(57)【要約】  耐久性及び出力特性に優れる非水系二次電池を構成可能な電極活物質の製造方法が提供される。非水系二次電池用電極活物質の製造方法は、グラフェン及び分散媒を含む分散物とアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子とを接触させることを含み、前記分散物の分散性指数が０．２５以上である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラフェン及び分散媒を含む分散物と、アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子とを接触させること、を含み、
前記分散物の分散性指数が０．２５以上である非水系二次電池用電極活物質の製造方法。
【請求項２】
前記グラフェンは、酸素組成が１０ａｔｏｍｉｃ％以下である請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記グラフェンは、比表面積が２０ｍ２／ｇ以上１０００ｍ２／ｇ以下である請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記グラフェンは、平均径が１０００ｎｍ以下である請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
平均径が１０００ｎｍを超える原料グラフェンを、溶媒中で分散処理して前記分散物を得ることを更に含み、前記溶媒はドナー数の値が３０以下である請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
平均径が１０００ｎｍを超える原料グラフェンを、溶媒中で分散処理して前記分散物を得ることを更に含み、前記溶媒は表面張力が５０ｍＮ／ｍ以下である請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記分散処理において、前記溶媒は、酸化還元電位が０．２Ｖ以上１．９Ｖ以下である一電子酸化剤を含む請求項５又は６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子は、
体積基準による累積粒度分布における５０％粒径Ｄ５０の電子顕微鏡観察に基づく平均粒径ＤＳＥＭに対する比Ｄ５０／ＤＳＥＭが１以上６以下であって、
組成にニッケルを含み層状構造を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、非水系二次電池用電極活物質の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等の大型動力機器用途の非水系電解質二次電池には、高い出力特性が求められている。高い出力特性を得るには、電極活物質層の電気伝導性が重要であるが、実用化されている電極活物質では充分な電気伝導性を得ることが困難な場合がある。一般に電極活物質層には、電極活物質に加えてアセチレンブラック等の導電助剤が混合されて電気伝導性の向上が試みられているが、改良の余地が残されている。【０００３】
上記に関連して、ナノ粒子サイズの活物質と酸化グラフェンとを混合した後、酸化グラフェンを還元して得られる二次粒子である正極活物質−グラフェン複合体粒子が提案されている（例えば、国際公開第２０１４／１１５６７０号参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示に係る一態様は、耐久性及び出力特性に優れる非水系二次電池を構成可能な電極活物質の製造方法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】
【０００５】
前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りであり、本発明は以下の態様を包含する。第一態様は、グラフェン及び分散媒を含む分散物と、アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子とを接触させることを含み、前記分散物の分散性指数が０．２５以上である非水系二次電池用電極活物質の製造方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本開示に係る第一態様によれば、耐久性及び出力特性に優れる非水系二次電池を構成可能な電極活物質の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】分散物Ａに含まれるグラフェンの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像の一例である。
【図２】分散物Ｂに含まれるグラフェンのＳＥＭ画像の一例である。
【図３】分散物Ｃに含まれるグラフェンのＳＥＭ画像の一例である。
【図４】分散物Ｃに含まれるグラフェンのＸ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）結果の一例である。
【図５】アルカリ金属‐遷移金属複合酸化物のＳＥＭ画像の一例である。
【図６】アルカリ金属‐遷移金属複合酸化物のＳＥＭ画像の一例である。
【図７】実施例１におけるグラフェンが付着したアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子のＳＥＭ画像の一例である。
【図８】実施例２におけるグラフェンが付着したアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子のＳＥＭ画像の一例である。
【図９】比較例１におけるグラフェンが付着したアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子のＳＥＭ画像の一例である。
【図１０】実施例３におけるグラフェンが付着したアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子のＳＥＭ画像の一例である。
【図１１】実施例４におけるグラフェンが付着したアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子のＳＥＭ画像の一例である。
【図１２】比較例２におけるグラフェンが付着したアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子のＳＥＭ画像の一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。また組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための、非水系二次電池用電極活物質の製造方法等を例示するものであって、本発明は、以下に示す非水系二次電池用電極活物質の製造方法等に限定されない。
【０００９】
非水系二次電池用電極活物質の製造方法
非水系二次電池用電極活物質の製造方法は、グラフェン及び分散媒を含むグラフェン分散物と、アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子（以下、単に「複合酸化物粒子」ともいう）とを接触させる接触工程を含み、前記分散物の分散性指数が０．２５以上である。
【００１０】
グラフェン及び分散媒を含む分散物の分散性指数が０．２５以上となる分散物は良好な分散性を有している。それら分散物をアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子と接触させることで、アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子へのグラフェンの付着ムラを低減することができると考えられる。これにより、非水系二次電池を構成する場合に、充放電時のアルカリ金属−遷移金属複合酸化物からの金属の溶出を抑制することができるため、非水系二次電池の耐久性が向上すると考えられる。また、グラフェンの付着ムラが低減されることにより電極活物質としての電気伝導性が向上し、非水系二次電池の出力特性が向上すると考えられる。
【００１１】
分散性指数は、分散物の分散性を評価する指数であり、例えば以下のようにして測定される。所望の分散媒を用い、グラフェンの濃度が３ｍｇ／ｍＬになるように測定対象となるグラフェン分散物を調製する。グラフェン分散物を超音波（周波数：４０ｋＨｚ、出力：１１０Ｗ、２０℃）で１０分間処理して１次分散物を得る。直ちに（１分以内）その１次分散物を２００倍希釈し、グラフェン濃度が０．０１５ｍｇ／ｍＬの２次分散物を得る。２次分散物を超音波で１０分間処理して、測定用分散物を得る。この測定用分散物について、分散媒を基準として７００ｎｍにおける吸光度測定を、測定用分散物を得てから１分以内に行い、得られた吸光度を分散性指数とする。すなわち、分散性指数は、所定濃度のグラフェン分散物の吸光度に対応するパラメータである。分散物の分散性指数は、例えば、０．２５以上であってよく、好ましくは０．３５以上、より好ましくは０．４以上、特に好ましくは０．４５以上である。分散性指数の上限値は、例えば、１以下であってよく、好ましくは１未満又は０．９５以下である。分散性指数を測定する分散媒は、所望の有機溶剤を選択すればよく、例えば、Ｎ−メチル−２―ピロリドン（以下、ＮＭＰと略記することがある）が用いられる。
【００１２】
グラフェン及び分散媒を含む分散物が、良好な分散安定性を有することによりグラフェンの付着ムラをより低減することができる。グラフェン分散物の分散安定性は、例えば、分散安定性指数によって評価することができ、例えば、以下のようにして測定することができる。所望の分散媒を用い、グラフェンの濃度が３ｍｇ／ｍＬになるように測定対象となるグラフェン分散物を調製する。グラフェン分散物を超音波（周波数：４０ｋＨｚ、出力：１１０Ｗ、２０℃）で１０分間処理して１次分散物を得る。１次分散物を回転数７０００ｒｐｍ（６３００Ｇ）にて５分間遠心分離を行い、上澄み部分を採取し、それを２００倍希釈して２次分散物を得る。２次分散物を超音波（周波数：４０ｋＨｚ、出力：１１０Ｗ、２０℃）で１０分間処理して測定用分散物を得る。得られる測定用分散物について、測定用分散物を得てから１分以内に、分散媒を基準として７００ｎｍにおける吸光度測定を行い、得られた吸光度を分散安定性指数とする。すなわち、分散安定性指数は、安定して分散可能なグラフェン濃度に対応する吸光度に対応するパラメータである。グラフェン分散物の分散安定性指数は、例えば、０．０５以上であってよく、好ましくは０．１以上である。分散安定性指数の上限値は、例えば、１以下であってよく、好ましくは１未満又は０．９５以下である。分散安定性指数を測定する分散媒は、所望の有機溶剤を選択すればよく、例えば、ＮＭＰが用いられる。
【００１３】
本明細書において分散物に含まれるグラフェンとしては、グラフェン、グラファイト、酸化グラフェン、還元された酸化グラフェン、膨張黒鉛等の層間化合物、ＡＢＣ積層,ＡＢＡ積層のグラファイト等のグラフェン前駆体等を例示することができる。グラフェンの形態は、シート状、薄片状であってもよく、ナノ粒子、フレーク状粒子等の薄片状粒子であってもよい。なお、グラフェンとは一般的には１原子厚みのシート状物質（単層グラフェン）を意味するが、本明細書におけるグラフェンは、単層グラフェンに加えて、複数の単層グラフェンが分子間力で積層したシート状物質（グラファイト）をも包含するものとする。積層数としては約１００層程度までである。
【００１４】
分散物に含まれるグラフェンは市販品から選択されてもよく、公知の方法で製造されるものであってもよい。例えばグラフェンは、エピタキシャル成長、グラファイト酸化物の還元、金属・炭素溶融物からの生成等で製造することができる。また、酸化グラフェンは改良ハマーズ法等の公知の方法で調製することができる。また酸化グラフェンを熱処理することで還元されたグラフェンを調製することができる。
【００１５】
分散物に含まれるグラフェンの濃度は例えば、０．１質量％以上であってよく、好ましくは１質量％以上であり、より好ましくは３質量％以上である。またグラフェンの濃度は例えば、１０質量％以下であってよく、好ましくは５質量％以下であり、より好ましくは４質量％以下である。分散物に含まれるグラフェンの濃度が前記範囲内であると、分散物の粘度をアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子と分散物とを接触させるうえで良好な範囲に調整することができる。
【００１６】
分散物に含まれるグラフェンの平均径は、例えば、１０００ｎｍ以下であってよく、好ましくは９００ｎｍ以下、より好ましくは８００ｎｍ以下である。また平均径は例えば、１００ｎｍ以上であってよく、好ましくは３００ｎｍ以上である。分散物に含まれるグラフェンの平均径が、前記範囲内であるとアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子へのグラフェンの付着ムラをより低減することができる。なお、グラフェンの平均径は、動的光散乱式粒度分布測定装置を用いて、湿式条件で測定される体積基準の累積粒度分布において、小径側からの累積５０％に対応する粒径である体積平均径として求められる。
【００１７】
分散物に含まれるグラフェンはその組成に酸素を含んでいてもよい。グラフェンが組成に酸素を含む場合、その酸素組成は、例えば、１０ａｔｏｍｉｃ％以下であってよく、好ましくは７ａｔｏｍｉｃ％以下、より好ましくは３ａｔｏｍｉｃ％以下である。また酸素組成は例えば、０．１ａｔｏｍｉｃ％以上であってよく、好ましくは０．５ａｔｏｍｉｃ％以上である。分散物に含まれるグラフェンの酸素組成が、前記範囲内であると十分な電気伝導性を付与することができ、また充放電時にグラフェンに含まれる酸素と電解液とが反応することを抑制することができる。なお、グラフェンの酸素組成は、Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）によって測定される。
【００１８】
分散物に含まれるグラフェンの比表面積は、例えば、２０ｍ２／ｇ以上１０００ｍ２／ｇ以下であってよく、好ましくは１００ｍ２／ｇ以上７００ｍ２／ｇ以下である。分散物に含まれるグラフェンの比表面積が、前記範囲内であるとアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子へのグラフェンの付着ムラをより低減することができる。比表面積は、例えば、窒素ガスを用いてＢＥＴ法により測定される。
【００１９】
グラフェン分散物を構成する分散媒には、例えば、有機溶剤等の溶媒が用いられる。有機溶剤として具体的には、オルトジクロロベンゼン（以下、ＯＤＣＢと略記することがある）、１，２，４−トリクロロベンゼン、メシチレン等の低極性の芳香族系溶剤；酪酸ブチル等のエステル系溶剤；ジイソプロピルケトン等のケトン系溶剤；アセトニトリル、イソブチロニトリル等のニトリル系溶剤；エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の炭酸エステル系溶剤；ＮＭＰ等のアミド系溶剤などを挙げることができる。
【００２０】
グラフェン分散物を構成する分散媒としては、ドナー数が３０以下の溶媒を用いることができ、後述する結着剤の溶解性の観点より、好ましくは２．５以上、より好ましくは２５以上であり、好ましくは２９以下である溶媒のドナー数の下限値は、例えば、であり、好ましくは３以上、または２５以上である。ここで溶媒のドナー数とは、溶媒分子の電子供与性の指標であり、例えば、Ｖ．Ｇｕｔｍａｎｎ著「ドナーとアクセプター」学会出版センター（１９００）に記載されている。ドナー数が３０以下の溶媒としては、例えば、ＮＭＰ（２７．３）、プロピレンカーボネート（１５．１）、イソブチロニトリル（１５．４）、ＯＤＣＢ（３．０）等を挙げることができる。ここで、かっこ内にはドナー数を例示した。中でも後述する結着剤の溶解性の観点より、ドナー数が３０以下の分散媒としてＮＭＰが好ましい。
【００２１】
グラフェン分散物を構成する分散媒は、例えば、表面張力が２５℃において、５０ｍＮ／ｍ以下であってよく、好ましくは４５ｍＮ／ｍ以下である。また溶媒の表面張力は、例えば、３５ｍＮ／ｍ以上であってよく、好ましくは４０ｍＮ／ｍ以上である。溶媒の表面張力が前記範囲内であると、グラフェンがより微細に分散できる傾向がある。具体的には、例えば、ＯＤＣＢ、ＮＭＰ等を挙げることできる。中でも後述する結着剤の溶解性の観点より、表面張力が２５℃において、５０ｍＮ／ｍ以下の分散媒としてＮＭＰが好ましい。
【００２２】
グラフェン分散物は、原料グラフェンを溶媒中で分散処理して調製することができる。グラフェンの分散処理は、例えば、原料グラフェンと溶媒とを混合することで行うことができる。混合には、通常用いられる混合方法が適用できる。具体的には例えば、撹拌羽根、磁気撹拌子等を備える撹拌装置を用いる混合方法、ボールミル等を用いる混合方法等を挙げることができる。例えば、ボールミルを用いる場合、混合時間としては、例えば、１時間から３６時間であってよい。また、混合時の温度としては、例えば、２０℃以上５０℃以下であってよい。
【００２３】
グラフェンの分散処理では、必要に応じてエネルギーを付与してもよい。エネルギーを付与する方法としては、例えばマイクロ波照射、加熱処理、超音波処理、液中プラズマ処理、ボールミル、ジェットミル、圧力式ホモジナイザー、超臨界処理等による粉砕・せん断処理等を挙げることができる。中でも、ナイロンボールを用いるボールミル等のようなせん断力が穏やかな付与方法が好ましい。またエネルギーを付与する際には、イオン液体、アニオン性ポリマー  等を共存させてもよい。イオン液体としては、例えばイミダゾリウム系イオン液体（例えば、ＮＡＴＵＲＥ  ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ，  ７，  ７３０−７３６  （２０１５）参照）を挙げることができる。またアニオン性ポリマーとしては、ポリ（メタ）アクリレート塩（ポリ（メタ）アクリル酸の共役塩基）、ポリ（スチレンスルホン酸）塩（ＰＳＳの共役塩基）、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）等を挙げることができる。エネルギーを付与する場合、エネルギーの付与時間は、付与の目的、付与方法等に応じて適宜選択すればよい。  
【００２４】
原料グラフェンとしては、グラフェン、グラファイト、酸化グラフェン、還元された酸化グラフェン、膨張黒鉛等の層間化合物、ＡＢＣ積層のグラファイト等のグラフェン前駆体等を例示することができる。グラフェンの形態は、シート状、薄片状であってもよく、ナノ粒子、フレーク状粒子等の薄片状粒子であってもよい。なお、グラフェンとは一般的には１原子厚みのシート状物質（単層グラフェン）を意味するが、本明細書におけるグラフェンは、単層グラフェンに加えて、複数の単層グラフェンが分子間力で積層したシート状物質（グラファイト）をも包含するものとする。積層数としては約１００層程度までである。
【００２５】
原料グラフェンとしては、例えば、平均径が１０００ｎｍを越えるグラフェンを用いることができる。原料グラフェンの平均径は、好ましくは２μｍ以上であってよく、また例えば１００μｍ以下であってよく、好ましくは５０μｍ以下である。原料グラフェンの平均径が前記範囲内であると、グラフェンがより微細に分散できる傾向がある。なお、原料グラフェンの平均径は、動的光散乱式粒度分布測定装置を用いて、湿式条件で測定される体積基準の累積粒度分布において、小径側からの累積５０％に対応する粒径である体積平均径として求められる。
【００２６】
原料グラフェンはその組成に酸素を含んでいてもよい。原料グラフェンが組成に酸素を含む場合、その酸素組成は、例えば、１０ａｔｏｍｉｃ％以下であってよく、好ましくは７ａｔｏｍｉｃ％以下、より好ましくは３ａｔｏｍｉｃ％以下である。またグラフェンの酸素組成は例えば０．１ａｔｏｍｉｃ％以上であってよく、好ましくは、０．５ａｔｏｍｉｃ％以上である。原料グラフェンの酸素組成が、分散物に含まれるグラフェンの酸素組成が、前記範囲内であると十分な電気伝導性を付与することができ、また充放電時にグラフェンに含まれる酸素と電解液とが反応することを抑制することができる。
【００２７】
原料グラフェンの比表面積は、例えば、２０ｍ２／ｇ以上１０００ｍ２／ｇ以下であってよく、好ましくは１００ｍ２／ｇ以上７００ｍ２／ｇ以下である。原料グラフェンの比表面積が前記範囲内であると、グラフェンがより微細に分散できる傾向がある。比表面積は、例えば、窒素ガスを用いてＢＥＴ法により測定される。
【００２８】
原料グラフェンは市販品から選択されてもよく、公知の方法で製造されるものであってもよい。例えばグラフェンは、エピタキシャル成長、グラファイト酸化物の還元、金属・炭素溶融物からの生成等で製造することができる。また、酸化グラフェンは改良ハマーズ法等の公知の方法で調製することができる。また酸化グラフェンを熱処理することで還元されたグラフェンを調製することができる。  
【００２９】
グラフェンの分散に用いる溶媒としては、例えば、ドナー数が３０以下の溶媒を用いることができ、後述する結着剤の溶解性の観点より、好ましくは２．５以上、より好ましくは２５以上であり、また好ましくは２９以下である。ここで溶媒のドナー数とは、溶媒分子の電子供与性の指標であり、例えば、Ｖ．Ｇｕｔｍａｎｎ著「ドナーとアクセプター」学会出版センター（１９００）に記載されている。ドナー数が３０以下の溶媒としては、例えば、ＮＭＰ（２７．３）、プロピレンカーボネート（１５．１）、イソブチロニトリル（１５．４）、ＯＤＣＢ（３．０）等を挙げることができる。ここで、かっこ内にはドナー数を例示した。中でも後述する結着剤の溶解性の観点より、ドナー数が３０以下の溶媒としてＮＭＰが好ましい。
【００３０】
また、グラフェンの分散に用いる溶媒は、表面張力が２５℃において、５０ｍＮ／ｍ以下であってよく、好ましくは４５ｍＮ／ｍ以下である。また溶媒の表面張力は、例えば、３５ｍＮ／ｍ以上であってよく、好ましくは４０ｍＮ／ｍ以上である。溶媒の表面張力が前記範囲内であると、グラフェンがより微細に分散できる傾向がある。具体的には、例えば、ＯＤＣＢ、ＮＭＰ等を挙げることできる。中でも後述する結着剤の溶解性の観点より、表面張力が２５℃において５０ｍＮ／ｍ以下の溶媒としてＮＭＰが好ましい。
【００３１】
グラフェンの分散処理には、分散剤、酸化剤等の分散助剤を用いてもよい。分散剤としては、例えば、アニオン系分散剤、カチオン系分散剤、ノニオン系分散剤等の一般的に用いられる分散剤を挙げることができる。酸化剤としては、例えば、所定の酸化還元電位を有する一電子酸化剤を用いることができる。
【００３２】
一電子酸化剤の酸化還元電位は、例えば０．２Ｖ以上１．９Ｖ以下であってよく、後述するドナー数が３０以下の溶媒に対する反応性の観点より、好ましくは０．３Ｖ以上、より好ましくは０．４Ｖ以上である。また一電子酸化剤の酸化還元電位は好ましくは１．９Ｖ未満であってよく、より好ましくは１．２Ｖ以下、更に好ましくは０．６Ｖ以下である。一電子酸化剤は、例えば、過酸化水素等の過酸化物であってよく、カチオンとアニオンから構成される塩化合物であってよい。カチオンとしては、例えば、酸化還元電位の観点から、カルボカチオン、アミニウムカチオン等が挙げられる。カルボカチオンは、例えば、トリアリールメチルカチオンであってよく、アミニウムカチオンは、例えば、トリアリールアミニウムラジカルカチオンであってよい。トリアリールカチオン又はトリアリールアミニウムラジカルカチオンを構成する３つのアリール基は、同一であっても、異なっていてもよい。アリール基としては、炭素数が６から２０、好ましくは６から１０の芳香族炭化水素基が挙げられる。アリール基は１以上の置換基を有していてもよく、置換基としては、炭素数１から１２のアルキル基、炭素数１から１２のアルケニル基、炭素数１から１２のアルキルオキシ基、ハロゲン原子等が挙げられる。アリール基上の２以上の置換基は互いに連結して縮合環構造を形成していてもよい。
【００３３】
カルボカチオンとして具体的には、例えば、トリフェニルメチルカチオン、トリス（４−ブロモフェニル）メチルカチオン等のトリアリールメチルカチオンを挙げることできる。また、アミニウムカチオンとして具体的には、例えば、トリフェニルアミニウムラジカルカチオン、トリス（４−ブロモフェニル）アミニウムラジカルカチオン、トリス（２，４−ジブロモフェニル）アミニウムラジカルカチオン等のトリアリールアミニウムラジカルカチオンを挙げることができ、中でも後述するドナー数が所定値である溶媒に対する溶解性の観点よりトリアリールメチルカチオンが好ましい。
【００３４】
一電子酸化剤を構成するアニオンとしては、例えば、修飾されたグラフェンの安定性の観点から、フッ素原子を含むフッ素系アニオンが挙げられる。フッ素系アニオンとしては、例えば、テトラフルオロボラート（ＢＦ４−）、ヘキサフルオロホスファート（ＰＦ６−）、ヘキサフルオロアンチモナート（ＳｂＦ６−）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＴＦＳＩ−）、テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボラート等のアニオンを挙げることができる。中でも、分散媒に対するグラフェンの分散性の観点よりテトラフルオロボラートが好ましい。
【００３５】
グラフェンの分散処理は、一電子酸化剤と上述の原料グラフェンとを上述の溶媒の存在下で接触させることにより行うことができる。グラフェンの分散処理に一電子酸化剤を用いる場合、グラフェンに対する一電子酸化剤の質量比は、例えば０．１から２０であってよく、好ましくは１から１０として行うことができる。溶媒を用いる場合は、炭素原料に対する溶媒の質量比は、例えば１０から６００であってよく、好ましくは５０から４５０として行うことができる。
【００３６】
グラフェンと一電子酸化剤との接触における雰囲気は、例えばアルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気下であり、好ましくは酸素濃度が、例えば５ｐｐｍ以下であってよい。
【００３７】
グラフェンと一電子酸化剤との接触時間は、例えば室温で、１日から７日であってよい。グラフェンと一電子酸化剤との接触では、さらにエネルギーを付与する工程を必要に応じて設けてもよい。エネルギーを付与することで、グラフェンの分散性がより向上する場合がある。
【００３８】
グラフェンと一電子酸化剤とを接触させてグラフェン分散物を調製する場合、得られるグラフェン分散物には、例えば、一電子酸化剤の電子引き抜きによって正孔が形成されたグラフェンと、その電荷を補償するアニオンとを含む修飾グラフェンが含まれる場合がある。すなわち、グラフェン分散物は、正孔ドープグラフェンと、それと電荷対を形成するアニオンとを含んでいてよい。グラフェン分散物が、修飾グラフェンを含むことでグラフェン分散物の分散安定性がより向上する。
【００３９】
修飾グラフェンは、一電子酸化剤で処理されていないグラフェンとは異なるゼータ電位を有していてもよい。例えば、修飾されたグラフェンのゼータ電位は、ＮＭＰ中で−５０ｍＶ以下であってよく、修飾される前のグラフェンと比べて１５ｍＶ以上低下してよい。
【００４０】
分散処理によりグラフェン分散物を得た後に、分散物中に含まれるグラフェン又は修飾グラフェンを分離してもよい。例えば、分散処理を溶媒中で行う場合、接触後に固液分離を行ってもよい。固液分離は、メンブレンフィルター等を用いるろ過で行ってもよく、固形分を沈降させて上清を除去して行ってもよい。固液分離によって得られた固形分は、必要に応じて有機溶剤を用いて洗浄処理されてもよい。洗浄に用いられる有機溶剤としては、上述の芳香族系溶剤、ＮＭＰ等のアミド系溶剤、アセトニトリル等のニトリル系溶剤等を挙げることができる。  
【００４１】
分散処理により得られたグラフェン又は修飾グラフェンは、乾燥処理により粉体として取り出してもよく、分離されたグラフェン又は修飾グラフェンを所望の有機溶剤に再分散してグラフェン分散物としてもよい。
【００４２】
非水系二次電池用正極活物質の製造方法では、上述したグラフェン分散物と、アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子とを接触させて、非水系二次電池用正極活物質を得る。得られる非水系二次電池用正極活物質は、表面の少なくとも一部にグラフェンが配置されるアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子を含むと考えられる。アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子の表面にはグラフェンが付着していてよく、表面の少なくとも一部を被覆していてよい。
【００４３】
グラフェン分散物と複合酸化物粒子との接触は、例えば、グラフェン分散物と複合酸化物粒子と湿式混合することで行うことができる。混合は、撹拌羽根、ホモジナイザー等の通常用いられる混合方法を用いて行われる。混合には、必要に応じて所望の有機溶剤を用いてもよい。
【００４４】
グラフェン分散物と複合酸化物粒子との接触は、複合酸化物粒子の質量に対するグラフェン分散物の固形分量の比率として、例えば０．０１質量％以上であってよく、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．２質量％以上、更に好ましくは０．４質量％以上である。またエネルギー密度の観点から、複合酸化物粒子の質量に対して、例えば１０質量％以下であってよく、好ましくは２．５質量％以下、より好ましくは１質量％以下、更に好ましくは０．７質量％以下、更に好ましくは０．６質量％以下、特に好ましくは０．５質量％以下で行うことができる。接触時の温度は、例えば、２０℃以上７０℃以下であってよい。接触時間は、例えば、１分間以上３時間以下であってよい。
【００４５】
グラフェン分散物と複合酸化物粒子との接触後には、必要に応じて固液分離処理、乾燥処理、精製処理、分級処理等を行ってもよい。
【００４６】
接触に用いられる複合酸化物粒子は、正極及び負極のいずれかを構成可能な複合酸化物の少なくとも１種を含んでいればよい。正極を構成可能な複合酸化物としては、アルカリ金属−コバルト複合酸化物、アルカリ金属−ニッケル複合酸化物、アルカリ金属−ニッケルコバルトマンガン複合酸化物、スピネル構造のアルカリ金属−マンガン複合酸化物、オリビン構造のリン酸鉄アルカリ金属等が挙げられる。アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のいずれであってもよい。
【００４７】
正極を構成可能な複合酸化物は公知の方法により得ることができる。例えば、アルカリ金属化合物と所望の組成を有する酸化物とを混合して原料混合物を得ることと、得られる原料混合物を熱処理することと、を含む製造方法で製造することができる。熱処理後に得られる熱処理物については、解砕処理を行ってもよく、水洗等によって未反応物、副生物等を除去する処理を行ってもよい。また更に分散処理、分級処理等を行ってもよい。
【００４８】
上述の所望の組成を有する酸化物を得る方法としては、原料化合物（水酸化物、炭酸化合物等）を目的組成に合わせて混合し熱処理によって酸化物に分解する方法、溶媒に可溶な原料化合物を溶媒に溶解し、温度調整、ｐＨ調整、錯化剤投入等で目的の組成に合わせて前駆体の沈殿を得て、得られる前駆体を熱処理によって酸化物を得る共沈法などを挙げることができる。
【００４９】
アルカリ金属−コバルト複合酸化物等の層状構造を有するアルカリ金属−遷移金属複合酸化物は、充放電容量、エネルギー密度等のバランスが良い非水系二次電池を得やすいので好ましい。アルカリ金属−遷移金属複合酸化物は、少なくともリチウム等のアルカリ金属とニッケル等の遷移金属とを含んでいてよく、アルミニウム、コバルト及びマンガンの少なくとも１種を更に含んでいてもよい。
【００５０】
アルカリ金属−遷移金属複合酸化物がニッケルを含む場合、アルカリ金属以外の金属の総モル数に対するニッケルのモル数の比は、例えば、０．３３以上であってよく、好ましくは０．４以上、より好ましくは０．５５以上である。ニッケルのモル数の比の上限は例えば、１未満であってよく、好ましくは０．９８以下、より好ましくは０．８以下、更に好ましくは０．６以下である。ニッケルのモル数の比が上述した範囲であると、非水電解質二次電池において、高電圧時の充放電容量とサイクル特性の両立を達成することができる。
【００５１】
アルカリ金属−遷移金属複合酸化物がコバルトを含む場合、アルカリ金属以外の金属の総モル数に対するコバルトのモル数の比は、例えば、０．０２以上であってよく、好ましくは０．０５以上、より好ましくは０．１以上、更に好ましくは０．１５以上である。コバルトのモル数の比の上限は例えば、１未満であってよく、好ましくは０．３３以下、より好ましくは０．３以下、更に好ましくは０．２５以下である。コバルトのモル数の比が上述した範囲であると、非水電解質二次電池において、高電圧時における充分な充放電容量を達成することができる。
【００５２】
アルカリ金属−遷移金属複合酸化物がマンガンを含む場合、アルカリ金属以外の金属の総モル数に対するマンガンのモル数の比は、例えば、０．０１以上であってよく、好ましくは０．０５以上、より好ましくは０．１以上、更に好ましくは０．１５以上である。マンガンのモル数の比の上限は例えば、０．３３以下であってよく、好ましくは０．３以下、より好ましくは０．２５以下である。マンガンのモル数の比が上述した範囲内であると、非水電解質二次電池において、充放電容量と安全性の両立を達成することができる。
【００５３】
アルカリ金属−遷移金属複合酸化物における、アルカリ金属以外の金属の総モル数に対するアルカリ金属のモル数の比は、例えば、１．０以上であってよく、好ましくは１．０３以上、より好ましくは１．０５以上である。アルカリ金属のモル数の比の上限は例えば、１．５以下であってよく、好ましくは１．２５以下である。
【００５４】
アルカリ金属−遷移金属複合酸化物がニッケルに加えて、コバルト及びマンガンを含む場合、ニッケル、コバルト及びマンガンのモル比は、例えば、ニッケル：コバルト：マンガン＝（０．３３から０．９５）：（０．０２から０．３３）：（０．０１から０．３３）であってよく、好ましくは（０．５５から０．６）：（０．１５から０．２５）：（０．１５から０．３）である。
【００５５】
アルカリ金属−遷移金属複合酸化物は、例えば下記式で表される組成を有するアルカリ金属−遷移金属複合酸化物であってよい。
ＡｐＮｉｘＣｏｙＭ１ｚＯ２＋α 
ここで、ｐ、ｘ、ｙ、ｚ及びαは、１．０≦ｐ≦１．３、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、−０．１≦α≦０．１を満たし、Ａは、Ｌｉ、Ｎａ及びＫからなる群から選ばれる少なくとも一つを示し、Ｍ１は、Ｍｎ及びＡｌの少なくとも一方を示す。
【００５６】
また負極を構成可能な複合酸化物としては、チタン酸リチウム（例えばＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＬｉＴｉ２Ｏ４等）、リチウムチタン複合酸化物（例えば、Ｌｉ４Ｔｉ５−ｘＭｎｘＯ１２；０＜ｘ≦０．３）、リチウム金属酸化物（例えば、ＬｉｘＭｙＯｚ；Ｍ＝Ｓｎ，Ｃｕ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｉｎ，Ａｌ又はＺｒ）、リチウム金属硫化物（例えば、ＬｉｘＭｙＳｚ；Ｍ＝Ｔｉ，Ｓｎ，Ｃｕ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｉｎ，Ａｌ又はＺｒ）等を挙げることができ、これらにおいてはリチウムが他のアルカリ金属に置換されていてもよい。これらの複合酸化物については、例えば特開２０００‐３０２５４７号公報、特開２０１３‐０１２４９６号公報、特開２０１３−０５８４９５号公報等に記載された事項及び製造方法を適宜用いることができる。
【００５７】
複合酸化物粒子は、複合酸化物を構成する元素以外の元素がドープされていてもよい。ドープされる元素としては例えば、Ｂ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔａ，Ｗ及びＢｉが挙げられる。これらの元素のドープに用いられる化合物としては、これらの元素からなる群から選択される少なくとも１種を含む酸化物及びフッ化物、並びにそのアルカリ金属複合酸化物等が挙げられる。ドープ量は例えば、アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子に対して、例えば０．００５モル％以上１０モル％以下であってよい。
【００５８】
また複合酸化物粒子は、金属複合酸化物を含むコア粒子と、コア粒子の表面に配置される付着物とを有するものであってもよい。付着物はコア粒子の表面の少なくとも一部の領域に配置されていればよく、コア粒子の表面積の１％以上の領域に配置されていることが好ましい。付着物の組成は目的等に応じて適宜選択され、例えば、Ｌｉ，Ｂ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｋ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｎ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔａ，Ｗ及びＢｉからなる群から選択される少なくとも１種を含む酸化物及びフッ化物、並びにそのアルカリ金属複合酸化物等を挙げることができる。付着物の含有量は例えば、アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子中に、０．０３質量％以上１０質量％以下であってよく、０．１質量％以上２質量％以下が好ましい。
【００５９】
複合酸化物粒子の平均径は、例えば体積平均粒子径として１μｍ以上４０μｍ以下であってよく、出力特性の観点から、好ましくは１．５μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上であり、また好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。
【００６０】
複合酸化物粒子の平均径に対する炭素材料の平均径の比（炭素材料／複合酸化物粒子）の下限値は、例えば０．０１以上であってよく、好ましくは０．１以上である。また、複合酸化物粒子の平均径に対する炭素材料の平均径の比（炭素材料／複合酸化物粒子）の上限値は、例えば１０以下であってよく、好ましくは２以下である。
【００６１】
複合酸化物粒子は、多数の一次粒子からなる凝集粒子であってよく、また、例えば、６個以下の一次粒子からなる、いわゆる単粒子であってよい。複合酸化物粒子は、体積基準による累積粒度分布における５０％粒径Ｄ５０の、電子顕微鏡観察に基づく平均粒径ＤＳＥＭに対する比Ｄ５０／ＤＳＥＭが１以上６以下であってよい。
【００６２】
複合酸化物粒子においては、電子顕微鏡観察に基づく平均粒径ＤＳＥＭは、耐久性の観点から、例えば０．１μｍ以上２０μｍ以下であってよく、出力密度及び極板充填性の観点から、０．３μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましく、また、１５μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましく、５μｍ以下が特に好ましい。
【００６３】
電子顕微鏡観察に基づく平均粒径ＤＳＥＭは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像から測定される一次粒子の球換算径の平均値である。平均粒径ＤＳＥＭは具体的には以下のようにして測定される。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、粒径に応じて１０００倍から１００００倍の範囲で観察する。粒子の輪郭が確認できる一次粒子を１００個選択し、選択された粒子について画像処理ソフトウエアを用いて、一次粒子の輪郭をなぞることで輪郭長を求める。輪郭長から球換算径を算出し、得られた球換算径の算術平均値として平均粒径ＤＳＥＭが求められる。
【００６４】
複合酸化物粒子において、Ｄ５０／ＤＳＥＭが１の場合、複合酸化物粒子が単一の一次粒子からなることを示し、１に近づくほど、構成する一次粒子の数が少ないことを示す。Ｄ５０／ＤＳＥＭは、耐久性の観点から、１以上６以下が好ましく、出力密度の観点から、５以下が好ましく、特に３以下が好ましい。
【００６５】
また複合酸化物粒子の５０％粒径Ｄ５０は、例えば１μｍ以上３０μｍ以下でってよく、出力密度の観点から１．５μｍ以上が好ましく、３μｍ以上がより好ましく、また１０μｍ以下が好ましく、５．５μｍ以下がより好ましい。
【００６６】
５０％粒径Ｄ５０は、レーザー回折式粒径分布測定装置を用いて、湿式条件で測定される体積基準の累積粒度分布において、小径側からの累積５０％に対応する粒径として求められる。同様に、後述する９０％粒径Ｄ９０及び１０％粒径Ｄ１０は、それぞれ小径側からの累積９０％及び累積１０％に対応する粒径として求められる。
【００６７】
体積基準による累積粒度分布における９０％粒径Ｄ９０の１０％粒径Ｄ１０に対する比は、複合酸化物粒子の粒度分布の広がりを示し、値が小さいほど粒子の粒径がそろっていることを示す。複合酸化物粒子のＤ９０／Ｄ１０は、例えば、８以下であってよく、出力密度の観点から、６以下が好ましく、３以下がより好ましい。Ｄ９０／Ｄ１０の下限は、例えば１．２以上であってよい。
【００６８】
Ｄ５０／ＤＳＥＭが１以上６以下である複合酸化物粒子については、例えば、特開２０１７−１８８４４３号公報、特開２０１７−１８８４４４号公報、特開２０１７−１８８４４５号公報等を参照することができる。
【００６９】
アルカリ金属−遷移金属複合酸化物は組成にニッケルを含んでよい。アルカリ金属−遷移金属複合酸化物は、非水系電解質二次電池における初期効率の観点から、Ｘ線回折法により求められるニッケル元素のディスオーダーは、例えば４．０％以下であってよく、２．０％以下が好ましく、１．５％以下がより好ましい。ここで、ニッケル元素のディスオーダーとは、本来のサイトを占有すべき遷移金属イオン（ニッケルイオン）の化学的配列無秩序（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｉｓｏｒｄｅｒ）を意味する。層状構造のアルカリ金属−遷移金属複合酸化物においては、Ｗｙｃｋｏｆｆ記号で表記した場合に３ｂで表されるサイト（３ｂサイト、以下同様）を占有すべきアルカリ金属イオンと３ａサイトを占有すべき遷移金属イオンの入れ替わりが代表的である。ニッケル元素のディスオーダーが小さいほど、初期効率が向上するので好ましい。
【００７０】
アルカリ金属−遷移金属複合酸化物におけるニッケル元素のディスオーダーは、Ｘ線回折法により求めることができる。アルカリ金属−遷移金属複合酸化物について、ＣｕＫα線によりＸ線回折スペクトルを測定する。組成モデルを（Ｌｉ１−ｄＮｉｄ）（ＮｉｘＣｏｙＭｎｚＡｌｗ）Ｏ２（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１）とし、得られたＸ線回折スペクトルに基づいて、リートベルト解析により構造最適化を行う。構造最適化の結果として算出されるｄの百分率をニッケル元素のディスオーダーの値とする。
【００７１】
非水系二次電池用電極活物質
非水系二次電池用電極活物質の一態様は、分散性指数が０．２５以上のグラフェン及び分散媒を含む分散物と、アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子とを接触させて得られる表面の少なくとも一部にグラフェンが配置されたアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子を含む。グラフェンは、アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子の表面に付着していてよく、表面を被覆していてよい。すなわち、良好な分散性を有する分散物とアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子とを接触させて得られる表面の少なくとも一部にグラフェンが配置されてなるアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子は、アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子表面へのグラフェンの付着ムラが低減されることにより充放電時にアルカリ金属−遷移金属複合酸化物に含まれる金属成分の溶出を抑制することができるため、これら電極活物質を含む非水系二次電池を構成する場合に、耐久性が向上すると考えられる。また、グラフェンの付着ムラが低減されることにより、電極活物質の電気伝導性が向上するため、これら電極活物質を含む非水系二次電池を構成する場合に、出力特性が向上すると考えられる。
【００７２】
電極活物質におけるグラフェンの含有量は、電気伝導性の観点から、複合酸化物粒子に対して例えば０．０１質量％以上であってよく、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．２質量％以上、更に好ましくは０．４質量％以上である。またエネルギー密度の観点から、複合酸化物粒子に対して例えば１０質量％以下であってよく、好ましくは２．５質量％以下、より好ましくは１質量％以下、更に好ましくは０．７質量％以下、更に好ましくは０．６質量％以下、特に好ましくは０．５質量％以下である。
【００７３】
非水系二次電池用電極組成物
非水系二次電池用電極組成物は、上述した電極活物質と結着剤（バインダー）とを含み、必要に応じて導電助剤、充填剤、有機溶剤等をさらに含んでいてもよい。
【００７４】
結着剤は、例えば電極活物質と導電助剤などとの付着、及び集電体に対する電極活物質の付着を助ける材料である。結着剤の例としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブチレンゴム、フッ素ゴム、様々な共重合体などが挙げられる。結着剤含有量は、電極組成物の総質量に対して例えば０．０５質量％以上５０質量％以下であってよい。
【００７５】
導電助剤は、例えば電極活物質層の電気伝導性を向上させる材料である。導電助剤としては、修飾グラフェンが挙げられる。その他に例えば、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サマーブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維；グラフェン、カーボンナノチューブなどの炭素材料；フッ化カーボン；アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材が挙げられる。導電助剤の含有量は、電極組成物の総質量に対して例えば０．５質量％以上３０質量％以下であってよい。
【００７６】
電極組成物が修飾グラフェン以外のその他の導電助剤を含む場合、電極組成物中のその他の導電助剤に対する修飾グラフェンの含有比（修飾グラフェン／その他の導電助剤）の下限値は、例えば１／１０００以上であってよく、好ましくは１／１００以上であり、より好ましくは１／１０以上である。また電極組成物中のその他の導電助剤に対する修飾グラフェンの含有比の上限値は、例えば１００／１以下であってよく、好ましくは１０／１であり、より好ましくは１／１以下である。
【００７７】
充填剤は、例えば電極活物質層の膨脹を抑制する材料である。充填剤の例としては、炭酸リチウム；ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質等が挙げられる。
【００７８】
電極組成物は、有機溶剤を含んでいてもよい。有機溶剤の例としては、ＮＭＰ等を挙げることができる。
【００７９】
非水系二次電池用電極
非水系二次電池用電極は、集電体と、集電体上に配置され、上述した非水系二次電池用電極活物質を含む電極活物質層とを備える。電極は上述の電極組成物を、ＮＭＰなどの溶媒中に分散してスラリー状にした後、これを集電体上に塗布し乾燥及びプレスすることで製造される。
【００８０】
集電体の例としては、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン等の金属；焼成炭素；銅、ステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理した複合材料；アルミニウム−カドミウム合金などが挙げられる。集電体は、その表面に微細な凹凸を形成することによって電極活物質層などの接着力を高めることもできる。またフィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体等、多様な形態が可能である。集電体の厚みとしては例えば３μｍ以上５００μｍ以下であってよい。
【００８１】
上述した電極活物質を用いて構成される非水系二次電池用電極においては、極板抵抗が低減される。非水系二次電池用電極における極板抵抗の低下率は、例えば、４０％以上であってよく、出力特性の観点より、好ましくは５０％以上であり、より好ましくは６０％以上であり、特に好ましくは７０％以上である。低下率の上限は、例えば９９％以下であってよく、好ましくは９５％以下である。極板抵抗の低下率は、本実施形態の電極活物質に含まれるグラフェンに代えてアセチレンブラックを用いて得られる電極を基準として後述の方法により求められる。  
【００８２】
非水系二次電池
非水系二次電池は、上記非水系二次電池用電極の少なくとも１種を備える。非水系二次電池は、非水系二次電池用電極に加えて、非水系二次電池用電極の対となる電極、非水系電解質、セパレータ等を備えて構成される。対となる電極は上記非水系二次電池用電極であってもよい。非水系二次電池における、対となる電極、非水系電解質、セパレータ等については例えば、特開２００２−０７５３６７号公報、特開２０１１−１４６３９０号公報、特開２００６−１２４３３号公報、特開２０００−３０２５４７号公報（米国特許第６４７５６７３号明細書）、特開２０１３−０５８４９５号公報（米国特許出願公開第２０１０／０１５５２４号明細書）等に記載された、非水系二次電池用のための材料を適宜用いることができる。これらの文献は、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００８３】
前述の電解質は、例えばフッ素を有するアニオンを含む。具体的には、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２などのフッ素を有するアニオンを含むリチウム塩を単独で、あるいは２種以上用いることができる。
【００８４】
グラフェン分散物
グラフェン分散物は、グラフェン及び分散媒を含み、分散性指数が０．２５以上である。グラフェン分散物を構成するグラフェン及び分散媒の詳細、並びに分散性指数の詳細については記述の通りである。グラフェン分散物は、原料グラフェンを分散処理して得られるものであってよく、また、原料グラフェンを一電子酸化剤と接触させることで得られる修飾グラフェンを含むものであってよい。
【実施例】
【００８５】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【００８６】
平均径
グラフェンの平均径の測定については、動的光散乱式粒度分布測定装置（大塚電子製ＥＬＳＺ−２０００ＺＳ）を用いて行った。【００８７】
＜グラフェンを含む分散物Ａの製造＞    
原料グラフェン（Ａｎｇｓｔｒｏｎ社製ｒＧＯ、ＢＥＴ比表面積６００ｍ２／ｇ、酸素組成１．８ａｔｏｍｉｃ％）２ｇをグラフェンの濃度が３０ｍｇ／ｍＬとなるように乾燥Ｎ−メチル−２−ピロリドン（以下ＮＭＰ、ドナー数２７、表面張力４１ｍＮ／ｍ、純度＞９９．０％）に対して加え、超音波処理（周波数：４０ｋＨｚ、出力：１１０Ｗ、２０℃）を１時間行い、分散物Ａを得た。【００８８】
上述で得られた分散物Ａをグラフェン濃度が３ｍｇ／ｍＬになるようにＮＭＰを用いて調整した。調整した溶液について超音波（周波数：４０ｋＨｚ、出力：１１０Ｗ、２０℃）で１０分間処理して均一な１次分散物を得た。次にその分散物を２００倍希釈し、グラフェン濃度が０．０１５ｍｇ／ｍＬの２次分散物を得た。それを超音波（周波数：４０ｋＨｚ、出力：１１０Ｗ、２０℃）で１０分間処理して、均一な測定用分散物を得た。この測定用分散物について、ＮＭＰを基準として７００ｎｍにおける吸光度測定（日立ハイテクノロジーズ製Ｕ−４１００形分光光度計）を行い、得られた吸光度を分散性指数としたところ０．２４であった。また、この測定用分散物について平均径及びゼータ電位（大塚電子製ＥＬＳＺ−２０００ＺＳ）を測定したところ、グラフェンの平均径は、６５４０ｎｍ、標準偏差４００１、ゼータ電位は−３７ｍＶであった。【００８９】
上述の分散性指数での測定で得られた１次分散物について回転数７０００ｒｐｍ（６３００Ｇ）にて５分間遠心分離を行い、上澄み部分を採取し、それを２００倍希釈して、２次分散物を得た。得られた２次分散物について超音波（周波数：４０ｋＨｚ、出力：１１０Ｗ、２０℃）で１０分間処理して均一な測定用分散物を得た。吸光度測定を行い、７００ｎｍにおける吸光度（ＮＭＰを基準として）を求めた。この測定用分散物について、ＮＭＰを基準として７００ｎｍにおける吸光度測定（日立ハイテクノロジーズ製Ｕ−４１００形分光光度計）を行い、得られた吸光度を分散安定性指数としたところ０であった。【００９０】
分散物Ａに含まれるグラフェンについて走査型電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ  ＳＵ８２３０；加速電圧５ｋＶ）観察を行った。ＳＥＭ画像（倍率１００００倍）を図１に示す。【００９１】
＜分散物Ｂの製造＞  
アルゴン雰囲気下、酸素濃度が３．０ｐｐｍ以下に調整されたグローブボックス中、室温下で、遊星ボールミル用容器に乾燥ＮＭＰ６４ｍＬと分散物Ａと同じ原料グラフェン２ｇとナイロンボール（φ１０ｍｍ）１００個を加えたのち、容器の蓋を閉めグローボックス外に取り出した。続いて遊星ボールミル（回転数４００ｒｐｍ）を３６時間行った。その後、孔径０．１μｍのテフロン（登録商標）製メンブレンフィルターを用いて、ポンプで吸引しながら濾別した。濾別した後に、ＮＭＰでフィルターを洗浄した。得られた濾取物をグラフェンの濃度が３０ｍｇ／ｍＬとなるようにＮＭＰ溶液に対して、グラフェンを加え分散物Ｂを得た。分散物Ｂについて分散物Ａと同様にして平均径を測定したところ平均径は５７８ｎｍ、標準偏差２３９であり、平均径が小さく、粒度分布が狭くなっていることを確認した。【００９２】
得られた分散物Ｂについて分散物Ａと同様にして分散性指数及び分散安定性指数を求めたところ、分散性指数０．４１、分散安定性指数０であり、分散物Ａと比べて分散性が向上することを確認した。【００９３】
分散物Ｂより取り出したグラフェンについて電界放出型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ；日立ハイテクノロジーズ  Ｓ−４８００；加速電圧０．５ｋＶ）観察行った。ＳＥＭ画像を図２（倍率５０００倍）に示す。【００９４】
＜グラフェンを含む分散物Ｃの製造＞
アルゴン雰囲気下、酸素濃度が３ｐｐｍ以下に調整されたグローブボックス中、室温下で、遊星ボールミル用容器に乾燥ＮＭＰ６４ｍＬと１電子酸化剤のカルボカチオン塩であるトリチリウムテトラフルオロボラート（トリフェニルメチリウムテトラフルオロボラート；酸化還元電位０．５Ｖ）１．２ｇとを加え、溶解させた。この溶液に、分散物Ａの場合と同じ原料グラフェン２ｇとナイロンボール（φ１０ｍｍ）１００個を加えたのち、容器の蓋を閉めグローボックス外に取り出した。続いて遊星ボールミル（回転数４００ｒｐｍ）を３６時間行った。その後、孔径０．１μｍのテフロン（登録商標）製メンブレンフィルターを用いて、ポンプで吸引しながら濾別した。濾別した後に、ＮＭＰでフィルターを洗浄した。得られた濾取物をグラフェンの濃度が３０ｍｇ／ｍＬとなるように、ＮＭＰに対してグラフェンを加えて分散物Ｃを得た。分散物Ｃについて分散物Ａと同様にして平均径を測定したところ平均径は５８４ｎｍ、標準偏差９５．７であり、平均径が小さく、粒度分布が良くなっていることを確認した。また、分散物Ａと同様にしてゼータ電位を測定したところ−６２ｍＶであり、分散物Ａと比べて２５ｍＶ低下することを確認した。【００９５】
得られた分散物Ｃについて分散物Ａと同様にして分散性指数及び分散安定性指数を求めたところ、分散性指数０．４８、分散安定性指数０．１２であり、分散物Ａ及び分散物Ｂと比べて分散性と分散安定性が向上することを確認した。【００９６】
分散物Ｃより取り出したグラフェンについて電界放出型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ；日立ハイテクノロジーズ  Ｓ−４８００；加速電圧５ｋＶ）観察行った。ＳＥＭ画像を図３（倍率１００００倍）に示す。また分散物Ｃより取り出したグラフェンについて、Ｘ線光電子分光分析装置（以下ＸＰＳ、アルバック・ファイ社製ＱｕａｎｔｅｒａＳＸＭ；、Ｘ線原；ＡｌＫα線  Ｘ線ビーム径；φ２００μｍ）を行ったところ、原料グラフェンには検出されなかったフッ素原子が、炭素原子の検出量に対して約０．３ａｔｏｍｉｃ％検出された。ＸＰＳチャートを図４に示す。検出されたフッ素原子は、６８５ｅＶの無機物とフッ素の結合に由来すると考えられ、修飾されたグラフェンの対アニオンであるテトラフルオロボラートと考えられる。【００９７】
［アルカリ金属−遷移金属複合酸化物の準備］  
アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子のＤ１０、Ｄ５０及びＤ９０については、レーザー回折式粒径分布測定装置（Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｐａｎａｌｙｔｉｃａｌ社製  マスターサイザー２０００）を用いて、体積基準の累積粒度分布を測定し、小径側からの累積値に対応してそれぞれの粒径を求めた。電子顕微鏡観察に基づく平均粒径ＤＳＥＭは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、１０００倍から１００００倍で観察した画像において、粒子の輪郭が確認できる粒子を１００個選択し、選択された粒子について画像処理ソフトウエア（ＩｍａｇｅＪ）を用いて球換算径を算出し、得られた球換算径の算術平均値として求めた。【００９８】
＜アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子Ａの準備＞      
公知の方法に従い、電子顕微鏡観察に基づく平均粒径ＤＳＥＭが０．４４μｍであり、Ｄ１０＝３．５μｍ、Ｄ５０＝７．１μｍ、Ｄ９０＝１９．７μｍ、平均粒径ＤＳＥＭに対するＤ５０の比Ｄ５０／ＤＳＥＭが１６．１であり、粒度分布における比Ｄ９０／Ｄ１０が５．６でであった。また、Ｎｉディスオーダー量が０．６％あり、組成式：Ｌｉ１．０１Ｎｉ０．９２５Ｃｏ０．０５Ａｌ０．０２５Ｏ２で表されるアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子Ａを得た。得られたアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子ＡのＳＥＭ画像（ＳＥＭ；ＪＥＯＬ  ＪＳＭ−ＩＴ１００ＬＡ；加速電圧２０ｋＶ）を図５（倍率７０００倍）に示す。【００９９】
＜アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子Ｂの準備＞
公知の方法に従い、電子顕微鏡観察に基づく平均粒径ＤＳＥＭが０．９４μｍであり、Ｄ１０＝２．７μｍ、Ｄ５０＝５．１μｍ、Ｄ９０＝１０．１μｍ、平均粒径ＤＳＥＭに対するＤ５０の比Ｄ５０／ＤＳＥＭが５．４であり、粒度分布における比Ｄ９０／Ｄ１０が３．７であった。また、Ｎｉディスオーダー量が１．１％あり、組成式：Ｌｉ１．００Ｎｉ０．９２５Ｃｏ０．０５Ａｌ０．０２５Ｏ２で表されるアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子Ｂを得た。得られたアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子ＢのＳＥＭ画像（ＳＥＭ；ＪＥＯＬ  ＪＳＭ−ＩＴ１００ＬＡ；加速電圧２０ｋＶ）を図６（倍率７０００倍）に示す。  【０１００】
［正極の製造］
（実施例１）
分散物Ｂの２．１ｇ（グラフェンとして０．０６ｇ）とアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子Ａの１１．６ｇと、ＮＭＰ２．６５ｇと混合して正極活物質分散液を得た。正極活物質分散液に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）をＮＭＰに溶解した溶液１．５ｇ（ＰＶＤＦとして０．１２ｇ）を加えて混合し、続いてアセチレンブラック（以下ＡＢともいう）液０．９ｇ（ＡＢとして０．１８ｇ）を更に加えて混合し正極組成物を得た。正極活物質の濃度が５２質量％となるようにＮＭＰと混合してＮＭＰスラリーを調製した。得られたＮＭＰスラリーを集電体としてのアルミニウム箔に塗布して乾燥し、乾燥品を得た。乾燥品をロールプレス機で圧縮成形（密度３．２ｇ／ｃｍ３）した後、所定のサイズに裁断することにより、実施例１の正極を作製した。なお、乾燥品についてＳＥＭ（日立ハイテックＳＵ８２３０；加速電圧０．５ＫＶ）により観察したところ、図７（倍率２００００倍）に示すようにリチウム遷移金属複合酸化物粒子の一部にグラフェンが付着した非水系二次電池用正極活物質の存在が確認できた。【０１０１】
（実施例２）
分散物Ｂの代わりに分散物Ｃを用いたこと以外は実施例１と同様にして正極を作製した。なお乾燥品についてＳＥＭ（日立ハイテクノロジーズ  ＳＵ８２３０；加速電圧０．５ＫＶ）により観察したところ、図８（倍率２００００倍）に示すようにアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子の一部にグラフェンが付着した非水系二次電池用正極活物質の存在が確認できた。【０１０２】
（比較例１）
アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子Ａを１１．６ｇと、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）をＮＭＰに溶解した溶液１．５ｇ（ＰＶＤＦとして０．１２ｇ）と、を混合し、続いてＡＢ液１．２ｇ（ＡＢとして０．２４ｇ）を更に加えて混合し正極組成物を得た。正極組成物の濃度が５８質量％となるようにＮＭＰと混合してＮＭＰスラリーを調製した。得られたＮＭＰスラリーを集電体としてのアルミニウム箔に塗布して乾燥し、乾燥品を得た。乾燥品をロールプレス機で圧縮成形した後、所定のサイズに裁断することにより、比較例１の正極を作製した。実施例１と同様にして観察した正極のＳＥＭ画像（日立ハイテクノロジーズ  ＳＵ８２３０；加速電圧０．５ＫＶ）を図９（倍率２００００倍）に示す。【０１０３】
（実施例３）
アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子Ａの代わりにアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子Ｂを用いたこと以外は実施例１と同様にして正極を作製した。実施例１と同様にして観察した正極のＳＥＭ（日立ハイテックＳＵ８２３０；加速電圧０．５ＫＶ）画像を図１０（倍率２００００倍）に示す。【０１０４】
（実施例４）
分散物Ｂの代わりに分散物Ｃを用いたこと以外は実施例３と同様にして正極を作製した。実施例１と同様にして観察した正極のＳＥＭ画像（日立ハイテクノロジーズ  ＳＵ８２３０；加速電圧０．５ＫＶ）を図１１（倍率２００００倍）に示す。【０１０５】
（比較例２）
アルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子Ａの代わりにアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子Ｂを用いたこと以外は比較例１と同様にして正極を作製した。実施例１と同様にして観察した正極のＳＥＭ画像（日立ハイテクノロジーズ  ＳＵ８２３０；加速電圧０．５ＫＶ）を図１２（倍率２００００倍）に示す。  【０１０６】
［評価］
上記で得られた実施例１から３、比較例１及び比較例２の正極について極板抵抗を
以下の手順で測定した。得られた極板を水平なガラス板の上におき、極板に対してプローブ（三菱ケミカルアナリテックＭＣＰ−ＴＰＡＰ２）を接触させ、テスタ―（横河Ｍ＆Ｃデジタルマルチメータ７５４４  ０２Ｆ）により抵抗値を測定した。（測定温度２３℃、ドライルーム）なお一つの極板に対して１０点測定し、その平均値を極板抵抗とした。結果を表１に示す。表１には、比較例に対する実施例の極板抵抗における低下率を併せて示す。【０１０７】
【表１】
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【０１０８】
表１から、実施例１、２について分散性指数の高い分散物により作製した非水系二次電池用正極組成物を用いた電極において、比較例１と比べて極板抵抗が小さくなっていることから、それら電極を用いた電池において出力特性が向上することが期待できる。また、実施例３において、比較例２と比べて同様の効果があることを確認した。【０１０９】
表１から、実施例２において、酸化還元電位が０．２Ｖ以上１．９Ｖ以下である一電子酸化剤の存在下で得られた分散物により作製した非水系二次電池用正極組成物を用いた電極において、実施例１と比べて極板抵抗の低下率が高くなっており、それら電極を用いた電池において、出力特性の効果がより顕著に表れることが期待できる。【０１１０】
表１から、実施例３において、体積基準による累積粒度分布における５０％粒径Ｄ５０の電子顕微鏡観察に基づく平均粒径ＤＳＥＭに対する比Ｄ５０／ＤＳＥＭが１以上６以下のアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子により作製した非水系二次電池用正極組成物を用いた電極において、実施例１と比べて極板抵抗の低下率が高くなっており、それら電極を用いた電池において、出力特性の効果がより顕著に表れることが期待できる。【０１１１】
上記で得られた実施例２、４、比較例１及び比較例２の正極を用いて、以下の手順で評価用二次電池を作製した。【０１１２】
（負極の作製）
負極活物質として、黒鉛材料を用いた。負極活物質９７．５質量部、及びカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）１．５質量部及びスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）１．０質量部を水に分散し、混練して負極ペーストを調製した。これを銅箔からなる集電体に塗布し乾燥させ、乾燥後ロールプレス機で圧縮成形した後、所定のサイズに裁断することにより、負極を作製した。【０１１３】
［非水電解液の作製］
エチルカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比３：７で混合し、混合溶媒を得た。得られた混合溶媒に、ヘキサフルオロリン酸リチウムを、その濃度が１．０ｍｏｌ％となるように溶解させ、非水電解液を得た。【０１１４】
［非水電解液二次電池の組み立て］
上記正極と負極の集電体に、それぞれリード電極を取り付けたのち１２０℃で真空乾燥を行った。次いで、正極と負極との間に多孔性ポリエチレンからなるセパレータを配し、袋状のラミネートパックにそれらを収納した。収納後６０℃で真空乾燥して各部材に吸着した水分を除去した。真空乾燥後、ラミネートパック内に、上記非水電解液を注入、封止し、評価用電池としてのラミネートタイプの非水電解液二次電池を得た。得られた評価用電池を用い、以下の電池特性の評価を行った。【０１１５】
＜充放電サイクル特性の評価＞
評価用電池を４５℃の恒温槽に設置し、充電電圧４．３Ｖで定電圧充電を行った。充電後、放電電圧２．７５Ｖで定電圧放電を行い、１サイクル目の放電容量Ｑｄｃｙｃ（１）を測定した。以下充電と放電を繰り返し、最後に２００サイクル目の放電容量Ｑｃｙｃ（２００）を測定した。得られたＱｃｙｃ（１）でＱｃｙｃ（２００）を除して２００サイクル後の容量維持率Ｐｃｙｃ（＝Ｑｃｙｃ（２００）／Ｑｃｙｃ（１））（％）を算出した。実施例２および比較例１の結果を表２に、実施例４および比較例２の結果を表３に示す。【０１１６】
＜出力特性の評価＞
評価用電池を２５℃及び−２５℃の環境下、満充電電圧を４．２Ｖとして充電深度５０％まで定電流充電し、その後特定の電流値ｉでパルス放電・充電を行った。パルスは１０秒印加後開放３分で放電と充電を順次繰り返した。パルス放電・充電の電流値ｉは２５℃の場合０．０４Ａ、０．０８Ａ、０．１２Ａ、０．１６Ａ及び０．２０Ａとし、−２５℃の場合は、０．０３Ａ、０．０５Ａ、０．０８Ａ、０．１０５Ａ及び０．１３Ａとした。電流値ｉをグラフ横軸に、パルス放電１０秒後の電圧値Ｖをグラフ縦軸にそれぞれプロットし、ｉ−Ｖプロットにおいて直線線形が保たれる電流範囲で傾きの絶対値を求め、電池抵抗Ｒ（２５）（Ω）、Ｒ（−２５）（Ω）とした。実施例２および比較例１の結果を表２に、実施例４および比較例２の結果を表３に示す。表２及び表３には、比較例に対する実施例の電池抵抗における低下率を併せて示す。【０１１７】
【表２】
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【０１１８】
表２から、実施例２について分散性指数の高い分散物により作製した非水系二次電池用正極組成物を用いて二次電池を構成することで、比較例１と比べて容量維持率が高く、電池抵抗が低くなっており、電池における耐久性及び出力特性が向上することを確認した。また、実施例４において、比較例２と比べて、同様の効果があることを確認した。【０１１９】
【表３】
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【０１２０】
表３から、実施例４について分散性指数の高い分散物により作製した非水系二次電池用正極組成物を用いて二次電池を構成することで、比較例２と比べて容量維持率が高く、電池抵抗が低くなっており、電池における耐久性及び出力特性が向上することを確認した。【０１２１】
表２および表３から実施例４において、体積基準による累積粒度分布における５０％粒径Ｄ５０の電子顕微鏡観察に基づく平均粒径ＤＳＥＭに対する比Ｄ５０／ＤＳＥＭが１以上６以下のアルカリ金属−遷移金属複合酸化物粒子により作製した非水系二次電池用正極組成物を用いて二次電池を構成することで、実施例２と比べて電池抵抗の低下率が大きくなっており、出力特性の向上の効果がより顕著に表れることを確認した。【０１２２】
日本国特許出願２０１９−０１７３２７号（出願日：２０１９年２月１日）の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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