JP2016025010A - リチウムイオン二次電池用正極活物質およびその利用 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムニッケルマンガン複合酸化物中の酸素をフッ素で置換する効果が好適に発揮され、高い耐久性と優れた入出力特性とを備えた電池を実現することのできる正極活物質を提供すること。【解決手段】本発明により、リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子中にフッ素を含有するフッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子を含む、リチウムイオン二次電池用の正極活物質が提供される。上記フッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子は、粒子中心部と当該粒子中心部よりも表面に近い表層部とでフッ素濃度が異なっている。そして、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）に基づいて測定される上記粒子中心部のフッ素原子濃度Ｆｃ（ａｔ％）と上記表層部のフッ素原子濃度Ｆｓ（ａｔ％）とが、Ｆｃ＜Ｆｓの関係にある。【選択図】図２

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。詳しくは、フッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物を含むリチウムイオン二次電池用正極活物質に関する。

リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化を実現し得る正極活物質として、作動電位が金属リチウム基準で４．５Ｖ以上（以下、金属リチウム基準の電位を「vs. Li/Li^＋」と表記することがある。）のスピネル型のリチウムニッケルマンガン複合酸化物が知られている。しかし、当該複合酸化物を正極活物質として使用した電池では、例えば正極電位が４．５Ｖ(vs. Li/Li^＋)以上となる条件で充放電を繰り返すと、正極活物質から金属元素（典型的にはマンガン）が溶出して、耐久性が大きく低下することがあった。
これに対処するための技術として、例えば非特許文献１には、リチウムニッケルマンガン複合酸化物中の酸素（Ｏ）原子の一部をフッ素（Ｆ）原子で置換することによって耐久性の向上を向上し得ることが記載されている。

Materials Research Bulletin, 2008年, Vol.43, Issue 12, pp.3607-3613

しかしながら、上記技術を高エネルギー密度と高出力密度の両立が要求される電池（例えば車載用電池）に適用する場合、更なる改善の余地が認められた。すなわち、上記酸素の一部をフッ素置換したリチウムニッケルマンガン複合酸化物を備える電池では、フッ素を含む効果によってリチウムニッケルマンガン複合酸化物のアニオン（Ｏ，Ｆ）とカチオン（Ｎｉ，Ｍｎ）の結合性が増して、当該複合酸化物からの金属元素の溶出を抑制することができ、これによって耐久性が向上する傾向にある。しかし、フッ素の量の少ない場合に、過酷な条件で（例えば、５０℃以上の高温環境下において、正極の電位が４．５Ｖ(vs. Li/Li^＋)以上となるまで充電する条件で）充放電を繰り返すと、上記耐久性向上の効果が十分に得られなかったり、正極で非水電解質が酸化分解されてガスの発生量が増大したりすることがあった。一方で、耐久性の向上やガス発生量の低減を考慮してフッ素の量を増やしていくと、当該フッ素と電荷担体（Ｌｉイオン）との相互作用が高まって、複合酸化物中でのＬｉイオンの拡散性（移動度）が低下する結果、電池抵抗が増大して特にハイレート充放電時の入出力特性が低下する背反があった。

本発明はかかる課題を解決すべく創出されたものであり、その目的は、リチウムニッケルマンガン複合酸化物中にフッ素を含ませる効果が好適に発揮され、高い耐久性と優れた入出力特性とを備えた電池を実現することのできるリチウムイオン二次電池用正極活物質を提供することにある。

本発明者は、種々検討を重ねた結果、リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子中のフッ素の量を部分的に異ならせることに想到した。そして、更なる鋭意検討を重ねて本発明を完成させた。
すなわち、本発明により、リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子中にフッ素を含有するフッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子（リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子中の酸素の一部がフッ素で置換された形態であり得る。）を含む、リチウムイオン二次電池用の正極活物質が提供される。上記フッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子は、粒子中心部と当該粒子中心部よりも表面に近い表層部とでフッ素濃度が異なっている。そして、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）に基づいて測定される上記粒子中心部のフッ素原子濃度Ｆｃ（ａｔ％）と上記表層部のフッ素原子濃度Ｆｓ（ａｔ％）とが、Ｆｃ＜Ｆｓの関係にある。

粒子中心部のフッ素原子濃度Ｆｃを相対的に低くすることで、粒子内でのＬｉ拡散性を確保することができ、抵抗の上昇を抑制することができる。また、粒子中心部よりも表面に近い表層部Ｆｓのフッ素原子濃度を相対的に高くすることで、リチウムニッケルマンガン複合酸化物からの金属元素（典型的にはマンガン）の溶出や非水電解質の酸化分解を抑制することができる。したがって、ここに開示される正極活物質によれば、リチウムニッケルマンガン複合酸化物中にフッ素を含ませる効果が好適に発揮され、高い耐久性と優れた入出力特性とを兼ね備えたリチウムイオン二次電池を実現することができる。

なお、本明細書において「粒子中心部」とは、粒子の中心およびその近傍の領域をいい、典型的には粒子の最表面から中心に向かって凡そ１００ｎｍ以上内側に入った領域をいう。一例として、粒子が略球状の場合には、当該粒子に外接する最小の円を描いて、その中心部から２００ｎｍ以内、例えば１００ｎｍ以内の領域（当該外接円の中心から半径２００ｎｍ（半径１００ｎｍ）の円の内部）を粒子中心部とみなすことができる。
また、本明細書において「表層部」とは、粒子の最表面から中心に向かって２０ｎｍ以内の領域をいう。
また、粒子中心部ならびに表層部におけるフッ素原子濃度の大小は、例えば一般的な透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）−エネルギー分散型Ｘ線分光法（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy：ＥＤＸ）の手法によって確認することができる。具体的には、まず測定対象として、任意のフッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子を適当な樹脂で包埋して、クロスセクションポリッシャ加工等を施し、当該粒子の断面出しを行う。次に、この断面を適切な倍率でＴＥＭ観察する。得られたＴＥＭ観察画像において、粒子中心部と表層部をＥＤＸで解析して、それぞれフッ素原子濃度（ａｔ％）を求める。ＥＤＸでは、原子番号５のホウ素（Ｂ）から原子番号９２のウラン（Ｕ）までの原子を検出することができる。このため、ＥＤＸの手法によれば、構成原子のうちの原子番号５〜９２に属する原子の合計（典型的にはリチウム以外の構成原子の合計）を１００ａｔ％としたときの、フッ素の占める割合（フッ素原子濃度（ａｔ％））を算出することができる。得られたフッ素原子濃度を比較することで、粒子中心部と表層部のフッ素原子濃度の大小を把握することができる。
より好適には、粒子の最表面に位置する任意の点から中心へ向かう直線上をＥＤＸで線分析するとよい。線分析によれば、粒子の表面から中心までのフッ素原子濃度の推移を的確に把握することができる。あるいは、より簡易的には、例えばＴＥＭ観察画像の同一視野内でフッ素のＣＰＳ（Count Per Second）の値（すなわち、フッ素の存在量）を比較することによっても、フッ素原子濃度の大小関係を概ね把握することができる。

上記粒子中心部におけるフッ素原子濃度Ｆｃは０ａｔ％以上１０ａｔ％以下であることが好ましく、なかでも粒子中心部においてフッ素が１０ａｔ％以下の割合で存在していることがより好ましい。
上記表層部におけるフッ素原子濃度Ｆｓは３０ａｔ％以上であることが好ましい。
上記Ｆｃと上記Ｆｓの差（Ｆｓ−Ｆｃ）は、２０ａｔ％以上であることが好ましい。
これらのうち１つまたは２つ以上を満たすことで、本発明の効果がより好適に発揮され、耐久性と入出力特性とを更に高いレベルで両立することができる。

ここに開示される正極活物質の好適な一態様では、上記フッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子を構成するニッケルおよび／またはマンガンの一部が、鉄とチタンで置換されている。これにより、フッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物の構造安定性をより高めることができる。その結果、本発明の効果がより好適に発揮され、より高い耐久性（例えば高温サイクル特性）や入出力特性を実現することができる。

本発明の他の一の側面として、上述のような正極活物質を備えるリチウムイオン二次電池用の正極が提供される。
また、本発明の他の一の側面として、かかる正極を備えるリチウムイオン二次電池が提供される。ここに開示されるリチウムイオン二次電池は、優れた初期特性と耐久性とを兼ね備えるものである。例えば、高エネルギー密度かつ低抵抗であり、長期に亘ってハイレート充放電を繰り返しても電池容量の低下が生じ難いものであり得る。したがって、かかる特徴を活かして、例えば、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車両に搭載されるモーター駆動のための動力源（駆動用高出力電源）として好適に利用することができる。

一実施形態に係るリチウムイオン二次電池を模式的に示す縦断面図である。 実施例１に係るＴＥＭ観察画像であり、バツ印（×）は表層部のＥＤＸ測定点を、丸印（○）は粒子中心部のＥＤＸ測定点を、それぞれ示している。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項（例えば正極活物質の構成）以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない他の電池構成要素や電池の一般的な製造プロセス等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

［正極活物質］
ここに開示される正極活物質は、粒子状のフッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物（以下、「Ｆ−ＮｉＭｎ酸化物粒子」ということがある。）を含んでいる。
リチウムニッケルマンガン複合酸化物は、一般式：ＬｉＭｎ_２Ｏ_４で表される酸化物のマンガンサイトの一部をニッケルで置換した、いわゆるスピネル型のニッケルマンガン系複合酸化物（ＮｉＭｎスピネル）として認識される酸化物であり得る。Ｆ−ＮｉＭｎ酸化物は、少なくともリチウムとニッケルとマンガンと酸素とフッ素とを含んで構成されており、上記リチウムニッケルマンガン複合酸化物中の酸素の一部がフッ素で置換された酸化物であり得る。かかる複合酸化物を正極活物質として用いることで、リチウムイオン二次電池の作動電圧を４．５Ｖ以上（例えば、いわゆる５Ｖ級）に設定することができ、高エネルギー密度化を実現することができる。

ここに開示される技術では、上記フッ素の濃度が、Ｆ−ＮｉＭｎ酸化物粒子の中心部と、当該粒子中心部よりも表面に近い表層部と、で異なっている。詳しくは、粒子中心部におけるフッ素原子濃度Ｆｃ（ａｔ％）と、上記表層部におけるフッ素原子濃度Ｆｓ（ａｔ％）とが、Ｆｃ＜Ｆｓの関係にある。例えば、粒子の最表面から中心に向かってフッ素原子濃度が傾斜状にあるいは段階的に小さくなっている。
非水電解質と接触する表層部のフッ素原子濃度Ｆｓを相対的に高くすることで、表層部においてアニオン（Ｏ，Ｆ）とカチオン（Ｎｉ，Ｍｎ）の結合エネルギーを増大させることができる。このため、Ｆ−ＮｉＭｎ酸化物粒子からの金属元素（典型的にはマンガン）の溶出を高度に抑制することができる。さらに、フッ素によって表層部の酸素欠損が補償されるため、非水電解質の酸化分解を抑制することができる。このため、通常使用時のガス発生量を低減することができる。
また、粒子中心部のフッ素原子濃度Ｆｃを相対的に低くすることで、粒子中心部に存在するフッ素とリチウムイオンとの相互作用が生じ難くなる。これにより、粒子内部のＬｉ拡散性を確保することができ、抵抗の上昇を抑制することができる。

表層部におけるフッ素原子濃度Ｆｓは、粒子中心部におけるフッ素原子濃度Ｆｃよりも大きい限りにおいて特に限定されないが、本発明の効果を高いレベルで奏するためには、通常１ａｔ％以上、典型的には１．５ａｔ％以上、典型的には１０ａｔ％以上、例えば２０ａｔ％以上、敢えて言えば３０ａｔ％以上であるとよい。また、フッ素原子濃度Ｆｓがあまりに高いとエネルギー密度が低下傾向となることがあるため、かかる観点からは、Ｆｓが典型的には５０ａｔ％以下、好ましくは４０ａｔ％以下であるとよい。

粒子中心部におけるフッ素原子濃度Ｆｃは、表層部におけるフッ素原子濃度Ｆｓよりも小さい限りにおいて特に限定されず、例えば粒子中心部にはフッ素が含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。より具体的には、Ｆｃは、０ａｔ％以上であって、好ましくは０％を超え、より好ましくは０．５ａｔ％以上、典型的には１ａｔ％以上、例えば５ａｔ％以上であるとよい。本発明者の新たな知見によれば、粒子中心部にもフッ素を含むことで、例えば過酷な条件下で充放電を繰り返す態様（例えば６０℃程度の高温環境でハイレート充放電サイクルを繰り返す態様）においても、Ｆ−ＮｉＭｎ酸化物粒子からの金属元素（典型的にはマンガン）の溶出を的確に抑制することができる。また、Ｆｃは、典型的には２０ａｔ％以下、好ましくは１０ａｔ％以下であるとよい。粒子中心部のフッ素を最小限とすることで、リチウムイオンの拡散性を高いレベルで維持することができ、本発明の効果をより高いレベルで奏することができる。

表層部におけるフッ素原子濃度Ｆｓと粒子中心部におけるフッ素原子濃度Ｆｃの差（Ｆｓ−Ｆｃ）は特に限定されないが、通常１ａｔ％以上、例えば２ａｔ％以上、典型的には５ａｔ％以上、好ましくは１０ａｔ％以上、より好ましくは２０ａｔ％以上であるとよい。あるいは、上記Ｆｃに対する上記Ｆｓの比（Ｆｃ／Ｆｓ）が、例えば２以上、好ましくは３以上であるとよい。フッ素原子濃度を表層部と中心部で大きく異ならせて、表層部にフッ素を顕著に偏在化させることで、本発明の効果をより高いレベルで奏することができる。一方、作製容易性（置換容易性）の観点からは、上記差分（Ｆｓ−Ｆｃ）が、通常５０ａｔ％以下、典型的には４０ａｔ％以下、例えば３０ａｔ％以下であるとよい。

Ｆ−ＮｉＭｎ酸化物の一好適例として、以下の一般式（Ｉ）で表される酸化物が挙げられる。
Ｌｉ_ｘ（Ｍｎ_{２−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）}Ｎｉ_ａＴｉ_ｂＦｅ_ｃＭ_ｄ）（Ｏ_４−ｙＦ_ｙ） （Ｉ）
ここで、式（Ｉ）中のａ，ｂ，ｃ，ｄは、０＜ａ（例えば０．４＜ａ＜０．６），０≦ｂ（例えば０≦ｂ＜０．２），０≦ｃ（例えば０≦ｃ＜０．２），０≦ｄ（例えば０≦ｄ＜０．２）を満たす実数である。また、ｘ，ｙは、それぞれ、０．９＜ｘ＜１．３（例えば０．９＜ｘ≦１．２），０＜ｙ＜４（典型的には０＜ｙ＜１、例えば０．０５≦ｙ≦０．２、敢えて言えば０＜ｙ＜０．１）を満たす実数である。
すなわち、上記ａはＦ−ＮｉＭｎ酸化物におけるＮｉ含有量を示し、０．４＜ａ＜０．６であるのがより好ましく、ａ≦０．５であるのがより好ましい。上記ｂは、Ｔｉ含有量を示し、電子伝導性を高く維持する観点からは０．０１≦ｂであるのが好ましく、またｂ≦０．１５であるのが好ましい。上記ｃは、Ｆｅ含有量を示し、電池容量を高く維持する観点からは０．０１≦ｃであるのが好ましく、またｃ≦０．１であるのが好ましい。上記ｄは、任意のＭ元素の含有量を示し、抵抗を低減する観点からはｄ≦０．０７であるのが好ましく、ｄ≦０．０５であるのがより好ましい。

また、０＜ｄのとき、Ｍは、アルミニウム（Ａｌ），マグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），バリウム（Ｂａ），ストロンチウム（Ｓｒ），スカンジウム（Ｓｃ），バナジウム（Ｖ），クロム（Ｃｒ），コバルト（Ｃｏ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），ガリウム（Ｇａ），イットリウム（Ｙ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），鉛（Ｐｄ），インジウム（ｌｎ），スズ（Ｓｎ），アンチモン（Ｓｂ），ランタン（Ｌａ），セリウム（Ｃｅ），サマリウム（Ｓｍ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔａ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ）等の遷移金属元素または典型金属元素であり得る。あるいは、ホウ素（Ｂ），炭素（Ｃ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ）等の半金属元素や、硫黄（Ｓ）等の非金属元素であってもよい。これらの置換的元素は、１種または２種以上を特に限定なく採用することができる。

上記一般式（Ｉ）で表される酸化物の一例として、０＜ｂおよび／または０＜ｃを満たすもの、すなわちカチオンサイト（ＮｉとＭｎ）の一部が少なくともＴｉおよび／またはＦｅによって置換された複合酸化物が挙げられる。例えば、０＜ｂおよび０＜ｃを満たすもの、すなわちカチオンサイト（ＮｉとＭｎ）の一部がＴｉおよびＦｅによって置換されたフッ素含有リチウムニッケル鉄マンガンチタン複合酸化物（Ｆ−ＬｉＮｉＦｅＭｎＴｉ複合酸化物）が挙げられる。Ｎｉおよび／またはＭｎを異種元素で置換することにより、例えば５０〜７０℃程度の高温環境下において、より高い構造安定性を実現することができる。その結果、例えば過酷な条件で（例えば、高温環境下において正極の電位が４．５Ｖ(vs. Li/Li^＋)以上となるまで充電する条件で）充放電を繰り返した場合でも、容量劣化やガス発生量を小さく抑えることができる。
また、他の一例として、Ｍ元素としてＬｉ，Ｎｉ，Ｍｎ以外の遷移金属元素を含む複合酸化物、例えば、Ｍ元素としてＣｏを含むフッ素含有リチウムニッケル鉄マンガンチタンコバルト複合酸化物（Ｆ−ＬｉＮｉＦｅＭｎＴｉＣｏ複合酸化物）が挙げられる。
より具体的には、例えば、ＬｉＮｉ_０．４５Ｆｅ_０．０５Ｍｎ_１．４５Ｔｉ_０．０５Ｏ_３．９５Ｆ_０．０５や、ＬｉＮｉ_０．４２Ｆｅ_０．０５Ｍｎ_１．４５Ｔｉ_０．０５Ｃｏ_０．０３Ｏ_３．９５Ｆ_０．０５等が挙げられる。

このようなＦ−ＮｉＭｎ酸化物粒子は、典型的にはスピネル型の結晶構造（スピネル結晶相）を有している。また、例えば上記スピネル型の結晶構造を有するＦ−ＮｉＭｎ酸化物相を母相として、分離不能な状態で第二酸化物相を含んでいてもよい。第二酸化物相の割合は、典型的にはスピネル結晶相の割合に比べて少なく、例えばスピネル結晶相と第二酸化物相との合計を１００ｍｏｌ％としたときに、第二酸化物相の割合が１０ｍｏｌ％以下、好ましくは３〜８ｍｏｌ％、例えば５±１ｍｏｌ％であるとよい。

好適な一態様では、第二酸化物相として層状岩塩型の結晶構造（層状結晶相）を有しており、リチウムと遷移金属との複合酸化物からなる酸化物相を含んでいる。このとき、スピネル結晶相と層状結晶相との界面の少なくとも一部は、各々の結晶構造における酸素面において整合した状態であり得る。かかる態様によれば、スピネル結晶相からの遷移金属元素（例えばマンガン）の溶出をより好適に抑制することができる。また、正極の電位が４．５Ｖ(vs. Li/Li^＋)以上となるまで充放電すると、層状結晶相中のリチウムが活性化されて脱離し、利用できるリチウム量が増加する。このため、容量劣化を高度に抑制することができる。
第二酸化物相の一好適例として、例えば一般式：Ｌｉ_２ＭｎＯ_３で表される、いわゆるリチウムリッチ型（リチウム過剰型）の酸化物が挙げられる。より具体的には、例えば、以下の一般式（II）で表される酸化物が挙げられる。
Ｌｉ_３−ｘ’（Ｍｎ_{１−（ａ２＋ｂ２＋ｃ２＋ｄ２）}Ｎｉ_ａ２Ｔｉ_ｂ２Ｆｅ_ｃ２Ｍ_ｄ２）_ｘ’（Ｏ_３−ｙ’Ｆ_ｙ’）（II）
ここで、式（II）中のａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２は、０≦ａ（例えば０≦ａ２≦０．２），０≦ｂ２（例えば０≦ｂ２≦０．３），０≦ｃ２（例えば０≦ｃ２≦０．２），０≦ｄ２（例えば０≦ｄ２≦０．２），ａ２＋ｂ２＋ｃ２＋ｄ２≠０を満たす実数である。また、ｘ’，ｙ’は、それぞれ、１≦ｘ’≦１．５，０＜ｙ’＜３（典型的には０＜ｙ’＜１、例えば０＜ｙ’＜０．５、敢えて言えば０＜ｙ’＜０．１）を満たす実数である。また、０＜ｄのとき、Ｍは、上記一般式（Ｉ）と同様であり得る。

Ｆ−ＮｉＭｎ酸化物を構成するＦ−ＮｉＭｎ酸化物粒子の平均粒子径は、正極作製時の取扱い性や作業性を考慮して、概ね０．０１μｍ以上、典型的には０．１μｍ以上、例えば１μｍ以上であるとよい。また、正極活物質層を均質に形成する観点からは、概ね３０μｍ以下、典型的には２０μｍ以下、例えば１０μｍ以下であるとよい。なお、本明細書において「平均粒子径」とは、一般的なレーザー回折・光散乱法に基づく体積基準の粒度分布において、粒子径が小さい微粒子側からの累積頻度５０体積％に相当する粒子径（Ｄ_５０、メジアン径ともいう。）をいう。
Ｆ−ＮｉＭｎ酸化物粒子の形状は特に限定されないが、一好適例では略球状である。なお、「略球状」とは、球状、ラグビーボール状、多角体状等をも包含する用語であり、例えば、平均アスペクト比（粒子に外接する最小の長方形において、短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比）が、１〜２（典型的には１〜１．５、例えば１〜１．２）のものをいう。

［Ｆ−ＮｉＭｎ酸化物粒子の製造方法］
以下、粒子の中心部と表層部でフッ素原子濃度が異なるＦ−ＮｉＭｎ酸化物粒子の製造方法について説明する。

好適な一態様として、原料水酸化物（前駆体）を準備する工程と、焼成工程と、を含む製造方法が挙げられる。
具体的には、まず、目的の組成に応じて選択されるＬｉ以外の金属元素の供給源（原料）を所望の組成比となるように秤量して水系溶媒と混合し、水性溶液を調製する。上記Ｌｉ以外の金属元素の供給源としては、少なくとも、マンガン塩と、ニッケル塩とを用い、さらに目的の組成に応じて他の金属塩（例えば、チタン塩や鉄塩等）を使用し得る。これら金属塩のアニオンは、それぞれの塩が所望の水溶性となるように選択すればよい。例えば、硫酸イオン、硝酸イオン、塩化物イオン、炭酸イオン等であり得る。これら金属塩のアニオンは、全てまたは一部が同じであってもよく、互いに異なってもよい。
次に、この水性溶液にｐＨ１１〜１４の塩基性水溶液を添加して撹拌し、水溶中における液相反応により、上記金属元素を含む水酸化物を析出させてゾル状の原料水酸化物（前駆体）を得る。上記塩基性水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液やアンモニア水を使用し得る。

次に、かかる原料水酸化物をリチウム供給源およびフッ素供給源と混合して、酸化性雰囲気中において適切な条件で焼成した後、冷却する。
リチウム供給源としては、ＬｉまたはＬｉを含む化合物、例えば炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム等を使用し得る。リチウム供給源の混合量は特に限定されないが、上記スピネル結晶相と第二酸化物相としての層状結晶相とを混在させるには、例えば原料水酸化物における金属元素の合計を２ｍｏｌとしたときに、Ｌｉが１．１ｍｏｌ以上（典型的には、１．１〜１．３ｍｏｌ程度、例えば１．２ｍｏｌ程度）のリチウム過剰となるよう調整するとよい。
また、フッ素供給源としては、Ｆ_２ガスまたはＦを含む化合物、例えばフッ化リチウムやフッ化アンモニウム等を使用し得る。フッ素供給源の混合量は特に限定されないが、例えば原料水酸化物全体（１００ｍｏｌ％）に対して０．０１〜０．５ｍｏｌ％（例えば０．０２〜０．３ｍｏｌ％）とするとよい。フッ素供給源の混合量を制御することにより、フッ素原子濃度（典型的には酸素と置換されるフッ素の量）を調節することができる。

ここで、焼成時に焼成温度を異ならせて多段階の焼成を行うことにより、粒子の中心部と表層部とでフッ素原子濃度が異なるＦ−ＮｉＭｎ酸化物粒子を得ることができる。例えば、凡そ７００〜９００℃程度で数時間〜数十時間保持した後に、凡そ９００〜１０００℃程度で数十分〜数時間さらに保持する、２段階の焼成を行うとよい。最初に比較的低い温度で十分に長い時間保持することにより、粒子の中心部まで十分にフッ素を拡散することができ、粒子内に均質にフッ素を含ませることができる。その後に焼成温度を高めて比較的短時間の焼成を行うことにより、粒子の表層部に選択的にフッ素を含ませることができ、当該表層部においてフッ素原子濃度を高めることができる。その結果、粒子中心部のフッ素原子濃度が薄く、表層部のフッ素原子濃度が濃いＦ−ＮｉＭｎ酸化物粒子を得ることができる。すなわち、焼成条件（焼成温度と焼成時間）を制御することにより、粒子中心部および表層部のフッ素原子濃度をそれぞれ好適な値に調節することができる。

また、好適な他の一態様として、フッ素を含まない（酸素がフッ素で置換されていない、未置換の）ＮｉＭｎ酸化物粒子を市販品の購入等によって入手し、これを適切な条件下（例えば減圧環境下や高温環境下）でフッ素系ガス（例えばフッ素ガス）に曝す。この方法では、粒子の表層部に選択的にフッ素を含ませることができ、当該表層部においてフッ素原子濃度を高めることができる。その結果、粒子中心部にはフッ素が略存在せず、表層部のフッ素原子濃度が濃いＦ−ＮｉＭｎ酸化物粒子を得ることができる。

［リチウムイオン二次電池の正極］
上述の正極活物質は、リチウムイオン二次電池用の正極活物質として用いることができる。すなわち、ここに開示されるリチウムイオン二次電池の正極は、典型的には、正極集電体と、該正極集電体上に形成され上記正極活物質を含む正極活物質層と、を備えている。正極集電体としては、導電性の良好な金属（例えばアルミニウム等）からなる導電性部材を好適に採用し得る。また、上記正極活物質層は、正極活物質の他に、導電材やバインダ等の任意の成分を必要に応じて含有し得る。導電材としては、例えば、カーボンブラック（例えば、アセチレンブラックやケッチェンブラック）等の炭素材料が例示される。バインダとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）やポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等が例示される。

ここに開示されるリチウムイオン二次電池の正極は、ＳＯＣ０〜１００％の範囲における作動電位(vs. Li/Li^＋)が４．５Ｖ以上（好ましくは４．６Ｖ以上、より好ましくは４．７Ｖ）であり得る。正極の作動電位を４．５Ｖ以上とすることで、正負極間の電位差（電圧）を大きくすることができ、電池の高エネルギー密度化を実現することができる。一般に、ＳＯＣ０〜１００％の間で作動電位が最も高くなるのはＳＯＣ１００％のときであるため、通常はＳＯＣ１００％（すなわち満充電状態）における正極の作動電位を通じて正極の作動電位（例えば、４．５Ｖ以上か否か）を把握することができる。

なお、ＳＯＣ１００％の範囲における正極の作動電位は、例えば以下のように測定することができる。まず、測定対象たる正極を用意し、かかる正極を作用極（ＷＥ）として、対極（ＣＥ）としての金属リチウムと、参照極（ＲＥ）としての金属リチウムと、非水電解質とを用いて三極式セルを構築する。次に、この三極式セルの理論容量に基づいて、該三極式セルのＳＯＣを１００％に調整する。かかるＳＯＣの調整は、例えば一般的な充放電装置やポテンショスタット等を用いて、ＷＥ−ＣＥ間を充電処理することで行い得る。そして、ＳＯＣを調整した三極式セルのＷＥ−ＲＥ間の電位を測定し、該電位をそのＳＯＣ状態における正極の作動電位（vs. Li/Li^＋）と判断することができる。

［リチウムイオン二次電池］
そして、上記正極と、負極と、非水電解質とを用いて、リチウムイオン二次電池を作製することができる。
負極は、典型的には正極と同様に、負極集電体と当該負極集電体上に形成された負極活物質層とを備えている。負極活物質層は、負極活物質と他の任意成分（例えばバインダや増粘剤等）とを含み得る。負極集電体としては、導電性の良好な金属（例えば銅）からなる導電性材料を好適に採用し得る。負極活物質としては、例えば、黒鉛（グラファイト）等の炭素材料を採用し得る。バインダとしては、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を採用し得る。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を採用し得る。
非水電解質としては、非水溶媒中に支持塩を含有させたもの（非水電解液）を好適に用いることができる。支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４等を採用し得る。有機溶媒としては、例えば、カーボネート類、エステル類、エーテル類等の非プロトン性溶媒を採用し得る。なかでも、耐酸化性の高い（すなわち酸化分解電位の高い）もの、例えば、モノフルオロエチレンカーボネート（ＭＦＥＣ）等のフッ素化環状カーボネートや、（２，２，２−トリフルオロエチル）メチルカーボネート（Ｆ−ＤＭＣ）等のフッ素化鎖状カーボネートを好適に採用し得る。

特に限定することを意図したものではないが、本発明の一実施形態として、扁平形状の捲回電極体と非水電解質とを扁平な直方体形状の電池ケースに収容した形態のリチウムイオン二次電池を例に説明する。以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は、必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。

図１は、リチウムイオン二次電池１００の断面構造を模式的に示す縦断面図である。このリチウムイオン二次電池１００では、長尺状の正極シート１０と長尺状の負極シート２０とが長尺状のセパレータシート４０を介して扁平に捲回された形態の電極体（捲回電極体）８０が、非水電解質と共に扁平な箱型形状の電池ケース５０に収容されている。

電池ケース５０は、上端が開放された扁平な直方体形状（箱型）の電池ケース本体５２と、その開口部を塞ぐ蓋体５４とを備える。電池ケース５０の上面（すなわち蓋体５４）には、捲回電極体８０の正極と電気的に接続する外部接続用の正極端子７０、および捲回電極体８０の負極と電気的に接続する負極端子７２が設けられている。蓋体５４にはまた、従来のリチウムイオン二次電池の電池ケースと同様に、電池ケース５０の内部で発生したガスをケース５０の外部に排出するための安全弁５５が備えられている。

電池ケース５０の内部には、扁平状の捲回電極体８０と非水電解質（図示せず）とが収容されている。捲回電極体８０は、組み立てる前段階において長尺状のシート構造を有している。正極シート１０は、長尺状の正極集電体と、その少なくとも一方の表面（典型的には両面）に長手方向に沿って形成された正極活物質層１４とを備えている。負極シート２０は、長尺状の負極集電体と、その少なくとも一方の表面（典型的には両面）に長手方向に沿って形成された負極活物質層２４とを備えている。また、正極活物質層１４と負極活物質層２４の間には、両者の直接接触を防ぐ絶縁層として２枚の長尺シート状のセパレータ（セパレータシート）４０が配置されている。セパレータとしては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂から成る多孔質樹脂シートを好適に用いることができる。

捲回電極体８０の捲回軸方向の一の端部から他の一の端部に向かう方向として規定される幅方向において、その中央部には、正極集電体の表面に形成された正極活物質層１４と負極集電体の表面に形成された負極活物質層２４とが重なり合って密に積層された捲回コア部分が形成されている。また、捲回電極体８０の捲回軸方向の両端部では、正極シート１０の正極活物質層非形成部および負極シート２０の負極活物質層非形成部が、それぞれ捲回コア部分から外方にはみ出ている。そして、正極側はみ出し部分（正極活物質層非形成部）には正極集電板が、負極側はみ出し部分（負極活物質層非形成部）には負極集電板が付設され、それぞれ上述の正極端子７０および負極端子７２と電気的に接続されている。

［リチウムイオン二次電池の用途］
ここに開示される製造方法によって製造されたリチウムイオン二次電池は各種用途に利用可能であるが、高エネルギー密度であって、かつ優れた入出力特性と高い耐久性とを兼ね備えるものである。したがって、このような特徴を活かして、高エネルギー密度や高入出力密度、高耐久性が要求される用途、あるいは使用環境が５０℃以上の高温になり得る用途で好ましく用いることができる。かかる用途としては、例えば車両に搭載されるモーター用の動力源（駆動用電源）が挙げられる。車両の種類は特に限定されないが、典型的には自動車、例えばプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等が挙げられる。なお、かかるリチウムイオン二次電池は、典型的には複数個を直列および／または並列に接続してなる組電池の形態で使用され得る。

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に限定することを意図したものではない。

［正極活物質の作製］
＜比較例１：LiNi_0.5Mn_1.5O_3.98F_0.02-Li₂MnO_2.99F_0.01＞
まず、上記組成となるように硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ_４）と、硫酸マンガン（ＭｎＳＯ_４）とを水に溶解させ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を添加して中和しながら撹拌することによって、比較例１に係る原料水酸化物を得た。この原料水酸化物を、炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）および原料水酸化物全体（１００ｍｏｌ％）に対して０．０２ｍｏｌ％のフッ化リチウム（ＬｉＦ）と混合して、大気雰囲気下において９００℃で１５ｈ焼成したのち、ボールミルで粉砕することにより、平均粒子径が５μｍのフッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物を得た。
なお、上記複合酸化物を構成する一次粒子について、Ｘ線回折プロファイルをリートベルト法に基づき解析した結果、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_３．９８Ｆ_０．０２からなる第一相（母相）と、層状結晶構造のＬｉ_２ＭｎＯ_２．９９Ｆ_０．０１からなる第二相とを含むことが確認された。また、これらの相のモル比（第一相：第二相）は、０．９５：０．０５（すなわち、正極活物質の全量を１００ｍｏｌ％としたときに、Ｌｉ_２ＭｎＯ_２．９９Ｆ_０．０１の割合が５ｍｏｌ％）であることが確認された。

＜比較例２：LiNi_0.5Mn_1.5O_3.95F_0.05-Li₂MnO_2.96F_0.04＞
比較例２では、焼成時に原料水酸化物全体（１００ｍｏｌ％）に対して０．１ｍｏｌ％のフッ化リチウム（ＬｉＦ）を添加したこと以外は比較例１と同様にして、平均粒子径が５μｍのフッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物を得た。

＜比較例３：LiNi_0.5Mn_1.5O_3.9F_0.1-Li₂MnO_2.93F_0.07＞
比較例３では、焼成時に原料水酸化物全体（１００ｍｏｌ％）に対して０．３ｍｏｌ％のフッ化リチウム（ＬｉＦ）を添加したこと以外は比較例１と同様にして、平均粒子径が５μｍのフッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物を得た。

＜実施例１：LiNi_0.5Mn_1.5O_3.95F_0.05-Li₂MnO_2.96F_0.04＞
まず、上記組成となるように硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ_４）と、硫酸マンガン（ＭｎＳＯ_４）とを水に溶解させ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を添加して中和しながら撹拌することによって、実施例１に係る原料水酸化物を得た。これを所定量の炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）と混合して、大気雰囲気下において９００℃で１５ｈ焼成したのち、ボールミルで粉砕することにより、平均粒子径が５μｍの（フッ素を含まない）リチウムニッケルマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４−Ｌｉ_２ＭｎＯ_３）を得た。これを、２５℃の環境下において密閉容器内でＦ_２ガス雰囲気に曝すことで、フッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物を得た。

＜実施例２：LiNi_0.5Mn_1.5O_3.95F_0.05-Li₂MnO_2.96F_0.04＞
原料水酸化物と所定量の炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）およびフッ化リチウム（ＬｉＦ）と混合して、大気雰囲気下において９００℃で１５ｈ保持した後、９３０℃で３０ｍｉｎ．保持することで２段階の焼成を行ったこと以外は比較例２と同様にして、平均粒子径が５μｍのフッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物を得た。

＜比較例４：LiNi_0.45Ｆｅ_0.05Mn_1.45Ｔｉ_0.05O_3.95F_0.05−Li₂MnO_2.96F_0.04＞
上記組成となるように硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ_４）と、硫酸鉄（ＦｅＳＯ_４）と、硫酸マンガン（ＭｎＳＯ_４）と、硫酸チタン（ＴｉＳＯ_４）とを水に溶解させ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を添加して中和しながら撹拌することによって原料水酸化物を得たこと以外は比較例２と同様にして、平均粒子径が５μｍのフッ素含有リチウムニッケル鉄マンガンチタン複合酸化物を得た。

＜実施例３：LiNi_0.45Ｆｅ_0.05Mn_1.45Ｔｉ_0.05O_3.95F_0.05−Li₂MnO_2.96F_0.04＞
上記組成となるように硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ_４）と、硫酸鉄（ＦｅＳＯ_４）と、硫酸マンガン（ＭｎＳＯ_４）と、硫酸チタン（ＴｉＳＯ_４）とを水に溶解させ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を添加して中和しながら撹拌することによって原料水酸化物を得たこと以外は実施例２と同様にして、平均粒子径が５μｍのフッ素含有リチウムニッケル鉄マンガンチタン複合酸化物を得た。
下表１に正極活物質の性状を纏める。

［フッ素原子濃度の分布］
上記得られた複合酸化物粒子を包埋研磨して、当該粒子の断面を出し、かかる断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した。そして、得られたＴＥＭ観察画像において、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）で粒子中心部と表層部のフッ素原子濃度（ａｔ％）を求めた。図２には、一例として、実施例１のＴＥＭ観察画像を示している。
粒子中心部の測定は、図２に丸印（○）で示す３箇所にて行った。具体的には、粒子の断面ＴＥＭ観察画像において、粒子の外接する最小の円を描き、その中心から２００ｎｍ以内の領域（外接円の中心から半径２００ｎｍ以内の領域）においてスピネル結晶相の部分から任意の３点を選択して点分析を行った。得られた結果を算術平均して、粒子中心部のフッ素原子濃度Ｆｃ（ａｔ％）とした。
また、表層部の測定は、図２にバツ印（×）で示す３箇所にて行った。具体的には、粒子の断面ＴＥＭ観察画像において、粒子の最表面から中心に向かって２０ｎｍ以内の領域においてスピネル結晶相の部分から任意の３点を選択して点分析を行った。得られた結果を算術平均して、表層部のフッ素原子濃度Ｆｓ（ａｔ％）とした。
なお、スピネル結晶相の部分は、例えばＴＥＭ観察画像の色の濃淡や電子線回折によって、その他の結晶相からなる部分（例えば層状結晶相）と区別し、認識することができる。各例に係る粒子の中心部と最表面部のフッ素原子濃度（ａｔ％）を表１に示す。

表１に示すように、比較例１〜４では、粒子内のフッ素原子濃度が概ね均質であった。これは、焼成温度を一定として十分に長い時間保持することで、粒子の中心部まで均質にフッ素を拡散することができたためと考えられる。
実施例１では、フッ素を含まない複合酸化物を使用したために、粒子中心部にはフッ素が略存在せず、粒子の表層部（最表面）にのみフッ素が存在していた。
実施例２，３では、粒子中心部のフッ素原子濃度が薄く、表層部のフッ素原子濃度が濃くなっていた。つまり、焼成を２段階として、１段階目の保持温度で比較的長い時間保持した後に、１段目よりも高い２段階目の保持温度で比較的短時間保持することによって、粒子内にフッ素原子濃度の傾斜がついていた。

［正極シートの作製］
上記作製した正極活物質と、導電材としてのアセチレンブラックと、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを、これらの材料の質量比が８７：１０：３となるように秤量し、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中で混合して、スラリー状の正極活物質層形成用組成物を調製した。この組成物を、厚さ１５μｍのアルミニウム箔（正極集電体）に塗付して、乾燥、プレスすることにより、正極集電体上に正極活物質層が形成されてなる正極シート（比較例１〜４、実施例１〜３）を作製した。

［負極シートの作製］
負極活物質としての天然黒鉛系材料（平均粒子径：２０μｍ）と、バインダとしてのスチレン−ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを、これら材料の質量比が９８：１：１となるように秤量し、水中で混合して、スラリー状の負極活物質層形成用組成物を調製した。この組成物を、厚さ１０μｍの銅箔（負極集電体）に塗付して、乾燥、プレスすることにより、負極集電体上に負極活物質層が形成されてなる負極シートを作製した。

［リチウムイオン二次電池の作製］
非水電解質として、フッ素化環状カーボネートとしてのモノフルオロエチレンカーボネート（ＭＦＥＣ）と、フッ素化鎖状カーボネートとしての（２，２，２−トリフルオロエチル）メチルカーボネート（Ｆ−ＤＭＣ）とを、ＭＦＥＣ：Ｆ−ＤＭＣ＝５０：５０の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのＬｉＰＦ_６を１．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたものを調製した。
上記作製した正極シートおよび負極シートをセパレータシート（ここでは、ポリエチレン層の両側にポリプロピレン層が積層された複合体多孔質シートを使用した。）を介して対向させて電極体を作製し、これを非水電解質と共にラミネート製のケースに収容して、封止することにより、リチウムイオン二次電池（ラミネートセル）を作製した。

［活性化処理と初期容量測定］
上記作製したリチウムイオン二次電池に対して、２５℃の温度環境下で、電圧が４．９Ｖとなるまで１／５Ｃのレートで定電流（ＣＣ）充電した後、電流値が１／５０Ｃとなるまで定電圧（ＣＶ）充電を行い、満充電状態（ＳＯＣ１００％）とした。その後、２５℃の温度環境下で、電圧が３．５Ｖとなるまで１／５Ｃのレートで定電流（ＣＣ）放電し、このときのＣＣ放電容量を初期容量とした。なお、ここで１Ｃとは、正極の理論容量より予測した電池容量（Ａｈ）を１時間で充電できる電流値を意味する。

［直流抵抗測定］
各リチウムイオン二次電池に対して、２５℃の温度環境下で、上記初期容量を１００％としたときのＳＯＣが５０％となるまで、１／５ＣのレートでＣＣ充電を行った。ＳＯＣ５０％の状態に調整した電池に対して５Ｃのレートで１０秒間の放電パルス電流を印加した。そして、１０秒間の電圧降下値（Ｖ）を対応する電流値（Ａ）で除して、内部直流抵抗を算出した。結果を表１の「内部直流抵抗」の欄に示す。なお、表１では比較例１に係るリチウムイオン二次電池の内部直流抵抗を基準（１００）としたときの相対値を示している。

［高温サイクル試験］
各リチウムイオン二次電池に対して、６０℃の温度条件下において、充放電を２００サイクル繰り返した後、上記初期容量測定と同様にして各サイクル後の電池容量（ＣＣ放電容量）を測定した。なお、高温サイクル試験時の１サイクルの充放電条件は、２Ｃの充電レートで電圧４．９ＶまでＣＣ充電を行った後、２Ｃの放電レートで電圧３．５ＶまでＣＣ放電を行うものとした。そして、上記初期容量からＮサイクル後の電池容量を差し引いて、各サイクル後の劣化容量を求めた。代表値として、充放電サイクル初期の３０サイクル後の結果と、充放電サイクル後期の２００サイクル後の結果を表１の該当欄に示す。なお、表１では比較例１に係るリチウムイオン二次電池の劣化容量を基準（１００）としたときの相対値を示している。

［ガス発生量の評価］
ガス発生量の評価は、アルキメデス法を用いて行った。すなわち、まず、作製直後のリチウムイオン二次電池をフッ素系不活性液体（住友スリーエム株式会社製のフロリナート（商標））で満たした容器の中に浸漬して、浸漬前後の重量変化から初期体積を測定した。さらに、上記高温サイクル試験後に同じ方法で体積を測定し、サイクル試験後の体積から初期体積を引いた値をガス発生量として算出した。結果を表１の該当欄に示す。なお、表１では比較例１に係るリチウムイオン二次電池のガス発生量を基準（１００）としたときの相対値を示している。

表１に示すように、複合酸化物粒子内のフッ素原子濃度が概ね均質な比較例１〜３では、フッ素の添加量が多くなるのに伴って、高温サイクル試験後の劣化容量ならびにガス発生量が低減されていた。劣化容量の減少は、フッ素の添加量が多くなるのに伴って溶出しやすい遷移金属（特にはＭｎ）とフッ素（Ｆ）との結合がより強固なものとなり、遷移金属の溶出が抑制された効果である。また、ガス発生量の減少は、フッ素の添加量が多くなるのに伴ってガス発生（非水電解質の分解）の起点となる粒子表面の酸素欠損部がより高度にフッ素で補償された効果である。
一方で、内部直流抵抗値は、フッ素の添加量が相対的に少ない比較例１，２では概ね同等であったが、フッ素の添加量が相対的に多い比較例３では顕著な増加がみられた。この抵抗の増加は、フッ素の添加量が多くなるのに伴って、粒子の内部に存在するフッ素と電荷担体（リチウム）との相互作用が増して、粒子内でのリチウムの拡散性（移動度）が低下した結果と推察される。

実施例１では、内部直流抵抗は、比較例１，２と同等に低く抑えられていた。これは、粒子中心部にはフッ素が略存在しないため、粒子内でリチウムの拡散性（移動度）が確保されていたためと考えられる。また、劣化容量ならびにガス発生量は、比較例２と比較例３の間に低く抑えられていた。これは、実施例１では粒子の表層部のフッ素原子濃度が濃いため（粒子表面の酸素欠損量が少ないため）と考えられる。このように、実施例１では、高温サイクル後の容量劣化ならびにガス発生の抑制と、低抵抗との両立が可能であるとわかった。

また、粒子中心部のフッ素原子濃度が薄く、表層部のフッ素原子濃度が濃くなっている実施例２では、内部直流抵抗は実施例１と同等に低く抑えられていた。さらに、劣化容量ならびにガス発生量は、実施例１よりも一層低減されており、フッ素の添加量が多い比較例３と同等だった。このように、実施例２では、低抵抗を維持しつつ、さらなる容量劣化ならびにガス発生の抑制が可能であるとわかった。
特に、実施例２では、実施例１に比べて充放電サイクル後期（２００サイクル後）の劣化容量が改善されていた。これは、粒子中心部にもフッ素を含むことで、充放電サイクル後期の遷移金属の溶出を抑制し得たためと考えられる。すなわち、粒子の内部（ここでは粒子中心部）に少量でも（例えば１０ａｔ％以上の）フッ素が存在することで、充放電サイクル後期の容量劣化を効果的に抑制できることがわかった。

また、ＭｎとＮｉの一部をＦｅとＴｉで置換した実施例３では、実施例２よりもさらに劣化容量ならびにガス発生量、内部直流抵抗が低減されていた。これは、複合酸化物粒子内にフッ素を含むことで電荷バランスを維持するためにマンガンの平均価数が＋３から＋４へと増加して安定なＭｎ^４＋の割合が増加したことや、フッ素が酸素欠損部を補償して酸素欠損量が減少したことの効果であると考えられる。
以上の通り、ここに開示される正極活物質によれば、高い耐久性（例えば高温ハイレートサイクル特性）と優れた入出力特性とを兼ね備えたリチウムイオン二次電池を実現することができる。

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここに開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１０ 正極シート（正極）
１４ 正極活物質層
２０ 負極シート（負極）
２４ 負極活物質層
４０ セパレータシート（セパレータ）
５０ 電池ケース
５２ 電池ケース本体
５４ 蓋体
５５ 安全弁
７０ 正極端子
７２ 負極端子
８０ 捲回電極体
１００ リチウムイオン二次電池

Claims (9)

1. リチウムイオン二次電池用の正極活物質であって、
   リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子中にフッ素を含有するフッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子を含み、
   前記フッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子は、粒子中心部と当該粒子中心部よりも表面に近い表層部とでフッ素濃度が異なっており、
   エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）に基づいて測定される前記粒子中心部のフッ素原子濃度Ｆｃ（ａｔ％）と前記表層部のフッ素原子濃度Ｆｓ（ａｔ％）とが、Ｆｃ＜Ｆｓの関係にある、リチウムイオン二次電池用正極活物質。
2. 前記フッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子中の酸素の一部がフッ素で置換されている、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
3. 前記Ｆｃが０ａｔ％以上１０ａｔ％以下である、請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
4. 前記粒子中心部において、前記フッ素が１０ａｔ％以下の割合で存在している、請求項３に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
5. 前記Ｆｓが３０ａｔ％以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
6. 前記Ｆｃと前記Ｆｓの差（Ｆｓ−Ｆｃ）が、２０ａｔ％以上である、請求項１から５のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
7. 前記フッ素含有リチウムニッケルマンガン複合酸化物粒子を構成するニッケルおよび／またはマンガンの一部が、鉄とチタンで置換されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を備える、リチウムイオン二次電池用の正極。
9. 請求項８に記載の正極を備えるリチウムイオン二次電池。