JP7282838B2

JP7282838B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP7282838B2
Application number: JP2021120298A
Authority: JP
Inventors: 貴洋川上
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2023-05-29
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: JP5703119B2; JP2016219441A; JP2015035433A; US8927148B2; TWI626779B; CN105140512B; JP2019204795A; TWI562440B; CN102918686B; CN102918686A; JP6918869B2; JP6564900B2; CN105140512A; US20110300441A1; TW201703316A; JP2012018914A; JP2023096054A; TW201547089A; US9929402B2; JP6313385B2

Description

開示される発明の一様態は、蓄電装置に関する。

パーソナルコンピュータや携帯電話などの携帯可能な電子機器の分野が著しく進歩してい
る。携帯可能な電子機器において、小型軽量で信頼性を有し、高エネルギー密度且つ充電
可能な蓄電装置が必要になっている。このような蓄電装置として、例えばリチウムイオン
二次電池が知られている。また、環境問題やエネルギー問題の認識の高まりから二次電池
を搭載した電気推進車両の開発も急速に進んでいる。

リチウムイオン二次電池において、正極活物質として、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ
_４）、リン酸マンガンリチウム（ＬｉＭｎＰＯ_４）、リン酸コバルトリチウム（ＬｉＣｏ
ＰＯ_４）、リン酸ニッケルリチウム（ＬｉＮｉＰＯ_４）などの、リチウム（Ｌｉ）と鉄（
Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）とを含むオリビン
構造を有するリン酸化合物などが知られている（特許文献１、非特許文献１、及び非特許
文献２参照）。

リン酸鉄リチウムは組成式ＬｉＦｅＰＯ_４で表され、リチウムがすべて引き抜かれたＦｅ
ＰＯ_４も安定であるため安全に高容量が実現できる。

特開平１１－２５９８３号公報

ＢｙｏｕｎｇｗｏｏＫａｎｇ、ＧｅｒｂｒａｎｄＣｅｄｅｒ、「Ｎａｔｕｒｅ」、（英国）、２００９年３月、第４５８巻、ｐ．１９０－１９３Ｆ．Ｚｈｏｕｅｔａｌ．、「ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、（オランダ）、２００４年１１月、第６巻、第１１号、ｐ．１１４４－１１４８

上述のリチウムとマンガンとを含むオリビン構造を有するリン酸化合物で形成される正極
活物質は、リチウムと鉄とを含むオリビン構造を有するリン酸化合物で形成される正極活
物質と比較して放電電位が高いことが実現されている。また、リチウムとマンガンとを含
むオリビン構造を有するリン酸化合物（例えば、一般式ＬｉＭｎＰＯ_４）と、リチウムと
鉄とを含むオリビン構造を有するリン酸化合物（例えば、一般式ＬｉＦｅＰＯ_４）とは、
理論容量がほぼ同じである。これらのことから、リチウムとマンガンとを含むオリビン構
造を有するリン酸化合物で形成される正極活物質は、エネルギー密度が高いことが期待さ
れている。

しかし、リチウムとマンガンとを含むオリビン構造を有するリン酸化合物で形成される正
極活物質を用いても、期待された容量が発現できていない。これは、活物質表面でのリチ
ウムの挿入脱離を行う際にエネルギー障壁が存在することが一つの原因と考えられる。

上記の課題に鑑み、開示される発明の一様態では、容量が大きく、放電電圧が高く、エネ
ルギー密度の高い蓄電装置を得ることを課題の一とする。

本発明の一態様は、正極活物質を正極集電体上に有する正極と、正極と電解質を介して対
向する負極とを有し、正極活物質は、リチウム（Ｌｉ）とマンガン（Ｍｎ）、コバルト（
Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の一以上とを含む化合物で形成される第１の領域と、第１の領
域を覆い、且つリチウム（Ｌｉ）と鉄（Ｆｅ）とを含む化合物で形成される第２の領域と
を有する蓄電装置である。

また、本発明の一態様は、リチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む化
合物で形成される第１の領域と、第１の領域を覆い、且つリチウムと鉄とを含む化合物で
形成される第２の領域とを有する蓄電装置用の正極活物質である。

正極活物質は粒子状であり、後述の正極活物質層は複数の粒子を含んで形成しても良い。

また、第１の領域と第２の領域は膜状であり、後述の正極活物質層は膜状の正極活物質で
形成しても良い。

粒子状の正極活物質または膜状の正極活物質において、第１の領域はリチウムとマンガン
、コバルト、ニッケルの一以上とを含むリン酸化合物を用いても良い。また、第２の領域
はリチウムと鉄とを含むリン酸化合物を用いても良い。リン酸化合物の代表例としてオリ
ビン構造を有するリン酸化合物があり、第１の領域を形成するリチウムとマンガン、コバ
ルト、ニッケルの一以上とを含むリン酸化合物にオリビン構造を有する領域が含まれてい
ても良い。また、第２の領域を形成するリチウムと鉄とを含むリン酸化合物にオリビン構
造を有する領域が含まれていても良い。さらに、第１の領域と第２の領域のどちらにもオ
リビン構造を有するリン酸化合物が含まれていても良い。また、第１の領域は単結晶、多
結晶、微結晶であっても良いし、アモルファスを含んでいても良い。また、第２の領域は
単結晶、多結晶、微結晶であっても良いし、アモルファスを含んでいても良い。

粒子状の正極活物質または膜状の正極活物質において、第２の領域は膜状であり、第２の
領域は第１の領域の少なくとも一部を覆っていれば良い。第２の領域は、好ましくは第１
の領域の表面の３０％以上、より好ましくは第１の領域の表面の１００％を覆っていれば
良い。

また、リチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含むリン酸化合物は、一般
式Ｌｉ_１－ｘ１Ｆｅ_ｙ１Ｍ_１－ｙ１ＰＯ_４（ｘ１は０以上１以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、
及びＮｉの一以上）（ｙ１は０以上１未満）で表される物質を含んでいても良い。また、
リチウムと鉄とを含むリン酸化合物は、一般式Ｌｉ_１－ｘ２Ｆｅ_ｙ２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４
（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ２は０より大き
く１以下）で表される物質を含んでいても良い。Ｍ、及びＭｅはＭｎ、Ｃｏ及びＮｉのう
ち単一の元素または複数の元素を取りうるとする。複数の元素の場合、その構成元素の比
率は任意とすることが出来る。

一般式Ｌｉ_１－ｘ１Ｆｅ_ｙ１Ｍ_１－ｙ１ＰＯ_４（ｘ１は０以上１以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃ
ｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ１は０以上１未満）で表される物質について、Ｍが単一の元
素または複数の元素のそれぞれの場合について以下に示す。

ＭがＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉのうち単一の元素である場合には、第１の領域を形成する物質
は、一般式Ｌｉ_１－ｘ１Ｆｅ_ａ（Ｍ１）_ｂＰＯ_４（ｘ１は０以上１以下）（Ｍ１は、Ｍｎ
、Ｃｏ、又はＮｉいずれか一）（ａ＋ｂ＝１、ａは０以上１未満、かつｂは０より大きく
１以下）で表される。

ＭがＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉのうち二つの元素である場合には、第１の領域を形成する物質
は、一般式Ｌｉ_１－ｘ１Ｆｅ_ａ（Ｍ１）_ｂ（Ｍ２）_ｃＰＯ_４（ｘ１は０以上１以下）（Ｍ
１≠Ｍ２、Ｍ１及びＭ２は、それぞれＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉのいずれか一）（ａ＋ｂ＋ｃ
＝１、ａは０以上１未満、ｂは０より大きく１未満、かつｃは０より大きく１未満）で表
される。

ＭがＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉの三つの元素である場合には、第１の領域を形成する物質は、
一般式Ｌｉ_１－ｘ１Ｆｅ_ａ（Ｍ１）_ｂ（Ｍ２）_ｃ（Ｍ３）_ｄＰＯ_４（ｘ１は０以上１以下
）（Ｍ１≠Ｍ２、Ｍ１≠Ｍ３、Ｍ２≠Ｍ３、かつＭ１、Ｍ２及びＭ３は、それぞれＭｎ、
Ｃｏ、及びＮｉのいずれか一）（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ａは０以上１未満、ｂは０より大
きく１未満、ｃは０より大きく１未満、かつｄは０より大きく１未満）で表される。

一般式Ｌｉ_１－ｘ２Ｆｅ_ｙ２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅは、Ｍｎ
、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ２は０より大きく１以下）で表される物質について、Ｍ
ｅが単一の元素または複数の元素のそれぞれの場合について以下に示す。

ＭｅがＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉのうち単一の元素である場合には、第２の領域を形成する物
質は、一般式Ｌｉ_１－ｘ２Ｆｅ_ａ（Ｍｅ１）_ｂＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅ１は
、Ｍｎ、Ｃｏ、又はＮｉいずれか一）（ａ＋ｂ＝１、ａは０より大きく１以下、かつｂは
０以上１未満）で表される。

ＭｅがＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉのうち二つの元素である場合には、第２の領域を形成する物
質は、一般式Ｌｉ_１－ｘ２Ｆｅ_ａ（Ｍｅ１）_ｂ（Ｍｅ２）_ｃＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下
）（Ｍｅ１≠Ｍｅ２、Ｍｅ１及びＭｅ２は、それぞれＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉのいずれか一
）（ａ＋ｂ＋ｃ＝１、ａは０より大きく１未満、かつｂは０より大きく１未満、かつｃは
０より大きく１未満）で表される。

ＭｅがＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉの三つの元素である場合には、第２の領域を形成する物質は
、一般式Ｌｉ_１－ｘ２Ｆｅ_ａ（Ｍｅ１）_ｂ（Ｍｅ２）_ｃ（Ｍｅ３）_ｄＰＯ_４（ｘ２は０以
上１以下）（Ｍｅ１≠Ｍｅ２、Ｍｅ１≠Ｍｅ３、Ｍｅ２≠Ｍｅ３、かつＭｅ１、Ｍｅ２及
びＭｅ３は、それぞれＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉのいずれか一）（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ａは
０より大きく１未満、かつｂは０より大きく１未満、かつｃは０より大きく１未満、かつ
ｄは０より大きく１未満）で表される。

一般式Ｌｉ_１－ｘ１Ｆｅ_ｙ１Ｍ_１－ｙ１ＰＯ_４（ｘ１は０以上１以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃ
ｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ１は０以上１未満）で表される物質はオリビン構造であって
もよい。

一般式Ｌｉ_１－ｘ２Ｆｅ_ｙ２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅは、Ｍｎ
、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ２は０より大きく１以下）で表される物質はオリビン構
造であってもよい。

また、第１の領域及び第２の領域の結晶格子の軸方向が一致していることでリチウムの拡
散パス（チャネル）が屈曲することなく一次元的に揃うので充放電しやすい。なお、本明
細書において一致とは、上記第１の領域と上記第２の領域の間で結晶格子の軸方向の差が
１０度以下で略一致している場合を含む。

さらに、第１の領域と第２の領域の間で格子定数が連続的に変化するように、第１の領域
と第２の領域の間には遷移金属の濃度勾配があることがより望ましい。格子定数が連続的
に変化することで応力や歪みが低減され、リチウムの拡散が行いやすくなる。

粒子状の正極活物質の場合、粒子の粒径は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは、
２０ｎｍ以上８０ｎｍ以下が好ましい。正極活物質の粒径が上記範囲であると正極活物質
粒子が小さいため、リチウムイオンの挿入脱離がしやすくなり、二次電池のレート特性が
向上し、短時間での充放電が可能である。

また、粒子状の正極活物質の場合、第２の領域が膜状であることで、正極活物質の粒子が
小さくても、薄い被膜とすることが可能である。薄い被膜とすることで第２の領域の占め
る割合を少なく出来て、エネルギー密度の低下を抑えることが出来る。

また、粒子状の正極活物質または膜状の正極活物質において、第２の領域の膜厚は好まし
くは１ｎｍから８ｎｍであると、正極活物質に対して第２の領域が占める割合が少なく、
単位重量あたりのエネルギー密度の低下を抑えることが出来る。

本発明の一態様は、リチウム（Ｌｉ）と鉄（Ｆｅ）とマンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ
）、ニッケル（Ｎｉ）の一以上とを含む化合物で形成され、正極活物質の中心部より表層
部の方が鉄の濃度が高い粒子状の正極活物質である。

本発明の一態様は、リチウムと鉄とマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む化合
物で形成され、正極活物質の第１の部分より第２の部分の方が鉄の濃度が高く、第１の部
分は第２の部分より中心に近い粒子状の正極活物質である。

本発明の一態様は、正極活物質を正極集電体上に有する正極と、正極と電解質を介して対
向する負極とを有し、正極活物質は膜状であり、正極活物質は、リチウム（Ｌｉ）と鉄（
Ｆｅ）とマンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の一以上とを含む化合
物で形成され、正極活物質の正極集電体に近い側より表層部の方が鉄の濃度が高い蓄電装
置である。

本発明の一態様は、正極活物質を正極集電体上に有する正極と、正極と電解質を介して対
向する負極とを有し、正極活物質は膜状であり、正極活物質は、リチウムと鉄とマンガン
、コバルト、ニッケルの一以上とを含む化合物で形成され、正極活物質の第１の部分より
第２の部分の方が鉄の濃度が高く、第２の部分は前記第１の部分より表面に近い蓄電装置
である。

後述の正極活物質層は膜状の正極活物質で形成しても良い。

粒子状の正極活物質または膜状の正極活物質において、リチウムと鉄とマンガン、コバル
ト、ニッケルの一以上とを含む化合物はリン酸化合物を用いても良い。リン酸化合物の代
表例としてオリビン構造を有するリン酸化合物があり、リチウムと鉄とマンガン、コバル
ト、ニッケルの一以上とを含むリン酸化合物にオリビン構造を有する領域を含んでいても
良い。また、リチウムと鉄とマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む化合物は単
結晶、多結晶、微結晶であっても良いし、アモルファスを含んでいても良い。

また、リチウムと鉄とマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含むリン酸化合物は、
一般式Ｌｉ_１－ｘＦｅ_ｙＭ_１－ｙＰＯ_４（ｘは０以上１以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、及び
Ｎｉの一以上）（ｙは０より大きく１未満）で表される物質を含んでいても良い。ＭはＭ
ｎ、Ｃｏ及びＮｉのうち単一の元素または複数の元素を取りうるとする。複数の元素の場
合、その構成元素の比率は任意とすることが出来る。

一般式Ｌｉ_１－ｘＦｅ_ｙＭ_１－ｙＰＯ_４（ｘは０以上１以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、及び
Ｎｉの一以上）（ｙは０より大きく１未満）で表される物質について、Ｍが単一の元素ま
たは複数の元素のそれぞれの場合について以下に示す。

ＭがＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉのうち単一の元素である場合には、正極活物質を形成する物質
は、一般式Ｌｉ_１－ｘＦｅ_ａ（Ｍ１）_ｂＰＯ_４（ｘは０以上１以下）（Ｍ１は、Ｍｎ、Ｃ
ｏ、又はＮｉいずれか一）（ａ＋ｂ＝１、ａは０より大きく１未満、かつｂは０より大き
く１未満）で表される。

ＭがＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉのうち二つの元素である場合には、正極活物質を形成する物質
は、一般式Ｌｉ_１－ｘＦｅ_ａ（Ｍ１）_ｂ（Ｍ２）_ｃＰＯ_４（ｘは０以上１以下）（Ｍ１≠
Ｍ２、Ｍ１及びＭ２は、それぞれＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉのいずれか一）（ａ＋ｂ＋ｃ＝１
、ａは０より大きく１未満、かつｂは０より大きく１未満、かつｃは０より大きく１未満
）で表される。

ＭがＭｎ、Ｃｏ、及びＮｉの三つの元素である場合には、正極活物質を形成する物質は、
一般式Ｌｉ_１－ｘＦｅ_ａ（Ｍ１）_ｂ（Ｍ２）_ｃ（Ｍ３）_ｄＰＯ_４（ｘは０以上１以下）（
Ｍ１≠Ｍ２、Ｍ１≠Ｍ３、Ｍ２≠Ｍ３、かつＭ１、Ｍ２及びＭ３は、それぞれＭｎ、Ｃｏ
、及びＮｉのいずれか一）（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ａは０より大きく１未満、かつｂは０
より大きく１未満、かつｃは０より大きく１未満、かつｄは０より大きく１未満）で表さ
れる。

一般式Ｌｉ_１－ｘＦｅ_ｙＭ_１－ｙＰＯ_４（ｘは０以上１以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、及び
Ｎｉの一以上）（ｙは０より大きく１未満）で表される物質はオリビン構造であってもよ
い。

開示される発明の一形態により、容量が大きく、放電電圧が高く、エネルギー密度の大き
な蓄電装置を得ることができる。

正極活物質（粒子）の断面図の一例である。正極活物質（粒子）の断面図の一例である。蓄電装置の断面図の一例である。正極活物質を含む正極の断面図の一例である。正極活物質を含む正極の断面図の一例である。正極活物質を含む正極の断面図の一例である。正極活物質を含む正極の断面図の一例である。正極活物質を含む正極の断面図の一例である。正極活物質を含む正極の作製方法の一例を示す図である。蓄電装置の応用の形態の一例を説明するための図である。蓄電装置の応用の形態の一例を説明するための斜視図である。蓄電装置の応用の形態の一例を説明するための図である。無線給電システムの構成の一例を示す図である。無線給電システムの構成の一例を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は以下の
説明に限定されるものではない。本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその
形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解されるからである
。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容のみに限定して解釈されるもの
ではない。なお、図面を用いて本発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は
異なる図面間でも共通して用いる。

なお、各実施の形態の図面等において示す各構成の、大きさ、層の厚さ、または領域は、
明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限
定されない。

なお、本明細書にて用いる第１、第２、第３といった序数を用いた用語は、構成要素を識
別するために便宜上付したものであり、その数を限定するものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一形態である粒子状の正極活物質の構造について図１を用い
て説明する。

図１は本発明の一形態である粒子状の正極活物質の断面模式図に相当する。

図１に示すように、本実施の形態では、正極活物質１００は、リチウムとマンガン、コバ
ルト、ニッケルの一以上とを含む化合物で形成される第１の領域（以下、当該領域を第１
の領域１０２という。）と、第１の領域１０２の表面を覆い、且つリチウムと鉄とを含む
化合物で形成される第２の領域（以下、当該領域を第２の領域１０４という。）とを有す
る。

正極活物質は粒子状であり、後述の正極活物質層は当該粒子状の正極活物質を複数用いて
形成しても良い。

すなわち、正極活物質１００は、中心側に位置し、リチウムとマンガン、コバルト、ニッ
ケルの一以上とを含む化合物で形成される第１の領域１０２と、第１の領域１０２の表面
を覆い、且つリチウムと鉄とを含む化合物で形成される第２の領域１０４とを有する正極
活物質粒子である。第２の領域１０４は膜状であり、第２の領域１０４は第１の領域１０
２の少なくとも一部を覆っていれば良い。第２の領域１０４は、好ましくは第１の領域１
０２の表面の３０％以上、より好ましくは第１の領域１０２の表面の１００％を覆ってい
れば良い。正極活物質粒子の表層部が鉄を含む膜状の第２の領域１０４で形成されている
ことで、正極活物質表面でのリチウムの挿入脱離におけるエネルギー障壁を下げることが
可能である。その結果、正極活物質１００は、利用できる容量を理論容量に近づけること
ができ、且つマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の持つ高い放電電位を利用すること
が出来る。

第１の領域１０２はリチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含むリン酸化
合物を用いても良い。リン酸化合物の代表例としてオリビン構造を有するリン酸化合物が
あり、第１の領域１０２を形成するリチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上と
を含むリン酸化合物はオリビン構造を有する領域を含んでいても良い。

第１の領域１０２がオリビン構造を有する領域を含むリン酸化合物の場合、リチウム、遷
移金属、及びリン酸（ＰＯ_４）で構成される。第１の領域１０２の遷移金属としては鉄、
マンガン、コバルト、ニッケルの一以上で、且つマンガン、コバルト、ニッケルの一以上
を含むものが挙げられる。酸化還元電位の大きいマンガン、コバルト、ニッケルの一以上
を含むことで高い放電電位が実現される。更には、正極活物質中のマンガン、コバルト、
ニッケルの一以上の比率が高いほどマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の酸化還元に
よる放電容量の比率が高くなるため高エネルギー密度が実現できる。

第１の領域１０２を形成するリチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む
リン酸化合物は、一般式Ｌｉ_１－ｘ１Ｆｅ_ｙ１Ｍ_１－ｙ１ＰＯ_４（ｘ１は０以上１以下）
（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ１は０以上１未満）で表される物質を含ん
でいても良い。上記一般式で表される物質はオリビン構造であってもよい。ｙ１の値は０
以上１未満、好ましくは０．１以下、より好ましくは０とすることで、より高エネルギー
密度が実現できる。

また、第２の領域１０４はリチウムと鉄とを含むリン酸化合物を用いても良い。リン酸化
合物の代表例としてオリビン構造を有するリン酸化合物があり、第２の領域１０４を形成
するリチウムと鉄とを含むリン酸化合物はオリビン構造を有する領域を含んでいても良い
。

第２の領域１０４がオリビン構造を有する領域を含むリン酸化合物の場合、リチウム、遷
移金属、及びリン酸（ＰＯ_４）で構成される。第２の領域１０４の遷移金属としては鉄、
マンガン、コバルト、ニッケルの一以上で、且つ鉄を含むものが挙げられる。

第２の領域１０４を形成するリチウムと鉄とを含むリン酸化合物は、一般式Ｌｉ_１－ｘ２
Ｆｅ_ｙ２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの
一以上）（ｙ２は０より大きく１以下）で表される物質を含んでいても良い。上記一般式
で表される物質はオリビン構造であってもよい。

第２の領域１０４は充放電に寄与する正極活物質となりうる化合物であれば容量低下を招
かず良い。第２の領域１０４にオリビン構造を有するリン酸化合物を用いた場合には、充
放電において高い容量が実現できる。

一方、第２の領域１０４は、鉄を含むため、放電電位が低くなり、エネルギー密度は下が
る。よって、正極活物質１００の粒子の粒径ｒに対し、第２の領域１０４の膜厚ｄの比率
ｃ（ｃ＝ｄ／ｒ）は低いほど好ましい。比率ｃの値として、好ましくは０．００５以上０
．２５以下、より好ましくは０．０１以上０．１以下を用いることが出来る。具体的には
第２の領域の膜厚としては１ｎｍから８ｎｍ程度が好ましい。また、比率ｃを変えると所
望のエネルギー密度を有する正極活物質を作製できる。また、一般式Ｌｉ_１－ｘ２Ｆｅ_ｙ
_２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの一以上
）において、ｙ２の値は０より大きく１以下、好ましくは０．１５以上０．５以下、より
好ましくは０．２以上０．３以下とすることで、より高エネルギー密度が実現できる。

第１の領域１０２及び第２の領域１０４における化合物は、充放電に伴いリチウムが脱離
挿入される。そのため、一般式Ｌｉ_１－ｘ１Ｆｅ_ｙ１Ｍ_１－ｙ１ＰＯ_４（ｘ１は０以上１
以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ１は０以上１未満）、及び一般式Ｌ
ｉ_１－ｘ２Ｆｅ_ｙ２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅは、Ｍｎ、Ｃｏ、
及びＮｉの一以上）（ｙ２は０より大きく１以下）において、ｘ１、ｘ２の値は０以上１
以下の範囲で任意の値となる。また、それぞれの領域内においてリチウムの濃度は勾配を
有する場合もある。

第１の領域１０２内において、化合物中に含まれる遷移金属の濃度は一定でなくても良い
。また、第２の領域１０４内において、化合物中に含まれる遷移金属の濃度は一定でなく
ても良い。

第１の領域１０２及び第２の領域１０４における化合物はリチウムの代わりに、アルカリ
金属（例えば、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）など）やアルカリ土類金属（例えば
、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）など）、ベリリウム
（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）を用いることも出来る。または、第１の領域１０２及び
第２の領域１０４における化合物は、リチウムとアルカリ金属またはアルカリ土類金属の
一以上とを含む化合物を用いることもできる。

第２の領域１０４が膜状であることで、正極活物質１００の粒子が小さくても、薄い被膜
とすることが可能である。薄い被膜とすることで第２の領域１０４の占める割合を少なく
出来て、エネルギー密度の低下を抑えることが出来る。また、第２の領域１０４が膜状で
あることで、第２の領域１０４の体積に対して第１の領域１０２との界面の比が大きいの
で、第２の領域１０４の体積を多くすること無く被覆率を高めることが出来る。

本実施の形態に示す正極活物質１００は、中心側に位置し、リチウムとマンガン、コバル
ト、ニッケルの一以上とを含む化合物で形成される第１の領域１０２と、第１の領域１０
２の表面を覆い、且つリチウムと鉄とを含む化合物で形成される第２の領域１０４とを有
する正極活物質粒子である。第２の領域１０４は膜状であり、第２の領域１０４は第１の
領域１０２の少なくとも一部を覆っていれば良い。第２の領域１０４は、好ましくは第１
の領域１０２の表面の３０％以上、より好ましくは第１の領域１０２の表面の１００％を
覆っていれば良い。正極活物質粒子の表層部が鉄を含む膜状の第２の領域１０４で形成さ
れていることで、正極活物質表面でのリチウムの挿入脱離におけるエネルギー障壁を下げ
ることが可能である。その結果、正極活物質１００は、利用できる容量を理論容量に近づ
けることができ、且つマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の持つ高い放電電位を利用
することが出来る。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１と比較して、より放電容量及びエネルギー密度の高い正
極活物質について、説明する。

本実施の形態では、第１の領域１０２及び第２の領域１０４が共に、オリビン構造を有す
るリン酸化合物で形成された正極活物質について説明する。

第１の領域１０２を形成する物質は、オリビン構造であり、リチウム、遷移金属、及びリ
ン酸（ＰＯ_４）で構成される。第１の領域１０２の遷移金属としては鉄、マンガン、コバ
ルト、ニッケルの一以上で、且つマンガン、コバルト、ニッケルの一以上を含む。また、
第１の領域１０２を形成する物質は、一般式Ｌｉ_１－ｘ１Ｆｅ_ｙ１Ｍ_１－ｙ１ＰＯ_４（ｘ
１は０以上１以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ１は０以上１未満）で
表される。

第２の領域１０４を形成する物質は、オリビン構造であり、リチウム、遷移金属、及びリ
ン酸（ＰＯ_４）で構成される。第２の領域１０４の遷移金属としては鉄、マンガン、コバ
ルト、ニッケルの一以上で、且つ鉄を含む。また、第２の領域１０４を形成する物質は、
一般式Ｌｉ_１－ｘ２Ｆｅ_ｙ２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅは、Ｍｎ
、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ２は０より大きく１以下）で表される。

オリビン構造はリチウムの拡散パス（チャネル）が＜０１０＞方向に１次元的である。第
１の領域１０２及び第２の領域１０４が共にオリビン構造を有するリン酸化合物の場合、
第１の領域１０２と第２の領域１０４の間で、結晶格子の軸方向が一致しているとリチウ
ムの拡散パス（チャネル）が屈曲することなく揃うので充放電がよりし易くなる。第１の
領域１０２と第２の領域１０４の間で結晶格子の軸方向の差が１０度以下で略一致してい
ることが望ましい。

さらに、第１の領域１０２と第２の領域１０４は構成元素やその比率が異なるため、それ
ぞれの領域における結晶の格子定数が異なる。格子定数が異なる領域が接することで境界
面に応力や格子歪み、格子のずれが発生するなど、リチウムの拡散を阻害する可能性があ
る。そこで、第１の領域１０２と第２の領域１０４の間で格子定数が連続的に変化するよ
うに、第１の領域１０２と第２の領域１０４の間には遷移金属の濃度勾配があることがよ
り望ましい。格子定数が連続的に変化することで応力や歪みが低減され、リチウムの拡散
が行いやすくなる。

本実施の形態に示す正極活物質は、第１の領域１０２及び第２の領域１０４が共に、オリ
ビン構造を有するリン酸化合物を有するため、正極活物質表面でのリチウムの挿入脱離に
おけるエネルギー障壁を下げることが可能である。その結果、正極活物質１００は、利用
できる容量を理論容量に近づけることができ、且つマンガン、コバルト、ニッケルの一以
上の持つ高い放電電位を利用することが出来る。

（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一形態である正極活物質の構造について図２を用いて説明す
る。

図２は本発明の一形態である粒子状の正極活物質の断面模式図に相当する。

図２に示すように、本実施の形態は、リチウム（Ｌｉ）と鉄（Ｆｅ）と遷移金属（マンガ
ン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の一以上）とを含む化合物で形成され
、正極活物質の中心部より表層部の方が鉄の濃度が高い粒子状の正極活物質（以下、当該
正極活物質を正極活物質１０６という。）である。または、リチウムと鉄と遷移金属（マ
ンガン、コバルト、ニッケルの一以上）とを含む化合物で形成され、正極活物質の第１の
部分より第２の部分の方が鉄の濃度が高く、第１の部分は第２の部分より中心に近い粒子
状の正極活物質である。正極活物質粒子の表層部が鉄を含む化合物で形成されていること
で、正極活物質表面でのリチウムの挿入脱離におけるエネルギー障壁を下げることが可能
である。その結果、正極活物質１０６は、利用できる容量を理論容量に近づけることがで
き、且つマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の持つ高い放電電位を利用することが出
来る。

正極活物質は粒子状であり、後述の正極活物質層は複数の粒子を含んで形成される。

正極活物質１０６はリチウムと鉄とマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含むリン
酸化合物を用いても良い。リン酸化合物の代表例としてオリビン構造を有するリン酸化合
物があり、リチウムと鉄とマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む化合物はオリ
ビン構造を有する領域を含んでいても良い。

正極活物質１０６がオリビン構造を有する領域を含むリン酸化合物の場合、リチウム、遷
移金属、及びリン酸（ＰＯ_４）で構成される。遷移金属としては鉄、マンガン、コバルト
、ニッケルの一以上で、且つ鉄とマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含むものが
挙げられる。酸化還元電位の大きいマンガン、コバルト、ニッケルの一以上を含むことで
高い放電電位が実現される。更には、正極活物質中のマンガン、コバルト、ニッケルの一
以上の比率が高いほどマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の酸化還元による放電容量
の比率が高くなるため高エネルギー密度が実現できる。

正極活物質１０６を形成するリチウムと鉄とマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを
含むリン酸化合物は、一般式Ｌｉ_１－ｘＦｅ_ｙＭ_１－ｙＰＯ_４（ｘは０以上１以下）（Ｍ
は、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙは０より大きく１未満）で表される物質を含ん
でいても良い。上記一般式で表される物質はオリビン構造であってもよい。また、ｙの値
は、表面では０より大きく１未満、好ましくは０．１５以上０．５以下、より好ましくは
０．２以上０．３以下とすることで、より高エネルギー密度が実現できる。

正極活物質１０６を形成する化合物は、充放電に伴いリチウムが脱離挿入される。そのた
め、一般式Ｌｉ_１－ｘＦｅ_ｙＭ_１－ｙＰＯ_４（ｘは０以上１以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、
及びＮｉの一以上）（ｙは０より大きく１未満）において、ｘの値は０以上１以下の範囲
で任意の値となる。また、リチウムの濃度は勾配を有する場合もある。

正極活物質１０６における化合物はリチウムの代わりに、アルカリ金属（例えば、ナトリ
ウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）など）やアルカリ土類金属（例えば、カルシウム（Ｃａ）
、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）など）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウ
ム（Ｍｇ）を用いることも出来る。または、正極活物質１０６における化合物は、リチウ
ムとアルカリ金属またはアルカリ土類金属の一以上とを含む化合物を用いることもできる
。

本実施の形態に示す正極活物質１０６は、正極活物質粒子の表層部が鉄を含む化合物で形
成されていることで、正極活物質表面でのリチウムの挿入脱離におけるエネルギー障壁を
下げることが可能である。その結果、正極活物質１０６は、利用できる容量を理論容量に
近づけることができ、且つマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の持つ高い放電電位を
利用することが出来る。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一形態である正極活物質の作製方法について、以下に説明す
る。

まず、第１の領域１０２を作製する。

実施の形態１及び２に示すようなリチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを
含む化合物の一般式の化学量論比に合わせて、各原料において所望のモル比を得られる量
を秤量する。例えば、上記オリビン構造を有するリン酸化合物の場合では、実施の形態１
及び２に示す一般式でリチウム：鉄：Ｍ：リン酸基＝１：ｙ１：（１－ｙ１）：１（ただ
し、ｙ１は０以上１未満、好ましくは０．１以下、より好ましくは０）であり、このモル
比に合わせて、各原料の重量を正確に秤量する。

リチウムの原料として、炭酸リチウム（ＬｉＣＯ_３）、水酸化リチウム（Ｌｉ（ＯＨ））
、水酸化リチウム水和物（Ｌｉ（ＯＨ）・Ｈ_２Ｏ）、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ_３）等があ
る。鉄の原料として、シュウ酸鉄２水和物（Ｆｅ（ＣＯＯ）_２・２Ｈ_２Ｏ）、塩化鉄（Ｆ
ｅＣｌ_２）等がある。またリン酸の原料として、リン酸水素二アンモニウム（（ＮＨ_４）
_２ＨＰＯ_４）、リン酸二水素アンモニウム（ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）、五酸化二リン（Ｐ_２Ｏ
_５）等がある。

また、マンガンの原料として、炭酸マンガン（ＭｎＣＯ_３）、塩化マンガン四水和物（Ｍ
ｎＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ）等がある。ニッケルの原料として、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、水酸
化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）_２）等がある。コバルトの原料として、炭酸コバルト（ＣｏＣ
Ｏ_３）、塩化コバルト（ＣｏＣｌ_２）等がある。

ただし、リチウム、鉄、マンガン、ニッケル、コバルトなどの各金属のいずれかを含む原
料であれば、上記の原料に限定されず、他の酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩、塩化物、硫酸
塩などを用いてもよい。

また、リン酸の原料としては、上記原料に限定されず、他のリン酸を含む原料を用いるこ
とができる。

秤量された各原料を粉砕機に入れ微細な粉体になるまで粉砕する（第１の粉砕工程）。そ
の時には原料に他の金属が混入しないように配慮された材料（例えばメノウなど）からな
る粉砕機を使用した方がよい。この時に微量のアセトン、アルコールなどを加えると、原
料はまとまり易くなり、粉体として飛散することを抑制できる。

その後、粉体を第１の圧力での加圧工程を行い、ペレット状に成型する。これを焼成炉に
入れ、加熱して第１の焼成工程を行う。原料における様々な脱ガス及び熱分解は、ほぼ当
該工程で行われている。また、当該工程においてリチウムとマンガン、コバルト、ニッケ
ルの一以上とを含む化合物が形成される。例えばリチウムとマンガン、コバルト、ニッケ
ルの一以上とを含むオリビン構造を有するリン酸化合物である。

その後、アセトンなどの溶剤と共にペレットを粉砕機に入れ再度粉砕する（第２の粉砕工
程）。以上により、第１の領域１０２を形成する。

次に、膜状の第２の領域１０４を形成する。

実施の形態１及び２に示すようなリチウムと鉄とを含む化合物の一般式の化学量論比に合
わせて、各原料において所望のモル比を得られる量を秤量する。例えばオリビン構造を有
するリン酸化合物の場合では、上記一般式でリチウム：鉄：Ｍｅ：リン酸基＝１：ｙ２：
（１－ｙ２）：１（ただし、ｙ２の値は０より大きく１以下、好ましくは０．１５以上０
．５以下、より好ましくは０．２以上０．３以下）であり、このモル比に合わせて、各原
料の重量を正確に秤量する。

秤量された各原料を粉砕機に入れ微細な粉体になるまで粉砕する（第３の粉砕工程）。そ
の時には原料に他の金属が混入しないように配慮された材料（例えばメノウなど）からな
る粉砕機を使用した方がよい。この時に微量のアセトン、アルコールなどを加えると、原
料はまとまり易くなり、粉体として飛散することを抑制できる。

その後、第２の粉砕工程で得られた粉体（第１の領域１０２となる部分）と第３の粉砕工
程で得られた粉体（第２の領域１０４を形成する原料）をよく混合し、第２の圧力での加
圧工程を行い、ペレット状に成型する。これを焼成炉に入れ、加熱して第２の焼成工程を
行う。リチウムと鉄とを含む化合物の原料における様々な脱ガス及び熱分解は、ほぼ当該
工程で行われている。また、当該工程においてリチウムとマンガン、コバルト、ニッケル
の一以上とを含む化合物で形成される第１の領域１０２と、第１の領域１０２の表面を覆
い、且つリチウムと、鉄を含む化合物で形成される第２の領域１０４とを有する正極活物
質１００が形成される。例えば、リチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを
含むオリビン構造を有するリン酸化合物で形成される第１の領域１０２と、第１の領域１
０２の表面を覆い、且つリチウムと鉄とを含むオリビン構造を有するリン酸化合物で形成
される第２の領域１０４とを有する正極活物質１００が形成される。

その後、アセトンなどの溶剤と共にペレットを粉砕機に入れ再度粉砕する（第４の粉砕工
程）。次に、微細な粉体を再度ペレット状に成型し、焼成炉にて第３の焼成工程を行う。
第３の焼成工程により、リチウムと、マンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む化
合物で形成される第１の領域１０２と、第１の領域１０２の表面を覆い、且つリチウムと
鉄とを含む化合物で形成される第２の領域１０４とを有する正極活物質１００の粒子を複
数作製することができる。例えば、リチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上と
を含む結晶性の良いオリビン構造を有するリン酸化合物で形成される第１の領域１０２と
、第１の領域１０２の表面を覆い、且つリチウムと鉄とを含む結晶性の良いオリビン構造
を有するリン酸化合物で形成される第２の領域１０４とを有する正極活物質１００の粒子
を複数作製することができる。

第３の焼成工程の条件を調整することで、第１の領域１０２と第２の領域１０４に含まれ
る元素がお互いの領域に拡散し、第１の領域１０２と第２の領域１０４の境界が不明瞭と
なり、実施の形態３に示す構造（正極活物質１０６）を形成することが可能である。

なお第３の焼成工程の際に、グルコースなどの有機化合物を添加してもよい。グルコース
を添加して以後の工程を行うと、グルコースから供給された炭素が、正極活物質の表面に
担持される。

なお本明細書中では、正極活物質の表面に炭素材料が担持されることを、リン酸鉄化合物
がカーボンコートされるとも言う。

担持される炭素（炭素層）の厚さは、０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下、好ましくは２ｎ
ｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。

正極活物質の表面に炭素を担持させることで、正極活物質表面の導電率を上昇させること
ができる。また、正極活物質同士が、表面に担持された炭素を介して接すれば、正極活物
質同士が導通し、正極活物質の導電率をさらに高めることができる。

なお、本実施の形態では、グルコースはリン酸基と容易に反応するため、炭素の供給源と
してグルコースを用いたが、グルコースの代わりに、リン酸基との反応性のよい環状単糖
類、直鎖単糖類、または多糖類を用いてもよい。

第３の焼成工程を経て得られた正極活物質１００の粒子の粒径は、１０ｎｍ以上１００ｎ
ｍ以下、好ましくは、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下が好ましい。正極活物質の粒径が上記範
囲であると正極活物質粒子が小さいため、リチウムイオンの挿入脱離がしやすくなり、二
次電池のレート特性が向上し、短時間での充放電が可能である。

なお、第１の領域の形成方法として、本実施の形態の代わりに、ゾルゲル法、水熱法、共
沈法、スプレードライ法などを用いることも可能である。また、膜状の第２の領域の形成
方法として、本実施の形態の代わりに、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、水熱
法、共沈法などを用いることも可能である。

本実施の形態により、正極活物質表面でのリチウムの挿入脱離におけるエネルギー障壁を
下げることが可能である。その結果、利用できる容量を理論容量に近づけることができ、
且つマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の持つ高い放電電位を利用することが可能な
正極活物質を形成することが出来る。

（実施の形態５）
上述の作製工程によって得られた正極活物質を用いた蓄電装置の例としてリチウムイオン
二次電池について、以下に説明する。リチウムイオン二次電池の概要を図３に示す。

図３に示すリチウムイオン二次電池は、正極２０２、負極２０７、及びセパレータ２１０
を外部と隔絶する筐体２２０の中に設置し、筐体２２０中に電解液２１１が充填されてい
る。また、正極２０２及び負極２０７との間にセパレータ２１０を有する。

正極集電体２００に接して正極活物質層２０１が形成されている。正極活物質層２０１に
は、実施の形態１及び２及び４で示した、リチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一
以上とを含む化合物で形成される第１の領域１０２と、第１の領域１０２の表面を覆い、
且つリチウムと鉄とを含む化合物で形成される第２の領域１０４とを有する正極活物質１
００が含まれている。あるいは、正極活物質層２０１には、実施の形態３及び４で示した
、リチウムと鉄と遷移金属（マンガン、コバルト、ニッケルの一以上）とを含む化合物で
形成され、正極活物質の中心部より表層部の方が鉄の濃度が高い粒子状の正極活物質１０
６、または、リチウムと鉄と遷移金属（マンガン、コバルト、ニッケルの一以上）とを含
む化合物で形成され、正極活物質の第１の部分より第２の部分の方が鉄の濃度が高く、第
１の部分は第２の部分より中心に近い粒子状の正極活物質１０６が含まれている。本明細
書では、正極活物質層２０１と、それが形成された正極集電体２００を合わせて正極２０
２と呼ぶ。

一方、負極集電体２０５に接して負極活物質層２０６が形成されている。本明細書では、
負極活物質層２０６と、それが形成された負極集電体２０５を合わせて負極２０７と呼ぶ
。

正極集電体２００には第１の電極２２１が、負極集電体２０５には第２の電極２２２が接
続されており、第１の電極２２１及び第２の電極２２２より、充電や放電が行われる。

また、正極活物質層２０１及びセパレータ２１０の間と負極活物質層２０６及びセパレー
タ２１０との間とはそれぞれは一定間隔をおいて示しているが、これに限らず、正極活物
質層２０１及びセパレータ２１０と負極活物質層２０６及びセパレータ２１０とはそれぞ
れが接していても構わない。また、正極２０２及び負極２０７は間にセパレータ２１０を
配置した状態で筒状に丸めても構わない。

なお、活物質とは、キャリアであるイオンの挿入及び脱離に関わる物質を指し、グルコー
スを用いた炭素層などを含むものではない。後に説明する塗布法により正極２０２を作製
する時には、炭素層が形成された活物質と共に、導電助剤やバインダ、溶媒等の他の材料
を混合したものを正極活物質層２０１として正極集電体２００上に形成する。よって、活
物質と正極活物質層２０１は区別される。

正極集電体２００としては、アルミニウム、ステンレス等の導電性の高い材料を用いるこ
とができる。正極集電体２００は、箔状、板状、網状あるいはガラスなどの絶縁性基板上
に形成された薄膜状等の形状を適宜用いることができる。

正極活物質としては、リチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む化合物
で形成される第１の領域１０２と、第１の領域１０２の表面を覆い、且つリチウムと鉄と
を含む化合物で形成される第２の領域１０４とを有する正極活物質１００を用いる。例え
ば、オリビン構造であって、一般式Ｌｉ_１－ｘ１Ｆｅ_ｙ１Ｍ_１－ｙ１ＰＯ_４（ｘ１は０以
上１以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ１は０以上１未満）で表される
物質で形成される第１の領域１０２と、第１の領域１０２を覆い、且つオリビン構造であ
って、一般式Ｌｉ_１－ｘ２Ｆｅ_ｙ２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅは
、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ２は０より大きく１以下）で表される物質で形成
される第２の領域１０４とを有する正極活物質１００を用いる。

あるいは、正極活物質としては、リチウムと鉄と遷移金属（マンガン、コバルト、ニッケ
ルの一以上）とを含む化合物で形成され、正極活物質の中心部より表層部の方が鉄の濃度
が高い粒子状の正極活物質１０６、または、リチウムと鉄と遷移金属（マンガン、コバル
ト、ニッケルの一以上）とを含む化合物で形成され、正極活物質の第１の部分より第２の
部分の方が鉄の濃度が高く、第１の部分は第２の部分より中心に近い粒子状の正極活物質
１０６を用いる。例えば、オリビン構造であって、一般式Ｌｉ_１－ｘＦｅ_ｙＭ_１－ｙＰＯ
_４（ｘは０以上１以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙは０より大きく１
未満）で表される物質で形成される正極活物質１０６を用いる。

実施の形態４に示す第３の焼成工程後、得られた正極活物質を再度粉砕機で粉砕して（第
５の粉砕工程）、微粉体を得る。得られた微粉体を正極活物質として用い、導電助剤やバ
インダ、溶媒を加えてペースト状に調合する。

導電助剤は、その材料自身が電子導電体であり、電池装置内で他の物質と化学変化を起こ
さないものであればよい。例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、アセチレンブラ
ック、ＶＧＣＦ（登録商標）などの炭素系材料、銅、ニッケル、アルミニウムもしくは銀
などの金属材料またはこれらの混合物の粉末や繊維などがそれに該当する。導電助剤とは
、活物質間の導電性を助ける物質であり、離れている活物質の間に充填され、活物質同士
の導通をとる材料である。

バインダとしては、澱粉、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロ
キシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド
、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ＥＰＤＭ（ＥｔｈｙｌｅｎｅＰｒｏｐｙｌｅｎｅＤｉｅｎ
ｅＭｏｎｏｍｅｒ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム
、フッ素ゴムもしくはポリエチレンオキシドなどの多糖類、熱可塑性樹脂またはゴム弾性
を有するポリマーなどがある。

活物質、導電助剤、及びバインダは、それぞれ８０～９６重量％、２～１０重量％、２～
１０重量％の割合で、且つ全体で１００重量％になるように混合する。更に、活物質、導
電助剤、及びバインダの混合物と同体積程度の有機溶媒を混合し、スラリー状に加工する
。なお、活物質、導電助剤、バインダ、及び有機溶媒をスラリー状に加工して得られたも
のを、スラリーと呼ぶ。溶媒としては、Ｎメチル－２ピロリドンや乳酸エステルなどがあ
る。成膜した時の活物質および導電助剤の密着性が弱い時にはバインダを多くし、活物質
の抵抗が高い時には導電助剤を多くするなどして、活物質、導電助剤、バインダの割合を
適宜調整するとよい。

ここでは、正極集電体２００としてアルミ箔を用い、その上にスラリーを滴下してキャス
ト法により薄く広げた後、ロールプレス器で更に延伸し、厚みを均等にした後、真空乾燥
（１０Ｐａ以下）や加熱乾燥（１５０～２８０℃）して、正極集電体２００上に正極活物
質層２０１を形成する。正極活物質層２０１の厚さは、２０～１００μｍの間で所望の厚
さを選択する。クラックや剥離が生じないように、正極活物質層２０１の厚さを適宜調整
することが好ましい。さらには、電池の形態にもよるが、平板状だけでなく、筒状に丸め
た時に、正極活物質層２０１にクラックや剥離が生じないようにすることが好ましい。

負極集電体２０５としては、銅、ステンレス、鉄、ニッケル等の導電性の高い材料を用い
ることができる。

負極活物質層２０６としては、リチウム、アルミニウム、黒鉛、シリコン、ゲルマニウム
などが用いられる。負極集電体２０５上に、塗布法、スパッタ法、蒸着法などにより負極
活物質層２０６を形成してもよい。負極集電体２０５を用いずそれぞれの負極活物質層２
０６を単体で負極として用いてもよい。黒鉛と比較すると、ゲルマニウム、シリコン、リ
チウム、アルミニウムの理論リチウム吸蔵容量が大きい。吸蔵容量が大きいと小面積でも
十分に充放電が可能であり、負極として機能するため、コストの節減及び二次電池の小型
化につながる。ただし、シリコンなどはリチウムを吸蔵することにより体積が最大で４倍
程度まで増加し、材料自身が脆くなったり、充放電を繰り返すことにより充放電の容量の
低下（サイクル劣化）が顕著になるなどの問題があり劣化対策は必要である。

電解液は、キャリアイオンであるアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンを含み、
このキャリアイオンが電気伝導を担っている。アルカリ金属イオンとしては、例えば、リ
チウムイオン、ナトリウムイオン、若しくはカリウムイオンがある。アルカリ土類金属イ
オンとしては、例えばベリリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、スト
ロンチウムイオン、若しくはバリウムイオンがある。

電解液２１１は、例えば溶媒と、その溶媒に溶解するリチウム塩またはナトリウム塩とか
ら構成されている。リチウム塩としては、例えば、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、フッ化リ
チウム（ＬｉＦ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、硼弗化リチウム（ＬｉＢＦ_４）
、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＰＦ_６、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ等がある。ナトリウム塩とし
ては、例えば、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、過塩素酸ナ
トリウム（ＮａＣｌＯ_４）、硼弗化ナトリウム（ＮａＢＦ_４）等がある。

電解液２１１の溶媒として、環状カーボネート類（例えば、エチレンカーボネート（以下
、ＥＣと略す）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、お
よびビニレンカーボネート（ＶＣ）など）、非環状カーボネート類（ジメチルカーボネー
ト（ＤＭＣ）、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（ＭＰＣ）、メチルイソブチルカーボネート（ＭＩＢＣ）
、およびジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）など）、脂肪族カルボン酸エステル類（ギ酸
メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、およびプロピオン酸エチルなど）、非環状エ
ーテル類（γ－ブチロラクトン等のγ－ラクトン類、１，２－ジメトキシエタン（ＤＭＥ
）、１，２－ジエトキシエタン（ＤＥＥ）、およびエトキシメトキシエタン（ＥＭＥ）な
ど）、環状エーテル類（テトラヒドロフラン、２－メチルテトラヒドロフラン等）、環状
スルホン（スルホランなど）、アルキルリン酸エステル（ジメチルスルホキシド、１，３
－ジオキソラン等やリン酸トリメチル、リン酸トリエチル、およびリン酸トリオクチルな
ど）やそのフッ化物があり、これらの一種または二種以上を混合して使用する。

セパレータ２１０として、紙、不織布、ガラス繊維、あるいは、ナイロン（ポリアミド）
、ビニロン（ビナロンともいう）（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アク
リル、ポリオレフィン、ポリウレタンといった合成繊維等を用いればよい。ただし、上記
した電解液２１１に溶解しない材料を選ぶ必要がある。

より具体的には、セパレータ２１０の材料として、例えば、フッ素系ポリマ－、ポリエチ
レンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等のポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタク
リレート、ポリメチルアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、
ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリブタジエン、
ポリスチレン、ポリイソプレン、ポリウレタン系高分子およびこれらの誘導体、セルロー
ス、紙、不織布から選ばれる一種を単独で、または二種以上を組み合せて用いることがで
きる。

上記に示すリチウムイオン二次電池に充電をする時には、第１の電極２２１に正極端子、
第２の電極２２２に負極端子を接続する。正極２０２からは電子が第１の電極２２１を介
して奪われ、第２の電極２２２を通じて負極２０７に移動する。加えて、正極からはリチ
ウムイオンが正極活物質層２０１中の正極活物質から溶出し、セパレータ２１０を通過し
て負極２０７に達し、負極活物質層２０６内の負極活物質に取り込まれる。同時に正極活
物質層２０１では、正極活物質から電子が放出され、正極活物質に含まれる遷移金属（鉄
、マンガン、コバルト、ニッケルの一以上）の酸化反応が生じる。

放電する時には、負極２０７では、負極活物質層２０６がリチウムをイオンとして放出し
、第２の電極２２２に電子が送り込まれる。リチウムイオンはセパレータ２１０を通過し
て、正極活物質層２０１に達し、正極活物質層２０１中の正極活物質に取り込まれる。そ
の時には、負極２０７からの電子も正極２０２に到達し、正極活物質に含まれる遷移金属
（鉄、マンガン、コバルト、ニッケルの一以上）の遷移金属の還元反応が生じる。

本実施の形態によって得られるエネルギー密度は、正極活物質１００の粒子の粒径ｒに対
し、第２の領域１０４の膜厚ｄの比率ｃ（ｃ＝ｄ／ｒ）が低いほど大きくなる。比率ｃの
値として、好ましくは０．００５以上０．２５以下、より好ましくは０．０１以上０．１
以下を用いることが出来る。具体的には第２の領域の膜厚としては１ｎｍから８ｎｍ程度
が好ましい。また、比率ｃを変えると所望のエネルギー密度を有する正極活物質を作製で
きる。

以上のようにして作製したリチウムイオン二次電池は、マンガン、コバルト、ニッケルの
一以上を含む化合物を正極活物質の第１の領域１０２、あるいは正極活物質１０６として
有している。正極活物質にマンガン、コバルト、ニッケルの一以上を含むため高い放電電
位が実現される。例えば、オリビン構造を有する正極活物質では、含まれる遷移金属の種
類によって多少の違いはあるが、活物質単位重量あたりの理論容量は、含まれる遷移金属
の種類に関係なくほぼ同じ理論容量を示す。そのため、放電電位が高いほど高いエネルギ
ー密度が期待される。

しかし、リチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含むオリビン構造を有す
るリン酸化合物で形成される正極活物質を用いても、期待された容量が発現できていない
。これは、活物質表面でのリチウムの挿入脱離を行う際にエネルギー障壁が存在すること
が一つの原因と考えられる。

一方、本実施の形態で得られた、リチウム及びマンガン、コバルト、ニッケルの一以上を
含む化合物で形成される第１の領域１０２と、第１の領域１０２の表面を覆い、且つリチ
ウムと鉄とを含む化合物で形成される第２の領域１０４とを有する正極活物質１００、あ
るいはリチウムと鉄と遷移金属（マンガン、コバルト、ニッケルの一以上）とを含む化合
物で形成され、正極活物質の中心部より表層部の方が鉄の濃度が高い粒子状の正極活物質
１０６、または、リチウムと鉄と遷移金属（マンガン、コバルト、ニッケルの一以上）と
を含む化合物で形成され、正極活物質の第１の部分より第２の部分の方が鉄の濃度が高く
、第１の部分は第２の部分より中心に近い粒子状の正極活物質１０６を用いることで、正
極活物質表面でのリチウムの挿入脱離におけるエネルギー障壁を下げることが可能である
。その結果、正極活物質１００、あるいは正極活物質１０６は、利用できる容量を理論容
量に近づけることができ、且つマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の持つ高い放電電
位を利用することが出来る。

（実施の形態６）
実施の形態５に記載の正極活物質層２０１は膜状の正極活物質で形成しても良い。正極活
物質層２０１を膜状の正極活物質で形成する場合について以下の実施の形態で述べる。

図４に示すように、本実施の形態は、正極活物質層２０１として、リチウムとマンガン、
コバルト、ニッケルの一以上とを含む化合物で形成される膜状の第１の領域（以下、当該
領域を第１の領域１１２という。）と、リチウムと鉄とを含む化合物で形成される膜状の
第２の領域（以下、当該領域を第２の領域１１４という。）とを有する。第１の領域１１
２は第２の領域１１４で覆われている。

すなわち、リチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む化合物で形成され
る膜状の第１の領域１１２の上面もしくは上面及び側面が、リチウムと鉄とを含む化合物
で形成される膜状の第２の領域１１４で覆われている。正極活物質層２０１の表層部が鉄
を含む第２の領域１１４で形成されていることで、正極活物質表面でのリチウムの挿入脱
離におけるエネルギー障壁を下げることが可能である。その結果、正極活物質層２０１は
、利用できる容量を理論容量に近づけることができ、且つマンガン、コバルト、ニッケル
の一以上の持つ高い放電電位を利用することが出来る。

また、正極活物質を膜状に形成することで正極活物質層に対する正極活物質の占める割合
を高く出来る。正極活物質層２０１が膜状の第１の領域１１２と膜状の第２の領域１１４
のみで形成されているため、正極活物質層２０１に占める正極活物質の割合は理想的には
１００％にすることが可能である。そのため、単位体積あたりのエネルギー密度を高くす
ることが出来る。

第１の領域１１２はリチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含むリン酸化
合物を用いても良い。リン酸化合物の代表例としてオリビン構造を有するリン酸化合物が
あり、第１の領域１１２を形成するリチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上と
を含むリン酸化合物はオリビン構造を有する領域を含んでいても良い。また、第１の領域
１１２は単結晶、多結晶、微結晶であっても良いし、アモルファスを含んでいても良い。

第１の領域１１２がオリビン構造を有する領域を含むリン酸化合物の場合、リチウム、遷
移金属、及びリン酸（ＰＯ_４）で構成される。遷移金属としては鉄、マンガン、コバルト
、ニッケルの一以上で、且つマンガン、コバルト、ニッケルの一以上を含むものが挙げら
れる。酸化還元電位の大きいマンガン、コバルト、ニッケルの一以上を含むことで高い放
電電位が実現される。更には、正極活物質中のマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の
比率が高いほどマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の酸化還元による放電容量の比率
が高くなるため高エネルギー密度が実現できる。

第１の領域１１２を形成するリチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む
リン酸化合物は、一般式Ｌｉ_１－ｘ１Ｆｅ_ｙ１Ｍ_１－ｙ１ＰＯ_４（ｘ１は０以上１以下）
（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ１は０以上１未満）で表される物質を含ん
でいても良い。上記一般式で表される物質はオリビン構造であってもよい。ｙ１の値は０
以上１未満、好ましくは０．１以下、より好ましくは０とすることで、より高エネルギー
密度が実現できる。

また、第２の領域１１４はリチウムと鉄とを含むリン酸化合物を用いても良い。リン酸化
合物の代表例としてオリビン構造を有するリン酸化合物があり、第２の領域１１４を形成
するリチウムと鉄とを含むリン酸化合物はオリビン構造を有する領域を含んでいても良い
。また、第２の領域１１４は単結晶、多結晶、微結晶であっても良いし、アモルファスを
含んでいても良い。

第２の領域１１４がオリビン構造を有する領域を含むリン酸化合物の場合、リチウム、遷
移金属、及びリン酸（ＰＯ_４）で構成される。遷移金属としては鉄、マンガン、コバルト
、ニッケルの一以上で、且つ鉄を含むものが挙げられる。

第２の領域１１４を形成するリチウムと鉄とを含むリン酸化合物は、一般式Ｌｉ_１－ｘ２
Ｆｅ_ｙ２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの
一以上）（ｙ２は０より大きく１以下）で表される物質を含んでいても良い。上記一般式
で表される物質はオリビン構造であってもよい。

第２の領域１１４は充放電に寄与する正極活物質となりうる化合物であれば容量低下を招
かず良い。第２の領域１１４にオリビン構造を有する領域を含むリン酸化合物を用いた場
合には、充放電において高い容量が実現できる。

一方、第２の領域１１４は、鉄を含むため、放電電位が低くなり、エネルギー密度は下が
る。よって、正極活物質層２０１の膜厚ｒ_ｆに対し、第２の領域１１４の膜厚ｄ_ｆの比率
ｃ_ｆ（ｃ_ｆ＝ｄ_ｆ／ｒ_ｆ）は低いほど好ましい。比率ｃ_ｆの値として、好ましくは０．０
０５以上０．２５以下、より好ましくは０．０１以上０．１以下を用いることが出来る。
具体的には第２の領域の膜厚としては１ｎｍから８ｎｍ程度が好ましい。また、比率ｃ_ｆ
を変えると所望のエネルギー密度を有する正極活物質を作製できる。また、一般式Ｌｉ_１
_－ｘ２Ｆｅ_ｙ２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅは、Ｍｎ、Ｃｏ、及び
Ｎｉの一以上）において、ｙ２の値は０より大きく１以下、好ましくは０．１５以上０．
５以下、より好ましくは０．２以上０．３以下とすることで、より高エネルギー密度が実
現できる。

第１の領域１１２及び第２の領域１１４における化合物は、充放電に伴いリチウムが脱離
挿入される。そのため、一般式Ｌｉ_１－ｘ１Ｆｅ_ｙ１Ｍ_１－ｙ１ＰＯ_４（ｘ１は０以上１
以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ１は０以上１未満）、一般式Ｌｉ_１
_－ｘ２Ｆｅ_ｙ２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅは、Ｍｎ、Ｃｏ、及び
Ｎｉの一以上）（ｙ２は０より大きく１以下）において、ｘ１、ｘ２の値は０以上１以下
の範囲で任意の値となる。また、それぞれの領域内においてリチウムの濃度は勾配を有す
る場合もある。

第１の領域１１２内において、化合物中に含まれる遷移金属の濃度は一定でなくても良い
。また、第２の領域１１４内において、化合物中に含まれる遷移金属の濃度は一定でなく
ても良い。

第１の領域１１２及び第２の領域１１４における化合物はリチウムの代わりに、アルカリ
金属（例えば、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）など）やアルカリ土類金属（例えば
、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）など）、ベリリウム
（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）を用いることも出来る。または、第１の領域１１２及び
第２の領域１１４における化合物は、リチウムとアルカリ金属またはアルカリ土類金属の
一以上とを含む化合物を用いることもできる。

本実施の形態に示す正極活物質層２０１は、リチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの
一以上とを含む化合物で形成される膜状の第１の領域１１２の上面もしくは上面及び側面
が、リチウムと鉄とを含む化合物で形成される膜状の第２の領域１１４で覆われている。
正極活物質層２０１の表層部が鉄を含む第２の領域１１４で形成されていることで、正極
活物質表面でのリチウムの挿入脱離におけるエネルギー障壁を下げることが可能である。
その結果、正極活物質層２０１は、利用できる容量を理論容量に近づけることができ、且
つマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の持つ高い放電電位を利用することが出来る。

（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一形態である蓄電装置が有する正極の構造について図４とは
異なる例を図５、図６、図７を用いて説明する。

図５、図６、図７は本発明の一形態である蓄電装置が有する正極の断面模式図に相当する
。

図５に示すように、本実施の形態は、正極活物質層２０１として、リチウムとマンガン、
コバルト、ニッケルの一以上とを含む化合物で形成される膜状の第１の領域１１２と、リ
チウムと鉄とを含む化合物で形成される膜状の第２の領域１１４とを有し、第１の領域１
１２は第２の領域１１４で覆われている。第１の領域１１２の上面もしくは上面及び側面
が、第２の領域１１４で覆われており、且つ第１の領域１１２と正極集電体２００との間
に、第２の領域１１４が存在する。

また、図６、図７はそれぞれ図４、図５における第１の領域１１２を複数有する場合を示
す。

その他の構成は実施の形態６と同様とすることが出来る。

（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明の一形態である蓄電装置が有する正極の構造について図８を用
いて説明する。

図８は本発明の一形態である蓄電装置が有する正極の断面模式図に相当する。

図８に示すように、本実施の形態は、リチウム（Ｌｉ）と鉄（Ｆｅ）と遷移金属（マンガ
ン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の一以上）とを含む化合物で形成され
、正極活物質の正極集電体に近い側より表層部の方が鉄の濃度が高い正極活物質層（以下
、当該正極活物質層を正極活物質層２０３という。）である。または、リチウムと鉄と遷
移金属（マンガン、コバルト、ニッケルの一以上）とを含む化合物で形成され、正極活物
質の第１の部分より第２の部分の方が鉄の濃度が高く、第２の部分は前記第１の部分より
表面に近い正極活物質層２０３である。

正極活物質層２０３の表層部が鉄を含む化合物で形成されていることで、正極活物質表面
でのリチウムの挿入脱離におけるエネルギー障壁を下げることが可能である。その結果、
正極活物質層２０３は、利用できる容量を理論容量に近づけることができ、且つマンガン
、コバルト、ニッケルの一以上の持つ高い放電電位を利用することが出来る。

また、正極活物質を膜状に形成することで正極活物質層に対する正極活物質の占める割合
を高く出来る。正極活物質層２０３が膜状の正極活物質で形成されているため、正極活物
質層２０３に占める正極活物質の割合は理想的には１００％にすることが可能である。そ
のため、単位体積あたりのエネルギー密度を高くすることが出来る。

リチウムと鉄とマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む化合物はリン酸化合物を
用いても良い。リン酸化合物の代表例としてオリビン構造を有するリン酸化合物があり、
リチウムと鉄とマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む化合物はオリビン構造を
有する領域を含んでいても良い。

正極活物質層２０３がオリビン構造を有する領域を含むリン酸化合物の場合、リチウム、
遷移金属、及びリン酸（ＰＯ_４）で構成される。遷移金属としては鉄、マンガン、コバル
ト、ニッケルの一以上で、且つ鉄とマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含むもの
が挙げられる。酸化還元電位の大きいマンガン、コバルト、ニッケルの一以上を含むこと
で高い放電電位が実現される。更には、正極活物質中のマンガン、コバルト、ニッケルの
一以上の比率が高いほどマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の酸化還元による放電容
量の比率が高くなるため高エネルギー密度が実現できる。

正極活物質層２０３を形成するリチウムと鉄とマンガン、コバルト、ニッケルの一以上と
を含むリン酸化合物は、一般式Ｌｉ_１－ｘＦｅ_ｙＭ_１－ｙＰＯ_４（ｘは０以上１以下）（
Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮｉの一以上）で表される物質を含んでいても良い。上記一般式
で表される物質はオリビン構造であってもよい。また、ｙの値は、表面では０より大きく
１未満、好ましくは０．１５以上０．５以下、より好ましくは０．２以上０．３以下とす
ることで、より高エネルギー密度が実現できる。

正極活物質層２０３を形成する化合物は、充放電に伴いリチウムが脱離挿入される。その
ため、一般式Ｌｉ_１－ｘＦｅ_ｙＭ_１－ｙＰＯ_４（ｘは０以上１以下）（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ
、及びＮｉの一以上）（ｙは０より大きく１未満）、において、ｘの値は０以上１以下の
範囲で任意の値となる。また、リチウムの濃度は勾配を有する場合もある。

正極活物質層２０３における化合物はリチウムの代わりに、アルカリ金属（例えば、ナト
リウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）など）やアルカリ土類金属（例えば、カルシウム（Ｃａ
）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）など）、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシ
ウム（Ｍｇ）を用いることも出来る。または、正極活物質層２０３における化合物は、リ
チウムとアルカリ金属またはアルカリ土類金属の一以上とを含む化合物を用いることもで
きる。

本実施の形態に示す正極活物質層２０３は、正極活物質の表層部が鉄を含む化合物で形成
されていることで、正極活物質表面でのリチウムの挿入脱離におけるエネルギー障壁を下
げることが可能である。その結果、正極活物質層２０３は利用できる容量を理論容量に近
づけることができ、且つマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の持つ高い放電電位を利
用することが出来る。

（実施の形態９）
本実施の形態では、本発明の一形態である蓄電装置が有する正極の作製方法について、以
下に説明する。

まず、正極集電体２００を準備する（図９（Ａ））。

正極集電体２００の材料は、特に限定されないが、白金、アルミニウム、銅、チタン等の
導電性の高い材料を用いることができる。本実施の形態では、チタンを用いる。

次に、正極集電体２００上に、リチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含
む化合物で形成される第１の領域１１２を形成する（図９（Ｂ））。

リチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む化合物で形成される第１の領
域１１２の作製方法としては、ＰＶＤ法（例えばスパッタリング法）、真空蒸着法、又は
ＣＶＤ法（例えばプラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法）などの乾式法を用いる
ことができる。乾式法を用いてリチウムとマンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含
む化合物で形成される第１の領域１１２を形成することで、均質且つ薄膜の、リチウムと
マンガン、コバルト、ニッケルの一以上とを含む化合物で形成される第１の領域１１２を
得ることができる。そのため、正極の充放電特性を安定させることができる。

本実施の形態では、スパッタリング法により、例えばリン酸化合物で形成される第１の領
域１１２を作製する。例えば、一般式ＬｉＦｅ_ｙ１Ｍ_１－ｙ１ＰＯ_４（Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ
、及びＮｉの一以上）（ｙ１は０以上１未満）で表される物質で形成されたターゲットを
用いて、膜厚１０ｎｍ～３μｍのリン酸化合物膜を形成する。

なお、第１の領域１１２を形成後に加熱処理を行ってもよい。例えば、加熱処理を行うこ
とで第１の領域１１２を結晶化させることが出来る。又は結晶性を高めることが出来る。

加熱処理の温度としては、４５０℃以上７００℃以下で行うことが好ましい。また、加熱
処理の時間としては、３０分以上４０時間以下、好ましくは２時間以上１０時間以下で行
えばよい。また、加熱処理の雰囲気としては、希ガス雰囲気、窒素雰囲気等を用いること
が好ましい。例えば、加熱処理は、窒素雰囲気中において、６００℃、４時間行うことが
出来る。

以上により、第１の領域１１２を形成する。

次に、第１の領域１１２が形成された正極集電体２００上に、リチウムと鉄とを含む化合
物で形成される第２の領域１１４を形成する（図９（Ｃ））。

リチウムと鉄とを含む化合物で形成される第２の領域１１４の作製方法としては、ＰＶＤ
法（例えばスパッタリング法）、真空蒸着法、又はＣＶＤ法（例えばプラズマＣＶＤ法や
熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法）などの乾式法を用いることができる。乾式法を用いてリチウ
ムと鉄とを含む化合物で形成される第２の領域１１４を形成することで、均質且つ薄膜の
、リチウムと鉄とを含む化合物で形成される第２の領域１１４を得ることができる。その
ため、正極の充放電特性を安定させることができる。

本実施の形態では、スパッタリング法により、例えばリン酸化合物で形成される第２の領
域１１４を作製する。例えば、一般式ＬｉＦｅ_ｙ２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４（Ｍｅは、Ｍｎ、
Ｃｏ、及びＮｉの一以上）（ｙ２は０より大きく１以下）で表される物質で形成されたタ
ーゲットを用いて、膜厚１ｎｍ～３μｍのリン酸化合物膜を形成する。

一方、第２の領域１１４は鉄を含むため、放電電位が低くなり、エネルギー密度は下がる
。よって、正極活物質層２０１の膜厚ｒ_ｆに対し、第２の領域１１４の膜厚ｄ_ｆの比率ｃ
_ｆ（ｃ_ｆ＝ｄ_ｆ／ｒ_ｆ）は低いほど好ましい。比率ｃ_ｆの値として、好ましくは０．００
５以上０．２５以下、より好ましくは０．０１以上０．１以下を用いることが出来る。具
体的には第２の領域の膜厚としては１ｎｍから８ｎｍ程度が好ましい。また、比率ｃ_ｆを
変えると所望のエネルギー密度を有する正極活物質を作製できる。また、一般式Ｌｉ_１－
_ｘ２Ｆｅ_ｙ２Ｍｅ_１－ｙ２ＰＯ_４（ｘ２は０以上１以下）（Ｍｅは、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＮ
ｉの一以上）において、ｙ２の値は０より大きく１以下、好ましくは０．１５以上０．５
以下、より好ましくは０．２以上０．３以下とすることで、より高エネルギー密度が実現
できる。

本明細書では、第１の領域１１２と第２の領域１１４をあわせて正極活物質層２０１と呼
ぶ。また、正極活物質層２０１と、それが形成された正極集電体２００を合わせて正極２
０２と呼ぶ。

なお、第２の領域１１４を形成後に加熱処理を行ってもよい。例えば、加熱処理を行うこ
とで第１の領域１１２と第２の領域１１４とを含む正極活物質層２０１を結晶化させるこ
とが出来る。又は結晶性を高めることができる。

第２の領域１１４の形成後の加熱処理の条件を調整することで、第１の領域１１２と第２
の領域１１４に含まれる元素がお互いの領域に拡散し、第１の領域１１２と第２の領域１
１４の境界が不明瞭となり、実施の形態６に示す構造（正極活物質層２０３）を形成する
ことが可能である。

カーボンなどで正極活物質層２０１の表面に被膜を形成しても良い。ＰＶＤ法（例えばス
パッタリング法）、真空蒸着法、又はＣＶＤ法（例えばプラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法、
ＬＰＣＶＤ法）などの乾式法を用いることができる。あるいは塗布法などの湿式法を用い
てもよい。また、被覆後に加熱処理を行っても良い（図示なし）。

なお、活物質とは、キャリアであるイオンの挿入及び脱離に関わる物質を指し、カーボン
などの被膜を含むものではない。

以上のようにして、正極活物質層２０１を含む正極２０２を作製する。

本実施の形態により、正極活物質表面でのリチウムの挿入脱離におけるエネルギー障壁を
下げることが可能である。その結果、利用できる容量を理論容量に近づけることができ、
且つマンガン、コバルト、ニッケルの一以上の持つ高い放電電位を利用することが可能な
正極２０２を形成することが出来る。

（実施の形態１０）
本実施の形態では、実施の形態５で説明した蓄電装置の応用形態について説明する。

実施の形態５で説明した蓄電装置は、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、デジタ
ルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、
携帯情報端末、音響再生装置等の電子機器に用いることができる。また、電気自動車、ハ
イブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子、自転車等の電気推進車両
に用いることができる。

図１０（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機４１０は、筐体４１１に表
示部４１２が組み込まれている。筐体４１１は、さらに操作ボタン４１３、操作ボタン４
１７、外部接続ポート４１４、スピーカー４１５、及びマイク４１６等を備えている。ま
た、蓄電装置４１８は筐体４１１内に配置されており、外部接続ポート４１４より充電を
行える。実施の形態５で説明した蓄電装置を携帯電話機４１０の蓄電装置４１８として用
いることができる。

図１０（Ｂ）は、電子書籍用端末の一例を示している。電子書籍用端末４３０は、第１の
筐体４３１及び第２の筐体４３３の２つの筐体で構成されて、２つの筐体が軸部４３２に
より一体にされている。第１の筐体４３１及び第２の筐体４３３は、軸部４３２を軸とし
て開閉動作を行うことができる。第１の筐体４３１には第１の表示部４３５が組み込まれ
、第２の筐体４３３には第２の表示部４３７が組み込まれている。その他、第２の筐体４
３３に、操作ボタン４３９、電源４４３、及びスピーカー４４１等を備えている。また、
蓄電装置４４４は第２の筐体４３３内に内蔵されており、電源４４３より充電が可能であ
る。実施の形態５で説明した蓄電装置を電子書籍用端末４３０の蓄電装置４４４として用
いることができる。

図１１は電動式の車椅子５０１の斜視図である。電動式の車椅子５０１は、使用者が座る
座部５０３、座部５０３の後方に設けられた背もたれ５０５、座部５０３の前下方に設け
られたフットレスト５０７、座部５０３の左右に設けられたアームレスト５０９、背もた
れ５０５の上部後方に設けられたハンドル５１１を有する。アームレスト５０９の一方に
は、車椅子の動作を制御するコントローラ５１３が設けられる。座部５０３の下方のフレ
ーム５１５を介して、座部５０３前下方には一対の前輪５１７が設けられ、座部５０３の
後下方には一対の後輪５１９が設けられる。後輪５１９は、モータ、ブレーキ、ギア等を
有する駆動部５２１に接続される。座部５０３の下方には、バッテリー、電力制御部、制
御手段等を有する制御部５２３が設けられる。制御部５２３は、コントローラ５１３及び
駆動部５２１と接続しており、使用者によるコントローラ５１３の操作により、制御部５
２３を介して駆動部５２１が駆動し、電動式の車椅子５０１の前進、後進、旋回等の動作
及び速度を制御する。

実施の形態５で説明した蓄電装置を制御部５２３のバッテリーに用いることができる。制
御部５２３のバッテリーは、プラグイン技術による外部から電力供給により充電をするこ
とができる。

図１２は、電気自動車の一例を示している。電気自動車６５０には、蓄電装置６５１が搭
載されている。蓄電装置６５１の電力は、制御回路６５３により出力が調整されて、駆動
装置６５７に供給される。制御回路６５３は、コンピュータ６５５によって制御される。

駆動装置６５７は、直流電動機若しくは交流電動機単体、又は電動機と内燃機関と、を組
み合わせて構成される。コンピュータ６５５は、電気自動車６５０の運転者の操作情報（
加速、減速、停止など）や走行時の情報（登坂や下坂等の情報、駆動輪にかかる負荷情報
など）の入力情報に基づき、制御回路６５３に制御信号を出力する。制御回路６５３は、
コンピュータ６５５の制御信号により、蓄電装置６５１から供給される電気エネルギーを
調整して駆動装置６５７の出力を制御する。交流電動機を搭載している場合は、直流を交
流に変換するインバータも内蔵される。

実施の形態５で説明した蓄電装置を蓄電装置６５１のバッテリーに用いることができる。
蓄電装置６５１は、プラグイン技術による外部からの電力供給により充電することができ
る。

なお、電気推進車両が鉄道用電気車両の場合、架線や導電軌条からの電力供給により充電
をすることができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態１１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る蓄電装置を、無線給電システム（以下、ＲＦ給
電システムと呼ぶ。）に用いた場合の一例を、図１３及び図１４のブロック図を用いて説
明する。なお、各ブロック図では、受電装置および給電装置内の構成要素を機能ごとに分
類し、互いに独立したブロックとして示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に
切り分けることが困難であり、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。

はじめに、図１３を用いてＲＦ給電システムについて説明する。

受電装置８００は、給電装置９００から供給された電力で駆動する電子機器または電気推
進車両であるが、この他電力で駆動するものに適宜適用することができる。電子機器の代
表的としては、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携
帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再
生装置、表示装置、コンピュータ等がある。また、電気推進車両の代表例としては、電気
自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子等がある。また
、給電装置９００は、受電装置８００に電力を供給する機能を有する。

図１３において、受電装置８００は、受電装置部８０１と、電源負荷部８１０とを有する
。受電装置部８０１は、受電装置用アンテナ回路８０２と、信号処理回路８０３と、蓄電
装置８０４とを少なくとも有する。また、給電装置９００は、給電装置用アンテナ回路９
０１と、信号処理回路９０２とを有する。

受電装置用アンテナ回路８０２は、給電装置用アンテナ回路９０１が発信する信号を受け
取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路９０１に信号を発信する役割を有する。信号処
理回路８０３は、受電装置用アンテナ回路８０２が受信した信号を処理し、蓄電装置８０
４の充電、および、蓄電装置８０４から電源負荷部８１０への電力の供給を制御する。電
源負荷部８１０は、蓄電装置８０４から電力を受け取り、受電装置８００を駆動する駆動
部である。電源負荷部８１０の代表例としては、モータ、駆動回路等があるが、その他の
電源負荷部を適宜用いることができる。また、給電装置用アンテナ回路９０１は、受電装
置用アンテナ回路８０２に信号を送る、あるいは、受電装置用アンテナ回路８０２からの
信号を受け取る役割を有する。信号処理回路９０２は、給電装置用アンテナ回路９０１の
動作を制御する。すなわち、給電装置用アンテナ回路９０１から発信する信号の強度、周
波数などを制御することができる。

本発明の一態様に係る蓄電装置は、ＲＦ給電システムにおける受電装置８００が有する蓄
電装置８０４として利用される。

ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る蓄電装置を利用することで、従来の蓄電装置に
比べて蓄電量を増やすことができる。よって、無線給電の間隔を延ばすことができる（何
度も給電する手間を省くことができる）。

また、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る蓄電装置を利用することで、電源負荷部
８１０を駆動することができる蓄電量が従来と同じであれば、受電装置８００の小型化及
び軽量化が可能である。従って、トータルコストを減らすことができる。

次に、ＲＦ給電システムの他の例について図１４を用いて説明する。

図１４において、受電装置８００は、受電装置部８０１と、電源負荷部８１０とを有する
。受電装置部８０１は、受電装置用アンテナ回路８０２と、信号処理回路８０３と、蓄電
装置８０４と、整流回路８０５と、変調回路８０６と、電源回路８０７とを、少なくとも
有する。また、給電装置９００は、給電装置用アンテナ回路９０１と、信号処理回路９０
２と、整流回路９０３と、変調回路９０４と、復調回路９０５と、発振回路９０６とを、
少なくとも有する。

受電装置用アンテナ回路８０２は、給電装置用アンテナ回路９０１が発信する信号を受け
取る、あるいは、給電装置用アンテナ回路９０１に信号を発信する役割を有する。給電装
置用アンテナ回路９０１が発信する信号を受け取る場合、整流回路８０５は受電装置用ア
ンテナ回路８０２が受信した信号から直流電圧を生成する役割を有する。信号処理回路８
０３は受電装置用アンテナ回路８０２が受信した信号を処理し、蓄電装置８０４の充電、
蓄電装置８０４から電源回路８０７への電力の供給を制御する役割を有する。電源回路８
０７は、蓄電装置８０４が蓄電している電圧を電源負荷部８１０に必要な電圧に変換する
役割を有する。変調回路８０６は受電装置８００から給電装置９００へ何らかの応答を送
信する場合に使用される。

電源回路８０７を有することで、電源負荷部８１０に供給する電力を制御することができ
る。このため、電源負荷部８１０に過電圧が印加されることを低減することが可能であり
、受電装置８００の劣化や破壊を低減することができる。

また、変調回路８０６を有することで、受電装置８００から給電装置９００へ信号を送信
することが可能である。このため、受電装置８００の充電量を判断し、一定量の充電が行
われた場合に、受電装置８００から給電装置９００に信号を送信し、給電装置９００から
受電装置８００への給電を停止させることができる。この結果、蓄電装置８０４を１００
％充電しないことが可能であり、過充電による劣化や破壊を低減し、蓄電装置８０４の充
電回数を増加させることが可能である。

また、給電装置用アンテナ回路９０１は、受電装置用アンテナ回路８０２に信号を送る、
あるいは、受電装置用アンテナ回路８０２から信号を受け取る役割を有する。受電装置用
アンテナ回路８０２に信号を送る場合、信号処理回路９０２は、受電装置８００に送信す
る信号を生成する回路である。発振回路９０６は一定の周波数の信号を生成する回路であ
る。変調回路９０４は、信号処理回路９０２が生成した信号と発振回路９０６で生成され
た一定の周波数の信号に従って、給電装置用アンテナ回路９０１に電圧を印加する役割を
有する。そうすることで、給電装置用アンテナ回路９０１から信号が出力される。一方、
受電装置用アンテナ回路８０２から信号を受け取る場合、整流回路９０３は受け取った信
号を整流する役割を有する。復調回路９０５は、整流回路９０３が整流した信号から受電
装置８００が給電装置９００に送った信号を抽出する。信号処理回路９０２は復調回路９
０５によって抽出された信号を解析する役割を有する。

なお、ＲＦ給電を行うことができれば、各回路の間にどんな回路が有っても良い。例えば
、受電装置８００が電磁波を受信し整流回路８０５で直流電圧を生成したあとに、ＤＣ－
ＤＣコンバータやレギュレータといった回路を設けて、定電圧を生成してもよい。そうす
ることで、受電装置８００内部に過電圧が印加されることを抑制することができる。

ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る蓄電装置を利用することで、従来の蓄電装置に
比べて蓄電量を増やすことができるので、無線給電の間隔を延ばすことができる（何度も
給電する手間を省くことができる）。

なお、ＲＦ給電システムに本発明の一態様に係る蓄電装置を利用し、受電装置用アンテナ
回路８０２と蓄電装置８０４を重ねる場合は、蓄電装置８０４の充放電に伴い形状が変化
し、受電装置用アンテナ回路８０２のインピーダンスが変化しないようにすることが好ま
しい。アンテナのインピーダンスが変化してしまうと、十分な電力供給がなされない可能
性があるためである。例えば、蓄電装置８０４を金属製あるいはセラミックス製の電池パ
ックに装填するようにすればよい。なお、その際、受電装置用アンテナ回路８０２と電池
パックは数十μｍ以上離れていることが望ましい。

また、本実施の形態では、充電用の信号の周波数に特に限定はなく、電力が伝送できる周
波数であればどの帯域であっても構わない。充電用の信号は、例えば、１３５ｋＨｚのＬ
Ｆ帯（長波）でも良いし、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯でも良いし、９００ＭＨｚ～１ＧＨ
ｚのＵＨＦ帯でも良いし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯でもよい。

また、信号の伝送方式は電磁結合方式、電磁誘導方式、共鳴方式、マイクロ波方式など様
々な種類があるが、適宜選択すればよい。ただし、雨や泥などの、水分を含んだ異物によ
るエネルギーの損失を抑えるためには、本発明の一態様では、周波数が低い帯域、具体的
には、短波である３ＭＨｚ～３０ＭＨｚ、中波である３００ｋＨｚ～３ＭＨｚ、長波であ
る３０ｋＨｚ～３００ｋＨｚ、及び超長波である３ｋＨｚ～３０ｋＨｚの周波数を利用し
た電磁誘導方式や共鳴方式を用いることが望ましい。

本実施の形態は、上記実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。

１００正極活物質
１０２第１の領域
１０４第２の領域
１０６正極活物質
１１２第１の領域
１１４第２の領域
２００正極集電体
２０１正極活物質層
２０２正極
２０３正極活物質層
２０５負極集電体
２０６負極活物質層
２０７負極
２１０セパレータ
２１１電解液
２２０筐体
２２１第１の電極
２２２第２の電極
４１０携帯電話機
４１１筐体
４１２表示部
４１３操作ボタン
４１４外部接続ポート
４１５スピーカー
４１６マイク
４１７操作ボタン
４１８蓄電装置
４３０電子書籍用端末
４３１筐体
４３２軸部
４３３筐体
４３５表示部
４３７表示部
４３９操作ボタン
４４１スピーカー
４４３電源
４４４蓄電装置
５０１電動式の車椅子
５０３座部
５０５背もたれ
５０７フットレスト
５０９アームレスト
５１１ハンドル
５１３コントローラ
５１５フレーム
５１７一対の前輪
５１９一対の後輪
５２１駆動部
５２３制御部
６５０電気自動車
６５１蓄電装置
６５３制御回路
６５５コンピュータ
６５７駆動装置
８００受電装置
８０１受電装置部
８０２受電装置用アンテナ回路
８０３信号処理回路
８０４蓄電装置
８０５整流回路
８０６変調回路
８０７電源回路
８１０電源負荷部
９００給電装置
９０１給電装置用アンテナ回路
９０２信号処理回路
９０３整流回路
９０４変調回路
９０５復調回路
９０６発振回路

Claims

正極活物質を正極集電体上に有する正極と、
前記正極と電解質を介して対向する負極とを有し、
前記正極活物質は、膜状の第１の領域と、前記第１の領域を覆う膜状の第２の領域とを有し、
前記第１の領域は、前記正極活物質中において複数の領域を有し、
前記第１の領域は、オリビン構造を有する、一般式Ｌｉ _１－ｘ１ＭｎＰＯ _４（ｘ１は０以上１以下）で表されるリン酸化合物からなり、
前記第２の領域は、オリビン構造を有する、一般式Ｌｉ _１－ｘ２ＦｅＰＯ _４（ｘ２は０以上１以下）で表されるリン酸化合物からなることを特徴とする蓄電装置。