JP2015084273A - リチウムイオン二次電池用正極活物質 - Google Patents
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Abstract
【課題】高電圧下でも使用可能で、かつ放電容量、放電平均電圧、安定性、体積容量密度及び充放電サイクル耐久性などの電池性能に優れた正極活物質を提供する。【解決手段】リチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にリン酸塩を有する正極活物質であり、リン酸塩の結晶子径Ｄ２と、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１の比率Ｄ２／Ｄ１が、Ｄ２／Ｄ１≧０．４５であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質を使用する。【選択図】なし
Description
本発明は、体積容量密度が大きく、充放電サイクル耐久性に優れたリチウムイオン二次電池用正極材料に用いる正極活物質に関する。
近年、機器のポータブル化、コードレス化が進むにつれ、小型、軽量でかつ高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池に対する要求がますます高まっている。かかる非水電解液二次電池用の正極活物質には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４などのリチウムと遷移金属等との複合酸化物（本発明においてリチウム含有複合酸化物ということがある）が知られている。
なかでも、ＬｉＣｏＯ２を正極活物質として用い、リチウム合金、又はグラファイト若しくはカーボンファイバーなどのカーボンを負極として用いたリチウムイオン二次電池は、４Ｖ級の高い放電電圧が得られるため、高エネルギー密度を有する電池として優れており広く使用されている。
しかしながら、ＬｉＣｏＯ２を正極活物質として用いたリチウムイオン二次電池の場合、放電容量、放電平均電圧及び加熱時の熱に対する安定性（本発明において、単に安全性ということがある）などの更なる向上が望まれるとともに、充放電サイクルを繰り返し行うことにより、正極活物質の界面と電解液との反応による、電池放電容量の減少や膨化などの充放電サイクル耐久性の問題などがあった。
また、充放電電圧を４．５Ｖなど高電圧にした際には、充放電サイクル耐久性の著しい劣化及び電解液の分解による二酸化炭素などの気体発生による電池の膨化などの問題があった。
また、充放電電圧を４．５Ｖなど高電圧にした際には、充放電サイクル耐久性の著しい劣化及び電解液の分解による二酸化炭素などの気体発生による電池の膨化などの問題があった。
これらの問題を解決するために、例えば、ＬｉＣｏＯ２などのリチウム含有複合酸化物と、リン化合物と、水又はエタノールなどの溶媒を混合した後に、乾燥、焼成し、粒子表面にリン酸を含有した、リチウム含有複合酸化物を用いることが提案されている（特許文献１〜３参照）。
また、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含むリチウム含有複合酸化物、又はニッケル、コバルト及びマンガン（Ｍｎ）を含むリチウム含有複合酸化物に、リン化合物を被着させ、加熱処理して得られる、粒子の表面にリン化合物を含有するリチウム含有複合酸化物を用いることが提案されている（特許文献４及び５参照）。
さらに、リチウム化合物と、コバルト化合物、ニッケル化合物、又はマンガン化合物と、リン化合物とを混合した後に焼成することで得られる、リンを含有したリチウム含有複合酸化物を用いることが提案されている（特許文献６及び７参照）。
上記のとおり、これまでに種々の検討がなされているが、放電容量、放電平均電圧、安定性、体積容量密度及び充放電サイクル耐久性などの電池特性において、全てを満足するリチウム含有複合酸化物は得られていない。
例えば、特許文献１の例７には、リン酸とリチウム含有複合酸化物とを混合して得られる正極活物質が記載されているが、リン酸と母材であるリチウム含有複合酸化物を混合した後の熱処理温度が記載されていない。具体的な焼成温度としては、例２にホウ素を含む正極活物質を合成するにあたり５００℃で熱処理したことが記載されているのみである。このように熱処理温度が低い場合、リン酸塩及びリチウム含有複合酸化物の結晶成長が不十分であり、結晶性が低いため、充放電サイクル耐久性、安全性などの電池特性は不十分であり、さらなる性能向上が要求されるものであった。
特許文献２には、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４及びＬｉＣｏＯ２などのリチウム含有複合酸化物を、ホスフェートイオンを含有する水溶液に接触させることで得られる正極活物質が記載されている。しかし、熱処理温度が５００℃以下であるため、得られた正極活物質は、リン酸塩及びリチウム含有複合酸化物の結晶成長が不十分であり、結晶性が低く、充放電サイクル耐久性、安全性などの電池特性の観点において、実用に耐えられる性能を有するものではなかった。
特許文献３には、リン化合物を含む水溶液に、ＬｉＣｏＯ２などのリチウム含有複合酸化物を投入し混練した後に乾燥することで得られる正極活物質が記載されている。特許文献３に具体的に記載された１３０℃で乾燥、及び９００℃で３時間の熱処理などの乾燥条件では、結晶成長が進行しないため、リン酸塩及びリチウム含有複合酸化物の結晶性が低く、充放電サイクル耐久性、安全性などの電池特性においては、実用に耐えられるものではなかった。
特許文献４及び５には、Ｎｉ、Ｃｏ及びＡｌを含むリチウム含有複合酸化物又はＮｉ、Ｃｏ及びＭｎを含むリチウム含有複合酸化物とリン酸化合物を混合した後、熱処理して得られる正極活物質が記載されている。しかし、母材としてＮｉ、Ａｌ又はＭｎを含むリチウム含有複合酸化物を用いると、焼成温度を高くしたり、焼成時間を長くしたりしても、リン酸塩及びリチウム含有複合酸化物の結晶成長が進まずに結晶性が低くなるために、充放電サイクル耐久性、安全性などの電池特性が悪く、実用に耐えられるものではなかった。
特許文献６及び７に記載されたリチウム化合物、コバルト化合物及びリン酸リチウム又はリン酸などのリン化合物を混合した混合物を焼成することで得られる正極活物質においては、リン化合物が粒子内部にまで分散して、粒子表面におけるリチウム化合物、コバルト化合物及びリン化合物が十分に反応しないため、リン酸塩及びリチウム含有複合酸化物の結晶性が低くなり、かつ粒子表面に反応しない余剰のリチウム化合物が残存し、充放電サイクル耐久性が悪く、長期間にわたり充放電を繰り返すと劣化が進み、放電容量の減少が顕著に見られた。
そこで、本発明は、高電圧下でも使用可能であり、かつ放電容量、放電平均電圧、安全性及び充放電サイクル耐久性などの電池性能に優れ、充放電に伴う電池の膨化が抑制された正極活物質を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を達成するために鋭意研究を続けたところ、下記の構成を要旨とする本発明に到達したものである。
（１）一般式ＬｉｐＣｏｘＭｙＯｚＦａ（但し、Ｍは、Ｃｏ以外の遷移金属元素、Ａｌ、Ｓｎ及び第２族の元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。０．９≦ｐ≦１．２、０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．１、１．９≦ｚ≦２．１、０≦ａ≦０．０５）で表されるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にリン酸塩を有する正極活物質であって、リン酸塩の結晶子径Ｄ２と、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１の比率Ｄ２／Ｄ１が、Ｄ２／Ｄ１≧０．４５であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質。
（２）リン酸塩の結晶子径Ｄ２がＤ２≧４０ｎｍである上記（１）に記載の正極活物質。
（３）正極活物質に含まれるリンの含有量が、リチウムコバルト含有複合酸化物に対して、０．３ｍｏｌ％より大きい上記（１）又は（２）に記載の正極活物質。
（４）正極活物質に含まれるリンの含有量が、リチウムコバルト含有複合酸化物に対して、０．５〜２．０ｍｏｌ％である上記（３）に記載の正極活物質。
（５）リン酸塩がリン酸リチウムである上記（１）〜（４）のいずれかに記載の正極活物質。
（６）リン酸リチウムの結晶構造が斜方晶である上記（５）に記載の正極活物質。
（７）リン酸リチウムの（２１０）面の半値幅β２が０．２５ｒａｄ以下である上記（５）又は（６）に記載の正極活物質。
（８）リン酸リチウムの（２１０）面の半値幅β２と、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面の半値幅β１の比率β２／β１が、β２／β１≦２である上記（５）〜（７）のいずれかに記載の正極活物質。
（９）Ｍ元素がＺｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｇ及びＡｌからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である上記（１）〜（８）のいずれかに記載の正極活物質。
（１０）Ｍ元素がＭｇ及びＡｌを含み、かつＭｇとＡｌのモル比であるＭｇ／Ａｌが０．１〜１０である上記（１）〜（９）のいずれかに記載の正極活物質。
（１１）リチウムコバルト含有複合酸化物のリチウムと、コバルト及びＭとの原子比Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）が０．９９≦Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）≦１．１０である上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の正極活物質。
（１２）正極活物質の格子定数ａと格子定数ｃの比率がｃ／ａ≧４．９９２である上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の正極活物質。
（１３）上記（１）〜（１２）のいずれかに記載された正極活物質と、導電剤と、結着剤を含む正極。
（１４）上記（１３）に記載された正極と、負極、セパレータ及び非水電解質を含むリチウムイオン二次電池。
（１）一般式ＬｉｐＣｏｘＭｙＯｚＦａ（但し、Ｍは、Ｃｏ以外の遷移金属元素、Ａｌ、Ｓｎ及び第２族の元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。０．９≦ｐ≦１．２、０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．１、１．９≦ｚ≦２．１、０≦ａ≦０．０５）で表されるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にリン酸塩を有する正極活物質であって、リン酸塩の結晶子径Ｄ２と、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１の比率Ｄ２／Ｄ１が、Ｄ２／Ｄ１≧０．４５であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質。
（２）リン酸塩の結晶子径Ｄ２がＤ２≧４０ｎｍである上記（１）に記載の正極活物質。
（３）正極活物質に含まれるリンの含有量が、リチウムコバルト含有複合酸化物に対して、０．３ｍｏｌ％より大きい上記（１）又は（２）に記載の正極活物質。
（４）正極活物質に含まれるリンの含有量が、リチウムコバルト含有複合酸化物に対して、０．５〜２．０ｍｏｌ％である上記（３）に記載の正極活物質。
（５）リン酸塩がリン酸リチウムである上記（１）〜（４）のいずれかに記載の正極活物質。
（６）リン酸リチウムの結晶構造が斜方晶である上記（５）に記載の正極活物質。
（７）リン酸リチウムの（２１０）面の半値幅β２が０．２５ｒａｄ以下である上記（５）又は（６）に記載の正極活物質。
（８）リン酸リチウムの（２１０）面の半値幅β２と、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面の半値幅β１の比率β２／β１が、β２／β１≦２である上記（５）〜（７）のいずれかに記載の正極活物質。
（９）Ｍ元素がＺｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｇ及びＡｌからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である上記（１）〜（８）のいずれかに記載の正極活物質。
（１０）Ｍ元素がＭｇ及びＡｌを含み、かつＭｇとＡｌのモル比であるＭｇ／Ａｌが０．１〜１０である上記（１）〜（９）のいずれかに記載の正極活物質。
（１１）リチウムコバルト含有複合酸化物のリチウムと、コバルト及びＭとの原子比Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）が０．９９≦Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）≦１．１０である上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の正極活物質。
（１２）正極活物質の格子定数ａと格子定数ｃの比率がｃ／ａ≧４．９９２である上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の正極活物質。
（１３）上記（１）〜（１２）のいずれかに記載された正極活物質と、導電剤と、結着剤を含む正極。
（１４）上記（１３）に記載された正極と、負極、セパレータ及び非水電解質を含むリチウムイオン二次電池。
本発明によれば、通常よりも高電圧下、すなわち、負極にリチウム又は炭素質材料を使用した際に４．４５Ｖ以上、特には４．５Ｖ以上でも使用可能であり、放電容量、放電平均電圧、安全性及び充放電サイクル耐久性などの電池性能に優れ、充放電に伴う電池の膨化が抑制されたリチウムイオン二次電池用正極活物質が提供される。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質が、何故に上記の如き、リチウムイオン二次電池用正極として優れた特性を発揮するかについては必ずしも明らかではないが、次のように推定される。
本発明の正極活物質は、リチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面に、上記Ｄ２／Ｄ１が特定の範囲の結晶性が高いリン酸塩を有しており、この高い結晶性のリン酸塩は電解液との反応性が低いために、充放電を繰り返した際に生じる電解液の分解反応及び母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の分解反応を抑制できる。このような分解反応が電池内で進行すると二酸化炭素と水が生成して、容量の減少及び放電電圧の低下などの電池の劣化につながる。一方、本発明の正極活物質においては、それらの分解反応が抑制されるため、高電圧条件下でも、電池の膨化を抑制して、かつ良好な容量維持率、高い放電平均電圧及び優れた充放電サイクル耐久性を実現できるものと推定される。
本発明の正極活物質は、リチウムコバルト含有複合酸化物の少なくとも粒子表面にリン酸塩を有し、リン酸塩の結晶子径Ｄ２と、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１の比率Ｄ２／Ｄ１が、Ｄ２／Ｄ１≧０．４５であることを特徴とする。
リン酸塩の結晶子径Ｄ２は、Ｄ２≧４０ｎｍが好ましく、なかでも。Ｄ２≧４５ｎｍがより好ましく、Ｄ２≧５０ｎｍが特に好ましい。また、上限は特に限定されないが、なかでもＤ２≦１００ｎｍが好ましく、Ｄ２≦８０ｎｍがより好ましい。リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は特に限定されないが、Ｄ１≧５０ｎｍが好ましく、なかでも、Ｄ１≧５５ｎｍがより好ましく、Ｄ１≧６０ｎｍが特に好ましい。また、上限はＤ１≦１５０ｎｍが好ましく、Ｄ１≦１２０ｎｍがより好ましい。Ｄ２とＤ１の比率は、Ｄ２／Ｄ１≧０．４５であるが、なかでもＤ２／Ｄ１≧０．５０が好ましく、Ｄ２／Ｄ１≧０．６０がより好ましい。また、Ｄ２／Ｄ１の上限は、Ｄ２／Ｄ１≦１．５０が好ましい。Ｄ２、Ｄ１及びＤ２／Ｄ１が、上記の範囲にある場合、充放電サイクル耐久性などの電池特性が特に向上する傾向が見られる。
本発明において、結晶子径Ｄ２及びＤ１は、粉末Ｘ線回折法にて、得られたＸ線回折スペクトルから、解析ソフトＰＤＸＬ、データベースＩＣＤＤ製ＰＤＦ−２（リガク社製）を用いてピークサーチして、半値幅βを計算することで求められる。
結晶子径Ｄ２及びＤ１は、下記の式（シェラーの式）から求められる。
結晶子径Ｄ２及びＤ１は、下記の式（シェラーの式）から求められる。
（数１）
Ｄ＝Ｋ×λ／（β×ｃｏｓθ）
Ｄ：結晶子径［ｎｍ］
Ｋ：シェラー係数
λ：Ｘ線の波長［ｎｍ］
β：半値幅［ｒａｄ］
θ：ピーク角度［ｒａｄ］
また、本発明の正極活物質において、リンの含有量は、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、０．３ｍｏｌ％以上が好ましく、０．５〜３．０ｍｏｌ％がより好ましく、０．７〜２．０ｍｏｌ％が特に好ましい。
Ｄ＝Ｋ×λ／（β×ｃｏｓθ）
Ｄ：結晶子径［ｎｍ］
Ｋ：シェラー係数
λ：Ｘ線の波長［ｎｍ］
β：半値幅［ｒａｄ］
θ：ピーク角度［ｒａｄ］
また、本発明の正極活物質において、リンの含有量は、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、０．３ｍｏｌ％以上が好ましく、０．５〜３．０ｍｏｌ％がより好ましく、０．７〜２．０ｍｏｌ％が特に好ましい。
リン酸塩としては、リン酸のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩が好ましく、なかでもリン酸リチウム、リン酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カルシウム、又はリン酸マグネシウムが好ましく、リン酸リチウムが特に好ましい。
リン酸塩がリン酸リチウムである場合、リン酸リチウムの（２１０）面の半値幅β２は、β２≦０．２５ｒａｄが好ましく、β２≦０．２０ｒａｄがより好ましく、なかでもβ２≦０．１６ｒａｄが特に好ましい。また、β２≧０．０９０ｒａｄが好ましい。
リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面の半値幅β１は、β１≦０．１５ｒａｄが好ましく、β１≦０．１３ｒａｄがより好ましく、なかでもβ１≦０．１２ｒａｄが特に好ましい。また、β１≧０．０７ｒａｄが好ましい。
リン酸リチウムの（２１０）面の半値幅β２と、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面の半値幅β１との比率β２／β１については、β２／β１≦２．０が好ましく、β２／β１≦１．６がより好ましい。また、β２／β１の下限については、β２／β１≧１．０が好ましい。
リン酸リチウムの結晶構造は斜方晶であることが好ましい。
リン酸リチウムの結晶構造は斜方晶であることが好ましい。
本発明の正極活物質は、平均粒径Ｄ５０が１〜３０μｍの粒子であることが好ましい。本発明において、平均粒径Ｄ５０とは、体積基準で粒度分布を求め、全体積を１００％とした累積カーブにおいて、その累積カーブが５０％となる点の粒径である、体積基準累積５０％径（Ｄ５０）を意味する。粒度分布は、レーザー散乱粒度分布測定装置で測定した頻度分布及び累積体積分布曲線で求められる。粒径の測定は、粒子を水媒体中に超音波処理などで充分に分散させて粒度分布を測定する（例えば、日機装社製マイクロトラックＨＲＡＸ−１００などを用いる）ことにより行なわれる。なかでも、本発明の正極活物質の平均粒径Ｄ５０は、５〜３０μｍがより好ましく、８〜２５μｍが特に好ましい。
また、本発明の正極活物質の比表面積は、０．１〜０．８ｍ２／ｇが好ましい。本発明において、比表面積はＢＥＴ法により測定される。なかでも本発明の正極活物質の比表面積は、０．１〜０．７ｍ２／ｇがより好ましく、０．１５〜０．６０ｍ２／ｇが特に好ましい。
母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物のａ軸の格子定数ａとｃ軸の格子定数ｃの比率ｃ／ａについては、ｃ／ａ≧４．９９２が好ましく、ｃ／ａ≧４．９９３がより好ましい。また、ａ軸の格子定数ａとｃ軸の格子定数ｃの比率ｃ／ａの上限については、ｃ／ａ≦４．９９７が好ましい。
本発明の正極活物質の母材となるリチウムコバルト含有複合酸化物は、一般式ＬｉｐＣｏｘＭｙＯｚＦａ（但し、Ｍは、Ｃｏ以外の遷移金属元素、Ａｌ、Ｓｎ及び第２族の元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。０．９≦ｐ≦１．２、０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．１、１．９≦ｚ≦２．１、０≦ａ≦０．０５）で表される組成を有する。
上記の一般式における、ｐ、ｘ、ｙ、ｚ及びａは、上記に定義されるとおりである。なかでも、ｐは０．９５≦ｐ≦１．１０が好ましく、０．９５≦ｐ≦１．０７がより好ましく、０．９７≦ｐ≦１．０４が特に好ましい。ｘは０．９３≦ｙ＜１．０が好ましく、０．９６５≦ｘ≦０．９９９５がより好ましく、０．９９５≦ｘ≦０．９９９が特に好ましい。ｙは０＜ｙ≦０．０７が好ましく、０．０００５≦ｙ≦０．０５がより好ましく、０．００１≦ｙ≦０．０３５が特に好ましい。この場合には、電池性能のバランス、すなわち、放電容量、安全性、充放電サイクル安定性のバランスが良い。なお、Ｍ元素を含む場合、放電容量が低下する傾向があるため、放電容量を重視する場合は、Ｍ元素を含まない組成、すなわちｙ＝０が好ましい。ｚは、１．９５≦ｚ≦２．０５が好ましく、１．９７≦ｚ≦２．０３がより好ましい。
リチウムコバルト含有複合酸化物がフッ素を含む場合、発熱開始温度が向上して、安全性がさらに向上する傾向が見られる。そのため、安全性を重視する場合、ａは、０＜ａ≦０．０３が好ましく、０．０００５≦ａ≦０．０２がより好ましく、０．００１≦ａ≦０．０１が特に好ましい。一方、ａ＝０の場合、すなわちリチウムコバルト含有複合酸化物がフッ素を含まない場合、放電容量が高くなる傾向がある。そのため、容量を重視する時はａ＝０が好ましい。
上記の一般式におけるＭ元素は、Ｃｏ以外の遷移金属元素、Ａｌ、Ｓｎ及び第２族の元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。ここで、遷移金属元素は周期表の４族、５族、６族、７族、８族、９族、１０族又は１１族の遷移金属を表す。なかでも、Ｍ元素は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＡｌからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素が好ましい。特に、容量発現性、安全性、サイクル耐久性などの見地より、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｇ及びＡｌからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素がより好ましい。また、Ｍ元素が、Ｍｇ及びＡｌを含み、かつＭｇとＡｌのモル比であるＭｇ／Ａｌが０．１〜１０であると好ましい。
さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物について、ＣｏとＭ元素の合計に対するＬｉの原子比Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は、０．９９≦Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）≦１．１が好ましく、０．９９５≦Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）≦１．０５がより好ましい。
本発明の正極活物質の製造方法は特に限定されないが、具体的には、次の方法により製造できる。
本発明において、リチウムコバルト含有複合酸化物の組成は、ＩＣＰ分析（高周波誘導結合プラズマ発光分光分析）装置で測定して分析できる。
例えば、リチウムコバルト含有複合酸化物とリン化合物を混合した後、得られた混合物を所定の条件で熱処理することにより製造できる。また、コバルト化合物及びリチウム化合物を少なくとも含む混合物を所定の条件で仮焼して仮焼粉を合成して、次いで仮焼粉とリン化合物を混合した後、得られた混合物を所定の条件で熱処理することにより製造できる。
例えば、リチウムコバルト含有複合酸化物とリン化合物を混合した後、得られた混合物を所定の条件で熱処理することにより製造できる。また、コバルト化合物及びリチウム化合物を少なくとも含む混合物を所定の条件で仮焼して仮焼粉を合成して、次いで仮焼粉とリン化合物を混合した後、得られた混合物を所定の条件で熱処理することにより製造できる。
本発明において使用するリン化合物は、特に限定されないが、リン酸、ピロリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、ヘキサメタリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ポリリン酸、リン酸リチウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸エステルアンモニウム塩などが使用できる。なかでもリン酸、ピロリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ポリリン酸、リン酸リチウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸グアニジン及びコリンリン酸塩からなる群から選ばれる１種が好ましい。なかでも、電池性能をより向上させる傾向があり、電解液との反応を抑制する効果があると考えられる、リン酸、ピロリン酸、次亜リン酸、ポリリン酸、リン酸リチウム、リン酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム及びリン酸グアニジンからなる群から選ばれる１種がより好ましい。さらには、効果が顕著であり、安価で、容易に入手できるリン酸、ピロリン酸、リン酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム及びリン酸二水素アンモニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種が特に好ましい。
また、本発明で原料に使用するリチウムコバルト含有複合酸化物は、特に限定されず、公知の方法で合成したリチウムコバルト含有複合酸化物を使用できるが、なかでも、上記の一般式ＬｉｐＣｏｘＭｙＯｚＦａで表される組成を有するリチウムコバルト含有複合酸化物が好ましい。一般的に、リチウム化合物及びコバルト化合物を少なくとも含み、かつ、必要に応じて、Ｍ元素化合物及びフッ素化合物を含む混合物を７００〜１１００℃の範囲で焼成することによって、リチウムコバルト含有複合酸化物は得られる。
コバルト化合物としては、特に限定されないが、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト、酸化コバルト、炭酸コバルト、硫酸コバルト又は硝酸コバルトを使用することが好ましく、なかでも、水酸化コバルト、オキシ水酸化コバルト又は酸化コバルトがより好ましく、オキシ水酸化コバルトが特に好ましい。
リチウム化合物としては、特に限定されないが、炭酸リチウム又は水酸化リチウムを使用することが好ましく、なかでも炭酸リチウムがより好ましい。
また、Ｍ元素化合物としては、特に限定されないが、酸化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩などの無機塩、酢酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩、マレイン酸、乳酸塩、酒石酸塩、リンゴ酸塩、マロン酸塩などの有機酸塩、有機金属キレート錯体、又は金属アルコキシドをキレートなどで安定化させた化合物を使用することが好ましい。
さらに、フッ素化合物としては、特に限定されないが、金属フッ化物を使用することが好ましく、なかでも安全性向上の観点から、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム又はフッ化アルミニウムがより好ましい。
なお、Ｍ元素化合物及びフッ素化合物は、リチウムコバルト含有複合酸化物とリン化合物を混合する際に加えても、リチウムコバルト含有複合酸化物を合成する際の原料に加えても、また、熱処理前の仮焼粉に加えても良い。
リチウムコバルト含有複合酸化物とリン化合物を混合した後、得られた混合物を熱処理して正極活物質を合成する場合、リチウムコバルト含有複合酸化物とリン化合物の混合物の熱処理温度は、６００〜１０８０℃が好ましく、なかでも６５０〜１０８０℃がより好ましく、７００〜１０５０℃が特に好ましい。
また、コバルト化合物及びリチウム化合物を含む混合物を仮焼して仮焼粉を合成して、次いで、仮焼粉とリン化合物を混合した後、得られた混合物を熱処理して正極活物質を合成する場合、仮焼温度は、３００〜６００℃が好ましく、なかでも３５０〜６００℃がより好ましく、４００〜５５０℃が特に好ましい。さらに、仮焼粉とリン化合物の混合物の熱処理温度は、８００〜１０８０℃が好ましく、なかでも９００〜１０８０℃がより好ましく、９５０〜１０５０℃が特に好ましい。
また、仮焼及び熱処理の雰囲気は、大気中が好ましく。仮焼及び熱処理時における具体的な酸素濃度としては、１０〜６０体積％が好ましく、１５〜４０体積％がより好ましい。
また、仮焼及び熱処理の雰囲気は、大気中が好ましく。仮焼及び熱処理時における具体的な酸素濃度としては、１０〜６０体積％が好ましく、１５〜４０体積％がより好ましい。
なお、熱処理の温度や時間を制御することによってＤ２とＤ１の比率Ｄ２／Ｄ１を制御できる。熱処理温度を高くしたり、熱処理時間を長くすると、Ｄ２／Ｄ１は大きくなる傾向があり、電池性能がさらに向上するため、好ましい。
本発明で得られる正極活物質を正極材料に用いて、リチウムイオン二次電池用の正極を製造する場合には、まず、正極活物質の粉末に、アセチレンブラック、黒鉛、ケッチェンブラックなどのカーボン系導電材と結合材を混合する。前記結合材には、好ましくは、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、カルボキシメチルセルロース、アクリル樹脂などが用いられる。本発明により得られる正極活物質の粉末、導電材及び結合材を溶媒、又は分散媒を使用して、スラリー又は混練物とせしめる。これをアルミニウム箔などの正極集電体に塗布などにより担持せしめてリチウムイオン二次電池用の正極が製造される。
本発明で得られる正極活物質を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池において、セパレータとしては、多孔質ポリエチレン、多孔質ポリプロピレンのフィルムなどが使用される。また、電池の電解質溶液の溶媒としては、種々の溶媒が使用できるが、なかでも炭酸エステルが好ましい。炭酸エステルは環状、鎖状のいずれも使用できる。環状炭酸エステルとしては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート（ＥＣ）などが例示される。鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネートなどが例示される。
本発明では、上記炭酸エステルを単独で、又は２種以上を混合して使用できる。また、他の溶媒と混合して使用してもよい。また、負極活物質の材料によっては、鎖状炭酸エステルと環状炭酸エステルを併用すると、放電特性、サイクル耐久性、充放電効率が改良できる場合がある。
また、本発明で得られる正極活物質を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池においては、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（例えば、アトケム社製：商品名カイナー）又はフッ化ビニリデン−パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体を含むゲルポリマー電解質を電解質に用いてもよい。上記の電解質溶媒又はポリマー電解質に添加される溶質としては、ＣｌＯ４ −、ＣＦ３ＳＯ３ −、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、ＡｓＦ６ −、ＳｂＦ６ −、ＣＦ３ＣＯ２ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−などをアニオンとするリチウム塩のいずれか１種以上が好ましく使用される。電解質溶媒又はポリマー電解質に含有されるリチウム塩の濃度は、０．２〜２．０ｍｏｌ／ｌ（リットル）が好ましく、０．５〜１．５ｍｏｌ／ｌが特に好ましい。この濃度範囲の場合、イオン伝導度が大きく、電解質の電気伝導度が増大する。
本発明で得られる正極活物質を正極材料に用いたリチウムイオン二次電池において、負極活物質には、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料が用いられる。この負極活物質を形成する材料は特に限定されないが、例えばリチウム金属、リチウム合金、炭素材料、周期表１４又は１５族の金属を主体とした酸化物、炭素化合物、炭化ケイ素化合物、酸化ケイ素化合物、硫化チタン、炭化ホウ素化合物などが挙げられる。炭素材料としては、種々の熱分解条件で有機物を熱分解したものや人造黒鉛、天然黒鉛、土壌黒鉛、膨張黒鉛、鱗片状黒鉛などを使用できる。また、酸化物としては、酸化スズを主体とする化合物が使用できる。負極集電体としては、銅箔、ニッケル箔などが用いられる。かかる負極は、上記活物質を有機溶媒と混練してスラリーとし、該スラリーを金属箔集電体に塗布、乾燥、プレスして得ることにより好ましくは製造される。
本発明で得られる正極活物質を正極材料に用いたリチウム電池の形状には特に制約はない。シート状、フィルム状、折り畳み状、巻回型有底円筒形、ボタン形などが用途に応じて選択される。
以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定して解釈されないことはもちろんである。なお、以下の例１〜１４は本発明の実施例であり、例１５〜１８は比較例である。
［例１］
炭酸マグネシウム１．７３ｇ、Ａｌ含量が２．６５質量％のマレイン酸アルミニウム２０．８３ｇ、Ｚｒ含量が１４．０７質量％の塩基性炭酸ジルコニウムアンモニウム１．３２７ｇ及びクエン酸一水和物６．０２ｇを水２４．５ｇに溶解させて、水溶液を調製した。この水溶液とコバルト含量が６０．０質量％である、平均粒径１３μｍのオキシ水酸化コバルト１９６．７２ｇとを混合した後、乾燥して乾燥粉末を得た。
得られた乾燥粉末とリチウム含量が１８．７質量％である、平均粒径５．６μｍの炭酸リチウム７８．９７ｇとを乳鉢で混合し、大気中１０００℃で１０時間、焼成して、リチウムコバルト含有複合酸化物粉末を得た。得られたリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉ１．０２（Ｃｏ０．９７９Ｍｇ０．０１Ａｌ０．０１Ｚｒ０．００１）０．９８Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．０４であった。
［例１］
炭酸マグネシウム１．７３ｇ、Ａｌ含量が２．６５質量％のマレイン酸アルミニウム２０．８３ｇ、Ｚｒ含量が１４．０７質量％の塩基性炭酸ジルコニウムアンモニウム１．３２７ｇ及びクエン酸一水和物６．０２ｇを水２４．５ｇに溶解させて、水溶液を調製した。この水溶液とコバルト含量が６０．０質量％である、平均粒径１３μｍのオキシ水酸化コバルト１９６．７２ｇとを混合した後、乾燥して乾燥粉末を得た。
得られた乾燥粉末とリチウム含量が１８．７質量％である、平均粒径５．６μｍの炭酸リチウム７８．９７ｇとを乳鉢で混合し、大気中１０００℃で１０時間、焼成して、リチウムコバルト含有複合酸化物粉末を得た。得られたリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉ１．０２（Ｃｏ０．９７９Ｍｇ０．０１Ａｌ０．０１Ｚｒ０．００１）０．９８Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．０４であった。
続いて、得られたリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが１ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムが溶解した水溶液を噴霧した後、混合して得られた混合物を大気中１０００℃で１２時間、熱処理して、正極活物質を得た。
レーザー散乱式粒度分布測定装置を用いて、得られた正極活物質の粒度分布を水溶媒中で測定した結果、平均粒径Ｄ５０は１４．６μｍであった。ＢＥＴ法により測定した正極活物質の比表面積は０．２９ｍ２／ｇであった。
また、この正極活物質について、粉末Ｘ線回折法により、Ｘ線回折スペクトルを得た。測定には、波長が１．５４ÅであるＣｕＫα線を用いた。測定範囲は２θ＝１０〜９０°とした。測定には、リガク社製ＲＩＮＴ２１００型のＸ線回折装置を用いた。得られたデータについて、リガク社製解析ソフトＰＤＸＬ、データベースＩＣＤＤ社製ＰＤＦ−２を用いてピークサーチを行った。また、電子線マイクロアナライザ（本発明においてＥＰＭＡということがある）を用いて、正極活物質の粒子断面の元素分析を行った。その結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
次に、ＲＩＥＴＡＮ-ＦＰを用いて２θ＝１０〜９０°の範囲で、得られたＸ線回折スペクトルについてリートベルト解析を行った。その結果、リチウムコバルト含有複合酸化物のＦｉｔｔｉｎｇした（００３）面ピークの半値幅β１は０．０８０ｒａｄであり、リン酸リチウムのＦｉｔｔｉｎｇした（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１１２ｒａｄであった。このときの半値幅の比率β２／β１は１．４０であった。また、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は１００．４３ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は７２．５６ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．７２であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９３であった。
次に、得られた正極活物質と、アセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデンとを８０／１２／８の質量比で混合し、Ｎ−メチルピロリドンを添加してスラリーを作製し、厚さ２０μｍのアルミニウム箔にドクターブレードを用いて片面塗工した。これを乾燥し、ロールプレス圧延することによりリチウム電池用の正極シートを作製した。
上記正極シートを打ち抜いたものを正極に用い、厚さ５００μｍの金属リチウム箔を負極に用い、負極集電体にはステンレス板を使用し、セパレータには厚さ２５μｍの多孔質ポリプロピレンを用い、さらに電解液には、濃度１ＭのＬｉＰＦ６／ＥＣ＋ＤＥＣ（１：１）溶液（ＬｉＰＦ６を溶質とするＥＣとＤＥＣとの体積比（１：１）の混合溶液を意味する。後記する溶媒もこれに準じる。）を用いて、ステンレス製簡易密閉セル型リチウム電池をアルゴングローブボックス内で組み立てた。
組み立てた電池を、２５℃にて、正極活物質１ｇにつき１８０ｍＡの負荷電流で４．５Ｖまで充電し、正極活物質１ｇにつき、７５ｍＡの負荷電流にて２．７５Ｖまで放電して初期放電容量を求めた。さらに、この電池について、引き続き充放電サイクル試験を５０回行った。
その結果、初期の放電容量は１８１ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は３．９９Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は９５．３％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９３Ｖであった。
その結果、初期の放電容量は１８１ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は３．９９Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は９５．３％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９３Ｖであった。
また、同様にして、別の電池を組み立てて、２５℃にて、４．３Ｖで１０時間充電した後、アルゴン雰囲気グローブボックス内で解体し、充電後の正極シートを取り出し、その正極シートをＤＥＣで洗浄後、直径３ｍｍに打ち抜き、ＥＣとともにアルミニウム製の密閉容器に入れ、示差走査熱量計ＤＳＣ（エスアイアイ・ナノテクノロジー社製ＤＳＣ６２００）にて５℃／分の昇温速度で加熱した時の発熱挙動を測定した結果、発熱開始温度は１５８℃であった。
［例２］
リチウムコバルト含有複合酸化物とリン酸水素二アンモニウムの混合物の熱処理温度を９００℃としたこと以外は、例１と同様にして正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１５．５μｍであり、比表面積は０．２０ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
リチウムコバルト含有複合酸化物とリン酸水素二アンモニウムの混合物の熱処理温度を９００℃としたこと以外は、例１と同様にして正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１５．５μｍであり、比表面積は０．２０ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．０９６ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１３１ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は１．３６であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は８４．３４ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は６１．６８ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．７３であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９２であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１８３ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は３．９９Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は９７．５％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９０Ｖであった。発熱開始温度は１５７℃であった。
［例３］
リチウムコバルト含有複合酸化物とリン酸水素二アンモニウムの混合物の熱処理温度を８００℃としたこと以外は、例１と同様にして正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１３．４μｍであり、比表面積は０．２８ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
リチウムコバルト含有複合酸化物とリン酸水素二アンモニウムの混合物の熱処理温度を８００℃としたこと以外は、例１と同様にして正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１３．４μｍであり、比表面積は０．２８ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．０９６ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１４６ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は１．５２であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は８４．３４ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は５５．４７ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．６６であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９３であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１８０ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．００Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は９６．９％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．８８Ｖであった。発熱開始温度は１５９℃であった。
［例４］
母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが０．８ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧したこと以外は、例２と同様にして正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１４．９μｍであり、比表面積は０．２２ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが０．８ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧したこと以外は、例２と同様にして正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１４．９μｍであり、比表面積は０．２２ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．０８９ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１６５ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１はβ２／β１は１．８５であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は９０．５０ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は４８．９９ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．５４であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９２であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１８２ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．０２Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は８５．４％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９１Ｖであった。発熱開始温度は１５７℃であった。
［例５］
母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが０．５ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧したこと以外は、例２と同様にして正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１３．７μｍであり、比表面積は０．２２ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが０．５ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧したこと以外は、例２と同様にして正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１３．７μｍであり、比表面積は０．２２ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．０９０ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１６９ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は１．８８であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は９０．４７ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は４７．４３ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．５２であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９２であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１８２ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．０３Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は８２．３％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９１Ｖであった。発熱開始温度は１５８℃であった。
［例６］
リン化合物として、リン酸水素二アンモニウムの替わりにリン酸二水素アンモニウムを使用したこと以外は、例２と同様にして正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１５．８μｍであり、比表面積は０．２２ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
リン化合物として、リン酸水素二アンモニウムの替わりにリン酸二水素アンモニウムを使用したこと以外は、例２と同様にして正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１５．８μｍであり、比表面積は０．２２ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１１２ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１２５ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は１．１２であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は７２．１７ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は６４．９９ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．９０であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９３であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１８２ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．０１Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は９４．９％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９４Ｖであった。発熱開始温度は１５８℃であった。
［例７］
炭酸マグネシウム１．７３ｇ、Ａｌ含量が２．６５質量％のマレイン酸アルミニウム２０．８３ｇ、Ｚｒ含量が１４．０７質量％の塩基性炭酸ジルコニウムアンモニウム１．３２７ｇ及びクエン酸一水和物６．０２ｇを水２４．５ｇに溶解させて、水溶液を調製した。この水溶液とコバルト含量が６０．０質量％である、平均粒径１５μｍのオキシ水酸化コバルト１９６．７２ｇとを混合した後、乾燥して乾燥粉末を得た。得られた乾燥粉末とリチウム含量が１８．７質量％である、平均粒径５．６μｍの炭酸リチウム７８．２１ｇとを乳鉢で混合し、大気中４００℃で１０時間、仮焼して、仮焼粉を得た。
次いで、リン酸水素二アンモニウム４．５ｇをイオン交換水２５．５ｇに溶解したリン酸水素二アンモニウム含量１５質量％の水溶液３０ｇを調製した。上記で得られた仮焼粉１００ｇに対して、リンが１ｍｏｌ％含まれるように、調製した水溶液を噴霧した後、乾燥して、混合し混合物を得た。この混合物を大気中１０１０℃で１４時間、熱処理して、正極活物質の粉末を得た。
炭酸マグネシウム１．７３ｇ、Ａｌ含量が２．６５質量％のマレイン酸アルミニウム２０．８３ｇ、Ｚｒ含量が１４．０７質量％の塩基性炭酸ジルコニウムアンモニウム１．３２７ｇ及びクエン酸一水和物６．０２ｇを水２４．５ｇに溶解させて、水溶液を調製した。この水溶液とコバルト含量が６０．０質量％である、平均粒径１５μｍのオキシ水酸化コバルト１９６．７２ｇとを混合した後、乾燥して乾燥粉末を得た。得られた乾燥粉末とリチウム含量が１８．７質量％である、平均粒径５．６μｍの炭酸リチウム７８．２１ｇとを乳鉢で混合し、大気中４００℃で１０時間、仮焼して、仮焼粉を得た。
次いで、リン酸水素二アンモニウム４．５ｇをイオン交換水２５．５ｇに溶解したリン酸水素二アンモニウム含量１５質量％の水溶液３０ｇを調製した。上記で得られた仮焼粉１００ｇに対して、リンが１ｍｏｌ％含まれるように、調製した水溶液を噴霧した後、乾燥して、混合し混合物を得た。この混合物を大気中１０１０℃で１４時間、熱処理して、正極活物質の粉末を得た。
得られた正極活物質の母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉ１．０１５（Ｃｏ０．９７９Ｍｇ０．０１Ａｌ０．０１Ｚｒ０．００１）０．９８５Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．０３であった。
得られた正極活物質のＤ５０は１７．４μｍであり、比表面積は０．２６ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
得られた正極活物質のＤ５０は１７．４μｍであり、比表面積は０．２６ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１０１ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１７９ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は１．７７であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は７９．４４ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は４５．５３ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．５７であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９２であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１７９ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．０２Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は８２．５％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９１Ｖであった。発熱開始温度は１５９℃であった。
［例８］
母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが１．５ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧したこと以外は、例７と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は２０．１μｍであり、比表面積は０．３３ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが１．５ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧したこと以外は、例７と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は２０．１μｍであり、比表面積は０．３３ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１０６ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１３３ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は１．２５であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は７１．０７ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は５８．９９ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．８３であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９４であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１７６ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．００Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は９６．８％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９８Ｖであった。発熱開始温度は１５７℃であった。
［例９］
母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが２．０ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧したこと以外は、例７と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１８．０μｍであり、比表面積は０．３５ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが２．０ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧したこと以外は、例７と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１８．０μｍであり、比表面積は０．３５ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１１６ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１３１ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は１．１３であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は６９．６２ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は６２．００ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．８９であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９５であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１７４ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．００Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は９４．６％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９７Ｖであった。発熱開始温度は１５８℃であった。
［例１０］
混合する炭酸リチウムの量を７５．９３ｇに変更して、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成を変更したこと以外は例７と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質の母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はリン酸塩を含有したＬｉ（Ｃｏ０．９７９Ｍｇ０．０１Ａｌ０．０１Ｚｒ０．００１）Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．００であった。
得られた正極活物質のＤ５０は１９．４μｍであり、比表面積は０．３４ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
混合する炭酸リチウムの量を７５．９３ｇに変更して、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成を変更したこと以外は例７と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質の母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はリン酸塩を含有したＬｉ（Ｃｏ０．９７９Ｍｇ０．０１Ａｌ０．０１Ｚｒ０．００１）Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．００であった。
得られた正極活物質のＤ５０は１９．４μｍであり、比表面積は０．３４ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１１３ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１５６ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は１．３８であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は７１．５３ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は５１．７８ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．７２であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９５であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１７７ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は３．９９Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は９６．６％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９８Ｖであった。発熱開始温度は１５６℃であった。
［例１１］
混合する炭酸リチウムの量を７７．４５ｇに変更して、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成を変更したこと以外は例７と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質の母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉ１．０１（Ｃｏ０．９７９Ｍｇ０．０１Ａｌ０．０１Ｚｒ０．００１）０．９９Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．０２であった。
得られた正極活物質のＤ５０は１９．９μｍであり、比表面積は０．３３ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
混合する炭酸リチウムの量を７７．４５ｇに変更して、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成を変更したこと以外は例７と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質の母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉ１．０１（Ｃｏ０．９７９Ｍｇ０．０１Ａｌ０．０１Ｚｒ０．００１）０．９９Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．０２であった。
得られた正極活物質のＤ５０は１９．９μｍであり、比表面積は０．３３ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１０５ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１５１ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は１．４４であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は９１．１７ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は６７．４７ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．７４であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９２であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１７９ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．０１Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は９５．４％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９８Ｖであった。発熱開始温度は１５８℃であった。
［例１２］
混合する炭酸リチウムの量を７８．９７ｇに変更して、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成を変更したこと以外は例７と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質の母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉ１．０２（Ｃｏ０．９７９Ｍｇ０．０１Ａｌ０．０１Ｚｒ０．００１）０．９８Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．０４であった。
得られた正極活物質のＤ５０は１７．１μｍであり、比表面積は０．２３ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
混合する炭酸リチウムの量を７８．９７ｇに変更して、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成を変更したこと以外は例７と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質の母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉ１．０２（Ｃｏ０．９７９Ｍｇ０．０１Ａｌ０．０１Ｚｒ０．００１）０．９８Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．０４であった。
得られた正極活物質のＤ５０は１７．１μｍであり、比表面積は０．２３ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１０８ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１８６ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は１．７２であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は８４．５８ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は４６．５３ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．５５であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９２であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１７８ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．０１Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は８１．５％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．８８Ｖであった。発熱開始温度は１６０℃であった。
［例１３］
Ｃｏ含量が６０．０質量％である、平均粒径１３μｍのオキシ水酸化コバルト１９６．７２ｇと、Ｌｉ含量が１８．７質量％である、平均粒径５．６μｍの炭酸リチウム７５．１７ｇと、Ｍｇ含量が４１．１４質量％の水酸化マグネシウム０．６０ｇ、Ａｌ含量が３４．４５質量％の水酸化アルミニウム０．７９ｇ、及びＴｉ含量が５５．１４質量％の酸化チタン０．１８ｇとを乳鉢で混合し、得られた混合物を、大気中１０００℃で１０時間、焼成して、リチウムコバルト含有複合酸化物の粉末を得た。得られたリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉ（Ｃｏ０．９８９Ｍｇ０．００５Ａｌ０．００５Ｔｉ０．００１）Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．００であった。
続いて、得られたリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが１ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧した後、混合して得られる混合物を９００℃で１２時間、熱処理して、正極活物質を得た。
得られた正極活物質のＤ５０は１３．５μｍであり、比表面積は０．２７ｍ２／ｇであった。
Ｃｏ含量が６０．０質量％である、平均粒径１３μｍのオキシ水酸化コバルト１９６．７２ｇと、Ｌｉ含量が１８．７質量％である、平均粒径５．６μｍの炭酸リチウム７５．１７ｇと、Ｍｇ含量が４１．１４質量％の水酸化マグネシウム０．６０ｇ、Ａｌ含量が３４．４５質量％の水酸化アルミニウム０．７９ｇ、及びＴｉ含量が５５．１４質量％の酸化チタン０．１８ｇとを乳鉢で混合し、得られた混合物を、大気中１０００℃で１０時間、焼成して、リチウムコバルト含有複合酸化物の粉末を得た。得られたリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉ（Ｃｏ０．９８９Ｍｇ０．００５Ａｌ０．００５Ｔｉ０．００１）Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．００であった。
続いて、得られたリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが１ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧した後、混合して得られる混合物を９００℃で１２時間、熱処理して、正極活物質を得た。
得られた正極活物質のＤ５０は１３．５μｍであり、比表面積は０．２７ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１０７ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１３６ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は１．２７であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は７７．５５ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は６７．４７ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．８７であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９３であった。
次に、得られた複合酸化物を用いて、例１と同様電極、電池を作製し、評価を行った。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１８０ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．０３Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は９６．２％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９１Ｖであった。発熱開始温度は１５５℃であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１８０ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．０３Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は９６．２％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．９１Ｖであった。発熱開始温度は１５５℃であった。
［例１４］
Ｃｏ含量が６０．０質量％である、平均粒径１３μｍのオキシ水酸化コバルト１９６．７２ｇと、Ｌｉ含量が１８．７質量％である、平均粒径５．６μｍの炭酸リチウム７４．７１ｇと、Ａｌ含量が３４．４５質量％の水酸化アルミニウム０．７９ｇ、及びフッ化リチウムを０．１０ｇとを乳鉢で混合し、得られた混合物を、大気中１０００℃で１０時間、焼成して、リチウムコバルト含有複合酸化物の粉末を得た。得られたリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉＣｏ０．９９５Ａｌ０．００５Ｏ１．９９８Ｆ０．００２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．００であった。
Ｃｏ含量が６０．０質量％である、平均粒径１３μｍのオキシ水酸化コバルト１９６．７２ｇと、Ｌｉ含量が１８．７質量％である、平均粒径５．６μｍの炭酸リチウム７４．７１ｇと、Ａｌ含量が３４．４５質量％の水酸化アルミニウム０．７９ｇ、及びフッ化リチウムを０．１０ｇとを乳鉢で混合し、得られた混合物を、大気中１０００℃で１０時間、焼成して、リチウムコバルト含有複合酸化物の粉末を得た。得られたリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉＣｏ０．９９５Ａｌ０．００５Ｏ１．９９８Ｆ０．００２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．００であった。
続いて、得られたリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが１ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧した後、混合して得られる混合物を９００℃で１２時間、熱処理して、正極活物質を得た。
得られた正極活物質のＤ５０は１４．３μｍであり、比表面積は０．２２ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
得られた正極活物質のＤ５０は１４．３μｍであり、比表面積は０．２２ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１０７ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．１５５ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は１．４５であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は８５．８１ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は５５．７８ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．６５であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９４であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１７８ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は３．９８Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は９７．３％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．８８Ｖであった。発熱開始温度は１６７℃であった。
［例１５］比較例
リチウムコバルト含有複合酸化物とリン酸水素二アンモニウムの混合物の熱処理温度を５００℃としたこと以外は、例１と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１６．０μｍであり、比表面積は０．４１ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
リチウムコバルト含有複合酸化物とリン酸水素二アンモニウムの混合物の熱処理温度を５００℃としたこと以外は、例１と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１６．０μｍであり、比表面積は０．４１ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１０６ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．２６１ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は２．４６であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は７６．０６ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は３１．００ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．４１であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９１であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１７２ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．００Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は７５．６％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．６８Ｖであった。発熱開始温度は１５７℃であった。
［例１６］比較例
リチウムコバルト含有複合酸化物とリン酸水素二アンモニウムの混合物の熱処理温度を４００℃としたこと以外は、例１と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１２．５μｍであり、比表面積は０．６０ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
リチウムコバルト含有複合酸化物とリン酸水素二アンモニウムの混合物の熱処理温度を４００℃としたこと以外は、例１と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１２．５μｍであり、比表面積は０．６０ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１０２ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．３２１ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は３．１４であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は７８．８９ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は２５．２３ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１はＤ２／Ｄ１は０．３２であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９０であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１６１ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．００Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は３２．２％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．３２Ｖであった。発熱開始温度は１５８℃であった。
［例１７］比較例
母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが０．２ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧したこと以外は、例２と同様に、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１４．６μｍであり、比表面積は０．３０ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物に対して、リンが０．２ｍｏｌ％となるように、リン酸水素二アンモニウムを溶解した水溶液を噴霧したこと以外は、例２と同様に、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質のＤ５０は１４．６μｍであり、比表面積は０．３０ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１０６ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．３０５ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は２．８８であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は８８．２４ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は３３．５３ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．３８であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９１であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１７６ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．０３Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は７４．１％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．６２Ｖであった。発熱開始温度は１５６℃であった。
［例１８］比較例
混合する炭酸リチウムの量を７９．７３ｇに変更して、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成を変更したこと以外は例７と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質の母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉ１．０２５（Ｃｏ０．９７９Ｍｇ０．０１Ａｌ０．０１Ｚｒ０．００１）０．９７５Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．０５であった。
得られた正極活物質のＤ５０は１７．４μｍであり、比表面積は０．２２ｍ２／ｇであった。
混合する炭酸リチウムの量を７９．７３ｇに変更して、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成を変更したこと以外は例７と同様にして、正極活物質を合成した。
得られた正極活物質の母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の組成はＬｉ１．０２５（Ｃｏ０．９７９Ｍｇ０．０１Ａｌ０．０１Ｚｒ０．００１）０．９７５Ｏ２であった。Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）は１．０５であった。
得られた正極活物質のＤ５０は１７．４μｍであり、比表面積は０．２２ｍ２／ｇであった。
得られた正極活物質について、粉末Ｘ線回折法を用いて、例１と同様にして測定したＸ線回折スペクトルを分析して、かつＥＰＭＡを用いて正極活物質の粒子断面の元素分析をした結果、母材であるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にＬｉ３ＰＯ４の組成を有する斜方晶のリン酸リチウムを有することが確認できた。
また、得られた正極活物質について、例１と同様にリートベルト解析をした結果、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面ピークの半値幅β１は０．１０２ｒａｄであり、リン酸リチウムの（２１０）面ピークの半値幅β２は０．３２４ｒａｄであり、半値幅の比率β２／β１は３．１８であった。さらに、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１は７８．８９ｎｍであり、リン酸リチウムの結晶子径Ｄ２は２３．１６ｎｍであり、結晶子径の比率Ｄ２／Ｄ１は０．２９であった。ａ軸の格子定数とｃ軸の格子定数の比率ｃ／ａは４．９９１であった。
さらに、得られた正極活物質を用いて、例１と同様にして、電池評価をした。その結果、初期の放電容量は１７７ｍＡｈ／ｇ、初期の放電平均電圧は４．０２Ｖであり、５０回充放電後の容量維持率は４９．２％、５０回充放電後の放電平均電圧は３．４１Ｖであった。発熱開始温度は１５９℃であった。
［実施例と比較例の対比］
実施例である例１〜１４のリチウムコバルト含有複合酸化物は、いずれも高電圧条件下である４．５Ｖ充電での５０回充放電サイクル後における、容量維持率が８２．３〜９７．５％と高く、放電平均電圧についても３．８８〜３．９８Ｖと高いことがわかる。
これらに対して、比較例である例１５〜１８のリチウムコバルト含有複合酸化物を用いた電池では、容量維持率と放電平均電圧の両者を同時に高くできないことがわかる。
実施例である例１〜１４のリチウムコバルト含有複合酸化物は、いずれも高電圧条件下である４．５Ｖ充電での５０回充放電サイクル後における、容量維持率が８２．３〜９７．５％と高く、放電平均電圧についても３．８８〜３．９８Ｖと高いことがわかる。
これらに対して、比較例である例１５〜１８のリチウムコバルト含有複合酸化物を用いた電池では、容量維持率と放電平均電圧の両者を同時に高くできないことがわかる。
本発明の正極活物質は、高電圧下でも使用可能であり、放電容量、放電平均電圧及び安全性にも優れ、特に充放電サイクル耐久性に優れており、リチウム二次電池正極用の正極活物質として、広範囲に使用することができる。
Claims (14)
- 一般式ＬｉｐＣｏｘＭｙＯｚＦａ（但し、Ｍは、Ｃｏ以外の遷移金属元素、Ａｌ、Ｓｎ及び第２族の元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。０．９≦ｐ≦１．２、０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．１、１．９≦ｚ≦２．１、０≦ａ≦０．０５）で表されるリチウムコバルト含有複合酸化物の粒子表面にリン酸塩を有する正極活物質であって、リン酸塩の結晶子径Ｄ２と、リチウムコバルト含有複合酸化物の結晶子径Ｄ１の比率Ｄ２／Ｄ１が、Ｄ２／Ｄ１≧０．４５であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- リン酸塩の結晶子径Ｄ２がＤ２≧４０ｎｍである請求項１に記載の正極活物質。
- 正極活物質に含まれるリンの含有量が、リチウムコバルト含有複合酸化物に対して、０．３ｍｏｌ％より大きい請求項１又は２に記載の正極活物質。
- 正極活物質に含まれるリンの含有量が、リチウムコバルト含有複合酸化物に対して、０．５〜２．０ｍｏｌ％である請求項３に記載の正極活物質。
- リン酸塩がリン酸リチウムである請求項１〜４のいずれかに記載の正極活物質。
- リン酸リチウムの結晶構造が斜方晶である請求項５に記載の正極活物質。
- リン酸リチウムの（２１０）面の半値幅β２が０．２５ｒａｄ以下である請求項５又は６に記載の正極活物質。
- リン酸リチウムの（２１０）面の半値幅β２と、リチウムコバルト含有複合酸化物の（００３）面の半値幅β１の比率β２／β１が、β２／β１≦２である請求項５〜７のいずれかに記載の正極活物質。
- Ｍ元素がＺｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｇ及びＡｌからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である請求項１〜８のいずれかに記載の正極活物質。
- Ｍ元素がＭｇ及びＡｌを含み、かつＭｇとＡｌのモル比であるＭｇ／Ａｌが０．１〜１０である請求項１〜９のいずれかに記載の正極活物質。
- リチウムコバルト含有複合酸化物のリチウムと、コバルト及びＭとの原子比Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）が０．９９≦Ｌｉ／（Ｃｏ＋Ｍ）≦１．１０である請求項１〜１０のいずれかに記載の正極活物質。
- 正極活物質の格子定数ａと格子定数ｃの比率がｃ／ａ≧４．９９２である請求項１〜１１のいずれかに記載の正極活物質。
- 請求項１〜１２のいずれかに記載された正極活物質と、導電剤と、結着剤を含む正極。
- 請求項１３に記載された正極と、負極、セパレータ及び非水電解質を含むリチウムイオン二次電池。
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