二次電池用正極およびこれを備えた二次電池
【課題】内部抵抗が低く、高容量の二次電池用正極およびこれを備えた二次電池を提供する。
【解決手段】本発明の二次電池用正極は、還元剤を含む水溶液に、フッ化鉄を添加して反応させ、その反応生成物を含む水溶液にフッ化リチウムを添加して、前記反応生成物と前記フッ化リチウムを反応させることによりフッ化鉄リチウム複合反応物を得た後、前記フッ化鉄リチウム複合反応物を電極活物質として用いて電極を作製し、前記電極と対極（負極）との間で充放電を行うことにより製造されたことを特徴とする。
【解決手段】本発明の二次電池用正極は、還元剤を含む水溶液に、フッ化鉄を添加して反応させ、その反応生成物を含む水溶液にフッ化リチウムを添加して、前記反応生成物と前記フッ化リチウムを反応させることによりフッ化鉄リチウム複合反応物を得た後、前記フッ化鉄リチウム複合反応物を電極活物質として用いて電極を作製し、前記電極と対極（負極）との間で充放電を行うことにより製造されたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池用正極およびこれを備えた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量かつ高効率な二次電池が期待されている。このような要求に応えうる二次電池の１つとして、リチウムイオン二次電池（以下、「ＬＩＢ」と略記する。）が知られている。ＬＩＢは、鉛蓄電池等の他の二次電池に比べて、高電圧が得られること、エネルギー密度が高いこと、クーロン効率が高いことなどの特長を有している。
【０００３】
ＬＩＢは、例えば、電解液を貯蔵する電池容器の内部に、セパレータを介して、正極と負極が離隔されて収容された構造になっている。正極や負極は、集電体に電極活物質が塗工されたものである。電極活物質の１つとして、炭素でコートされたフッ化金属からなるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この電極活物質によれば、高性能な二次電池を実現できると考えられるが、二次電池の製造コストを低減する上で改善点があった。
【０００４】
そこで、本発明等は、二次電池を低コストで製造可能とするために、先に、集電体の表面に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）と単体金属の鉄（Ｆｅ）とを含有する混合物を塗工し、集電体に対して充電制御することによりフッ化リチウムと鉄とを反応させて、集電体の表面に電極活物質であるＬｉＦｅ（III）Ｆ３を生成する方法を案出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３０２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のフッ化リチウムと鉄を含有する混合物を用いた方法では、鉄やフッ化リチウムの粒径を制御することが難しく、これらの粒子の接触による電導パスの形成が十分とならない。そのため、この電極活物質を用いた電極は内部抵抗が高く、高出力を要求される二次電池の用途には不向きであった。
また、特許文献１に記載の方法では、フッ化鉄（ＦｅＦ３）に対するリチウムのドープ量が十分ではなく、フッ化鉄の理論上の充放電容量に比べて低い容量の電極活物質しか得られていないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、内部抵抗が低く、高容量の二次電池用正極およびこれを備えた二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、前記目的を達成するために以下の手段を採用している。
本発明の二次電池用正極は、還元剤を含む水溶液に、フッ化鉄を添加して反応させ、その反応生成物を含む水溶液にフッ化リチウムを添加して、前記反応生成物と前記フッ化リチウムを反応させることによりフッ化鉄リチウム複合反応物を得た後、前記フッ化鉄リチウム複合反応物を電極活物質として用いて電極を作製し、前記電極と対極（負極）との間で充放電を行うことにより製造されたことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、二次電池用正極において、フッ化鉄とフッ化リチウムが原子レベルで均一に分散しているので、フッ化鉄とフッ化リチウムの接触による電導パスが十分に形成され、内部抵抗が低くなる。また、フッ化鉄（ＦｅＦ３）に十分な量のリチウムがドープされているので、充放電容量を高めることができる。
【００１０】
本発明の二次電池用正極においては、前記還元剤は、過酸化水素、塩酸ヒドロキシルアミン（塩化ヒドロキシルアンモニウム）、Ｌ−アスコルビン酸、ヒドラジンまたはクエン酸のいずれか１種であることが好ましい。
【００１１】
このようにすれば、水溶液系での還元反応が可能となり、２００℃以下の低温で反応することができるので、製造設備および製造コストを低減することができる。
【００１２】
本発明の二次電池は、本発明の二次電池用正極と、負極と、非水電解質と、を具備してなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の二次電池用正極を備えているので、高出力化することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の二次電池用正極によれば、フッ化鉄とフッ化リチウムが原子レベルで均一に分散しているので、フッ化鉄とフッ化リチウムの接触による電導パスが十分に形成され、内部抵抗が低くなる。また、フッ化鉄（ＦｅＦ３）に十分な量のリチウムがドープされているので、充放電容量を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】二次電池の構成例を示す分解斜視図である。
【図２】二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法の第一の実施形態を概略して示すフローチャートである。
【図３】過酸化水素とフッ化鉄三水和物との化学反応と、この化学反応によって生成したＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた生成物のＸＲＤ（Ｘ線回折）測定の結果を示すグラフである。
【図４】二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法の第二の実施形態を概略して示すフローチャートである。
【図５】塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物との化学反応と、この化学反応によって生成したＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた生成物のＸＲＤ（Ｘ線回折）測定の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。
本発明に係る二次電池用正極を説明する前に、本発明に係る二次電池の構成例を説明する。
【００１７】
「二次電池」
図１は、二次電池の構成例を示す分解斜視図である。
図１に示すように二次電池１は、内部に電解液を貯留する電池容器１０を備えている。
二次電池１は、例えば、リチウムイオン二次電池である。
電池容器１０は、例えば、アルミニウム製の中空容器である。本例の電池容器１０は、外形が略角柱状（略直方体状）である。電池容器１０は、開口部を有する筒状体１０ａと、筒状体１０ａの開口部を塞ぐ蓋１０ｂとからなっている。
【００１８】
蓋１０ｂに、電極端子１１、１２および電解液の注入口１３が設けられている。例えば、電極端子１１が正極端子であり、電極端子１２が負極端子である。
電池容器１０の内部に、電極１４、１５およびセパレータ１６が収容されている。
【００１９】
電極１４、１５は、導体箔や導体薄板などのシート状の集電体（導体）を母材とし、母材の表面に電解液の種類に応じた電極活物質のコーティングがなされたものである。
電極１４は、例えば、正極板であり、アルミニウム製の母材の表面にリチウム含有のフッ化鉄からなる電極活物質（正極活物質）を含有する正極活物質層が形成されている。
電極１５は、例えば、負極板であり、電解液と接触する部分がグラファイトからなる。
【００２０】
電極１４は、電極１５と対向して配置されている。電極１４、１５は、互いに対向する方向に繰り返し配置されている。電極１４、１５の間にセパレータ１６が設けられており、電極１４、１５が互いに接触しないようになっている。
セパレータ１６は、例えば、多孔質の樹脂フィルムなどの絶縁材料からなる。
【００２１】
電極１４における電極端子１１側の端部には、電極タブ１４ａが形成されている。繰返し配置された複数の電極１４の電極タブ１４ａが一括して、電極端子１１と電気的に接続されている。
電極１５における電極端子１２側の端部には、電極タブ１５ａが形成されている。繰返し配置された複数の電極１５の電極タブ１５ａが一括して、電極端子１２と電気的に接続されている。
【００２２】
電池容器１０の内部には、電解液が電極１４、１５と接触するように貯留される。
リチウムイオン二次電池の電解液としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチル、炭酸プロピレンなどの有機溶媒に、六フッ化リン酸リチウムや四フッ化ホウ酸リチウムなどのリチウム塩を溶解した溶液などが挙げられる。
また、二次電池１が、ナトリウム二次電池の場合、ナトリウム二次電池の電解液としては、例えば、有機溶媒に過塩素酸ナトリウムなどのナトリウム塩を溶解した溶液などが挙げられる。
【００２３】
「二次電池用正極」
本発明に係る二次電池用正極は、例えば、上記の電極１４として用いられ、後述する二次電池用正極の製造方法によって製造されたものであり、フッ化鉄（ＦｅＦ３）にリチウム（Ｌｉ）がドープされてなるものである。
【００２４】
「二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法」
（１）第一の実施形態
図２は、二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法の第一の実施形態を概略して示すフローチャートである。
電極１４を製造するには、まず、フッ化鉄リチウムを生成する（ステップＳ１）。
【００２５】
このステップＳ１において、還元剤として過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を含む水溶液（過酸化水素水）に、フッ化鉄三水和物（Ｆｅ（III）Ｆ３・３Ｈ２Ｏ）を添加して、これらを混合し、不活性ガス雰囲気下、過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる。これにより、下記の式（１）に示す化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３・３Ｈ２Ｏが生成する。
【００２６】
【化１】
【００２７】
フッ化鉄三水和物としては、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ３）３）九水和物または酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）と、フッ化水素（ＨＦ）の水溶液（フッ化水素酸、フッ酸）とを反応させて生成したものが用いられる。硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ３）３）九水和物とフッ化水素は、下記の式（２）に示す化学反応を生じる。また、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）とフッ化水素は、下記の式（３）に示す化学反応を生じる。
【００２８】
【化２】
【００２９】
【化３】
【００３０】
過酸化水素水の濃度は、１．０〜８．０ｍｏｌ／ｌであることが好ましく、より好ましくは２．０〜４．０ｍｏｌ／ｌである。
【００３１】
過酸化水素とフッ化鉄三水和物の配合比（過酸化水素／フッ化鉄三水和物）は、モル比で１．０／２．０〜１．５／２．０であることが好ましく、より好ましくは１．０／２．０〜１．２／２．０である。
過酸化水素とフッ化鉄三水和物の配合比が、モル比で１．０／２．０未満では、式（１）で示される化学反応が十分に進行せず、ＨＦｅ（II）Ｆ３が生成しないことがある。一方、過酸化水素とフッ化鉄三水和物の配合比が、モル比で１．５／２．０を超えると、式（１）で示される化学反応以外の化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３以外の物質（不純物）が多量に生成することがある。
【００３２】
不活性ガスとしては、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）などが用いられる。
【００３３】
過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる温度は、室温（２０℃）〜８０℃であることが好ましく、より好ましくは６０〜８０℃である。
過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる温度が室温（２０℃）未満では、式（１）で示される化学反応が十分に進行せず、ＨＦｅ（II）Ｆ３が十分に生成せずに、反応が進まなくなるか反応に長時間が必要になる。一方、過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる温度が８０℃を超えると、式（１）で示される化学反応以外の化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３以外の物質（不純物）が多量に生成するか、過酸化水素が自己分解し、反応に使用されないことがある。
【００３４】
過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる時間は、３時間〜１２時間であることが好ましく、より好ましくは６時間〜８時間である。
過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる時間が３時間未満では、式（１）で示される化学反応が十分に進行せず、ＨＦｅ（II）Ｆ３が十分に生成せずに、未反応のままであることがある。一方、過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる時間が１２時間を超えると、式（１）で示される化学反応以外の化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３以外の物質（不純物）が多量に生成することがある。
【００３５】
次いで、上記の過酸化水素とフッ化鉄三水和物の反応によって生成した反応生成物（ＨＦｅ（II）Ｆ３）を含む水溶液に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を添加して、これらを混合し、不活性ガス雰囲気下、ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる。これにより、下記の式（４）に示す化学反応が生じて、フッ化鉄リチウム複合反応物（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）が生成する。
【００３６】
【化４】
【００３７】
フッ化リチウムとＨＦｅ（II）Ｆ３の配合比（フッ化リチウム／ＨＦｅ（II）Ｆ３）は、モル比で１．０／１．０〜１．５／１．０であることが好ましく、より好ましくは１．０／１．０〜１．２／１．０である。
フッ化リチウムとＨＦｅ（II）Ｆ３の配合比が、モル比で１．０／１．０未満では、式（４）で示される化学反応が十分に進行せず、未反応のＨＦｅ（II）Ｆ３が残存する。一方、フッ化リチウムとＨＦｅ（II）Ｆ３の配合比が、モル比で１．５／１．０を超えると、式（４）で示される化学反応のフッ化鉄（ＬｉＦ）が多量に残存することがある。
【００３８】
ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる温度は、室温（２０℃）〜５０℃であることが好ましく、より好ましくは２０〜３０℃である。
ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる温度が室温（２０℃）未満では、式（４）で示される化学反応が十分に進行せず、フッ化鉄リチウム複合反応物が十分に生成せずに、不純物が多くなることがある。一方、ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる温度が５０℃を超えても、式（４）で示される化学反応が短時間になることはなく、ＨＦが蒸発してしまうだけである。
【００３９】
ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる時間は、１時間〜６時間であることが好ましく、より好ましくは２時間〜３時間である。
ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる時間が１時間未満では、式（４）で示される化学反応が十分に進行せず、フッ化鉄リチウム複合反応物が十分に生成しないことがある。一方、ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる時間が６時間を超えても、フッ化鉄リチウムの収率が増加することはない。
【００４０】
なお、ステップＳ１におけるＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた生成物は、フッ化鉄リチウム（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）を主成分とし、その他の不純物（Ｌｉ０．５ＦｅＦ３、ＬｉＦ、Ｆｅ２Ｏ３など）も含んでいる。
【００４１】
ここで、過酸化水素とフッ化鉄三水和物との化学反応と、この化学反応によって生成したＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた生成物のＸＲＤ（Ｘ線回折）測定の結果を図３に示す。
図３の結果から、フッ化鉄リチウム（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）が生成していることが確認された。
【００４２】
次いで、ステップＳ１で得られたフッ化鉄リチウムを含む生成物を電極活物質として用い、この電極活物質を含む混合物を調製し、この混合物を、正極である電極１４の母材としてのシート状の集電体の表面に塗工する（ステップＳ２）。
【００４３】
ステップＳ２において、フッ化鉄リチウムを含む生成物、導電助剤および結着材を、溶媒に溶解させるか、あるいは、溶媒と混練することによって、フッ化鉄リチウムを含む生成物が均一に分散したスラリーを調製し、このスラリーを混合物として用いる。
【００４４】
導電助剤としては、導電性を有する材料が適宜選択して用いられる。導電助剤の具体例としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、活性炭などが挙げられる。
結着剤としては、上記の混合物によって、集電体の表面に形成される塗工膜の厚さなどに応じて、適宜選択して用いられる。結着剤の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素ポリマーが挙げられる。
溶媒としては、各種有機溶媒が用いられる。
【００４５】
次いで、混合物が塗工された集電体をプレスすることなどにより、集電体に混合物の塗工膜を圧着する（ステップＳ３）。
ステップＳ３において、集電体の表面に形成された塗工膜をプレス（加圧）する圧力は特に限定されず、塗工膜を所定の形状かつ厚さとすることができる範囲で適宜調整される。
【００４６】
次いで、集電体の表面に形成された塗工膜を乾燥させる（ステップＳ４）。
ステップＳ４において、塗工膜を乾燥させる温度は特に限定されず、塗工膜の厚さや溶媒の種類などに応じて適宜調整される。
【００４７】
次いで、塗工膜を有する集電体を打抜き（型抜き）などにより、所定の電極形状に形状加工し、後に電極１４になる中間体（以下、「正極の中間体」と言う。）を形成する（ステップＳ５）。
なお、ステップＳ２からステップＳ５において、シート状の集電体は、例えば、インラインで処理される。
【００４８】
次いで、正極の中間体、セパレータ１６、および、後に電極１５になる中間体（以下、「負極の中間体」と言う。）を積層して互いに固定し、正極の中間体、セパレータ１６および負極の中間体からなる積層体を形成する（ステップＳ６）。
ステップＳ６において、正極の中間体における電極端子１１側に配される端部に、電極タブ１４ａを形成する。同様に、負極の中間体における電極端子１２側に配される端部に、電極タブ１５ａを形成する。
【００４９】
なお、負極である電極１５は、適宜選択される形成材料や形成方法により形成される。負極の中間体の具体例として、少なくとも表面がグラファイト（Ｃ６）からなる集電体が用いられる。
【００５０】
次いで、電池容器１０を構成する筒状体１０ａおよび蓋１０ｂを用意し、筒状体１０ａ内部に、上記の積層体を収容する（ステップＳ７）。
【００５１】
蓋１０ｂには、予め電極端子１１、１２および注入口１３を設けておく。
ステップＳ７において、積層体を構成する正極の中間体に形成された複数の電極タブ１４ａを、一括して電極端子１１と電気的に接続する。また、積層体を構成する負極の中間体に形成された複数の電極タブ１５ａを一括して電極端子１２と電気的に接続する。
そして、筒状体１０ａの開口部を蓋１０ｂで塞いだ後、筒状体１０ａに蓋１０ｂを溶接する。
【００５２】
次いで、注入口１３から、電池容器１０の内部に電解液を注入した後、注入口１３を封止する（ステップＳ８）。
【００５３】
次いで、電極端子１１、１２を充電器などと電気的に接続し、正極の中間体と負極の中間体との間に電圧を印加し（充電制御し）（ステップＳ９）、二次電池１を得る。
すると、正極の中間体には、下記の式（５）に示す化学反応が起きる。
式（５）に示す化学反応は、正極の中間体（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）からリチウムイオンと１電子が放出される１電子反応である。この１電子反応により、電極１４の表面にＦｅ（III）Ｆ３が形成される。
【００５４】
【化５】
【００５５】
式（５）に示した反応が完了して、電極１４の表面にＦｅ（III）Ｆ３が形成されると、電極１４は完成した電極となり、二次電池１を、二次電池として機能させることができる。
【００５６】
また、式（５）に示した１電子反応を経て放電制御すると、下記の式（６）に示す化学反応が起きる。
式（６）に示す化学反応は、式（５）に示した１電子反応の逆反応である。
【００５７】
【化６】
【００５８】
２回目以降の充放電制御では、ＬｉＦｅＦ３のインターカレーション反応、すなわち、式（５）と式（６）に示す化学反応が繰り返される。
【００５９】
以上のような二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法にあっては、過酸化水素とフッ化鉄三水和物との化学反応と、この化学反応によって生成したＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた、フッ化鉄とフッ化リチウムが原子レベルで均一に分散したフッ化鉄リチウム（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）を含有する混合物を集電体に塗工し、集電体に対して充電制御することによって、集電体の表面に電極活物質であるフッ化鉄（Ｆｅ（III）Ｆ３）を生成するので、フッ化鉄とフッ化リチウムの接触による電導パスが十分に形成され、結果として、内部抵抗が低い二次電池用正極が得られる。したがって、この二次電極用正極を備えた二次電池を、高出力化することができる。
【００６０】
すなわち、従来のフッ化リチウムと鉄を含有する混合物を用いた方法と比較して、フッ化鉄とフッ化リチウムを均一に分散することができ、これらの粒子の接触による電導パスを十分に形成することができる。また、フッ化鉄（ＦｅＦ３）に十分な量のリチウムがドープされているので、充放電容量を高めることができる。
【００６１】
また、過酸化水素を用いることにより、水溶液系での還元反応が可能となり、２００℃以下の低温で反応することができるので、製造設備および製造コストを低減することができる。
【００６２】
（２）第二の実施形態
図４は、二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法の第二の実施形態を概略して示すフローチャートである。
電極１４を製造するには、まず、フッ化鉄リチウムを生成する（ステップＳ１）。
【００６３】
このステップＳ１において、還元剤として塩酸ヒドロキシルアミン（塩化ヒドロキシアンモニウム：ＨＯＮＨ３Ｃｌ）を含む水溶液に、フッ化鉄三水和物（Ｆｅ（III）Ｆ３・３Ｈ２Ｏ）を添加して、これらを混合し、不活性ガス雰囲気下、塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる。これにより、下記の式（７）に示す化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３が生成する。
式（７）に示す化学反応は、塩酸ヒドロキシルアミンによるフッ化鉄三水和物の還元反応である。
【００６４】
【化７】
【００６５】
フッ化鉄三水和物としては、第一の実施形態と同様のものが用いられる。
【００６６】
塩酸ヒドロキシルアミンの水溶液の濃度は、１．０〜１０．０ｍｏｌ／ｌであることが好ましく、より好ましくは２．０〜５．０ｍｏｌ／ｌである。
【００６７】
塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物の配合比（塩酸ヒドロキシルアミン／フッ化鉄三水和物）は、モル比で１．０／２．０〜１．４／２．０であることが好ましく、より好ましくは１．０／２．０〜１．２／２．０である。
塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物の配合比が、モル比で１．０／２．０未満では、式（７）で示される化学反応が十分に進行せず、ＨＦｅ（II）Ｆ３が生成しないことがある。一方、塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物の配合比が、モル比で１．４／２．０を超えると、式（７）で示される化学反応以外の化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３以外の物質（不純物）が多量に生成することがある。
【００６８】
不活性ガスとしては、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）などが用いられる。
【００６９】
塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる温度は、室温（２０℃）〜８０℃であることが好ましく、より好ましくは６０〜８０℃である。
塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる温度が室温（２０℃）未満では、式（７）で示される化学反応が十分に進行せず、ＨＦｅ（II）Ｆ３が十分に生成せずに、未反応物が多くなることがある。一方、塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる温度が８０℃を超えると、式（７）で示される化学反応以外の化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３以外の物質（不純物）が多量に生成することがある。
【００７０】
塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる時間は、３時間〜１２時間であることが好ましく、より好ましくは６時間〜８時間である。
塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる時間が３時間未満では、式（７）で示される化学反応が十分に進行せず、ＨＦｅ（II）Ｆ３が十分に生成せずに、未反応物が多くなることがある。一方、塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる時間が１２時間を超えると、式（７）で示される化学反応以外の化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３以外の物質（不純物）が多量に生成することがある。
【００７１】
次いで、第一の実施形態と同様にして、上記の塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物の反応によって生成した反応生成物（ＨＦｅ（II）Ｆ３）を含む水溶液に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を添加して、これらを混合し、不活性ガス雰囲気下、ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる。これにより、上記の式（４）に示す化学反応が生じて、フッ化鉄リチウム複合反応物（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）が生成する。
【００７２】
ここで、塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物との化学反応と、この化学反応によって生成したＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた生成物のＸＲＤ（Ｘ線回折）測定の結果を図５に示す。
図５の結果から、フッ化鉄リチウム（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）が生成していることが確認された。
【００７３】
以下、第一の実施形態と同様にして、ステップＳ２からステップＳ８を実施する。
ステップＳ１で得られたフッ化鉄リチウムを含む生成物を電極活物質として用い、この電極活物質を含む混合物を、正極である電極１４の母材としてのシート状の集電体の表面に塗工する（ステップＳ２）。
【００７４】
次いで、混合物が塗工された集電体をプレスすることなどにより、集電体に混合物の塗工膜を圧着する（ステップＳ３）。
次いで、集電体の表面に形成された塗工膜を乾燥させる（ステップＳ４）。
次いで、塗工膜を有する集電体を打抜き（型抜き）などにより、所定の電極形状に形状加工し、後に電極１４になる正極の中間体を形成する（ステップＳ５）。
【００７５】
次いで、正極の中間体、セパレータ１６、および、負極の中間体を積層して互いに固定し、正極の中間体、セパレータ１６および負極の中間体からなる積層体を形成する（ステップＳ６）。
次いで、電池容器１０を構成する筒状体１０ａおよび蓋１０ｂを用意し、筒状体１０ａ内部に、上記の積層体を収容する（ステップＳ７）。
次いで、注入口１３から、電池容器１０の内部に電解液を注入した後、注入口１３を封止する（ステップＳ８）。
【００７６】
次いで、電極端子１１、１２を充電器などと電気的に接続し、正極の中間体と負極の中間体との間に電圧を印加し（充電制御し）（ステップＳ９）、二次電池１を得る。
すると、正極の中間体には、上記の式（５）に示す化学反応が起きる。
この１電子反応により、電極１４の表面にＦｅ（III）Ｆ３が形成される。
【００７７】
式（５）に示した反応が完了して、電極１４の表面にＦｅ（III）Ｆ３が形成されると、電極１４は完成した電極となり、二次電池１を二次電池として機能させることができる。
【００７８】
以上のような二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法にあっては、塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物との化学反応と、この化学反応によって生成したＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた、フッ化鉄とフッ化リチウムが原子レベルで均一に分散したフッ化鉄リチウム（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）を含有する混合物を集電体に塗工し、集電体に対して充電制御することによって、集電体の表面に電極活物質であるフッ化鉄（Ｆｅ（III）Ｆ３）を生成するので、フッ化鉄とフッ化リチウムの接触による電導パスが十分に形成され、結果として、内部抵抗が低い二次電池用正極が得られる。したがって、この二次電極用正極を備えた二次電池を、高出力化することができる。
【００７９】
すなわち、従来のフッ化リチウムと鉄を含有する混合物を用いた方法と比較して、フッ化鉄とフッ化リチウムを均一に分散することができ、これらの粒子の接触による電導パスを十分に形成することができる。また、フッ化鉄（ＦｅＦ３）に十分な量のリチウムがドープされているので、充放電容量を高めることができる。
【００８０】
また、塩酸ヒドロキシルアミンを用いることにより、水溶液系での還元反応が可能となり、２００℃以下の低温で反応することができるので、製造コストを低減することができる。
【００８１】
また、第一の実施形態および第二の実施形態では、電池容器１０の外部に電極端子１１、１２を形成し、電池容器１０の内部に電極１４、１５の中間体を収容した後に、電池容器１０に電解液を注入し、次いで電極端子１１、１２を用いて充電制御するので、二次電池１の構成要素を利用して電極１４、１５を形成することができる。例えば、電極１４、１５を電池容器１０に収容する前に電極１４、１５を完成させる手法と比較すると、電極１４、１５を電解液に接触させるための電解液槽や電極１４、１５を保持する治具、電極１４、１５に電力を供給するための治具などを省略することができる。したがって、二次電池の製造に用いる装置のコストを下げることができ、製造コストを低減することができる。
【００８２】
なお、本発明の技術範囲は上述の第一の実施形態および第二の実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。例えば、電池容器に収容する前に、混合物を反応させて電極活物質を形成するとともに電極を製造し、製造された電極を電池容器に収容して二次電池を製造してもよい。
【００８３】
この場合、例えば、混合物が塗工されたシート状の集電体を打抜きなどで形状加工するよりも前に、電解液槽などに貯留された電解液に集電体を浸漬しながら集電体に電力を供給する。このような手法によっても電極活物質を形成することができ、電極活物質を有する電極を製造することができる。
【００８４】
また、第一の実施形態では、還元剤として過酸化水素を使用した場合を例示し、第二の実施形態では、還元剤として塩酸ヒドロキシルアミンを使用した場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明にあっては、還元剤として、Ｌ−アスコルビン酸、ヒドラジンまたはクエン酸を使用することもできる。これらの還元剤も、過酸化水素や塩酸ヒドロキシルアミンと同様に用いることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１・・・二次電池、１０・・・電池容器、１０ａ・・・筒状体、１０ｂ・・・蓋、１１，１２・・・電極端子、１３・・・注入口、１４・・・電極（正極）、１４ａ・・・電極タブ、１５・・・電極（負極）、１５ａ・・・電極タブ、１６・・・セパレータ、Ｓ１〜Ｓ９・・・ステップ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池用正極およびこれを備えた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大容量かつ高効率な二次電池が期待されている。このような要求に応えうる二次電池の１つとして、リチウムイオン二次電池（以下、「ＬＩＢ」と略記する。）が知られている。ＬＩＢは、鉛蓄電池等の他の二次電池に比べて、高電圧が得られること、エネルギー密度が高いこと、クーロン効率が高いことなどの特長を有している。
【０００３】
ＬＩＢは、例えば、電解液を貯蔵する電池容器の内部に、セパレータを介して、正極と負極が離隔されて収容された構造になっている。正極や負極は、集電体に電極活物質が塗工されたものである。電極活物質の１つとして、炭素でコートされたフッ化金属からなるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この電極活物質によれば、高性能な二次電池を実現できると考えられるが、二次電池の製造コストを低減する上で改善点があった。
【０００４】
そこで、本発明等は、二次電池を低コストで製造可能とするために、先に、集電体の表面に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）と単体金属の鉄（Ｆｅ）とを含有する混合物を塗工し、集電体に対して充電制御することによりフッ化リチウムと鉄とを反応させて、集電体の表面に電極活物質であるＬｉＦｅ（III）Ｆ３を生成する方法を案出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３０２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のフッ化リチウムと鉄を含有する混合物を用いた方法では、鉄やフッ化リチウムの粒径を制御することが難しく、これらの粒子の接触による電導パスの形成が十分とならない。そのため、この電極活物質を用いた電極は内部抵抗が高く、高出力を要求される二次電池の用途には不向きであった。
また、特許文献１に記載の方法では、フッ化鉄（ＦｅＦ３）に対するリチウムのドープ量が十分ではなく、フッ化鉄の理論上の充放電容量に比べて低い容量の電極活物質しか得られていないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑み成されたものであって、内部抵抗が低く、高容量の二次電池用正極およびこれを備えた二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、前記目的を達成するために以下の手段を採用している。
本発明の二次電池用正極は、還元剤を含む水溶液に、フッ化鉄を添加して反応させ、その反応生成物を含む水溶液にフッ化リチウムを添加して、前記反応生成物と前記フッ化リチウムを反応させることによりフッ化鉄リチウム複合反応物を得た後、前記フッ化鉄リチウム複合反応物を電極活物質として用いて電極を作製し、前記電極と対極（負極）との間で充放電を行うことにより製造されたことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、二次電池用正極において、フッ化鉄とフッ化リチウムが原子レベルで均一に分散しているので、フッ化鉄とフッ化リチウムの接触による電導パスが十分に形成され、内部抵抗が低くなる。また、フッ化鉄（ＦｅＦ３）に十分な量のリチウムがドープされているので、充放電容量を高めることができる。
【００１０】
本発明の二次電池用正極においては、前記還元剤は、過酸化水素、塩酸ヒドロキシルアミン（塩化ヒドロキシルアンモニウム）、Ｌ−アスコルビン酸、ヒドラジンまたはクエン酸のいずれか１種であることが好ましい。
【００１１】
このようにすれば、水溶液系での還元反応が可能となり、２００℃以下の低温で反応することができるので、製造設備および製造コストを低減することができる。
【００１２】
本発明の二次電池は、本発明の二次電池用正極と、負極と、非水電解質と、を具備してなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の二次電池用正極を備えているので、高出力化することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の二次電池用正極によれば、フッ化鉄とフッ化リチウムが原子レベルで均一に分散しているので、フッ化鉄とフッ化リチウムの接触による電導パスが十分に形成され、内部抵抗が低くなる。また、フッ化鉄（ＦｅＦ３）に十分な量のリチウムがドープされているので、充放電容量を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】二次電池の構成例を示す分解斜視図である。
【図２】二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法の第一の実施形態を概略して示すフローチャートである。
【図３】過酸化水素とフッ化鉄三水和物との化学反応と、この化学反応によって生成したＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた生成物のＸＲＤ（Ｘ線回折）測定の結果を示すグラフである。
【図４】二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法の第二の実施形態を概略して示すフローチャートである。
【図５】塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物との化学反応と、この化学反応によって生成したＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた生成物のＸＲＤ（Ｘ線回折）測定の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。
本発明に係る二次電池用正極を説明する前に、本発明に係る二次電池の構成例を説明する。
【００１７】
「二次電池」
図１は、二次電池の構成例を示す分解斜視図である。
図１に示すように二次電池１は、内部に電解液を貯留する電池容器１０を備えている。
二次電池１は、例えば、リチウムイオン二次電池である。
電池容器１０は、例えば、アルミニウム製の中空容器である。本例の電池容器１０は、外形が略角柱状（略直方体状）である。電池容器１０は、開口部を有する筒状体１０ａと、筒状体１０ａの開口部を塞ぐ蓋１０ｂとからなっている。
【００１８】
蓋１０ｂに、電極端子１１、１２および電解液の注入口１３が設けられている。例えば、電極端子１１が正極端子であり、電極端子１２が負極端子である。
電池容器１０の内部に、電極１４、１５およびセパレータ１６が収容されている。
【００１９】
電極１４、１５は、導体箔や導体薄板などのシート状の集電体（導体）を母材とし、母材の表面に電解液の種類に応じた電極活物質のコーティングがなされたものである。
電極１４は、例えば、正極板であり、アルミニウム製の母材の表面にリチウム含有のフッ化鉄からなる電極活物質（正極活物質）を含有する正極活物質層が形成されている。
電極１５は、例えば、負極板であり、電解液と接触する部分がグラファイトからなる。
【００２０】
電極１４は、電極１５と対向して配置されている。電極１４、１５は、互いに対向する方向に繰り返し配置されている。電極１４、１５の間にセパレータ１６が設けられており、電極１４、１５が互いに接触しないようになっている。
セパレータ１６は、例えば、多孔質の樹脂フィルムなどの絶縁材料からなる。
【００２１】
電極１４における電極端子１１側の端部には、電極タブ１４ａが形成されている。繰返し配置された複数の電極１４の電極タブ１４ａが一括して、電極端子１１と電気的に接続されている。
電極１５における電極端子１２側の端部には、電極タブ１５ａが形成されている。繰返し配置された複数の電極１５の電極タブ１５ａが一括して、電極端子１２と電気的に接続されている。
【００２２】
電池容器１０の内部には、電解液が電極１４、１５と接触するように貯留される。
リチウムイオン二次電池の電解液としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチル、炭酸プロピレンなどの有機溶媒に、六フッ化リン酸リチウムや四フッ化ホウ酸リチウムなどのリチウム塩を溶解した溶液などが挙げられる。
また、二次電池１が、ナトリウム二次電池の場合、ナトリウム二次電池の電解液としては、例えば、有機溶媒に過塩素酸ナトリウムなどのナトリウム塩を溶解した溶液などが挙げられる。
【００２３】
「二次電池用正極」
本発明に係る二次電池用正極は、例えば、上記の電極１４として用いられ、後述する二次電池用正極の製造方法によって製造されたものであり、フッ化鉄（ＦｅＦ３）にリチウム（Ｌｉ）がドープされてなるものである。
【００２４】
「二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法」
（１）第一の実施形態
図２は、二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法の第一の実施形態を概略して示すフローチャートである。
電極１４を製造するには、まず、フッ化鉄リチウムを生成する（ステップＳ１）。
【００２５】
このステップＳ１において、還元剤として過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を含む水溶液（過酸化水素水）に、フッ化鉄三水和物（Ｆｅ（III）Ｆ３・３Ｈ２Ｏ）を添加して、これらを混合し、不活性ガス雰囲気下、過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる。これにより、下記の式（１）に示す化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３・３Ｈ２Ｏが生成する。
【００２６】
【化１】
【００２７】
フッ化鉄三水和物としては、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ３）３）九水和物または酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）と、フッ化水素（ＨＦ）の水溶液（フッ化水素酸、フッ酸）とを反応させて生成したものが用いられる。硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ３）３）九水和物とフッ化水素は、下記の式（２）に示す化学反応を生じる。また、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）とフッ化水素は、下記の式（３）に示す化学反応を生じる。
【００２８】
【化２】
【００２９】
【化３】
【００３０】
過酸化水素水の濃度は、１．０〜８．０ｍｏｌ／ｌであることが好ましく、より好ましくは２．０〜４．０ｍｏｌ／ｌである。
【００３１】
過酸化水素とフッ化鉄三水和物の配合比（過酸化水素／フッ化鉄三水和物）は、モル比で１．０／２．０〜１．５／２．０であることが好ましく、より好ましくは１．０／２．０〜１．２／２．０である。
過酸化水素とフッ化鉄三水和物の配合比が、モル比で１．０／２．０未満では、式（１）で示される化学反応が十分に進行せず、ＨＦｅ（II）Ｆ３が生成しないことがある。一方、過酸化水素とフッ化鉄三水和物の配合比が、モル比で１．５／２．０を超えると、式（１）で示される化学反応以外の化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３以外の物質（不純物）が多量に生成することがある。
【００３２】
不活性ガスとしては、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）などが用いられる。
【００３３】
過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる温度は、室温（２０℃）〜８０℃であることが好ましく、より好ましくは６０〜８０℃である。
過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる温度が室温（２０℃）未満では、式（１）で示される化学反応が十分に進行せず、ＨＦｅ（II）Ｆ３が十分に生成せずに、反応が進まなくなるか反応に長時間が必要になる。一方、過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる温度が８０℃を超えると、式（１）で示される化学反応以外の化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３以外の物質（不純物）が多量に生成するか、過酸化水素が自己分解し、反応に使用されないことがある。
【００３４】
過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる時間は、３時間〜１２時間であることが好ましく、より好ましくは６時間〜８時間である。
過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる時間が３時間未満では、式（１）で示される化学反応が十分に進行せず、ＨＦｅ（II）Ｆ３が十分に生成せずに、未反応のままであることがある。一方、過酸化水素とフッ化鉄三水和物を反応させる時間が１２時間を超えると、式（１）で示される化学反応以外の化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３以外の物質（不純物）が多量に生成することがある。
【００３５】
次いで、上記の過酸化水素とフッ化鉄三水和物の反応によって生成した反応生成物（ＨＦｅ（II）Ｆ３）を含む水溶液に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を添加して、これらを混合し、不活性ガス雰囲気下、ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる。これにより、下記の式（４）に示す化学反応が生じて、フッ化鉄リチウム複合反応物（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）が生成する。
【００３６】
【化４】
【００３７】
フッ化リチウムとＨＦｅ（II）Ｆ３の配合比（フッ化リチウム／ＨＦｅ（II）Ｆ３）は、モル比で１．０／１．０〜１．５／１．０であることが好ましく、より好ましくは１．０／１．０〜１．２／１．０である。
フッ化リチウムとＨＦｅ（II）Ｆ３の配合比が、モル比で１．０／１．０未満では、式（４）で示される化学反応が十分に進行せず、未反応のＨＦｅ（II）Ｆ３が残存する。一方、フッ化リチウムとＨＦｅ（II）Ｆ３の配合比が、モル比で１．５／１．０を超えると、式（４）で示される化学反応のフッ化鉄（ＬｉＦ）が多量に残存することがある。
【００３８】
ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる温度は、室温（２０℃）〜５０℃であることが好ましく、より好ましくは２０〜３０℃である。
ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる温度が室温（２０℃）未満では、式（４）で示される化学反応が十分に進行せず、フッ化鉄リチウム複合反応物が十分に生成せずに、不純物が多くなることがある。一方、ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる温度が５０℃を超えても、式（４）で示される化学反応が短時間になることはなく、ＨＦが蒸発してしまうだけである。
【００３９】
ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる時間は、１時間〜６時間であることが好ましく、より好ましくは２時間〜３時間である。
ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる時間が１時間未満では、式（４）で示される化学反応が十分に進行せず、フッ化鉄リチウム複合反応物が十分に生成しないことがある。一方、ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる時間が６時間を超えても、フッ化鉄リチウムの収率が増加することはない。
【００４０】
なお、ステップＳ１におけるＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた生成物は、フッ化鉄リチウム（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）を主成分とし、その他の不純物（Ｌｉ０．５ＦｅＦ３、ＬｉＦ、Ｆｅ２Ｏ３など）も含んでいる。
【００４１】
ここで、過酸化水素とフッ化鉄三水和物との化学反応と、この化学反応によって生成したＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた生成物のＸＲＤ（Ｘ線回折）測定の結果を図３に示す。
図３の結果から、フッ化鉄リチウム（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）が生成していることが確認された。
【００４２】
次いで、ステップＳ１で得られたフッ化鉄リチウムを含む生成物を電極活物質として用い、この電極活物質を含む混合物を調製し、この混合物を、正極である電極１４の母材としてのシート状の集電体の表面に塗工する（ステップＳ２）。
【００４３】
ステップＳ２において、フッ化鉄リチウムを含む生成物、導電助剤および結着材を、溶媒に溶解させるか、あるいは、溶媒と混練することによって、フッ化鉄リチウムを含む生成物が均一に分散したスラリーを調製し、このスラリーを混合物として用いる。
【００４４】
導電助剤としては、導電性を有する材料が適宜選択して用いられる。導電助剤の具体例としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、活性炭などが挙げられる。
結着剤としては、上記の混合物によって、集電体の表面に形成される塗工膜の厚さなどに応じて、適宜選択して用いられる。結着剤の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素ポリマーが挙げられる。
溶媒としては、各種有機溶媒が用いられる。
【００４５】
次いで、混合物が塗工された集電体をプレスすることなどにより、集電体に混合物の塗工膜を圧着する（ステップＳ３）。
ステップＳ３において、集電体の表面に形成された塗工膜をプレス（加圧）する圧力は特に限定されず、塗工膜を所定の形状かつ厚さとすることができる範囲で適宜調整される。
【００４６】
次いで、集電体の表面に形成された塗工膜を乾燥させる（ステップＳ４）。
ステップＳ４において、塗工膜を乾燥させる温度は特に限定されず、塗工膜の厚さや溶媒の種類などに応じて適宜調整される。
【００４７】
次いで、塗工膜を有する集電体を打抜き（型抜き）などにより、所定の電極形状に形状加工し、後に電極１４になる中間体（以下、「正極の中間体」と言う。）を形成する（ステップＳ５）。
なお、ステップＳ２からステップＳ５において、シート状の集電体は、例えば、インラインで処理される。
【００４８】
次いで、正極の中間体、セパレータ１６、および、後に電極１５になる中間体（以下、「負極の中間体」と言う。）を積層して互いに固定し、正極の中間体、セパレータ１６および負極の中間体からなる積層体を形成する（ステップＳ６）。
ステップＳ６において、正極の中間体における電極端子１１側に配される端部に、電極タブ１４ａを形成する。同様に、負極の中間体における電極端子１２側に配される端部に、電極タブ１５ａを形成する。
【００４９】
なお、負極である電極１５は、適宜選択される形成材料や形成方法により形成される。負極の中間体の具体例として、少なくとも表面がグラファイト（Ｃ６）からなる集電体が用いられる。
【００５０】
次いで、電池容器１０を構成する筒状体１０ａおよび蓋１０ｂを用意し、筒状体１０ａ内部に、上記の積層体を収容する（ステップＳ７）。
【００５１】
蓋１０ｂには、予め電極端子１１、１２および注入口１３を設けておく。
ステップＳ７において、積層体を構成する正極の中間体に形成された複数の電極タブ１４ａを、一括して電極端子１１と電気的に接続する。また、積層体を構成する負極の中間体に形成された複数の電極タブ１５ａを一括して電極端子１２と電気的に接続する。
そして、筒状体１０ａの開口部を蓋１０ｂで塞いだ後、筒状体１０ａに蓋１０ｂを溶接する。
【００５２】
次いで、注入口１３から、電池容器１０の内部に電解液を注入した後、注入口１３を封止する（ステップＳ８）。
【００５３】
次いで、電極端子１１、１２を充電器などと電気的に接続し、正極の中間体と負極の中間体との間に電圧を印加し（充電制御し）（ステップＳ９）、二次電池１を得る。
すると、正極の中間体には、下記の式（５）に示す化学反応が起きる。
式（５）に示す化学反応は、正極の中間体（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）からリチウムイオンと１電子が放出される１電子反応である。この１電子反応により、電極１４の表面にＦｅ（III）Ｆ３が形成される。
【００５４】
【化５】
【００５５】
式（５）に示した反応が完了して、電極１４の表面にＦｅ（III）Ｆ３が形成されると、電極１４は完成した電極となり、二次電池１を、二次電池として機能させることができる。
【００５６】
また、式（５）に示した１電子反応を経て放電制御すると、下記の式（６）に示す化学反応が起きる。
式（６）に示す化学反応は、式（５）に示した１電子反応の逆反応である。
【００５７】
【化６】
【００５８】
２回目以降の充放電制御では、ＬｉＦｅＦ３のインターカレーション反応、すなわち、式（５）と式（６）に示す化学反応が繰り返される。
【００５９】
以上のような二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法にあっては、過酸化水素とフッ化鉄三水和物との化学反応と、この化学反応によって生成したＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた、フッ化鉄とフッ化リチウムが原子レベルで均一に分散したフッ化鉄リチウム（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）を含有する混合物を集電体に塗工し、集電体に対して充電制御することによって、集電体の表面に電極活物質であるフッ化鉄（Ｆｅ（III）Ｆ３）を生成するので、フッ化鉄とフッ化リチウムの接触による電導パスが十分に形成され、結果として、内部抵抗が低い二次電池用正極が得られる。したがって、この二次電極用正極を備えた二次電池を、高出力化することができる。
【００６０】
すなわち、従来のフッ化リチウムと鉄を含有する混合物を用いた方法と比較して、フッ化鉄とフッ化リチウムを均一に分散することができ、これらの粒子の接触による電導パスを十分に形成することができる。また、フッ化鉄（ＦｅＦ３）に十分な量のリチウムがドープされているので、充放電容量を高めることができる。
【００６１】
また、過酸化水素を用いることにより、水溶液系での還元反応が可能となり、２００℃以下の低温で反応することができるので、製造設備および製造コストを低減することができる。
【００６２】
（２）第二の実施形態
図４は、二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法の第二の実施形態を概略して示すフローチャートである。
電極１４を製造するには、まず、フッ化鉄リチウムを生成する（ステップＳ１）。
【００６３】
このステップＳ１において、還元剤として塩酸ヒドロキシルアミン（塩化ヒドロキシアンモニウム：ＨＯＮＨ３Ｃｌ）を含む水溶液に、フッ化鉄三水和物（Ｆｅ（III）Ｆ３・３Ｈ２Ｏ）を添加して、これらを混合し、不活性ガス雰囲気下、塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる。これにより、下記の式（７）に示す化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３が生成する。
式（７）に示す化学反応は、塩酸ヒドロキシルアミンによるフッ化鉄三水和物の還元反応である。
【００６４】
【化７】
【００６５】
フッ化鉄三水和物としては、第一の実施形態と同様のものが用いられる。
【００６６】
塩酸ヒドロキシルアミンの水溶液の濃度は、１．０〜１０．０ｍｏｌ／ｌであることが好ましく、より好ましくは２．０〜５．０ｍｏｌ／ｌである。
【００６７】
塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物の配合比（塩酸ヒドロキシルアミン／フッ化鉄三水和物）は、モル比で１．０／２．０〜１．４／２．０であることが好ましく、より好ましくは１．０／２．０〜１．２／２．０である。
塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物の配合比が、モル比で１．０／２．０未満では、式（７）で示される化学反応が十分に進行せず、ＨＦｅ（II）Ｆ３が生成しないことがある。一方、塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物の配合比が、モル比で１．４／２．０を超えると、式（７）で示される化学反応以外の化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３以外の物質（不純物）が多量に生成することがある。
【００６８】
不活性ガスとしては、窒素（Ｎ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）などが用いられる。
【００６９】
塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる温度は、室温（２０℃）〜８０℃であることが好ましく、より好ましくは６０〜８０℃である。
塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる温度が室温（２０℃）未満では、式（７）で示される化学反応が十分に進行せず、ＨＦｅ（II）Ｆ３が十分に生成せずに、未反応物が多くなることがある。一方、塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる温度が８０℃を超えると、式（７）で示される化学反応以外の化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３以外の物質（不純物）が多量に生成することがある。
【００７０】
塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる時間は、３時間〜１２時間であることが好ましく、より好ましくは６時間〜８時間である。
塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる時間が３時間未満では、式（７）で示される化学反応が十分に進行せず、ＨＦｅ（II）Ｆ３が十分に生成せずに、未反応物が多くなることがある。一方、塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物を反応させる時間が１２時間を超えると、式（７）で示される化学反応以外の化学反応が生じて、ＨＦｅ（II）Ｆ３以外の物質（不純物）が多量に生成することがある。
【００７１】
次いで、第一の実施形態と同様にして、上記の塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物の反応によって生成した反応生成物（ＨＦｅ（II）Ｆ３）を含む水溶液に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を添加して、これらを混合し、不活性ガス雰囲気下、ＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムを反応させる。これにより、上記の式（４）に示す化学反応が生じて、フッ化鉄リチウム複合反応物（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）が生成する。
【００７２】
ここで、塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物との化学反応と、この化学反応によって生成したＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた生成物のＸＲＤ（Ｘ線回折）測定の結果を図５に示す。
図５の結果から、フッ化鉄リチウム（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）が生成していることが確認された。
【００７３】
以下、第一の実施形態と同様にして、ステップＳ２からステップＳ８を実施する。
ステップＳ１で得られたフッ化鉄リチウムを含む生成物を電極活物質として用い、この電極活物質を含む混合物を、正極である電極１４の母材としてのシート状の集電体の表面に塗工する（ステップＳ２）。
【００７４】
次いで、混合物が塗工された集電体をプレスすることなどにより、集電体に混合物の塗工膜を圧着する（ステップＳ３）。
次いで、集電体の表面に形成された塗工膜を乾燥させる（ステップＳ４）。
次いで、塗工膜を有する集電体を打抜き（型抜き）などにより、所定の電極形状に形状加工し、後に電極１４になる正極の中間体を形成する（ステップＳ５）。
【００７５】
次いで、正極の中間体、セパレータ１６、および、負極の中間体を積層して互いに固定し、正極の中間体、セパレータ１６および負極の中間体からなる積層体を形成する（ステップＳ６）。
次いで、電池容器１０を構成する筒状体１０ａおよび蓋１０ｂを用意し、筒状体１０ａ内部に、上記の積層体を収容する（ステップＳ７）。
次いで、注入口１３から、電池容器１０の内部に電解液を注入した後、注入口１３を封止する（ステップＳ８）。
【００７６】
次いで、電極端子１１、１２を充電器などと電気的に接続し、正極の中間体と負極の中間体との間に電圧を印加し（充電制御し）（ステップＳ９）、二次電池１を得る。
すると、正極の中間体には、上記の式（５）に示す化学反応が起きる。
この１電子反応により、電極１４の表面にＦｅ（III）Ｆ３が形成される。
【００７７】
式（５）に示した反応が完了して、電極１４の表面にＦｅ（III）Ｆ３が形成されると、電極１４は完成した電極となり、二次電池１を二次電池として機能させることができる。
【００７８】
以上のような二次電池用正極の製造方法および二次電池の製造方法にあっては、塩酸ヒドロキシルアミンとフッ化鉄三水和物との化学反応と、この化学反応によって生成したＨＦｅ（II）Ｆ３とフッ化リチウムとの化学反応によって得られた、フッ化鉄とフッ化リチウムが原子レベルで均一に分散したフッ化鉄リチウム（ＬｉＦｅ（II）Ｆ３）を含有する混合物を集電体に塗工し、集電体に対して充電制御することによって、集電体の表面に電極活物質であるフッ化鉄（Ｆｅ（III）Ｆ３）を生成するので、フッ化鉄とフッ化リチウムの接触による電導パスが十分に形成され、結果として、内部抵抗が低い二次電池用正極が得られる。したがって、この二次電極用正極を備えた二次電池を、高出力化することができる。
【００７９】
すなわち、従来のフッ化リチウムと鉄を含有する混合物を用いた方法と比較して、フッ化鉄とフッ化リチウムを均一に分散することができ、これらの粒子の接触による電導パスを十分に形成することができる。また、フッ化鉄（ＦｅＦ３）に十分な量のリチウムがドープされているので、充放電容量を高めることができる。
【００８０】
また、塩酸ヒドロキシルアミンを用いることにより、水溶液系での還元反応が可能となり、２００℃以下の低温で反応することができるので、製造コストを低減することができる。
【００８１】
また、第一の実施形態および第二の実施形態では、電池容器１０の外部に電極端子１１、１２を形成し、電池容器１０の内部に電極１４、１５の中間体を収容した後に、電池容器１０に電解液を注入し、次いで電極端子１１、１２を用いて充電制御するので、二次電池１の構成要素を利用して電極１４、１５を形成することができる。例えば、電極１４、１５を電池容器１０に収容する前に電極１４、１５を完成させる手法と比較すると、電極１４、１５を電解液に接触させるための電解液槽や電極１４、１５を保持する治具、電極１４、１５に電力を供給するための治具などを省略することができる。したがって、二次電池の製造に用いる装置のコストを下げることができ、製造コストを低減することができる。
【００８２】
なお、本発明の技術範囲は上述の第一の実施形態および第二の実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。例えば、電池容器に収容する前に、混合物を反応させて電極活物質を形成するとともに電極を製造し、製造された電極を電池容器に収容して二次電池を製造してもよい。
【００８３】
この場合、例えば、混合物が塗工されたシート状の集電体を打抜きなどで形状加工するよりも前に、電解液槽などに貯留された電解液に集電体を浸漬しながら集電体に電力を供給する。このような手法によっても電極活物質を形成することができ、電極活物質を有する電極を製造することができる。
【００８４】
また、第一の実施形態では、還元剤として過酸化水素を使用した場合を例示し、第二の実施形態では、還元剤として塩酸ヒドロキシルアミンを使用した場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明にあっては、還元剤として、Ｌ−アスコルビン酸、ヒドラジンまたはクエン酸を使用することもできる。これらの還元剤も、過酸化水素や塩酸ヒドロキシルアミンと同様に用いることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１・・・二次電池、１０・・・電池容器、１０ａ・・・筒状体、１０ｂ・・・蓋、１１，１２・・・電極端子、１３・・・注入口、１４・・・電極（正極）、１４ａ・・・電極タブ、１５・・・電極（負極）、１５ａ・・・電極タブ、１６・・・セパレータ、Ｓ１〜Ｓ９・・・ステップ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤を含む水溶液に、フッ化鉄を添加して反応させ、その反応生成物を含む水溶液にフッ化リチウムを添加して、前記反応生成物と前記フッ化リチウムを反応させることによりフッ化鉄リチウム複合反応物を得た後、前記フッ化鉄リチウム複合反応物を電極活物質として用いて電極を作製し、前記電極と対極（負極）との間で充放電を行うことにより製造されたことを特徴とする二次電池用正極。
【請求項２】
前記還元剤は、過酸化水素、塩酸ヒドロキシルアミン（塩化ヒドロキシルアンモニウム）、Ｌ−アスコルビン酸、ヒドラジンまたはクエン酸のいずれか１種であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用正極。
【請求項３】
請求項１または２に記載の二次電池用正極と、負極と、非水電解質と、を具備してなることを特徴とする二次電池。
【請求項１】
還元剤を含む水溶液に、フッ化鉄を添加して反応させ、その反応生成物を含む水溶液にフッ化リチウムを添加して、前記反応生成物と前記フッ化リチウムを反応させることによりフッ化鉄リチウム複合反応物を得た後、前記フッ化鉄リチウム複合反応物を電極活物質として用いて電極を作製し、前記電極と対極（負極）との間で充放電を行うことにより製造されたことを特徴とする二次電池用正極。
【請求項２】
前記還元剤は、過酸化水素、塩酸ヒドロキシルアミン（塩化ヒドロキシルアンモニウム）、Ｌ−アスコルビン酸、ヒドラジンまたはクエン酸のいずれか１種であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用正極。
【請求項３】
請求項１または２に記載の二次電池用正極と、負極と、非水電解質と、を具備してなることを特徴とする二次電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９５０９３（Ｐ２０１２−１９５０９３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６７９３（Ｐ２０１１−５６７９３）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 要素技術開発 ポスト鉄オリビン系高性能リチウム二次電池の研究開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 要素技術開発 ポスト鉄オリビン系高性能リチウム二次電池の研究開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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