KR101166252B1 - 리튬 2차 전지의 음극 활물질로 사용되는 급냉응고 합금분말을 제조하는 장치 - Google Patents

리튬 2차 전지의 음극 활물질로 사용되는 급냉응고 합금분말을 제조하는 장치 Download PDF

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Abstract

기지상에 100㎚ 이하의 실리콘 입자의 석출물 또는 주석 입자의 석출물이 고르게 분포된 리튬 2차 전지용 합금 분말을 대량으로 제조하기 위한 장치를 제공함에 목적이 있다. 이를 위하여 본 발명에서는, 리튬 2차 전지의 음극 활물질로 사용되며, 기지상에 100㎚ 이하의 금속 입자들이 균일하게 석출 분산된 조직을 가지는 합금 분말을 제조하는 장치로서, 진공 챔버; 상기 진공 챔버 내에 설치되고, 합금 분말을 용융하여 분사하는 노즐 조립체; 상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 노즐 조립체에 대해 상대 회전하면서 상기 노즐 조립체에서 분사된 용융물을 급냉시켜 합금 스트립을 만드는 급냉부; 및 상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 급냉부에서 급냉되어 생성된 합금 스트립을 포집하여 분쇄함으로써 합금 분말을 제조하는 분쇄부를 포함하며, 상기 합금은 실리콘계 또는 주석계인 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지의 음극 활물질로 사용되는 급냉응고 합금 분말 제조 장치를 제공한다.

Description

리튬 2차 전지의 음극 활물질로 사용되는 급냉응고 합금 분말을 제조하는 장치{Device of manufacturing rapidly solidified powder alloy used as anode active material for rechargeable Li secondary cell}
본 발명은 리튬 2차 전지의 음극 활물질로 사용되는 급냉응고 합금 분말을 제조하는 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 기지상에 실리콘 입자 또는 주석 입자가 100㎚ 이하로 균일하게 석출된 구조의 합금 분말을 제조하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 2차 전지(secondary cell 또는 secondary battery)라 함은 충전과 방전이 반복되는 전지를 말한다. 그러한 2차 전지 중에서 최근에는 휴대폰이나 노트북 PMP(portable multimedia player)와 같은 모바일(mobile) 기기의 사용이 급증함에 따라, 가벼우면서도 고용량의 충전 및 방전 용량을 가지는 리튬 2차 전지가 각광받고 있다.
일반적인 리튬 2차 전지(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 밀폐된 케이스 내에 양극(101)과 음극(102)이 분리된 상태로 배치되고 그 사이에는 분리막(103)이 위치하며 전해질(104)로 나머지 공간이 채워져 있다. 전해질(104)에 포함된 리튬이 온(105)은 양극(101) 및 음극(102)과 전기 화학적 반응을 일으켜서 전류를 발생시키게 된다. 이와 같은 전기 화학적 반응을 일으키기 위해 상기 양극(101)에는 양극 활물질로서 리튬 코발트 산화물이 겔(gel) 형태로 도포 되어 있으며, 상기 음극(102)에는 탄소(C)계 음극 활물질이 도포 되어 있다.
최근 이동 통신용 기기 또는 휴대용 전자기기의 발달로 인해서 고효율의 에너지 저장매체에 대한 요구가 증대되고 있다. 이러한 환경에서 가장 고에너지 밀도가 기대되고 있는 리튬 2차 전지의 고효율화(高容量, 長壽命 특성)에 대한 연구가 진행 중에 있다. 현재 상용화된 리튬 2차 전지의 탄소계 음극 활물질은 그 이론용량이 372mAh/g로서 향후 요구되는 고용량의 2차 전지의 성능을 구현하기에는 문제가 있다. 그래서, 리튬 2차 전지의 음극 활물질로서 이론 용량이 4000mAh/g 인 실리콘계 물질과 이론 용량이 991mAh/g인 주석계 물질에 관한 관심이 집중되고 있다. 그러나 실리콘계 물질 합금 분말은 리튬이온과 반응 시 그 입자의 부피팽창률이 300%에 이르고, 주석계 물질 합금 분말은 리튬이온과 반응 시 그 입자의 부피 팽창률이 259%에 이르기 때문에 전극이 열화되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 실리콘 입자나 주석 입자가 기지(matrix)상에 미세하게 균일하게 분포되어 있어서 그 기지상이 실리콘 입자나 주석 입자의 부피 팽창을 억제할 수 있어야 한다. 또한, 기지상은 높은 강도와 우수한 전기 전도도를 가져야 한다.
일반적으로 합금 분말을 제조하는 방법으로는 아토마이져(atomization)법, 멜트 스피닝(melt-spinning)법, 회전전극(RSR)법, 기계적 분쇄법, 화학적방법 등이 있다.
그러나 실리콘계 또는 주석계 합금 분말은 위에서 요구하는 미세조직을 가져야 하므로 기계적 분쇄법이나 화학적 방법으로는 제조가 곤란하다. 따라서, 리튬 2차 전지의 음극 활물질로서 사용되는 실리콘계 합금 분말 또는 주석계 합금 분말을 제조하기 위해서는 급냉응고에 의해 합금 분말을 제조해야할 필요가 있다.
도 2 및 도 3에는 종래의 급냉응고에 의한 금속분말의 제조 장치 또는 개념을 보여주는 개략적 도면이 도시되어 있다.
도 2에는 기체를 이용한 아토마이져법이 도시되어 있다. 합금을 용융하여 도가니(201)에 담은 상태에서 노즐(202)을 개방시켜 그 용융합금을 고속의 기체(203)를 운반체로 하여 분사함으로써 공기와의 접촉면적을 극대화하여 냉각속도를 높이는 원리이다. 이와 같은 기체 아토마이져법에 의한 냉각속도는 최대 105℃/sec 정도이다.
도 3에는 멜트 스피닝법에 의한 급냉응고 합금의 제조 장치가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 도가니(301)에 수용된 용융 합금(302)을 회전하는 롤러(303)에 접촉시킴으로써 큰 냉각속도를 얻는 것이다. 이와 같은 멜트 스피닝법은 일반적으로 비정질 스트립 형태의 합금을 얻기 위해 사용되는 것이다. 상기 멜트 스피닝법의 냉각속도는 약 107℃/sec 정도이다.
종래의 급냉응고법에 의해 실리콘계 또는 주석계 합금 분말을 제조하는 경우에는 여러 가지 문제점이 있다. 도 2에 도시된 기체 아토마이져법은 냉각속도가 상대적으로 낮아서 기지상에 실리콘 입자 석출물의 입경이 수백nm 내지 수십㎛이며, 최종 분말의 크기를 일정하게 제어하기 곤란하므로 분사입자에 대한 일정한 냉각속도를 유지하기가 어렵다. 주석계 합금 분말을 제조하는 경우에도 마찬가지이다.
도 3에 도시된 멜트 스피닝법에 의한 실리콘 분말이나 주석 분말을 제조하는 경우에는 아토마이져법에 의한 경우보다 냉각 속도면에서는 향상되지만 여전히 부족한 면이 있으며, 특히 생산성 측면에서 합금 분말의 대량 생산을 위해서는 개선이 크게 요구된다.
이에 107℃/sec 이상의 냉각 속도로 급냉되고, 입자 표면이 산화되지 않으며, 미세한 입자로 합금 분말의 대량 생산이 가능하게 하는 급냉응고 합금 분말 제조 장치를 개발할 필요성이 크게 대두되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 기지상에 100㎚ 이하의 실리콘 입자의 석출물 또는 주석 입자의 석출물이 고르게 분포된 리튬 2차 전지용 합금 분말을 대량으로 제조하기 위한 장치를 제공함에 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은,
리튬 2차 전지의 음극 활물질로 사용되며, 기지상에 100㎚ 이하의 금속 입자들이 균일하게 석출 분산된 조직을 가지는 합금 분말을 제조하는 장치로서,
진공 챔버;
상기 진공 챔버 내에 설치되고, 합금 분말을 용융하여 분사하는 노즐 조립체;
상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 노즐 조립체에 대해 상대 회전하면서 상기 노즐 조립체에서 분사된 용융물을 급냉시켜 합금 스트립을 만드는 급냉부; 및
상기 급냉부에서 급냉되어 생성된 합금 스트립을 포집하여 분쇄함으로써 합금 분말을 제조하는 분쇄부를 포함하며,
상기 합금은 실리콘계 또는 주석계이고,
상기 노즐 조립체는 노즐 단부에 복수의 노즐 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 급냉응고 합금 분말 제조 장치를 제공함으로써 달성된다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은,
리튬 2차 전지의 음극 활물질로 사용되며, 기지상에 100㎚ 이하의 금속 입자들이 균일하게 석출 분산된 조직을 가지는 합금 분말을 제조하는 장치로서,
진공 챔버;
상기 진공 챔버 내에 설치되고, 합금 분말을 용융하여 분사하는 노즐 조립체;
상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 노즐 조립체에 대해 상대 회전하면서 상기 노즐 조립체에서 분사된 용융물을 급냉시켜 합금 스트립을 만드는 급냉부; 및
상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 급냉부에서 급냉되어 생성된 합금 스트립을 포집하여 분쇄함으로써 합금 분말을 제조하는 분쇄부를 포함하며,
상기 합금은 실리콘계 또는 주석계인 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지의 음극 활물질로 사용되는 급냉응고 합금 분말 제조 장치를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 노즐 조립체는 노즐 단부에 복수의 노즐 홀이 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 노즐 홀의 직경은 0.2mm 내지 0.4mm의 범위에 속하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 복수의 노즐 홀들은 노즐 홀 직경의 2.5배 이상 이격되어 배치된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 노즐 조립체와 상기 급냉부 사이의 거리는 0.3mm 내지 10.0mm의 범위에 속하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 노즐 조립체는 도가니 및 상기 도가니의 둘레에 감긴 인덕션 코일을 포함하고, 상기 노즐 조립체의 노즐 홀은 상기 도가니의 바닥면에 형성될 수 있다.
여기서, 상기 도가니는 Al2O3로 이루어진 내층과 그래파이트로 이루어진 외층을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 노즐 조립체는 상기 진공 챔버 내에 복수 개가 설치되고, 상기 급냉부는 상기 노즐 조립체의 개수에 대응하여 복수 개가 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 2차 전지의 음극 활물질로 사용되는 급냉응고 합금 분말을 제조하는 장치에 따르면, 기지상에 실리콘이나 주석 석출물이 균일하게 분포된 100㎚ 이하의 입자 크기를 가지는 합금 분말을 대량으로 제조할 수 있다.
<실시예1>
도 4에는 본 발명의 실시예1에 따른 합금 분말 제조 장치의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 5에는 노즐 조립체와 냉각 롤러의 확대도가 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5의 VI-VI 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있고, 도 7에는 노즐 조립체의 노즐 단부의 구성을 보여주는 저면도가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예1에 따른 합금 분말 제조 장치(1)는, 진공 챔버(30), 노즐 조립체(10), 급냉부(20) 및 분쇄부(40)를 포함한다.
상기 진공 챔버(30)는 상기 노즐 조립체(10), 급냉부(20) 및 분쇄부(40)를 내부에 수용하는 것으로, 내부는 진공으로 유지된다. 상기 진공 챔버(30)는 급냉부(20)에서 급냉되는 합금 분말 입자의 산화를 방지하도록 외기와의 접촉을 차단하는 기능을 한다. 상기 진공 챔버(30) 내부의 초기 작동 압력은 1.3×10-5 MPa 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 진공 챔버(30) 내부에서 냉각되는 실리콘계 합금 분말 또는 주석계 합금 분말 입자의 표면이 산화되는 것을 방지하도록 내부의 산소 분자의 수를 감소시키기 위한 것이다.
상기 진공 챔버(30)의 내부의 진공압을 유지하기 위해 진공 펌프(31)가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 진공 펌프(31)는 작동 초기의 상기 진공 챔버(30) 내부의 압력을 대기압보다 충분히 낮게 하여 진공 챔버(30) 내의 산소 분자의 수를 감소시키도록 한다. 상기 진공 펌프(31)로는 일반적인 로터리 펌프 또는 확산 펌프 중 적어도 하나 이상을 사용할 수 있지만 펌프의 종류가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
상기 노즐 조립체(10)는 내부에 합금의 용융물을 담고 있는 도가니(12) 및 노즐 단부(13)를 포함한다.
상기 도가니(12)는 합금의 용융물을 담고 있는 부분으로, 내부에 담고 있는 합금을 가열하여 용융물로 유지하기 위해 일체로 형성된 가열 수단 또는 외부의 가열 수단을 구비한다. 도 4 내지 도 6에는 일체로 형성된 가열 수단을 구비하는 예로써 가열층(12b)과 인덕션 코일(11)을 구비하는 경우가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 것과 같이 도가니(12)는 가열층(12b)과 차단층(12a)의 두 층을 포함할 수 있다. 상기 가열층(12b)은 상기 인덕션 코일(11)에 전류가 흐를 때 도가니(12) 내부의 합금을 가열하는 기능을 하는 것으로 그 소재는 그래파이트를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 그래파이트는 합금의 용융물과 화학적으로 반응할 우려가 있기 때문에 용융물을 그래파이트와 차단할 필요가 있고 이 기능을 하는 것이 상기 차단층(12a)이다. 상기 차단층(12a)의 재료로는 Al2O3가 사용되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 상기 도가니(12) 내에서의 용융물의 온도는 1080℃ 정도로 유지된다.
상기 노즐 단부(13)에는 복수의 노즐 홀이 형성되어 있다. 물론, 상기 노즐 단부의 노즐 홀은 도가니 바닥면까지 연결되어 도가니 내부의 용융물이 상기 노즐 홀을 통해 분사될 수 있다. 상기 노즐 단부(13)의 구성에 대해서는 도 5 및 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 도 5 및 도 7에 도시된 노즐 단부(13)의 노즐 홀(13a)의 직경(X), 노즐 홀(13a) 사이의 거리(Y) 및 노즐 홀(13a)과 냉각부(20) 사이의 거리(Z)는 급냉응고 스트립을 제조하기 위해서는 소정의 범위로 유지되어야 하며, 이러한 범위는 본 발명에 있어서 중요한 의미를 가진다.
상기 노즐 단부(13)는 도가니(12) 내부의 용융물이 분사되는 부분으로 폭이 0.2mm 이상 0.4mm 이하의 범위에 속하는 스트립을 생산할 수 있도록 직경(X)이 0.2mm 내지 0.4mm의 범위에 속하는 복수의 노즐 홀(13a)이 형성되어 있다. 스트립의 폭이 너무 두꺼운 경우에는 냉각부에서 충분히 빠르게 냉각되지 못하여 본 발명에서 의도하는 급냉응고 합금을 얻기 어려우며, 스트립의 폭이 너무 가는 경우에는 이후의 분쇄 작업에서 효과적으로 분쇄되지 못할 우려가 있어 바람직하지 못하다.
상기 노즐 단부(13)로부터 상기 냉각부(20)까지의 거리(Z)는 0.3mm 내지 10.0mm의 범위에 속한다. 상기 노즐 단부(13)로부터 냉각부(20)까지의 거리가 10.0mm 이상으로 멀어지는 경우에는 본 발명에서 의도하는 합금의 급냉이 어려우며, 냉각부(20)까지의 거리가 0.3mm 이하로 가까운 경우에는 노즐 홀(13a)을 통과하여 분사되는 용융물 중 일부가 노즐 홀(13a) 주변에 냉각되면서 붙어서 이로 인해 실질적으로 노즐 홀의 직경을 감소시킬 우려가 있다.
상기 노즐 홀(13a)은 복수 개가 형성되는데, 인접한 노즐 홀(13a)들 사이의 거리(Y)는 노즐 홀(13a)과 급냉부(20) 사이의 거리가 위와 같은 범위에 있을 때, 노즐 홀(13a)의 직경에 대해 2.5배 이상 멀게 배치되는 것이 바람직하다. 노즐 홀 직경에 대해 2.5배 미만의 거리에 노즐 홀(13a)들이 위치하는 경우에는 노즐 홀(13a)에서 분사된 용융물들이 냉각부에 닿아 급냉되는 과정에서 서로 붙게 되어 스트립의 생산이 원활하게 이루어지지 않을 우려가 있다.
한편, 상기 도가니(12) 내부의 용융물을 노즐 홀(13a)을 통해 분사할 때의 압력은 분사 압력 제공 수단(60)(도 4)으로부터 제공될 수 있다. 즉, 도가니(12)의 상부에는 분사 기체 연결부(61)가 설치되고, 이 분사 기체 연결부(61)를 통해 상기 분사 압력 제공 수단(60)에서 고압의 기체를 공급함으로써 노즐 홀(13a)을 통한 용융물의 분사가 가능하게 할 수 있다. 상기 분사 압력 제공 수단(60)을 통해 공급되는 고압의 기체로는 비활성 기체가 사용되는 것이 바람직하며, 비활성 기체로는 Ar이 사용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 노즐 조립체(10)에서 분사되는 합금 용융물의 분사 압력은 0.2MPa 내지 0.25MPa로 조절된다.
상기 급냉부(20)는 노즐 홀(13a)에서 분사된 용융물을 급냉하는 역할을 하는 것으로, 상기 급냉부(20)는 냉각 탱크(50)와 연결된 냉각 롤러로 이루어질 수 있다. 즉, 도가니(12)에 수용된 용융 합금이 노즐 홀(13a)을 통해 냉각 탱크(50)와 연결된 냉각 롤러에 접촉하게 되면서 급속히 냉각되어 급냉응고 스트립이 만들어진다. 상기 냉각 롤러의 재질은 Cu, Cr, Fe 등에서 선택된 금속 소재 또는 이 중에서 선택된 금속의 합금으로 만들어질 수 있다. 상기 냉각 탱크(50)는 상기 진공 챔버의 외부에 설치될 수도 있고, 여기에는 저온의 냉각매체가 담겨 있다. 냉각 매체로 는 냉각수(연수 : 20PPM 내지 30PPM)를 사용하는 것이 바람직하다. 냉각 매체의 온도는 대체로 70℃이하로 유지되고 이에 따라 합금 용융물의 급냉 속도는 107℃/sec 이상으로 유지될 수 있다.
상기 분쇄부(40)는 상기 급냉부(20)에서 만들어진 급냉응고 스트립들을 포집하여 분쇄한다. 상기 분쇄부(40)는 상기 급냉부(20)나 상기 도가니(12)와 동일한 진공 챔버(30) 내에 배치되는 것이 급냉응고 스트립의 공기와의 접촉에 의한 산화를 미연에 효과적으로 차단할 수 있어 바람직하다. 물론, 상기 분쇄부(40)가 반드시 동일한 진공 챔버(30) 내에 배치되는 것으로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기 분쇄부(40)는 서로 거의 접하여 회전하는 두 개의 분쇄 롤러(41, 42)를 포함할 수 있다. 상기 두 개의 분쇄 롤러(41, 42)는 인접하는 지점을 향하여 회전하면서 그 중앙부 쪽으로 유입되는 스트립(81)을 분쇄하여 합금 분말(82)을 만든다. 상기 분쇄 롤러(41, 42)들은 냉각 탱크(50)와 연결되어 분쇄 작업 중 냉각될 수 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 실시예1의 급냉응고 합금 분말 제조 장치에 의하면, 리튬 이온 2차 전지에 음극활물질로 사용되는 실리콘계 또는 주석계의 합금분말을 대량으로 제조하는 것이 가능하다. 또한, 이 장치에서 제조되는 합금 분말은 기지상에 실리콘이나 주석 석출물이 균일하게 분포된 100㎚ 이하의 입자 크기를 가진다.
<실시예2>
도 8에는 본 발명의 실시예2에 따른 합금 분말 제조 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 8에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예2에 따른 합금 분말 제조 장치(2)는 복수의 노즐 조립체(10)와 노즐 조립체(10)의 개수에 대응하는 복수의 냉각부(20)를 구비한다. 도 7에서는 실시예2의 특징적인 구성을 설명하기 위해 실시예1과 공통되는 구성 요소들은 일부 생략하고 도시하였다.
냉각부(20)로는 실시예1과 마찬가지로 냉각 롤러가 사용될 수 있으며, 노즐 조립체(10) 및 냉각 롤러를 제외하고, 다른 구성 요소들은 실시예2에서는 노즐 조립체(10)나 냉각 롤러의 개수보다 적은 수, 바람직하게는 하나만 사용될 수 있다.
또한, 분사 압력 제공 수단(도시하지 않음)과 연결되는 분사 기체 연결부(61)는 복수 개의 노즐 조립체에 대해 공통으로 연결되도록 만들어질 수 있다. 그리고, 복수 개의 냉각 롤러들의 구동축을 서로 연동되도록 제작하는 경우에는 하나의 구동축(21)을 구동하여 냉각 롤러들을 회전시키는 것도 가능하다.
실시예2는 실시예1에서 설명한 제조 장치를 생산성의 측면을 고려하여 더욱 개량한 것으로 실시예1에서 설명한 제조 장치를 복수 개 제작하고 운영하는 것에 비해 실시예2의 형태로 제작하여 운영하는 경우에는 설비 제작 비용 및 운영 비용이 절감될 수 있다.
지금까지 본 발명을 설명함에 있어, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 일반적인 2차 전지의 개략적 개념도.
도 2는 종래의 아토마이져법으로 급냉응고 합금을 제조하기 위한 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 종래의 멜트 스피닝법으로 급냉응고 합금을 제조하기 위한 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예1에 따른 합금 분말 제조 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 노즐 조립체와 냉각 롤러의 확대 사시도.
도 6은 도 5의 VI-VI 선을 따라 취한 단면도.
도 7은 도 4 및 도 5에 도시된 노즐 조립체의 노즐 단부의 구성을 보여주는 저면도.
도 8은 본 발명의 실시예2에 따른 합금 분말 제조 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 2: 급냉응고 합금 분말 제조 장치
10: 노즐 조립체 11: 인덕션 코일
12: 도가니 12a: 차단층
12b: 가열층 13: 노즐 단부
20: 냉각부 30: 진공 챔버
31: 진공 펌프 40: 분쇄부
41, 42: 분쇄 롤러 50: 냉각 탱크
60: 분사 압력 제공 수단 61: 분사 기체 연결부
70: 전원 81: 합금 스트립
82: 합금 분말

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 리튬 2차 전지의 음극 활물질로 사용되며, 기지상에 100㎚ 이하의 금속 입자들이 균일하게 석출 분산된 조직을 가지는 합금 분말을 제조하는 장치로서,
    진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내에 설치되고, 합금 분말을 용융하여 분사하는 노즐 조립체;
    상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 노즐 조립체에 대해 상대 회전하면서 상기 노즐 조립체에서 분사된 용융물을 급냉시켜 합금 스트립을 만드는 급냉부; 및
    상기 진공 챔버 내에 설치되고, 상기 급냉부에서 급냉되어 생성된 합금 스트립을 포집하여 분쇄함으로써 합금 분말을 제조하는 분쇄부를 포함하며,
    상기 합금은 실리콘계 또는 주석계이고,
    상기 노즐 조립체는 노즐 단부에 복수의 노즐 홀이 형성되며,
    상기 노즐 조립체의 노즐 홀의 직경은 0.2mm 내지 0.4mm의 범위에 속하고,
    상기 복수의 노즐 홀들은 노즐 홀 직경의 2.5배 이상 이격되어 배치되며,
    상기 노즐 조립체와 상기 급냉부 사이의 거리는 0.3mm 내지 10.0mm의 범위에 속하고,
    상기 진공 챔버의 초기 작동 압력은 1.3×10-5MPa 이하이며,
    상기 노즐 조립체에서 분사되는 합금 용융물의 압력은 0.2MPa 내지 0.25MPa의 범위에 속하고,
    노즐 홀에서 분사된 용융물들이 냉각부에 닿아 급냉되는 과정에서 서로 붙어서, 급냉에 따른 실리콘 및 주석입자의 균일분산 석출 응고조직을 갖는 스트립의 제조가 어려워지는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지의 음극 활물질로 사용되는 급냉응고 합금 분말 제조 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제2항에 있어서,
    상기 노즐 조립체는 도가니 및 상기 도가니의 둘레에 감긴 인덕션 코일을 포함하고, 상기 노즐 조립체의 노즐 홀은 상기 도가니의 바닥면에 형성된 것을 특징으로 하는 급냉응고 합금 분말 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도가니는 Al2O3로 이루어진 내층과 그래파이트로 이루어진 외층을 포함하는 것을 특징으로 하는 급냉응고 합금 분말 제조 장치.
  9. 제2항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 조립체는 상기 진공 챔버 내에 하나 이상 설치되고, 상기 급냉부는 상기 노즐 조립체의 개수에 대응하여 하나 이상 설치된 것을 특징으로 하는 급냉응고 합금 분말 제조 장치.
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