JP4703786B2 - リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子、及び同物質膜、並びにリチウム二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は、層状岩塩構造を有する、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子（板状粒子の定義は後述する）、及び同物質膜（膜と粒子との区別は後述する）に関する。さらに、本発明は、上述の板状粒子又は膜を含む正極を備えたリチウム二次電池に関する。
リチウム二次電池（リチウムイオン二次電池と称されることもある）の正極材料として、コバルト系の正極活物質が広く用いられている。このコバルト系の正極活物質（典型的にはＬｉＣｏＯ２）は、いわゆるα−ＮａＦｅＯ２型の層状岩塩構造を有している。このコバルト系の正極活物質においては、（００３）面以外の結晶面（例えば（１０１）面や（１０４）面）にて、リチウムイオン（Ｌｉ＋）の出入りが生じる。かかるリチウムイオンの出入りによって、充放電動作が行われる。
この種の電池の正極活物質においては、リチウムイオンの出入りが良好に行われる結晶面（（００３）面以外の面：例えば（１０１）面や（１０４）面）が、より多く電解質に露出することで、電池の容量が向上する。また、単に容量だけでなく、耐久性やサイクル特性等、より多くの特性を向上させることが求められている。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、容量や耐久性その他の特性が従来よりも向上した、リチウム二次電池を提供することにある。
本発明のリチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子は、層状岩塩構造を有していて、リチウムイオンの出入面（以下、「リチウムイオン出入面」と称する。）が、粒子の板面（板面の定義は後述する）と平行に配向することで、当該板面にて露出するように形成されている。なお、この粒子は、１００μｍ以下（例えば２０μｍ以下）の厚さに形成され得る。
ここで、「リチウムイオン出入面」とは、上述の通り、リチウムイオン二次電池の充放電の際にリチウムイオンが良好に出入りする結晶面であって、例えば、（１０１）面や（１０４）面等がこれに該当する。すなわち、本発明の、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子は、（００３）以外の面（例えば（１０４）面）が前記板面と平行となるように配向するように形成されている。
また、「層状岩塩構造」とは、リチウム層とリチウム以外の遷移金属層とが酸素の層を挟んで交互に積層された結晶構造、すなわち、酸化物イオンを介して遷移金属イオン層とリチウム単独層とが交互に積層した結晶構造（典型的にはα−ＮａＦｅＯ２型構造：立方晶岩塩型構造の［１１１］軸方向に遷移金属とリチウムとが規則配列した構造）をいう。また、「（１０４）面が前記板面と平行となるように配向する」は、（１０４）面の法線方向である［１０４］軸が前記板面の法線方向と平行となるように、（１０４）面が配向する、とも言い換えることができる。
上述の特徴を換言すると、本発明の、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子においては、層状岩塩構造における［００３］軸が、粒子の前記板面の法線と交差する方向となる。すなわち、この粒子は、［００３］軸と交差する結晶軸（例えば［１０４］軸）が前記板面と直交する方向となるように形成されている。
また、「板状粒子」とは、外形形状が板状である粒子のことをいう。「板状」という概念は、本明細書にて特段の説明を加えなくても社会通念上明確ではあるが、敢えて付言すると、例えば、以下のように定義づけられる。
すなわち、「板状」とは、粒子を水平面（重力が作用する方向である鉛直方向と直交する平面）上に安定的に（外部からの衝撃（当該粒子が前記水平面から飛翔してしまうような強力な衝撃は除く）を受けてもさらに転倒することがないような態様で）載置した状態で、前記水平面と直交する第一の平面及び第二の平面（前記第一の平面と前記第二の平面とは交差し、典型的には直交する。）による当該粒子の断面を観察した場合に、いずれの断面においても、前記水平面に沿った（前記水平面と平行、あるいは前記水平面とのなす角度がα度（０＜α＜４５）となる）方向である幅方向における寸法（かかる寸法は粒子の「幅」と称される。）の方が、当該幅方向と直交する方向である厚さ方向における寸法（かかる寸法は粒子の「厚さ」と称される。）よりも大きい状態をいう。なお、上述の「厚さ」は、前記水平面と当該粒子との間の空隙部分を含まない。
本発明の板状粒子は、通常、平板状に形成される。ここで、「平板状」とは、粒子を水平面上に安定的に載置した状態で、前記水平面と当該粒子との間に形成される空隙の高さが、粒子の厚さよりも小さい状態をいうものとする。これ以上屈曲したものは、この種の板状粒子では通常生じないため、本発明の板状粒子に対しては、上述の定義が適切なものとなる。
粒子を水平面上に安定的に載置した状態において、前記厚さ方向は、必ずしも前記鉛直方向と平行な方向になるとは限らない。例えば、粒子を水平面上に安定的に載置した状態における、前記第一の平面又は前記第二の平面による当該粒子の断面形状を、（１）長方形、（２）菱形、（３）楕円形、のいずれの形状に最も近似するかを分類した場合を想定する。この粒子断面形状が（１）長方形に近似するとき、前記幅方向は上述の状態における前記水平面と平行な方向となり、前記厚さ方向は上述の状態における前記鉛直方向と平行な方向となる。
一方、（２）菱形や（３）楕円形のときは、前記幅方向は上述の状態における前記水平面と若干の角度（４５度以下：典型的には数〜２０度程度）をなすこととなる。このときは、前記幅方向は、当該断面による外形線上の２点であって互いの距離が最も長くなるもの同士を結んだ方向となる（かかる定義は上述の（１）長方形の場合は、対角線となってしまうために適切ではない）。
また、粒子の「板面」とは、粒子を水平面上に安定的に載置した状態における、当該水平面と対向する面、又は、当該水平面からみて当該粒子よりも上方に位置し当該水平面と平行な仮想平面と対向する面をいう。粒子の「板面」は、板状粒子における最も広い面であるため、「主面（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）」と称されることもある。なお、この板面（主面）と交差する（典型的には直交する）面、すなわち、前記厚さ方向と垂直な方向である板面方向（あるいは面内方向）と交差する面は、粒子を水平面上に安定的に載置した状態における、当該粒子の平面視（当該粒子を水平面上に安定的に載置した状態で前記鉛直方向における上方から見た場合）における端縁に生じることから、「端面」と称される。
もっとも、本発明におけるリチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子は、その粒子断面形状が上述の（１）長方形に近似することが多い。このため、本発明におけるリチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子においては、前記厚さ方向は、粒子を水平面上に安定的に載置した状態における前記鉛直方向と平行な方向と云っても差し支えない。同様に、本発明におけるリチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子においては、粒子の「板面」は、粒子の前記厚さ方向と直交する表面と云っても差し支えない。
本発明のリチウム二次電池は、本発明の正極活物質用の板状粒子を正極活物質として含む正極と、炭素質材料又はリチウム吸蔵物質を負極活物質として含む負極と、前記正極と前記負極との間に介在するように設けられた電解質と、を備えている。
そして、リチウム二次電池の正極を構成するに際しては、例えば、かかる正極活物質用の板状粒子を所定のバインダー中に分散することで、正極活物質層が形成される。そして、この正極活物質層と所定の正極集電体との積層体によって、前記正極が構成される。すなわち、この場合、前記正極は、前記板状粒子を含む前記正極活物質層と、前記正極集電体と、が重ね合わせられることによって構成されている。
本発明のリチウム二次電池の正極活物質膜は、層状岩塩構造を有していて、リチウムイオン出入面が、膜の板面（膜の「板面」の定義は後述する）と平行に配向することで、当該板面にて露出するように形成されている。すなわち、本発明の、リチウム二次電池の正極活物質膜は、（００３）以外の面（例えば（１０４）面）が前記板面と平行となるように配向するように形成されている。なお、この膜は、１００μｍ以下（例えば２０μｍ以下）の厚さに形成され得る。
上述の特徴を換言すると、本発明の、リチウム二次電池の正極活物質膜においては、層状岩塩構造における［００３］軸が、膜の前記板面の法線と交差する方向となる。すなわち、この粒子は、［００３］軸と交差する軸（例えば［１０４］軸）が前記板面と直交する方向となるように形成されている。
ここで、膜の「厚さ方向」とは、当該膜を水平面上に安定的に載置した状態における、前記鉛直方向と平行な方向をいう（かかる方向における膜の寸法は「厚さ」と称される。）。膜の「板面」とは、膜の厚さ方向と直交する表面をいう。膜の「板面」は、当該膜における最も広い面であるため、「主面（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）」と称されることもある。なお、この板面（主面）と交差する（典型的には直交する）面、すなわち、前記厚さ方向と垂直な方向である板面方向（あるいは面内方向）と交差する面は、膜を水平面上に安定的に載置した状態における、当該膜の平面視（当該膜を水平面上に安定的に載置した状態で前記鉛直方向における上方から見た場合）における端縁に生じることから、「端面」と称される。なお、上述の「厚さ」は、前記水平面と当該粒子との間の空隙部分を含まない。
本発明の正極活物質膜は、通常、平坦に形成される。ここで、「平坦」とは、膜を水平面上に安定的に載置した状態で、前記水平面と当該膜との間に形成される空隙の高さが、膜の厚さよりも小さい状態をいうものとする。これ以上屈曲したものは、この種の正極活物質膜では通常生じないため、本発明の正極活物質膜に対しては、上述の定義が適切なものとなる。
本発明のリチウム二次電池は、本発明の正極活物質膜を含む正極と、炭素質材料又はリチウム吸蔵物質を負極活物質として含む負極と、前記正極と前記負極との間に介在するように設けられた電解質と、を備えている。
そして、リチウム二次電池の正極を構成するに際しては、例えば、かかる正極活物質膜と所定の正極集電体との積層体（例えば当該活物質膜と導電体膜とを蒸着（例えばスパッタリング）や塗布等によって積層したもの）によって、前記正極が構成される。この場合、前記正極集電体は、前記正極活物質膜の２つの板面のうちの少なくとも一方に設けられ得る。すなわち、前記正極集電体は、前記正極活物質膜の２つの板面のうちの一方にのみ設けられ得る。あるいは、前記正極集電体は、前記正極活物質膜の両面（２つの板面の双方）に設けられ得る。前記正極活物質膜の両面に前記正極集電体がそれぞれ設けられる場合、一方は前記正極活物質膜を支持するために他方よりも厚く形成され、当該他方は前記正極活物質膜におけるリチウムイオンの出入りを阻害しないような構造（メッシュ状や多孔質状等）に形成され得る。
上述のように、本発明における「正極活物質用の板状粒子」は、前記正極を構成するに際して、前記正極活物質層中に分散され得るものである。一方、本発明における「正極活物質膜」は、前記正極集電体と重ね合わせられることで前記正極を構成し得る自立膜（形成後に単体で取り扱い可能な膜）である。もっとも、後述する実施例のように、当該膜は、細かく粉砕された後（この粉砕によって得られた粒子は本発明における「正極活物質用の板状粒子」に相当する）に前記正極活物質層中に分散されることもあり得る。このように、「粒子」と「膜」との区別は、前記正極を構成するに際しての適用態様によって、当業者にとって明確である。
本発明の特徴は、上述の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜において、前記厚さ方向に複数の層が積層されていて、前記層が、前記厚さ方向について同一の結晶軸を有しつつ、前記厚さ方向に垂直な板面方向については異なる結晶軸を有していることにある。
具体的には、前記層は、前記板面においては、同一の結晶軸［ｈｋｌ］を有している。一方、前記厚さ方向と垂直な板面方向（面内方向）においては、［ｈ’ｋ’ｌ’］軸は複数の（様々なすなわちランダムな）方向を向く。そして、当該層は、［ｈ’ｋ’ｌ’］軸が同一方向となる領域が平面視にて二次元的に多数配列されていて、隣り合う領域同士では［ｈ’ｋ’ｌ’］軸が異なる方向を向いている、という状態となる。
すなわち、前記層は、いわゆる「一軸配向」するように形成されている。換言すれば、前記層は、前記厚さ方向と平行な結晶軸となる［ｈｋｌ］軸とは異なる、［ｈ’ｋ’ｌ’］軸が、複数の方向を向くように形成されている。このとき、［ｈｋｌ］軸（例えば［１０４］軸）は常に一定の方向（前記厚さ方向）を向きつつ、［ｈ’ｋ’ｌ’］軸（例えば［００３］軸）は［ｈｋｌ］軸のまわりを回転するように現れる。
かかる構造は、Ｘ線回折装置や透過電子顕微鏡等によって確認可能である。例えば、Ｘ線回折においては、極点図を描いた際、その回折図形がスポット状ではなく、リング状となることから確認できる。
そして、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜においては、上述のような構成を有する複数の前記層が、前記厚さ方向に積層されている（各層における上述の［ｈｋｌ］軸はそれぞれ異なる）。
配向度については、Ｘ線回折における、（１０４）面による回折強度に対する（００３）面による回折強度の比率［００３］／［１０４］が、１以下となることが好適である。これにより、リチウムイオンの取り出しが行いやすくなるため、充放電特性の向上が顕著となる。
なお、［００３］／［１０４］が０．００５未満となると、サイクル特性が下がる。これは、配向度が高すぎる（すなわち結晶の向きが揃いすぎる）と、リチウムイオンの出入りに伴う結晶の体積変化によって、粒子や膜が割れやすくなるためである、と考えられる（なお、このサイクル特性劣化の理由の詳細については明らかではない。）。
また、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜は、前記厚さ方向について同一の結晶軸を有する結晶子が前記板面方向に緻密に結合した組織として前記層が形成されることで、緻密に（例えば気孔率が１０％以下に）形成され得る。具体的には、気孔率は、３〜１０％であることが好ましい。気孔率が３％未満となることは、以下の理由により好ましくない：充放電に伴う体積膨張収縮により、粒内もしくは膜内にて、結晶の方位が異なる領域の境界に応力が集中する。これにより、クラックが発生し、容量が低下しやすくなる。また、気孔率が１０％を超えることは、体積あたりの充放電容量が減少する点で好ましくない。
本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜においては、（００３）以外の面であるリチウムイオン出入面が、板面と平行に配向することで、当該板面にて露出する。これにより、リチウムイオンの出入りが良好に行われる結晶面であるリチウムイオン出入面（（００３）面以外の面：例えば（１０１）面や（１０４）面）が、より多く電解質に露出する。
ところで、層状岩塩構造の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜においては、充放電に伴うリチウムイオンの出入りにより、体積の膨張及び収縮が生じる。このため、充放電サイクルの繰り返しにより、粒子や膜にクラックが生じ得ることが知られている。
この点、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜は、板状であって、しかも、リチウムイオン出入面が板面に配向しているため、リチウムイオンの出入りによる結晶の変形方向が前記板面に沿った方向となる。このため、（００３）面を劈開面とするクラックが発生しやすくなるのではないかという懸念があるようにも思われる。
しかしながら、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜においては、前記厚さ方向について同一の結晶軸を有しつつ、前記厚さ方向に垂直な板面方向については異なる結晶軸を有している前記層が、前記厚さ方向に積層されている。すなわち、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜は、その内部構造が、単一の結晶軸を有するドメイン（領域）が積層された構造となっている。
かかる構造により、粒子や膜におけるクラックの発生が効果的に抑制され得る。この詳細な理由については明らかにはなっていないが、充放電サイクルに伴う体積膨張および収縮の際に発生する内部応力が、ドメイン境界によって緩和されているからであると推測される。特に、厚さが比較的大きい場合（例えば２〜１００μｍ、好ましくは５〜５０μｍ、さらに好ましくは５〜２０μｍ）に、クラックの発生の抑制効果が顕著である。なお、前記層が、前記厚さ方向について同一の結晶軸を有する結晶子が前記板面方向に緻密に結合した組織として形成されている場合に、クラック抑制の点で、さらに効果がある。
以上の通り、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜によれば、配向による出力特性の向上とともに、耐久性やサイクル特性も向上する。したがって、本発明によれば、容量や耐久性その他の特性が従来よりも向上した、リチウム二次電池を提供することが可能になる。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、容量や耐久性その他の特性が従来よりも向上した、リチウム二次電池を提供することにある。
本発明のリチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子は、層状岩塩構造を有していて、リチウムイオンの出入面（以下、「リチウムイオン出入面」と称する。）が、粒子の板面（板面の定義は後述する）と平行に配向することで、当該板面にて露出するように形成されている。なお、この粒子は、１００μｍ以下（例えば２０μｍ以下）の厚さに形成され得る。
ここで、「リチウムイオン出入面」とは、上述の通り、リチウムイオン二次電池の充放電の際にリチウムイオンが良好に出入りする結晶面であって、例えば、（１０１）面や（１０４）面等がこれに該当する。すなわち、本発明の、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子は、（００３）以外の面（例えば（１０４）面）が前記板面と平行となるように配向するように形成されている。
また、「層状岩塩構造」とは、リチウム層とリチウム以外の遷移金属層とが酸素の層を挟んで交互に積層された結晶構造、すなわち、酸化物イオンを介して遷移金属イオン層とリチウム単独層とが交互に積層した結晶構造（典型的にはα−ＮａＦｅＯ２型構造：立方晶岩塩型構造の［１１１］軸方向に遷移金属とリチウムとが規則配列した構造）をいう。また、「（１０４）面が前記板面と平行となるように配向する」は、（１０４）面の法線方向である［１０４］軸が前記板面の法線方向と平行となるように、（１０４）面が配向する、とも言い換えることができる。
上述の特徴を換言すると、本発明の、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子においては、層状岩塩構造における［００３］軸が、粒子の前記板面の法線と交差する方向となる。すなわち、この粒子は、［００３］軸と交差する結晶軸（例えば［１０４］軸）が前記板面と直交する方向となるように形成されている。
また、「板状粒子」とは、外形形状が板状である粒子のことをいう。「板状」という概念は、本明細書にて特段の説明を加えなくても社会通念上明確ではあるが、敢えて付言すると、例えば、以下のように定義づけられる。
すなわち、「板状」とは、粒子を水平面（重力が作用する方向である鉛直方向と直交する平面）上に安定的に（外部からの衝撃（当該粒子が前記水平面から飛翔してしまうような強力な衝撃は除く）を受けてもさらに転倒することがないような態様で）載置した状態で、前記水平面と直交する第一の平面及び第二の平面（前記第一の平面と前記第二の平面とは交差し、典型的には直交する。）による当該粒子の断面を観察した場合に、いずれの断面においても、前記水平面に沿った（前記水平面と平行、あるいは前記水平面とのなす角度がα度（０＜α＜４５）となる）方向である幅方向における寸法（かかる寸法は粒子の「幅」と称される。）の方が、当該幅方向と直交する方向である厚さ方向における寸法（かかる寸法は粒子の「厚さ」と称される。）よりも大きい状態をいう。なお、上述の「厚さ」は、前記水平面と当該粒子との間の空隙部分を含まない。
本発明の板状粒子は、通常、平板状に形成される。ここで、「平板状」とは、粒子を水平面上に安定的に載置した状態で、前記水平面と当該粒子との間に形成される空隙の高さが、粒子の厚さよりも小さい状態をいうものとする。これ以上屈曲したものは、この種の板状粒子では通常生じないため、本発明の板状粒子に対しては、上述の定義が適切なものとなる。
粒子を水平面上に安定的に載置した状態において、前記厚さ方向は、必ずしも前記鉛直方向と平行な方向になるとは限らない。例えば、粒子を水平面上に安定的に載置した状態における、前記第一の平面又は前記第二の平面による当該粒子の断面形状を、（１）長方形、（２）菱形、（３）楕円形、のいずれの形状に最も近似するかを分類した場合を想定する。この粒子断面形状が（１）長方形に近似するとき、前記幅方向は上述の状態における前記水平面と平行な方向となり、前記厚さ方向は上述の状態における前記鉛直方向と平行な方向となる。
一方、（２）菱形や（３）楕円形のときは、前記幅方向は上述の状態における前記水平面と若干の角度（４５度以下：典型的には数〜２０度程度）をなすこととなる。このときは、前記幅方向は、当該断面による外形線上の２点であって互いの距離が最も長くなるもの同士を結んだ方向となる（かかる定義は上述の（１）長方形の場合は、対角線となってしまうために適切ではない）。
また、粒子の「板面」とは、粒子を水平面上に安定的に載置した状態における、当該水平面と対向する面、又は、当該水平面からみて当該粒子よりも上方に位置し当該水平面と平行な仮想平面と対向する面をいう。粒子の「板面」は、板状粒子における最も広い面であるため、「主面（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）」と称されることもある。なお、この板面（主面）と交差する（典型的には直交する）面、すなわち、前記厚さ方向と垂直な方向である板面方向（あるいは面内方向）と交差する面は、粒子を水平面上に安定的に載置した状態における、当該粒子の平面視（当該粒子を水平面上に安定的に載置した状態で前記鉛直方向における上方から見た場合）における端縁に生じることから、「端面」と称される。
もっとも、本発明におけるリチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子は、その粒子断面形状が上述の（１）長方形に近似することが多い。このため、本発明におけるリチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子においては、前記厚さ方向は、粒子を水平面上に安定的に載置した状態における前記鉛直方向と平行な方向と云っても差し支えない。同様に、本発明におけるリチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子においては、粒子の「板面」は、粒子の前記厚さ方向と直交する表面と云っても差し支えない。
本発明のリチウム二次電池は、本発明の正極活物質用の板状粒子を正極活物質として含む正極と、炭素質材料又はリチウム吸蔵物質を負極活物質として含む負極と、前記正極と前記負極との間に介在するように設けられた電解質と、を備えている。
そして、リチウム二次電池の正極を構成するに際しては、例えば、かかる正極活物質用の板状粒子を所定のバインダー中に分散することで、正極活物質層が形成される。そして、この正極活物質層と所定の正極集電体との積層体によって、前記正極が構成される。すなわち、この場合、前記正極は、前記板状粒子を含む前記正極活物質層と、前記正極集電体と、が重ね合わせられることによって構成されている。
本発明のリチウム二次電池の正極活物質膜は、層状岩塩構造を有していて、リチウムイオン出入面が、膜の板面（膜の「板面」の定義は後述する）と平行に配向することで、当該板面にて露出するように形成されている。すなわち、本発明の、リチウム二次電池の正極活物質膜は、（００３）以外の面（例えば（１０４）面）が前記板面と平行となるように配向するように形成されている。なお、この膜は、１００μｍ以下（例えば２０μｍ以下）の厚さに形成され得る。
上述の特徴を換言すると、本発明の、リチウム二次電池の正極活物質膜においては、層状岩塩構造における［００３］軸が、膜の前記板面の法線と交差する方向となる。すなわち、この粒子は、［００３］軸と交差する軸（例えば［１０４］軸）が前記板面と直交する方向となるように形成されている。
ここで、膜の「厚さ方向」とは、当該膜を水平面上に安定的に載置した状態における、前記鉛直方向と平行な方向をいう（かかる方向における膜の寸法は「厚さ」と称される。）。膜の「板面」とは、膜の厚さ方向と直交する表面をいう。膜の「板面」は、当該膜における最も広い面であるため、「主面（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）」と称されることもある。なお、この板面（主面）と交差する（典型的には直交する）面、すなわち、前記厚さ方向と垂直な方向である板面方向（あるいは面内方向）と交差する面は、膜を水平面上に安定的に載置した状態における、当該膜の平面視（当該膜を水平面上に安定的に載置した状態で前記鉛直方向における上方から見た場合）における端縁に生じることから、「端面」と称される。なお、上述の「厚さ」は、前記水平面と当該粒子との間の空隙部分を含まない。
本発明の正極活物質膜は、通常、平坦に形成される。ここで、「平坦」とは、膜を水平面上に安定的に載置した状態で、前記水平面と当該膜との間に形成される空隙の高さが、膜の厚さよりも小さい状態をいうものとする。これ以上屈曲したものは、この種の正極活物質膜では通常生じないため、本発明の正極活物質膜に対しては、上述の定義が適切なものとなる。
本発明のリチウム二次電池は、本発明の正極活物質膜を含む正極と、炭素質材料又はリチウム吸蔵物質を負極活物質として含む負極と、前記正極と前記負極との間に介在するように設けられた電解質と、を備えている。
そして、リチウム二次電池の正極を構成するに際しては、例えば、かかる正極活物質膜と所定の正極集電体との積層体（例えば当該活物質膜と導電体膜とを蒸着（例えばスパッタリング）や塗布等によって積層したもの）によって、前記正極が構成される。この場合、前記正極集電体は、前記正極活物質膜の２つの板面のうちの少なくとも一方に設けられ得る。すなわち、前記正極集電体は、前記正極活物質膜の２つの板面のうちの一方にのみ設けられ得る。あるいは、前記正極集電体は、前記正極活物質膜の両面（２つの板面の双方）に設けられ得る。前記正極活物質膜の両面に前記正極集電体がそれぞれ設けられる場合、一方は前記正極活物質膜を支持するために他方よりも厚く形成され、当該他方は前記正極活物質膜におけるリチウムイオンの出入りを阻害しないような構造（メッシュ状や多孔質状等）に形成され得る。
上述のように、本発明における「正極活物質用の板状粒子」は、前記正極を構成するに際して、前記正極活物質層中に分散され得るものである。一方、本発明における「正極活物質膜」は、前記正極集電体と重ね合わせられることで前記正極を構成し得る自立膜（形成後に単体で取り扱い可能な膜）である。もっとも、後述する実施例のように、当該膜は、細かく粉砕された後（この粉砕によって得られた粒子は本発明における「正極活物質用の板状粒子」に相当する）に前記正極活物質層中に分散されることもあり得る。このように、「粒子」と「膜」との区別は、前記正極を構成するに際しての適用態様によって、当業者にとって明確である。
本発明の特徴は、上述の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜において、前記厚さ方向に複数の層が積層されていて、前記層が、前記厚さ方向について同一の結晶軸を有しつつ、前記厚さ方向に垂直な板面方向については異なる結晶軸を有していることにある。
具体的には、前記層は、前記板面においては、同一の結晶軸［ｈｋｌ］を有している。一方、前記厚さ方向と垂直な板面方向（面内方向）においては、［ｈ’ｋ’ｌ’］軸は複数の（様々なすなわちランダムな）方向を向く。そして、当該層は、［ｈ’ｋ’ｌ’］軸が同一方向となる領域が平面視にて二次元的に多数配列されていて、隣り合う領域同士では［ｈ’ｋ’ｌ’］軸が異なる方向を向いている、という状態となる。
すなわち、前記層は、いわゆる「一軸配向」するように形成されている。換言すれば、前記層は、前記厚さ方向と平行な結晶軸となる［ｈｋｌ］軸とは異なる、［ｈ’ｋ’ｌ’］軸が、複数の方向を向くように形成されている。このとき、［ｈｋｌ］軸（例えば［１０４］軸）は常に一定の方向（前記厚さ方向）を向きつつ、［ｈ’ｋ’ｌ’］軸（例えば［００３］軸）は［ｈｋｌ］軸のまわりを回転するように現れる。
かかる構造は、Ｘ線回折装置や透過電子顕微鏡等によって確認可能である。例えば、Ｘ線回折においては、極点図を描いた際、その回折図形がスポット状ではなく、リング状となることから確認できる。
そして、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜においては、上述のような構成を有する複数の前記層が、前記厚さ方向に積層されている（各層における上述の［ｈｋｌ］軸はそれぞれ異なる）。
配向度については、Ｘ線回折における、（１０４）面による回折強度に対する（００３）面による回折強度の比率［００３］／［１０４］が、１以下となることが好適である。これにより、リチウムイオンの取り出しが行いやすくなるため、充放電特性の向上が顕著となる。
なお、［００３］／［１０４］が０．００５未満となると、サイクル特性が下がる。これは、配向度が高すぎる（すなわち結晶の向きが揃いすぎる）と、リチウムイオンの出入りに伴う結晶の体積変化によって、粒子や膜が割れやすくなるためである、と考えられる（なお、このサイクル特性劣化の理由の詳細については明らかではない。）。
また、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜は、前記厚さ方向について同一の結晶軸を有する結晶子が前記板面方向に緻密に結合した組織として前記層が形成されることで、緻密に（例えば気孔率が１０％以下に）形成され得る。具体的には、気孔率は、３〜１０％であることが好ましい。気孔率が３％未満となることは、以下の理由により好ましくない：充放電に伴う体積膨張収縮により、粒内もしくは膜内にて、結晶の方位が異なる領域の境界に応力が集中する。これにより、クラックが発生し、容量が低下しやすくなる。また、気孔率が１０％を超えることは、体積あたりの充放電容量が減少する点で好ましくない。
本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜においては、（００３）以外の面であるリチウムイオン出入面が、板面と平行に配向することで、当該板面にて露出する。これにより、リチウムイオンの出入りが良好に行われる結晶面であるリチウムイオン出入面（（００３）面以外の面：例えば（１０１）面や（１０４）面）が、より多く電解質に露出する。
ところで、層状岩塩構造の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜においては、充放電に伴うリチウムイオンの出入りにより、体積の膨張及び収縮が生じる。このため、充放電サイクルの繰り返しにより、粒子や膜にクラックが生じ得ることが知られている。
この点、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜は、板状であって、しかも、リチウムイオン出入面が板面に配向しているため、リチウムイオンの出入りによる結晶の変形方向が前記板面に沿った方向となる。このため、（００３）面を劈開面とするクラックが発生しやすくなるのではないかという懸念があるようにも思われる。
しかしながら、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜においては、前記厚さ方向について同一の結晶軸を有しつつ、前記厚さ方向に垂直な板面方向については異なる結晶軸を有している前記層が、前記厚さ方向に積層されている。すなわち、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜は、その内部構造が、単一の結晶軸を有するドメイン（領域）が積層された構造となっている。
かかる構造により、粒子や膜におけるクラックの発生が効果的に抑制され得る。この詳細な理由については明らかにはなっていないが、充放電サイクルに伴う体積膨張および収縮の際に発生する内部応力が、ドメイン境界によって緩和されているからであると推測される。特に、厚さが比較的大きい場合（例えば２〜１００μｍ、好ましくは５〜５０μｍ、さらに好ましくは５〜２０μｍ）に、クラックの発生の抑制効果が顕著である。なお、前記層が、前記厚さ方向について同一の結晶軸を有する結晶子が前記板面方向に緻密に結合した組織として形成されている場合に、クラック抑制の点で、さらに効果がある。
以上の通り、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜によれば、配向による出力特性の向上とともに、耐久性やサイクル特性も向上する。したがって、本発明によれば、容量や耐久性その他の特性が従来よりも向上した、リチウム二次電池を提供することが可能になる。
図１Ａは、本発明の一実施形態であるリチウム二次電池の概略構成を示す断面図である。
図１Ｂは、図１Ａに示されている正極の拡大断面図である。
図２は、本発明の他の実施形態であるリチウム二次電池の概略構成を示す断面図である。
図３は、本発明のさらに他の実施形態であるリチウム二次電池の概略構成を示す断面図である。
図４Ａは、図１に示されている正極活物質用板状粒子、図２に示されている正極活物質層、又は図３に示されている正極活物質層の拡大斜視図である。
図４Ｂは、比較例の正極活物質粒子の拡大斜視図である。
図４Ｃは、比較例の正極活物質粒子の拡大斜視図である。
図５Ａは、図４Ａに示されている正極活物質用板状粒子、正極活物質層、又は正極活物質層（実施例１）の板面の走査電子顕微鏡写真である。
図５Ｂは、図４Ａに示されている正極活物質用板状粒子、正極活物質層、又は正極活物質層（実施例１）の端面の走査電子顕微鏡写真である。
図６Ａは、図４Ａに示されている正極活物質用板状粒子、正極活物質層、又は正極活物質層（実施例１）の断面の透過電子顕微鏡写真である。
図６Ｂは、図６Ａに示されている領域（ａ）及び（ｂ）の制限視野電子線回折像を示す写真である。
図７は、図４Ａに示されている正極活物質用板状粒子、正極活物質層、又は正極活物質層の拡大斜視図である。
図８は、比較例の正極活物質粒子の表面の走査電子顕微鏡写真である。
図９は、図１Ｂに示されている正極の変形例の構成を示す断面図である。
図１０Ａは、図１Ｂに示されている正極の変形例の構成を示す断面図である。
図１０Ｂは、図１Ｂに示されている正極の変形例の構成を示す断面図である。
図１Ｂは、図１Ａに示されている正極の拡大断面図である。
図２は、本発明の他の実施形態であるリチウム二次電池の概略構成を示す断面図である。
図３は、本発明のさらに他の実施形態であるリチウム二次電池の概略構成を示す断面図である。
図４Ａは、図１に示されている正極活物質用板状粒子、図２に示されている正極活物質層、又は図３に示されている正極活物質層の拡大斜視図である。
図４Ｂは、比較例の正極活物質粒子の拡大斜視図である。
図４Ｃは、比較例の正極活物質粒子の拡大斜視図である。
図５Ａは、図４Ａに示されている正極活物質用板状粒子、正極活物質層、又は正極活物質層（実施例１）の板面の走査電子顕微鏡写真である。
図５Ｂは、図４Ａに示されている正極活物質用板状粒子、正極活物質層、又は正極活物質層（実施例１）の端面の走査電子顕微鏡写真である。
図６Ａは、図４Ａに示されている正極活物質用板状粒子、正極活物質層、又は正極活物質層（実施例１）の断面の透過電子顕微鏡写真である。
図６Ｂは、図６Ａに示されている領域（ａ）及び（ｂ）の制限視野電子線回折像を示す写真である。
図７は、図４Ａに示されている正極活物質用板状粒子、正極活物質層、又は正極活物質層の拡大斜視図である。
図８は、比較例の正極活物質粒子の表面の走査電子顕微鏡写真である。
図９は、図１Ｂに示されている正極の変形例の構成を示す断面図である。
図１０Ａは、図１Ｂに示されている正極の変形例の構成を示す断面図である。
図１０Ｂは、図１Ｂに示されている正極の変形例の構成を示す断面図である。
以下、本発明の好適な実施形態を、実施例及び比較例を用いつつ説明する。なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態や実施例の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態や実施例に対して施され得る各種の変更（ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の例示は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、主として末尾にまとめて記載されている。
＜リチウム二次電池の構成例１：液体型＞
図１Ａは、本発明の一実施形態であるリチウム二次電池１０の概略構成を示す断面図である。
図１Ａを参照すると、本実施形態のリチウム二次電池１０は、いわゆる液体型であって、電池ケース１１と、セパレータ１２と、電解質１３と、負極１４と、正極１５と、を備えている。
セパレータ１２は、電池ケース１１内を二分するように設けられている。電池ケース１１内には、液体の電解質１３が収容されているとともに、負極１４及び正極１５がセパレータ１２を隔てて対向するように設けられている。
電解質１３としては、例えば、電気特性や取り扱い易さから、有機溶媒等の非水系溶媒にリチウム塩等の電解質塩を溶解させた、非水溶媒系の電解液が好適に用いられる。もっとも、ポリマー電解質、ゲル電解質、有機固体電解質、無機固体電解質も、電解質１３として問題なく用いることができる。
非水電解液の溶媒としては、特に限定されないが、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピオンカーボネート等の鎖状エステル；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、ビニレンカーボネート等の誘電率の高い環状エステル；鎖状エステルと環状エステルの混合溶媒；等を用いることができ、鎖状エステルを主溶媒とした環状エステルとの混合溶媒が特に適している。
非水電解液の調製にあたって上述の溶媒に溶解させる電解質塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、Ｌｉ２Ｃ２Ｆ４（ＳＯ３）２、ＬｉＮ（ＲｆＳＯ２）（Ｒｆ′ＳＯ２）、ＬｉＣ（ＲｆＳＯ２）３、ＬｉＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３（ｎ≧２）、ＬｉＮ（ＲｆＯＳＯ２）２［ここでＲｆとＲｆ′はフルオロアルキル基］、等を用いることができる。これらは、それぞれ単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。上述の電解質塩の中でも、炭素数２以上の含フッ素有機リチウム塩が特に好ましい。この含フッ素有機リチウム塩は、アニオン性が大きく、かつイオン分離しやすいので、上述の溶媒に溶解し易いからである。非水電解液中における電解質塩の濃度は、特に限定されないが、例えば、０．３ｍｏｌ／ｌ以上、より好ましくは０．４ｍｏｌ／ｌ以上であって、１．７ｍｏｌ／ｌ以下、より好ましくは１．５ｍｏｌ／ｌ以下であることが望ましい。
負極１４に係る負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵、放出できるものであればよく、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などの炭素質材料が用いられる。また、金属リチウムや、ケイ素，スズ、インジウム等を含む合金、リチウムに近い低電位で充放電できるケイ素，スズ等の酸化物、Ｌｉ２．６Ｃｏ０．４Ｎ等のリチウムとコバルトとの窒化物、等のリチウム吸蔵物質も、負極活物質として用いることができる。さらに、黒鉛の一部は、リチウムと合金化し得る金属や酸化物などと置き換えることもできる。負極活物質として黒鉛を用いた場合には、満充電時の電圧をリチウム基準で約０．１Ｖとみなすことができるため、電池電圧に０．１Ｖを加えた電圧で正極１５の電位を便宜上計算することができることから、正極１５の充電電位が制御しやすく好ましい。
図１Ｂは、図１Ａに示されている正極１５の拡大断面図である。図１Ｂを参照すると、正極１５は、正極集電体１５ａと、正極活物質層１５ｂと、を備えている。正極活物質層１５ｂは、結着材１５ｂ１と、正極活物質用板状粒子１５ｂ２と、から構成されている。
なお、図１Ａ及び図１Ｂに示されているリチウム二次電池１０及び正極１５の基本的な構成（電池ケース１１、セパレータ１２、電解質１３、負極１４、正極集電体１５ａ、及び結着材１５ｂ１を構成する材質を含む。）は周知であるので、本明細書においては、その詳細な説明は省略されている。
本発明の一実施形態である正極活物質用板状粒子１５ｂ２は、コバルト及びリチウムを含有し層状岩塩構造を有する粒子、より詳しくは、ＬｉＣｏＯ２粒子であって、厚さが２ないし１００μｍ程度の板状に形成されている。
＜リチウム二次電池の構成例２：全固体型＞
図２は、本発明の他の実施形態であるリチウム二次電池２０の概略構成を示す断面図である。図２を参照すると、このリチウム二次電池２０は、いわゆる全固体型のものであって、正極集電体２１と、正極活物質層２２と、固体電解質層２３と、負極活物質層２４と、負極集電体２５と、を備えている。
このリチウム二次電池２０は、正極集電体２１の上に、正極活物質層２２、固体電解質層２３、負極活物質層２４、及び負極集電体２５を、この順序で積層することにより形成されている。本発明の正極活物質膜としての正極活物質層２２は、膜状に形成されている。
なお、図２に示されているリチウム二次電池２０の基本的な構成（正極集電体２１、固体電解質層２３、負極活物質層２４、及び負極集電体２５を構成する材質を含む。）は周知であるので、本明細書においては、その詳細な説明は省略されている。
＜リチウム二次電池の構成例３：ポリマー型＞
図３は、本発明のさらに他の実施形態であるリチウム二次電池３０の概略構成を示す断面図である。図３を参照すると、このリチウム二次電池３０は、いわゆるポリマー型のものであって、正極集電体３１と、正極活物質層３２と、ポリマー電解質層３３と、負極活物質層３４と、負極集電体３５と、を備えている。
このリチウム二次電池３０は、正極集電体３１の上に、正極活物質層３２、ポリマー電解質層３３、負極活物質層３４、及び負極集電体３５を、この順序で積層することにより形成されている。本発明の正極活物質膜としての正極活物質層３２も、上述の正極活物質層２２（図２参照）と同様に、膜状に形成されている。
＜正極活物質用板状粒子・正極活物質層の構成の詳細＞
図４Ａは、図１に示されている正極活物質用板状粒子１５ｂ２、図２に示されている正極活物質層２２、又は図３に示されている正極活物質層３２の拡大斜視図である。図４Ｂ及び図４Ｃは、比較例の正極活物質粒子及び正極活物質層の拡大斜視図である。
図４Ａに示されているように、正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、厚さ方向（図中上下方向）と直交する表面である板面（上側表面Ａ及び下側表面Ｂ：以下「上側表面Ａ」及び「下側表面Ｂ」をそれぞれ「板面Ａ」及び「板面Ｂ」と称する。）と交差するように（００３）面が配向するように形成されている。
すなわち、正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、（００３）以外の面（例えば（１０４）面）が粒子の板面Ａ又はＢと平行となるように配向するように形成されている。
さらに換言すれば、正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、両板面Ａ及びＢにて、（００３）以外の面（例えば（１０１）面や（１０４）面）であるリチウムイオン出入面が露出するように形成されている。具体的には、正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、Ｘ線回折における、（１０４）面による回折強度に対する（００３）面による回折強度の比率［００３］／［１０４］が、０．００５以上１以下となるように形成されている。なお、板面方向（面内方向）と交差する端面Ｃには、（００３）面（図中黒色で塗りつぶされた面）が露出していても構わない。
これに対し、図４Ｂに示されている比較例（従来）の粒子は、薄板状ではなく等方形状に形成されている。また、図４Ｃに示されている比較例（従来）の薄板状粒子あるいは活物質膜は、粒子の厚さ方向における両面（板面Ａ及びＢ）に（００３）が露出するように形成されている。
図５Ａは、図４Ａに示されている正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、又は正極活物質層３２の板面の走査電子顕微鏡写真である。図５Ｂは、同端面の走査電子顕微鏡写真である。
本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２においては、図５Ａに示されているように、微視的なステップ構造が、板面に沿って二次元的に（平面視にて複数方向に）多数形成されている。このステップ構造は、概ね、平面視にて１〜数μｍで且つ０．１ないし２μｍの段差で形成されている。
図６Ａは、図４Ａに示されている正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、又は正極活物質層３２（後述する実施例１に対応する）の断面の透過電子顕微鏡写真である（観察条件については後述する）。図６Ｂは、図６Ａに示されている領域（ａ）及び（ｂ）の制限視野電子線回折像を示す写真である。
図６Ａに示されているように、本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、複数の層状領域が厚さ方向に積層された構造を有している。すなわち、図６Ａにおける上部（上から１／３程度）には、比較的濃いグレーの層状領域が生じている。
かかる層状領域における２カ所（図中（ａ）及び（ｂ）参照）における制限視野電子線回折像を示す図６Ｂより、これら２カ所の結晶軸はすべて同一であることが確認できる。すなわち、図６Ａにおける（ａ）及び（ｂ）の領域を含みこれらと同様の明視野像コントラストを有する、当該層状領域は、同一の結晶軸を有する結晶子が緻密に結合した組織に形成されているものということができる。
同様に、図６Ａにおける下部（下から１／５程度）にも、比較的濃いグレーの層状領域が生じている。かかる層状領域も、同一の結晶軸を有する結晶子が緻密に結合した組織に形成されている。
なお、図６Ａにおける中層部の、比較的薄いグレーの層状領域は、さらに厚さ方向（図中上下方向）に２層に形成されている（別の断面による透過電子顕微鏡写真及び制限視野電子線回折像により確認された）。さらに、電子線回折像より、どの層も粒子板面に平行になるように（１０４）面が配向していることが確認された。
このように、本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、配向が異なる複数（図６Ａの例では４つ）の層状領域（各層状領域は同一の結晶軸を有する結晶子が緻密に結合した組織に形成されている）が厚さ方向に積層された構造を有している。
上述のような構造を有する、本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２の模式図を、図７に示す。
すなわち、図７に示されているように、本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、（００３）以外の、特定のリチウムイオン出入面（例えば（１０４）面）が粒子の板面Ａ及びＢと平行であって、且つ、それ以外の面がランダムな方向を向くように形成されている。換言すれば、これらの正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、板面Ａ及びＢに上述の特定のリチウムイオン出入面を露出する一方、それ以外の面の向きが異なる、複数の領域ｒ１１，ｒ１２，ｒ１３，ｒ１４，・・・，ｒ２１，ｒ２２，・・・に分割された構造を有している。これらの領域ｒ１１，ｒ１２，ｒ１３，ｒ１４，・・・，ｒ２１，ｒ２２，・・・におけるそれぞれのものは、上述のステップ構造における１つのステップに対応するものである。
すなわち、上述のような板面における配向性及び二次元的な（ランダムな）ステップ構造によって、これらの領域ｒ１１，ｒ１２，ｒ１３，ｒ１４，・・・，ｒ２１，ｒ２２，・・・においては、上述の特定の面（ｈｋｌ）の法線に対応する［ｈｋｌ］軸は同一方向（厚さ方向すなわち図中上下方向）となる一方、それ以外の面（ｈ’ｋ’ｌ’）の法線に対応する［ｈ’ｋ’ｌ’］軸の向きはバラバラとなっている。すなわち、隣り合う領域同士（例えばｒ１１とｒ１２）は、［ｈ’ｋ’ｌ’］軸の向きが異なるようになっている。
このような、いわゆる「一軸配向」状態は、以下の２つの方法のうちのいずれか一方によって確認可能である。
板状粒子について、その板面の片面もしくは両面を、ＦＩＢ（収束イオンビーム）にて厚さを８０ｎｍ程度まで薄片加工し、板面を透過型電子顕微鏡にて観察した。その制限視野電子線回折像において、板面に垂直な方向に［１０４］軸を有している箇所を１０箇所以上観測し、それらの箇所の板面内の方位がランダムであることを確認した。
また、板状粒子を、スライドガラスの基板上に、互いに重なることなく、粒子板面が当該ガラス基板の板面と面接触した状態で載置した。具体的には、エタノール２ｇに板状粒子０．１ｇを加えたものを、超音波分散機（超音波洗浄機）で３０分間分散させ、この分散液を２５ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板に２０００ｒｐｍでスピンコートすることで、ガラス基板に板状粒子を載置した。続いて、ガラス基板に載置された粒子を粘着テープに写し取ったものを樹脂埋めし、板状粒子の断面研磨面が観察できるように研磨した。仕上げ研磨として、コロイダルシリカ（０．０５μｍ）を研磨剤とし、振動型回転研磨機にて研磨を行った。このようにして作成したサンプルに対し、電子後方散乱回折像法（ＥＢＳＤ）にて、粒子１個の断面の結晶方位解析を行った。すると、板面に垂直な方向に［１０４］軸を有し（すなわち板面に沿って（１０４）面を有し）、一方［１０４］と異なる（交差する）結晶軸がランダムである、複数の領域に、粒子板面が分割されていることが確認された。
さらに、板面方向の配列する上述の複数の領域ｒ１１，ｒ１２，ｒ１３，ｒ１４，・・・，ｒ２１，ｒ２２，・・・は、互いに当該板面方向に緻密に結合することで、層Ｌ１を形成している。そして、層Ｌ１並びに同様の構成の層Ｌ２，Ｌ３・・・が、厚さ方向に積層されている（なお、各層における上述の［ｈｋｌ］軸は異なる。また、図７においては、正極活物質用板状粒子１５ｂ２等は、作図の便宜上３層の状態が描かれているが、２層にも、あるいは、４層以上にもなり得る。）。
各層状領域（領域ｒ１１等）の厚さ（厚さ方向における各領域の長さ）としては、０．２μｍ〜５μｍが好ましい。５μｍを超えると、その領域内でクラックが起こりやすくなる。０．２μｍよりも小さいと、リチウムイオンの移動しにくい領域の境界部が多く含まれ、出力特性が劣化する。
＜正極活物質用板状粒子・正極活物質層の製造方法の概要＞
上述のような構造の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２の製造方法の概要について、以下に説明する。
１．原料粒子の準備
原料粒子としては、合成後の組成が層状岩塩構造を有する正極活物質ＬｉＭＯ２となるように、Ｌｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎなどの化合物の粒子を適宜混合したものが用いられる。あるいは、原料粒子として、ＬｉＭＯ２の組成からなるもの（合成済みのもの）を用いることができる。
あるいは、必要に応じて、リチウム化合物を含まない、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎなどの各化合物の粒子を混合した粒子又は（Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ）Ｏｘの組成からなる粒子を用いることができる。この場合、成形体の焼成工程の後、焼成された成形体とリチウム化合物とをさらに反応させることでＬｉＭＯ２が得られる（詳細は後述する）。
粒成長を促進する、もしくは焼成中に揮発する分を補償する目的で、リチウム化合物を０．５〜３０ｍｏｌ％過剰に入れてもよい。また、粒成長を促進する目的で、酸化ビスマスなどの低融点酸化物、ホウケイ酸ガラスなどの低融点ガラスを０．００１〜３０ｗｔ％添加してもよい。
２．原料粒子の成形工程
原料粒子を、厚さが１００μｍ以下のシート状の自立した成形体に成形する。ここで、「自立した成形体」における「自立した」は、後述の「独立したシート」における「独立した」と同義である。すなわち、「自立した成形体」は、典型的には、それ単体でシート状の成形体の形状を保つことができるものである。なお、それ単体ではシート状の成形体の形状を保つことができないものであっても、何らかの基板上に貼り付けたり成膜したりして焼成前又は焼成後に、この基板から剥離したものも、「自立した成形体」に含まれる。
成形体の成形方法としては、例えば、原料粒子を含むスラリーを用いたドクターブレード法が用いられ得る。また、成形体の成形には、熱したドラム上へ原料を含むスラリーを塗布し、乾燥させたものをスクレイパーで掻きとる、ドラムドライヤーが用いられ得る。また、成形体の成形には、熱した円板面へスラリーを塗布し、これを乾燥させてスクレイパーで掻きとる、ディスクドライヤーを用いることもできる。また、スプレードライヤーの条件を適宜設定することで得られる中空の造粒体も、曲率をもったシート状成形体とみることができるので、成形体として好適に用いることができる。さらに、原料粒子を含む坏土を用いた押出成形法も成形体の成形方法として利用可能である。
ドクターブレード法を用いる場合、可撓性を有する板（例えばＰＥＴフィルムなどの有機ポリマー板など）にスラリーを塗布し、塗布したスラリーを乾燥固化して成形体とし、この成形体と板とを剥離することにより、板状多結晶粒子の焼成前の成形体を作製してもよい。成形前にスラリーや坏土を調製するときには、無機粒子を適当な分散媒に分散させ、バインダーや可塑剤などを適宜加えてもよい。また、スラリーは、粘度が５００〜４０００ｃＰとなるように調製するのが好ましく、減圧化で脱泡するのが好ましい。
成形体の厚さは、５０μｍ以下に形成することがより好ましく、２０μｍ以下に形成することが更に好ましい。また、成形体の厚さは、２μｍ以上とするのが好ましい。厚さが２μｍ以上であれば、自立したシート状の成形体を作成しやすい。このシート状の成形体の厚さは、略そのまま板状粒子の厚さとなることから、板状粒子の用途に合わせて適宜設定される。
３．成形体の焼成工程
この焼成工程においては、成形工程で得られた成形体は、例えば、成形されたそのままの状態（シート状態）で、セッターに載せて焼成される。あるいは、焼成工程は、シート状の成形体を適宜切断、破砕したものを、鞘に入れて焼成するものであってもよい。
原料粒子が合成前の混合粒子である場合は、この焼成工程において、合成、さらには、焼結及び粒成長が生じる。本発明では、成形体が厚さ１００μｍ以下のシート状であるため、厚さ方向の粒成長が限られる。このため、成形体の厚さ方向に結晶粒が１個となるまで粒成長した後は、成形体の面内方向にのみ粒成長が進む。このとき、エネルギー的に安定な特定の結晶面がシート表面（板面）に広がる。したがって、特定の結晶面がシート表面（板面）と平行になるように配向した膜状のシート（自立膜）が得られる。
原料粒子をＬｉＭＯ２とした場合、リチウムイオンの出入りが良好に行われる結晶面である（１０１）面や（１０４）面を、シート表面（板面）に露出するように配向させることができる。一方、原料粒子を、リチウムを含まないもの（例えばスピネル構造のＭ３Ｏ４）とした場合、リチウム化合物と反応させてＬｉＭＯ２としたときに（１０４）面となる、（ｈ００）面を、シート表面（板面）に露出するように配向させることができる。
焼成温度は、８００℃〜１３５０℃が好ましい。８００℃より低温では、粒成長が不十分で、配向度が低くなる。一方、１３５０℃より高温では、分解・揮発が進んでしまう。焼成時間は、１〜５０時間の間とするのが好ましい。１時間より短いと、配向度が低くなる。一方、５０時間より長いと、消費エネルギーが大きくなりすぎる。焼成雰囲気は、焼成中に分解が進まないように適宜設定される。リチウムの揮発が進むような場合は、炭酸リチウムなどを同じ鞘内に配置してリチウム雰囲気とすることが好ましい。焼成中に酸素の放出や、さらには還元が進むような場合、酸素分圧の高い雰囲気で焼成することが好ましい。
４．解砕工程及びリチウム導入工程
板状粒子を得る場合は、焼成後のシート状の成形体を、所定の開口径のメッシュ上に載置して、その上からヘラで押しつけることで、当該シートが多数の板状粒子に解砕される。なお、解砕工程は、リチウム導入工程の後に行われてもよい。
リチウム化合物を含まない原料粒子から、焼成により配向したシート、あるいはこれを解砕した板状粒子を得た場合、これとリチウム化合物（硝酸リチウムや炭酸リチウムなど）を反応させることで、リチウムイオンの出入りが良好に行われる結晶面が板面に露出するように配向した、正極活物質膜が得られる。例えば、配向シートあるいは粒子に、硝酸リチウムを、ＬｉとＭとのモル比Ｌｉ／Ｍが１以上となるようにふりかけて、熱処理することで、リチウム導入が行われる。ここで、熱処理温度は、６００℃〜８００℃が好ましい。６００℃より低温では、反応が十分に進まない。８００℃より高温では、配向性が低下する。
以下、ＬｉＣｏＯ２粒子あるいは膜を得る場合の典型的な製造方法について説明する。
＜正極活物質用板状粒子・正極活物質層の製造方法の具体例＞
上述のような構造の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、具体的には、以下の製造方法によって、容易かつ確実に形成される。
＜＜シート形成工程＞＞
Ｃｏ３Ｏ４とＢｉ２Ｏ３とを含有し２０μｍ以下の厚さのグリーンシートを形成し、このグリーンシートを９００℃ないし１３００℃の範囲内の温度で所定時間焼成することで、（ｈ００）面が板面と平行となるように配向した（以下これを単に「（ｈ００）配向」と表現することがある）多数の板状のＣｏ３Ｏ４粒子からなる、独立した膜状のシート（この「独立したシート」は上述の「自立膜」と同義である）が形成される。なお、この焼成の際に、ビスマスは揮発することでシートから除去され、Ｃｏ３Ｏ４は還元されてＣｏＯに相変態する。
ここで、「独立した」シートとは、焼成後に他の支持体から独立して単体で取り扱い可能なシートのことをいう。すなわち、「独立した」シートには、焼成により他の支持体（基板等）に固着されて当該支持体と一体化された（分離不能あるいは分離困難となった）ものは含まれない。
このように膜状に形成されたグリーンシートにおいては、粒子板面方向すなわち面内方向（厚さ方向と直交する方向）に比べて、厚さ方向に存在する材料の量がきわめて少ない。
このため、厚さ方向に複数個の粒子がある初期段階には、ランダムな方向に粒成長する。一方、粒成長が進み厚さ方向の材料が消費されると、粒成長方向は面内の二次元方向に制限される。これにより、面方向への粒成長が確実に促進される。
特に、グリーンシートを可能な限り薄く形成したり（例えば数μｍ以下）、厚さが１００μｍ程度（例えば２０μｍ程度）の比較的厚めであっても粒成長を可能な限り大きく促進したりすることで、面方向への粒成長がより確実に促進される。
また、このとき、表面エネルギーの最も低い結晶面をグリーンシートの面内に持つ粒子のみが選択的に面内方向へ扁平状（板状）に粒成長する。その結果、シート焼成により、アスペクト比が大きく、特定の結晶面（ここでは（ｈ００）面）が粒子の板面と平行となるように配向したＣｏＯからなる板状結晶粒子が得られる。
さらに、温度が下がる過程で、ＣｏＯからＣｏ３Ｏ４に酸化される。その際に、ＣｏＯの配向方位が引き継がれることで、特定の結晶面（ここでは（ｈ００）面）が粒子の板面と平行となるように配向したＣｏ３Ｏ４板状結晶粒子が得られる。
かかるＣｏＯからＣｏ３Ｏ４への酸化の際に、配向度が低下しやすい。これは、ＣｏＯとＣｏ３Ｏ４の結晶構造及びＣｏ−Ｏの原子間距離が大きく異なることから、酸化すなわち酸素原子が挿入される際に結晶構造が乱れやすいためである。したがって、配向度をなるべく低下しないように適宜条件を選択することが好ましい。例えば、降温速度を小さくすることや、所定の温度で保持することや、酸素分圧を小さくすることが好ましい。
したがって、かかるグリーンシートを焼成することで、特定の結晶面が粒子の板面と平行となるように配向した薄板状の多数の粒子が、粒界部にて面方向に結合した自立膜が得られる（本出願人に係る特願２００７−２８３１８４号参照）。すなわち、実質的に厚さ方向についての結晶粒子の個数が１個となるような自立膜が形成される。ここで、「実質的に厚さ方向についての結晶粒子の個数が１個」の意義は、面方向に隣り合う結晶粒子の一部分（例えば端部）が厚さ方向に互いに重なり合うことを排除しない。この自立膜は、上述のような薄板状の多数の粒子が隙間なく結合した、緻密なセラミックスシートとなり得る。
＜＜解砕工程＞＞
上述のシート形成工程によって得られた膜状のシート（自立膜）は、粒界部にて解砕しやすい状態となっている。そこで、上述のシート形成工程によって得られた膜状のシートを、所定の開口径のメッシュ上に載置して、その上からヘラで押しつけることで、上述のシートが多数のＣｏ３Ｏ４粒子に解砕される。
＜＜リチウム導入工程＞＞
上述の解砕工程によって得られた、（ｈ００）配向した（「（ｈ００）配向」の意義は上記の通り）Ｃｏ３Ｏ４粒子と、Ｌｉ２ＣＯ３と、を混合して、所定時間加熱することで、Ｃｏ３Ｏ４粒子にリチウムが導入される。これにより、（１０４）配向したＬｉＣｏＯ２粒子である正極活物質用板状粒子１５ｂ２が得られる。
なお、解砕工程は、リチウム導入工程の後に行われてもよい。
リチウム導入する際のリチウム源としては、炭酸リチウム以外にも、例えば、硝酸リチウム、酢酸リチウム、塩化リチウム、シュウ酸リチウム、クエン酸リチウム等の各種リチウム塩や、リチウムメトキシド、リチウムエトキシド等のリチウムアルコキシドも用いることができる。
リチウム導入する際の条件、すなわち、混合比、加熱温度、加熱時間、雰囲気等は、リチウム源として用いる材料の融点や分解温度、反応性等を考慮して適宜設定することが、ＬｉＣｏＯ２粒子の配向性を高める上で重要である。
例えば、（ｈ００）配向したＣｏ３Ｏ４粒子とリチウム源との混合物が、非常に活性な状態で反応すると、Ｃｏ３Ｏ４粒子の配向性を乱すことがあるので好ましくない。ここでいう活性とは、例えば、リチウム源が過剰量となるとともに液体状態となり、Ｃｏ３Ｏ４粒子の結晶に対してリチウムイオンが進入していくだけでなく、Ｃｏ３Ｏ４粒子がリチウム源からなる液体への溶解および再析出が起こるような場合をいう。
また、上述のシート形成工程によって得られた膜状のシート（自立膜）に対して、解砕工程を経ずにリチウム導入工程を行うことで、（１０４）配向したＬｉＣｏＯ２膜である正極活物質層２２及び正極活物質層３２が得られる。
＜リチウム二次電池の構成例１：液体型＞
図１Ａは、本発明の一実施形態であるリチウム二次電池１０の概略構成を示す断面図である。
図１Ａを参照すると、本実施形態のリチウム二次電池１０は、いわゆる液体型であって、電池ケース１１と、セパレータ１２と、電解質１３と、負極１４と、正極１５と、を備えている。
セパレータ１２は、電池ケース１１内を二分するように設けられている。電池ケース１１内には、液体の電解質１３が収容されているとともに、負極１４及び正極１５がセパレータ１２を隔てて対向するように設けられている。
電解質１３としては、例えば、電気特性や取り扱い易さから、有機溶媒等の非水系溶媒にリチウム塩等の電解質塩を溶解させた、非水溶媒系の電解液が好適に用いられる。もっとも、ポリマー電解質、ゲル電解質、有機固体電解質、無機固体電解質も、電解質１３として問題なく用いることができる。
非水電解液の溶媒としては、特に限定されないが、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピオンカーボネート等の鎖状エステル；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、ビニレンカーボネート等の誘電率の高い環状エステル；鎖状エステルと環状エステルの混合溶媒；等を用いることができ、鎖状エステルを主溶媒とした環状エステルとの混合溶媒が特に適している。
非水電解液の調製にあたって上述の溶媒に溶解させる電解質塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、Ｌｉ２Ｃ２Ｆ４（ＳＯ３）２、ＬｉＮ（ＲｆＳＯ２）（Ｒｆ′ＳＯ２）、ＬｉＣ（ＲｆＳＯ２）３、ＬｉＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３（ｎ≧２）、ＬｉＮ（ＲｆＯＳＯ２）２［ここでＲｆとＲｆ′はフルオロアルキル基］、等を用いることができる。これらは、それぞれ単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。上述の電解質塩の中でも、炭素数２以上の含フッ素有機リチウム塩が特に好ましい。この含フッ素有機リチウム塩は、アニオン性が大きく、かつイオン分離しやすいので、上述の溶媒に溶解し易いからである。非水電解液中における電解質塩の濃度は、特に限定されないが、例えば、０．３ｍｏｌ／ｌ以上、より好ましくは０．４ｍｏｌ／ｌ以上であって、１．７ｍｏｌ／ｌ以下、より好ましくは１．５ｍｏｌ／ｌ以下であることが望ましい。
負極１４に係る負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵、放出できるものであればよく、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭などの炭素質材料が用いられる。また、金属リチウムや、ケイ素，スズ、インジウム等を含む合金、リチウムに近い低電位で充放電できるケイ素，スズ等の酸化物、Ｌｉ２．６Ｃｏ０．４Ｎ等のリチウムとコバルトとの窒化物、等のリチウム吸蔵物質も、負極活物質として用いることができる。さらに、黒鉛の一部は、リチウムと合金化し得る金属や酸化物などと置き換えることもできる。負極活物質として黒鉛を用いた場合には、満充電時の電圧をリチウム基準で約０．１Ｖとみなすことができるため、電池電圧に０．１Ｖを加えた電圧で正極１５の電位を便宜上計算することができることから、正極１５の充電電位が制御しやすく好ましい。
図１Ｂは、図１Ａに示されている正極１５の拡大断面図である。図１Ｂを参照すると、正極１５は、正極集電体１５ａと、正極活物質層１５ｂと、を備えている。正極活物質層１５ｂは、結着材１５ｂ１と、正極活物質用板状粒子１５ｂ２と、から構成されている。
なお、図１Ａ及び図１Ｂに示されているリチウム二次電池１０及び正極１５の基本的な構成（電池ケース１１、セパレータ１２、電解質１３、負極１４、正極集電体１５ａ、及び結着材１５ｂ１を構成する材質を含む。）は周知であるので、本明細書においては、その詳細な説明は省略されている。
本発明の一実施形態である正極活物質用板状粒子１５ｂ２は、コバルト及びリチウムを含有し層状岩塩構造を有する粒子、より詳しくは、ＬｉＣｏＯ２粒子であって、厚さが２ないし１００μｍ程度の板状に形成されている。
＜リチウム二次電池の構成例２：全固体型＞
図２は、本発明の他の実施形態であるリチウム二次電池２０の概略構成を示す断面図である。図２を参照すると、このリチウム二次電池２０は、いわゆる全固体型のものであって、正極集電体２１と、正極活物質層２２と、固体電解質層２３と、負極活物質層２４と、負極集電体２５と、を備えている。
このリチウム二次電池２０は、正極集電体２１の上に、正極活物質層２２、固体電解質層２３、負極活物質層２４、及び負極集電体２５を、この順序で積層することにより形成されている。本発明の正極活物質膜としての正極活物質層２２は、膜状に形成されている。
なお、図２に示されているリチウム二次電池２０の基本的な構成（正極集電体２１、固体電解質層２３、負極活物質層２４、及び負極集電体２５を構成する材質を含む。）は周知であるので、本明細書においては、その詳細な説明は省略されている。
＜リチウム二次電池の構成例３：ポリマー型＞
図３は、本発明のさらに他の実施形態であるリチウム二次電池３０の概略構成を示す断面図である。図３を参照すると、このリチウム二次電池３０は、いわゆるポリマー型のものであって、正極集電体３１と、正極活物質層３２と、ポリマー電解質層３３と、負極活物質層３４と、負極集電体３５と、を備えている。
このリチウム二次電池３０は、正極集電体３１の上に、正極活物質層３２、ポリマー電解質層３３、負極活物質層３４、及び負極集電体３５を、この順序で積層することにより形成されている。本発明の正極活物質膜としての正極活物質層３２も、上述の正極活物質層２２（図２参照）と同様に、膜状に形成されている。
＜正極活物質用板状粒子・正極活物質層の構成の詳細＞
図４Ａは、図１に示されている正極活物質用板状粒子１５ｂ２、図２に示されている正極活物質層２２、又は図３に示されている正極活物質層３２の拡大斜視図である。図４Ｂ及び図４Ｃは、比較例の正極活物質粒子及び正極活物質層の拡大斜視図である。
図４Ａに示されているように、正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、厚さ方向（図中上下方向）と直交する表面である板面（上側表面Ａ及び下側表面Ｂ：以下「上側表面Ａ」及び「下側表面Ｂ」をそれぞれ「板面Ａ」及び「板面Ｂ」と称する。）と交差するように（００３）面が配向するように形成されている。
すなわち、正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、（００３）以外の面（例えば（１０４）面）が粒子の板面Ａ又はＢと平行となるように配向するように形成されている。
さらに換言すれば、正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、両板面Ａ及びＢにて、（００３）以外の面（例えば（１０１）面や（１０４）面）であるリチウムイオン出入面が露出するように形成されている。具体的には、正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、Ｘ線回折における、（１０４）面による回折強度に対する（００３）面による回折強度の比率［００３］／［１０４］が、０．００５以上１以下となるように形成されている。なお、板面方向（面内方向）と交差する端面Ｃには、（００３）面（図中黒色で塗りつぶされた面）が露出していても構わない。
これに対し、図４Ｂに示されている比較例（従来）の粒子は、薄板状ではなく等方形状に形成されている。また、図４Ｃに示されている比較例（従来）の薄板状粒子あるいは活物質膜は、粒子の厚さ方向における両面（板面Ａ及びＢ）に（００３）が露出するように形成されている。
図５Ａは、図４Ａに示されている正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、又は正極活物質層３２の板面の走査電子顕微鏡写真である。図５Ｂは、同端面の走査電子顕微鏡写真である。
本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２においては、図５Ａに示されているように、微視的なステップ構造が、板面に沿って二次元的に（平面視にて複数方向に）多数形成されている。このステップ構造は、概ね、平面視にて１〜数μｍで且つ０．１ないし２μｍの段差で形成されている。
図６Ａは、図４Ａに示されている正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、又は正極活物質層３２（後述する実施例１に対応する）の断面の透過電子顕微鏡写真である（観察条件については後述する）。図６Ｂは、図６Ａに示されている領域（ａ）及び（ｂ）の制限視野電子線回折像を示す写真である。
図６Ａに示されているように、本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、複数の層状領域が厚さ方向に積層された構造を有している。すなわち、図６Ａにおける上部（上から１／３程度）には、比較的濃いグレーの層状領域が生じている。
かかる層状領域における２カ所（図中（ａ）及び（ｂ）参照）における制限視野電子線回折像を示す図６Ｂより、これら２カ所の結晶軸はすべて同一であることが確認できる。すなわち、図６Ａにおける（ａ）及び（ｂ）の領域を含みこれらと同様の明視野像コントラストを有する、当該層状領域は、同一の結晶軸を有する結晶子が緻密に結合した組織に形成されているものということができる。
同様に、図６Ａにおける下部（下から１／５程度）にも、比較的濃いグレーの層状領域が生じている。かかる層状領域も、同一の結晶軸を有する結晶子が緻密に結合した組織に形成されている。
なお、図６Ａにおける中層部の、比較的薄いグレーの層状領域は、さらに厚さ方向（図中上下方向）に２層に形成されている（別の断面による透過電子顕微鏡写真及び制限視野電子線回折像により確認された）。さらに、電子線回折像より、どの層も粒子板面に平行になるように（１０４）面が配向していることが確認された。
このように、本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、配向が異なる複数（図６Ａの例では４つ）の層状領域（各層状領域は同一の結晶軸を有する結晶子が緻密に結合した組織に形成されている）が厚さ方向に積層された構造を有している。
上述のような構造を有する、本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２の模式図を、図７に示す。
すなわち、図７に示されているように、本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、（００３）以外の、特定のリチウムイオン出入面（例えば（１０４）面）が粒子の板面Ａ及びＢと平行であって、且つ、それ以外の面がランダムな方向を向くように形成されている。換言すれば、これらの正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、板面Ａ及びＢに上述の特定のリチウムイオン出入面を露出する一方、それ以外の面の向きが異なる、複数の領域ｒ１１，ｒ１２，ｒ１３，ｒ１４，・・・，ｒ２１，ｒ２２，・・・に分割された構造を有している。これらの領域ｒ１１，ｒ１２，ｒ１３，ｒ１４，・・・，ｒ２１，ｒ２２，・・・におけるそれぞれのものは、上述のステップ構造における１つのステップに対応するものである。
すなわち、上述のような板面における配向性及び二次元的な（ランダムな）ステップ構造によって、これらの領域ｒ１１，ｒ１２，ｒ１３，ｒ１４，・・・，ｒ２１，ｒ２２，・・・においては、上述の特定の面（ｈｋｌ）の法線に対応する［ｈｋｌ］軸は同一方向（厚さ方向すなわち図中上下方向）となる一方、それ以外の面（ｈ’ｋ’ｌ’）の法線に対応する［ｈ’ｋ’ｌ’］軸の向きはバラバラとなっている。すなわち、隣り合う領域同士（例えばｒ１１とｒ１２）は、［ｈ’ｋ’ｌ’］軸の向きが異なるようになっている。
このような、いわゆる「一軸配向」状態は、以下の２つの方法のうちのいずれか一方によって確認可能である。
板状粒子について、その板面の片面もしくは両面を、ＦＩＢ（収束イオンビーム）にて厚さを８０ｎｍ程度まで薄片加工し、板面を透過型電子顕微鏡にて観察した。その制限視野電子線回折像において、板面に垂直な方向に［１０４］軸を有している箇所を１０箇所以上観測し、それらの箇所の板面内の方位がランダムであることを確認した。
また、板状粒子を、スライドガラスの基板上に、互いに重なることなく、粒子板面が当該ガラス基板の板面と面接触した状態で載置した。具体的には、エタノール２ｇに板状粒子０．１ｇを加えたものを、超音波分散機（超音波洗浄機）で３０分間分散させ、この分散液を２５ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板に２０００ｒｐｍでスピンコートすることで、ガラス基板に板状粒子を載置した。続いて、ガラス基板に載置された粒子を粘着テープに写し取ったものを樹脂埋めし、板状粒子の断面研磨面が観察できるように研磨した。仕上げ研磨として、コロイダルシリカ（０．０５μｍ）を研磨剤とし、振動型回転研磨機にて研磨を行った。このようにして作成したサンプルに対し、電子後方散乱回折像法（ＥＢＳＤ）にて、粒子１個の断面の結晶方位解析を行った。すると、板面に垂直な方向に［１０４］軸を有し（すなわち板面に沿って（１０４）面を有し）、一方［１０４］と異なる（交差する）結晶軸がランダムである、複数の領域に、粒子板面が分割されていることが確認された。
さらに、板面方向の配列する上述の複数の領域ｒ１１，ｒ１２，ｒ１３，ｒ１４，・・・，ｒ２１，ｒ２２，・・・は、互いに当該板面方向に緻密に結合することで、層Ｌ１を形成している。そして、層Ｌ１並びに同様の構成の層Ｌ２，Ｌ３・・・が、厚さ方向に積層されている（なお、各層における上述の［ｈｋｌ］軸は異なる。また、図７においては、正極活物質用板状粒子１５ｂ２等は、作図の便宜上３層の状態が描かれているが、２層にも、あるいは、４層以上にもなり得る。）。
各層状領域（領域ｒ１１等）の厚さ（厚さ方向における各領域の長さ）としては、０．２μｍ〜５μｍが好ましい。５μｍを超えると、その領域内でクラックが起こりやすくなる。０．２μｍよりも小さいと、リチウムイオンの移動しにくい領域の境界部が多く含まれ、出力特性が劣化する。
＜正極活物質用板状粒子・正極活物質層の製造方法の概要＞
上述のような構造の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２の製造方法の概要について、以下に説明する。
１．原料粒子の準備
原料粒子としては、合成後の組成が層状岩塩構造を有する正極活物質ＬｉＭＯ２となるように、Ｌｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎなどの化合物の粒子を適宜混合したものが用いられる。あるいは、原料粒子として、ＬｉＭＯ２の組成からなるもの（合成済みのもの）を用いることができる。
あるいは、必要に応じて、リチウム化合物を含まない、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎなどの各化合物の粒子を混合した粒子又は（Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ）Ｏｘの組成からなる粒子を用いることができる。この場合、成形体の焼成工程の後、焼成された成形体とリチウム化合物とをさらに反応させることでＬｉＭＯ２が得られる（詳細は後述する）。
粒成長を促進する、もしくは焼成中に揮発する分を補償する目的で、リチウム化合物を０．５〜３０ｍｏｌ％過剰に入れてもよい。また、粒成長を促進する目的で、酸化ビスマスなどの低融点酸化物、ホウケイ酸ガラスなどの低融点ガラスを０．００１〜３０ｗｔ％添加してもよい。
２．原料粒子の成形工程
原料粒子を、厚さが１００μｍ以下のシート状の自立した成形体に成形する。ここで、「自立した成形体」における「自立した」は、後述の「独立したシート」における「独立した」と同義である。すなわち、「自立した成形体」は、典型的には、それ単体でシート状の成形体の形状を保つことができるものである。なお、それ単体ではシート状の成形体の形状を保つことができないものであっても、何らかの基板上に貼り付けたり成膜したりして焼成前又は焼成後に、この基板から剥離したものも、「自立した成形体」に含まれる。
成形体の成形方法としては、例えば、原料粒子を含むスラリーを用いたドクターブレード法が用いられ得る。また、成形体の成形には、熱したドラム上へ原料を含むスラリーを塗布し、乾燥させたものをスクレイパーで掻きとる、ドラムドライヤーが用いられ得る。また、成形体の成形には、熱した円板面へスラリーを塗布し、これを乾燥させてスクレイパーで掻きとる、ディスクドライヤーを用いることもできる。また、スプレードライヤーの条件を適宜設定することで得られる中空の造粒体も、曲率をもったシート状成形体とみることができるので、成形体として好適に用いることができる。さらに、原料粒子を含む坏土を用いた押出成形法も成形体の成形方法として利用可能である。
ドクターブレード法を用いる場合、可撓性を有する板（例えばＰＥＴフィルムなどの有機ポリマー板など）にスラリーを塗布し、塗布したスラリーを乾燥固化して成形体とし、この成形体と板とを剥離することにより、板状多結晶粒子の焼成前の成形体を作製してもよい。成形前にスラリーや坏土を調製するときには、無機粒子を適当な分散媒に分散させ、バインダーや可塑剤などを適宜加えてもよい。また、スラリーは、粘度が５００〜４０００ｃＰとなるように調製するのが好ましく、減圧化で脱泡するのが好ましい。
成形体の厚さは、５０μｍ以下に形成することがより好ましく、２０μｍ以下に形成することが更に好ましい。また、成形体の厚さは、２μｍ以上とするのが好ましい。厚さが２μｍ以上であれば、自立したシート状の成形体を作成しやすい。このシート状の成形体の厚さは、略そのまま板状粒子の厚さとなることから、板状粒子の用途に合わせて適宜設定される。
３．成形体の焼成工程
この焼成工程においては、成形工程で得られた成形体は、例えば、成形されたそのままの状態（シート状態）で、セッターに載せて焼成される。あるいは、焼成工程は、シート状の成形体を適宜切断、破砕したものを、鞘に入れて焼成するものであってもよい。
原料粒子が合成前の混合粒子である場合は、この焼成工程において、合成、さらには、焼結及び粒成長が生じる。本発明では、成形体が厚さ１００μｍ以下のシート状であるため、厚さ方向の粒成長が限られる。このため、成形体の厚さ方向に結晶粒が１個となるまで粒成長した後は、成形体の面内方向にのみ粒成長が進む。このとき、エネルギー的に安定な特定の結晶面がシート表面（板面）に広がる。したがって、特定の結晶面がシート表面（板面）と平行になるように配向した膜状のシート（自立膜）が得られる。
原料粒子をＬｉＭＯ２とした場合、リチウムイオンの出入りが良好に行われる結晶面である（１０１）面や（１０４）面を、シート表面（板面）に露出するように配向させることができる。一方、原料粒子を、リチウムを含まないもの（例えばスピネル構造のＭ３Ｏ４）とした場合、リチウム化合物と反応させてＬｉＭＯ２としたときに（１０４）面となる、（ｈ００）面を、シート表面（板面）に露出するように配向させることができる。
焼成温度は、８００℃〜１３５０℃が好ましい。８００℃より低温では、粒成長が不十分で、配向度が低くなる。一方、１３５０℃より高温では、分解・揮発が進んでしまう。焼成時間は、１〜５０時間の間とするのが好ましい。１時間より短いと、配向度が低くなる。一方、５０時間より長いと、消費エネルギーが大きくなりすぎる。焼成雰囲気は、焼成中に分解が進まないように適宜設定される。リチウムの揮発が進むような場合は、炭酸リチウムなどを同じ鞘内に配置してリチウム雰囲気とすることが好ましい。焼成中に酸素の放出や、さらには還元が進むような場合、酸素分圧の高い雰囲気で焼成することが好ましい。
４．解砕工程及びリチウム導入工程
板状粒子を得る場合は、焼成後のシート状の成形体を、所定の開口径のメッシュ上に載置して、その上からヘラで押しつけることで、当該シートが多数の板状粒子に解砕される。なお、解砕工程は、リチウム導入工程の後に行われてもよい。
リチウム化合物を含まない原料粒子から、焼成により配向したシート、あるいはこれを解砕した板状粒子を得た場合、これとリチウム化合物（硝酸リチウムや炭酸リチウムなど）を反応させることで、リチウムイオンの出入りが良好に行われる結晶面が板面に露出するように配向した、正極活物質膜が得られる。例えば、配向シートあるいは粒子に、硝酸リチウムを、ＬｉとＭとのモル比Ｌｉ／Ｍが１以上となるようにふりかけて、熱処理することで、リチウム導入が行われる。ここで、熱処理温度は、６００℃〜８００℃が好ましい。６００℃より低温では、反応が十分に進まない。８００℃より高温では、配向性が低下する。
以下、ＬｉＣｏＯ２粒子あるいは膜を得る場合の典型的な製造方法について説明する。
＜正極活物質用板状粒子・正極活物質層の製造方法の具体例＞
上述のような構造の正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２は、具体的には、以下の製造方法によって、容易かつ確実に形成される。
＜＜シート形成工程＞＞
Ｃｏ３Ｏ４とＢｉ２Ｏ３とを含有し２０μｍ以下の厚さのグリーンシートを形成し、このグリーンシートを９００℃ないし１３００℃の範囲内の温度で所定時間焼成することで、（ｈ００）面が板面と平行となるように配向した（以下これを単に「（ｈ００）配向」と表現することがある）多数の板状のＣｏ３Ｏ４粒子からなる、独立した膜状のシート（この「独立したシート」は上述の「自立膜」と同義である）が形成される。なお、この焼成の際に、ビスマスは揮発することでシートから除去され、Ｃｏ３Ｏ４は還元されてＣｏＯに相変態する。
ここで、「独立した」シートとは、焼成後に他の支持体から独立して単体で取り扱い可能なシートのことをいう。すなわち、「独立した」シートには、焼成により他の支持体（基板等）に固着されて当該支持体と一体化された（分離不能あるいは分離困難となった）ものは含まれない。
このように膜状に形成されたグリーンシートにおいては、粒子板面方向すなわち面内方向（厚さ方向と直交する方向）に比べて、厚さ方向に存在する材料の量がきわめて少ない。
このため、厚さ方向に複数個の粒子がある初期段階には、ランダムな方向に粒成長する。一方、粒成長が進み厚さ方向の材料が消費されると、粒成長方向は面内の二次元方向に制限される。これにより、面方向への粒成長が確実に促進される。
特に、グリーンシートを可能な限り薄く形成したり（例えば数μｍ以下）、厚さが１００μｍ程度（例えば２０μｍ程度）の比較的厚めであっても粒成長を可能な限り大きく促進したりすることで、面方向への粒成長がより確実に促進される。
また、このとき、表面エネルギーの最も低い結晶面をグリーンシートの面内に持つ粒子のみが選択的に面内方向へ扁平状（板状）に粒成長する。その結果、シート焼成により、アスペクト比が大きく、特定の結晶面（ここでは（ｈ００）面）が粒子の板面と平行となるように配向したＣｏＯからなる板状結晶粒子が得られる。
さらに、温度が下がる過程で、ＣｏＯからＣｏ３Ｏ４に酸化される。その際に、ＣｏＯの配向方位が引き継がれることで、特定の結晶面（ここでは（ｈ００）面）が粒子の板面と平行となるように配向したＣｏ３Ｏ４板状結晶粒子が得られる。
かかるＣｏＯからＣｏ３Ｏ４への酸化の際に、配向度が低下しやすい。これは、ＣｏＯとＣｏ３Ｏ４の結晶構造及びＣｏ−Ｏの原子間距離が大きく異なることから、酸化すなわち酸素原子が挿入される際に結晶構造が乱れやすいためである。したがって、配向度をなるべく低下しないように適宜条件を選択することが好ましい。例えば、降温速度を小さくすることや、所定の温度で保持することや、酸素分圧を小さくすることが好ましい。
したがって、かかるグリーンシートを焼成することで、特定の結晶面が粒子の板面と平行となるように配向した薄板状の多数の粒子が、粒界部にて面方向に結合した自立膜が得られる（本出願人に係る特願２００７−２８３１８４号参照）。すなわち、実質的に厚さ方向についての結晶粒子の個数が１個となるような自立膜が形成される。ここで、「実質的に厚さ方向についての結晶粒子の個数が１個」の意義は、面方向に隣り合う結晶粒子の一部分（例えば端部）が厚さ方向に互いに重なり合うことを排除しない。この自立膜は、上述のような薄板状の多数の粒子が隙間なく結合した、緻密なセラミックスシートとなり得る。
＜＜解砕工程＞＞
上述のシート形成工程によって得られた膜状のシート（自立膜）は、粒界部にて解砕しやすい状態となっている。そこで、上述のシート形成工程によって得られた膜状のシートを、所定の開口径のメッシュ上に載置して、その上からヘラで押しつけることで、上述のシートが多数のＣｏ３Ｏ４粒子に解砕される。
＜＜リチウム導入工程＞＞
上述の解砕工程によって得られた、（ｈ００）配向した（「（ｈ００）配向」の意義は上記の通り）Ｃｏ３Ｏ４粒子と、Ｌｉ２ＣＯ３と、を混合して、所定時間加熱することで、Ｃｏ３Ｏ４粒子にリチウムが導入される。これにより、（１０４）配向したＬｉＣｏＯ２粒子である正極活物質用板状粒子１５ｂ２が得られる。
なお、解砕工程は、リチウム導入工程の後に行われてもよい。
リチウム導入する際のリチウム源としては、炭酸リチウム以外にも、例えば、硝酸リチウム、酢酸リチウム、塩化リチウム、シュウ酸リチウム、クエン酸リチウム等の各種リチウム塩や、リチウムメトキシド、リチウムエトキシド等のリチウムアルコキシドも用いることができる。
リチウム導入する際の条件、すなわち、混合比、加熱温度、加熱時間、雰囲気等は、リチウム源として用いる材料の融点や分解温度、反応性等を考慮して適宜設定することが、ＬｉＣｏＯ２粒子の配向性を高める上で重要である。
例えば、（ｈ００）配向したＣｏ３Ｏ４粒子とリチウム源との混合物が、非常に活性な状態で反応すると、Ｃｏ３Ｏ４粒子の配向性を乱すことがあるので好ましくない。ここでいう活性とは、例えば、リチウム源が過剰量となるとともに液体状態となり、Ｃｏ３Ｏ４粒子の結晶に対してリチウムイオンが進入していくだけでなく、Ｃｏ３Ｏ４粒子がリチウム源からなる液体への溶解および再析出が起こるような場合をいう。
また、上述のシート形成工程によって得られた膜状のシート（自立膜）に対して、解砕工程を経ずにリチウム導入工程を行うことで、（１０４）配向したＬｉＣｏＯ２膜である正極活物質層２２及び正極活物質層３２が得られる。
以下、上述の製造方法及びかかる製造方法によって製造された膜あるいは粒子の実施例について、評価結果とともに詳細に説明する。
まず、比較例の粒子を、以下のようにして調製した。
最初に、以下の方法によって、スラリーを調製した：ＬｉＣｏＯ２粉末（日本化学工業株式会社製 セルシードＣ−５：平均粒径５μｍ）をポットミルで粉砕し、平均粒径０．５μｍとした。この粉砕粉１００重量部と、分散媒（トルエン：イソプロパノール＝１：１）１００重量部と、バインダー（ポリビニルブチラール：品番ＢＭ−２、積水化学工業株式会社製）１０重量部と、可塑剤（ＤＯＰ：Ｄｉ（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌ）ｐｈｔｈａｌａｔｅ、黒金化成株式会社製）４重量部と、分散剤（製品名レオドールＳＰ−Ｏ３０、花王株式会社製）２重量部と、を混合した。この混合物を、減圧下で撹拌することで脱泡するとともに、３０００〜４０００ｃＰの粘度に調製した。なお、粘度は、ブルックフィールド社製ＬＶＴ型粘度計で測定した。
上記のようにして調製されたスラリーを、ドクターブレード法によって、ＰＥＴフィルムの上に、乾燥後の厚さが１６μｍとなるように、シート状に成形した。
ＰＥＴフィルムから剥がしたシート状の成形体を、カッターで３０ｍｍ角に切り出し、突起の大きさが３００μｍのエンボス加工を施したジルコニア製セッター（寸法９０ｍｍ角、高さ１ｍｍ）の中央に載置し、９００℃で１０時間焼成後、セッターに溶着していない部分を取り出した。
焼成によって得られたＬｉＣｏＯ２セラミックスシートを、平均開口径１００μｍのポリエステル製のふるい（メッシュ）に載せ、ヘラで軽く押し付けながらメッシュを通過させて解砕することで、粉末状のＬｉＣｏＯ２（比較例：粒子厚さ１０μｍ）が得られた。
［実施例１］
＜＜製造方法＞＞
まず、以下の方法によって、スラリーを調製した：Ｃｏ３Ｏ４粉末（粒径１−５μｍ、正同化学工業株式会社製）を粉砕して作製したＣｏ３Ｏ４原料粒子（粒径０．３μｍ）に２０ｗｔ％の割合でＢｉ２Ｏ３（粒径０．３μｍ、太陽鉱工株式会社製）を添加したもの１００重量部と、上述と同様の分散媒１００重量部、バインダー１０重量部、可塑剤４重量部、及び分散剤２重量部と、を混合した。この混合物を、減圧下で撹拌することで脱泡するとともに、４０００ｃＰの粘度に調製した。
上記のようにして調製されたスラリーを、ドクターブレード法によって、ＰＥＴフィルムの上に、乾燥後の厚さが１０μｍとなるように、シート状に成形した。
ＰＥＴフィルムから剥がしたシート状の成形体を、カッターで７０ｍｍ角に切り出し、突起の大きさが３００μｍのエンボス加工を施したジルコニア製セッター（寸法９０ｍｍ角、高さ１ｍｍ）の中央に載置し、１２００℃で５時間焼成後、降温速度５０℃／ｈにて降温し、セッターに溶着していない部分を取り出した。
このようにして得られたＣｏ３Ｏ４セラミックスシートに、Ｌｉ２ＣＯ３粉末（関東化学株式会社製）を、Ｌｉ／Ｃｏ＝１．０となるようにふりかけ、坩堝中にて７５０℃、３時間加熱処理することで、厚さ１０μｍのＬｉＣｏＯ２セラミックスシート（自立膜：正極活物質層２２あるいは３２に相当する）が得られた。
得られたＬｉＣｏＯ２セラミックスシートを、平均開口径１００μｍのポリエステル製のふるい（メッシュ）に載せ、ヘラで軽く押し付けながらメッシュを通過させて解砕することで、粉末状のＬｉＣｏＯ２（正極活物質用板状粒子１５ｂ２に相当する）が得られた。
［実施例２］
＜＜製造方法＞＞
上述の実施例１と同様の原料及び方法によって、５００〜７００ｃＰの粘度のスラリーを調製し、このスラリーを、ドクターブレード法によって、ＰＥＴフィルムの上に、乾燥後の厚さが２μｍとなるように、シート状に成形した。
ＰＥＴフィルムから剥がしたシート状の成形体を、カッターで７０ｍｍ角に切り出し、突起の大きさが３００μｍのエンボス加工を施したジルコニア製セッター（寸法９０ｍｍ角、高さ１ｍｍ）の中央に載置し、１１５０℃で５ｈ焼成後、降温速度５０℃／ｈにて降温し、セッターに溶着していない部分を取り出した。
焼成後のセラミックスシートを、開口径１００μｍのふるい（メッシュ）に載せ、ヘラで軽く押し付けながらメッシュを通過させることで、解砕した。セラミックスシートを解砕することで得られたＣｏ３Ｏ４粉末と、Ｌｉ２ＣＯ３粉末（関東化学株式会社製）とを、Ｌｉ／Ｃｏ＝１．０となるように混合し、坩堝中にて７５０℃で３時間加熱処理することで、粉末状のＬｉＣｏＯ２を得た。
すなわち、実施例２においては、Ｃｏ３Ｏ４シートにリチウム導入を行った実施例１とは異なり、リチウム導入前にＣｏ３Ｏ４シートを解砕して粉末状とした後にこの粉末状のＣｏ３Ｏ４に対してリチウム導入を行っている。
［実施例３］
上述の実施例１の粒子を、大気中で熱処理（９００℃，２４時間）したものである。
＜＜評価結果＞＞
実施例１のＬｉＣｏＯ２粒子を電子顕微鏡によって観察した結果の写真が、図６Ａである。なお、透過電子顕微鏡観察は、以下の方法によって行った：ＦＩＢ（収束イオンビーム）マイクロサンプリングにより、実験例１の板状粒子の板面方向を８０ｎｍまで薄片化し、粒子断面の内部構造を観察した。実施例２のＬｉＣｏＯ２粒子を電子顕微鏡によって観察した結果の写真が、図５Ａ及び図５Ｂである。
また、比較例及び各実施例の粒子に対して、Ｘ線回折（ＸＲＤ）による配向性評価を行った。ＸＲＤ測定方法は、以下の通りである。
エタノール２ｇにＬｉＣｏＯ２粒子０．１ｇを加えたものを、超音波分散機（超音波洗浄機）で３０分間分散させ、これを２５ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板に２０００ｒｐｍでスピンコートし、粒子同士ができるだけ重ならないように、且つ結晶面とガラス基板面とが平行となる状態に配置した。ＸＲＤ装置（株式会社リガク製 ガイガーフレックスＲＡＤ−ＩＢ）を用い、粒子の表面に対してＸ線を照射したときのＸＲＤプロファイルを測定し、（１０４）面による回折強度（ピーク高さ）に対する（００３）面による回折強度（ピーク高さ）の比率［００３］／［１０４］を求めた。なお、上記方法においては、板状粒子の板面がガラス基板面と面接触し、粒子板面とガラス基板面とが平行になる。このため、上記方法によれば、粒子板面の結晶面に平行に存在する結晶面、すなわち、粒子の板面方向に配向する結晶面による回折プロファイルが得られる。
さらに、電池特性（容量維持率）の評価を、以下のようにして行った。
ＬｉＣｏＯ２粒子、アセチレンブラック、及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を、質量比で７５：２０：５となるように混合して正極材料を調製した。調製した正極材料０．０２ｇを３００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で直径２０ｍｍの円板状にプレス成形することで、正極を作製した。
作製した正極、リチウム金属板からなる負極、ステンレス集電板、及びセパレータを、集電板−正極−セパレータ−負極−集電板の順に配置し、この集積体を電解液で満たすことでコインセルを作製した。電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を等体積比で混合した有機溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解することで調製した。
上述のようにして作製した電池（コインセル）を用いて、電池容量（放電容量）及び容量維持率の評価を行った。
０．１Ｃレートの電流値で電池電圧が４．２Ｖとなるまで定電流充電し、その後電池電圧を４．２Ｖに維持する電流条件で、その電流値が１／２０に低下するまで定電圧充電した後１０分間休止し、続いて１Ｃレートの電流値で電池電圧が３．０Ｖになるまで定電流放電した後１０分間休止する、という充放電操作を１サイクルとし、２５℃の条件下で合計３サイクル繰り返し、３サイクル目の放電容量を測定した。
作製した電池について、試験温度を２５℃として、（１）１Ｃレートの定電流−定電圧で４．２Ｖまでの充電、及び（２）１Ｃレートの定電流で３．０Ｖまでの放電、を繰り返すサイクル充放電を行った。１００回のサイクル充放電終了後の電池の放電容量を初回の電池の放電容量で除した値を、容量維持率（％）とした。
各実施例及び比較例の評価結果が、下記表１にまとめて示されている。
実施例のＬｉＣｏＯ２粒子においては、（１０４）配向が強くなり、リチウムが放出されやすい（１０４）面の板面における露出量がより多くなった（表１におけるＸＲＤ測定結果参照）。かかる構造は、上述のように、（１１１）配向せず（ｈ００）配向したＣｏ３Ｏ４膜あるいは粒子にリチウム導入工程を行うことで、容易且つ安定的に得られる。これに対し、従来（比較例）のＬｉＣｏＯ２粒子においては、（００３）配向が強くなり、板面に（００３）面がより多く露出した（表１におけるＸＲＤ測定結果参照）。
また、実施例のＬｉＣｏＯ２粒子においては、板面（図４Ａにおける板面ＡやＢ）に、平面視にて１〜数μｍで且つ０．１ないし２μｍの段差の微視的なステップ構造が、平面視にて複数方向（具体的には図５Ａにおける上下方向に対して１０度程度傾斜した方向及びこれと直交する方向の２方向）に多数形成されている。これに対し、従来（市販）のＬｉＣｏＯ２粒子においては、このような微視的なステップ構造は見られない（図８参照）。
かかる構造の相違は、走査電子顕微鏡による観察結果にも現れている。すなわち、実施例１のＬｉＣｏＯ２粒子においては、表面（上述の微視的なステップ構造内）に細いスジ状の模様が現れている様子が確認できる。これに対し、従来（比較例）のＬｉＣｏＯ２粒子においては、平滑な（００３）面が露出している様子が確認できる。
さらに、実施例１のＬｉＣｏＯ２粒子においては、上述したように、配向が異なる複数（４つ）の層状領域（ドメイン）が厚さ方向に積層されていて、各層状領域は単一の結晶軸を有する結晶子が緻密に結合した組織に形成されていることが確認された（図６Ａ及び図６Ｂ参照）。
同様に、実施例２のＬｉＣｏＯ２粒子においても、結晶子が凝集したドメインが、厚さ方向に２つ積層した構造であることが確認された。実施例３のＬｉＣｏＯ２粒子においては、ドメイン４層からなる積層構造は確認されたが、ドメイン内の粒界は確認されなかった。一方、比較例のサンプルを評価したところ、１層構造であり、粒界も確認されなかった。
これら実施例の粒子は、きわめて緻密な構造を有している。走査電子顕微鏡観察の画像処理結果から気孔率を測定したところ、１０％以下となった。そして、実施例のＬｉＣｏＯ２粒子においては、電池容量特性（容量維持率）が、極めて良好となった。これは、以下の理由によるものと考えられる。
すなわち、粒子板面の特性（配向性）により、リチウムイオン出入面（（１０４）面等）がより多く電解質に露出することで、容量が向上する。特に、上述のステップ構造により、容量向上効果がより大きくなる。
活物質の膜あるいは粒子には、電子導電助剤として添加されるアセチレンブラックが付着している。アセチレンブラックは、直径数十〜１００ｎｍ程度の球状ナノ粒子である一次粒子が凝集してブドウの房状に連なった構造となることが多い。このアセチレンブラック凝集体が、活物質の膜あるいは粒子の表面を覆うと、電解液との実質的な接触面積が小さくなってしまう。
この点、本実施形態のように、活物質の膜あるいは粒子の表面にステップ構造が形成されることで、アセチレンブラック凝集体がステップの稜線に接するように付着し、ステップの谷部が電解液との接点となる（液だまりが形成される）。このため、活物質の膜あるいは粒子の表面と電解液との実質的な接触面積が、大きく保たれる。
また、ステップ構造がランダム且つ二次元的に多数形成されることで、活物質の膜あるいは粒子の表面と電解液との実質的な接触面積が、より大きく確保され得る（これに対し、特開２００３−１３２８８７号公報の図６に示されているようにステップ構造が一次元的であると、ステップの長手方向に沿ってアセチレンブラック凝集体が緻密に配列されることとなり、電解液との実質的な接触面積が小さくなってしまう。）。
さらに、上述のようなドメイン積層構造により、充放電サイクルに伴う体積膨張及び収縮の際に発生する内部応力がドメイン境界によって緩和される。これにより、耐久性やサイクル特性が向上する。
ところで、通常の（図４Ｂや図４Ｃに示されているような）ＬｉＣｏＯ２粒子においては、粒子径を小さくすると、比表面積が大きくなるためにレート特性が高くなる一方、粒子強度が低くなるために耐久性が低下し、結着材の割合が多くなるために容量も小さくなる。このように、通常の（従来の）ＬｉＣｏＯ２粒子においては、レート特性と、耐久性及び容量とが、トレードオフの関係になっていた。
これに対し、本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２においては、粒子径を大きくして耐久性及び容量を向上させた場合、リチウムイオンが放出されやすい面の総面積も大きくなり、高レート特性が得られる。したがって、本実施形態によれば、容量、耐久性、及びレート特性が、従来よりも向上され得る。
特に、携帯電話やノートＰＣに搭載される、モバイル機器向けのリチウムイオン二次電池においては、長時間の使用に対応した、高容量な電池が求められる。高容量化には活物質粉末の充填率向上が有効であり、充填性のよい粒径１０μｍ以上の大粒子を用いることが好ましい。
この点、従来技術では、粒子径を１０μｍ以上に大きくしようとすると、結晶構造上、リチウムイオンおよび電子が出入りできない面（００３）が表面に広く露出した板状粒子となってしまい（図２Ｃ参照）、出力特性に悪影響を及ぼすことがあった。
これに対し、本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２では、リチウムイオンおよび電子の伝導面が表面に広く露出している。このため、本実施形態によれば、出力特性に悪影響を及ぼすことなくＬｉＣｏＯ２板状粒子を大粒子化することができる。したがって、本実施形態によれば、従来よりも高充填された、高容量な正極材シートを提供することができる。
なお、正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２の厚さは、２〜１００μｍ、より好ましくは５〜５０μｍ、さらに好ましくは５〜２０μｍが望ましい。１００μｍより厚いと、レート特性が低下する点や、シート成形性の点から、好ましくない。また、正極活物質用板状粒子１５ｂ２の厚さは、２μｍ以上が望ましい。２μｍより薄いと、充填率を上げる効果が小さくなる点で、好ましくない。
正極活物質用板状粒子１５ｂ２のアスペクト比は、４〜２０が望ましい。４より小さいと、配向によるリチウムイオン出入面の拡大効果が小さくなる。２０より大きいと、正極活物質用板状粒子１５ｂ２の板面が正極活物質層１５ｂの面内方向と平行になるように正極活物質用板状粒子１５ｂ２が充填された場合、正極活物質層１５ｂの厚み方向へのリチウムイオンの拡散経路が長くなることで、レート特性が低下するので、好ましくない。
上述の構成を有する全固体型のリチウム二次電池２０においては、リチウムイオンの出入りが行えない（００３）面の、固体電解質層２３に対する露出（接触）割合が、極めて低くなる。すなわち、特開２００３−１３２８８７号公報に開示されているような従来の構成とは異なり、このリチウム二次電池２０においては、固体電解質層２３と対向（接触）する正極活物質層２２の表面（板面）のほとんど全部が、リチウムイオン出入面（例えば（１０４）面）となる。
したがって、本実施形態によれば、全固体型のリチウム二次電池２０における、よりいっそうの高容量化及び高レート特性が達成される。
なお、かかる構成のリチウム二次電池２０における正極活物質層２２の形成時には、上述の実施形態における解砕工程は行われない。すなわち、グリーンシートの焼成によって得られたＣｏ３Ｏ４セラミックスシートを解砕することなく、これにリチウム導入が行われる。
ポリマー型のリチウム二次電池３０においては、液漏れの恐れがある液体型に比べ、薄い電池構成が可能という特徴がある。本実施形態による膜状の正極活物質層３２によれば、リチウムイオン出入面を膜表面（板面）の全面に確保した状態で、実質的に充填率１００％が達成される。すなわち、従来よりも、正極部分を非常に薄くすることができ、さらにはより薄い電池が得られる。
＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態や具体例は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の具現化の一例を単に示したものにすぎないのであって、本発明はもとより上述の実施形態や具体例によって何ら限定されるべきものではない。よって、上述の実施形態や具体例に対して、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、種々の変形が施され得ることは、当然である。
以下、変形例について幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態における各構成要素と同様の構成・機能を有する構成要素については、本変形例においても同一の名称及び同一の符号が付されているものとする。そして、当該構成要素の説明については、上述の実施形態における説明が、矛盾しない範囲で適宜援用され得るものとする。
もっとも、変形例とて、下記のものに限定されるものではないことは、いうまでもない。本発明を、上述の実施形態や下記変形例の記載に基づいて限定解釈することは、（特に先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
また、上述の実施形態の構成、及び下記の各変形例に記載された構成の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲において、適宜複合して適用され得ることも、いうまでもない。
本発明は、上述の実施形態にて具体的に開示された構成に何ら限定されない。
例えば、図１Ｂに示されている正極活物質層１５ｂは、図２に示されている正極活物質層２２や、図３に示されている正極活物質層３２のような、膜状のＬｉＣｏＯ２セラミックスシート（正極活物質膜）であってもよい。また、図２に示されている正極活物質層２２や、図３に示されている正極活物質層３２は、複数に分割されていてもよい。すなわち、薄板状のＬｉＣｏＯ２セラミックスシートを二次元的に配列することによっても、図２に示されている正極活物質層２２や、図３に示されている正極活物質層３２が構成され得る。
電解質としては、無機固体、有機ポリマー、あるいは有機ポリマーに電解液を染み込ませたゲル状のものが用いられ得る。
また、上述の例では、正極活物質層２２は、全固体型電池に適用されていた。もっとも、本発明は液体型電池においても適用可能である。通常、液体型電池における正極材は、活物質の充填率は６０％程度である。これに対し、本発明の活物質膜によれば、リチウムイオン出入面を膜表面全面に確保した状態で、実質的に充填率１００％が達成される。すなわち、レート特性の犠牲を最小限に抑えつつ、きわめて高い容量が得られる。
なお、正極活物質層２２と正極集電体２１との界面においては、両者は、ただ接しているだけでもよいし、アセチレンブラック等の導電性結着材からなる薄い層によって接着されていてもよい。後者の場合、正極集電体２１が曲がることで、正極活物質層２２にはクラックが入ることがあり得る。もっとも、クラックは、電子及びイオンの伝導方向と平行になる。このため、クラックが発生しても、特性上、なんら問題は生じない。
正極活物質層１５ｂ内にて、複数の大きさ・形状の正極活物質用粒子が適宜配合されてもよい。また、図９に示されているように、本発明の正極活物質用板状粒子１５ｂ２と、従来の等軸形状の粒子１５ｂ３とが、適当な混合比で配合されてもよい。等軸形状の従来の粒子１５ｂ３と、その粒径と同程度の厚みを有する本発明の正極活物質用板状粒子１５ｂ２とを、適当な混合比で混合することで、効率よく粒子が配列することができ、充填率が高められる。
上述したように、正極活物質層１５ｂが自立膜状のセラミックスシート（正極活物質膜）である場合、正極集電体１５ａは、図１０Ａに示されているように、正極活物質層１５ｂの両板面のうちの一方にのみ設けられていてもよいし、図１０Ｂに示されているように、正極活物質層１５ｂの両板面に設けられていてもよい。
図１０Ｂに示されているように、正極集電体１５ａが正極活物質層１５ｂの両板面に設けられている場合、一方の正極集電体１５ａ１は自立膜状の正極活物質層１５ｂを支持するために他方の正極集電体１５ａ２よりも厚く形成されていてもよい。また、この場合、当該他方の正極集電体１５ａ２は、自立膜状の正極活物質層１５ｂにおけるリチウムイオンの出入りを阻害しないような構造（メッシュ状や多孔質状等）に形成されている。なお、この正極集電体１５ａ２は、図１Ｂに示されている正極１５にも適用可能である。
図１０Ａに示されているように、正極集電体１５ａが正極活物質層１５ｂの一方の板面にのみ設けられている場合、充放電時の正極１５での電池反応においてリチウムイオンの移動方向と電子の移動方向とが反対方向になることで、正極活物質層１５ｂ内にて電位勾配が生じる。かかる電位勾配が大きくなると、リチウムイオンが拡散しにくくなる。
これに対し、図１０Ｂに示されているように、自立膜状の正極活物質層１５ｂにおける、電解質１３に接する側の表面に、リチウムイオンの出入りを阻害しないような正極集電体１５ａ２を設けることで、上述のような電位勾配の形成が抑制される。これにより、電池性能が向上する。
本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜は、層状岩塩構造を有する限り、コバルト酸リチウムに限定されない。例えば、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜は、コバルトの他にニッケルやマンガン等を含有した固溶体からなるものであってもよい。具体的には、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル・マンガン酸リチウム、ニッケル・コバルト酸リチウム、コバルト・ニッケル・マンガン酸リチウム、コバルト・マンガン酸リチウム等が挙げられる。これらの材料に、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｂａ，Ｂｉなどの元素が１種以上含まれていてもよい。
Ｃｏの酸化物は、９２０℃以上では、室温におけるＣｏ３Ｏ４で表されるスピネル構造からＣｏＯの岩塩構造に相変態する。一方、ＭｎおよびＮｉは、広い温度範囲で、それぞれＭｎ３Ｏ４のスピネル構造、ＮｉＯの岩塩構造をとる。
このため、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎのうちの少なくとも２つを含む固容体においても、組成、温度、雰囲気、圧力などを制御することで、Ｃｏと同様に、低温でのスピネル構造から高温にて岩塩構造をとるような相変態を起こさせることができる。
この場合、（ｈ００）配向した多数の板状のＭ３Ｏ４（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎら選ばれる１種以上を含む）粒子からなる、独立した膜状のシートを形成し、かかるシートあるいはその解砕物に対してリチウムを導入することで、（１０４）や（１０１）等のリチウムイオン出入面が板面と平行となるように配向した正極活物質用ＬｉＭＯ２シートあるいは板状粒子を得ることができる。
すなわち、例えば、Ｃｏを含まない、Ｎｉ−Ｍｎ複合酸化物についても、Ｃｏ酸化物と同様に、高温で岩塩構造、低温でスピネル構造をとることから、配向シートが上述と同様に作製されうる。そして、かかるシートあるいはその解砕物にリチウムを導入することで、Ｌｉ（Ｎｉ，Ｍｎ）Ｏ２で示され、良好な配向状態の正極活物質が作製され得る。
あるいは、岩塩構造である、（ｈ００）配向した多数の板状のＭＯ（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎら選ばれる１種以上を含む）粒子からなる、独立した膜状のシートを形成し、かかるシートあるいはその解砕物に対してリチウムを導入することで、（１０４）や（１０１）等のリチウムイオン出入面が板面と平行となるように配向した、正極活物質用ＬｉＭＯ２シートあるいは板状粒子を得ることもできる。
あるいは、ＬｉＭＯ２（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎら選ばれる１種以上を含む）の粒子からなる膜状のシートを焼成する際、組成、温度、雰囲気、圧力、添加剤などを制御することで、（１０４）や（１０１）等のリチウムイオン出入面が板面と平行となるように配向した正極活物質用ＬｉＭＯ２シートあるいは板状粒子を直接的に得ることができる。
なお、ＬｉＦｅＰＯ４に代表される、オリビン構造の正極活物質においては、リチウムイオンの伝導方向がｂ軸方向（［０１０］方向）であるとされている。よって、ａｃ面（例えば（０１０）面）が板面と平行となるように配向した板状粒子あるいは膜とすることで、良好な性能を有する正極活物質を得ることができる。
＜他の組成例１：コバルト−ニッケル系＞
ＮｉＯ粉末と、Ｃｏ３Ｏ４粉末と、Ａｌ２Ｏ３粉末と、を含有する、２０μｍ以下の厚さのグリーンシートを形成し、このグリーンシートを１０００℃ないし１４００℃の範囲内の温度で、大気雰囲気で所定時間焼成することで、（ｈ００）配向した多数の板状の（Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ）Ｏ粒子からなる、独立した膜状のシートが形成される。ここで、助剤としてＭｎＯ２、ＺｎＯ等を添加することにより、粒成長が促進され、結果として板状結晶粒子の（ｈ００）配向性を高めることができる。
上述の工程によって得られた、（ｈ００）配向した（Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ）Ｏセラミックスシートと、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）とを混合して、所定時間加熱することで、（Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ）Ｏ粒子にリチウムが導入される。これにより、（１０４）配向した正極活物質用Ｌｉ（Ｎｉ０．７５Ｃｏ０．２Ａｌ０．０５）Ｏ２板状シートが得られる。
なお、上述の例においては、コバルト−ニッケル系におけるニッケルの一部がアルミニウムに置換されていたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明がＬｉ（Ｎｉ，Ｃｏ）Ｏ２に対しても好適に適用されることは、いうまでもない。
＜他の組成例２：コバルト−ニッケル−マンガン三元系＞
Ｌｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２粉末を用いて１００μｍ以下の厚さのグリーンシートを形成し、このグリーンシートを９００℃ないし１２００℃の範囲内の温度で所定時間焼成することで、（１０１）あるいは（１０４）が粒子板面と平行となるように配向した粒子からなる、独立した膜状のシートが形成される。
本プロセスで配向した粒子が得られる理由の詳細については明らかではないが、以下に推定する理由を説明する。このシート焼成の際に、結晶の歪エネルギーの最も低い結晶面をグリーンシートの面内に持つ粒子のみが選択的に面内方向へ扁平状（板状）に粒成長することで、アスペクト比が大きく、特定の結晶面（ここでは（１０１）、（１０４）面）が板面と平行となるように配向したＬｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２からなる板状結晶粒子が得られると考えられる。
なお、ここでいう、歪エネルギーとは、粒成長時の内部応力や、欠陥等による応力をいう。層状化合物は、一般に歪エネルギーが大きいことが知られている。
特定の方位の粒子の選択な粒成長（優先配向）には、歪エネルギーと表面エネルギーの両方が寄与する。表面エネルギー的には（００３）面が最も安定であり、歪エネルギー的には（１０１）並びに（１０４）面が安定面である。
膜厚が０．１μｍ以下では、シート体積に対する表面の割合が大きいため、表面エネルギー支配的な選択成長が起こり、（００３）面に配向した粒子が得られる。一方、膜厚が０．１μｍ以上では、シート体積に占める表面の割合が低下するため、歪エネルギーが支配的になり、（１０１）並びに（１０４）面に配向した粒子が得られる。但し、膜厚が１００μｍ以上のシートでは、緻密化が困難になり、粒成長時の内部応力が溜まらないため、選択的な配向は確認されない。
本材料においては、粒成長が大きく促進される１０００℃以上の温度域では、リチウムの揮発が生じたり、構造的に不安定になることによる分解が生じたりする。よって、例えば、揮発するリチウムを補償するために原料中のリチウム量を過剰にすることや、雰囲気制御（例えば炭酸リチウム等のリチウム化合物を載置した密閉容器内での焼成等）による分解抑制や、Ｂｉ２Ｏ３や低融点ガラスなどの助剤添加による低温焼成、等が重要である。
上述のシート形成工程によって得られた膜状のシートは、粒界部にて解砕しやすい状態となっている。そこで、上述のシート形成工程によって得られた膜状のシートを、所定の開口径のメッシュ上に載置して、その上からヘラで押しつけることで、上述のシートが多数のＬｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２粒子に解砕される。
あるいは、Ｌｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２からなる板状結晶粒子は、以下の製造方法によっても得られる。
ＮｉＯ粉末と、ＭｎＣＯ３粉末と、Ｃｏ３Ｏ４粉末と、を含有する、２０μｍ以下の厚さのグリーンシートを形成し、このグリーンシートを９００℃ないし１３００℃の範囲内の温度で、Ａｒ雰囲気で所定時間焼成することで、（ｈ００）配向した多数の板状の（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４粒子からなる、独立した膜状のシートが形成される。なお、この焼成の際に、スピネル構造の（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４は、還元されることで、岩塩構造の（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏに相変態する。
このとき、表面エネルギーの最も低い結晶面をグリーンシートの面内に持つ粒子のみが選択的に面内方向へ扁平状（板状）に粒成長する。その結果、シート焼成により、アスペクト比が大きく、特定の結晶面（ここでは（ｈ００）面）が粒子板面と平行となるように配向した（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏからなる板状結晶粒子が得られる。
さらに、温度が下がる過程で、炉内の雰囲気を酸素雰囲気に置換すると、（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏから（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４に酸化される。その際に、（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏの配向方位が引き継がれることで、特定の結晶面（ここでは（ｈ００）面）が粒子板面方向に配向した（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４板状結晶粒子が得られる。
かかる（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏから（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４への酸化の際に、配向度が低下しやすい。これは、（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏと（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４の結晶構造が大きく異なること、並びに、Ｎｉ−Ｏ，Ｍｎ−Ｏ，及びＣｏ−Ｏの原子間距離が大きく異なることから、酸化（すなわち酸素原子が挿入される）時に結晶構造が乱れやすいためである。
したがって、配向度をなるべく低下しないように適宜条件を選択することが好ましい。例えば、降温速度を小さくすることや、所定の温度で保持することや、酸素分圧を小さくすることが好ましい。
上述のシート形成工程によって得られた膜状のシートは、粒界部にて解砕しやすい状態となっている。そこで、上述のシート形成工程によって得られた膜状のシートを、所定の開口径のメッシュ上に載置して、その上からヘラで押しつけることで、上述のシートが多数の（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４粒子に解砕される。
上述の解砕工程によって得られた、（ｈ００）配向した（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４粒子と、Ｌｉ２ＣＯ３とを混合して、所定時間加熱することで、（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４粒子にリチウムが導入される。これにより、（１０４）配向したＬｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２粒子である正極活物質用板状粒子１５ｂ２が得られる。
Ｌｉ／Ｃｏは、１．０に限定されないが、０．９〜１．２の範囲内にあることが好ましく、１．０〜１．１の範囲内にあることがより好ましい。これにより、良好な充放電容量が実現される。
例えば、上述の実施例１や実施例２において、Ｌｉ２ＣＯ３粉末を添加する際にＬｉ／Ｃｏが１．０より大（例えば１．２）となるようにしたり、あるいは、上述のコバルト−ニッケル系組成例において、（Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ）ＯセラミックスシートとＬｉＮＯ３粉末とを混合する際に、ｍｏｌ比率Ｌｉ／（ＮｉＣｏＡｌ）を大きく（例えば２．０）したりすることで、リチウム過剰な組成の正極活物質の板状粒子又は膜が得られる。
なお、リチウム過剰な組成の正極活物質の板状粒子又は膜におけるＬｉ／Ｃｏの値は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析装置（株式会社堀場製作所製 製品名ＵＬＴＩＭＡ２）を用いた成分分析によって確認可能である。
具体的には、例えば、Ｃｏ３Ｏ４セラミックスシートにＬｉＮＯ３粉末（関東化学株式会社製）をＬｉ／Ｃｏ＝１．２となるようにふりかけたこと以外は、上述の実施例１と同様の方法により、粉末状のＬｉＣｏＯ２を作製した。得られた粉末状のＬｉＣｏＯ２について、洗浄処理により、余分なリチウム化合物を除去した。その後、上述のＩＣＰ発光分光分析装置により成分分析したところ、Ｌｉ／Ｃｏ＝１．１であった。また、ＸＲＤ測定（配向性評価）を行ったところ、Ｘ線回折強度比率［００３］／［１０４］＝０．３であった。さらに、このようにして得られた粉末状のＬｉＣｏＯ２板状粒子において、配向が異なる複数（４つ）の層状領域（ドメイン）が厚さ方向に積層されていて、各層状領域は単一の結晶軸を有する結晶子が緻密に結合した組織に形成されていることが、透過電子顕微鏡観察によって確認された。なお、上述の実施例１で作製した粉末状のＬｉＣｏＯ２を、同様に成分分析したところ、Ｌｉ／Ｃｏ＝１．０であった。
本発明は、上述の実施形態にて具体的に開示された製造方法に何ら限定されない。
例えば、グリーンシートの焼成温度は、９００℃ないし１３００℃の範囲内の温度であればよい。また、シート形成工程における添加物も、Ｂｉ２Ｏ３に限定されない。
さらに、上述の具体例におけるＣｏ３Ｏ４原料粒子に代えて、ＣｏＯ原料粒子を用いることが可能である。この場合、スラリーを焼成することで、９００℃以上の温度域において（ｈ００）配向した岩塩構造のＣｏＯシートが得られ、これを例えば８００℃程度あるいはそれ以下で酸化することで、ＣｏＯにおける、Ｃｏ原子とＯ原子の配列状態を部分的に継承した、（ｈ００）配向したスピネル構造のＣｏ３Ｏ４粒子からなるシートが得られる。
リチウム導入工程において、（ｈ００）配向したＣｏ３Ｏ４粒子とＬｉ２ＣＯ３とを単に混合して所定時間加熱する代わりに、これらを塩化ナトリウム（融点８００℃）や塩化カリウム（融点７７０℃）などのフラックス中で混合及び加熱してもよい。
その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。
また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した先行出願や各公報の内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして適宜援用され得る。
まず、比較例の粒子を、以下のようにして調製した。
最初に、以下の方法によって、スラリーを調製した：ＬｉＣｏＯ２粉末（日本化学工業株式会社製 セルシードＣ−５：平均粒径５μｍ）をポットミルで粉砕し、平均粒径０．５μｍとした。この粉砕粉１００重量部と、分散媒（トルエン：イソプロパノール＝１：１）１００重量部と、バインダー（ポリビニルブチラール：品番ＢＭ−２、積水化学工業株式会社製）１０重量部と、可塑剤（ＤＯＰ：Ｄｉ（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌ）ｐｈｔｈａｌａｔｅ、黒金化成株式会社製）４重量部と、分散剤（製品名レオドールＳＰ−Ｏ３０、花王株式会社製）２重量部と、を混合した。この混合物を、減圧下で撹拌することで脱泡するとともに、３０００〜４０００ｃＰの粘度に調製した。なお、粘度は、ブルックフィールド社製ＬＶＴ型粘度計で測定した。
上記のようにして調製されたスラリーを、ドクターブレード法によって、ＰＥＴフィルムの上に、乾燥後の厚さが１６μｍとなるように、シート状に成形した。
ＰＥＴフィルムから剥がしたシート状の成形体を、カッターで３０ｍｍ角に切り出し、突起の大きさが３００μｍのエンボス加工を施したジルコニア製セッター（寸法９０ｍｍ角、高さ１ｍｍ）の中央に載置し、９００℃で１０時間焼成後、セッターに溶着していない部分を取り出した。
焼成によって得られたＬｉＣｏＯ２セラミックスシートを、平均開口径１００μｍのポリエステル製のふるい（メッシュ）に載せ、ヘラで軽く押し付けながらメッシュを通過させて解砕することで、粉末状のＬｉＣｏＯ２（比較例：粒子厚さ１０μｍ）が得られた。
［実施例１］
＜＜製造方法＞＞
まず、以下の方法によって、スラリーを調製した：Ｃｏ３Ｏ４粉末（粒径１−５μｍ、正同化学工業株式会社製）を粉砕して作製したＣｏ３Ｏ４原料粒子（粒径０．３μｍ）に２０ｗｔ％の割合でＢｉ２Ｏ３（粒径０．３μｍ、太陽鉱工株式会社製）を添加したもの１００重量部と、上述と同様の分散媒１００重量部、バインダー１０重量部、可塑剤４重量部、及び分散剤２重量部と、を混合した。この混合物を、減圧下で撹拌することで脱泡するとともに、４０００ｃＰの粘度に調製した。
上記のようにして調製されたスラリーを、ドクターブレード法によって、ＰＥＴフィルムの上に、乾燥後の厚さが１０μｍとなるように、シート状に成形した。
ＰＥＴフィルムから剥がしたシート状の成形体を、カッターで７０ｍｍ角に切り出し、突起の大きさが３００μｍのエンボス加工を施したジルコニア製セッター（寸法９０ｍｍ角、高さ１ｍｍ）の中央に載置し、１２００℃で５時間焼成後、降温速度５０℃／ｈにて降温し、セッターに溶着していない部分を取り出した。
このようにして得られたＣｏ３Ｏ４セラミックスシートに、Ｌｉ２ＣＯ３粉末（関東化学株式会社製）を、Ｌｉ／Ｃｏ＝１．０となるようにふりかけ、坩堝中にて７５０℃、３時間加熱処理することで、厚さ１０μｍのＬｉＣｏＯ２セラミックスシート（自立膜：正極活物質層２２あるいは３２に相当する）が得られた。
得られたＬｉＣｏＯ２セラミックスシートを、平均開口径１００μｍのポリエステル製のふるい（メッシュ）に載せ、ヘラで軽く押し付けながらメッシュを通過させて解砕することで、粉末状のＬｉＣｏＯ２（正極活物質用板状粒子１５ｂ２に相当する）が得られた。
［実施例２］
＜＜製造方法＞＞
上述の実施例１と同様の原料及び方法によって、５００〜７００ｃＰの粘度のスラリーを調製し、このスラリーを、ドクターブレード法によって、ＰＥＴフィルムの上に、乾燥後の厚さが２μｍとなるように、シート状に成形した。
ＰＥＴフィルムから剥がしたシート状の成形体を、カッターで７０ｍｍ角に切り出し、突起の大きさが３００μｍのエンボス加工を施したジルコニア製セッター（寸法９０ｍｍ角、高さ１ｍｍ）の中央に載置し、１１５０℃で５ｈ焼成後、降温速度５０℃／ｈにて降温し、セッターに溶着していない部分を取り出した。
焼成後のセラミックスシートを、開口径１００μｍのふるい（メッシュ）に載せ、ヘラで軽く押し付けながらメッシュを通過させることで、解砕した。セラミックスシートを解砕することで得られたＣｏ３Ｏ４粉末と、Ｌｉ２ＣＯ３粉末（関東化学株式会社製）とを、Ｌｉ／Ｃｏ＝１．０となるように混合し、坩堝中にて７５０℃で３時間加熱処理することで、粉末状のＬｉＣｏＯ２を得た。
すなわち、実施例２においては、Ｃｏ３Ｏ４シートにリチウム導入を行った実施例１とは異なり、リチウム導入前にＣｏ３Ｏ４シートを解砕して粉末状とした後にこの粉末状のＣｏ３Ｏ４に対してリチウム導入を行っている。
［実施例３］
上述の実施例１の粒子を、大気中で熱処理（９００℃，２４時間）したものである。
＜＜評価結果＞＞
実施例１のＬｉＣｏＯ２粒子を電子顕微鏡によって観察した結果の写真が、図６Ａである。なお、透過電子顕微鏡観察は、以下の方法によって行った：ＦＩＢ（収束イオンビーム）マイクロサンプリングにより、実験例１の板状粒子の板面方向を８０ｎｍまで薄片化し、粒子断面の内部構造を観察した。実施例２のＬｉＣｏＯ２粒子を電子顕微鏡によって観察した結果の写真が、図５Ａ及び図５Ｂである。
また、比較例及び各実施例の粒子に対して、Ｘ線回折（ＸＲＤ）による配向性評価を行った。ＸＲＤ測定方法は、以下の通りである。
エタノール２ｇにＬｉＣｏＯ２粒子０．１ｇを加えたものを、超音波分散機（超音波洗浄機）で３０分間分散させ、これを２５ｍｍ×５０ｍｍのガラス基板に２０００ｒｐｍでスピンコートし、粒子同士ができるだけ重ならないように、且つ結晶面とガラス基板面とが平行となる状態に配置した。ＸＲＤ装置（株式会社リガク製 ガイガーフレックスＲＡＤ−ＩＢ）を用い、粒子の表面に対してＸ線を照射したときのＸＲＤプロファイルを測定し、（１０４）面による回折強度（ピーク高さ）に対する（００３）面による回折強度（ピーク高さ）の比率［００３］／［１０４］を求めた。なお、上記方法においては、板状粒子の板面がガラス基板面と面接触し、粒子板面とガラス基板面とが平行になる。このため、上記方法によれば、粒子板面の結晶面に平行に存在する結晶面、すなわち、粒子の板面方向に配向する結晶面による回折プロファイルが得られる。
さらに、電池特性（容量維持率）の評価を、以下のようにして行った。
ＬｉＣｏＯ２粒子、アセチレンブラック、及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を、質量比で７５：２０：５となるように混合して正極材料を調製した。調製した正極材料０．０２ｇを３００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で直径２０ｍｍの円板状にプレス成形することで、正極を作製した。
作製した正極、リチウム金属板からなる負極、ステンレス集電板、及びセパレータを、集電板−正極−セパレータ−負極−集電板の順に配置し、この集積体を電解液で満たすことでコインセルを作製した。電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）及びジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を等体積比で混合した有機溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解することで調製した。
上述のようにして作製した電池（コインセル）を用いて、電池容量（放電容量）及び容量維持率の評価を行った。
０．１Ｃレートの電流値で電池電圧が４．２Ｖとなるまで定電流充電し、その後電池電圧を４．２Ｖに維持する電流条件で、その電流値が１／２０に低下するまで定電圧充電した後１０分間休止し、続いて１Ｃレートの電流値で電池電圧が３．０Ｖになるまで定電流放電した後１０分間休止する、という充放電操作を１サイクルとし、２５℃の条件下で合計３サイクル繰り返し、３サイクル目の放電容量を測定した。
作製した電池について、試験温度を２５℃として、（１）１Ｃレートの定電流−定電圧で４．２Ｖまでの充電、及び（２）１Ｃレートの定電流で３．０Ｖまでの放電、を繰り返すサイクル充放電を行った。１００回のサイクル充放電終了後の電池の放電容量を初回の電池の放電容量で除した値を、容量維持率（％）とした。
各実施例及び比較例の評価結果が、下記表１にまとめて示されている。
また、実施例のＬｉＣｏＯ２粒子においては、板面（図４Ａにおける板面ＡやＢ）に、平面視にて１〜数μｍで且つ０．１ないし２μｍの段差の微視的なステップ構造が、平面視にて複数方向（具体的には図５Ａにおける上下方向に対して１０度程度傾斜した方向及びこれと直交する方向の２方向）に多数形成されている。これに対し、従来（市販）のＬｉＣｏＯ２粒子においては、このような微視的なステップ構造は見られない（図８参照）。
かかる構造の相違は、走査電子顕微鏡による観察結果にも現れている。すなわち、実施例１のＬｉＣｏＯ２粒子においては、表面（上述の微視的なステップ構造内）に細いスジ状の模様が現れている様子が確認できる。これに対し、従来（比較例）のＬｉＣｏＯ２粒子においては、平滑な（００３）面が露出している様子が確認できる。
さらに、実施例１のＬｉＣｏＯ２粒子においては、上述したように、配向が異なる複数（４つ）の層状領域（ドメイン）が厚さ方向に積層されていて、各層状領域は単一の結晶軸を有する結晶子が緻密に結合した組織に形成されていることが確認された（図６Ａ及び図６Ｂ参照）。
同様に、実施例２のＬｉＣｏＯ２粒子においても、結晶子が凝集したドメインが、厚さ方向に２つ積層した構造であることが確認された。実施例３のＬｉＣｏＯ２粒子においては、ドメイン４層からなる積層構造は確認されたが、ドメイン内の粒界は確認されなかった。一方、比較例のサンプルを評価したところ、１層構造であり、粒界も確認されなかった。
これら実施例の粒子は、きわめて緻密な構造を有している。走査電子顕微鏡観察の画像処理結果から気孔率を測定したところ、１０％以下となった。そして、実施例のＬｉＣｏＯ２粒子においては、電池容量特性（容量維持率）が、極めて良好となった。これは、以下の理由によるものと考えられる。
すなわち、粒子板面の特性（配向性）により、リチウムイオン出入面（（１０４）面等）がより多く電解質に露出することで、容量が向上する。特に、上述のステップ構造により、容量向上効果がより大きくなる。
活物質の膜あるいは粒子には、電子導電助剤として添加されるアセチレンブラックが付着している。アセチレンブラックは、直径数十〜１００ｎｍ程度の球状ナノ粒子である一次粒子が凝集してブドウの房状に連なった構造となることが多い。このアセチレンブラック凝集体が、活物質の膜あるいは粒子の表面を覆うと、電解液との実質的な接触面積が小さくなってしまう。
この点、本実施形態のように、活物質の膜あるいは粒子の表面にステップ構造が形成されることで、アセチレンブラック凝集体がステップの稜線に接するように付着し、ステップの谷部が電解液との接点となる（液だまりが形成される）。このため、活物質の膜あるいは粒子の表面と電解液との実質的な接触面積が、大きく保たれる。
また、ステップ構造がランダム且つ二次元的に多数形成されることで、活物質の膜あるいは粒子の表面と電解液との実質的な接触面積が、より大きく確保され得る（これに対し、特開２００３−１３２８８７号公報の図６に示されているようにステップ構造が一次元的であると、ステップの長手方向に沿ってアセチレンブラック凝集体が緻密に配列されることとなり、電解液との実質的な接触面積が小さくなってしまう。）。
さらに、上述のようなドメイン積層構造により、充放電サイクルに伴う体積膨張及び収縮の際に発生する内部応力がドメイン境界によって緩和される。これにより、耐久性やサイクル特性が向上する。
ところで、通常の（図４Ｂや図４Ｃに示されているような）ＬｉＣｏＯ２粒子においては、粒子径を小さくすると、比表面積が大きくなるためにレート特性が高くなる一方、粒子強度が低くなるために耐久性が低下し、結着材の割合が多くなるために容量も小さくなる。このように、通常の（従来の）ＬｉＣｏＯ２粒子においては、レート特性と、耐久性及び容量とが、トレードオフの関係になっていた。
これに対し、本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２においては、粒子径を大きくして耐久性及び容量を向上させた場合、リチウムイオンが放出されやすい面の総面積も大きくなり、高レート特性が得られる。したがって、本実施形態によれば、容量、耐久性、及びレート特性が、従来よりも向上され得る。
特に、携帯電話やノートＰＣに搭載される、モバイル機器向けのリチウムイオン二次電池においては、長時間の使用に対応した、高容量な電池が求められる。高容量化には活物質粉末の充填率向上が有効であり、充填性のよい粒径１０μｍ以上の大粒子を用いることが好ましい。
この点、従来技術では、粒子径を１０μｍ以上に大きくしようとすると、結晶構造上、リチウムイオンおよび電子が出入りできない面（００３）が表面に広く露出した板状粒子となってしまい（図２Ｃ参照）、出力特性に悪影響を及ぼすことがあった。
これに対し、本実施形態の正極活物質用板状粒子１５ｂ２では、リチウムイオンおよび電子の伝導面が表面に広く露出している。このため、本実施形態によれば、出力特性に悪影響を及ぼすことなくＬｉＣｏＯ２板状粒子を大粒子化することができる。したがって、本実施形態によれば、従来よりも高充填された、高容量な正極材シートを提供することができる。
なお、正極活物質用板状粒子１５ｂ２、正極活物質層２２、及び正極活物質層３２の厚さは、２〜１００μｍ、より好ましくは５〜５０μｍ、さらに好ましくは５〜２０μｍが望ましい。１００μｍより厚いと、レート特性が低下する点や、シート成形性の点から、好ましくない。また、正極活物質用板状粒子１５ｂ２の厚さは、２μｍ以上が望ましい。２μｍより薄いと、充填率を上げる効果が小さくなる点で、好ましくない。
正極活物質用板状粒子１５ｂ２のアスペクト比は、４〜２０が望ましい。４より小さいと、配向によるリチウムイオン出入面の拡大効果が小さくなる。２０より大きいと、正極活物質用板状粒子１５ｂ２の板面が正極活物質層１５ｂの面内方向と平行になるように正極活物質用板状粒子１５ｂ２が充填された場合、正極活物質層１５ｂの厚み方向へのリチウムイオンの拡散経路が長くなることで、レート特性が低下するので、好ましくない。
上述の構成を有する全固体型のリチウム二次電池２０においては、リチウムイオンの出入りが行えない（００３）面の、固体電解質層２３に対する露出（接触）割合が、極めて低くなる。すなわち、特開２００３−１３２８８７号公報に開示されているような従来の構成とは異なり、このリチウム二次電池２０においては、固体電解質層２３と対向（接触）する正極活物質層２２の表面（板面）のほとんど全部が、リチウムイオン出入面（例えば（１０４）面）となる。
したがって、本実施形態によれば、全固体型のリチウム二次電池２０における、よりいっそうの高容量化及び高レート特性が達成される。
なお、かかる構成のリチウム二次電池２０における正極活物質層２２の形成時には、上述の実施形態における解砕工程は行われない。すなわち、グリーンシートの焼成によって得られたＣｏ３Ｏ４セラミックスシートを解砕することなく、これにリチウム導入が行われる。
ポリマー型のリチウム二次電池３０においては、液漏れの恐れがある液体型に比べ、薄い電池構成が可能という特徴がある。本実施形態による膜状の正極活物質層３２によれば、リチウムイオン出入面を膜表面（板面）の全面に確保した状態で、実質的に充填率１００％が達成される。すなわち、従来よりも、正極部分を非常に薄くすることができ、さらにはより薄い電池が得られる。
＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態や具体例は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の具現化の一例を単に示したものにすぎないのであって、本発明はもとより上述の実施形態や具体例によって何ら限定されるべきものではない。よって、上述の実施形態や具体例に対して、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、種々の変形が施され得ることは、当然である。
以下、変形例について幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態における各構成要素と同様の構成・機能を有する構成要素については、本変形例においても同一の名称及び同一の符号が付されているものとする。そして、当該構成要素の説明については、上述の実施形態における説明が、矛盾しない範囲で適宜援用され得るものとする。
もっとも、変形例とて、下記のものに限定されるものではないことは、いうまでもない。本発明を、上述の実施形態や下記変形例の記載に基づいて限定解釈することは、（特に先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
また、上述の実施形態の構成、及び下記の各変形例に記載された構成の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲において、適宜複合して適用され得ることも、いうまでもない。
本発明は、上述の実施形態にて具体的に開示された構成に何ら限定されない。
例えば、図１Ｂに示されている正極活物質層１５ｂは、図２に示されている正極活物質層２２や、図３に示されている正極活物質層３２のような、膜状のＬｉＣｏＯ２セラミックスシート（正極活物質膜）であってもよい。また、図２に示されている正極活物質層２２や、図３に示されている正極活物質層３２は、複数に分割されていてもよい。すなわち、薄板状のＬｉＣｏＯ２セラミックスシートを二次元的に配列することによっても、図２に示されている正極活物質層２２や、図３に示されている正極活物質層３２が構成され得る。
電解質としては、無機固体、有機ポリマー、あるいは有機ポリマーに電解液を染み込ませたゲル状のものが用いられ得る。
また、上述の例では、正極活物質層２２は、全固体型電池に適用されていた。もっとも、本発明は液体型電池においても適用可能である。通常、液体型電池における正極材は、活物質の充填率は６０％程度である。これに対し、本発明の活物質膜によれば、リチウムイオン出入面を膜表面全面に確保した状態で、実質的に充填率１００％が達成される。すなわち、レート特性の犠牲を最小限に抑えつつ、きわめて高い容量が得られる。
なお、正極活物質層２２と正極集電体２１との界面においては、両者は、ただ接しているだけでもよいし、アセチレンブラック等の導電性結着材からなる薄い層によって接着されていてもよい。後者の場合、正極集電体２１が曲がることで、正極活物質層２２にはクラックが入ることがあり得る。もっとも、クラックは、電子及びイオンの伝導方向と平行になる。このため、クラックが発生しても、特性上、なんら問題は生じない。
正極活物質層１５ｂ内にて、複数の大きさ・形状の正極活物質用粒子が適宜配合されてもよい。また、図９に示されているように、本発明の正極活物質用板状粒子１５ｂ２と、従来の等軸形状の粒子１５ｂ３とが、適当な混合比で配合されてもよい。等軸形状の従来の粒子１５ｂ３と、その粒径と同程度の厚みを有する本発明の正極活物質用板状粒子１５ｂ２とを、適当な混合比で混合することで、効率よく粒子が配列することができ、充填率が高められる。
上述したように、正極活物質層１５ｂが自立膜状のセラミックスシート（正極活物質膜）である場合、正極集電体１５ａは、図１０Ａに示されているように、正極活物質層１５ｂの両板面のうちの一方にのみ設けられていてもよいし、図１０Ｂに示されているように、正極活物質層１５ｂの両板面に設けられていてもよい。
図１０Ｂに示されているように、正極集電体１５ａが正極活物質層１５ｂの両板面に設けられている場合、一方の正極集電体１５ａ１は自立膜状の正極活物質層１５ｂを支持するために他方の正極集電体１５ａ２よりも厚く形成されていてもよい。また、この場合、当該他方の正極集電体１５ａ２は、自立膜状の正極活物質層１５ｂにおけるリチウムイオンの出入りを阻害しないような構造（メッシュ状や多孔質状等）に形成されている。なお、この正極集電体１５ａ２は、図１Ｂに示されている正極１５にも適用可能である。
図１０Ａに示されているように、正極集電体１５ａが正極活物質層１５ｂの一方の板面にのみ設けられている場合、充放電時の正極１５での電池反応においてリチウムイオンの移動方向と電子の移動方向とが反対方向になることで、正極活物質層１５ｂ内にて電位勾配が生じる。かかる電位勾配が大きくなると、リチウムイオンが拡散しにくくなる。
これに対し、図１０Ｂに示されているように、自立膜状の正極活物質層１５ｂにおける、電解質１３に接する側の表面に、リチウムイオンの出入りを阻害しないような正極集電体１５ａ２を設けることで、上述のような電位勾配の形成が抑制される。これにより、電池性能が向上する。
本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜は、層状岩塩構造を有する限り、コバルト酸リチウムに限定されない。例えば、本発明の正極活物質用板状粒子及び正極活物質膜は、コバルトの他にニッケルやマンガン等を含有した固溶体からなるものであってもよい。具体的には、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル・マンガン酸リチウム、ニッケル・コバルト酸リチウム、コバルト・ニッケル・マンガン酸リチウム、コバルト・マンガン酸リチウム等が挙げられる。これらの材料に、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｂａ，Ｂｉなどの元素が１種以上含まれていてもよい。
Ｃｏの酸化物は、９２０℃以上では、室温におけるＣｏ３Ｏ４で表されるスピネル構造からＣｏＯの岩塩構造に相変態する。一方、ＭｎおよびＮｉは、広い温度範囲で、それぞれＭｎ３Ｏ４のスピネル構造、ＮｉＯの岩塩構造をとる。
このため、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎのうちの少なくとも２つを含む固容体においても、組成、温度、雰囲気、圧力などを制御することで、Ｃｏと同様に、低温でのスピネル構造から高温にて岩塩構造をとるような相変態を起こさせることができる。
この場合、（ｈ００）配向した多数の板状のＭ３Ｏ４（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎら選ばれる１種以上を含む）粒子からなる、独立した膜状のシートを形成し、かかるシートあるいはその解砕物に対してリチウムを導入することで、（１０４）や（１０１）等のリチウムイオン出入面が板面と平行となるように配向した正極活物質用ＬｉＭＯ２シートあるいは板状粒子を得ることができる。
すなわち、例えば、Ｃｏを含まない、Ｎｉ−Ｍｎ複合酸化物についても、Ｃｏ酸化物と同様に、高温で岩塩構造、低温でスピネル構造をとることから、配向シートが上述と同様に作製されうる。そして、かかるシートあるいはその解砕物にリチウムを導入することで、Ｌｉ（Ｎｉ，Ｍｎ）Ｏ２で示され、良好な配向状態の正極活物質が作製され得る。
あるいは、岩塩構造である、（ｈ００）配向した多数の板状のＭＯ（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎら選ばれる１種以上を含む）粒子からなる、独立した膜状のシートを形成し、かかるシートあるいはその解砕物に対してリチウムを導入することで、（１０４）や（１０１）等のリチウムイオン出入面が板面と平行となるように配向した、正極活物質用ＬｉＭＯ２シートあるいは板状粒子を得ることもできる。
あるいは、ＬｉＭＯ２（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎら選ばれる１種以上を含む）の粒子からなる膜状のシートを焼成する際、組成、温度、雰囲気、圧力、添加剤などを制御することで、（１０４）や（１０１）等のリチウムイオン出入面が板面と平行となるように配向した正極活物質用ＬｉＭＯ２シートあるいは板状粒子を直接的に得ることができる。
なお、ＬｉＦｅＰＯ４に代表される、オリビン構造の正極活物質においては、リチウムイオンの伝導方向がｂ軸方向（［０１０］方向）であるとされている。よって、ａｃ面（例えば（０１０）面）が板面と平行となるように配向した板状粒子あるいは膜とすることで、良好な性能を有する正極活物質を得ることができる。
＜他の組成例１：コバルト−ニッケル系＞
ＮｉＯ粉末と、Ｃｏ３Ｏ４粉末と、Ａｌ２Ｏ３粉末と、を含有する、２０μｍ以下の厚さのグリーンシートを形成し、このグリーンシートを１０００℃ないし１４００℃の範囲内の温度で、大気雰囲気で所定時間焼成することで、（ｈ００）配向した多数の板状の（Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ）Ｏ粒子からなる、独立した膜状のシートが形成される。ここで、助剤としてＭｎＯ２、ＺｎＯ等を添加することにより、粒成長が促進され、結果として板状結晶粒子の（ｈ００）配向性を高めることができる。
上述の工程によって得られた、（ｈ００）配向した（Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ）Ｏセラミックスシートと、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）とを混合して、所定時間加熱することで、（Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ）Ｏ粒子にリチウムが導入される。これにより、（１０４）配向した正極活物質用Ｌｉ（Ｎｉ０．７５Ｃｏ０．２Ａｌ０．０５）Ｏ２板状シートが得られる。
なお、上述の例においては、コバルト−ニッケル系におけるニッケルの一部がアルミニウムに置換されていたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明がＬｉ（Ｎｉ，Ｃｏ）Ｏ２に対しても好適に適用されることは、いうまでもない。
＜他の組成例２：コバルト−ニッケル−マンガン三元系＞
Ｌｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２粉末を用いて１００μｍ以下の厚さのグリーンシートを形成し、このグリーンシートを９００℃ないし１２００℃の範囲内の温度で所定時間焼成することで、（１０１）あるいは（１０４）が粒子板面と平行となるように配向した粒子からなる、独立した膜状のシートが形成される。
本プロセスで配向した粒子が得られる理由の詳細については明らかではないが、以下に推定する理由を説明する。このシート焼成の際に、結晶の歪エネルギーの最も低い結晶面をグリーンシートの面内に持つ粒子のみが選択的に面内方向へ扁平状（板状）に粒成長することで、アスペクト比が大きく、特定の結晶面（ここでは（１０１）、（１０４）面）が板面と平行となるように配向したＬｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２からなる板状結晶粒子が得られると考えられる。
なお、ここでいう、歪エネルギーとは、粒成長時の内部応力や、欠陥等による応力をいう。層状化合物は、一般に歪エネルギーが大きいことが知られている。
特定の方位の粒子の選択な粒成長（優先配向）には、歪エネルギーと表面エネルギーの両方が寄与する。表面エネルギー的には（００３）面が最も安定であり、歪エネルギー的には（１０１）並びに（１０４）面が安定面である。
膜厚が０．１μｍ以下では、シート体積に対する表面の割合が大きいため、表面エネルギー支配的な選択成長が起こり、（００３）面に配向した粒子が得られる。一方、膜厚が０．１μｍ以上では、シート体積に占める表面の割合が低下するため、歪エネルギーが支配的になり、（１０１）並びに（１０４）面に配向した粒子が得られる。但し、膜厚が１００μｍ以上のシートでは、緻密化が困難になり、粒成長時の内部応力が溜まらないため、選択的な配向は確認されない。
本材料においては、粒成長が大きく促進される１０００℃以上の温度域では、リチウムの揮発が生じたり、構造的に不安定になることによる分解が生じたりする。よって、例えば、揮発するリチウムを補償するために原料中のリチウム量を過剰にすることや、雰囲気制御（例えば炭酸リチウム等のリチウム化合物を載置した密閉容器内での焼成等）による分解抑制や、Ｂｉ２Ｏ３や低融点ガラスなどの助剤添加による低温焼成、等が重要である。
上述のシート形成工程によって得られた膜状のシートは、粒界部にて解砕しやすい状態となっている。そこで、上述のシート形成工程によって得られた膜状のシートを、所定の開口径のメッシュ上に載置して、その上からヘラで押しつけることで、上述のシートが多数のＬｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２粒子に解砕される。
あるいは、Ｌｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２からなる板状結晶粒子は、以下の製造方法によっても得られる。
ＮｉＯ粉末と、ＭｎＣＯ３粉末と、Ｃｏ３Ｏ４粉末と、を含有する、２０μｍ以下の厚さのグリーンシートを形成し、このグリーンシートを９００℃ないし１３００℃の範囲内の温度で、Ａｒ雰囲気で所定時間焼成することで、（ｈ００）配向した多数の板状の（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４粒子からなる、独立した膜状のシートが形成される。なお、この焼成の際に、スピネル構造の（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４は、還元されることで、岩塩構造の（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏに相変態する。
このとき、表面エネルギーの最も低い結晶面をグリーンシートの面内に持つ粒子のみが選択的に面内方向へ扁平状（板状）に粒成長する。その結果、シート焼成により、アスペクト比が大きく、特定の結晶面（ここでは（ｈ００）面）が粒子板面と平行となるように配向した（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏからなる板状結晶粒子が得られる。
さらに、温度が下がる過程で、炉内の雰囲気を酸素雰囲気に置換すると、（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏから（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４に酸化される。その際に、（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏの配向方位が引き継がれることで、特定の結晶面（ここでは（ｈ００）面）が粒子板面方向に配向した（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４板状結晶粒子が得られる。
かかる（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏから（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４への酸化の際に、配向度が低下しやすい。これは、（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏと（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４の結晶構造が大きく異なること、並びに、Ｎｉ−Ｏ，Ｍｎ−Ｏ，及びＣｏ−Ｏの原子間距離が大きく異なることから、酸化（すなわち酸素原子が挿入される）時に結晶構造が乱れやすいためである。
したがって、配向度をなるべく低下しないように適宜条件を選択することが好ましい。例えば、降温速度を小さくすることや、所定の温度で保持することや、酸素分圧を小さくすることが好ましい。
上述のシート形成工程によって得られた膜状のシートは、粒界部にて解砕しやすい状態となっている。そこで、上述のシート形成工程によって得られた膜状のシートを、所定の開口径のメッシュ上に載置して、その上からヘラで押しつけることで、上述のシートが多数の（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４粒子に解砕される。
上述の解砕工程によって得られた、（ｈ００）配向した（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４粒子と、Ｌｉ２ＣＯ３とを混合して、所定時間加熱することで、（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４粒子にリチウムが導入される。これにより、（１０４）配向したＬｉ（Ｎｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３）Ｏ２粒子である正極活物質用板状粒子１５ｂ２が得られる。
Ｌｉ／Ｃｏは、１．０に限定されないが、０．９〜１．２の範囲内にあることが好ましく、１．０〜１．１の範囲内にあることがより好ましい。これにより、良好な充放電容量が実現される。
例えば、上述の実施例１や実施例２において、Ｌｉ２ＣＯ３粉末を添加する際にＬｉ／Ｃｏが１．０より大（例えば１．２）となるようにしたり、あるいは、上述のコバルト−ニッケル系組成例において、（Ｎｉ，Ｃｏ，Ａｌ）ＯセラミックスシートとＬｉＮＯ３粉末とを混合する際に、ｍｏｌ比率Ｌｉ／（ＮｉＣｏＡｌ）を大きく（例えば２．０）したりすることで、リチウム過剰な組成の正極活物質の板状粒子又は膜が得られる。
なお、リチウム過剰な組成の正極活物質の板状粒子又は膜におけるＬｉ／Ｃｏの値は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析装置（株式会社堀場製作所製 製品名ＵＬＴＩＭＡ２）を用いた成分分析によって確認可能である。
具体的には、例えば、Ｃｏ３Ｏ４セラミックスシートにＬｉＮＯ３粉末（関東化学株式会社製）をＬｉ／Ｃｏ＝１．２となるようにふりかけたこと以外は、上述の実施例１と同様の方法により、粉末状のＬｉＣｏＯ２を作製した。得られた粉末状のＬｉＣｏＯ２について、洗浄処理により、余分なリチウム化合物を除去した。その後、上述のＩＣＰ発光分光分析装置により成分分析したところ、Ｌｉ／Ｃｏ＝１．１であった。また、ＸＲＤ測定（配向性評価）を行ったところ、Ｘ線回折強度比率［００３］／［１０４］＝０．３であった。さらに、このようにして得られた粉末状のＬｉＣｏＯ２板状粒子において、配向が異なる複数（４つ）の層状領域（ドメイン）が厚さ方向に積層されていて、各層状領域は単一の結晶軸を有する結晶子が緻密に結合した組織に形成されていることが、透過電子顕微鏡観察によって確認された。なお、上述の実施例１で作製した粉末状のＬｉＣｏＯ２を、同様に成分分析したところ、Ｌｉ／Ｃｏ＝１．０であった。
本発明は、上述の実施形態にて具体的に開示された製造方法に何ら限定されない。
例えば、グリーンシートの焼成温度は、９００℃ないし１３００℃の範囲内の温度であればよい。また、シート形成工程における添加物も、Ｂｉ２Ｏ３に限定されない。
さらに、上述の具体例におけるＣｏ３Ｏ４原料粒子に代えて、ＣｏＯ原料粒子を用いることが可能である。この場合、スラリーを焼成することで、９００℃以上の温度域において（ｈ００）配向した岩塩構造のＣｏＯシートが得られ、これを例えば８００℃程度あるいはそれ以下で酸化することで、ＣｏＯにおける、Ｃｏ原子とＯ原子の配列状態を部分的に継承した、（ｈ００）配向したスピネル構造のＣｏ３Ｏ４粒子からなるシートが得られる。
リチウム導入工程において、（ｈ００）配向したＣｏ３Ｏ４粒子とＬｉ２ＣＯ３とを単に混合して所定時間加熱する代わりに、これらを塩化ナトリウム（融点８００℃）や塩化カリウム（融点７７０℃）などのフラックス中で混合及び加熱してもよい。
その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。
また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した先行出願や各公報の内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして適宜援用され得る。
Claims (12)
- 層状岩塩構造を有する、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子であって、
リチウムイオンの出入面が、粒子の厚さ方向と直交する表面である板面にて露出するように、当該板面と平行に配向し、
前記厚さ方向に複数の層が積層され、
前記層は、前記厚さ方向について同一の結晶軸を有しつつ、前記厚さ方向に垂直な板面方向については異なる結晶軸を有していることを特徴とする、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子。 - 請求の範囲第１項に記載の、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子であって、
前記層において、前記厚さ方向と平行な結晶軸となる［ｈｋｌ］軸とは異なる、［ｈ’ｋ’ｌ’］軸が、複数の方向を向くことを特徴とする、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子。 - 請求の範囲第１項又は第２項に記載の、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子であって、
前記層が、前記厚さ方向について同一の結晶軸を有する結晶子が前記板面方向に緻密に結合した組織として形成されていることを特徴とする、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子。 - 請求の範囲第１項ないし第３項のうちのいずれか１項に記載の、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子であって、
（１０４）面が、前記板面にて露出するように、当該板面と平行に配向しており、
Ｘ線回折における、（１０４）面による回折強度に対する（００３）面による回折強度の比率［００３］／［１０４］が、１以下となることを特徴とする、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子。 - 請求の範囲第１項ないし第４項のうちのいずれか１項に記載の、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子であって、
気孔率が１０％以下であることを特徴とする、リチウム二次電池の正極活物質用の板状粒子。 - 層状岩塩構造を有する、リチウム二次電池の正極活物質膜であって、
リチウムイオンの出入面が、膜の厚さ方向と直交する表面である板面にて露出するように、当該板面と平行に配向し、
前記厚さ方向に複数の層が積層され、
前記層は、前記厚さ方向について同一の結晶軸を有しつつ、前記厚さ方向に垂直な板面方向については異なる結晶軸を有していることを特徴とする、リチウム二次電池の正極活物質膜。 - 請求の範囲第６項に記載の、リチウム二次電池の正極活物質膜であって、
前記層において、前記厚さ方向と平行な結晶軸となる［ｈｋｌ］軸とは異なる、［ｈ’ｋ’ｌ’］軸が、複数の方向を向くことを特徴とする、リチウム二次電池の正極活物質膜。 - 請求の範囲第６項又は第７項に記載の、リチウム二次電池の正極活物質膜であって、
前記層が、前記厚さ方向について同一の結晶軸を有する結晶子が緻密に結合した組織となっていることを特徴とする、リチウム二次電池の正極活物質膜。 - 請求の範囲第６項ないし第８項のうちのいずれか１項に記載の、リチウム二次電池の正極活物質膜であって、
（１０４）面が、前記板面にて露出するように、当該板面と平行に配向しており、
Ｘ線回折における、（１０４）面による回折強度に対する（００３）面による回折強度の比率［００３］／［１０４］が、１以下となることを特徴とする、リチウム二次電池の正極活物質膜。 - 請求の範囲第６項ないし第９項のうちのいずれか１項に記載の、リチウム二次電池の正極活物質膜であって、
気孔率が１０％以下であることを特徴とする、リチウム二次電池の正極活物質膜。 - 請求の範囲第１項ないし第５項のうちのいずれか１項に記載の板状粒子を正極活物質として含む、正極と、
炭素質材料又はリチウム吸蔵物質を負極活物質として含む、負極と、
前記正極と前記負極との間に介在するように設けられた、電解質と、
を備えたことを特徴とする、リチウム二次電池。 - 請求の範囲第６項ないし第１０項のうちのいずれか１項に記載の正極活物質膜を含む、正極と、
炭素質材料又はリチウム吸蔵物質を負極活物質として含む、負極と、
前記正極と前記負極との間に介在するように設けられた、電解質と、
を備えたことを特徴とする、リチウム二次電池。
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