JP5839733B2 - 二次電池の作製方法 - Google Patents
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Description
二次電池に関する。特にリチウムイオン二次電池の正極に用いる活物質に関する。
リチウムイオン二次電池は小型化に適しているため開発が盛んに行われている。リチウム
イオン二次電池の正極に用いる活物質の材料として、例えば、コバルト酸リチウム（Ｌｉ
ＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）がある（例えば特許文献１）。
イオン二次電池の正極に用いる活物質の材料として、例えば、コバルト酸リチウム（Ｌｉ
ＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）がある（例えば特許文献１）。
上記した正極用の活物質（ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２）は、リチウム原子とそれ以外の
金属（Ｃｏ、Ｎｉ）原子との比が１対１（モル比）の材料である。したがって、材料中に
含まれるリチウム原子を全て電池反応に用いることができたとしても、電池反応に用いる
ことができるリチウム原子の数には限りがあり、二次電池の容量を増大しようとしても限
界があった。
金属（Ｃｏ、Ｎｉ）原子との比が１対１（モル比）の材料である。したがって、材料中に
含まれるリチウム原子を全て電池反応に用いることができたとしても、電池反応に用いる
ことができるリチウム原子の数には限りがあり、二次電池の容量を増大しようとしても限
界があった。
そこで、二次電池の容量を向上させることができる新規な正極用の活物質を提供すること
を課題の一とする。また、新規な正極用の活物質を用いた二次電池を提供することを課題
の一とする。
を課題の一とする。また、新規な正極用の活物質を用いた二次電池を提供することを課題
の一とする。
本発明の一態様は、二次電池の正極用の活物質として、リチウム原子とガリウム原子と酸
素原子とからなり、リチウム原子とガリウム原子と酸素原子の組成比が５対１対４である
ガリウム酸リチウム（Ｌｉ５ＧａＯ４）を用いる。Ｌｉ５ＧａＯ４としては、空間群Ｃ２
２２または空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するものを用いる。
素原子とからなり、リチウム原子とガリウム原子と酸素原子の組成比が５対１対４である
ガリウム酸リチウム（Ｌｉ５ＧａＯ４）を用いる。Ｌｉ５ＧａＯ４としては、空間群Ｃ２
２２または空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するものを用いる。
空間群Ｃ２２２または空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、リ
チウム（Ｌｉ）原子が一次元的または二次元的に配列した構造を有する。該リチウム原子
が一次元的または二次元的に配列した部分において、リチウム原子と隣のリチウム原子の
間に他の原子（Ｇａ原子およびＯ原子）は配置されていない。このように、上記結晶構造
を有するＬｉ５ＧａＯ４は、リチウムイオンが拡散しやすい構造を有している。したがっ
て、上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、リチウムイオンの拡散経路を有する構造で
あり、二次電池の活物質として適した材料といえる。
チウム（Ｌｉ）原子が一次元的または二次元的に配列した構造を有する。該リチウム原子
が一次元的または二次元的に配列した部分において、リチウム原子と隣のリチウム原子の
間に他の原子（Ｇａ原子およびＯ原子）は配置されていない。このように、上記結晶構造
を有するＬｉ５ＧａＯ４は、リチウムイオンが拡散しやすい構造を有している。したがっ
て、上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、リチウムイオンの拡散経路を有する構造で
あり、二次電池の活物質として適した材料といえる。
また、Ｌｉ５ＧａＯ４は、リチウム原子とそれ以外の金属（Ｇａ）原子との比が５対１（
モル比）であり、上記した材料（ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２）のように、正極用の活物
質としてよく用いられている材料に比べて、材料中のリチウム原子の割合（数）が多い材
料である。したがって、Ｌｉ５ＧａＯ４は、二次電池の容量を向上させることが可能な材
料といえる。
モル比）であり、上記した材料（ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２）のように、正極用の活物
質としてよく用いられている材料に比べて、材料中のリチウム原子の割合（数）が多い材
料である。したがって、Ｌｉ５ＧａＯ４は、二次電池の容量を向上させることが可能な材
料といえる。
本発明の一態様によれば、二次電池の正極用の活物質として適した新規な材料を提供する
ことができる。これにより新規な正極用の活物質を用いた新規な二次電池を提供すること
ができる。この新規な二次電池を用いることにより、二次電池の容量を向上させることが
可能である。
ことができる。これにより新規な正極用の活物質を用いた新規な二次電池を提供すること
ができる。この新規な二次電池を用いることにより、二次電池の容量を向上させることが
可能である。
本発明の一態様によれば、小型で容量の大きい新規な二次電池を提供することができる。
また、この二次電池を用いた電子機器を提供することができる。
また、この二次電池を用いた電子機器を提供することができる。
本発明の実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は以下の
説明に限定されるものではない。本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその
形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解されるからである
。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容のみに限定して解釈されるもの
ではない。なお、図面を用いて本発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は
異なる図面間でも共通して用いる。
説明に限定されるものではない。本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその
形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解されるからである
。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容のみに限定して解釈されるもの
ではない。なお、図面を用いて本発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は
異なる図面間でも共通して用いる。
（実施の形態１）
本実施の形態では、二次電池の正極用の活物質について、図１を参照して説明する。
本実施の形態では、二次電池の正極用の活物質について、図１を参照して説明する。
図１は、空間群Ｃ２２２に属するＬｉ５ＧａＯ４の単位格子１０１を示す。空間群Ｃ２２
２に属するＬｉ５ＧａＯ４は、斜方晶構造であり、単位格子中には組成式で４つのＬｉ５
ＧａＯ４が含まれる。
２に属するＬｉ５ＧａＯ４は、斜方晶構造であり、単位格子中には組成式で４つのＬｉ５
ＧａＯ４が含まれる。
図１に示す空間群Ｃ２２２に属するＬｉ５ＧａＯ４は、リチウム原子１０２がａ軸方向、
ｂ軸方向およびｃ軸方向のそれぞれにおいて、一次元的に配列している。リチウム原子１
０２が一次元に配列した部分において、リチウム原子１０２と隣のリチウム原子１０２の
間に他のガリウム原子１０３、酸素原子１０４は配置されていない。そのため、リチウム
イオンが拡散しやすい構造を有している。すなわち、上記空間群Ｃ２２２に属するＬｉ５
ＧａＯ４の結晶構造は、リチウムイオンの拡散経路を有する構造であり、リチウムイオン
の拡散抵抗を低減することが可能な構造といえる。そのため、上記空間群Ｃ２２２に属す
る結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、二次電池の活物質として適した材料といえる。ま
た、上記空間群Ｃ２２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を用いることで、二次
電池の内部抵抗を低減することが可能である。これにより、充放電のエネルギー効率を改
善することが可能である。
ｂ軸方向およびｃ軸方向のそれぞれにおいて、一次元的に配列している。リチウム原子１
０２が一次元に配列した部分において、リチウム原子１０２と隣のリチウム原子１０２の
間に他のガリウム原子１０３、酸素原子１０４は配置されていない。そのため、リチウム
イオンが拡散しやすい構造を有している。すなわち、上記空間群Ｃ２２２に属するＬｉ５
ＧａＯ４の結晶構造は、リチウムイオンの拡散経路を有する構造であり、リチウムイオン
の拡散抵抗を低減することが可能な構造といえる。そのため、上記空間群Ｃ２２２に属す
る結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、二次電池の活物質として適した材料といえる。ま
た、上記空間群Ｃ２２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を用いることで、二次
電池の内部抵抗を低減することが可能である。これにより、充放電のエネルギー効率を改
善することが可能である。
以上のとおり、上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、リチウムイオンの拡散経路を有
する構造であり、二次電池の活物質として適した材料といえる。
する構造であり、二次電池の活物質として適した材料といえる。
また、Ｌｉ５ＧａＯ４は、リチウム原子１０２とそれ以外の金属原子（ガリウム原子１０
３）との比が５対１（モル比）であり、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２のように、正極用の
活物質としてよく用いられている材料に比べて、材料中のリチウム原子の割合（数）が多
い材料である。したがって、Ｌｉ５ＧａＯ４は、二次電池の容量を向上させることが可能
な材料といえる。
３）との比が５対１（モル比）であり、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２のように、正極用の
活物質としてよく用いられている材料に比べて、材料中のリチウム原子の割合（数）が多
い材料である。したがって、Ｌｉ５ＧａＯ４は、二次電池の容量を向上させることが可能
な材料といえる。
本実施の形態によれば、二次電池の正極用の活物質として適した新規な材料を提供するこ
とができる。これにより新規な正極用の活物質を用いた新規な二次電池を提供することが
できる。この新規な二次電池を用いることにより、二次電池の容量を向上させることが可
能である。
とができる。これにより新規な正極用の活物質を用いた新規な二次電池を提供することが
できる。この新規な二次電池を用いることにより、二次電池の容量を向上させることが可
能である。
本実施の態様によれば、小型で容量の大きい新規な二次電池を提供することができる。ま
た、この二次電池を用いた電子機器を提供することができる。
た、この二次電池を用いた電子機器を提供することができる。
例えば、光電変換装置とこの二次電池を備えた電子機器を提供することができる。これに
より、太陽光のような光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能と、変換された電気
エネルギーをこの二次電池に蓄える機能とを備えた電子機器を提供することができる。こ
れにより環境にやさしい電子機器を提供することが可能である。
より、太陽光のような光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能と、変換された電気
エネルギーをこの二次電池に蓄える機能とを備えた電子機器を提供することができる。こ
れにより環境にやさしい電子機器を提供することが可能である。
（実施の形態２）
本実施の形態では、二次電池の正極用の活物質について、図２を参照して説明する。
本実施の形態では、二次電池の正極用の活物質について、図２を参照して説明する。
図２は、空間群Ｐ４１２２に属するＬｉ５ＧａＯ４の単位格子１０１を示す。空間群Ｐ４
１２２に属するＬｉ５ＧａＯ４は、正方晶構造であり、単位格子中には組成式で２つのＬ
ｉ５ＧａＯ４が含まれる。
１２２に属するＬｉ５ＧａＯ４は、正方晶構造であり、単位格子中には組成式で２つのＬ
ｉ５ＧａＯ４が含まれる。
図２に示す空間群Ｐ４１２２に属するＬｉ５ＧａＯ４は、リチウム原子１０２がａｂ軸方
向およびｂｃ軸方向のそれぞれにおいて、二次元的に配列している。リチウム原子１０２
が二次元的に配列した部分において、リチウム原子１０２と隣のリチウム原子１０２の間
に他のガリウム原子１０３、酸素原子１０４は配置されていない。そのため、リチウムイ
オンが拡散しやすい構造を有している。すなわち、上記空間群Ｐ４１２２に属するＬｉ５
ＧａＯ４の結晶構造は、リチウムイオンの拡散経路を有する構造であり、リチウムイオン
の拡散抵抗を低減することが可能な構造といえる。そのため、上記空間群Ｐ４１２２に属
する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、二次電池の活物質として適した材料といえる。
また、上記空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を用いることで、
二次電池の内部抵抗を低減することが可能である。これにより、充放電のエネルギー効率
を改善することが可能である。
向およびｂｃ軸方向のそれぞれにおいて、二次元的に配列している。リチウム原子１０２
が二次元的に配列した部分において、リチウム原子１０２と隣のリチウム原子１０２の間
に他のガリウム原子１０３、酸素原子１０４は配置されていない。そのため、リチウムイ
オンが拡散しやすい構造を有している。すなわち、上記空間群Ｐ４１２２に属するＬｉ５
ＧａＯ４の結晶構造は、リチウムイオンの拡散経路を有する構造であり、リチウムイオン
の拡散抵抗を低減することが可能な構造といえる。そのため、上記空間群Ｐ４１２２に属
する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、二次電池の活物質として適した材料といえる。
また、上記空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を用いることで、
二次電池の内部抵抗を低減することが可能である。これにより、充放電のエネルギー効率
を改善することが可能である。
以上のとおり、上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、リチウムイオンの拡散経路を有
する構造であり、二次電池の活物質として適した材料といえる。
する構造であり、二次電池の活物質として適した材料といえる。
また、Ｌｉ５ＧａＯ４は、リチウム原子１０２とそれ以外の金属原子（ガリウム原子１０
３）との比が５対１（モル比）であり、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２のように、正極用の
活物質としてよく用いられている材料に比べて、材料中のリチウム原子の割合（数）が多
い材料である。したがって、Ｌｉ５ＧａＯ４は、二次電池の容量を向上させることが可能
な材料といえる。
３）との比が５対１（モル比）であり、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２のように、正極用の
活物質としてよく用いられている材料に比べて、材料中のリチウム原子の割合（数）が多
い材料である。したがって、Ｌｉ５ＧａＯ４は、二次電池の容量を向上させることが可能
な材料といえる。
本実施の形態によれば、二次電池の正極用の活物質として適した新規な材料を提供するこ
とができる。これにより新規な正極用の活物質を用いた新規な二次電池を提供することが
できる。この新規な二次電池を用いることにより、二次電池の容量を向上させることが可
能である。
とができる。これにより新規な正極用の活物質を用いた新規な二次電池を提供することが
できる。この新規な二次電池を用いることにより、二次電池の容量を向上させることが可
能である。
本実施の態様によれば、小型で容量の大きい新規な二次電池を提供することができる。ま
た、この二次電池を用いた電子機器を提供することができる。
た、この二次電池を用いた電子機器を提供することができる。
例えば、光電変換装置とこの二次電池を備えた電子機器を提供することができる。これに
より、太陽光のような光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能と、変換された電気
エネルギーをこの二次電池に蓄える機能とを備えた電子機器を提供することができる。こ
れにより環境にやさしい電子機器を提供することが可能である。
より、太陽光のような光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能と、変換された電気
エネルギーをこの二次電池に蓄える機能とを備えた電子機器を提供することができる。こ
れにより環境にやさしい電子機器を提供することが可能である。
（実施の形態３）
本実施の形態では、二次電池の正極用の活物質について説明する。本実施の形態では、実
施の形態１、２に示した空間群Ｃ２２２または空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有す
るＬｉ５ＧａＯ４とは異なる材料の例を示す。
本実施の形態では、二次電池の正極用の活物質について説明する。本実施の形態では、実
施の形態１、２に示した空間群Ｃ２２２または空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有す
るＬｉ５ＧａＯ４とは異なる材料の例を示す。
本実施の形態では、実施の形態１、２に示した空間群Ｃ２２２または空間群Ｐ４１２２に
属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４において、ガリウム（Ｇａ）原子を部分的に他の
元素の原子に置換したものを、二次電池の正極用の活物質として用いる。
属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４において、ガリウム（Ｇａ）原子を部分的に他の
元素の原子に置換したものを、二次電池の正極用の活物質として用いる。
ガリウム原子を置換する他の元素の原子として、例えばマンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）から選択される少なくとも一種
の元素の原子を用いることができる。空間群Ｃ２２２または空間群Ｐ４１２２に属する結
晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４において、ガリウム原子を部分的に他の元素の原子に置換
したものは、他の元素をＭで表すと、Ｌｉ５ＧａｘＭ１−ｘＯ４（０＜ｘ＜１）で表すこ
とができる。他の元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅおよびＶから選択される少なくとも
一種の元素である。
ｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）から選択される少なくとも一種
の元素の原子を用いることができる。空間群Ｃ２２２または空間群Ｐ４１２２に属する結
晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４において、ガリウム原子を部分的に他の元素の原子に置換
したものは、他の元素をＭで表すと、Ｌｉ５ＧａｘＭ１−ｘＯ４（０＜ｘ＜１）で表すこ
とができる。他の元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅおよびＶから選択される少なくとも
一種の元素である。
このように結晶中の原子を他の元素の原子で置換したものは、結晶中に歪みを有する。結
晶中に歪みを有する構造とすることにより、結晶中に歪みを有さない構造に比べて、電池
反応が進んでリチウム原子が脱離した後においても、結晶構造をより長く維持することが
可能である。
晶中に歪みを有する構造とすることにより、結晶中に歪みを有さない構造に比べて、電池
反応が進んでリチウム原子が脱離した後においても、結晶構造をより長く維持することが
可能である。
また、上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａｘＭ１−ｘＯ４（０＜ｘ＜１）（式中、Ｍは、Ｍ
ｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅおよびＶから選択される少なくとも一種の元素である）は、リチウ
ムイオンの拡散経路を有する構造であり、二次電池の活物質として適した材料といえる。
ｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅおよびＶから選択される少なくとも一種の元素である）は、リチウ
ムイオンの拡散経路を有する構造であり、二次電池の活物質として適した材料といえる。
また、Ｌｉ５ＧａｘＭ１−ｘＯ４（０＜ｘ＜１）（式中、Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ
およびＶから選択される少なくとも一種の元素である）は、リチウム原子とそれ以外の金
属（ガリウムおよびガリウムを置換した元素）の原子との比が５対１（モル比）であり、
ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２のように、正極用の活物質としてよく用いられている材料に
比べて、材料中のリチウム原子の割合（数）が多い材料である。したがって、Ｌｉ５Ｇａ
ｘＭ１−ｘＯ４（０＜ｘ＜１）（式中、Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅおよびＶから選択
される少なくとも一種の元素である）は、二次電池の容量を向上させることが可能な材料
といえる。
およびＶから選択される少なくとも一種の元素である）は、リチウム原子とそれ以外の金
属（ガリウムおよびガリウムを置換した元素）の原子との比が５対１（モル比）であり、
ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２のように、正極用の活物質としてよく用いられている材料に
比べて、材料中のリチウム原子の割合（数）が多い材料である。したがって、Ｌｉ５Ｇａ
ｘＭ１−ｘＯ４（０＜ｘ＜１）（式中、Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅおよびＶから選択
される少なくとも一種の元素である）は、二次電池の容量を向上させることが可能な材料
といえる。
本実施の形態によれば、二次電池の正極用の活物質として適した新規な材料を提供するこ
とができる。これにより新規な正極用の活物質を用いた新規な二次電池を提供することが
できる。この新規な二次電池を用いることにより、二次電池の容量を向上させることが可
能である。
とができる。これにより新規な正極用の活物質を用いた新規な二次電池を提供することが
できる。この新規な二次電池を用いることにより、二次電池の容量を向上させることが可
能である。
本実施の態様によれば、小型で容量の大きい新規な二次電池を提供することができる。ま
た、この二次電池を用いた電子機器を提供することができる。
た、この二次電池を用いた電子機器を提供することができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態１、２に示した正極用の活物質を用いた二次電池につ
いて説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態１、２に示した正極用の活物質を用いた二次電池につ
いて説明する。
二次電池１３０の構造を図３に示す。二次電池１３０は、筐体１４１と、正極１４８と、
負極１４９と、正極１４８および負極１４９の間に配置されたセパレータ１４６と、電解
液１４７と、を有する。正極１４８は、正極用の集電体１４２と、正極用の活物質１４３
とを含む。負極１４９は、負極用の集電体１４４と、負極用の活物質１４５とを含む。
負極１４９と、正極１４８および負極１４９の間に配置されたセパレータ１４６と、電解
液１４７と、を有する。正極１４８は、正極用の集電体１４２と、正極用の活物質１４３
とを含む。負極１４９は、負極用の集電体１４４と、負極用の活物質１４５とを含む。
正極用の集電体１４２の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の単体
またはこれらの化合物を用いることができる。
またはこれらの化合物を用いることができる。
正極用の活物質１４３の材料としては、実施の形態１または実施の形態２で示した空間群
Ｃ２２２または空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を用いる。
Ｃ２２２または空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を用いる。
空間群Ｃ２２２または空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、例
えば、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）と酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）とを原料に用いて作
製することができる。リチウムの原料としては、Ｌｉ２ＣＯ３の他に酸化リチウム（Ｌｉ
２Ｏ）を用いることができる。例えば、上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、原料と
してＬｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３を用い、これらを混合し、その後、熱処理を行うことによ
り作製することができる。原料（Ｌｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３）は、ＬｉとＧａが５対１（
モル比）となる割合で混合する。
えば、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）と酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）とを原料に用いて作
製することができる。リチウムの原料としては、Ｌｉ２ＣＯ３の他に酸化リチウム（Ｌｉ
２Ｏ）を用いることができる。例えば、上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、原料と
してＬｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３を用い、これらを混合し、その後、熱処理を行うことによ
り作製することができる。原料（Ｌｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３）は、ＬｉとＧａが５対１（
モル比）となる割合で混合する。
原料（Ｌｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３）の混合は、例えば、ボールミルを用いて行うことがで
きる。ボールミルを使うことにより、原料として用いるＬｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３とを混
合するのと同時に、Ｌｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３の粒子を細かくすることができる。ボール
ミルを用いて原料の混合を行う場合は、原料（Ｌｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３）と、溶媒と、
金属製またはセラミック製のボールとを装置に入れて混合を行う。溶媒としては、例えば
アセトン、エタノールを用いることができる。ボールミルの回転速度（回転数ともいう）
は３００ｍｉｎ−１以上５００ｍｉｎ−１以下とし、回転時間は１時間以上３時間以下と
して原料の混合物を作ることができる。例えば、原料（Ｌｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３）と、
アセトンと、金属製またはセラミック製のボールとを装置に入れ、ボールミルの回転速度
は４００ｍｉｎ−１とし、回転時間は２時間として原料の混合物を作ることができる。金
属製またはセラミック製のボールとしては、例えば直径３ｍｍのジルコニア（Ｚｒ）製の
ボールを用いることができる。
きる。ボールミルを使うことにより、原料として用いるＬｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３とを混
合するのと同時に、Ｌｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３の粒子を細かくすることができる。ボール
ミルを用いて原料の混合を行う場合は、原料（Ｌｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３）と、溶媒と、
金属製またはセラミック製のボールとを装置に入れて混合を行う。溶媒としては、例えば
アセトン、エタノールを用いることができる。ボールミルの回転速度（回転数ともいう）
は３００ｍｉｎ−１以上５００ｍｉｎ−１以下とし、回転時間は１時間以上３時間以下と
して原料の混合物を作ることができる。例えば、原料（Ｌｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３）と、
アセトンと、金属製またはセラミック製のボールとを装置に入れ、ボールミルの回転速度
は４００ｍｉｎ−１とし、回転時間は２時間として原料の混合物を作ることができる。金
属製またはセラミック製のボールとしては、例えば直径３ｍｍのジルコニア（Ｚｒ）製の
ボールを用いることができる。
上記原料の混合物を熱処理し、上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を作製する。ここで
、原料の混合物に、フラックス剤を加えさらに混合し、熱処理を行うことが好ましい。フ
ラックス剤を加えて熱処理を行うことにより、フラックス剤を加えない場合に比べて低温
で上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を作製することが可能となる。
、原料の混合物に、フラックス剤を加えさらに混合し、熱処理を行うことが好ましい。フ
ラックス剤を加えて熱処理を行うことにより、フラックス剤を加えない場合に比べて低温
で上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を作製することが可能となる。
フラックス剤として、例えば、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）
または塩化カリウム（ＫＣｌ）のいずれか一種または複数種を用いることができる。フラ
ックス剤は、原料の混合物（例えばＬｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３の混合物）に対して５ｗｔ
％以上３０ｗｔ％以下の割合で混合して用いることができる。
または塩化カリウム（ＫＣｌ）のいずれか一種または複数種を用いることができる。フラ
ックス剤は、原料の混合物（例えばＬｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３の混合物）に対して５ｗｔ
％以上３０ｗｔ％以下の割合で混合して用いることができる。
この原料とフラックス剤の混合物を熱処理し、上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を作
製する。熱処理の温度は、フラックス剤の融点以上１２００℃以下とし、熱処理時間は３
時間以上２０時間以下とする。熱処理の温度は１０００℃以下にすることが好ましい。こ
れにより、熱処理時の副生成物の生成を抑えることができる。
製する。熱処理の温度は、フラックス剤の融点以上１２００℃以下とし、熱処理時間は３
時間以上２０時間以下とする。熱処理の温度は１０００℃以下にすることが好ましい。こ
れにより、熱処理時の副生成物の生成を抑えることができる。
原料とフラックス剤の混合物の温度をフラックス剤の融点以上に上昇させると、フラック
ス剤が融解した状態になる。この状態で原料の混合物を熱処理することにより、上記結晶
構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を比較的低温で作製することができる。これにより熱処理時
の副生成物の生成を抑えることができる。フラックス剤の融点は、例えば、ＬｉＣｌの融
点が６１３℃、ＮａＣｌの融点が８０１℃、ＫＣｌの融点が７７６℃である。
ス剤が融解した状態になる。この状態で原料の混合物を熱処理することにより、上記結晶
構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を比較的低温で作製することができる。これにより熱処理時
の副生成物の生成を抑えることができる。フラックス剤の融点は、例えば、ＬｉＣｌの融
点が６１３℃、ＮａＣｌの融点が８０１℃、ＫＣｌの融点が７７６℃である。
例えば、フラックス剤としてＬｉＣｌを用い、原料の混合物（Ｌｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３
の混合物）に対して１０ｗｔ％の割合でＬｉＣｌを混合して、原料とフラックス剤の混合
物を作る。そして、この原料とフラックス剤の混合物を９５０℃の温度で１０時間熱処理
することにより、空間群Ｃ２２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を作製するこ
とができる。熱処理後、フラックス剤は除去する。フラックス剤の除去は、アセトン、エ
タノール等の溶剤を用いて行うことができる。
の混合物）に対して１０ｗｔ％の割合でＬｉＣｌを混合して、原料とフラックス剤の混合
物を作る。そして、この原料とフラックス剤の混合物を９５０℃の温度で１０時間熱処理
することにより、空間群Ｃ２２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４を作製するこ
とができる。熱処理後、フラックス剤は除去する。フラックス剤の除去は、アセトン、エ
タノール等の溶剤を用いて行うことができる。
空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ４は、さらに熱処理の温度を高
温（例えば９５０℃より高く１２００℃以下）にすることで作製が可能である。このよう
にして、空間群Ｃ２２２または空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ
４を作製することができる。
温（例えば９５０℃より高く１２００℃以下）にすることで作製が可能である。このよう
にして、空間群Ｃ２２２または空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａＯ
４を作製することができる。
空間群の異なる結晶は、同じ原料を用い、作製時の熱処理温度を異ならせることで作り分
けることが可能である。空間群Ｃ２２２に属する結晶構造よりも空間群Ｐ４１２２に属す
る結晶構造を有するものはより高温での熱処理が必要とされる。また、熱処理温度を異な
らせるのではなく、結晶を作製する時の圧力を異ならせる（例えば加圧する）ことで作り
分けることも可能である。
けることが可能である。空間群Ｃ２２２に属する結晶構造よりも空間群Ｐ４１２２に属す
る結晶構造を有するものはより高温での熱処理が必要とされる。また、熱処理温度を異な
らせるのではなく、結晶を作製する時の圧力を異ならせる（例えば加圧する）ことで作り
分けることも可能である。
負極用の集電体１４４の材料としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（
Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等の単体またはこれらの化合物を用いることができる。
Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等の単体またはこれらの化合物を用いることができる。
負極用の活物質１４５の材料としては、リチウムイオンの挿入および脱離が可能な材料を
用いることができる。リチウムイオンの挿入および脱離が可能な材料としては、炭素、シ
リコン、シリコン合金等がある。リチウムイオンの挿入および脱離が可能な炭素としては
、粉末状または繊維状の黒鉛またはグラファイト等の黒鉛系炭素を用いることができる。
用いることができる。リチウムイオンの挿入および脱離が可能な材料としては、炭素、シ
リコン、シリコン合金等がある。リチウムイオンの挿入および脱離が可能な炭素としては
、粉末状または繊維状の黒鉛またはグラファイト等の黒鉛系炭素を用いることができる。
また負極用の活物質１４５の材料としてシリコンを用いる場合、微結晶シリコンを成膜し
、微結晶シリコン中に存在する非結晶シリコンをエッチングにより除去したものを用いて
もよい。微結晶シリコン中に存在する非結晶シリコンを除去すると、残った微結晶シリコ
ンの表面積が大きくなる。
、微結晶シリコン中に存在する非結晶シリコンをエッチングにより除去したものを用いて
もよい。微結晶シリコン中に存在する非結晶シリコンを除去すると、残った微結晶シリコ
ンの表面積が大きくなる。
上記したリチウムイオンの挿入及び脱離が可能な材料で形成される層に、リチウムイオン
が挿入され反応することで負極用の活物質１４５が形成される。
が挿入され反応することで負極用の活物質１４５が形成される。
セパレータ１４６としては、紙、不織布、ガラス繊維、または、ナイロン（ポリアミド）
、ビニロン（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン
、ポリウレタンといった合成繊維等を用いることができる。ただし、電解液１４７に溶解
しない材料を選ぶ必要がある。
、ビニロン（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン
、ポリウレタンといった合成繊維等を用いることができる。ただし、電解液１４７に溶解
しない材料を選ぶ必要がある。
具体的には、セパレータ１４６の材料として、例えば、フッ素系ポリマー、ポリエチレン
オキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレン等
のポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレ
ート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、ポリ
ビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン、ポリ
スチレン、ポリイソプレン、ポリウレタン、セルロース、紙、不織布から選ばれる一種を
単独で、または二種以上を組み合せて用いることができる。
オキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレン等
のポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレ
ート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、ポリ
ビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン、ポリ
スチレン、ポリイソプレン、ポリウレタン、セルロース、紙、不織布から選ばれる一種を
単独で、または二種以上を組み合せて用いることができる。
電解液１４７は、リチウムイオンを含む。電解液１４７は、例えば溶媒と、その溶媒に溶
解するリチウム塩とから構成することができる。リチウム塩としては、例えば、塩化リチ
ウム、フッ化リチウム、硼弗化リチウム等を用いることができる。
解するリチウム塩とから構成することができる。リチウム塩としては、例えば、塩化リチ
ウム、フッ化リチウム、硼弗化リチウム等を用いることができる。
電解液１４７の溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカー
ボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、およびビニレンカーボネート（ＶＣ
）などの環状カーボネート類、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート
（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰ
Ｃ）、メチルイソブチルカーボネート（ＭＩＢＣ）、およびジプロピルカーボネート（Ｄ
ＰＣ）などの非環状カーボネート類、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、お
よびプロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ブチロラクトン等のγ
−ラクトン類、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２−ジエトキシエタン（ＤＥ
Ｅ）、およびエトキシメトキシエタン（ＥＭＥ）等の非環状エーテル類、テトラヒドロフ
ラン、２−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジメチルスルホキシド、１，
３−ジオキソラン等やリン酸トリメチル、リン酸トリエチル、およびリン酸トリオクチル
などのアルキルリン酸エステルやそのフッ化物を用いることができ、これらの一種を単独
で、または二種以上を混合して使用する。
ボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、およびビニレンカーボネート（ＶＣ
）などの環状カーボネート類、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート
（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰ
Ｃ）、メチルイソブチルカーボネート（ＭＩＢＣ）、およびジプロピルカーボネート（Ｄ
ＰＣ）などの非環状カーボネート類、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、お
よびプロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ブチロラクトン等のγ
−ラクトン類、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２−ジエトキシエタン（ＤＥ
Ｅ）、およびエトキシメトキシエタン（ＥＭＥ）等の非環状エーテル類、テトラヒドロフ
ラン、２−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジメチルスルホキシド、１，
３−ジオキソラン等やリン酸トリメチル、リン酸トリエチル、およびリン酸トリオクチル
などのアルキルリン酸エステルやそのフッ化物を用いることができ、これらの一種を単独
で、または二種以上を混合して使用する。
以上のようにして、上記実施の形態１、２に示した正極用の活物質を用いて二次電池を構
成することができる。
成することができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態３に示した正極用の活物質として、空間群Ｃ２２２ま
たは空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａｘＭｎ１−ｘＯ４（０＜ｘ＜
１）を用いた二次電池について説明する。Ｌｉ５ＧａｘＭｎ１−ｘＯ４（０＜ｘ＜１）は
、Ｌｉ５ＧａＯ４において、ガリウム（Ｇａ）原子を部分的にマンガン（Ｍｎ）原子に置
換したものである。
本実施の形態では、上記実施の形態３に示した正極用の活物質として、空間群Ｃ２２２ま
たは空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａｘＭｎ１−ｘＯ４（０＜ｘ＜
１）を用いた二次電池について説明する。Ｌｉ５ＧａｘＭｎ１−ｘＯ４（０＜ｘ＜１）は
、Ｌｉ５ＧａＯ４において、ガリウム（Ｇａ）原子を部分的にマンガン（Ｍｎ）原子に置
換したものである。
本実施の形態の二次電池は、正極用の活物質以外は、実施の形態４で示した二次電池と同
様の構造、作製方法を用いることができる。
様の構造、作製方法を用いることができる。
空間群Ｃ２２２または空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有するＬｉ５ＧａｘＭｎ１−
ｘＯ４（０＜ｘ＜１）は、例えば、Ｌｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３と炭酸マンガン（ＭｎＣＯ
３）とを原料に用いて作製することができる。リチウムの原料としては、Ｌｉ２ＣＯ３の
他にＬｉ２Ｏを用いることができる。マンガンの原料としては、ＭｎＣＯ３の他に酸化マ
ンガン（ＭｎＯ）を用いることができる。例えば、原料として用いるＬｉ２ＣＯ３とＧａ
２Ｏ３とＭｎＣＯ３とを混合し、フラックス剤を加えさらに混合し、熱処理を行うことに
より、上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａｘＭｎ１−ｘＯ４（０＜ｘ＜１）作製することが
できる。原料として用いるＬｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３とＭｎＣＯ３とを混合する割合は、
ＬｉとＧａとＭｎとが５対ｘ対ｘ−１（０＜ｘ＜１、モル比）とする。
ｘＯ４（０＜ｘ＜１）は、例えば、Ｌｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３と炭酸マンガン（ＭｎＣＯ
３）とを原料に用いて作製することができる。リチウムの原料としては、Ｌｉ２ＣＯ３の
他にＬｉ２Ｏを用いることができる。マンガンの原料としては、ＭｎＣＯ３の他に酸化マ
ンガン（ＭｎＯ）を用いることができる。例えば、原料として用いるＬｉ２ＣＯ３とＧａ
２Ｏ３とＭｎＣＯ３とを混合し、フラックス剤を加えさらに混合し、熱処理を行うことに
より、上記結晶構造を有するＬｉ５ＧａｘＭｎ１−ｘＯ４（０＜ｘ＜１）作製することが
できる。原料として用いるＬｉ２ＣＯ３とＧａ２Ｏ３とＭｎＣＯ３とを混合する割合は、
ＬｉとＧａとＭｎとが５対ｘ対ｘ−１（０＜ｘ＜１、モル比）とする。
正極用の活物質の具体的な作製方法については、実施の形態４で示した方法と同様とする
ことができる。
ことができる。
以上のようにして、上記実施の形態３に示した正極用の活物質を用いて二次電池を構成す
ることができる。
ることができる。
１０１ 単位格子
１０２ リチウム原子
１０３ ガリウム原子
１０４ 酸素原子
１３０ 二次電池
１４１ 筐体
１４２ 正極用の集電体
１４３ 正極用の活物質
１４４ 負極用の集電体
１４５ 負極用の活物質
１４６ セパレータ
１４７ 電解液
１４８ 正極
１４９ 負極
１０２ リチウム原子
１０３ ガリウム原子
１０４ 酸素原子
１３０ 二次電池
１４１ 筐体
１４２ 正極用の集電体
１４３ 正極用の活物質
１４４ 負極用の集電体
１４５ 負極用の活物質
１４６ セパレータ
１４７ 電解液
１４８ 正極
１４９ 負極
Claims (6)
- 二次電池の作製方法であって、
原料として炭酸リチウムと酸化ガリウムを用い、前記炭酸リチウムと前記酸化ガリウムを、リチウム原子とガリウム原子がモル比で５対１となる割合で混合した後、熱処理を行うことにより正極用の活物質であるＬｉ ５ ＧａＯ ４ を作製し、
前記正極用の活物質は、前記リチウム原子が一次元的または二次元的に配列された構造を有することを特徴とする二次電池の作製方法。 - 二次電池の作製方法であって、
原料として炭酸リチウムと酸化ガリウムを用い、前記炭酸リチウムと前記酸化ガリウムを、リチウム原子とガリウム原子がモル比で５対１となる割合で混合した後、熱処理を行うことにより正極用の活物質であるＬｉ ５ ＧａＯ ４ を作製し、
前記正極用の活物質は、空間群Ｃ２２２に属する結晶構造を有することを特徴とする二次電池の作製方法。 - 二次電池の作製方法であって、
原料として炭酸リチウムと酸化ガリウムを用い、前記炭酸リチウムと前記酸化ガリウムを、リチウム原子とガリウム原子がモル比で５対１となる割合で混合した後、熱処理を行うことにより正極用の活物質であるＬｉ ５ ＧａＯ ４ を作製し、
前記正極用の活物質は、空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有することを特徴とする二次電池の作製方法。 - 二次電池の作製方法であって、
原料として炭酸リチウムと酸化ガリウムと炭酸マンガンを用い、前記炭酸リチウムと前記酸化ガリウムと前記炭酸マンガンを、リチウム原子とガリウム原子とマンガン原子がモル比で５対ｘ対１−ｘ（０＜ｘ＜１）となる割合で混合した後、熱処理を行うことにより正極用の活物質であるＬｉ ５ Ｇａ ｘ Ｍｎ １−ｘ Ｏ ４ （０＜ｘ＜１）を作製し、
前記正極用の活物質は、前記リチウム原子が一次元的または二次元的に配列された構造を有することを特徴とする二次電池の作製方法。 - 二次電池の作製方法であって、
原料として炭酸リチウムと酸化ガリウムと炭酸マンガンを用い、前記炭酸リチウムと前記酸化ガリウムと前記炭酸マンガンを、リチウム原子とガリウム原子とマンガン原子がモル比で５対ｘ対１−ｘ（０＜ｘ＜１）となる割合で混合した後、熱処理を行うことにより正極用の活物質であるＬｉ ５ Ｇａ ｘ Ｍｎ １−ｘ Ｏ ４ （０＜ｘ＜１）を作製し、
前記正極用の活物質は、空間群Ｃ２２２に属する結晶構造を有することを特徴とする二次電池の作製方法。 - 二次電池の作製方法であって、
原料として炭酸リチウムと酸化ガリウムと炭酸マンガンを用い、前記炭酸リチウムと前記酸化ガリウムと前記炭酸マンガンを、リチウム原子とガリウム原子とマンガン原子がモル比で５対ｘ対１−ｘ（０＜ｘ＜１）となる割合で混合した後、熱処理を行うことにより正極用の活物質であるＬｉ ５ Ｇａ ｘ Ｍｎ １−ｘ Ｏ ４ （０＜ｘ＜１）を作製し、
前記正極用の活物質は、空間群Ｐ４１２２に属する結晶構造を有することを特徴とする二次電池の作製方法。
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|---|---|---|---|
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| JP3422440B2 (ja) * | 1994-09-06 | 2003-06-30 | 株式会社ユアサコーポレーション | リチウム二次電池 |
| JPH09202879A (ja) * | 1995-11-07 | 1997-08-05 | Samsung Display Devices Co Ltd | 水溶性蛍光体、その製造方法および水溶性蛍光体組成物並びに蛍光膜製造方法 |
| US5741540A (en) * | 1996-01-16 | 1998-04-21 | Industrial Technology Research Institute | Method of forming solid state humidity sensor |
| JP3152152B2 (ja) * | 1996-07-05 | 2001-04-03 | 昭和電工株式会社 | 化合物半導体エピタキシャルウエハ |
| JPH10172610A (ja) * | 1996-12-11 | 1998-06-26 | Sumitomo Chem Co Ltd | リチウム二次電池 |
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| JP2001223009A (ja) * | 1999-11-29 | 2001-08-17 | Mitsubishi Chemicals Corp | リチウム二次電池用正極材料 |
| JP4032744B2 (ja) * | 2002-01-08 | 2008-01-16 | ソニー株式会社 | 正極活物質及びこれを用いた非水電解質二次電池 |
| KR100515620B1 (ko) * | 2003-04-30 | 2005-09-20 | 학교법인 한양학원 | 리튬 2차 전지의 양극 활성물질용 리튬 복합 산화물의제조방법 |
| JP2007335169A (ja) * | 2006-06-13 | 2007-12-27 | Sony Corp | 正極活物質および正極、並びに非水電解質二次電池 |
| US8546019B2 (en) * | 2008-11-20 | 2013-10-01 | Lg Chem, Ltd. | Electrode active material for secondary battery and method for preparing the same |
| JP5450182B2 (ja) * | 2010-03-12 | 2014-03-26 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 二次電池および電子機器 |
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