正極活物質の製造方法
【課題】乾式法および電磁波加熱を用いた正極活物質の製造方法において、高純度の正極活物質を得るための手段を提供することを目的とする。
【解決手段】正極活物質前駆体に電磁波を照射する工程（Ａ）と、工程（Ａ）で得られた反応物から、塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離する工程（Ｂ）と、工程（Ｂ）で分離した残留物に電磁波を照射する工程（Ｃ）と、工程（Ｂ）で分離した生成物および工程（Ｃ）で得られた生成物を解砕する工程（Ｄ）とを有する、正極活物質の製造方法。
【解決手段】正極活物質前駆体に電磁波を照射する工程（Ａ）と、工程（Ａ）で得られた反応物から、塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離する工程（Ｂ）と、工程（Ｂ）で分離した残留物に電磁波を照射する工程（Ｃ）と、工程（Ｂ）で分離した生成物および工程（Ｃ）で得られた生成物を解砕する工程（Ｄ）とを有する、正極活物質の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池やキャパシタなどの電気デバイスに用いられる正極活物質の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るリチウムイオン二次電池などのモータ駆動用電気デバイスの開発が盛んに行われている。
【０００３】
モータ駆動用電気デバイスとしては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用電気デバイスと比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギーを有することが求められている。したがって、全ての電気デバイスの中で比較的高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。
【０００４】
リチウムイオン二次電池は、一般に、正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質を含むセパレータを介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。正極活物質としては、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２等に代表されるリチウム遷移金属複合酸化物が用いられている。
【０００５】
なかでも、ＬｉＭｎ２Ｏ４やＬｉＭｎ２Ｏ４のＭｎの一部が他の金属で置換されたもの（これらを総称して「リチウム−マンガン複合酸化物」と称する）については、構成元素であるマンガンが資源として比較的豊富に存在する。そのためマンガン酸リチウムは、原料が安価でかつ入手しやすく、環境に対する負荷も少ないという利点を有する。
【０００６】
このような、リチウム遷移金属複合酸化物は、通常、前駆体（一例を挙げると、炭酸リチウムと遷移金属酸化物との混合物）を７００〜１０００℃程度の温度で焼成することによって得られる。そしてこの後、必要に応じて解砕工程などを経ることによって、正極活物質が製造される。
【０００７】
従来、前駆体の焼成に用いられる加熱装置としては、電気炉などが使用されていた。しかしながら、加熱に要するコスト等を削減する観点から、近年、加熱装置として電磁波照射装置を使用することが提案されている。例えば、特許文献１では、水などの溶媒中で前駆体を混合してゲル状混合物を形成し、当該ゲル状混合物を乾燥・焼成することによってマンガン酸リチウムを製造している。そして、この乾燥・焼成にマイクロ波加熱を導入することにより、より短時間でマンガン酸リチウムを製造することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１５２３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に記載された製造方法では、前駆体をゲル状とした後に焼成工程を行ういわゆる湿式法を採用している。しかしながら、作業工程の簡素化を考慮すれば、前駆体を固体のまま焼成し、固相反応によってリチウム遷移金属複合酸化物を得る、いわゆる乾式法の製造方法を採用することが望ましい。そこで、本発明者らは、固体状の前駆体に電磁波を照射することにより、焼成工程を行う方法を試みた。
【００１０】
しかしながら、当該方法によって得られたリチウム遷移金属複合酸化物は、純度が低いため、十分な放電容量を有していないことが判明した。リチウム遷移金属複合酸化物の純度が低いということは、前駆体の反応が完結しておらず、未反応物あるいは反応中間物が残存していることを意味する。
【００１１】
そこで、本発明は、乾式法での電磁波加熱を用いた正極活物質の製造方法において、高純度の正極活物質を得るための手段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】
【００１２】
本発明の正極活物質の製造方法は、正極活物質前駆体に電磁波を照射した後、得られた反応物から塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離し、当該残留物に再び電磁波を照射する点に特徴を有する。その後、得られた生成物を解砕することによって正極活物質を得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、乾式法での電磁波加熱を用いた正極活物質の製造方法において、高純度の正極活物質を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る積層型のリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面図である。
【図２】（１）は、正極活物質（二次粒子）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により拡大（倍率：１，０００倍）して観察した写真である。（２）は、（１）における粒子ＢをＳＥＭにより拡大（倍率：１０，０００倍）して観察した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい形態を説明する。本発明の一形態は、以下の４つの工程を必須とする正極活物質の製造方法に関する；
正極活物質前駆体に電磁波を照射する工程（以下、工程（Ａ）と称する）。
【００１６】
工程（Ａ）で得られた反応物から、塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離する工程（以下、工程（Ｂ）と称する）。
【００１７】
工程（Ｂ）で分離した残留物に電磁波を照射する工程（以下、工程（Ｃ）と称する）。
【００１８】
工程（Ｂ）で分離した生成物および工程（Ｃ）で得られた生成物を解砕する工程（以下、工程（Ｄ）と称する）。
【００１９】
本形態の製造方法により、乾式法での電磁波加熱を用いた正極活物質の製造方法であっても、高純度の正極活物質を得ることができる。これにより、湿式法での電磁波加熱や焼成工程に電気炉を用いる従来の方法と比較して、作業工程の簡素化および製造コストの削減を達成することができる。以下、本形態の製造方法を工程順に詳細に説明する。
【００２０】
＜正極活物質の製造方法＞
［工程Ａ］
本形態の正極活物質の製造方法では、まず工程（Ａ）として、正極活物質前駆体に電磁波を照射することにより正極活物質前駆体を加熱する。本明細書では、電磁波を照射することによる加熱を、単に「電磁波加熱」とも称する。以下、本工程における、正極活物質前駆体および電磁波加熱について詳細に説明する。
【００２１】
（正極活物質前駆体）
正極活物質前駆体（以下、単に「前駆体」とも称する）は、電磁波加熱によって正極活物質としての機能を有する化合物を生成する物質である。より詳しくは、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム遷移金属リン酸化合物、リチウム遷移金属硫酸化合物などの原料となる、リチウム金属化合物および遷移金属化合物などが正極活物質前駆体として挙げられる。以下、本明細書では、リチウム遷移金属複合酸化物から構成される正極活物質を製造する場合について主に説明する。
【００２２】
リチウム遷移金属複合酸化物としては、リチウム−マンガン複合酸化物（マンガン酸リチウム）、リチウム−ニッケル複合酸化物、リチウム−コバルト複合酸化物、リチウム−鉄複合酸化物、リチウム−ニッケル−コバルト複合酸化物、リチウム−マンガン−コバルト複合酸化物、リチウム−ニッケル−マンガン−コバルト複合酸化物などが例示される。また、これらの化合物中の遷移元素の一部は他の金属元素により置換されていてもよい。その場合の他の元素としては、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎなどが挙げられ、好ましくは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒが挙げられる。ただし、上記他の元素として、元の複合酸化物に含まれる遷移金属元素は除かれる。例えば、リチウム−マンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４）において、一部のＭｎは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎからなる群から選択される１または２以上の元素で置換されていてもよい。
【００２３】
これらのリチウム遷移金属複合酸化物の前駆体としては、リチウム遷移金属複合酸化物に含有されている金属元素を有する化合物、例えば、当該金属元素の硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。
【００２４】
具体的には、Ｌｉ化合物としては、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ（ＯＨ）、ＬｉＮＯ３、ＣＨ３ＣＯＯＬｉ、Ｌｉ２Ｏ等を用いることができ、好ましくは吸湿性が低い点でＬｉ２ＣＯ３を用いる。これらのＬｉ化合物は１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また、これらのＬｉ化合物は水和物の形態で使用してもよい。
【００２５】
また、Ｍｎ化合物としては、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｍｎ３Ｏ４等のマンガン酸化物、ＭｎＳＯ４、ＭｎＣＯ３、Ｍｎ（ＮＯ３）２、（ＣＨ３ＣＯＯ）２Ｍｎ等を用いることができ、好ましくは経済性の面からＭｎＯ２を用いる。これらのＭｎ化合物は１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また、これらのＭｎ化合物は水和物の形態で使用してもよい。
【００２６】
上記前駆体の組み合わせは、特に制限されず、電磁波加熱に好適な誘電特性（磁性特性、導電特性）を有するものであればよい。Ｌｉ化合物とＭｎ化合物との好ましい組み合わせとしては、酸化リチウムおよび酸化マンガン（ＩＶ）；炭酸リチウムおよび酸化マンガン（ＩＶ）；水酸化リチウム（無水または一水和物）および酸化マンガン（ＩＶ）；硝酸リチウムおよび酸化マンガン（ＩＶ）；酸化リチウムおよび炭酸マンガン；炭酸リチウムおよび炭酸マンガン；水酸化リチウム（無水または一水和物）および炭酸マンガン；硝酸リチウムおよび炭酸マンガン；酸化リチウムおよび酸化マンガン（ＩＩＩ）；炭酸リチウムおよび酸化マンガン（ＩＩＩ）；水酸化リチウム（無水または一水和物）および酸化マンガン（ＩＩＩ）；硝酸リチウムおよび酸化マンガン（ＩＩＩ）；酸化リチウムおよび酸化マンガン（ＩＩ、ＩＩＩ）；炭酸リチウムおよび酸化マンガン（ＩＩ、ＩＩＩ）；水酸化リチウム（無水または一水和物）および酸化マンガン（ＩＩ、ＩＩＩ）；硝酸リチウムおよび酸化マンガン（ＩＩ、ＩＩＩ）などを例示することができる。
【００２７】
これらの各前駆体の形状は特に制限はないが、一般的には粒状の状態で入手および使用されうる。各前駆体の粒子径も特に制限はないが、好ましくは０．０１〜２μｍの範囲である。粒子径が０．０１μｍ以上であると、各前駆体を十分な混合状態とすることが容易である。一方、粒子径が２μｍ以下であると、焼成によりリチウム遷移金属複合酸化物粒子の粒子径が２μｍを超え、正極活物質の性能が低下するのを防ぐことができる。なお、ここでいう前駆体の粒子径は、平均粒子径を意味し、水溶液を分散媒としたレーザー回折式粒度分布測定装置により測定することができる。
【００２８】
これらの前駆体は、複合酸化物における結晶をより均一なものとするために、所望のリチウム遷移金属複合酸化物の組成にしたがって所定量秤量し、十分に混合して混合物とした後、電磁波加熱に供されることが好ましい。
【００２９】
また、前駆体は、混合後、さらに造粒を経て、電磁波加熱に供されることもまた好ましい。予め造粒することにより、前駆体中の空隙を低減させ、空隙に存在している空気によって熱伝導が阻害されるのを防ぐことかできる。前駆体混合物の造粒方法は特に制限はなく、公知の方法を適宜参照することにより行うことができる。一例を挙げると、粉末状の前駆体混合物を造粒装置に投入し、圧縮することによりペレット状等に造粒された前駆体混合物を調製することができる。また、前駆体混合物に少量の溶媒（例えば、エタノール）を滴下して、乳鉢でよく混練することにより造粒を行ってもよい。さらに、他の方法として、所定量秤量した前駆体と溶媒とを混合して混合物スラリーを調製し、当該混合物スラリーをスプレードライ法（噴霧造粒法）により造粒する方法を採用してもよい。
【００３０】
（電磁波加熱）
上記のように正極活物質前駆体を準備した後、当該前駆体に電磁波を照射する。本形態の製造方法は、従来の、ペースト、ゲル状物質、ゲル状混合物、混合溶液の状態で電磁波照射を行う湿式法とは異なり、固形物である前駆体にそのまま電磁波を照射する、いわゆる乾式法である点に特徴を有する。前駆体は、電磁波を照射されることにより加熱され、固相反応によりリチウム遷移金属複合酸化物へと変換される。以下、電磁波加熱の好ましい条件（電磁波の周波数、加熱保持温度、保持時間、反応雰囲気、出力など）について説明する。
【００３１】
上記電磁波の周波数は、特に制限はないが、好ましくは０．１〜１００ＧＨｚである。周波数が０．１ＧＨｚ以上であれば、十分な出力を確保することができる。一方、周波数が１００ＧＨｚ以下であれば、被加熱物（前駆体）への電磁波の侵入深さが小さくなりすぎるおそれがない。なお、電磁波の周波数は装置によりほぼ一定であるが、上記範囲の周波数であれば、後述の他の条件を適宜調節することで、所望の正極活物質を得ることができる。
【００３２】
電磁波加熱における加熱保持温度は、特に制限されないが、好ましくは７００〜１０００℃であり、より好ましくは８００〜１０００℃である。加熱保持温度が７００℃以上であれば、反応（固体（＝前駆体粒子）間の固相反応）が良好に進行するしうる。一方、加熱保持温度が１０００℃以下であれば、原料成分の一部が揮発して、組成ずれが起こるおそれがない。なお、本明細書において、加熱保持温度は、電磁波を反射するように測温部をライニングした熱電対を、前駆体粉末中に挿入することにより測定できる。
【００３３】
電磁波加熱における保持時間は、特に制限されないが、好ましくは１０〜１０００分間であり、より好ましくは１５〜６００分間である。保持時間が１０分間以上であれば、十分に反応（固体（＝前駆体粒子）間の固相反応）が進行しうる。一方、保持時間が１０００分間以下であれば、生産性を極端に低下させるおそれもない。
【００３４】
電磁波照射の反応雰囲気は、酸素含有雰囲気であることが好ましく、具体的には、空気雰囲気、酸素雰囲気等が挙げられる。コスト等の観点から、反応雰囲気は、空気雰囲気であることが好ましい。なお、Ｎｉを含有する前駆体を使用する場合は、カチオンミキシングを除く観点から、反応雰囲気を酸素雰囲気とするのが望ましい。
【００３５】
本形態で使用される電磁波照射装置は、発振管としてマグネトロン、クライストロンを用いたマイクロ波照射装置や、発振管としてジャイロトロンを用いた高出力サブミリ波発生装置などが例示される。またこれら以外の装置であっても、上記周波数、加熱保持温度、保持時間、反応雰囲気を達成することができる装置であれば使用可能である。
【００３６】
上記電磁波照射装置の出力は、０．１〜１０００ｋＷの範囲であることが好ましい。電磁波照射装置の出力が０．１ｋＷ以上であれば、所望の加熱保持温度を維持でき、かつ適度な反応時間で反応を完結させることができる。一方、電磁波照射装置の出力が１０００ｋＷを超えると装置が非常に高価となってしまい、現実的でない。換言すると、１０００ｋＷ以下の装置であれば，比較的安価で現実的に調達可能である。
【００３７】
前駆体に電磁波を照射させる際は、（１）電磁波照射装置に前駆体のみを投入して電磁波を照射してもよいし、（２）焼成容器の中に前駆体を入れて、焼成容器ごと電磁波照射装置に設置して電磁波を照射してもよい。また、（２）の方法を採用する場合、（ｉ）坩堝のような焼成容器中で前駆体を静置させて電磁波を照射させてもよいし、（ｉｉ）ロータリーキルンのような可動式の焼成容器に前駆体を投入し、前駆体を流動させながら電磁波を照射してもよい。このうち、被加熱物（前駆体）の温度履歴を一定にし、より高純度の単相のリチウム遷移金属複合酸化物を得る観点から、（ｉｉ）の方法を採用することが好ましい。
【００３８】
また、上記焼成容器も電磁波を透過し、容器内の前駆体に電磁波を照射可能なものであれば特に制限はない。好ましくは、電磁波をある程度（例えば、照射した電磁波のうち、０を超えて２０％以下）吸収して、自身が穏やかに温度上昇する（例えば、２０〜３００℃／分）材料からなる焼成容器を用いることが好ましい。このような材料としては、アルミナ、ムライト（アルミナと二酸化ケイ素との複合化合物）、アルミナ−マグネシア質、マグネシア−マグネタイト質、さらには、これらと、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃａ等の酸化物との複合体もなどが利用可能である。また、耐火布（例えば、セラミック製織布（アルミノシリケートファイバー））のような布状のものを焼成容器として使用しても構わない。
【００３９】
［工程（Ｂ）］
次に、工程（Ｂ）において、工程（Ａ）で得られた反応物から、塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離する。本発明者らは、電磁波加熱によってリチウム遷移金属複合酸化物が生成する状況を注意深く観察したところ、反応生成物中には２種類の形態の物質が混在することを見出した。すなわち、前駆体粒子が凝集したような塊状の生成物と、塊状ではないそれ以外の生成物（本明細書では、「残留物」とも称する）である。当該残留物は、実際には、前駆体粒子がそのままの形状で残ったような粒子状の形態を有する。これらの組成を分析したところ、塊状の生成物は目的物であるリチウム遷移金属複合酸化物の単相で構成されていたが、粒子状の生成物は、未反応の前駆体や反応が完結していない中間体から構成されていることが判った。このように前駆体や中間体が残留物として残るのは、乾式法での電磁波加熱は湿式法での電磁波加熱よりも温度履歴が不均一になりやすいことが理由であると考えられる。なお、本明細書において、「塊状」とは、二次粒子が凝集体を形成している状態を意味する。ここで、二次粒子とは、一次粒子（単位粒子）が化学的な力または物理的な力（例えば、ファンデルワールス力）により複数個集合したものをいい、凝集体とは当該二次粒子が静電気力などの弱い力で接合して一定の形状をなすものをいう。一般に、凝集体は、溶媒（例えば、水やＮ−メチル−２−ピロリドン）などに入れて攪拌することにより解砕されて、二次粒子となる。よって、当該方法を用いることにより、塊状か否かを判定することが可能である。
【００４０】
本工程（Ｂ）において、塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離する方法は、特に制限されず、篩などを用いた通常の分級方法を制限なく採用することができる。分級に使用される篩も特に制限はないが、開口径が１００〜１０００μｍの範囲のものを使用することが好ましく、１００〜５００μｍの範囲のものを使用することがより好ましい。このような開口径を有する篩を使用することにより、効率よく塊状の生成物と残留物とを分離することができる。また、得られる塊状の生成物の粒径が比較的大きい場合は、ピンセットなどを用いて分離することも可能である。
【００４１】
［工程（Ｃ）］
次に、工程（Ｃ）において、前記工程（Ｂ）で分離した残留物に電磁波を照射する。これにより、残留物（工程（Ａ）における電磁波加熱により残った未反応の前駆体や反応が完結していない中間体）がリチウム遷移金属複合酸化物へと変換される。このように再度の電磁波加熱により、原料である前駆体をほぼ完全にリチウム遷移金属複合酸化物へと変換することができるため、高純度の正極活物質を高収率で得ることが可能となる。
【００４２】
工程（Ｃ）では、工程（Ｂ）で分離した残留物に対して電磁波を照射する限りにおいては、他の条件等は特に制限されない。例えば、（１）工程（Ｂ）で分離した残留物のみに電磁波を照射してもよいし、（２）工程（Ｂ）で分離した残留物に前駆体をさらに加えた後、電磁波を照射してもよい。（２）の方法によっても、単相のリチウム遷移金属複合酸化物を得ることができるため、より効率的に正極活物質を製造することができる。また、（２）の方法において残留物に追加する前駆体量が多いと、場合によって電磁波加熱によって、反応が完結していない残留物が再び生じる可能性がある。この場合は、再び工程（Ｂ）および（Ｃ）を行うことによって、十分な純度を有する正極活物質を得ることができる。さらには、工程（Ｃ）で（２）の方法を採用する場合は、その後、工程（Ｂ）および当該工程（Ｃ）のサイクルを繰り返す（すなわち、「残留物に前駆体を供給する→電磁波を照射する→塊状の生成物を回収する」というサイクルを繰り返す）こともまた好ましい。具体的には、工程（Ｂ）で分離した残留物に正極活物質前駆体をさらに加えた後、電磁波を照射する工程（Ｃ’）（すなわち、上述の工程（Ｃ）における（２）の方法）を行う。その後、得られた反応物から塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離すること；および、当該分離した残留物に正極活物質前駆体をさらに加えた後、電磁波を照射すること；を少なくとも１回以上行う工程（Ｃ’’）を行う。このような工程（Ｃ’’）を１回以上行うことにより、連続的に正極活物質を製造することが可能となる。
【００４３】
なお、電磁波加熱の条件、必要に応じて使用される焼成容器、前駆体などは、上記工程（Ａ）で説明したものと同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４４】
［工程（Ｄ）］
次に、工程（Ｄ）において、工程（Ｂ）で分離した生成物および工程（Ｃ）で得られた生成物を解砕する。当該工程により、塊状の生成物（凝集体）から本製造方法の最終生成物である正極活物質（二次粒子）が得られる。
【００４５】
本工程（Ｄ）において、工程（Ｃ）で得られた生成物を解砕する方法は、特に制限されず、公知の手法を適宜採用することができる。例えば、乳鉢、ボールミル、遊星ボールミル、ダイナミックミル、ビーズミル、ジェットミル、ハンマーミル、ディスクミル、ピンミルなどを用いることによって、容易に凝集体を二次粒子へと解砕することができる。
【００４６】
以上のように本形態に係る正極活物質の製造方法は、工程（Ａ）において正極活物質前駆体に電磁波を照射した後、工程（Ｂ）において得られた反応物から塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離し、工程（Ｃ）において当該残留物に再び電磁波を照射する点に特徴を有する。その後、工程（Ｄ）得られた生成物を解砕することによって正極活物質を得る。上述のように、本発明者らは、乾式法にて電磁波加熱を用いて正極活物質を製造する場合、反応生成物中に、未反応の前駆体や、反応が完結していない中間体が粒子状の形態で残留してしまうということを見出し、当該知見に基づき上記製造方法を完成させた。本製造方法によると、正極活物質前駆体をほぼ完全にリチウム遷移金属複合酸化物へと変換することができるため、高純度の正極活物質を提供することが可能となる。また、乾式法にて電磁波加熱を行うため、湿式法と比較して簡素な作業工程で、かつ効率よく正極活物質を製造することも可能となる。
【００４７】
＜正極活物質＞
また、本発明者らの検討によると、上記製造方法により得られた正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製したところ、従来の正極活物質を用いた場合と比較して、放電容量が有意に向上することが判明した。その原因について調査したところ、上記製造方法により得られる正極活物質は、従来の正極活物質とは異なる、所定の範囲の粒径およびＢＥＴ比表面積を有していることが判った。具体的には、一次粒子径が０．０５〜２μｍであり、二次粒子径が５μｍ以下であり、かつＢＥＴ比表面積が０．１〜１．０ｍ２／ｇであった。
【００４８】
このように粒径およびＢＥＴ比表面積が所定の範囲であることによりリチウムイオン二次電池の性能が向上するメカニズムは確かではないが、本発明者らは以下のように推測している。すなわち、一次粒子径および二次粒子径が上記範囲内であると、Ｌｉイオンのスムーズな挿入・脱離が維持されうる。また、ＢＥＴ比表面積が上記範囲内であると、電極からの正極活物質の脱離が生じにくくなる。このような理由により、リチウムイオン二次電池の放電容量が向上するものと考えられた。
【００４９】
したがって、かような優れた性能を有する正極活物質も、本発明の一形態として、本発明の技術的範囲に包含される。すなわち、本発明の他の一形態によると、一次粒子径が０．０５〜２μｍであり、二次粒子径が５μｍ以下であり、かつＢＥＴ比表面積が０．１〜１．０ｍ２／ｇである、正極活物質が提供される。なお、本明細書において、「一次粒子径」および「二次粒子径」は、粒子径の平均値ではなく、全粒子に対して９５質量％の粒子の粒度分布範囲を意味する。「一次粒子径」は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた観察により、各一次粒子の粒子径を測定することにより求められる。その際、一次粒子は必ずしも球形ではないため、定方向径を取ることにより一次粒子径として算出するものとする。また、「二次粒子径」は、レーザー回折式粒度分布装置を用いることにより求めることができる。
【００５０】
正極活物質の一次粒子径は、０．０５〜２μｍであり、好ましくは０．０５〜１μｍである。一次粒子径が０．０５μｍ未満であると、正極を製造する際に、導電性を付与するために添加する導電助剤の量が多くなりすぎてしまうため、好ましくない。また、一次粒子径が２μｍを超えると、電池容量が低下するおそれがある。
【００５１】
正極活物質の二次粒子径は、５μｍ以下である。二次粒子が５μｍを超えると、レート特性が悪化するおそれがある。一方、二次粒子径の下限値は特に制限されないが、正極を製造する際に、正極活物質と、導電助剤やバインダ等とを混合して作製するスラリーの粘度制御を容易にする観点から、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．２μｍ以上であることがより好ましい。
【００５２】
正極活物質のＢＥＴ比表面積は、０．１〜１．０ｍ２／ｇであり、好ましくは０．２〜０．６ｍ２／ｇである。ＢＥＴ比表面積が０．１ｍ２／ｇ未満であると、単位時間あたりの正極活物質表面からリチウムイオンの挿入・脱離可能な量が少なくなり、効率よく充放電をすることが難しくなるため好ましくない。一方、ＢＥＴ比表面積が１．０ｍ２／ｇを超えると、高温時に、正極活物質が電解液へ溶出しやすくなるため、好ましくない。また、ＢＥＴ比表面積が上記範囲内にあると、十分な導電パス、活物質−バインダ間の結着点を確保でき、電極からの正極活物質の剥離を防止できる、という効果も得られる。
【００５３】
また、本形態の正極活物質は、一次粒子が多面体非球状の形状を有している点にも特徴を有する。このように、正極活物質の一次粒子が多面体非球状である（好ましくは、一次粒子の９０％以上が多面体非球状である）と、正極活物質層内での正極活物質の結着性が向上し、正極から脱離しにくくなる。一次粒子が多面体非球状であるか否かは、ＳＥＭ観察により容易に判別することができる（後述の実施例、図２を参照）。
【００５４】
本形態の正極活物質を構成する材料は、特に制限されないが、リチウム遷移金属複合酸化物であることが好ましく、リチウム−マンガン複合酸化物（マンガン酸リチウム）であることがより好ましい。ここで、上述の正極活物質の製造方法において説明したように、リチウム−マンガン複合酸化物中のマンガンの一部は他の金属元素（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ）により置換されていてもよい。すなわち、本形態の正極活物質は、下記化学式１で表される組成式を有するリチウム−マンガン複合酸化物であることが好ましい。
【００５５】
【化１】
【００５６】
式中、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎからなる群から選択される１または２以上の元素を表す。正極活物質の性能をより向上させる観点から、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒからなる群から選択される少なくとも１または２以上の元素であることが好ましい。
【００５７】
式中、ｘは、−０．１＜ｘ＜０．１であり、好ましくは０．０１＜ｘ＜０．０６である。ｘが−０．１以下であると、カチオンミキシングや結晶歪みが生じる可能性が高くなり、高結晶質のスピネル型リチウム−マンガン複合酸化物が得られなくなるおそれがある。一方、ｘが０．１以上であると、結晶中にリチウムが入ることができずに、過剰のリチウムがリチウム化合物として存在する比率が多くなるため、好ましくない。
【００５８】
式中、ｙは、０≦ｙ＜１である（ただし、Ｍが２以上の元素を表す場合は、ｙは各元素の組成比の合計を表す）。ｙが１以上であると、インターカレーションに関与するＭｎが減少するために、充放電容量が減少するおそれがある。
【００５９】
式中、ｚは、０≦ｚ＜０．２であり、好ましくは０≦ｚ＜０．２である。ｚが０未満である（マイナスの）場合には、結晶中に過剰酸素が存在することにより、リチウムおよびマンガンが不足することになりサイクル耐久性が低下するおそれがある。一方、ｚが０．２以上であると、酸素欠損により、特に高温でのサイクル耐久性、保存特性に著しい影響が生じるおそれがある。
【００６０】
＜電気デバイス＞
上述の本形態の正極活物質は、放電特性に優れるため、様々な電気デバイスの好適に使用されうる。すなわち、本発明の一形態によると上記正極活物質を含む電気デバイスが提供される。電気デバイスは、正極活物質を要するものであれば特に制限はなく、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池、および電気二重層キャパシタなどが挙げられる。以下、電気デバイスの一例として、本形態の正極活物質を含む正極を具備したリチウムイオン二次電池について説明する。以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００６１】
図１に、本発明の一実施形態に係る積層型のリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した概略図を示す。本実施形態のリチウムイオン二次電池１０は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素１７が、電池外装材であるラミネートフィルム２２の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートフィルムを電池外装材として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素１７を収納し密封した構成を有している。
【００６２】
発電要素１７は、負極集電体１１の両面（発電要素の最下層用および最上層用は片面のみ）に負極活物質層１２が配置された負極と、電解質層１３と、正極集電体１４の両面に正極活物質層１５が配置された正極とを積層した構成を有している。具体的には、１つの負極活物質層１２とこれに隣接する正極活物質層１５とが、電解質層１３を介して対向するようにして、負極、電解質層１３、正極がこの順に積層されている。なお、正極活物質層１５は、上述の正極活物質を必須に含み、この他に正極活物質層１５に導電性を付与するための導電助剤や、バインダ等の添加材が必要に応じて含まれうる。
【００６３】
これにより、隣接する負極、電解質層１３および正極は、１つの単電池層１６を構成する。したがって、本実施形態のリチウムイオン二次電池１０は、単電池層１６が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層１６の外周には、隣接する負極集電体１１と正極集電体１４との間を絶縁するためのシール部（絶縁層）（図示せず）が設けられていてもよい。発電要素１７の両最外層に位置する最外層負極集電体１１ａには、いずれも片面のみに負極活物質層１２が配置されている。なお、負極および正極の配置を逆にすることで、発電要素１７の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面のみに正極活物質層が配置されているようにしてもよい。
【００６４】
負極集電体１１および正極集電体１４には、各電極（負極および正極）と導通される負極集電板（負極タブ）１８および正極集電板（正極タブ）１９がそれぞれ取り付けられている。そしてこれらが、ラミネートフィルム２２の端部に挟まれるようにラミネートフィルム２２の外部に導出される構造を有している。負極集電板（負極タブ）１８および正極集電板（正極タブ）１９は、必要に応じて負極端子リード２０および正極端子リード２１を介して、各電極の負極集電体１１および正極集電体１４に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。ただし、負極集電体１１が延長されて負極集電板（負極タブ）１８とされ、ラミネートフィルム２２から導出されていてもよい。同様に、正極集電体１４が延長されて正極集電板（正極タブ）１９とされ、同様に電池外装材２２から導出される構造としてもよい。
【００６５】
なお、リチウムイオン二次電池の他の形態としては、集電体の一方の面に負極活物質層が形成され、他方の面に正極活物質層が形成されてなる双極型電極が、電解質層を介して積層された双極型二次電池が挙げられる。上記積層型二次電池１０と双極型二次電池とは双方の電池内の電気的な接続形態（電極構造）が異なることを除いては、基本的には同様である。
【００６６】
以下、本形態に係るリチウムイオン二次電池を構成する部材について簡単に説明するが、下記の形態のみに制限されることはなく、従来公知の形態も同様に採用されうる。
【００６７】
［電極（正極および負極）］
正極および負極は、リチウムイオンの授受により電気エネルギーを生み出す機能を有する。正極は上述の正極活物質を必須に含み、負極は任意の負極活物質を含む。これらの電極構造は、積層型二次電池の場合、活物質を含む活物質層のみから構成されてもよいし、上記図１の形態のように集電体の表面に活物質を含む活物質層が形成されてなる構造であってもよい。一方、双極型二次電池の場合の電極（双極型電極）は、集電体の一方の面に正極活物質を含む正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質を含む負極活物質層が形成されてなる構造を有する。すなわち、集電体を介して正極（正極活物質層）および負極（負極活物質層）が一体化した形態を有する。なお、活物質層には、活物質以外にも必要に応じて導電助剤、バインダなどの添加剤が含まれうる。以下、正極活物質以外の部材について説明する。
【００６８】
（負極活物質）
負極活物質は、放電時にリチウムイオンを放出し、充電時にリチウムイオンを吸蔵できる組成を有する。負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、負極活物質の例としては、ＳｉやＳｎなどの金属、あるいはＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、もしくはＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｎＯ２などの金属酸化物、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４もしくはＬｉ７ＭｎＮなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Ｌｉ−Ｐｂ系合金、Ｌｉ−Ａｌ系合金、Ｌｉ、または天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが好ましく挙げられる。このうち、リチウムと合金化する元素を用いることにより、従来の炭素系材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。上記のリチウムと合金化する元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｈ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｃ、Ｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃｌ等が挙げられる。
【００６９】
上記活物質のうち、炭素材料、ならびに／またはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｉｎ、およびＺｎからなる群より選択される少なくとも１種以上の元素を含むことが好ましく、炭素材料、Ｓｉ、またはＳｎの元素を含むことがより好ましい。炭素材料のうち、リチウム対比放電電位が低い黒鉛を用いることがさらに好ましい。
【００７０】
上記負極活物質を負極として使用する際には、負極活物質を含む負極活物質層を板状に成形しそのまま負極としてもよいし、集電体の表面に上記負極活物質粒子を含む負極活物質層を形成して負極としてもよい。後者の形態における負極活物質粒子の平均粒子径は、特に制限されないが、負極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは１〜２０μｍである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、負極活物質が二次粒子である場合には該二次粒子を構成する一次粒子の平均粒子径が１０ｎｍ〜１μｍの範囲であるのが望ましいといえるが、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、負極活物質が凝集、塊状などにより二次粒子化したものでなくても良いことはいうまでもない。かかる負極活物質の粒径および一次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径を使用できる。なお、負極活物質粒子の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状（粉末状）、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。
【００７１】
（集電体）
集電体は導電性材料から構成され、その一方の面または両面に活物質層が配置される。集電体を構成する材料に特に制限はなく、例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された導電性を有する樹脂が採用されうる。
【００７２】
金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも導電性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス鋼、および銅が好ましい。
【００７３】
また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。
【００７４】
非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ；高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ））、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、およびポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。
【００７５】
上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限されないが、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＫからなる群から選択される少なくとも１種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限されないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、５〜３５質量％程度である。
【００７６】
集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はないが、通常は１〜１００μｍ程度である。
【００７７】
［導電助剤］
導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト等のカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ；登録商標）等の種々の炭素繊維、膨張黒鉛などが挙げられる。しかし、導電助剤がこれらに限定されないことはいうまでもない。
【００７８】
［バインダ］
バインダは、活物質層中の構成部材同士または活物質層と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で添加される。バインダとしては、特に制限されないが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリイミド、ＰＴＦＥ、ＳＢＲなどの合成ゴム系バインダ等が挙げられる。しかし、バインダがこれらに限定されないことはいうまでもない。
【００７９】
［電解質層］
電解質層は、正極と負極との間の空間的な隔壁（スペーサ）として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。
【００８０】
電解質層を構成する電解質に特に制限はなく、液体電解質、ならびに高分子ゲル電解質および高分子固体電解質などのポリマー電解質が適宜用いられうる。
【００８１】
液体電解質は、有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）などのカーボネート類が挙げられる。また、支持塩（リチウム塩）としては、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３などを用いることができる。
【００８２】
一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない高分子固体電解質に分類される。
【００８３】
ゲル電解質は、リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体などが挙げられる。かようなマトリックスポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。
【００８４】
なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィンやポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）等の炭化水素、ガラス繊維などからなる微多孔膜が挙げられる。
【００８５】
高分子固体電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩（リチウム塩）が溶解してなる構成を有し、有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が高分子固体電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。
【００８６】
高分子ゲル電解質や高分子固体電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発揮しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー（例えば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合などの重合処理を施せばよい。なお、上記電解質は、電極の活物質層中に含まれていてもよい。
【００８７】
［集電板（タブ）］
リチウムイオン二次電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、集電体に電気的に接続された集電板（タブ）が外装材であるラミネートフィルムの外部に取り出されている。
【００８８】
集電板を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板（正極タブ）と負極集電板（負極タブ）とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
【００８９】
［正極端子リードおよび負極端子リード］
図１に示す積層型二次電池１０においては、負極端子リード２０および正極端子リード２１をそれぞれ介して、集電体は集電板と電気的に接続されている。
【００９０】
負極および正極端子リードの材料は、公知の積層型二次電池で用いられるリードを用いることができる。なお、電池外装材から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品（例えば、自動車部品、特に電子機器等）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。
【００９１】
［外装材］
外装材としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができる。そのほか、図１に示すようなラミネートフィルム２２を外装材として用いて、発電要素１７をパックしてもよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる３層構造として構成されうる。このようなラミネートフィルムを用いることにより、外装材の開封、容量回復材の添加、外装材の再封止を容易に行うことができる。
【００９２】
このようにリチウムイオン二次電池に上述の正極活物質を用いることにより、高い放電容量、優れた耐久性を達成することが可能となる。したがって、本形態リチウムイオン二次電池は、高容量・高出力を要する電動車両等に好適に使用されうる。
【実施例】
【００９３】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるものではない。なお、特に明示しない限り、以下のマイクロ波加熱中の温度測定は、マイクロ波を反射するように測温部をライニングした熱電対を、粉末中に挿入することにより実施した。
【００９４】
［比較例１］
（１）正極活物質Ａ−２の作製
炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）と、酸化マンガン（ＭｎＯ２）とを、各金属元素のモル比がＬｉ：Ｍｎ＝１．０２：２．００となるよう秤量して、乾式混合および解砕を行なうことにより、混合原料物Ａ―１を得た。
【００９５】
混合原料物Ａ―１をムライト質焼成容器に入れて、焼成容器ごとマイクロ波加熱装置内に置いた。マイクロ波加熱条件は、周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：９００℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気、とした。マイクロ波加熱を終了して、室温（２５℃；以下同様）まで冷却した後、マイクロ波加熱装置より焼成容器を取り出した。焼成容器内部の様子を観察したところ、サンプル形態はほぼ塊状となっていたが、上端部および焼成容器に接していた部分は粉末状態であった。回収したサンプルを、全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ａ−２を得た。
【００９６】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ａ−２について、粉末Ｘ線回折の測定をした。測定には理学電機株式会社製のＳｍａｒｔＬａｂを使用し、以下の条件で行った。
測定角度範囲： ２θ＝１０°〜９０°
電圧・電流： ４５ｋＶ・２００ｍＡ
Ｘ線波長： ＣｕＫα
観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３と同定された。
【００９７】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ａ−２を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）をスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【００９８】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、以下の条件で、定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行った。
充電：充電電圧４．３Ｖ、充電時間８時間、充電電流密度０．２ｍＡ／ｃｍ２
放電：放電電圧３．０Ｖ、放電電流密度０．２ｍＡ／ｃｍ２
得られた初期放電容量は６８ｍＡｈ／ｇであった。
【００９９】
（５）粒子形態の観察
正極活物質Ａ−２の一次粒子、二次粒子の形態、粒子径を観察するために、株式会社日立製作所製の電界放射型走査電子顕微鏡（型式：Ｓ−４０００）を使用した。観察結果から、一次粒子は球状粒子と多面体非球状粒子が混在しており、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．０３〜１．５μｍ、０．８〜２０μｍの範囲内であった。
【０１００】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
正極活物質Ａ−２のＢＥＴ比表面積を、株式会社堀場製作所製のＢＥＴ比表面積測定装置（型式：ＳＡ−９６０１）により測定した（ＢＥＴ一点法）。正極活物質Ａ−２のＢＥＴ比表面積は、１．４ｍ２／ｇであった。
【０１０１】
[比較例２]
（１）正極活物質Ｃ−２の作製
上記比較例１に記載の混合原料物Ａ―１をムライト質焼成容器に入れて、焼成容器ごとマイクロ波加熱装置内に置いた。マイクロ波加熱条件は、周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：８００℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気、とした。マイクロ波加熱を終了して、室温まで冷却した後、マイクロ波加熱装置より焼成容器を取り出した。焼成容器内部の様子を観察したところ、サンプル形態はほぼ塊状となっていたが、上端部および焼成容器に接していた部分は粉末状態であった。回収したサンプルを、全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｃ−２を得た。
【０１０２】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｃ−２について、上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３と同定された。
【０１０３】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｃ−２を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１０４】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は３０ｍＡｈ／ｇであった。
【０１０５】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｃ−２を観察したところ、一次粒子は球状粒子と多面体非球状粒子が混在しており、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．０３〜１．５μｍ、０．８〜２０μｍの範囲内であった。
【０１０６】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｃ−２のＢＥＴ比表面積は、２２ｍ２／ｇであった。
【０１０７】
[比較例３]
（１）正極活物質Ｄ−２の作製
上記比較例１に記載の混合原料物Ａ―１をムライト質焼成容器に入れて、焼成容器ごとマイクロ波加熱装置内に置いた。マイクロ波加熱条件は、周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：８５０℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気、とした。マイクロ波加熱を終了して、室温まで冷却した後、マイクロ波加熱装置より焼成容器を取り出した。焼成容器内部の様子を観察したところ、サンプル形態はほぼ塊状となっていたが、上端部および焼成容器に接していた部分は粉末状態であった。回収したサンプルを、全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｄ−２を得た。
【０１０８】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｄ−２について、上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３と同定された。
【０１０９】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｄ−２を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１１０】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は４９ｍＡｈ／ｇであった。
【０１１１】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｄ−２を観察したところ、一次粒子は球状粒子と多面体非球状粒子が混在しており、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．０３〜１μｍ、０．７〜１０μｍの範囲内であった。
【０１１２】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｄ−２のＢＥＴ比表面積は、７ｍ２／ｇであった。
【０１１３】
[比較例４]
（１）正極活物質Ｅ−２の作製
上記比較例１に記載の混合原料物Ａ―１をムライト質焼成容器に入れて、焼成容器ごとマイクロ波加熱装置内に置いた。マイクロ波加熱条件は、周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：９５０℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気、とした。マイクロ波加熱を終了して、室温まで冷却した後、マイクロ波加熱装置より焼成容器を取り出した。焼成容器内部の様子を観察したところ、サンプル形態はほぼ塊状となっていたが、上端部および焼成容器に接していた部分は粉末状態であった。回収したサンプルを、全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｅ−２を得た。
【０１１４】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｅ−２について上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３と同定された。
【０１１５】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｅ−２を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１１６】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は８５ｍＡｈ／ｇであった。
【０１１７】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｅ−２を観察したところ、一次粒子は球状粒子と多面体非球状粒子が混在しており、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．０３〜１．５μｍ、１〜１５μｍの範囲内であった。
【０１１８】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｅ−２のＢＥＴ比表面積は、１．３ｍ２／ｇであった。
【０１１９】
[参考例１]
（１）正極活物質Ｈ−３の作製
上記比較例１の正極活物質Ａ−２の製造において、マイクロ波加熱終了後のサンプルから直径が５ｍｍ以上の塊状物（凝集体）をピンセットで回収した。当該塊状物の量は、マイクロ波加熱終了後のサンプルの総量に対し８０質量％であった。これを乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｈ−３を得た。
【０１２０】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｈ−３について、上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４のみと同定された。
【０１２１】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｈ−３を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製したＡｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１２２】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は９６ｍＡｈ／ｇであった。
【０１２３】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｈ−３を観察したところ、一次粒子は多面体非球状粒子のみが視認でき、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．３〜２μｍ、０．５〜３．５μｍの範囲内であった。
【０１２４】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｈ−３のＢＥＴ比表面積は、０．７５ｍ２／ｇであった。
【０１２５】
[実施例１]
（１）正極活物質Ｈ−５の作製
上記比較例１の正極活物質Ａ−２の製造において、マイクロ波加熱終了後のサンプルから直径が５ｍｍ以上の塊状物（凝集体）をピンセットで回収した。当該塊状物の量は、マイクロ波加熱終了後のサンプルの総量に対し８０質量％であった。塊状物を除いた残留物を再度ムライト質焼成容器に入れて、２回目のマイクロ波加熱に供した（周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：９００℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気）。２回目のマイクロ波加熱後のサンプルＨ−４および上述の１回目のマイクロ波加熱で得られた塊状物を全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｈ−５を得た。
【０１２６】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｈ−５について上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４のみと同定された。
【０１２７】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｈ−５を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１２８】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は９５ｍＡｈ／ｇであった。
【０１２９】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｈ−５を観察したところ、一次粒子は多面体非球状粒子のみが視認でき、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．４〜２μｍ、０．５〜４μｍの範囲内であった。また、当該正極活物質Ｈ−５の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図２に示す。
【０１３０】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｈ−５のＢＥＴ比表面積は、０．７４ｍ２／ｇであった。
【０１３１】
[実施例２]
（１）正極活物質Ｉ−５の作製
上記比較例１の正極活物質Ａ−２の製造において、マイクロ波加熱終了後のサンプルから直径が５ｍｍ以上の塊状物（凝集体）をピンセットで回収した。当該塊状物の量は、マイクロ波加熱終了後のサンプルの総量に対し８０質量％であった。塊状物を除いた残留物に、混合原料物Ａ−１を質量比で１：１となるよう追加し、乳鉢で混合攪拌した。これを再度ムライト質焼成容器に入れて、２回目のマイクロ波加熱に供した（周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：９００℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気）。２回目のマイクロ波加熱後のサンプルＩ−４および上述の１回目のマイクロ波加熱で得られた塊状物を全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｉ−５を得た。
【０１３２】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｉ−５について上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４のみと同定された。
【０１３３】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｉ−５を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１３４】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は９５ｍＡｈ／ｇであった。
【０１３５】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｉ−５を観察したところ、一次粒子は多面体非球状粒子のみが視認でき、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．３〜２μｍ、０．５〜４μｍの範囲内であった。
【０１３６】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｉ−５のＢＥＴ比表面積は、０．７４ｍ２／ｇであった。
【０１３７】
[実施例３]
（１）正極活物質Ｊ−５の作製
上記比較例１の正極活物質Ａ−２の製造において、マイクロ波加熱終了後のサンプルを開口径１００μｍの篩に通し、篩上に残った塊状物（凝集体）を回収した。当該塊状物の量は、マイクロ波加熱終了後のサンプルの総量に対し９０質量％であった。塊状物を除いた残留物を再度ムライト質焼成容器に入れて、２回目のマイクロ波加熱に供した（周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：９００℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気）。２回目のマイクロ波加熱後のサンプルＪ−４および上述の１回目のマイクロ波加熱で得られた塊状物を全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｊ−５を得た。
【０１３８】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｊ−５について上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４のみと同定された。
【０１３９】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｊ−５を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１４０】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は９７ｍＡｈ／ｇであった。
【０１４１】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｊ−５を観察したところ、一次粒子は多面体非球状粒子のみが視認でき、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．４〜２μｍ、０．５〜３μｍの範囲内であった。
【０１４２】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｊ−５のＢＥＴ比表面積は、０．７７ｍ２／ｇであった。
【０１４３】
下記表１に各例におけるマイクロ波加熱条件および正極活物質のＸ線回折測定結果を示す。なお、下記表１のＸ線回折測定結果において、○は化合物のピークが確認されたことを示す。
【０１４４】
【表１】
【０１４５】
また、下記表２に各例における初期放電容量、粒子径、およびＢＥＴ比表面積の結果を示す。
【０１４６】
【表２】
【０１４７】
表１に示すように、本形態の製造方法を用いて製造された実施例１〜３の正極活物質は、ＬｉＭｎ２Ｏ４の単相からなることが判った。また、表２に示すように、実施例１〜３の正極活物質は、いずれも粒子径のばらつきが小さく、またＢＥＴ比表面積が比較的小さいものであることが確認された。
【０１４８】
一方、焼成工程において電磁波加熱を１回のみ行った比較例１〜４の正極活物質は、ＬｉＭｎ２Ｏ４以外に、原料である未反応のＬｉ２ＣＯ３や、反応中間体であるＭｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３が検出され十分な純度を有していないことが判った。また、比較例１〜４の正極活物質は、実施例のものと比較して、一次粒子径、二次粒子径のばらつきが大きく、かつＢＥＴ比表面積が大きいことが確認された。
【０１４９】
さらに、表２の充放電試験の結果より、実施例１〜３の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池において、顕著な放電容量の向上が認められた。この放電容量向上効果は、実施例の正極活物質が所定の粒子径およびＢＥＴ比表面積を有することによる、リチウムイオンの挿入・脱離能の向上や、正極活物質の結着性の向上によって生じるものであると考えられた。
【符号の説明】
【０１５０】
１０ リチウムイオン二次電池、
１１ 負極集電体、
１１ａ 最外層負極集電体、
１２ 負極活物質層、
１３ 電解質層、
１４ 正極集電体、
１５ 正極活物質層、
１６ 単電池層、
１７ 発電要素、
１８ 負極集電板（負極タブ）、
１９ 正極集電板（正極タブ）、
２０ 負極端子リード、
２１ 正極端子リード、
２２ ラミネートフィルム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池やキャパシタなどの電気デバイスに用いられる正極活物質の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るリチウムイオン二次電池などのモータ駆動用電気デバイスの開発が盛んに行われている。
【０００３】
モータ駆動用電気デバイスとしては、携帯電話やノートパソコン等に使用される民生用電気デバイスと比較して極めて高い出力特性、および高いエネルギーを有することが求められている。したがって、全ての電気デバイスの中で比較的高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。
【０００４】
リチウムイオン二次電池は、一般に、正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質を含むセパレータを介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。正極活物質としては、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２等に代表されるリチウム遷移金属複合酸化物が用いられている。
【０００５】
なかでも、ＬｉＭｎ２Ｏ４やＬｉＭｎ２Ｏ４のＭｎの一部が他の金属で置換されたもの（これらを総称して「リチウム−マンガン複合酸化物」と称する）については、構成元素であるマンガンが資源として比較的豊富に存在する。そのためマンガン酸リチウムは、原料が安価でかつ入手しやすく、環境に対する負荷も少ないという利点を有する。
【０００６】
このような、リチウム遷移金属複合酸化物は、通常、前駆体（一例を挙げると、炭酸リチウムと遷移金属酸化物との混合物）を７００〜１０００℃程度の温度で焼成することによって得られる。そしてこの後、必要に応じて解砕工程などを経ることによって、正極活物質が製造される。
【０００７】
従来、前駆体の焼成に用いられる加熱装置としては、電気炉などが使用されていた。しかしながら、加熱に要するコスト等を削減する観点から、近年、加熱装置として電磁波照射装置を使用することが提案されている。例えば、特許文献１では、水などの溶媒中で前駆体を混合してゲル状混合物を形成し、当該ゲル状混合物を乾燥・焼成することによってマンガン酸リチウムを製造している。そして、この乾燥・焼成にマイクロ波加熱を導入することにより、より短時間でマンガン酸リチウムを製造することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１５２３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に記載された製造方法では、前駆体をゲル状とした後に焼成工程を行ういわゆる湿式法を採用している。しかしながら、作業工程の簡素化を考慮すれば、前駆体を固体のまま焼成し、固相反応によってリチウム遷移金属複合酸化物を得る、いわゆる乾式法の製造方法を採用することが望ましい。そこで、本発明者らは、固体状の前駆体に電磁波を照射することにより、焼成工程を行う方法を試みた。
【００１０】
しかしながら、当該方法によって得られたリチウム遷移金属複合酸化物は、純度が低いため、十分な放電容量を有していないことが判明した。リチウム遷移金属複合酸化物の純度が低いということは、前駆体の反応が完結しておらず、未反応物あるいは反応中間物が残存していることを意味する。
【００１１】
そこで、本発明は、乾式法での電磁波加熱を用いた正極活物質の製造方法において、高純度の正極活物質を得るための手段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】
【００１２】
本発明の正極活物質の製造方法は、正極活物質前駆体に電磁波を照射した後、得られた反応物から塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離し、当該残留物に再び電磁波を照射する点に特徴を有する。その後、得られた生成物を解砕することによって正極活物質を得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、乾式法での電磁波加熱を用いた正極活物質の製造方法において、高純度の正極活物質を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る積層型のリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した断面図である。
【図２】（１）は、正極活物質（二次粒子）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により拡大（倍率：１，０００倍）して観察した写真である。（２）は、（１）における粒子ＢをＳＥＭにより拡大（倍率：１０，０００倍）して観察した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい形態を説明する。本発明の一形態は、以下の４つの工程を必須とする正極活物質の製造方法に関する；
正極活物質前駆体に電磁波を照射する工程（以下、工程（Ａ）と称する）。
【００１６】
工程（Ａ）で得られた反応物から、塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離する工程（以下、工程（Ｂ）と称する）。
【００１７】
工程（Ｂ）で分離した残留物に電磁波を照射する工程（以下、工程（Ｃ）と称する）。
【００１８】
工程（Ｂ）で分離した生成物および工程（Ｃ）で得られた生成物を解砕する工程（以下、工程（Ｄ）と称する）。
【００１９】
本形態の製造方法により、乾式法での電磁波加熱を用いた正極活物質の製造方法であっても、高純度の正極活物質を得ることができる。これにより、湿式法での電磁波加熱や焼成工程に電気炉を用いる従来の方法と比較して、作業工程の簡素化および製造コストの削減を達成することができる。以下、本形態の製造方法を工程順に詳細に説明する。
【００２０】
＜正極活物質の製造方法＞
［工程Ａ］
本形態の正極活物質の製造方法では、まず工程（Ａ）として、正極活物質前駆体に電磁波を照射することにより正極活物質前駆体を加熱する。本明細書では、電磁波を照射することによる加熱を、単に「電磁波加熱」とも称する。以下、本工程における、正極活物質前駆体および電磁波加熱について詳細に説明する。
【００２１】
（正極活物質前駆体）
正極活物質前駆体（以下、単に「前駆体」とも称する）は、電磁波加熱によって正極活物質としての機能を有する化合物を生成する物質である。より詳しくは、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム遷移金属リン酸化合物、リチウム遷移金属硫酸化合物などの原料となる、リチウム金属化合物および遷移金属化合物などが正極活物質前駆体として挙げられる。以下、本明細書では、リチウム遷移金属複合酸化物から構成される正極活物質を製造する場合について主に説明する。
【００２２】
リチウム遷移金属複合酸化物としては、リチウム−マンガン複合酸化物（マンガン酸リチウム）、リチウム−ニッケル複合酸化物、リチウム−コバルト複合酸化物、リチウム−鉄複合酸化物、リチウム−ニッケル−コバルト複合酸化物、リチウム−マンガン−コバルト複合酸化物、リチウム−ニッケル−マンガン−コバルト複合酸化物などが例示される。また、これらの化合物中の遷移元素の一部は他の金属元素により置換されていてもよい。その場合の他の元素としては、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎなどが挙げられ、好ましくは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒが挙げられる。ただし、上記他の元素として、元の複合酸化物に含まれる遷移金属元素は除かれる。例えば、リチウム−マンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４）において、一部のＭｎは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎからなる群から選択される１または２以上の元素で置換されていてもよい。
【００２３】
これらのリチウム遷移金属複合酸化物の前駆体としては、リチウム遷移金属複合酸化物に含有されている金属元素を有する化合物、例えば、当該金属元素の硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。
【００２４】
具体的には、Ｌｉ化合物としては、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ（ＯＨ）、ＬｉＮＯ３、ＣＨ３ＣＯＯＬｉ、Ｌｉ２Ｏ等を用いることができ、好ましくは吸湿性が低い点でＬｉ２ＣＯ３を用いる。これらのＬｉ化合物は１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また、これらのＬｉ化合物は水和物の形態で使用してもよい。
【００２５】
また、Ｍｎ化合物としては、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｍｎ３Ｏ４等のマンガン酸化物、ＭｎＳＯ４、ＭｎＣＯ３、Ｍｎ（ＮＯ３）２、（ＣＨ３ＣＯＯ）２Ｍｎ等を用いることができ、好ましくは経済性の面からＭｎＯ２を用いる。これらのＭｎ化合物は１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また、これらのＭｎ化合物は水和物の形態で使用してもよい。
【００２６】
上記前駆体の組み合わせは、特に制限されず、電磁波加熱に好適な誘電特性（磁性特性、導電特性）を有するものであればよい。Ｌｉ化合物とＭｎ化合物との好ましい組み合わせとしては、酸化リチウムおよび酸化マンガン（ＩＶ）；炭酸リチウムおよび酸化マンガン（ＩＶ）；水酸化リチウム（無水または一水和物）および酸化マンガン（ＩＶ）；硝酸リチウムおよび酸化マンガン（ＩＶ）；酸化リチウムおよび炭酸マンガン；炭酸リチウムおよび炭酸マンガン；水酸化リチウム（無水または一水和物）および炭酸マンガン；硝酸リチウムおよび炭酸マンガン；酸化リチウムおよび酸化マンガン（ＩＩＩ）；炭酸リチウムおよび酸化マンガン（ＩＩＩ）；水酸化リチウム（無水または一水和物）および酸化マンガン（ＩＩＩ）；硝酸リチウムおよび酸化マンガン（ＩＩＩ）；酸化リチウムおよび酸化マンガン（ＩＩ、ＩＩＩ）；炭酸リチウムおよび酸化マンガン（ＩＩ、ＩＩＩ）；水酸化リチウム（無水または一水和物）および酸化マンガン（ＩＩ、ＩＩＩ）；硝酸リチウムおよび酸化マンガン（ＩＩ、ＩＩＩ）などを例示することができる。
【００２７】
これらの各前駆体の形状は特に制限はないが、一般的には粒状の状態で入手および使用されうる。各前駆体の粒子径も特に制限はないが、好ましくは０．０１〜２μｍの範囲である。粒子径が０．０１μｍ以上であると、各前駆体を十分な混合状態とすることが容易である。一方、粒子径が２μｍ以下であると、焼成によりリチウム遷移金属複合酸化物粒子の粒子径が２μｍを超え、正極活物質の性能が低下するのを防ぐことができる。なお、ここでいう前駆体の粒子径は、平均粒子径を意味し、水溶液を分散媒としたレーザー回折式粒度分布測定装置により測定することができる。
【００２８】
これらの前駆体は、複合酸化物における結晶をより均一なものとするために、所望のリチウム遷移金属複合酸化物の組成にしたがって所定量秤量し、十分に混合して混合物とした後、電磁波加熱に供されることが好ましい。
【００２９】
また、前駆体は、混合後、さらに造粒を経て、電磁波加熱に供されることもまた好ましい。予め造粒することにより、前駆体中の空隙を低減させ、空隙に存在している空気によって熱伝導が阻害されるのを防ぐことかできる。前駆体混合物の造粒方法は特に制限はなく、公知の方法を適宜参照することにより行うことができる。一例を挙げると、粉末状の前駆体混合物を造粒装置に投入し、圧縮することによりペレット状等に造粒された前駆体混合物を調製することができる。また、前駆体混合物に少量の溶媒（例えば、エタノール）を滴下して、乳鉢でよく混練することにより造粒を行ってもよい。さらに、他の方法として、所定量秤量した前駆体と溶媒とを混合して混合物スラリーを調製し、当該混合物スラリーをスプレードライ法（噴霧造粒法）により造粒する方法を採用してもよい。
【００３０】
（電磁波加熱）
上記のように正極活物質前駆体を準備した後、当該前駆体に電磁波を照射する。本形態の製造方法は、従来の、ペースト、ゲル状物質、ゲル状混合物、混合溶液の状態で電磁波照射を行う湿式法とは異なり、固形物である前駆体にそのまま電磁波を照射する、いわゆる乾式法である点に特徴を有する。前駆体は、電磁波を照射されることにより加熱され、固相反応によりリチウム遷移金属複合酸化物へと変換される。以下、電磁波加熱の好ましい条件（電磁波の周波数、加熱保持温度、保持時間、反応雰囲気、出力など）について説明する。
【００３１】
上記電磁波の周波数は、特に制限はないが、好ましくは０．１〜１００ＧＨｚである。周波数が０．１ＧＨｚ以上であれば、十分な出力を確保することができる。一方、周波数が１００ＧＨｚ以下であれば、被加熱物（前駆体）への電磁波の侵入深さが小さくなりすぎるおそれがない。なお、電磁波の周波数は装置によりほぼ一定であるが、上記範囲の周波数であれば、後述の他の条件を適宜調節することで、所望の正極活物質を得ることができる。
【００３２】
電磁波加熱における加熱保持温度は、特に制限されないが、好ましくは７００〜１０００℃であり、より好ましくは８００〜１０００℃である。加熱保持温度が７００℃以上であれば、反応（固体（＝前駆体粒子）間の固相反応）が良好に進行するしうる。一方、加熱保持温度が１０００℃以下であれば、原料成分の一部が揮発して、組成ずれが起こるおそれがない。なお、本明細書において、加熱保持温度は、電磁波を反射するように測温部をライニングした熱電対を、前駆体粉末中に挿入することにより測定できる。
【００３３】
電磁波加熱における保持時間は、特に制限されないが、好ましくは１０〜１０００分間であり、より好ましくは１５〜６００分間である。保持時間が１０分間以上であれば、十分に反応（固体（＝前駆体粒子）間の固相反応）が進行しうる。一方、保持時間が１０００分間以下であれば、生産性を極端に低下させるおそれもない。
【００３４】
電磁波照射の反応雰囲気は、酸素含有雰囲気であることが好ましく、具体的には、空気雰囲気、酸素雰囲気等が挙げられる。コスト等の観点から、反応雰囲気は、空気雰囲気であることが好ましい。なお、Ｎｉを含有する前駆体を使用する場合は、カチオンミキシングを除く観点から、反応雰囲気を酸素雰囲気とするのが望ましい。
【００３５】
本形態で使用される電磁波照射装置は、発振管としてマグネトロン、クライストロンを用いたマイクロ波照射装置や、発振管としてジャイロトロンを用いた高出力サブミリ波発生装置などが例示される。またこれら以外の装置であっても、上記周波数、加熱保持温度、保持時間、反応雰囲気を達成することができる装置であれば使用可能である。
【００３６】
上記電磁波照射装置の出力は、０．１〜１０００ｋＷの範囲であることが好ましい。電磁波照射装置の出力が０．１ｋＷ以上であれば、所望の加熱保持温度を維持でき、かつ適度な反応時間で反応を完結させることができる。一方、電磁波照射装置の出力が１０００ｋＷを超えると装置が非常に高価となってしまい、現実的でない。換言すると、１０００ｋＷ以下の装置であれば，比較的安価で現実的に調達可能である。
【００３７】
前駆体に電磁波を照射させる際は、（１）電磁波照射装置に前駆体のみを投入して電磁波を照射してもよいし、（２）焼成容器の中に前駆体を入れて、焼成容器ごと電磁波照射装置に設置して電磁波を照射してもよい。また、（２）の方法を採用する場合、（ｉ）坩堝のような焼成容器中で前駆体を静置させて電磁波を照射させてもよいし、（ｉｉ）ロータリーキルンのような可動式の焼成容器に前駆体を投入し、前駆体を流動させながら電磁波を照射してもよい。このうち、被加熱物（前駆体）の温度履歴を一定にし、より高純度の単相のリチウム遷移金属複合酸化物を得る観点から、（ｉｉ）の方法を採用することが好ましい。
【００３８】
また、上記焼成容器も電磁波を透過し、容器内の前駆体に電磁波を照射可能なものであれば特に制限はない。好ましくは、電磁波をある程度（例えば、照射した電磁波のうち、０を超えて２０％以下）吸収して、自身が穏やかに温度上昇する（例えば、２０〜３００℃／分）材料からなる焼成容器を用いることが好ましい。このような材料としては、アルミナ、ムライト（アルミナと二酸化ケイ素との複合化合物）、アルミナ−マグネシア質、マグネシア−マグネタイト質、さらには、これらと、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃａ等の酸化物との複合体もなどが利用可能である。また、耐火布（例えば、セラミック製織布（アルミノシリケートファイバー））のような布状のものを焼成容器として使用しても構わない。
【００３９】
［工程（Ｂ）］
次に、工程（Ｂ）において、工程（Ａ）で得られた反応物から、塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離する。本発明者らは、電磁波加熱によってリチウム遷移金属複合酸化物が生成する状況を注意深く観察したところ、反応生成物中には２種類の形態の物質が混在することを見出した。すなわち、前駆体粒子が凝集したような塊状の生成物と、塊状ではないそれ以外の生成物（本明細書では、「残留物」とも称する）である。当該残留物は、実際には、前駆体粒子がそのままの形状で残ったような粒子状の形態を有する。これらの組成を分析したところ、塊状の生成物は目的物であるリチウム遷移金属複合酸化物の単相で構成されていたが、粒子状の生成物は、未反応の前駆体や反応が完結していない中間体から構成されていることが判った。このように前駆体や中間体が残留物として残るのは、乾式法での電磁波加熱は湿式法での電磁波加熱よりも温度履歴が不均一になりやすいことが理由であると考えられる。なお、本明細書において、「塊状」とは、二次粒子が凝集体を形成している状態を意味する。ここで、二次粒子とは、一次粒子（単位粒子）が化学的な力または物理的な力（例えば、ファンデルワールス力）により複数個集合したものをいい、凝集体とは当該二次粒子が静電気力などの弱い力で接合して一定の形状をなすものをいう。一般に、凝集体は、溶媒（例えば、水やＮ−メチル−２−ピロリドン）などに入れて攪拌することにより解砕されて、二次粒子となる。よって、当該方法を用いることにより、塊状か否かを判定することが可能である。
【００４０】
本工程（Ｂ）において、塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離する方法は、特に制限されず、篩などを用いた通常の分級方法を制限なく採用することができる。分級に使用される篩も特に制限はないが、開口径が１００〜１０００μｍの範囲のものを使用することが好ましく、１００〜５００μｍの範囲のものを使用することがより好ましい。このような開口径を有する篩を使用することにより、効率よく塊状の生成物と残留物とを分離することができる。また、得られる塊状の生成物の粒径が比較的大きい場合は、ピンセットなどを用いて分離することも可能である。
【００４１】
［工程（Ｃ）］
次に、工程（Ｃ）において、前記工程（Ｂ）で分離した残留物に電磁波を照射する。これにより、残留物（工程（Ａ）における電磁波加熱により残った未反応の前駆体や反応が完結していない中間体）がリチウム遷移金属複合酸化物へと変換される。このように再度の電磁波加熱により、原料である前駆体をほぼ完全にリチウム遷移金属複合酸化物へと変換することができるため、高純度の正極活物質を高収率で得ることが可能となる。
【００４２】
工程（Ｃ）では、工程（Ｂ）で分離した残留物に対して電磁波を照射する限りにおいては、他の条件等は特に制限されない。例えば、（１）工程（Ｂ）で分離した残留物のみに電磁波を照射してもよいし、（２）工程（Ｂ）で分離した残留物に前駆体をさらに加えた後、電磁波を照射してもよい。（２）の方法によっても、単相のリチウム遷移金属複合酸化物を得ることができるため、より効率的に正極活物質を製造することができる。また、（２）の方法において残留物に追加する前駆体量が多いと、場合によって電磁波加熱によって、反応が完結していない残留物が再び生じる可能性がある。この場合は、再び工程（Ｂ）および（Ｃ）を行うことによって、十分な純度を有する正極活物質を得ることができる。さらには、工程（Ｃ）で（２）の方法を採用する場合は、その後、工程（Ｂ）および当該工程（Ｃ）のサイクルを繰り返す（すなわち、「残留物に前駆体を供給する→電磁波を照射する→塊状の生成物を回収する」というサイクルを繰り返す）こともまた好ましい。具体的には、工程（Ｂ）で分離した残留物に正極活物質前駆体をさらに加えた後、電磁波を照射する工程（Ｃ’）（すなわち、上述の工程（Ｃ）における（２）の方法）を行う。その後、得られた反応物から塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離すること；および、当該分離した残留物に正極活物質前駆体をさらに加えた後、電磁波を照射すること；を少なくとも１回以上行う工程（Ｃ’’）を行う。このような工程（Ｃ’’）を１回以上行うことにより、連続的に正極活物質を製造することが可能となる。
【００４３】
なお、電磁波加熱の条件、必要に応じて使用される焼成容器、前駆体などは、上記工程（Ａ）で説明したものと同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４４】
［工程（Ｄ）］
次に、工程（Ｄ）において、工程（Ｂ）で分離した生成物および工程（Ｃ）で得られた生成物を解砕する。当該工程により、塊状の生成物（凝集体）から本製造方法の最終生成物である正極活物質（二次粒子）が得られる。
【００４５】
本工程（Ｄ）において、工程（Ｃ）で得られた生成物を解砕する方法は、特に制限されず、公知の手法を適宜採用することができる。例えば、乳鉢、ボールミル、遊星ボールミル、ダイナミックミル、ビーズミル、ジェットミル、ハンマーミル、ディスクミル、ピンミルなどを用いることによって、容易に凝集体を二次粒子へと解砕することができる。
【００４６】
以上のように本形態に係る正極活物質の製造方法は、工程（Ａ）において正極活物質前駆体に電磁波を照射した後、工程（Ｂ）において得られた反応物から塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離し、工程（Ｃ）において当該残留物に再び電磁波を照射する点に特徴を有する。その後、工程（Ｄ）得られた生成物を解砕することによって正極活物質を得る。上述のように、本発明者らは、乾式法にて電磁波加熱を用いて正極活物質を製造する場合、反応生成物中に、未反応の前駆体や、反応が完結していない中間体が粒子状の形態で残留してしまうということを見出し、当該知見に基づき上記製造方法を完成させた。本製造方法によると、正極活物質前駆体をほぼ完全にリチウム遷移金属複合酸化物へと変換することができるため、高純度の正極活物質を提供することが可能となる。また、乾式法にて電磁波加熱を行うため、湿式法と比較して簡素な作業工程で、かつ効率よく正極活物質を製造することも可能となる。
【００４７】
＜正極活物質＞
また、本発明者らの検討によると、上記製造方法により得られた正極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を作製したところ、従来の正極活物質を用いた場合と比較して、放電容量が有意に向上することが判明した。その原因について調査したところ、上記製造方法により得られる正極活物質は、従来の正極活物質とは異なる、所定の範囲の粒径およびＢＥＴ比表面積を有していることが判った。具体的には、一次粒子径が０．０５〜２μｍであり、二次粒子径が５μｍ以下であり、かつＢＥＴ比表面積が０．１〜１．０ｍ２／ｇであった。
【００４８】
このように粒径およびＢＥＴ比表面積が所定の範囲であることによりリチウムイオン二次電池の性能が向上するメカニズムは確かではないが、本発明者らは以下のように推測している。すなわち、一次粒子径および二次粒子径が上記範囲内であると、Ｌｉイオンのスムーズな挿入・脱離が維持されうる。また、ＢＥＴ比表面積が上記範囲内であると、電極からの正極活物質の脱離が生じにくくなる。このような理由により、リチウムイオン二次電池の放電容量が向上するものと考えられた。
【００４９】
したがって、かような優れた性能を有する正極活物質も、本発明の一形態として、本発明の技術的範囲に包含される。すなわち、本発明の他の一形態によると、一次粒子径が０．０５〜２μｍであり、二次粒子径が５μｍ以下であり、かつＢＥＴ比表面積が０．１〜１．０ｍ２／ｇである、正極活物質が提供される。なお、本明細書において、「一次粒子径」および「二次粒子径」は、粒子径の平均値ではなく、全粒子に対して９５質量％の粒子の粒度分布範囲を意味する。「一次粒子径」は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた観察により、各一次粒子の粒子径を測定することにより求められる。その際、一次粒子は必ずしも球形ではないため、定方向径を取ることにより一次粒子径として算出するものとする。また、「二次粒子径」は、レーザー回折式粒度分布装置を用いることにより求めることができる。
【００５０】
正極活物質の一次粒子径は、０．０５〜２μｍであり、好ましくは０．０５〜１μｍである。一次粒子径が０．０５μｍ未満であると、正極を製造する際に、導電性を付与するために添加する導電助剤の量が多くなりすぎてしまうため、好ましくない。また、一次粒子径が２μｍを超えると、電池容量が低下するおそれがある。
【００５１】
正極活物質の二次粒子径は、５μｍ以下である。二次粒子が５μｍを超えると、レート特性が悪化するおそれがある。一方、二次粒子径の下限値は特に制限されないが、正極を製造する際に、正極活物質と、導電助剤やバインダ等とを混合して作製するスラリーの粘度制御を容易にする観点から、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．２μｍ以上であることがより好ましい。
【００５２】
正極活物質のＢＥＴ比表面積は、０．１〜１．０ｍ２／ｇであり、好ましくは０．２〜０．６ｍ２／ｇである。ＢＥＴ比表面積が０．１ｍ２／ｇ未満であると、単位時間あたりの正極活物質表面からリチウムイオンの挿入・脱離可能な量が少なくなり、効率よく充放電をすることが難しくなるため好ましくない。一方、ＢＥＴ比表面積が１．０ｍ２／ｇを超えると、高温時に、正極活物質が電解液へ溶出しやすくなるため、好ましくない。また、ＢＥＴ比表面積が上記範囲内にあると、十分な導電パス、活物質−バインダ間の結着点を確保でき、電極からの正極活物質の剥離を防止できる、という効果も得られる。
【００５３】
また、本形態の正極活物質は、一次粒子が多面体非球状の形状を有している点にも特徴を有する。このように、正極活物質の一次粒子が多面体非球状である（好ましくは、一次粒子の９０％以上が多面体非球状である）と、正極活物質層内での正極活物質の結着性が向上し、正極から脱離しにくくなる。一次粒子が多面体非球状であるか否かは、ＳＥＭ観察により容易に判別することができる（後述の実施例、図２を参照）。
【００５４】
本形態の正極活物質を構成する材料は、特に制限されないが、リチウム遷移金属複合酸化物であることが好ましく、リチウム−マンガン複合酸化物（マンガン酸リチウム）であることがより好ましい。ここで、上述の正極活物質の製造方法において説明したように、リチウム−マンガン複合酸化物中のマンガンの一部は他の金属元素（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ）により置換されていてもよい。すなわち、本形態の正極活物質は、下記化学式１で表される組成式を有するリチウム−マンガン複合酸化物であることが好ましい。
【００５５】
【化１】
【００５６】
式中、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎからなる群から選択される１または２以上の元素を表す。正極活物質の性能をより向上させる観点から、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒからなる群から選択される少なくとも１または２以上の元素であることが好ましい。
【００５７】
式中、ｘは、−０．１＜ｘ＜０．１であり、好ましくは０．０１＜ｘ＜０．０６である。ｘが−０．１以下であると、カチオンミキシングや結晶歪みが生じる可能性が高くなり、高結晶質のスピネル型リチウム−マンガン複合酸化物が得られなくなるおそれがある。一方、ｘが０．１以上であると、結晶中にリチウムが入ることができずに、過剰のリチウムがリチウム化合物として存在する比率が多くなるため、好ましくない。
【００５８】
式中、ｙは、０≦ｙ＜１である（ただし、Ｍが２以上の元素を表す場合は、ｙは各元素の組成比の合計を表す）。ｙが１以上であると、インターカレーションに関与するＭｎが減少するために、充放電容量が減少するおそれがある。
【００５９】
式中、ｚは、０≦ｚ＜０．２であり、好ましくは０≦ｚ＜０．２である。ｚが０未満である（マイナスの）場合には、結晶中に過剰酸素が存在することにより、リチウムおよびマンガンが不足することになりサイクル耐久性が低下するおそれがある。一方、ｚが０．２以上であると、酸素欠損により、特に高温でのサイクル耐久性、保存特性に著しい影響が生じるおそれがある。
【００６０】
＜電気デバイス＞
上述の本形態の正極活物質は、放電特性に優れるため、様々な電気デバイスの好適に使用されうる。すなわち、本発明の一形態によると上記正極活物質を含む電気デバイスが提供される。電気デバイスは、正極活物質を要するものであれば特に制限はなく、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池、および電気二重層キャパシタなどが挙げられる。以下、電気デバイスの一例として、本形態の正極活物質を含む正極を具備したリチウムイオン二次電池について説明する。以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００６１】
図１に、本発明の一実施形態に係る積層型のリチウムイオン二次電池の全体構造を模式的に表した概略図を示す。本実施形態のリチウムイオン二次電池１０は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素１７が、電池外装材であるラミネートフィルム２２の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートフィルムを電池外装材として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素１７を収納し密封した構成を有している。
【００６２】
発電要素１７は、負極集電体１１の両面（発電要素の最下層用および最上層用は片面のみ）に負極活物質層１２が配置された負極と、電解質層１３と、正極集電体１４の両面に正極活物質層１５が配置された正極とを積層した構成を有している。具体的には、１つの負極活物質層１２とこれに隣接する正極活物質層１５とが、電解質層１３を介して対向するようにして、負極、電解質層１３、正極がこの順に積層されている。なお、正極活物質層１５は、上述の正極活物質を必須に含み、この他に正極活物質層１５に導電性を付与するための導電助剤や、バインダ等の添加材が必要に応じて含まれうる。
【００６３】
これにより、隣接する負極、電解質層１３および正極は、１つの単電池層１６を構成する。したがって、本実施形態のリチウムイオン二次電池１０は、単電池層１６が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。また、単電池層１６の外周には、隣接する負極集電体１１と正極集電体１４との間を絶縁するためのシール部（絶縁層）（図示せず）が設けられていてもよい。発電要素１７の両最外層に位置する最外層負極集電体１１ａには、いずれも片面のみに負極活物質層１２が配置されている。なお、負極および正極の配置を逆にすることで、発電要素１７の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面のみに正極活物質層が配置されているようにしてもよい。
【００６４】
負極集電体１１および正極集電体１４には、各電極（負極および正極）と導通される負極集電板（負極タブ）１８および正極集電板（正極タブ）１９がそれぞれ取り付けられている。そしてこれらが、ラミネートフィルム２２の端部に挟まれるようにラミネートフィルム２２の外部に導出される構造を有している。負極集電板（負極タブ）１８および正極集電板（正極タブ）１９は、必要に応じて負極端子リード２０および正極端子リード２１を介して、各電極の負極集電体１１および正極集電体１４に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。ただし、負極集電体１１が延長されて負極集電板（負極タブ）１８とされ、ラミネートフィルム２２から導出されていてもよい。同様に、正極集電体１４が延長されて正極集電板（正極タブ）１９とされ、同様に電池外装材２２から導出される構造としてもよい。
【００６５】
なお、リチウムイオン二次電池の他の形態としては、集電体の一方の面に負極活物質層が形成され、他方の面に正極活物質層が形成されてなる双極型電極が、電解質層を介して積層された双極型二次電池が挙げられる。上記積層型二次電池１０と双極型二次電池とは双方の電池内の電気的な接続形態（電極構造）が異なることを除いては、基本的には同様である。
【００６６】
以下、本形態に係るリチウムイオン二次電池を構成する部材について簡単に説明するが、下記の形態のみに制限されることはなく、従来公知の形態も同様に採用されうる。
【００６７】
［電極（正極および負極）］
正極および負極は、リチウムイオンの授受により電気エネルギーを生み出す機能を有する。正極は上述の正極活物質を必須に含み、負極は任意の負極活物質を含む。これらの電極構造は、積層型二次電池の場合、活物質を含む活物質層のみから構成されてもよいし、上記図１の形態のように集電体の表面に活物質を含む活物質層が形成されてなる構造であってもよい。一方、双極型二次電池の場合の電極（双極型電極）は、集電体の一方の面に正極活物質を含む正極活物質層が形成され、他方の面に負極活物質を含む負極活物質層が形成されてなる構造を有する。すなわち、集電体を介して正極（正極活物質層）および負極（負極活物質層）が一体化した形態を有する。なお、活物質層には、活物質以外にも必要に応じて導電助剤、バインダなどの添加剤が含まれうる。以下、正極活物質以外の部材について説明する。
【００６８】
（負極活物質）
負極活物質は、放電時にリチウムイオンを放出し、充電時にリチウムイオンを吸蔵できる組成を有する。負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、負極活物質の例としては、ＳｉやＳｎなどの金属、あるいはＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、もしくはＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｎＯ２などの金属酸化物、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４もしくはＬｉ７ＭｎＮなどのリチウムと遷移金属との複合酸化物、Ｌｉ−Ｐｂ系合金、Ｌｉ−Ａｌ系合金、Ｌｉ、または天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが好ましく挙げられる。このうち、リチウムと合金化する元素を用いることにより、従来の炭素系材料に比べて高いエネルギー密度を有する高容量および優れた出力特性の電池を得ることが可能となる。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。上記のリチウムと合金化する元素としては、以下に制限されることはないが、具体的には、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｈ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｇａ、Ｔｌ、Ｃ、Ｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃｌ等が挙げられる。
【００６９】
上記活物質のうち、炭素材料、ならびに／またはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｉｎ、およびＺｎからなる群より選択される少なくとも１種以上の元素を含むことが好ましく、炭素材料、Ｓｉ、またはＳｎの元素を含むことがより好ましい。炭素材料のうち、リチウム対比放電電位が低い黒鉛を用いることがさらに好ましい。
【００７０】
上記負極活物質を負極として使用する際には、負極活物質を含む負極活物質層を板状に成形しそのまま負極としてもよいし、集電体の表面に上記負極活物質粒子を含む負極活物質層を形成して負極としてもよい。後者の形態における負極活物質粒子の平均粒子径は、特に制限されないが、負極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは１〜２０μｍである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、負極活物質が二次粒子である場合には該二次粒子を構成する一次粒子の平均粒子径が１０ｎｍ〜１μｍの範囲であるのが望ましいといえるが、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、負極活物質が凝集、塊状などにより二次粒子化したものでなくても良いことはいうまでもない。かかる負極活物質の粒径および一次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径を使用できる。なお、負極活物質粒子の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状（粉末状）、板状、針状、柱状、角状などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性などの電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。
【００７１】
（集電体）
集電体は導電性材料から構成され、その一方の面または両面に活物質層が配置される。集電体を構成する材料に特に制限はなく、例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された導電性を有する樹脂が採用されうる。
【００７２】
金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも導電性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス鋼、および銅が好ましい。
【００７３】
また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。
【００７４】
非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ；高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ））、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、およびポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。
【００７５】
上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限されないが、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＫからなる群から選択される少なくとも１種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限されないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、およびフラーレンからなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、５〜３５質量％程度である。
【００７６】
集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はないが、通常は１〜１００μｍ程度である。
【００７７】
［導電助剤］
導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト等のカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ；登録商標）等の種々の炭素繊維、膨張黒鉛などが挙げられる。しかし、導電助剤がこれらに限定されないことはいうまでもない。
【００７８】
［バインダ］
バインダは、活物質層中の構成部材同士または活物質層と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で添加される。バインダとしては、特に制限されないが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリイミド、ＰＴＦＥ、ＳＢＲなどの合成ゴム系バインダ等が挙げられる。しかし、バインダがこれらに限定されないことはいうまでもない。
【００７９】
［電解質層］
電解質層は、正極と負極との間の空間的な隔壁（スペーサ）として機能する。また、これと併せて、充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である電解質を保持する機能をも有する。
【００８０】
電解質層を構成する電解質に特に制限はなく、液体電解質、ならびに高分子ゲル電解質および高分子固体電解質などのポリマー電解質が適宜用いられうる。
【００８１】
液体電解質は、有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）などのカーボネート類が挙げられる。また、支持塩（リチウム塩）としては、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３などを用いることができる。
【００８２】
一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない高分子固体電解質に分類される。
【００８３】
ゲル電解質は、リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体などが挙げられる。かようなマトリックスポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。
【００８４】
なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィンやポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）等の炭化水素、ガラス繊維などからなる微多孔膜が挙げられる。
【００８５】
高分子固体電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩（リチウム塩）が溶解してなる構成を有し、有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が高分子固体電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。
【００８６】
高分子ゲル電解質や高分子固体電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発揮しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー（例えば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合などの重合処理を施せばよい。なお、上記電解質は、電極の活物質層中に含まれていてもよい。
【００８７】
［集電板（タブ）］
リチウムイオン二次電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、集電体に電気的に接続された集電板（タブ）が外装材であるラミネートフィルムの外部に取り出されている。
【００８８】
集電板を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板（正極タブ）と負極集電板（負極タブ）とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
【００８９】
［正極端子リードおよび負極端子リード］
図１に示す積層型二次電池１０においては、負極端子リード２０および正極端子リード２１をそれぞれ介して、集電体は集電板と電気的に接続されている。
【００９０】
負極および正極端子リードの材料は、公知の積層型二次電池で用いられるリードを用いることができる。なお、電池外装材から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品（例えば、自動車部品、特に電子機器等）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。
【００９１】
［外装材］
外装材としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができる。そのほか、図１に示すようなラミネートフィルム２２を外装材として用いて、発電要素１７をパックしてもよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる３層構造として構成されうる。このようなラミネートフィルムを用いることにより、外装材の開封、容量回復材の添加、外装材の再封止を容易に行うことができる。
【００９２】
このようにリチウムイオン二次電池に上述の正極活物質を用いることにより、高い放電容量、優れた耐久性を達成することが可能となる。したがって、本形態リチウムイオン二次電池は、高容量・高出力を要する電動車両等に好適に使用されうる。
【実施例】
【００９３】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるものではない。なお、特に明示しない限り、以下のマイクロ波加熱中の温度測定は、マイクロ波を反射するように測温部をライニングした熱電対を、粉末中に挿入することにより実施した。
【００９４】
［比較例１］
（１）正極活物質Ａ−２の作製
炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）と、酸化マンガン（ＭｎＯ２）とを、各金属元素のモル比がＬｉ：Ｍｎ＝１．０２：２．００となるよう秤量して、乾式混合および解砕を行なうことにより、混合原料物Ａ―１を得た。
【００９５】
混合原料物Ａ―１をムライト質焼成容器に入れて、焼成容器ごとマイクロ波加熱装置内に置いた。マイクロ波加熱条件は、周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：９００℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気、とした。マイクロ波加熱を終了して、室温（２５℃；以下同様）まで冷却した後、マイクロ波加熱装置より焼成容器を取り出した。焼成容器内部の様子を観察したところ、サンプル形態はほぼ塊状となっていたが、上端部および焼成容器に接していた部分は粉末状態であった。回収したサンプルを、全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ａ−２を得た。
【００９６】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ａ−２について、粉末Ｘ線回折の測定をした。測定には理学電機株式会社製のＳｍａｒｔＬａｂを使用し、以下の条件で行った。
測定角度範囲： ２θ＝１０°〜９０°
電圧・電流： ４５ｋＶ・２００ｍＡ
Ｘ線波長： ＣｕＫα
観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３と同定された。
【００９７】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ａ−２を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）をスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【００９８】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、以下の条件で、定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行った。
充電：充電電圧４．３Ｖ、充電時間８時間、充電電流密度０．２ｍＡ／ｃｍ２
放電：放電電圧３．０Ｖ、放電電流密度０．２ｍＡ／ｃｍ２
得られた初期放電容量は６８ｍＡｈ／ｇであった。
【００９９】
（５）粒子形態の観察
正極活物質Ａ−２の一次粒子、二次粒子の形態、粒子径を観察するために、株式会社日立製作所製の電界放射型走査電子顕微鏡（型式：Ｓ−４０００）を使用した。観察結果から、一次粒子は球状粒子と多面体非球状粒子が混在しており、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．０３〜１．５μｍ、０．８〜２０μｍの範囲内であった。
【０１００】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
正極活物質Ａ−２のＢＥＴ比表面積を、株式会社堀場製作所製のＢＥＴ比表面積測定装置（型式：ＳＡ−９６０１）により測定した（ＢＥＴ一点法）。正極活物質Ａ−２のＢＥＴ比表面積は、１．４ｍ２／ｇであった。
【０１０１】
[比較例２]
（１）正極活物質Ｃ−２の作製
上記比較例１に記載の混合原料物Ａ―１をムライト質焼成容器に入れて、焼成容器ごとマイクロ波加熱装置内に置いた。マイクロ波加熱条件は、周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：８００℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気、とした。マイクロ波加熱を終了して、室温まで冷却した後、マイクロ波加熱装置より焼成容器を取り出した。焼成容器内部の様子を観察したところ、サンプル形態はほぼ塊状となっていたが、上端部および焼成容器に接していた部分は粉末状態であった。回収したサンプルを、全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｃ−２を得た。
【０１０２】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｃ−２について、上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３と同定された。
【０１０３】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｃ−２を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１０４】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は３０ｍＡｈ／ｇであった。
【０１０５】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｃ−２を観察したところ、一次粒子は球状粒子と多面体非球状粒子が混在しており、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．０３〜１．５μｍ、０．８〜２０μｍの範囲内であった。
【０１０６】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｃ−２のＢＥＴ比表面積は、２２ｍ２／ｇであった。
【０１０７】
[比較例３]
（１）正極活物質Ｄ−２の作製
上記比較例１に記載の混合原料物Ａ―１をムライト質焼成容器に入れて、焼成容器ごとマイクロ波加熱装置内に置いた。マイクロ波加熱条件は、周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：８５０℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気、とした。マイクロ波加熱を終了して、室温まで冷却した後、マイクロ波加熱装置より焼成容器を取り出した。焼成容器内部の様子を観察したところ、サンプル形態はほぼ塊状となっていたが、上端部および焼成容器に接していた部分は粉末状態であった。回収したサンプルを、全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｄ−２を得た。
【０１０８】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｄ−２について、上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３と同定された。
【０１０９】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｄ−２を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１１０】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は４９ｍＡｈ／ｇであった。
【０１１１】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｄ−２を観察したところ、一次粒子は球状粒子と多面体非球状粒子が混在しており、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．０３〜１μｍ、０．７〜１０μｍの範囲内であった。
【０１１２】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｄ−２のＢＥＴ比表面積は、７ｍ２／ｇであった。
【０１１３】
[比較例４]
（１）正極活物質Ｅ−２の作製
上記比較例１に記載の混合原料物Ａ―１をムライト質焼成容器に入れて、焼成容器ごとマイクロ波加熱装置内に置いた。マイクロ波加熱条件は、周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：９５０℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気、とした。マイクロ波加熱を終了して、室温まで冷却した後、マイクロ波加熱装置より焼成容器を取り出した。焼成容器内部の様子を観察したところ、サンプル形態はほぼ塊状となっていたが、上端部および焼成容器に接していた部分は粉末状態であった。回収したサンプルを、全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｅ−２を得た。
【０１１４】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｅ−２について上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｍｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３と同定された。
【０１１５】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｅ−２を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１１６】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は８５ｍＡｈ／ｇであった。
【０１１７】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｅ−２を観察したところ、一次粒子は球状粒子と多面体非球状粒子が混在しており、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．０３〜１．５μｍ、１〜１５μｍの範囲内であった。
【０１１８】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｅ−２のＢＥＴ比表面積は、１．３ｍ２／ｇであった。
【０１１９】
[参考例１]
（１）正極活物質Ｈ−３の作製
上記比較例１の正極活物質Ａ−２の製造において、マイクロ波加熱終了後のサンプルから直径が５ｍｍ以上の塊状物（凝集体）をピンセットで回収した。当該塊状物の量は、マイクロ波加熱終了後のサンプルの総量に対し８０質量％であった。これを乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｈ−３を得た。
【０１２０】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｈ−３について、上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４のみと同定された。
【０１２１】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｈ−３を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製したＡｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１２２】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は９６ｍＡｈ／ｇであった。
【０１２３】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｈ−３を観察したところ、一次粒子は多面体非球状粒子のみが視認でき、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．３〜２μｍ、０．５〜３．５μｍの範囲内であった。
【０１２４】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｈ−３のＢＥＴ比表面積は、０．７５ｍ２／ｇであった。
【０１２５】
[実施例１]
（１）正極活物質Ｈ−５の作製
上記比較例１の正極活物質Ａ−２の製造において、マイクロ波加熱終了後のサンプルから直径が５ｍｍ以上の塊状物（凝集体）をピンセットで回収した。当該塊状物の量は、マイクロ波加熱終了後のサンプルの総量に対し８０質量％であった。塊状物を除いた残留物を再度ムライト質焼成容器に入れて、２回目のマイクロ波加熱に供した（周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：９００℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気）。２回目のマイクロ波加熱後のサンプルＨ−４および上述の１回目のマイクロ波加熱で得られた塊状物を全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｈ−５を得た。
【０１２６】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｈ−５について上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４のみと同定された。
【０１２７】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｈ−５を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１２８】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は９５ｍＡｈ／ｇであった。
【０１２９】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｈ−５を観察したところ、一次粒子は多面体非球状粒子のみが視認でき、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．４〜２μｍ、０．５〜４μｍの範囲内であった。また、当該正極活物質Ｈ−５の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図２に示す。
【０１３０】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｈ−５のＢＥＴ比表面積は、０．７４ｍ２／ｇであった。
【０１３１】
[実施例２]
（１）正極活物質Ｉ−５の作製
上記比較例１の正極活物質Ａ−２の製造において、マイクロ波加熱終了後のサンプルから直径が５ｍｍ以上の塊状物（凝集体）をピンセットで回収した。当該塊状物の量は、マイクロ波加熱終了後のサンプルの総量に対し８０質量％であった。塊状物を除いた残留物に、混合原料物Ａ−１を質量比で１：１となるよう追加し、乳鉢で混合攪拌した。これを再度ムライト質焼成容器に入れて、２回目のマイクロ波加熱に供した（周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：９００℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気）。２回目のマイクロ波加熱後のサンプルＩ−４および上述の１回目のマイクロ波加熱で得られた塊状物を全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｉ−５を得た。
【０１３２】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｉ−５について上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４のみと同定された。
【０１３３】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｉ−５を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１３４】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は９５ｍＡｈ／ｇであった。
【０１３５】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｉ−５を観察したところ、一次粒子は多面体非球状粒子のみが視認でき、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．３〜２μｍ、０．５〜４μｍの範囲内であった。
【０１３６】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｉ−５のＢＥＴ比表面積は、０．７４ｍ２／ｇであった。
【０１３７】
[実施例３]
（１）正極活物質Ｊ−５の作製
上記比較例１の正極活物質Ａ−２の製造において、マイクロ波加熱終了後のサンプルを開口径１００μｍの篩に通し、篩上に残った塊状物（凝集体）を回収した。当該塊状物の量は、マイクロ波加熱終了後のサンプルの総量に対し９０質量％であった。塊状物を除いた残留物を再度ムライト質焼成容器に入れて、２回目のマイクロ波加熱に供した（周波数：２．４５ＧＨｚ、加熱保持温度：９００℃、保持時間：２５分間、空気雰囲気）。２回目のマイクロ波加熱後のサンプルＪ−４および上述の１回目のマイクロ波加熱で得られた塊状物を全体が均一になるように乳鉢で混合、解砕して正極活物質Ｊ−５を得た。
【０１３８】
（２）粉末Ｘ線回折の測定
上記（１）で得られた正極活物質Ｊ−５について上記比較例１と同様の方法で粉末Ｘ線回折の測定をしたところ、観測されたピークは、ＬｉＭｎ２Ｏ４のみと同定された。
【０１３９】
（３）リチウムイオン二次電池（コイン型２極式セル）の作製
上記（１）で得られた正極活物質Ｊ−５を９０質量％、導電助剤であるアセチレンブラックを５質量％、バインダであるＰＶＤＦを５質量％の割合で混合した。得られた混合物１００質量部に対して１００質量部のＮＭＰをスラリー粘度調整溶媒として添加し、混合して正極スラリーを調製した。Ａｌ箔（厚み：２０μｍ）上に該正極スラリーを塗布して、乾燥させて正極を形成した。当該正極、負極としてＬｉ金属、セパレータとしてガラス濾紙、および電解液として、１．０ＭのＬｉＰＦ６を含有するエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶液（５：５の体積比）を用いて、コイン型２極式セルを作製した。
【０１４０】
（４）充放電試験
上記で得られたコイン型２極式セルについて、上記比較例１と同様の方法で定電流定電圧充電および定電流放電による充放電試験を行ったところ、得られた初期放電容量は９７ｍＡｈ／ｇであった。
【０１４１】
（５）粒子形態の観察
上記比較例１と同様の方法で正極活物質Ｊ−５を観察したところ、一次粒子は多面体非球状粒子のみが視認でき、一次粒子径、二次粒子径はそれぞれ０．４〜２μｍ、０．５〜３μｍの範囲内であった。
【０１４２】
（６）ＢＥＴ比表面積の測定
上記比較例１と同様の方法でＢＥＴ比表面積を測定したところ、正極活物質Ｊ−５のＢＥＴ比表面積は、０．７７ｍ２／ｇであった。
【０１４３】
下記表１に各例におけるマイクロ波加熱条件および正極活物質のＸ線回折測定結果を示す。なお、下記表１のＸ線回折測定結果において、○は化合物のピークが確認されたことを示す。
【０１４４】
【表１】
【０１４５】
また、下記表２に各例における初期放電容量、粒子径、およびＢＥＴ比表面積の結果を示す。
【０１４６】
【表２】
【０１４７】
表１に示すように、本形態の製造方法を用いて製造された実施例１〜３の正極活物質は、ＬｉＭｎ２Ｏ４の単相からなることが判った。また、表２に示すように、実施例１〜３の正極活物質は、いずれも粒子径のばらつきが小さく、またＢＥＴ比表面積が比較的小さいものであることが確認された。
【０１４８】
一方、焼成工程において電磁波加熱を１回のみ行った比較例１〜４の正極活物質は、ＬｉＭｎ２Ｏ４以外に、原料である未反応のＬｉ２ＣＯ３や、反応中間体であるＭｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３が検出され十分な純度を有していないことが判った。また、比較例１〜４の正極活物質は、実施例のものと比較して、一次粒子径、二次粒子径のばらつきが大きく、かつＢＥＴ比表面積が大きいことが確認された。
【０１４９】
さらに、表２の充放電試験の結果より、実施例１〜３の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池において、顕著な放電容量の向上が認められた。この放電容量向上効果は、実施例の正極活物質が所定の粒子径およびＢＥＴ比表面積を有することによる、リチウムイオンの挿入・脱離能の向上や、正極活物質の結着性の向上によって生じるものであると考えられた。
【符号の説明】
【０１５０】
１０ リチウムイオン二次電池、
１１ 負極集電体、
１１ａ 最外層負極集電体、
１２ 負極活物質層、
１３ 電解質層、
１４ 正極集電体、
１５ 正極活物質層、
１６ 単電池層、
１７ 発電要素、
１８ 負極集電板（負極タブ）、
１９ 正極集電板（正極タブ）、
２０ 負極端子リード、
２１ 正極端子リード、
２２ ラミネートフィルム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質前駆体に電磁波を照射する工程（Ａ）と、
前記工程（Ａ）で得られた反応物から、塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離する工程（Ｂ）と、
前記工程（Ｂ）で分離した残留物に電磁波を照射する工程（Ｃ）と、
前記工程（Ｂ）で分離した生成物および前記工程（Ｃ）で得られた生成物を解砕する工程（Ｄ）と、
を有する、正極活物質の製造方法。
【請求項２】
前記工程（Ｃ）において、前記残留物に正極活物質前駆体をさらに加えた後、電磁波を照射する、請求項１に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項３】
前記工程（Ｂ）において、前記生成物と前記残留物との分離に篩を用いる、請求項１または２に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項４】
前記工程（Ａ）において、前記正極活物質前駆体を流動させながら電磁波を照射する；および／または
前記工程（Ｃ）において、前記残留物を流動させながら電磁波を照射する；請求項１〜３のいずれか１項に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項５】
前記正極活物質前駆体は、予め造粒されたものである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項６】
正極活物質前駆体に電磁波を照射する工程（Ａ）と、
前記工程（Ａ）で得られた反応物から、塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離する工程（Ｂ）と、
前記工程（Ｂ）で分離した残留物に正極活物質前駆体をさらに加えた後、電磁波を照射する工程（Ｃ’）と、
得られた反応物から塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離すること；および、当該分離した残留物に正極活物質前駆体をさらに加えた後、電磁波を照射すること；を少なくとも１回以上行う工程（Ｃ’’）と、
前記工程（Ｂ）で分離した生成物ならびに前記工程（Ｃ’）および前記工程（Ｃ’’）で得られた生成物を解砕する工程（Ｄ）と、
を有する、請求項２〜５のいずれか１項に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項７】
一次粒子径が０．０５〜２μｍであり、二次粒子径が５μｍ以下であり、かつＢＥＴ比表面積が０．１〜１．０ｍ２／ｇである、正極活物質。
【請求項８】
下記化学式１で表される組成式を有する、請求項７に記載の正極活物質；
【化１】
式中、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎからなる群から選択される１または２以上の元素を表し、
ｘは、−０．１＜ｘ＜０．１であり、ｙは、０≦ｙ＜１であり、ｚは、０≦ｚ＜０．２である（ただし、Ｍが２以上の元素を表す場合は、ｙは各元素の組成比の合計を表す）。
【請求項９】
請求項７または８に記載の正極活物質を含む、電気デバイス。
【請求項１】
正極活物質前駆体に電磁波を照射する工程（Ａ）と、
前記工程（Ａ）で得られた反応物から、塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離する工程（Ｂ）と、
前記工程（Ｂ）で分離した残留物に電磁波を照射する工程（Ｃ）と、
前記工程（Ｂ）で分離した生成物および前記工程（Ｃ）で得られた生成物を解砕する工程（Ｄ）と、
を有する、正極活物質の製造方法。
【請求項２】
前記工程（Ｃ）において、前記残留物に正極活物質前駆体をさらに加えた後、電磁波を照射する、請求項１に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項３】
前記工程（Ｂ）において、前記生成物と前記残留物との分離に篩を用いる、請求項１または２に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項４】
前記工程（Ａ）において、前記正極活物質前駆体を流動させながら電磁波を照射する；および／または
前記工程（Ｃ）において、前記残留物を流動させながら電磁波を照射する；請求項１〜３のいずれか１項に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項５】
前記正極活物質前駆体は、予め造粒されたものである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項６】
正極活物質前駆体に電磁波を照射する工程（Ａ）と、
前記工程（Ａ）で得られた反応物から、塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離する工程（Ｂ）と、
前記工程（Ｂ）で分離した残留物に正極活物質前駆体をさらに加えた後、電磁波を照射する工程（Ｃ’）と、
得られた反応物から塊状の生成物とそれ以外の残留物とを分離すること；および、当該分離した残留物に正極活物質前駆体をさらに加えた後、電磁波を照射すること；を少なくとも１回以上行う工程（Ｃ’’）と、
前記工程（Ｂ）で分離した生成物ならびに前記工程（Ｃ’）および前記工程（Ｃ’’）で得られた生成物を解砕する工程（Ｄ）と、
を有する、請求項２〜５のいずれか１項に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項７】
一次粒子径が０．０５〜２μｍであり、二次粒子径が５μｍ以下であり、かつＢＥＴ比表面積が０．１〜１．０ｍ２／ｇである、正極活物質。
【請求項８】
下記化学式１で表される組成式を有する、請求項７に記載の正極活物質；
【化１】
式中、Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎからなる群から選択される１または２以上の元素を表し、
ｘは、−０．１＜ｘ＜０．１であり、ｙは、０≦ｙ＜１であり、ｚは、０≦ｚ＜０．２である（ただし、Ｍが２以上の元素を表す場合は、ｙは各元素の組成比の合計を表す）。
【請求項９】
請求項７または８に記載の正極活物質を含む、電気デバイス。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−９８０４９（Ｐ２０１３−９８０４９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０４４７（Ｐ２０１１−２４０４４７）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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