KR20160009817A - 플라즈마를 이용한 Si-C 복합체 제조장치 및 이를 이용한 Si-C 복합체 제조방법 - Google Patents

플라즈마를 이용한 Si-C 복합체 제조장치 및 이를 이용한 Si-C 복합체 제조방법 Download PDF

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KR20160009817A KR1020140090084A KR20140090084A KR20160009817A KR 20160009817 A KR20160009817 A KR 20160009817A KR 1020140090084 A KR1020140090084 A KR 1020140090084A KR 20140090084 A KR20140090084 A KR 20140090084A KR 20160009817 A KR20160009817 A KR 20160009817A
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Abstract

플라즈마를 이용한 실리콘-탄소(Si-C) 복합체를 제조하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 실리콘 나노 입자를 형성하고, 실리콘 나노 입자와 탄소를 복합화하는 Si-C 복합체 제조장치 및 제조방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 반응 공간을 제공하는 반응 챔버; 상기 반응챔버의 상측에 구비되며, 플라즈마를 발생시켜 실리콘 전구체를 분해하여 Si 입자를 생성하는 플라즈마 토치부; 상기 반응챔버 내부에 구비되며, 상기 반응챔버 내부로 공급되는 Si 입자를 냉각하는 냉각부; 및 상기 반응챔버 내부로 탄소구조체를 공급하는 탄소체 공급부;를 포함하고, 상기 반응챔버 내부에서 상기 실리콘 입자와 상기 탄소구조체가 복합화되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 Si-C 복합체 제조장치를 제공한다.

Description

플라즈마를 이용한 Si-C 복합체 제조장치 및 이를 이용한 Si-C 복합체 제조방법{MANUFACTURING DEVICE OF Si-C USING PLASMA SOURCE AND MANUFACTURING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 플라즈마를 이용한 실리콘-탄소(Si-C) 복합체를 제조하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 실리콘 나노 입자를 형성하고, 실리콘 나노 입자와 탄소를 복합화하는 Si-C 복합체 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
실리콘 나노 분말은 다양한 차세대 전기전자 또는 광학분야에 광범위하게 적용할 수 있는 물질로 알려져 있다. 예를 들면, 프린터블 전자공학에서 실리콘 나노분말을 포함하는 나노잉크는 전기 또는 광학 기능을 위한 반도체 층을 형성하는 친환경 공정에 이용된다. 최근, 고용량의 리튬 이온 전지의 음극 활물질로써 높은 이론 용량 (4200 mAh/g)을 갖는 실리콘이 탄소의 대체물질로 많이 연구되고 있다. 특히, 실리콘의 나노화은 수명저하의 원인인 전지의 충방전시 발생하는 실리콘 음극의 큰 부피 팽창(300~400 %)을 완화시키는 해결책 중 하나이다. 이것은 나노입자가 마이크로 입자보다 효율적으로 응력과 변형을 견딜 수 있기 때문이다. 하지만 실리콘의 나노화만으로는 전지의 충방전시 발생하는 부피변화에 대한 완충효과를 충분히 얻을 수 없다. 따라서 실리콘 나노 분말은 전기전도성과 구조적 완충효과를 가지는 탄소와의 적정한 혼합비율 및 균일한 구조적 배치가 필요하다. 실리콘 나노 분말을 연속공정을 통하여 다공성/비정질 탄소 코팅을 수행하면, 실리콘의 표면 산화를 방지함으로써 초기 비가역용량을 극소화하고, 동시에 충방전 시 발생하는 실리콘의 부피팽창의 완충효과를 통하여 전지의 수명특성을 향상시킬 수 있다.
일반적으로 실리콘 나노 분말을 제조할 수 있는 방법으로는 고상합성법, 액상합성법, 기상합성법으로 분류된다. 고상합성법은 기계적 합금화 또는 에너지 반응 분쇄를 이용하여 나노 분말을 제조하는 방법으로, 공정 중에 불순물의 혼입이나 나노 분말의 불균일한 응집현상이 나타나기 때문에 고품질의 나노 분말을 제조하는데 적합하지 않은 문제점이 있다. 액상합성법은 공침법, 졸-겔법, 수열법 등과 같은 액상 중의 반응으로 입자의 응집현상이 크고 공정이 복잡하며 환경에 유해한 물질이 배출되어 상용화하는데 제약이 많은 문제점이 있었다. 기상합성법은 반응속도가 높고 고순도의 입자를 얻을 수 있기 때문에 가장 선호되고 있다. 특히, 저온 플라즈마를 이용한 합성법은 입자응집이 적고 나노입자 분산성이 높기 때문에 실리콘 나노 분말 제조에 적합하다. 높은 질의 실리콘 나노 분말을 제조하기 위해서는 플라즈마 밀도나 작동압력, 반응기체 분압, 반응기체 체류시간 등의 여러 지의 변수가 고려되어야 한다.
관련선행기술로는 대한민국 공개특허 10-2012-0130039호 (공개일자 2012년 11월 28일) '플라즈마 나노 분말 합성 및 코팅 장치와 그 방법'이 있다.
본 발명의 목적은 플라즈마 토치를 이용하여 Si-C 복합체를 균일하게 연속식으로 제조할 수 있는 제조장치 및 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 고가의 진공부가 필요 없는 대기압 플라즈마 Si-C 복합체 제조장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 Si 입자의 성장을 제어하여 Si 나노 입자의 입도와 Si-C 복합체의 직경을 조절할 수 있는 Si-C 복합체 제조장치 및 제조방법을 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반응 공간을 제공하는 반응 챔버; 상기 반응챔버의 상측에 구비되며, 플라즈마를 발생시켜 실리콘 전구체를 분해하여 Si 입자를 생성하는 플라즈마 토치부; 상기 반응챔버 내부에 구비되며, 상기 반응챔버 내부로 공급되는 Si 입자를 냉각하는 냉각부; 및 상기 반응챔버 내부로 탄소체를 공급하는 탄소체 공급부;를 포함하고, 상기 반응챔버 내부에서 상기 실리콘 입자와 상기 탄소체가 복합화되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 Si-C 복합체 제조장치를 제공한다.
상기 탄소체 공급부는 상기 냉각부로 연결되어, 상기 냉각부를 통하여 탄소체가 공급되는 것이 바람직하다.
상기 반응 챔버의 후단에 구비되어 Si-C 입자를 포집하는 입자 포집부를 더 포함할 수 있으며, 상기 입자 포집부의 후단에 구비되어 산 배기가스를 처리하는 스크러버를 더 포함할 수 있다.
그리고 본 발명은 반응 공간을 제공하는 반응 챔버와, 상기 반응챔버의 상부에 구비되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 토치부와, 상기 반응챔버 내부에 구비되어 상기 플라즈마의 하부에 냉각가스를 공급하는 냉각부를 포함하는 Si-C 복합체 제조장치를 이용한 Si-C 복합체 제조방법으로, 반응챔버 내부로 Si 전구체를 플라즈마 형성 가스와 함께 공급하여, 플라즈마와 함께 주입되는 Si 전구체가 해리 및 결합하여 핵화 및 핵성장 과정을 통해 Si 입자가 형성되도록 하는 단계와, 상기 반응 챔버 내부로 냉각가스와 함께 탄소체를 공급하여, 상기 Si 입자와 탄소체를 복합화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Si-C 복합체 제조방법을 제공한다.
상기 Si 전구체는 고상의 마이크로 Si 입자 또는 액상의 SiCl4를 분무하거나가스화한 것이거나, SiH4 가스를 사용할 수 있다.
상기 탄소체는 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF) 및 흑연 등의 1종 이상의 탄소구조체를 포함할 수 있으며,
상기 냉각가스는 공기(Air), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 수소(H2) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각부로 탄소 전구체 가스를 추가로 공급하여, Si-C 복합체에 탄소 코팅이 형성되도록 할 수 있다. 이 때, 상기 탄소 전구체 가스는 알코올 또는 탄화수소계 가스를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조장치는 Si 나노입자 형성 및 Si-C 복합화 과정이 일체형 반응 챔버 내에서 이루어지며, 원료 투입 방법과 플라즈마 출력, 가스 종류 및 유량, 냉각 가스 등의 공정 조건에 따라 Si 나노입자 및 Si-C 복합체의 특성을 제어할 수 있는 효과를 가져온다.
그리고, 본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조장치는 진공부가 필요치 않아 설비의 가격을 낮출 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조장치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 냉각부를 통한 냉각가스 주입전과 후의 반응기 내부의 온도분포를 나타낸 도면,
도 3은 냉각부를 통한 냉각가스 주입전과 후의 플라즈마 화염 형태를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예 따른 냉각부를 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조방법으로 제조한 Si 나노입자의 SEM 사진,
도 6은 본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조방법으로 제조한 Si 나노입자의 XRD 회절패턴을 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조방법으로 제조한 Si-C 복합체의 라만 스펙트럼을 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명의 제조장치를 이용하여 제조한 Si 나노입자 및 Si-C 복합체를 리튬이차전지 음극소재에 적용한 결과를 나타낸 그래프임.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조장치를 나타낸 개념도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조장치는 반응 공간을 제공하는 반응 챔버(110)와, 플라즈마를 발생시켜 실리콘 전구체 가스를 분해하여 Si 입자를 생성하는 플라즈마 토치부(120)와, 상기 반응 챔버(110) 내부에 구비되어 공급되는 Si 입자를 냉각하는 냉각부(130)와, 상기 반응 챔버(110) 내부로 탄소구조체를 공급하는 탄소체 공급부(140)를 포함한다.
플라즈마 토치부(120)는 반응 챔버(110)의 상측에 구비되며, 냉각부(130)는 플라즈마 토치부(120)의 하부에 구비된다.
탄소체 공급부(140)는 상기 냉각부(130)로 연결되어, 냉가스와 함께 탄소체가 공급되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 반응 챔버(110)의 후단에는 Si-C 입자를 포집하기 위한 입자 포집부(150)와, 상기 입자 포집부(150)의 후단에 연결되어 산 배기가스를 중화시켜 처리하는 스크러버(160)를 포함한다.
본 발명은 플라즈마 토치부(120)와 반응 챔버(110)를 일체형으로 형성하여 Si-C 복합체를 균일하게 연속식으로 제조할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
플라즈마 토치부(120)로 공급되는 실리콘 전구체는, 고상의 마이크로 Si 입자, 액상의 SiCl4, 기상의 SiH4 등을 전구체 원료를 사용할 수 있다.
전구체 원료를 충분히 균일 미세화 혹은 가스화하여 Ar(아르곤), N2(질소) 등의 플라즈마 형성 가스와 함께 플라즈마 토치로 투입된다. 또한 H2 가스는 캐리어가스 또는 반응가스로 Si 전구체 원료와 함께 투입될 수 있다.
플라즈마 토치부(120)는 다양한 플라즈마 소스를 사용할 수 있다. 예를 들면, 전자 사이클로트론 공진 (ECR: Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 소스, 반응형 이온 에칭 (RIE: Reactive Ion Etching) 소스, 용량성 결합 플라즈마 (CCP: Capacitively Coupled Plasma) 소스, 유도성 결합 플라즈마 (ICP: Inductively Copled Plasma) 소스 등 다양한 종류의 플라즈마 소스를 사용할 수 있다.
이 중 ECR 소스는 마이크로 웨이브 플라즈마라고도 하는데, 일반적으로 마이크로파가 플라즈마 발생의 에너지원이기 때문이다. ICP 소스는 유도코일에 RF 전원을 공급하여 챔버 내부로 전기장을 발생시키고, 발생된 전기장에 의하여 플라즈마를 생성시키는 무전극 방전 방식이다. 반면, CCP 소스는 전극판에 RF 전력을 공급하여 발생된 전기장에 의해서 챔버 내부에 플라즈마를 생성시킨다.
냉각부(130)는 반응 챔버(110) 내부에 구비되는 것으로 Si 나노입자 반응과 형성 등을 제어하기 위한 것이다.
플라즈마 토치부(120)에서는 플라즈마 소스에 의해 플라즈마 형성가스(Ar, N2 등)에 의해 플라즈마가 형성되고, 이와 함께 주입되는 실리콘 전구체가 해리 및 결합하여 핵화 및 핵성장 과정을 통해 Si 입자가 형성된다.
플라즈마 토치부(120)에서 냉각부(130) 사이에서 Si 나노입자가 성장하며, 냉각가스가 주입되는 냉각부(130)에서 입도 등의 미세구조가 제어된다.
또한, 냉각부(130)로 탄소체가 투입되어 Si-C 복합화 과정이 연속적으로 수행된다.
탄소구조체는 탄소체 공급부(140)로부터 냉각부(130)로 공급된다.
탄소체 공급부(140)는 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF), 흑연 등의 탄소구조체를 냉각부로(130)로 공급할 수 있다. 또한, 탄소체 공급부(140)는 탄소 전구체 가스를 공급할 수도 있다. 탄소 전구체 가스로는 알코올 또는 탄화수소계 가스가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조방법은 상술한 바와 같은 제조장치를 이용하는 것으로, 반응 챔버(110) 내부로 Si 전구체 가스를 플라즈마 형성 가스와 함께 공급하여, 플라즈마와 함께 주입되는 Si 전구체가 해리 및 결합하여 핵화 및 핵성장 과정을 통해 Si 입자가 형성되도록 하는 단계와, 상기 반응 챔버 내부의 냉각부(130)로 냉각가스와 함께 탄소구조체를 공급하여, 상기 Si 입자와 탄소구조체를 복합화하는 단계를 포함한다.
이 때, 냉각부로 탄소 전구체 가스를 추가로 공급하여, Si-C 복합체에 탄소 코팅이 형성되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조장치 및 제조방법은 Si 나노입자 형성 및 Si-C 복합화 과정이 일체형 반응 챔버(110) 내에서 이루어지며, 원료 투입 방법과 플라즈마 출력, 가스 종류 및 유량, 냉각 가스 등의 공정 조건에 따라 Si 나노입자 및 Si-C 복합체의 특성을 제어할 수 있는 효과를 가져온다.
도 2는 냉각부를 통한 냉각가스 주입전과 후의 반응기 내부의 온도분포를 나타낸 것이고, 도 3은 냉각부를 통한 냉각가스 주입전과 후의 플라즈마 화염 형태를 나타낸 것이다.
도 2를 살펴보면, 냉각가스를 주입하면 반응기 전체 온도뿐만 아니라, 기류의 온도가 효과적으로 감소하게 되는 것을 알 수 있다. 또한 도 3을 살펴보면 냉각가스의 주입으로 플라즈마의 화염이 짧아지며 형태가 변형된 것을 알 수 있다. 이러한 냉각가스는 효과적인 입자 형성에 중요한 역할을 수행하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예 따른 냉각부를 나타낸 사시도이다.
냉각부(130)는 플라즈마 영역의 하부에 냉각가스와 탄소체를 주입하기 위한 구성이다.
냉각부(130)는 대략 링 형상을 가지며 내면에 분사홀(132)이 형성되어 있다.
분사홀의 직경은 1~3mm 범위이고, 균일한 간격으로 형성되어 있다.
냉각부(130)의 재질로는 내화학성 금속재질이 적합하다.
냉각부(130)를 통해서 주입되는 냉각가스로는 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 수소(H2), 공기(Air) 등이 사용될 수 있으며, 이들의 혼합 가스가 사용될 수도 있다.
실시예
도 5는 본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조방법으로 제조한 Si 나노입자의 SEM 사진이고, 아래의 표1은 플라즈마원의 출력, 플라즈마 형성가스, 입자 전구체, 전구체 유량에 따라 생성된 나노입자의 특성을 나타낸 것이다.
플라즈마 에너지원 출력 플라즈마 형성가스 냉각가스 입자 전구체 전구체 유량 나노입자 특성
RF(ICP) 300W Ar
500 ccm		 Ar
300 ccm		 SiH4(기상) 5 ccm 입자크기 25~30 nm
RF(ICP) 300W Ar
500 ccm		 Ar
300 ccm		 SiH4(기상) 10 ccm 입자크기 20~25 nm
RF(ICP) 300W Ar
500 ccm		 Ar
300 ccm		 SiH4(기상) 20 ccm 입자크기 15~20 nm
생산효율
50%이하
RF(ICP) 300W Ar
400 ccm		 Ar
400 ccm		 SiH4(기상) 20 ccm 생산효율
50~70%
RF(ICP) 300W Ar
300 ccm		 Ar
500 ccm		 SiH4(기상) 20 ccm 생산효율
70% 이상
Microwave(ECR) 3kW N2
20 SLPM		 Ar
0 SLPM		 SiCl4
w/ H2
(액상)		 1~5ml/min 2차 입자 형성
(1~10 ?)
Microwave(ECR) 3W N2
20 SLPM N		 Ar
10 SLPM		 SiCl4
w/ H2
(액상)		 1~5ml/min 입자크기 120nm 이상
Microwave(ECR) 3W N2
20 SLPM		 Ar
20 SLPM		 SiCl4
w/ H2
(액상)		 1~5ml/min 입자크기 80~120nm
냉각가스로는 N2를 공급하면서 제조하였다. 제조된 Si 나노입자는 구형의 형태를 가지며 비교적 균일한 입도를 나타냈다.
도 6은 본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조방법으로 제조한 Si 나노입자의 XRD 회절패턴을 나타낸 것이고, 아래의 표 2는 플라즈마원의 출력, 플라즈마 형성가스, 입자 전구체, 전구체 유량에 따라 생성된 나노입자의 특성을 나타낸 것이다.
플라즈마 에너지원 출력 플라즈마 형성가스 냉각가스 입자 전구체 전구체 유량 생성입자 결정성
RF(ICP) 100W Ar
500 ccm		 Ar
300 ccm		 SiH4 (기상) 5,10,20 ccm 비정질
RF(ICP) 300W Ar
500 ccm		 Ar
300 ccm		 SiH4 (기상) 5,10,20 ccm 결정질
RF(ICP) 300W Ar
500 ccm		 Ar
300 ccm		 SiH4 w/
PH3 or H2 (기상)		 5,10,20 ccm
/5~20 ccm		 결정질
RF(ICP) 300W Ar
500 ccm		 Ar
300 ccm		 SiH4 w/
PH3 or H2
(기상)		 5,10,20 ccm
/25~100 ccm		 비정질
Microwave(ECR) 1kW N2
20 SLPM		 Ar
20 SLPM		 SiCl4
w/ H2
(액상)		 1~5ml/min 비정질
Microwave(ECR) 3W N2
20 SLPM N		 Ar
20 SLPM		 SiCl4
w/ H2
(액상)		 1~5ml/min 결정질
Microwave(ECR) 3W N2
20 SLPM		 Ar
0 SLPM		 SiCl4
w/ H2
(액상)		 1~5ml/min 결정질
왼쪽의 XRD 패턴 결과에서는 비정질의 Si 나노입자에 해당하는 넓은 영역의 band가 관찰되었다. 오른쪽의 XRD 패턴 결과와 같이 결정질의 경우, 28.4, 47.3, 56.1, 69.1 76.3 (2θ) 위치에서 큐빅 구조의 Si(JCPDS #75-0589)에 상응하는 피크가 나타났다. XRD 패턴 결과에서 보여지는 바와 같이, 플라즈마 토치에서 제조된 Si 나노입자는 공정조건(플라즈마 밀도, 기체 분압, 체류시간 등)에 따라 비정질이나 결정질의 Si 나노입자를 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 Si-C 복합체 제조방법으로 제조한 Si-C 복합체의 라만 스펙트럼을 나타낸 것이다.
왼쪽 라만 스펙트럼은 플라즈마 반응기에서 제조된 Si 나노입자의 결과로, 약 ~510 cm-1 위치에서 결정질의 Si 입자에 상응하는 피크(Si-Si stretching mode)가 나타났으며, ~957 cm-1 위치에서 비정질의 Si 입자에 상응하는 피크(Si-Si stretching mode)가 나타났다. 오른쪽 라면 스펙트럼은 플라즈마 반응기에서 제조된 Si-C 복합체의 결과로, 약 502 cm-1 위치에서 결정질의 Si 입자에 상응하는 피크가 나타났으며, 1350 cm-1 위치에서 결정성이 낮은 탄소(D band; amorphous graphitic materials) 피크와 1570cm-1 위치에서 결정성이 높은 탄소(G band; crystalline graphite)에 상응하는 피크가 나타났다.
도 8은 본 발명의 제조장치를 이용하여 제조한 Si 나노입자(검정색) 및 Si-C 복합체(초록색) 나노입자를 리튬이차전지 음극소재에 적용한 결과이다.
이차전지 음극소재의 충방전 평가 결과, 결정질의 Si 나노입자(평균 입자 크기 25n m)의 경우, 초기 충전용량은 약 2,540 mAh/g이며, 초기 쿨롱 효율 61.7 %이다. 100 싸이클 이후 용량 유지율은 약 17 %이었다. 탄소 코팅된 Si-C 복합체(1~10 μm)의 경우, 초기 가역용량이 2,588 mAh/g, ICE 67.0 %, 100번째 싸이클에서의 용량 유지율이 53.7 %로, 탄소 코팅처리 하지 않은 Si NPs 대비 초기 가역 용량 및 초기 쿨롱 효율과 용량 유지율이 모두 현저하게 상승되었다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 반응 챔버
120 : 플라즈마 토치부
130 : 냉각부
140 : 탄소체 공급부
150 : 입자 포집부
160 : 스크러버

Claims (12)

  1. 반응 공간을 제공하는 반응 챔버;
    상기 반응챔버의 상측에 구비되며, 플라즈마를 발생시켜 실리콘 전구체를 분해하여 Si 입자를 생성하는 플라즈마 토치부;
    상기 반응챔버 내부에 구비되며, 상기 반응챔버 내부로 공급되는 Si 입자를 냉각하는 냉각부; 및
    상기 반응챔버 내부로 탄소구조체를 공급하는 탄소체 공급부;를 포함하고,
    상기 반응챔버 내부에서 상기 실리콘 입자와 상기 탄소구조체가 복합화되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 Si-C 복합체 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소체 공급부는 상기 냉각부로 연결되어, 상기 냉각부를 통하여 탄소구조체가 공급되는 것을 특징으로 하는 Si-C 복합체 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버의 후단에 구비되어 Si-C 입자를 포집하는 입자 포집부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Si-C 복합체 제조장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 입자 포집부의 후단에 구비되어
    산 배기가스를 처리하는 스크러버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Si-C 복합체 제조장치.
  5. 반응 공간을 제공하는 반응 챔버와, 상기 반응챔버의 상부에 구비되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 토치부와, 상기 반응챔버 내부에 구비되어 냉각가스를 공급하는 냉각부를 포함하는 Si-C 복합체 제조장치를 이용한 Si-C 복합체 제조방법으로,
    반응챔버 내부로 Si 전구체를 플라즈마 형성 가스와 함께 공급하여, 플라즈마와 함께 주입되는 Si 전구체가 해리 및 결합하여 핵화 및 핵성장 과정을 통해 Si 입자가 형성되도록 하는 단계와,
    상기 반응 챔버 내부로 냉각가스와 함께 탄소구조체를 공급하여, 상기 Si 입자와 탄소구조체를 복합화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Si-C 복합체 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 Si 전구체는
    고상의 마이크로 Si 입자 또는 액상의 SiCl4를 분무하거나 가스화한 것이거나, SiH4 가스인 것을 특징으로 하는 Si-C 복합체 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄소구조체는
    탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF) 및 흑연 등의 1종 이상의 탄소구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 Si-C 복합체 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각가스는
    공기(Air), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 및 수소(H2) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 Si-C 복합체 제조방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각부로 탄소 전구체 가스를 추가로 공급하여, Si-C 복합체에 탄소 코팅이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 Si-C 복합체 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 탄소 전구체 가스는
    알코올 또는 탄화수소계 가스인 것을 특징으로 하는 Si-C 복합체 제조방법.
  11. 제 6 항의 Si-C 복합체 제조방법으로 제조된 Si-C 복합체.
  12. 제 6 항의 Si-C 복합체 제조방법으로 제조된 Si-C 복합체를 음극소재로 적용한 리튬이차전지.
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