる原因となる。
【００６７】
正極合剤中の導電材の割合は、正極活物質１００質量部に対して５質量部以上２０質量部以下であると好ましい。導電材として黒鉛化炭素繊維、カーボンナノチューブなどの繊維状炭素材料を用いる場合には、この割合を下げることも可能である。
【００６８】
（バインダー）
本実施形態の正極が有するバインダーとしては、熱可塑性樹脂を用いることができる。この熱可塑性樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶｄＦということがある。）、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥということがある。）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン・フッ化ビニリデン系共重合体、六フッ化プロピレン・フッ化ビニリデン系共重合体、四フッ化エチレン・パーフルオロビニルエーテル系共重合体などのフッ素樹脂；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；を挙げることができる。
【００６９】
これらの熱可塑性樹脂は、２種以上を混合して用いてもよい。バインダーとしてフッ素樹脂およびポリオレフィン樹脂を用い、正極合剤全体に対するフッ素樹脂の割合を１質量％以上１０質量％以下、ポリオレフィン樹脂の割合を０．１質量％以上２質量％以下とすることによって、正極集電体との密着力および正極合剤内部の結合力がいずれも高い正極合剤を得ることができる。
【００７０】
（正極集電体）
本実施形態の正極が有する正極集電体としては、Ａｌ、Ｎｉ、ステンレスなどの金属材料を形成材料とする帯状の部材を用いることができる。なかでも、加工しやすく、安価であるという点でＡｌを形成材料とし、薄膜状に加工したものが好ましい。
【００７１】
正極集電体に正極合剤を担持させる方法としては、正極合剤を正極集電体上で加圧成型する方法が挙げられる。また、有機溶媒を用いて正極合剤をペースト化し、得られる正極合剤のペーストを正極集電体の少なくとも一面側に塗布して乾燥させ、プレスし固着することで、正極集電体に正極合剤を担持させてもよい。
【００７２】
正極合剤をペースト化する場合、用いることができる有機溶媒としては、Ｎ，Ｎ―ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチレントリアミンなどのアミン系溶媒；テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒；メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒；酢酸メチルなどのエステル系溶媒；ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰということがある。）などのアミド系溶媒；が挙げられる。
【００７３】
正極合剤のペーストを正極集電体へ塗布する方法としては、例えば、スリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法および静電スプレー法が挙げられる。
【００７４】
以上に挙げられた方法により、正極を製造することができる。
（負極）
本実施形態のリチウム二次電池が有する負極は、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能であればよく、負極活物質を含む負極合剤が負極集電体に担持されてなる電極、および負極活物質単独からなる電極を挙げることができる。
【００７５】
（負極活物質）
負極が有する負極活物質としては、炭素材料、カルコゲン化合物（酸化物、硫化物など）、窒化物、金属又は合金で、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能な材料が挙げられる。
【００７６】
負極活物質として使用可能な炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維および有機高分子化合物焼成体を挙げることができる。
【００７７】
負極活物質として使用可能な酸化物としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯなど式ＳｉＯｘ（ここで、ｘは正の実数）で表されるケイ素の酸化物；ＴｉＯ２、ＴｉＯなど式ＴｉＯｘ（ここで、ｘは正の実数）で表されるチタンの酸化物；Ｖ２Ｏ５、ＶＯ２など式ＶＯｘ（ここで、ｘは正の実数）で表されるバナジウムの酸化物；Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯなど式ＦｅＯｘ（ここで、ｘは正の実数）で表される鉄の酸化物；ＳｎＯ２、ＳｎＯなど式ＳｎＯｘ（ここで、ｘは正の実数）で表されるスズの酸化物；ＷＯ３、ＷＯ２など一般式ＷＯｘ（ここで、ｘは正の実数）で表されるタングステンの酸化物；Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＬｉＶＯ２などのリチウムとチタン又はバナジウムとを含有する複合金属酸化物；を挙げることができる。
【００７８】
負極活物質として使用可能な硫化物としては、Ｔｉ２Ｓ３、ＴｉＳ２、ＴｉＳなど式ＴｉＳｘ（ここで、ｘは正の実数）で表されるチタンの硫化物；Ｖ３Ｓ４、ＶＳ２、ＶＳなど式ＶＳｘ（ここで、ｘは正の実数）で表されるバナジウムの硫化物；Ｆｅ３Ｓ４、ＦｅＳ２、ＦｅＳなど式ＦｅＳｘ（ここで、ｘは正の実数）で表される鉄の硫化物；Ｍｏ２Ｓ３、ＭｏＳ２など式ＭｏＳｘ（ここで、ｘは正の実数）で表されるモリブデンの硫化物；ＳｎＳ２、ＳｎＳなど式ＳｎＳｘ（ここで、ｘは正の実数）で表されるスズの硫化物；ＷＳ２など式ＷＳｘ（ここで、ｘは正の実数）で表されるタングステンの硫化物；Ｓｂ２Ｓ３など式ＳｂＳｘ（ここで、ｘは正の実数）で表されるアンチモンの硫化物；Ｓｅ５Ｓ３、ＳｅＳ２、ＳｅＳなど式ＳｅＳｘ（ここで、ｘは正の実数）で表されるセレンの硫化物；を挙げることができる。
【００７９】
負極活物質として使用可能な窒化物としては、Ｌｉ３Ｎ、Ｌｉ３−ｘＡｘＮ（ここで、ＡはＮｉおよびＣｏのいずれか一方又は両方であり、０＜ｘ＜３である。）などのリチウム含有窒化物を挙げることができる。
【００８０】
これらの炭素材料、酸化物、硫化物、窒化物は、１種のみ用いてもよく２種以上を併用して用いてもよい。また、これらの炭素材料、酸化物、硫化物、窒化物は、結晶質又は非晶質のいずれでもよい。
【００８１】
また、負極活物質として使用可能な金属としては、リチウム金属、シリコン金属およびスズ金属などを挙げることができる。
【００８２】
負極活物質として使用可能な合金としては、Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｎｉ、Ｌｉ−Ｓｉ、Ｌｉ−Ｓｎ、Ｌｉ−Ｓｎ−Ｎｉなどのリチウム合金；Ｓｉ−Ｚｎなどのシリコン合金；Ｓｎ−Ｍｎ、Ｓｎ−Ｃｏ、Ｓｎ−Ｎｉ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｌａなどのスズ合金；Ｃｕ２Ｓｂ、Ｌａ３Ｎｉ２Ｓｎ７などの合金；を挙げることもできる。
【００８３】
これらの金属や合金は、例えば箔状に加工された後、主に単独で電極として用いられる。
【００８４】
上記負極活物質の中では、充電時に未充電状態から満充電状態にかけて負極の電位がほとんど変化しない（電位平坦性がよい）、平均放電電位が低い、繰り返し充放電させたときの容量維持率が高い（サイクル特性がよい）などの理由から、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛を主成分とする炭素材料が好ましく用いられる。炭素材料の形状としては、例えば天然黒鉛のような薄片状、メソカーボンマイクロビーズのような球状、黒鉛化炭素繊維のような繊維状、又は微粉末の凝集体などのいずれでもよい。
【００８５】
前記の負極合剤は、必要に応じて、バインダーを含有してもよい。バインダーとしては、熱可塑性樹脂を挙げることができ、具体的には、ＰＶｄＦ、熱可塑性ポリイミド、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンおよびポリプロピレンを挙げることができる。
【００８６】
（負極集電体）
負極が有する負極集電体としては、Ｃｕ、Ｎｉ、ステンレスなどの金属材料を形成材料とする帯状の部材を挙げることができる。なかでも、リチウムと合金を作り難く、加工しやすいという点で、Ｃｕを形成材料とし、薄膜状に加工したものが好ましい。
【００８７】
このような負極集電体に負極合剤を担持させる方法としては、正極の場合と同様に、加圧成型による方法、溶媒などを用いてペースト化し負極集電体上に塗布、乾燥後プレスし圧着する方法が挙げられる。
【００８８】
（セパレータ）
本実施形態のリチウム二次電池が有するセパレータとしては、例えば、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、フッ素樹脂、含窒素芳香族重合体などの材質からなる、多孔質膜、不織布、織布などの形態を有する材料を用いることができる。また、これらの材質を２種以上用いてセパレータを形成してもよいし、これらの材料を積層してセパレータを形成してもよい。
【００８９】
本実施形態において、セパレータは、電池使用時（充放電時）に電解質を良好に透過させるため、ＪＩＳ  Ｐ  ８１１７で定められるガーレー法による透気抵抗度が、５０秒／１００ｃｃ以上、３００秒／１００ｃｃ以下であることが好ましく、５０秒／１００ｃｃ以上、２００秒／１００ｃｃ以下であることがより好ましい。
【００９０】
また、セパレータの空孔率は、好ましくは３０体積％以上８０体積％以下、より好ましくは４０体積％以上７０体積％以下である。セパレータは空孔率の異なるセパレータを積層したものであってもよい。
【００９１】
（電解液）
本実施形態のリチウム二次電池が有する電解液は、電解質および有機溶媒を含有する。
【００９２】
電解液に含まれる電解質としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）（ＣＯＣＦ３）、Ｌｉ（Ｃ４Ｆ９ＳＯ３）、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０、ＬｉＢＯＢ（ここで、ＢＯＢは、ｂｉｓ（ｏｘａｌａｔｏ）ｂｏｒａｔｅのことである。）、ＬｉＦＳＩ（ここで、ＦＳＩはｂｉｓ（ｆｌｕｏｒｏｓｕｌｆｏｎｙｌ）ｉｍｉｄｅのことである）、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩、ＬｉＡｌＣｌ４などのリチウム塩が挙げられ、これらの２種以上の混合物を使用してもよい。なかでも電解質としては、フッ素を含むＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２およびＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものを用いることが好ましい。
【００９３】
また前記電解液に含まれる有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、４−トリフルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、１，２−ジ（メトキシカルボニルオキシ）エタンなどのカーボネート類；１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、２，２，３，３−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類；ギ酸メチル、酢酸メチル、γ−ブチロラクトンなどのエステル類；アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなどのアミド類；３−メチル−２−オキサゾリドンなどのカーバメート類；スルホラン、ジメチルスルホキシド、１，３−プロパンサルトンなどの含硫黄化合物、又はこれらの有機溶媒にさらにフルオロ基を導入したもの（有機溶媒が有する水素原子のうち１以上をフッ素原子で置換したもの）を用いることができる。
【００９４】
有機溶媒としては、これらのうちの２種以上を混合して用いることが好ましい。中でもカーボネート類を含む混合溶媒が好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒および環状カーボネートとエーテル類との混合溶媒がさらに好ましい。環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートを含む混合溶媒が好ましい。このような混合溶媒を用いた電解液は、動作温度範囲が広く、高い電流レートにおける充放電を行っても劣化し難く、長時間使用しても劣化し難く、かつ負極の活物質として天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛材料を用いた場合でも難分解性であるという多くの特長を有する。
【００９５】
また、電解液としては、得られるリチウム二次電池の安全性が高まるため、ＬｉＰＦ６などのフッ素を含むリチウム塩およびフッ素置換基を有する有機溶媒を含む電解液を用いることが好ましい。ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、２，２，３，３−テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテルなどのフッ素置換基を有するエーテル類とジメチルカーボネートとを含む混合溶媒は、高い電流レートにおける充放電を行っても容量維持率が高いため、さらに好ましい。
【００９６】
上記の電解液の代わりに固体電解質を用いてもよい。固体電解質としては、例えばポリエチレンオキサイド系の高分子化合物、ポリオルガノシロキサン鎖又はポリオキシアルキレン鎖の少なくとも一種以上を含む高分子化合物などの有機系高分子電解質を用いることができる。また、高分子化合物に非水電解液を保持させた、いわゆるゲルタイプのものを用いることもできる。またＬｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ２、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ３ＰＯ４、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ２ＳＯ４、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ２−Ｐ２Ｓ５などの硫化物を含む無機系固体電解質が挙げられ、これらの２種以上の混合物を用いてもよい。これら固体電解質を用いることで、リチウム二次電池の安全性をより高めることができることがある。
【００９７】
また、本実施形態のリチウム二次電池において、固体電解質を用いる場合には、固体電解質がセパレータの役割を果たす場合もあり、その場合には、セパレータを必要としないこともある。
【００９８】
以上のような構成の正極活物質は、上述した本実施形態のリチウム含有複合金属酸化物を用いているため、正極活物質を用いたリチウム二次電池の寿命を延ばすことができる。
【００９９】
また、以上のような構成の正極は、上述した本実施形態のリチウム二次電池用正極活物質を有するため、リチウム二次電池の寿命を延ばすことができる。
【０１００】
さらに、以上のような構成のリチウム二次電池は、上述した正極を有するため、従来よりも寿命の長いリチウム二次電池となる。
【実施例】
【０１０１】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【０１０２】
本実施例においては、リチウム二次電池用正極活物質の評価、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池の作製評価を、次のようにして行った。
（１）リチウム二次電池用正極活物質の評価
［平均粒子径の測定］
平均粒子径の測定は、レーザー回折粒度分布計（株式会社堀場製作所製、ＬＡ−９５０）を用い、リチウム二次電池用正極活物質粉末０．１ｇを、０．２質量％ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液５０ｍｌに投入し、該粉末を分散させた分散液を得た。得られた分散液について粒度分布を測定し、体積基準の累積粒度分布曲線を得る。得られた累積粒度分布曲線において、５０％累積時の微小粒子側から見た粒子径（Ｄ５０）の値を、リチウム二次電池用正極活物質の平均粒子径とした。
【０１０３】
［ＢＥＴ比表面積測定］
リチウム二次電池用正極活物質粉末１ｇを窒素雰囲気中、１５０℃で１５分間乾燥させた後、マウンテック社製Ｍａｃｓｏｒｂ（登録商標）を用いて測定した。
【０１０４】
［リチウム二次電池用正極活物質の断面観察］
リチウム二次電池用正極活物質の粉末を集束イオンビーム加工装置（株式会社日立ハイテクノロジーズ製、ＦＢ２２００）で加工し断面を作製し、前記正極活物質の断面を集束イオンビーム加工装置を用いて走査イオン顕微鏡像（ＳＩＭ像）として観察、または走査型電子顕微鏡（株式会社日立ハイテクノロジーズ製、Ｓ−４８００）を用いて走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）として観察した。もしくは、正極をイオンミリング装置（株式会社日立ハイテクノロジーズ製、ＩＭ４０００）で加工し断面を作製し、前記正極の断面を走査電子顕微鏡を用いてＳＥＭ像として観察した。なお、レーザー回折式粒度分布測定で得られた５０％累積体積粒度Ｄ５０（μｍ）に近い最大径を示す正極活物質を選択し、該正極活物質の粒子が枠内に納まる最大の倍率で撮影した。
【０１０５】
［１μｍ２当たりの空隙の数の測定方法］
前記断面像をコンピュータに取り込み、画像解析ソフトＩｍａｇｅ  Ｊを用い、該二次粒子画像中における最大輝度及び最小輝度の中間値で二値化処理を行い、該二次粒子の断面内部を黒色とし、該二次粒子の断面内部に存在する空隙部分を白色として変換した二値化処理済み画像を得た。前記二値化処理済み画像について、該二次粒子断面の重心位置および面積を算出した。また、該二次粒子断面の内部に存在する空隙の個数と、各空隙の重心位置、面積および最大径についても算出した。なお、前記断面内部に存在する空隙は、面積が０．０１μｍ２以上であるものとして、上記算出を実施した。
１μｍ２当たりの空隙の数は以下のようにして測定した。
１μｍ２当たりの空隙の数（個／μｍ２）  ＝  二次粒子断面の内部に存在する空隙の個数／二次粒子断面の面積
【０１０６】
［空隙率の測定方法］
レーザー回折式粒度分布測定で得られた５０％累積体積粒度Ｄ５０（μｍ）をＡとし、画像解析によって算出した二次粒子断面の重心位置を中心として、半径がＡ／４となる円を描き、円の内部を粒子中心部とし、円の外部を粒子表面部とした。
【０１０７】
二次粒子断面における粒子表面部の空隙率は、以下のようにして算出した。
二次粒子断面における粒子表面部の空隙率（％）  ＝  粒子表面部に存在する空隙部分の面積／粒子表面部の二次粒子断面の面積×１００
【０１０８】
二次粒子断面における粒子中心部の空隙率は、以下のようにして算出した。
二次粒子断面における粒子中心部の空隙率（％）  ＝  粒子中心部に存在する空隙部分の面積／粒子中心部の二次粒子断面の面積×１００
【０１０９】
二次粒子表面部における空隙率に対する前記粒子中心部における空隙率の比は、以下のようにして算出した。
二次粒子表面部における空隙率に対する前記粒子中心部における空隙率の比  ＝  二次粒子中心部における空隙率（％）／前記粒子表面部における空隙率（％）
【０１１０】
二次粒子断面の空隙率は、以下のようにして算出した。
二次粒子断面の空隙率（％）  ＝  二次粒子断面に存在する空隙部分の面積／二次粒子断面の面積×１００
【０１１１】
［ＮＭＰ保液率の測定方法］
乾燥したリチウム二次電池用正極活物質に、ＮＭＰを含浸させたときのＮＭＰ吸油量をＢとし、吸油状態のリチウム二次電池用正極活物質を６０℃で３０間乾燥させたときのＮＭＰ含有量をＣとしたとき、以下の式（１）にて算出した。
ＮＭＰ保液率（％）＝Ｃ／Ｂ  ・・・（１）
【０１１２】
［組成分析］
後述の方法で製造されるリチウム金属複合酸化物粉末の組成分析は、得られたリチウム金属複合酸化物の粉末を塩酸に溶解させた後、誘導結合プラズマ発光分析装置（エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、ＳＰＳ３０００）を用いて行った。
【０１１３】
（２）リチウム二次電池用正極の作製
後述する製造方法で得られるリチウム二次電池用正極活物質と導電材（アセチレンブラック）とバインダー（ＰＶｄＦ）とを、リチウム二次電池用正極活物質：導電材：バインダー＝９２：５：３（質量比）の組成となるように加えて混練することにより、ペースト状の正極合剤を調製した。正極合剤の調製時には、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを有機溶媒として用いた。
【０１１４】
得られた正極合剤を、集電体となる厚さ４０μｍのＡｌ箔に塗布して１５０℃で８時間真空乾燥を行い、リチウム二次電池用正極を得た。このリチウム二次電池用正極の電極面積は１．６５ｃｍ２とした。
【０１１５】
（３）リチウム二次電池用負極の作製
次に、負極活物質として人造黒鉛（日立化成株式会社製ＭＡＧＤ）と、バインダーとしてＣＭＣ（第一工業薬製株式会社製）とＳＢＲ（日本エイアンドエル株式会社製）とを、負極活物質：ＣＭＣ：ＳＲＲ＝９８：１：１（質量比）の組成となるように加えて混練することにより、ペースト状の負極合剤を調製した。負極合剤の調製時には、溶媒としてイオン交換水を用いた。
【０１１６】
得られた負極合剤を、集電体となる厚さ１２μｍのＣｕ箔に塗布して６０℃で８時間真空乾燥を行い、リチウム二次電池用負極を得た。このリチウム二次電池用負極の電極面積は１．７７ｃｍ２とした。
【０１１７】
（４）リチウム二次電池（コイン型フルセル）の作製
以下の操作を、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で行った。
「（２）リチウム二次電池用正極の作製」で作製したリチウム二次電池用正極を、コイン型電池Ｒ２０３２用のパーツ（宝泉株式会社製）の下蓋にアルミ箔面を下に向けて置き、その上に積層フィルムセパレータ（ポリエチレン製多孔質フィルムの上に、耐熱多孔層を積層（厚み１６μｍ））を置いた。ここに電解液を３００μｌ注入した。電解液は、エチレンカーボネート（以下、ＥＣと称することがある。）とジメチルカーボネート（以下、ＤＭＣと称することがある。）とエチルメチルカーボネート（以下、ＥＭＣと称することがある。）の１６：１０：７４（体積比）混合液にビニレンカーボネート（以下、ＶＣと称することがある。）を１体積％加え、そこにＬｉＰＦ6を１．３ｍｏｌ／ｌとなるように溶解したもの（以下、ＬｉＰＦ6／ＥＣ＋ＤＭＣ＋ＥＭＣと表すことがある。）を用いた。
次に、「（３）リチウム二次電池用負極の作製」で作製したリチウム二次電池用負極を積層フィルムセパレータの上側に置き、ガスケットを介して上蓋をし、かしめ機でかしめてリチウム二次電池（コイン型フルセルＲ２０３２。以下、「フルセル」と称することがある。）を作製した。
【０１１８】
（５）初回充放電試験
「（４）リチウム二次電池（コイン型フルセル）の作製」で作製したフルセルを用いて、以下に示す条件で初回充放電試験を実施した。
＜サイクル試験＞
上記で作製したフルセルを用いて、以下に示す条件にて、２００回のサイクル試験にて寿命評価を実施し、２００回後の放電容量維持率を以下の式にて算出した。なお、２００回後の放電容量維持率が高いほど、寿命特性がよいことを示している。
２００回後の放電容量維持率（％）＝２００回目の放電容量/１回目の放電容量×１００
【０１１９】
＜サイクル試験条件＞
試験温度：６０℃    
充電時条件：充電時最大電圧４．１Ｖ、充電時間０．５時間、充電電流２．０ＣＡ
充電後休止時間：１０分
放電時条件：放電時最小電圧３．０Ｖ、放電時間０．５時間、放電電流２．０ＣＡ
放電後休止時間：１０分
本試験において、充電、充電休止、放電、放電休止を順に実施した工程を１回としている。
【０１２０】
（実施例１）
１．リチウム二次電池用正極活物質１の製造
攪拌器およびオーバーフローパイプを備えた反応槽内に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を５０℃に保持した。
【０１２１】
硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液と硫酸マンガン水溶液とを、ニッケル原子とコバルト原子とマンガン原子との原子比が０．３１５：０．３３：０．３５５となるように混合して、混合原料液を調整した。
【０１２２】
次に、反応槽内に、攪拌下、この混合原料溶液と硫酸アンモニウム水溶液を錯化剤として連続的に添加し、酸素濃度が４．９％となるように窒素ガスに空気を混合して得た酸素含有ガスを連続通気させた。反応槽内の溶液のｐＨが１１．９になるよう水酸化ナトリウム水溶液を適時滴下し、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を得て、水酸化ナトリウム溶液で洗浄した後、遠心分離機で脱水、単離し、１０５℃で乾燥することにより、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物１を得た。このニッケルコバルトマンガン複合水酸化物１のＢＥＴ比表面積は、２１．０ｍ２／ｇであった。
【０１２３】
以上のようにして得られたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物１と炭酸リチウム粉末とをＬｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ）＝１．１３となるように秤量して混合した後、大気雰囲気下９２５℃で６時間焼成し、目的のリチウム二次電池用正極活物質１を得た。
【０１２４】
２．リチウム二次電池用正極活物質１の評価
得られたリチウム二次電池用正極活物質１の組成分析を行い、組成式（Ｉ）に対応させたところ、ｘ＝０．０６、ａ＝０．３１５、ｂ＝０．３３０、ｃ＝０．３５５、ｄ＝０であった。
【０１２５】
リチウム二次電池用正極活物質１の５０％累積体積粒度Ｄ５０は、６．１μｍであった。
【０１２６】
リチウム二次電池用正極活物質１のＢＥＴ比表面積は、１．７ｍ２／ｇであった。
【０１２７】
リチウム二次電池用正極活物質１の二次粒子の断面において、１μｍ２当たりの空隙の数は０．６０個であった。
【０１２８】
リチウム二次電池用正極活物質１の二次粒子の断面における粒子表面部に空隙が存在し、該粒子表面部の空隙率は１６．９％であった。また、二次粒子の断面における粒子中心部に空隙の重心が存在し、該粒子中心部の空隙率は６１．２％であり、粒子表面部の空隙率に対する粒子中心部の空隙率の比（粒子中心部の空隙率／粒子表面部の空隙率）は３．６であった。
【０１２９】
リチウム二次電池用正極活物質１の二次粒子の断面における空隙率は２５．８％であった。
【０１３０】
リチウム二次電池用正極活物質１のＮＭＰ保液率は４３．６％であった。
【０１３１】
リチウム二次電池用正極活物質１の容量維持率は７９．４％と高かった。
【０１３２】
（実施例２）
１．リチウム二次電池用正極活物質２の製造
攪拌器およびオーバーフローパイプを備えた反応槽内に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を３０℃に保持した。
【０１３３】
硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液と硫酸マンガン水溶液とを、ニッケル原子とコバルト原子とマンガン原子との原子比が０．３４：０．３３：０．３３となるように混合して、混合原料液を調整した。
【０１３４】
次に、反応槽内に、攪拌下、この混合原料溶液と硫酸アンモニウム水溶液を錯化剤として連続的に添加し、酸素濃度が４．２％となるように窒素ガスに空気を混合して得た酸素含有ガスを連続通気させた。反応槽内の溶液のｐＨが１２．５になるよう水酸化ナトリウム水溶液を適時滴下し、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を得て、水酸化ナトリウム溶液で洗浄した後、遠心分離機で脱水、単離し、１０５℃で乾燥することにより、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物２を得た。このニッケルコバルトマンガン複合水酸化物２のＢＥＴ比表面積は、３４．４ｍ２／ｇであった。
【０１３５】
以上のようにして得られたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物２と炭酸リチウム粉末とをＬｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ）＝１．１３となるように秤量して混合した後、大気雰囲気下９２５℃で８時間焼成し、目的のリチウム二次電池用正極活物質２を得た。
【０１３６】
２．リチウム二次電池用正極活物質２の評価
得られたリチウム二次電池用正極活物質２の組成分析を行い、組成式（Ｉ）に対応させたところ、ｘ＝０．０５、ａ＝０．３４、ｂ＝０．３３、ｃ＝０．３３、ｄ＝０であった。
【０１３７】
リチウム二次電池用正極活物質２の５０％累積体積粒度Ｄ５０は、３．９μｍであった。
【０１３８】
リチウム二次電池用正極活物質２のＢＥＴ比表面積は、１．６ｍ２／ｇであった。
【０１３９】
リチウム二次電池用正極活物質２の二次粒子の断面において、１μｍ２当たりの空隙の数は４．３５個であった。
【０１４０】
リチウム二次電池用正極活物質２の二次粒子の断面における粒子表面部に空隙が存在し、該粒子表面部の空隙率は０．９％であった。また、二次粒子の断面における粒子中心部に空隙の重心が存在し、該粒子中心部の空隙率は２１．２％であり、粒子表面部の空隙率に対する粒子中心部の空隙率の比（粒子中心部の空隙率／粒子表面部の空隙率）は２５．０であった。
【０１４１】
リチウム二次電池用正極活物質２の二次粒子の断面における空隙率は１３．１％であった。
【０１４２】
リチウム二次電池用正極活物質２のＮＭＰ保液率は２５．４％であった。
【０１４３】
リチウム二次電池用正極活物質２の容量維持率は７７．５％と高かった。
【０１４４】
（実施例３）
１．リチウム二次電池用正極活物質３の製造
攪拌器およびオーバーフローパイプを備えた反応槽内に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を５０℃に保持した。
【０１４５】
硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液と硫酸マンガン水溶液とを、ニッケル原子とコバルト原子とマンガン原子との原子比が０．５５：０．２１：０．２４となるように混合して、混合原料液を調整した。
【０１４６】
次に、反応槽内に、攪拌下、この混合原料溶液と硫酸アンモニウム水溶液を錯化剤として連続的に添加し、酸素濃度が１２．３％となるように窒素ガスに空気を混合して得た酸素含有ガスを連続通気させた。反応槽内の溶液のｐＨが１２．７になるよう水酸化ナトリウム水溶液を適時滴下し、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を得て、水酸化ナトリウム溶液で洗浄した後、遠心分離機で脱水、単離し、１０５℃で乾燥することにより、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物３を得た。このニッケルコバルトマンガン複合水酸化物３のＢＥＴ比表面積は、５８．９ｍ２／ｇであった。
【０１４７】
以上のようにして得られたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物３と炭酸リチウム粉末とをＬｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ）＝１．０８となるように秤量して混合した後、大気雰囲気下７６０℃で５時間焼成し、さらに、大気雰囲気下８５０℃で１０時間焼成し、目的のリチウム二次電池用正極活物質３を得た。
【０１４８】
２．リチウム二次電池用正極活物質３の評価
得られたリチウム二次電池用正極活物質３の組成分析を行い、組成式（Ｉ）に対応させたところ、ｘ＝０．０４、ａ＝０．５５、ｂ＝０．２１、ｃ＝０．２４、ｄ＝０であった。
【０１４９】
リチウム二次電池用正極活物質３の５０％累積体積粒度Ｄ５０は、６．０μｍであった。
【０１５０】
リチウム二次電池用正極活物質３のＢＥＴ比表面積は、１．６ｍ２／ｇであった。
【０１５１】
リチウム二次電池用正極活物質３の二次粒子の断面において、１μｍ２当たりの空隙の数は２．２６個であった。
【０１５２】
リチウム二次電池用正極活物質３の二次粒子の断面における粒子表面部に空隙が存在し、該粒子表面部の空隙率は１０．９％であった。また、二次粒子の断面における粒子中心部に空隙の重心が存在し、該粒子中心部の空隙率は１７．７％であり、粒子表面部の空隙率に対する粒子中心部の空隙率の比（粒子中心部の空隙率／粒子表面部の空隙率）は１．６であった。
【０１５３】
リチウム二次電池用正極活物質３の二次粒子の断面における空隙率は１４．３％であった。
【０１５４】
リチウム二次電池用正極活物質３のＮＭＰ保液率は５９．０％であった。
【０１５５】
リチウム二次電池用正極活物質３の容量維持率は８２．５％と高かった。
【０１５６】
（実施例４）
１．リチウム二次電池用正極活物質４の製造
攪拌器およびオーバーフローパイプを備えた反応槽内に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を５０℃に保持した。
【０１５７】
硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液と硫酸マンガン水溶液とを、ニッケル原子とコバルト原子とマンガン原子との原子比が０．５５：０．２１：０．２４となるように混合して、混合原料液を調整した。
【０１５８】
次に、反応槽内に、攪拌下、この混合原料溶液と硫酸アンモニウム水溶液を錯化剤として連続的に添加し、酸素濃度が７．０％となるように窒素ガスに空気を混合して得た酸素含有ガスを連続通気させた。反応槽内の溶液のｐＨが１２．１になるよう水酸化ナトリウム水溶液を適時滴下し、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を得て、水酸化ナトリウム溶液で洗浄した後、遠心分離機で脱水、単離し、１０５℃で乾燥することにより、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物４を得た。このニッケルコバルトマンガン複合水酸化物４のＢＥＴ比表面積は、８２．５ｍ２／ｇであった。
【０１５９】
以上のようにして得られたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物４と炭酸リチウム粉末とをＬｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ）＝１．０８となるように秤量して混合した後、大気雰囲気下７６０℃で５時間焼成し、さらに、大気雰囲気下８５０℃で１０時間焼成し、目的のリチウム二次電池用正極活物質４を得た。
【０１６０】
２．リチウム二次電池用正極活物質４の評価
得られたリチウム二次電池用正極活物質４の組成分析を行い、組成式（Ｉ）に対応させたところ、ｘ＝０．０４、ａ＝０．５５、ｂ＝０．２１、ｃ＝０．２４、ｄ＝０であった。
【０１６１】
リチウム二次電池用正極活物質４の５０％累積体積粒度Ｄ５０は、４．０μｍであった。
【０１６２】
リチウム二次電池用正極活物質４のＢＥＴ比表面積は、２．０ｍ２／ｇであった。
【０１６３】
リチウム二次電池用正極活物質４の二次粒子の断面において、１μｍ２当たりの空隙の数は２．５９個であった。
【０１６４】
リチウム二次電池用正極活物質４の二次粒子の断面における粒子表面部に空隙が存在し、該粒子表面部の空隙率は１０．４％であった。また、二次粒子の断面における粒子中心部に空隙の重心が存在し、該粒子中心部の空隙率は５５．６％であり、粒子表面部の空隙率に対する粒子中心部の空隙率の比（粒子中心部の空隙率／粒子表面部の空隙率）は５．４であった。
【０１６５】
リチウム二次電池用正極活物質４の二次粒子の断面における空隙率は２０．６％であった。
【０１６６】
リチウム二次電池用正極活物質４のＮＭＰ保液率は５６．０％であった。
【０１６７】
リチウム二次電池用正極活物質４の容量維持率は７８．７％と高かった。
【０１６８】
（実施例５）
１．リチウム二次電池用正極活物質５の製造
攪拌器およびオーバーフローパイプを備えた反応槽内に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を５０℃に保持した。
【０１６９】
硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液と硫酸マンガン水溶液とを、ニッケル原子とコバルト原子とマンガン原子との原子比が０．５１０：０．２２５：０．２６５となるように混合して、混合原料液を調整した。
【０１７０】
次に、反応槽内に、攪拌下、この混合原料溶液と硫酸アンモニウム水溶液を錯化剤として連続的に添加し、酸素濃度が８．８％となるように窒素ガスに空気を混合して得た酸素含有ガスを連続通気させた。反応槽内の溶液のｐＨが１１．８になるよう水酸化ナトリウム水溶液を適時滴下し、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を得て、水酸化ナトリウム溶液で洗浄した後、遠心分離機で脱水、単離し、１０５℃で乾燥することにより、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物５を得た。このニッケルコバルトマンガン複合水酸化物５のＢＥＴ比表面積は、４２．８ｍ２／ｇであった。
【０１７１】
以上のようにして得られたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物５と炭酸リチウム粉末とをＬｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ）＝１．０８となるように秤量して混合した後、大気雰囲気下６９０℃で３時間焼成し、さらに、大気雰囲気下８５０℃で１０時間焼成し、目的のリチウム二次電池用正極活物質５を得た。
【０１７２】
２．リチウム二次電池用正極活物質５の評価
得られたリチウム二次電池用正極活物質５の組成分析を行い、組成式（Ｉ）に対応させたところ、ｘ＝０．０３、ａ＝０．５１０、ｂ＝０．２２５、ｃ＝０．２６５、ｄ＝０であった。
【０１７３】
リチウム二次電池用正極活物質５の５０％累積体積粒度Ｄ５０は、５．０μｍであった。
【０１７４】
リチウム二次電池用正極活物質５のＢＥＴ比表面積は、１．９ｍ２／ｇであった。
【０１７５】
リチウム二次電池用正極活物質５の二次粒子の断面において、１μｍ２当たりの空隙の数は１．３３個であった。
【０１７６】
リチウム二次電池用正極活物質５の二次粒子の断面における粒子表面部に空隙が存在し、該粒子表面部の空隙率は７．５％であった。また、二次粒子の断面における粒子中心部に空隙の重心が存在し、該粒子中心部の空隙率は３８．７％であり、粒子表面部の空隙率に対する粒子中心部の空隙率の比（粒子中心部の空隙率／粒子表面部の空隙率）は５．２であった。
【０１７７】
リチウム二次電池用正極活物質５の二次粒子の断面における空隙率は１１．２％であった。
【０１７８】
リチウム二次電池用正極活物質５のＮＭＰ保液率は３８．１％であった。
【０１７９】
リチウム二次電池用正極活物質５の容量維持率は８０．８％と高かった。
【０１８０】
（比較例１）
１．リチウム二次電池用正極活物質６の製造
攪拌器およびオーバーフローパイプを備えた反応槽内に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を３０℃に保持した。
【０１８１】
硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液と硫酸マンガン水溶液とを、ニッケル原子とコバルト原子とマンガン原子との原子比が０．３４：０．３３：０．３３となるように混合して、混合原料液を調整した。
【０１８２】
次に、反応槽内に、攪拌下、この混合原料溶液と硫酸アンモニウム水溶液を錯化剤として連続的に添加し、酸素濃度が２．７％となるように窒素ガスに空気を混合して得た酸素含有ガスを連続通気させた。反応槽内の溶液のｐＨが１１．７になるよう水酸化ナトリウム水溶液を適時滴下し、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を得て、水酸化ナトリウム溶液で洗浄した後、遠心分離機で脱水、単離し、１０５℃で乾燥することにより、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物６を得た。このニッケルコバルトマンガン複合水酸化物６のＢＥＴ比表面積は、１３．９ｍ２／ｇであった。
【０１８３】
以上のようにして得られたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物６と炭酸リチウム粉末とをＬｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ）＝１．０８となるように秤量して混合した後、大気雰囲気下９２５℃で８時間焼成し、目的のリチウム二次電池用正極活物質６を得た。
【０１８４】
２．リチウム二次電池用正極活物質６の評価
得られたリチウム二次電池用正極活物質６の組成分析を行い、組成式（Ｉ）に対応させたところ、ｘ＝０．０４、ａ＝０．３４、ｂ＝０．３３、ｃ＝０．３３、ｄ＝０であった。
【０１８５】
リチウム二次電池用正極活物質６の５０％累積体積粒度Ｄ５０は、４．５μｍであった。
【０１８６】
リチウム二次電池用正極活物質６のＢＥＴ比表面積は、１．１ｍ２／ｇであった。
【０１８７】
リチウム二次電池用正極活物質６の二次粒子の断面において、１μｍ２当たりの空隙の数は０．２９個であった。
【０１８８】
リチウム二次電池用正極活物質６の二次粒子の断面における粒子表面部に空隙が存在し、該粒子表面部の空隙率は０．７％であった。また、二次粒子の断面における粒子中心部に空隙の重心が存在し、該粒子中心部の空隙率は２０．２％であり、粒子表面部の空隙率に対する粒子中心部の空隙率の比（粒子中心部の空隙率／粒子表面部の空隙率）は２８．１であった。
【０１８９】
リチウム二次電池用正極活物質６の二次粒子の断面における空隙率は９．６％であった。
【０１９０】
リチウム二次電池用正極活物質６のＮＭＰ保液率は１６．８％であった。
【０１９１】
リチウム二次電池用正極活物質６の容量維持率は７４．１％であった。
【０１９２】
（比較例２）
１．リチウム二次電池用正極活物質７の製造
攪拌器およびオーバーフローパイプを備えた反応槽内に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を３０℃に保持した。
【０１９３】
硫酸ニッケル水溶液と硫酸コバルト水溶液と硫酸マンガン水溶液とを、ニッケル原子とコバルト原子とマンガン原子との原子比が０．６０：０．２０：０．２０となるように混合して、混合原料液を調整した。
【０１９４】
次に、反応槽内に、攪拌下、この混合原料溶液と硫酸アンモニウム水溶液を錯化剤として連続的に添加し、窒素ガスを連続通気させた。反応槽内の溶液のｐＨが１２．８になるよう水酸化ナトリウム水溶液を適時滴下し、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物粒子を得て、水酸化ナトリウム溶液で洗浄した後、遠心分離機で脱水、単離し、１０５℃で乾燥することにより、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物７を得た。このニッケルコバルトマンガン複合水酸化物７のＢＥＴ比表面積は、１０．３ｍ２／ｇであった。
【０１９５】
以上のようにして得られたニッケルコバルトマンガン複合水酸化物７と炭酸リチウム粉末とをＬｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ）＝１．０４となるように秤量して混合した後、大気雰囲気下７６０℃で５時間焼成し、さらに、大気雰囲気下８５０℃で１０時間焼成し、目的のリチウム二次電池用正極活物質７を得た。
【０１９６】
２．リチウム二次電池用正極活物質７の評価
得られたリチウム二次電池用正極活物質７の組成分析を行い、組成式（Ｉ）に対応させたところ、ｘ＝０．０２、ａ＝０．６０、ｂ＝０．２０、ｃ＝０．２０、ｄ＝０であった。
【０１９７】
リチウム二次電池用正極活物質７の５０％累積体積粒度Ｄ５０は、６．０μｍであった。
【０１９８】
リチウム二次電池用正極活物質７のＢＥＴ比表面積は、０．７ｍ２／ｇであった。
【０１９９】
リチウム二次電池用正極活物質７の二次粒子の断面においては、空隙が存在せず、１μｍ２当たりの空隙の数は０個であった。空隙の数が０個であったため、空隙率に関する評価を行うことができなかった。
【０２００】
リチウム二次電池用正極活物質７のＮＭＰ保液率は１６．４％であった。
【０２０１】
リチウム二次電池用正極活物質７の容量維持率は４７．７％であった。
【０２０２】
下記表１に、実施例１〜５、比較例１〜２のリチウム二次電池用正極活物質のＤ５０、ＢＥＴ比表面積、１μｍ２当たりの空隙の数、二次粒子表面部の空隙率、二次粒子中心部の空隙率、粒子中心部の空隙率／粒子表面部の空隙率、二次粒子の断面全体の空隙率、ＮＭＰ保液率、容量維持率の結果をまとめて記載する。
また、図４に実施例３の二次粒子断面のＳＥＭ画像を、図５に比較例１の二次粒子断面のＳＥＭ画像を、図６に比較例２の二次粒子断面のＳＩＭ画像を示す。
【０２０３】
【表１】
2018045759.tif 000002
【０２０４】
上記結果に示したとおり、本発明を適用した実施例１〜５のリチウム二次電池用正極活物質は、容量維持率がいずれも７７％以上と、高いものであった。また、図４に示すＳＥＭ画像のとおり、本発明を適用したリチウム二次電池用正極活物質は、二次粒子の断面において空隙が分散した状態であった。また、本発明を適用した実施例１〜５は、ＮＭＰ保液率がいずれも２５％以上と高かった。このことからも、本発明を適用すると、二次粒子の表面部と中心部とに、連通した空隙を有することが確認できた。
これに対し、本発明を適用しない比較例１及び２は、容量維持率がいずれも７５％を下回る結果であった。また、図５に示すＳＥＭ画像の通り、空隙が分散しておらず、中空状の粒子形状であった。さらに図６に示すＳＩＭ画像の通り、空隙がほとんどなく、緻密な粒子形状であった。比較例１及び２のリチウム二次電池用正極活物質は、ＮＭＰ保液率も２０％を大きく下回る結果であった。
【符号の説明】
【０２０５】
１…セパレータ、２…正極、３…負極、４…電極群、５…電池缶、６…電解液、７…トップインシュレーター、８…封口体、１０…リチウム二次電池、２１…正極リード、３１…負極リード
【図１】
2018045759.tif 000003
【図２】
2018045759.tif 000004
【図３】
2018045759.tif 000005
【図４】
2018045759.tif 000006
【図５】
2018045759.tif 000007
【図６】
2018045759.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月10日(2017.10.10)
【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】
一次粒子が凝集した二次粒子を含むリチウム複合金属酸化物であって、前記二次粒子内部に空隙を有し、前記二次粒子の断面において、１μｍ２当たりの空隙の数が０．３個以上１５個以下であることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項２】
前記二次粒子の断面全体において、空隙率が１％以上５０％以下である請求項１に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項３】
一次粒子が凝集した二次粒子を含むリチウム複合金属酸化物であって、前記二次粒子内部に空隙を有し、前記二次粒子の断面において、１μｍ２当たりの空隙の数が０．３個以上１５個以下であり、前記二次粒子の断面全体において、空隙率が１０％以上５０％以下であることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項４】
前記二次粒子の断面において、粒子中心部および粒子表面部にそれぞれ少なくとも一つ以上の空隙の重心を有し、前記粒子表面部の空隙率が０．７５％以上５０％以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用正極活物質（ここで、レーザー回折式粒度分布測定によって得られる、前記リチウム二次電池用正極活物質全体の平均粒子径（Ｄ５０）をＡとし、前記二次粒子と前記二次粒子内部に存在する空隙の重心位置を画像処理によって算出し、前記二次粒子の重心を中心として半径がＡ／４となる円の領域を粒子中心部としたときの、それ以外の領域を粒子表面部とする）。
【請求項５】
前記二次粒子中心部における空隙率が０．１％以上６５％以下である請求項４に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項６】
前記二次粒子表面部における空隙率に対する前記粒子中心部における空隙率の比が、０．１以上２５以下である請求項４または５に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項７】
下記の測定方法で測定されるＮＭＰ保液率が１８％以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
［ＮＭＰ保液率の測定方法］
乾燥したリチウム二次電池用正極活物質に、ＮＭＰを含浸させたときのＮＭＰ吸油量をＢとし、吸油状態のリチウム二次電池用正極活物質を６０℃で３０分間乾燥させたときのＮＭＰ含有量をＣとしたとき、以下の式（１）にて算出される値。
ＮＭＰ保液率（％）＝Ｃ／Ｂ  ・・・（１）
【請求項８】
下記組成式（Ｉ）で表される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
Ｌｉ［Ｌｉｘ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃＭｄ）１−ｘ］Ｏ２  ・・・（Ｉ）
（ここで、−０．１≦ｘ≦０．２、０＜ａ≦１、０≦ｂ≦０．４、０≦ｃ≦０．４、０≦ｄ≦０．１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ＭはＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｇａ及びＶからなる群より選択される１種以上の金属を表す。）
【請求項９】
前記組成式（Ｉ）が、下記組成式（Ｉ）−１である、請求項８に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
Ｌｉ［Ｌｉｘ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃＭｄ）１−ｘ］Ｏ２  ・・・（Ｉ）−１
（ここで、−０．１≦ｘ≦０．２、０＜ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．４、０≦ｃ≦０．４、０≦ｄ≦０．１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ＭはＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｇａ及びＶからなる群より選択される１種以上の金属を表す。）
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のリチウム二次電池用正極活物質を有するリチウム二次電池用正極。
【請求項１１】
請求項１０に記載のリチウム二次電池用正極を有するリチウム二次電池。