KR101431693B1 - 이산화티타늄 나노분말, 타이타네이트, 리튬 타이타네이트 나노 분말 및 이들의 제조 방법 - Google Patents

이산화티타늄 나노분말, 타이타네이트, 리튬 타이타네이트 나노 분말 및 이들의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

이산화티타늄 나노분말, 타이타네이트(titanate), 리튬 타이타네이트 나노 분말 및 이들의 제조 방법에 관한 것으로, 결정상과 비정질상의 중간 형태인 준결정상을 가지는 이산화티타늄 나노분말을 제공할 수 있다.

Description

이산화티타늄 나노분말, 타이타네이트, 리튬 타이타네이트 나노 분말 및 이들의 제조 방법{TITANIUM DIOXIDE NANO PARTICLE, TITANATE, LITHIUM TITANATE NANO PARTICLE AND METHOD FOR PREPARATION METHODS THEREOF}
이산화티타늄 나노분말, 타이타네이트(titanate), 리튬 타이타네이트 나노 분말 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.
통상 평균입도가 50nm 이하인 결정성 이산화티타늄 나노분말은 대표적인 광촉매용 재료로써 자외선을 에너지원으로 이용하여 유해성분의 분해, 항균, 탈취 등의 특성을 지닌 새로운 에너지 환경재료로 주목을 받게 되었고 최근에 재료 및 용도의 개발이 급속히 이루어지고 있다.
일반적인 이산화티타늄 제조방법은 하기와 같이 나눌 수 있다.
황산법은 TiOSO4의 수용액을 열가수분해해서 얻어진 이산화티타늄을 800 내지 1000℃로 소성하여 성장시킨 후, 원하는 크기의 TiO2를 얻는 방법이다. 황산법의 경우, 공정 중, 폐황산 발생으로 인한 환경문제를 야기할 수 있으며, 물리적 파쇄를 통해 미세립의 이산화티타늄 제조는 가능하나, 불순물로 인해 순도가 저하인 분말이 생산되기 때문에, 에너지저장용 원료소재, 혹은 MLCC등의 정밀소재에는 사용할 수 없다.
염산법의 경우, TiCl4의 가열증기를 가열산소와 반응시켜 고온 기상에서 TiO2입자를 형성시키는 방법이다. 염산법의 경우, 고온 반응에 의해 생성되는 침전 분말을 사용하기 때문에 루타일 결정상만을 제조할 수 있으며, 염산 가스 포집을 위한 고가의 설비 및 염소 제어기술이 필요하고, 공정 내, 염산가스에 의한 위험성이 높다.
그 외, 졸-겔법, 분무화염법, 화학적 기상증착법 등의 알콕사이드 혹은 고온 기상을 사용하는 방법이 있으나, 공정 단가가 고가이며, 생산성이 저하되기 때문에 세계적으로 크게 유용하지는 않다.
준결정상을 가지는 이산화티타늄 나노 분말의 제조 방법을 통해 분말 입도 크기를 조절하여 물리 및/또는 전기 화학적 특성을 자유롭게 변환할 수 있다.
이러한 이산화티타늄 나노분말을 이용하여, 개선된 타이타네이트(titanate), 리튬 타이타네이트 나노 분말 등을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서는, 결정상과 비정질상의 중간 형태인 준결정상을 가지는 이산화티타늄 나노분말을 제공한다.
상기 준결정상의 XRD 주피크(main peak)은 결정상에 비해 시프트(shift)되어 있고 브로드닝(broadening)되어 있을 수 있다.
상기 준결정상의 여분의폭(FWHM: Full Width at half maximum)이 1.9 내지 2.5의 값을 가질 수 있다.
상기 준결정상의 XRD 주피크는 아나타제형 결정상의 주피크에 비해 시프트되어 2θ 값이 23°≤2θ≤26°일 수 있다.
상기 준결정상의 XRD 주피크는 루타일형 결정상의 주피크에 비해 시프트되어 2θ 값이 26°≤2θ≤29°일 수 있다.
상기 분말의 평균입도는 150 nm 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, (a) TiCl4용액과 물을 혼합하여 젤리(jelly) 형태의 TiOCl2를 준비하는 단계; 및 (b) 상기 젤리 형태의 TiOCl2와 물을 혼합하는 수열 반응을 통해 결정상과 비정질상의 중간 형태인 준결정상을 갖는 이산화티타늄 나노 분말을 수득하는 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계는 Ti3+이온 농도가 0.1 내지 1.3M이 되도록 물의 양을 제어하고, 상기 (b) 단계는 Ti3+이온 농도가 1.5 내지 4.3M이 되도록 물의 양을 제어하는 것인 이산화티타늄 나노 분말의 제조 방법을 제공한다.
상기 (b) 단계의 수열 반응은 50 내지 200℃의 온도로 가열하는 반응일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 결정상과 비정질상의 중간 형태인 준결정상을 갖는 이산화티타늄 나노 분말과 알칼리 용액의 반응에 의해 제조되어 일방향성(one-dimensional)을 갖는 타이타네이트(titanate)를 제공한다.
상기 일방향성 타이타네이트는 나노튜브, 나노시트, 나노와이어 또는 나노로드 형태일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 전술한 방법에 의해 제조된 이산화티타늄 나노 분말을 알칼리 수용액 5 내지 25M과 반응시켜 일방향성(one-dimensional) 타이타네이트(Titanate)를 수득하는 것인 타이타네이트의 제조 방법을 제공한다.
상기 알칼리 수용액은 LiOH, KOH, NaOH 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 이산화티타늄 나노 분말과 상기 알칼리 수용액 반응 조건은 80 내지 350℃ 온도에서 6 내지 20시간 동안 반응시키는 조건일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 전술한 일방향성 타이타네이트와 수산화리튬(LiOH)의 반응에 의해 제조된 리튬 타이타네이트 나노 분말을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 전술한 방법에 의해 제조된 타이타네이트와 수산화리튬(LiOH) 10 내지 30mol를 반응시킨 후 이를 400 내지 1200℃로 가열하는 것인 리튬 타이타네이트 나노 분말의 제조방법을 제공한다.
나노 크기를 유기적으로 제어할 수 있고, 일방향성 나노 분말을 제조할 수 있어, 에너지저장용 소재의 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 이산화티타늄 나노 분말의 제조 방법을 제공할 수 있다.
이를 통해 개선된 이산화티타늄 나노분말, 타이타네이트(titanate), 리튬 타이타네이트 나노 분말 및 이들의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 이산화티타늄 나노 분말의 투과전자현미경사진이다.
도 2는 실시예 1에 따른 이산화티타늄 나노 분말의 XRD 피크를 나타낸다.
도 3은 실시예 2에 따른 일방향성 티타네이트의 주사전자현미경사진이다.
도 4는 다양한 결정성의 이산화티타늄 입자를 이용하여 제조된 티타네이트의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 실시예 2에서 반응 조건을 변화시키면서 제조한 티타네이트의 주사전자현미경사진이다.
도 6은 상기 실시예 4에 따른 코인형 반쪽 전지의 특성을 평가한 데이터이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에서는, 결정상과 비정질상의 중간 형태인 준결정상을 가지는 이산화티타늄 나노분말을 제공한다.
상기 본 발명의 일 구현예와 같은 준결정상의 이산화티타늄 나노 분말을 이용하는 경우, 일방향성의 티타네이트를 제조할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
상기 준결정상의 XRD 주피크(main peak)은 결정상에 비해 시프트(shift)되어 있고 브로드닝(broadening)되어 있있을 수 있다.
보다 구체적으로 상기 준결정상의 여분의폭(FWHM: Full Width at half maximum)이 1.9 내지 2.5의 값을 가질 수 있다.
보다 구체적으로 상기 준결정상의 XRD 주피크는 아나타제형 결정상의 주피크에 비해 시프트되어 2θ 값이 23°≤2θ≤26°일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 준결정상의 XRD 주피크는 루타일형 결정상의 주피크에 비해 시프트되어 2θ 값이 26°≤2θ≤29°일 수 있다.
상기와 같은 피크의 특성은 기준 결정 구조(아나타제 또는 루타일)에 비해 비정질상의 양이 증가되어 결정성이 감소한 것에 기인한다.
상기 분말의 평균입도는 150 nm 이하일 수 있다. 보다 구체적으로 10nm 내지 150nm 또는 10nm 내지 50nm일 수 있다. 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 이산화티타늄 나노 분말의 제조 방법에 따라 상기와 같이 입도를 조절할 수 있다. 원하는 전기 및/또는 화학적 특성에 따라 이산화티타늄의 입도를 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는 (a) TiCl4용액과 물을 혼합하여 젤리(jelly) 형태의 TiOCl2를 준비하는 단계; 및 (b) 상기 젤리 형태의 TiOCl2와 물을 혼합하는 수열 반응을 통해 결정상과 비정질상의 중간 형태인 준결정상을 갖는 이산화티타늄 나노 분말을 수득하는 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계는 Ti3+이온 농도가 0.1 내지 1.3M이 되도록 물의 양을 제어하고, 상기 (b) 단계는 Ti3+이온 농도가 1.5 내지 4.3M이 되도록 물의 양을 제어하는 것인 이산화티타늄 나노 분말의 제조 방법을 제공한다.
상기 (b) 단계의 수열 반응은 50 내지 200℃의 온도로 가열할 수 있다.
상기 (a) 단계는 Ti3+이온 농도가 0.1 내지 1.3M이 되도록 물의 양을 제어되는 경우, 젤리 형태의 TiOCl2를 준비할 수 있다.
상기 농도가 0.1M 미만인 경우, Ti3+이온의 농도가 부족하여, 수용성고체가 생성될 수 없으며, 1.3M 초과인 경우, TiOCl2고체가 형성되어, 수용성을 형성할 수 없다.
상기 제조된 젤리 형태의 TiOCl2는 상온에서도 안정하며, 제조된 젤리 내의 Ti 이온은 3가의 이온을 가진다.
상기 젤리 형태의 TiOCl2와 물을 혼합하는 수열 반응을 통해 결정상과 비정질상의 중간 형태인 준결정상을 갖는 이산화티타늄 나노 분말을 수득할 수 있다.
상기 젤리 형태의 TiOCl2와 물을 혼합하는 수열 반응은 안정한 클로라이드 이온과 염산을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 젤리 형태의 TiOCl2는 상온안정하기 때문에 소량의 물을 반응시킬 경우, 수용액상으로 변하게 된다. 상기 반응시 Ti3+이온은 불충분한 산소와의 반응에 의해 이산화티타늄 입자로 침전되게 되며, 이 때 결정상이 아닌 준안정 결정성을 나타내게 된다.
또한 물과 반응시 침전물 이외에는 수용액 내에 클로라이드 이온이 부유되게 되며, 이때 클로라이드 이온의 부유에 의해 매우 소량의 염산 가스가 발생한다.
전체적인 반응식은 다음과 같다.
[반응식 1]
TiCl4 + H2O[insufficeint] -> TiOCl2liquidsolidjelly + H2O[insufficient] -> TiO2[metalstablestate] + HCl[liquid] + HCl[gas] + H2O
상기 반응시, Ti3+이온의 농도는 1.5 내지 4.3M일 수 있다.
상기 농도가 1.5M 미만인 경우, Ti3+와 산소와의 반응이 일어나지 않아 침전이 불가능하며, 4.3M 초과인 경우, Ti3 +와 산소와의 반응이 폭발적으로 진행되어, 결정상의 루타일상이 형성된다.
상기 공정에서, HCl 용액의 희석을 위한 염기성 용액 첨가는 없으며, 물반응을 통해서만 클로라이드 이온과 염소가스를 제거할 수 있다.
한편, 상기 공정에서 수용액의 온도를 50 내지 200℃로 변화시키며, 침전반응을 실시할 수 있다.
구체적인 예를 들어, 50 내지 90℃에서는 루타일상이 형성될 수 있으며, 90 내지 150℃에서는 아나타제상이 형성될 수 있다. 또한, 150 내지 200℃에서는 아나타제 및 루타일 복합상을 제조할 수 있다.
상기 온도에 따른 상변화는 Ti3+이온의 활성화 에너지에 따른 결과이다.
상기 제조된 이산화티타늄(TiO2)침전물과 HCl용액, 클로라이드 부유물은 필터링을 통해 이산화티타늄 침전물을 남긴 후, 수용액은 제거할 수 있다.
상기 TiO2침전물의 세척을 위해서는 증류수를 사용할 수 있다.
상기 TiO2침전물은 0.05㎛이하의 여과지를 통해 여과시킨 후, 60℃이하의 온도에서 건조를 통해 최종 이산화티타늄 나노 분말을 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 결정상과 비정질상의 중간 형태인 준결정상을 갖는 이산화티타늄 나노 분말과 알칼리 용액의 반응에 의해 제조되어 일방향성(one-dimensional)을 갖는 타이타네이트(titanate)를 제공할 수 있다.
상기 일방향성 타이타네이트는 나노튜브, 나노시트, 나노와이어 또는 나노로드 형태일 수 있다. 다만, 이에 제한되지는 않는다.
이러한 일방향성 타이타네이트는 에너지 소재(예를 들어, 이차 전지의 음극 재료)로 이용되는 경우 전기적 특성을 개선시킬 수 있다.
상기 일방향성 타이타네이트는 전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 방법에 의해 제조된 이산화티타늄 나노 분말을 알칼리 수용액 5 내지 25M과 반응시켜 수득할 수 있다.
상기 농도 범위가 5M 미만인 경우, Ti-O-Ti 결합을 파쇄할 수 없으며, 25M 초과인 경우, Ti-O-Ti 결합자체가 완전히 끊어져 비정질 상태가 된다.
상기 알칼리 수용액은 LiOH, KOH, NaOH 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이산화티타늄 나노 분말과 상기 알칼리 수용액 반응 조건은 80 내지 350℃ 온도에서 6 내지 20시간일 수 있다.
상기 반응 온도가 80℃ 미만인 경우, Ti-O-Ti 결합해제에 의해 형성된 층상 Ti-O-Ti가 표면에너지를 부가하기 위한 활성화에너지 저하로 인해 나노일방향성 분말을 제조할 수 없으며, 350℃ 초과인 경우, 과다한 활성화에너지로 인해 일방향성이 해제되고 다시 구형의 나노 분말로 변하게 된다.
상기 이산화티타늄 나노 분말과 상기 알칼리 수용액은 중량비로 8:2 내지 6:4로 반응될 수 있다. 상기 범위는 일방향성 타이타네이트를 제조하기에 효과적일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 일방향성 타이타네이트와 수산화리튬(LiOH)의 반응에 의해 제조된 리튬 타이타네이트 나노 분말을 제공한다.
상기 리튬 타이타네이트 나노 분말은 전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 타이타네이트와 수산화리튬(LiOH) 10 내지 30mol를 반응시킨 후 이를 400 내지 1200℃로 가열하는 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 범위를 만족하는 경우, 효과적으로 리튬 타이타네이트를 제조할 수 있다.
상기 리튬 타이타네이트는 리튬 이차 전지의 음극 활물질로 이용될 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예 일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시 예 1: 이산화티타늄 나노 분말의 제조
97%이상의 TiCl4용액 500ml에 증류수 3500ml에 서서히 반응시켜, Ti3+이온의 농도가 0.9M이 되도록 첨가한다.
이 때, 안정한 Ti의 이온은 Ti4+이온이 형성되어, 최종 TiCl4를 형성하게 되나, 물이 불충분하게 되면, 클로라이드 이온과의 반응을 위해, Ti 양이온 분할에 의해, Ti3+이온이 물과 반응하게 된다.
상기 반응물은 급격한 핵반응에 의해 TiOCl2수용성 고체를 형성하게 된다. 상기 반응을 유지한 후, Ti3+이온의 농도를 3.2M이 되도록, 물을 첨가한 후, 교반을 통해 TiOCl2수용액을 제조한다.
상기 3.2M은 가장 이상적인 몰랄농도이며, 앞서 언급한, 1.5M 내지 4.3M의 농도에서도 TiOCl2수용액은 제조될 수 있다.
이 때, 교반기 온도를 50 또는 100로 변화시키며, 침전반응을 실시한다. 1시간 동안 침전반응을 진행한 후, 침전된 침전물과 수용액은 0.05㎛의 여과지를 통해 TiO2침전물을 여과한 후, 증류수를 통해 클로라이드이온을 제거하고, 남아있는 HCl를 제거한다.
실시예 2: 일방향성 티타네이트의 제조
상기 실시예 1에서 제조된 이산화티타늄을 이용하여, 10M의 NaOH와 반응시킨 후, 다양한 온도 및/또는 시간에서 반응시켜, 일방향성 티타네이트를 제조하였다.
실시예 3: 리튬 티타네이트의 제조
상기 실시예 2에서 제조된 일방향성 이산화티타늄나노튜브와 LiOH를 40 내지 1200℃로 열처리하여 리튬 티타네이트를 제조하였다.
실시예 4: 코인형 반쪽 전지의 제조
상기 실시예 3에서 제조된 리튬 티타네이트를 음극 활물질로 하고, 도전제로 케첸 블랙(ketjen black), 바인더로 폴리 비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVdF)fmf 90:2:8의 중량비로 혼합하고, 이들을 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP)와 함께 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. 제조된 음극 슬러리를 구리 집전체의 일면에 도포하고, 약 130 ℃에서 2 시간 동안 건조한 후, 1.4875 cm2크기의 음극을 제조하였다.
에틸렌 카보네이트(EC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)를 1:2의 부피비로 혼합하고, 상기 비수전해액 용매에 LiPF6를 첨가하여 1M LiPF6비수전해액을 제조하였다.
양극으로 리튬 금속 호일(foil)을 사용하며, 양 전극 사이에 폴리올레핀 분리막을 개재시킨 후, 상기 전해액을 주입하여 코인형 반쪽 전지를 제조하였다.
실험예 1: 이산화티타늄 나노 분말의 투과전자현미경 사진
도 1은 실시예 1에 따른 이산화티타늄 나노 분말의 투과전자현미경사진이다. 도 1에서 보는 바와 같이 이산화티타늄의 입자크기가 10nm 내지 50nm 정도의 입경을 가지고 있음을 알 수 있다.
실험예 2: 이산화티타늄의 XRD 피크 결과
도 2는 실시예 1에 따른 이산화티타늄 나노 분말의 XRD 피크를 나타낸다.
상기 실시예 1에 따른 이산화티타늄 나노 분말의 피크 비교를 위해 상용분말인 P-25(데구사), 기존 저온균일침전법을 이용해 제조된 Ishihara사 분말 및 상기 기존 저온 균일침전법을 이용해 제조된 Ishihara 분말을 열처리한 분말의 XRD 결과를 함께 도 2에 나타낸다.
도 2의 POSCO METHOD는 상기 실시예 1에 따른 이산화티타늄 나노 분말의 피크이고, P-25는 상용분말인 P-25(데구사)의 피크이고, HPPLT powder는 기존 저온균일침전법을 이용해 제조된 Ishihara사 분말의 피크이고, Heat-treated HPPLT powder는 기존 저온 균일침전법을 이용해 제조된 Ishihara 분말을 열처리한 분말의 피크이다.
그림에서 보는 바와 같이 기존 방법에 의해 제조된 이산화티타늄의 경우, 결정성을 유지하고 있으나, 실시예 1에 따른 분말의 경우, 준안전상에 의해, 피크 브로드닝과 함께, 중앙픽이 시프트(shift)되어 있는 것을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로 기준분말로 사용되는 저온균일침전법에 의해 제조된 루타일결정상에 비해, XRD 피크가 준안정상형성에 의해 시프트되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 아나타제상 역시 기준상으로 나타낸 P-25(데구사)에 비해 XRD 피크가 시프트되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 XRD 피크의 시프트는 준안정상형성에 의해 기준 결정구조보다 비정질상 양이 증가하여, 결정성이 사라졌기 때문이다.
실험예 3: 일방향성 티타네이트의 주사전자현미경 사진
도 3은 실시예 2에 따른 일방향성 티타네이트의 주사전자현미경사진이다.
실시예 2와의 비교를 위해 기존 상용분말인 P-25(데구사)를 이용하여 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 제조한 티타네이트의 주사전자현미경사진을 도 2에 함께 나타내었다.
도 3에서 보는 바와 같이, 실시예 1에 따른 분말의 경우, 준안전상 결정구조를 가지고 있기 때문에, 알칼리 용액에 보다 용이하게 용해되어 일방향성 분말을 용이하게 형성하는 것을 확인할 수 있으나, 기존 상용화분말을 이용할 경우, 결정성에 의한 용해성 저하로 인해, 일방향성 형태가 아닌 소량의 일방향성 형태와 구형의 이산화티타늄이 복합적으로 존해하고 있음을 확인할 수 있다.
도 4는 다양한 결정성의 이산화티타늄 입자를 이용하여 제조된 티타네이트의 주사전자현미경 사진이다.
도 4 내 (a)는 루타일형의 이산화티타늄 입자를 이용한 티타네이트(알드리치사)이고, (b)는 본 발명의 실시예 2에 따른 티타네이트이고, (c)는 P-25(데구사) 이산화티타늄 입자를 이용한 티타네이트이고, (d)는 아나타제형의 이산화티타늄 입자를 이용한 티타네이트(알드리치사)이다.
도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상용분말을 사용할 경우, 안정한 결정상에 의해, 일방향성 물질이 제조되지 않고, 구형의 이산화티타늄과 일방향성 물질이 공존함을 볼 수 있다.
특히, 아나타제, 루타일, 아나타제/루타일 복합상인 P-25를 사용하여도, 일관적으로 일방향성과 구형이 복합적으로 형성됨을 확인할 수 있다.
그러나, 실시예 2을 통해 제조된 이산화티타늄을 사용할 경우, 나노튜브형태인 일방향성이 균일하게 형성됨을 확인할 수 있다.
실험예 4: 반응 조건에 따른 일방향성 티타네이트의 주사전자현미경 사진
도 5는 실시예 2에서 반응 조건을 변화시키면서 제조한 티타네이트의 주사전자현미경사진이다. 도 5에서 보는 바와 같이, 수열합성 온도 및/또는 시간의 변화에 따라, 나노와이어, 나노튜브, 나노쉬트 등 일방향성 형태를 자유롭게 변화할 수 있음을 확인하였다.
실험예 5: 코인형 반쪽 전지의 특성 평가
도 6은 상기 실시예 4에 따른 코인형 반쪽 전지의 특성을 평가한 데이터이다.
도 6에서, TNT는 상기 실시예 2의 나노 튜브형 티타네이트이고, p-TNW는 상용화된 피치(pitch) 코팅된 나노 와이어형 티타네이트이고, p-TiO2는 상용화된 피치 코팅된 TiO2입자이고, C-LTO는 상용화된 LTO 입자이다.
도 6에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 코인형 반쪽 전지의 특성 및 수명이 기존 분말 대비 향상됨을 확인할 수 있다.
상기 결과는 일방향성 나노 튜브 내의 빈 공간에 리튬이 저장될 수 있는 충분한 공간이 존재하며, 이는 이산화티타늄 나노튜브의 결정구조가 안정하기 때문인 것으로 판단된다.
기존 리튬 티타네이트 대비, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 리튬 티타네이트는 결정성이 우수하여, 리튬이 삽입될 수 있는 공간이 충분하고, 반복적인 리튬의 삽입, 탈리에도 불구하고, 안정한 결정상이 리튬의 삽입과 탈리를 가능케 할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. (a) TiCl4용액과 물을 혼합하여 젤리(jelly) 형태의 TiOCl2를 준비하는 단계; 및
    (b) 상기 젤리 형태의 TiOCl2와 물을 혼합하는 수열 반응을 통해 결정상과 비정질상의 중간 형태인 준결정상을 갖는 이산화티타늄 나노 분말을 수득하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (a) 단계는 Ti3+이온 농도가 0.1 내지 1.3M이 되도록 물의 양을 제어하고,
    상기 (b) 단계는 Ti3+이온 농도가 1.5 내지 4.3M이 되도록 물의 양을 제어하는 것인 이산화티타늄 나노 분말의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 수열 반응은 50 내지 200℃의 온도로 가열하는 것인 이산화티타늄 나노 분말의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제7항에 따른 방법에 의해 제조된 이산화티타늄 나노 분말을 알칼리 수용액 5 내지 25M과 반응시켜 일방향성(one-dimensional) 타이타네이트(Titanate)를 수득하는 것인 타이타네이트의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 알칼리 수용액은 LiOH, KOH, NaOH 중 적어도 하나를 포함하는 것인 타이타네이트의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 이산화티타늄 나노 분말과 상기 알칼리 수용액 반응 조건은 80 내지 350℃ 온도에서 6 내지 20시간 동안 반응시키는 것인 타이타네이트의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 제11항의 방법에 의해 제조된 타이타네이트와 수산화리튬(LiOH) 10 내지 30mol를 반응시킨 후 이를 400 내지 1200℃로 가열하는 것인 리튬 타이타네이트 나노 분말의 제조방법.
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