KR102353325B1 - Plasma reactor, method for manufacturing electrode material for secondary battery using the same, and electrode material for secondary battery manufactured thereby - Google Patents

Plasma reactor, method for manufacturing electrode material for secondary battery using the same, and electrode material for secondary battery manufactured thereby Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a plasma reactor, which is able to separate particles of main substance and additional substance by plasma and synthesize the particles as an anode material or a cathode material of a secondary battery, and a method for manufacturing the electrode materials for the secondary battery using the same. According to an embodiment of the present invention, the plasma reactor comprises: a plasma nozzle including an anode electrode and a first cathode electrode discharging with the anode electrode and generating plasma; a particle separation unit reducing or decomposing the particles of each of the main substance and additional substances by plasma generated by the plasma nozzle; a material synthesis unit engaging the particles of the main substance with the particles of additional substances, which are reduced or decomposed by the particle separation unit, and synthesizing the engaged particles as electrode materials; and a second cathode electrode placed apart from the plasma nozzle for extending the length of the plasma generated by the plasma nozzle. Therefore, the present invention is able to improve productivity of electrode materials, perform the mass-production of large quantities continuously, reduce manufacturing cost, and obtain electrode materials with a uniform quality and excellent performance.

Description

플라즈마 반응기, 이를 이용한 2차 전지용 전극재 제조방법, 및 이에 의해 제조된 2차전지용 전극재{Plasma reactor, method for manufacturing electrode material for secondary battery using the same, and electrode material for secondary battery manufactured thereby}A plasma reactor, a method for manufacturing an electrode material for a secondary battery using the same, and an electrode material for a secondary battery manufactured thereby

본 발명은 플라즈마에 의해 메인물질과 추가물질의 입자를 분리하여 2차 전지의 음극재 또는 양극재로서 합성하기 위한 전극재를 제조하는 플라즈마 반응기, 이를 이용한 2차 전지용 전극재 제조방법 및 이에 의한 제조된 2차 전지용 전극재에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma reactor for preparing an electrode material for synthesizing a main material and an additional material as a cathode or anode material for a secondary battery by separating particles of a main material and an additional material by plasma, a method for manufacturing an electrode material for a secondary battery using the same, and manufacturing thereof It relates to an electrode material for a secondary battery.

일반적으로 2차 전지는 충전 및 방전이 가능한 하나 이상의 전기화학 셀로 구성된 전지이다.In general, a secondary battery is a battery composed of one or more electrochemical cells capable of charging and discharging.

2차 전지의 일례로는 리튬전지가 있는데, 리튬전지는 에너지 밀도가 높고, 기전력이 크며 고용량을 발휘할 수 있는 장점을 가지고 있어 다양한 분야에 적용되고 있다.As an example of the secondary battery, there is a lithium battery. The lithium battery has advantages of high energy density, large electromotive force, and high capacity, and thus is applied in various fields.

리튬전지는 충방전을 함에 따라 양극재보다는 음극재가 중요한데, 이론상 실리콘(Si)가 가장 적합하지만, 실리콘(Si)은 부피팽창의 크게 발생하여 근래에는 SiO 입자에 탄소(C)가 코팅된 SiO-C를 음극재의 활물질로 사용한다.As lithium batteries charge and discharge, the anode material is more important than the cathode material. Theoretically, silicon (Si) is the most suitable, but silicon (Si) has a large volume expansion. In recent years, SiO particles coated with carbon (C) C is used as the active material of the negative electrode material.

SiO-C의 제조방법으로는 우선 한국등록특허공보 제10-1612104호(2016.4.14.공고)에 개시된 바와 같이, 공급원료를 가열하여 SiO가스를 발생하고 SiO가스의 온도를 낮춰 회전부재에 증착하는 형태로 SiO를 얻는다.As a method of manufacturing SiO-C, first, as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1612104 (2016.4.14. Announcement), SiO gas is generated by heating the feedstock, and the temperature of the SiO gas is lowered to be deposited on a rotating member. SiO is obtained in the form

그리고, 한국공개특허공보 제10-2019-0047196호(2019.5.8.공개)에 개시된 바와 같이, 탄소계 입자와 SiO를 혼합하고 기계적인 밀링방법에 의해 마찰시키거나, 탄소계 입자와 SiO를 용매 중에 혼합하여 건조하는 형태로 제작할 수 있었다.And, as disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0047196 (published on Aug. 5, 2019), carbon-based particles and SiO are mixed and rubbed by a mechanical milling method, or carbon-based particles and SiO are mixed with a solvent It could be produced in the form of mixing and drying.

하지만, 종래와 같은 방법은 SiO를 얻기 위해 승화과정을 거쳐야 하기 때문에 물질의 질량이동률이 매우 낮아 생산성이 낮으며, SiO를 가루로 분쇄하는 과정에서 산소를 차단하고 분쇄해야하기 때문에 취급성이 어려운 문제점이 있다.However, since the conventional method has to go through a sublimation process to obtain SiO, the mass transfer rate of the material is very low, so the productivity is low, and the handling is difficult because oxygen must be blocked and pulverized in the process of pulverizing SiO into powder There is this.

또한, SiO를 분쇄시 균일한 입자를 얻기 어려우며, SiO 입자형상이 불균일하여 탄소계 입자를 결합하더라도 불규칙하게 부착되는 문제점이 있다.In addition, it is difficult to obtain uniform particles when pulverizing SiO, and there is a problem in that the SiO particle shape is non-uniform and adheres irregularly even when carbon-based particles are combined.

또한, 탄소계 입자와 SiO를 혼합하는 과정이 필요하며, 그 과정이 저온에서 주로 이뤄지기 때문에 SiO와 탄소입자의 접착력이 불균일하여 SiO에서 탄소입자가 용이하게 분리될 수 있는 문제점이 있다.In addition, a process of mixing carbon-based particles and SiO is required, and since the process is mainly performed at low temperature, there is a problem in that the adhesion between SiO and carbon particles is non-uniform, so that carbon particles can be easily separated from SiO.

또한, SiO를 획득한 후 탄소계 입자를 혼합하여 부착하기 때문에 공정이 복잡하여 생산성이 낮고 생산비용이 증대되는 문제점이 있었다.In addition, since the carbon-based particles are mixed and attached after obtaining SiO, the process is complicated, so there is a problem in that the productivity is low and the production cost is increased.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마에 의해 제1 물질과 제2 물질을 입자상태로 환원 또는 분해한 후 상호 재결합하여 전극재를 생산하기 때문에 하나의 공정에서 원하는 전극재를 연속적으로 생산할 수 있기 때문에 생산성이 높고 생산비용을 감소시킬 수 있는 플라즈마 반응기 및 이를 이용한 2차 전지용 전극재 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the problem to be solved by the present invention is to produce an electrode material by reducing or decomposing the first material and the second material to a particle state by plasma and then recombination with each other. An object of the present invention is to provide a plasma reactor capable of increasing productivity and reducing production costs because a desired electrode material can be continuously produced in one process, and a method for manufacturing an electrode material for a secondary battery using the same.

또한, 하나의 공정에서 다양한 형태의 전극재를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 플라즈마에 의해 액화 또는 기화된 입자들이 액적화 과정에서 구형을 이뤄 균일한 품질의 전극재를 획득할 수 있으며, 기상증착법(Chemical Vapor Desposition)에 의해 물리적으로 입자가 부착되더라도 견고하게 부착할 수 있어 균일한 품질의 전극재를 생산할 수 있는 플라즈마 반응기, 이를 이용한 2차 전지용 전극재 제조방법 및 이에 의해 제조된 2차 전지용 전극재를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, not only can various types of electrode materials be produced in one process, but also particles liquefied or vaporized by plasma form a spherical shape during the dropletization process to obtain electrode materials of uniform quality, and chemical vapor deposition (Chemical Deposition) Even if particles are physically attached by vapor deposition), a plasma reactor capable of producing an electrode material of uniform quality by being able to firmly attach it, a method for manufacturing an electrode material for a secondary battery using the same, and an electrode material for a secondary battery manufactured by using the same intended to provide

또한, 한 공정에서 다양한 소재의 전극재료를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 플라즈마에 의해 입자들이 액적화되면서 구형을 이뤄 균일한 품질의 전극재료를 획득할 수 있으며, 물리적으로 입자가 부착되더라도 견고하게 부착할 수 있어 균일한 품질의 전극재료를 생산할 수 있는 플라즈마 반응기, 이를 이용한 2차 전지용 전극재 제조방법 및 이에 의해 제조된 2차 전지용 전극재를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is possible to produce electrode materials of various materials in one process, as well as to obtain an electrode material of uniform quality by forming a spherical shape as the particles are formed into droplets by plasma, and can be firmly attached even if the particles are physically attached. An object of the present invention is to provide a plasma reactor capable of producing electrode materials of uniform quality, a method for manufacturing an electrode material for a secondary battery using the same, and an electrode material for a secondary battery manufactured thereby.

또한, 균일한 품질과 전극재료의 순도를 향상시켜 2차 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 플라즈마 반응기, 이를 이용한 2차 전지용 전극재 제조방법 및 이에 의해 제조된 2차 전지용 전극재를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object to provide a plasma reactor capable of improving the performance of a secondary battery by improving the uniform quality and purity of the electrode material, a method for manufacturing an electrode material for a secondary battery using the same, and an electrode material for a secondary battery manufactured by the same do it with

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 음극전극, 상기 음극전극과 방전하여 플라즈마를 발생하는 제1 양극전극을 포함하는 플라즈마노즐, 상기 플라즈마노즐부터 발생하는 플라즈마에 의해 메인물질과 추가물질의 각각 입자가 환원 또는 분해되는 입자분리부, 상기 입자분리부에서 환원 또는 분해된 메인물질의 입자와 추가물질의 입자가 결합하여 전극재로 합성하는 재료합성부, 및 상기 플라즈마노즐에서 발생하는 플라즈마의 길이를 연장하도록 상기 플라즈마노즐에서 이격되어 배치되는 제2 양극전극을 포함한다.A plasma reactor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a plasma nozzle including a cathode electrode, a first anode electrode that discharges with the cathode electrode to generate plasma, and a plasma generated from the plasma nozzle. A particle separation unit in which particles of a material and an additional material are reduced or decomposed, a material synthesis unit in which particles of the main material reduced or decomposed in the particle separation unit and particles of an additional material are combined to form an electrode material, and the plasma nozzle and a second anode electrode disposed to be spaced apart from the plasma nozzle to extend the length of the plasma generated in the .

상기 입자분리부는 상기 플라즈마가 외부에 노출되는 것을 차단하며 상기 메인물질과 상기 추가물질이 투입되는 입자분리관을 포함할 수 있다.The particle separation unit may include a particle separation tube that blocks the plasma from being exposed to the outside and into which the main material and the additional material are injected.

상기 입자분리부는 상기 메인물질이 상기 플라즈마에 의해 먼저 입자가 환원 또는 분해된 후 순차적으로 상기 추가물질이 상기 플라즈마에 의해 입자가 환원 또는 분해되도록 상기 메인물질이 투입되는 메인투입구와 메인투입구에서 이격되어 추가물질이 투입되는 추가투입구를 포함할 수 있다.The particle separation unit is spaced apart from the main inlet and the main inlet through which the main material is injected so that the main material is first reduced or decomposed by the plasma, and then the additional material is sequentially reduced or decomposed by the plasma. It may include an additional inlet through which the additional material is added.

상기 추가물질은 둘 이상일 수 있다.The additional material may be two or more.

상기 메인물질 또는 상기 추가물질이 분말인 경우, 상기 메인물질 또는 상기 추가물질을 상기 입자분리부와 상기 재료합성부에서 운반하는 캐리어가스를 포함할 수 있다.When the main material or the additional material is a powder, a carrier gas for transporting the main material or the additional material from the particle separation unit and the material synthesis unit may be included.

상기 메인물질은 이산화규소(SiO2)이고 상기 추가물질은 탄화수소(CnHn)이며, 상기 전극재는 SiO 입자에 탄소동소체(Cn)이 합성된 SiO-Cn일 수 있다.The main material may be silicon dioxide (SiO 2 ), the additional material may be hydrocarbon (CnHn), and the electrode material may be SiO-Cn in which carbon allotropes (Cn) are synthesized in SiO particles.

상기 재료합성부는 상기 전극재를 고체화되도록 온도를 낮추는 냉각부를 포함할 수 있다.The material synthesis unit may include a cooling unit for lowering the temperature to solidify the electrode material.

상기 재로합성부에서 합성된 전극재료를 포집하는 포집부를 포함할 수 있다.It may include a collecting unit for collecting the electrode material synthesized in the material synthesis unit.

본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 이용한 2차 전지용 전극재 제조방법으로서, 상기 플라즈마노즐에 전원을 공급하여 플라즈마를 발생하는 단계, 상기 입자분리부에 메인물질을 투입하여 상기 플라즈마에 의해 상기 메인물질의 입자를 분리하는 단계, 상기 입자분리부에 추가물질을 투입하여 상기 플라즈마에 의해 상기 추가물질의 입자를 분리하는 단계, 상기 재료합성부에서 상기 전극재를 합성하는 단계, 및 상기 전극재를 포집하는 단계를 포함한다.As a method for manufacturing an electrode material for a secondary battery using a plasma reactor according to an embodiment of the present invention, generating plasma by supplying power to the plasma nozzle, injecting a main material into the particle separation unit to generate the main material by the plasma Separating the particles of the material, adding an additional material to the particle separation unit to separate the particles of the additional material by the plasma, synthesizing the electrode material in the material synthesis unit, and the electrode material collecting step.

상기 플라즈마를 발생하는 단계는 상기 플라즈마노즐에 전원를 공급하여 플라즈마를 발생하는 단계, 상기 제2 양극전극에 전류를 공급하여 상기 플라즈마의 길이를 연장시키는 단계, 및 상기 제1 양극전극에 공급되는 전류를 차단하는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the plasma may include generating plasma by supplying power to the plasma nozzle, extending a length of the plasma by supplying a current to the second anode electrode, and applying a current supplied to the first anode electrode. It may include a step of blocking.

본 발명에 따르면, 플라즈마 반응기에서 플라즈마에 의해 메인물질과 추가물질의 입자를 환원 또는 분해하여 재구성하는 형태로 전극재를 생성하기 때문에 여러 공정을 거칠 필요 없이 전극재를 하나의 공정에서 연속적으로 생산할 수 있어 전극재의 생산성을 향상시키고, 생산비용을 대폭 낮출 수 있다.According to the present invention, since the electrode material is generated in the form of reconstitution by reducing or decomposing particles of the main material and additional material by plasma in the plasma reactor, it is possible to continuously produce the electrode material in one process without going through several processes. Therefore, it is possible to improve the productivity of the electrode material and significantly lower the production cost.

또한, 플라즈마에 의해 환우너 또는 분해된 메인물질 입자들이 플라즈마의 열에 의해 가스분위기에서 용융 또는 기화되어 다시 고형화되기 때문에 구형 형태의 전극재를 용이하게 생산하여 2차 전지의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, CVD에 의해 입자들이 견고하게 부착되어 균일한 품질의 전극재를 생산할 수 있다.In addition, since the main material particles decomposed by the plasma are melted or vaporized in a gas atmosphere by the heat of the plasma and solidified again, it is possible to easily produce a spherical electrode material and improve the efficiency of the secondary battery. Rather, the particles are firmly attached by CVD to produce an electrode material of uniform quality.

또한, 순도가 높은 전극재를 용이하게 획득할 수 있으며, 전극재의 품질이 균일하기 때문에 2차 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, it is possible to easily obtain an electrode material with high purity, and since the quality of the electrode material is uniform, the efficiency of the secondary battery can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 도시한 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 구성하는 포집부를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 이용한 2차 전지 전극재의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기를 이용한 2차 전지 전극재의 제조방법에 의해 제조된 전극재를 예시적으로 도시한 단면도이다.1 is a side cross-sectional view showing a plasma reactor according to an embodiment of the present invention.
2 is a side cross-sectional view showing a collecting unit constituting a plasma reactor according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a secondary battery electrode material using a plasma reactor according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating an electrode material manufactured by the method for manufacturing a secondary battery electrode material using a plasma reactor according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기(100)는 플라즈마노즐(110)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1 , the plasma reactor 100 according to the embodiment of the present invention may include a plasma nozzle 110 .

플라즈마노즐(110)은 전원을 공급받아 플라즈마를 발생할 수 있으며, 플라즈마노즐(110)은 음극전극(111)과 제1 양극전극(113)을 포함할 수 있다.The plasma nozzle 110 may receive power to generate plasma, and the plasma nozzle 110 may include a cathode electrode 111 and a first anode electrode 113 .

음극전극(111)과 제1 양극전극(113)은 방전되면서 플라즈마를 발생할 수 있다.The cathode electrode 111 and the first anode electrode 113 may generate plasma while being discharged.

음극전극(111)에는 음극의 전류가 공급되고, 제1 양극전극(113)에는 양극의 전류가 공급되어 방전에 따른 플라즈마를 발생할 수 있다.A cathode current is supplied to the cathode electrode 111 , and an anode current is supplied to the first anode electrode 113 to generate plasma according to the discharge.

음극전극(111)은 핀의 형태로 형성될 수 있으며, 제1 양극전극(113)은 음극전극(111)이 삽입되는 삽입공이 형성되어 음극전극(111)이 제1 양극전극(113)의 삽입공에 근접하게 위치하여 전류가 흐르면 음극전극(111)과 제1 양극전극(113)의 사이에서 방전이 발생하면서, 플라즈마가 발생할 수 있다.The negative electrode 111 may be formed in the form of a pin, and the first positive electrode 113 has an insertion hole into which the negative electrode 111 is inserted, so that the negative electrode 111 is inserted into the first positive electrode 113 . When it is positioned close to the ball and a current flows, a discharge is generated between the cathode electrode 111 and the first anode electrode 113 and plasma can be generated.

한편, 음극전극(111)과 제1 양극전극(113)의 사이에는 불활성 가스 예컨대, 질소(N2),아르곤(Ar), 헬룸(He), 네온(Ne) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 가스가 함께 공급되면서, 가스분위기에서 플라즈마가 분사될 수 있다.Meanwhile, an inert gas, for example, nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He), neon (Ne), or two or more gases is provided between the cathode electrode 111 and the first anode electrode 113 . While being supplied together, plasma may be sprayed in a gaseous atmosphere.

그리고, 불활성 가스 외에 수소(H2) 가스를 대략 5% 내외에서 공급하여 CVD(Chemical Vapor Desposition)의 반응온도를 높일 수 있다.In addition, hydrogen (H 2 ) gas in addition to the inert gas may be supplied at about 5% to increase the reaction temperature of CVD (Chemical Vapor Deposition).

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기(100)는 입자분리부(120)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1 , the plasma reactor 100 according to the embodiment of the present invention may include a particle separation unit 120 .

입자분리부(120)는 플라즈마노즐(110)에 의해 발생한 플라즈마에 의해 메인물질과 추가물질의 입자를 각각 환원 또는 분해할 수 있다.The particle separation unit 120 may reduce or decompose particles of the main material and the additional material, respectively, by the plasma generated by the plasma nozzle 110 .

입자분리부(120)는 플라즈마의 고열에 의해 불활성 분위기에서 메인물질의 입자를 환원 또는 분해하고, 추가물질의 입자를 환원 또는 분해할 수 있다.The particle separation unit 120 may reduce or decompose the particles of the main material in an inert atmosphere by the high heat of the plasma, and reduce or decompose the particles of the additional material.

입자분리부(120)는 입자분리관(121)을 포함할 수 있다.The particle separation unit 120 may include a particle separation tube 121 .

입자분리관(121)은 플라즈마노즐(110)에서 발생하는 플라즈마가 관통하여 지나도록 관의 형태로 형성될 수 있으며, 입자분리관(121)은 내부에 플라즈마가 지나면서 외부로는 노출되지 않기 때문에 플라즈마를 상압(1atm)의 수준으로 유지할 수 있다.The particle separation tube 121 may be formed in the form of a tube so that the plasma generated from the plasma nozzle 110 passes through, and the particle separation tube 121 is not exposed to the outside while the plasma passes through the inside. Plasma can be maintained at a level of atmospheric pressure (1 atm).

입자분리관(121)은 플라즈마의 고온온도를 견딜 수 있는 재료 예컨대, 석영으로 형성될 수 있다.The particle separation tube 121 may be formed of a material capable of withstanding the high temperature of plasma, for example, quartz.

입자분리관(121)에는 입자분리관(121)의 내부로 메인물질이 투입되는 메인투입구(123)와 추가물질이 투입되는 추가투입구(125)가 형성될 수 있다.In the particle separation tube 121 , a main inlet 123 into which a main material is input and an additional inlet 125 into which an additional material is input may be formed into the particle separation tube 121 .

메인투입구(123)는 플라즈마노즐(110)이 위치하는 입자분리관(121)의 단부에 위치하여 메인투입구(123)로 투입되는 메인물질이 플라즈마에 의해 가장 먼저 입자가 환원 또는 분해될 수 있다.The main inlet 123 is located at the end of the particle separation tube 121 in which the plasma nozzle 110 is located, so that the main material injected into the main inlet 123 is first reduced or decomposed by plasma.

추가투입구(125)는 메인투입구(123)에서 이격되어 메인투입구(123)로 투입된 메인물질의 입자가 환원 또는 분해된 후, 추가투입구(125)로 투입되는 추가물질의 입자가 순차적으로 환원 또는 분해될 수 있다.The additional inlet 125 is spaced apart from the main inlet 123 and the particles of the main material injected into the main inlet 123 are reduced or decomposed, and then the particles of the additional material introduced into the additional inlet 125 are sequentially reduced or decomposed. can be

여기서, 메인투입구(123)와 추가투입구(125)는 메인투입구(123)에서 투입되는 메인물질의 입자가 충분히 환원 또는 분해가 이뤄진 뒤, 추가투입구(125)로 투입되는 추가물질이 환원 또는 분해되도록 메인투입구(123)와 추가투입구(125)의 간격은 투입되는 물질의 성질 또는 입자의 환원 또는 분해 정도에 따라 조절될 수 있다.Here, after the main inlet 123 and the additional inlet 125 are sufficiently reduced or decomposed of the particles of the main material input from the main inlet 123, the additional material introduced into the additional inlet 125 is reduced or decomposed. The interval between the main inlet 123 and the additional inlet 125 may be adjusted according to the nature of the input material or the degree of reduction or decomposition of particles.

이때, 플라즈마에 의해 완전히 환원 또는 분해되지 않은 메인입자들은 추가물질에서 환원 또는 분해된 수소에 의해 완전히 환원 또는 분해될 수도 있다.At this time, the main particles that are not completely reduced or decomposed by the plasma may be completely reduced or decomposed by hydrogen reduced or decomposed in the additional material.

추가투입구(125)는 서로 다른 추가물질이 투입될 수 있도록 복수 개가 형성될 수도 있다.A plurality of additional inlet 125 may be formed so that different additional materials may be inputted.

그리고, 메인물질 또는 추가물질은 분말 또는 기체일 수 있으며, 메인물질 또는 추가물질이 분말의 형태일 경우에는 캐리어 가스(Carrier Gas)가 혼합되어 메인투입구(123) 또는 추가투입구(125)로 각각 투입될 수 있다.In addition, the main material or additional material may be powder or gas, and when the main material or additional material is in the form of a powder, carrier gas is mixed and introduced into the main inlet 123 or the additional inlet 125, respectively. can be

캐리어 가스는 분말 형태의 메인물질 또는 추가물질을 입자분리부(120)와 재료합성부(130)에서 플라즈마와 반응하거나, 환원 또는 분해된 입자끼리 서로 반응하여 합성되도록 메인물질 또는 추가물질을 이송할 수 있다.The carrier gas is used to transport the main material or additional material so that the main material or additional material in powder form reacts with plasma in the particle separation unit 120 and the material synthesis unit 130, or the reduced or decomposed particles react with each other to be synthesized. can

캐리어 가스는 불활성가스 예컨대, 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 또는 네온(Ne) 중 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물일 수 있다.The carrier gas may be an inert gas, for example, any one of nitrogen (N 2), argon (Ar), helium (He), or neon (Ne), or a mixture of two or more.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기(100)는 재료합성부(130)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1 , the plasma reactor 100 according to the embodiment of the present invention may include a material synthesis unit 130 .

재료합성부(130)는 메인물질의 환원 또는 분해된 입자와 추가물질에서 환원 또는 분해된 입자가 서로 결합하여 전극재(200)로 합성할 수 있다.The material synthesis unit 130 may combine the reduced or decomposed particles of the main material and the reduced or decomposed particles of the additional material to form the electrode material 200 .

여기서, 합성은 입자간의 화학적인 결합과 코팅과 같은 물리적인 결합을 모두 포함하는 의미이다.Here, synthesis is meant to include both chemical bonding between particles and physical bonding such as coating.

재료합성부(130)는 입자분리부(120)에서 환원 또는 분해된 입자들 끼리 충돌하면서 반응하여 전극재(200)로 합성할 수 있다.The material synthesis unit 130 may react with the particles reduced or decomposed in the particle separation unit 120 while colliding with each other to synthesize the electrode material 200 .

재료합성부(130)는 내부가 빈 통의 형상으로 형성되어 일측으로는 입자분리부(120)에서 환원 또는 분해된 입자들이 유입되며, 타측으로는 합성된 전극재가 배출될 수 있다.The material synthesizing unit 130 is formed in the shape of an empty barrel inside, so that the particles reduced or decomposed in the particle separation unit 120 are introduced to one side and the synthesized electrode material can be discharged to the other side.

재료합성부(130)는 입자분리부(120)에서 환원 또는 분해된 입자들이 넓은 공간으로 토출되면서 서로 충돌하여 합성하도록 입자분리관(121)의 직경보다는 더 큰 직경을 갖는 내부공간을 가질 수 있다.The material synthesis unit 130 may have an internal space having a diameter larger than that of the particle separation tube 121 so that the particles reduced or decomposed in the particle separation unit 120 are discharged into a wide space and collide with each other for synthesis. .

재료합성부(130)는 냉각부(131)를 포함할 수 있다.The material synthesis unit 130 may include a cooling unit 131 .

냉각부(131)는 재료합성부(130)의 가열되는 것을 방지함과 동시에 열에 의해 액화 또는 기화된 입자를 고체의 상태로 경화시킬 수 있다.The cooling unit 131 may prevent the material synthesis unit 130 from being heated and at the same time harden the particles liquefied or vaporized by heat into a solid state.

냉각부(131)는 재료합성부(130)의 둘레에 냉각매체가 지나는 유로가 형성되고, 냉각매체가 유로를 지나면서 재료합성부(130)를 냉각시키는 형태로 냉각을 수행할 수 있으며, 냉각매체는 물일 수 있다.The cooling unit 131 may perform cooling in such a way that a flow path through which the cooling medium passes is formed around the material synthesis unit 130 , and the cooling medium cools the material synthesis unit 130 as the cooling medium passes through the flow path. The medium may be water.

냉각부(131)는 플라즈마가 유도되지 않도록 절연성을 갖는 재료로 형성될 수 있다.The cooling unit 131 may be formed of an insulating material so that plasma is not induced.

재료합성부(130)는 내관과 외관으로 구성되어 내관의 내부에서는 입자끼리 반응하여 전극재(200)를 합성하고, 내관과 외관의 사이에는 냉각매체가 지나는 유로를 형성하도록 구성될 수 있다.The material synthesizing unit 130 is composed of an inner tube and an outer tube, and particles react with each other inside the inner tube to synthesize the electrode material 200 , and may be configured to form a flow path through which a cooling medium passes between the inner tube and the outer tube.

이때, 내관과 외관은 모두 절연성을 갖는 재료로 형성될 수 있다.In this case, both the inner tube and the outer tube may be formed of a material having insulating properties.

여기서, 재료합성부(130)에서 합성되는 전극재료(200)는 2차전지에서 사용되는 음극재 또는 양극재를 형성하는 재료일 수 있다.Here, the electrode material 200 synthesized in the material synthesizing unit 130 may be a material for forming an anode material or a cathode material used in a secondary battery.

재료합성부(130)는 분해된 입자들이 충돌하면서 원하는 전극재료(200)를 합성하기 때문에 입자가 유동하는 유지시간이 중요하므로, 유지시간은 재료합성부(130)의 길이, 부피, 또는 유속에 따라 결정할 수 있다.Since the material synthesizing unit 130 synthesizes the desired electrode material 200 while the decomposed particles collide, the holding time for the particles to flow is important. can be decided accordingly.

예를 들어, 재료합성부(130)의 입자가 유동하는 유지시간(T)= 길이(L) 또는 부피(m3)/유속(V)에 의해 설정할 수 있다.For example, it can be set by the holding time (T) = length (L) or volume (m 3 ) / flow rate (V) during which the particles of the material synthesis unit 130 flow.

여기서, 재료합성부(130)에서 합성하는 과정이 CVD과정일 수도 있다.Here, the synthesizing process in the material synthesizing unit 130 may be a CVD process.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기(100)는 제2 양극전극(140)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1 , the plasma reactor 100 according to the embodiment of the present invention may include a second anode electrode 140 .

제2 양극전극(140)은 플라즈마노즐(110)의 사이에서 발생하는 플라즈마를 확산시켜 분사되는 플라즈마의 길이를 연장시킬 수 있다.The second anode electrode 140 may diffuse the plasma generated between the plasma nozzles 110 to extend the length of the injected plasma.

제2 양극전극(140)은 위치하는 제1 양극전극(113)에서 이격되는 거리만큼 플라즈마의 길이를 제1 양극전극(113)에서부터 제2 양극전극(140)이 위치하는 부분까지 연장시킬 수 있다.The second anode electrode 140 may extend the length of the plasma from the first anode electrode 113 to a portion where the second anode electrode 140 is positioned by a distance spaced apart from the positioned first anode electrode 113 . .

제2 양극전극(140)은 양극의 전류가 공급될 수 있으며, 실시예에서는 제2 양극전극(140)을 재료합성부(130)의 끝단에 위치시켜 입자분리부(120)의 끝단에서 재료합성부(130)의 끝단까지 플라즈마가 연장되어 플라즈마에 의해 입자의 환원 또는 분해 및 재료의 합성을 수행할 수 있다.The second anode electrode 140 may be supplied with an anode current, and in the embodiment, the second anode electrode 140 is positioned at the end of the material synthesis unit 130 to synthesize the material at the end of the particle separation unit 120 . Plasma is extended to the end of the part 130 so that particle reduction or decomposition and material synthesis can be performed by the plasma.

여기서, 제2 양극전극(140)의 위치에 따라 플라즈마가 적용되는 길이가 증감되기 때문에 제1 양극전극(113)과 제2 양극전극(140)의 사이 거리를 조절하는 형태로 반응의 유효한 거리를 설정할 수 있으며, 제2 양극전극(140)에는 제1 양극전극(113)으로 공급되는 전류와 동일한 전류가 공급될 수 있다.Here, since the length to which the plasma is applied increases or decreases according to the position of the second anode electrode 140 , the effective distance of the reaction is determined in the form of adjusting the distance between the first anode electrode 113 and the second anode electrode 140 . may be set, and the same current as the current supplied to the first anode electrode 113 may be supplied to the second anode electrode 140 .

제2 양극전극(140)은 별도의 마련된 것이 아니라 내부가 빈 배관 구조물이거나, 하기의 설명할 포집부의 챔버에 전류를 공급하는 형태일 수도 있다.The second anode electrode 140 is not separately provided, and may be a pipe structure with an empty interior, or may be a type of supplying current to a chamber of a collection unit to be described below.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기(100)는 포집부(150)를 포함할 수 있다.1 and 2 , the plasma reactor 100 according to the embodiment of the present invention may include a collecting unit 150 .

포집부(150)는 재료합성부(130)에서 합성된 전극재료(200)를 포집할 수 있다.The collecting unit 150 may collect the electrode material 200 synthesized in the material combining unit 130 .

포집부(150)는 원심력에 의해 합성된 전극재료(200)를 분리하여 포집하는 사이클론 방식 또는 전기적인 집진기의 형태 또는 다공성 기재를 통과시켜 전극재료(200)를 걸러내는 방식으로 포집할 수 있다.The collecting unit 150 may be collected by a cyclone method in which the electrode material 200 synthesized by centrifugal force is separated and collected, or in the form of an electric dust collector or in a method of filtering the electrode material 200 by passing it through a porous substrate.

포집부(150)는 서로 다른 포집방식에 의해 전극재료(200)를 포함하는 제1 포집부(151)와 제2 포집부(153)를 포함할 수 있다.The collecting unit 150 may include a first collecting unit 151 and a second collecting unit 153 including the electrode material 200 by different collecting methods.

제1 포집부(151)는 예컨대, 사이클론 방식으로 전극재료(200)를 포집하는 것이 라면, 제2 포집부(153)는 전기적인 집진기 또는 필터와 같은 다공성 기재를 통해 전극재료(200)를 포집하는 것일 수 있다.If the first collecting unit 151 collects the electrode material 200 in a cyclone method, for example, the second collecting unit 153 collects the electrode material 200 through a porous substrate such as an electric dust collector or a filter. may be doing

제1 포집부(151)와 제2 포집부(153)는 서로 연결되어 제1 포집부(151)에서 미포집된 전극재료(200)는 제2 포집부(153)에서 포집하도록 구성될 수 있다.The first collecting unit 151 and the second collecting unit 153 may be connected to each other so that the electrode material 200 not collected by the first collecting unit 151 may be collected by the second collecting unit 153 . .

여기서, 사이클론 방식에 의해 포집하는 제1 포집부(151)는 입자의 질량 또는 크기에 따라 순차적으로 포집하도록 2 개 이상의 사이클론 방식의 포집기가 연결될 수도 있다.Here, two or more cyclone collectors may be connected to the first collecting unit 151 for collecting by the cyclone method to sequentially collect according to the mass or size of the particles.

예를 들어, 재료합성부(130)를 통해 합성된 전극재료(200)가 제1 사이클론 방식의 포집기에 먼저 공급되어 제1 사이클론 방식의 포집기에서 미리 설정된 질량 또는 크기의 전극재료(200)를 포집하고, 제1 사이클론 방식의 포집기에서 포집되지 않은 전극재료(200)는 제2 사이클론 방식의 포집기로 공급되면서 제1 사이클론 방식의 포집기에서 포집된 전극재료(200)보다 더 작은 질량 또는 굵기의 전극재료(200)를 포집하는 형태로 여러 개의 사이클론 방식의 포집기가 연결되어 구성될 수 있다.For example, the electrode material 200 synthesized through the material synthesis unit 130 is first supplied to the collector of the first cyclone method to collect the electrode material 200 of a preset mass or size in the collector of the first cyclone method. And, the electrode material 200 that is not collected by the first cyclone type collector is supplied to the second cyclone type collector and has a smaller mass or thickness than the electrode material 200 collected by the first cyclone type collector. In the form of collecting 200, several cyclone-type collectors may be connected and configured.

여기서, 제1 포집부(151)와 제2 포집부(153)에서 포집되는 전극재료(200)는 서로 다른 전극재료(200)일 수도 있다.Here, the electrode material 200 collected by the first collecting unit 151 and the second collecting unit 153 may be different electrode materials 200 .

포집부(150)는 송풍기(155)와 부산물탱크(157)를 포함할 수 있다.The collecting unit 150 may include a blower 155 and a by-product tank 157 .

송풍기(155)는 재료합성부(130)에서 합성된 전극재료(200)를 포집부(150)로 이송하도록 공기를 흡입할 수 있다.The blower 155 may suck in air to transport the electrode material 200 synthesized in the material combining unit 130 to the collecting unit 150 .

송풍기(155)는 부압(진고압)을 발생시키는 다양한 팬, 블로워, 진공펌프 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 구성될 수 있다.The blower 155 may be composed of any one or two or more of various fans, blowers, and vacuum pumps that generate negative pressure (true high pressure).

송풍기(155)는 포집부(150)의 말단에 설치되어 포집부(150)에서 공기를 흡입하는 형태로 포집부(150)로 재료합성부(130)에서 포집부(150)로 합성된 전극재료(200)를 이송할 수 있다.The blower 155 is installed at the end of the collecting unit 150 to suck air from the collecting unit 150, and the electrode material synthesized from the material combining unit 130 to the collecting unit 150 as the collecting unit 150. (200) can be transferred.

그리고, 포집부(150)는 부산물탱크(157)를 포함하여 전극재료(200)의 합성되지 않고 남은 물질 예컨대, 불활성가스, 캐리어 가스, 생성된 수분 등이 저장되거나, 필요로 하는 전극재료(200) 외에 합성되는 부산물이 저장될 수 있다.In addition, the collecting unit 150 includes the by-product tank 157 and the remaining non-synthesized material of the electrode material 200, for example, an inert gas, a carrier gas, generated moisture, etc., or the electrode material 200 required. ) as well as by-products synthesized may be stored.

부산물탱크(157)에 저장된 부산물은 재활용하거나, 폐기될 수 있다.The by-products stored in the by-product tank 157 may be recycled or disposed of.

이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기(100)를 이용한 2차 전극재료(200)의 제조방법과 함께 설명한다.Actions and effects between the respective components described above will be described together with a method of manufacturing the secondary electrode material 200 using the plasma reactor 100 according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기(100)를 이용한 2차 전극재료(200)의 제조방법은 플라즈마노즐(110)에 전원을 공급하여 플라즈마를 발생시킨다.As shown in FIG. 3 , in the method of manufacturing the secondary electrode material 200 using the plasma reactor 100 according to the embodiment of the present invention, power is supplied to the plasma nozzle 110 to generate plasma.

플라즈마노즐(110)에서 플라즈마를 발생할 때, 불활성가스가 함께 공급되어 플라즈마가 제2 양극전극(140)을 향해 분사된다.When plasma is generated by the plasma nozzle 110 , an inert gas is supplied together and the plasma is sprayed toward the second anode electrode 140 .

그리고, 플라즈마노즐(110)에서 플라즈마가 발생하면, 함께 공급되는 분위기가스인 불활성가스에 의해 플라즈마의 유동장이 안정화된 상태에서 제2 양극전극(140)에 전류를 공급한다.Then, when plasma is generated from the plasma nozzle 110 , a current is supplied to the second anode electrode 140 in a state in which the plasma flow field is stabilized by the inert gas, which is an atmosphere gas supplied together.

제2 양극전극(140)에 전류가 공급되면, 플라즈마노즐(110)에서 발생하는 플라즈마는 제2 양극전극(140)까지 길이가 연장되는 형태로 확산된다. When a current is supplied to the second anode electrode 140 , the plasma generated from the plasma nozzle 110 is diffused to extend to the second anode electrode 140 .

플라즈마가 확산되면 다시 미리 설정된 시간 동안 플라즈마를 안정화시킨 후 제1 양극전극(113)에 공급하던 전류를 차단하여 음극전극(111)과 제2 양극전극(140)만으로 전류를 공급하여 플라즈마의 확산을 유지한다.When the plasma is diffused, the plasma is stabilized for a preset time and then the current supplied to the first anode electrode 113 is cut off to supply current only to the cathode electrode 111 and the second anode electrode 140 to prevent the diffusion of plasma. keep

플라즈마의 길이가 연장되면, 입자분리부(120)의 메인투입구(123)에 메인물질을 투입하고, 추가투입구(125)에는 추가물질을 투입한다.When the length of the plasma is extended, the main material is injected into the main inlet 123 of the particle separation unit 120 , and the additional material is injected into the additional inlet 125 .

메인투입구(123)로 투입되는 메인물질은 플라즈마와 만나면서 입자가 환원 또는 분해되고 환원 또는 분해된 입자는 추가투입구(125)에서 투입되는 추가물질이 플라즈마와 만나면서 환원 또는 분해된 입자와 함께 재료합성부(130)로 진입한다.The main material introduced into the main inlet 123 is reduced or decomposed while meeting the plasma, and the reduced or decomposed particles are reduced or decomposed together with the reduced or decomposed particles as the additional material input from the additional inlet 125 meets the plasma. (130) is entered.

이때, 메인물질 또는 추가물질이 분말의 형태일 경우, 메인물질 또는 추가물질이 플라즈마에 의해 용이하게 이송될 수 있도록 캐리어가스가 혼합되어 공급될 수 있다.At this time, when the main material or the additional material is in the form of a powder, the carrier gas may be mixed and supplied so that the main material or the additional material can be easily transferred by plasma.

재료합성부(130)로 진입하는 메인물질에서 환원 또는 분해된 입자와 추가물질에서 환원 또는 분해된 입자는 서로 충돌하면서 서로 반응하여 전극재료(200)를 합성한다.The particles reduced or decomposed in the main material entering the material synthesizing unit 130 and the particles reduced or decomposed in the additional material collide with each other and react with each other to synthesize the electrode material 200 .

여기서, 재료합성부(130)에는 냉각부(131)가 설치되어 플라즈마에 의해 용융 또는 기화된 입자들이 서로 충돌하면서 자연스럽게 구형태를 이루고 일정크기로 뭉쳐지 낮은 온도에 의한 액적화과정에서 경화되면서 포집부(150)로 공급된다.Here, a cooling unit 131 is installed in the material synthesis unit 130 so that particles molten or vaporized by plasma collide with each other to form a spherical shape naturally, and are collected while being hardened in the dropletization process by a low temperature to agglomerate to a certain size. It is supplied to the unit 150 .

포집부(150)로 공급되는 전극재료(200)는 송풍기(155)에 의해 서로 다른 포집방식에 의해 포집하는 제1 포집부(151)와 제2 포집부(153)를 거치면서 포집된다.The electrode material 200 supplied to the collecting unit 150 is collected while passing through the first collecting unit 151 and the second collecting unit 153 that are collected by different collecting methods by the blower 155 .

이때, 제1 포집부(151)가 복수 개의 사이클론 방식일 포집기일 경우, 각 사이클론방식의 포집기를 거치면서 각 사이클론 포집기마다 서로 다른 질량 또는 크기의 전극재료(200)를 포집할 수 있다.At this time, when the first collecting unit 151 is a plurality of cyclone collectors, it is possible to collect the electrode materials 200 of different masses or sizes for each cyclone collector while passing through each of the cyclone collectors.

그리고, 제2 포집부(153)를 거친 전극재료(200)로 합성되지 못한 잉여물질 또는 합성시 발생하는 부산물들은 부산물탱크(157)에 저장된다.In addition, the surplus material that has not been synthesized into the electrode material 200 that has passed through the second collecting unit 153 or by-products generated during synthesis is stored in the by-product tank 157 .

이러한 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기(100)를 이용한 2차전지 전극재료(200)의 제조방법에 의해 제조되는 2차전지용 전극재료(200)는 일례로, 메인물질이 이산화규소(SiO2)이고, 추가물질이 탄화수소일 경우, 플라즈마에 의해 이산화규소는 열분해하여 Si 또는 SiO 입자로 분해되면서 고열에 의해 용융되고, 탄화수소는 탄소동소체(Cn)의 입자로 분해 또는 환원되면서, 도 4에 도시된 바와 같이, Si 또는 SiO 입자에 탄소동소체(Cn)가 비산되면서 CVD에 의해 흡착된 형태의 Si-Cn 이나 SiO-Cn의 입자를 갖는 전극재료(200)를 합성할 수 있다.The electrode material 200 for a secondary battery manufactured by the manufacturing method of the secondary battery electrode material 200 using the plasma reactor 100 according to the embodiment of the present invention is an example, and the main material is silicon dioxide (SiO 2 ) ), and when the additional material is a hydrocarbon, silicon dioxide is thermally decomposed by plasma and decomposed into Si or SiO particles and melted by high heat, and the hydrocarbon is decomposed or reduced into particles of carbon allotrope (Cn), as shown in FIG. As described above, it is possible to synthesize the electrode material 200 having particles of Si-Cn or SiO-Cn in the form of Si-Cn or SiO-Cn adsorbed by CVD while carbon allotrope (Cn) is scattered on Si or SiO particles.

여기서, 탄소동소체(Cn)는 예컨대, 카본, 그래핀, 그라파이트, 탄소나노튜브, 또는 플러렌 등일 수 있으며, 탄화수소(CnHn)은 예컨대, CH4, C3H8, C2H2 등일 수 있다.Here, the carbon allotrope (Cn) may be, for example, carbon, graphene, graphite, carbon nanotubes, or fullerene, and the hydrocarbon (CnHn) may be, for example, CH 4 , C 3 H 8 , C 2 H 2 , and the like.

여기서, Si-Cn나 SiO-Cn는 2차 전지의 수소전지의 음극재의 소재로서, 음극재의 충방전용량을 증가시켜 2차전지의 에너지밀도를 향상시킬 수 있다.Here, Si-Cn or SiO-Cn is a material of the anode material of the hydrogen battery of the secondary battery, and can improve the energy density of the secondary battery by increasing the charge/discharge capacity of the anode material.

물론, 플라즈마에 의해 환원 또는 분해된 이산화규소와 탄화수소에서 환원 또는 분해된 입자에 의해 합성물은 SiO-Cn 외에 SiC, CO, CO2, SiH, H2O, SiO2-Cn 등이 생성될 수 있으나, 이들은 포집부(150)에서 분리하거나, 제2 양극전극(140)과 제1 양극전극(113)의 사이 거리를 조절하여 플라즈마의 길이를 조절하거나, 플라즈마의 세기를 조절하거나, 메인투입구(123)와 추가투입구(125)의 사이 거리를 조절하는 등의 공정상의 조건을 변경하여 최적화된 조건으로 세팅하여 원하는 형태의 SiO-Cn의 전극재료(200)를 얻을 수 있다.Of course, silicon dioxide reduced or decomposed by plasma and the compound by particles reduced or decomposed in hydrocarbons are SiC, CO, CO 2 , in addition to SiO-Cn. SiH, H 2 O, SiO 2 -Cn, etc. may be generated, but they are separated from the collecting unit 150 or the distance between the second anode electrode 140 and the first anode electrode 113 is adjusted to prevent the plasma from occurring. By changing the process conditions such as adjusting the length, adjusting the intensity of plasma, or adjusting the distance between the main inlet 123 and the additional inlet 125, set it to an optimized condition to obtain a desired shape of SiO-Cn. The electrode material 200 can be obtained.

다른 일례로 암모니아(NH3)를 추가물질로 더 투입하는 경우, 플라즈마에 의해 이산화규소에서 환원 및 합성된 Si가 암모니아에서 분해 또는 환원된 N와 합성되면서, 2차 전지의 음극재로서 사용되는 질화규소합성물 예컨대, SiO-Cn, SiON-CN, SiN-Cn을 얻을 수 있다.As another example, when ammonia (NH 3 ) is further added as an additional material, Si reduced and synthesized in silicon dioxide by plasma is synthesized with N decomposed or reduced in ammonia, silicon nitride used as an anode material of a secondary battery Composites such as SiO-Cn, SiON-CN, SiN-Cn can be obtained.

이때, 부산물로서는 질화규소(Si3N4)가 생성되어 질화규소를 함께 얻을 수도 있다.At this time, as a by-product, silicon nitride (Si 3 N 4 ) may be generated to obtain silicon nitride together.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 반응기(100) 및 이를 이용한 2차 전지용 전극재료(200) 제조방법, 및 이에 의해 제조된 2차전지 전극재는 플라즈마 반응기(100)의 플라즈마에 의해 메인물질과 추가물질의 입자를 분리하여 새로운 전극재료(200)로 합성하기 때문에 전극재료(200)를 용이하게 얻을 수 있다.Therefore, the plasma reactor 100 according to an embodiment of the present invention, the method for manufacturing the electrode material 200 for a secondary battery using the same, and the secondary battery electrode material manufactured thereby are the main material and the main material by the plasma of the plasma reactor 100 Since the particles of the additional material are separated and synthesized as a new electrode material 200 , the electrode material 200 can be easily obtained.

또한, 플라즈마에 의해 가스분위기에서 입자가 용융 또는 기화되면서 재결합하기 때문에 구형태의 전극재료(200)를 얻어 균일한 품질의 전극재료(200)를 생산하여 생산성을 향상시키고, 전극재료(200)의 품질을 향상시킬 수 있다.In addition, since the particles recombine while melting or vaporizing in a gas atmosphere by plasma, a spherical electrode material 200 is obtained and the electrode material 200 of uniform quality is produced to improve productivity, and quality can be improved.

또한, 하나의 공정상에서 여러 전극재료(200)를 생산할 수 있으며, 연속적인 생산이 가능하기 때문에 생산성을 향상시키고, 전극재료(200)를 비교적 용이하게 생산하여 생산비용을 대폭 낮출 수 있다.In addition, several electrode materials 200 can be produced in one process, and since continuous production is possible, productivity can be improved, and production costs can be significantly reduced by relatively easily producing the electrode materials 200 .

또한, 고순도의 전극재료(200)를 용이하게 취득하여 2차 전지의 성능을 향상시키고, 수명을 증대시킬 뿐만 아니라, 충방전량을 증가시켜 전지의 사용시간을 증가시킬 수 있다.In addition, it is possible to easily obtain the high-purity electrode material 200 to improve the performance of the secondary battery, increase the lifespan, and increase the charge/discharge amount to increase the battery usage time.

이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.In the above, embodiments of the present invention have been described, but the scope of the present invention is not limited thereto, and it is easily changed by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains from the embodiments of the present invention and recognized as equivalent. including all changes and modifications to the scope of

100: 플라즈마 반응기 110: 플라즈마노즐
111: 음극전극 113: 제1 양극전극
120: 입자분리부 121: 입자분리관
123: 메인투입구 125: 추가투입구
130: 재료합성부 131: 냉각부
140: 제2 양극전극 150: 포집부
151: 제1 포집부 153: 제2 포집부
155: 송풍기 157: 부산물탱크
200: 전극재료100: plasma reactor 110: plasma nozzle
111: negative electrode 113: first positive electrode
120: particle separation unit 121: particle separation tube
123: main inlet 125: additional inlet
130: material synthesis unit 131: cooling unit
140: second anode electrode 150: collecting unit
151: first collection unit 153: second collection unit
155: blower 157: by-product tank
200: electrode material

Claims (12)

음극전극, 상기 음극전극과 방전하여 플라즈마를 발생하는 제1 양극전극을 포함하는 플라즈마노즐,
상기 플라즈마노즐부터 발생하는 플라즈마에 의해 메인물질과 추가물질의 각각 입자를 환원 또는 분해하는 입자분리부,
상기 입자분리부에서 환원 또는 분해된 메인물질의 입자와 추가물질의 입자가 결합하여 전극재료로 합성하는 재료합성부, 및
상기 플라즈마노즐에서 발생하는 플라즈마의 길이를 연장하도록 상기 플라즈마노즐에서 이격되어 배치되는 제2 양극전극을 포함하고,
상기 제1 양극전극에 양극전류를 공급하여 상기 플라즈마를 발생한 뒤 상기 제2 양극전극에 양극전류를 공급하여 상기 플라즈마의 길이를 연장하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.A plasma nozzle comprising a cathode electrode, a first anode electrode generating plasma by discharging to the cathode electrode;
A particle separation unit for reducing or decomposing each particle of the main material and the additional material by plasma generated from the plasma nozzle;
A material synthesis unit in which particles of the main material reduced or decomposed in the particle separation unit and particles of an additional material are combined to form an electrode material, and
and a second anode electrode spaced apart from the plasma nozzle to extend the length of the plasma generated from the plasma nozzle,
Plasma reactor, characterized in that by supplying an anode current to the first anode electrode to generate the plasma, and then supplying an anode current to the second anode electrode to extend the length of the plasma. 제1항에 있어서,
상기 입자분리부는
상기 플라즈마가 외부에 노출되는 것을 차단하며 상기 메인물질과 상기 추가물질이 투입되는 입자분리관을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.According to claim 1,
The particle separation unit
and a particle separation tube that blocks the plasma from being exposed to the outside and into which the main material and the additional material are introduced. 제1항에 있어서,
상기 입자분리부는
상기 메인물질이 상기 플라즈마에 의해 먼저 입자가 환원 또는 분해된 후 순차적으로 상기 추가물질의 입자가 상기 플라즈마에 의해 환원 또는 분해되도록,
상기 메인물질이 투입되는 메인투입구, 및
상기 메인투입구에서 이격되어 상기 추가물질이 투입되는 추가투입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.According to claim 1,
The particle separation unit
After the main material is first reduced or decomposed by the plasma, the particles of the additional material are sequentially reduced or decomposed by the plasma,
The main inlet to which the main material is put, and
Plasma reactor, characterized in that it is spaced apart from the main inlet and comprising an additional inlet through which the additional material is introduced. 제1항에 있어서,
상기 추가물질은 둘 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.According to claim 1,
The additional material is a plasma reactor, characterized in that two or more. 제1항에 있어서,
상기 메인물질 또는 상기 추가물질이 분말인 경우, 상기 메인물질 또는 상기 추가물질을 상기 입자분리부와 상기 재료합성부에서 운반하는 캐리어가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.According to claim 1,
When the main material or the additional material is a powder, the plasma reactor comprising a carrier gas for transporting the main material or the additional material from the particle separation unit and the material synthesis unit. 제1항에 있어서,
상기 메인물질은 이산화규소(SiO2)이고 상기 추가물질은 탄화수소이며, 합성된 상기 전극재료는 SiO 입자에 탄소동소체(Cn)가 합성된 SiO-Cn을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.According to claim 1,
The main material is silicon dioxide (SiO 2 ), the additional material is a hydrocarbon, and the synthesized electrode material comprises SiO-Cn in which carbon allotropes (Cn) are synthesized in SiO particles. 제6항에 있어서,
상기 추가물질은 암모니아를 더 포함하고, 합성된 상기 전극재료는 SiON-Cn 또는 SiN-Cn을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.7. The method of claim 6,
The additional material further comprises ammonia, and the synthesized electrode material comprises SiON-Cn or SiN-Cn. 제1항에 있어서,
상기 재료합성부는
상기 전극재료를 고체화되도록 온도를 낮추는 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.According to claim 1,
The material synthesizing unit
Plasma reactor comprising a cooling unit for lowering the temperature to solidify the electrode material. 제1항에 있어서,
상기 재료합성부에서 합성된 전극재료를 포집하는 포집부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.According to claim 1,
Plasma reactor, characterized in that it further comprises a collecting unit for collecting the electrode material synthesized in the material synthesis unit. 제1항에 기재된 플라즈마 반응기를 이용한 2차 전지용 전극재료 제조방법으로서,
상기 플라즈마노즐에 전원을 공급하여 플라즈마를 발생하는 단계,
상기 입자분리부에 메인물질을 투입하여 상기 플라즈마에 의해 상기 메인물질의 입자를 환원 또는 분해하는 단계,
상기 입자분리부에 추가물질을 투입하여 상기 플라즈마에 의해 상기 추가물질의 입자를 환원 또는 분해하는 단계,
상기 재료합성부에서 상기 전극재료를 합성하는 단계, 및
상기 전극재료를 포집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기를 이용한 2차 전지용 전극재료 제조방법.As a method for manufacturing an electrode material for a secondary battery using the plasma reactor according to claim 1,
generating plasma by supplying power to the plasma nozzle;
reducing or decomposing particles of the main material by the plasma by introducing a main material into the particle separation unit;
reducing or decomposing particles of the additional material by the plasma by introducing an additional material into the particle separation unit;
synthesizing the electrode material in the material synthesizing unit, and
Electrode material manufacturing method for a secondary battery using a plasma reactor, characterized in that it comprises the step of collecting the electrode material. 제10항에 있어서,
상기 플라즈마를 발생하는 단계는
상기 플라즈마노즐에 전류를 공급하여 플라즈마를 발생하는 단계,
상기 제2 양극전극에 전류를 공급하여 상기 플라즈마의 길이를 연장시키는 단계, 및
상기 제1 양극전극에 공급되는 전류를 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기를 이용한 2차 전지용 전극재료 제조방법.11. The method of claim 10,
The step of generating the plasma
generating plasma by supplying a current to the plasma nozzle;
supplying a current to the second anode electrode to extend the length of the plasma; and
Method for producing an electrode material for a secondary battery using a plasma reactor, characterized in that it comprises the step of blocking the current supplied to the first anode electrode. 제10항에 기재된 플라즈마 반응기를 이용한 2차 전지용 전극재료 제조방법에 의해 제조된 2차전지용 전극재.An electrode material for a secondary battery manufactured by the method for manufacturing an electrode material for a secondary battery using the plasma reactor according to claim 10.
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