(57)【要約】【課題】アナタース型酸化チタンを負極活物質に用いた非水電解質二次電池は、不可逆容量が大きく、レート特性が低かった。【解決手段】非水電解質二次電池用負極の製造方法において、負極スラリーの製造工程が、アナタース型酸化チタンを加熱処理する第一工程と、前記第一工程で得られた加熱処理後アナタース型酸化チタンと高分子バインダーと溶媒とを混合する第二工程と、を有することを特徴とする、非水電解質二次電池用負極の製造により得られる非水電解質二次電池により、解決できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非水電解質二次電池用負極の製造方法において、
負極スラリーの製造工程が、
アナタース型酸化チタンを５重量％以上１５重量％以下に減少するまで加熱処理する第一工程と、
前記第一工程で得られた加熱処理後アナタース型酸化チタンを負極活物質とし、負極活物質と高分子バインダーと溶媒とを混合する第二工程と、
を有することを特徴とする、
非水電解質二次電池用負極の製造方法。
【請求項２】
前記第一工程の加熱処理温度が、２００℃以上５００℃以下で加熱する工程であることを特徴とする、
請求項１に記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法。
【請求項３】
前記高分子バインダーは、１５０℃以上４００℃以下の分解温度を有する高分子バインダーであることを特徴とする、
請求項１または２に記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法。
【請求項４】
前記負極活物質は、ルチル型酸化チタンを含まないことを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにより得られた負極を用いた非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
非水電解質二次電池用負極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池は、携帯機器を始め、ハイブリット自動車や電気自動車、家庭用蓄電などに用いられており、電気容量、安全性、作動安定性など複数の特性をバランスよく有することが要求されている。
【０００３】
例えば、特殊な方法で製造したアナタース型酸化チタンを、負極材料に用いた非水電解質二次電池が開発されている（特許文献１）。一般的に、酸化チタンは種々の結晶構造を有し、中でも理論容量の高いアナタース型は、その結晶内に水を含んでいる（結晶水と称すことがある）ため、負極活物質に用いると結晶水が原因で、電池特性が低下することが知られている。しかし、結晶水は単に水の蒸発温度で加熱処理しても除去することが困難であり、さらに、高温で加熱処理すると、理論容量の小さいルチル型に結晶構造が転化してしまう。そこで、特許文献１では、複雑な方法で結晶水の少ないアナタース型酸化チタン製造し、活物質に用いることで、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／０１３７２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、簡易かつ大量に製造可能なアナタース型酸化チタンを用いた非水電解質二次電池は、不可逆容量が大きく、電池のエネルギー密度が低下するという課題がある。さらに、結晶水を取り除くためにアナタース型酸化チタンを活物質に用いた負極を高温加熱すると高分子バインダーが分解して結着の働きを失ってしまうため、従来の高分子バインダーを用いることが困難である。一方で、耐熱性の高いバインダーを用いると、負極スラリーを安定的に製造することが難しく、既存の工程を大きく変えずに負極を製造することは困難であり、改善の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、非水電解質二次電池用負極の製造工程において、アナタース型酸化チタンを所定の条件で加熱処理することができ、ルチル型への結晶構造の転化を抑えつつ、結晶水を除去することで、結果的に優れた特性を有する非水電解質二次電池が得られることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、非水電解質二次電池用負極の製造方法において、負極スラリーの製造工程が、アナタース型酸化チタンを５重量％以上１５重量％以下に減少するまで加熱処理する第一工程と、前記第一工程で得られた加熱処理後アナタース型酸化チタンを負極活物質とし、負極活物質と高分子バインダーと溶媒とを混合する第二工程とを有することを特徴とする、非水電解質二次電池用負極の製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡易に製造可能なアナタース型酸化チタンを、第一工程である特定の条件下で加熱処理することで、構造転化を抑制しつつ、結晶水を除去することが可能となり、結果的に不可逆容量が小さく、レート特性に優れた非水電解質二次電池が得ることができる。さらに、大気中や溶媒に含まれる水分を吸水することなく、従来の公知な高分子バインダーも用いることができ、工程数も大きく増えずに製造できるため、生産コストの点からも有利である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係る製造したアナタース型酸化チタンの結晶構造図である。
【図２】本発明の実施例１に係る第一工程後のアナタース型酸化チタンの結晶構造図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、一実施形態を用いて本発明について説明する。
【００１０】
＜負極＞
負極活物質は、リチウムイオンの脱離および挿入における平均作動電位が０．５Ｖ（ｖｓ.Ｌｉ／Ｌｉ＋）以上２．０Ｖ(ｖｓ.Ｌｉ/Ｌｉ＋)未満である、アナタース型酸化チタンが用いられる。
ここで言う「(ｖｓ.Ｌｉ／Ｌｉ＋)」とは、負極活物質を含む電極からなる動作極と、リチウム金属からなる対極との電位差を指す。
酸化チタンは、アナタース型、ルチル型、ブルッカイト型、ブロンズ型、ホランダイト型、ラムズデライト型等の結晶構造を有するもの、又は非晶質性等が存在するが、アナタース型酸化チタンは、他の酸化チタンと比べ、電気容量が高く、さらに安価かつ簡便に製造可能である。
【００１１】
負極活物質として酸化チタンを用いた非水電解質二次電池では、充放電を行った際の不可逆容量が大きく、電池のエネルギー密度が低下するという課題がある。なお、ここでいう不可逆容量とは、１回目の充電時に負極に移動したリチウムが、１回目の放電時に正極に戻らないことにより容量が損失し、その後の充放電でも回復することのない、失われた容量を意味する。
【００１２】
アナタース型酸化チタンの不可逆容量が大きくなるのは、酸化チタンに含まれる結晶水が原因と推定されている。ここでいう結晶水とは、水素結合や静電的相互作用により大気圧下で１００℃で除去できない水分および／または、結晶構造の一部となっている水分子のことを意味し、結晶水を含んだ電池は、電圧印加時に結晶水が電解質と反応し酸（例えば、ＨＦ）が生成して放電を阻害するために不可逆容量が大きくなると考えられている。
本発明の第一工程によって、特定の重量減少に至るまで所定の温度で加熱処理を行うことで、アナタース型酸化チタンの結晶構造の転化を防ぎながら付着水だけでなく、吸着水および結晶水も除去できる。また、加熱処理後のアナタース型酸化チタンは、すぐに大気中や溶媒中の水分を結晶内に取り込むことなく、従来の公知な方法でスラリーを製造でき、電極を高温に加熱する必要がないため、操作性の容易な高分子バインダーを用いることができる。
【００１３】
負極活物質は、好適な導電性および安定性を得る目的で、その表面を金属材料、炭素材料、または金属有機化合物などで覆われてもよい。また、酸化チタンは、リチウムまたはニオブ（Ｎｂ）など、チタン以外の元素を微量含んでいてもよい。金属材料としては、銅またはニッケルなどが好適に用いられる。また炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、ならびにアセチレンブラック、ケッチェンブラック、およびファーネスブラックなどのカーボンブラックが挙げられる。金属有機化合物としては、有機骨格に芳香族環構造を有するカルボン酸アニオンのアルカリ金属塩が挙げられる。芳香族環構造は、ベンゼン、ビフェニル、ターフェニル、などが挙げられ、ナフタレン、アントラセン、ピレンなどの縮合多環式化合物であっても良い。有機骨格における芳香族環の数は、エネルギー密度と安定性の観点から、一分子あたり１〜５が好ましい。カルボン酸アニオン部位は１分子あたり２以上を有していることが好ましく、有機骨格の対角位置にあることが好ましい。例えば、ベンゼンであれば１，４位、ナフタレンであれば２，６位、ピレンであれば２，７位が挙げられる。有機骨格には充放電性能を調整するために置換基を導入しても良い。好適なものとして、テレフタル酸リチウムや２，６−ナフタレンジカルボン酸リチウム、２，７−ピレンジカルボン酸リチウムなどが挙げられる。
負極は、高分子バインダーを含む。
【００１４】
高分子バインダーは負極活物質と、集電体との結着性を高める材料である。
【００１５】
高分子バインダーは、１５０℃以上４００℃以下の分解温度を有するものであることが好ましい。当該高分子バインダーは公知で用いられているものであり、比較的低温で集電体と活物質との密着性を高めることができるためである。
高分子バインダーとしては、特に限定されないが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、およびそれらの誘導体よりなる群から選ばれる少なくとも１種であれば好適に用いられる。
【００１６】
バインダーの量は、負極活物質１００重量部に対して、１重量部以上３０重量部以下、さらに、２重量部以上１５重量部以下を用いることが好ましい。上記範囲内であれば、負極活物質と導電助材との接着性が維持され、集電体との接着性も十分に確保される。
【００１７】
負極は、導電助材を含んでもいても良い。
導電助材は、電極の導電性を補助する目的で加えられる導電性または半導電性の物質である。
【００１８】
導電助材としては、金属材料または炭素材料が好適に用いられる。金属材料としては、銅またはニッケルなどが好適に用いられる。また炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、ならびにアセチレンブラック、ケッチェンブラック、およびファーネスブラックなどのカーボンブラックが挙げられる。
【００１９】
これら導電助材は１種類でもよいし、２種類以上用いてもよい。
負極に含まれる導電助材の量は、活物質１００重量部に対して、好ましくは１重量部以上３０重量部以下、より好ましくは２重量部以上１５重量部以下である。上記範囲内であれば、負極の導電性が確保される。また、前述のバインダーとの接着性が維持され、集電体との接着性を十分に得ることができる。
【００２０】
負極の製造方法としては、負極スラリーの製造工程を含み、前記負極スラリーの製造工程は、酸化チタンを加熱処理する第一工程と、  前記第一工程で得られた処理後酸化チタンを負極活物質とし、負極活物質とバインダーと溶媒を混合する第二工程と、を有する。
【００２１】
第一工程では、アナタース型酸化チタンの加熱処理を行い、加熱処理後のアナタース型酸化チタンの重量減少が、加熱処理前の重量に対して５重量％以上１５重量％以下になるようにする。さらに、重量減少が１０重量％以上１５重量％以下の範囲であることが好ましい。ここで言う重量減少とは、加熱処理前の重量に対する加熱処理後の重量減少した割合を意味する。
【００２２】
加熱温度は２００℃以上５００℃以下の範囲であることが好ましく、３００℃以上４００℃以下の範囲であることがさらに好ましい。加熱時間は２時間〜８時間の範囲が好ましく、４時間〜６時間の範囲がさらに好ましい。加熱処理および加熱処理後の冷却は大気雰囲気中で行っても構わないし、不活性ガス雰囲気中で行っても構わない。加熱処理における昇温速度および加熱処理後の冷却における冷却速度は特に限定されない。
【００２３】
第二工程では、第一工程を経た負極活物質と高分子バインダーと溶媒を混合することで負極スラリーを作製する。
【００２４】
負極スラリーの作製は、従来周知の技術を使用すればよく、例えば、負極活物質と溶媒とバインダーとを混練機を用いて混練する方法が挙げられる。
また、本発明の負極の製造方法は、前記負極スラリーを集電体上に担持し、そして溶媒を除去することによって負極活物質層を含む負極を作製する方法が用いられる。
【００２５】
負極活物質層の厚みは、１０μｍ以上２００μｍ以下が良い。
【００２６】
負極活物質層の密度は、０．５ｇ／ｃｍ３以上３．０ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、０．７ｇ／ｃｍ３以上２．７ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、１．０ｇ／ｃｍ３以上２．５ｇ／ｃｍ３以下がさらに好ましい。
【００２７】
負極活物質層の密度が１．０ｇ／ｃｍ３以上であれば、前述の導電助材と負極活物質との接触が良好となり、３．０ｇ／ｃｍ３以下であれば、非水電解質が負極内に浸透しやすい。
【００２８】
負極活物質層の密度を、負極の圧縮によって調整してもよい。圧縮方法は、ロールプレス、油圧プレス等が好適に用いられる。
【００２９】
集電体は、正極活物質または負極活物質から集電する部材である。
【００３０】
負極は、集電体の片面または両面に同じ活物質層を形成してもよく、集電体の片面に正極活物質層、一方の面に負極活物質層を形成させた形態、すなわち双極型（バイポーラ）電極であってもよい。
【００３１】
集電体の厚みは、特に限定されないが、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
集電体としては、銅やニッケル、アルミニウムまたはその合金などが挙げられるが、耐食性や重量の観点からアルミニウムやその合金であることが好ましく、ＪＩＳ規格１０３０、１０５０、１０８５、１Ｎ９０、または１Ｎ９９等に代表される高純度アルミニウムであることが好ましい。アルミニウムまたはそれらの合金が好ましい。
【００３３】
＜正極＞
正極は、リチウムイオンの挿入及び脱離により、非水電解質二次電池の充電及び放電が為され、リチウムイオン挿入及び脱離が可能な正極活物質を含む。
【００３４】
正極活物質は、平均作動電位が３．０Ｖ以上４．５Ｖ（ｖｓ.Ｌｉ／Ｌｉ＋）以下であることを要する。
【００３５】
正極活物質としては、特に限定されないが、例えば金属酸化物またはリチウム遷移金属複合酸化物などが用いられる。
リチウム遷移金属複合酸化物としては、層状岩塩型やスピネル型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられるが、良好なサイクル特性を示すことから、式２で表されるスピネル型マンガン酸リチウムが好ましい。
Ｌｉ１＋ｘＭｙＭｎ２―ｘ―ｙＯ４                （２）
（０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．６であり、かつＭは２〜１３族でかつ第３〜４周期に属する元素よりなる群から選択される少なくとも１種を含む）
スピネル型マンガン酸リチウムは、正極活物質自身の安定性向上の効果が大きい点から、ＭがＡｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、ＺｒまたはＣｒが好ましく、正極活物質自身の安定性向上の効果が特に大きいことから、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、ＴｉおよびＮｉがより好ましい。
【００３６】
スピネル型マンガン酸リチウムは、高い平均電圧を有しておりエネルギー密度が良好なことから、
Ｌｉ１＋ｘＡｌｙＭｎ２―ｘ―ｙＯ４（０≦ｘ≦０．１、０＜ｙ≦０．１）、
Ｌｉ１＋ｘＭｇｙＭｎ２―ｘ―ｙＯ４（０≦ｘ≦０．１、０＜ｙ≦０．１）、
Ｌｉ１＋ｘＺｎｙＭｎ２―ｘ―ｙＯ４（０≦ｘ≦０．１、０＜ｙ≦０．１）、
Ｌｉ１＋ｘＣｒｙＭｎ２―ｘ―ｙＯ４（０≦ｘ≦０．１、０＜ｙ≦０．１）、
が好ましく、
Ｌｉ１＋ｘＡｌｙＭｎ２―ｘ―ｙＯ４（０≦ｘ≦０．１、０＜ｙ≦０．１）、
Ｌｉ１＋ｘＭｇｙＭｎ２―ｘ―ｙＯ４（０≦ｘ≦０．１、０＜ｙ≦０．１）、
がより好ましく、
Ｌｉ１＋ｘＡｌｙＭｎ２―ｘ―ｙＯ４（０≦ｘ≦０．１、０＜ｙ≦０．１）、
が更に好ましい。
【００３７】
正極活物質は、好適な導電性および安定性を得る目的で、その表面を炭素材料、金属酸化物などで覆われてもよく、負極と同じ材料を用いることができる。
【００３８】
これら正極活物質の中から、負極活物質との組み合わせによる電池性能を考慮し、適宜正極活物質を選択すればよい。また、これら複数の正極活物質を組み合わせて用いてよい。
正極は、導電助材またはバインダーを含んでもよい。
【００３９】
導電助材またはバインダーの種類は、負極と同様のものが用いられ、使用量も負極と同様の量が用いられる。
【００４０】
正極の製造方法としては、公知な方法を用いればよい。例えば、正極活物質およびバインダーおよび導電助剤および溶媒を混練して正極スラリーを作製し、その後正極スラリーを集電体上に担持し、そして溶媒を除去することによって正極活物質層を含む正極を作製する方法が用いられる。
【００４１】
ここで言う正極活物質層とは、正極における層であって、正極でのリチウムイオンの挿入及び脱離に寄与する正極活物質を含む層を指す。
【００４２】
正極活物質層の厚みは、１０μｍ以上２００μｍ以下であれば好適に用いられる。
【００４３】
正極活物質層の密度は、１．０ｇ／ｃｍ３以上４．０ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、１．５ｇ／ｃｍ３以上、３．５ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、２．０ｇ／ｃｍ３以上３．０ｇ／ｃｍ３以下がさら好ましい。
【００４４】
正極活物質層の密度が１．０ｇ／ｃｍ３以上であれば、前述の導電助材と正極活物質との接触が良好となり、４．０ｇ／ｃｍ３以下であれば、非水電解質が正極内に浸透しやすい。
正極活物質層の密度は、正極の圧縮によって調整してもよい。圧縮方法は、ロールプレス、油圧プレス等が好適に用いられる。
【００４５】
正極は、集電体の片面または両面に同じ活物質層を形成してもよく、集電体の片面に正極活物質層、一方の面に負極活物質層を形成させた形態、すなわち双極型（バイポーラ）電極であってもよい。
【００４６】
＜セパレータ＞
セパレータは、正極と負極との間に設置され、これらの間の電子やホールの伝導を阻止しつつ、これらの間のリチウムイオンの伝導を仲介する媒体としての機能を有し、少なくとも電子やホールの伝導性を有さないものである。
【００４７】
セパレータとしては、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタラート、及びそれらを２種類以上複合したものであれば好適に用いられる。
【００４８】
セパレータの形状としては、正極と負極との間に設置され、絶縁性かつ非水電解質を含むことが出来る構造であればよく、織布、不織布または微多孔膜などが好適に用いられる。
【００４９】
セパレータは、可塑剤、酸化防止剤または難燃剤を含んでもよいし、金属酸化物等が被覆されてもよい。
【００５０】
セパレータの厚みは、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１２μｍ以上５０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００５１】
セパレータの空隙率は、３０％以上９０％以下であることが好ましく、リチウムイオン拡散性および短絡防止性のバランスがよい点から、３５％以上８５％以下がより好ましく、前記バランスが特に優れていることから、４０％以上８０％以下がさらに好ましい。
【００５２】
＜非水電解質＞
非水電解質は、負極と正極との間のイオン伝達を媒介する。
非水電解質は、非水溶媒と電解質とを少なくとも含む。非水溶媒は、非プロトン性溶媒および／または非プロトン性極性溶媒が好ましく、非プロトン性極性溶媒がより好ましい。例えば、カーボネート、エステル、ラクトン、スルホン、ニトリル及びエーテル類などが挙げられる。具体的にはエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチル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、メチルプロピルカーボネート、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、１、２−ジメトキシエタン、スルホラン、ジオキソラン、プロピオン酸メチル等が挙げられる。
【００５３】
これらの溶媒は、粘度および溶解性リチウムイオン伝導性等のバランスを調整するために複数種を混合して用いても良い。
【００５４】
電解質は、リチウム塩として、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＢＯＢ（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｂｉｓ  （Ｏｘａｌａｔｏ）  Ｂｏｒａｔｅ）、Ｌｉ[Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２]、Ｌｉ[Ｎ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２]、Ｌｉ[Ｎ（ＳＯ２Ｆ）２]、またはＬｉ[Ｎ（ＣＮ）２]などを含んでおり、リチウム塩の濃度は、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上１．５ｍｏｌ／Ｌ以下であれば好適に用いられる。
非水電解質は、あらかじめ正極、負極およびセパレータに含ませてもよいし、正極と負極との間にセパレータを配置したものを積層した後に添加してもよい。
【００５５】
非水電解質は、非水溶媒に電解質を溶解させた電解液でもよいし、非水溶媒に電解質を溶解させた電解液を高分子に含浸させたゲル電解質でもよい。
【００５６】
非水電解質の量は、正極、負極およびセパレータの面積、活物質の量ならびに電池の容積に合わせて適宜調整される。
【００５７】
非水電解質は、難燃剤などの添加剤を含んでもよい。例えば、難燃剤としてリン酸トリス（２，２，２−トリフルオロエチル）やエトキシ(ペンタフルオロ)シクロトリホスファゼンが、添加剤としてビニレンカーボネート、１,３−プロパンスルトン、スクシノニトリルなどが挙げられる。
【００５８】
＜非水電解質二次電池＞
本発明の非水電解質二次電池は、負極、正極、正極と負極間に介在されたセパレータ、及び非水電解質、外装材から構成されている。また各正極及び負極には端子が電気的に接続され、更に各端子は外装材外側まで延びた端子延在部を有する。外装材は、正極、負極およびセパレータを交互に積層または巻回してなる積層体、ならびに積層体を電気的に接続する端子を封入する部材である。
【００５９】
積層体の積層数は、所望の電圧値および電池容量を得る目的で、適宜調整してよい。外装材としては、金属箔にヒートシール用の熱可塑性樹脂層を設けた複合フィルム、蒸着やスパッタリングによって形成された金属層、または角形、楕円形、円筒形、コイン形、ボタン形もしくはシート形の金属缶が好適に用いられる。
【００６０】
非水電解質二次電池を、複数接続することによって組電池としてもよい。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更実施が可能である。
【００６２】
＜実施例１＞
（アナタース型酸化チタンの製造）
アナタース型酸化チタンを、文献（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、１２７、８６５９（２００５））に記載されている方法にて製造した。
【００６３】
四塩化チタン５０ｇを０℃に冷却したエタノール５００ｍＬ中に滴下した。滴下後、混合液を２５℃で２時間攪拌した。得られたコロイド溶液を８７℃で加熱乾燥し、乳白色粉末を得た。この得られた乳白色粉末を遠心分離機で精製後、５０℃で加熱乾燥して白色粉末を得た。得られた乳白色粉末をＸ線回折装置（ＸＲＤ、リガク社製、ＲＩＮＴ２０００）を用いて結晶構造解析を行い、アナタース型であることを確認した（図１）。
【００６４】
（負極の作製）
第一工程として、アナタース型酸化チタン１００ｇをマッフル炉（ヤマト科学社製、ＦＰ４１１）にて３００℃の温度で４時間大気雰囲気中で加熱を行った後、２５℃まで大気雰囲気下でマッフル炉中で放冷した。
【００６５】
アナタース型酸化チタンの粉末温度が２５℃であることを確認した。この時点での重量測定から加熱後の酸化チタンの重量減少は１０．９％であることがわかった。また、ＸＲＤを用いて結晶構造解析を行い、アナタース型を維持していることを確認した（図２）。
次に、第二工程として、室温２２℃、相対湿度２０％の環境下で負極活物質として加熱後のアナタース型酸化チタンを８８重量部、導電助材としてアセチレンブラックを２重量部、バインダーとしてＰＶｄＦを１０重量部、および溶媒としてＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を１６８重量部を含む負極スラリーを作製した。
【００６６】
次に、単位面積容量が１．７６ｍＡｈ／ｃｍ２になるように負極スラリーをアルミニウム箔（１５μｍ）に塗工した後に１７０℃で真空乾燥し、１６ｍｍΦの大きさに打ち抜いて負極を得た。
【００６７】
乾燥後の負極の含水率は、カールフィッシャー水分計（ＭＫＣ−６１０型、京都電子工業社製）に水分気化装置（ＡＤＰ−６１１型、京都電子工業社製）を接続した装置により測定した。水分気化装置の加熱温度を３００℃に設定し、水分気化装置内には２００ｍL／ｍｉｎ．の流量で窒素を導入して負極を加熱した際に放出される水分量を測定したところ、得られた負極の含水率は０．６％であることがわかった。
【００６８】
（半電池の作製）
リチウム金属を１６ｍｍΦに打ち抜き対極とし、前記負極とリチウム金属を用いて、負極／ポリプロピレン製セパレータ（厚さ２１μｍ）／対極の順に試験セル（ＴＪ−ＡＣ、有限会社日本トムセル社製）内に積層した。次に、非水電解質（非水溶媒としてエチレンカーボネート：プロピレンカーボネート：エチルメチルカーボネート＝１５：１５：７０（体積比）、支持塩である溶質としてＬｉＰＦ６＝１ｍｏｌ／Ｌを使用）を入れて半電池を作製した。
【００６９】
（１サイクル目充放電効率）
１サイクル目充放電効率を算出することで、半電池の不可逆容量の評価を行った。作製した半電池を充放電試験装置（ＨＪ１００５ＳＤ８、北斗電工社製）に接続し、２５℃環境下で０．７ｍＡ定電流充電および０．７ｍＡ定電流放電（０．２Ｃ相当）の充放電を４回繰り返した。このときの充電終止電圧および放電終止電圧は、それぞれ３．０Ｖおよび１．０Ｖとした。１回目の放電容量に対する１回目の充電容量の割合を、１サイクル目充放電効率とした（表１）。
ここで、上記記載のＣレートとは、二次電池の全容量を１時間で充電または放電するために必要な電流値を１Ｃと定義し、例えば０．２Ｃとはその電流値の０．２倍を指す。
【００７０】
【表１】
2019160758.tif 000002
【００７１】
＜実施例２＞
（スピネル型マンガン酸リチウムの製造）
Ｌｉ１．１Ａｌ０．１Ｍｎ１．８Ｏ４の粉末を、文献（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、９（１２）、Ａ５５７（２００６））に記載されている方法を用いて製造した。
【００７２】
（コバルト酸リチウムの製造）
コバルト原子とリチウム原子の原子比が１：１．０３となるように、コバルト水酸化物と水酸化リチウム一水和物とを秤量して、十分に混合した。その後、得られた粉状の混合物を大気雰囲気中で８５０℃の温度で焼成し、粉砕することで、コバルト酸リチウムを得た。
【００７３】
（正極の作製）
スピネル型マンガン酸リチウムとコバルト酸リチウムを９６：４の重量比で混合した正極活物質を９２重量部、導電助材としてアセチレンブラックを４重量部、バインダーとしてＰＶｄＦを４重量部、および溶媒としてＮＭＰを６４重量部を含む正極スラリーを混合した。
次に、単位面積容量が１．６６ｍＡｈ／ｃｍ２になるように正極スラリーをアルミニウム箔（１５μｍ）に塗工した後に１７０℃で真空乾燥し、１４．５ｍｍΦの大きさに打ち抜くことで正極を得た。
【００７４】
（非水電解質二次電池（全電池）の作製）
負極／ポリプロピレン製セパレータ(厚さ２１μｍ）／正極の順に試験セル（ＴＪ−ＡＣ、有限会社日本トムセル社製）内に積層した。次に、非水電解質（非水溶媒としてエチレンカーボネート：プロピレンカーボネート：エチルメチルカーボネート＝１５：１５：７０（体積比）、支持塩である溶質としてＬｉＰＦ６＝１ｍｏｌ／Ｌを使用）を入れて非水電解質二次電池を作製した。
【００７５】
（１サイクル目充放電効率）
１サイクル目充放電効率を算出することで、全電池の不可逆容量の評価を行った。作製した非水電解質二次電池を充放電試験装置（ＨＪ１００５ＳＤ８、北斗電工社製）に接続し、非水電解質二次電池に対して２５℃環境下で、０．５ｍＡ定電流充電および０．５ｍＡ定電流放電（０．２Ｃ相当）の充放電を４回繰り返した。このときの充電終止電圧および放電終止電圧は、それぞれ２．５５Ｖおよび１．９Ｖとした。１回目の充電容量に対する１回目の放電容量の割合を、１サイクル目充放電効率とした。
【００７６】
＜比較例１＞
第一工程を含まない以外は、実施例１と同じとした。
【００７７】
＜比較例２＞
第一工程を含まない以外は、実施例２と同じとした。
【００７８】
＜実施例３＞
実施例２と同様に作製した非水電解質二次電池に対して２５℃環境下で、０．２Ｃで充放電を行い、続けて２．０Ｃで充放電を行うことでレート特性の評価を行った。このときの充電終止電圧および放電終止電圧は、それぞれ２．５５Ｖおよび１．９Ｖとした（表２）。０．２Ｃでの充電容量に対する２．０Ｃでの充電容量の割合を、充電レート特性とした。また、０．２Ｃでの放電容量に対する２．０Ｃでの放電容量の割合を放電レート特性とした。
【００７９】
【表２】
2019160758.tif 000003
【００８０】
＜比較例３＞
第一工程を含まない以外は、実施例３と同じとした。
【００８１】
＜総括＞
表１からわかるように、第一工程を経たアナタース型酸化チタンを負極活物質に使用した負極は、半電池と全電池ともに、１サイクル目充放電効率が向上した。また、第一工程を経ると負極の含水率は低くなったことから、第一工程を経たことで結晶水や吸着水が除去され、その結果、電池充電時の水分による副反応が減少したと推察される。さらに、第二工程で、環境温度２２℃、相対湿度２０％という大気雰囲気下で負極を製造しても、第一工程の有無による負極の含水率に差が生じたことから、第一工程での加熱処理で結晶水を除去できたとが推察される。
【００８２】
また、表２からわかるように、本発明にかかる方法によると、レート特性も向上し、加熱処理により結晶水が除去されたことでリチウムイオンと酸化チタンとの反応場が増加したためと推察される。
以上から、アナタース型酸化チタンを所定の方法で加熱処理することで不可逆容量の改善およびレート特性の向上に効果があることが明らかとなった。
【図１】
2019160758.tif 000004
【図２】
2019160758.tif 000005