KR101869585B1 - Synthesis method of lithium-titanium oxide using ion exchange method - Google Patents
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Abstract
리튬-티타늄 산화물을 합성하는 방법에서, 염화리튬(LiCl)과 나트륨-티타늄 산화물(Na2TiO3)의 혼합 수용액을 제조하고, 혼합 수용액으로부터 리튬 및 티타늄을 포함하는 산화물 전구체를 분리한 후, 산화물 전구체를 열처리함으로써 리튬-티타늄 산화물을 합성한다.Li-In the method for synthesizing the titanium oxide, lithium chloride (LiCl) and sodium- was prepared a mixed aqueous solution of titanium oxide (Na 2 TiO 3), and remove the oxide precursor containing lithium and titanium from mixed aqueous solution, the oxide The precursor is heat-treated to synthesize lithium-titanium oxide.
Description
본 발명은 이온교환법을 이용한 리튬-티타늄 산화물의 합성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핵융합 반응의 증식재용으로 이용되고 Li2TiO3 로 나타내는 리튬-티타늄 산화물의 이온교환법을 이용한 합성 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for synthesizing lithium-titanium oxide using an ion exchange method, and more particularly, to a method for synthesizing lithium-titanium oxide, which is used for a proliferation material of a fusion reaction and is represented by Li 2 TiO 3 .
핵융합로의 연료로 이용되는 중수소와 삼중수소 중에서, 삼중수소는 자연계에 존재하지 않는 물질이므로 중성자와 리튬의 반응에 의해서 생성시켜야 한다. 삼중수소를 생산하는 물질을 증식재라 하며, 증식재 내에 고체상태의 리튬을 포함하는 것을 고체형 증식재라 한다.Among deuterium and tritium used as fuel for nuclear fusion reactors, tritium is a substance that does not exist in the natural world, so it must be produced by the reaction of neutrons with lithium. A substance producing tritium is called a propagating material, and a material containing lithium in a solid state in a propagating material is called a solid-type propagating material.
고체형 증식재의 대표적인 물질로는 리튬 산화물 (Li2O), 리튬-알루미늄 산화물 (Li2AlO2), 리튬-지르코늄 산화물 (Li2ZrO3), 리튬-티타늄 산화물 (Li2TiO3), 리튬-실리콘 산화물 (Li4SiO4) 등이 있다.As typical materials of the solid proliferation material, lithium oxide (Li 2 O), lithium-aluminum oxide (Li 2 AlO 2 ), lithium-zirconium oxide (Li 2 ZrO 3 ), lithium-titanium oxide (Li 2 TiO 3 ) - silicon oxide (Li 4 SiO 4 ).
현재 이러한 고체형 세라믹 증식재 중 특히, 리튬-티타늄 산화물 (Li2TiO3)은 고온에서 높은 안정성을 가지며, 낮은 온도에서도 삼중 수소 발생이 가능한 장점이 있다.At present, lithium-titanium oxide (Li 2 TiO 3 ) has high stability at a high temperature, and tritium generation is possible at a low temperature, among the solid ceramic growth materials.
그러나 현재까지 상용화된 리튬-티타늄 산화물은 그 가격 자체가 비싸고, 장주기를 갖는 코발트와 같은 불순물이 포함되어 있어 증식재를 재활용하기 어려운 단점이 있다. 또한, 고상 합성법에 의해서 리튬-티타늄 산화물을 형성하는 경우, 삼중 수소 방출의 용이성을 확보하기 위한 입자 크기의 미세화를 위한 제어에 한계가 있다.
However, commercialized lithium-titanium oxide is expensive in its price, and contains impurities such as cobalt having a long period of time, which makes it difficult to recycle the proliferation material. Further, when the lithium-titanium oxide is formed by the solid-phase synthesis method, there is a limit to the control for miniaturization of the particle size for ensuring the ease of tritium release.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 미세한 크기의 입자를 제조할 수 있고, 재활용이 가능한 증식재로서 이온교환법을 이용한 리튬-티타늄 산화물의 합성 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a method of synthesizing lithium-titanium oxide using ion exchange as a proliferation material capable of producing fine particles and recyclable .
본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환법을 이용한 리튬-티타늄 산화물의 합성 방법이 제공된다. 상기 방법에서, 염화리튬(LiCl)과 나트륨-티타늄 산화물(Na2TiO3)의 혼합 수용액을 제조하고, 상기 혼합 수용액으로부터 리튬 및 티타늄을 포함하는 산화물 전구체를 분리한 후, 상기 산화물 전구체를 열처리함으로서 리튬-티타늄 산화물을 제조한다.A method of synthesizing lithium-titanium oxide using the ion exchange method according to an embodiment of the present invention is provided. In this method, a mixed aqueous solution of lithium chloride (LiCl) and sodium-titanium oxide (Na 2 TiO 3 ) is prepared, an oxide precursor containing lithium and titanium is separated from the mixed aqueous solution, Lithium-titanium oxide is produced.
일 실시예에서, 염화리튬과 나트륨-티타늄 산화물은 몰비가 2:0.05 내지 2:1이 되도록 혼합될 수 있다. 바람직하게는, 염화리튬과 나트륨-티타늄 산화물은 몰비가 2:0.05 내지 2:0.8일 수 있다. 보다 바람직하게는, 염화리튬과 나트륨-티타늄 산화물은 몰비가 2:0.8일 수 있다.In one embodiment, the lithium chloride and sodium-titanium oxide may be mixed such that the molar ratio is 2: 0.05 to 2: 1. Preferably, the lithium chloride and sodium-titanium oxide may have a molar ratio of 2: 0.05 to 2: 0.8. More preferably, the lithium chloride and sodium-titanium oxide may have a molar ratio of 2: 0.8.
일 실시예에서, 상기 열처리는 500℃ 내지 700℃에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 열처리는 600℃ 내지 700℃에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the heat treatment may be performed at 500 < 0 > C to 700 < 0 > C. Preferably, the heat treatment may be performed at 600 ° C to 700 ° C.
일 실시예에서, 상기 산화물 전구체는 리튬 및 나트륨 중 적어도 하나를 포함하는 비결정 산화물일 수 있다.In one embodiment, the oxide precursor may be an amorphous oxide comprising at least one of lithium and sodium.
일 실시예에서, 상기 리튬-티타늄 산화물은 Li2TiO3 구조를 가질 수 있다.In one embodiment, the lithium-titanium oxide may have a Li 2 TiO 3 structure.
일 실시예에서, 상기 산화물 전구체를 분리하는 단계는, 상기 액체상 반응 생성물을 1차 분리하는 단계, 상기 1차 분리된 화합물을 세척하는 단계, 세척된 화합물을 2차 분리하는 단계 및 상기 2차 분리된 화합물을 건조하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 열처리하기 전에, 건조된 화합물은 분쇄될 수 있다.
In one embodiment, the step of separating the oxide precursor comprises a first step of separating the liquid phase reaction product, a step of washing the first separated compound, a step of secondary separation of the washed compound, ≪ / RTI > At this time, the dried compound may be pulverized before the heat treatment.
본 발명에 따르면, 염화리튬(LiCl)과 나트륨-티타늄 산화물(Na2TiO3)을 이온교환 반응시켜 단순한 방법으로 리튬-티타늄 산화물(Li2TiO3)을 합성할 수 있다.According to the present invention, lithium-titanium oxide (Li 2 TiO 3 ) can be synthesized by a simple method by ion-exchanging lithium chloride (LiCl) and sodium-titanium oxide (Na 2 TiO 3 ).
출발 물질인 염화 리튬과 나트륨-티타늄 산화물 각각은 불순물로서 알루미늄이나 코발트를 포함하지 않는 고순도 재료를 이용할 수 있어서, 본 발명에 따라 제조된 리튬-티타늄 산화물은 증식재로서 재활용이 가능하다.Each of lithium chloride and sodium-titanium oxide as starting materials can be a high-purity material that does not contain aluminum or cobalt as an impurity, and thus the lithium-titanium oxide produced according to the present invention can be recycled as a proliferation material.
또한, 상기 방법은 액상에서 수행함으로써 용이하게 미세한 크기의 입자를 제조할 수 있어 삼중 수소의 방출에 유리한 리튬-티타늄 산화물을 제조할 수 있다.
In addition, the above method can easily produce fine-sized particles by performing in a liquid phase, thereby making it possible to produce lithium-titanium oxide which is advantageous for releasing tritium.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬-티타늄 산화물의 합성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5의 XRD 그래프이다.
도 3a는 샘플 LT-1-500 내지 샘플 LT-5-500의 XRD 그래프이다.
도 3b는 도 3a의 일부를 확대한 그래프이다.
도 4a는 샘플 LT-1-600 내지 샘플 LT-5-600의 XRD 그래프이다.
도 4b는 도 4a의 일부를 확대한 그래프이다.
도 4c는 샘플 LT-4-600의 XRD 그래프이다.
도 5a는 샘플 LT-1-700 내지 샘플 LT-5-700의 XRD 그래프이다.
도 5b는 도 5a의 일부를 확대한 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 리튬-티타늄 산화물 분말의 SEM 사진들이다.1 is a flowchart illustrating a method of synthesizing lithium-titanium oxide according to an embodiment of the present invention.
2 is an XRD graph of the precursor samples LT-1 to LT-5.
Figure 3A is an XRD graph of samples LT-1-500 to LT-5-500.
3B is an enlarged view of a part of FIG. 3A.
4A is an XRD graph of samples LT-1-600 to sample LT-5-600.
4B is an enlarged view of part of FIG. 4A.
4C is an XRD graph of sample LT-4-600.
Figure 5A is an XRD graph of sample LT-1-700 to sample LT-5-700.
5B is an enlarged view of a part of FIG. 5A.
6A and 6B are SEM photographs of a lithium-titanium oxide powder prepared according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 첨부된 도면들을 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬-티타늄 산화물의 합성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a method of synthesizing lithium-titanium oxide according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 리튬-티타늄 산화물을 제조하기 위해서, 먼저 염화리튬(LiCl)과 나트륨-티타늄 산화물(Na2TiO3)의 혼합 수용액을 제조한다(단계 S110).Referring to FIG. 1, in order to produce the lithium-titanium oxide according to the present invention, a mixed aqueous solution of lithium chloride (LiCl) and sodium-titanium oxide (Na 2 TiO 3 ) is first prepared (Step S 110).
염화리튬과 나트륨-티타늄 산화물은 각각이 증류수에 용해된 수용액 상태로 준비되어 혼합될 수 있다. 또는, 염화리튬 수용액에 나트륨-티타늄 산화물을 첨가함으로써 혼합할 수 있다. 상기 혼합 수용액을 약 300 내지 500 rpm으로 약 18 시간 내지 약 36 시간동안 교반시킴으로써 상기 혼합 수용액 내에서는 액체상 반응이 일어나서 리튬-티타늄 산화물 전구체가 생성물로서 형성된다.Lithium chloride and sodium-titanium oxides can be prepared and mixed in an aqueous solution, respectively, dissolved in distilled water. Alternatively, it can be mixed by adding sodium-titanium oxide to an aqueous solution of lithium chloride. By stirring the mixed aqueous solution at about 300 to 500 rpm for about 18 hours to about 36 hours, a liquid phase reaction occurs in the mixed aqueous solution to form a lithium-titanium oxide precursor as a product.
상기 액체상 반응을 위해서 필요한 염화리튬(LiCl)과 나트륨-티타늄 산화물(Na2TiO3)의 몰비(mole ratio)는 2:1 이하, 일례로 2:0.05 내지 2:1일 수 있다. 바람직하게는, 염화리튬 2몰에 대해 나트륨-티타늄 산화물이 0.05몰 내지 0.8몰로 혼합되는 경우에, 리튬-티타늄 산화물(Li2TiO3)의 생산 수율이 더 좋다. 염화리튬과 나트륨-티타늄 산화물의 몰비가 2:0.8인 것이 가장 바람직하다. 이에 대해서는 실험 결과를 나타낸 도 3a 내지 도 5b를 참조하여 후술하기로 한다.
Lithium chloride (LiCl) and the sodium necessary for the liquid-phase reaction molar ratio (mole ratio) of titanium oxide (Na 2 TiO 3) is 2: 1 or less, for example 2: 0.05 to 2: 1. Preferably, the production yield of lithium-titanium oxide (Li 2 TiO 3 ) is better when sodium-titanium oxide is mixed in an amount of 0.05 mole to 0.8 mole relative to 2 moles of lithium chloride. It is most preferable that the molar ratio of lithium chloride to sodium-titanium oxide is 2: 0.8. This will be described later with reference to FIGS. 3A to 5B showing experimental results.
이어서, 상기 혼합 수용액으로부터 리튬-티타늄 산화물 전구체(이하, 산화물 전구체)를 분리한다(단계 S120).Next, a lithium-titanium oxide precursor (hereinafter referred to as an oxide precursor) is separated from the mixed aqueous solution (step S120).
상기 혼합 수용액으로부터 상기 액체상 반응의 생성물을 1차 분리하고, 이를 세척한 후, 세척된 화합물을 2차 분리하여 건조함으로서 상기 산화물 전구체를 분리할 수 있다. 상기 산화물 전구체는 리튬, 티타늄 및/또는 산소를 포함하는 비결정 산화물일 수 있다. 예를 들어, 상기 산화물 전구체는 LiTiO2, TiO2 등을 포함할 수 있다.The oxide precursor can be separated by first separating the product of the liquid phase reaction from the mixed aqueous solution, washing it, and then separating and drying the washed compound secondarily. The oxide precursor may be an amorphous oxide comprising lithium, titanium and / or oxygen. For example, the oxide precursor may include LiTiO 2 , TiO 2 , and the like.
일례로, 상기 산화물 전구체를 얻기 위해서, 소정 시간동안 교반된 혼합 용액으로부터 고상(solid-state) 생성물을 1차 원심 분리할 수 있다. 이어서, 상기 고상 생성물은 증류수와 에탄올을 이용하여 이온 세척한 후, 2차 원심 분리하고 이를 건조함으로써 상기 산화물 전구체를 수득할 수 있다. 이때, 이온 세척은 3번의 증류수 세척 공정 후 1 번의 증류수 공정을 통해서 수행될 수 있다. 또한, 2차 원심 분리 후 건조는 약 60℃의 온도에서 약 6 시간동안 진공 분위기에서 수행될 수 있다.For example, in order to obtain the oxide precursor, a solid-state product can be firstly centrifuged from the mixed solution stirred for a predetermined time. Next, the solid product is ion-washed using distilled water and ethanol, followed by secondary centrifugation and drying to obtain the oxide precursor. At this time, the ion cleaning can be performed through three distilled water washing processes and one distilled water process. Further, the drying after the secondary centrifugation can be carried out in a vacuum atmosphere at a temperature of about 60 DEG C for about 6 hours.
상기와 같은 공정을 통해서 수득된 산화물 전구체는 분쇄하여 분말 형태로 만들 수 있다. 이때, 분쇄는 마노 유발을 이용하여 수행될 수 있다.
The oxide precursor obtained through the above process may be pulverized into a powder form. At this time, the pulverization can be carried out using agate induction.
상기 산화물 전구체를 열처리(단계 S130)함으로써 리튬-티타늄 산화물을 제조한다. 열처리 공정을 통해서, 상기 산화물 전구체가 Li2TiO3 결정 구조의 리튬-티타늄 산화물이 제조된다.The oxide precursor is heat-treated (step S130) to produce lithium-titanium oxide. Through the heat treatment process, the lithium-titanium oxide having the Li 2 TiO 3 crystal structure as the oxide precursor is produced.
상기 열처리 공정은, 산화물 전구체를 석영 도가니에 넣어 준비하고 박스로에 넣어 대기 분위기에서 약 500℃ 내지 700℃에서 수행할 수 있다. 바람직하게는, 상기 열처리 공정의 온도는 약 600℃ 내지 약 700℃일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 열처리 공정의 온도는 약 600℃일 수 있다. 이때, 상기 열처리 공정은 약 2 시간 내지 약 24 시간 동안 유지시킴으로써 수행될 수 있다.In the heat treatment step, the oxide precursor may be prepared in a quartz crucible and placed in a box furnace, and then performed at about 500 ° C to 700 ° C in an atmospheric environment. Preferably, the temperature of the heat treatment process may be between about 600 < 0 > C and about 700 < 0 > C. More preferably, the temperature of the heat treatment step may be about 600 < 0 > C. At this time, the heat treatment process may be performed by maintaining the temperature for about 2 hours to about 24 hours.
한편, 상온, 약 25℃에서부터 일정한 속도로 온도를 상승시킴으로써 상기 열처리 공정의 온도까지 도달할 수 있다. 승온 속도는 약 7℃/분 내지 약 13℃/분일 수 있다.
On the other hand, it is possible to reach the temperature of the heat treatment step by raising the temperature at a constant rate from room temperature to about 25 ° C. The rate of temperature rise can be from about 7 [deg.] C / min to about 13 [deg.] C / min.
상기에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 따른 리튬-티타늄 산화물은 염화리튬과 나트륨-티타늄 산화물을 출발 물질로 하여 액체상 반응으로서 하기 [반응식 1]과 같은 이온교환 반응에 의해 제조된다. 1차적으로 단순 이온교환 반응에 의해 생성된 생성물이 비결정 상태, 즉 상기에서 언급한 산화물 전구체인 경우, 상기 산화물 전구체를 2차적으로 고온에서 열처리함으로써 최종 생성물인 리튬-티타늄 산화물(Li2TiO3)을 제조할 수 있다.As described above, the lithium-titanium oxide according to the present invention is prepared by an ion exchange reaction as a liquid phase reaction using lithium chloride and sodium-titanium oxide as starting materials as shown in
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
LiCl + x(Na2TiO3) ----> Li2TiO3 + 2NaCl LiCl + x (Na 2 TiO 3 ) ---->
상기 반응식 1에서, x는 0.05 내지 1을 나타내고, 바람직하게는 x는 0.2 내지 1이다. 보다 바람직하게는, 반응식 1에서 x는 0.8이다.
In the
이하에서는, 본 발명의 제조 방법에 따라 리튬-티타늄 산화물을 제조한 실험들을 통해서 본 발명에 대해서 더욱 구체적으로 설명하고자 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experiments in which lithium-titanium oxide was produced according to the production method of the present invention.
샘플 LT-1-500의 제조Preparation of Sample LT-1-500
1) 100 mL의 증류수에, 0.05 몰(mol, 2.12 g)의 염화리튬(LiCl)을 첨가한 후 교반기와 교반자석을 이용하여 용해시켜 염화리튬 수용액을 제조하였다. 이어서, 0.005 몰의 나트륨-티타늄 산화물을 상기 염화리튬 수용액에 넣고 교반하였다. 약 400 rpm으로 약 24 시간동안 교반하였다.1) 0.05 mol (mol, 2.12 g) of lithium chloride (LiCl) was added to 100 mL of distilled water and dissolved using a stirrer and a stirring magnet to prepare a lithium chloride aqueous solution. Subsequently, 0.005 mol of sodium-titanium oxide was added to the lithium chloride aqueous solution and stirred. And stirred at about 400 rpm for about 24 hours.
2) 이어서, 원심 분리기를 이용하여 1차 원심 분리한 후, 증류수와 에탄올을 이용하여 이온 세척하고 2차 원심 분리하였다. (증류수 3회 세척 후 에탄올 1회 실시하였음) 2차 원심 분리된 생성물을 약 60℃에서 약 6시간 동안 진공 분위기에서 건조하였고, 이를 마노 유발에서 분쇄하여 분말 형태로 제조하였다(전구체 샘플 LT-1). 2) Then, the cells were subjected to primary centrifugation using a centrifuge, followed by washing with distilled water and ethanol, followed by secondary centrifugation. (Washed three times with distilled water and then once with ethanol). The second centrifuged product was dried in a vacuum atmosphere at about 60 ° C for about 6 hours and pulverized in agate mortar to prepare powder form (precursor sample LT-1 ).
3) 분쇄된 분말(전구체 샘플 LT-1)를 석영 도가니에 넣어 준비하고 박스로에 넣어 대기 분위기에서 약 500℃에서 약 2시간동안 유지시켜 열처리하였다. 이에 따라, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 리튬-티타늄 산화물(샘플 LT-1-500)을 준비하였다.
3) The pulverized powder (precursor sample LT-1) was placed in a quartz crucible and placed in a box furnace and maintained at about 500 ° C for about 2 hours in an air atmosphere to be heat-treated. Thus, a lithium-titanium oxide (sample LT-1-500) prepared according to Example 1 of the present invention was prepared.
샘플 LT-2-500 내지 LT-5-500의 제조Preparation of Sample LT-2-500 to LT-5-500
0.05 몰의 염화리튬에 대해서, 나트륨-티타늄 산화물을 0.01 몰, 0.015 몰, 0.02 몰 및 0.025 몰을 혼합한 것을 제외하고는 상기 전구체 샘플 1을 제조한 것과 실질적으로 동일한 방법을 통해서 전구체 샘플 LT-2 내지 LT-5를 제조하였다.The precursor sample LT-2 was prepared in substantially the same manner as that for preparing the
상기 전구체 샘플 LT-2 내지 LT-5 각각을 대기 분위기에서 약 500℃에서 약 2시간동안 유지시켜 열처리하였다. 이에 따라, 본 발명의 실시예 2 내지 5에 따라 제조된 리튬-티타늄 산화물(샘플 LT-2-500 내지 LT-5-500)을 준비하였다.
Each of the precursor samples LT-2 to LT-5 was maintained at about 500 DEG C for about 2 hours in an atmospheric environment and then heat-treated. Thus, lithium-titanium oxides (samples LT-2-500 to LT-5-500) prepared according to Examples 2 to 5 of the present invention were prepared.
전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5의 분석Analysis of the precursor samples LT-1 to LT-5
상기 전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5 각각에 대해서 XRD (X-ray Diffraction) 분석을 통해 CuK-알파 특성 X-선 파장에 대한 회절각(2θ)을 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타낸다.Diffraction angles (2?) For CuK-alpha characteristic X-ray wavelengths were measured by X-ray diffraction (XRD) analysis for each of the precursor samples LT-1 to LT-5. The results are shown in Fig.
도 2는 전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5의 XRD 그래프이다.2 is an XRD graph of the precursor samples LT-1 to LT-5.
도 2에서, x축은 회절각(2θ, 단위: °)을 나타내고, y축은 강도(intensity, 단위 a.u)를 나타낸다. 전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5의 피크들에 대한 레퍼런스로서 LiTiO2 (JCPDS No. 74-2257), TiO2 (JCPDS No. 70-8501) 및 TiO2 (JCPDS No. 72-7119)의 피크들을 도 2에 함께 도시한다.2, the x-axis represents the diffraction angle (2 [theta], unit: [deg.]), And the y-axis represents the intensity (unit au). The peaks of LiTiO 2 (JCPDS No. 74-2257), TiO 2 (JCPDS No. 70-8501) and TiO 2 (JCPDS No. 72-7119) as a reference for the peaks of the precursor samples LT-1 to LT- Are shown together in FIG.
도 2를 참조하면, 전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5 각각에서는 크게 5개의 피크가 나타남을 알 수 있다. 구체적으로, 그 회절각(2θ)이 40°내지 45°사이에서 나타나는 제1 피크, 60°내지 65°사이에서 나타나는 제2 피크, 약 25°부근에서 나타나는 제3 피크, 10°내지 15°사이에서 나타나는 제4 피크 및 약 80° 부근에서 나타나는 제5 피크이다.Referring to FIG. 2, it can be seen that five peaks appear roughly in each of the precursor samples LT-1 to LT-5. Specifically, the first peak appearing between 40 and 45 degrees, the second peak appearing between 60 and 65 degrees, the third peak appearing near about 25 degrees, the angle between 10 and 15 degrees And a fifth peak appearing at about 80 DEG.
상기 제1 피크의 강도가 가장 센 것으로 나타나고, 동시에 상기 제2 피크가 나타난 것을 통해서 전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5 각각은 주요 상(main phase)으로서 LiTiO2을 포함하고 있음을 알 수 있다. LiTiO2는 큐빅(cubic) 구조를 갖고 스페이스 그룹(space group)이 Fm3m(No. 225)임으로 알려져 있다. 또한, 제3 내지 제5 피크를 통해서 전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5 각각은 정방정계(tetragonal)의 아나타스-티타늄 산화물(anatase-TiO2, 스페이스 그룹: I41/amd(No. 141))과 삼사정계(triclinic) 티타늄 산화물(스페이스 그룹: P1(No.1)) 또한 포함하고 있음을 알 수 있다.It can be seen that each of the precursor samples LT-1 to LT-5 contains LiTiO 2 as the main phase through which the intensity of the first peak appears to be the strongest and the second peak appears at the same time. LiTiO 2 has a cubic structure and is known to have a space group of Fm 3 m (No. 225). Further, through the third to fifth peaks, each of the precursor samples LT-1 to LT-5 is a tetragonal anatase-TiO 2 (space group: I41 / amd (No. 141) And a triclinic titanium oxide (space group: P1 (No.1)).
도 2에서 나타난 결과를 통해서는, 열처리 공정이 수행되기 전 단계에서 만들어진 전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5 각각은 큐빅 구조를 갖는 LiTiO2 형태의 리튬-티타늄 산화물과 티타늄 산화물이 공존하고 있음을 알 수 있다.
2, each of the precursor samples LT-1 to LT-5 prepared in the step before the heat treatment process showed that LiTiO 2 type lithium-titanium oxide having a cubic structure and titanium oxide coexisted .
샘플 LT-1-500 내지 LT-5-500의 분석Analysis of samples LT-1-500 to LT-5-500
본 발명의 실시예 1 내지 5에 따라 제조된 리튬-티타늄 산화물(샘플 LT-1-500 내지 LT-5-500) 각각에 대해서, 전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5에 대한 분석 방법과 실질적으로 동일하게 XRD 분석을 수행하였다. 그 결과를 도 3a 및 도 3b에 나타낸다.
For each of the lithium-titanium oxides (samples LT-1-500 to LT-5-500) prepared according to Examples 1 to 5 of the present invention, the analytical method for the precursor samples LT-1 to LT- XRD analysis was performed in the same manner. The results are shown in Figs. 3A and 3B.
도 3a는 샘플 LT-1-500 내지 샘플 LT-5-500의 XRD 그래프이고, 도 3b는 도 3a의 일부를 확대한 그래프이다. 도 3a 및 도 3b 각각에서, x축은 회절각(2θ, 단위: °)을 나타내고, y축은 강도(intensity, 단위 a.u)를 나타낸다. 샘플 LT-1-500 내지 LT-5-500의 XRD 결과 함께, 그래프에서는 Li2TiO3 (JCPDS No. 71-2348), Li4Ti6O12 (JCPDS No. 49-0207) 및 LiTiO2 (JCPDS No. 74-2257)의 피크를 레퍼런스로서 도시한다.FIG. 3A is an XRD graph of samples LT-1-500 to LT-5-500, and FIG. 3B is an enlarged view of a portion of FIG. 3A and 3B, the x-axis represents the diffraction angle (2 [theta], unit: [deg.]), And the y-axis represents the intensity (unit au). XRD results of the samples LT-1-500 to LT-5-500 show that in the graph, Li 2 TiO 3 (JCPDS No. 71-2348), Li 4 Ti 6 O 12 (JCPDS No. 49-0207) and LiTiO 2 JCPDS No. 74-2257) is shown as a reference.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 샘플 LT-1-500 내지 LT-5-500에 대한 그래프들 각각은 회절각(2θ)이 15°와 20°사이와, 40°와 45°사이에서 상대적으로 큰 피크를 나타냄을 알 수 있다.3A and 3B, graphs for samples LT-1-500 to LT-5-500 show that the
다만, 도 3a의 41°와 46°사이를 확대한 그래프인 도 3b를 참조하면, 출발 물질인 나트륨-티타늄 산화물의 함량이 0.2몰에서 1몰로 증가할수록, 즉 샘플 LT-1-500에서 LT-5-500으로 갈수록 최종 생성물에서 LiTiO2의 함량이 상대적으로 많아지고 Li2TiO3의 함량이 감소하는 경향을 보이는 것을 알 수 있다. Li4Ti6O12는 거의 없는 것을 알 수 있다.
3B, which is an enlarged graph of between 41 DEG and 46 DEG in FIG. 3A, as the content of sodium-titanium oxide as a starting material increases from 0.2 mol to 1 mol, that is, the content of LT- It can be seen that the content of LiTiO 2 is relatively increased and the content of Li 2 TiO 3 is decreased in the final product from 5 to 500. Li 4 Ti 6 O 12 is almost not found.
샘플 LT-1-600 내지 LT-5-600의 제조Preparation of Sample LT-1-600 to LT-5-600
전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5 각각을 대기 분위기에서 약 600℃에서 약 2시간동안 유지시켜 열처리하였다. 이에 따라, 본 발명의 실시예 6 내지 10에 따라 제조된 리튬-티타늄 산화물(샘플 LT-1-600 내지 LT-5-600)을 준비하였다.
Each of the precursor samples LT-1 to LT-5 was maintained at about 600 캜 for about 2 hours in an atmospheric environment and then heat-treated. Thus, lithium-titanium oxides (samples LT-1-600 to LT-5-600) prepared according to Examples 6 to 10 of the present invention were prepared.
샘플 LT-1-600 내지 LT-5-600의 분석Analysis of samples LT-1-600 to LT-5-600
본 발명의 실시예 6 내지 10에 따라 제조된 리튬-티타늄 산화물(샘플 LT-1-600 내지 LT-5-600) 각각에 대해서, 전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5에 대한 분석 방법과 실질적으로 동일하게 XRD 분석을 수행하였다. 그 결과를 도 4a 및 도 4b에 나타낸다.For each of the lithium-titanium oxides (samples LT-1-600 to LT-5-600) prepared according to Examples 6 to 10 of the present invention, the analytical method for the precursor samples LT-1 to LT- XRD analysis was performed in the same manner. The results are shown in Figs. 4A and 4B.
도 4a는 샘플 LT-1-600 내지 샘플 LT-5-600의 XRD 그래프이고, 도 4b는 도 4a의 일부를 확대한 그래프이며, 도 4c는 샘플 LT-4-600의 XRD 그래프이다. 도 4a 및 도 4b 각각에서, Li2TiO3 (JCPDS No.71-2348), Li4Ti6O12 (JCPDS No.49-0207) 및 NaLiTi3O7(JCPDS No.52-0690)의 피크를 실험 결과와 함께 도시한다.FIG. 4A is an XRD graph of samples LT-1-600 to LT-5-600, FIG. 4B is an enlarged graph of a portion of FIG. 4A, and FIG. 4C is an XRD graph of sample LT-4-600. 4A and 4B, the peak of Li 2 TiO 3 (JCPDS No. 71-2348), Li 4 Ti 6 O 12 (JCPDS No. 49-0207) and NaLiTi 3 O 7 (JCPDS No. 52-0690) Are shown together with the experimental results.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 샘플 LT-1-600 내지 LT-5-600에 대한 그래프들 각각은 회절각(2θ)이 15°와 20°사이와, 40°와 45°사이에서 상대적으로 큰 피크를 나타냄을 알 수 있다.Referring to Figures 4A and 4B, graphs for samples LT-1-600 through LT-5-600 show that the
도 4a의 41°와 46°사이를 확대한 그래프인 도 4b를 참조하면, 샘플 LT-1-600의 경우,Li2TiO3와 Li4Ti6O12가 공존하는 것으로 볼 수 있다. 또한, 출발 물질인 나트륨-티타늄 산화물의 함량이 많아질수록, 즉 샘플 LT-1-600에서 LT-4-600으로 갈수록 최종 생성물에서 Li2TiO3의 함량이 증가하고, 오히려 Li4Ti6O12의 함량이 줄어드는 것을 알 수 있다. 한편, 샘플 LT-5-600의 경우에는 NaLiTi3O7 상이 석출됨을 확인하였다.Referring to FIG. 4B, which is an enlarged graph of between 41 ° and 46 ° in FIG. 4A, in the case of the sample LT-1-600, Li 2 TiO 3 and Li 4 Ti 6 O 12 coexist. In addition, as the content of sodium-titanium oxide as a starting material increases, that is, the content of Li 2 TiO 3 in the final product increases from LT-1-600 to LT-4-600, and Li 4 Ti 6 O 12 is reduced. On the other hand, in the case of the sample LT-5-600, it was confirmed that the NaLiTi 3 O 7 phase precipitated.
도 4c를 참조하면, 스페이스 그룹 C2/c (No.15)이고 단사정계(Monoclinic) 결정 구조를 갖는 Li2TiO3 (JCPDS No.71-2348)을 레퍼런스로 하여 샘플 LT-4-600의 XRD 그래프와 비교하면, 실질적으로 동일한 양상을 나타내는 것을 알 수 있다. 즉, 염화리튬 2 몰에 대해서 0.8 몰의 나트륨-티타늄 산화물을 혼합하여 600℃에서 약 2 시간동안 열처리한 경우, 단사정계(Monoclinic) 결정 구조를 갖는 Li2TiO3를 제조하는데 있어 이상적인 조건임을 알 수 있다.
Referring to FIG. 4C, the XRD of sample LT-4-600 was measured using Li 2 TiO 3 (JCPDS No. 71-2348) having a space group C2 / c (No. 15) and a monoclinic crystal structure as a reference Compared with the graph, it can be seen that they exhibit substantially the same pattern. That is, when 0.8 mol of sodium-titanium oxide was mixed with 2 moles of lithium chloride and heat treatment was performed at 600 ° C for about 2 hours, it was found that it was an ideal condition for producing Li 2 TiO 3 having a monoclinic crystal structure .
샘플 LT-1-700 내지 LT-5-700의 제조Preparation of Sample LT-1-700 to LT-5-700
전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5 각각을 대기 분위기에서 약 700℃에서 약 2시간동안 유지시켜 열처리하였다. 이에 따라, 본 발명의 실시예 11 내지 15에 따라 제조된 리튬-티타늄 산화물(샘플 LT-1-700 내지 LT-5-700)을 준비하였다.
Each of the precursor samples LT-1 to LT-5 was heat-treated at about 700 캜 for about 2 hours in an air atmosphere. Thus, lithium-titanium oxides (samples LT-1-700 to LT-5-700) prepared according to Examples 11 to 15 of the present invention were prepared.
샘플 LT-1-700 내지 LT-5-700의 분석Analysis of samples LT-1-700 to LT-5-700
본 발명의 실시예 11 내지 15에 따라 제조된 리튬-티타늄 산화물(샘플 LT-1-700 내지 LT-5-700) 각각에 대해서, 전구체 샘플 LT-1 내지 LT-5에 대한 분석 방법과 실질적으로 동일하게 XRD 분석을 수행하였다. 그 결과를 도 5a 및 도 5b에 나타낸다.For each of the lithium-titanium oxides (samples LT-1-700 to LT-5-700) prepared according to Examples 11 to 15 of the present invention, the analytical methods for the precursor samples LT-1 to LT- XRD analysis was performed in the same manner. The results are shown in Figs. 5A and 5B.
도 5a는 샘플 LT-1-700 내지 샘플 LT-5-700의 XRD 그래프이고, 도 5b는 도 5a의 일부를 확대한 그래프이다.FIG. 5A is an XRD graph of samples LT-1-700 to LT-5-700, and FIG. 5B is an enlarged graph of a portion of FIG. 5A.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 샘플 LT-1-700 내지 LT-5-700에 대한 그래프들 각각은 회절각(2θ)이 15°와 20°사이와, 40°와 45°사이에서 상대적으로 큰 피크를 나타냄을 알 수 있다.5A and 5B, graphs for the samples LT-1-700 through LT-5-700 show that the
도 5a의 41°와 46°사이를 확대한 그래프인 도 5b를 참조하면, 샘플 LT-1-700의 경우,Li2TiO3와 Li4Ti6O12가 공존하는 것으로 볼 수 있다. 또한, 출발 물질인 나트륨-티타늄 산화물의 함량이 많아질수록, 즉 샘플 LT-1-700에서 LT-4-700으로 갈수록 최종 생성물에서 Li2TiO3의 함량이 증가하고, 오히려 Li4Ti6O12의 함량이 줄어드는 것을 알 수 있다. 이는, 도 4b의 LT-1-600 내지 LT-4-600의 결과와 유사한 양상을 보이는 것으로 볼 수 있다. 한편, 샘플 LT-5-700의 경우에는 NaLiTi3O7 상이 석출됨을 확인하였다.
Referring to FIG. 5B, which is an enlarged graph of between 41 ° and 46 ° in FIG. 5A, in the case of the sample LT-1-700, Li 2 TiO 3 and Li 4 Ti 6 O 12 coexist. In addition, as the content of sodium-titanium oxide as the starting material increases, that is, the content of Li 2 TiO 3 increases in the final product from LT-1-700 to LT-4-700, rather, Li 4 Ti 6 O 12 is reduced. This can be seen to be similar to the results of LT-1-600 to LT-4-600 of FIG. 4B. On the other hand, in the case of the sample LT-5-700, it was confirmed that the NaLiTi 3 O 7 phase precipitated.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 리튬-티타늄 산화물 분말의 SEM 사진들이다.6A and 6B are SEM photographs of a lithium-titanium oxide powder prepared according to an embodiment of the present invention.
도 6a는 샘플 LT-4-600의 2 ㎛ 스케일의 SEM 사진이고, 도 5b는 샘플 LT-4-600의 1 ㎛ 스케일의 SEM 사진이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 입경이 약 0.2 ㎛인 입자부터 약 2 ㎛인 입자까지 제조된 것을 확인할 수 있다.
Figure 6A is a SEM image of a 2 탆 scale of a sample LT-4-600, and Figure 5B is a SEM photograph of a 1 탆 scale of a sample LT-4-600. Referring to FIGS. 6A and 6B, it can be confirmed that particles having a particle diameter of about 0.2 μm to particles having a particle diameter of about 2 μm are produced.
도 3a 내지 도 6b를 통해서 살펴본 바에 따르면, 출발 물질인 염화리튬과 나트륨-티타늄 산화물의 몰비가 2:0.2에서부터 2:1이도록 이온교환 반응시킨 후 열처리 공정을 통해서 Li2TiO3 구조의 리튬-티타늄 산화물이 제조됨을 알 수 있다. 열처리 공정의 온도는 500℃, 600℃ 및 700℃ 각각의 경우 모두 가능하고, 각각의 온도에서 Li2TiO3 구조의 리튬-티타늄 산화물이 제조됨을 알 수 있다. 특히 증식재로 이용 가능한 Li2TiO3 구조의 리튬-티타늄 산화물이 제조되기에 가장 적절한 온도는 600℃ 내지 700℃임을 알 수 있고, 이들 중에서는 몰비가 2:0.8인 경우가 이상적임을 알 수 있다.
According looked through Figures 3a to 6b, the starting material, lithium chloride and sodium - the molar ratio of titanium oxide 2: from 0.2 2: 1 so that the ion exchange reaction was then lithium in Li 2 TiO 3 structure through a heat treatment process-titanium Oxide is produced. The temperature of the heat treatment process is 500 ° C., 600 ° C. and 700 ° C., respectively, and lithium-titanium oxide having a Li 2 TiO 3 structure is produced at each temperature. In particular, it can be seen that the most suitable temperature for preparing a lithium-titanium oxide having a Li 2 TiO 3 structure usable as a proliferating material is 600 ° C. to 700 ° C., and it is found that the case where the molar ratio is 2: 0.8 is ideal .
시중 판매 제품과 샘플 LT-4-600의 성분 분석Component Analysis of Commercial Products and Sample LT-4-600
일본 고순도 화학에서 판매하는 분말 형태의 리튬-티타늄 산화물을 구입하여 준비하였고, 본 발명에 따라 제조된 샘플 LT-4-600을 준비하였다. 각각에 대해서, 유도결합플라즈마 법에 의해서 성분 분석을 하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.Lithium-titanium oxides in the form of powder sold in Japan's high purity chemistry were purchased and prepared, and a sample LT-4-600 prepared according to the present invention was prepared. The components were analyzed by inductively coupled plasma method. The results are shown in Table 1.
표 1을 참조하면, 시중 판매 제품에는 코발트, 칼슘, 크롬, 철, 마그네슘 등의 금속이 다량 함유되어 있는 반면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 LT-4-600에는 이러한 금속이 함유되어 있지 않음을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따라 제조된 리튬-티타늄 산화물은 용이하게 재활용할 수 있다.
Referring to Table 1, commercially available products contain a large amount of metals such as cobalt, calcium, chromium, iron, and magnesium, whereas LT-4-600 prepared according to one embodiment of the present invention contains such metals It is not known. Therefore, the lithium-titanium oxide produced according to the present invention can be easily recycled.
상기에서 설명한 바에 따르면, 출발 물질로서 염화리튬(LiCl)과 나트륨-티타늄 산화물(Na2TiO3)을 이온교환 반응시켜 단순한 방법으로 리튬-티타늄 산화물(Li2TiO3)을 제조할 수 있다. 출발 물질인 염화 리튬과 나트륨-티타늄 산화물 각각은 불순물로서 알루미늄이나 코발트를 포함하지 않는 고순도 재료를 이용할 수 있으므로 본 발명에 따라 제조된 리튬-티타늄 산화물은 증식재로서 재활용이 가능하다. 또한, 상기 방법은 액상에서 수행함으로써 용이하게 미세한 크기의 입자를 제조할 수 있어 삼중 수소의 방출에 유리한 리튬-티타늄 산화물을 제조할 수 있다.According to the above description, lithium-titanium oxide (Li 2 TiO 3 ) can be prepared by a simple method by ion-exchanging lithium chloride (LiCl) and sodium-titanium oxide (Na 2 TiO 3 ) as a starting material. Since lithium chloride and sodium-titanium oxide as starting materials each can use a high-purity material that does not contain aluminum or cobalt as an impurity, the lithium-titanium oxide produced according to the present invention can be recycled as a proliferation material. In addition, the above method can easily produce fine-sized particles by performing in a liquid phase, thereby making it possible to produce lithium-titanium oxide which is advantageous for releasing tritium.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
Claims (10)
상기 혼합 수용액으로부터 리튬 및 티타늄을 포함하는 산화물 전구체를 분리하는 단계; 및
상기 산화물 전구체를 열처리하여, 화학식 Li2TiO3로 나타내는 단사정계의 리튬-티타늄 산화물을 형성하는 단계를 포함하는,
이온교환법을 이용한 리튬-티타늄 산화물의 합성 방법.
Mixing to prepare a mixed aqueous solution is less than 1;: the molar ratio of titanium oxide (Na 2 TiO 3) 2 - lithium chloride (LiCl) and sodium: 0.05 or more 2
Separating an oxide precursor comprising lithium and titanium from the mixed aqueous solution; And
And heat treating the oxide precursor to form a monoclinic lithium-titanium oxide represented by the formula Li 2 TiO 3 .
Method for the Synthesis of Lithium - Titanium Oxide Using Ion Exchange Method.
염화리튬과 나트륨-티타늄 산화물은 몰비가 2:0.05 내지 2:0.8이 되도록 혼합되는 것을 특징으로 하는,
리튬-티타늄 산화물의 합성 방법.
The method according to claim 1,
Lithium chloride and sodium-titanium oxide are mixed so that the molar ratio thereof is 2: 0.05 to 2: 0.8.
Method of synthesizing lithium-titanium oxide.
염화리튬과 나트륨-티타늄 산화물은 몰비가 2:0.8이 되도록 혼합되는 것을 특징으로 하는,
리튬-티타늄 산화물의 합성 방법.
The method according to claim 1,
Lithium chloride and sodium-titanium oxide are mixed so that the molar ratio thereof is 2: 0.8.
Method of synthesizing lithium-titanium oxide.
상기 열처리하는 단계는
500℃ 내지 700℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
리튬-티타늄 산화물의 합성 방법.
The method according to claim 1,
The step of heat-
Lt; RTI ID = 0.0 > 500 C < / RTI > to 700 C,
Method of synthesizing lithium-titanium oxide.
상기 열처리하는 단계는
600℃ 내지 700℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
리튬-티타늄 산화물의 합성 방법.
The method according to claim 1,
The step of heat-
Lt; RTI ID = 0.0 > 600 C < / RTI > to 700 C,
Method of synthesizing lithium-titanium oxide.
상기 산화물 전구체는
리튬 및 나트륨 중 적어도 하나를 포함하는 비결정 산화물인 것을 특징으로 하는,
리튬-티타늄 산화물의 합성 방법.
The method according to claim 1,
The oxide precursor
Lithium, and sodium. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI &
Method of synthesizing lithium-titanium oxide.
상기 산화물 전구체를 분리하는 단계는
상기 액체상 반응 생성물을 1차 분리하는 단계;
상기 1차 분리된 화합물을 세척하는 단계;
세척된 화합물을 2차 분리하는 단계; 및
상기 2차 분리된 화합물을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
리튬-티타늄 산화물의 합성 방법.
The method according to claim 1,
The step of separating the oxide precursor
Firstly separating the liquid phase reaction product;
Washing said primary separated compound;
Secondary separation of the washed compound; And
Lt; RTI ID = 0.0 > (II) < / RTI &
Method of synthesizing lithium-titanium oxide.
상기 열처리하기 전에, 건조된 화합물을 분쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
리튬-티타늄 산화물의 합성 방법.10. The method of claim 9,
Characterized in that it comprises the step of pulverizing the dried compound before said heat treatment.
Method of synthesizing lithium-titanium oxide.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2010123424A (en) * | 2008-11-20 | 2010-06-03 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Active material for lithium battery, manufacturing method thereof, and lithium battery using the same |
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| KR20110082618A (en) * | 2008-11-04 | 2011-07-19 | 사흐틀레벤 피그먼츠 오와이 | Process of preparing alkali metal titanates |
| JP2010123424A (en) * | 2008-11-20 | 2010-06-03 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Active material for lithium battery, manufacturing method thereof, and lithium battery using the same |
| KR20120022259A (en) * | 2010-09-01 | 2012-03-12 | 아주대학교산학협력단 | Method for manufacturing lithium titanate heterogeneous nano structures and anode active materials comprising the same |
| WO2013002729A1 (en) * | 2011-06-27 | 2013-01-03 | National University Of Singapore | Production of nanostructured li4ti5o12 with superior high rate performance |
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