JP5999240B1 - リチウムイオン二次電池用電極材料およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極活物質と導電性物質の分散性および密着性を高めたリチウムイオン二次電池用電極材料およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料は、一般式ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅおよび希土類元素から選択される少なくとも１種、０．０５≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１４）で表される電極活物質の表面が炭素質被膜で被覆されてなるリチウムイオン二次電池用電極材料であって、安息角が３５°以上かつ５０°以下である。【選択図】なし
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池用電極材料およびその製造方法に関する。
オリビン系電極活物質であるＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４は、電子伝導性が十分でない。そこで、リン酸塩系電極活物質を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池において、大電流の充放電を行うために、電極活物質粒子の微細化、電極活物質と導電性物質との複合化等、様々な工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、オリビン系電極活物質は、電子伝導性およびリチウムの拡散性が低いという課題がある。また、オリビン系電極活物質の一次粒子径を酸化物正極と同等の数μｍとした場合、電気自動車用途で要求される高い出力が得られない。電子伝導性およびリチウムの拡散距離を低減する目的で、オリビン系電極活物質の一次粒子を微細化することが検討されている。しかし、高い出力を得るためには、オリビン系電極活物質の一次粒子径を数百ｎｍまで微細化する必要がある。
オリビン系電極活物質は、一次粒子径を数百ｎｍまで微細化した場合、一次粒子間の空隙が増加するため、充分な粉体密度を有する電極材料が得られない。この電極材料を用いて作製した電極では、電極材料同士の接触点が不十分となるため、導電が低下し、高い出力が得られない。
さらに、オリビン系電極活物質の一次粒子径が数百ｎｍまで微細化された場合、凝集体の大きさを制御することが難しい。ここで、凝集体が小さ過ぎる場合、凝集体の流動性が著しく低下し、電極材料を製造する際、移送配管が詰まることがある。また、電極に含まれる電極活物質と導電性物質との間で十分な接触点を得るために、多量の導電性物質が必要となるため好ましくない。また、凝集体が大き過ぎる場合、一般的な厚さ数十μｍの電気自動車等の高出力用途電池向け電極を作製することが難しい。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、電極活物質と導電性物質の分散性および密着性を高めたリチウムイオン二次電池用電極材料およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、一般式ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４で表される電極活物質の表面が炭素質被膜で被覆されてなるリチウムイオン二次電池用電極材料において、安息角を所定の範囲とすることにより、次のようなことを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、電極活物質と導電性物質の分散性および密着性が高まり、リチウムイオン二次電池を高出力化することが出来ることを見出した。
本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料は、一般式ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅおよび希土類元素から選択される少なくとも１種、０．０５≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１４、１−ｘ−ｙ≧０）で表される電極活物質の表面が第一の炭素源材料としての芳香族有機化合物と第二の炭素源材料としての重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物とからなる混合物由来の炭素質被膜で被覆されてなるリチウムイオン二次電池用電極材料であって、安息角が３５°以上かつ５０°以下であることを特徴とする。
本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法は、一般式ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅおよび希土類元素から選択される少なくとも１種、０．０５≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１４、１−ｘ−ｙ≧０）で表される電極活物質の表面が炭素質被膜で被覆されてなるリチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法であって、前記電極活物質と第一の炭素源材料として芳香族有機化合物と、第二の炭素源材料として重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物とからなる混合物を調整する工程と、前記混合物を噴霧乾燥し凝集体を得る工程と、前記凝集体を焼成する工程と、を有し、安息角が３５°以上かつ５０°以下のリチウムイオン二次電池用電極材料を生成することを特徴とする。
本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料によれば、電極活物質と導電性物質の分散性および密着性が高いため、高出力のリチウムイオン二次電池を実現することができる。
本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法によれば、電極活物質と導電性物質の分散性および密着性が高いリチウムイオン二次電池用電極材料を得ることができる。
本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料およびその製造方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
［リチウムイオン二次電池用電極材料］
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料は、一般式ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅおよび希土類元素から選択される少なくとも１種、０．０５≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１４）で表される電極活物質の表面が炭素質被膜で被覆されてなるリチウムイオン二次電池用電極材料であって、安息角が３５°以上かつ５０°以下である。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料は、主に、リチウムイオン二次電池用正極材料として用いられる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料は、一般式ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅおよび希土類元素から選択される少なくとも１種、０．０５≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１４）で表される電極活物質の表面が炭素質被膜で被覆されてなるリチウムイオン二次電池用電極材料であって、安息角が３５°以上かつ５０°以下である。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料は、主に、リチウムイオン二次電池用正極材料として用いられる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料における安息角とは、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を積み上げたときに自発的に崩れることなく安定を保つ斜面の最大角度のことである。この安息角は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の二次粒子径と二次粒子の粒度分布と凝集状態および形状によって決まる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料は、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４からなる電極活物質の一次粒子の表面が炭素質被膜によって被覆されてなる。
ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４からなる電極活物質の一次粒子の平均一次粒子径は、３０ｎｍ以上かつ５００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以上かつ４００ｎｍ以下であることがより好ましい。
ここで、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の平均一次粒子径を上記の範囲とした理由は、次の通りである。ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の平均一次粒子径が３０ｎｍ未満では、微細になり過ぎて結晶性を良好に保つことが難しくなる。その結果、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の結晶格子のａ軸方向およびｃ軸方向の長さを大きく保ったままで、ｂ軸方向の長さを特異的に短縮したＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子が得られなくなる。一方、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の平均一次粒子径が５００ｎｍを超えると、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の微細化が不充分となり、その結果、非常に微細かつ結晶性の良好なＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子が得られない。
ここで、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の平均一次粒子径を上記の範囲とした理由は、次の通りである。ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の平均一次粒子径が３０ｎｍ未満では、微細になり過ぎて結晶性を良好に保つことが難しくなる。その結果、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の結晶格子のａ軸方向およびｃ軸方向の長さを大きく保ったままで、ｂ軸方向の長さを特異的に短縮したＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子が得られなくなる。一方、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の平均一次粒子径が５００ｎｍを超えると、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の微細化が不充分となり、その結果、非常に微細かつ結晶性の良好なＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子が得られない。
電極活物質の一次粒子の表面が炭素質被膜で被覆されてなる粒子の凝集体である二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が１０％のときの粒子径（Ｄ１０）が１μｍ以上かつ３μｍ以下であることが好ましく、１．１μｍ以上かつ２μｍ以下であることがより好ましい。また、前記の二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が９０％のときの粒子径（Ｄ９０）が６μｍ以上かつ１８μｍ以下であることが好ましく、７μｍ以上かつ１５μｍ以下であることがより好ましい。
ここで、二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が１０％のときの粒子径（Ｄ１０）を上記の範囲とした理由は、次の通りである。二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が１０％のときの粒子径（Ｄ１０）が１μｍ未満では、粉体のハンドリングが悪くなり、電極製造に問題を生じるため好ましくない。一方、二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が１０％のときの粒子径（Ｄ１０）が３μｍを超えると、二次粒子の粒度分布の幅がシャープになり過ぎるため、二次粒子同士の充填が難しくなり充填密度が低下するため好ましくない。
二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が９０％のときの粒子径（Ｄ９０）を上記の範囲とした理由は、次の通りである。二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が９０％のときの粒子径（Ｄ９０）が６μｍ未満では、粉体のハンドリングが悪くなり、電極製造に問題を生じるため好ましくない。一方、二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が９０％のときの粒子径（Ｄ９０）が１８μｍを超えると、電極塗工の厚みに対して二次粒子の大きさが大きくなり、電極表面に凹凸を生じやすくなるため好ましくない。
二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が９０％のときの粒子径（Ｄ９０）を上記の範囲とした理由は、次の通りである。二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が９０％のときの粒子径（Ｄ９０）が６μｍ未満では、粉体のハンドリングが悪くなり、電極製造に問題を生じるため好ましくない。一方、二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が９０％のときの粒子径（Ｄ９０）が１８μｍを超えると、電極塗工の厚みに対して二次粒子の大きさが大きくなり、電極表面に凹凸を生じやすくなるため好ましくない。
炭素質被膜の厚みは、１ｎｍ以上かつ５ｎｍ以下であることが好ましい。
炭素質被膜の厚みを上記の範囲とした理由は、次の通りである。炭素質被膜の厚みが１ｎｍ未満であると、炭素質被膜の厚みが薄すぎるために所望の抵抗値を有する膜を形成することができなくなる。その結果、導電性が低下し、電極材料としての導電性を確保することができなくなる。一方、炭素質被膜の厚みが５ｎｍを超えると、電池活性、例えば、電極材料の単位質量あたりの電池容量が低下する。
炭素質被膜の厚みを上記の範囲とした理由は、次の通りである。炭素質被膜の厚みが１ｎｍ未満であると、炭素質被膜の厚みが薄すぎるために所望の抵抗値を有する膜を形成することができなくなる。その結果、導電性が低下し、電極材料としての導電性を確保することができなくなる。一方、炭素質被膜の厚みが５ｎｍを超えると、電池活性、例えば、電極材料の単位質量あたりの電池容量が低下する。
炭素質被膜によって被覆されたＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４からなる電極活物質の一次粒子の平均一次粒子径は、４０ｎｍ以上かつ５３０ｎｍ以下であることが好ましく、６０ｎｍ以上かつ３５０ｎｍ以下であることがより好ましい。
ここで、炭素質被膜によって被覆されたＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４からなる電極活物質の一次粒子の平均一次粒子径を上記の範囲とした理由は、次の通りである。平均一次粒子径が４０ｎｍ未満では、炭素質電極活物質複合粒子の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量が増加し、充放電容量が低減する。さらに、炭素被覆が困難となり、充分な被覆率の一次粒子を得ることができず、特に低温や高速充放電において良好な質量エネルギー密度が得られない。一方、平均一次粒子径が３５０ｎｍを超えると、炭素質電極活物質複合粒子内でのリチウムイオンの移動または電子の移動に時間がかかり、よって内部抵抗が増加し、出力特性が悪化するので好ましくない。
ここで、炭素質被膜によって被覆されたＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４からなる電極活物質の一次粒子の平均一次粒子径を上記の範囲とした理由は、次の通りである。平均一次粒子径が４０ｎｍ未満では、炭素質電極活物質複合粒子の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量が増加し、充放電容量が低減する。さらに、炭素被覆が困難となり、充分な被覆率の一次粒子を得ることができず、特に低温や高速充放電において良好な質量エネルギー密度が得られない。一方、平均一次粒子径が３５０ｎｍを超えると、炭素質電極活物質複合粒子内でのリチウムイオンの移動または電子の移動に時間がかかり、よって内部抵抗が増加し、出力特性が悪化するので好ましくない。
炭素質被膜によって被覆されたＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４からなる電極活物質の一次粒子の形状は特に限定されないが、球状、特に真球状の粒子からなる電極材料を生成し易いことから、その形状も球状であることが好ましい。
ここで、球状が好ましい理由は、次の通りである。炭素質被膜で被覆されている、電極活物質の一次粒子と、結着剤と、溶媒とを混合して、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを調製する際の溶媒量を低減させることができる。さらに、このリチウムイオン二次電池用電極材料ペーストの集電体への塗工も容易となる。また、形状が球状であれば、電極活物質の一次粒子の表面積が最小となり、ひいては、添加する結着剤の混合量を最小限にすることができ、得られる電極の内部抵抗を小さくすることができる。
さらに、電極活物質の一次粒子の形状を球状、特に真球状とすることで最密充填し易くなる。これにより、単位体積あたりのリチウムイオン二次電池用電極材料の充填量が多くなり、その結果、電極密度を高くすることができ、リチウムイオン電池の高容量化を図ることができるので、好ましい。
ここで、球状が好ましい理由は、次の通りである。炭素質被膜で被覆されている、電極活物質の一次粒子と、結着剤と、溶媒とを混合して、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを調製する際の溶媒量を低減させることができる。さらに、このリチウムイオン二次電池用電極材料ペーストの集電体への塗工も容易となる。また、形状が球状であれば、電極活物質の一次粒子の表面積が最小となり、ひいては、添加する結着剤の混合量を最小限にすることができ、得られる電極の内部抵抗を小さくすることができる。
さらに、電極活物質の一次粒子の形状を球状、特に真球状とすることで最密充填し易くなる。これにより、単位体積あたりのリチウムイオン二次電池用電極材料の充填量が多くなり、その結果、電極密度を高くすることができ、リチウムイオン電池の高容量化を図ることができるので、好ましい。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料に含まれる炭素量は、１．５質量％以上かつ７質量％以下であることが好ましく、２質量％以上かつ６質量％以下であることがより好ましい。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料に含まれる炭素量を上記の範囲に限定した理由は、次の通りである。炭素量が１．５質量％未満では、電池を形成した場合に高速充放電レートにおける放電容量が低くなり、充分な充放電レート性能を実現することが困難となる。一方、炭素量が７質量％を超えると、炭素量が多すぎて、電極活物質の一次粒子の単位質量あたりのリチウムイオン電池の電池容量が必要以上に低下する。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料に含まれる炭素量を上記の範囲に限定した理由は、次の通りである。炭素量が１．５質量％未満では、電池を形成した場合に高速充放電レートにおける放電容量が低くなり、充分な充放電レート性能を実現することが困難となる。一方、炭素量が７質量％を超えると、炭素量が多すぎて、電極活物質の一次粒子の単位質量あたりのリチウムイオン電池の電池容量が必要以上に低下する。
また、電極活物質の一次粒子の比表面積に対する炭素担持量（［炭素担持量］／［電極活物質の一次粒子の比表面積］）は、０．６５以上かつ１．１以下であることが好ましく、０．７以上かつ１．０５以下であることがより好ましい。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料における炭素担持量を上記の範囲に限定した理由は、次の通りである。炭素担持量が０．６５未満では、電池を形成した場合に高速充放電レートにおける放電容量が低くなり、充分な充放電レート性能を実現することが困難となる。一方、炭素担持量が１．１を超えると、炭素量が多すぎて、電極活物質の一次粒子の単位質量あたりのリチウムイオン電池の電池容量が必要以上に低下する。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料における炭素担持量を上記の範囲に限定した理由は、次の通りである。炭素担持量が０．６５未満では、電池を形成した場合に高速充放電レートにおける放電容量が低くなり、充分な充放電レート性能を実現することが困難となる。一方、炭素担持量が１．１を超えると、炭素量が多すぎて、電極活物質の一次粒子の単位質量あたりのリチウムイオン電池の電池容量が必要以上に低下する。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の比表面積は、７ｍ２／ｇ以上かつ１６ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、８ｍ２／ｇ以上かつ１４ｍ２／ｇ以下であることがより好ましい。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の比表面積を上記の範囲に限定した理由は、次の通りである。比表面積が７ｍ２／ｇ未満では、炭素質電極活物質複合粒子内でのリチウムイオンの移動または電子の移動に時間がかかり、よって内部抵抗が増加し、出力特性が悪化するので好ましくない。一方、比表面積が１６ｍ２／ｇを超えると、炭素質電極活物質複合粒子の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量が増加し、充放電容量が低減するので好ましくない。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の比表面積を上記の範囲に限定した理由は、次の通りである。比表面積が７ｍ２／ｇ未満では、炭素質電極活物質複合粒子内でのリチウムイオンの移動または電子の移動に時間がかかり、よって内部抵抗が増加し、出力特性が悪化するので好ましくない。一方、比表面積が１６ｍ２／ｇを超えると、炭素質電極活物質複合粒子の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量が増加し、充放電容量が低減するので好ましくない。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料は、安息角が３５°以上かつ５０°以下であり、３８°以上かつ５０°以下であることがより好ましい。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の安息角を上記の範囲に限定した理由は、次の通りである。安息角が３５°未満では、電極材料の表面粗さが低下することで電極材料と導電剤との接合が弱くなると予測され、電極材料と導電剤の間の電子伝導性の低下により、電池出力が低下するため好ましくない。一方、安息角が５０°を超えると、電極材料の流動性が著しく低下するため、電極材料と導電剤のとの均一な分散が困難となり電池出力が低下するばかりか、粉体の配管詰まり等ハンドリング上の問題が生じるため好ましくない。
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の安息角を上記の範囲に限定した理由は、次の通りである。安息角が３５°未満では、電極材料の表面粗さが低下することで電極材料と導電剤との接合が弱くなると予測され、電極材料と導電剤の間の電子伝導性の低下により、電池出力が低下するため好ましくない。一方、安息角が５０°を超えると、電極材料の流動性が著しく低下するため、電極材料と導電剤のとの均一な分散が困難となり電池出力が低下するばかりか、粉体の配管詰まり等ハンドリング上の問題が生じるため好ましくない。
「電極活物質」
電極活物質は、Ｌｉ拡散に好適な結晶構造を有するＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅおよび希土類元素から選択される少なくとも１種、０．０５≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１４）からなる。
ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４において、ｘが、０．０５≦ｘ≦１．０を満たすこととした理由は、次の通りである。Ｆｅは、電圧３．５Ｖ付近で充放電容量を発現するために、ＣｏやＺｎに比べ固溶に伴うエネルギー密度低下が緩やかであるので、エネルギー密度を低減し過ぎない範囲で低温特性を改善の見込める比較的多めの量を固溶可能とした。さらに、Ｆｅは、炭化触媒元素であり、Ｆｅ固溶により炭素質被膜の被覆性を良好にすることで出力特性や低温特性が改善できるため、充分な炭化触媒作用を発現可能な固溶量を固溶範囲とした。
電極活物質は、Ｌｉ拡散に好適な結晶構造を有するＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅおよび希土類元素から選択される少なくとも１種、０．０５≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１４）からなる。
ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４において、ｘが、０．０５≦ｘ≦１．０を満たすこととした理由は、次の通りである。Ｆｅは、電圧３．５Ｖ付近で充放電容量を発現するために、ＣｏやＺｎに比べ固溶に伴うエネルギー密度低下が緩やかであるので、エネルギー密度を低減し過ぎない範囲で低温特性を改善の見込める比較的多めの量を固溶可能とした。さらに、Ｆｅは、炭化触媒元素であり、Ｆｅ固溶により炭素質被膜の被覆性を良好にすることで出力特性や低温特性が改善できるため、充分な炭化触媒作用を発現可能な固溶量を固溶範囲とした。
ｙが、０≦ｙ≦０．１４を満たすこととした理由は、次の通りである。ＣｏやＺｎは電圧１．０Ｖ〜４．３Ｖの範囲で電気化学的不活性な元素であり、電子伝導性およびＬｉ拡散性、リチウムイオン（Ｌｉ＋）の挿入脱離反応の活性化エネルギーの改善効果は高い。しかしながら、多量の固溶により充放電容量およびエネルギー密度の低減が顕著となるため、エネルギー密度を低減し過ぎない範囲で低温特性を充分に改善可能となる比較的少ない量を固溶可能とした。
ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４において、Ｍは、電圧１．０Ｖ〜４．３Ｖの範囲で電気化学的不活性な元素である。電圧１．０Ｖ〜４．３Ｖの範囲で電気化学的不活性とは、具体的には、リチウムイオン二次電池を構成し電圧を１．０Ｖ〜４．３Ｖの範囲で変化させた場合でも、その元素の価数が２価のままで変化せず、充放電容量の発現に寄与しない元素が好ましい。
このようなＭとしては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅおよび希土類元素から選択される少なくとも１種が挙げられる。すなわち、Ｍは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて（混合して）用いてもよい。
本実施形態におけるＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４において、Ｍが、Ｍｇ、Ｃｏであることが好ましく、ＭｇとＣｏの混合物であることがより好ましい。ＭがＭｇとＣｏの混合物である場合、上記のｙは、０．０１≦ｙ≦０．０７５を満たすことが好ましく、０．０３≦ｙ≦０．０６を満たすことがより好ましい。
本実施形態におけるＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４において、Ｍが、Ｍｇ、Ｃｏであることが好ましく、ＭｇとＣｏの混合物であることがより好ましい。ＭがＭｇとＣｏの混合物である場合、上記のｙは、０．０１≦ｙ≦０．０７５を満たすことが好ましく、０．０３≦ｙ≦０．０６を満たすことがより好ましい。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料において、２５℃で測定されるＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４の電流密度３ＣＡにおける放電容量が１３０ｍＡｈ／ｇ以上であることが好ましく、１３５ｍＡｈ／ｇ以上であることがより好ましい。
ここで、放電容量を上記の範囲とした理由は、次の通りである。放電容量が１３０ｍＡｈ／ｇ未満では、電池の出力が不十分となり高出力用途電池に適さなくなるためである。
ここで、放電容量を上記の範囲とした理由は、次の通りである。放電容量が１３０ｍＡｈ／ｇ未満では、電池の出力が不十分となり高出力用途電池に適さなくなるためである。
なお、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４の電流密度３ＣＡにおける放電容量（ｍＡｈ／ｇ）は、実施例に記載の方法で測定される。
［リチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法］
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法は、特に限定されないが、例えば、Ｌｉ源、Ｆｅ源、Ｍｎ源、Ｐ源およびＭ源とを、水を主成分とする溶媒と混合して得られた原料スラリーαを、１５０℃以上かつ２３０℃以下の範囲の温度に加熱することで、加圧下にて、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子を合成する工程と、炭素源を含む水溶媒中にＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子を分散させてなる原料スラリーβを乾燥して、造粒した後、５５０℃以上かつ８３０℃以下の範囲の温度に加熱することで、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子（一次粒子）の表面を炭素質被膜によって被覆する工程と、を有する方法が挙げられる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法は、特に限定されないが、例えば、Ｌｉ源、Ｆｅ源、Ｍｎ源、Ｐ源およびＭ源とを、水を主成分とする溶媒と混合して得られた原料スラリーαを、１５０℃以上かつ２３０℃以下の範囲の温度に加熱することで、加圧下にて、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子を合成する工程と、炭素源を含む水溶媒中にＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子を分散させてなる原料スラリーβを乾燥して、造粒した後、５５０℃以上かつ８３０℃以下の範囲の温度に加熱することで、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子（一次粒子）の表面を炭素質被膜によって被覆する工程と、を有する方法が挙げられる。
ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の合成方法は特に限定されないが、例えば、Ｌｉ源、Ｆｅ源、Ｍｎ源、Ｐ源およびＭ（Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅおよび希土類元素から選択される少なくとも１種）源を、水を主成分とする溶媒に投入し、撹拌してＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４の前駆体を含む原料スラリーαを調製する。
これらＬｉ源、Ｆｅ源、Ｍｎ源、Ｐ源およびＭ源を、これらのモル比（Ｌｉ源：Ｆｅ源：Ｍｎ源：Ｐ源：Ｍ源）、すなわち、Ｌｉ：Ｆｅ：Ｍｎ：Ｐ：Ｍのモル比が２〜３．５：０．０５〜１：０〜１：０〜０．９５：０．９５〜１．０７：０〜０．１４となるように水を主成分とする溶媒に投入し、撹拌・混合して原料スラリーαを調製する。
これらＬｉ源、Ｆｅ源、Ｍｎ源、Ｐ源およびＭ源は、均一に混合する点を考慮すると、Ｌｉ源、Ｆｅ源、Ｍｎ源、Ｐ源およびＭ源をそれぞれ、一旦、水溶液の状態とした後、混合することが好ましい。
この原料スラリーαにおけるＬｉ源、Ｆｅ源、Ｍｎ源、Ｐ源およびＭ源のモル濃度は、高純度であり、結晶性が高くかつ非常に微細なＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子を得る必要があることから、１ｍｏｌ／Ｌ以上かつ４ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。
これらＬｉ源、Ｆｅ源、Ｍｎ源、Ｐ源およびＭ源は、均一に混合する点を考慮すると、Ｌｉ源、Ｆｅ源、Ｍｎ源、Ｐ源およびＭ源をそれぞれ、一旦、水溶液の状態とした後、混合することが好ましい。
この原料スラリーαにおけるＬｉ源、Ｆｅ源、Ｍｎ源、Ｐ源およびＭ源のモル濃度は、高純度であり、結晶性が高くかつ非常に微細なＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子を得る必要があることから、１ｍｏｌ／Ｌ以上かつ４ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましい。
Ｌｉ源としては、例えば、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）等の水酸化物、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）、リン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）、リン酸水素二リチウム（Ｌｉ２ＨＰＯ４）、リン酸二水素リチウム（ＬｉＨ２ＰＯ４）等のリチウム無機酸塩、酢酸リチウム（ＬｉＣＨ３ＣＯＯ）、蓚酸リチウム（（ＣＯＯＬｉ）２）等のリチウム有機酸塩、および、これらの水和物が挙げられる。Ｌｉ源としては、これらの群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
なお、リン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）は、Ｌｉ源およびＰ源としても用いることができる。
なお、リン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）は、Ｌｉ源およびＰ源としても用いることができる。
Ｆｅ源としては、例えば、塩化鉄（II）（ＦｅＣｌ２）、硫酸鉄（II）（ＦｅＳＯ４）、酢酸鉄（II）（Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）等の鉄化合物またはその水和物や、硝酸鉄（III）（Ｆｅ（ＮＯ３）３）、塩化鉄（III）（ＦｅＣｌ３）、クエン酸鉄（III）（ＦｅＣ６Ｈ５Ｏ７）等の３価の鉄化合物や、リン酸鉄リチウム等が用いられる。
Ｍｎ源としては、Ｍｎ塩が好ましく、例えば、塩化マンガン（II）（ＭｎＣｌ２）、硫酸マンガン（II）（ＭｎＳＯ４）、硝酸マンガン（II）（Ｍｎ（ＮＯ３）２）、酢酸マンガン（II）（Ｍｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、および、これらの水和物が挙げられる。Ｍｎ源としては、これらの群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｐ源としては、例えば、オルトリン酸（Ｈ３ＰＯ４）、メタリン酸（ＨＰＯ３）等のリン酸、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４）、リン酸アンモニウム（（ＮＨ４）３ＰＯ４）、リン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）、リン酸水素二リチウム（Ｌｉ２ＨＰＯ４）、リン酸二水素リチウム（ＬｉＨ２ＰＯ４）等のリン酸塩、および、これらの水和物の中から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｍｇ源としては、Ｍｇ塩が好ましく、例えば、塩化マグネシウム（II）（ＭｇＣｌ２）、硫酸マグネシウム（II）（ＭｇＳＯ４）、硝酸マグネシウム（II）（Ｍｇ（ＮＯ３）２）、酢酸マグネシウム（II）（Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、および、これらの水和物が挙げられる。Ｍｇ源としては、これらの群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｃａ源としては、Ｃａ塩が好ましく、例えば、塩化カルシウム（II）（ＣａＣｌ２）、硫酸カルシウム（II）（ＣａＳＯ４）、硝酸カルシウム（II）（Ｃａ（ＮＯ３）２）、酢酸カルシウム（II）（Ｃａ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、および、これらの水和物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｃｏ源としては、Ｃｏ塩が好ましく、例えば、塩化コバルト（II）（ＣｏＣｌ２）、硫酸コバルト（II）（ＣｏＳＯ４）、硝酸コバルト（II）（Ｃｏ（ＮＯ３）２）、酢酸コバルト（II）（Ｃｏ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、および、これらの水和物が挙げられる。Ｃｏ源としては、これらの群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｓｒ源としては、Ｓｒ塩が好ましく、例えば、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣｏ３）、硫酸ストロンチウム（ＳｒＳＯ４）、水酸化ストロンチウム（Ｓｒ（ＯＨ）２）が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｂａ源としては、Ｂａ塩が好ましく、例えば、塩化バリウム（II）（ＢａＣｌ２）、硫酸バリウム（II）（ＢａＳＯ４）、硝酸バリウム（II）（Ｂａ（ＮＯ３）２）、酢酸バリウム（II）（Ｂａ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、および、これらの水和物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｔｉ源としては、Ｔｉ塩が好ましく、例えば、塩化チタン（ＴｉＣｌ４、ＴｉＣｌ３、ＴｉＣｌ２）、酸化チタン（ＴｉＯ）、および、これらの水和物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｚｎ源としては、Ｚｎ塩が好ましく、例えば、塩化亜鉛（II）（ＺｎＣｌ２）、硫酸亜鉛（II）（ＺｎＳＯ４）、硝酸亜鉛（II）（Ｚｎ（ＮＯ３）２）、酢酸亜鉛（II）（Ｚｎ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、および、これらの水和物が挙げられる。Ｚｎ源としては、これらの群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｂ源としては、例えば、塩化物、硫酸化物、硝酸化物、酢酸化物、水酸化物、酸化物等のホウ素化合物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ａｌ源としては、例えば、塩化物、硫酸化物、硝酸化物、酢酸化物、水酸化物等のアルミニウム化合物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｇａ源としては、例えば、塩化物、硫酸化物、硝酸化物、酢酸化物、水酸化物等のガリウム化合物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｉｎ源としては、例えば、塩化物、硫酸化物、硝酸化物、酢酸化物、水酸化物等のインジウム化合物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｓｉ源としては、例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、ケイ酸塩、有機ケイ素化合物等が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
Ｇｅ源としては、例えば、塩化物、硫酸化物、硝酸化物、酢酸化物、水酸化物、酸化物等のゲルマニウム化合物が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
希土類元素源としては、例えば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕの塩化物、硫酸化物、硝酸化物、酢酸化物、水酸化物、酸化物等が挙げられ、これらからなる群から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
水を主成分とする溶媒とは、水単独、あるいは、水を主成分とし、必要に応じてアルコール等の水性溶媒を含む水系溶媒、のいずれかである。
水性溶媒としては、Ｌｉ源、Ｆｅ源、Ｍｎ源、Ｐ源およびＭ源を溶解させることのできる溶媒であれば、特に制限されない。例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール（イソプロピルアルコール：ＩＰＡ）、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）、エチレングルコールモノエチルエーテル（エチルセロソルブ）、エチレングルコールモノブチルエーテル（ブチルセロソルブ）、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類等が挙げられる。これらの水性溶媒は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
水性溶媒としては、Ｌｉ源、Ｆｅ源、Ｍｎ源、Ｐ源およびＭ源を溶解させることのできる溶媒であれば、特に制限されない。例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール（イソプロピルアルコール：ＩＰＡ）、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）、エチレングルコールモノエチルエーテル（エチルセロソルブ）、エチレングルコールモノブチルエーテル（ブチルセロソルブ）、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類等が挙げられる。これらの水性溶媒は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
「炭素源」
炭素源としては、安息角が３５°以上かつ５０°以下の炭素質被膜が形成することができる有機化合物なら限定されないが、特に第一の炭素源材料として芳香族有機化合物と、第二の炭素源材料として重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物とを用いることが好ましい。
芳香族有機化合物としては、水への溶解性もしくは水への分散性を有する化合物が好ましい。例えば、サリチル酸、カテコール、ヒドロキノン、レゾルシノール、ピロガロール、フロログルシノール、ヘキサヒドロキシベンゼン、安息香酸、フタル酸、テレフタル酸、フェニルアラニン、水分散型フェノール樹脂等が挙げられる。
重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物としては、水への溶解性を有し、かつ非酸化性雰囲気下にて熱処理することにより炭素を生成する化合物が好ましい。例えば、スクロース、グルコース、ラクトース等の糖類、リンゴ酸、クエン酸などのカルボン酸、アリルアルコール、プロパルギルアルコール等の不飽和一価アルコール、アスコルビン酸等が挙げられる。
炭素源としては、安息角が３５°以上かつ５０°以下の炭素質被膜が形成することができる有機化合物なら限定されないが、特に第一の炭素源材料として芳香族有機化合物と、第二の炭素源材料として重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物とを用いることが好ましい。
芳香族有機化合物としては、水への溶解性もしくは水への分散性を有する化合物が好ましい。例えば、サリチル酸、カテコール、ヒドロキノン、レゾルシノール、ピロガロール、フロログルシノール、ヘキサヒドロキシベンゼン、安息香酸、フタル酸、テレフタル酸、フェニルアラニン、水分散型フェノール樹脂等が挙げられる。
重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物としては、水への溶解性を有し、かつ非酸化性雰囲気下にて熱処理することにより炭素を生成する化合物が好ましい。例えば、スクロース、グルコース、ラクトース等の糖類、リンゴ酸、クエン酸などのカルボン酸、アリルアルコール、プロパルギルアルコール等の不飽和一価アルコール、アスコルビン酸等が挙げられる。
電極活物質の一次粒子に担持される炭素のうち、芳香族有機化合物由来のものは結晶性の高い炭素が多く生成し、重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物由来のものは非結晶性に近い炭素が多く生成することを想定している。
電極活物質の一次粒子の表面に結晶性の高い炭素が多く生成する場合、摩擦係数が低下するために安息角の低下が想定される。一方、電極活物質の一次粒子の表面に非結晶性の炭素が多く生成する場合、摩擦係数が増加するために安息角の増加が想定される。また、結晶性炭素と非結晶性炭素が混合された炭素質被膜では、結晶性炭素が炭素質被膜の表面に凸部を形成し、粒子流動性の低下を招くため安息角の増加が想定される。本発明者等は、電極活物質の一次粒子の表面の炭素質被膜の結晶性炭素と非結晶性炭素の調整により安息角の調整を図った。
電極活物質の一次粒子の表面に結晶性の高い炭素が多く生成する場合、摩擦係数が低下するために安息角の低下が想定される。一方、電極活物質の一次粒子の表面に非結晶性の炭素が多く生成する場合、摩擦係数が増加するために安息角の増加が想定される。また、結晶性炭素と非結晶性炭素が混合された炭素質被膜では、結晶性炭素が炭素質被膜の表面に凸部を形成し、粒子流動性の低下を招くため安息角の増加が想定される。本発明者等は、電極活物質の一次粒子の表面の炭素質被膜の結晶性炭素と非結晶性炭素の調整により安息角の調整を図った。
また、電極材料の表面における電子、Ｌｉの移動を考えた場合、結晶性の炭素が多く生成する場合には体積抵抗が小さい値となり電子の移動が容易となる。しかしながら、結晶性炭素の層をＬｉが移動することができず、電解液中から電極材料の表面へのＬｉの移動が阻害されることが想定される。一方、非結晶性の炭素が多く生成する場合には体積抵抗が大きい値となり電子の移動が困難となる。しかしながら、炭素の非結晶性の隙間をＬｉが移動可能となり電解液中から電極材料の表面へのＬｉの移動が容易となることが想定される。
次いで、この原料スラリーαを耐圧容器に入れ、１５０℃以上かつ２３０℃以下、好ましくは１７０℃以上かつ２００℃以下の範囲の温度に加熱し、１時間以上かつ７２時間以下、水熱処理を行い、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子を得る。
この１５０℃以上かつ２３０℃以下の範囲の温度に到達したときの耐圧容器内の圧力は、例えば、０．１ＭＰａ以上かつ２ＭＰａ以下となる。
この場合、水熱処理時の温度および時間を調整することにより、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の粒子径を所望の大きさに制御することが可能である。
この１５０℃以上かつ２３０℃以下の範囲の温度に到達したときの耐圧容器内の圧力は、例えば、０．１ＭＰａ以上かつ２ＭＰａ以下となる。
この場合、水熱処理時の温度および時間を調整することにより、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子の粒子径を所望の大きさに制御することが可能である。
次いで、炭素源を含む水溶媒中に、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子を分散させて、原料スラリーβを調製する。
次いで、この原料スラリーβを、乾燥して、造粒した後、５５０℃以上かつ８３０℃以下の範囲の温度にて、１時間以上かつ３６時間以下加熱し、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子（一次粒子）の表面を炭素質被膜によって被覆し、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を得る。
次いで、この原料スラリーβを、乾燥して、造粒した後、５５０℃以上かつ８３０℃以下の範囲の温度にて、１時間以上かつ３６時間以下加熱し、ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４粒子（一次粒子）の表面を炭素質被膜によって被覆し、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を得る。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法において、炭素源の添加量（添加率）は、電極活物質と炭素源の合計質量を１００質量％とした場合に、０．５質量％以上かつ１０質量％以下であることが好ましく、１質量％以上かつ６質量％以下がより好ましい。
炭素源の添加量が０．５質量％未満であると、リチウムイオン二次電池用電極材料における混合安定性が低下するため好ましくない。一方、炭素源の添加量が１０質量％を超えると、相対的に正極活物質の含有量が少なくなり、電池特性が低下するため好ましくない。
［リチウムイオン二次電池用電極］
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極は、電極集電体と、その電極集電体上に形成された電極合剤層（電極）と、を備え、電極合剤層が、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を含有するものである。
すなわち、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いて、電極集電体の一主面に電極合剤層が形成されてなるものである。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極は、主に、リチウムイオン二次電池用正極として用いられる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極は、電極集電体と、その電極集電体上に形成された電極合剤層（電極）と、を備え、電極合剤層が、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を含有するものである。
すなわち、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いて、電極集電体の一主面に電極合剤層が形成されてなるものである。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極は、主に、リチウムイオン二次電池用正極として用いられる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いて、電極集電体の一主面に電極を形成できる方法であれば特に限定されない。本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
まず、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料と、結着剤と、導電助剤と、溶媒とを混合してなる、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを調製する。
まず、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料と、結着剤と、導電助剤と、溶媒とを混合してなる、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを調製する。
「結着剤」
結着剤としては、水系で使用できれば特に限定されない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、酢酸ビニル共重合体や、スチレン・ブタジエン系ラテックス、アクリル系ラテックス、アクリロニトリル・ブタジエン系ラテックス、フッ素系ラテックス、シリコン系ラテックス等の群から選択される少なくとも１種が挙げられる。
結着剤としては、水系で使用できれば特に限定されない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、酢酸ビニル共重合体や、スチレン・ブタジエン系ラテックス、アクリル系ラテックス、アクリロニトリル・ブタジエン系ラテックス、フッ素系ラテックス、シリコン系ラテックス等の群から選択される少なくとも１種が挙げられる。
リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストにおける結着剤の含有率は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料と結着剤と導電助剤の合計質量を１００質量％とした場合に、１質量％以上かつ１０質量％以下であることが好ましく、２質量％以上かつ６質量％以下であることがより好ましい。
「導電助剤」
導電助剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ等の繊維状炭素の群から選択される少なくとも１種が用いられる。
導電助剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ等の繊維状炭素の群から選択される少なくとも１種が用いられる。
リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストにおける導電助剤の含有率は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料と結着剤と導電助剤の合計質量を１００質量％とした場合に、１質量％以上かつ１５質量％以下であることが好ましく、３質量％以上かつ１０質量％以下であることがより好ましい。
「溶媒」
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を含むリチウムイオン二次電池用電極材料ペーストでは、集電体等の被塗布物に対して塗布し易くするために、溶媒を適宜添加してもよい。
主な溶媒は水であるが、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料の特性を失わない範囲内で、アルコール類やグリコール類、エーテル類等の水系溶媒が含有されていてもよい。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料を含むリチウムイオン二次電池用電極材料ペーストでは、集電体等の被塗布物に対して塗布し易くするために、溶媒を適宜添加してもよい。
主な溶媒は水であるが、本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料の特性を失わない範囲内で、アルコール類やグリコール類、エーテル類等の水系溶媒が含有されていてもよい。
リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストにおける溶媒の含有率は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料と結着剤と導電助剤と溶媒の合計質量を１００質量％とした場合に、８０質量％以上かつ３００質量％以下であることが好ましく、１００質量％以上かつ２５０質量％以下であることがより好ましい。
上記の範囲で溶媒が含有されることにより、電極形成性に優れ、かつ電池特性に優れた、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを得ることができる。
上記の範囲で溶媒が含有されることにより、電極形成性に優れ、かつ電池特性に優れた、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを得ることができる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用正極材料と、結着剤と、導電助剤と、溶媒とを混合する方法としては、これらの成分を均一に混合できる方法であれば特に限定されない。例えば、ボールミル、サンドミル、プラネタリー（遊星式）ミキサー、ペイントシェーカー、ホモジナイザー等の混錬機を用いた方法が挙げられる。
次いで、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを、電極集電体の一主面に塗布して塗膜とし、この塗膜を乾燥し、次いで、加圧圧着することにより、電極集電体の一主面に電極合剤層が形成されたリチウムイオン二次電池用電極を得ることができる。
［リチウムイオン二次電池］
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極（正極）と、負極と、セパレータと、電解液と、とを備えてなる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極（正極）と、負極と、セパレータと、電解液と、とを備えてなる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池では、負極、電解液、セパレータ等は特に限定されない。
負極としては、例えば、金属Ｌｉ、炭素材料、Ｌｉ合金、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等の負極材料を用いることができる。
また、電解液とセパレータの代わりに、固体電解質を用いてもよい。
負極としては、例えば、金属Ｌｉ、炭素材料、Ｌｉ合金、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等の負極材料を用いることができる。
また、電解液とセパレータの代わりに、固体電解質を用いてもよい。
電解液は、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）と、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを、体積比で１：１となるように混合し、得られた混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を、例えば、濃度１モル／ｄｍ３となるように溶解することで作製することができる。
セパレータとしては、例えば、多孔質プロピレンを用いることができる。
セパレータとしては、例えば、多孔質プロピレンを用いることができる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池では、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極を正極として用いたので、高容量かつ高エネルギー密度である。
以上説明したように、本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料によれば、電極活物質と導電性物質の分散性および密着性が高いため、高出力のリチウムイオン二次電池を実現することができる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法によれば、電極活物質と導電性物質の分散性および密着性が高いリチウムイオン二次電池用電極材料を得ることができる。
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
以下のようにして、ＬｉＦｅＰＯ４を合成した。
Ｌｉ源およびＰ源としてＬｉ３ＰＯ４、Ｆｅ源としてＦｅＳＯ４水溶液を用い、これらをモル比でＬｉ：Ｆｅ：Ｐ＝３：１：１となるように混合して、２５０ｍｌの原料スラリーαを調製した。
次いで、この原料スラリーαを耐圧容器に入れた。
その後、この原料スラリーαについて、１９５℃にて３時間、加熱反応を行い、水熱合成を行った。
反応後、耐熱容器内の雰囲気が室温になるまで冷却して、ケーキ状態の反応生成物の沈殿物を得た。
この沈殿物を蒸留水で複数回、充分に水洗し、乾燥しないように含水率４０％に保持し、ケーキ状物質（電極活物質）とした。
このケーキ状物質を７０℃にて２時間真空乾燥させて、得られた粉体（粒子）の９５質量％に対し、芳香族有機化合物として水分散型フェノール樹脂を固形分量として２重量％と、重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物としてラクトース３重量％と、を水溶媒中に分散してなる原料スラリーβを乾燥造粒後、７３５℃にて２時間熱処理を行った。これにより、粒子の表面を炭素質被膜によって被覆し、実施例１のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
以下のようにして、ＬｉＦｅＰＯ４を合成した。
Ｌｉ源およびＰ源としてＬｉ３ＰＯ４、Ｆｅ源としてＦｅＳＯ４水溶液を用い、これらをモル比でＬｉ：Ｆｅ：Ｐ＝３：１：１となるように混合して、２５０ｍｌの原料スラリーαを調製した。
次いで、この原料スラリーαを耐圧容器に入れた。
その後、この原料スラリーαについて、１９５℃にて３時間、加熱反応を行い、水熱合成を行った。
反応後、耐熱容器内の雰囲気が室温になるまで冷却して、ケーキ状態の反応生成物の沈殿物を得た。
この沈殿物を蒸留水で複数回、充分に水洗し、乾燥しないように含水率４０％に保持し、ケーキ状物質（電極活物質）とした。
このケーキ状物質を７０℃にて２時間真空乾燥させて、得られた粉体（粒子）の９５質量％に対し、芳香族有機化合物として水分散型フェノール樹脂を固形分量として２重量％と、重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物としてラクトース３重量％と、を水溶媒中に分散してなる原料スラリーβを乾燥造粒後、７３５℃にて２時間熱処理を行った。これにより、粒子の表面を炭素質被膜によって被覆し、実施例１のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
［実施例２］
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物として、スクロースを用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物として、スクロースを用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
［実施例３］
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
芳香族有機化合物として、安息香酸を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例３のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
芳香族有機化合物として、安息香酸を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例３のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
［実施例４］
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
以下のようにして、ＬｉＦｅ０．２０Ｍｎ０．７５Ｍｇ０．０５ＰＯ４を合成した。
Ｌｉ源およびＰ源としてＬｉ３ＰＯ４、Ｆｅ源としてＦｅＳＯ４水溶液、Ｍｎ源としてＭｎＳＯ４水溶液、Ｍｇ源としてＭｇＳＯ４水溶液を用い、これらをモル比でＬｉ：Ｆｅ：Ｍｎ：Ｍｇ：Ｐ＝３：０．２：０．７５：０．０５：１となるように混合して、２５０ｍｌの原料スラリーαを調製した。
以下、実施例１と同様にして、実施例４のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
以下のようにして、ＬｉＦｅ０．２０Ｍｎ０．７５Ｍｇ０．０５ＰＯ４を合成した。
Ｌｉ源およびＰ源としてＬｉ３ＰＯ４、Ｆｅ源としてＦｅＳＯ４水溶液、Ｍｎ源としてＭｎＳＯ４水溶液、Ｍｇ源としてＭｇＳＯ４水溶液を用い、これらをモル比でＬｉ：Ｆｅ：Ｍｎ：Ｍｇ：Ｐ＝３：０．２：０．７５：０．０５：１となるように混合して、２５０ｍｌの原料スラリーαを調製した。
以下、実施例１と同様にして、実施例４のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
［実施例５］
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
以下のようにして、ＬｉＦｅ０．２０Ｍｎ０．７５Ｃｏ０．０２Ｍｇ０．０３ＰＯ４を合成した。
Ｌｉ源およびＰ源としてＬｉ３ＰＯ４、Ｆｅ源としてＦｅＳＯ４水溶液、Ｍｎ源としてＭｎＳＯ４水溶液、Ｃｏ源としてＣｏＳＯ４水溶液、Ｍｇ源としてＭｇＳＯ４水溶液を用い、これらをモル比でＬｉ：Ｆｅ：Ｍｎ：Ｃｏ：Ｍｇ：Ｐ＝３：０．２：０．７５：０．０２：０．０３：１となるように混合して、２５０ｍｌの原料スラリーαを調製した。
以下、実施例１と同様にして、実施例５のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
以下のようにして、ＬｉＦｅ０．２０Ｍｎ０．７５Ｃｏ０．０２Ｍｇ０．０３ＰＯ４を合成した。
Ｌｉ源およびＰ源としてＬｉ３ＰＯ４、Ｆｅ源としてＦｅＳＯ４水溶液、Ｍｎ源としてＭｎＳＯ４水溶液、Ｃｏ源としてＣｏＳＯ４水溶液、Ｍｇ源としてＭｇＳＯ４水溶液を用い、これらをモル比でＬｉ：Ｆｅ：Ｍｎ：Ｃｏ：Ｍｇ：Ｐ＝３：０．２：０．７５：０．０２：０．０３：１となるように混合して、２５０ｍｌの原料スラリーαを調製した。
以下、実施例１と同様にして、実施例５のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
［実施例６］
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
以下のようにして、ＬｉＦｅ０．２０Ｍｎ０．７５Ｚｎ０．０２Ｍｇ０．０３ＰＯ４を合成した。
Ｌｉ源およびＰ源としてＬｉ３ＰＯ４、Ｆｅ源としてＦｅＳＯ４水溶液、Ｍｎ源としてＭｎＳＯ４水溶液、Ｚｎ源としてＺｎＳＯ４水溶液、Ｍｇ源としてＭｇＳＯ４水溶液を用い、これらをモル比でＬｉ：Ｆｅ：Ｍｎ：Ｚｎ：Ｍｇ：Ｐ＝３：０．２：０．７５：０．０２：０．０３：１となるように混合して、２５０ｍｌの原料スラリーαを調製した。
以下、実施例１と同様にして、実施例６のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
以下のようにして、ＬｉＦｅ０．２０Ｍｎ０．７５Ｚｎ０．０２Ｍｇ０．０３ＰＯ４を合成した。
Ｌｉ源およびＰ源としてＬｉ３ＰＯ４、Ｆｅ源としてＦｅＳＯ４水溶液、Ｍｎ源としてＭｎＳＯ４水溶液、Ｚｎ源としてＺｎＳＯ４水溶液、Ｍｇ源としてＭｇＳＯ４水溶液を用い、これらをモル比でＬｉ：Ｆｅ：Ｍｎ：Ｚｎ：Ｍｇ：Ｐ＝３：０．２：０．７５：０．０２：０．０３：１となるように混合して、２５０ｍｌの原料スラリーαを調製した。
以下、実施例１と同様にして、実施例６のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
［実施例７］
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
以下のようにして、ＬｉＦｅ０．２０Ｍｎ０．７５Ｃｏ０．０１９８Ｍｇ０．０３Ｃａ０．０００２ＰＯ４を合成した。
Ｌｉ源およびＰ源としてＬｉ３ＰＯ４、Ｆｅ源としてＦｅＳＯ４水溶液、Ｍｎ源としてＭｎＳＯ４水溶液、Ｃｏ源としてＣｏＳＯ４水溶液、Ｍｇ源としてＭｇＳＯ４水溶液、Ｃａ源としてＣａ（ＯＨ）２水溶液を用い、これらをモル比でＬｉ：Ｆｅ：Ｍｎ：Ｃｏ：Ｍｇ：Ｐ＝３：０．２：０．７５：０．０１９８：０．０３：０．０００２：１となるように混合して、２５０ｍｌの原料スラリーαを調製した。
以下、実施例１と同様にして、実施例７のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
以下のようにして、ＬｉＦｅ０．２０Ｍｎ０．７５Ｃｏ０．０１９８Ｍｇ０．０３Ｃａ０．０００２ＰＯ４を合成した。
Ｌｉ源およびＰ源としてＬｉ３ＰＯ４、Ｆｅ源としてＦｅＳＯ４水溶液、Ｍｎ源としてＭｎＳＯ４水溶液、Ｃｏ源としてＣｏＳＯ４水溶液、Ｍｇ源としてＭｇＳＯ４水溶液、Ｃａ源としてＣａ（ＯＨ）２水溶液を用い、これらをモル比でＬｉ：Ｆｅ：Ｍｎ：Ｃｏ：Ｍｇ：Ｐ＝３：０．２：０．７５：０．０１９８：０．０３：０．０００２：１となるように混合して、２５０ｍｌの原料スラリーαを調製した。
以下、実施例１と同様にして、実施例７のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
［比較例１］
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物を用いなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較例１のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物を用いなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較例１のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
［比較例２］
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
芳香族有機化合物を用いなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較例２のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
芳香族有機化合物を用いなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較例２のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
［比較例３］
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
芳香族有機化合物を用いず、重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物として、アミロースを用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例３のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
「リチウムイオン二次電池用電極材料の合成」
芳香族有機化合物を用いず、重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物として、アミロースを用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例３のリチウムイオン二次電池用電極材料を得た。
「リチウムイオン二次電池用電極材料の評価」
（１）比表面積
比表面積計（商品名：ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ、日本ベル社製）を用いて、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池用電極材料の比表面積を、窒素（Ｎ２）吸着によるＢＥＴ法により測定した。評価結果を表１に示す。
（１）比表面積
比表面積計（商品名：ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ、日本ベル社製）を用いて、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池用電極材料の比表面積を、窒素（Ｎ２）吸着によるＢＥＴ法により測定した。評価結果を表１に示す。
（２）炭素量
炭素分析計（商品名：ＥＭＩＡ−２２０Ｖ、ＨＯＲＩＢＡ社製）を用いて、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池用電極材料における炭素量を測定した。評価結果を表１に示す。
炭素分析計（商品名：ＥＭＩＡ−２２０Ｖ、ＨＯＲＩＢＡ社製）を用いて、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池用電極材料における炭素量を測定した。評価結果を表１に示す。
（３）平均一次粒子径
リチウムイオン二次電池用電極材料を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（商品名：Ｓ−４８００、日立ハイテクノロジーズ社製）により観察し、得られた走査型電子顕微鏡像から、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池用電極材料の平均一次粒子径を得た。評価結果を表１に示す。
リチウムイオン二次電池用電極材料を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（商品名：Ｓ−４８００、日立ハイテクノロジーズ社製）により観察し、得られた走査型電子顕微鏡像から、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池用電極材料の平均一次粒子径を得た。評価結果を表１に示す。
（４）粒度分布（Ｄ１０、Ｄ９０）
レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置（堀場製作所社製、商品名：ＬＡ−９５０）を用いて電極材料の粒度分布（二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が１０％のときの粒子径（Ｄ１０）、二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が９０％のときの粒子径（Ｄ９０））を測定した。
レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置（堀場製作所社製、商品名：ＬＡ−９５０）を用いて電極材料の粒度分布（二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が１０％のときの粒子径（Ｄ１０）、二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が９０％のときの粒子径（Ｄ９０））を測定した。
（５）安息角
リチウムイオン二次電池用電極材料安息角を、日本工業規格 ＪＩＳ Ｒ９３０１−２−２：１９９９「アルミナ粉末−第２部：物性測定方法−２：安息角」に記載の方法に従って測定した。
リチウムイオン二次電池用電極材料安息角を、日本工業規格 ＪＩＳ Ｒ９３０１−２−２：１９９９「アルミナ粉末−第２部：物性測定方法−２：安息角」に記載の方法に従って測定した。
「リチウムイオン二次電池の作製」
溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）に、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池用電極材料と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）と、導電助剤としてのアセチレンブラック（ＡＢ）とを、ペースト中の質量比で、電極材料：ＡＢ：ＰＶｄＦ＝９０：５：５となるように加えて、これらを混合し、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを調製した。
次いで、このリチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを、厚さ３０μｍのアルミニウム箔（集電体）の表面に塗布して塗膜を形成し、その塗膜を乾燥し、アルミニウム箔の表面に電極合剤層を形成した。その後、電極合剤層を、所定の密度となるように、所定の圧力にて加圧し、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池用正極を作製した。
次いで、このリチウムイオン二次電池用正極を、成形機を用いて直径１６ｍｍの円板状に打ち抜き、真空乾燥後、乾燥アルゴン雰囲気下、ステンレススチール（ＳＵＳ）製の２０１６コイン型セルを用いて、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池を作製した。
負極としては金属リチウムを、セパレータとしては多孔質ポリプロピレン膜を、電解液としては１ＭのＬｉＰＦ６溶液を用いた。ＬｉＰＦ６溶液としては、炭酸エチレンと、炭酸エチレンとを、体積比で１：１となるように混合したものを用いた。
溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）に、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池用電極材料と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）と、導電助剤としてのアセチレンブラック（ＡＢ）とを、ペースト中の質量比で、電極材料：ＡＢ：ＰＶｄＦ＝９０：５：５となるように加えて、これらを混合し、リチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを調製した。
次いで、このリチウムイオン二次電池用電極材料ペーストを、厚さ３０μｍのアルミニウム箔（集電体）の表面に塗布して塗膜を形成し、その塗膜を乾燥し、アルミニウム箔の表面に電極合剤層を形成した。その後、電極合剤層を、所定の密度となるように、所定の圧力にて加圧し、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池用正極を作製した。
次いで、このリチウムイオン二次電池用正極を、成形機を用いて直径１６ｍｍの円板状に打ち抜き、真空乾燥後、乾燥アルゴン雰囲気下、ステンレススチール（ＳＵＳ）製の２０１６コイン型セルを用いて、実施例および比較例のリチウムイオン二次電池を作製した。
負極としては金属リチウムを、セパレータとしては多孔質ポリプロピレン膜を、電解液としては１ＭのＬｉＰＦ６溶液を用いた。ＬｉＰＦ６溶液としては、炭酸エチレンと、炭酸エチレンとを、体積比で１：１となるように混合したものを用いた。
「リチウムイオン二次電池の評価」
（１）電池特性
リチウムイオン二次電池の電池特性を評価した。環境温度２５℃にて、正極の電圧がＬｉの平衡電圧に対して４．３Ｖになるまで電流値０．１ＣＡにて定電流充電を行い、４．３Ｖに到達した後、電流値が０．０１ＣＡになるまで定電圧充電を行った。
その後、１分間休止した後、環境温度２５℃にて、正極の電圧がＬｉの平衡電圧に対して２．０Ｖになるまで３ＣＡの定電流放電を行った。この試験により、リチウムイオン二次電池の放電容量を評価した。結果を表１に示す。
（１）電池特性
リチウムイオン二次電池の電池特性を評価した。環境温度２５℃にて、正極の電圧がＬｉの平衡電圧に対して４．３Ｖになるまで電流値０．１ＣＡにて定電流充電を行い、４．３Ｖに到達した後、電流値が０．０１ＣＡになるまで定電圧充電を行った。
その後、１分間休止した後、環境温度２５℃にて、正極の電圧がＬｉの平衡電圧に対して２．０Ｖになるまで３ＣＡの定電流放電を行った。この試験により、リチウムイオン二次電池の放電容量を評価した。結果を表１に示す。
表１の結果から、実施例１〜実施例７のリチウムイオン二次電池用電極材料は、安息角が３５°以上かつ５０°以下であるため、電流密度３ＣＡにおける放電容量が１３０ｍＡｈ／ｇ以上であることが分かった。
一方、比較例１〜比較例４のリチウムイオン二次電池用電極材料は、安息角が３５°未満かつ５０°を超えるため、電流密度３ＣＡにおける放電容量が１３０ｍＡｈ／ｇ未満であることが分かった。
一方、比較例１〜比較例４のリチウムイオン二次電池用電極材料は、安息角が３５°未満かつ５０°を超えるため、電流密度３ＣＡにおける放電容量が１３０ｍＡｈ／ｇ未満であることが分かった。
本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料は、一般式ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅおよび希土類元素から選択される少なくとも１種、０．０５≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１４）で表される電極活物質の表面が炭素質被膜で被覆されてなるリチウムイオン二次電池用電極材料であり、安息角が３５°以上かつ５０°以下であるため、このリチウムイオン二次電池用電材料を用いて作製したリチウムイオン二次電池用電極を備えたリチウムイオン二次電池は、、放電容量が高いから、より高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性および高速充放電特性が期待される次世代の二次電池に対しても適用することが可能であり、次世代の二次電池の場合、その効果は非常に大きなものである。
Claims (4)
- 一般式ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅおよび希土類元素から選択される少なくとも１種、０．０５≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１４、１−ｘ−ｙ≧０）で表される電極活物質の表面が第一の炭素源材料としての芳香族有機化合物と第二の炭素源材料としての重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物とからなる混合物由来の炭素質被膜で被覆されてなるリチウムイオン二次電池用電極材料であって、
安息角が３５°以上かつ５０°以下であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用電極材料。 - 前記電極活物質の一次粒子の平均一次粒子径が３０ｎｍ以上かつ５００ｎｍ以下、前記一次粒子の表面が前記炭素質被膜で被覆されてなる粒子の凝集体である二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が１０％のときの粒子径（Ｄ１０）が１μｍ以上かつ３μｍ以下、前記二次粒子の粒度分布の累積体積百分率が９０％のときの粒子径（Ｄ９０）が６μｍ以上かつ１８μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
- 前記ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４の電流密度３ＣＡにおける放電容量が１３０ｍＡｈ／ｇ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
- 一般式ＬｉＦｅｘＭｎ１−ｘ−ｙＭｙＰＯ４（但し、ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅおよび希土類元素から選択される少なくとも１種、０．０５≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦０．１４、１−ｘ−ｙ≧０）で表される電極活物質の表面が炭素質被膜で被覆されてなるリチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法であって、
前記電極活物質と第一の炭素源材料として芳香族有機化合物と、第二の炭素源材料として重量平均分子量５００以下の芳香族を含まない有機化合物とからなる混合物を調整する工程と、
前記混合物を噴霧乾燥し凝集体を得る工程と、
前記凝集体を焼成する工程と、を有し、
安息角が３５°以上かつ５０°以下のリチウムイオン二次電池用電極材料を生成することを特徴とするリチウムイオン二次電池用電極材料の製造方法。
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