(57)【要約】【課題】高容量を実現する。【解決手段】正極活物質に、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物を含有し、ＬｉｘＭｙＰＯ４が粒子径が１０μｍ以下であり、かつ、１０％体積累積径が１μｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物を含有し、
上記ＬｉｘＭｙＰＯ４は、粒子径が１０μｍ以下であり、かつ、１０％体積累積径が１μｍ以下である正極活物質。
【請求項２】
上記化合物は、Ｌｉｘ（ＦｅｙＭ１−ｙ）ＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、ＭがＦｅを除く３ｄ遷移金属を含有する。）でありメスバウア分光法により得られるスペクトルにおいて、異性体シフト値が０．１ｍｍ／ｓｅｃ以上、０．７ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲にあるスペクトルの面積強度をＡとし、異性体シフト値が０．８ｍｍ／ｓｅｃ以上、１．５ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲にあるスペクトルの面積強度をＢとするとき、Ａ／Ｂは０．３未満である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
上記ＬｉｘＭｙＰＯ４は、ＬｉＦｅＰＯ４である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
上記ＬｉｘＭｙＰＯ４は、４００℃以上７００℃以下の温度で焼成され合成されるものである請求項１記載の正極活物質。
【請求項５】
上記ＬｉｘＭｙＰＯ４は、ブルナウアー・エメット・テーラー比表面積が０．５ｍ２／ｇ以上である請求項１記載の正極活物質。
【請求項６】
リチウムを可逆的にドープ／脱ドープ可能な、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物を含有する正極活物質を有する正極と、リチウムを可逆的にドープ／脱ドープ可能な負極活物質を有する負極と、非水電解質とを備えた非水電解質二次電池において、
上記ＬｉｘＭｙＰＯ４は、粒子径が１０μｍ以下であり、かつ、１０％体積累積径が１μｍ以下である非水電解質二次電池。
【請求項７】
上記化合物は、Ｌｉｘ（ＦｅｙＭ１−ｙ）ＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、ＭがＦｅを除く３ｄ遷移金属を含有する。）であり、メスバウア分光法により得られるスペクトルにおいて、異性体シフト値が０．１ｍｍ／ｓｅｃ以上、０．７ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲にあるスペクトルの面積強度をＡとし、異性体シフト値が０．８ｍｍ／ｓｅｃ以上、１．５ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲にあるスペクトルの面積強度をＢとするとき、Ａ／Ｂは０．３未満である請求項６に記載の非水電解質二次電池。
【請求項８】
上記ＬｉｘＭｙＰＯ４は、ＬｉＦｅＰＯ４である請求項６に記載の非水電解質二次電池。
【請求項９】
上記ＬｉｘＭｙＰＯ４は、４００℃以上７００℃以下の温度で焼成され合成されるものである請求項６記載の非水電解質二次電池。
【請求項１０】
上記ＬｉｘＭｙＰＯ４は、ブルナウアー・エメット・テーラー比表面積が０．５ｍ２／ｇ以上である請求項６記載の非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムを可逆的にドープ／脱ドープ可能な正極活物質、及びこの正極活物質を用いた非水電解質二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の電子機器の飛躍的進歩とともに、長時間便利に、かつ経済的に使用できる電池として、再充電可能な二次電池の研究が進められている。代表的な二次電池としては、鉛蓄電池、アルカリ蓄電池、リチウム二次電池等が知られている。
【０００３】
上記のような二次電池の中でも特に、リチウム二次電池は、高出力、高エネルギー密度などの利点を有している。リチウム二次電池は、少なくともリチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な活物質を有する正極と負極と、非水電解質とから構成される。
【０００４】
このリチウム二次電池の正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ２やＬｉＮｉＯ２、正スピネル型構造を持ち、空間群Ｆｄ３ｍを有するＬｉＭｎ２Ｏ４等が実用化されている。しかしながら、より経済的で、安定供給が可能であり、且つ安定性、高容量及び良好なサイクル特性を実現する正極活物質が求められている。
【０００５】
現在、リチウム二次電池の正極活物質としてオリビン構造を有する化合物、例えば一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物が有望な材料とされている。
ＬｉｘＭｙＰＯ４で表される化合物のうち、例えばＬｉＦｅＰＯ４をリチウムイオン電池の正極に用いることが、特開平９−１７１８２７号公報において提案されている。
【０００６】
ＬｉＦｅＰＯ４は、理論容量が１７０ｍＡｈ／ｇと大きく、初期状態において電気化学的に脱ドープ可能なＬｉをＦｅ原子１個当たりに１個含んでいるので、リチウムイオン電池の正極活物質として有望な材料である。
【０００７】
ＬｉＦｅＰＯ４は、従来、合成原料となるＦｅ源として酢酸鉄Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２などの２価の鉄の塩を用い、還元環境下にて８００℃という比較的高温で焼成されることにより合成されていた。
【０００８】
しかし、上述した合成方法により合成されたＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質として用いて構成された実際の電池では、６０ｍＡｈ／ｇ〜７０ｍＡｈ／ｇ程度の実容量しか得られていないことが、上記公報において報告されている。その後、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，１４４，１１８８（１９９７）において１２０ｍＡｈ／ｇ程度の実容量が報告されているが、理論容量が１７０ｍＡｈ／ｇであることを考えると、十分な容量を有しているとはいえない。
【０００９】
また、ＬｉＦｅＰＯ４とＬｉＭｎ２Ｏ４とを比較すると、ＬｉＦｅＰＯ４は体積密度が３．６ｇ／ｃｍ３であり、平均電圧が３．４Ｖであるのに対し、ＬｉＭｎ２Ｏ４は、体積密度が４．２ｇ／ｃｍ３であり、平均電圧が３．９Ｖであり、１２０ｍＡｈ／ｇの容量を有していることから、ＬｉＦｅＰＯ４はＬｉＭｎ２Ｏ４よりも電圧、体積密度ともに１割程度小さいことになる。このため、同じ１２０ｍＡｈ／ｇの容量だと、ＬｉＦｅＰＯ４は、ＬｉＭｎ２Ｏ４よりも重量エネルギー密度で１割以上、体積エネルギー密度で２割以上小さくなってしまう。このため、ＬｉＦｅＰＯ４でＬｉＭｎ２Ｏ４と同等レベルあるいはそれ以上のエネルギー密度を実現するためには、１４０ｍＡｈ／ｇあるいはそれ以上の容量が要求されるが、ＬｉＦｅＰＯ４でこのような高容量はこれまで実現されていなかった。
【００１０】
また、８００℃という比較的高温で焼成されることにより合成されたＬｉＦｅＰＯ４は、結晶化が過剰に進行して、リチウムの拡散が妨げられることがあった。このため、非水電解質二次電池は、十分に高い容量を得ることができなかった。更に、焼成時の温度が高いと、その分エネルギーを消費することになり、また、反応装置等に与える負荷も大きかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９−１３４７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、電池に用いられると高容量を実現する正極活物質及びその正極活物質を用いた非水電解質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】
【００１３】
上述の目的を達成するために、本発明に係る正極活物質は、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物を含有し、ＬｉｘＭｙＰＯ４は、粒子径が１０μｍ以下であり、かつ、１０％体積累積径が１μｍ以下である。
【００１４】
以上のように構成された本発明に係る正極活物質は、ＬｉｘＭｙＰＯ４の粒子径が１０μｍ以下であり、かつ、１０％体積累積径が１μｍ以下であることによって、リチウムのドープ／脱ドープが良好に行われるので、優れたサイクル特性及び高容量を有するものとなる。
【００１５】
また、本発明に係る非水電解質二次電池は、リチウムを可逆的にドープ／脱ドープ可能な、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物を含有する正極活物質を有する正極と、リチウムを可逆的にドープ／脱ドープ可能な負極活物質を有する負極と、非水電解質とを備えた非水電解質二次電池において、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物を含有し、ＬｉｘＭｙＰＯ４は、粒子径が１０μｍ以下であり、かつ、１０％体積累積径が１μｍ以下である。
【００１６】
以上のように構成された本発明に係る非水電解質二次電池は、ＬｉｘＭｙＰＯ４の粒子径が１０μｍ以下であり、かつ、１０％体積累積径が１μｍ以下であることによって、リチウムのドープ／脱ドープが良好に行われるので、優れたサイクル特性及び高容量を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明を適用した非水電解質二次電池の一構成例を示す断面図である。
【図２】図２は、サンプル１〜サンプル５で合成されたＬｉＦｅＰＯ４の粉末Ｘ線回折パターンを示す特性図である。
【図３】図３は、サンプル１〜サンプル５で合成されたＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度と電池の充放電容量との関係を示す特性図である。
【図４】図４は、サンプル１〜サンプル５で合成されたＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度と体積粒度分布との関係を示す特性図である。
【図５】図５は、サンプル１〜サンプル５で合成されたＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度と体積累積径との関係を示す特性図である。
【図６】図６は、サンプル１〜サンプル５で合成され、粒子径が０．１μｍ〜１０μｍの範囲であるＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度と体積累積径との関係を示す特性図である。
【図７】図７は、焼成温度が５００℃であるＬｉＦｅＰＯ４の粒子形状を表す走査顕微鏡写真である。
【図８】図８は、焼成温度が６００℃であるＬｉＦｅＰＯ４の粒子形状を表す走査顕微鏡写真である。
【図９】図９は、焼成温度が７００℃であるＬｉＦｅＰＯ４の粒子形状を表す走査顕微鏡写真である。
【図１０】図１０は、サンプル１〜サンプル５で合成されたＬｉＦｅＰＯ４のＢＥＴ比表面積を示す特性図である。
【図１１】図１１は、サンプル１、５、６で合成されたＬｉＦｅＰＯ４の粉末Ｘ線回折パターンを示す特性図である。
【図１２】図１２は、サンプル１で作製された電池の充放電特性を示す特性図である。
【図１３】図１３は、サンプル１で作製された電池のサイクル特性を示す特性図である。
【図１４】図１４は、サンプル５で作製された電池の充放電特性を示す特性図である。
【図１５】図１５は、サンプル６で作製された電池の充放電特性を示す特性図である。
【図１６】図１６は、Ｌｉ（Ｍｎ０．６Ｆｅ０．４）ＰＯ４のＸ線回折パターンを示す特性図である。
【図１７】図１７は、Ｌｉ（Ｍｎ０．６Ｆｅ０．４）ＰＯ４を用いて作製された電池の充放電特性を示す図である。
【図１８】図１８は、６００℃で焼成して得られたＬｉ（Ｍｎ０．６Ｆｅ０．４）ＰＯ４の粒度分布を示す図である。
【図１９】図１９は、焼成温度を３２０℃として合成されたサンプル６のＬｉＦｅＰＯ４のメスバウアスペクトル図である。
【図２０】図２０は、焼成温度を４００℃として合成されたサンプル２のＬｉＦｅＰＯ４のメスバウアスペクトル図である。
【図２１】図２１は、焼成温度を６００℃として合成されたサンプル１のＬｉＦｅＰＯ４のメスバウアスペクトル図である。
【図２２】図２２は、サンプル６のＬｉＦｅＰＯ４のＦｅ２＋のメスバウアスペクトル図である。
【図２３】図２３は、サンプル６のＬｉＦｅＰＯ４のＦｅ３＋のメスバウアスペクトル図である。
【図２４】図２４は、サンプル２のＬｉＦｅＰＯ４のＦｅ２＋のメスバウアスペクトル図である。
【図２５】図２５は、サンプル２のＬｉＦｅＰＯ４のＦｅ２＋のメスバウアスペクトル図である。
【図２６】図２６は、サンプル１のＬｉＦｅＰＯ４のＦｅ２＋のメスバウアスペクトル図である。
【図２７】図２７は、サンプル１のＬｉＦｅＰＯ４のＦｅ３＋のメスバウアスペクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
本発明を適用した非水電解液電池１は、図１に示すように、負極２と、負極２を収容する負極缶３と、正極４と、正極４を収容する正極缶５と、正極４と負極２との間に配されたセパレータ６と、絶縁ガスケット７とを備え、負極缶３及び正極缶５内に非水電解液が充填されてなる。
【００２０】
負極２は、負極集電体上に、負極活物質を含有する負極活物質層が形成されてなる。負極集電体としては、例えばニッケル箔等が用いられる。
【００２１】
負極活物質としては、リチウムをドープ／脱ドープ可能なものを用い、具体的には、金属リチウム、リチウム合金、リチウムがドープされた導電性高分子、層状化合物（炭素材料や金属酸化物など）等を用いる。
【００２２】
負極活物質層に含有される結合剤としては、この種の非水電解液電池の負極活物質層の結合剤として通常用いられている公知の樹脂材料等を用いることができる。
【００２３】
また、負極２としては、負極活物質となる例えば金属リチウム箔を用いても良い。
【００２４】
負極缶３は、負極２を収容するものであり、また、非水電解液電池１の外部負極となる。
【００２５】
正極４は、正極集電体上に、正極活物質を含有する正極活物質層が形成されてなる。
【００２６】
正極活物質としては、製造方法は後述するが、オリビン構造を有し、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物を用いる。
【００２７】
ＬｉｘＭｙＰＯ４で表される化合物としては、例えば、ＬｉｘＦｅｙＰＯ４、ＬｉｘＭｎｙＰＯ４、ＬｉｘＣｏｙＰＯ４、ＬｉｘＮｉｙＰＯ４、ＬｉｘＣｕｙＰＯ４、Ｌｉｘ（Ｆｅ，Ｍｎ）ｙＰＯ４、Ｌｉｘ（Ｆｅ，Ｃｏ）ｙＰＯ４、Ｌｉｘ（Ｆｅ，Ｎｉ）ｙＰＯ４、Ｌｉｘ（Ｃｕ，Ｍｎ）ｙＰＯ４、Ｌｉｘ（Ｃｕ，Ｃｏ）ｙＰＯ４、Ｌｉｘ（Ｃｕ，Ｎｉ）ｙＰＯ４、Ｌｉｘ（Ｍｎ，Ｔｉ）ｙＰＯ４、Ｌｉｘ（Ｍｎ，Ｚｎ）ｙＰＯ４、Ｌｉｘ（Ｍｎ，Ｍｇ）ｙＰＯ４等（なお、（  ）内の組成比は任意である。）が挙げられる。
【００２８】
このＬｉｘＭｙＰＯ４は、粒子径が１０μｍ以下であるものを含む。正極活物質が含有するＬｉｘＭｙＰＯ４として、粒子径が１０μｍ以下であるＬｉｘＭｙＰＯ４を含まない場合には、粒度分布が適切でないため、電荷担体であるリチウムが正極活物質の粒子内において十分に拡散することができない。
【００２９】
また、ＬｉｘＭｙＰＯ４は、１０％体積累積径が１μｍ以下であることが好ましい。１０％体積累積径が１μｍより大きい場合には、ＬｉｘＭｙＰＯ４は、結晶化が過度に進行して巨大粒子なったものが大部分を占めている虞がある。このため、電荷担体であるリチウムが、正極活物質の粒子内において円滑に拡散することができない虞がある。
【００３０】
さらに、ＬｉｘＭｙＰＯ４は、ブルナウアー・エメット・テーラー（ＢＥＴ）比表面積が０．５ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。粒子径の大きな正極活物質の場合、表面積が小さくなる。このような状況下で大電流を流す場合、すなわち短時間に大量のリチウムイオンを活物質中に導入する場合、活物質中のリチウムの拡散が外部からのリチウムの供給に追いつかなくなり、見かけ上容量が減少する。従って、大電流下でも十分な容量を確保するためには、比表面積を大きくする、ひいては上述したように粒径を小さくするべく技術的な施策が必要となってくる。
【００３１】
ＬｉｘＭｙＰＯ４のＢＥＴ比表面積を０．５ｍ２／ｇ以上とすることで、活物質中でのリチウムの拡散を速やかにし、大電流下でも十分な容量を確保することができる。
【００３２】
また、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４で表される化合物において、Ｍが３ｄ遷移金属としてＦｅを含有する化合物、即ち一般式Ｌｉｘ（ＦｅｙＭ１−ｙ）ＰＯ４（ただし、ｘが０．９≦ｘ≦１．１の範囲であり、ｙが０＜ｙ≦１の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物としては、メスバウア分光法により得られるスペクトルにおいて、異性体シフト値が０．１ｍｍ／ｓｅｃ以上、０．７ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲にあるスペクトルの面積強度をＡとし、異性体シフト値が０．８ｍｍ／ｓｅｃ以上、１．５ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲にあるスペクトルの面積強度をＢとするとき、Ａ／Ｂは０．３未満であるものを用いる。
【００３３】
例えばＬｉｘ（ＦｅｙＭ１−ｙ）ＰＯ４において、ｘが１であり、且つｙが０であるＬｉＦｅＰＯ４は、メスバウア分光測定により、Ｆｅ２＋に相当するメスバウアスペクトルとして、異性体シフト値が約１．２ｍｍ／ｓｅｃであり、４重極分裂が約２．９ｍｍ／ｓｅｃであるダブレットが観察される。また、Ｆｅ２＋が酸化されてＦｅ３＋がＬｉＦｅＰＯ４中に存在する場合、Ｆｅ３＋に相当するメスバウアスペクトルとして、異性体シフト値が０．１ｍｍ／ｓｅｃ以上、０．７ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲にあるダブレットが観察される。
【００３４】
ＬｉＦｅＰＯ４は、初期充電の過程においてＬｉが抜けると同時に、Ｆｅ２＋がＦｅ３＋に酸化される。初期充電する前の状態でＬｉＦｅＰＯ４中にＦｅ３＋が含有されていると、電池反応に寄与する電子数が減少するので、結果としてリチウムイオン二次電池における充電容量の低下を招くことになる。
【００３５】
リチウムイオン二次電池は、負極にカーボン等のＬｉを含まない材料を使用しているため、初期の充電容量がその後の電池容量を決定する。また、リチウムイオン二次電池は、負極にＬｉを含む材料を使用した場合であっても、Ｆｅ３＋を含む相が電気化学的に不活性であると、この不活性相の存在により電池容量が低下する虞がある。このため、初期充電する前の状態において、ＬｉＦｅＰＯ４中に存在するＦｅ３＋はできるだけ少ないことが好ましい。
【００３６】
上述した面積強度ＡはＬｉＦｅＰＯ４中に存在するＦｅ３＋の存在量に、面積強度ＢはＬｉＦｅＰＯ４中に存在するＦｅ２＋の存在量に比例する。従って、Ａ／Ｂが０．３未満であるＬｉＦｅＰＯ４は、Ｆｅ３＋の存在量が少なく、このＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質として含有する非水電解質二次電池は、高容量が実現される。
【００３７】
正極集電体としては、例えばアルミニウム箔等が用いられる。
【００３８】
正極活物質層に含有される結合剤としては、この種の非水電解液電池の正極活物質層の結合剤として通常用いられている公知の樹脂材料等を用いることができる。
【００３９】
正極缶５は、正極４を収容するものであり、また、非水電解液電池１の外部正極となる。
【００４０】
セパレータ６は、正極４と、負極２とを離間させるものであり、この種の非水電解液電池のセパレータとして通常用いられている公知の材料を用いることができ、例えばポリプロピレンなどの高分子フィルムが用いられる。また、リチウムイオン伝導度とエネルギー密度との関係から、セパレータの厚みはできるだけ薄いことが必要である。具体的には、セパレータの厚みは例えば５０μｍ以下が好ましい。
【００４１】
絶縁ガスケット７は、負極缶３に組み込まれ一体化されている。この絶縁ガスケット７は、負極缶３及び正極缶５内に充填された非水電解液の漏出を防止するためのものである。
【００４２】
非水電解液としては、非プロトン性非水溶媒に電解質を溶解させた溶液を用いる。
【００４３】
非水溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、スルホラン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、２−メチルテトラヒドロフラン、３−メチル１，３−ジオキソラン、プロピオン酸メチル、酪酸メチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等を使用することができる。特に、電圧安定性の点からは、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類を使用することが好ましい。また、このような非水溶媒は、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００４４】
また、非水溶媒に溶解させる電解質としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２等のリチウム塩を使用することができる。これらのリチウム塩の中でも、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４を使用することが好ましい。
【００４５】
上述したＬｉｘＭｙＰＯ４を正極活物質として用いた非水電解液電池１は、例えば以下のようにして作製される。
【００４６】
負極２としては、まず、負極活物質と結着剤とを溶媒中に分散させてスラリーの負極合剤を調製する。次に、得られた負極合剤を集電体上に均一に塗布、乾燥して負極活物質層を形成することにより負極２が作製される。上記負極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記負極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。また、負極活物質となる金属リチウムをそのまま負極２として用いることもできる。
【００４７】
正極４としては、まず、正極活物質となるＬｉｘＭｙＰＯ４と結着剤とを溶媒中に分散させてスラリーの正極合剤を調製する。次に、得られた正極合剤を集電体上に均一に塗布、乾燥して正極活物質層を形成することにより正極４が作製される。正極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、正極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【００４８】
非水電解液は、電解質塩を非水溶媒中に溶解することにより調製される。
【００４９】
そして、負極２を負極缶３に収容し、正極４を正極缶５に収容し、負極２と正極４との間に、ポリプロピレン製多孔質膜等からなるセパレータ６を配する。負極缶３及び正極缶５内に非水電解液を注入し、絶縁ガスケット７を介して負極缶３と正極缶５とをかしめて固定することにより、非水電解液電池１が完成する。
【００５０】
ところで、正極活物質の製造方法では、オリビン構造を有し、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４（ただし、ｘが０．９≦ｘ≦１．１の範囲であり、ｙが０＜ｙ≦１の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物、例えばＬｉＦｅＰＯ４を以下に示すようにして合成する。
【００５１】
まず、合成原料として例えば酢酸鉄（Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）と、リン酸水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）と、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）とを所定比で混合して前駆体とする。ここで、合成原料の混合は十分に行う。合成原料を十分に混合することで、各原料が均一に混ざり合い、接触点が増えるため、従来よりも低い温度でＬｉＦｅＰＯ４を合成することが可能になる。
【００５２】
次に、この前駆体を窒素等の不活性ガス雰囲気中、所定の温度で焼成することにより、ＬｉＦｅＰＯ４が合成される。
【００５３】
従来、ＬｉＦｅＰＯ４は例えば８００℃という比較的高温で焼成されていた。焼成時の温度が高いと、その分エネルギーを消費することになり、また、反応装置等に与える負荷も大きかった。
【００５４】
そこで、合成原料を十分に混合して前駆体とし、窒素気流中で焼成を行うことにより、例えば３００℃という、従来の８００℃に比べてはるかに低い温度でＬｉＦｅＰＯ４を合成することが可能となった。つまり、従来に比べてより広い温度範囲でＬｉＦｅＰＯ４を合成することが可能となり、前駆体を焼成する温度（以下、焼成温度と称する。）の選択の幅が広がった。本発明者は、前駆体を焼成する焼成温度と、ＬｉＦｅＰＯ４を活物質として用いた電池の容量との関係に着目し、最適なＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度について検討した。
【００５５】
その結果、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度は、具体的には４００℃以上、７００℃以下の範囲とする。又、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度は４００℃以上、６００℃以下の範囲であることが好ましい。
【００５６】
ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度が４００℃よりも低いと、不純物である３価の鉄化合物等、即ちＦｅ３＋を含む相が存在し、均一なＬｉＦｅＰＯ４を得ることができない。また、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度が７００℃よりも高いと、結晶化が過剰に進行してしまい、不純物の析出が抑えられない虞がある。
【００５７】
なお、上述した正極活物質の製造方法において、前駆体を焼成する前に、前駆体中に対して脱空気処理を施して、前駆体中に含有される空気を除去することが好ましい。
【００５８】
前駆体中に空気が残存していると、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成時に、２価の鉄化合物である酢酸鉄中のＦｅ２＋が、当該空気中の酸素によって酸化されてＦｅ３＋となってしまう。その結果、不純物である３価の鉄化合物が生成物のＬｉＦｅＰＯ４中に混入してしまう。脱空気処理により、前駆体中に含まれる空気を除去することで、酢酸鉄中のＦｅ２＋の酸化を防ぐことができる。その結果、３価の鉄化合物が生成物のＬｉＦｅＰＯ４中に混入せず、単相のＬｉＦｅＰＯ４を得ることができる。
【００５９】
また、ＬｉＦｅＰＯ４の合成原料としては、上述した化合物以外にも、水酸化リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、リン酸リチウム、リン酸第一鉄、酸化第一鉄等、種々の原料を用いることができるが、４００℃以上、７００℃以下という比較的低温で焼成するためには、反応性の高い原料を用いることが好ましい。
【００６０】
上述のようにして作製された非水電解液二次電池１は、正極活物質としてＬｉｘＭｙＰＯ４を含有する。
【００６１】
この正極活物質は、粒子径が１０μｍ以下であるＬｉｘＭｙＰＯ４を含むので、電荷担体であるリチウムの拡散が十分に起こるために適した粒度分布を有するものとなる。従って、非水電解液二次電池１としては、リチウムのドープ／脱ドープが良好に行われるので、優れたサイクル特性及び高容量を有するものとなる。
【００６２】
また、この正極活物質は、１０％体積累積径が１μｍ以下であるＬｉｘＭｙＰＯ４を含むことにより、電荷担体であるリチウムの拡散がより円滑に起こるために適した粒度分布を有するものとなる。従って、非水電解液二次電池１としては、リチウムのドープ／脱ドープがより良好に行われるので、より優れたサイクル特性及び高容量を有するものとなる。
【００６３】
上述したような正極活物質の製造方法では、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４で表される化合物として、例えばＬｉＦｅＰＯ４の合成原料を混合して前駆体とし、この前駆体を４００℃以上、７００℃以下の範囲である温度で焼成するので、化学反応と結晶化とが均一に進行し、且つ結晶化が過度に進行しない。これにより、正極活物質としては、不純物が無く、単相のＬｉＦｅＰＯ４が得られる。従って、この正極活物質は、従来の非水電解質二次電池の１２０ｍＡｈ／ｇを上回る高容量を実現することができる。
【００６４】
また、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度を４００℃以上、６００℃以下の範囲とすることにより、ＬｉＦｅＰＯ４理論容量である１７０ｍＡｈ／ｇに迫る高い実容量を実現することができる。
【００６５】
なお、本発明に係る正極活物質は、上述したようなＬｉＦｅＰＯ４に限らず、一般式Ｌｉｘ（ＦｅｙＭ１−ｙ）ＰＯ４で表される化合物にも適用される。
【００６６】
さらに、本発明に係る非水電解質二次電池の構成も、上述したような構成に限定されず、非水電解質として、固体電解質や、膨潤溶媒を含有するゲル状の固体電解質を用いた場合にも適用可能である。また、本発明に係る非水電解質二次電池は、円筒型、角型、コイン型、ボタン型等、その形状については特に限定されることはなく、また、薄型、大型等の種々の大きさにすることができる。
【００６７】
また、正極活物質の製造方法において、ＬｉＦｅＰＯ４の合成原科となる化合物の粉末を混合して焼成する固相反応による方法を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、固相反応又は固相反応以外の種々の化学合成法を適用して一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４で表される化合物を合成することができる。
【実施例】
【００６８】
以下、本発明を適用した具体的な実施例及び比較例について、実験結果に基づいて説明する。
【００６９】
＜実験１＞
実験１では、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４で表される化合物を正極活物質として作製し、この正極活物質を用いた非水電解液二次電池をテストセルとして作製し、種々の特性を評価した。
【００７０】
先ず、正極活物質の粒度分布の相違による非水電解液二次電池の特性の違いを評価するため、焼成温度を変えて正極活物質を合成した。次に、これを用いてテストセルを作製した。
【００７１】
サンプル１
まず、正極活物質としてＬｉＦｅＰＯ４を、焼成温度を６００℃として合成した。
【００７２】
ＬｉＦｅＰＯ４を合成するには、まず、結晶子サイズの大きい原料のリン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）を予め十分に粉砕した。次に、酢酸鉄（Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）と、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）と、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）とを、モル比が２：２：１になるように十分に混合して前駆体とした。
【００７３】
次に、窒素雰囲気下、前駆体を３００℃で１２時間の仮焼きを行った後、窒素雰囲気下、前駆体を６００℃で２４時間焼成することによりＬｉＦｅＰＯ４を合成した。
【００７４】
そして、上述のようにして得られたＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質として用いて電池を作製した。
【００７５】
まず、正極活物質として乾燥したＬｉＦｅＰＯ４を７０重量％と、導電剤としてアセチレンブラックを２５重量％と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを５重量％とを、溶媒としてジメチルホルムアミド中に均一に混合してペースト状の正極合剤を調製した。なお、ポリフッ化ビニリデンには、アルドリッチ社製の＃１３００を用いた。
【００７６】
次に、この正極合剤を集電体となるアルミニウムメッシュ上に塗布し、乾燥アルゴン雰囲気下、１００℃で１時間乾燥して正極活物質層を形成した。
【００７７】
そして、正極活物質層が形成されたアルミニウムメッシュを、直径１５ｍｍの円板状に打ち抜くことによりペレット状の正極とした。なお、この正極１個には、６０ｍｇの活物質が担持されている。
【００７８】
次に、リチウム金属箔を正極と略同形に打ち抜くことにより負極とした。
【００７９】
次に、プロピレンカーボネートとジメチルカーボネートとの等容量混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解させることにより非水電解液を調製した。
【００８０】
以上のようにして得られた正極を正極缶に収容し、負極を負極缶に収容し、正極と負極との間にセパレータを配した。正極缶及び負極缶内に非水電解液を注入し、正極缶と負極缶とをかしめて固定することにより、２０２５型のコイン型テストセルを作製した。
【００８１】
サンプル２
焼成温度を４００℃としたこと以外は、サンプル１と同様にして正極活物質を合成し、この正極活物質を用いて、テストセルを作製した。
【００８２】
サンプル３
焼成温度を５００℃としたこと以外は、サンプル１と同様にして正極活物質を合成し、この正極活物質を用いて、テストセルを作製した。
【００８３】
サンプル４
焼成温度を７００℃としたこと以外は、サンプル１と同様にして正極活物質を合成し、この正極活物質を用いて、テストセルを作製した。
【００８４】
サンプル５
焼成温度を８００℃としたこと以外は、サンプル１と同様にして正極活物質を合成し、この正極活物質を用いて、テストセルを作製した。
【００８５】
次に、上述したような方法により合成された正極活物質であるＬｉＦｅＰＯ４について、粉末Ｘ線回折パターンを測定した。粉末Ｘ線回折の測定条件をつぎに示す。
【００８６】
使用装置：リガクＲＩＮＴ２５００回転対陰極
Ｘ線：ＣｕＫα，４０ｋＶ，１００ｍＡ
ゴニオメータ：縦型標準、半径１８５ｍｍ
カウンタモノクロメータ：使用
フィルタ：使用しない
スリット幅：
ダイバージェントスリット（ＤＳ）＝１°
レシービングスリット（ＲＳ）＝１°
スキャッタリングスリット（ＳＳ）＝０．１５ｍｍ
計数装置：シンチレーションカウンタ
測定法：反射法、連続スキャン
走査範囲：２θ＝１０°〜８０°
スキャンスピード：４°／分
【００８７】
サンプル１〜サンプル５で合成されたＬｉＦｅＰＯ４の粉末Ｘ線回折パターンを図２に示す。図２から、サンプル１〜サンプル５で合成されたＬｉＦｅＰＯ４では、生成物中にＬｉＦｅＰＯ４以外の不純物の存在は確認されず、いずれも単相のＬｉＦｅＰＯ４が得られていることがわかる。
【００８８】
次に、サンプル１〜サンプル５で作製されたテストセルについて、充放電試験を行った。まず、各テストセルに対して定電流充電を行い、電池電圧が４．５Ｖになった時点で、定電流充電から定電圧充電に切り替えて、電圧を４．５Ｖに保ったまま充電を行った。そして、電流が０．０１ｍＡ／ｃｍ２以下になった時点で充電を終了させた。その後、放電を行い、電池電圧が２．０Ｖまで低下した時点で放電を終了させた。なお、充電時、放電時ともに常温（２３℃）で行い、このときの電流密度は０．１２ｍＡ／ｃｍ２とした。
【００８９】
充放電試験の結果として、サンプル１〜サンプル５で合成されたＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度と、電池の充放電容量との関係を図３に示す。図３より、非水電解液二次電池は、正極活物質であるＬｉＦｅＰＯ４を４００℃以上、７００℃以下の範囲で焼成することで、高容量を備えるものとなることがわかった。また、非水電解液二次電池は、前駆体の焼成温度が４００℃以上、６００℃以下である場合には、非常に高い容量を備えたものとなることがわかった。
【００９０】
次に、サンプル１〜サンプル５で合成された正極活物質について、体積粒度分布測定を行った。体積粒度分布の測定装置としては、マイクロトラック粒度分析計ＬＡ−９２０（堀場製作所社製）を使用した。この測定装置を用い、レーザ光の散乱を測定することで、体積粒度分布を測定した。体積粒度分布の測定結果を図４に示す。
【００９１】
図４からわかるように、焼成温度が６００℃より大きい場合には、粒子径が１０μｍより大きいＬｉＦｅＰＯ４の体積分布は、分布の中心を大粒子側にシフトしつつ増大している。また、粒子径が１０μｍ以下であるＬｉＦｅＰＯ４の体積分布は、顕著に減少している。
【００９２】
一方、焼成温度が６００℃以下である場合には、粒子径が１０μｍ以下であるＬｉＦｅＰＯ４の体積分布は、分布の中心を小粒子側にシフトしつつ増大している。
【００９３】
図４に示す体積粒度分布の結果、及び図３に示す焼成温度と電池の充放電容量との関係の結果より、電池の容量に寄与しているのは、１０μｍ以下のＬｉＦｅＰＯ４粒子であることがわかった。
【００９４】
これより、非水電解液二次電池は、正極活物質として粒子径が１０μｍ以下であるＬｉＦｅＰＯ４を含有することにより、非常に高い容量を有するものとなることがわかった。
【００９５】
ここで、体積粒度分布測定の結果から、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度と体積累積径との関係を図５に示す。図５から、ＬｉＦｅＰＯ４の粒子径と、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度との間に明確な相関関係があることが読みとれる。そこで、図５において、粒子径が０．１〜１０μｍの範囲を拡大して表したものを、図６に示す。
【００９６】
図６からわかるように、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度が６００℃以下である場合には、粒子径が１μｍ以下であるＬｉＦｅＰＯ４が、１０％以上を占めていることが判る。一方、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度が６００℃より大きい場合には、ＬｉＦｅＰＯ４の粒子径が１μｍ以下であるＬｉＦｅＰＯ４は、１０％未満である。
【００９７】
図６に示すＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度と体積累積径（粒子径が０．１〜１０μｍの範囲）との関係の結果、及び図３に示す焼成温度と電池の充放電容量との関係の結果より、非水電解液二次電池は、正極活物質として１０％体積累積径が１μｍ以下であるＬｉＦｅＰＯ４を含有することが好ましく、これにより、ＬｉＦｅＰＯ４理論容量に迫る高い実容量を有するものとなることがわかった。
【００９８】
また、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度が５００℃、６００℃、７００℃であるサンプル３，サンプル１、サンプル４の正極活物質に対して、走査顕微鏡による観察を行った。各々の走査顕微鏡写真を図７、図８、図９に示す。これらの図７、図８、図９からわかるように、ＬｉＦｅＰＯ４は、焼成温度の上昇に伴って特異的に成長し、巨大粒子となることが明らかである。これは、図５に示した体積粒度分布の結果とも良く対応している。これより、ＬｉＦｅＰＯ４は、焼成温度が高くなるにつれて結晶化が進行することがわかった。
【００９９】
また、サンプル１〜サンプル５で合成されたＬｉＦｅＰＯ４について、ＢＥＴ比表面積を測定した。ＢＥＴ比表面積の測定結果を図１０に示す。なお、図１０では、サンプル１〜サンプル５以外にも焼成温度をさらに細かく変化させたＬｉＦｅＰＯ４についても測定を行い、併記している。
【０１００】
図１０より、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度が高くなるにつれ、ＢＥＴ比表面積は単調に変化しており、その変化幅も２０ｍ２／ｇ以上から０．５ｍ２／ｇ以下までと非常に大きいことがわかる。
【０１０１】
そして、図１０と、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度と放電容量との関係を示した図３とを比較すると、正極活物質であるＬｉＦｅＰＯ４のＢＥＴ比表面積が０．５ｍ２／ｇ以上、より好ましくは２ｍ２／ｇ、以上のときに、ＬｉＦｅＰＯ４の理論容量に迫る高い実容量を有していることがわかる。
【０１０２】
次に、正極活物質の最適な焼成温度を検討するために、従来より低い焼成温度で正極活物質を合成し、これを用いてテストセルをサンプル６として作製した。
【０１０３】
サンプル６
焼成温度を３２０℃としたこと以外は、サンプル１と同様にしてＬｉＦｅＰＯ４を合成し、得られたＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質として用いて、テストセルを作製した。
【０１０４】
このサンプル６で合成された正極活物質、及びサンプル１、５で合成された正極活物質であるＬｉＦｅＰＯ４について、まず、粉末Ｘ線回折パターンを測定した。この測定結果を図１１に示す。図１１より、サンプル１、５、６で合成されたＬｉＦｅＰＯ４では、生成物中にＬｉＦｅＰＯ４以外の不純物の存在は確認されず、何れも単相のＬｉＦｅＰＯ４が得られていることがわかる。
【０１０５】
次に、サンプル１、５、６において作製されたテストセルについて、充放電試験を行った。
【０１０６】
サンプル１の電池の充放電特性を図１２に示す。図１２より、前駆体を６００℃で焼成したＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質として用いたサンプル１の電池では、３．４Ｖ付近に平坦な電位を有していることがわかる。また、この電池では、１６３ｍＡｈ／ｇという可逆充放電容量を発生している。この１６３ｍＡｈ／ｇという値は、ＬｉＦｅＰＯ４理論容量である１７０ｍＡｈ／ｇに迫るものである。
【０１０７】
サンプル１の電池について、サイクル回数と充放電容量との関係を図１３に示す。図１３から、充放電容量のサイクル劣化は０．１％／サイクルと極めて少なく、安定した電池特性が得られていることがわかる。
【０１０８】
一方、サンプル５の電池では、図１４に示すように、得られる充放電容量はごく小さいことがわかる。これは、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度が８００℃と高いため、結晶化が過剰に進行してしまい、ＬｉＦｅＰＯ４粒子内でのリチウムの拡散が十分に起こらないためと考えられる。
【０１０９】
また、サンプル６の電池では、図１５に示すように、十分な充放電容量が得られていないことがわかる。これは、焼成温度が３２０℃と低い場合、不純物である３価の鉄化合物等、即ちＦｅ３＋を含む相がＬｉＦｅＰＯ４中に存在してしまうためと考えられる。
【０１１０】
上述の結果より、正極活物質としてＬｉＦｅＰＯ４は、焼成温度を４００℃以上、７００℃以下の範囲とすることにより、高容量を実現し得ることがわかった。
【０１１１】
また、４００℃以上、６００℃以下の範囲でＬｉＦｅＰＯ４を焼成することで、従来の非水電解液二次電池の１２０ｍＡｈ／ｇを上回る高い実容量が実現されることがわかった。
【０１１２】
さらに、ＭｎＣＯ３を原料に加え、同様の方法により焼成することでＬｉ（Ｍｎ０．６Ｆｅ０．４）ＰＯ４を作製した。図１６に得られたＬｉ（Ｍｎ０．６Ｆｅ０．４）ＰＯ４のＸ線回折図を示す。図１６から、Ｌｉ（Ｍｎ０．６Ｆｅ０．４）ＰＯ４は不純物を含まず単相のオリビン構造となっていることがわかる。
【０１１３】
また、６００℃で焼成して得られたＬｉ（Ｍｎ０．６Ｆｅ０．４）ＰＯ４を用いて同様に作製された電池の充放電特性を図１７に示す。図１７から、１５０ｍＡｈ／ｇという高容量が得られているだけでなく、新たに４Ｖ付近での容量が観察されており、これによりエネルギー密度を向上させることが出来る。
【０１１４】
また、６００℃で焼成して得られたＬｉ（Ｍｎ０．６Ｆｅ０．４）ＰＯ４の粒度分布測定結果を図１８に示す。図１８から、Ｌｉ（Ｍｎ０．６Ｆｅ０．４）ＰＯ４は粒径が１０μｍ以下のものを含み、１０％体積累積径も１μｍ以下の範囲に入っていることがわかる。
【０１１５】
＜実験２＞
実験２では、上述した実験１で作製した正極活物質のうち、メスバウア効果の観測されるＦｅを含有し、焼成温度が３２０℃であるサンプル６、焼成温度が４００℃であるサンプル２、焼成温度が６００℃であるサンプル１のＬｉＦｅＰＯ４に対して、メスバウア分光法を用いてメスバウアスペクトルを測定した。
【０１１６】
メスバウアスペクトルを測定する際には、厚みが０．５ｍｍであり、直径が１５ｍｍであるホールを有する鉛板のホール部に、試料としてＬｉＦｅＰＯ４を５０ｍｇ詰め、このホール部の両側をテープでシールしたものに対し、γ線として１．８５ＧＢｑの５７Ｃｏを照射した。
【０１１７】
メスバウア分光測定により得られたサンプル６のＬｉＦｅＰＯ４のスペクトル測定結果を図１９に、サンプル２のＬｉＦｅＰＯ４のスペクトル測定結果を図２０に、サンプル１のＬｉＦｅＰＯ４のスペクトル測定結果を図２１に示す。
【０１１８】
また、図１９に示すサンプル６のＬｉＦｅＰＯ４のメスバウアスペクトルをフィットさせて得られたＦｅ２＋のスペクトルを図２２に、Ｆｅ３＋のスペクトルを図２３に示す。
【０１１９】
更に、図２０に示すサンプル２のＬｉＦｅＰＯ４のメスバウアスペクトルをフィットさせて得られたＦｅ２＋のスペクトルを図２４に、Ｆｅ３＋のスペクトルを図２５に示す。
【０１２０】
更にまた、図２１に示すサンプル１のＬｉＦｅＰＯ４のメスバウアスペクトルをフィットさせて得られたＦｅ２＋のスペクトルを図２６に、Ｆｅ３＋のスペクトルを図２７に示す。
【０１２１】
ＬｉＦｅＰＯ４本来のスペクトルは、図２２、図２４、図２６に示すように、Ｆｅ２＋に相当する異性体シフトが約１．２ｍｍ／ｓｅｃであり、４重極分裂が約２．９ｍｍ／ｓｅｃであるダブレットである。
【０１２２】
これに対して、焼成温度が３２０℃であるサンプル６のＬｉＦｅＰＯ４は、図２３に示すように、Ｆｅ３＋に相当する異性体シフトが約０．４ｍｍ／ｓｅｃであり、４重極分裂が約０．８ｍｍ／ｓｅｃであるブロードなダブレットが観察された。
【０１２３】
ここで、Ｆｅ３＋に相当するダブレットの面積強度、即ち異性体シフト値が０．１ｍｍ／ｓｅｃ以上、０．７ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲にあるスペクトルの面積強度をＡとし、Ｆｅ２＋に相当するダブレットの面積強度、即ち異性体シフト値が０．８ｍｍ／ｓｅｃ以上、１．５ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲にあるスペクトルの面積強度をＢとするとき、Ａ／Ｂを表１に示す。
【０１２４】
【表１】
2011054574.tif 000003
【０１２５】
実験１において、サンプル１、２及び６に対してＸ線回折を行ったときには、図２に示すように、Ｆｅ２＋を含む相、例えば３価の鉄化合物のスペクトルは検出されなかった。しかし、サンプル１、２及び６に対してメスバウア分光測定を上述のようにして行うと、Ｆｅ３＋を含む相が存在することが確認された。これは、Ｘ線回折が結晶の長距離の干渉によってはじめて起こるに対し、メスバウア分光は原子核近傍の情報を直接検出することによる。
【０１２６】
表１より、焼成温度が３２０℃と低温であるサンプル６には、長距離秩序を持たないＦｅ３＋を含む相が、比較的多く存在することがわかった。
【０１２７】
また、表１より、Ａ／ＢはＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度に依存しており、焼成温度が低いほど、ＬｉＦｅＰＯ４に含有されているＦｅ３＋は多いことがわかった。
【０１２８】
ここで、表１に示すＡ／Ｂと、ＬｉＦｅＰＯ４の焼成温度と放電容量との関係を示した図３とを比較すると、Ａ／Ｂが小さい程、即ち、ＬｉＦｅＰＯ４中にＦｅ３＋を含む３価の鉄化合物等の存在量が少ない程、リチウムイオン二次電池は高容量を示すことがわかった。また、ＬｉＦｅＰＯ４は、焼成温度が４００℃以上として合成されるとＡ／Ｂが０．３未満となり、高容量を実現することがわかった。
【０１２９】
従って、リチウムイオン二次電池は、Ａ／Ｂが０．３であるＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質として用いることで、高容量が実現されることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る正極活物質は、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物を含有し、ＬｉｘＭｙＰＯ４は、粒子径が１０μｍ以下であり、かつ、１０％体積累積径が１μｍ以下である。これにより、この正極活物質は、リチウムのドープ／脱ドープが良好に行われるので、優れたサイクル特性及び高容量を有するものとなる。
【０１３１】
また、本発明に係る非水電解質二次電池では、リチウムを可逆的にドープ／脱ドープ可能な、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物を含有する正極活物質を有する正極と、リチウムを可逆的にドープ／脱ドープ可能な負極活物質を有する負極と、非水電解質とを備えた非水電解質二次電池において、一般式ＬｉｘＭｙＰＯ４（ただし、ｘが０＜ｘ≦２の範囲であり、ｙが０．８≦ｙ≦１．２の範囲であり、Ｍが３ｄ遷移金属を含有する。）で表される化合物を含有し、ＬｉｘＭｙＰＯ４は、粒子径が１０μｍ以下であり、かつ、１０％体積累積径が１μｍ以下である。これにより、この非水電解質二次電池では、優れたサイクル特性及び高容量を有するものとなる。
【符号の説明】
【０１３２】
１  非水電解液電池、２  負極、３  負極缶、４  正極、５  正極缶、６  セパレータ、７  絶縁ガスケット
【図１】
2011054574.tif 000004
【図２】
2011054574.tif 000005
【図３】
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【図４】
2011054574.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
2011054574.tif 000010
【図８】
2011054574.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2011054574.tif 000019
【図１７】
2011054574.tif 000020
【図１８】
2011054574.tif 000021
【図１９】
2011054574.tif 000022
【図２０】
2011054574.tif 000023
【図２１】
2011054574.tif 000024
【図２２】
2011054574.tif 000025
【図２３】
2011054574.tif 000026
【図２４】
2011054574.tif 000027
【図２５】
2011054574.tif 000028
【図２６】
2011054574.tif 000029
【図２７】
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