JP2017130409A - ドープ及びコートされた複合型リチウムイオン電池用正極活物質及びこれを用いたリチウムイオン電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ラミネート電池の正極活物質として有用な正極活物質の提供【解決手段】式ＬｉａＮｉｂＣｏｃＡｌｄＯ２（ａ＝０．８〜１．２、ｂ＝０．７〜０．９５、ｃ＝０．０２〜０．２、ｄ＝０．００５〜０．１であり、かつ、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１である。）で表され、微量の元素Ｍ１ｘ（Ｍ１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びＮｉ、Ｃｏ、Ａｌを除く周期律表第３族〜１７族の元素から選択される）をｂ＋ｃ＋ｄ＝１を基準としてｘ＝０．００１〜０．０２となる範囲で含み、元素Ｍ２（Ｍ２は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタノイド系元素、アクチノイド系元素、及び周期律表第３族〜１７族の元素から選択される）含有化合物で被覆されており、高温水酸化ナトリウムに溶出するアルミニウムの量（重量）が正極活物質に含まれる全アルミニウム重量の１０％以下であるリチウム金属複合酸化物からなる、リチウムイオン二次電池用の正極活物質。【選択図】 なし
Description
本発明はリチウムイオン電池用の正極活物質と、これを正極に用いたリチウムイオン電池、特にこれを正極に用いたラミネート電池に関する。
リチウムイオン電池の歴史は古く、その商業生産は１９９０年代に始まっている。しかしながら、リチウムイオン電池の開発は、２０００年以降の携帯端末、スマートフォン、電気自動車などの普及によって本格的に発展したと言ってよい。リチウムイオン電池は、他の電池と同様に正極、負極、電解質、外装体を主な構成部材とするが、中でも正極に用いられる正極活物質はリチウムイオン電池の電池性能を左右する重要な材料である。すでにリチウムイオン電池に用いられる正極活物質として様々なリチウム系金属酸化物が見出されている（非特許文献１）。
これまで、携帯端末、スマートフォン、電気自動車の低コスト化、長時間使用を達成するために、高出力のリチウムイオン電池のための正極活物質が提案されてきた。その一方で、リチウムイオン電池を搭載する携帯端末、スマートフォン、電気自動車には安全性と耐久性も求められるため、正極活物質には高い耐熱性や電池本体の変形を引き起こさないという性質が要求される。このような要求を満足するために様々なリチウムイオン電池用正極活物質が提案されている（非特許文献１）。
中でもＮＣＡ系正極活物質は、高エネルギー密度の電極を製造できるという利点がある。近年は特に、携帯端末やスマートフォンの薄型化、小型化が進行しており、リチウムイオン電池の形態そのものにも変化の兆しがある。これまでは積載時の耐久性に優れる角形電池、円筒電池が主流であったが、より薄型で軽量のラミネート電池も実用化されている（特許文献１）。ただし、ラミネート電池は薄く柔軟なフィルムで電極などの部材を被覆しているため、従来の金属製の外装体を有する角形あるいは円筒形の電池よりも内外からの圧力に対して弱いという問題点がある。そして、リチウムイオン電池では、電池の使用過程で正極活物質に含まれる不純物によって炭酸ガスなどのガスが発生することが知られている。このようなガス発生による電池の膨れは、ラミネート電池ではより深刻な問題である。角形電池、筒型電池では電池膨れを生じない程度のガス発生であっても、ラミネート電池では膨れや破壊を引き起こす可能性がある。
そこで、ガス発生時の不具合を低減するためのラミネート電池の構造が提案されている。例えば、ラミネート電池のケースに内部で発生したガスを逃す貫通孔を設ける（特許文献２）、正極に正極合剤不塗布部分を設けることによって内部に凹凸を生じにくくする（特許文献３）、電極収納部にガス吸着剤を配置する（特許文献４）という改善方法が提案されている。
このように、ラミネート電池で特に懸念されるガス発生時の問題を解消し、電池の安全性と耐久性を向上する手段として、ラミネート電池に特別な積層構造や追加的な部材を設ける例は見出される。しかしながら、ラミネート電池に適した正極活物質、特にＮＣＡ系正極活物質の検討は十分になされていない。
例えば、特許文献５には実施例として、２０質量％水酸化ナトリウム溶液により反応層内の反応溶液を、液温２５℃基準でｐＨ１３．０に保持しながら、反応溶液に硫酸Ｎｉと硫酸Ｃｏの混合水溶液、アルミン酸ナトリウム水溶液、２５質量％アンモニア水を添加し、オーバーフローにより回収する方法が開示されている。特許文献６には実施例として、硫酸ニッケル六水和物、硫酸コバルト七水和物、及び硫酸アルミニウムを所望の比となるよう混合し水溶液を調製し、この水溶液をアンモニア水および苛性ナトリウム水溶液と同時に、５０℃に保温された水をはった吐出口付攪拌反応槽中に滴下し、ここで、ｐＨを１１．５に保持し、滞留時間が１１時間となるよう制御した反応晶析法により、１次粒子が凝集した球状水酸化ニッケルを製造する方法が開示されている。しかしながらこれらの例で製造された正極活物質をラミネート電池に用いた場合の電池性能については具体的に検討されていない。
例えば、特許文献５には実施例として、２０質量％水酸化ナトリウム溶液により反応層内の反応溶液を、液温２５℃基準でｐＨ１３．０に保持しながら、反応溶液に硫酸Ｎｉと硫酸Ｃｏの混合水溶液、アルミン酸ナトリウム水溶液、２５質量％アンモニア水を添加し、オーバーフローにより回収する方法が開示されている。特許文献６には実施例として、硫酸ニッケル六水和物、硫酸コバルト七水和物、及び硫酸アルミニウムを所望の比となるよう混合し水溶液を調製し、この水溶液をアンモニア水および苛性ナトリウム水溶液と同時に、５０℃に保温された水をはった吐出口付攪拌反応槽中に滴下し、ここで、ｐＨを１１．５に保持し、滞留時間が１１時間となるよう制御した反応晶析法により、１次粒子が凝集した球状水酸化ニッケルを製造する方法が開示されている。しかしながらこれらの例で製造された正極活物質をラミネート電池に用いた場合の電池性能については具体的に検討されていない。
「機能材料」２０１１年９月号、Ｖｏｌ３１、Ｎｏ．９、１２〜１９頁
本発明者らは、正極活物質自体の改良という、従来と異なるアプローチでラミネート電池の改良を行った。本発明者らは、高容量性、良好なサイクル特性、高い熱安定性といったリチウムイオン電池用正極活物質全般に求められる性能と、ラミネート電池用正極活物質に特に求められる内部ガス発生が極めて抑制されているという性能を併せ持つＮＣＡ系正極活物質を求めた。
本発明者らは、驚くべきことに、そのようなラミネート電池に好適な正極活物質を特定
する指標として、正極活物質に含まれるアルミニウム原子のうち特定の画分を定量することが有効であることを見出した。この「特定の画分」とは、正極活物質に含まれるアルミニウム原子のうちで特別に高い負荷の下で抽出される画分であって、具体的には正極活物質に含まれるアルミニウム原子のうちで、高温下で溶融状態にある水酸化ナトリウムに溶出する画分である。
する指標として、正極活物質に含まれるアルミニウム原子のうち特定の画分を定量することが有効であることを見出した。この「特定の画分」とは、正極活物質に含まれるアルミニウム原子のうちで特別に高い負荷の下で抽出される画分であって、具体的には正極活物質に含まれるアルミニウム原子のうちで、高温下で溶融状態にある水酸化ナトリウムに溶出する画分である。
本発明者が新たに見出した、正極活物質に含まれる、上記高温の水酸化ナトリウムに溶出する画分の定量方法は、以下の方法（ア）に従う。
方法（ア）：１２．５ｇの正極活物質と２０．０ｇの水酸化ナトリウムをニッケル製のるつぼに取る。このるつぼを５００℃に加熱したマッフル炉に設置する。水酸化ナトリウムが十分溶解してから５分後にるつぼをマッフル炉から取り出す。直ちにるつぼの内容物を２５０ｍｌの純水に分散し攪拌する。上澄み液を誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ分析）により分析することにより、５００℃の水酸化ナトリウムに溶出したアルミニウム元素の重量を測定する。
方法（ア）：１２．５ｇの正極活物質と２０．０ｇの水酸化ナトリウムをニッケル製のるつぼに取る。このるつぼを５００℃に加熱したマッフル炉に設置する。水酸化ナトリウムが十分溶解してから５分後にるつぼをマッフル炉から取り出す。直ちにるつぼの内容物を２５０ｍｌの純水に分散し攪拌する。上澄み液を誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ分析）により分析することにより、５００℃の水酸化ナトリウムに溶出したアルミニウム元素の重量を測定する。
本発明者らは、上記方法（ア）により求められるアルミニウム溶出量が低い、すなわち、上記方法（ア）により求められるアルミニウム溶出量が正極活物質に含まれる全アルミニウム重量の１０％以下である正極活物質が、上述のリチウムイオン電池用正極、特にラミネート型リチウムイオン電池用正極に対する要求性能をバランス良く備えることを発見した。
すなわち本発明は以下のものである。
（発明１）以下の一般式（１）で表される組成を有するリチウム金属複合酸化物からなり、
ＬｉａＮｉｂＣｏｃＡｌｄＯ２ ・・・（１）
（ただしａ＝０．８〜１．２、ｂ＝０．７〜０．９５、ｃ＝０．０２〜０．２、ｄ＝０．００５〜０．１であり、かつ、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１である。）
上記リチウム金属複合化合物はさらに、
上記式（１）で表される組成において微量の元素Ｍ１ｘ（Ｍ１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びＮｉ、Ｃｏ、Ａｌを除く周期律表第３族〜１７族の元素から選択される少なくとも１種の元素である。）をｂ＋ｃ＋ｄ＝１（ｂ、ｃ、ｄは上記（１）で使用したものである）に対してｘ＝０．００１〜０．０２となる範囲で含み、
元素Ｍ２（Ｍ２は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタノイド系元素、アクチノイド系元素、及び周期律表第３族〜１７族の元素から選択される少なくとも１種の元素である。）を含有する化合物で被覆されており、
以下の方法（ア）により測定される高温水酸化ナトリウムに溶出するアルミニウム量（重量）が該リチウム金属複合酸化物に含まれる全アルミニウム重量の１０％以下である、
〔方法（ア）：１２．５ｇの正極活物質と２０．０ｇの水酸化ナトリウムをニッケル製のるつぼに取る。このるつぼを５００℃に加熱したマッフル炉に設置する。水酸化ナトリウムが十分溶解してから５分後にるつぼをマッフル炉から取り出す。直ちにるつぼの内容物を２５０ｍｌの純水に分散し攪拌する。上澄み液を誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ分析）により分析することにより、５００℃の水酸化ナトリウムに溶出したアルミニウム元素の重量を測定する。〕
リチウムイオン二次電池用の正極活物質。
（発明２）ＬｉＯＨ残渣が０．２重量％以下であり、Ｌｉ２ＣＯ３残渣が０．２重量％以下である、発明１の正極活物質。
（発明３）発明１又は２の正極活物質を用いたリチウムイオン電池用正極。
（発明４）発明３のリチウムイオン電池用正極を備えるリチウムイオン電池。
（発明５）ラミネート電池である、発明４のリチウムイオン電池。
（発明１）以下の一般式（１）で表される組成を有するリチウム金属複合酸化物からなり、
ＬｉａＮｉｂＣｏｃＡｌｄＯ２ ・・・（１）
（ただしａ＝０．８〜１．２、ｂ＝０．７〜０．９５、ｃ＝０．０２〜０．２、ｄ＝０．００５〜０．１であり、かつ、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１である。）
上記リチウム金属複合化合物はさらに、
上記式（１）で表される組成において微量の元素Ｍ１ｘ（Ｍ１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びＮｉ、Ｃｏ、Ａｌを除く周期律表第３族〜１７族の元素から選択される少なくとも１種の元素である。）をｂ＋ｃ＋ｄ＝１（ｂ、ｃ、ｄは上記（１）で使用したものである）に対してｘ＝０．００１〜０．０２となる範囲で含み、
元素Ｍ２（Ｍ２は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタノイド系元素、アクチノイド系元素、及び周期律表第３族〜１７族の元素から選択される少なくとも１種の元素である。）を含有する化合物で被覆されており、
以下の方法（ア）により測定される高温水酸化ナトリウムに溶出するアルミニウム量（重量）が該リチウム金属複合酸化物に含まれる全アルミニウム重量の１０％以下である、
〔方法（ア）：１２．５ｇの正極活物質と２０．０ｇの水酸化ナトリウムをニッケル製のるつぼに取る。このるつぼを５００℃に加熱したマッフル炉に設置する。水酸化ナトリウムが十分溶解してから５分後にるつぼをマッフル炉から取り出す。直ちにるつぼの内容物を２５０ｍｌの純水に分散し攪拌する。上澄み液を誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ分析）により分析することにより、５００℃の水酸化ナトリウムに溶出したアルミニウム元素の重量を測定する。〕
リチウムイオン二次電池用の正極活物質。
（発明２）ＬｉＯＨ残渣が０．２重量％以下であり、Ｌｉ２ＣＯ３残渣が０．２重量％以下である、発明１の正極活物質。
（発明３）発明１又は２の正極活物質を用いたリチウムイオン電池用正極。
（発明４）発明３のリチウムイオン電池用正極を備えるリチウムイオン電池。
（発明５）ラミネート電池である、発明４のリチウムイオン電池。
本発明では、ラミネート電池用正極活物質として有効な正極活物質を新規な指標によって選別した。こうして得られた正極活物質を用いることにより、従来よりも優れた電池性能を発現させることに成功した。本発明の正極活物質を用いた正極は、高容量性、良好なサイクル特性、高い熱安定性を示し、さらに内部ガス発生が極めて抑制されている。したがって本発明の正極活物質はラミネート電池用途に特に適している。
〔正極活物質とその製造方法〕
本発明の正極活物質を構成するリチウム金属複合酸化物は以下の一般式（１）で表される組成を有する。
ＬｉａＮｉｂＣｏｃＡｌｄＯ２ ・・・（１）
（ただしａ＝０．８〜１．２、ｂ＝０．７〜０．９５、ｃ＝０．０２〜０．２、ｄ＝０．００５〜０．１であり、かつ、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１である。）
更に、上記リチウム金属複合酸化物は微量の元素Ｍ１ｘ（Ｍ１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びＮｉ、Ｃｏ、Ａｌを除く周期律表第３族〜１７族の元素、から選択される少なくとも１種の元素である。）をｂ＋ｃ＋ｄ＝１（ｂ、ｃ、ｄは上記（１）で使用したものである）を基準としてｘ＝０．００１〜０．０２となる範囲で含む。好ましいＭ１は、アルカリ土類金属、周期律表第４族〜第８族の元素、第１２族の元素、Ａｌを除く第１３族の元素、第１５族の元素、第１７族の元素から選ばれる少なくとも１種の元素である。より好ましいＭ１は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｂ，Ｓｉ，Ｆから選ばれる少なくとも１種の元素である。
本発明の正極活物質を構成するリチウム金属複合酸化物は以下の一般式（１）で表される組成を有する。
ＬｉａＮｉｂＣｏｃＡｌｄＯ２ ・・・（１）
（ただしａ＝０．８〜１．２、ｂ＝０．７〜０．９５、ｃ＝０．０２〜０．２、ｄ＝０．００５〜０．１であり、かつ、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１である。）
更に、上記リチウム金属複合酸化物は微量の元素Ｍ１ｘ（Ｍ１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びＮｉ、Ｃｏ、Ａｌを除く周期律表第３族〜１７族の元素、から選択される少なくとも１種の元素である。）をｂ＋ｃ＋ｄ＝１（ｂ、ｃ、ｄは上記（１）で使用したものである）を基準としてｘ＝０．００１〜０．０２となる範囲で含む。好ましいＭ１は、アルカリ土類金属、周期律表第４族〜第８族の元素、第１２族の元素、Ａｌを除く第１３族の元素、第１５族の元素、第１７族の元素から選ばれる少なくとも１種の元素である。より好ましいＭ１は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｂ，Ｓｉ，Ｆから選ばれる少なくとも１種の元素である。
本発明で用いるリチウム金属複合酸化物の製造方法は限定されないが、一般的には以下の方法（Ｉ）〜（ＩＶ）により得られたリチウム金属複合酸化物を元素Ｍ２を含有する化合物によって被覆する製造方法が用いられる。
（Ｉ）Ｌｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｃｏ化合物、Ｎｉ化合物、元素Ｍ１を含有する化合物を、別々に調整、混合し、得られた混合物を酸素存在下で焼成する。
（ＩＩ）Ｎｉ、Ｃｏの両方を含む複合水酸化物を共沈法により製造し、その後、この複合水酸化物にＬｉ化合物、Ａｌ化合物、元素Ｍ１を含有する化合物を混合する。得られた混合物を酸素存在下で焼成する。
（ＩＩＩ） Ｎｉ、Ｃｏ、元素Ｍ１の全てを含む複合水酸化物を共沈法により製造し、その後、この複合水酸化物にＬｉ化合物、Ａｌ化合物を混合する。得られた混合物を酸素存在下で焼成する。
（ＩＶ）Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、元素Ｍ１の全てを含む複合水酸化物を共沈法により製造し、その後、この複合水酸化物にＬｉ化合物を混合する。得られた混合物を酸素存在下で焼成する。
上記方法（Ｉ）〜（ＩＶ）の中で方法（ＩＶ）が好ましい。以下、方法（ＩＶ）を用いた正極活物質の製造方法について詳述する。
（Ｉ）Ｌｉ化合物、Ａｌ化合物、Ｃｏ化合物、Ｎｉ化合物、元素Ｍ１を含有する化合物を、別々に調整、混合し、得られた混合物を酸素存在下で焼成する。
（ＩＩ）Ｎｉ、Ｃｏの両方を含む複合水酸化物を共沈法により製造し、その後、この複合水酸化物にＬｉ化合物、Ａｌ化合物、元素Ｍ１を含有する化合物を混合する。得られた混合物を酸素存在下で焼成する。
（ＩＩＩ） Ｎｉ、Ｃｏ、元素Ｍ１の全てを含む複合水酸化物を共沈法により製造し、その後、この複合水酸化物にＬｉ化合物、Ａｌ化合物を混合する。得られた混合物を酸素存在下で焼成する。
（ＩＶ）Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、元素Ｍ１の全てを含む複合水酸化物を共沈法により製造し、その後、この複合水酸化物にＬｉ化合物を混合する。得られた混合物を酸素存在下で焼成する。
上記方法（Ｉ）〜（ＩＶ）の中で方法（ＩＶ）が好ましい。以下、方法（ＩＶ）を用いた正極活物質の製造方法について詳述する。
（原料の溶解）原料としては、一般式（１）を構成する金属および元素Ｍ１の、硫酸塩、硝酸塩などの水溶性塩を用いることができる。ただし、硝酸性窒素を含む廃液処理にコストがかかるため、硝酸塩の使用は工業的には好ましくない。このため本発明では好ましくは、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、元素Ｍ１の硫酸塩、硫酸アルミニウムからなる原料を用いる。この場合、これらの原料全てを水に溶解する。あるいは本発明では好ましくは、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、元素Ｍ１の硫酸塩、アルミン酸ナトリウムからなる原料を用いる。この場合、硫酸ニッケル、硫酸コバルト、元素Ｍ１の硫酸塩を水に溶解し、アルミン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとの混合溶液を準備する。
（沈殿）硫酸ニッケル、硫酸コバルト、元素Ｍ１の硫酸塩、硫酸アルミニウムからなる原料を用いる場合には、先に準備した原料の水溶液に沈殿剤としての水酸化ナトリウムと錯化剤としてのアンモニア水を加える。硫酸ニッケル、硫酸コバルト、元素Ｍ１の硫酸塩、アルミン酸ナトリウムからなる原料を用いる場合には、先に準備した原料の水溶液に先に準備したアルミン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとの混合溶液を加え、さらに錯化剤としてのアンモニア水を加える。こうして水酸化ニッケル、水酸化コバルト、水酸化アルミニウム、元素Ｍ１の水酸化物の共沈殿物を製造する。共沈殿物はスラリーとして取り出される。様々な品種に対応する商業生産のためには、共沈殿物の固体濃度を調節できる沈殿槽、一般的には固液分離機構を備える沈殿槽の使用が好ましい。固液分離機構としては特に制限はなく、例えば、遠心分離装置やフィルターなどが用いられる。生産効率などの面から、共沈物スラリーの固体濃度は好ましくは３００ｇ／Ｌ以上、より好ましくは４００ｇ／Ｌ以上、さらに好ましくは５００ｇ／Ｌ以上である。
（濾過・洗浄）得られた沈殿物を濾過し、水分を除去して水酸化物ケーキを分離する。水酸化物ケーキを水酸化ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸イオンを除去する。さらに水酸化物ケーキを純水で洗浄して水酸化ナトリウムを除去する。こうしてニッケル−コバルト−アルミニウム−元素Ｍ１−複合水酸化物からなる前駆体ケーキが得られる。
（乾燥）得られた前駆体ケーキを乾燥する。乾燥方法は、大気圧下での熱風乾燥、赤外線乾燥、真空乾燥などのいずれでもよい。短時間で乾燥することができる真空乾燥が好ましい。前駆体中の水分が１重量％程度になるまで乾燥することにより、前駆体粉末が得られる。
（粉体混合）得られた前駆体粉末に水酸化リチウム粉末もしくは炭酸リチウム粉末を加え、剪断力をかけて混合する。混合に用いる機器として、ボールミル、ヘンシェルミキサーなど各種粉体混合に用いる機器を制限なく使用することができる。こうして焼成用粉体が得られる。
（焼成）得られた焼成用粉体を酸素存在下で焼成する。焼成により以下の反応が起こる。ただし以下の反応式はリチウム原料として水酸化リチウムを用いた場合の反応を示す。また元素Ｍ１の水酸化物についても同様の反応が起こるが、記載を省略する。
４Ｃｏ（ＯＨ）２＋４ＬｉＯＨ＋Ｏ２ → ４ＬｉＣｏＯ２＋６Ｈ２Ｏ
Ａｌ（ＯＨ）３＋ＬｉＯＨ → ＬｉＡｌＯ２＋２Ｈ２Ｏ
４Ｎｉ（ＯＨ）２＋４ＬｉＯＨ＋Ｏ２ → ４ＬｉＮｉＯ２＋６Ｈ２Ｏ
焼成は、酸素の存在下、４５０？９００℃の温度域で行う。焼成は複数回行うこともできる。いずれの回の焼成でも最高温度で２時間〜０時間保持して反応を完了させる。焼成する際に用いる焼成炉に制限はないが、管状炉、マッフル炉、ＲＫ（ロータリーキルン）、ＲＨＫ（ローラーハースキルン）などが好ましい。特に好ましい焼成炉はＲＨＫである。焼成後、好ましくは、焼成後に得られたリチウム金属複合酸化物を、適宜、各種ミルや乳鉢などを用いて粉砕し、粒子の凝集をほぐす工程を設ける。この工程によって電極作成の際の弊害となる５０μｍ以上の粗粒が除去される。
４Ｃｏ（ＯＨ）２＋４ＬｉＯＨ＋Ｏ２ → ４ＬｉＣｏＯ２＋６Ｈ２Ｏ
Ａｌ（ＯＨ）３＋ＬｉＯＨ → ＬｉＡｌＯ２＋２Ｈ２Ｏ
４Ｎｉ（ＯＨ）２＋４ＬｉＯＨ＋Ｏ２ → ４ＬｉＮｉＯ２＋６Ｈ２Ｏ
焼成は、酸素の存在下、４５０？９００℃の温度域で行う。焼成は複数回行うこともできる。いずれの回の焼成でも最高温度で２時間〜０時間保持して反応を完了させる。焼成する際に用いる焼成炉に制限はないが、管状炉、マッフル炉、ＲＫ（ロータリーキルン）、ＲＨＫ（ローラーハースキルン）などが好ましい。特に好ましい焼成炉はＲＨＫである。焼成後、好ましくは、焼成後に得られたリチウム金属複合酸化物を、適宜、各種ミルや乳鉢などを用いて粉砕し、粒子の凝集をほぐす工程を設ける。この工程によって電極作成の際の弊害となる５０μｍ以上の粗粒が除去される。
（元素Ｍ２を含有する化合物による被覆）
上述の工程を経て得られたリチウム金属複合酸化物は、さらに元素Ｍ２を含む化合物によって被覆される。元素Ｍ２は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタノイド系元素、アクチノイド系元素、及び周期律表第３族〜１７族の元素から選択される少なくとも１種の元素であり、好ましくはアルカリ金属、アルカリ土類金属、期律表第４族〜１７族の元素から、選択される１つ以上の元素であり、より好ましくはＮａ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｂ，Ａｌ，Ｃ，Ｓｉ，Ｎ，Ｐ，Ｏ，Ｓ，Ｆ，Ｃｌから選択される１つ以上の元素であり、特に好ましくはＮａ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｃ，Ｓｉ，Ｎ，Ｐ，Ｏ，Ｓ，Ｆから選択される１つ以上の元素である。
上述の工程を経て得られたリチウム金属複合酸化物は、さらに元素Ｍ２を含む化合物によって被覆される。元素Ｍ２は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタノイド系元素、アクチノイド系元素、及び周期律表第３族〜１７族の元素から選択される少なくとも１種の元素であり、好ましくはアルカリ金属、アルカリ土類金属、期律表第４族〜１７族の元素から、選択される１つ以上の元素であり、より好ましくはＮａ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｂ，Ａｌ，Ｃ，Ｓｉ，Ｎ，Ｐ，Ｏ，Ｓ，Ｆ，Ｃｌから選択される１つ以上の元素であり、特に好ましくはＮａ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｃ，Ｓｉ，Ｎ，Ｐ，Ｏ，Ｓ，Ｆから選択される１つ以上の元素である。
上記被覆の方法は、湿式法、乾式法のいずれでも良い。元素Ｍ２を含む化合物による被覆量は、本発明の効果を示す限り制限はないが、好ましくはリチウム金属複合酸化物に対して０．１〜１０重量％、より好ましくは０．５〜５重量％、更に好ましくは１〜４重量％である。上述の方法（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）を経たリチウム金属複合酸化物を用いた場合でも焼成工程の後に同様の被覆方法を用いることができる。
上記被覆処理の後、被覆物を安定化して電池として好適に使用可能とするために熱処理することが好ましい。熱処理の温度は一般的には２００℃〜８００℃、好ましくは３００℃〜７００℃、より好ましくは４００℃〜６００℃である。こうして本発明の正極活物質を構成するリチウム金属複合酸化物が得られる。
（高温水酸化ナトリウムに溶出するアルミニウムの量（重量））
本発明の正極活物質を構成するリチウム金属複合酸化物は、更に、以下の方法（ア）により測定した高温水酸化ナトリウムに溶出するアルミニウム量（重量）が、該正極活物質に含まれる全アルミニウム重量の１０％以下、好ましくは８％以下、より好ましくは６％以下、特に好ましくは５％以下であるという特徴を有する。
方法（ア）：１２．５ｇの正極活物質と２０．０ｇの水酸化ナトリウムをニッケル製のるつぼに取る。このるつぼを５００℃に加熱したマッフル炉に設置する。水酸化ナトリウムが十分溶解してから５分後にるつぼをマッフル炉から取り出す。直ちにるつぼの内容物を２５０ｍｌの純水に分散し攪拌する。上澄み液を誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ分析）により分析し、上澄み液に含まれるアルミニウム元素の重量を測定する。
本発明の正極活物質を構成するリチウム金属複合酸化物は、更に、以下の方法（ア）により測定した高温水酸化ナトリウムに溶出するアルミニウム量（重量）が、該正極活物質に含まれる全アルミニウム重量の１０％以下、好ましくは８％以下、より好ましくは６％以下、特に好ましくは５％以下であるという特徴を有する。
方法（ア）：１２．５ｇの正極活物質と２０．０ｇの水酸化ナトリウムをニッケル製のるつぼに取る。このるつぼを５００℃に加熱したマッフル炉に設置する。水酸化ナトリウムが十分溶解してから５分後にるつぼをマッフル炉から取り出す。直ちにるつぼの内容物を２５０ｍｌの純水に分散し攪拌する。上澄み液を誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ分析）により分析し、上澄み液に含まれるアルミニウム元素の重量を測定する。
上記方法（ア）で用いるリチウム金属複合酸化物に含まれる全アルミニウム量（重量）はＩＣＰ分析により求められる。上記方法（ア）で定量される水酸化ナトリウムに溶出するアルミニウム量（重量）が、正極活物質に含まれる全アルミニウム重量の１０％以下であるリチウム金属複合酸化物をリチウムイオン電池用正極活物質に利用すると、電池のサイクル特性が良好となる。
上記水酸化ナトリウムに溶出するアルミニウム量（重量）が如何様に電池特性に作用するかは未だ完全に解明されていないが、上記方法（ア）による水酸化ナトリウムに溶出するアルミニウムの量（重量）が、以下に説明する正極活物質に付随する偏在性のアルミニウム原子の量を反映していることが手がかりとなろう。
金属複合水酸化物と水酸化リチウム等のリチウム化合物との混合物を焼成することによってリチウム金属複合酸化物を製造する際に、焼成過程で原料に含まれるアルミニウム原子のすべてがリチウム金属複合酸化物中に取り込まれず、その一部が焼成後のリチウム金属複合酸化物粒子の周辺や表面に分布する可能性がある。このようなアルミニウム原子は、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミン酸リチウム等のアルミニウム化合物を構成して偏在し、正極活物質として機能するリチウム金属複合酸化物に完全に複合化していないと推測される。このようなアルミニウム原子は、リチウム金属複合酸化物の内部にあるアルミニウム原子と違って正極活物質の構成元素として完全には機能しないと考えられるから、その量は少ない方が好ましいと考えられてきた。しかしながら、このような偏在性のアルミニウム原子を含有する酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミン酸リチウム等のアルミニウム化合物は水への溶解度が小さいため、Ｗａｒｄｅｒ滴定法などの正極活物質の分析手法としてよく用いられる方法では定量することができない。このため、正極活物質に付随するこのような偏在性のアルミニウム原子を検出しようという試みも、これを定量する例はこれまでにほとんど報告されていない。
本発明では、上述の方法（ア）という、これまで提案されていない過酷な条件下で、すなわち正極活物質を５００℃の水酸化ナトリウムに分散、溶解することによって、初めて上述の粒子表面部に偏在するアルミニウム原子正極活物質から分離、定量することに成功した。本発明で用いた方法（ア）は正極活物質の新規な分析方法として注目に値する。
本発明は同時に、上記方法（ア）をリチウムイオン二次電池用正極活物質の新たな選別方法として提供することにも成功した。本発明によって、上述の偏在性アルミニウム原子の含有量が少なく、リチウム金属複合酸化物製造時の原料に含まれるアルミニウム元素のより多くの部分が正極活物質として機能することのできる正極活物質を選別することが、初めて可能となった。リチウムイオン電池に要求される放電容量、サイクル特性、低発熱性と、特にラミネート電池に求められる低ガス発生特性のバランスを良好とするためには、正極活物質の上記偏在性のアルミニウム原子含有量は、正極活物質に含まれる全アルミニウム原子重量に対して１０％以下、好ましくは８％以下、より好ましくは６％以下、特に好ましくは５％以下であることが求められる。
このように、さらに上述の潜在性アルミニウム原子の含有量が一定量に制限されたリチウム金属複合酸化物を用いて、本発明の正極活物質が得られる。本発明の正極活物質は、その組成、微量元素の含有、被覆、偏在性アルミニウム含有量によって特徴づけられる新規な物質である。
〔正極活物質のＬｉＯＨ残渣、Ｌｉ２ＣＯ３残渣含有量〕
本発明で用いる正極活物質から余剰のリチウムが除去されていることが好ましい。上記正極活物質から余剰のリチウムを除去する方法としては、正極活物質を水性溶媒で洗浄する方法が一般的である。洗浄に用いられる水性溶媒としては、純水、酸性水、アルカリ性水、金属化合物の水溶液などが用いられる。このうち純水、酸性水またはアルカリ性水が好ましい。洗浄の結果、正極活物質から水で抽出されるＬｉＯＨ残渣が０．２重量％以下で、かつＬｉ２ＣＯ３残渣が０．２重量％以下となることが好ましい。
本発明で用いる正極活物質から余剰のリチウムが除去されていることが好ましい。上記正極活物質から余剰のリチウムを除去する方法としては、正極活物質を水性溶媒で洗浄する方法が一般的である。洗浄に用いられる水性溶媒としては、純水、酸性水、アルカリ性水、金属化合物の水溶液などが用いられる。このうち純水、酸性水またはアルカリ性水が好ましい。洗浄の結果、正極活物質から水で抽出されるＬｉＯＨ残渣が０．２重量％以下で、かつＬｉ２ＣＯ３残渣が０．２重量％以下となることが好ましい。
〔正極、ラミネート型リチウムイオン電池〕
本発明の正極活物質はラミネート電池の正極材として好適である。ラミネート電池は通常の方法により製造することができる。すなわち本発明の正極活物質をバインダー、導電助剤と混合して正極活物質等を含むスラリーを製造し、このスラリーを正極基材に塗布、乾燥して正極を製造する。負極は負極基材にカーボン類からなる負極活物質を含む負極剤を塗布、乾燥して得られる。正極、負極、セパレータを含む積層体を外装フィルムでラミネートすると共に電解質を充填して、正極、負極、セパレータ、電解質が内包されたラミネート電池が完成する。
本発明の正極活物質はラミネート電池の正極材として好適である。ラミネート電池は通常の方法により製造することができる。すなわち本発明の正極活物質をバインダー、導電助剤と混合して正極活物質等を含むスラリーを製造し、このスラリーを正極基材に塗布、乾燥して正極を製造する。負極は負極基材にカーボン類からなる負極活物質を含む負極剤を塗布、乾燥して得られる。正極、負極、セパレータを含む積層体を外装フィルムでラミネートすると共に電解質を充填して、正極、負極、セパレータ、電解質が内包されたラミネート電池が完成する。
〔実施例１〕以下の手順で、式 Ｌｉ１．０Ｎｉ０．８０Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５ で表される組成を有し、元素Ｍ１がＭｎ、元素Ｍ２がＣｏであるリチウム金属複合酸化物からなる正極活物質を製造した。
（原料の溶解）硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの各々の濃度が２４７．６ｇ／Ｌ、４６．４ｇ／Ｌ及び０．３１ｇ／Ｌとなるように、硫酸ニッケル６水和物、硫酸コバルト７水和物、硫酸マンガン５水和物の各々を加温した純水に溶解し、上記金属塩の混合溶液（以下「金属塩溶液」という）を得た。一方で、水酸化ナトリウム及びアルミン酸ナトリウムを、それぞれの濃度が１６６．８ｇ／Ｌおよび８．２ｇ／Ｌとなるように、加温した純水に溶解し、水酸化ナトリウム-アルミン酸ナトリウムの混合水溶液を調製した（以下「アルカリ液」という）。
（沈殿）傾斜した多段の板からなるフィルターを備える容量１９０Ｌの反応器に、金属塩溶液、アルカリ液、錯化剤である２５重量％アンモニア水の各々を連続供給し、金属水酸化物の共沈反応を進行させた。この際、水酸化ナトリウムの過剰量、アンモニア量は各々２．７ｇ／Ｌおよび１２ｇ／Ｌとなるように調整した。同時に反応器のフィルターにスラリーを通過させることにより、当該スラリーに含まれる母液の一部を系外へ排出した。その結果、金属水酸化物の共沈物が生成、沈殿し、固体濃度が４００ｇ／Ｌに調整されたスラリーが得られた。
（濾過・洗浄）金属塩溶液とアルカリ混合液の供給開始から十分な時間が経過し、定常状態となった後、反応容器内部に設置されたスラリー抜き出し用パイプからスラリーを連続的に抜き出した。抜き出された金属水酸化物スラリーを濾過、水洗した。
（乾燥）得られた金属水酸化物を真空乾燥した。こうして微量のマンガンを含むニッケル−コバルト−アルミニウム複合水酸化物が得られた。
（粉体混合）上記マンガン含有ニッケル−コバルト−アルミニウム複合水酸化物３．９５２ｋｇと水酸化リチウム１．０４８ｋｇとをせん断力をかけながら粉体混合した。
（焼成）この混合物４ｋｇを酸素流通下２段階で焼成した。１段目焼成では、室温から７３０℃まで３時間かけて昇温し、７３０℃で４時間保持した。その後、４時間かけて室温まで冷却した。２段目焼成では、室温から７７０℃まで３時間かけて昇温し、７７０℃で１０時間保持した。その後４時間かけて室温まで冷却した。こうしてマンガン含有リチウム金属複合酸化物が得られた。
（Ｃｏによる被覆）得られた焼成物の１００ｇを取り、この上に１８．３重量％（１．０モル／Ｌ）硝酸コバルト水溶液６７．８ｇを静かに滴下しながら攪拌し、ホットプレート上で蒸発乾固させた。その後、酸素気流中７００℃で５時間焼成し、コバルトで被覆されたマンガン含有リチウム金属複合酸化物が得られた。
（解砕）コバルトで被覆されたマンガン含有リチウム金属複合酸化物をホソカワミクロン製ジェットミル（ＡＦＧ−１００）にて解砕した。
（水洗）解砕物１００ｇを水１００ｇに分散させた。分散液を３分間攪拌し、吸引濾過、減圧乾燥し、更に酸素中５００℃で５時間乾燥した。
（原料の溶解）硫酸ニッケル、硫酸コバルト及び硫酸マンガンの各々の濃度が２４７．６ｇ／Ｌ、４６．４ｇ／Ｌ及び０．３１ｇ／Ｌとなるように、硫酸ニッケル６水和物、硫酸コバルト７水和物、硫酸マンガン５水和物の各々を加温した純水に溶解し、上記金属塩の混合溶液（以下「金属塩溶液」という）を得た。一方で、水酸化ナトリウム及びアルミン酸ナトリウムを、それぞれの濃度が１６６．８ｇ／Ｌおよび８．２ｇ／Ｌとなるように、加温した純水に溶解し、水酸化ナトリウム-アルミン酸ナトリウムの混合水溶液を調製した（以下「アルカリ液」という）。
（沈殿）傾斜した多段の板からなるフィルターを備える容量１９０Ｌの反応器に、金属塩溶液、アルカリ液、錯化剤である２５重量％アンモニア水の各々を連続供給し、金属水酸化物の共沈反応を進行させた。この際、水酸化ナトリウムの過剰量、アンモニア量は各々２．７ｇ／Ｌおよび１２ｇ／Ｌとなるように調整した。同時に反応器のフィルターにスラリーを通過させることにより、当該スラリーに含まれる母液の一部を系外へ排出した。その結果、金属水酸化物の共沈物が生成、沈殿し、固体濃度が４００ｇ／Ｌに調整されたスラリーが得られた。
（濾過・洗浄）金属塩溶液とアルカリ混合液の供給開始から十分な時間が経過し、定常状態となった後、反応容器内部に設置されたスラリー抜き出し用パイプからスラリーを連続的に抜き出した。抜き出された金属水酸化物スラリーを濾過、水洗した。
（乾燥）得られた金属水酸化物を真空乾燥した。こうして微量のマンガンを含むニッケル−コバルト−アルミニウム複合水酸化物が得られた。
（粉体混合）上記マンガン含有ニッケル−コバルト−アルミニウム複合水酸化物３．９５２ｋｇと水酸化リチウム１．０４８ｋｇとをせん断力をかけながら粉体混合した。
（焼成）この混合物４ｋｇを酸素流通下２段階で焼成した。１段目焼成では、室温から７３０℃まで３時間かけて昇温し、７３０℃で４時間保持した。その後、４時間かけて室温まで冷却した。２段目焼成では、室温から７７０℃まで３時間かけて昇温し、７７０℃で１０時間保持した。その後４時間かけて室温まで冷却した。こうしてマンガン含有リチウム金属複合酸化物が得られた。
（Ｃｏによる被覆）得られた焼成物の１００ｇを取り、この上に１８．３重量％（１．０モル／Ｌ）硝酸コバルト水溶液６７．８ｇを静かに滴下しながら攪拌し、ホットプレート上で蒸発乾固させた。その後、酸素気流中７００℃で５時間焼成し、コバルトで被覆されたマンガン含有リチウム金属複合酸化物が得られた。
（解砕）コバルトで被覆されたマンガン含有リチウム金属複合酸化物をホソカワミクロン製ジェットミル（ＡＦＧ−１００）にて解砕した。
（水洗）解砕物１００ｇを水１００ｇに分散させた。分散液を３分間攪拌し、吸引濾過、減圧乾燥し、更に酸素中５００℃で５時間乾燥した。
（高温水酸化ナトリウムに溶出するアルミニウムの量（重量））
得られたコバルト被覆マンガン含有リチウム金属複合酸化物に含まれるアルミニウムの水酸化ナトリウム溶出量を以下の方法で測定した。得られたコバルト被覆マンガン含有リチウム金属複合酸化物１２．５ｇ、水酸化ナトリウム２０．０ｇをニッケル製のるつぼに取り、るつぼを５００℃に加熱したマッフル炉に設置した。水酸化ナトリウムが十分溶融してから５分経過後、るつぼをマッフル炉から取り出し、るつぼの内容物を２５０ｍｌの純水に分散し攪拌した。上澄み液を誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ分析）により分析した。また得られたコバルト被覆マンガン含有リチウム金属複合酸化物に含まれる全アルミニウム量（重量）をＩＣＰ分析により求めた。その結果、得られたコバルト被覆マンガン含有リチウム金属複合酸化物に含まれる全アルミニウム元素（重量）の５．５％に相当するアルミニウム元素が溶出していることがわかった。このように、本発明の正極活物質が得られた。
得られたコバルト被覆マンガン含有リチウム金属複合酸化物に含まれるアルミニウムの水酸化ナトリウム溶出量を以下の方法で測定した。得られたコバルト被覆マンガン含有リチウム金属複合酸化物１２．５ｇ、水酸化ナトリウム２０．０ｇをニッケル製のるつぼに取り、るつぼを５００℃に加熱したマッフル炉に設置した。水酸化ナトリウムが十分溶融してから５分経過後、るつぼをマッフル炉から取り出し、るつぼの内容物を２５０ｍｌの純水に分散し攪拌した。上澄み液を誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ分析）により分析した。また得られたコバルト被覆マンガン含有リチウム金属複合酸化物に含まれる全アルミニウム量（重量）をＩＣＰ分析により求めた。その結果、得られたコバルト被覆マンガン含有リチウム金属複合酸化物に含まれる全アルミニウム元素（重量）の５．５％に相当するアルミニウム元素が溶出していることがわかった。このように、本発明の正極活物質が得られた。
（ＬｉＯＨ残渣、Ｌｉ２ＣＯ３残渣）
得られた正極活物質２ｇを取り、２５℃の純水１００ｍｌに加え３分間マグネチックスターラーで攪拌した後、吸引濾過を行う。得られた濾液を自動滴定装置を用い０．１規定の塩酸にて滴定し、水酸化リチウム量及び炭酸リチウム量を定量した。結果を表１に示す。
得られた正極活物質２ｇを取り、２５℃の純水１００ｍｌに加え３分間マグネチックスターラーで攪拌した後、吸引濾過を行う。得られた濾液を自動滴定装置を用い０．１規定の塩酸にて滴定し、水酸化リチウム量及び炭酸リチウム量を定量した。結果を表１に示す。
（正極の製造）
得られた正極活物質１００重量部、導電助剤としてのアセチレンブラック１重量部及びグラファイトカーボン５重量部、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン４重量部を、分散媒としてのＮ−メチルピロリドンと共に混合して正極合剤を得た。この正極合剤を集電体であるアルミニウム箔に５０μｍ厚で塗布、乾燥して、正極を製造した。
得られた正極活物質１００重量部、導電助剤としてのアセチレンブラック１重量部及びグラファイトカーボン５重量部、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン４重量部を、分散媒としてのＮ−メチルピロリドンと共に混合して正極合剤を得た。この正極合剤を集電体であるアルミニウム箔に５０μｍ厚で塗布、乾燥して、正極を製造した。
（ラミネート電池の製造）
人造黒鉛（ＭＡＧ−Ｄ）９８重量部、バインダーとしてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）１重量部、スチレンブタジエン共重合物（ＳＢＲ）１重量部を、分散媒としての水と共に混合して負極合剤を得た。この負極合剤を集電体である銅箔に塗布、乾燥し負極を製造した。ＬｉＰＦ６を１モル／Ｌの濃度で溶解したエチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ビニルカーボネート（ＶＣ）を、重量比（ＥＣ：ＥＭＣ：ＶＣ）が５０：５０：１となるように混合して電解液を製造した。上述の正極、負極、電解液を積層、封入してラミネート電池を製造した。
人造黒鉛（ＭＡＧ−Ｄ）９８重量部、バインダーとしてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）１重量部、スチレンブタジエン共重合物（ＳＢＲ）１重量部を、分散媒としての水と共に混合して負極合剤を得た。この負極合剤を集電体である銅箔に塗布、乾燥し負極を製造した。ＬｉＰＦ６を１モル／Ｌの濃度で溶解したエチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ビニルカーボネート（ＶＣ）を、重量比（ＥＣ：ＥＭＣ：ＶＣ）が５０：５０：１となるように混合して電解液を製造した。上述の正極、負極、電解液を積層、封入してラミネート電池を製造した。
得られたラミネート電池の性能を以下の観点で評価した。結果を表１に示す。
・初期放電容量：３．０から４．２Ｖの間で、０．１Ｃレートでの充電を行った後、４．２Ｖから３．０の間での０．１Ｃ放電を行った際の容量を初期放電容量とした。
・サイクル試験：充電１．０Ｃ、放電０．５Ｃで５０サイクル繰り返した後の５０サイクル目の１サイクル目に対する容量を百分率で表したものをサイクル維持率とした。
・ＤＳＣ発熱量：前述の初期電気特性の評価で用いた方法に準じた方法で正極活物質を充電した後、電池を解体して正極を取り出し、その示差走査熱量分析を行った。示差走査熱量の測定には日立ハイテクサイエンス社製 ＤＳＣ−７０２０ 示差走査熱量計を用いた。
・初期放電容量：３．０から４．２Ｖの間で、０．１Ｃレートでの充電を行った後、４．２Ｖから３．０の間での０．１Ｃ放電を行った際の容量を初期放電容量とした。
・サイクル試験：充電１．０Ｃ、放電０．５Ｃで５０サイクル繰り返した後の５０サイクル目の１サイクル目に対する容量を百分率で表したものをサイクル維持率とした。
・ＤＳＣ発熱量：前述の初期電気特性の評価で用いた方法に準じた方法で正極活物質を充電した後、電池を解体して正極を取り出し、その示差走査熱量分析を行った。示差走査熱量の測定には日立ハイテクサイエンス社製 ＤＳＣ−７０２０ 示差走査熱量計を用いた。
〔実施例２〕正極活物質の製造の際、沈殿工程で実施例１の条件を変更した。すなわち、フィルターを通して系外に排出される母液の量を変更してスラリーの固体濃度を６００ｇ／Ｌに調整した。その他の条件は実施例１と同じであった。得られた正極活物質とラミネート電池の評価結果を表１に示す。
〔実施例３〕正極活物質の製造の際、焼成工程で実施例１の条件を変更した。すなわち、ローラーハースキルン内の最高温度設定を７３０℃に設定し、合計１１時間かけて次の連続する３段階で焼成した。第１段階：室温から７３０℃まで３時間かけて昇温した。第２段階：７３０℃で５時間保持した。第３段階：７３０℃から室温まで３時間かけて冷却した。得られた正極活物質ラミネート電池の評価結果を表１に示す。
〔比較例１〕正極活物質の製造の際、沈殿工程で実施例１の条件を変更した。すなわち、フィルターを通して系外に排出される母液の量を変更してスラリーの固体濃度を２００ｇ／Ｌに調整した。その他の条件は実施例１と同じであった。得られた正極活物質ラミネート電池の評価結果を表１に示す。
〔比較例２〕正極活物質の製造の際、沈殿工程で実施例１の条件を変更した。すなわち、フィルターを通して系外に排出される母液の量を変更してスラリーの固体濃度を１００ｇ／Ｌに調整した。その他の条件は実施例１と同じであった。得られた正極活物質ラミネート電池の評価結果を表１に示す。
〔比較例３〕正極活物質の製造の際、原料の溶解工程、沈殿工程、被覆工程、水洗工程で実施例１の条件を変更した。すなわち、原料の溶解工程では実施例１で用いた原料から硫酸マンガンを除いた。沈殿工程ではフィルターを通して系外に排出される母液の量を変更してスラリーの固体濃度を２００ｇ／Ｌに調整した。焼成終了後、被覆工程、水洗工程を行わず、焼成物を解砕して評価した。その他の条件は実施例１と同じであった。得られた正極活物質ラミネート電池の評価結果を表１に示す。
高温水酸化ナトリウムに溶出するアルミニウムの量（重量）の正極活物質に含まれる全アルミニウム重量に対する割合は、実施例の正極活物質では１０％以下であったが、比較例の正極活物質では１０％を超えていた。実施例の正極活物質ではＬｉＯＨ残渣、Ｌｉ２ＣＯ３残渣が低減されている。従って実施例の正極活物質を用いたラミネート電池ではガス発生量を極めて低いレベルに抑えることができる。しかも実施例では、極めて高いサイクル維持率を示し、初期放電容量も満足できる値であるから、良好な電池性能が維持されることが予想される。さらに、実施例の発熱量は低い。これに対して比較例では初期放電容量は高いもののサイクル維持率が低いため、電池性能が急速に低下することが予想される。また比較例では発熱量が高く安全性に劣る。このように、本発明の正極活物質はガス発生を特に嫌うラミネート電池に好適であり、しかも初期放電容量、サイクル特性、低発熱性といった電池の要求性能をバランス良く与えることができる。
本発明の正極活物質はリチウムイオン電池用正極材に適しており、特にラミネート電池に有用である。本発明はラミネート電池の性能向上に貢献し、携帯端末用電池や自動車用電池の一層の小型化と安全性向上、長寿命化をもたらすことができる。
Claims (5)
- 以下の一般式（１）で表される組成を有するリチウム金属複合酸化物からなり、
ＬｉａＮｉｂＣｏｃＡｌｄＯ２ ・・・（１）
（ただしａ＝０．８〜１．２、ｂ＝０．７〜０．９５、ｃ＝０．０２〜０．２、ｄ＝０．００５〜０．１であり、かつ、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１である。）
上記リチウム金属複合化合物はさらに、
上記式（１）で表される組成において微量の元素Ｍ１ｘ（Ｍ１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びＮｉ、Ｃｏ、Ａｌを除く周期律表第３族〜１７族の元素から選択される少なくとも１種の元素である。）をｂ＋ｃ＋ｄ＝１（ｂ、ｃ、ｄは上記（１）で使用したものである）に対してｘ＝０．００１〜０．０２となる範囲で含み、
元素Ｍ２（Ｍ２は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ランタノイド系元素、アクチノイド系元素、及び周期律表第３族〜１７族の元素から選択される少なくとも１種の元素である。）を含有する化合物で被覆されており、
以下の方法（ア）により測定される高温水酸化ナトリウムに溶出するアルミニウム量（重量）が該リチウム金属複合酸化物に含まれる全アルミニウム重量の１０％以下である、
〔方法（ア）：１２．５ｇの正極活物質と２０．０ｇの水酸化ナトリウムをニッケル製のるつぼに取る。このるつぼを５００℃に加熱したマッフル炉に設置する。水酸化ナトリウムが十分溶解してから５分後にるつぼをマッフル炉から取り出す。直ちにるつぼの内容物を２５０ｍｌの純水に分散し攪拌する。上澄み液を誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ分析）により分析することにより、５００℃の水酸化ナトリウムに溶出したアルミニウム元素の重量を測定する。〕
リチウムイオン二次電池用の正極活物質。 - ＬｉＯＨ残渣が０．２重量％以下であり、Ｌｉ２ＣＯ３残渣が０．２重量％以下である、請求項１に記載の正極活物質。
- 請求項１又は２に記載の正極活物質を用いたリチウムイオン電池用正極。
- 請求項３に記載のリチウムイオン電池用正極を備えるリチウムイオン電池。
- ラミネート電池である、請求項４に記載のリチウムイオン電池。
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