特許7264792全固体リチウムイオン電池用正極活物質、全固体リチウムイオン電池用正極、全固体リチウムイオン電池及び全固体リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-17
(45)【発行日】2023-04-25
(54)【発明の名称】全固体リチウムイオン電池用正極活物質、全固体リチウムイオン電池用正極、全固体リチウムイオン電池及び全固体リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01M 4/525 20100101AFI20230418BHJP
H01M 4/505 20100101ALI20230418BHJP
H01M 4/36 20060101ALI20230418BHJP
H01M 10/0562 20100101ALI20230418BHJP
H01M 10/052 20100101ALI20230418BHJP
C01G 53/00 20060101ALI20230418BHJP
【ＦＩ】
H01M4/525
H01M4/505
H01M4/36 D
H01M10/0562
H01M10/052
C01G53/00 A
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019204937
(22)【出願日】2019-11-12
(65)【公開番号】P2021077565
(43)【公開日】2021-05-20
【審査請求日】2022-08-29
(73)【特許権者】
【識別番号】502362758
【氏名又は名称】ＪＸ金属株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】樫村 利英
【審査官】松嶋 秀忠
(56)【参考文献】
【文献】特許第５３９５２５８（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特表２０１９－５０９６０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１２２６２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１９８５２１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－２２５３００（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ４／１３－６２
Ｈ０１Ｍ １０／０５－０５８７
Ｃ０１Ｇ ５３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
組成式がＬｉaＮｉbＣｏcＭｎdＡｌeＯ2
（式中、１．００≦ａ≦１．０２、０．８≦ｂ≦０．９、０＜ｃ≦０．２、０＜ｄ≦０．２、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０．０２≦ｅ≦０．１５である）
で表され、
粒子断面において、粒子中心部のＡｌの濃度Ｃc、及び、粒子表面から深さ１０ｎｍの位置におけるＡｌの濃度Ｃsについて、Ｃs／Ｃc＝２～１０であり、
粒子内空隙率が３０％未満であり、
平均粒子径（Ｄ５０）が６～１５μｍである正極活物質（１）と、平均粒子径（Ｄ５０）が１～５μｍである正極活物質（２）とを混合してなり、
質量比で、前記正極活物質（１）：前記正極活物質（２）＝５：５～２：８である全固体リチウムイオン電池用正極活物質。
【請求項2】
前記正極活物質（２）の平均粒子径（Ｄ５０）に対する前記正極活物質（１）の平均粒子径（Ｄ５０）の比が２～６である請求項１に記載の全固体リチウムイオン電池用正極活物質。
【請求項3】
請求項１または２に記載の全固体リチウムイオン電池用正極活物質を備えた全固体リチウムイオン電池用正極。
【請求項4】
請求項３に記載の全固体リチウムイオン電池用正極を備えた全固体リチウムイオン電池。
【請求項5】
Ａｌ2Ｏ3を純水に分散して添加物スラリーを作製する工程と、ニッケルコバルトマンガン水酸化物を純水に投入した媒体中に、前記添加物スラリーを加え、撹拌分散することで、表面処理したスラリーを作製する工程と、
前記表面処理したスラリーを乾燥して表面処理前駆体を得る工程と、
前記表面処理前駆体にリチウム源を加え、６５０～８００℃で焼成する工程と、
を含む請求項１または２に記載の全固体リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法。
【請求項6】
前記Ａｌ2Ｏ3を粉体として見たときの体積基準の平均粒子径Ｄ５０が、０．０５～０．７μｍである請求項５に記載の全固体リチウムイオン電池用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、全固体リチウムイオン電池用正極活物質、全固体リチウムイオン電池用正極、全固体リチウムイオン電池及び全固体リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年におけるパソコン、ビデオカメラ、及び携帯電話等の情報関連機器や通信機器等の急速な普及に伴い、その電源として利用される電池の開発が重要視されている。該電池の中でも、エネルギー密度が高いという観点から、リチウム電池が注目を浴びている。また、車載用等の動力源やロードレべリング用といった大型用途におけるリチウム二次電池についても、高エネルギー密度、電池特性向上が求められている。
【0003】
ただ、リチウムイオン電池の場合は、電解液は有機化合物が大半であり、たとえ難燃性の化合物を用いたとしても火災に至る危険性が全くなくなるとは言いきれない。こうした液系リチウムイオン電池の代替候補として、電解質を固体とした全固体リチウムイオン電池が近年注目を集めている。
【0004】
また、非水系電解質二次電池の正極活物質としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）で代表されるリチウムコバルト複合酸化物とともに、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）で代表されるリチウムニッケル複合酸化物、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ2）で代表されるリチウムマンガン複合酸化物等が広く用いられている。
【0005】
ところで、コバルト酸リチウムは、コバルトの埋蔵量が少ないため高価であり、かつ供給不安定で価格の変動も大きいコバルトを主成分として含有しているという問題点があった。このため、比較的安価なニッケルまたはマンガンを主成分として含有するリチウムニッケル複合酸化物またはリチウムマンガン複合酸化物がコストの観点から注目されている。しかしながら、マンガン酸リチウムについては、熱安定性ではコバルト酸リチウムに比べて優れているものの、充放電容量が他の材料に比べ非常に小さく、かつ寿命を示す充放電サイクル特性も非常に短いことから、電池としての実用上の課題が多い。一方、ニッケル酸リチウムは、コバルト酸リチウムよりも大きな充放電容量を示すことから、安価で高エネルギー密度の電池を製造することができる正極活物質として期待されている。
【0006】
発火、漏えい、爆発の恐れのある非水系電解液を使用しない全固体電池は、安全性は向上するものの、正極層での固体電解質と正極活物質との界面に高抵抗層が生成することがあり、電池性能が低下する場合がある。
【0007】
このような問題に対し、例えば、全固体リチウムイオン電池用正極活物質と硫化物系固体電解質との界面に高抵抗層が生成することを抑制するために、正極活物質表面を被覆する技術が知られている。
【0008】
正極活物質表面を被覆する技術として、特許文献１には、正極活物質粒子において、Ａｌの濃度に関し、粒子内部よりも粒子外部を高くしたものが記載されている。そして、このような構成によれば、全固体リチウムイオン電池用正極活物質と硫化物系固体電解質との界面の高抵抗層が生成することを抑制し、全固体リチウムイオン電池の内部インピーダンスを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特許第５３９５２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、特許文献１に記載のように、正極活物質粒子において、Ａｌの濃度に関し、粒子内部よりも粒子外部を高くするだけでは、全固体リチウムイオン電池の電極密度が十分に得られず、体積エネルギー密度が十分に得られない。
【0011】
また、特許文献１には、一次粒子タイプのＬＣＯ（リチウムコバルト複合酸化物）について、Ａｌ表面偏析層（自己形成緩衝層）が形成されることが記載されているが、二次粒子タイプのＮＣＭ（リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物）について記載されていない。ＮＣＭでは、特許文献１に記載の実施例のように、前駆体作製段階でＡｌを添加すると、粒子内に均一にＡｌが存在し、表面偏析層は形成されない。また、高体積エネルギー密度を得るにはＨｉｇｈ－Ｎｉ組成ＮＣＭの使用が有利となるが、特許文献１に記載の技術では、Ｈｉｇｈ－Ｎｉ組成ＮＣＭを用いた実施例もない。なお、特許文献１には、ＮＣＡ（リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物）の実施例はあるが、Ａｌ表面偏析層については記載されていない。
【0012】
そこで、本発明の実施形態は、全固体リチウムイオン電池に用いたとき、正極の電極密度が向上し、優れた体積エネルギー密度及び出力特性が得られる全固体リチウムイオン電池用正極活物質を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は一側面において、組成式がＬｉaＮｉbＣｏcＭｎdＡｌeＯ2（式中、１．００≦ａ≦１．０２、０．８≦ｂ≦０．９、０＜ｃ≦０．２、０＜ｄ≦０．２、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０．０２≦ｅ≦０．１５である）で表され、粒子断面において、粒子中心部のＡｌの濃度Ｃc、及び、粒子表面から深さ１０ｎｍの位置におけるＡｌの濃度Ｃsについて、Ｃs／Ｃc＝２～１０であり、粒子内空隙率が３０％未満であり、平均粒子径（Ｄ５０）が６～１５μｍである正極活物質（１）と、平均粒子径（Ｄ５０）が１～５μｍである正極活物質（２）とを混合してなり、質量比で、前記正極活物質（１）：前記正極活物質（２）＝５：５～２：８である全固体リチウムイオン電池用正極活物質である。
【0015】
本発明の別の一実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、前記正極活物質（２）の平均粒子径（Ｄ５０）に対する前記正極活物質（１）の平均粒子径（Ｄ５０）の比が２～６である。
【0016】
本発明は、別の一側面において、本発明の全固体リチウムイオン電池用正極活物質を備えた全固体リチウムイオン電池用正極である。
【0017】
本発明は、更に別の一側面において、本発明の全固体リチウムイオン電池用正極を備えた全固体リチウムイオン電池である。
【0018】
本発明は、更に別の一側面において、Ａｌ2Ｏ3を純水に分散して添加物スラリーを作製する工程と、ニッケルコバルトマンガン水酸化物を純水に投入した媒体中に、前記添加物スラリーを加え、撹拌分散することで、表面処理したスラリーを作製する工程と、前記表面処理したスラリーを乾燥して表面処理前駆体を得る工程と、前記表面処理前駆体にリチウム源を加え、６５０～８００℃で焼成する工程とを含む本発明の全固体リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法である。
【0019】
本発明の一実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法は、前記Ａｌ2Ｏ3を粉体として見たときの体積基準の平均粒子径Ｄ５０が、０．０５～０．７μｍである。
【発明の効果】
【0020】
本発明の実施形態によれば、全固体リチウムイオン電池に用いたとき、正極の電極密度が向上し、優れた体積エネルギー密度及び出力特性が得られる全固体リチウムイオン電池用正極活物質を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0021】
（全固体リチウムイオン電池用正極活物質の構成）
本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、組成式がＬｉaＮｉbＣｏcＭｎdＡｌeＯ2（式中、１．００≦ａ≦１．０２、０．８≦ｂ≦０．９、０＜ｃ≦０．２、０＜ｄ≦０．２、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０．０２≦ｅ≦０．１５である）で表される。
本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、組成式がＬｉaＮｉbＣｏcＭｎdＡｌeＯ2（式中、１．００≦ａ≦１．０２、０．８≦ｂ≦０．９、０＜ｃ≦０．２、０＜ｄ≦０．２、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、０．０２≦ｅ≦０．１５である）で表される。
【0022】
本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質において、Ｌｉの組成が１．００未満では、リチウム量が不足して安定した結晶構造を保持しにくく、１．０２を超えると当該正極活物質を用いて作製した全固体リチウムイオン電池の放電容量が低くなるおそれがある。
【0023】
本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、粒子断面において、粒子中心部のＡｌの濃度Ｃc、及び、粒子表面から深さ１０ｎｍの位置におけるＡｌの濃度Ｃsについて、Ｃs／Ｃc＝２～１０である。本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、このように粒子断面において、粒子表面から深さ１０ｎｍの位置におけるＡｌの濃度Ｃsが、粒子中心部のＡｌの濃度Ｃcより大きい。これは、後述するように、ＮＣＭ前駆体作製後にＡｌ2Ｏ3を表面処理し、その後、リチウム源と一緒に焼成することで、２次粒子タイプのＮＣＭにおいてＡｌ表面偏析層（自己形成緩衝層）が形成されるためである。
【0024】
本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、粒子断面において、粒子中心部のＡｌの濃度Ｃc、及び、粒子表面から深さ１０ｎｍの位置におけるＡｌの濃度Ｃsについて、Ｃs／Ｃc＝２以上であるため、全固体リチウムイオン電池用正極活物質と硫化物系固体電解質との界面に高抵抗層が生成することを良好に抑制することができる。また、Ｃs／Ｃc＝１０以下であるため、正極活物質自体の抵抗値を抑制することができる。Ｃs／Ｃcは２．５以上、３．０以上、３．５以上に制御してもよい。また、Ｃs／Ｃcは、９以下、８以下、７以下、６以下に制御してもよい。
【0025】
本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、粒子内空隙率が３０％未満である。このような構成によれば、全固体リチウムイオン電池用正極に用いたときに、正極活物質の充填量が向上するため、電極密度が向上する。本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、粒子内空隙率を２５％未満、または、２０％未満に制御してもよい。
【0026】
本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、平均粒子径（Ｄ５０）が６～１５μｍである正極活物質（１）と、平均粒子径（Ｄ５０）が１～５μｍである正極活物質（２）とを混合してなる。このような構成によれば、平均粒子径（Ｄ５０）が小さい粒子と大きい粒子とを混合することで、粒子間空隙が小さくなり、正極活物質の充填量が向上する。
【0027】
上述のように、本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、粒子内空隙が小さく、Ａｌ表面偏析層を有するＨｉｇｈ－Ｎｉ組成ＮＣＭで、平均粒子径（Ｄ５０）が小さい粒子と大きい粒子とを混合することで、体積エネルギー密度及び出力特性に優れる全固体電池が得られる。
【0028】
本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、質量比で、正極活物質（１）：正極活物質（２）＝５：５～２：８であるのが好ましい。質量比で、正極活物質（１）：正極活物質（２）＝５：５以上であるため、正極活物質の中で小粒径である正極活物質（２）の比率が５割以上となり、正極活物質と固体電解質の接触面積を必要最低限確保することができる。また、質量比で、正極活物質（１）：正極活物質（２）＝２：８以下であるため、小粒径である正極活物質（２）の増加による電極密度低下を防止することができる。本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、質量比で、正極活物質（１）：正極活物質（２）＝４：６～３：７であるのがより好ましい。
【0029】
本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、正極活物質（２）の平均粒子径（Ｄ５０）に対する正極活物質（１）の平均粒子径（Ｄ５０）の比が２～６であるのが好ましい。正極活物質（２）の平均粒子径（Ｄ５０）に対する正極活物質（１）の平均粒子径（Ｄ５０）の比が２以上であるため、正極活物質間の空隙が埋まりやすくなり、電極密度が向上する。正極活物質（２）の平均粒子径（Ｄ５０）に対する正極活物質（１）の平均粒子径（Ｄ５０）の比が６以下であるため、正極活物質間の空隙を埋めるのに必要な小粒径正極活物質（２）の割合を小さくでき、電極密度低下を防止することができる。本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質は、正極活物質（２）の平均粒子径（Ｄ５０）に対する正極活物質（１）の平均粒子径（Ｄ５０）の比が３～５であるのがより好ましい。
【0030】
（全固体リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法）
次に、本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法について詳述する。まず、Ａｌ2Ｏ3を純水に１０～２０４ｇ／Ｌとなるように分散して添加物スラリーを作製する。
次に、本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法について詳述する。まず、Ａｌ2Ｏ3を純水に１０～２０４ｇ／Ｌとなるように分散して添加物スラリーを作製する。
【0031】
添加物スラリーの作製において、Ａｌ2Ｏ3を粉体として見たときの体積基準の平均粒子径Ｄ５０が、０．０５～０．７μｍであるのが好ましい。Ａｌ2Ｏ3を粉体として見たときの体積基準の平均粒子径Ｄ５０が、０．０５μｍ以上であると、純水に分散したときに凝集の発生を抑制することができる。Ａｌ2Ｏ3を粉体として見たときの体積基準の平均粒子径Ｄ５０が、０．７μｍ以下であると、前駆体表面に均一に分散処理することができる。Ａｌ2Ｏ3を粉体として見たときの体積基準の平均粒子径Ｄ５０は、０．１～０．７μｍであるのが好ましく、０．１～０．５μｍであるのがより好ましく、０．１～０．３μｍであるのがさらにより好ましい。
【0032】
次に、組成式：ＮｉbＣｏcＭｎd（ＯＨ）2（式中、０．８≦ｂ≦０．９、０＜ｃ≦０．２、０＜ｄ≦０．２、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１である）で表されるニッケルコバルトマンガン水酸化物を純水に投入した媒体中に、上述の添加物スラリーを加え、撹拌分散することで、ニッケルコバルトマンガン水酸化物の表面を処理する。このようにして、表面処理したスラリーを作製する。
【0033】
上述の表面処理では、表面処理したスラリーにおいて、Ａｌ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）が２～１５ｍｏｌ％となるように、Ａｌ2Ｏ3を純水に分散した添加物スラリーによって表面処理を行う。
【0034】
次に、上述の表面処理したスラリーを乾燥して表面処理前駆体を得る。次に、表面処理前駆体に水酸化リチウム等のリチウム源を加え、６５０～８００℃で焼成する。焼成雰囲気は、酸素雰囲気が好ましい。
【0035】
平均粒子径（Ｄ５０）が６～１５μｍである正極活物質（１）と、平均粒子径（Ｄ５０）が１～５μｍである正極活物質（２）は、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）をそれぞれ６～１５μｍ、１～５μｍとすることで作製することができる。その後、これらを混合することで、本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質を製造することができる。
例えば、前駆体の作製は、硫酸ニッケル・硫酸コバルト・硫酸マンガンが溶解している遷移金属水溶液、苛性ソーダ水溶液、アンモニア水溶液を用意し、これらを一つの反応容器または反応装置内の反応槽に投入し、ニッケルコバルトマンガン水酸化物（前駆体）粒子を含むスラリーとする。この際、クロスフローろ過装置との間で循環させながら反応してもよい。
このときに、前駆体作製条件を調整し、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）が６～１５μｍ、１～５μｍの２種類を作製する。前駆体の粒径がほぼそのまま焼成後の正極活物質の粒径となる。なお、これらの前駆体粉体を得る方法は特に決められたものはなく、既知の晶析法の中から上記に見合う製造条件を選定することで達成することができる。
例えば、前駆体の作製は、硫酸ニッケル・硫酸コバルト・硫酸マンガンが溶解している遷移金属水溶液、苛性ソーダ水溶液、アンモニア水溶液を用意し、これらを一つの反応容器または反応装置内の反応槽に投入し、ニッケルコバルトマンガン水酸化物（前駆体）粒子を含むスラリーとする。この際、クロスフローろ過装置との間で循環させながら反応してもよい。
このときに、前駆体作製条件を調整し、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）が６～１５μｍ、１～５μｍの２種類を作製する。前駆体の粒径がほぼそのまま焼成後の正極活物質の粒径となる。なお、これらの前駆体粉体を得る方法は特に決められたものはなく、既知の晶析法の中から上記に見合う製造条件を選定することで達成することができる。
【0036】
上述のように、ニッケルコバルトマンガン水酸化物に対してＡｌ2Ｏ3で表面処理し、その後、リチウム源と一緒に焼成することで、２次粒子タイプのニッケルコバルトマンガン複合酸化物においてＡｌ表面偏析層（自己形成緩衝層）を形成することができる。
【0037】
ここで、全固体リチウムイオン電池用正極活物質は粒子断面において、粒子中心部のＡｌの濃度Ｃc、及び、粒子表面から深さ１０ｎｍの位置におけるＡｌの濃度Ｃsについて、Ｃs／Ｃc＝２～１０であり、粒子内空隙率が３０％未満であり、平均粒子径（Ｄ５０）が６～１５μｍである正極活物質（１）と、平均粒子径（Ｄ５０）が１～５μｍである正極活物質（２）とを混合してなる。
このうち、Ｃs／Ｃc＝２～１０の制御は、正極活物質の焼成温度、Ａｌ添加量を調製することで行うことができる。
また、粒子内空隙率の３０％未満への制御は、前駆体作製条件、例えば、反応時のｐＨ、アンモニア添加量、反応時間を調製することで行うことができる。
このうち、Ｃs／Ｃc＝２～１０の制御は、正極活物質の焼成温度、Ａｌ添加量を調製することで行うことができる。
また、粒子内空隙率の３０％未満への制御は、前駆体作製条件、例えば、反応時のｐＨ、アンモニア添加量、反応時間を調製することで行うことができる。
【0038】
（全固体リチウムイオン電池用正極活物質を備えた全固体リチウムイオン電池）
本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質を用いて正極層（全固体リチウムイオン電池用正極）を形成し、固体電解質層、当該正極層及び負極層を備えた全固体リチウムイオン電池を作製することができる。
本発明の実施形態に係る全固体リチウムイオン電池用正極活物質を用いて正極層（全固体リチウムイオン電池用正極）を形成し、固体電解質層、当該正極層及び負極層を備えた全固体リチウムイオン電池を作製することができる。
【実施例】
【0039】
以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を提供するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
【0040】
（実施例１）
＜大粒子（大粒径）の正極活物質の作製＞
Ａｌ2Ｏ3を純水に１０２ｇ／Ｌとなるように分散して添加物スラリーを作製した。添加物スラリーの作製において、Ａｌ2Ｏ3を粉体として見たときの体積基準の平均粒子径Ｄ５０は０．３μｍであった。
次に、組成式：Ｎｉ82Ｃｏ15Ｍｎ3（ＯＨ）2で表され、平均粒子径（Ｄ５０）が約１０μｍのニッケルコバルトマンガン水酸化物を純水に投入した媒体中に、上述の添加物スラリーを加え、撹拌分散することで、ニッケルコバルトマンガン水酸化物の表面を処理した。このようにして、表面処理したスラリーを作製した。上述の表面処理では、表面処理したスラリーにおいて、Ａｌ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）が５ｍｏｌ％となるように、Ａｌ2Ｏ3を純水に分散した添加物スラリーによって表面処理を行った。
次に、上述の表面処理したスラリーを乾燥して表面処理前駆体を得た。次に、表面処理前駆体に水酸化リチウムを加え、酸素雰囲気下、７４０℃で１２時間の焼成を行い、正極活物質（１）を得た。
＜大粒子（大粒径）の正極活物質の作製＞
Ａｌ2Ｏ3を純水に１０２ｇ／Ｌとなるように分散して添加物スラリーを作製した。添加物スラリーの作製において、Ａｌ2Ｏ3を粉体として見たときの体積基準の平均粒子径Ｄ５０は０．３μｍであった。
次に、組成式：Ｎｉ82Ｃｏ15Ｍｎ3（ＯＨ）2で表され、平均粒子径（Ｄ５０）が約１０μｍのニッケルコバルトマンガン水酸化物を純水に投入した媒体中に、上述の添加物スラリーを加え、撹拌分散することで、ニッケルコバルトマンガン水酸化物の表面を処理した。このようにして、表面処理したスラリーを作製した。上述の表面処理では、表面処理したスラリーにおいて、Ａｌ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）が５ｍｏｌ％となるように、Ａｌ2Ｏ3を純水に分散した添加物スラリーによって表面処理を行った。
次に、上述の表面処理したスラリーを乾燥して表面処理前駆体を得た。次に、表面処理前駆体に水酸化リチウムを加え、酸素雰囲気下、７４０℃で１２時間の焼成を行い、正極活物質（１）を得た。
【0041】
＜小粒子（小粒径）の正極活物質の作製＞
組成式：Ｎｉ82Ｃｏ15Ｍｎ3（ＯＨ）2で表され、平均粒子径（Ｄ５０）が約３μｍのニッケルコバルトマンガン水酸化物を純水に投入した媒体中に、上述の添加物スラリーを加え、撹拌分散することで、ニッケルコバルトマンガン水酸化物の表面を処理した。このようにして、表面処理したスラリーを作製した。上述の表面処理では、表面処理したスラリーにおいて、Ａｌ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）が５ｍｏｌ％となるように、Ａｌ2Ｏ3を純水に分散した添加物スラリーによって表面処理を行った。その後、上述の表面処理したスラリーを乾燥して表面処理前駆体を得た。
次に、上述の表面処理前駆体に水酸化リチウムを加え、酸素雰囲気下、７２０℃で１２時間の焼成を行い、正極活物質（２）を得た。
組成式：Ｎｉ82Ｃｏ15Ｍｎ3（ＯＨ）2で表され、平均粒子径（Ｄ５０）が約３μｍのニッケルコバルトマンガン水酸化物を純水に投入した媒体中に、上述の添加物スラリーを加え、撹拌分散することで、ニッケルコバルトマンガン水酸化物の表面を処理した。このようにして、表面処理したスラリーを作製した。上述の表面処理では、表面処理したスラリーにおいて、Ａｌ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）が５ｍｏｌ％となるように、Ａｌ2Ｏ3を純水に分散した添加物スラリーによって表面処理を行った。その後、上述の表面処理したスラリーを乾燥して表面処理前駆体を得た。
次に、上述の表面処理前駆体に水酸化リチウムを加え、酸素雰囲気下、７２０℃で１２時間の焼成を行い、正極活物質（２）を得た。
【0042】
こうして作製した正極活物質（１）と正極活物質（２）とを、表２に記載の質量比となるように混合し、実施例１に係る正極活物質を得た。
【0043】
（実施例２）
表面処理したスラリーにおいて、Ａｌ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）が２ｍｏｌ％となるように、Ａｌ2Ｏ3を純水に分散した添加物スラリーによって表面処理を行った以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
表面処理したスラリーにおいて、Ａｌ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）が２ｍｏｌ％となるように、Ａｌ2Ｏ3を純水に分散した添加物スラリーによって表面処理を行った以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0044】
（実施例３）
表面処理したスラリーにおいて、Ａｌ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）が１５ｍｏｌ％となるように、Ａｌ2Ｏ3を純水に分散した添加物スラリーによって表面処理を行った以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
表面処理したスラリーにおいて、Ａｌ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）が１５ｍｏｌ％となるように、Ａｌ2Ｏ3を純水に分散した添加物スラリーによって表面処理を行った以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0045】
（実施例４、５）
正極活物質（１）に、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）が約１３μｍと約６μｍのものを使用し、正極活物質（１）と（２）の混合重量比を表２に記載の質量比となるように混合した以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
正極活物質（１）に、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）が約１３μｍと約６μｍのものを使用し、正極活物質（１）と（２）の混合重量比を表２に記載の質量比となるように混合した以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0046】
（実施例６）
正極活物質（２）に、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）が約５μｍのものを使用し、正極活物質（１）と（２）の粒径比が表２に記載の値となるようにした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
正極活物質（２）に、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）が約５μｍのものを使用し、正極活物質（１）と（２）の粒径比が表２に記載の値となるようにした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0047】
（実施例７）
正極活物質（１）、（２）に、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）がそれぞれ約６μｍ、約１μｍのものを使用し、正極活物質（１）と（２）の粒径比が表２に記載の値となるようにした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
正極活物質（１）、（２）に、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）がそれぞれ約６μｍ、約１μｍのものを使用し、正極活物質（１）と（２）の粒径比が表２に記載の値となるようにした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0048】
（実施例８）
大粒子の正極活物質（１）の焼成温度、及び、小粒子の正極活物質（２）の焼成温度を、表１に記載の温度とした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
大粒子の正極活物質（１）の焼成温度、及び、小粒子の正極活物質（２）の焼成温度を、表１に記載の温度とした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0049】
（実施例９）
表面処理前駆体に加えた水酸化リチウムの量を減らした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
表面処理前駆体に加えた水酸化リチウムの量を減らした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0050】
（実施例１０）
組成式：Ｎｉ90Ｃｏ7Ｍｎ3（ＯＨ）2で表されるニッケルコバルトマンガン水酸化物を用い、大粒子の正極活物質（１）の焼成温度、及び、小粒子の正極活物質（２）の焼成温度を、表１に記載の温度とした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
組成式：Ｎｉ90Ｃｏ7Ｍｎ3（ＯＨ）2で表されるニッケルコバルトマンガン水酸化物を用い、大粒子の正極活物質（１）の焼成温度、及び、小粒子の正極活物質（２）の焼成温度を、表１に記載の温度とした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0051】
（比較例１）
大粒子の正極活物質（１）の焼成温度、及び、小粒子の正極活物質（２）の焼成温度を、表１に記載の温度とした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
大粒子の正極活物質（１）の焼成温度、及び、小粒子の正極活物質（２）の焼成温度を、表１に記載の温度とした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0052】
（比較例２）
正極活物質（１）、（２）に、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）がそれぞれ約１８μｍ、約８μｍのものを使用し、正極活物質（１）と（２）の粒径比が表２に記載の値となるようにした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
正極活物質（１）、（２）に、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）がそれぞれ約１８μｍ、約８μｍのものを使用し、正極活物質（１）と（２）の粒径比が表２に記載の値となるようにした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0053】
（比較例３）
正極活物質（１）、（２）に、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）がそれぞれ約５μｍ、約３μｍのものを使用し、正極活物質（１）と（２）の粒径比、混合重量比が表２に記載の値となるようにした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
正極活物質（１）、（２）に、前駆体の平均粒子径（Ｄ５０）がそれぞれ約５μｍ、約３μｍのものを使用し、正極活物質（１）と（２）の粒径比、混合重量比が表２に記載の値となるようにした以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0054】
（比較例４）
正極活物質（１）、（２）に、前駆体の粒子内空隙率がそれぞれ約３０％ものを使用する以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
なお、前駆体粒子内の空隙率を大きくするには、前駆体作製条件、例えば、反応時のｐＨを大きく、アンモニア添加量を少なく、反応時間を短くする調整を行うことで可能となる。
正極活物質（１）、（２）に、前駆体の粒子内空隙率がそれぞれ約３０％ものを使用する以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
なお、前駆体粒子内の空隙率を大きくするには、前駆体作製条件、例えば、反応時のｐＨを大きく、アンモニア添加量を少なく、反応時間を短くする調整を行うことで可能となる。
【0055】
（比較例５）
正極活物質（１）と正極活物質（２）とを、表２に記載の質量比となるように混合した以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
正極活物質（１）と正極活物質（２）とを、表２に記載の質量比となるように混合した以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0056】
（比較例６）
ニッケルコバルトマンガン水酸化物にＡｌでの表面処理を実施しないこと以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
ニッケルコバルトマンガン水酸化物にＡｌでの表面処理を実施しないこと以外は実施例１と同様にして正極活物質を作製した。
【0057】
－組成－
誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＯＥＳ）及びイオンクロマトグラフ法により、正極活物質のＬｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌの含有量を測定した。その分析結果から、当該正極活物質をＬｉaＮｉbＣｏcＭｎdＡｌeの金属組成で表した場合のａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを求めた。
誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ－ＯＥＳ）及びイオンクロマトグラフ法により、正極活物質のＬｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌの含有量を測定した。その分析結果から、当該正極活物質をＬｉaＮｉbＣｏcＭｎdＡｌeの金属組成で表した場合のａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを求めた。
【0058】
－Ａｌの濃度Ｃc、Ｃs－
正極活物質の粒子断面において、粒子中心部のＡｌの濃度Ｃc、及び、粒子表面から深さ１０ｎｍの位置におけるＡｌの濃度Ｃsを、それぞれ以下のようにして測定した。
まず、ＳＴＥＭ－ＥＤＸ分析装置で粒子断面の線分析を行った。分析結果からＡｌの濃度（ａｔｍ％）を出し、粒子断面において径中心部（粒子表面から１００ｎｍ以上内側の任意の１点）と、粒子表面から深さ１０ｎｍの位置におけるＡｌの濃度差について、（粒子表面から深さ１０ｎｍの位置におけるＡｌの濃度）／（径中心部のＡｌの濃度）を算出した。
正極活物質の粒子断面において、粒子中心部のＡｌの濃度Ｃc、及び、粒子表面から深さ１０ｎｍの位置におけるＡｌの濃度Ｃsを、それぞれ以下のようにして測定した。
まず、ＳＴＥＭ－ＥＤＸ分析装置で粒子断面の線分析を行った。分析結果からＡｌの濃度（ａｔｍ％）を出し、粒子断面において径中心部（粒子表面から１００ｎｍ以上内側の任意の１点）と、粒子表面から深さ１０ｎｍの位置におけるＡｌの濃度差について、（粒子表面から深さ１０ｎｍの位置におけるＡｌの濃度）／（径中心部のＡｌの濃度）を算出した。
【0059】
－平均粒子径Ｄ５０－
正極活物質の平均粒子径Ｄ５０は、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ製ＭＴ３３００ＥＸIIにより測定した。
正極活物質の平均粒子径Ｄ５０は、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ製ＭＴ３３００ＥＸIIにより測定した。
【0060】
－粒子内空隙率－
正極活物質を樹脂に埋め込んだ後、クロスセクションポリッシャ（ＣＰ）を用い、アルゴンスパッタリングによって、正極活物質の粒子を切断し、粒子断面を露出させた。露出した粒子断面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察し、観察された粒子断面の画像を、画像解析ソフトによって、画像の空隙部を黒とし、且つ緻密部を白として解析し、任意の２０個以上の粒子断面に対して、黒の部分／（黒の部分＋白の部分）の面積を計算することで、空隙率を求めた。
正極活物質を樹脂に埋め込んだ後、クロスセクションポリッシャ（ＣＰ）を用い、アルゴンスパッタリングによって、正極活物質の粒子を切断し、粒子断面を露出させた。露出した粒子断面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察し、観察された粒子断面の画像を、画像解析ソフトによって、画像の空隙部を黒とし、且つ緻密部を白として解析し、任意の２０個以上の粒子断面に対して、黒の部分／（黒の部分＋白の部分）の面積を計算することで、空隙率を求めた。
【0061】
－電池特性－
以下、全固体電池セルの作製はアルゴン雰囲気下のグローブボックス内にて行った。実施例１～１０及び比較例１～６でそれぞれ得られた正極活物質と、硫化物固体電解質材料Ｌｉ3ＰＳ4と、アセチレンブラックとを７２：２５：３の質量比となるように、全量で約３ｇ秤量し、乳鉢で混合して合材を作製した。
次に、適量の電解質を冶具に入れプレスし、さらに、上記合材を当該治具へ適量投入し、プレスした。
プレス後、上部を固定して反転させ、治具の下パンチを外した。
次に、負極のＬｉ－Ｉｎ箔を冶具に入れて下部を固定し、加圧ネジで最終固定してシール用袋ナットを締め、セルを作製した。
このセルを用いて、２５℃電池特性（放電容量１、放電容量２、出力特性）を測定した。充放電条件を下記に示す。
放電容量１ 充電：３．７V、０．１C CCCV、 放電：０．０５C、２．５V終止
放電容量２ 充電：３．７V、０．１C CCCV、 放電：１C、２．５V終止
出力特性は、放電容量１に対する放電容量２の比率（維持率）とした。
以下、全固体電池セルの作製はアルゴン雰囲気下のグローブボックス内にて行った。実施例１～１０及び比較例１～６でそれぞれ得られた正極活物質と、硫化物固体電解質材料Ｌｉ3ＰＳ4と、アセチレンブラックとを７２：２５：３の質量比となるように、全量で約３ｇ秤量し、乳鉢で混合して合材を作製した。
次に、適量の電解質を冶具に入れプレスし、さらに、上記合材を当該治具へ適量投入し、プレスした。
プレス後、上部を固定して反転させ、治具の下パンチを外した。
次に、負極のＬｉ－Ｉｎ箔を冶具に入れて下部を固定し、加圧ネジで最終固定してシール用袋ナットを締め、セルを作製した。
このセルを用いて、２５℃電池特性（放電容量１、放電容量２、出力特性）を測定した。充放電条件を下記に示す。
放電容量１ 充電：３．７V、０．１C CCCV、 放電：０．０５C、２．５V終止
放電容量２ 充電：３．７V、０．１C CCCV、 放電：１C、２．５V終止
出力特性は、放電容量１に対する放電容量２の比率（維持率）とした。
【0062】
－電極密度（ペレット密度）－
上記で作製した正極合材約２ｇをφ１０ｍｍのＳＵＳ製ペレット作製冶具に入れ、３３０ＭＰａの圧力でプレスし、電極ペレットを作製した。作製したペレットの重量、径、厚さを測定し、電極密度を算出した。
なお、電極の体積エネルギー密度は、上記の放電容量１、電極密度を使用し、下記により算出した。
体積エネルギー密度＝放電容量１×放電時平均電圧×電極密度×０．７２（電極活物質比率）
上記で作製した正極合材約２ｇをφ１０ｍｍのＳＵＳ製ペレット作製冶具に入れ、３３０ＭＰａの圧力でプレスし、電極ペレットを作製した。作製したペレットの重量、径、厚さを測定し、電極密度を算出した。
なお、電極の体積エネルギー密度は、上記の放電容量１、電極密度を使用し、下記により算出した。
体積エネルギー密度＝放電容量１×放電時平均電圧×電極密度×０．７２（電極活物質比率）
【0063】
上記実施例１～１０及び比較例１～６に係る試験条件及び評価結果を表１、２に示す。
【0064】
【表1】
【0065】
【表2】