特開 2020-53291 電極材料、該電極材料の製造方法、電極、及びリチウムイオン電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-53291(P2020-53291A)

(43)【公開日】2020年4月2日

(54)【発明の名称】電極材料、該電極材料の製造方法、電極、及びリチウムイオン電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/58 20100101AFI20200306BHJP

   H01M 4/36 20060101ALI20200306BHJP

   C01B 25/45 20060101ALI20200306BHJP

【ＦＩ】

   H01M4/58

   H01M4/36 C

   C01B25/45 Z

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2018-182511(P2018-182511)

(22)【出願日】2018年9月27日

(11)【特許番号】特許第6547891号(P6547891)

(45)【特許公報発行日】2019年7月24日

(71)【出願人】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078732

【弁理士】

【氏名又は名称】大谷 保

(74)【代理人】

【識別番号】100153866

【弁理士】

【氏名又は名称】滝沢 喜夫

(74)【代理人】

【識別番号】100204043

【弁理士】

【氏名又は名称】早川 美和

(72)【発明者】

【氏名】大野 宏次

(72)【発明者】

【氏名】忍足 暁

(72)【発明者】

【氏名】小山 将隆

【テーマコード（参考）】

5H050

【Ｆターム（参考）】

5H050AA02

5H050AA07

5H050AA12

5H050BA17

5H050BA18

5H050CA01

5H050CB03

5H050CB07

5H050CB08

5H050CB12

5H050DA09

5H050EA08

5H050EA09

5H050EA10

5H050EA24

5H050FA18

5H050GA02

5H050GA06

5H050GA27

5H050HA02

(57)【要約】

【課題】放電容量及び入出力特性に優れるとともに、サイクル充放電における抵抗の増加が抑制され、サイクル特性にも優れたリチウムイオン電池を得ることができる電極材料、該電極材料の製造方法、該電極材料を用いてなる電極、及び該電極からなる正極を備えたリチウムイオン電池を提供する。
【解決手段】電極活物質の一次粒子及び該一次粒子の集合体である二次粒子と、前記電極活物質の一次粒子及び該一次粒子の集合体である二次粒子を被覆する炭素質被膜とを有する炭素質被覆電極活物質を含む電極材料であって、
前記電極材料を、電子顕微鏡を用いて倍率１０万倍で１８０ｎｍ×１８０ｎｍの視野を任意で１０視野観察した際に、遊離カーボンが３個以下であり、かつ、炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起が３個以下であることを特徴とする電極材料。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極活物質の一次粒子及び該一次粒子の集合体である二次粒子と、前記電極活物質の一次粒子及び該一次粒子の集合体である二次粒子を被覆する炭素質被膜とを有する炭素質被覆電極活物質を含む電極材料であって、
前記電極材料を、電子顕微鏡を用いて倍率１０万倍で１８０ｎｍ×１８０ｎｍの視野を任意で１０視野観察した際に、遊離カーボンが３個以下であり、かつ、炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起が３個以下であることを特徴とする電極材料。

【請求項2】

前記電極活物質が、下記一般式（１）で表される電極活物質であることを特徴とする、請求項１に記載の電極材料。
Ｌｉ_ａＡ_ｘＭ_ｙＢＯ_z （１）
（式中、ＡはＭｎ、Ｆe、Ｃｏ、及びＮｉからなる群より選択される少なくとも１種、ＭはＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ及び希土類元素からなる群より選択される少なくとも一種、ＢはＢ、Ｐ、Ｓｉ、及びＳからなる群より選択される少なくとも１種、０≦ａ＜４、０＜ｘ＜１．５、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦４である。）

【請求項3】

前記一般式（１）で表される電極活物質が、下記一般式（２）で表される電極活物質であることを特徴とする、請求項２に記載の電極材料。
Ｌｉ_ａＡ_ｘＭ_ｙＰＯ_４ （２）
（式中、Ａ、Ｍ、ａ、ｘ、及びｙは前記のとおりである。）

【請求項4】

炭素源としてイオン性有機物と、電極活物質及び電極活物質前駆体から選ばれる１種以上と、溶媒とを混合したスラリーを、スプレードライヤーを用いて乾燥、造粒する第一工程と、
前記第一工程で得られた造粒物を非酸化性雰囲気下、６００℃以上１０００℃以下で熱処理する第二工程とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電極材料の製造方法。

【請求項5】

請求項１〜３のいずれかに記載の電極材料を用いてなることを特徴とする電極。

【請求項6】

請求項５に記載の電極からなる正極を備えたことを特徴とするリチウムイオン電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電極材料、該電極材料の製造方法、該電極材料を用いてなる電極、及び該電極からなる正極を備えたリチウムイオン電池に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、小型、軽量、高容量の電池として、リチウムイオン電池などの非水電解液系の二次電池が提案され、実用に供されている。リチウムイオン電池は、リチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な性質を有する正極および負極と、非水系の電解質とにより構成されている。
リチウムイオン電池は、従来の鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などの二次電池に比べて、軽量かつ小型で高エネルギーを有しており、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなどの携帯用電子機器の電源として用いられているが、近年、電気自動車、ハイブリッド自動車、電動工具などの高出力電源としても検討されている。これらの高出力電源として用いられる電池の電極活物質には、高速の充放電特性が求められている。また、発電負荷の平滑化や、定置用電源、バックアップ電源などの大型電池への応用も検討されており、長期の安全性、信頼性と共に資源量の問題が無いことも重要視されている。

【0003】

リチウムイオン電池の正極は、正極活物質といわれるリチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な性質を有するリチウム含有金属酸化物、導電助剤およびバインダーを含む電極材料より構成され、この電極材料を集電体と呼ばれる金属箔の表面に塗布することにより正極とされている。このリチウムイオン電池の正極活物質としては、通常、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）が用いられているが、その他に、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、リン酸鉄リチウム(ＬｉＦｅＰＯ_４)などのリチウム（Ｌｉ）化合物が用いられている。これらの中で、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムは元素の毒性や資源量の問題、充電状態の不安定性等の問題を抱えている。また、マンガン酸リチウムは高温下での電解液中への溶解の問題が指摘されている。一方、リン酸鉄リチウムは、長期の安全性、信頼性に優れるため、該リン酸鉄リチウムに代表される、オリビン構造を持つリン酸塩系電極材料が近年注目を浴びている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１６１６５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前記特許文献１に記載のリン酸塩系電極活物質は、材料の電子伝導性が十分でないため、大電流の充放電を行うためには、粒子の微細化、導電性物質との複合化など様々な工夫が必要であり、多くの努力がなされている。
しかしながら、多量の導電性物質を用いた複合化は電極密度の低下を招くために、電池の密度低下、即ち単位容積当たりの容量低下を引き起こしてしまう。この問題を解決する方法として、電子導電性物質である炭素前駆体として、有機物溶液を用いた炭素被覆法が見出された。有機物溶液と電極活物質粒子を混合後、乾燥し、非酸化性雰囲気下で熱処理することで、有機物を炭化させる本手法は、必要最低限の電子導電性物質を、電極活物質粒子表面に、極めて効率良く被覆させることが可能であり、電極密度を大きく低下させることなく、導電性の向上を図ることができる。
ところが、炭素源である有機物の炭化温度は一般に高温であるため、これらの電極材料の製造の際に、電極活物質粒子同士が接触し、高温炭化時に一部が焼結し、該粒子が成長してしまい、微細な粒子とすることは容易ではない。
また、十分な導電性を確保するために有機物の量を増加させると、被覆に寄与しない、あるいは電極活物質粒子表面への電子供給に必要以上の有機物炭化物が残存する。低炭素質のこれら炭化物は、サイクル充放電時に分解し、高抵抗化、容量低下を引き起こすおそれがある。

【0006】

リチウムイオン電池の電極材料は、一般にカーボンブラック等の導電助剤と呼ばれる材料とポリフッ化ビニリデンに代表される結着剤と溶剤を加え、ペースト化した後、集電体と呼ばれる金属箔上に塗工して使用される。微細な電極材料をこのようなペーストにして使用するには、塗工に適した粘度に調整するために溶剤を多く使用する、集電体への接着力を確保するために結着剤を多く用いる、など、電極材料以外の材料の使用量が増えてしまうとともに、溶剤の除去に時間とエネルギーを要するなどの問題があった。

【0007】

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、放電容量及び入出力特性に優れるとともに、サイクル充放電における抵抗の増加が抑制され、サイクル特性にも優れたリチウムイオン電池を得ることができる電極材料、該電極材料の製造方法、該電極材料を用いてなる電極、及び該電極からなる正極を備えたリチウムイオン電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者らは、前記の課題を解決するべく鋭意検討した結果、炭素源としてイオン性有機物を用いることで、電極活物質粒子同士の接近を抑制し、高温による電極活物質の粒子成長及び焼結が起こりにくくなり、良質な炭素質被膜で被覆された微細な電極活物質粒子が得られることを見出した。また、有機物が電極活物質粒子表面に無駄なく吸着し、乾燥造粒時及び高温炭化時においても、該電極活物質粒子表面から遊離することがなく、該電極活物質粒子表面を過不足なく被覆することが可能となり、該課題を解決できることを見出した。
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。

【0009】

すなわち、本発明は、以下の［１］〜［６］を提供する。
［１］電極活物質の一次粒子及び該一次粒子の集合体である二次粒子と、前記電極活物質の一次粒子及び該一次粒子の集合体である二次粒子を被覆する炭素質被膜とを有する炭素質被覆電極活物質を含む電極材料であって、前記電極材料を、電子顕微鏡を用いて倍率１０万倍で１８０ｎｍ×１８０ｎｍの視野を任意で１０視野観察した際に、遊離カーボンが３個以下であり、かつ、炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起が３個以下であることを特徴とする電極材料。
［２］前記電極活物質が、下記一般式（１）で表される電極活物質であることを特徴とする、上記［１］に記載の電極材料。
Ｌｉ_ａＡ_ｘＭ_ｙＢＯ_z （１）
（式中、ＡはＭｎ、Ｆe、Ｃｏ、及びＮｉからなる群より選択される少なくとも１種、ＭはＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ及び希土類元素からなる群より選択される少なくとも一種、ＢはＢ、Ｐ、Ｓｉ、及びＳからなる群より選択される少なくとも１種、０≦ａ＜４、０＜ｘ＜１．５、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦４である。）
［３］前記一般式（１）で表される電極活物質が、下記一般式（２）で表される電極活物質であることを特徴とする、上記［２］に記載の電極材料。
Ｌｉ_ａＡ_ｘＭ_ｙＰＯ_４ （２）
（式中、Ａ、Ｍ、ａ、ｘ、及びｙは前記のとおりである。）
［４］炭素源としてイオン性有機物と、電極活物質及び電極活物質前駆体から選ばれる１種以上と、溶媒とを混合したスラリーを、スプレードライヤーを用いて乾燥、造粒する第一工程と、前記第一工程で得られた造粒物を非酸化性雰囲気下、６００℃以上１０００℃以下で熱処理する第二工程とを有することを特徴とする上記［１］〜［３］のいずれかに記載の電極材料の製造方法。
［５］上記［１］〜［３］のいずれかに記載の電極材料を用いてなることを特徴とする電極。
［６］上記［５］に記載の電極からなる正極を備えたことを特徴とするリチウムイオン電池。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、放電容量及び入出力特性に優れるとともに、サイクル充放電における抵抗の増加が抑制され、サイクル特性にも優れたリチウムイオン電池を得ることができる電極材料、該電極材料の製造方法、該電極材料を用いてなる電極、及び該電極からなる正極を備えたリチウムイオン電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例３の電極材料を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影し（倍率１０万倍）、得られた断面の画像である。

【図2】比較例２の電極材料を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影し（倍率１０万倍）、得られた断面の画像である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［電極材料］
本実施形態の電極材料は、電極活物質の一次粒子及び該一次粒子の集合体である二次粒子と、前記電極活物質の一次粒子及び該一次粒子の集合体である二次粒子を被覆する炭素質被膜とを有する炭素質被覆電極活物質を含む電極材料であって、
前記電極材料を、電子顕微鏡を用いて倍率１０万倍で１８０ｎｍ×１８０ｎｍの視野を任意で１０視野観察した際に、遊離カーボンが３個以下であり、かつ、炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起が３個以下であることを特徴とする。

【0013】

本実施形態で用いられる電極活物質は、一次粒子及び該一次粒子の集合体である二次粒子で構成される。電極活物質粒子の形状は、特に制限されないが、球状、特に真球状であることが好ましい。電極活物質粒子が球状であることで、電極の充填性が向上し、より密度の高い電極が得やすくなる。また、顆粒体とすることで、本実施形態の電極材料を用いて電極形成用ペーストを調製する際の溶媒量を低減させることができるとともに、電極形成用ペーストの集電体への塗工も容易となる。なお、電極形成用ペーストは、例えば、本実施形態の電極材料と、バインダー樹脂（結着剤）と、溶媒とを混合して調製することができる。

【0014】

本実施形態の電極材料で用いられる電極活物質は、下記一般式（１）で表される電極活物質であることが、高放電容量、高エネルギー密度、安全性及びサイクル安定性の観点から好ましい。
Ｌｉ_ａＡ_ｘＭ_ｙＢＯ_z （１）
（式中、ＡはＭｎ、Ｆe、Ｃｏ、及びＮｉからなる群より選択される少なくとも１種、ＭはＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ及び希土類元素からなる群より選択される少なくとも一種、ＢはＢ、Ｐ、Ｓｉ、及びＳからなる群より選択される少なくとも１種、０≦ａ＜４、０＜ｘ＜１．５、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦４である。）

【0015】

式中、ＡはＭｎ、Ｆe、Ｃｏ、及びＮｉからなる群より選択される少なくとも１種であり、中でも、Ｍｎ、及びＦｅが好ましく、Ｆｅがより好ましい。
ＭはＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ及び希土類元素からなる群より選択される少なくとも一種であり、中でも、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉが好ましい。
ＢはＢ、Ｐ、Ｓｉ、及びＳからなる群より選択される少なくとも１種であり、中でも、安全性及びサイクル特性に優れる観点から、Ｐが好ましい。
ａは、０以上４未満であり、好ましくは０．５以上３以下、より好ましくは０．５以上２以下であり、特に１が好ましい。ｘは、０より大きく１．５未満であり、好ましくは０．５以上１以下であり、中でも１が好ましい。ｙは０以上１未満であり、好ましくは０以上０．１以下が好ましい。ｚは０より大きく４以下であり、Ｂの組成により選択される。例えば、Ｂがリン（Ｐ）の場合は、ｚは４が好ましく、Ｂがホウ素（Ｂ）の場合は、ｚは３が好ましい。

【0016】

前記一般式（１）で表される電極活物質は、オリビン構造を有することが好ましく、下記一般式（２）で表される電極活物質であることがより好ましく、ＬｉＦｅＰＯ_４や該ＬｉＦｅＰＯ_４において、Ｆｅの一部がＭｎで置換されたＬｉ（Ｆｅ_ｘ１Ｍｎ_１−ｘ１）ＰＯ_４（但し、０＜ｘ１＜１）であることがさらに好ましい。
Ｌｉ_ａＡ_ｘＭ_ｙＰＯ_４ （２）
（式中、Ａ、Ｍ、ａ、ｘ、及びｙは前記のとおりである。）

【0017】

一般式（１）で表される電極活物質（Ｌｉ_ａＡ_ｘＭ_ｙＢＯ_z）は、固相法、液相法、気相法等の従来の方法により製造したものを用いることができる。
Ｌｉ_ａＡ_ｘＭ_ｙＢＯ_zは、例えば、Ｌｉ源と、Ａ源と、Ｍ源と、Ｂ源と、水と、を混合して得られるスラリー状の混合物を水熱合成し、得られた沈殿物を水洗して得られる。また、水熱合成により電極活物質前駆体を生成し、さらに電極活物質前駆体を焼成することでも同様の電極活物質が得られる。水熱合成には耐圧密閉容器を用いることが好ましい。
ここで、Ｌｉ源としては、酢酸リチウム（ＬｉＣＨ_３ＣＯＯ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）等のリチウム塩及び水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）等が挙げられ、酢酸リチウム、塩化リチウム及び水酸化リチウムからなる群より選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
Ａ源としては、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉからなる群より選択される少なくとも１種を含む塩化物、カルボン酸塩、硫酸塩等が挙げられる。例えば、Ａ源がＦｅである場合、Ｆｅ源としては、塩化鉄（ＩＩ）（ＦｅＣｌ_２）、酢酸鉄（ＩＩ）（Ｆｅ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２）、硫酸鉄（ＩＩ）（ＦｅＳＯ_４）等の２価の鉄塩が挙げられ、塩化鉄（ＩＩ）、酢酸鉄（ＩＩ）、及び硫酸鉄（ＩＩ）からなる群より選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
Ｍ源としては、同様にＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ及び希土類元素の塩化物、カルボン酸塩、硫酸塩等を用いることができる。
Ｂ源としては、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、及びＳからなる群より選択される少なくとも１種を含む化合物が挙げられる。例えば、Ｂ源がＰである場合、Ｐ源としては、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＨＰＯ_４）等のリン酸化合物が挙げられ、リン酸、リン酸二水素アンモニウム、及びリン酸水素二アンモニウムからなる群より選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。

【0018】

Ｌｉ源、Ａ源、Ｍ源及びＢ源の物質量比（Ｌｉ：Ａ：Ｍ：Ｂ）は、所望する電極活物質が得られ、不純物の生成が無いよう、適宜選択される。

【0019】

電極活物質の結晶子径は、好ましくは３０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下、より好ましくは３５ｎｍ以上２５０ｎｍ以下、さらに好ましくは４０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。結晶子径が３０ｎｍ以上であると電極活物質表面を炭素質被膜で十分に被覆するために必要な炭素量が抑えられ、また結着剤の量を抑えることができるため、電極中の電極活物質量を増やすことができ、電池の容量を高めることができる。同様に結着力不足による膜剥離を生じにくくすることができる。一方、結晶子径が２５０ｎｍ以下であると電極活物質の内部抵抗が抑えられ、電池を形成した場合に、高速充放電レートにおける放電容量を高めることができる。
なお、前記結晶子径は、Ｘ線回折装置（例えば、ＲＩＮＴ２０００、ＲＩＧＡＫＵ製）により測定し、得られる粉末Ｘ線回折図形の（０２０）面の回折ピークの半値幅、及び回折角（２θ）を用い、シェラーの式により算出することができる。

【0020】

電極活物質の一次粒子及び該一次粒子の集合体である二次粒子を被覆する炭素質被膜は、該炭素質被膜の原料となる有機物を炭化することにより得られるが、所望の効果を発現するためには、電極活物質粒子表面への吸着能に優れ、電荷反発、立体障害による電極活物質粒子同士の接近を抑制可能なイオン性を有する有機物（イオン性有機物）を用いる。イオン性有機物は、電極活物質粒子の表面に炭素質被膜を形成することができれば特に限定されず、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸塩、カルボン酸変性ポリビニルアルコールの塩、スルホン酸変性ポリビニルアルコールの塩、ポリカルボン酸塩、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩等が挙げられる。また、市販のイオン性界面活性剤も好適に用いることができる。

【0021】

また、イオン性有機物が有する対イオンの種類は特に限定されないが、不要な金属不純物の混入を避けるため、アンモニウムイオン、アルキルアンモニウムイオン、ピリジニウムイオンなどが好ましい。また、組成を調整する目的でＬｉイオンを用いることも可能である。
同様の理由から、アニリン塩、ポリアニリン塩等のポリアミン塩に代表される陽イオン性有機物も好適に用いることができる。また、炭素源として用いる際の対イオンとしては、酢酸イオン、硝酸イオン、リン酸イオン等が好ましい。

【0022】

所望の吸着能を得るために、イオン性有機物のイオン化率は適宜調整すればよい。例えば、ポリカルボン酸塩等の酸性有機物をアルカリ性物質で中和することができる。中和率は、好ましくは３０ｍｏｌ％以上である。上限値は特に限定されない。
中和は、アンモニア、有機アミン、アルカリ金属水酸化物等のアルカリを用いて行うことができる。中でも取扱の容易さや、不要な金属の残留するおそれのない点で、アンモニアが好ましい。
同様に、ポリアニリン等の塩基性有機物を酢酸等の酸性物質で中和することも可能である。

【0023】

イオン性有機物と電極活物質粒子との混合が容易で、均一な炭素質被膜の被覆を得るためには、用いるイオン性有機物は溶媒可溶性であることが好ましく、イオンへの解離、取扱いの容易さ、安全性、価格等の点で水溶性であることがより好ましい。
これらのイオン性有機物は、１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

【0024】

炭素質被膜で被覆された電極活物質（炭素質被覆電極活物質）の一次粒子の平均粒子径は、好ましくは３０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、さらに好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、よりさらに好ましくは６０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。平均粒子径が３０ｎｍ以上であると、電極作成のために必要な結着剤の量を低減することができ、電極中の電極活物質量を増加させ、電池の容量を高めることができる。また、結着力不足による膜剥離を抑制することができる。一方、平均粒子径が２５０ｎｍ以下であると、十分な高速充放電性能を得ることができる。
ここで、一次粒子の平均粒子径とは、個数平均粒子径のことである。前記一次粒子の平均粒子径は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察により測定した２００個以上の粒子の粒子径を個数平均することにより求めることができる。

【0025】

前記炭素質被覆電極活物質の二次粒子の平均粒子径は、好ましくは０．５μｍ以上２００μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上１５０μｍ以下、さらに好ましくは３μｍ以上１００μｍ以下である。二次粒子の平均粒子径が０．５μｍ以上であると電極材料と導電助剤とバインダー樹脂（結着剤）と溶剤とを混合して電極材料ペーストを調製する際、導電助剤及び結着剤が多量に必要となることを抑制できる。これによりリチウムイオン電池の電池容量を高くすることができる。一方、２００μｍ以下であるとリチウムイオン電池の高速充放電における放電容量を高くすることができる。
ここで、二次粒子の平均粒子径とは、体積平均粒子径のことである。前記二次粒子の平均粒子径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置等を用いて測定することができる。

【0026】

前記電極活物質粒子を被覆する炭素質被膜の厚さ（平均値）は、好ましくは０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下、より好ましくは０．８ｎｍ以上５ｎｍ以下、さらに好ましくは０．８ｎｍ以上３ｎｍ以下である。炭素質被膜の厚さが０．５ｎｍ以上であると炭素質被膜中の電子の移動抵抗の総和が高くなることを抑制できる。これによりリチウムイオン電池の内部抵抗の上昇を抑制でき、高速充放電レートにおける電圧低下を防止することができる。一方、６ｎｍ以下であるとリチウムイオンが炭素質被膜中を拡散することを妨害する立体障害の形成を抑制することができ、これによりリチウムイオンの移動抵抗が低くなる。その結果、電池の内部抵抗の上昇が抑えられ、高速充放電レートにおける電圧低下を防止することができる。
なお、前記炭素質被膜の厚さは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）又は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて炭素質被覆電極活物質を撮影し、得られた断面の画像から炭素質被膜の厚さを１００箇所測定し、その平均値から求めることができる。

【0027】

前記電極活物質粒子に対する炭素質被膜の被覆率は６０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。炭素質被膜の被覆率が６０％以上であることで、炭素質被膜の被覆効果が十分に得られる。
なお、前記炭素質被膜の被覆率は、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｚｅｒ、ＥＤＸ）等を用いて炭素質被覆電極活物質を観察し、電極活物質表面を覆っている部分の割合を算出し、その平均値から求めることができる。

【0028】

炭素質被膜の密度は、好ましくは０．２ｇ／ｃｍ^３以上２ｇ／ｃｍ^３以下、より好ましくは０．５ｇ／ｃｍ^３以上１．５ｇ／ｃｍ^３以下である。炭素質被膜の密度とは、炭素質被膜の単位体積当たりの質量である。
炭素質被膜の密度が０．２ｇ／ｃｍ^３以上であると炭素質被膜が十分な電子伝導性を示すことができる。一方、２ｇ／ｃｍ^３以下であると炭素質被膜中に層状構造からなる黒鉛の結晶が少量であるため、リチウムイオンが炭素質被膜中を拡散する際に黒鉛の微結晶による立体障害が生じない。これにより、リチウムイオン移動抵抗が高くなることがない。その結果、リチウムイオン電池の内部抵抗が上昇することがなく、リチウムイオン電池の高速充放電レートにおける電圧低下が生じない。

【0029】

本実施形態の電極材料に含まれる炭素含有量は、好ましくは０．５質量％以上３．５質量％以下、より好ましくは０．８質量％以上２．５質量％以下、さらに好ましくは０．８質量％以上２．０質量％以下である。炭素含有量が０．５質量％以上であると、電子伝導性を十分に高めることができる。一方、炭素含有量が３．５質量％以下であると、電極密度を高めることができる。
なお、前記炭素含有量は、炭素分析計（例えば、株式会社堀場製作所製、炭素硫黄分析装置：ＥＭＩＡ−８１０Ｗ）を用いて測定することができる。

【0030】

本実施形態の電極材料の比表面積は、好ましくは１０ｍ^２／ｇ以上３０ｍ^２／ｇ以下、より好ましくは１２ｍ^２／ｇ以上２８ｍ^２／ｇ以下、さらに好ましくは１５ｍ^２／ｇ以上２７ｍ^２／ｇ以下である。比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上であると、十分な高速充放電性能を発現することができる。一方、３０ｍ^２／ｇ以下であると、結着剤と導電助剤を多量に含むことなく電極を構成できるため、電池の容量低下を抑制できる。
なお、前記比表面積は、比表面積計（例えば、株式会社マウンテック製、商品名：Ｍａｃｓｏｒｂ ＨＭ ｍｏｄｅｌ−１２０８）を用いて窒素（Ｎ_２）吸着によるＢＥＴ１点法により測定することができる。

【0031】

本実施形態の電極材料は、電子顕微鏡を用いて倍率１０万倍で１８０ｎｍ×１８０ｎｍの視野を任意で１０視野観察した際に、遊離カーボンが３個以下である。遊離カーボンが３個より多いと電極活物質粒子の被覆に寄与しない低炭素質の炭化物が増えることになり、電池を形成した場合に、該炭化物がサイクル充放電時に分解し、高抵抗化、容量低下を招くおそれがある。このような観点から、遊離カーボンは好ましくは２個以下、より好ましくは１個以下、特に好ましくは０個である。
電子顕微鏡としては、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いることができる。加速電圧は好ましくは１０〜２００ｋＶである。
なお、遊離カーボンとは、炭素質被覆電極活物質から遊離した不定形の炭素質塊のことをいう。遊離カーボン数は、電極材料を前記条件により電子顕微鏡で観察し、炭素質被覆電極活物質から遊離した不定形の炭素質塊を数えることにより求めることができる。なお、遊離カーボンは、２００ｋＶの加速電圧による電子線照射中に変形が観測されるため、炭素質被膜から遊離していない炭素と容易に区別することができる。

【0032】

また、本実施形態の電極材料は、電子顕微鏡を用いて倍率１０万倍で１８０ｎｍ×１８０ｎｍの視野を任意で１０視野観察した際に、炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起が３個以下である。炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起が３個より多いと、電極活物質粒子表面に電子供給に必要以上の炭化物（余剰炭化物）が存在することになり、電池を形成した場合に、該余剰炭化物がサイクル充放電時に分解し、高抵抗化、容量低下を招くおそれがある。このような観点から、炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起は好ましくは２個以下、より好ましくは１個以下、特に好ましくは０個である。
なお、炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起とは、厚さが炭素質被膜の厚さ（平均膜厚）の２倍以上大きく、その領域の大きさが、突起の厚さの３倍以下のものをいう。
炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起数は、電極材料を前記条件により電子顕微鏡で観察し、前記の定義を満たす形状の突起を数えることにより求めることができる。

【0033】

［電極材料の製造方法］
本実施形態の電極材料の製造方法は、炭素源としてイオン性有機物と、電極活物質及び電極活物質前駆体から選ばれる１種以上と、溶媒とを混合したスラリーを、スプレードライヤーを用いて乾燥、造粒する第一工程と、前記第一工程で得られた造粒物を非酸化性雰囲気下、６００℃以上１０００℃以下で熱処理する第二工程とを有することを特徴とする。

【0034】

（第一工程）
本工程は、炭素源としてイオン性有機物と、電極活物質及び電極活物質前駆体から選ばれる１種以上と、溶媒とを混合したスラリーを、スプレードライヤーを用いて乾燥、造粒する工程である。
イオン性有機物、電極活物質及び／又は電極活物質前駆体としては、それぞれ前記［電極材料］の項で説明したものを用いることができる。

【0035】

炭素源としてイオン性有機物を用いることにより、イオン性有機物と、電極活物質及び電極活物質前駆体から選ばれる１種以上と、溶媒とを混合したスラリーの乾燥、造粒中、及び後述する熱処理中に有機物の移動を抑制することができ、炭素質被膜から有機物（炭化物）が遊離することがなく、炭素質被膜の被覆率を向上させることができる。これにより、被覆に寄与しない、低炭素質の有機物（炭化物）の生成がなく、電極活物質粒子表面に過不足なく有機物（炭化物）が被覆され、良質な炭素質被膜を形成することができる。
また、イオン性有機物の電荷反発と立体障害により、電極活物質粒子同士の接近を抑制し、高温による電極活物質の粒子成長及び焼結が起こりにくくなり、良質な炭素質被膜で被覆された微細な電極活物質粒子が得られる。

【0036】

まず、イオン性有機物と、電極活物質及び電極活物質前駆体から選ばれる１種以上とを溶媒に溶解又は分散させて、混合物を調製する。イオン性有機物と、電極活物質及び電極活物質前駆体から選ばれる１種以上とを溶媒に溶解又は分散させる方法としては、特に限定されないが、例えば、遊星ボールミル、振動ボールミル、ビーズミル、ペイントシェーカー、アトライタ等の分散装置を用いることができる。

【0037】

前記溶媒としては、たとえば、水；メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール（イソプロピルアルコール：ＩＰＡ）、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノールおよびジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートおよびγ−ブチロラクトン等のエステル類；ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）、エチレングルコールモノエチルエーテル（エチルセロソルブ）、エチレングルコールモノブチルエーテル（ブチルセロソルブ）、ジエチレングリコールモノメチルエーテルおよびジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、アセチルアセトンおよびシクロヘキサノン等のケトン類；ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアセトアミドおよびＮ−メチルピロリドン等のアミド類；ならびにエチレングリコール、ジエチレングリコールおよびプロピレングリコール等のグリコール類等が挙げられる。これらの溶媒は、１種を用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらの溶媒の中で、好ましい溶媒は水である。
なお、必要に応じて分散剤を添加してもよい。

【0038】

イオン性有機物と、電極活物質及び電極活物質前駆体から選ばれる１種以上との配合比は、電極活物質及び電極活物質前駆体から選ばれる１種以上から得られる活物質１００質量部に対して、イオン性有機物から得られる炭素質量で、好ましくは０．５質量部以上１０質量部以下である。実際の配合量は加熱炭化による炭化量（炭素源の種類や炭化条件）により異なるが、おおむね１質量部から８質量部程度である。

【0039】

また、イオン性有機物と、電極活物質及び電極活物質前駆体から選ばれる１種以上とを溶媒に溶解又は分散する際には、電極活物質及び電極活物質前駆体から選ばれる１種以上を溶媒に分散させた後、イオン性有機物を添加し撹拌することが好ましい。

【0040】

次いで、得られたスラリーを、スプレードライヤーを用いて乾燥、造粒することで、造粒物を得ることができる。

【0041】

（第二工程）
本工程は、第一工程で得られた造粒物を非酸化性雰囲気下、６００℃以上１０００℃以下で熱処理する工程である。
非酸化性雰囲気としては、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性雰囲気が好ましく、より酸化を抑えたい場合には水素（Ｈ_２）等の還元性ガスを数体積％程度含む還元性雰囲気が好ましい。また、熱処理時に非酸化性雰囲気中に蒸発した有機分を除去する目的で、酸素（Ｏ_２）等の支燃性または可燃性ガスを不活性雰囲気中に導入してもよい。

【0042】

熱処理は、６００℃以上１０００℃以下、好ましくは７００℃以上９００℃以下、より好ましくは７２０℃以上９００℃以下、さらに好ましくは７２５℃以上８５０℃以下の範囲内の温度で、１〜２４時間、好ましくは１〜１２時間、より好ましくは１〜８時間、さらに好ましくは２〜４時間行う。
熱処理温度が６００℃未満では、イオン性有機物の炭化が不十分となり、電子伝導性を高めることができないおそれがあり、１０００℃超過では、電極活物質粒子の分解が生じたり、粒子成長を抑制できないおそれがある。

【0043】

本実施形態の製造方法によれば、粒子表面への吸着能に優れたイオン性有機物を炭素質被膜の前駆体として用いることで、被覆性が高くなる。また、電荷反発と、立体障害により、電極活物質粒子同士の接近を抑制することができるため、高温炭化することが可能であり、炭素を過剰に含むことなく、より高電子伝導性の炭素質で被覆された微細で高反応性の電極材料を容易に得ることができるばかりではなく、低炭素質の炭化物を低減させ、サイクル充放電時の低炭素質炭化物の分解による抵抗増加を抑制しうる、優れた炭素質被膜を実現することができる。さらに、ペースト化が容易で塗工性に優れた、顆粒状の電極材料とすることで、サイクル特性に優れたリチウムイオン電池を得ることができる。

【0044】

本実施形態の製造方法は、電極活物質の種類によらず適応可能であるが、低コスト、低環境負荷で、電子伝導性の低いオリビン型リン酸塩系電極材料の製造方法として特に有効である。

【0045】

［電極］
本実施形態の電極は、本実施形態の電極材料を用いてなる。
本実施形態の電極を作製するには、上述の電極材料と、バインダー樹脂からなる結着剤と、溶媒とを混合して、電極形成用塗料又は電極形成用ペーストを調製する。この際、必要に応じてカーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等の導電助剤を添加してもよい。
結着剤、すなわちバインダー樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）樹脂、フッ素ゴム等が好適に用いられる。
電極材料とバインダー樹脂との配合比は、特に限定されないが、例えば、電極材料１００質量部に対してバインダー樹脂を１質量部以上３０質量部以下、好ましくは３質量部以上２０質量部以下とする。

【0046】

電極形成用塗料又は電極形成用ペーストに用いる溶媒としては、バインダー樹脂の性質に合わせて適宜選択すればよい。
例えば、水、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール（イソプロピルアルコール：ＩＰＡ）、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングルコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）、エチレングルコールモノエチルエーテル（エチルセロソルブ）、エチレングルコールモノブチルエーテル（ブチルセロソルブ）、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）等のアミド類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類等を挙げることができる。これらは、１種のみを用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

【0047】

次いで、電極形成用塗料又は電極形成用ペーストを、金属箔の一方の面に塗布し、その後、乾燥し、上述の電極材料とバインダー樹脂との混合物からなる塗膜が一方の面に形成された金属箔を得る。
次いで、塗膜を加圧圧着し、乾燥して、金属箔の一方の面に電極材料層を有する集電体（電極）を作製する。
このようにして、直流抵抗を低下させ、放電容量及び入出力特性に優れるとともに、サイクル充放電における抵抗の増加が抑制され、サイクル特性にも優れたリチウムイオン電池を得ることができる電極を作製することができる。

【0048】

［リチウムイオン電池］
本実施形態のリチウムイオン電池は、本実施形態の電極からなる正極を備える。したがって、本実施形態のリチウムイオン電池は、直流抵抗を低下させ、放電容量及び入出力特性に優れるとともに、サイクル充放電における抵抗の増加が抑制され、サイクル特性にも優れる。
本実施形態のリチウムイオン電池では、負極、電解液、セパレーター等は特に限定されない。例えば、負極としては、金属Ｌｉ、炭素材料、Ｌｉ合金、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２等の負極材料を用いることができる。また、電解液とセパレーターの代わりに、固体電解質を用いてもよい。

【実施例】

【0049】

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、実施例に記載の形態に限定されるものではない。
例えば、本実施例では、導電助剤としてアセチレンブラックを用いているが、カーボンブラック、グラファイト、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛などの炭素材料を用いてもよい。また、対極に天然黒鉛を用いた電池で評価しているが、当然ながら人造黒鉛、コークスのような他の炭素材料、Ｌｉ金属やＬｉ合金等の金属負極、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２の様な酸化物系負極材料を用いてもよい。また、非水電解液（非水電解質溶液）として１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ_６を含む、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルを体積％で３：７に混合したものを用いているが、ＬｉＰＦ_６の代わりにＬｉＢＦ_４やＬｉＣｌＯ_４、炭酸エチレンの代わりに炭酸プロピレンや炭酸ジエチルを用いてもよい。また、電解液とセパレーターの代わりに固体電解質を用いてもよい。

【0050】

＜製造例１：電極活物質（ＬｉＦｅＰＯ_４）の製造＞
ＬｉＦｅＰＯ_４の合成は以下のようにして水熱合成で行った。
Ｌｉ源としてＬｉＯＨ、Ｐ源（Ｂ源）としてＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４、Ｆｅ源（Ａ源）としてＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏを用い、これらを物質量比でＬｉ：Ｆｅ：Ｐ＝３：１：１となるように純水に混合して２００ｍＬの均一なスラリー状の混合物を調製した。
次いで、この混合物を容量５００ｍＬの耐圧密閉容器に入れ、１７０℃で１２時間、水熱合成を行った。この反応後に室温（２５℃）になるまで冷却して、沈殿しているケーキ状態の反応生成物を得た。この沈殿物を蒸留水で複数回、十分に水洗し、乾燥しないように含水率３０％に保持しケーキ状物質とした。このケーキ状物質を若干量採取し、７０℃で２時間真空乾燥させて得られた粉末をＸ線回折装置（製品名：ＲＩＮＴ２０００、ＲＩＧＡＫＵ製）で測定したところ、単相のＬｉＦｅＰＯ_４が形成されていることが確認された。

【0051】

＜製造例２：電極活物質（ＬｉＭｎＰＯ_４）の製造＞
Ｆｅ源として、ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏの代わりにＭｎＳＯ_４・Ｈ_２Ｏを用い、反応を１５０℃で１２時間の水熱合成とした他は、製造例１と同様にしてＬｉＭｎＰＯ_４を合成した。

【0052】

＜製造例３：電極活物質（Ｌｉ［Ｆｅ_０．２５Ｍｎ_０．７５］ＰＯ_４）の製造＞
Ｆｅ源として、ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：ＭｎＳＯ_４・Ｈ_２Ｏ＝２５：７５（物質量比）の混合物を用いた以外は、製造例２と同様にしてＬｉ［Ｆｅ_０．２５Ｍｎ_０．７５］ＰＯ_４を合成した。

【0053】

＜実施例１＞
製造例１で得られたＬｉＦｅＰＯ_４（電極活物質）２０ｇと、炭素源としてドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム１ｇとを水に混合し、５ｍｍφのジルコニアボール１５０ｇとともにボールミルで粉砕混合して、スラリー（混合物）を得た。
次いで、得られたスラリーを、二流体ノズル型スプレードライヤーを用いて乾燥、造粒した。その後、得られた造粒物を温度７５０℃で４時間、熱処理を行い、炭素質被覆電極活物質からなる電極材料を得た。

【0054】

＜実施例２＞
製造例２で得られたＬｉＭｎＰＯ_４（電極活物質）１９ｇと、炭化触媒としてＬｉＦｅＰＯ_４ １ｇ相当の炭酸Ｌｉ−酢酸鉄（ＩＩ）−リン酸（Ｌｉ：Ｆｅ：Ｐ＝１：１：１）混合溶液と、炭素源としてドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム２．５ｇとを水に混合し、５ｍｍφのジルコニアボール１５０ｇとともにボールミルで粉砕混合して、スラリー（混合物）を得た。
次いで、得られたスラリーを、二流体ノズル型スプレードライヤーを用いて乾燥、造粒した。その後、得られた造粒物を温度７５０℃で４時間、熱処理を行い、炭素質被覆電極活物質からなる電極材料を得た。

【0055】

＜実施例３＞
製造例３で得られたＬｉ［Ｆｅ_０．２５Ｍｎ_０．７５］ＰＯ_４（電極活物質）２０ｇと、炭素源としてカルボン酸変性ポリビニルアルコール（クラレ株式会社製、商品名：ＫＬ−３１８）１．２ｇとを水に混合し、アンモニア水を用いてカルボン酸変性ポリビニルアルコールのカルボキシル基の中和率が１００ｍｏｌ％となるように中和した。その後、５ｍｍφのジルコニアボール１５０ｇとともにボールミルで粉砕混合して、スラリー（混合物）を得た。
次いで、得られたスラリーを、二流体ノズル型スプレードライヤーを用いて乾燥、造粒した。その後、得られた造粒物を温度７５０℃で４時間、熱処理を行い、炭素質被覆電極活物質からなる電極材料を得た。

【0056】

＜実施例４＞
カルボン酸変性ポリビニルアルコール（クラレ株式会社製、商品名：ＫＬ−３１８）のカルボキシル基の中和率を５０ｍｏｌ％となるように中和した以外は実施例３と同様にして、炭素質被覆電極活物質からなる電極材料を得た。

【0057】

＜実施例５＞
製造例３で得られたＬｉ［Ｆｅ_０．２５Ｍｎ_０．７５］ＰＯ_４（電極活物質）２０ｇと、炭素源としてカルボン酸アンモニウム系界面活性剤（東亜合成株式会社製、商品名：アロンＡ−６１１４）１．２ｇとを水に混合した。その後、５ｍｍφのジルコニアボール１５０ｇとともにボールミルで粉砕混合して、スラリー（混合物）を得た。
次いで、得られたスラリーを、二流体ノズル型スプレードライヤーを用いて乾燥、造粒した。その後、得られた造粒物を温度７８０℃で４時間、熱処理を行い、炭素質被覆電極活物質からなる電極材料を得た。

【0058】

＜比較例１＞
炭素源としてドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム２．５ｇの代わりに、ショ糖２．５ｇを用いた以外は実施例２と同様にして、比較例１の炭素質被覆電極活物質からなる電極材料を得た。

【0059】

＜比較例２＞
カルボン酸変性ポリビニルアルコール（クラレ株式会社製、商品名：ＫＬ−３１８）を中和せずに用いた以外は実施例３と同様にして、比較例２の炭素質被覆電極活物質からなる電極材料を得た。

【0060】

＜比較例３＞
カルボン酸変性ポリビニルアルコール（クラレ株式会社製、商品名：ＫＬ−３１８）の代わりに未変性のポリビニルアルコールを用いた以外は実施例３と同様にして比較例３の炭素質被覆電極活物質からなる電極材料を得た。

【0061】

＜リチウムイオン電池の作製＞
実施例及び比較例で得られた電極材料と、導電助剤としてアセチレンブラック（ＡＢ）と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）樹脂とを、電極材料：ＡＢ：ＰＶｄＦ＝９０：５：５の重量比で、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に混合し、正極材料ペーストとした。得られたペーストを、厚さ３０μｍのアルミニウム箔上に塗布、乾燥後、所定の密度となるように圧着して電極板とした。
得られた電極板を塗布面の面積が３×３ｃｍ^２でその周りにタブしろを有する板状に打ち抜き、タブを溶接して試験電極を作製した。
一方、対極には天然黒鉛を塗布した塗布電極を用いた。セパレーターとしては、多孔質ポリプロピレン膜を採用した。また、非水電解液（非水電解質溶液）として１ｍｏｌ／Ｌのヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）溶液を用いた。なお、このＬｉＰＦ_６溶液に用いられる溶媒としては、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルを体積％で３：７に混合し、添加剤として炭酸ビニレン２％を加えたものを用いた。
そして、以上のようにして作製した試験電極、対極および非水電解液を用いて、ラミネート型のセルを作製し、実施例及び比較例の電池とした。

【0062】

〔電極材料の評価〕
実施例及び比較例で得られた電極材料、及び該電極材料が含む成分について物性を評価した。評価方法は、以下の通りである。なお、結果を表１に示す。

【0063】

（１）電極材料の炭素量
炭素分析計（株式会社堀場製作所製、炭素硫黄分析装置：ＥＭＩＡ−８１０Ｗ）を用いて、電極材料の炭素量（質量％）を測定した。

【0064】

（２）電極材料の比表面積
全自動比表面積測定装置（株式会社マウンテック製、商品名：Ｍａｃｓｏｒｂ ＨＭ ｍｏｄｅｌ−１２０８）を用いて、窒素（Ｎ_２）吸着によるＢＥＴ１点法により測定した。

【0065】

（３）電極活物質の結晶子径
Ｘ線回折装置（製品名：ＲＩＮＴ２０００、ＲＩＧＡＫＵ製）により測定した粉末Ｘ線回折図形の（０２０）面の回折ピークの半値幅、及び回折角（２θ）を用い、シェラーの式により算出した。

【0066】

（４）電極材料の炭素質被膜評価
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ；（株）日立ハイテクノロジーズ製、型番：ＨＦ２０００）を用いて加速電圧２００ｋＶ、倍率１０万倍で電極材料を撮影した。得られた断面の画像において、１８０ｎｍ×１８０ｎｍの視野を任意で１０視野観察し、炭素質被膜から遊離した不定形の炭素質塊の数を数え、これを遊離カーボン数とした。
また、同様に、得られた断面の画像において、１８０ｎｍ×１８０ｎｍの視野を任意で１０視野観察し、炭素質被膜の厚さを１００箇所測定し、その平均値を炭素質被膜の厚さとした。さらに、得られた断面の画像において、１８０ｎｍ×１８０ｎｍの視野を任意で１０視野観察し、厚さ（Ｔ）が前記炭素質被膜の厚さの２倍以上大きく、その領域の大きさがＴの３倍以下の突起を数え、これを炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起数とした。
なお、実施例３の電極材料を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影し、得られた断面の画像を図１に、比較例２の電極材料を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影し、得られた断面の画像を図２に示す。

【0067】

〔電極及びリチウムイオン電池の評価〕
実施例及び比較例で得られたリチウムイオン電池を用いて放電容量と充放電の直流抵抗（ＤＣＲ）を測定した。結果を表１に示す。

【0068】

（１）放電容量
環境温度３０℃にて、実施例１のリチウムイオン電池では、カットオフ電圧を２.５−４．１Ｖ（ｖｓ天然黒鉛）とし、実施例２〜５、及び比較例１〜３のリチウムイオン電池では、カットオフ電圧を２.５−４.２Ｖ（ｖｓ天然黒鉛）とし、充電電流を１Ｃ、放電電流を５Ｃとして定電流充放電により放電容量を測定した。

【0069】

（２）充放電の直流抵抗（ＤＣＲ）
リチウムイオン電池について、環境温度２５℃にて０．１Ｃの電流で５時間充電し、充電深度を調整した（充電率（ＳＯＣ）５０％）。ＳＯＣ５０％に調整した電池に、第１サイクルとして「１Ｃ充電を１０秒→休止１０分→１Ｃ放電を１０秒→休止１０分」、第２サイクルとして「３Ｃ充電を１０秒→休止１０分→３Ｃ放電を１０秒→休止１０分」、第３サイクルとして「５Ｃ充電を１０秒→休止１０分→５Ｃ放電を１０秒→休止１０分」、第４サイクルとして「１０Ｃ充電を１０秒→休止１０分→１０Ｃ放電を１０秒→休止１０分」を、この順で実施し、その際の各充電、放電時１０秒後の電圧を測定した。各電流値を横軸に、１０秒後の電圧を縦軸にプロットして近似直線を描き、近似直線における傾きをそれぞれ充電時の直流抵抗（充電ＤＣＲ）、放電時の直流抵抗（放電ＤＣＲ）とした。
同様に、サイクル試験後のＤＣＲ測定を環境温度２５℃で実施した。

【0070】

（３）充放電サイクル試験
放電容量、ＤＣＲを測定した後、環境温度４５℃で、充電及び放電電流を２Ｃとして３００サイクル充放電を実施した。カットオフ電圧は、前記（１）の放電容量測定時と同一とした。
３００サイクル後の放電容量及び２サイクル目の放電容量から、下記式（ｉ）によりサイクル維持率を算出した。
サイクル維持率（％）＝（３００回目の放電容量／２サイクル目の放電容量）×１００・・・（ｉ）

【0071】

【表1】

【0072】

（結果のまとめ）
実施例では、炭素質被膜の前駆体として、粒子表面への吸着能に優れ、電荷反発と立体障害により、電極活物質粒子同士の接近を抑制可能なイオン性有機物を用いたことで、高温による電極活物質の粒子成長及び焼結が起こりにくくなり、良質な炭素質被膜で被覆された微細な電極活物質粒子が得られただけでなく、さらに噴霧乾燥により球状の顆粒体を得る際にも、該電極活物質粒子同士の接近を抑制し、粒子成長を起こさずに、微細な粒子からなる電極材料が得られた。
また、図１に示す実施例３の電極材料を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影し（倍率１０万倍）、得られた断面の画像から、該電極材料では、有機物（炭化物）の遊離がなく、炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起も確認されないことが分かる。このように、実施例の電極材料では、有機物（炭化物）の遊離がなく被覆率が向上したことで、被覆に寄与しない、低炭素質の有機物（炭化物）の生成がなく、充放電により分解・高抵抗化することが抑制された。
上記の効果により、炭素質被膜の電子伝導性は十分に向上し、放電容量が増加するとともに、サイクル特性も向上したことが確認できた。
一方、比較例の電極材料は、熱処理に伴う粒子の成長が起こるとともに、噴霧乾燥により球状の顆粒体を得る際にも、有機物（炭化物）の遊離が生じ、電子伝導に寄与しない、低炭素質の有機物（炭化物）が残留し、充放電に伴い分解する。その結果、放電容量が低下するだけでなく、サイクル特性の悪化も見られた。
なお、図２は比較例２の電極材料を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で撮影し（倍率１０万倍）、得られた断面の画像であるが、該電極材料では、有機物（炭化物）が遊離しており、炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起も確認された。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明の電極材料は、リチウムイオン電池の正極として有用である。

【図1】

【図2】

【手続補正書】

【提出日】2019年3月27日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭素質被膜で被覆された電極活物質の一次粒子と、該一次粒子の集合体である二次粒子とを含む電極材料であって、
前記電極活物質が、下記一般式（１）で表される電極活物質であり、
前記電極材料を、電子顕微鏡を用いて倍率１０万倍で１８０ｎｍ×１８０ｎｍの視野を任意で１０視野観察した際に、遊離カーボンが３個以下であり、かつ、炭素質被膜の厚さの２倍以上の突起が３個以下であることを特徴とする電極材料。
Ｌｉ_ａＡ_ｘＭ_ｙＢＯ_z （１）
（式中、ＡはＭｎ、Ｆe、Ｃｏ、及びＮｉからなる群より選択される少なくとも１種、ＭはＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ及び希土類元素からなる群より選択される少なくとも一種、ＢはＢ、Ｐ、Ｓｉ、及びＳからなる群より選択される少なくとも１種、０≦ａ＜４、０＜ｘ＜１．５、０≦ｙ＜１、０＜ｚ≦４である。）

【請求項2】

前記一般式（１）で表される電極活物質が、下記一般式（２）で表される電極活物質であることを特徴とする、請求項１に記載の電極材料。
Ｌｉ_ａＡ_ｘＭ_ｙＰＯ_４ （２）
（式中、Ａ、Ｍ、ａ、ｘ、及びｙは前記のとおりである。）

【請求項3】

炭素源としてイオン性有機物のみと、電極活物質及び電極活物質前駆体から選ばれる１種以上と、溶媒とを混合したスラリーを、スプレードライヤーを用いて乾燥、造粒する第一工程と、
前記第一工程で得られた造粒物を非酸化性雰囲気下、６００℃以上１０００℃以下で熱処理する第二工程とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電極材料の製造方法。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の電極材料を用いてなることを特徴とする電極。

【請求項5】

請求項４に記載の電極からなる正極を備えたことを特徴とするリチウムイオン電池。