리튬 금속 포스페이트 및 이의 제작 방법 document_id A220623042174

리튬 이온 전지에서의 대안의 캐소드 물질로 합성 리튬 아이언 포스페이트(LiFePO4)가 당 분야에 잘 알려져 있다. 이는 A.K. Padhi, K.S. Nanjundaswamy, J.B. Goodenough, J.Electrochem. Soc. Vol.144 (1977)에서 처음으로 소개되었고, 미국 특허 US 5,910,382 호 등을 통해 소개되어 있다. 리튬 아이언 포스페이트같은 포스페이트들을 2차 리튬 전지용 양극으로 사용하는 것은 WO 02/29913 A1 호에 또한 소개되어 있으며, 이 문헌에서는 Li+, Fe3+, PO43-의 같은 몰 수의 수용액으로부터 제조를 위해, 물이 기화되어 솔리드 믹스처를 형성하고, 그후 솔리드 믹스처가 섭씨 500도 미만의 온도에서 분해되어 순수 Li와 Fe 포스페이트 프리커서를 생성하고, 이어서 환원 분위기에서 섭씨 800 도 미만의 온도에서 상기 프리커서를 반응시킴으로서 LiFePO4 파우더를 생성한다. 그외 다른 신터링 프로세스들이 또한 알려져 있다. 이때의 결점이라면, 개시 화학물질(가령, 아이언 옥살레이트(iron oxalate))의 재료 비용이 비싸다. 신터링 프로세스 중 보호 기체의 소모 역시 상당하며, CO 같은 독성 부산물이 신터링 과정 중 형성된다. 산물의 입자 크기 분포가 폭넓게 나타나고 두 모드(bimodal)로 나타나는 경우도 많다. 추가적인 제작 프로세스들은 WO 02/83,555 호, EP 1 094 523 A1 호, US 2003/124,423 호, 그리고 Franger 외 다수의 Journal of Power Sources 119-121 (2003), 252-257쪽에 소개되어 있다. JP 2002-151082 호는 리튬 아이언 포스페이트 제조 및 이를 이용한 2차전지 제조를 위한 리튬 아이언 포스페이트 프로세스를 또한 소개하고 있다. 이 프로세스는 리튬 화합물, 2가 아이언 화합물, 그리고 인산 화합물이 서로 혼합되어, 2가 아이언 이온과 인산 이온의 몰비가 1:1이 되고, 그 믹스처는 섭씨 100도로부터 최대 200도까지 온도범위에서 반응을 행하게 된다. 이러한 반응은 견고하게 밀폐된 용기 내에서 이루어지고 극성 용매(polar solvent)와 비활성 기체를 첨가하여 이루어진다. 이러한 방식으로 얻은 리튬 아이언 포스페이트는 그후 물리적으로 곱게 빻아질 수 있다. 공지 기술에 따른 프로세스를 이용하여 리튬 아이언 포스페이트를 쉽게 얻을 수 있지만, 종래의 제조 프로세스는 단점을 가진다. 즉, 매우 작은 입자 크기 및 매우 좁은 입자 크기 분포를 가진 고운 가루형 리튬 아이언 포스페이트를 획득하는 것이 불가능하다. 따라서, 입자 크기가 매우 작으면서 입자 크기 분포의 폭이 좁은 리튬 아이언 포스페이트를 제조하기 위한 적절한 프로세스들이 요구되며, 이러한 리튬 아이언 포스페이트가 2차 저지의 전극 물질로 훌륭하게 이용될 수 있다면 더욱 바람직할 것이다. 또한 매우 우수한 전기화학적 성질을 지녀야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 한가지 목적은 공지 기술의 단점을 극복하면서, 특히 충전가능한 배터리의 전극으로 적합한 리튬 아이언 포스페이트를 제조하는 프로세스를 제공하는 것이다. 상기 목적은 청구범위 제1항에 기재된 방법에 의해 달성된다. 세부적인 사항은 종속항에서 제시된다.