JP5841805B2

JP5841805B2 - リチウム二次電池正極用複合材料の製造方法

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Publication number: JP5841805B2
Application number: JP2011236168A
Authority: JP
Inventors: 学織地; 彰彦白川; 功河邊; 明央利根川
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: JP2013093288A

Description

本発明は、正極活物質と繊維状炭素とを含むリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法に関する。

リチウムイオン二次電池は、リチウムイオン含有酸化物を含む正極と、炭素物質を含む負極とで電極が構成されたものが主流である。正極では、リチウムイオン含有酸化物（正極活物質）自体の導電性が低いことから、導電性を向上させるために、カーボンブラックやカーボンファイバー等の導電助材が添加されている。カーボンファイバーにおいては、近年、気相法による繊維径がナノメートルオーダーのＶＧＣＦ（登録商標）やカーボンナノチューブが開発され、電池用途への応用が検討されている。

電極活物質への導電助材としての繊維状炭素の添加においては、活物質1粒子1粒子へ炭素繊維がほぐれた状態でまぶされている状態が望ましいが、繊維状炭素あるいは電極活物質が強固に凝集しているために、従来、この状態にすることは困難であった。両者を単に混合しただけでは、凝集体同士の混合物が得られるに過ぎない。繊維状炭素は活物質間の伝導パスを構成することや活物質表面を覆うことによって、電気抵抗の低下の機能を果たすことができるものであるから、この状態は好ましくない。そのため、従来、超音波をかけたり、せん断力をかけたり等、凝集体を壊しながら混合する方法がとられてきた。

特許文献１には、超音波を用いたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の分散について、再凝集を防ぐためには分散後も超音波をかけ続ける必要性が記載されている。また、一般に、微細な物質はその分子間力のため、1次粒子まで細かく分散させた後に再度凝集してしまうことが知られている。

分散に必要なエネルギーは材料に依存し、分散状態から再凝集が起こる時間も材料に依存するため、これまで、活物質と繊維状炭素とを同時に投入してこれらが均一に分散した状態を達成し、それを維持することは困難であった。

特許文献２には、超音波を用いたカーボンナノチューブの分散について、超音波照射の条件を厳しくしても、微小成分同士の再凝集が起きることが記載されている。これは、超音波照射中もある程度まで微細化されたナノ材料は再凝集し得ることを示している。

逆に、1次粒子が分散し、再凝集が起きるまでの時間がほぼ同じ材料の組み合わせであれば、それらの材料はほぼ同時に分散し、ほぼ同時に再凝集が生じるので、均一なナノレベルでの複合化が可能であることが分かる。

特開２００７−０６３１０７号公報特開２００７−７６９９８号公報特開２００９−２３１０５０号公報特開２００９−１３３７４号公報

しかしこれまで、このような材料の組み合わせあるいは均一なナノレベルでの複合化の研究は少なく、例えばカーボンナノチューブなどのナノ繊維状炭素と、その他の材料との同時分散による複合化は達成できていなかった。同時に２種類の材料を投入して複合化が可能になれば、分散液を作る工程が1回で済むため、非常に効率的である。

特許文献３には、白金コロイドとカーボン材料の均一分散のために超音波処理を行う方法が記載されているが、この際、カーボン材料にはヘテロ環を導入するという操作が必要であり、コストアップにつながる。

特許文献４には、液体に溶けた成分あるいは液体とカーボンナノチューブの均一混合を行うために超音波処理を行う方法が開示されているが、固体−ＣＮＴの分散は、液体−ＣＮＴにおいて実施されているようなＣＮＴの分散とは本質的に異なり、液体−ＣＮＴの分散方法を固体−ＣＮＴの分散に適用することはできない。

本発明はかかる現状に鑑みてなされたものであり、本発明者は、正極活物質と比較的細い繊維径を有するカーボンナノチューブなどの繊維状炭素とを同時に分散媒に投入するにもかかわらず、従来より均一な複合化が可能な、超音波処理及び分散させる物質の濃度の条件が存在することを見出し、本発明を完成させた。本発明では、超音波処理では従来用いられてきた振動振幅より大きい振動振幅を用いることが主要な特徴の一つである。この方法を用いて得られる電極合材（正極活物質＋繊維状炭素＋導電助剤＋結着剤）の電池電極としての性能は、従来の繊維状炭素の正極活物質への混合・分散技術によるものよりも優れている。

本発明は、高容量で良好な放電レート特性を有する、正極活物質と繊維状炭素とを含むリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕リチウム二次電池正極用複合材料の製造方法であって、正極活物質と繊維状炭素と水とを含む混合物に、５μｍより大きく３２０μｍより小さい振幅の超音波を照射してスラリーを得る工程と、前記スラリーを乾燥させて複合材料を得る工程とを含み、式（１）で定義される正極活物質の濃度が０．０１質量％以上５０質量％以下であり、式（２）で定義される、繊維状炭素の濃度が０．０１質量％以上１０質量％以下であるリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法；（１）正極活物質の濃度（質量％）＝{（正極活物質の質量）／（正極活物質の質量+水の質量）}×１００、（２）繊維状炭素の濃度（質量％）＝{（繊維状炭素の質量）／（繊維状炭素の質量+正極活物質の質量）}×１００。
〔２〕前記繊維状炭素以外の炭素質材料及び／又は炭素質材料前駆体を添加する工程を含む〔１〕に記載のリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法。
〔３〕前記繊維状炭素の繊維径が１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、長さが０．５μｍ以上１００μｍ以下である〔２〕に記載のリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法。
〔４〕前記正極活物質は、平均一次粒子径が５０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下のリチウム遷移金属複合酸化物である〔１〕〜〔３〕のいずれか一項に記載のリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法。

本発明によれば、高容量で良好な放電レート特性を有する、正極活物質と繊維状炭素とを含むリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法を提供できる。この方法では、正極活物質と繊維状炭素とを同時に分散させることができ、正極活物質と繊維状炭素が共に分散した状態から再凝集が起こるので、正極活物質と繊維状炭素とを従来より均一に複合化することができる。こうして得られた正極活物質と繊維状炭素とを含む複合体を含んでなるスラリーを乾燥させても正極活物質中に繊維状炭素が均一に複合化された状態（均一に分散した状態）は維持されるので、乾燥や正極合材作製等のその後の処理を自由に行うことができる。また、正極活物質と繊維状炭素を同時に水に投入するため、それぞれの分散液を作る工程が不要となり、生産性向上及びコスト削減を図ることできる。

実施例１の方法によって得られたリチウム電池正極用複合材料の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。比較例１の方法によって得られたリチウム電池正極用複合材料の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。

以下、本発明の実施形態であるリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法について説明する。

本実施形態のリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法は、正極活物質と繊維状炭素と水とを含む混合物に、５μｍより大きく３２０μｍより小さい振幅の超音波を照射してスラリーを得る工程と、前記スラリーを乾燥させて複合材料を得る工程とを含み、式（１）で定義される正極活物質の濃度が０．０１質量％以上５０質量％以下であり、式（２）で定義される、繊維状炭素の濃度が０．０１質量％以上１０質量％以下である。ここで、正極活物質の濃度は、（１）正極活物質の濃度（質量％）＝{（正極活物質の質量）／（正極活物質の質量+水の質量）}×１００で定義し、固形分中の繊維状炭素の濃度は、（２）固形分中の繊維状炭素の濃度（質量％）＝{（繊維状炭素の質量）／（繊維状炭素の質量+正極活物質の質量）}×１００で定義した。

〔スラリー生成工程〕
本工程は、正極活物質と繊維状炭素と水とを所定の濃度で混合して得た混合物に、５μｍより大きく３２０μｍより小さい振幅の超音波を照射してスラリーを得る工程である。
本工程は、混合物を得る工程（混合工程）と、混合物に超音波を照射してスラリーを得る工程（超音波処理工程）とを含む

＜混合工程＞
この工程は、正極活物質と繊維状炭素と水とを所定の濃度で混合して混合物を得る工程である。

（正極活物質の種類）
正極活物質の種類に特に制限はないが、リチウム遷移金属複合化合物はリチウム量とともに遷移金属イオン価数が変化しうることから、リチウム二次電池用正極活物質に適している。例えば、ＬｉＣｏＯ_２やＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＮｉ_０．３３Ｍｎ_０．３３Ｃｏ_０．３３Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．３３Ｍｎ_０．３３Ａｌ_０．３３Ｏ_２などの層状岩塩型化合物、ＬｉＶ_３Ｏ_８やＬｉＴｉＯ_２などのその他の層状化合物、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉＶＯ_４などのスピネル、逆スピネル型化合物、ＬｉＭＸＯ_４（ただし、Ｍは１種類以上の遷移金属、ＸはＴｉ、Ｐ、Ｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｍｏ、Ｖ、）、Ｌｉ_３Ｍ_２（ＸＯ_４）_３（Ｍは１種類以上の遷移金属、ＸはＴｉ、Ｐ、Ｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｍｏ、Ｖ）などのポリアニオン系材料およびこれらの誘導体が挙げられる。ここでいう誘導体とは、例えば、上記化学式のＬｉやＭの位置を別の種類の金属に置換したり、過剰に導入したり、あるいは空いているサイトに異種の金属あるいは非金属元素をドープしたりした化合物のことである。また分散処理のための水への投入の順序は、正極活物質と繊維状炭素のどちらが先でも構わない。

（正極活物質の濃度）
次式で定義した正極活物質の濃度は０．０１質量％以上５０質量％以下の範囲内である。
正極活物質の濃度（質量％）＝{（正極活物質の質量）／（正極活物質の質量+水の質量）}×１００。
この濃度が０．０１質量％よりも低いと、再凝集をなかなか起こさないため、分散性が悪くなり、その結果、これを用いたリチウム二次電池において高容量及び高放電レートが得られないからである。一方、５０質量％よりも高いと、ほぐれること自体が少ないため、やはり分散性が悪くなり、その結果、リチウム二次電池において高容量及び高放電レートが得られないからである。

（正極活物質のサイズ）
正極活物質は、平均一次粒子径が５０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。平均一次粒子径が５０ｎｍ未満である場合は、正極活物質自身が超音波による損傷を受ける部分が多くなり、容量の劣化につながるからであり、また、１００００ｎｍを超えると、大きい粒子の最表面に繊維状炭素が架橋されるため、内部の導電性向上が見込めないからである。

（繊維状炭素の種類）
繊維状炭素としてはいわゆる炭素繊維またはカーボンナノチューブを用いることができる。炭素繊維としては、気相合成法により製造された炭素繊維を例示できる。

また、炭素繊維としては、良好な導電性を持つものであれば特に制限はないが、結晶化度が高く、繊維軸に対して垂直方向にグラフェンシートが積層した気相法炭素繊維（カーボンナノチューブを含む）が好ましい。
また、気相法炭素繊維の好ましい形態として、分岐状繊維がある。分岐部分はその部分を含めて繊維全体が互いに連通した中空構造を有し、繊維の円筒部分を構成している炭素層は連続している。中空構造は炭素層が円筒状に巻いている構造であって、完全な円筒でないもの、部分的な切断箇所を有するもの、積層した２層の炭素層が１層に結合したものなどを含む。また、円筒の断面は完全な円に限らず楕円や多角形のものを含む。

気相法炭素繊維は、繊維表面に凹凸や乱れのあるものが多いため、正極活物質との密着性が向上する利点もある。密着性が向上することにより、正極活物質と気相法炭素繊維とが解離せず良好な密着状態を保つことができ、電極の導電性を維持しながらサイクル寿命を向上させることができる。

気相法炭素繊維が分岐状繊維を多く含む場合は、更に効率よく電極中にネットワークを形成することができる。また、正極活物質粒子間のネットワークを良好に保てるから、電極全体の柔軟性を高めることができる。

（繊維状炭素の形状）
繊維状炭素の形状に制限はないが、繊維径が１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の太さの範囲であり、長さが０．５μｍ以上１００μｍ以下の範囲であるものが好ましい。繊維径が太いものについては、従来技術のようなエネルギーの小さい超音波照射でも繊維状炭素は分散しうる。繊維径が１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の太さの範囲であることが好ましいのは、繊維径が１ｎｍより細いと、分散のために必要な超音波エネルギーが大きいため適当でなく、１０００ｎｍより太いと、繊維状炭素の１グラムあたりの本数が減ってしまい、電池材料において求められるような数質量パーセント程度の添加量では、十分多岐にわたった導電ネットワークを形成できなくなるからである。また、長さが０．５μｍ以上１００μｍ以下の範囲であるものが好ましいのは、０．５μｍより短いと、繊維状という形状からかけ離れてくるため、導電パスを形成しづらくなり、添加すべき量が増えてしまうからであり、１００μｍより長いと、通常考えられる添加量である、数質量％では少ない本数で粒子の隅々まで導電ネットワークを形成しなくてはならなくなり、かえって難しくなるし、また絡まってしまい、こちらも導電ネットワークの形成には不利になるからである。

（繊維状炭素の濃度）
固形分（正極活物質及び繊維状炭素）中の繊維状炭素の濃度は０．０１質量％以上１０質量％以下の範囲内である。この範囲外では、これを用いたリチウム二次電池において高容量及び高放電レートが得られないからである。通常のリチウムイオン電池では、合材に対する活物質の割合が低すぎると、電池のエネルギー密度が低下しすぎるため、好ましくない。
ここで、固形分中の繊維状炭素の濃度（以下では単に「繊維状炭素の濃度」という場合がある）（質量％）＝{（繊維状炭素の質量）／（繊維状炭素の質量＋正極活物質の質量）}×１００、である。

＜超音波処理工程＞
この工程は、混合物に５μｍより大きくかつ３２０μｍより小さい振幅の超音波を照射してスラリーを得る工程である。
この工程では、混合物に、従来の超音波処理で用いられてきた振幅よりも大きい振幅の超音波を照射することにより、正極活物質及び繊維状炭素をほぼ同時に分散させることで、その後、それらがその分散状態からほぼ同時に凝集が始まることを可能とし、その結果、正極活物質及び繊維状炭素が均一に混合された複合体を形成することを可能とする。

（超音波の振幅）
超音波の振幅は５μｍより大きく３２０μｍより小さいことが好ましい。５μｍ以下では、電池性能の向上に寄与するほどの分散を生じさせるエネルギーとして十分ではなく、正極活物質及び繊維状炭素のうち特に繊維状炭素の凝集体を粉砕することができないために分散性が悪く、その結果、リチウム二次電池において高容量及び高放電レートが得られないからである。一方、振幅が３２０μｍ以上では、繊維状炭素の切断が起きたり、正極活物質の表面の構造が破壊されることにより、リチウム二次電池において高容量及び高放電レートが得られないからである。

（超音波処理時間）
超音波処理による処理時間は、加えるエネルギーによって変動すると考えられる。すなわち、より大きい振幅で高エネルギーを与える場合には処理時間は短くて済む。しかしこの工程においては、繊維状炭素が、加える高エネルギーのため切断されてしまうことがあり、これによって繊維状炭素による導電ネットワークが形成されなくなることがある。これについては、条件検討を行い、適切なエネルギーに対する処理時間や間欠運転条件や出力を決めることできる。

（超音波処理装置）
市販の簡便な超音波洗浄機の振動では振動エネルギーが弱すぎるため、これを用いた超音波処理では細長い形状に起因して高い凝集力で凝集した繊維状炭素を十分に分散させることはできない。本発明者らが検討した結果、実用的な繊維径を有する炭素繊維を十分に分散させるためには超音波の振幅は５μｍより大きいことが望ましいと分かった。振幅が５μｍより大きければ、超音波洗浄機のような、槽の底面全体から超音波を発するタイプの装置を用いることができるが、ロッドの先端から集中的に超音波を発振できるタイプの超音波処理機が用いられることがより望ましい。

〔スラリー乾燥工程〕
本工程は、スラリーを乾燥させて複合材料を得る工程である。

スラリーの乾燥には公知の方法を用いることができる。スラリー中では、炭素繊維が分散して正極活物質内に混入した状態で凝集しているので安定であり、仮に、水分など溶媒成分を除去するのに長時間を要したとしても、得られる複合材料の物性にほとんど影響を与えない。

〔その他〕
（正極活物質に対する導電性付与）
正極活物質の導電性をさらに向上させるために、繊維状炭素以外の炭素質材料及び／又は炭素質材料前駆体を添加する工程を含んでもよい。
より具体的には、混合工程の前に、あるいは、混合工程において、あるいは、混合工程後、超音波処理工程の前に、繊維状炭素以外の炭素質材料や炭素質材料前駆体等の炭素源を混合してもよい。
正極活物質の中には例えば、ナシコン型やオリビン型といった構造に代表されるポリアニオン系正極のように、電子伝導性が極めて低いものも存在する。特にこのような材料に対しては、繊維状炭素に加えて、繊維状炭素以外の炭素質材料や炭素質材料前駆体を併せて混合することにより、導電性の向上を図ることができる。

また、超音波処理工程中やスラリー乾燥工程中、あるいはそれらの工程の間、あるいは、スラリー乾燥工程の後に、繊維状炭素以外の炭素質材料や炭素質材料前駆体を加えてもよい。
繊維状炭素以外の炭素質材料や炭素質材料前駆体は主に、複合体の表面を被覆（コーティング）する。

この炭素コーティングの炭素源としては例えば、ショ糖やラクトース等が安価で水溶性の材料であるため扱いやすいが、特に制限はない。コーティングという観点から、固体よりは液体、溶媒などに溶かした溶液の状態のものが好適に用いられる。

炭素コーティングのための具体的な炭素質材料としては、焼成した場合に導電性を有する炭素からなる材料であれば、リチウムイオン電池負極材料として用いられるような人造黒鉛や天然黒鉛、高配向性熱分解黒鉛ＨＯＰＧのような配向性のグラファイト、コークス、グラフェン、アセチレンブラックやケッチェンブラック、ブラックパールのようなカーボンブラック、アモルファス炭素やガラス状炭素、あるいはこれらの炭素材料を黒鉛化したもの等すべて用いることができる。
特に、グラファイト、アモルファス炭素、ガラス状炭素、又はグラフェンのいずれか１種又は２種以上を用いることが好ましい。いずれも高伝導性であるからであり、特にグラファイト、及びグラフェンについては黒鉛構造がはっきりしているため、高伝導性であるからである。

炭素コーティングのための具体的な炭素質材料前駆体としては例えば、ショ糖、ラクトース、グルコース、マルトース、フルクトースなどの糖類、またメタン、エチレン、エタン、プロパン、プロピレン、ブタン、イソブタンなどの炭化水素ガス、またガス状でなく、液状あるいは固体の炭化水素、オレイン酸、リノール酸、パルミチン酸、リノレン酸などの不飽和・飽和脂肪酸、エーテル類、エステル類、１価、２価、３価、１級、２級、３級アルコール類、チオール類、ケトン類、油脂、コールタール、タールなどのピッチ類、また、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ゴム、合成繊維、合成樹脂、共重合体、メラミン、ウレアなど、有機物一般をすべて用いることができる。
特に、糖類、炭化水素、脂肪酸、エーテル、エステル、アルコール、チオール、油脂、ピッチ、又はポリマーのいずれか１種又は２種以上を用いることが好ましい。上記のもののうち特に、液状のものは、被覆率高くコーティングでき、ハンドリング性に優れ、さらに比較的コストが低いからである。

炭素質材料又は炭素質材料前駆体の添加量は、電池活物質の容量を著しく下げない範囲内である。

なお、この炭素コーティングとしては、ナノメートルオーダーの炭素被膜やナノメートルオーダーの炭素微粒子が島状に活物質表面に点在する状態のものも含まれる。そのため、微粒子の炭素を超音波処理やボールミリングによって細かく分散して用いてもよい。

＜後処理＞
スラリー乾燥工程により得られた複合材料を、炭素質材料又は炭素質材料前駆物質や不純物の有無等により、焼成工程を導入して炭化あるいは熱分解を行ってもよい。炭素質材料前駆物質や界面活性剤を添加した場合は、正極合材としては余計な成分が含まれているため、熱分解を行うことが望ましい。

（リチウム二次電池）
本発明の実施形態に係るリチウム二次電池は、正極と負極と非水電解質とを具備して構成されている。このリチウム二次電池においては、正極の製造材料として上記の方法によって製造された正極用複合材料が用いられる。このような正極が備えられることによって、リチウム二次電池の容量及び放電レートを向上させることが可能になる。以下、リチウム二次電池を構成する正極、負極及び非水電解質について順次説明する。

（正極）
本実施形態のリチウム二次電池では、正極として、上記の方法によって製造された正極用複合材料と導電助材と結着剤とが含有されてなる正極合材と、正極合材に接合される正極集電体とからなるシート状の電極を用いることができる。また、正極として、上記の正極合材を円板状に成形させてなるペレット型若しくはシート状の正極も用いることができる。
なお、正極用複合材料だけで高導電性が得られる場合には導電助材を用いなくてもよい。

結着剤としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンコポリマー、エチレンプロピレンターポリマー、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ（メタ）アクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエピクロルヒドリン、ポリファスファゼン、ポリアクリロニトリル、等を例示できる。

更に導電助材としては、銀粉などの導電性金属粉；ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどの導電性カーボン粉；カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、気相法炭素繊維などが挙げられる。導電助剤としては気相法炭素繊維が好ましい。気相法炭素繊維は、その繊維径が５ｎｍ以上０．２μｍ以下であることが好ましい。繊維長さ／繊維径の比が５〜１０００であることが好ましい。気相法炭素繊維の含有量は正極合材の乾燥質量に対して０．１〜１０質量％であることが好ましい。

更に正極集電体としては、導電性金属の箔、導電性金属の網、導電性金属のパンチングメタルなどが挙げられる。導電性金属としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が好ましい。

更に、正極合材には、必要に応じて、イオン伝導性化合物、増粘剤、分散剤、滑材などが含まれていてもよい。イオン伝導性化合物としては、キチン、キトサンなどの多糖類、または該多糖類の架橋物などが挙げられる。増粘剤としては、カルボキシルメチルセルロール、ポリビニルアルコールなどが挙げられる。

正極は、例えば、ペースト状の正極合材を正極集電体に塗布し、乾燥させ、加圧成形することによって、または粉粒状の正極合材を正極集電体上で加圧成形することによって得られる。正極の厚さは、通常、０．０４ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。成形時に加える圧力を調整することによって任意の電極密度の正極を得ることができる。成形時に加える圧力は１ｔ／ｃｍ²〜３ｔ／ｃｍ²程度が好ましい。

（負極）
負極は、負極活物質、結着剤及び必要に応じて添加される導電助材が含有されてなる負極合材と、負極合材に接合される負極集電体とからなるシート状の電極を用いることができる。また、負極として、上記の負極合材を円板状に成形させてなるペレット型若しくはシート状の負極も用いることができる。

負極活物質としては、従来公知の負極活物質を用いることができ、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛などの炭素材料や、Ｓｎ、Ｓｉ等の金属または半金属材料を用いることができる。

結着剤としては、正極で使用する結着剤と同様のものを用いることができる。
更に導電助材は、必要に応じて添加してもよく、添加しなくても良い。例えば、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどの導電性カーボン粉；カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、気相法炭素繊維などを用いることができる。導電助剤としては気相法炭素繊維が特に好ましい。気相法炭素繊維は、その繊維径が５ｎｍ以上０．２μｍ以下であることが好ましい。繊維長さ／繊維径の比が５〜１０００であることが好ましい。気相法炭素繊維の含有量は負極合材の乾燥質量に対して０．１〜１０質量％であることが好ましい。

更に負極集電体としては、導電性金属の箔、導電性金属の網、導電性金属のパンチングメタルなどが挙げられる。導電性金属としては銅または銅の合金が好ましい。

負極は、例えば、ペースト状の負極合材を負集電体に塗布し、乾燥させ、加圧成形することによって、または粉粒状の負極合材を負極集電体上で加圧成形することによって得られる。負極の厚さは、通常、０．０４ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。成形時に加える圧力を調整することによって任意の電極密度の負極を得ることができる。成形時に加える圧力は１ｔ／ｃｍ²〜３ｔ／ｃｍ²程度が好ましい。

（非水電解質）
次に、非水電解質としては、例えば、非プロトン性溶媒にリチウム塩が溶解されてなる非水電解質を例示できる。

非プロトン性溶媒は、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ―ブチロラクトン、およびビニレンカーボネートからなる群から選ばれる少なくとも１種または２種以上の混合溶媒が好ましい。
また、リチウム塩には、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＳＯ₃ＣＦ₃、ＣＨ₃ＳＯ₃Ｌｉ、ＣＦ₃ＳＯ₃Ｌｉ等が挙げられる。

また非水電解質として、いわゆる固体電解質またはゲル電解質を用いることもできる。固体電解質またはゲル電解質としては、スルホン化スチレン−オレフィン共重合体などの高分子電解質、ポリエチレンオキシドとＭｇＣｌＯ₄を用いた高分子電解質、トリメチレンオキシド構造を有する高分子電解質などが挙げられる。高分子電解質に用いられる非水系溶媒としては、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ―ブチロラクトン、およびビニレンカーボネートからなる群から選ばれる少なくとも１種が好ましい。

更に、本実施形態のリチウム二次電池は、正極、負極、非水電解質のみに限られず、必要に応じて他の部材等を備えていても良く、例えば正極と負極を隔離するセパレータを具備しても良い。セパレータは、非水電解質がポリマー電解質でない場合には必須であり、例えば、不織布、織布、微細孔質フィルムなどや、それらを組み合わせたものなどが挙げられ、より具体的には、多孔質のポリプロピレンフィルム、多孔質のポリエチレンフィルム等を適宜使用できる。

本実施形態に係るリチウム二次電池は、種々な分野において用いることができる。例えば、パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、ノート型コンピュータ、携帯電話、無線機、電子手帳、電子辞書、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子メーター、電子キー、電子タグ、電力貯蔵装置、電動工具、玩具、デジタルカメラ、デジタルビデオ、ＡＶ機器、掃除機などの電気・電子機器；電気自動車、ハイブリッド自動車、電動バイク、ハイブリッドバイク、電動自転車、電動アシスト自転車、鉄道機関、航空機、船舶などの交通機関；太陽光発電システム、風力発電システム、潮力発電システム、地熱発電システム、熱差発電システム、振動発電システムなどの発電システムなどが挙げられる。

次に、本発明を実施例を用いて分かりやすく詳細に説明する。あくまでも例なのであって、本発明はこれらの実施例に限定されない。

（共通の手順）
（１）リチウム二次電池の製造
本発明の製造方法で製造した正極用複合材料（すりつぶす等の処理を行ったものを含む）と、導電助剤としてのアセチレンブラック（デンカブラックＨＳ−１００電気化学工業製）と、結着剤としてＰＶｄＦ（＃１３００クレハ化学製）を質量比７：２：１にてそれぞれ秤量した。これにＮ−メチル−２−ピロリジノン（以下ＮＭＰと略記）を添加し、十分に混合して固形分濃度２５〜４５ｗｔ％のスラリーを得た。こうして得られたスラリーを縦１０ｃｍ、横２０ｃｍ、厚み２０μｍのアルミ箔上に、テストコーターとアプリケーターを用いて厚み０．１ｍｍとなるように塗布した。次に、スラリーを塗布したアルミ箔からＮＭＰを乾燥させた後、直径が１５ｍｍで打ち抜いて電極を作製した。電極の面積は０．７５ｃｍ×０．７５ｃｍ×π≒１．７６７ｃｍ^２である。さらに、この電極を５ＭＰａの圧力でプレスし、５０℃の温度で２４時間真空乾燥して、正極として用いた。
対極である負極には直径１７ｍｍ、２ｍｍ厚のリチウム箔を用い、セパレーターには３０ｍｍ×５０ｍｍのセルガード２４００（ヘキストセラニーズ社製、商品名）を用いて、２３２０型コインセルを作製した。アルゴンで充満され露点が−７５℃以下に制御されたグローブボックスにおいて、以下のようにして評価用電池を作製した。コインセルのケースを逆さに置き、下から順に負極、電解液で湿らせたセパレータ、下に塗工面を向けた正極の順に配置した。これに、ガスケットつきの蓋を載せ、専用のジグにてかしめることによってコインセル（評価用電池）を作製した。

（２）電池の評価
上記のように製造したリチウム二次電池（コインセル）についてその性能及び分散状態を評価した。
（i）初期容量試験
まず、電解液を電極にしみこませるために２０時間、充放電を行わず、対極を基準とした正極の電位をモニターするだけとした。
次に、各セルに用いた正極活物質が１５０ｍＡｈ／ｇの容量を持つと仮定したときの０．２Ｃの電流値を計算し、この電流値で定電流充放電を３サイクル行った。このときの充放電電流値を「０．２C相当」の電流値と称する。各充放電の間には１０分の休止時間を挟んだ。各実施例及び比較例につき、３個セルを作製し、２サイクル目の放電容量の平均をその活物質の「初期容量」とした。
（ii）放電レート特性試験
正極活物質が１５０ｍＡｈ／ｇの容量を持つと仮定し、充電は０．２C相当で行い、放電を２．０Ｃ相当、１．０Ｃ相当、０．５Ｃ相当で行った。１００×（２．０Ｃ相当の電流値で放電したときの容量）／（初期容量）＝放電レート特性（％）とした。
（iii）複合化の均一性（複合体中の分散状態）の評価
得られた複合材料中の正極活物質と繊維状炭素との複合体における分散状態（均一性）は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察によって評価した。

（実施例１）
まず、容器中で３００ｍLの脱イオン水にショ糖（炭素質材料前駆体）を１．４０１３ｇ加えて攪拌し、ショ糖水溶液を作製した。これにオリビン型リン酸鉄リチウムを９．９０１１ｇ、ＶＧＣＦ−Ｘ（繊維状炭素）（昭和電工株式会社製（ＶＧＣＦは登録商標。以下同様））を０．１００２ｇ投入した。これにより、正極活物質の濃度を３．２質量％、固形分中の繊維状炭素の濃度を１質量％とする溶液（混合物）を得た。溶液（混合物）は脱イオン水、ショ糖、オリビン型リン酸鉄リチウム、ＶＧＣＦ−Ｘ（繊維状炭素）の4種類で得た点は他の実施例及び全比較例についても同様である。
次に、得られた溶液（混合物）について、超音波ホモジナイザー（ヒールッシャー社製、ＵＰ４００Ｓ）を用いて、６９μｍの振幅で６０分間超音波処理を行った。
次に、これによって得られたスラリーを９５℃で１晩真空乾燥を行った。
得られた乾燥物（複合材料）を乳鉢ですりつぶしてオリビン型リン酸鉄リチウム−ＶＧＣＦ−Ｘ複合体を含む材料を得た。
得られた複合体をＳＥＭで観察したところ、図１に示すように、繊維状炭素が正極活物質間にいたるところで入り込んでおり、良好な分散状態が得られていることがわかった。なお、他の実施例についても同様に良好な分散状態が得られていた。
得られた複合材料を窒素雰囲気下、７００℃で３時間焼成し、得られた粉体とした後、上述の手順でコインセルを組んで電池の性能評価を行った。他の実施例及び全比較例についても同様にして電池の性能評価を行った。
初期容量は１４６ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は８５％であった。

（実施例２）
本実施例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．２４２７ｇ、３０．００５６ｇ、３．３３７８ｇとした。
得られた溶液（混合物）について、超音波ホモジナイザー（ＭＩＳＯＮＩＸ社製、アストラソン）を用いて、２４０μｍの振幅で5分間超音波処理を行った。なお、他の実施例及び比較例においても、２４０μｍの振幅の超音波処理は同じ超音波ホモジナイザーを用いた。
初期容量は１４８ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は８４％であった。

（実施例３）
本実施例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４２．４２７９ｇ、３００．０ｇ、３３．３３４９ｇとした。超音波処理は、超音波ホモジナイザー（ヒールッシャー社製、ＵＰ４００Ｓ）を用いて、１３μｍの振幅で３００分間行った。なお、他の実施例及び比較例においても、１３μｍの振幅のもののものについては同じ超音波ホモジナイザーを用いた。初期容量は１４７ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は８２％であった。

（実施例４）
本実施例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．２４３７ｇ、３０．００５１ｇ、０．００３０ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で5分間行った。初期容量は１４5ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は８６％であった。

（実施例５）
本実施例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４２．４２４８ｇ、３００．０ｇ、０．０３００ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１４７ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は８５％であった。

（実施例６）
本実施例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、０．０００４ｇ、０．００３１ｇ、０．０００３ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で5分間行った。初期容量は１４８ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は８５％であった。

（実施例７）
本実施例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、０．００４３ｇ、０．０３０５ｇ、０．００３３ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１４９ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は８７％であった。

（実施例８）
本実施例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．４２４３ｇ、３．０００３ｇ、０．０００３ｇとした。
超音波処理は、１Ｌ／分の流速でフローしながら、２４０μｍの振幅で３００分間行った。本実施例では、脱イオン水の量に対して繊維状炭素の量が少ない（繊維状炭素の濃度が低い）ため、繊維状炭素の良好な分散を確保するためにフローを行った。なお、実施例９、比較例３５〜４０及び比較例４９〜５６についても同じ理由で１Ｌ／分の流速でフローしながら超音波処理を行った。
初期容量は１４６ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は８６％であった。

（実施例９）
本実施例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．４２５５ｇ、３．０００４ｇ、０．０００３ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で２８８０分間（２日間）行った。
初期容量は１４５ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は８６％であった。

（比較例１）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．４１７１ｇ、３１．２２４９ｇ、３．８６０１ｇとした。
超音波処理は、超音波ホモジナイザー（ＭＩＳＯＮＩＸ社製、アストラソン）を用いて、３２０μｍの振幅で４．５分間行った。なお、他の比較例においても、３２０μｍの振幅の超音波処理は同じ超音波ホモジナイザーを用いた。
これ以外は実施例１と同様の条件でオリビン型リン酸鉄リチウム−ＶＧＣＦ−Ｘ複合体を含む材料を得た。得られた複合体をＳＥＭで観察したところ、図２に示すように、実施例の複合体に比べて、繊維状炭素が正極活物質間に十分入り込んでおらず、分散状態がよくないことがわかった。なお、他の比較例についても同様に分散状態がよくなかった。
初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。
同じ条件の溶液（混合物）について、超音波処理時間を４．５分間以外に振ってみたが、分散状態及び電池の性能に改善はみられなかった。なお、他の比較例についても超音波処理時間を振ったが、分散状態及び電池の性能に改善はみられなかった。

（比較例２）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．４１５６ｇ、３１．２２４５ｇ、３．８５９９ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で５分間を行った。初期容量は１２０ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７６％であった。

（比較例３）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４４．１５６５ｇ、３１２．２ｇ、３８．５９５６ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

（比較例４）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４４．１５６０ｇ、３１２．２ｇ、３８．５９２８ｇとした。
超音波処理は、超音波ホモジナイザー（日本精機製作所製、ＵＳ−３００Ｔ）を用いて、５μｍの振幅で４００分間行った。なお、他の比較例においても、５μｍの振幅の超音波処理は同じ超音波ホモジナイザーを用いた。
初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７４％であった。

（比較例５）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．４１７８ｇ、３１．２２５４ｇ、３．４７１３ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で４．５分間行った。初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

（比較例６）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．４１８８ｇ、３１．２２５１ｇ、３．４６９４ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で５分間行った。初期容量は１２０ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７３％であった。

（比較例７）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４４．１５７６ｇ、３１２．２ｇ、３４．６９５０ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２４ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

（比較例８）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４４．１５８１ｇ、３１２．２ｇ、３４．６９４３ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で４００分間行った。初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７４％であった。

（比較例９）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．４１５８ｇ、３１．２２４８ｇ、０．０３４３ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で４．５分間行った。初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７４％であった。

（比較例１０）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．４１５９ｇ、３１．２２４８ｇ、０．０３４５ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で５分間行った。初期容量は１２４ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７６％であった。

（比較例１１）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４４．１５６９ｇ、３１２．２ｇ、０．３４４０ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

（比較例１２）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４４．１５７２ｇ、３１２．２ｇ、０．３４５６ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で４００分間行った。初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７３％であった。

（比較例１３）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．４１５７ｇ、３１．２２５５ｇ、０．００２８ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で４．５分間行った。初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７１％であった。

（比較例１４）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．４１７１ｇ、３１．２２６５ｇ、０．００２８ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で５分間行った。初期容量は１２３ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７２％であった。

（比較例１５）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４４．１５９８ｇ、３１２．２ｇ、０．０２７９ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２５ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７４％であった。

（比較例１６）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４４．１５５８ｇ、３１２．２ｇ、０．０２８０ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で４００分間行った。初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７４％であった。

（比較例１７）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．２４３６ｇ、３０．００２１ｇ、３．７０９１ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で４．５分間行った。初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

（比較例１８）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．２４４１ｇ、３０．００３３ｇ、３．７０９８ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で５分間行った。初期容量は１２６ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

（比較例１９）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４２．４２４９ｇ、３００．０ｇ、３７．０７９９ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２３ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７３％であった。

（比較例２０）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４２．４２５２ｇ、３００．０ｇ、３７．０７９７ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で４００分間行った。初期容量は１２３ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

（比較例２１）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．２４２５ｇ、３０．００１１ｇ、３．３３５６ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で４．５分間行った。初期容量は１２０ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７１％であった。

（比較例２２）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４２．４２５５ｇ、３００．０ｇ、３３．３３３８ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で４００分間行った。初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７４％であった。

（比較例２３）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．２４２４ｇ、３０．００２２ｇ、０．００３０ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で４．５分間行った。初期容量は１２０ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７２％であった。

（比較例２４）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４２．４２６０ｇ、３００．０ｇ、０．０３０１ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で４００分間行った。初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７４％であった。

（比較例２５）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．２４２９ｇ、３０．０００７ｇ、０．０２６９ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で４．５分間行った。初期容量は１２３ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７６％であった。

（比較例２６）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、４．２４３５ｇ、３０．００１２ｇ、０．０２７１ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で５分間行った。初期容量は１２６ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７１％であった。

（比較例２７）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４２．４２４４ｇ、３００．０ｇ、０．２７０３ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７７％であった。

（比較例２８）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、４２．４２４３ｇ、３００．０ｇ、０．２７０８ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で４００分間行った。初期容量は１２５ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７４％であった。

（比較例２９）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、０．０００４ｇ、０．００３０ｇ、０．０００４ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で４．５分間行った。初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７４％であった。

（比較例３０）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、０．０００４ｇ、０．００３０ｇ、０．０００４ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で５分間行った。初期容量は１２４ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７３％であった。

（比較例３１）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、０．００４３ｇ、０．０３０１ｇ、０．００３８ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２６ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７４％であった。

(比較例３２)
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、０．００４２ｇ、０．０３０３ｇ、０．００３７ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で４００分間行った。初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７４％であった。

(比較例３３)
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０ｍL、０．０００４ｇ、０．００３０ｇ、０．０００３ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で４．５分間行った。初期容量は１２５ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７２％であった。

(比較例３４)
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、０．００４２ｇ、０．０３０４ｇ、０．００３２ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で４００分間行った。初期容量は１２４ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７１％であった。

（比較例３５）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．４２４５ｇ、３．０００７ｇ、０．０００３ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２０ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７４％であった。

（比較例３６）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．４２４７ｇ、３．０００５ｇ、０．０００３ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で２８８０分間（２日間）行った。初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７６％であった。

（比較例３７）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．４２４８ｇ、３．０００７ｇ、０．０００２ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２７ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７２％であった。

（比較例３８）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．４２４８ｇ、３．０００６ｇ、０．０００２ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２３ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７３％であった。

（比較例３９）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．４２４５ｇ、３．０００９ｇ、０．０００２ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で２８８０分間（２日間）行った。初期容量は１１９ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７０％であった。

（比較例４０）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．４２４５ｇ、３．０００７ｇ、０．０００２ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で２８８０分間（２日間）行った。初期容量は１２０ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７１％であった。

（比較例４１）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、０．００３９ｇ、０．０２６９ｇ、０．００３４ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で４．５分間行った。初期容量は１２５ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７１％であった。

（比較例４２）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、０．００３８ｇ、０．０２７０ｇ、０．００３３ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で５分間行った。初期容量は１２６ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７２％であった。

（比較例４３）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、０．００３８ｇ、０．０２７１ｇ、０．００３３ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７０％であった。

（比較例４４）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、０．００３９ｇ、０．０２７１ｇ、０．００３５ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で４００分間行った。初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

（比較例４５）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、０．００３７ｇ、０．０２７２ｇ、０．００３１ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で４．５分間行った。初期容量は１２７ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７６％であった。

（比較例４６）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、０．００３９ｇ、０．０２７１ｇ、０．００３０ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で５分間行った。初期容量は１２５ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

（比較例４７）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、０．００３８ｇ、０．０２７１ｇ、０．００３０ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７６％であった。

（比較例４８）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３００ｍL、０．００３９ｇ、０．０２７０ｇ、０．００３１ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で４００分間行った。初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７２％であった。

（比較例４９）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．３８２０ｇ、２．７００３ｇ、０．０００３ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２０ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７３％であった。

（比較例５０）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．３８２３ｇ、２．６９９１ｇ、０．０００３ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２３ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７１％であった。

（比較例５１）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．３８２４ｇ、２．７００３ｇ、０．０００３ｇとした。
超音波処理は、１３μｍの振幅で２８８０分間（２日間）行った。
初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

（比較例５２）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．３８２２ｇ、２．７００５ｇ、０．０００３ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で４００分間行った。初期容量は１２２ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７０％であった。

（比較例５３）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．３８２２ｇ、２．７００４ｇ、０．０００１ｇとした。超音波処理は、３２０μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２０ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

（比較例５４）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．３８２０ｇ、２．７００４ｇ、０．０００１ｇとした。超音波処理は、２４０μｍの振幅で３００分間行った。初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

（比較例５５）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．３８２５ｇ、２．７００３ｇ、０．０００１ｇとした。超音波処理は、１３μｍの振幅で２８８０分間（２日間）行った。初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７３％であった。

（比較例５６）
本比較例では、上記4種類の量をそれぞれ、３０L、０．３８２１ｇ、２．７００１ｇ、０．０００１ｇとした。超音波処理は、５μｍの振幅で２８８０分間（２日間）を行った。初期容量は１２１ｍＡｈ／ｇであり、放電レート特性は７５％であった。

結果を表1、表２にまとめた。

（１）超音波の振幅
（i）実施例３と比較例２２とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に５０質量％であり、繊維状炭素の濃度が共に１０質量％である点で共通するが、超音波の振幅がそれぞれ、１３μｍ、５μｍである点で相違する。この相違に基づき、実施例３は比較例２２よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例５と比較例２４とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に５０質量％であり、繊維状炭素の濃度が共に０．０１質量％である点で共通するが、超音波の振幅がそれぞれ、１３μｍ、５μｍである点で相違する。この相違に基づき、実施例５は比較例２４よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例７と比較例３４とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に０．０１質量％であり、繊維状炭素の濃度が共に１０質量％である点で共通するが、超音波の振幅がそれぞれ、１３μｍ、５μｍである点で相違する。この相違に基づき、実施例７は比較例３４よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例９と比較例３６とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に０．０１質量％であり、繊維状炭素の濃度が共に０．０１質量％である点で共通するが、超音波の振幅がそれぞれ、１３μｍ、５μｍである点で相違する。この相違に基づき、実施例９は比較例３６よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
以上の比較から、正極活物質の濃度が０．０１質量％以上５０質量％以下でありかつ繊維状炭素の濃度が０．０１質量％以上１０質量％以下であっても、超音波処理の振幅を５μｍ以下の場合には、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができず、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートのリチウム二次電池を製造するためには、超音波処理の振幅を５μｍより大きくすることが必要であることがわかる。

（ii）実施例２と比較例２１とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に５０質量％であり、繊維状炭素の濃度が共に１０質量％である点で共通するが、超音波の振幅がそれぞれ、２４０μｍ、３２０μｍである点で相違する。この相違に基づき、実施例２は比較例２１よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例４と比較例２３とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に５０質量％であり、繊維状炭素の濃度が共に０．０１質量％である点で共通するが、超音波の振幅がそれぞれ、２４０μｍ、３２０μｍである点で相違する。この相違に基づき、実施例４は比較例２３よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
実施例６と比較例３３とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に０．０１質量％であり、繊維状炭素の濃度が共に１０質量％である点で共通するが、超音波の振幅がそれぞれ、２４０μｍ、３２０μｍである点で相違する。この相違に基づき、実施例６は比較例３３よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例８と比較例３５とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に０．０１質量％であり、繊維状炭素の濃度が共に０．０１質量％である点で共通するが、超音波の振幅がそれぞれ、２４０μｍ、３２０μｍである点で相違する。この相違に基づき、実施例８は比較例３５よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
以上の比較から、正極活物質の濃度が０．０１質量％以上５０質量％以下でありかつ繊維状炭素の濃度が０．０１質量％以上１０質量％以下であっても、超音波処理の振幅を３２０μｍ以上の場合には、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができず、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートのリチウム二次電池を製造するためには、超音波処理の振幅を３２０μｍより小さくすることが必要であることがわかる。これは大きな振幅により、正極活物質及び繊維状炭素を同時に分散させることができるが、振幅が大きすぎてその後の再凝集が妨げられることが主な原因と考えられる。

（２）正極活物質の濃度
（i）実施例７と比較例４７とを比較すると、両者は繊維状炭素の濃度が共に１０質量％であり、超音波の振幅が共に１３μｍである点で共通するが、正極活物質の濃度がそれぞれ、０．０１質量％、０．００９質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例７は比較例４７よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例６と比較例４６とを比較すると、両者は繊維状炭素の濃度が共に１０質量％であり、超音波の振幅が共に２４０μｍである点で共通するが、正極活物質の濃度がそれぞれ、０．０１質量％、０．００９質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例６は比較例４６よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例９と比較例５１とを比較すると、両者は繊維状炭素の濃度が共に０．０１質量％であり、超音波の振幅が共に１３μｍである点で共通するが、正極活物質の濃度がそれぞれ、０．０１質量％、０．００９質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例９は比較例５１よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例８と比較例５０とを比較すると、両者は繊維状炭素の濃度が共に０．０１質量％であり、超音波の振幅が共に２４０μｍである点で共通するが、正極活物質の濃度がそれぞれ、０．０１質量％、０．００９質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例８は比較例５０よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
以上の比較から、繊維状炭素の濃度０．０１質量％以上１０質量％以下でありかつ超音波処理の振幅が１３μｍ以上２４０μｍ以下である（５μｍより大きくかつ３２０μｍより小さい）場合であっても、正極活物質の濃度が０．０１質量％未満の場合には、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができず、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートのリチウム二次電池を製造するためには、正極活物質の濃度が０．０１質量％以上とすることが必要であることがわかる。

（ii）実施例３と比較例７とを比較すると、両者は繊維状炭素の濃度が共に１０質量％であり、超音波の振幅が共に１３μｍである点で共通するが、正極活物質の濃度がそれぞれ、５０質量％、５１質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例３は比較例７よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例２と比較例６とを比較すると、両者は繊維状炭素の濃度が共に１０質量％であり、超音波の振幅が共に２４０μｍである点で共通するが、正極活物質の濃度がそれぞれ、５０質量％、５１質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例２は比較例６よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例５と比較例１１とを比較すると、両者は繊維状炭素の濃度が共に０．０１質量％であり、超音波の振幅が共に１３μｍである点で共通するが、正極活物質の濃度がそれぞれ、５０質量％、５１質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例５は比較例１１よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例４と比較例１０とを比較すると、両者は繊維状炭素の濃度が共に０．０１質量％であり、超音波の振幅が共に２４０μｍである点で共通するが、正極活物質の濃度がそれぞれ、５０質量％、５１質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例４は比較例１０よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
以上の比較から、繊維状炭素の濃度０．０１質量％以上１０質量％以下でありかつ超音波処理の振幅が１３μｍ以上２４０μｍ以下である（５μｍより大きくかつ３２０μｍより小さい）場合であっても、正極活物質の濃度が５０質量％を超える場合には、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができず、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートのリチウム二次電池を製造するためには、正極活物質の濃度が５０質量％以下とすることが必要であることがわかる。

（３）繊維状炭素の濃度
（i）実施例５と比較例２７とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に５０質量％であり、超音波の振幅が共に１３μｍである点で共通するが、繊維状炭素の濃度がそれぞれ、０．０１質量％、０．００９質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例７は比較例４７よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例４と比較例２６とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に５０質量％であり、超音波の振幅が共に２４０μｍである点で共通するが、繊維状炭素の濃度がそれぞれ、０．０１質量％、０．００９質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例７は比較例４７よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例９と比較例３９とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に０．０１質量％であり、超音波の振幅が共に１３μｍである点で共通するが、繊維状炭素の濃度がそれぞれ、０．０１質量％、０．００９質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例９は比較例３９よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例８と比較例３８とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に０．０１質量％であり、超音波の振幅が共に２４０μｍである点で共通するが、繊維状炭素の濃度がそれぞれ、０．０１質量％、０．００９質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例８は比較例３８よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
以上の比較から、正極活物質の濃度０．０１質量％以上５０質量％以下でありかつ超音波処理の振幅が１３μｍ以上２４０μｍ以下である（５μｍより大きくかつ３２０μｍより小さい）場合であっても、繊維状炭素の濃度が０．０１質量％未満の場合には、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができず、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートのリチウム二次電池を製造するためには、繊維状炭素の濃度が０．０１質量％以上とすることが必要であることがわかる。

（ii）実施例３と比較例１９とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に５０質量％であり、超音波の振幅が共に１３μｍである点で共通するが、繊維状炭素の濃度がそれぞれ、１０質量％、１１質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例３は比較例１９よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例２と比較例１８とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に５０質量％であり、超音波の振幅が共に２４０μｍである点で共通するが、繊維状炭素の濃度がそれぞれ、１０質量％、１１質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例２は比較例１８よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例７と比較例３１とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に０．０１質量％であり、超音波の振幅が共に１３μｍである点で共通するが、繊維状炭素の濃度がそれぞれ、１０質量％、１１質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例７は比較例３１よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
また、実施例６と比較例３０とを比較すると、両者は正極活物質の濃度が共に０．０１質量％であり、超音波の振幅が共に２４０μｍである点で共通するが、繊維状炭素の濃度がそれぞれ、１０質量％、１１質量％である点で相違する。この相違に基づき、実施例８は比較例３８よりも分散状態が良好で、初期容量及び放電レートが高いものと考えられる。
以上の比較から、正極活物質の濃度０．０１質量％以上５０質量％以下でありかつ超音波処理の振幅が１３μｍ以上２４０μｍ以下である（５μｍより大きくかつ３２０μｍより小さい）場合であっても、繊維状炭素の濃度が１０質量％を超える場合には、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができず、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートのリチウム二次電池を製造するためには、繊維状炭素の濃度が１０質量％以下とすることが必要であることがわかる。

（４）その他
比較例１〜４から、正極活物質の濃度が本発明の上限値を超えている場合は、繊維状炭素の濃度を本発明の上限値を超えるようにし、本発明の範囲及びそれを超える振幅で超音波処理を行っても、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができないことがわかる。
また、比較例５及び８から、正極活物質の濃度が本発明の上限を超えている場合は、繊維状炭素の濃度を本発明の上限値とし、本発明の範囲外の振幅で超音波処理を行っても、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができないことがわかる。
また、比較例９及び１２から、正極活物質の濃度が本発明の上限値を超えている場合は、繊維状炭素の濃度を本発明の下限値とし、本発明の範囲外の振幅で超音波処理を行っても、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができないことがわかる。
また、比較例１３〜１６から、正極活物質の濃度が本発明の上限値を超えている場合は、繊維状炭素の濃度を本発明の下限値より少なくし、本発明の範囲及びそれを超える振幅で超音波処理を行っても、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができないことがわかる。
また、比較例１７及び２０から、繊維状炭素の濃度が本発明の上限値を超えている場合は、正極活物質の濃度を本発明の上限値とし、本発明の範囲外振幅で超音波処理を行っても、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができないことがわかる。
また、比較例２５及び２８から、繊維状炭素の濃度が本発明の下限値を下回っている場合は、正極活物質の濃度を本発明の上限値とし、本発明の範囲外の振幅で超音波処理を行っても、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができないことがわかる。
また、比較例２９及び３２から、繊維状炭素の濃度が本発明の上限値を超えている場合は、正極活物質の濃度を本発明の下限値とし、本発明の範囲外の振幅で超音波処理を行っても、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができないことがわかる。
また、比較例３７及び４０から、繊維状炭素の濃度が本発明の下限値を下回っている場合は、正極活物質の濃度を本発明の下限値とし、本発明の範囲外の振幅で超音波処理を行っても、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができないことがわかる。
比較例４１〜４４から、正極活物質の濃度が本発明の下限値を下回っている場合は、繊維状炭素の濃度を本発明の上限値を超えるようにし、本発明の範囲及びそれを超える振幅で超音波処理を行っても、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができないことがわかる。
また、比較例４５及び４８から、正極活物質の濃度が本発明の下限値を下回っている場合は、繊維状炭素の濃度を本発明の上限値とし、本発明の範囲外の振幅で超音波処理を行っても、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができないことがわかる。
また、比較例４９及び５２から、正極活物質の濃度が本発明の下限値を下回っている場合は、繊維状炭素の濃度を本発明の下限値とし、本発明の範囲外の振幅で超音波処理を行っても、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができないことがわかる。
比較例５３〜５６から、正極活物質の濃度が本発明の下限値を下回っている場合は、繊維状炭素の濃度を本発明の下限値を下回るようにし、本発明の範囲及びそれを超える振幅で超音波処理を行っても、良好な分散状態、高初期容量及び高放電レートを得ることができないことがわかる。

以上の結果より、実施例１〜９の初期容量、放電レートは、比較例１〜５６の結果に比較して優れていることが確認された。これは、正極活物質と繊維状炭素を同時に水に投入し、本発明者らが検討することによって明らかとなった条件を実施することにより、両者が分散するタイミングを合わせ、両者が分散した状態で両者の再凝集が始まるものとし、この結果、よい分散状態を達成し、正極活物質に電子伝導性を付与でき、容量増大、高放電レートが実現されたものと考えられる。

Claims

リチウム二次電池正極用複合材料の製造方法であって、
正極活物質と繊維状炭素と水とを含む混合物に、５μｍより大きく３２０μｍより小さい振幅の超音波を照射してスラリーを得る工程と、
前記スラリーを乾燥させて複合材料を得る工程とを含み、式（１）で定義される正極活物質の濃度が０．０１質量％以上５０質量％以下であり、式（２）で定義される、繊維状炭素の濃度が０．０１質量％以上１０質量％以下であり、
炭素質材料前駆体を添加する工程を含むリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法；
（１）正極活物質の濃度（質量％）＝{（正極活物質の質量）／（正極活物質の質量+水の質量）}×１００、
（２）繊維状炭素の濃度（質量％）＝{（繊維状炭素の質量）／（繊維状炭素の質量+正極活物質の質量）}×１００。
前記の炭素質材料前駆体を添加する工程を、前記の超音波を照射してスラリーを得る前に行って、正極活物質と繊維状炭素と水と炭素質材料前駆体とを含む混合物とする請求項１に記載のリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法。
前記炭素質材料前駆体を添加する工程において、さらに前記繊維状炭素以外の炭素質材料を添加する請求項１又は２のいずれかに記載のリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法。
前記繊維状炭素の繊維径が１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、長さが０．５μｍ以上１００μｍ以下である請求項３に記載のリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法。
前記のスラリーを乾燥させて複合材料を得る工程により得られた複合材料を焼成する工程をさらに含む請求項１〜４のいずれか一項に記載のリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法。
前記正極活物質は、平均一次粒子径が５０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下の遷移金属複合酸化物である請求項１〜５のいずれか一項に記載のリチウム二次電池正極用複合材料の製造方法。