KR20110071653A - Method for continuous preparation of lithium-containing phospate nanoparticels for positive active materials - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A successive manufacturing method of phosphate positive active material nanoparticles is provided to improve electrochemical features with an introduction of a metal dopant or a nonmetal dopant, and to control a formation of impurity with an introduction of a reducing agent. CONSTITUTION: The successive manufacturing method of phosphate positive active material nanoparticles includes following steps.(a) A lithium precursor solution, an iron precursor solution, a phosphoric acid precursor solution, a metal dopant or nonmetal dopant precursor solution and a reductant solution are prepared respectively.(b) The solutions of the step(a) are introduced consecutively to a mixer under a supercritical or subcritical condition. A solution containing 'phosphate positive active material nanoparticles' having a chemical formula of LiFe1-xMIxPO4 or Li1-xMIIxFePO4(0<=X<=0.3, MI andMII are a metal or a base metal) is formed.(c) The solution containing 'phosphate positive active material nanoparticles' is successively introduced to a reactor with high pressure and high temperature. The crystallinity of phosphate positive active material nanoparticles' is increased.(d) The solution containing 'phosphate positive active material nanoparticles' is cooled. (e) The phosphate positive active material nanoparticles are divided and collected.

Description

인산화물계 양극활물질 나노입자 연속 제조방법 {METHOD FOR CONTINUOUS PREPARATION OF LITHIUM-CONTAINING PHOSPATE NANOPARTICELS FOR POSITIVE ACTIVE MATERIALS}Continuous production method of phosphate-based cathode active material nanoparticles {METHOD FOR CONTINUOUS PREPARATION OF LITHIUM-CONTAINING PHOSPATE NANOPARTICELS FOR POSITIVE ACTIVE MATERIALS}

본 발명은 리튬 이차전지에 활용되는 전기화학적인 특성이 우수한 인산화물계 양극활물질 나노입자의 연속 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a continuous method for producing a phosphate-based cathode active material nanoparticles having excellent electrochemical properties utilized in lithium secondary batteries.

포터블 (potable) 컴퓨터, 휴대전화, 카메라 등의 정보관련 기기 또는 통신분야 기기에 이용되는 전원으로써 에너지밀도가 높은 리튬 이차전지가 널리 이용되고 있다. 또한 최근 석유에 대한 의존도를 줄이고 온실가스의 원천적인 경감을 위하여 리튬 이차전지를 에너지원으로 이용하는 친환경 전기자동차인 플러그인 하이브리드 (Plug-in Hybrid Vehicle, PHEV) 개발이 경쟁적으로 이루어지고 있으며, 로봇, 백업 전원, 의료기기 등 다방면의 분야에서 대형 이차전지의 수요가 대폭으로 증대될 것으로 기대되고 이에 따른 연구개발도 활발히 이루어지고 있다.BACKGROUND ART A lithium secondary battery having a high energy density is widely used as a power source used for information-related devices such as portable computers, mobile phones, cameras, or communication devices. In addition, the development of Plug-in Hybrid Vehicles (PHEVs), an eco-friendly electric vehicle that uses lithium secondary batteries as an energy source to reduce dependence on petroleum and reduce the source of greenhouse gases, has been competitively developed. Demand for large secondary batteries is expected to increase significantly in various fields such as power supply and medical devices, and research and development are actively conducted accordingly.

현재 이차전지의 양극 재료로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2 등의 리튬 금속 복합 산화물이 널리 사용되고 있다. 이 중 LiCoO2는 고전압, 충방전 특성이 좋아 가장 널리 사용되는 양극활물질이지만, 원료인 코발트 (cobalt, Co)의 산출량이 적고 지역적으로 편중되어 있고 고가여서 생산비용이 높고, 코발트의 독성으로 외부에 배출되었을 경우 환경오염을 유발시키는 단점과 온도에 대하여 불안정하여 높은 온도에서 폭발하는 등 안정성의 문제가 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 비교적 매장량이 풍부한 망간 (Mn)이나 니켈 (Ni)을 이용한 LiMn2O4 또는 LiNiO2의 화학식을 갖는 양극활물질 제조에 대한 연구가 있었다. 그러나, LiMn2O4의 경우에는 망간이 전해액에 용해되기 때문에 안정성에 문제가 있고, 고온에서 열화가 진행되기 때문에 수명특성이 나쁜 문제점이 있고, LiNiO2의 경우에는 충방전 진행 시 결정구조가 붕괴되기 때문에 전지 용량이 심각하게 저하되는 문제점과 열안정성이 낮다는 문제점이 있다. 따라서 리튬 이차전지의 대형화 및 양산화를 위하여 고성능이면서 안전성 및 신뢰성을 갖는 새로운 양극활물질에 대한 요구가 높아지고 있다.Currently, lithium metal composite oxides such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , and LiNiO 2 are widely used as cathode materials for secondary batteries. Among these, LiCoO 2 is the most widely used cathode active material because of its high voltage and charge / discharge characteristics.However, the output of cobalt (Cobalt, Co), which is a raw material, is low, regionally biased, and expensive, and its production cost is high. When discharged, there are disadvantages of causing environmental pollution and stability, such as unstable with temperature and explosion at high temperatures. Therefore, in order to solve this problem, there was a study on the production of a cathode active material having a chemical formula of LiMn 2 O 4 or LiNiO 2 using a relatively rich reserve manganese (Mn) or nickel (Ni). However, LiMn 2 O 4 has a problem in stability because manganese is dissolved in the electrolyte, and has a poor lifespan due to deterioration at high temperature. In the case of LiNiO 2 , the crystal structure collapses during charging and discharging. Therefore, there is a problem that the battery capacity is seriously lowered and the thermal stability is low. Therefore, the demand for a new positive electrode active material having high performance, safety and reliability for increasing the size and mass production of lithium secondary batteries is increasing.

최근 이러한 대형 이차전지용 양극활물질로서 고성능이면서 안전성 및 신뢰성을 지닌 올리바인 (olivine)구조의 LiFe1 - xMI xPO4 또는 Li1 - xMII xFePO4 (0≤X≤0.3, MI , MII는 금속 또는 비금속) 화학식을 갖는 인산화물계 양극활물질이 주목받고 있다. 특히, 매장량이 풍부하고 저가인 철을 이용함으로써 원료가격이 LiCoO2에 비하여 매우 낮고, 독성이 낮기 때문에 친환경적이며, 올리바인 구조의 안정성으로 고온에서 폭발의 위험성이 매우 낮으며, 이론 출력이 170 mAh/g으로 비교적 높기 때문에 단위 질량당 전지 용량을 높일 수 있다는 장점이 있다. 하지만 올리바인 구조의 인산 화물계 양극활물질은 종래 LiCoO2와 비교하였을 때 리튬 이차전지의 양극활물질로 사용되기에 만족할 만한 전기화학적 특성이 아직 얻어지고 있지 않은 실정이다. 이는 전지 충방전 시 리튬 이온의 삽입/탈리 속도가 매우 늦고, 양극활물질 내 리튬 이온의 전달속도가 매우 느려 입자의 표면에 위치하는 리튬 이온만 이용될 뿐 입자 중심에 위치하는 리튬 이온은 이용되지 못하고, 양극활물질 자체의 전기전도성이 작아 높은 속도로 충방전하는 경우에 과전압이 발생하여 전지 특성이 현저하게 저하되기 때문이다. 이러한 인산화물계 양극활물질의 문제점을 극복하는 수단으로써 나노 크기의 입자를 제조함으로써 입자의 표면과 중심과의 거리를 단축하여 리튬 이온의 삽입/탈리 속도를 증가시켜 충방전용량을 증가시키는 방법, 활물질 제조 시 카본 코팅 또는 금속 코팅을 수행하여 전기전도도를 증가시키는 방법, 전극 제조 시에 탄소 등 도전성 재료를 첨가하여 전기전도도를 증가시키려는 방법 및 LiFePO4 중 Li 또는 Fe에 해당하는 원소 대신 Al, Cr, Co, Cu, Mg, Mn, Nb, Ni, Ti, W, Zn 또는 Zr과 같은 이종원소로 치환하여 도전성을 개선하는 방법 등이 제안되어 있다.Recently, as a cathode active material for a large secondary battery, LiFe 1 - x M I x PO 4 having an olivine structure having high performance, safety, and reliability. Or Li 1 - x M II x FePO 4 (0≤X≤0.3, M I , M II is a metal or non-metal) phosphate-based cathode active material having the formula is attracting attention. In particular, using abundant reserves and inexpensive iron, the raw material price is very low compared to LiCoO 2 and eco-friendly because of low toxicity, and the stability of the olivine structure makes the explosion risk at high temperatures very low, and the theoretical output is 170 mAh. Since it is relatively high in / g, there is an advantage that the battery capacity per unit mass can be increased. However, the phosphate-based positive electrode active material having an olivine structure has not yet obtained satisfactory electrochemical properties to be used as a positive electrode active material of a lithium secondary battery when compared to LiCoO 2 . This is because the rate of insertion / desorption of lithium ions is very slow during battery charging and discharging, and the rate of transfer of lithium ions in the cathode active material is very slow. Only lithium ions located on the surface of the particles are used. This is because, when the charge and discharge of the cathode active material itself is small, overvoltage occurs and battery characteristics are significantly reduced. A method of increasing charge and discharge capacity by increasing the insertion / desorption rate of lithium ions by shortening the distance between the surface and the center of the particles by manufacturing nano-sized particles as a means of overcoming the problems of the phosphate-based cathode active material, preparation of active materials To increase electrical conductivity by performing carbon coating or metal coating, to increase electrical conductivity by adding conductive materials such as carbon when manufacturing electrodes, and to Al, Cr, Co instead of the element corresponding to Li or Fe in LiFePO 4 A method of improving conductivity by substituting with a hetero element such as Cu, Mg, Mn, Nb, Ni, Ti, W, Zn, or Zr has been proposed.

현재까지 알려진 올리바인 구조의 인산화물계 양극활물질 합성법은 Li3PO4, LiF, Li2CO3, LiNO3 등의 리튬 전구체, FeC2O4ㆍ2H2O, Fe3(PO4)2ㆍ8H2O, Fe(NO3)3ㆍ9H2O, Fe2O3 등의 철 전구체, NH4H2PO4ㆍH2O, (NH4)3PO4ㆍ3H2O 등의 인산 전구체를 고체상태에서 볼밀(ball mill)등의 방법으로 혼합한 후, 600 내지 1000 ℃ 사이의 온도 10 시간 내지 48시간 소성하여 제조하는 고상법 (solid-state method)이 있다. 미국 특허 제5,910,382호 및 Padhi et al., Journal of Electrochemical Society, 1997, 144, 1188에는 고상법에 의한 인산화물계 양극활물질 제조방법이 제시되어 있다. 리튬, 금속 및 인산 등 3종류의 성분을 포함하는 혼합물로부터 고체상태에서 단일상 물질을 제조하기 위하여 고온에서의 볼밀 과정이 요구되고, 장시간의 혼합 및 긴 소성을 필요로 하기 때문에 에너지 소비가 크고 비생산적 및 비경제적이며, 고온에서 장시간 소성으로 인해 입자 크기가 약 30㎛로 비교적 크고 결정화가 과도하게 진행되어 충방전 시의 리튬 이온의 삽입/탈리 속도가 매우 늦어 충방전용량이 낮은 단점이 있다. 또한 전기화학적 특성을 개선하기 위하여 Mn, Mg, Zr 등의 금속 또한 비금속 성분을 이용하여 도핑을 하는 방법이 있으나, 첨가된 금속 또는 비금속 성분이 균일하게 도핑되기 어렵고, 혼합 공정과 소성 공정이 배치형식으로 진행되기 때문에 제품의 균일도 및 생산성이 악화되고, 볼밀 등 혼합 연마에 의한 분순물이 혼입되기 쉬우며, 또한 나노 크기의 인산화물계 양극활물질을 합성하기 위해서는 별도의 장시간 분쇄공정이 필요하기 때문에 생산성이 악화되며 입자 분포가 매우 넓어지고 이를 해결하기 위한 입자 크기의 분급과정에서 손실이 발생한다는 단점이 있다. Phosphorus-based positive electrode active material synthesis method known to the olivine structure is Li 3 PO 4 , LiF, Li 2 CO 3 , LiNO 3 Li precursors such as FeC 2 O 4 2H 2 O, Fe 3 (PO 4 ) 2 8H 2 O, Fe (NO 3 ) 3 9H 2 O, Fe 2 O 3 Iron precursors such as NH 4 H 2 PO 4 .H 2 O, (NH 4 ) 3 PO 4 .3H 2 O, and the like, are mixed in a solid state by a ball mill or the like, and then 600 to 600; There is a solid-state method which is produced by firing at a temperature between 1000 ° C. for 10 hours to 48 hours. U.S. Pat.No. 5,910,382 and Padhi et al., Journal of Electrochemical Society, 1997, 144, 1188 disclose a method for preparing a phosphate-based cathode active material by a solid phase method. In order to produce a single-phase material in solid state from a mixture containing three kinds of components such as lithium, metal and phosphoric acid, a ball mill process at a high temperature is required, and a long time mixing and long firing are required, resulting in large energy consumption and an unproductive effect. And it is uneconomical, the particle size is about 30㎛ relatively large due to long-term firing at high temperature excessive crystallization is progressed, the insertion / desorption rate of lithium ions during charge and discharge is very slow, the charge and discharge capacity is low. In addition, in order to improve electrochemical properties, metals such as Mn, Mg, and Zr may also be doped using nonmetallic components, but added metals or nonmetallic components may be difficult to uniformly doped, and mixing and firing processes may be performed in a batch form. Because of this, the uniformity and productivity of the product are deteriorated, and the impurities are easily mixed by mixing and grinding, such as ball mill, and the productivity is improved because a separate long-time grinding process is required to synthesize nano-sized phosphate-based cathode active material. There is a disadvantage in that the particle distribution becomes much wider and the loss occurs in the classification of the particle size to solve this problem.

한편, 올리바인 구조의 인산화물계 양극활물질의 다른 합성법으로는 수열법 (hydrothermal method), 침전법 (co-precipitation), 에멀젼법 (emulsion-drying), 졸겔법 (sol-gel method), 스프레이 열분해법 (spray-pyrolysis)등의 액상법 (solution-based method)이 있다. 액상법의 경우 12시간 내지 48시간의 긴 반응시간 및 소성시간이 요구되기 때문에 비효율적이고 비생산적이며, 침전공정, 반응공 정, 소성공정이 배치형식으로 진행되기 때문에 제품의 균일도 및 생산성이 악화되며, 부산물로서 폐산 및 폐유기용매가 발생하여 환경오염을 초래하는 문제점이 있다. On the other hand, the synthesis method of the phosphine-based cathode active material of the olivine structure is hydrothermal method, co-precipitation, emulsion-drying, sol-gel method, spray pyrolysis method There is a solution-based method such as spray-pyrolysis. In the case of the liquid phase method, a long reaction time and a firing time of 12 to 48 hours are required, which is inefficient and unproductive, and the uniformity and productivity of the product are deteriorated because the precipitation process, the reaction process, and the firing process are performed in a batch form. As a waste acid and waste organic solvent is generated there is a problem that causes environmental pollution.

한편, 최근 초임계수 또는 아임계수를 이용하여 연속적으로 인산화물계 양극활물질 입자를 제조하는 방법이 발표된 바 있다 (Xu et al., Journal of Supercritical Fluids, 2008, 44, 92). 상기 방법은 수산화 리튬 수용액, 철염 수용액 및 인산 수용액을 연속적으로 가압하여 초임계수 또는 아임계수 조건으로 유지되는 반응기 내부로 연속적으로 도입하여 양극활물질을 제조하는 것이다. 반응시간은 30초 이내로 매우 짧고 나노 크기의 입자를 합성할 수 있다는 장점이 있으나, 제조된 인산화물계 양극활물질에 불순물이 다수 혼재하여 전기화학적 특성이 우수하지 못하다는 문제점이 있다.On the other hand, recently, a method of continuously producing phosphate-based cathode active material particles using supercritical water or subcritical water has been published (Xu et al., Journal of Supercritical Fluids, 2008, 44, 92). The method is to continuously pressurize the aqueous lithium hydroxide solution, aqueous iron salt solution and aqueous phosphoric acid solution to continuously introduce into the reactor maintained in supercritical water or subcritical water conditions to prepare a cathode active material. The reaction time is very short within 30 seconds and has the advantage of synthesizing nano-sized particles, but there is a problem that the electrochemical properties are not excellent because a large number of impurities are mixed in the prepared phosphate-based cathode active material.

따라서 전기화학적인 특성이 우수한 인산화물계 양극활물질을 빠른 속도로 연속적으로 제조하여 경제적이며 생산성이 높은 제조방법 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop an economical and productive manufacturing method by continuously producing a phosphate-based cathode active material having excellent electrochemical properties at a high speed.

본 발명의 목적은 불순물 등이 포함되지 않고 나노 크기여서 전기화학적 성질이 뛰어난 인산화물계 양극활물질을 품질이 균일하고 생산성이 뛰어나도록 연속적으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for continuously producing a phosphate-based cathode active material having a nano-size and excellent electrochemical properties without containing impurities, such that the quality is uniform and the productivity is excellent.

이와 같은 목적은 (a) 물에 리튬 전구체, 철 전구체, 인산 전구체, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 및 환원제를 각각 용해시켜 리튬 전구체 용액, 철 전구체 용액, 인산 전구체 용액, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 용액 및 환원제 용액을 각각 준비하는 단계, (b) 상기 리튬 전구체 용액, 상기 철 전구체 용액, 상기 인산 전구체 용액, 상기 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 용액 및 상기 환원제 용액을 초임계 또는 아임계 조건 하의 혼합기에 연속적으로 도입하여 LiFe1 - xMI xPO4 또는 Li1 - xMII xFePO4 (0≤X≤0.3, MI , MII는 금속 또는 비금속)의 화학식을 갖는 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 형성시키는 단계, (c) 상기 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 고온 고압 반응기에 연속 도입하여 상기 양극활물질 나노입자의 결정도를 증가시키는 단계, (d) 상기 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 냉각시키는 단계 및 (e) 상기 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액으로부터 양극활물질 나노입자를 분리 및 회수하는 단계를 포함하는 인산화물계 양극활물질 나 노입자의 제조방법에 의하여 달성될 수 있다.This object is achieved by (a) dissolving a lithium precursor, an iron precursor, a phosphate precursor, a doped metal or a doping nonmetal precursor, and a reducing agent, respectively, in a lithium precursor solution, an iron precursor solution, a phosphoric acid precursor solution, a doping metal or doping nonmetal precursor solution, and Respectively preparing a reducing agent solution, (b) continuously feeding the lithium precursor solution, the iron precursor solution, the phosphate precursor solution, the doping metal or doping nonmetal precursor solution, and the reducing agent solution into a mixer under supercritical or subcritical conditions. Introduced LiFe 1 - x M I x PO 4 Or Li 1 - x M II x FePO 4 (0≤X≤0.3, M I , M II is a step of forming a solution comprising a phosphate-based cathode active material nanoparticles having a chemical formula (metal or nonmetal), (c) continuously introducing a solution containing the cathode active material nanoparticles into a high temperature and high pressure reactor Increasing the crystallinity of the particles, (d) cooling the solution comprising the positive electrode active material nanoparticles, and (e) separating and recovering the positive electrode active material nanoparticles from the solution containing the positive electrode active material nanoparticles. It can be achieved by a method for producing a phosphate-based cathode active material nanoparticles.

본 발명에 따르면 도핑금속 또는 도핑비금속의 도입으로 충방전 특성과 같은 전기화학적 특성이 향상되고, 환원제의 도입으로 불순물의 형성을 억제할 수 있다. 또한 본 발명은 연속 제조방법이므로, 제조된 인산화물계 양극활물질 나노입자의 품질 및 규격이 균일하며, 나노입자가 빠른 속도로 제조되기 때문에 대량 생산이 용이하고 경제적이다. 또한, 본 발명의 방법은 별도의 고온 소성 공정이 필요 없기 때문에 생산성이 높고 경제적이다. According to the present invention, the electrochemical properties such as charge and discharge characteristics may be improved by the introduction of the doping metal or the doping nonmetal, and the formation of impurities may be suppressed by the introduction of the reducing agent. In addition, since the present invention is a continuous manufacturing method, the quality and specifications of the prepared phosphate-based cathode active material nanoparticles are uniform, and mass production is easy and economical because the nanoparticles are manufactured at a high speed. In addition, the method of the present invention is high in productivity and economical since no high temperature baking process is required.

본 발명의 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법은 (a) 물에 리튬 전구체, 철 전구체, 인산 전구체, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 및 환원제를 각각 용해시켜 리튬 전구체 용액, 철 전구체 용액, 인산 전구체 용액, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 용액 및 환원제 용액을 각각 준비하는 단계, (b) 상기 리튬 전구체 용액, 상기 철 전구체 용액, 상기 인산 전구체 용액, 상기 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 용액 및 상기 환원제 용액을 초임계 또는 아임계 조건 하의 혼합기에 연속적으로 도입하여 LiFe1-xMI xPO4 또는 Li1-xMII xFePO4 (0≤X≤0.3, MI , MII는 금속 또는 비금속)의 화학식을 갖는 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 형성시키는 단계, (c) 상기 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 고온 고압 반응기에 연속 도입하여 상기 양극활물질 나노입자의 결정도를 증가시키는 단계, (d) 상기 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 냉각시키는 단계 및 (e) 상기 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액으로부터 양극활물질 나노입자를 분리 및 회수하는 단계를 포함한다. (a) 단계는 물에 리튬 전구체를 용해시켜 리튬 전구체 용액을 별개로 준비하고, 철 전구체, 인산 전구체, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 및 환원제를 함께 용해시켜 혼합용액을 준비할 수도 있고, 물에 리튬 전구체, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 및 환원제를 용해시킨 제1 혼합용액과, 물에 철 전구체 및 인산 전구체를 용해시켜 제2 혼합용액을 준비할 수도 있다. 다만, 리튬 전구체와 철 전구체 및 인산 전구체는 항상 별개로 준비되어 도입되어야 한다. 용액의 준비 단계에서 리튬 성분이 철이나 인산과 만나면 상온에서 바로 반응하여 물에 용해되지 않는 물질을 형성하여 반응기의 관흐름을 저해할 수 있기 때문이다.Method for producing a phosphate-based cathode active material nanoparticles of the present invention (a) lithium precursor, iron precursor, phosphate precursor, doping metal or doping non-metal precursor and reducing agent, respectively, by dissolving lithium precursor solution, iron precursor solution, phosphate precursor solution Preparing a doping metal or doping nonmetal precursor solution and a reducing agent solution, respectively, (b) supercritical the lithium precursor solution, the iron precursor solution, the phosphate precursor solution, the doping metal or doping nonmetal precursor solution, and the reducing agent solution. Or continuously introduced into a mixer under subcritical conditions to form LiFe 1-x M I x PO 4 or Li 1-x M II x FePO 4 (0 ≦ X ≦ 0.3, M I , M II is a step of forming a solution comprising a phosphate-based cathode active material nanoparticles having a chemical formula (metal or nonmetal), (c) continuously introducing a solution containing the cathode active material nanoparticles into a high temperature and high pressure reactor Increasing the crystallinity of the particles, (d) cooling the solution comprising the positive electrode active material nanoparticles, and (e) separating and recovering the positive electrode active material nanoparticles from the solution containing the positive electrode active material nanoparticles. do. In step (a), a lithium precursor is dissolved in water to prepare a lithium precursor solution separately, and a mixed solution may be prepared by dissolving an iron precursor, a phosphate precursor, a doped metal or a doping nonmetal precursor, and a reducing agent together, or lithium in water. The second mixed solution may be prepared by dissolving the first mixed solution in which the precursor, the doped metal or the doping nonmetal precursor, and the reducing agent are dissolved, and the iron precursor and the phosphoric acid precursor in water. However, the lithium precursor, the iron precursor and the phosphoric acid precursor should always be prepared separately and introduced. This is because when the lithium component meets iron or phosphoric acid in the preparation of the solution, it reacts directly at room temperature to form a substance that does not dissolve in water, thereby inhibiting the tube flow of the reactor.

단계 (a)의 상기 리튬 전구체는 LiOHㆍH2O, LiCl, Li(OH)ㆍH2O, LiCH3OOㆍ2H2O, Li2SO4, Li3PO4 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고, 리튬 전구체로서 물에 용해되는 것이면 적용 가능하다.The lithium precursor of step (a) is a group consisting of LiOH.H 2 O, LiCl, Li (OH) .H 2 O, LiCH 3 OO.2H 2 O, Li 2 SO 4 , Li 3 PO 4 and salts thereof It may be at least one selected from. However, the present invention is not limited thereto and may be applied as long as it is dissolved in water as a lithium precursor.

단계 (a)의 상기 철 전구체는 FeSO4ㆍ6H2O, Fe(SO4)2ㆍ6H2O, FeCl2, Fe(COO)2ㆍ2H2O, FeC2O4ㆍ2H2O, FeC6H8O7ㆍnH2O, (NH4)2Fe(SO4)2ㆍ6H2O, Fe3(PO4)ㆍ8H2O 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있고, 단계 (a)의 상기 인산 전구체는 NH4H2PO4ㆍH2O, (NH4)2HPO4, (NH4)3PO4ㆍ3H2O, H3PO4로 이루어진 군에 서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 역시 이에 한정되지 않고 물에 용해 가능한 철 전구체와 인산 전구체이면 적용 가능하다.The iron precursor of step (a) is FeSO 4 6H 2 O, Fe (SO 4 ) 2 6H 2 O, FeCl 2 , Fe (COO) 2 2H 2 O, FeC 2 O 4 2H 2 O, FeC At least one selected from the group consisting of 6 H 8 O 7 nH 2 O, (NH 4 ) 2 Fe (SO 4 ) 2 6H 2 O, Fe 3 (PO 4 ) .8H 2 O, and salts thereof The phosphoric acid precursor of step (a) may be NH 4 H 2 PO 4 H 2 O, (NH 4 ) 2 HPO 4 , (NH 4 ) 3 PO 4 3H 2 O, H 3 PO 4 It may be at least one selected from. Also, the present invention is not limited thereto and may be applicable as long as it is an iron precursor and a phosphoric acid precursor soluble in water.

단계 (a)의 상기 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체는 마그네슘, 알루미늄, 티타늄, 망간, 칼슘, 아연, 납, 주석 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 화합물 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 질산아연 (Zn(NO3)2), 질산알루미늄 (Al(NO3)3), 질산마그네슘 (Mg(NO3)2), 황산마그네슘 (MgSO4ㆍ7H2O), 아세트산마그네슘 (Mg(C2H3O2)2ㆍ4H2O), 황산티타늄 (Ti(SO4)2), 질산망간 (Mn(NO3)2), 아세트산망간 (Mn(CH3COO)2ㆍ4H2O), 질산지르코늄 (Zr(NO3)4), 염화납 (NbCl5), 황산구리 (CuSO4ㆍ4H2O), 질산크롬 (Cr(NO3)3), 질산칼슘 (Ca(NO3)2)등일 수 있다. The doping metal or doping non-metal precursor of step (a) is a compound comprising at least one selected from the group consisting of magnesium, aluminum, titanium, manganese, calcium, zinc, lead, tin and zirconium and salts thereof It may be at least one selected from. For example, zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 ), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ), magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 ), magnesium sulfate (MgSO 4 7H 2 O), magnesium acetate (Mg (C 2 H 3 O 2 ) 2 4H 2 O), titanium sulfate (Ti (SO 4 ) 2 ), manganese nitrate (Mn (NO 3 ) 2 ), manganese acetate (Mn (CH 3 COO) 2 4H 2 O), zirconium nitrate (Zr (NO 3 ) 4 ), lead chloride (NbCl 5 ), copper sulfate (CuSO 4 4H 2 O), chromium nitrate (Cr (NO 3 ) 3 ), calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 ) and so on.

단계 (a)의 상기 환원제는 설탕, 하이드라진, 아스크로빅산 및 옥살산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 FeII가 FeIII로 산화되는 것을 방지할 수 있는 환원제이면 적용이 가능하다.The reducing agent of step (a) may be at least any one selected from the group consisting of sugar, hydrazine, ascrobic acid and oxalic acid, but is not limited thereto and may be applied as long as it is a reducing agent capable of preventing Fe II from oxidizing to Fe III . This is possible.

단계 (a)의 리튬 전구체 용액 중의 리튬 전구체, 철 전구체 용액 중의 철 전구체, 인산 전구체 용액 중의 인산 전구체, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 용액 중의 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체의 농도, 혼합용액 중의 철 전구체, 인산 전구체, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체의 농도, 제1 혼합용액 중의 리튬 전구체, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체의 농도 또는 제2 혼합용액 중의 철 전구체, 인산 전구체의 농도는 각각 0.001 내지 1 mol/ℓ일 수 있고, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 mol/ℓ일 수 있다. 전구체의 농도가 0.001 mol/ℓ미만인 경우에는 농도가 너무 낮아 경제성의 저하를 초래할 수 있고, 전구체의 농도가 1 mol/ℓ를 초과하는 경우에는 용액의 점도가 지나치게 높게 되어 관내의 연속 흐름에 악영향을 미치고 그 결과 생산성 및 제조된 나노입자의 품질의 저하를 초래할 수 있다.The lithium precursor in the lithium precursor solution, the iron precursor in the iron precursor solution, the phosphate precursor in the phosphate precursor solution, the concentration of the doping metal or doping nonmetal precursor in the doping metal or doping nonmetal precursor solution, the iron precursor in the mixed solution, the phosphoric acid in step (a) The concentration of the precursor, the doped metal or the doped non-metal precursor, the concentration of the lithium precursor, the doped metal or the doped non-metal precursor in the first mixed solution or the iron precursor and the phosphoric acid precursor in the second mixed solution may be 0.001 to 1 mol / l, respectively. And preferably 0.01 to 0.5 mol / L. If the concentration of the precursor is less than 0.001 mol / l, the concentration is too low, which may lead to economic deterioration. If the concentration of the precursor exceeds 1 mol / l, the viscosity of the solution becomes too high, which adversely affects the continuous flow in the tube. And as a result can lead to a decrease in productivity and quality of the produced nanoparticles.

단계 (a)의 환원제 용액 중의 환원제의 농도, 혼합용액 중의 환원제의 농도, 제1 혼합용액 중의 환원제의 농도는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 0.001 내지 5 mol/ℓ일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1 mol/ℓ일 수 있다. 용액 중의 환원제의 농도가 0.001 mol/ℓ 미만인 경우에는 농도가 너무 낮아 효과적인 환원반응을 수행할 수 없고, 5 mol/ℓ을 초과하는 경우에는 용액의 점도가 지나치게 높아져서 전구체 농도가 지나치게 높은 경우와 마찬가지로 관내의 연속 흐름에 악영향을 미치고 그 결과 생산성 및 제조된 나노입자의 품질의 저하를 초래할 수 있다.The concentration of the reducing agent in the reducing agent solution of step (a), the concentration of the reducing agent in the mixed solution, and the concentration of the reducing agent in the first mixed solution are not particularly limited, but preferably 0.001 to 5 mol / l, more preferably. 0.01 to 1 mol / L. If the concentration of the reducing agent in the solution is less than 0.001 mol / L, the concentration is too low to carry out an effective reduction reaction, and if the concentration of the reducing agent exceeds 5 mol / L, the viscosity of the solution is too high to increase the precursor concentration as in the tube It may adversely affect the continuous flow of, resulting in a decrease in productivity and quality of the nanoparticles produced.

단계 (b)의 초임계 또는 아임계 조건은, 반응 온도는 200 내지 600 ℃, 바람직하게는 250 내지 400 ℃이고, 반응 압력은 20 내지 500 bar, 바람직하게는 250 내지 500 bar일 수 있다. 반응 온도가 200 ℃ 미만이거나 반응압력이 20 bar 미만인 경우에는 제조되는 나노입자의 크기가 커지고, 입자 크기 분포가 넓어지고 결정성이 낮아지는 문제점이 발생하고, 반응 온도가 600 ℃를 초과하고, 반응 압력이 500 bar를 초과하는 경우에는 고온 고압을 유지하기 위한 비용 상승으로 경제성의 감소를 초래한다.The supercritical or subcritical conditions of step (b) may have a reaction temperature of 200 to 600 ° C., preferably 250 to 400 ° C., and a reaction pressure of 20 to 500 bar, preferably 250 to 500 bar. If the reaction temperature is less than 200 ℃ or the reaction pressure is less than 20 bar, the size of the nanoparticles to be produced, the particle size distribution is widened and the crystallinity is low, the reaction temperature exceeds 600 ℃, the reaction If the pressure exceeds 500 bar, the increase in the cost to maintain a high temperature and high pressure leads to a decrease in economic efficiency.

단계 (b)에서 형성되는 LiFe1 - xMI xPO4 또는 Li1 - xMII xFePO4 (MI , MII는 금속 또는 비금속)의 x 값은 0≤X≤0.3이 바람직하다. x 값이 0.3 이상일 경우 치환 비율이 높아서 올리바인 구조가 붕괴될 수 있기 때문이다. 한편, 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자의 전기전도도를 향상시키기 위하여 카본으로 상기 나노입자를 코팅할 수도 있다.LiFe 1 - x M I x PO 4 formed in step (b) Or Li 1 - x M II x FePO 4 (M I , The value x of M II is a metal or a non-metal) is preferably 0 ≦ X ≦ 0.3. This is because if the x value is 0.3 or more, the substitution ratio is high and the olivine structure may collapse. On the other hand, the nanoparticles may be coated with carbon in order to improve the electrical conductivity of the phosphate-based positive electrode active material nanoparticles.

본 발명의 양극활물질 나노입자의 직경은 10 내지 1000 nm, 바람직하게는 20 내지 500 nm일 수 있다. 나노입자의 직경이 1000 nm를 초과하는 경우에는 나노입자로서의 성질이 감소하게 되어 리튬 이차전지를 형성한 경우에 충방전 특성 등 전기화학적 성질이 저하되고 나노입자의 직경이 10nm 미만이 되면 입자간 응집력이 증가하고 제조된 입자를 다루기 어려운 문제가 발생할 수 있다.The diameter of the cathode active material nanoparticles of the present invention may be 10 to 1000 nm, preferably 20 to 500 nm. When the diameter of the nanoparticles exceeds 1000 nm, the properties as nanoparticles are reduced, and when the lithium secondary battery is formed, electrochemical properties such as charge and discharge characteristics are deteriorated, and when the diameter of the nanoparticles is less than 10 nm, cohesion between particles is observed. This increased and difficult handling of the produced particles can arise.

단계 (e)에서 용액으로부터 인산화물계 양극활물질 나노입자를 회수하는 방법은 여과, 원심분리를 이용할 수 있고, 단계 (e)의 분리 및 회수 이후에, (f) 분리 및 회수된 인산화물계 양극활물질 나노입자를 세척 및 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 세척은 물, 메탄올, 에탄올 또는 테트라하이드로퓨란 등의 유기 용매 또는 염을 용해시키는 다른 유기 용매를 이용할 수 있고, 상기 건조는 진공 건조, 오븐 건조 또는 냉동 건조를 이용할 수 있다.The method of recovering the phosphate-based cathode active material nanoparticles from the solution in step (e) may use filtration and centrifugation, and after separation and recovery of step (e), (f) separated and recovered phosphate-based cathode active material nano The method may further include washing and drying the particles. The washing may use organic solvents such as water, methanol, ethanol or tetrahydrofuran or other organic solvents that dissolve salts, and the drying may be vacuum drying, oven drying or freeze drying.

도 1은 본 발명에 따라 인산화물계 양극활물질 나노입자를 연속적으로 제조하기 위한 장치의 일례를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 인산화물계 양극활물질 나노입자의 연속 제조 장치는 고압 반응기 (10), 고압 펌프 (70, 71, 72), 히터 (30, 31), 예열기 (20), 필터 (50), 후방 압력 조절기 (60), 리튬 전구체 용액, 철 전구체 용액, 인산 전구체 용액, 도핑 원소 전구체 용액 및 환원제 용액을 저장하는 용액 저장용기 (80, 81), 물을 저장하는 물 저장용기 (82)로 구성된다. Figure 1 shows an example of a device for continuously producing a phosphate-based cathode active material nanoparticles in accordance with the present invention. Continuous production apparatus of phosphate-based cathode active material nanoparticles according to the present invention is a high pressure reactor (10), high pressure pumps (70, 71, 72), heaters (30, 31), preheater (20), filter (50), rear pressure A controller 60, a lithium precursor solution, an iron precursor solution, a phosphate precursor solution, a doping element precursor solution and a solution storage container 80 and 81 for storing a reducing agent solution, and a water storage container 82 for storing water.

본 발명에 있어서, 단계 (b)가 수행되는 혼합기는 순수한 초임계수의 흐름과 인산화물계 양극활물질 전구체, 도핑 원소 전구체, 환원제 전구체의 흐름이 0o ~ 180o 사이에서 만나는 구조로서 일반적인 T형 구조, Y형 구조, 역방향 흐름 구조에서 구성된 군으로부터 선택되는 구조의 혼합기일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 관내의 연속 흐름의 막힘없이 상기 용액을 효과적으로 혼합을 시켜주는 구조이면 된다. In the present invention, the mixer in which step (b) is performed is a general T-type structure in which the flow of pure supercritical water and the flow of the phosphate positive electrode active material precursor, the doping element precursor, and the reducing agent precursor meet between 0 o and 180 o . It may be a mixer of the structure selected from the group consisting of the Y-type structure, the reverse flow structure. However, the present invention is not limited thereto and may be a structure that effectively mixes the solution without blocking the continuous flow in the pipe.

이하에서는 본 발명에 따라 인산화물계 양극활물질 나노입자를 연속적으로 제조하는 과정을 도 1을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a process of continuously preparing the phosphate-based cathode active material nanoparticles according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.

먼저, 리튬 전구체, 철 전구체, 인산 전구체, 도핑 원소 전구체 및 환원제를 물에 용해시킨 후, 리튬 전구체 용액, 철 전구체 용액, 인산 전구체 용액, 도핑 원소 전구체 용액 및 환원제 용액을 용액 저장용기 (80, 81)에 도입한다. 물 저장용기 (82) 중의 물을 고압 펌프 (72)를 이용하여 고압 반응기 (10)로 이송한다. 이때 고압 반응기 중에 도입되는 물의 온도는 예열기 (20)를 이용하여 조절하고, 고압 반응기의 온도는 히터 (30)를 이용하여 조절하며, 고압 반응기의 압력은 후방 압력 조절기 (60)를 이용하여 조절하여 고압 반응기에 도입되는 물을 초임계수 또는 아임계수 상태로 유지시킨다. 리튬 전구체 용액, 철 전구체 용액, 인산 전구체 용액, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 용액 및 환원제 용액을 소정의 온도 및 압력의 혼합기 중에 연속적으로 이송하여 상기 초임계수 또는 아임계수 상태의 물과 혼합기에서 반응시킴으로써 인산화물계 양극활물질을 생성시킨다. 생성된 인산화물계 양극활물질은 고온 고압 반응기로 이송하여 결정도를 증가시킨다. 고압 반응기 에서 결정도를 증가시킨 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액의 온도를 냉각기 (40)를 이용하여 낮춘 다음, 필터 (50)를 사용하여 냉각된 용액으로부터 인산화물계 양극활물질 나노입자를 분리 및 회수한다.First, the lithium precursor, the iron precursor, the phosphate precursor, the doping element precursor and the reducing agent are dissolved in water, and then the lithium precursor solution, the iron precursor solution, the phosphate precursor solution, the doping element precursor solution and the reducing agent solution are stored in a solution container (80, 81). Is introduced. Water in the water reservoir 82 is transferred to the high pressure reactor 10 using the high pressure pump 72. At this time, the temperature of the water introduced into the high pressure reactor is controlled by using a preheater 20, the temperature of the high pressure reactor is controlled by using a heater 30, the pressure of the high pressure reactor is controlled by using a rear pressure regulator (60) The water introduced into the high pressure reactor is kept in supercritical or subcritical water. Lithium precursor solution, iron precursor solution, phosphoric acid precursor solution, doped or non-doped metal precursor solution, and reducing agent solution are continuously transferred into a mixer at a predetermined temperature and pressure to react with the supercritical or subcritical water in a mixer to phosphorylate Produce a water-based cathode active material. The resulting phosphate cathode active material is transferred to a high temperature and high pressure reactor to increase the crystallinity. In the high-pressure reactor, the temperature of the solution containing the phosphate positive electrode active material nanoparticles having increased crystallinity is lowered using the cooler 40, and then the phosphate positive electrode active material nanoparticles are separated from the cooled solution using the filter 50. Recover.

한편, 본 발명의 인산화물계 양극활물질을 이용하여 전극을 제조하는 방법은 특별한 제한이 없으며 종래 리튬 이차전지 소자 제조에 사용될 수 있는 통상의 방법을 이용할 수 있다. On the other hand, the method for producing an electrode using the phosphate-based positive electrode active material of the present invention is not particularly limited and can use a conventional method that can be used in the conventional lithium secondary battery device manufacturing.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더 상세하게 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것이고, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in detail, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

실시예 1Example 1

본 발명에 따라 초임계수를 이용하고 혼합 용액에 환원제를 도입하여 LiFePO4 나노입자를 제조하였다.LiFePO 4 nanoparticles were prepared by using supercritical water according to the present invention and introducing a reducing agent into the mixed solution.

1000 ㎖ 유리 용기에 물을 넣고, 여기에 리튬 전구체로서 수화된 수산화리튬 (LiOHㆍH2O)을 도입하여 농도를 0.09 mol/ℓ로 조절하고 질소로 1시간 이상 퍼지 (purge)하였다. 별도의 2000 ㎖의 유리 용기에 물을 넣고, 여기에 철 전구체로서 황산철 (Fe(SO4)ㆍ7H2O)을 도입하여 농도를 0.03 mol/ℓ로 조절하고, 인산 전구체로서 인산 (H3PO4)을 도입하여 농도를 0.03 mol/ℓ로 조절하고, 환원제로 아스크로빅산 (ascrobic acid) 0.005 mol/ℓ를 도입하여 질소로 1시간 이상 퍼지하였다. 이렇게 준비된 리튬 용액 및 철 / 인산 / 환원제 혼합 용액을 고압 펌프를 사용하여 1.7 g/min의 속도로 펌핑하여 250 bar로 가압하였다. 다른 20 ℓ의 플라스틱 용기에 물을 넣고 이를 고압 펌프를 사용하여 9 g/min의 속도로 펌핑하여 250 bar로 가압하고 이를 예열기에 이송하였다. 가압된 리튬 용액, 철/인산/환원제 혼합 용액과 물을 온도가 400℃로 유지되는 혼합기 중에서 혼합한 다음, 이 혼합물을 온도가 400℃로 유지되는 고압 반응기에 이송하여 40초간 반응시켰다. 그 결과 생성된 LiFePO4 나노입자를 포함하는 용액을 냉각기를 이용하여 냉각한 다음, 필터를 이용하여 상기 LiFePO4 나노입자를 분리 및 회수하였다. 회수한 LiFePO4 나노입자로부터 원심분리기를 통하여 미반응된 전구체를 분리해내고, 이어서 물을 사용하여 세척하였다. 세척한 LiFePO4 나노입자를 60℃의 진공 오븐 중에서 하루 동안 건조하여 물을 제거하였다.Water was placed in a 1000 ml glass vessel, and hydrated lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) as a lithium precursor was introduced to adjust the concentration to 0.09 mol / l and purged with nitrogen for at least 1 hour. Water was added to a separate 2000 ml glass vessel, where iron sulfate (Fe (SO 4 ) .7H 2 O) was introduced as an iron precursor, and the concentration was adjusted to 0.03 mol / l, and phosphoric acid (H 3 as a phosphoric acid precursor. PO 4 ) was introduced to adjust the concentration to 0.03 mol / l, and 0.005 mol / l of ascrobic acid was introduced as a reducing agent and purged with nitrogen for at least 1 hour. The lithium solution and the iron / phosphoric acid / reducing agent mixture solution thus prepared were pumped at a rate of 1.7 g / min using a high pressure pump and pressurized to 250 bar. Water was placed in another 20 liter plastic container and pumped at a rate of 9 g / min using a high pressure pump to pressurize to 250 bar and transferred to the preheater. The pressurized lithium solution, the iron / phosphate / reducing agent mixed solution and water were mixed in a mixer maintained at 400 ° C., and then the mixture was transferred to a high pressure reactor maintained at 400 ° C. for 40 seconds. The resulting solution containing LiFePO 4 nanoparticles was cooled using a cooler, and then the LiFePO 4 nanoparticles were separated and recovered using a filter. Unreacted precursors were separated from the recovered LiFePO 4 nanoparticles via a centrifuge and then washed with water. The washed LiFePO 4 nanoparticles were dried in a vacuum oven at 60 ° C. for one day to remove water.

본 발명의 제조방법에 의하여 제조한 인산화물계 양극활물질 나노입자의 성상을 분석하기 위하여 히타치 (Hitach)사의 주사 전자 현미경 (Scanning electron microscopy, 이하 'SEM')을 사용하였고, 나노입자의 성분을 분석하기 위하여 리가쿠 (Rigaku)사의 X선 회절분석기 (X-ray Diffractor Meter, 이하 'XRD')를 사용하 였고, 나노입자 크기 및 입자 분포를 분석하기 위하여 포탈 오츠카 (Photal Otsuka)사의 입도분석기 (Particle size analyzer, 이하 'PSA')를 사용하였고, 입자 크기를 분석하기 위하여 벨소프 (Belsorp)사의 비표면적측정기 (Brunauer, Emmet, and Teller , 이하 'BET')를 사용하였다. In order to analyze the properties of the phosphate-based cathode active material nanoparticles prepared by the method of the present invention, Hitachi's Scanning Electron Microscopy (SEM) was used, and the composition of the nanoparticles was analyzed. Rigaku's X-ray Diffractor Meter (XRD) was used, and Particle size of Portal Otsuka's particle size analyzer was used to analyze nanoparticle size and particle distribution. Analyzer (hereinafter 'PSA') was used, and Belsorp's specific surface area analyzer (Brunauer, Emmet, and Teller, hereinafter 'BET') was used.

도 2의 (a)는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 LiFePO4 나노입자의 XRD 패턴을 보여주는 도면이다. 도 3a는 제조된 LiFePO4 나노입자의 SEM 이미지를 나타낸다. 도 4의 (a)는 세척 후 얻어진 LiFePO4 나노입자의 PSA 결과를 나타낸다. Figure 2 (a) is a view showing an XRD pattern of LiFePO 4 nanoparticles prepared according to the production method of the present invention. Figure 3a shows an SEM image of the prepared LiFePO 4 nanoparticles. Figure 4 (a) shows the PSA results of the LiFePO 4 nanoparticles obtained after washing.

본 발명에 따라 제조된 LiFePO4를 이용하여 양극을 제조하고 이의 충방전 특성을 평가해 보았다. 도전제로는 아세틸렌 블랙 (acetylene black)을 이용하고, 바인더로는 PVDF (polyvinylidene fluoride)를 이용하여 양극을 제조하였다. 이때 양극활물질 : 도전제 : 바인더의 비율은 85 : 10 : 5의 중량비로 하였고, 용매로는 NMP (n-methyl pyrrolidone)를 이용하여 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 제조된 슬러리를 알루미늄 포일 (foil)에 250 ㎛ 의 얇은 극판의 형태로 도포한 후 80 ℃ 오븐에서 6 시간 이상 건조하였다. 전해액으로는 EC (ethylene carbonate)계열 EC : EMC : DEC를 1 : 1 : 1의 비율로 혼합하여 사용하였고, 음극으로는 Li금속을 사용하여 LiPF6을 용해하여 상기 제조된 양극과 코인형 반쪽 전지를 제조하였다. 제조된 전지를 2.5 - 4.3 V 전압범위에서 0.1 C의 조건으로 전지의 충/방전 특성을 조사하였다. 표 1에 상기 제조된 LiFePO4를 이용한 양극의 방전 결과를 나타내었다. An anode was prepared using LiFePO 4 prepared according to the present invention and its charge and discharge characteristics were evaluated. An anode was prepared by using acetylene black as a conductive agent and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder. At this time, the ratio of the positive electrode active material: the conductive agent: the binder was 85: 10: 5 by weight ratio, the solvent was mixed by using NMP (n-methyl pyrrolidone) to prepare a slurry. The slurry thus prepared was applied to an aluminum foil in the form of a 250 μm thin electrode plate and then dried in an oven at 80 ° C. for at least 6 hours. EC (ethylene carbonate) series EC: EMC: DEC was used as an electrolyte in a ratio of 1: 1: 1, and LiPF 6 was dissolved using Li metal as a negative electrode. Was prepared. The prepared battery was examined for the charge / discharge characteristics of the battery under the condition of 0.1 C in the voltage range of 2.5-4.3 V. Table 1 shows the discharge results of the positive electrode using the prepared LiFePO 4 .

비교예 1Comparative Example 1

초임계수를 이용하였지만, 환원제를 사용하지 않고 LiFePO4 입자를 제조하였다. 환원제로 아스크로빅산을 이용하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 LiFePO4 나노입자를 제조하였다. 제조된 나노입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하여, 그 결과를 도 2의 (b), 도 3의 (b), 및 도 4의 (b)에 나타내었다. 제조된 인산화물계 양극활물질을 이용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하고 충/방전 특성을 조사하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.Although supercritical water was used, LiFePO 4 particles were prepared without using a reducing agent. LiFePO 4 nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 1, except that acrobic acid was not used as a reducing agent. The prepared nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIGS. 2B, 3B, and 4B. Using the prepared phosphate-based positive electrode active material to prepare a positive electrode in the same manner as in Example 1 and to investigate the charge / discharge characteristics are shown in Table 1 the results.

비교예 2Comparative Example 2

고상법에 의하여 LiFePO4 입자를 제조하였다. 지르코니아볼(zirconia ball)과 0.5 mol Li2CO3, 1 mol FeC2O4ㆍ2H2O, 1 mol (NH4)2HPO4의 전구체를 1 : 20으로 하여 지르코니아 용기(zirconia bowl)에 도입하고 3시간 동안 충분히 볼밀을 이용하여 고체상태에서 혼합시킨다. 상기 제조된 혼합물을 수소기체가 5 % 함유된 아르곤 가스를 흘려주면서 600 ℃에서 10시간동안 소성시켜 LiFePO4 입자를 제조하였다. 제조된 입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하여, 그 결과를 도 2의 (c), 도 3의 (c), 및 도 4의 (c)에 나타내었다. 제조된 인산화물계 양극활물질을 이용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하고 충/방전 특성을 조사하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 본 비교예는 종래의 고상법에 의하여 인산화물계 양극활물질을 제조하는 공지의 방법으로, 본 발명에 따른 방법인 초임계수를 이용한 연속공정으 로 제조한 인산화물계 양극활물질 입자와 비교하기 위한 실험이다. LiFePO 4 particles were prepared by the solid phase method. Zirconia ball and 0.5 mol Li 2 CO 3 , 1 mol FeC 2 O 4 ㆍ 2H 2 O, 1 mol (NH 4 ) 2 Precursor of 1 HPO 4 is introduced into a zirconia bowl (1: 20) And mixed in solid state using a ball mill for 3 hours. The prepared mixture was calcined at 600 ° C. for 10 hours while flowing argon gas containing 5% hydrogen gas to prepare LiFePO 4 particles. The prepared particles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in (c) of FIG. 2, (c) of FIG. 3, and (c) of FIG. Using the prepared phosphate-based positive electrode active material to prepare a positive electrode in the same manner as in Example 1 and to investigate the charge / discharge characteristics are shown in Table 1 the results. This comparative example is a known method for preparing a phosphate-based cathode active material by a conventional solid phase method, and is an experiment for comparing with the phosphate-based cathode active material particles prepared in a continuous process using a supercritical water which is a method according to the present invention.

도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서 환원제로 아스크로빅산을 이용하였을 경우 제조된 LiFePO4 나노입자에는 분순물이 존재하지 않는 것을 확인하였다. 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에서 환원제 아스크로빅산을 이용하지 않고 제조한 입자는 LiFePO4 이외에 Fe(PO3)3, FeH3(PO3)ㆍ2H2O, FePO4ㆍH2O, β-Fe2O3, LiFeH4(P2O7)2 등의 Fe+3 종류의 물질이 혼재되어 있음을 알 수 있었다. 따라서 아스크로빅산을 환원제로 이용하는 경우 Fe+2 Fe+ 3로 산화되는 것을 방지해 주어 불순물 형성을 억제하는 것임을 알 수 있다. 한편, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 비교예 2에서 고상법을 이용하여 제조된 인산화물계 양극활물질의 경우 LiFePO4 입자 이외의 분순물이 없는 것을 확인하였다. As shown in (a) of FIG. 2, when the ascrobic acid was used as the reducing agent in Example 1, it was confirmed that no impurities were present in the prepared LiFePO 4 nanoparticles. Fig particles prepared without the use of a reducing agent Ars croissant biksan in Comparative Example 1. As shown in 2 (b) is LiFePO 4 in addition to Fe (PO 3) 3, FeH 3 (PO 3) and 2H 2 O, FePO 4 It was found that Fe + 3 types of materials such as H 2 O, β-Fe 2 O 3 , LiFeH 4 (P 2 O 7 ) 2, and the like were mixed. Therefore, when using ascrobic acid as a reducing agent, Fe +2 It can be seen that the oxidation of Fe + 3 is prevented to suppress the formation of impurities. On the other hand, as shown in Figure 2c, in the case of the phosphate-based cathode active material prepared by the solid-phase method in Comparative Example 2 it was confirmed that there is no impurities other than LiFePO 4 particles.

도 3은 입자의 SEM 이미지로서, 이를 살펴보면, 실시예 1에서 제조된 LiFePO4 나노입자는 비교예 1에서 제조된 LiFePO4 입자보다 크기가 더 작고 균일하게 합성된 것을 확인할 수 있었다. 따라서 아스크로빅산을 환원제로 첨가하였을 경우 입자가 형성되는 과정에서 입자 간 뭉침 현상을 억제하여 입자 크기가 작아지는 것임을 알 수 있다. 한편, 비교예 2에서 고상법을 이용하여 합성된 LiFePO4는 입자 간 뭉침 현상이 있고 입자 크기 분포가 넓게 퍼져 있는 것을 알 수 있다. 3 is a SEM image of the particles, looking at this, the LiFePO 4 nanoparticles prepared in Example 1 is LiFePO 4 prepared in Comparative Example 1 It was confirmed that the size was smaller and uniformly synthesized than the particles. Therefore, when the acrobic acid is added as a reducing agent, it can be seen that the particle size is reduced by suppressing the aggregation between particles in the process of forming the particles. On the other hand, LiFePO 4 synthesized by using the solid-phase method in Comparative Example 2 it can be seen that there is agglomeration between particles and the particle size distribution is widely spread.

도 4는 입자의 크기 및 크기 분포를 나타내는 PSA 결과 그래프로서, 이를 살 펴보면, 실시예 1에서 제조된 LiFePO4 나노입자는 비교예 1에서 제조된 LiFePO4 입자보다 입자 크기가 더 작고 크기 분포가 균일한 것을 알 수 있다. 실시예 1에서 제조된 LiFePO4 나노입자의 평균 직경은 95 nm이고, 입자크기 분포는 75-125 nm인 반면, 비교예 1 에서 제조된 LiFePO4 입자의 평균 직경은 185 nm이고, 입자 크기 분포는 160-200 nm이다. 따라서 환원제로 아스크로빅산을 사용할 경우에 입자 크기가 작아지고 입자의 크기 분포가 더욱 좁아짐을 알 수 있다. 한편, 비교예 1에서 고상법을 이용하여 제조된 LiFePO4 입자의 평균 직경은 900 nm이고, 입자크기 분포는 200-2000 nm로서, 본 발명에 따라 초임계수를 이용하여 제조된 LiFePO4 나노입자보다 입자의 크기가 매우 크고, 입자 크기 분포가 매우 넓은 것을 확인할 수 있다. Figure 4 is a PSA results graph showing the size and size distribution of the particles, Looking at it, LiFePO 4 nanoparticles prepared in Example 1 is smaller in particle size and size distribution than the LiFePO 4 particles prepared in Comparative Example 1 It can be seen that it is uniform. The average diameter of the LiFePO 4 nanoparticles prepared in Example 1 is 95 nm, the particle size distribution is 75-125 nm, while the average diameter of the LiFePO 4 particles prepared in Comparative Example 1 is 185 nm, and the particle size distribution is 160-200 nm. Therefore, it can be seen that when the ascrobic acid is used as the reducing agent, the particle size becomes smaller and the particle size distribution becomes narrower. On the other hand, the average diameter of the LiFePO 4 particles prepared by the solid-phase method in Comparative Example 1 is 900 nm, the particle size distribution is 200-2000 nm, compared to LiFePO 4 nanoparticles prepared using a supercritical water according to the present invention It can be seen that the particle size is very large and the particle size distribution is very wide.

실시예 및 비교예에 따라 제조된 입자를 이용하여 형성한 전지의 성능을 비교하여 보면, 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 LiFePO4 나노입자를 이용한 전지는 초기 방전용량이 135 mAh/g을 나타내고, 50 사이클 후 방전용량이 120mAh/g을 나타내어 우수한 방전 특성을 보인 반면에, 비교예 1에서 제조된 LiFePO4 입자를 이용한 전지는 초기 방전용량이 110 mAh/g을 나타내고, 50 사이클 후 방전용량이 100 mAh/g을 나타내어, 실시예 1에서 제조된 전지의 방전용량보다 작음을 확인하였다. 이러한 결과로부터 환원제로 아스크로빅산을 사용하지 않을 경우 LiFePO4 이외에 분순물이 형성되어 전지 특성이 악화되는 것임을 알 수 있다. 한 편, 비교예 1에서 고상법으로 제조된 LiFePO4 양극활물질 이용한 전지는 초기 방전용량이 95 mAh/g을 나타내고, 50 사이클 후 방전용량이 50 mAh/g을 나타내어, 실시예 1에서 본 발명에 따라 제조한 나노입자를 이용하여 형성한 전지보다 방전용량이 작고 충방전에 따른 용량 감소가 큰 것을 확인할 수 있다. 이는 고상법으로 제조한 LiFePO4의 입자가 본 발명에 따라 초임계수를 이용하여 제조된 LiFePO4 나노입자보다 크고, 입자 간 응집으로 인해 충방전 시 리튬 이온의 삽입/탈리 속도가 매우 늦게 되고, 활물질 내 리튬 이온의 전달 속도가 매우 느려 입자의 표면에 위치하는 리튬 이온만 이용될 뿐, 입자 중심에 위치하는 리튬 이온은 이용되지 못하기 때문이라고 사료된다. 이로써 실시예 1에서 초임계수를 이용하고 환원제로 아스크로빅산을 이용하여 제조한 LiFePO4 나노입자가 입자 크기가 100 nm로 작고 결정성이 높고 분순물이 없어, 이를 이용하여 전지를 형성하는 경우에 전지 특성이 우수하다는 것을 확인하였다.Comparing the performance of the battery formed using the particles prepared according to the Examples and Comparative Examples, as shown in Table 1, the battery using the LiFePO 4 nanoparticles prepared in Example 1 has an initial discharge capacity of 135 mAh / g, the discharge capacity after 50 cycles was 120mAh / g showed excellent discharge characteristics, whereas the battery using LiFePO 4 particles prepared in Comparative Example 1 the initial discharge capacity was 110 mAh / g, 50 cycles After the discharge capacity was 100 mAh / g, it was confirmed that the discharge capacity of the battery produced in Example 1. From these results, LiFePO 4 without ascrobic acid as reducing agent was used. In addition, it can be seen that impurities are formed to deteriorate battery characteristics. On the other hand, the battery using the LiFePO 4 positive electrode active material prepared by the solid-phase method in Comparative Example 1 shows an initial discharge capacity of 95 mAh / g, after 50 cycles shows a discharge capacity of 50 mAh / g, according to the present invention in Example 1 It can be seen that the discharge capacity is smaller than the battery formed by using the nanoparticles prepared according to the large capacity reduction due to charging and discharging. This is because the LiFePO 4 particles prepared by the solid phase method are larger than the LiFePO 4 nanoparticles prepared using the supercritical water according to the present invention, and the insertion / desorption rate of lithium ions during charging and discharging is very slow due to aggregation between particles, It is considered that only lithium ions located on the surface of the particles are used because the transfer rate of lithium ions is very slow, and lithium ions located at the center of the particles cannot be used. As a result, LiFePO 4 prepared using supercritical water in Example 1 and acrobic acid as a reducing agent. It was confirmed that the nanoparticles were excellent in battery characteristics when forming a battery using the nanoparticles with a small particle size of 100 nm, high crystallinity and no impurities.

실시예 2Example 2

실시예 1과 다른 조건은 동일하되, 환원제로 아스크로빅산 대신 설탕 (sucrose)를 이용하여 LiFePO4 나노입자를 제조하였다. 제조된 LiFePO4 나노입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.The same conditions as in Example 1 were used, but LiFePO 4 nanoparticles were prepared using sugar (sucrose) instead of ascrobic acid as the reducing agent. The prepared LiFePO 4 nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1.

실시예 3Example 3

실시예 1과 다른 조건은 동일하되, 황산철 (Fe(SO4)ㆍ7H2O)의 농도를 0.0294 mol/ℓ로 조절하고 질산마그네슘 (Mg(NO3)2ㆍ6H2O)을 도입하여 농도를 0.0006 mol/ℓ로 조절하여 LiFe0 .98Mg0 .02PO4 나노입자를 제조하였다. Mg이 도핑금속으로 도입된 것이다. 제조된 LiFe0 .98Mg0 .02PO4 나노입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 도 5 및 표 1에 나타내었다.The conditions different from those of Example 1 were the same, but the concentration of iron sulfate (Fe (SO 4 ) .7H 2 O) was adjusted to 0.0294 mol / l and magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O) was introduced. adjusting the concentration of 0.0006 mol / ℓ to prepare a PO 4 nanoparticles .02 LiFe 0 .98 Mg 0. Mg is introduced as the doping metal. Manufactured LiFe 0 .98 Mg 0 .02 PO 4 Nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Figure 5 and Table 1.

실시예 4Example 4

실시예 1과 다른 조건은 동일하되, 수산화리튬 (LiOHㆍH2O)의 농도를 0.0294 mol/ℓ로 조절하고 질산아연 (Zn(NO3)2ㆍ6H2O)를 도입하여 농도를 0.0006 mol/ℓ로 조절하여 Li0 .98Zn0 .02FePO4 나노입자를 제조하였다. Zn이 도핑금속으로 도입된 것이다. 제조된 Li0 .98Zn0 .02FePO4 나노입자를 실시예 1과 동일한 방법으로 분석하고, 그 결과를 도 6 및 표 1에 나타내었다. The conditions other than those of Example 1 were the same, but the concentration of lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) was adjusted to 0.0294 mol / L and zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) was introduced to adjust the concentration to 0.0006 mol. / ℓ to adjust the Li 0 .98 Zn 0 .02 FePO 4 Nanoparticles were prepared. Zn is introduced as the doping metal. Manufactured Li 0 .98 Zn 0 .02 FePO 4 The nanoparticles were analyzed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. 6 and Table 1. FIG.

구 분division 평균입자크기
PSA 측정 (nm)
Average particle size
PSA measurement (nm)
BET 표면적 (m2/g)BET surface area (m 2 / g) 초기 방전용량 (mAh/g)Initial discharge capacity (mAh / g) 50 사이클 후 방전용량 (mAh/g)Discharge capacity after 50 cycles (mAh / g)
실시예 1Example 1 9595 15.115.1 135135 120120 실시예 2Example 2 9090 15.715.7 137137 118118 실시예 3Example 3 110110 14.514.5 150150 120120 실시예 4Example 4 100100 14.014.0 147147 123123 비교예 1Comparative Example 1 185185 7.37.3 110110 100100 비교예 2Comparative Example 2 900900 2.42.4 9595 5050

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 2에서 제조된 LiFePO4 나노입자는 입자 크기 및 BET 표면적이 실시예 1에서 제조한 LiFePO4 나노입자와 비슷하고, 실시예 2에서 제조된 나노입자를 이용하여 형성된 전지는 초기 방전용량 및 50 사이클 후 방전용량이 실시예 1에서 제조된 나노입자를 이용하여 형성된 전지의 방전용량과 비슷하다는 것을 확인하였다. 이로써 아스크로빅산과 마찬가지로 설탕 역시 환원제로서의 효과가 있는 것을 확인하였다. As shown in Table 1, the LiFePO 4 nanoparticles prepared in Example 2 had a particle size and BET surface area of LiFePO 4 prepared in Example 1 Similar to the nanoparticles, the battery formed using the nanoparticles prepared in Example 2, the initial discharge capacity and 50 cycles after the discharge capacity is similar to the discharge capacity of the battery formed using the nanoparticles prepared in Example 1 Confirmed. As a result, it was confirmed that sugar, like ascrobic acid, has an effect as a reducing agent.

또한, 실시예 3과 실시예 4에서 도핑물질로 Mg 및 Zn를 이용하는 경우 입자 크기가 실시예 1 또는 실시예 2에서 도핑물질을 사용하지 않고 제조된 입자의 크기와 비슷한 반면, 초기 방전용량이 147-150 mAh/g이고, 50 사이클 후 방전용량이 120 - 123 mAh/g로서 실시예 1 및 실시예 2에서 제조한 인산화물계 양극활물질 입자를 이용하여 형성된 전지보다 우수한 방전 특성을 보였다. 이는 도핑물질을 사용함으로써 도전성이 개선되었기 때문이라고 사료된다.In addition, when using Mg and Zn as the doping material in Example 3 and Example 4, the particle size is similar to the size of the particles prepared without using the dopant in Example 1 or Example 2, the initial discharge capacity is 147 The discharge capacity was -150 mAh / g and the discharge capacity was 120-123 mAh / g after 50 cycles, showing better discharge characteristics than the battery formed using the phosphate-based positive electrode active material particles prepared in Examples 1 and 2. This is considered to be because the conductivity is improved by using the doping material.

도 1은 본 발명의 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조를 위한 장치를 나타낸 개략도.1 is a schematic view showing a device for producing a phosphate-based cathode active material nanoparticles of the present invention.

도 2는 실시예 1 (a), 비교예 1 (b) 및 비교예 2 (c)에서 제조된 입자의 XRD 패턴을 나타낸 그래프.Figure 2 is a graph showing the XRD pattern of the particles prepared in Example 1 (a), Comparative Example 1 (b) and Comparative Example 2 (c).

도 3은 실시예 1 (a), 비교예 1 (b) 및 비교예 2 (c)에서 제조된 입자의 SEM 이미지 사진.3 is a SEM image photograph of the particles prepared in Example 1 (a), Comparative Example 1 (b) and Comparative Example 2 (c).

도 4는 실시예 1 (a), 비교예 1 (b) 및 비교예 2 (c)에서 제조된 입자의 PSA 결과를 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the PSA results of the particles prepared in Example 1 (a), Comparative Example 1 (b) and Comparative Example 2 (c).

도 5는 실시예 2에서 제조된 LiFe0 .98Mg0 .02PO4 나노입자의 SEM 이미지 사진. 5 is a SEM image photograph of the LiFe 0 .98 Mg 0 .02 PO 4 nanoparticles prepared in Example 2.

도 6은 실시예 3에서 제조된 Li0 .98Zn0 .02FePO4 나노입자의 SEM 이미지 사진.6 is a SEM image of a photograph of a Li 0 .98 Zn 0 .02 FePO 4 nanoparticles prepared in Example 3.

* 도면의 주요 장치에 대한 부호의 설명* Description of symbols for the main devices in the drawings

10 : 고압 반응기 20 : 예열기10: high pressure reactor 20: preheater

30, 31 : 히터 40 : 냉각기30, 31: heater 40: cooler

50 : 필터 60 : 후방 압력 조절기50 filter 60 rear pressure regulator

70, 71, 72 : 고압 펌프70, 71, 72: high pressure pump

80, 81 : 전구체 및 환원제 용액 저장용기80, 81: precursor and reducing solution storage container

82 : 물 저장용기82: water storage container

Claims (19)

(a) 물에 리튬 전구체, 철 전구체, 인산 전구체, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 및 환원제를 각각 용해시켜 리튬 전구체 용액, 철 전구체 용액, 인산 전구체 용액, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 용액 및 환원제 용액을 각각 준비하는 단계;(a) a lithium precursor, an iron precursor, a phosphate precursor, a doped metal or a doping nonmetal precursor, and a reducing agent are respectively dissolved in water to prepare a lithium precursor solution, an iron precursor solution, a phosphate precursor solution, a doping metal or doping nonmetal precursor solution, and a reducing agent solution, respectively. Preparing; (b) 상기 리튬 전구체 용액, 상기 철 전구체 용액, 상기 인산 전구체 용액, 상기 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 용액 및 상기 환원제 용액을 초임계 또는 아임계 조건 하의 혼합기에 연속적으로 도입하여 LiFe1 - xMI xPO4 또는 Li1 - xMII xFePO4 (0≤X≤0.3, MI , MII는 금속 또는 비금속)의 화학식을 갖는 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 형성시키는 단계;(b) the lithium precursor solution, the iron precursor solution, the phosphate precursor solution, the doping metal or doping nonmetal precursor solution, and the reducing agent solution are continuously introduced into a mixer under supercritical or subcritical conditions to provide LiFe 1 - x M I x PO 4 Or Li 1 - x M II x FePO 4 (0≤X≤0.3, M I , M II is a solution of forming a solution containing a phosphate-based cathode active material nanoparticles having a chemical formula (metal or non-metal); (c) 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 고온 고압 반응기에 연속 도입하여 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자의 결정도를 증가시키는 단계;(c) continuously introducing a solution containing the phosphate-based cathode active material nanoparticles into a high temperature and high pressure reactor to increase the crystallinity of the phosphate-based cathode active material nanoparticles; (d) 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 냉각시키는 단계; 및(d) cooling the solution containing the phosphate-based cathode active material nanoparticles; And (e) 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액으로부터 인산화물계 양극활물질 나노입자를 분리 및 회수하는 단계;(e) separating and recovering the phosphate-based cathode active material nanoparticles from a solution containing the phosphate-based cathode active material nanoparticles; 를 포함하는 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법. Method for producing a phosphate-based cathode active material nanoparticles comprising a. (a) 물에 리튬 전구체를 용해하여 리튬 전구체 용액을 준비하고, 물에 철 전구체, 인산 전구체, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 및 환원제를 용해시켜 혼합용액을 준비하는 단계;(a) dissolving a lithium precursor in water to prepare a lithium precursor solution, and preparing a mixed solution by dissolving an iron precursor, a phosphate precursor, a doped metal or a doping nonmetal precursor, and a reducing agent in water; (b) 상기 리튬 전구체 용액과 상기 혼합용액을 초임계 또는 아임계 조건 하의 혼합기에 연속적으로 도입하여 LiFe1 - xMI xPO4 또는 Li1 - xMII xFePO4 (0≤X≤0.3, MI , MII는 금속 또는 비금속)의 화학식을 갖는 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 형성시키는 단계;(b) LiFe 1 - x M I x PO 4 by continuously introducing the lithium precursor solution and the mixed solution into the mixer under supercritical or subcritical conditions Or Li 1 - x M II x FePO 4 (0≤X≤0.3, M I , M II is a solution of forming a solution containing a phosphate-based cathode active material nanoparticles having a chemical formula (metal or non-metal); (c) 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 고온 고압 반응기에 연속 도입하여 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자의 결정도를 증가시키는 단계;(c) continuously introducing a solution containing the phosphate-based cathode active material nanoparticles into a high temperature and high pressure reactor to increase the crystallinity of the phosphate-based cathode active material nanoparticles; (d) 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 냉각시키는 단계; 및(d) cooling the solution containing the phosphate-based cathode active material nanoparticles; And (e) 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액으로부터 인산화물계 양극활물질 나노입자를 분리 및 회수하는 단계;(e) separating and recovering the phosphate-based cathode active material nanoparticles from a solution containing the phosphate-based cathode active material nanoparticles; 를 포함하는 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법. Method for producing a phosphate-based cathode active material nanoparticles comprising a. (a) 물에 리튬 전구체, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 및 환원제를 용해 시켜 제1 혼합용액을 준비하고, 물에 철 전구체 및 인산 전구체를 용해시켜 제2 혼합용액을 준비하는 단계;(a) preparing a first mixed solution by dissolving a lithium precursor, a doped metal or a doping nonmetal precursor, and a reducing agent in water, and preparing a second mixed solution by dissolving an iron precursor and a phosphoric acid precursor in water; (b) 상기 제1 및 제2 혼합용액을 초임계 또는 아임계 조건 하의 혼합기에 연속적으로 도입하여 LiFe1 - xMI xPO4 또는 Li1 - xMII xFePO4 (0≤X≤0.3, MI , MII는 금속 또는 비금속)의 화학식을 갖는 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 형성시키는 단계;(b) LiFe 1 - x M I x PO 4 by continuously introducing the first and second mixed solution into the mixer under supercritical or subcritical conditions Or Li 1 - x M II x FePO 4 (0≤X≤0.3, M I , M II is a solution of forming a solution containing a phosphate-based cathode active material nanoparticles having a chemical formula (metal or non-metal); (c) 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 고온 고압 반응기에 연속 도입하여 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자의 결정도를 증가시키는 단계;(c) continuously introducing a solution containing the phosphate-based cathode active material nanoparticles into a high temperature and high pressure reactor to increase the crystallinity of the phosphate-based cathode active material nanoparticles; (d) 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액을 냉각시키는 단계; 및(d) cooling the solution containing the phosphate-based cathode active material nanoparticles; And (e) 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자를 포함하는 용액으로부터 인산화물계 양극활물질 나노입자를 분리 및 회수하는 단계;(e) separating and recovering the phosphate-based cathode active material nanoparticles from a solution containing the phosphate-based cathode active material nanoparticles; 를 포함하는 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법. Method for producing a phosphate-based cathode active material nanoparticles comprising a. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a)의 상기 리튬 전구체는 LiOHㆍH2O, LiCl, Li(OH)ㆍH2O, LiCH3OOㆍ2H2O, Li2SO4, Li3PO4 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the lithium precursor in step (a) is LiOH.H 2 O, LiCl, Li (OH) .H 2 O, LiCH 3 OO.2H 2 O, Li 2 Method for producing a phosphate-based positive electrode active material nanoparticles which is at least one selected from the group consisting of SO 4 , Li 3 PO 4 and salts thereof. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a)의 상기 철 전구체는 FeSO4ㆍ6H2O, Fe(SO4)2ㆍ6H2O, FeCl2, Fe(COO)2ㆍ2H2O, FeC2O4ㆍ2H2O, FeC6H8O7ㆍnH2O, (NH4)2Fe(SO4)2ㆍ6H2O, Fe3(PO4)ㆍ8H2O 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the iron precursor of step (a) comprises FeSO 4 .6H 2 O, Fe (SO 4 ) 2 .6H 2 O, FeCl 2 , Fe (COO) 2. 2H 2 O, FeC 2 O 4 ㆍ 2H 2 O, FeC 6 H 8 O 7 ㆍ nH 2 O, (NH 4 ) 2 Fe (SO 4 ) 2 ㆍ 6H 2 O, Fe 3 (PO 4 ) · 8H 2 O And at least one selected from the group consisting of salts thereof. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a)의 상기 인산 전구체는 NH4H2PO4ㆍH2O, (NH4)2HPO4 및 (NH4)3PO4ㆍ3H2O, H3PO4로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The process of claim 1, wherein the phosphate precursor of step (a) is selected from NH 4 H 2 PO 4 H 2 O, (NH 4 ) 2 HPO 4. And (NH 4 ) 3 PO 4 ㆍ 3H 2 O, H 3 PO 4 , at least one selected from the group consisting of phosphate-based positive electrode active material nanoparticles. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a)의 상기 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체는 마그네슘, 알루미늄, 티타늄, 망간, 칼슘, 아연, 납, 주석 및 지르코늄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 화합물 및 이들의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the doped or non-doped metal precursor of step (a) is selected from the group consisting of magnesium, aluminum, titanium, manganese, calcium, zinc, lead, tin and zirconium. Method for producing a phosphate-based positive electrode active material nanoparticles which is at least any one selected from the group consisting of a compound comprising at least one and salts thereof. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a)의 상기 환원제는 설탕, 하이드라진, 아스크로빅산 및 옥살산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the reducing agent of step (a) is at least one selected from the group consisting of sugar, hydrazine, ascrobic acid, and oxalic acid. . 제1항에 있어서, 단계 (a)의 상기 리튬 전구체 용액 중의 리튬 전구체, 상기 철 전구체 용액 중의 철 전구체, 상기 인산 전구체 용액 중의 인산 전구체, 상기 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체 용액 중의 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체의 농도는 각각 0.001 내지 1 mol/ℓ인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the lithium precursor in the lithium precursor solution, the iron precursor in the iron precursor solution, the phosphate precursor in the phosphate precursor solution, the doped metal or doped nonmetal precursor in the solution of the doped metal or doped nonmetal precursor of step (a). The concentration of the 0.001 to 1 mol / ℓ of the method for producing a phosphate-based cathode active material nanoparticles, respectively. 제2항에 있어서, 단계 (a)의 상기 리튬 전구체 용액 중의 리튬 전구체의 농도와, 상기 혼합용액 중의 철 전구체, 인산 전구체, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체의 농도는 각각 0.001 내지 1 mol/ℓ인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The phosphorylation of claim 2, wherein the concentration of the lithium precursor in the lithium precursor solution of step (a) and the concentration of the iron precursor, the phosphate precursor, the doped metal or the doped nonmetal precursor in the mixed solution are 0.001 to 1 mol / L, respectively. Method for preparing water-based cathode active material nanoparticles. 제3항에 있어서, 단계 (a)의 상기 제1 혼합용액 중의 리튬 전구체, 도핑금속 또는 도핑비금속 전구체의 농도와, 상기 제2 혼합용액 중의 철 전구체, 인산 전구체의 농도는 각각 0.001 내지 1 mol/ℓ인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The method of claim 3, wherein the concentration of the lithium precursor, the doped metal or the doping nonmetal precursor in the first mixed solution of step (a), and the concentration of the iron precursor and the phosphoric acid precursor in the second mixed solution are respectively 0.001 to 1 mol / A method of producing phosphate-based cathode active material nanoparticles. 제1항에 있어서, 단계 (a)의 상기 환원제 용액 중의 환원제의 농도는 0.001 내지 5 mol/ℓ인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the concentration of the reducing agent in the reducing agent solution of step (a) is 0.001 to 5 mol / L. 제2항에 있어서, 단계 (a)의 상기 혼합용액 중의 환원제의 농도는 0.001 내 지 5 mol/ℓ인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The method of claim 2, wherein the concentration of the reducing agent in the mixed solution of step (a) is 0.001 to 5 mol / L method for producing a phosphate-based cathode active material nanoparticles. 제3항에 있어서, 단계 (a)의 상기 제1 혼합용액 중의 환원제의 농도는 0.001 내지 5 mol/ℓ인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The method of claim 3, wherein the concentration of the reducing agent in the first mixed solution of step (a) is 0.001 to 5 mol / l. 제1항 내지 제3항에 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)의 초임계 또는 아임계 조건은, 반응 온도는 200 내지 600 ℃이고, 반응 압력은 20 내지 500 bar인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.According to any one of claims 1 to 3, the supercritical or subcritical conditions of step (b), the reaction temperature is 200 to 600 ℃, the reaction pressure is 20 to 500 bar phosphate-based cathode active material nano Method for Producing Particles. 제1항 내지 제3항에 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인산화물계 양극활물질 나노입자의 직경은 10 내지 1,000 nm인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the diameter of the phosphate positive electrode active material nanoparticles is 10 to 1,000 nm. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (e) 이후에, (f) 분리 및 회수된 인산화물계 양극활물질 나노입자를 세척 및 건조하는 단계를 더 포함하는 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The phosphate-based cathode active material nanoparticle according to any one of claims 1 to 3, further comprising, after step (e), (f) washing and drying the separated and recovered phosphate-based cathode active material nanoparticles. Manufacturing method. 제13항에 있어서, 상기 세척은 물, 메탄올, 에탄올 또는 테트라하이드로퓨란 용매를 이용하는 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The method of claim 13, wherein the washing is performed using water, methanol, ethanol, or tetrahydrofuran solvent. 제13항에 있어서, 상기 건조는 진공 건조, 오븐 건조 또는 냉동 건조인 인산화물계 양극활물질 나노입자의 제조방법.The method of claim 13, wherein the drying is vacuum drying, oven drying, or freeze drying.
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