KR101433266B1 - 나노미립자 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 d90 ≤ 10 ㎛의 입자-크기 분포를 가지는 나노입자 및 선택적으로 표면-활성제를 포함하는 나노미립자 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 나노미립자 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

Description

나노미립자 조성물 및 이의 제조방법{NANOPARTICULATE COMPOSITION AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 나노미립자 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전지용 물질의 생산을 위한 상기 나노미립자 조성물의 용도에 관한 것이다.
예를 들면 분말로 생산되는 고체 또는 액체 매질(liquid media)에 분산되는 고체인 나노입자는, 일반적으로 적어도 2면이 1000 nm보다 작은 경우까지 확장되는 개개의 입자로, 화학원소, 유기물 또는 무기물 및 이들의 혼합물로 이루어지며, 많은 응용분야에서 몇년간 사용되고 있다.
예를 들면, 나노입자는 종종 높은 BET 표면적을 가지고 있으므로, 나노입자는 출발 물질 촉매로 사용된다.
일반적으로, 나노결정 분말 또는 습식-화학 합성(wet-chemical synthesis)으로 불리거나 소위 전구체 화합물(precursor compound)로부터의 나노입자에 있어서, 분말은 예를 들면 침전(precipitation)에 의한 화학반응에 의해서 합성되거나 유기금속의 가수분해(hydrolysis)에 의해서 합성된다. 상기 나노입자의 최종 구조는 일반적으로 상기 침전 이후의 수반하는 하소(calcination) 이후 또는 하소가 이루어지는 동안에는 얻어지지 않는다.
결정화 공정의 타겟 제어(targeted control)는 유리체(educt)의 조성에 의해서 영향을 받을 수 있다. 여기서 중요한 인자는 - 특히 이러한 나노입자의 촉매가 사용되는 때- 결정 크기이다(R. Schlogel el et al., Angewandte Chemie 116, 1628-1637, 2004). 그러나, 지금까지는 습식-화학 생산 방법에 의해서 특히 소위 기본 수산화 침전(basic hydroxide precipitation)에 의해서, 원하는 나노입자 및 특히 이들의 평균 입자크기 분포와 같은 이들의 물성을 위한 침전방법을 적절히 최적화하는 것이 대부분 가능하였다.
나노입자의 합성을 위한 기계적 생산 방법이 또한 고려되어 왔다. 이는 예를 들면, 불균질한 입자를 균일한 입자로 집중적으로 분쇄하는 것과 같은 방법으로 수행되지만, 또한 입자에 가해지는 압력에 의해서, 입자는 무정형(amorphous)에 이르는 지점으로의 종종 원하지 않는 상 변환(phase transformation)을 하게 된다.
그러나, 상기 공정 중에 생성된 입자는 일정한 균일 크기의 분포로 나타내지 않는데, 이는 생성된 매우 작은 입자는 재응집하려는(reagglomerate) 현저한 경향을 보이기 때문이다.
나노입자에 대한 추가적인 접근은, 예를 들면 WO 2004/005184에 개시되어 있는 바와 같이 열역학적 방법(thermophysical method)을 통하는 것이다. 특히, 이들은 고체, 액체 또는 기체 출발 화합물에 주입되는 열 에너지의 도입에 기초한다. 여기서, 상기 지칭된 WO 2004/005184의 소위 플라즈마열분해 스프레이 시스템(plasmapyrolytic spraying process, PSP)은 출발 물질이 산소수(oxyhydrogen) 불꽃에 스프레이되고 분해되는 것으로 일반적으로 널리 사용된다. PSP 공정을 위한 일반적인 용도는 나노결정 이산화 규소(silicon dioxide)의 생산에 관한 것으로, 이는 손쉽게 휘발되는 유기실리콘 화합물을 산소수 불꽃에 스프레이 되게 하는 것이다.
또한, 나노입자의 합성으로는, 출발물질이 온도가 6000K 까지의 플라즈마에서 증발되는 소위 플라즈마 합성 방법이 종종 사용된다. 본 기술분야에서 알려진 다른 방법으로는, 예를 들면 기체 유리체(educt)가 반응하고, 일반적으로 상이한 상(phase)의 구조체와 함께 비-산화물(non-oxidic) 분말 및 혼합된 산화 화합물이 또한 생성되는 CVD 방법이 있다.
나노미립자 조성물(Nanoparticulate composition)은 또한 예를 들면 EP 1 553 647 A1에 개시된 것과 같은 이차전지용 전극 물질의 생산과 같은 경우에 널리 사용되며, 특히, 인산철 리튬(lithium iron phosphate)의 생산이 개시되어 있고, 상기 물질은 대부분 크기가 1 ㎛ 초과의 집합체를 형성한다. 입자는 가능한 세밀하게 분산되고, 특히 양극 물질로 사용되는 것이 바람직하다.
US 2002/0192137에서 개시된 레이저 조사(Laser irradiation)에 의한 흐름 반응기(flow reactor) 내에서의 나노스케일 및 1미크론 미만의 입자의 생산에 있어서 유사한 문제점이 발생하는데, 리튬 포스포러스 옥사이드 나이트라이드(lithium phosphorus oxide nitride), 리튬 철 망간 포스페이트(lithium iron manganese phosphate), 칼슘 포스페이트(calcium phosphate), 알루미늄 포스페이트(aluminium phosphate) 등과 같은 복합 산화물(complex oxide)이 생성된다. US 2002/0192137에 따르면, 또한 이들 나노입자들은 전지 애플리케이션을 위한 물질로 사용된다. 특히 나노입자를 얻기 위한 수성 루트(aqueous route)에 의한 인산철 리튬(lithium iron phosphate)의 생산은 WO 2006/116251에 개시되어 있지만, 인산철 리튬의 경우에 수산화물(hydroxide)에 의한 침전은 바람직하지 않은 것으로 권장되며, 준비 물질을 위해서는 소위 카보네이트 침전이 추천된다. 또한, 인산철 리튬(LiFePO4)의 생산은 Goodenough 등의 US 5,910,382로 부터 알려져있다. 일반적으로 이러한 물질은 리튬 이온 이차전지에 사용되는 가장 가망성이 높은 물질이다. 더욱이, WO 02/27823 및 WO 02/27824에는, 일산화탄소 분위기 하에서 탄산 리튬과의 반응에 의한 인산철로부터 시작하는 LiFePO4의 생산이 개시되어 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 집합체 또는 응집(agglutination)을 형성하지 않는 매우 미세하게 분산되는 나노미립자 조성물을 제공하는 것이다. "나노미립자(nanoparticulate)"라는 용어는 일반적으로 평균 입자 크기가 500 nm 이하인 입자를 말하는 것이지만, 1-100 nm의 크기 범위가 나노입자에 가장 적합하다(cf. e.g. Paschen, H., Coenen, C., Fleischer, T., Grunwald, R., Oertel, D., Revermann, C.; Nanotechnologie Forschung, Entwicklung, Anwendung; Springer-Verlag; Berlin, Heidelberg, New York 2004).
본 발명에 있어서, 이러한 문제점은, 서로 고립되어 있으며, d90 ≤ 10 ㎛의 입자-크기 분포, 더 바람직하게는 d90 ≤ 5 ㎛인 전이금속 화합물의 비-집합된 나노입자를 포함하는 나노미립자 조성물에 의해서 해결된다. 본 발명에 있어서, 전이금속 화합물은 예를 들면 단일 음이온 또는 양이온으로 이루어지는 것과 같은 순수("2성분(binary)") 전이금속 화합물 또는 전이금속 양이온 및/또는 음이온을 가질 수 있는 혼합 ("다성분(polynary)") 또는 "도핑된(doped)" 전이금속 화합물 모두 이다.
본 발명에 있어서, "비-집합(non-aggregated)"의 용어는 예를 들면 소위 집합체("2차 입자(secondary particles)")를 형성하는 것과 같은 여러개의 입자로 이루어지는 입자 및 15 ㎛ 초과의 입자 크기를 가지는 입자가 상기 나노미립자 조성물에 존재하지 않는 것을 의미한다. 바꾸어 말하면, 본 발명에 있어서 상기 조성물은 소위 1차 입자(primary particles)만으로 구성된다.
본 발명에 있어서, 상기 조성물의 입자-크기 분포는 바람직하게는 단일분포(monomodal)이고, 더 바람직하게는 본 발명에 따른 나노입자의 d50 값이 0.2 내지 1 ㎛이다. 상기 나노미립자 조성물이 초 극세-결정 나노입자로 대부분 이루어지고, 무정형(amorphous) 입자가 존재하지 않는 놀라운 사실을 알아냈다.
상기 나노미립자 조성물은 바람직하게는 산화물; 인산염; 및 크롬, 티타늄, 철, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 지르코늄, 하프늄, 탄탈륨, 니오브, 세륨 및 바나듐의 황산염 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 물질을 포함한다. 바람직하게는 FePO4·2H2O (인산철(III)) 또는 Fe3(PO4)2 (인산 철(II))과 같은 인산철, 이산화티탄(TiO2), Li4Ti5O12 및 LiFePO4 및 이들의 도핑된 화합물이 비제한적인 특정의 예로서 언급될 수 있다.
인산철(III)는 이미 오래전에 알려져 있다. 예를 들면, GB 962 182에 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 본 기술분야의 상기 인산철(II)(FePO4·2H2O) 은 기껏해야 약 10 내지 20 ㎛의 평균입자 크기 d50을 가진다. 현재까지, 더 작은 입자 크기는 얻을 수 없거나 또는 황산염의 높은 수준의 오염을 수반하는 제조방법으로 어렵게 얻을 수 있었다.
본 발명에 있어서, 특히 상기 언급된 물질의 상기 나노입자의 크기 분포는 바람직한 일실시예에 있어서 단일분포(monomodal)이다. FePO4 및 Fe3(PO4)2 입자에 있어서, 바람직하게는 0.3 내지 0.8 ㎛의 평균 입자-크기 분포 d50, 더 바람직하게는 0.4 내지 0.7 ㎛를 가지고, 이는 이전에 본 기술분야의 모든 공지된 철(III) 및 인산철(III)의 입자-크기 분포 d50 매우 작은 것이다.
최근에 가장 많이 사용되는, 출발 물질로 황산철을 사용하기 때문에 대부분의 경우에 필연적으로 상기 황산염-함유하는 인산철(III)과는 달리, FePO4·2H2O를 포함하는 본 발명에 따른 미립자 조성물은 거의(almost) 황산염을 포함하지 않는다. 여기서 "거의(almost)"의 의미는, 현재 통례의 분석방법을 사용하여서는 측정 오차범위 내에서는 황산염은 발견될 수 없다는 것이다.
FePO4·2H2O 또는 Fe3(PO4)2, TiO2 또는 LiFeO4를 포함하는 본 발명의 조성물의 더 중요한 점은, 상기에 언급된 바와 같이, 본 기술 분야의 다른 대부분의 나노미립자 FePO4 또는 Fe3(PO4)2 및 TiO2 또는 LiFeO4 조성물에서 일반적으로 발생하는 것처럼 이러한 조성물의 입자는 미세한 결정질이고, 무정형 상태를 나타내지 않거나 무정형 입자를 전혀 가지지 않는다.
본 발명의 더 바람직한 경우에 있어서는, 본 발명의 조성물은 또한 표면-활성제를 포함한다.
놀랍게도, 표면-활성제의 존재는 예를 들면 최종 건조 후의 고립과 같이 조성물 내의 각각의 나노입자가 서로 분리되도록 하는데, 이에 의해서 본 발명의 조성물은 증가된 주위 습도 등과 같이 일반적인 응집 조건에서 조차도 집합되지 않고 응집되지 않는 미세 미립자 분말로 사용될 수 있다. 이는 금속 또는 전이금속 인산염, 산화물, 탄산염 및 황산염 기반의 나노입자에 영향을 미친다.
상기 표면-활성제는 바람직하게는 이온성 특성이며, 나노입자의 화학적 구조 및 물성에 따르고, 표면-활성제의 이온성은 양이온으로 부터 음이온에 이르기까지 다양할 수 있다.
그리고, 상기 표면-활성제는 상기 조성물의 전체 중량대비 0.01 내지 2 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 0.01 중량% 미만인 경우에는 나노입자가 서로 분리되어 있고 집합 또는 응집하지 않도록 할 것이라고 보증할 수 없다. 또한, 2 중량%를 초과해서는 표면-활성제의 증가 때문에 응집이 형성된다. 그러나, 바람직하게는 1 중량%를 초과하지 않아야 하는 데, 그렇지 않으면 여과가 힘들어지기 때문이다.
또한, 상기 표면-활성제는 TiO2, Fe3(PO4)2, LiFePO4 및 FePO4를 포함하는 본 발명에 따른 조성물인 경우에는, 예를 들면 Stockhausen GmbH & Co사의 Praestol flocculant series와 같은 약한 양이온성을 가지는 것이 바람직하다.
약한 양이온성의 표면-활성제는 전체 조성물의 중량 대비 0.01 내지 1 중량%를 포함되는 것이 바람직한데, 이때 TiO2, LiFePO4, Fe3(PO4)2 및 FePO4·H2O와 같은 상기 물질의 미세 분산된 결정질이 존재한다. 상기 표면-활성제가 1 중량% 초과일 때에는 하기에 기재된 본 발명의 방법에 있어서 생성물의 간단한 여과가 더 이상 가능하지 않고, 대부분 교착된 응집체가 얻어진다.
Ti(IV) 화합물의 가수분해에 의한 TiO2의 생산에 있어서, 양이온 고분자전해질(polyelectrolyte)을 첨가하는 것은 이미 알려져 있지만(EP 260 664 A2), 전체 조성물의 중량 대비 4 초과, 더 바람직하게는 5.5 중량% 초과의 양이 필요하였다. 본 발명에 있어서, 표면-활성제의 적은 양을 사용하는 것은 이전에 언급된 적이 없다.
또한, 본 발명의 목적은 나노입자가 용액에 침전되고 나노입자의 침전 후에 표면-활성제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 상기 정의된 나노미립자 조성물의 생성물을 위한 제조방법에 의해서 달성된다.
전이금속의 산화물, 탄산염, 황산염 또는 인산염을 포함하는 나노미립자 조성물의 생성물을 위한 이러한 제조방법은
a) 전이금속 출발 화합물의 산성 수용액을 제조하는 단계;
b1) 선택적으로, 알칼리 수산화물 용액을 첨가하는 단계;
b2) 적합한 음이온과 함께 산을 첨가하는 단계;
c) 침전물의 침전이 시작된 후에 표면-활성제를 첨가하는 단계; 및
d) 상기 침전된 나노미립자 조성물을 여과하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 "알칼리 수산화물"은 KOH 또는 NaOH 용액을 의미한다.
"적합한 음이온"의 용어는 전이금속 출발 화합물과 사용되는 용매에 불용성으로 침전을 형성하는 음이온을 의미한다.
예를 들면, 나노미립자 TiO2의 제조에 있어서, 물로 가수분해만이 필요하는데, 이는 "산" 작용이라고 한다.
b1) 단계는 선택적인데, 이는 예를 들면, TiO2의 경우에 있어서는 가수분해를 통하여 이미 형성하였기 때문에 염기의 첨가가 필수적이지 않기 때문이다.
2성분 또는 다성분 화합물로 침전하는 본 발명에 따른 제조방법으로 상기 나노입자는 얻어지고, 결과적으로 거의 무제한적인 숫자의 화합물이 본 발명의 제조방법에 의해서 생산될 수 있다.
바람직하게는 적어도 하나의 첫 a)단계(이때 다른 단계들도 실온에서 일어날 수 있다), 더 바람직하게는 제조 방법 단계의 a) 내지 c)의 모든 단계가 60 ~ 170℃, 바람직하게는 60 ~ 150℃, 가장 바람직하게는 60 ~ 110℃의 범위의 온도에서 이루어진다.
c)단계에서의 표면-활성제의 첨가는 일반적으로 침전물의 침전이 시작한 이후에 이루어지고, 더 바람직하게는 침전의 종료 이후에 첨가되며, 명확하게 인식할 수 있는 침전물의 응결(flocculation)에 이르게 하고, 극도로 미세하게 분산된 현탁액(suspension) 형태를 가지는 첨가 이전에 이루어진다. 본 발명에 있어서, 상기 응결의 결과, 예를 들면 사용되었던 원심분리기(centrifuge) 등을 사용하지 않고, 일반적인 필터를 통하여 손쉬운 여과가 가능하다.
여과 이후에, 나노미립자 조성물은 250℃ 이하의 온도에서 건조될 수 있다.
2성분 또는 다성분 나노입자의 출발물질은 정확한 화학량론(stoichiometry) 및 쉬운 조작을 위해서 수용성의 형태로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제조방법, 자세하게는 침전의 시작 이후의 표면-활성제의 첨가에 의한 결과로, 여기서 사용된 수산화 침전 방법에 의해서 예측되지 않는 미세-결정(finely-crystalline), 고립화, 비-응집된 0.3 내지 0.8, 바람직하게는 0.4 내지 0.7㎛의 입자 직경의 나노입자가 얻어지는 것은 놀라운 일이다. 이는 예를 들면 FePO4·2H2O, Fe3(PO4)2, LiFePO4 및 TiO2의 경우에 사실이다. 본 발명에 있어서, "침전 시작 이후에"라는 문구는 또한 이미 상기에서 설명한 바와 같이 침전의 완료 이후에 발생하는 첨가하는 시간도 포함한다.
예를 들면, FePO4·2H2O(P. Reale and B. Scrosati Chem. Mater. 5051 2003)의 경우에서와 같이, 인산철은 0.009 mol/l FeCl3·H2O 및 0.0027 mol/l H3PO4의 출발 농도의 H3PO4과 FeCl3의 출발로부터 얻어질 수 있는데, 여기서 화학식 FePO4·2H2O 형태의 3개의 구조적으로 상이한 상(phase)은 상이한 pH에서 침전되는 스트렌자이트(strengite), 메타스트렌자이트 I(metastrengite I) 및 메타스트렌자이트 II(metastrengite II)이다.
이러한 언급에 따르면, 스트렌자이트는 0.04 몰랄 NaOH(pH = 3-4)가 첨가될 때 생성되고, 메타스트렌자이트 I은 추가적인 첨가(pH = 1-2) 없이 생성되고, 메타스트렌자이트 II는 0.5 몰랄 HCl(pH = 0-1)이 첨가될 때 생성된다. 순수 상(pure phase)에 이르기까지의 반응시간은 스트렌자이트의 2일에서, 메타스트렌자이트 I의 7일을 거쳐, 메타스트렌자이트 II의 12일에까지 증가한다. 또한, 상기 저자들은 강산 조건(pH = 0-1) 하의 혼합상(mixed phase) 및 12일 보다 짧은 반응시간을 개시하고 있다. 스트렌자이트 상은 또한 동일한 명칭의 천연 미네랄로 부터 얻을 수 있으며, 메타스트렌자이트 II는 천연 미네랄 포스포시더라이트(phosphosiderite)로 균등화될 수 있다. 메타스트렌자이트 I는 천연 또는 합성 상으로도 개시되지 않는다.
또한, 생성물의 낮은 여과도 및 본 분야에서 개시된 상이한 상의 결과 때문에 문제점이 발생한다.
Reale 및 Scrosati의 상기 언급된 결과와는 달리, 스트렌자이트 FePO4이 처음 생성되고, 메타스트렌자이트 I 및 메타스트렌자이트 II는 오랜 반응시간 후에 생성되는 본 발명에 따른 제조방법은 놀랍게도 관찰되지 아니하였다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 메타스트렌자이트 I 상은 일반적으로 즉시 생성된다.
바람직한 실시예에 있어서, FeCl3 용액, 또한 NaOH 및 KOH 용액은 60 내지 170℃, 바람직하게는 60 내지 150℃, 가장 바람직하게는 60 내지 110℃의 온도에서 가열되며, FeCl3 용액은 30 내지 50%의 농도를 가지고 있고, 본 발명에 따른 제조방법은, 염화철(III), NaOH 또는 KOH 및 인산으로부터 출발하는 FePO4·2H2O의 제조의 경우에, 90% 이상의 높은 수율을 나타내며, 응집체(2차 입자) 또는 집합체 없이, 1차입자의 극도로 미세하게 분산된 결정 물질을 생성한다.
염화철(III)의 사용에 따른 단점은 유리체(educt)는 생산과정 및 이후의 사용에 있어서 모두 강한 부식성을 가지는 높은 염화물 함량을 가진다. 생산과정 동안에, 일반적인 금속 용기는 사용될 수 없는데, 예를 들면 적어도 내면에 산-저항 코팅이 되어있어야만 한다. 또한, 이전에는 생성물의 낮은 염화물 농도를 위하여 수득된 물질은 잘 세척되어야 하는 것으로 믿어졌다.
본 발명의 기술분야에 있어서, 이전에는 가성소다(Caustic Soda) 용액 또는 가성칼륨(Caustic Potash) 용액의 침전제(precipitant)로서의 사용은 전이금속의 합성에 적합하지 않은 것으로 권장되었는데, 이는 여과가 불가능한 생성물을 형성하고, 수득된 원 생성물(raw product)은 가성소다 용액 또는 가성칼륨 용액의 어떤 농도에서 강력하게 응집되기 때문이다.
본 발명에 있어서, 염화철(III)용액에 대한 가성소다 용액 또는 가성칼륨 용액의 첨가를 통하여, 본 발명에 따른 입자-크기 분포를 가지는 나노결정 인산철(III)이 얻어지며, 수산화철(III)은 반응용액에서 가열에 있어서의 중간생성물로 침전되며, 이후에 인산과 추가로 반응하여 인산철(III)이 된다. 수산화철(III)의 중간 침전 없이는, 응축 핵(condensation nuclei)는 거의 생성되지 아니하고 거대입자를 생성하게 된다.
NaOH 및 KOH는 철의 몰당 약 2몰의 농도로 사용되는 것이 바람직하며, 이는 수산화철(III)의 중간 침전에 있어서 우수한 결과를 나타낸다.
본 발명의 제조방법에 의한 FePO4·2H2O 또는 Fe3(PO4)2는 예를 들면, 본 기술분야에 공지된 고체상 제조방법 및 본 기술분야에 공지된 소위 열수(hydrothermal) 제조방법과 같은 인산철 리튬 또는 혼합(도핑된) 리튬 철 전이금속 포스페이트의 제조에 사용되기에 매우 적합하다.
또한, 본 발명의 목적은 하기의 반응을 포함하는 나노미립자 LiFePO4의 제조방법에 의해서 달성되며,
a) FePO4·2H2O를 포함하는 본 발명에 따른 나노미립자 조성물 및
b) LiOH, Li2O, 리튬 아세테이트, 리튬 옥살레이트(lithium oxalate) 또는 Li2CO3로부터 선택된 리튬 화합물의 화학량론적인 양,
예를 들면 고체상 반응과 같은 열분해 조건 하에서, 바람직하게는 Co, Ti, Ni, V, W, Pd, Ru, Cu, Mn, Ba, Sr, Nd, Mg에서 선택된 전이금속 M이 추가적으로 첨가되어 향상될 수 있다. 일반적인 화합물은 이들의 인산염, 탄산염, 옥살산염, 질산염, 아세트산염, 수산화물, 카르복시산염 또는 산화물이다. 따라서, 이러한 도핑된 리튬 철 포스페이트 LiFe1-xMxPO4(x<1)는 얻어질 수 있는데, M은 상기 언급된 전이금속의 몇개의 혼합물인 수 있으며, 이는 예를 들면 EP 1,325,525 A1, EP 904 607 B1, US2003/0082454에 개시되어 있으며, 본 명세서에 전체 공개 내용이 참조된다.
본 발명에 있어서, 도핑된 및 미도핑된 리튬이온 포스페이트의 제조방법은 또한 예를 들면 용액, 일반적으로 수용액에서 열수적으로(hydrothermally) 수행될 수 있으며,
a) Fe3(PO4)2를 포함하는 본 발명에 따른 나노미립자 조성물은 열수적으로 하기와 함께 반응하며,
b) 인산 소스뿐만아니라, LiOH, Li2O, 리튬 아세테이트, 리튬 옥살레이트(lithium oxalate) 또는 Li2CO3로부터 선택된 리튬 화합물의 화학량론적인 양과 함께 반응한다.
수용성 전이금속 화합물의 첨가에 의해, 전이금속 M은 Co, Ti, Ni, V, W, Pd, Ru, Cu, Mn, Ba, Sr, Nd, Mg으로부터 선택되고, 상기 도핑된 리튬 철 포스페이트 LiFe1-xMxPO4(x < 1)은 또한 이러한 합성 루트에 의해서 얻어질 수 있으며, M은 또한 상기 언급한 전이금속의 혼합물일 수 있다. 특별히 한정하지는 않지만, 일반적인 수용성 화합물은 상기 언급된 전이금속의 질산염, 아세트산염, 염화물, 카르복실산염, 브롬화물, 황산염, 수산화물, 인산염을 포함한다(예를 들면, WO 2005/051840 A1 참조). 예를 들면, 인산(특히 미도핑된 LiFePO4의 생성물에 있어서) 또는 혼합 도핑된 금속의 상기 인산염은 본 발명에 있어서 인산염의 소스로 제공된다.
열수 제조방법에 있어서, a) 내지 c)단계가 60℃ 내지 170℃, 바람직하게는 100℃ 내지 150℃에서 이루어진다면, 실온에서의 수행되는 경우에 비하여 침전 또는 반응의 전체 수득률이 증가하므로 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, Li4Ti5O12는 열분해 및 열수적으로 제조될 수 있는데, LiOH, Li2O, 리튬 아세테이트, 리튬 옥살레이트 또는 Li2CO3 중에서 선택된 리튬 화합물은 TiO2를 포함하는 본 발명의나노미립자 조성물과 화학량론적인 양으로 열수 공정에서 500 ~ 700℃의 범위의 온도에서 반응된다.
예를 들면 FePO4·2H2O, Fe3(PO)2 및 TiO2를 포함하는 본 발명에 따라 얻어진 상기 조성물의 나노미립자 물성은 본 발명의 조성물의 하소(calcination) 이후에 조차 유지되며, 본 발명의 제조방법에 의해서 하소되는 것에 의해 제조된 LiFePO4 또는 Li4Ti5O12 및 이들의 도핑된 유도체에 있어서, 결과적으로 출발 화합물의 경우에 있어서, 예를 들면, LiFePO4 또는 Li4Ti5O12 및 이들의 도핑된 유도체와 같은 후속적인 합성하는 동안에 표면-활성제의 첨가는 이미 응집 행동에 대한 긍정적인 효과를 가지고 있다. 즉, 극도록 미세하게 분산된 나노미립자, 결정의 순수 또는 도핑된 LiFePO4 또는 Li4Ti5O12는 FePO4, Fe3(PO4)2 또는 TiO2로부터 출발하여 본 발명의 표면-활성제로 침전되어 얻어진다.
본 발명에 있어서 극도로 미세하게 분산된 물질은, 추가적인 반응 또는 추가 반응에 의한 생성물에 대한 이를 이전(transfer)한 이후에도 이들의 미세한 분산을 유지하도록 얻어질 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 합성은 예를 들면, EP 1 049 182 A1에 기재된 바와 같은 추가적인 탄소 소스의 존재 하에서 수행되며, 본 명세서에 전체 공개 내용이 참조된다.
더 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 바람직한 조성물(하소되지 아니한)에는 상기 표면-활성제는 이미 포함되어 있는 상기 표면-활성제는 카본 소스로 사용되고, 그 결과 추가적인 카본 소스의 첨가는 면제될 수 있다. 카본-코팅 나노입자에 대한 추가적인 접근으로는, 예를 들면 LiFePO4, Li4Ti5O12 또는 이들의 도핑된 유도체와 같은 것이 제공된다.
도 1은 인산철을 포함하는 본 발명의 조성물에 의한 LiFePO4의 SEM 사진이다.
도 2는 표면-활성제를 첨가하지 아니한 FePO4부터의 본 발명에 따른 LiFePO4의 SEM 사진이다.
도 3은 FePO4·2H2O으로부터 출발하여 얻어진 LiFePO4의 SEM 사진이다.
도 4는 다양한 출발물질로부터 얻어진 LiFePO4의 부하(loadability) 및 용량(capacity)의 다이어그램이다.
도 5는 본 발명에 따른 전구체인 FePO4·2H2O로부터 얻어진 LiFePO4의 충전 및 방전하는 최초 35 사이클의 전압 특성 다이어그램이다.
도 6은 나노미립자 FePO4·2H2O를 포함하는 본 발명의 조성물의 SEM 사진이다.
도 7은 표면-활성제를 첨가하지 않은 FePO4·2H2O의 SEM 사진이다.
도 1은 하기 실시예 2에 따른 CA 2320661에 개시된 제조방법과 유사한 본 발명에 따라 얻어진 나노미립자 FePO4로부터 생산된 LiFePO4의 SEM 사진(샘플 번호 ALEP 46_3)을 나타내며, 출발물질 FePO4·2H2O와 같은 미세-결정 불연속 입자를 명확하게 보여준다. 상기 FePO4의 미세 결정이 LiFePO4로 "이전(transferred)"된 것이다.
도 2는 도 1과 같이 출발물질 FePO4·2H2O로부터 얻어지는 LiFePO4(샘플 번호 ALEP 46_1)를 나타내며, 생산하는 동안에 표면-활성제가 첨가되지 않았고, 더 큰 집합체인 상기 입자의 응집을 명확히 보여준다(도 1의 미세-결정 불연속 입자와는 다르다).
도 3은 상업적으로 입수가능한 FePO4·2H2O(Budenheim)으로 부터 동일한 제조방법에 의하여 생산된 LiFePO4를 나타내며, 도 1 및 도 2와 비교하여 더 크고, 더 결이 거친 각각의 입자를 나타낸다.
도 4는 실시예 2에 따라 다양한 FePO4·2H2O 출발물질로 부터 출발하여 얻어진 LiFePO4의 부하(loadability) 및 용량(capacity)을 보여준다.
상기 샘플의 부하 및 용량에 현저한 영향을 가지는 입자의 입자 크기를 알 수 있다.
본 발명에 따라 생산된 FePO4·2H2O로부터 생산된 LiFePO4 샘플(Alep 46_3)은 Budenheim사의 상업적으로 입수가능한 FePO4·2H2O로부터 얻어진 도 3의 샘플(JM0700) 보다 높은 용량을 가진다.
WO 2005/051840 A1에 따라 열수적으로 생산된 LiFePO4(Sud-Chemie AG으로부터 입수가능)(PD21)는 유사하다. 상기 샘플 Alep 46_3은 단지 8C에서만 PD 21 보다 다소 저조한 용량을 나타낸다.
또한 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 2의 본 발명에 따른 제조방법에 의한 FePO4·2H2O로부터 생산된 LiFePO4는, 약 3.5 볼트에서 평탄역(flat plateau)의 우수한 사이클 안정성을 가진다. 35 사이클 이후에는, 약 4 내지 3%의 용량에서의 감소가 있다. 얻어진 LiFePO4 샘플의 출발 용량은 이론적인 경우의 98%였다.
도 7은 표면-활성제의 첨가없이 침전에 의해 얻어진 FePO4·2H2O의 SEM 사진을 나타낸다. 도 6의 본 발명에 따라 생산된 FePO4·2H2O와 완전히 다르게, 현저한 응집이 관찰되고, 반대로 도 6의 본 발명에 따른 조성물은 응집 없는 미세-결정 입자를 명확하게 나타낸다.
본 발명은 하기에서 도면 및 실시예를 참고하여 더 자세하게 기재되지만, 이들 도면 및 실시예가 예상되는 제한인 것은 아니다.
실시예 1
FePO 4 ·2H 2 O의 합성
본 발명의 나노미립자 조성물의 생산을 위한 본 발명에 따른 제조방법은 FePO4·2H2O의 합성을 참조하여 더 자세히 설명된다.
상기 제조방법은 열수 반응기(Thale reactor, 200 l)에서 수행된다. 일반적으로 상기 합성은 다음과 같이 일어났다:
146 kg 40%의 FeCl3 용액(28.1 kg NaOH, 702 mol)은 상기 반응기에 주입되었고, 125 l의 물을 더 첨가하였다. 그리고 상기 혼합물은 약 70℃의 온도까지 가열되었다.
이후에 56.2 kg 50% NaOH 용액(28.1 kg NaOH, 702 mol)은 교반하면서 첨가되었고, 약 95℃까지 온도는 상승되었다.
그리고, 43.2 kg 80% H3PO4(34.6 kg H3PO4, i.e. 353 mol)을 즉시 첨가하였다. 온도는 약 95℃로 유지되었다. H3PO4은 FeCl3 대비 약 2%의 화학량론적인 양으로 사용되었다.
이후에 상기 혼합물은 약 100℃까지 가열되었고, 2½시간 동안 교반되었다. 온도는 상기 값을 유지하였다.
이러한 반응에서, 시스템 내에서의 철의 농도는 약 0.9 mol/l이었고, 중화된 함량은 약 65%이었다(1.95 mol NaOH per mol Fe).
교반이 완료된 후에, 상기 용액 및 형성된 노란색 현탁액(suspension)은 30℃에 이르기까지 냉각되었고, 인산철은 강산 용액 내에서 노락색 현탁액으로 수득하였다.
약한 양이온 표면-활성제 Praestol 611 BC(Stockhausen GmbH & Co., Germany)의 0.2% 수용액은 냉각된 현탁액에 아래와 같이 첨가되었다:
상기 표면-활성제의 용액(인산철 2수화물의 건조중량 대비 0.05% 표면-활성제)은 FePO4·2H2O 현탁액에 몇분에 걸쳐서 천천히 첨가되었다. 약한 점도의 현탁액은 이후에 여과되었고, 세척수의 전도도가 400 μS/cm 미만이 될때까지 이온수로 세척하였다.
d50의 값은 0.5 ㎛이었다. 상기 물질은 응집체를 보이지 않는 미세 결정이었다(도 6).
실시예 2
LiFePO 4 의 합성(열분해 반응)
LiFePO4는 상기 FePO4·2H2O 및 실시예 1에서 얻어진 Li2CO3(Pharma & Chemie GmbH사의 Lithiumcarbonat Special PC/US 250 ACU으로 입수가능)의 수소분위기 하의 반응에 의하여 생성되었다. 첫번째 단계에서, 두개의 출발 화합물의 화학량론적 양은 이소프로판올(isopropanol) 내에서 분쇄되었고, 이후에 아르곤의 8% 수소분위기 하에서 오븐에서 단계적으로(700℃의 온도까지 6℃/분으로) 가열되었다. 이러한 온도는 한 시간동안 유지되었다. 수득한 생성물은 40분간 실온에서 냉각되었다.
상기 열처리 하는 동안 또한 온도가 하락하는 동안에, 상기 환원 가스의 가스 흐름은 유지되었다. 상기 열처리의 전체 지속시간은 약 3시간 반이었다.
얻어진 LiFePO4의 구조는 분말 회절분석(diffractometry)에 의해서 결정되었고, 스펙트럼의 얻어진 피크는 순수 트리필라이트(triphylite) LiFePO4의 그것과 일치하였다..
d50 값은 0.5 ㎛이었다. 상기 물질은 응집체를 보이지 않는 미세 결정이었다(도 1).
실시예 3
카본코팅과 LiFePO 4 의 합성
실시예 2에서 얻어진 LiFePO4는 셀룰로오스 아세테이트(50,000의 평균분자량 MW인 39.7중량%의 아세틸을 함량)의 용액과 함께 아세톤에 주입되었다. 셀룰로오스 아세테이트의 양은 처리되는 LiFePO4 대비 약 5중량%이었다. 상기 아세톤은 제거되었고, 얻은 고체는 가열로 내에서 아르곤 분위기 하에서 6℃/분의 가열속도로 700℃까지 가열되었다. 이후에 이러한 온도는 한시간 동안 유지되고, 수득된 생성물은 보호가스 하에서 실온에 이르기까지 점차적으로 냉각된다. 상기 수득된 샘플은 1 중량%의 카본을 포함하였다.
상기 수득한 생성물의 전기 전도도는 1 x 10-8 S/cm보다 컸다.
d50값은 0.6㎛이었다. 상기 물질은 응집체를 보이지 않는 미세 결정이었다.
실시예 4
카본코팅과 LiFePO 4 의 합성
카본 코팅된 LiFePO4는 상기 FePO4·2H2O 및 실시예 1에서 얻어진 Li2CO3(Pharma & Chemie GmbH사의 Lithiumcarbonat Special PC/US 250 ACU으로 입수가능) 및 카본소스로부터 얻어졌다. 상기 카본소스는 실시예 3에서와 같은 셀룰로오스 아세테이트(50,000의 평균분자량 MW인 39.7중량%의 아세틸을 함량)이었으며, 이러한 셀룰로오스 아세테이트의 양은 FePO4·2H2O의 양 대비 약 5중량%이 사용되었다. 전체적으로, 셀룰로오스 아세테이트의 양은 FePO4·2H2O 및 Li2CO3의 혼합물의 질량 대비 4.2%이었다. 상기 혼합물은 이소프로판올 내에서 교반되었고, 상기 용매는 제거되었고, 상기 혼합물은 실시예 2 및 3에서 상술한 열처리로 처리되었다.
상기 환원 분위기는 아르곤 내에서 8%의 수소로 구성되었다.
얻어진 생성물의 구조는 분말 회절분석(diffractometry)에 의해서 결정되었고, 상기 리플렉스(reflex)는 LiFePO4의 그것과 일치하였다.
상기 생성된 샘플은 얇은 카본층으로 덮여진 것은 1㎛ 크기 단위이며, 서로 고립된 매우 미세한 입자로 구성된다.
상기 수득한 생성물의 전기 전도도는 1 x 10-8 S/cm보다 컸다.
d50값은 0.6㎛이었다. 상기 물질은 응집체를 보이지 않는 미세 결정이었다.
실시예 5
카본코팅된 LiFePO 4 의 합성
실시예 1에서 얻어진 FePO4·2H2O는 Li2CO3(Pharma & Chemie GmbH사의 Lithiumcarbonat Special PC/US 250 ACU으로 입수가능)와 FePO4의 전체 혼합물(2H2O, Li2CO3 및 중합 카본소스 polyethylene-block-poly(ethylene glycol))(50% polyethylene, Aldrich)) 대비 5 중량% 만큼의 화학량론적인 양으로 혼합되었다. 이러한 혼합물은 이소프로판올 내에서 교반되었고, 이후에 오븐에서 건조 이후에 실시예 2 및 3에서 상술한 열처리로 처리되었다.
상기 수득한 생성물의 전기 전도도는 1 x 10-8 S/cm보다 컸다.
d50값은 0.5㎛이었다. 상기 물질은 응집체를 보이지 않는 미세 결정이었다.
실시예 6
전기화학적 측정
실시예 5에서 본 발명에 따라 얻어진 LiFePO4에 대한 전기화학적 측정이 수행되었다.
처음 사이클의 용략의 측정은 이론적 용량의 96 내지 97.5%의 값을 보여주었다.
본 발명에 따라 얻어진 LiFePO4는 -3.5 V에서 평탄역(flat plateau)의 매우 우수한 사이클 안정성을 가진다.
35 사이클 이후에는 용량에서 단지 2%의 감소가 측정되었다.
실시예 7
TiO 2 의 합성
용액을 얻기 위하여 13.2 ml H2SO4 (96%) 및 11.2 ml TiCl4 (98%)는 100.2 ml HCl (37%)에 교반하면서 점적하여(dropwise) 첨가되었다.
이후에 500 ml의 증류수가 첨가되었고, 투명하고 무색의 용액이 얻어질때까지 추가적으로 증류수를 첨가하였다.
그리고 TiCl4의 강산 용액은 약 108℃까지 가열되었다.
100℃에서 약 10분 경과 후에, 약한 유백광(opalescent)의 침전물이 형성되고, 우유빛의 현탁액이 된다. 첫째 침전물이 가라앉을 때에, 0.2% Praestol 611 BC 용액(Stockhausen GmbH & Co, Germany)이 첨가되었으며 상기 용액은 상기 온도에서 추가로 2시간동안 유지되었다.
그리고 상기 침전물은 여과되었고, 증류수로 세척되었으며 120℃에서 건조되었다.
상기 건조하는 단계 이후에는, 또한 하소하는 단계가 1200℃에서 수행되었다.
상기 수득율은 예추석 형태(anatase)의 약 6.54g TiO2이었다.
d50값은 0.5㎛이었다. 상기 물질은 응집체를 보이지 않는 미세 결정이었다.
실시예 8
Li 4 Ti 5 O 12 의 제조
실시예 7의 147.8 g Li2CO3 (2 mol) 및 399.4 g TiO2은 혼합되었다. Li2CO3는 약 2 내지 5%의 과도한 양이 사용되었다. 상기 탄산리튬은 Pharma & Chemie GmbH사의 Lithiumcarbonat Special PC/US 250 ACU으로 상업적으로 입수가능하다.
증류수는 균질의 점성 혼합물이 얻어질때까지 교반하면서 첨가되었다.
이렇게 얻어진 혼합물을 실온에서 건조하였고, 이렇게 얻어진 건조된 혼합물은 예를 들면 일반적으로 0.25mm의 간격 너비(gap width)를 가지는 Fritsch disk mill와 같은 분쇄처리에 의해서 매우 미세하게 분쇄되었다.
이후에 상기 혼합물은 Navatherm-Ceramotherm N45040 오븐 내에서 약 950℃에서 4시간 동안 하소되었다.
수득된 생성물은 분말 회절 분석에 의해 특징지어지고, 상기 리플렉스(reflex)는 티탄산리튬 Li4Ti5O12의 것과 일치하였다. 최종-생성물에서는 감지가능한 양의 루틸(rutile)은 발견되지 않았다.
d50값은 0.7㎛이었다. 상기 물질은 응집체를 보이지 않는 미세 결정이었다.
실시예 9
카본 코팅된 Li 4 Ti 5 O 12 의 합성
실시예 8에서 수득된 티탄산리튬은 에어-젯(AFG 100 air-jet mill)으로 한번 더 분쇄되었고, 점성 현탁액이 되도록 농축된 냉각된 락토오스(lactose) 용액과 함께 교반하였다. 상기 현탁액은 100℃에서 12시간 동안 건조하였고, 선택적으로 0.25mm의 간격 너비(gap width)를 가지는 Fritsch disk mill로 분쇄하였다.
상기 분쇄된 물질은 보호가스 하에서 소위 린 화로(Linn furnace)를 이용하여 750℃까지 가열되었고, 이후에 750℃에서 3시간동안 하소되었다.
수득된 생성물은 0.8mm 스크린을 가지는 Fritsch mill로 마지막 분쇄 되었다.
상기 수득된 생성물은 WO 02/46101에 개시된 카본-코팅된 입자와 일치하였다. 본 발명에 따라 얻어진 입자는 0.3 내지 0.8㎛의 매우 미세한 입자 분포를 가지며, 또한 응집 행동을 보이지 않았다.
또한, 이러한 실시예에 있어서, 응집제(flocculant)의 첨가를 통하여, 본래의 수득된 TiO2의 미세 결정 특성은 카본 코팅된 것 또는 코팅 안된 것 모두 최종 생성물 Li4Ti5O12에서도 유지되었다. WO 02/46101에 개시된 추가적인 카본소스는 말할 필요도 없이 락토오스 대신에 사용될 수 있다.
d50값은 0.7㎛이었다. 상기 물질은 응집체를 보이지 않는 미세 결정이었다.
실시예 10
LiFePO 4 의 합성(열수 반응)
1. 현탁액 전구체의 제조
8.746 kg LiOH·H2O는 용기에서 약 50 l의 비이온수(deionized water)에 용해되었고, 상기 용액은 처음에는 모노펌프(monopump)를 통하여 교반기를 포함하는 200-l 압력솥(autoclave) 에 주입되었고, 40 내지 80 rpm으로 교반되었다.
이후에 18.61 kg FeSO4·7H2O은 용기의 30 내지 35 l의 비이온수에 용해되었고, 교반하면서 7.8 kg 85%의 인산을 서서히 첨가하였다. 상기 산성 용액은 모노펌프를 통하여 상기 압력솥에 펌프되었다. Fe3(PO4)2·H2O 및 Li3PO4은 즉시 상기 압력솥 내에서 침전하기 시작하였다.
그리고 형성된 상기 현탁액은 약 30 ℃까지 냉각되었고, 약한 양이온 표면-활성제 Praestol 611 BC (Stockhausen GmbH & Co., Germany)의 0.2% 수용액은 상기 현탁액에 첨가되었다. 상기 첨가는 몇 분간, 바람직하게는 약 5 내지 10분간에 걸쳐서 점적하여(dropwise) 이루어진다.
상기 표면-활성제의 첨가가 없는 합성과 달리, 이전에 관찰되었던 푸딩 같은(pudding-like) 점도(consistency)의 현탁액 대신에 미세-결정 현탁액이 형성되며, 이는 예를 들면 WO 2005/051840 A1에 개시되어 있는 바와 같다.
높은-점도 고체 페이스트의 순환 펌프와 마찬가지로 본 명세서에 개시된 국제 특허 출원에 있어서 요구되는 상기 분산 또는 분쇄 처리는 본 발명에 따른 제조방법에는 필요하지 않다.
침전이 일어나 이후에, Fe3(PO4)2·8H20/Li3PO4 현탁액은 추가로 약 2시간 동안 순환 펌프되었다. 침전된 전구체 물질 Fe3(PO4)2·8H20 및 Li3PO4의 이상적인 혼합물은 이렇게해서 달성된다.
일반적으로 소위 원심 펌프(centrifugal pump)가 사용될 수 있다.
순환 펌프에 의한 2개의 전구체 물질의 완전한 혼합 이후에, 상기 압력솥은 내압 방식으로 봉인되었고, 90 내지 100 rpm으로 일정하게 교반하면서 160℃까지 2시간 동안 가열되었고, 이러한 온도를 10시간 동안 유지하였다. 이후에 상기 혼합물은 3 내지 4 시간동안 실온에서 냉각되었고, 수득된 미세-결정 LiFePO4 현탁액은 여과되었고, 세척수의 전도도가 4 μS/cm 미만에 이르기까지 이온수로 세척되었다.
d50값은 0.5㎛이었다. 상기 물질은 응집체를 보이지 않는 미세 결정이었다.
실시예 11
카본 코팅된 LiFePO 4 의 합성
실시예 10에서 수득된 LiFePO4는 실시예 3의 카본으로 코팅되었다. 셀룰로오스 아세테이트 대신에, 일치하는 양의 락토오스 1수화물(lactose monohydrate)가 카본소스로 사용되었다.
일반적으로, 완료된 미세-결정 생성물 위에 약 2%의 카본 코팅을 달성하기 위하여, 건조 LiFePO4 분말의 킬로그램당 350g의 비이온수에 약 90g의 락토오스 1수화물이 사용되었다.
상기 수득된 생성물의 전기 전도도는 1 x 10-8 cm보다 컸다. 이렇게 수득된 샘플은 약 2.2 중량%의 카본을 포함하였다.
d50값은 0.6㎛이었다. 상기 물질은 응집체를 보이지 않는 미세 결정이었다.

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  15. 나노미립자 조성물의 제조방법에 있어서,
    a) Fe 출발 화합물의 산성 수용액을 제조하는 단계;
    b1) 알칼리 수산화물(alkali hydroxide) 용액을 첨가하는 단계;
    b2) 음이온을 가지는 산을 첨가하는 단계;
    c) 침전물의 침전 시작 이후에 나노미립자 조성물의 전체 중량에 대하여 0.01 내지 2중량%의 양으로 표면-활성제를 첨가하는 단계; 및
    d) 상기 침전물을 여과하는 단계를 포함하는,
    d90 ≤ 10 ㎛ 및 0.2 내지 1 ㎛의 d50 입자 크기 분포(particle size distribution)를 갖는 FePO4·2H20의 비-응집된 나노입자를 포함하고 황산염을 함유하지 않는(sulphate free) 나노미립자 조성물의 제조방법.
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  17. 제 15항에 있어서,
    상기 알칼리 수산화물 용액은 2 내지 10분의 기간 동안 점적하여(dropwise) 첨가되는 것을 특징으로 하는 나노미립자 조성물의 제조방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 Fe 출발 화합물의 완전 반응(complete reaction)에 필요한 알칼리 수산화물 양의 40 내지 90%가 사용되는 것을 특징으로 하는 나노미립자 조성물의 제조방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 알칼리 수산화물은 Fe 1몰 당 2몰의 농도로 사용되는 것을 특징으로 하는 나노미립자 조성물의 제조방법.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 Fe 출발 화합물의 산성 수용액의 농도(부피%)는 10 내지 50%인 것을 특징으로 하는 나노미립자 조성물의 제조방법.
  21. 제 15항에 있어서,
    상기 Fe 출발 화합물의 용액은 60 내지 170℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 나노미립자 조성물의 제조방법.
  22. 제 15항에 있어서,
    상기 산의 음이온은 상기 Fe 출발 화합물과 함께 불용성 침전물을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노미립자 조성물의 제조방법.
  23. 제 15항에 있어서,
    상기 산은 Fe 1몰 당 0.5 내지 3몰의 농도로 사용되는 것을 특징으로 하는 나노미립자 조성물의 제조방법.
  24. 제 15항에 있어서,
    상기 표면-활성제는 양이온성(cationic character)을 가지는 것을 특징으로 하는 나노미립자 조성물의 제조방법.
  25. 삭제
  26. 제 15항에 있어서,
    상기 a) 단계 내지 c) 단계의 모든 제조단계가 60 내지 170℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 나노미립자 조성물의 제조방법.
  27. 제 15항 및 제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 침전된 생성물은 500 내지 1200℃의 온도에서 하소되는(calcined) 것을 특징으로 하는 나노미립자 조성물의 제조방법.
  28. 제 15항에 있어서,
    산성 FeCl3 수용액이 상기 Fe 출발 화합물의 산성 수용액으로 사용되는 것을 특징으로 하는 나노미립자 조성물의 제조방법.
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  37. a) 제 15항의 방법에 의해 나노미립자 조성물을 제조하고, 이어서, 열분해 반응시키되(pyrolytically reacted),
    b) LiOH, Li2O, 리튬 아세테이트(lithium acetate), 리튬 옥살레이트(lithium oxalate) 또는 Li2CO3 중에서 선택된 리튬 화합물의 화학량론적인 양(stoichiometric quantity)으로 함께 열분해 반응시키는 것을 특징으로 하는
    인산철 리튬 나노미립자의 제조방법.
  38. 제 37항에 있어서,
    전이금속 화합물이 추가적으로 첨가되고,
    상기 전이금속은 Co, Ti, Ni, V, W, Pd, Ru, Cu, Mn, Ba, Sr, Nd 및 Mg 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 인산철 리튬 나노미립자의 제조방법.
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  41. 제 37항 또는 제 38항에 있어서,
    카본소스(carbon source)가 공동-반응되는(co-reacted) 것을 특징으로 하는 인산철 리튬 나노미립자의 제조방법.
  42. 제 41항에 있어서,
    상기 카본소스로 나노미립자 나노조성물의 표면-활성제가 사용되는 것을 특징으로 하는 인산철 리튬 나노미립자의 제조방법.

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