JP6288340B1 - リチウムイオン二次電池用電極材料、及びリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極合材層の体積抵抗値、及び電極合材層とアルミニウム集電体との界面抵抗値を低減することができるリチウムイオン二次電池用電極材料、並びに充放電特性が改善されたリチウムイオン二次電池を提供する。【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オリビン構造の遷移金属リン酸リチウム化合物からなる電極活物質と、電極活物質を被覆する炭素質被膜とを有し、電極活物質の比表面積が１０ｍ２／ｇ以上２５ｍ２／ｇ以下であり、電極活物質の一次粒子を造粒してなる平均粒子径が０．５μｍ以上１５μｍ以下であり、円形度が０．９０以上０．９５以下の範囲における球状二次粒子の含有量が、円形度を測定した際の単一粒子及び球状二次粒子すべてを含む粒子の全個数に対して個数割合で１８％以上である。本発明のリチウムイオン二次電池は正極が本発明の電極材料を用いてなる正極合材層を有する。【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、及び該電極材料を用いてなる電極を備えたリチウムイオン二次電池に関する。
リチウムイオン二次電池は、鉛電池、ニッケル水素電池よりもエネルギー密度、出力密度が高く、スマートフォンなどの小型電子機器をはじめ、家庭用バックアップ電源、電動工具など、様々な用途に利用されている。また、太陽光発電、風力発電など、再生可能エネルギー貯蔵用として、大容量のリチウムイオン二次電池の実用化が進んでいる。
リチウムイオン二次電池は、正極、負極、電解液及びセパレータを備える。正極を構成する電極材料としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）等のリチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な性質を有するリチウム含有金属酸化物が用いられ、電池の高容量化、長寿命化、安全性の向上、低コスト化など、様々な観点から改良が検討されている。
リチウムイオン二次電池は、正極、負極、電解液及びセパレータを備える。正極を構成する電極材料としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）等のリチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な性質を有するリチウム含有金属酸化物が用いられ、電池の高容量化、長寿命化、安全性の向上、低コスト化など、様々な観点から改良が検討されている。
前記電極材料のリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）は、資源的に豊富、且つ安価な鉄を使用しているため、低コスト化が容易な材料である。リン酸鉄リチウムは、リンと酸素の強固な共有結合により高温時の酸素放出がないため抜群の安全性を有するなど、コバルト酸リチウムに代表される酸化物系正極材料にはない優れた特性を有している。
一方、リン酸鉄リチウムはＬｉイオンの拡散性、電子伝導性が低いため、酸化物系正極材料よりも入出力特性が劣る。この特性差は電池の作動温度が低温になるとより顕著となるため、リン酸鉄リチウムは、低温領域で高い入出力特性が必要とされるハイブリッド自動車などの車載用途には不向きであると考えられてきた。
一方、リン酸鉄リチウムはＬｉイオンの拡散性、電子伝導性が低いため、酸化物系正極材料よりも入出力特性が劣る。この特性差は電池の作動温度が低温になるとより顕著となるため、リン酸鉄リチウムは、低温領域で高い入出力特性が必要とされるハイブリッド自動車などの車載用途には不向きであると考えられてきた。
リン酸鉄リチウムに代表されるオリビン構造を有するＬｉＭＰＯ４（Ｍは金属元素）は、Ｌｉイオンの拡散性、及び電子伝導性が低いため、ＬｉＭＰＯ４一次粒子を微細化し、且つその一次粒子個々の表面を導電性炭素質被膜で被覆することで充放電特性を改善することができる。
一方、前記微細化したＬｉＭＰＯ４は比表面積が大きいため、電極合材スラリーの増粘や多量のバインダーが必要となるため、炭素質被膜で被覆された一次粒子を造粒し二次粒子の形態とすることで電極合材スラリーの性状を改善することが一般的である。
一方、前記微細化したＬｉＭＰＯ４は比表面積が大きいため、電極合材スラリーの増粘や多量のバインダーが必要となるため、炭素質被膜で被覆された一次粒子を造粒し二次粒子の形態とすることで電極合材スラリーの性状を改善することが一般的である。
例えば、電極材料として、特許文献１には、一次粒子結晶が凝集して球状の二次粒子を形成し、該二次粒子表面及び内部に空隙を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物よりなる母粒子と、該母粒子の空隙の一部に充填された導電性微粉末とを有するリチウム二次電池用正極活物質材料が開示されている。また、特許文献２には、二次粒子内部に空隙を有する粒子が含有されたリチウム二次電池用正極活物質が開示されている。
電極合材層は、電極材料、導電助剤、バインダーなどを混合した電極スラリーをアルミニウム集電体に塗工、乾燥、プレスすることで形成される。しかし、特許文献１及び２に記載の電極材料では、不定形な二次粒子や二次粒子に空隙（中空二次粒子）が存在するため、電極構造が不均一となり、Ｌｉイオン伝導性、及び電子伝導性が低下する。また、電極構造を均一化するためには過度のプレスが必要となり、二次粒子の崩壊による導電性炭素質被膜の剥離や、電極合材層のアルミニウム集電体からの脱落などによる電池特性の低下も引き起こす。
このように、充放電特性の改善には電極材料のみならず、電極を構成する電極合材層の導電性の改善も必須である。
このように、充放電特性の改善には電極材料のみならず、電極を構成する電極合材層の導電性の改善も必須である。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、電極合材層の体積抵抗値、及び電極合材層とアルミニウム集電体との界面抵抗値を低減することができるリチウムイオン二次電池用電極材料、並びに充放電特性が改善されたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意検討した結果、下記の発明により当該課題を解決できることを見出した。
［１］オリビン構造の遷移金属リン酸リチウム化合物からなる電極活物質と、前記電極活物質を被覆する炭素質被膜とを有し、前記電極活物質の比表面積が１０ｍ２／ｇ以上２５ｍ２／ｇ以下であり、前記電極活物質の一次粒子を造粒してなる球状二次粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上１５μｍ以下であり、フロー式粒子画像解析装置で測定した円形度が０．９０以上０．９５以下の範囲における球状二次粒子の含有量が、円形度を測定した際の単一粒子及び球状二次粒子すべてを含む粒子の全個数に対して個数割合で１８％以上であるリチウムイオン二次電池用電極材料。
［２］水銀ポロシメーターを用いて測定した前記電極活物質の細孔分布図において１μｍ以下に現れるピークのうち、細孔容積が最も大きいピークのピークトップの細孔径が０．０３μｍ以上０．１４μｍ以下である上記［１］に記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
［３］前記オリビン構造の遷移金属リン酸リチウム化合物が、下記一般式（１）で表される電極活物質である上記［１］又は［２］に記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４ （１）
（但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＣｒからなる群より選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｃ及びＹからなる群より選択される少なくとも１種、０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１である。）
［４］厚み３０μｍのアルミニウム集電体上に、前記電極材料と導電助剤と結着剤とを重量比（電極材料：導電助剤：結着剤）＝９０：５：５で含む正極合材層を印加総圧５ｔ／２５０ｍｍでプレスした場合に、前記プレス後の正極合材層と前記アルミニウム集電体との間の界面抵抗値が１Ω・ｃｍ２以下であり、前記プレス後の正極合材層の体積抵抗値が５．０Ω・ｃｍ以下である上記［１］〜［３］のいずれか１つに記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
［５］前記電極材料の累積粒度分布における累積百分率９０％の粒子径（Ｄ９０）が１５μｍ以下であり、厚み３０μｍのアルミニウム集電体上に、前記電極材料と導電助剤と結着剤とを重量比（電極材料：導電助剤：結着剤）＝９０：５：５で含む正極合材層を印加総圧５ｔ／２５０ｍｍでプレスした場合に、前記プレス後の正極合材層と前記アルミニウム集電体との界面抵抗値及び前記Ｄ９０の比（界面抵抗値／Ｄ９０）が０．１Ω・ｃｍ２／μｍ以下、前記プレス後の正極合材層の体積抵抗値及び前記Ｄ９０の比（体積抵抗値／Ｄ９０）が０．１０Ω・ｃｍ／μｍ以上０．６０Ω・ｃｍ／μｍ以下である上記［４］に記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
［６］前記電極材料のＮ−メチル−２−ピロリドンを用いた吸油量が５０ｍｌ／１００ｇ以下である上記［４］又は［５］に記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
［７］厚み３０μｍのアルミニウム集電体上に、前記電極材料と導電助剤と結着剤とを重量比（電極材料：導電助剤：結着剤）＝９０：５：５で含む正極合材層を印加総圧５ｔ／２５０ｍｍでプレスした場合に、前記プレス後の正極合材層の電極密度が１．４ｇ／ｃｍ３以上である上記［４］〜［６］のいずれか１つに記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
［８］正極と、負極と、電解質とを有するリチウムイオン二次電池であって、前記正極が、上記［１］〜［７］のいずれか１つに記載の電極材料を用いてなる正極合材層を有し、該正極合材層の体積抵抗値が５．０Ω・ｃｍ以下であるリチウムイオン二次電池。
［９］前記プレス後の正極合材層の電極密度が１．４ｇ／ｃｍ３以上である上記［８］に記載のリチウムイオン二次電池。
［２］水銀ポロシメーターを用いて測定した前記電極活物質の細孔分布図において１μｍ以下に現れるピークのうち、細孔容積が最も大きいピークのピークトップの細孔径が０．０３μｍ以上０．１４μｍ以下である上記［１］に記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
［３］前記オリビン構造の遷移金属リン酸リチウム化合物が、下記一般式（１）で表される電極活物質である上記［１］又は［２］に記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４ （１）
（但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＣｒからなる群より選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｃ及びＹからなる群より選択される少なくとも１種、０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１である。）
［４］厚み３０μｍのアルミニウム集電体上に、前記電極材料と導電助剤と結着剤とを重量比（電極材料：導電助剤：結着剤）＝９０：５：５で含む正極合材層を印加総圧５ｔ／２５０ｍｍでプレスした場合に、前記プレス後の正極合材層と前記アルミニウム集電体との間の界面抵抗値が１Ω・ｃｍ２以下であり、前記プレス後の正極合材層の体積抵抗値が５．０Ω・ｃｍ以下である上記［１］〜［３］のいずれか１つに記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
［５］前記電極材料の累積粒度分布における累積百分率９０％の粒子径（Ｄ９０）が１５μｍ以下であり、厚み３０μｍのアルミニウム集電体上に、前記電極材料と導電助剤と結着剤とを重量比（電極材料：導電助剤：結着剤）＝９０：５：５で含む正極合材層を印加総圧５ｔ／２５０ｍｍでプレスした場合に、前記プレス後の正極合材層と前記アルミニウム集電体との界面抵抗値及び前記Ｄ９０の比（界面抵抗値／Ｄ９０）が０．１Ω・ｃｍ２／μｍ以下、前記プレス後の正極合材層の体積抵抗値及び前記Ｄ９０の比（体積抵抗値／Ｄ９０）が０．１０Ω・ｃｍ／μｍ以上０．６０Ω・ｃｍ／μｍ以下である上記［４］に記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
［６］前記電極材料のＮ−メチル−２−ピロリドンを用いた吸油量が５０ｍｌ／１００ｇ以下である上記［４］又は［５］に記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
［７］厚み３０μｍのアルミニウム集電体上に、前記電極材料と導電助剤と結着剤とを重量比（電極材料：導電助剤：結着剤）＝９０：５：５で含む正極合材層を印加総圧５ｔ／２５０ｍｍでプレスした場合に、前記プレス後の正極合材層の電極密度が１．４ｇ／ｃｍ３以上である上記［４］〜［６］のいずれか１つに記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
［８］正極と、負極と、電解質とを有するリチウムイオン二次電池であって、前記正極が、上記［１］〜［７］のいずれか１つに記載の電極材料を用いてなる正極合材層を有し、該正極合材層の体積抵抗値が５．０Ω・ｃｍ以下であるリチウムイオン二次電池。
［９］前記プレス後の正極合材層の電極密度が１．４ｇ／ｃｍ３以上である上記［８］に記載のリチウムイオン二次電池。
本発明によれば、電極合材層の体積抵抗値、及び電極合材層とアルミニウム集電体との界面抵抗値を低減することができるリチウムイオン二次電池用電極材料、並びに充放電特性が改善されたリチウムイオン二次電池を提供することができる。
本発明のリチウムイオン二次電池用電極材料の実施の形態について説明する。
なお、本実施形態は、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、オリビン構造の遷移金属リン酸リチウム化合物からなる電極活物質と、該電極活物質を被覆する炭素質被膜とを有し、該電極活物質の比表面積が１０ｍ２／ｇ以上２５ｍ２／ｇ以下であり、該電極活物質の一次粒子を造粒してなる球状二次粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上１５μｍ以下であり、フロー式粒子画像解析装置で測定した円形度が０．９以上０．９５以下の範囲における球状二次粒子の含有量が、円形度を測定した際の単一粒子及び球状二次粒子すべてを含む粒子の全個数に対して個数割合で１８％以上であることを特徴とする。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料は、オリビン構造の遷移金属リン酸リチウム化合物からなる電極活物質と、該電極活物質を被覆する炭素質被膜とを有し、該電極活物質の比表面積が１０ｍ２／ｇ以上２５ｍ２／ｇ以下であり、該電極活物質の一次粒子を造粒してなる球状二次粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上１５μｍ以下であり、フロー式粒子画像解析装置で測定した円形度が０．９以上０．９５以下の範囲における球状二次粒子の含有量が、円形度を測定した際の単一粒子及び球状二次粒子すべてを含む粒子の全個数に対して個数割合で１８％以上であることを特徴とする。
本発明で用いられる電極活物質は、オリビン構造の遷移金属リン酸リチウム化合物からなる。オリビン構造の遷移金属リン酸リチウム化合物としては、下記一般式（１）で表される電極活物質であることが、高放電容量、高エネルギー密度の観点から好ましい。
ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４ （１）
（但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＣｒからなる群より選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｃ及びＹからなる群より選択される少なくとも１種、０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１である。）
ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４ （１）
（但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＣｒからなる群より選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｃ及びＹからなる群より選択される少なくとも１種、０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１である。）
ここで、Ａについては、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ及びＦｅが好ましく、Ｆｅがより好ましい。
Ｄについては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌが好ましい。電極活物質がこれらの元素を含む場合、高い放電電位、高い安全性を実現可能な正極合材層とすることができる。また、資源量が豊富であるため、選択する材料として好ましい。
Ｄについては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌが好ましい。電極活物質がこれらの元素を含む場合、高い放電電位、高い安全性を実現可能な正極合材層とすることができる。また、資源量が豊富であるため、選択する材料として好ましい。
上記電極活物質の比表面積は、１０ｍ２／ｇ以上２５ｍ２／ｇ以下であり、好ましくは１０ｍ２／ｇ以上１８ｍ２／ｇ以下であり、より好ましくは１０ｍ２／ｇ以上１５ｍ２／ｇ以下である。比表面積が１０ｍ２／ｇ未満であると、リチウムイオン二次電池用電極材料の一次粒子の内部におけるＬｉイオン拡散抵抗や電子の移動抵抗が大きくなる。よって、内部抵抗が増加し、出力特性が悪化する。一方、比表面積が２５ｍ２／ｇを超えると、リチウムイオン二次電池用電極材料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、リチウムイオン二次電池用電極材料の単位質量あたりのリチウムイオン二次電池の電池容量が必要以上に低下する。
なお、上記比表面積は、ＢＥＴ法により、比表面積計（例えば、マイクロトラック・ベル株式会社製、商品名：ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ）を用いて測定することができる。
なお、上記比表面積は、ＢＥＴ法により、比表面積計（例えば、マイクロトラック・ベル株式会社製、商品名：ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ）を用いて測定することができる。
電極活物質の一次粒子の平均粒子径は好ましくは５００ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、よりさらに好ましくは２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。電極活性物質の一次粒子の平均粒子径が５００ｎｍ以下であると、電極活物質の一次粒子の内部におけるリチウムイオン拡散抵抗や電子の移動抵抗が大きくなることを抑制できる。その結果、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たリチウムイオン二次電池は、高速充放電における放電容量を大きくすることができる。また、上記一次粒子の平均粒子径が１０ｎｍ以上であると、電極活物質の一次粒子の比表面積が増えることで必要になる炭素の質量の増加を抑制し、電極材料単位質量当たりの充放電容量が低減することを抑制できる。また、電極活物質の一次粒子の表面を炭素質被膜で均一に被覆しやすくなる。その結果、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たリチウムイオン二次電池は、高速充放電における放電容量が大きくなり、十分な充放電性能を実現することができる。
ここで、平均粒子径とは、体積平均粒子径のことである。上記一次粒子の平均粒子径は、無作為に１００個の一次粒子を選び出して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて個々の一次粒子の粒子径（長径）を測定し、その平均値として求めることができる。
また、電極活物質の一次粒子を造粒してなる球状二次粒子の平均粒子径は、０．５μｍ以上１５μｍ以下であり、より好ましくは１．０μｍ以上１０μｍ以下である。上記球状二次粒子の平均粒子径が０．５μｍ未満であると、電極材料と導電助剤とバインダー樹脂（結着剤）と溶剤とを混合して、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導電助剤、結着剤が多量に必要となり、リチウムイオン二次電池用正極合材層の単位質量あたりのリチウムイオン二次電池の電池容量が低下する。一方、上記球状二次粒子の平均粒子径が１５μｍを超えると、正極合材層中の導電助剤や結着剤の分散性、均一性が低下する。その結果、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たリチウムイオン二次電池は、高速充放電における放電容量が不充分となる。
なお、本実施形態において、単一に存在する（凝集しないで存在する）一次粒子以外の造粒粒子及び凝集粒子を全て二次粒子もしくは球状二次粒子とする。
ここで、平均粒子径とは、体積平均粒子径のことである。上記球状二次粒子の平均粒子径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置等を用いて測定することができる。また、無作為に１００個の球状二次粒子を選び出して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて個々の球状二次粒子の長径及び短径を測定し、その平均値として求めてもよい。なお、本発明では、炭素質被膜で被覆された電極活物質（以下「炭素質被覆電極活物質」ともいう）の球状二次粒子の粒子径を上記方法により求めることで、電極活物質の球状二次粒子の平均粒子径とすることができる。
ここで、平均粒子径とは、体積平均粒子径のことである。上記球状二次粒子の平均粒子径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置等を用いて測定することができる。また、無作為に１００個の球状二次粒子を選び出して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にて個々の球状二次粒子の長径及び短径を測定し、その平均値として求めてもよい。なお、本発明では、炭素質被膜で被覆された電極活物質（以下「炭素質被覆電極活物質」ともいう）の球状二次粒子の粒子径を上記方法により求めることで、電極活物質の球状二次粒子の平均粒子径とすることができる。
上記球状二次粒子の円形度が０．９０から０．９５の範囲における球状二次粒子の含有量が、円形度を測定した際の単一粒子及び球状二次粒子すべてを含む粒子の全個数に対して個数割合で１８％以上であり、好ましくは１９％以上であり、より好ましくは２０％以上である。１８％未満では、電極構造が不均一になり、Ｌｉイオン伝導性、及び電子伝導性が低下するおそれがある。
ここで、「円形度」とは、円形状への近さを示す値であり、最大値１．０は真円を表す。円形度は、下記式（Ｉ）より求めることができる。
４πＳ２／Ｌ２ （Ｉ）
ここで式（Ｉ）中、Ｓは球状二次粒子の面積、Ｌは球状二次粒子の周囲長である。
４πＳ２／Ｌ２ （Ｉ）
ここで式（Ｉ）中、Ｓは球状二次粒子の面積、Ｌは球状二次粒子の周囲長である。
水銀ポロシメーターを用いて電極活物質を測定したときの細孔分布図において１μｍ以下に現れるピークのうち、最も細孔容積が大きいピークのピークトップの細孔径は、０．０３μｍ以上０．１４μｍ以下であることが好ましく、０．０７μｍ以上０．０９５μｍ以下であることがより好ましい。
１μｍ以下に現れるピークトップの細孔径が０．０３μｍ以上０．１４μｍ以下であると、電解液の染み込みが良好となりイオン抵抗を低減できるとともに、活物質粒子同士の接触点を増加させミクロな領域の電子伝導性を向上させることができる。
１μｍ以下に現れるピークトップの細孔径が０．０３μｍ以上０．１４μｍ以下であると、電解液の染み込みが良好となりイオン抵抗を低減できるとともに、活物質粒子同士の接触点を増加させミクロな領域の電子伝導性を向上させることができる。
炭素質被膜は、上記一次粒子に所望の電子伝導性を付与するためのものである。
炭素質被膜の厚みは、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であることが好ましく、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下であることがより好ましい。
炭素質被膜の厚みが０．５ｎｍ以上であると、炭素質被膜の厚みが薄くなり過ぎず、所望の抵抗値を有する膜を形成することができる。その結果、導電性が向上し、電極材料としての導電性を確保することができる。一方、炭素質被膜の厚みが５．０ｎｍ以下であると、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ことを抑制できる。
炭素質被膜の厚みは、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下であることが好ましく、１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下であることがより好ましい。
炭素質被膜の厚みが０．５ｎｍ以上であると、炭素質被膜の厚みが薄くなり過ぎず、所望の抵抗値を有する膜を形成することができる。その結果、導電性が向上し、電極材料としての導電性を確保することができる。一方、炭素質被膜の厚みが５．０ｎｍ以下であると、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ことを抑制できる。
上記炭素質被覆電極活物質に含まれる炭素量は、好ましくは０．５質量％以上５．０質量％以下、より好ましくは０．８質量％以上２．５質量％以下である。
炭素量が０．５質量％以上であると、電極材料としての導電性を確保することができ、リチウムイオン二次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大きくなり、十分な充放電レート性能を実現することができる。一方、炭素量が５．０質量％以下であると、炭素量が多くなり過ぎず、リチウムイオン二次電池用電極材料の単位質量あたりのリチウムイオン二次電池の電池容量が必要以上に低下することを抑制できる。
炭素量が０．５質量％以上であると、電極材料としての導電性を確保することができ、リチウムイオン二次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大きくなり、十分な充放電レート性能を実現することができる。一方、炭素量が５．０質量％以下であると、炭素量が多くなり過ぎず、リチウムイオン二次電池用電極材料の単位質量あたりのリチウムイオン二次電池の電池容量が必要以上に低下することを抑制できる。
無機粒子に対する炭素質被膜の被覆率は６０％以上であることが好ましく、８０％以上９５％以下であることがより好ましい。炭素質被膜の被覆率が６０％以上であることで、炭素質被膜の被覆効果が充分に得られる。
炭素質被膜の膜厚は、透過型電子顕微鏡を用いて測定することができる。
炭素質被膜の膜厚は、透過型電子顕微鏡を用いて測定することができる。
炭素質被膜の炭素分、炭素質被膜の平均膜厚、炭素質被膜の被覆率及び電極材料の比表面積によって計算される、炭素質被膜の密度は０．３ｇ／ｃｍ３以上１．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、０．４ｇ／ｃｍ３以上１．０ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましい。
ここで、炭素質被膜の密度を上記の範囲に限定した理由は、炭素質被膜の炭素分によって計算される、炭素質被膜の密度が０．３ｇ／ｃｍ３以上であれば、炭素質被膜が十分な電子伝導性を示すからである。一方、炭素質被膜の密度が１．５ｇ／ｃｍ３以下であれば、炭素質被膜中に層状構造からなる黒鉛の微結晶が少量であるため、リチウムイオンが炭素質被膜中を拡散する際に黒鉛の微結晶による立体障害が生じない。これにより、リチウムイオン移動抵抗が高くなることがない。その結果、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が上昇することがなく、リチウムイオン二次電池の高速充放電レートにおける電圧低下が生じない。
ここで、炭素質被膜の密度を上記の範囲に限定した理由は、炭素質被膜の炭素分によって計算される、炭素質被膜の密度が０．３ｇ／ｃｍ３以上であれば、炭素質被膜が十分な電子伝導性を示すからである。一方、炭素質被膜の密度が１．５ｇ／ｃｍ３以下であれば、炭素質被膜中に層状構造からなる黒鉛の微結晶が少量であるため、リチウムイオンが炭素質被膜中を拡散する際に黒鉛の微結晶による立体障害が生じない。これにより、リチウムイオン移動抵抗が高くなることがない。その結果、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が上昇することがなく、リチウムイオン二次電池の高速充放電レートにおける電圧低下が生じない。
上記炭素質被覆電極活物質は、電極プレスによって粒子形状が変形しにくい二次粒子であると電極構造の均一化を図ることができ好ましい。電極構造が均一であると、Ｌｉイオン伝導性、電子伝導性の改善のみならず、電極作製時のプレス圧力が抑えられ、上記炭素質被覆電極活物質の崩壊による炭素質被膜の剥離を抑制することができ、また、電極合材層のアルミニウム集電体からの脱落を防止することができる。これにより、電池特性の低下を抑制することができる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料の累積粒度分布における累積百分率９０％の粒子径（Ｄ９０）は、好ましくは１７μｍ以下、より好ましくは１６μｍ以下、さらに好ましくは１５ｍ以下である。Ｄ９０が１７μｍ以下であると、電極プレス時の二次粒子の変形を抑制できる。また、Ｄ９０の下限値は特に限定されないが、好ましくは４．０μｍ以上であり、より好ましくは６．０μｍ以上であり、さらに好ましくは７．０μｍ以上である。ここで、累積粒度分布とは、体積基準の累積粒度分布のことである。上記電極材料の累積粒度分布は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置等を用いて測定することができる。
上記電極材料のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を用いた吸油量は、好ましくは５０ｍｌ／１００ｇ以下であり、より好ましくは４８ｍｌ／１００ｇ以下であり、さらに好ましくは４５ｍｌ／１００ｇ以下である。ＮＭＰ吸油量が５０ｍｌ／１００ｇ以下であると、電極ペーストの増粘を抑制でき、かつ導電助剤や結着剤の分散が容易となる。なお、ＮＭＰを用いた吸油量の下限値は特に限定されないが、例えば２０ｍｌ／１００ｇである。
なお、上記ＮＭＰ吸油量は、実施例に記載の方法により測定することができる。
なお、上記ＮＭＰ吸油量は、実施例に記載の方法により測定することができる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池用電極材料は、厚み３０μｍのアルミニウム集電体上に、電極材料と導電助剤と結着剤とを重量比（電極材料：導電助剤：結着剤）＝９０：５：５で含む正極合材層を印加総圧５ｔ／２５０ｍｍでプレスした場合に、該プレス後の正極合材層と該アルミニウム集電体との間の界面抵抗値を好ましくは１．５０Ω・ｃｍ２以下とし、より好ましくは１．００Ω・ｃｍ２以下とし、さらに好ましくは０．９０Ω・ｃｍ２以下とし、さらに好ましくは０．８０Ω・ｃｍ２以下とし、よりさらに好ましくは０．７０Ω・ｃｍ２以下とすることができ、該プレス後の正極合材層の体積抵抗値を好ましくは５．０Ω・ｃｍ以下とし、より好ましくは４．８Ω・ｃｍ以下とし、さらに好ましくは４．５Ω・ｃｍ以下とすることができる。なお、上記界面抵抗値の下限値は特に限定されないが、例えば０．００５Ω・ｃｍ２である。
ここで、界面抵抗値とは、２つの層が接触する界面での抵抗値を意味し、本発明では、プレス後の正極合材層とアルミニウム集電体との間の界面での抵抗値のことである。
ここで、界面抵抗値とは、２つの層が接触する界面での抵抗値を意味し、本発明では、プレス後の正極合材層とアルミニウム集電体との間の界面での抵抗値のことである。
さらに、上記条件において、上記プレス後の正極合材層とアルミニウム集電体との間の界面抵抗値及び前述のＤ９０の比（界面抵抗値／Ｄ９０）を好ましくは０．１Ω・ｃｍ２／μｍ以下とし、より好ましくは０．０８Ω・ｃｍ２／μｍ以下とし、さらに好ましくは０．０５Ω・ｃｍ２／μｍ以下とすることができる。また、上記プレス後の正極合材層の体積抵抗値及び前述のＤ９０の比（体積抵抗値／Ｄ９０）を好ましくは０．１０Ω・ｃｍ／μｍ以上０．６０Ω・ｃｍ／μｍ以下とし、より好ましくは０．１１Ω・ｃｍ／μｍ以上０．５０Ω・ｃｍ／μｍ以下とし、さらに好ましくは０．１２Ω・ｃｍ／μｍ以上０．３０Ω・ｃｍ／μｍ以下とすることができる。なお、上記界面抵抗値／Ｄ９０の下限値は特に限定されないが、例えば０．０５Ω・ｃｍ２／μｍ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、厚み３０μｍのアルミニウム集電体上に、電極材料と導電助剤と結着剤とを重量比（電極材料：導電助剤：結着剤）＝９０：５：５で含む正極合材層を印加総圧５ｔ／２５０ｍｍでプレスした場合に、該プレス後の正極合材層の電極密度を好ましくは１．４０ｇ／ｃｍ３以上とし、より好ましくは１．５０ｇ／ｃｍ３以上とすることができる。なお、上記電極密度の上限値は特に限定されないが、例えば２．５ｇ／ｃｍ３である。
［電極材料の製造方法］
本実施形態の電極材料の製造方法は、例えば、電極活物質及び電極活物質前駆体の製造工程と、電極活物質及び電極活物質前駆体からなる群から選択される少なくとも１種の電極活物質原料と、水とを混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、前記工程で得られたスラリー中に凝集保持剤を加え、造粒物を得る造粒工程と、前記工程で得られた造粒物に、炭素質被膜前駆体である有機化合物を乾式混合し、得られた混合物を非酸化性雰囲気下にて焼成する焼成工程とを有する。
本実施形態の電極材料の製造方法は、例えば、電極活物質及び電極活物質前駆体の製造工程と、電極活物質及び電極活物質前駆体からなる群から選択される少なくとも１種の電極活物質原料と、水とを混合してスラリーを調製するスラリー調製工程と、前記工程で得られたスラリー中に凝集保持剤を加え、造粒物を得る造粒工程と、前記工程で得られた造粒物に、炭素質被膜前駆体である有機化合物を乾式混合し、得られた混合物を非酸化性雰囲気下にて焼成する焼成工程とを有する。
（電極活物質及び電極活物質前駆体の製造工程）
電極活物質及び電極活物質前駆体の製造工程としては、特に限定されず、例えば、該電極活物質及び電極活物質前駆体が前記一般式（１）で表される場合、固相法、液相法、気相法等の従来の方法を用いることができる。このような方法で得られたＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４としては、例えば、粒子状のもの（以下、「ＬｉｘＡｙＭｚＰＯ４粒子」と言うことがある。）が挙げられる。
ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４粒子は、例えば、Ｌｉ源と、Ａ源と、Ｐ源と、水と、必要に応じてＤ源と、を混合して得られるスラリー状の混合物を水熱合成して得られる。水熱合成によれば、ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４は、水中に沈殿物として生成する。得られた沈殿物は、ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４の前駆体であってもよい。この場合、ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４の前駆体を焼成することで、目的のＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４粒子が得られる。
この水熱合成には耐圧密閉容器を用いることが好ましい。
電極活物質及び電極活物質前駆体の製造工程としては、特に限定されず、例えば、該電極活物質及び電極活物質前駆体が前記一般式（１）で表される場合、固相法、液相法、気相法等の従来の方法を用いることができる。このような方法で得られたＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４としては、例えば、粒子状のもの（以下、「ＬｉｘＡｙＭｚＰＯ４粒子」と言うことがある。）が挙げられる。
ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４粒子は、例えば、Ｌｉ源と、Ａ源と、Ｐ源と、水と、必要に応じてＤ源と、を混合して得られるスラリー状の混合物を水熱合成して得られる。水熱合成によれば、ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４は、水中に沈殿物として生成する。得られた沈殿物は、ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４の前駆体であってもよい。この場合、ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４の前駆体を焼成することで、目的のＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４粒子が得られる。
この水熱合成には耐圧密閉容器を用いることが好ましい。
ここで、Ｌｉ源としては、酢酸リチウム（ＬｉＣＨ３ＣＯＯ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）等のリチウム塩及び水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）等が挙げられる。これらの中でも、Ｌｉ源としては、酢酸リチウム、塩化リチウム及び水酸化リチウムからなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
Ａ源としては、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＣｒからなる群から選択される少なくとも１種を含む塩化物、カルボン酸塩、硫酸塩等が挙げられる。例えば、ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４におけるＡがＦｅである場合、Ｆｅ源としては、塩化鉄（ＩＩ）（ＦｅＣｌ２）、酢酸鉄（ＩＩ）（Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２）、硫酸鉄（ＩＩ）（ＦｅＳＯ４）等の２価の鉄塩が挙げられる。これらの中でも、Ｆｅ源としては、塩化鉄（ＩＩ）、酢酸鉄（ＩＩ）及び硫酸鉄（ＩＩ）からなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
Ｄ源としては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｃ及びＹからなる群から選択される少なくとも１種を含む塩化物、カルボン酸塩、硫酸塩等が挙げられる。
Ｐ源としては、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、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）等のリン酸化合物が挙げられる。これらの中でも、Ｐ源としては、リン酸、リン酸二水素アンモニウム及びリン酸水素二アンモニウムからなる群から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
（スラリー調製工程）
本工程では、前記工程で得られた電極活物質原料を、水に分散させて均一なスラリーを調製する。電極活物質原料を水に分散させる際には、分散剤を加えることもできる。電極活物質原料を水に分散させる方法としては、特に限定されず、例えば、遊星ボールミル、振動ボールミル、ビーズミル、ペイントシェーカー、アトライタ等の媒体粒子を高速で撹拌する媒体撹拌型分散装置を用いる方法が好ましい。
本工程では、前記工程で得られた電極活物質原料を、水に分散させて均一なスラリーを調製する。電極活物質原料を水に分散させる際には、分散剤を加えることもできる。電極活物質原料を水に分散させる方法としては、特に限定されず、例えば、遊星ボールミル、振動ボールミル、ビーズミル、ペイントシェーカー、アトライタ等の媒体粒子を高速で撹拌する媒体撹拌型分散装置を用いる方法が好ましい。
スラリーを調製する際には、スラリー中の電極活物質原料の累積粒度分布における累積百分率９０％の粒子径（Ｄ９０）の１０％粒子径（Ｄ１０）に対する比（Ｄ９０／Ｄ１０）が１以上３０以下となるように制御するとよい。（Ｄ９０／Ｄ１０）を上記範囲内とすることで、スラリー中の電極活物質原料の粒度分布が広くなり、得られる粒子の高密度化が図れ、本発明の効果を発揮することができる。
なお、スラリーの分散条件は、例えば、スラリー中の電極活物質原料の濃度、撹拌速度、撹拌時間等により調整することができる。
なお、スラリーの分散条件は、例えば、スラリー中の電極活物質原料の濃度、撹拌速度、撹拌時間等により調整することができる。
（造粒工程）
本工程では、スラリー中の電極活物質原料から造粒物を製造する。
造粒の際には、スラリー中の一次粒子を軟凝集させることにより二次粒子の崩壊を抑えられ、円形度が０．９０以上０．９５以下の範囲における球状二次粒子の含有量が、円形度を測定した際の単一粒子及び球状二次粒子すべてを含む粒子の全個数に対して個数割合で１８％以上である試料が得られやすくなる。一次粒子の軟凝集を促進させ、造粒物の崩壊を抑える方法として、本発明では、造粒工程において、スラリー中に凝集保持剤を加える。ここで、凝集保持剤とは、一次粒子の凝集を促進するとともに、該一次粒子が凝集した二次粒子の形状を保持する化合物を意味する。
上記方法としては、例えば、スラリー中に凝集保持剤として、クエン酸、ポリアクリル酸、アスコルビン酸等の有機酸を加え混合する方法等が挙げられる。スラリーのｐＨを有機酸によって低下させることで一次粒子の凝集を促進し、造粒後は一次粒子がより詰まった二次粒子を形成でき、二次粒子の強度を増強することができる。
有機酸を選定した理由は後述の焼成工程で不純物として残存せずにカーボンコートの一部として炭化される方が好ましいためである。但し、有機酸は残炭しにくいためそれだけでカーボンコートとすることは困難であり、さらに良好なカーボンコートを形成しにくいことから多量に入れることは好ましくない。
また、後述する焼成工程において有機化合物の炭化を促進するための炭化触媒を用いてもよい。
本工程では、スラリー中の電極活物質原料から造粒物を製造する。
造粒の際には、スラリー中の一次粒子を軟凝集させることにより二次粒子の崩壊を抑えられ、円形度が０．９０以上０．９５以下の範囲における球状二次粒子の含有量が、円形度を測定した際の単一粒子及び球状二次粒子すべてを含む粒子の全個数に対して個数割合で１８％以上である試料が得られやすくなる。一次粒子の軟凝集を促進させ、造粒物の崩壊を抑える方法として、本発明では、造粒工程において、スラリー中に凝集保持剤を加える。ここで、凝集保持剤とは、一次粒子の凝集を促進するとともに、該一次粒子が凝集した二次粒子の形状を保持する化合物を意味する。
上記方法としては、例えば、スラリー中に凝集保持剤として、クエン酸、ポリアクリル酸、アスコルビン酸等の有機酸を加え混合する方法等が挙げられる。スラリーのｐＨを有機酸によって低下させることで一次粒子の凝集を促進し、造粒後は一次粒子がより詰まった二次粒子を形成でき、二次粒子の強度を増強することができる。
有機酸を選定した理由は後述の焼成工程で不純物として残存せずにカーボンコートの一部として炭化される方が好ましいためである。但し、有機酸は残炭しにくいためそれだけでカーボンコートとすることは困難であり、さらに良好なカーボンコートを形成しにくいことから多量に入れることは好ましくない。
また、後述する焼成工程において有機化合物の炭化を促進するための炭化触媒を用いてもよい。
凝集保持剤の配合量は電極活物質原料に対し固形分換算で好ましくは０．１〜２．０質量％、より好ましくは０．２〜１．５質量％である。０．１質量％以上とすることで、造粒体の崩壊を抑制できる。２．０質量％以下とすることで、凝集保持剤由来のカーボン量増加を抑制することができる。カーボン量が多量であるとリチウムイオン伝導性が乏しくなるおそれがある。
また、スラリー中に含まれる電極活物質原料の濃度を好ましくは１５〜８０質量％、より好ましくは２０〜７０質量％となるように調製することで、球状の二次粒子を得ることができる。
次いで、上記で得られた混合物を雰囲気温度が溶媒の沸点以上である高温雰囲気中、例えば１００〜２５０℃の大気中に噴霧し、乾燥させる。
ここで、噴霧の際の条件、例えば、スラリー中の電極活物質原料の濃度、噴霧圧力、速度、さらに、噴霧後の乾燥させる際の条件、例えば、昇温速度、最高保持温度、保持時間等を適宜調整することにより、上述した球状二次粒子の平均粒子径が上記範囲内にある乾燥物が得られる。
ここで、噴霧の際の条件、例えば、スラリー中の電極活物質原料の濃度、噴霧圧力、速度、さらに、噴霧後の乾燥させる際の条件、例えば、昇温速度、最高保持温度、保持時間等を適宜調整することにより、上述した球状二次粒子の平均粒子径が上記範囲内にある乾燥物が得られる。
噴霧・乾燥時の雰囲気温度は、スラリー中の溶媒の蒸発速度に影響を与え、これにより得られる乾燥物の構造を制御することができる。
例えば、雰囲気温度がスラリー中の溶媒の沸点に近くなればなる程、噴霧された液滴の乾燥に時間がかかるので、この乾燥に要する時間の間に、得られる乾燥物は十分に収縮することとなる。これにより、スラリー中の溶媒の沸点近傍の雰囲気温度にて噴霧・乾燥した乾燥物は、中実構造をとりやすくなる。
また、雰囲気温度がスラリー中の溶媒の沸点より高温になればなる程、噴霧された液滴の乾燥時間が短くなるので、得られる乾燥物は十分に収縮することができなくなる。これにより、乾燥物は多孔質構造や中空構造をとりやすくなる。
例えば、雰囲気温度がスラリー中の溶媒の沸点に近くなればなる程、噴霧された液滴の乾燥に時間がかかるので、この乾燥に要する時間の間に、得られる乾燥物は十分に収縮することとなる。これにより、スラリー中の溶媒の沸点近傍の雰囲気温度にて噴霧・乾燥した乾燥物は、中実構造をとりやすくなる。
また、雰囲気温度がスラリー中の溶媒の沸点より高温になればなる程、噴霧された液滴の乾燥時間が短くなるので、得られる乾燥物は十分に収縮することができなくなる。これにより、乾燥物は多孔質構造や中空構造をとりやすくなる。
（焼成工程）
本工程では、前記工程で得られた造粒物を非酸化性雰囲気下にて焼成する。
まず、焼成前に、該造粒物に、炭素質被膜前駆体である有機化合物を乾式混合する。
有機化合物としては、正極活物質の表面に炭素質被膜を形成できる化合物であれば特に限定されず、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン、セルロース、デンプン、ゼラチン、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリルアミド、ポリ酢酸ビニル、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、マルトース、スクロース、ラクトース、グリコーゲン、ペクチン、アルギン酸、グルコマンナン、キチン、ヒアルロン酸、コンドロイチン、アガロース、ポリエーテル、２価アルコール、３価アルコール等が挙げられる。但し、上述の造粒工程で用いられる有機酸に含まれるものは除かれる。これらは、１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
本工程では、前記工程で得られた造粒物を非酸化性雰囲気下にて焼成する。
まず、焼成前に、該造粒物に、炭素質被膜前駆体である有機化合物を乾式混合する。
有機化合物としては、正極活物質の表面に炭素質被膜を形成できる化合物であれば特に限定されず、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン、セルロース、デンプン、ゼラチン、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリルアミド、ポリ酢酸ビニル、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、マルトース、スクロース、ラクトース、グリコーゲン、ペクチン、アルギン酸、グルコマンナン、キチン、ヒアルロン酸、コンドロイチン、アガロース、ポリエーテル、２価アルコール、３価アルコール等が挙げられる。但し、上述の造粒工程で用いられる有機酸に含まれるものは除かれる。これらは、１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
有機化合物と、電極活物質原料との配合比は、電極活物質原料から得られる活物質１００質量部に対して、有機化合物から得られる炭素重量で０．５質量部以上２．５質量部以下であることが好ましい。実際の配合量は加熱炭化による炭化量（炭素源の種類や炭化条件）により異なるが、おおむね０．７重量部から６重量部程度である。
次いで、前述の乾式混合により得られた混合物を、非酸化性雰囲気下、好ましくは６５０℃以上かつ１０００℃以下、より好ましくは７００℃以上かつ９００℃以下の温度にて、０．１時間以上かつ４０時間以下焼成する。
非酸化性雰囲気としては、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスからなる雰囲気が好ましい。混合物の酸化をより抑えたい場合には、水素（Ｈ２）等の還元性ガスを数体積％程度含む還元性雰囲気が好ましい。また、焼成時に非酸化性雰囲気中に蒸発した有機分を除去することを目的として、非酸化性雰囲気中に酸素（Ｏ２）等の支燃性ガスまたは可燃性ガスを導入してもよい。
ここで、焼成温度を６５０℃以上とすることにより、混合物に含まれる有機化合物の分解及び反応が充分に進行し易く、有機化合物の炭化を充分に行い易い。その結果、得られた粒子中に高抵抗の有機化合物の分解物が生成することを防止し易い。一方、焼成温度を１０００℃以下とすることにより、電極活物質原料中のリチウム（Ｌｉ）が蒸発し難く、また、電極活物質が目的の大きさ以上に粒成長することが抑制される。その結果、本実施形態の電極材料を含む正極を備えたリチウムイオン二次電池を作製した場合に、高速充放電レートにおける放電容量が低くなることを防止でき、充分な充放電レート性能を有するリチウムイオン二次電池を実現することができる。
［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、正極と、負極と、電解質とを有する。該正極は、上述の電極材料を用いてなる正極合材層を有し、該正極合材層の体積抵抗値が５．０Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする。
正極合材層の体積抵抗値が５．０Ω・ｃｍより大きいと電子伝導性が低下するおそれがある。正極合材層の体積抵抗値は、好ましくは４．８Ω・ｃｍ以下、より好ましくは４．５Ω・ｃｍ以下である。なお、正極合材層の体積抵抗値の下限値は、特に限定されないが、例えば０．５Ω・ｃｍである。
また、上記体積抵抗値は、実施例に記載の方法により測定することができる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、電解質とを有する。該正極は、上述の電極材料を用いてなる正極合材層を有し、該正極合材層の体積抵抗値が５．０Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする。
正極合材層の体積抵抗値が５．０Ω・ｃｍより大きいと電子伝導性が低下するおそれがある。正極合材層の体積抵抗値は、好ましくは４．８Ω・ｃｍ以下、より好ましくは４．５Ω・ｃｍ以下である。なお、正極合材層の体積抵抗値の下限値は、特に限定されないが、例えば０．５Ω・ｃｍである。
また、上記体積抵抗値は、実施例に記載の方法により測定することができる。
正極合材層とアルミニウム集電体との間の界面抵抗値は、好ましくは１Ω・ｃｍ２以下、より好ましくは０．８Ω・ｃｍ２以下、さらに好ましくは０．５Ω・ｃｍ２以下、よりさらに好ましくは０．１Ω・ｃｍ２以下である。正極合材層とアルミニウム集電体との界面抵抗値が１Ω・ｃｍ２以下であると、電子伝導性を向上させることができる。なお、正極合材層とアルミニウム集電体との間の界面抵抗値の下限値は、特に限定されないが、例えば０．００５Ω・ｃｍ２である。
また、上記界面抵抗値は、実施例に記載の方法により測定することができる。
また、上記界面抵抗値は、実施例に記載の方法により測定することができる。
上記正極合材層のプレス後の電極密度は、好ましくは１．４ｇ／ｃｍ３以上、より好ましくは１．５ｇ／ｃｍ３以上である。正極合材層のプレス後の電極密度が１．４ｇ／ｃｍ３以上であると、電子伝導性を向上させることができる。なお、電極密度の上限限値は、特に限定されないが、例えば２．５ｇ／ｃｍ３である。
また、上記電極密度は、実施例に記載の方法により測定することができる。
また、上記電極密度は、実施例に記載の方法により測定することができる。
〔正極〕
正極を作製するには、上記の電極材料と、バインダー樹脂からなる結着剤と、溶媒とを混合して、正極形成用塗料又は正極形成用ペーストを調製する。この際、必要に応じてカーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等の導電助剤を添加してもよい。
結着剤、すなわちバインダー樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）樹脂、フッ素ゴム等が好適に用いられる。
電極材料とバインダー樹脂との配合比は、特に限定されないが、例えば、電極材料１００質量部に対してバインダー樹脂を１質量部〜３０質量部、好ましくは３質量部〜２０質量部とする。
正極を作製するには、上記の電極材料と、バインダー樹脂からなる結着剤と、溶媒とを混合して、正極形成用塗料又は正極形成用ペーストを調製する。この際、必要に応じてカーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等の導電助剤を添加してもよい。
結着剤、すなわちバインダー樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）樹脂、フッ素ゴム等が好適に用いられる。
電極材料とバインダー樹脂との配合比は、特に限定されないが、例えば、電極材料１００質量部に対してバインダー樹脂を１質量部〜３０質量部、好ましくは３質量部〜２０質量部とする。
正極形成用塗料又は正極形成用ペーストに用いる溶媒としては、バインダー樹脂の性質に合わせて適宜選択すればよい。
例えば、水、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を挙げることができる。これらは、１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
例えば、水、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を挙げることができる。これらは、１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
次いで、正極形成用塗料又は正極形成用ペーストを、アルミニウム箔の一方の面に塗布し、その後、乾燥し、上記の電極材料とバインダー樹脂との混合物からなる塗膜が一方の面に形成されたアルミニウム箔を得る。
次いで、塗膜を加圧圧着し、乾燥して、アルミニウム箔の一方の面に電極材料層を有する集電体（電極）を作製する。
このようにして、直流抵抗を低下させ、放電容量を高めることができる正極を作製することができる。
次いで、塗膜を加圧圧着し、乾燥して、アルミニウム箔の一方の面に電極材料層を有する集電体（電極）を作製する。
このようにして、直流抵抗を低下させ、放電容量を高めることができる正極を作製することができる。
〔負極〕
負極としては、例えば、金属Ｌｉ、天然黒鉛、ハードカーボン等の炭素材料、Ｌｉ合金及びＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｓｉ（Ｌｉ４．４Ｓｉ）等の負極材料を含むものが挙げられる。
負極としては、例えば、金属Ｌｉ、天然黒鉛、ハードカーボン等の炭素材料、Ｌｉ合金及びＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、Ｓｉ（Ｌｉ４．４Ｓｉ）等の負極材料を含むものが挙げられる。
〔電解質〕
電解質は、特に制限されないが、非水電解質であることが好ましく、例えば、炭酸エチレン（エチレンカーボネート；ＥＣ）と、炭酸エチルメチル（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となるように溶解したものが挙げられる。
電解質は、特に制限されないが、非水電解質であることが好ましく、例えば、炭酸エチレン（エチレンカーボネート；ＥＣ）と、炭酸エチルメチル（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となるように溶解したものが挙げられる。
〔セパレータ〕
本実施形態の正極と本実施形態の負極とは、セパレータを介して対向させることができる。セパレータとして、例えば、多孔質プロピレンを用いることができる。
また、非水電解質とセパレータの代わりに、固体電解質を用いてもよい。
本実施形態の正極と本実施形態の負極とは、セパレータを介して対向させることができる。セパレータとして、例えば、多孔質プロピレンを用いることができる。
また、非水電解質とセパレータの代わりに、固体電解質を用いてもよい。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極が、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なる正極合材層を有するため、電極合材層の体積抵抗値、及び電極合材層とアルミニウム集電体との界面抵抗値を低減することができ、充放電特性を改善することができる。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、実施例に記載の形態に限定されるものではない。
〔リチウムイオン二次電池用正極材料の合成〕
（実施例１）
Ｌｉ源及びＰ源としてのリン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）と、Ｆｅ源としての硫酸鉄（ＩＩ）（ＦｅＳＯ４）を、モル比でＬｉ：Ｆｅ：Ｐ＝３：１：１となるように混合した。さらに、調製用蒸留水を混合して、６００ｍｌの原料スラリーを調製した。
次いで、この原料スラリーを耐圧密閉容器に収容し、１８０℃にて２時間、水熱合成した後、室温（２５℃）になるまで冷却して、容器内に沈殿しているケーキ状の電極活物質粒子を得た。この電極活物質粒子を蒸留水で複数回、充分に水洗した後、電極活物質粒子濃度が６０質量％となるように、電極活物質粒子と蒸留水を混合し、懸濁スラリーを調製した。
この懸濁スラリーを直径０．１ｍｍのジルコニアボールと共にサンドミルへ投入し、懸濁スラリー中の電極活物質粒子の累積粒度分布における累積百分率９０％の粒子径（Ｄ９０）の、累積体積百分率１０％の粒子径（Ｄ１０）に対する比（Ｄ９０／Ｄ１０）が２となるように、サンドミルの処理時間を調整して分散処理を行った。
次いで、分散処理を施したスラリーに予め３０質量％に調整したクエン酸水溶液を、電極活物質粒子に対しクエン酸固形分換算で１．０質量％混合し、さらにスラリー中の電極活物質粒子濃度が５０質量％となるよう蒸留水を混合した後、１８０℃の大気雰囲気中に噴霧、乾燥し、電極活物質粒子の造粒乾燥物を得た。
次いで、得られた乾燥物にポリビニルアルコール粉末を電極活物質粒子に対し３．５質量％乾式混合し、不活性雰囲気下、７５０℃にて１時間熱処理を行うことにより、電極活物質粒子への炭素担持を行い、実施例１のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
（実施例１）
Ｌｉ源及びＰ源としてのリン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）と、Ｆｅ源としての硫酸鉄（ＩＩ）（ＦｅＳＯ４）を、モル比でＬｉ：Ｆｅ：Ｐ＝３：１：１となるように混合した。さらに、調製用蒸留水を混合して、６００ｍｌの原料スラリーを調製した。
次いで、この原料スラリーを耐圧密閉容器に収容し、１８０℃にて２時間、水熱合成した後、室温（２５℃）になるまで冷却して、容器内に沈殿しているケーキ状の電極活物質粒子を得た。この電極活物質粒子を蒸留水で複数回、充分に水洗した後、電極活物質粒子濃度が６０質量％となるように、電極活物質粒子と蒸留水を混合し、懸濁スラリーを調製した。
この懸濁スラリーを直径０．１ｍｍのジルコニアボールと共にサンドミルへ投入し、懸濁スラリー中の電極活物質粒子の累積粒度分布における累積百分率９０％の粒子径（Ｄ９０）の、累積体積百分率１０％の粒子径（Ｄ１０）に対する比（Ｄ９０／Ｄ１０）が２となるように、サンドミルの処理時間を調整して分散処理を行った。
次いで、分散処理を施したスラリーに予め３０質量％に調整したクエン酸水溶液を、電極活物質粒子に対しクエン酸固形分換算で１．０質量％混合し、さらにスラリー中の電極活物質粒子濃度が５０質量％となるよう蒸留水を混合した後、１８０℃の大気雰囲気中に噴霧、乾燥し、電極活物質粒子の造粒乾燥物を得た。
次いで、得られた乾燥物にポリビニルアルコール粉末を電極活物質粒子に対し３．５質量％乾式混合し、不活性雰囲気下、７５０℃にて１時間熱処理を行うことにより、電極活物質粒子への炭素担持を行い、実施例１のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
（実施例２）
サンドミルにより分散処理を施したスラリーに予め３０質量％に調整したクエン酸水溶液を、電極活物質粒子に対しクエン酸固形分換算で１．０質量％混合し、さらにスラリー中の電極活物質粒子濃度が２５質量％となるよう蒸留水を混合した以外は、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正極材料を作製した。
サンドミルにより分散処理を施したスラリーに予め３０質量％に調整したクエン酸水溶液を、電極活物質粒子に対しクエン酸固形分換算で１．０質量％混合し、さらにスラリー中の電極活物質粒子濃度が２５質量％となるよう蒸留水を混合した以外は、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正極材料を作製した。
（実施例３）
電極活物質粒子濃度が６０質量％となるように調整した懸濁スラリーを、直径１ｍｍのジルコニアボールと共にサンドミルへ投入し、懸濁スラリー中の電極活物質粒子において、比（Ｄ９０／Ｄ１０）が２５となるように、ボールミルの処理時間を調整して分散処理を行った以外は、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正極材料を作製した。
電極活物質粒子濃度が６０質量％となるように調整した懸濁スラリーを、直径１ｍｍのジルコニアボールと共にサンドミルへ投入し、懸濁スラリー中の電極活物質粒子において、比（Ｄ９０／Ｄ１０）が２５となるように、ボールミルの処理時間を調整して分散処理を行った以外は、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正極材料を作製した。
（実施例４）
サンドミルにより分散処理を施したスラリーに予め３０質量％に調整したクエン酸水溶液を、電極活物質粒子に対しクエン酸固形分換算で１．０質量％混合し、さらにスラリー中の電極活物質粒子濃度が２５質量％となるよう蒸留水を混合した以外は、実施例３と同様にして実施例４のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
サンドミルにより分散処理を施したスラリーに予め３０質量％に調整したクエン酸水溶液を、電極活物質粒子に対しクエン酸固形分換算で１．０質量％混合し、さらにスラリー中の電極活物質粒子濃度が２５質量％となるよう蒸留水を混合した以外は、実施例３と同様にして実施例４のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
（実施例５）
サンドミルにより分散処理を施したスラリーに予め３０質量％に調整したクエン酸水溶液を、正極活物質粒子に対しクエン酸固形分換算で１．０質量％混合し、さらにスラリー中の正極活物質粒子濃度が５０質量％となるよう蒸留水を混合した後、１８０℃の大気雰囲気中に噴霧、乾燥し、電極活物質粒子の造粒乾燥物を得た。
次いで、得られた乾燥物にグルコース粉末を電極活物質粒子に対し４．７質量％乾式混合した以外は、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正極材料を作製した。
サンドミルにより分散処理を施したスラリーに予め３０質量％に調整したクエン酸水溶液を、正極活物質粒子に対しクエン酸固形分換算で１．０質量％混合し、さらにスラリー中の正極活物質粒子濃度が５０質量％となるよう蒸留水を混合した後、１８０℃の大気雰囲気中に噴霧、乾燥し、電極活物質粒子の造粒乾燥物を得た。
次いで、得られた乾燥物にグルコース粉末を電極活物質粒子に対し４．７質量％乾式混合した以外は、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正極材料を作製した。
（実施例６）
サンドミルにより分散処理を施したスラリーに予め３０質量％に調整したクエン酸水溶液を、電極活物質粒子に対しクエン酸固形分換算で１．０質量％混合し、さらにスラリー中の電極活物質粒子濃度が２５質量％となるよう蒸留水を混合した以外は、実施例５と同様にして実施例６のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
サンドミルにより分散処理を施したスラリーに予め３０質量％に調整したクエン酸水溶液を、電極活物質粒子に対しクエン酸固形分換算で１．０質量％混合し、さらにスラリー中の電極活物質粒子濃度が２５質量％となるよう蒸留水を混合した以外は、実施例５と同様にして実施例６のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
（比較例１）
サンドミルにより分散処理を施したスラリーに、予め１５質量％に調整したポリビニルアルコール水溶液を、電極活物質粒子に対しポリビニルアルコール固形分換算で３．５質量％混合し、スラリー中の電極活物質粒子濃度が５０質量％となるよう蒸留水を混合した後、１８０℃雰囲気中に噴霧、乾燥した以外は、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正極材料を作製した。
サンドミルにより分散処理を施したスラリーに、予め１５質量％に調整したポリビニルアルコール水溶液を、電極活物質粒子に対しポリビニルアルコール固形分換算で３．５質量％混合し、スラリー中の電極活物質粒子濃度が５０質量％となるよう蒸留水を混合した後、１８０℃雰囲気中に噴霧、乾燥した以外は、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正極材料を作製した。
（比較例２）
サンドミルにより分散処理を施したスラリーに、予め１５質量％に調整したポリビニルアルコール水溶液を、電極活物質粒子に対しポリビニルアルコール固形分換算で３．５質量％混合し、スラリー中の電極活物質粒子濃度が２５質量％となるよう蒸留水を混合した以外は、比較例１と同様にして、比較例２のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
サンドミルにより分散処理を施したスラリーに、予め１５質量％に調整したポリビニルアルコール水溶液を、電極活物質粒子に対しポリビニルアルコール固形分換算で３．５質量％混合し、スラリー中の電極活物質粒子濃度が２５質量％となるよう蒸留水を混合した以外は、比較例１と同様にして、比較例２のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
（比較例３）
水熱合成で得られたケーキ状の電極活物質粒子を蒸留水で複数回、充分に水洗した後、電極活物質粒子濃度が６０質量％となるように電極活物質粒子と蒸留水を混合し、懸濁スラリーを調製した。次いで、この懸濁スラリーに分散処理を施さないこと、クエン酸水溶液を混合しないこと以外は、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正極材料を作製した。
水熱合成で得られたケーキ状の電極活物質粒子を蒸留水で複数回、充分に水洗した後、電極活物質粒子濃度が６０質量％となるように電極活物質粒子と蒸留水を混合し、懸濁スラリーを調製した。次いで、この懸濁スラリーに分散処理を施さないこと、クエン酸水溶液を混合しないこと以外は、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正極材料を作製した。
（比較例４）
水熱合成で得られたケーキ状の電極活物質粒子を蒸留水で複数回、充分に水洗した後、電極活物質粒子濃度が６０質量％となるように電極活物質粒子と蒸留水を混合し、懸濁スラリーを調製した。次いで、この懸濁スラリーに分散処理を施さないこと、クエン酸水溶液を混合しないこと以外は、実施例６と同様にして比較例４のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
水熱合成で得られたケーキ状の電極活物質粒子を蒸留水で複数回、充分に水洗した後、電極活物質粒子濃度が６０質量％となるように電極活物質粒子と蒸留水を混合し、懸濁スラリーを調製した。次いで、この懸濁スラリーに分散処理を施さないこと、クエン酸水溶液を混合しないこと以外は、実施例６と同様にして比較例４のリチウムイオン二次電池用正極材料を作製した。
〔正極材料の評価〕
以下の方法により、得られた正極材料について評価を行った。結果を表１に示す。
以下の方法により、得られた正極材料について評価を行った。結果を表１に示す。
（１）円形度０．９以上０．９５以下の存在率
１００ｍｌポリ瓶に０．０５ｇの正極活物質粒子を投入し、１００ｍｌの蒸留水と耳かき一杯分の界面活性剤(ライオン（株）製チャーミークリーン)を投入し蓋を閉めて手振りを１０回行った後、スポイトで２ｍｌ取り出してフロー式粒子像分析装置(シスメックス（株）製FPIA3000S)のサンプル投入口に投入して測定した。
測定条件はシース液にパーティクルシース、測定モードはＨＰＦ、粒子のトータルカウントは１０００とし、レンズは標準レンズを用いた。
（２）細孔分布測定
水銀ポロシメーター（カンタクローム・インスツルメンツ・ジャパン合同（株）製POREMASTER）を用いて、低圧モードにて正極活物質粒子を０．２ｇ投入したセルに水銀を注入し、高圧モードにて細孔分布を測定した。高圧モードの条件は下限圧力２０ＰＳＩ、上限圧力６００００ＰＳＩに設定した。
１００ｍｌポリ瓶に０．０５ｇの正極活物質粒子を投入し、１００ｍｌの蒸留水と耳かき一杯分の界面活性剤(ライオン（株）製チャーミークリーン)を投入し蓋を閉めて手振りを１０回行った後、スポイトで２ｍｌ取り出してフロー式粒子像分析装置(シスメックス（株）製FPIA3000S)のサンプル投入口に投入して測定した。
測定条件はシース液にパーティクルシース、測定モードはＨＰＦ、粒子のトータルカウントは１０００とし、レンズは標準レンズを用いた。
（２）細孔分布測定
水銀ポロシメーター（カンタクローム・インスツルメンツ・ジャパン合同（株）製POREMASTER）を用いて、低圧モードにて正極活物質粒子を０．２ｇ投入したセルに水銀を注入し、高圧モードにて細孔分布を測定した。高圧モードの条件は下限圧力２０ＰＳＩ、上限圧力６００００ＰＳＩに設定した。
（２）球状二次粒子の平均粒子径
球状二次粒子の平均粒子径は、球状二次粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning Electron Microscope）により観察し、得られたＳＥＭ像から任意に１００個の球状二次粒子を選んで各々の粒子の長径と短径を測定して（長径＋短径）／２を粒子径とし、これらの測定値から平均値を算出した。
球状二次粒子の平均粒子径は、球状二次粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning Electron Microscope）により観察し、得られたＳＥＭ像から任意に１００個の球状二次粒子を選んで各々の粒子の長径と短径を測定して（長径＋短径）／２を粒子径とし、これらの測定値から平均値を算出した。
（３）累積粒度分布における累積百分率９０％の粒子径（Ｄ９０）
レーザー式回折粒度分布測定装置（島津製作所（株）製、商品名：SALD-1000）を用いて測定した。
レーザー式回折粒度分布測定装置（島津製作所（株）製、商品名：SALD-1000）を用いて測定した。
（４）比表面積
比表面積計（マイクロトラック・ベル（株）製、商品名：BELSORP-mini）を用いて、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。
比表面積計（マイクロトラック・ベル（株）製、商品名：BELSORP-mini）を用いて、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。
（５）Ｎ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）を用いた吸油量（ＮＭＰ吸油量）
Ｎ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）を用いた吸油量は、ＪＩＳ Ｋ５１０１−１３−１（精製あまに油法）に則った手法にて、あまに油をＮＭＰに代えて測定した。
Ｎ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）を用いた吸油量は、ＪＩＳ Ｋ５１０１−１３−１（精製あまに油法）に則った手法にて、あまに油をＮＭＰに代えて測定した。
〔正極の作製〕
得られた正極材料と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）と、導電助剤としてアセチレンブラック（ＡＢ）とを、質量比が９０：５：５となるように混合し、さらに溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）を加えて流動性を付与し、スラリーを作製した。
次いで、このスラリーを厚み３０μｍのアルミニウム（Ａｌ）箔上に塗布し、乾燥した。その後、印加総圧５ｔ／２５０ｍｍで加圧し、各実施例及び比較例の正極を作製した。
得られた正極材料と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）と、導電助剤としてアセチレンブラック（ＡＢ）とを、質量比が９０：５：５となるように混合し、さらに溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）を加えて流動性を付与し、スラリーを作製した。
次いで、このスラリーを厚み３０μｍのアルミニウム（Ａｌ）箔上に塗布し、乾燥した。その後、印加総圧５ｔ／２５０ｍｍで加圧し、各実施例及び比較例の正極を作製した。
〔正極の評価〕
以下の方法により、得られた正極について評価を行った。結果を表１に示す。
以下の方法により、得られた正極について評価を行った。結果を表１に示す。
（６）プレス後の電極密度
前記印加総圧５ｔ／２５０ｍｍで加圧した正極を、コイン型打ち抜き機でφ１５．９ｍｍに打ち抜いた。
打ち抜いた正極の厚みを５点測定し、その平均値から集電体の厚みを引いた値を正極の厚みとし、正極体積を算出した。同様に電極と集電体の質量の差より正極の質量を算出し、正極体積で割ることでプレス後の電極密度とした。
前記印加総圧５ｔ／２５０ｍｍで加圧した正極を、コイン型打ち抜き機でφ１５．９ｍｍに打ち抜いた。
打ち抜いた正極の厚みを５点測定し、その平均値から集電体の厚みを引いた値を正極の厚みとし、正極体積を算出した。同様に電極と集電体の質量の差より正極の質量を算出し、正極体積で割ることでプレス後の電極密度とした。
（７）正極合材層とアルミニウム集電体との界面抵抗値
電極抵抗測定器（日置電機（株）製、商品名：XF057-012）を用いて、印加電流値：１ｍＡ、電圧レンジ：０．２Ｖ、測定スピード：Ｎｏｒｍａｌの条件で測定した。なお、電圧レンジは抵抗値がオーバーロードしない範囲で任意に調整した。
電極抵抗測定器（日置電機（株）製、商品名：XF057-012）を用いて、印加電流値：１ｍＡ、電圧レンジ：０．２Ｖ、測定スピード：Ｎｏｒｍａｌの条件で測定した。なお、電圧レンジは抵抗値がオーバーロードしない範囲で任意に調整した。
（８）正極合材層の体積抵抗値
電極抵抗測定器（日置電機（株）製、商品名：XF057-012）を用いて、印加電流値：１ｍＡ、電圧レンジ：０．２Ｖ、測定スピード：Ｎｏｒｍａｌの条件で測定した。なお、電圧レンジは抵抗値がオーバーロードしない範囲で任意に調整した。
電極抵抗測定器（日置電機（株）製、商品名：XF057-012）を用いて、印加電流値：１ｍＡ、電圧レンジ：０．２Ｖ、測定スピード：Ｎｏｒｍａｌの条件で測定した。なお、電圧レンジは抵抗値がオーバーロードしない範囲で任意に調整した。
〔リチウムイオン二次電池の作製〕
上記で得られたリチウムイオン二次電池の正極に対し、負極としてリチウム金属を配置し、これら正極と負極の間に多孔質ポリプロピレンからなるセパレータを配置し、電池用部材とした。
一方、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを１：１（質量比）にて混合し、さらに１ＭのＬｉＰＦ６溶液を加えて、リチウムイオン伝導性を有する電解質溶液を作製した。
次いで、上記の電池用部材を上記の電解質溶液に浸漬し、各実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池を作製した。
上記で得られたリチウムイオン二次電池の正極に対し、負極としてリチウム金属を配置し、これら正極と負極の間に多孔質ポリプロピレンからなるセパレータを配置し、電池用部材とした。
一方、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを１：１（質量比）にて混合し、さらに１ＭのＬｉＰＦ６溶液を加えて、リチウムイオン伝導性を有する電解質溶液を作製した。
次いで、上記の電池用部材を上記の電解質溶液に浸漬し、各実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池を作製した。
〔リチウムイオン二次電池の評価〕
以下の方法により、得られたリチウムイオン二次電池について評価を行った。結果を表１に示す。
以下の方法により、得られたリチウムイオン二次電池について評価を行った。結果を表１に示す。
（９）初期放電容量
リチウムイオン二次電池の充放電試験を、室温（２５℃）にて、カットオフ電圧２．５Ｖ〜３．７Ｖ、充放電レート０．１Ｃの定電流（１０時間充電した後、１０時間放電）下にて３回繰り返し実施し、３回目の放電容量を初期放電容量とした。
リチウムイオン二次電池の充放電試験を、室温（２５℃）にて、カットオフ電圧２．５Ｖ〜３．７Ｖ、充放電レート０．１Ｃの定電流（１０時間充電した後、１０時間放電）下にて３回繰り返し実施し、３回目の放電容量を初期放電容量とした。
（１０）負荷特性（放電容量比）
初期放電容量を測定した後、リチウムイオン二次電池の充放電試験を、室温（２５℃）にて、カットオフ電圧２．５Ｖ〜３．７Ｖ、０．２Ｃで充電を行い（５時間充電）、３Ｃで放電し（２０分放電）、放電容量を測定した。
３Ｃの放電容量と０．１Ｃの放電容量（初期放電容量）との比を負荷特性とし、下記の式（１）により負荷特性（放電容量比）を算出した。
放電容量比（％）＝（３Ｃ放電容量／０．１Ｃ放電容量）×１００・・・（１）
初期放電容量を測定した後、リチウムイオン二次電池の充放電試験を、室温（２５℃）にて、カットオフ電圧２．５Ｖ〜３．７Ｖ、０．２Ｃで充電を行い（５時間充電）、３Ｃで放電し（２０分放電）、放電容量を測定した。
３Ｃの放電容量と０．１Ｃの放電容量（初期放電容量）との比を負荷特性とし、下記の式（１）により負荷特性（放電容量比）を算出した。
放電容量比（％）＝（３Ｃ放電容量／０．１Ｃ放電容量）×１００・・・（１）
（１１）直流抵抗（ＤＣＲ；Direct Current Resistance）
直流抵抗は、環境温度０℃にて充電レート０．１Ｃの定電流で充電深度を５０％（ＳＯＣ５０％）に調整したリチウムイオン二次電池を用いて測定した。室温（２５℃）にて、ＳＯＣ５０％に調整したリチウムイオン二次電池に、１Ｃ、３Ｃ、５Ｃ及び１０Ｃレートの電流を、充電側、放電側に交互に各１０秒間通電し、各レートの１０秒後における電流値を横軸に、電圧値を縦軸にプロットし、最小二乗法による近似直線の傾きを「充電側＝入力ＤＣＲ」、「放電側＝出力ＤＣＲ」とした。なお、各電流での通電方向変更時と通電電流の変更時にそれぞれ１０分の休止時間を設けた。
直流抵抗は、環境温度０℃にて充電レート０．１Ｃの定電流で充電深度を５０％（ＳＯＣ５０％）に調整したリチウムイオン二次電池を用いて測定した。室温（２５℃）にて、ＳＯＣ５０％に調整したリチウムイオン二次電池に、１Ｃ、３Ｃ、５Ｃ及び１０Ｃレートの電流を、充電側、放電側に交互に各１０秒間通電し、各レートの１０秒後における電流値を横軸に、電圧値を縦軸にプロットし、最小二乗法による近似直線の傾きを「充電側＝入力ＤＣＲ」、「放電側＝出力ＤＣＲ」とした。なお、各電流での通電方向変更時と通電電流の変更時にそれぞれ１０分の休止時間を設けた。
（結果のまとめ）
表１及び表２の結果から、実施例１〜６と、比較例１〜４とを比較すると、実施例１〜６のリチウムイオン二次電池用正極は、正極合材層とアルミニウム集電体との界面抵抗値、及び正極合材層の体積抵抗値が低いことが確認できた。また、実施例１〜６のリチウムイオン二次電池は、直流抵抗値が低く、初期放電容量、及び負荷特性に優れていることが確認できた。これより、オリビン構造の遷移金属リン酸リチウム化合物からなる電極活物質と、電極活物質を被覆する炭素質被膜とを有し、電極活物質の比表面積が１０ｍ２／ｇ以上２５ｍ２／ｇ以下であり、電極活物質の一次粒子を造粒してなる球状二次粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上１５μｍ以下であり、フロー式粒子画像解析装置で測定した円形度が０．９０以上０．９５以下の範囲における球状二次粒子の含有量が、円形度を測定した際の単一粒子及び球状二次粒子すべてを含む粒子の全個数に対して個数割合で１８％以上であるリチウムイオン二次電池用電極材料を用いることにより、正極合材層とアルミニウム集電体との界面抵抗値、及び正極合材層の体積抵抗値が低いリチウムイオン二次電池を得られることがわかった。さらに、上述のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いることにより、直流抵抗値が低く、初期放電容量、及び負荷特性に優れているリチウムイオン二次電池を得られることもわかった。
表１及び表２の結果から、実施例１〜６と、比較例１〜４とを比較すると、実施例１〜６のリチウムイオン二次電池用正極は、正極合材層とアルミニウム集電体との界面抵抗値、及び正極合材層の体積抵抗値が低いことが確認できた。また、実施例１〜６のリチウムイオン二次電池は、直流抵抗値が低く、初期放電容量、及び負荷特性に優れていることが確認できた。これより、オリビン構造の遷移金属リン酸リチウム化合物からなる電極活物質と、電極活物質を被覆する炭素質被膜とを有し、電極活物質の比表面積が１０ｍ２／ｇ以上２５ｍ２／ｇ以下であり、電極活物質の一次粒子を造粒してなる球状二次粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上１５μｍ以下であり、フロー式粒子画像解析装置で測定した円形度が０．９０以上０．９５以下の範囲における球状二次粒子の含有量が、円形度を測定した際の単一粒子及び球状二次粒子すべてを含む粒子の全個数に対して個数割合で１８％以上であるリチウムイオン二次電池用電極材料を用いることにより、正極合材層とアルミニウム集電体との界面抵抗値、及び正極合材層の体積抵抗値が低いリチウムイオン二次電池を得られることがわかった。さらに、上述のリチウムイオン二次電池用電極材料を用いることにより、直流抵抗値が低く、初期放電容量、及び負荷特性に優れているリチウムイオン二次電池を得られることもわかった。
Claims (2)
- オリビン構造の遷移金属リン酸リチウム化合物からなる電極活物質と、前記電極活物質を被覆する炭素質被膜とを有し、
前記電極活物質の比表面積が１０ｍ２／ｇ以上２５ｍ２／ｇ以下であり、
前記電極活物質の一次粒子を造粒してなる球状二次粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上１５μｍ以下であり、
フロー式粒子画像解析装置で測定した円形度が０．９０以上０．９５以下の範囲における球状二次粒子の含有量が、円形度を測定した際の単一粒子及び球状二次粒子すべてを含む粒子の全個数に対して個数割合で１８％以上であり、水銀ポロシメーターを用いて測定した前記電極活物質の細孔分布図において１μｍ以下に現れるピークのうち、細孔容積が最も大きいピークのピークトップの細孔径が０．０３μｍ以上０．１４μｍ以下であるリチウムイオン二次電池用電極材料。 - 前記オリビン構造の遷移金属リン酸リチウム化合物が、下記一般式（１）で表される電極活物質である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池用電極材料。
ＬｉｘＡｙＤｚＰＯ４ （１）
（但し、ＡはＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＣｒからなる群より選択される少なくとも１種、ＤはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｃ及びＹからなる群より選択される少なくとも１種、０．９＜ｘ＜１．１、０＜ｙ≦１、０≦ｚ＜１、０．９＜ｙ＋ｚ＜１．１である。）
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