KR20140130943A - 전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬전이금속 산화물 처리 방법 및 이의 산화물 - Google Patents

전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬전이금속 산화물 처리 방법 및 이의 산화물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전자파를 플라즈마 발생기 내부로 전송하고, 상기 플라즈마 발생기로 플라즈마 소스 가스를 공급시켜 플라즈마 토치를 생성하며, 상기 플라즈마 토치에 리튬 전이금속 산화물 원료물질을 공급함을 포함하는, 플라즈마 토치를 이용한 리튬 전이금속 산화물을 합성하는 방법 및 이의 처리된 산화물을 제공한다.

Description

전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬전이금속 산화물 처리 방법 및 이의 산화물{METHOD FOR TREATING LITHIUM TRANSITION METAL OXIDE BY MICROWAVE PLASMA TORCH AND THE OXIDE THEREOF}
본 발명은 전자파 플라즈마 토치를 이용하여 산업공정 및 실생활에 필요한 화합물, 예컨대 리튬전이금속 산화물의 처리 방법에 관한 것이다.
리튬이온 이차전지는 가장 각광 받는 에너지 저장 기술이다. 리튬 이온의 저장에 해당하는 충전과 리튬 이온의 방출에 해당하는 방전이 핵심기술이며, 이를 위한 주요 구성은 전극이라 할 수 있다. 이러한 전극 중에 양극재가 있다. 리튬이온 이차전지의 양극재는 리튬 전이금속 산화물을 포함한다.
리튬 전이금속 산화물의 예로서, LiCoO2는 O3 암염구조의 111면을 따라 Li+와 Co3+가 규칙적으로 배열하는 O3 구조를 갖는다. 가장 먼저 상업화에 성공하여 최근 3년 전까지 거의 대부분의 리튬이차 전지용 양극 활물질로 사용되었다. 이론용량은 274mAh/g이나 4.3V(half cell)에서 사용할 수 있는 용량은 약 절반 정도를 상회한다. 용량을 높이기 위해서 4.2V 이상으로 상한전압을 올리면 육방정계와 단사정계 간의 상전이가 발생하며 이러한 상전이는 싸이클 특성을 열화시키게 된다. 또 다른 사이클 감소의 원인으로는 고전압 충전에 따른 코발트의 용출과 전극표면에서의 국부적인 CoO2 층의 존재가 보고되고 있다. 한편 대량 생산 시, 완벽한 양론비의 LiCoO2 표면을 얻지 못함으로써 발생하는 성능열화가 알려져 있다. 상전이를 억제하기 위해 Mg, Al7, Fe, Ni, Cr, Mn 등의 이종금속 치환 연구 및 수명특성 향상을 위한 금속 산화물 코팅이 활발하게 연구되었다. 이 가운데 상업적으로는 Al2O3 코팅과 Mg이 도핑된 LiCoO2가 전지에 채택되어 널리 적용되고 있다.
다른 예로서, LiCoO2와 동일한 결정구조(α-NaFeO2)를 갖는 양극재인 LiNiO2의 작동전압은 3.7V이며 이론용량은275mAh/g이다. 코발트 대비 낮은 원재료 가격 및 높은 에너지밀도(>200mAh/g)로 관심을 모으고 있으나, 리튬이온과 니켈 이온의 자리바꿈 현상으로 인해 제조가 용이하지 않으며 리튬 탈리에 의해 구조가 불안정해지고 이로 인해 사이클 특성, 저장 안정성, 고온시의 안정성이 크게 떨어지게 된다. 이의 해결을 위해 Ni의 일부를 Co로 치환한 LiNi1-xCoxO2 및 여기에 이종금속 Mn, Al 등을 추가 도핑하여 안정화 시키는 연구가 활발히 진행되었다. 전지에는 LiNi0.8Co0.2-xAlxO2의 조성이 적용 되고 있으며 안전성 등 많은 문제점을 안고 있지만 고용량화 요구에 의해 지속적인 연구가 진행 중에 있다.
또 다른 예로서, LiNixCoyMnzO2 삼성분계 재료는 LiCoO2와 같은 구조로 부피당 용량 및 작동전압이 LiCoO2과 비교하여 유사하며 Co 함량이 낮아 가격적인 이점이 크며 고전압영역에서의 안정적인 싸이클도 가능하다. 삼성분계재료는 Ni, Co, Mn 금속간 조성 및 Li/M비에 따라 다양한용량, 출력, 안전성 특성 등이나타난다. Li/M비 1.0 이상의 조성에서 전지특성 향상이 보고되고 있으며 전기차 적용(고율특성 향상)을 목적으로 Li/M 비가 1.0 이상으로 설계된 제품이 개발 및 검토 중에 있다. 현재, 생산 중인 삼성분계 조성은 Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 등이며, 점차 Co 함량을 최소화하는 조성으로 개발되고 있으며 현재 셀업체에서는 LiNixCoyMnzO2 삼성분계를 LiCoO2와 혼합 혹은 단독으로 사용 중에 있다.
또 다른 예로서, LiMxMn1-xO4는 기존 Co, Ni 소재(LiCoO2, LiNi1-x-yCoxAlyO2, Li[NixCoyMnz]O2) 대비 낮은 원재료 가격, 고율 충방전 특성, 높은 열안정성 등으로 전기차용 대형전지의 양극재로 기대를 모으고 있으며 실제 적용 중에 있다. 사이클 초기에 발생하는 급격한 용량 감소는 충전 시 산소의 손실에 의한 것으로 보고되고 있으며 고온에서의 용량감소 원인으로 망간 용출 구조적 불안정성, Jahn-teller 효과 등이 보고되었다. 산소결핍 LiMn2O4는 큐빅 구조에서 정방정계 구조로의 상전이를 수반하므로 이에 따라 싸이클 특성의 열화가 발생하며 양론 LiMn2O4을 통한 고온특성 개선 결과가 보고되었다. 양극으로부터 용해된 Mn 이온은 음극에 전착되어 열화를 촉진시킨다. 이의 해결을 위해 표면코팅, 비표면적 제어, 이종금속도핑, 타 양극소재와의 Blending 등이 꾸준히 시도되고 있다.
또 다른 예로서, 사방정계 구조를 갖는 LiFePO4의 이론용량은 170mAh/g이며 친환경적이고 원재료가가 매우 저렴한 재료이다. 충방전 간의 구조 유사성으로 인해 우수한 싸이클 및 우수한 열안정성을 갖고 있어 전기차용 전원과 같은 대형전원의 양극재로 적용되고 있다. 올리빈계 LiMPO4는 NASICON Li3Fe2(PO4)3와 단사정계 Fe2(SO4)3와 같은 폴리아니온 화합물의 일종으로 2차원 리튬확산 채널을 갖고 있다. 이 재료는 산소의 구조가 육방 밀집 충진되어 강하게 결합하기 때문에 Li 이온의 이동이 원활하지 못하고 제한되어지며, 또한 낮은 전기 전도도를 갖는다. 이를 극복하기 위해 입자 사이즈를 줄이거나 도전성 카본 코팅 연구가 활발히 진행되고 있으나 입경을 줄이면 전극밀도가 줄어들며, 코팅함량을 높이면 에너지밀도 저하가 수반되는 문제가 있어 전지의 최적설계가 필요한 부분이다.
또 다른 예로서, Li2MnO3는 Li[Li1/3Mn2/3]O2로 표현할 수 있으며 이때 망간은 4가의 산화수를 갖는다. 4가의 망간은 산화/환원 반응이 일어나지 않으며 고용화시 층상구조를 안정화 시키는데 기여한다. 고용체 산화물로는 Li[NixCo1-2xMnx]O2, LiNi1/2Mn1/2O2·Li2MnO3 등이 있다. Li2MnO3와 LiMO2이 복합화된 xLi2MnO3·(1-x)LiMO2 재료는 240~250mAh/g의 이상의 용량을 나타내며 이러한 용량을 발현하기 위해서는 4.5V 이상의 고전압 충전을 통한 활성화 단계가 반드시 필요하다. 4.5V 부근의 평탄 영역은 초기 비가역용량 즉, 산소탈리 반응으로 해석되고 있다. Li2MnO3는 4.4V 이상에서 리튬 탈리와 함께 산소 발생에 의한 Li2O를 형성하는 반응과 MnO2의 생성도 동반하며, 4.6V 이상으로 충전 시 2개의 스텝으로 반응이 일어난다.
LiMO2 →MO2 + Li+ + e- (1)
Li2MnO3 → MnO2 + 2Li+ +1/2O2 + 2e- (2)
Li이 완전히 탈리된 xMnO2·(1-x)MO2에서는 전해액 분해 및 O2 방출에 의한 표면 손상으로 리튬 삽입에 제한을 받기 때문에 싸이클에 따른 용량 감소가 발생하게 된다. 이에 대한 방안으로 다양한 표면처리 및 고율특성이 떨어지는 단점을 보완하기 위한 스피넬 상과의 고용체화 연구가 진행 중에 있다.
본 발명자는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점 및 필요를 인식하고, 리튬 이온 이차 전지 리튬 전이금속 산화물 양극 활물질의 성능(리튬 탈리등의 개선을 통한 수명향상, 특성 향상, 고온 및 저장 안정성 등)을 개선할 수 있는 전자파 플라즈마를 이용한 구성을 개발하기에 이르렀다.
더욱 특이적으로 본 발명은, 마이크로웨이브 플라즈마 토치를 이용하여, 리튬 전이 금속 산화물 원료 분말의 전도성 물질의 코팅, 구형화, 용출을 방지하기 위한 패시베이션 효과를 제공하고자 한다.
본 발명은, 전자파를 플라즈마 발생기 내부로 전송하고, 상기 플라즈마 발생기로 플라즈마 소스 가스를 공급시켜 플라즈마 토치를 생성하며, 상기 플라즈마 토치에 리튬 전이금속 산화물을 공급함을 포함하는, 전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬 전이금속 산화물을 처리하는 방법 및 이 방법으로부터 얻어진 리튬 전이금속 산화물을 제공한다.
상기 리튬 전이금속 산화물은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4, Li2MnSiO4, 및 LiNi1-x-yCoxMyO2 (M은 Co, Mn, Mg, Fe, Ni, Al 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 금속, 0<x+y<1)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 소스 가스는 이산화탄소, 질소, 산소, 공기 및 불활성가스로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스임을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 토치에 원료물질과 함께 또는 별도로 탄화수소화합물을 첨가하여 탄소 코팅 및/또는 도핑의 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 탄화수소화합물은, 메탄, 에탄, 에틸렌, 메탄올, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄 및 펜텐으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물이다.
상기 플라즈마 토치에 원료물질과 함께 또는 별도로 불소화합물을 첨가하여, 불소 코팅 및/또는 도핑을 제공하여 패시베이션 효과을 얻어 금속 또는 산화물의 용출을 방지할 수 있다.
상기 불소화합물은, 삼불화질소(NF3), 불소(F2), 탄화불소(CxHyFz), 불화수소(HF), 사불화탄소(CF4), 및 육불화항(SF6) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물임을 특징으로 한다.
상기 전자파 플라즈마 발생기는, 전자파가 입력되는 도파관; 상기 도파관을 관통하여 위치하고, 상기 전자파에 의해 플라즈마가 발생하는 방전관; 상기 방전관의 일측으로 플라즈마 소스 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 방전관 내에 유입된 전자파와 상기 플라즈마 소스 가스에 의한 플라즈마의 발생을 위한 초기 전자를 공급하는 점화부; 및 상기 방전관의 일측으로 상기 리튬 전이금속 산화물을 공급하는 재료공급부를 포함한다.
상기 플라즈마 토치가 분출하는 방전관 입구에 소통가능하게 연결된 진공챔버; 및 상기 진공챔버 내를 진공화하도록 구성되는 진공 펌프를 포함한다. 방전관 내 플라즈마 토치와 리튬 전이금속 산화물과의 반응 공간을 진공으로 하여 리튬 전이 금속 산화물을 열화로부터 보호할 수 있다.
상기 전자파 플라즈마 발생기는, 외부 전원을 인가받아 소정 크기의 전압을 가지는 교류 전원으로 변환하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부로부터 공급된 상기 교류 전원의 전압을 증폭하는 전압 증폭부; 상기 전압 증폭부에서 증폭된 교류 전원으로부터 펄스 신호를 생성하는 펄스 회로부; 및 상기 펄스 회로부에서 생성된 상기 펄스 신호를 상기 도파관으로 전송하는 펄스 방전부를 포함함을 특징으로 한다.
펄스 방전에 따른 전자파 플라즈마 토치와 리튬 전이금속 산화물과의 반응을 유도하여, 리튬 전이 금속 산화물을 열화로부터 보호할 수 있다.
상기 리튬 전이금속 산화물은, 탄소 도핑된 실리콘 산화물, 또는 탄소 코팅된 실리콘 산화물임을 특징으로 한다.
또한, 상기 리튬 전이금속 산화물은, 불소 도핑된 실리콘 산화물, 또는 불소 코팅된 실리콘 산화물임을 특징으로 한다.
또한, 상기 리튬 전이금속 산화물은, 회전 구형임을 특징으로 한다.
본 발명은, 리튬 전이금속 산화물의 전도성 물질 도핑 및 코팅에 따른 전도성 증가를 제공한다. 본 발명은, 리튬 전이금속 산화물 분말의 구형화를 제공하여, 분말 밀도를 증가시키고 분말 표면적을 증가, 정량 피딩의 용이성, 증가된 파우더 순도를 제공한다.
본 발명은, 리튬 전이금속 산화물 분말로부터 금속 또는 산화물이 용출되는 것을 방지하기 위한 패시베이션 코팅을 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 실리콘산화물 합성 장치를 개념적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 플라즈마를 이용한 실리콘산화물 합성 장치를 더욱 구체적으로 예시한다.
도 3은 플라즈마 발생부(150) 및 반응기(170)를 더욱 자세히 설명하는 도면이다.
도 4a는 2.45 GHz 전자파를 이용한 본 발명의 이산화탄소 플라즈마 토치 발생 장치로부터 발생된 이산화탄소 플라즈마 토치 불꽃을 보여주는 사진이다.
도 4b는 915 MHz 전자파를 이용한 본 발명의 이산화탄소 플라즈마 토치 발생 장치로부터 발생된 이산화탄소 플라즈마 토치 불꽃을 보여주는 사진이다.
도 5는 펄스회로부를 예시한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자파를 이용한 플라즈마 토치 발생 장치를 개념적으로 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 장치는 전원공급부(110), 마이크로웨이브 발진기(120), 마이크로웨이브 전송라인(130), 재료공급부(140), 플라즈마 (토치) 발생부(150), 플라즈마 소스 가스 공급부(160), 반응부(170), 점화부(180), 포집부(190) 및 진공수단(200)를 포함한다.
상기 전원공급부(110)는 전파전압배율기와 펄스 및 직류(DC)장치로 구성되어 상기 마이크로웨이브 발진기(120)로 전력을 공급하도록 구성된다.
상기 마이크로웨이브 발진기(120)는 10 ㎒ 내지 10 ㎓ 대역의 전자파를 발진하는 마그네트론이 사용된다. 바람직하게는 상기 마이크로웨이브 발진기(120)는 2.45GHz, 902 내지 928 MHz, 또는 886~896 MHz의 전자파, 바람직하게, 바람직하게는 915 MHz, 896 MHz, 및 2.45 GHz의 주파수 범위를 발진한다.
상기 마이크로웨이브 전송라인(130)은 도파관으로서, 상기 마이크로웨이브를 플라즈마 발생부(150)로 전송하도록 구성된다.
상기 재료공급부(140)는 플라즈마 발생부(150) 및/또는 상기 반응부(170)로, 리튬 전이금속 산화물 원료 물질 또는 탄화수소물질 등 반응에 필요한 물질을 공급하도록 구성된다.
상기 플라즈마 발생부(150)는 방전관 내의 일 공간으로서, 상기 마이크로웨이브 전송라인(130)의 종단에 설치되어 상기 마이크로웨이브 전송라인(130)을 통해 입력되는 전자파에 의해 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하도록 구성된다. 상기 플라즈마 발생부(150)는, 전자파가 전송되는 마이크로웨이브 전송라인(130)의 종단에 관통하여 위치하는 관형 방전관(310) 내 상기 전자파가 위치하는 영역에 해당된다.
상기 플라즈마 소스 가스 공급부(160)는 플라즈마 발생부(150) 내로 플라즈마 발생에 필요한 소정의 가스를 주입하도록 구성된다. 이러한 플라즈마 소스 가스는, 이산화탄소, 질소, 산소, 공기 또는 불활성가스일 수 있고, 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 반응부(170)는 상기 플라즈마 발생부로부터 상기 플라즈마 소스 가스 공급부의 공급 방향에 따른 반대편에 생성된 전자파 플라즈마 토치가 위치하는 공간이다.
상기 점화부(180)는 상기 플라즈마 발생부(150) 내에 전압이 인가되어 플라즈마 생성에 필요한 전자를 공급해줌으로써 플라즈마 토치를 생성하도록 하는 구성으로서 특별한 형태에 제안되는 것은 아니다.
상기 포집부(190)는 상기 반응부(170)과 소통가능하게 연결되어 상기 반응부에서 합성된 분말을 수집하도록 구성된다. 분말을 수집할 수 있는 구성이면 가능하고, 특정 형태 및 구성에 한정되는 것은 아니다. 포집부는 통상의 사이클론, 전기집진기, 필터백 등일 수 있다.
상기 진공수단(200)은 본 발명의 바람직한 일 예로서 추가될 수 있다. 상기 진공수단은 상기 반응부 내를 진공 또는 저압으로 유지케 하는 수단으로서 예를 들어 진공펌프등이 상기 반응부 일측에 구비된 형태일 수 있으나, 특정 형태에 한정되는 것은 아니다. 이러한 진공수단의 구비는 리튬 전이금속 산화물의 상변화, 용융 등의 적절한 제어를 위해 이용될 수 있다. 한편, 리튬 전이금속 산화물의 열화를 억제하고, 리튬 전이금속의 양극활물질로서의 본연의 기술에 해가 없이 탄소 도핑 및 코팅 또는 불소 패시베이션 그리고 구형화를 달성하도록 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자파 플라즈마 토치의 개략도이다. 전원입력부(110)는 마이크로웨이브 발진기(120)로 전력을 공급한다. 상기 마이크로웨이브 발진기(120)는 전자파를 발생시킨다. 상기 발생된 전자파는 순차적으로 순환기(210), 방향성 결합기(220), 정합기(230), 및 마이크로웨이브 전송라인(130)을 통해 플라즈마 발생부(150)로 전송된다.
상기 순환기(30)는 마그네트론(10)에서 발진된 전자파를 출력함과 더불어 임피던스 부정합으로 반사되는 전자파 에너지를 소멸시켜 마그네트론(10)을 보호하도록 구성된다.
상기 방향성 결합기(40)는 순환기(30)를 통해 전송된 전자파를 출력함과 더불어 입사파와 반사파의 세기를 모니터링하는 기능을 제공하게 된다. 상기 언급된 모니터링이란 입사파와 반사파의 세기를 측정하는 기능을 의미한다.
상기 스터브 튜너(50)는 방향성 결합기(40)로부터 입력되는 전파자에 대해 입사파와 반사파의 세기를 조절하여 임피던스 정합을 유도함으로써 전자파로 유도된 전기장이 방전관(70) 내에서 가장 강한 현상을 나타내도록 구성된다. 이때 상기 스터브 튜너(50)는 반사파의 세기가 입사파의 1％ 이내가 되도록 조절하게 되며, 플라즈마 생성이 초기화되면, 스터브 튜너(50) 없이도 반사파의 강도는 입사파의 10％ 보다 작게 된다.
도 3은 본 발명의 플라즈마 발생 장치의 내부를 예시하는 도면이다.
방전관의 내부로 전자파가 유입되고, 와류 소스 가스가 플라즈마 소스 가스 공급부(160)를 통해 공급되면, 점화부의 전극(도시되지 않음)에 전압이 인가되어 플라즈마 생성에 필요한 전자를 공급해줌으로써 플라즈마(310)를 생성하게 된다. 한편, 공급된 와류 소스 가스는 생성된 플라즈마를 안정화시키고 방전관 내에 와류를 형성하여 고온의 플라즈마 화염으로부터 방전관의 내벽을 보호하게 된다. 결국, 공급된 와류 가스는 방전관을 열적으로 보호하고 플라즈마를 안정화하는 기능을 제공하게 되며 전자파 플라즈마 토치를 형성한다.
예를 들어, 진동수가 2.45 ㎓인 전자파 3 kW를 사용하여 이산화탄소 플라즈마 토치를 생성할 경우, 플라즈마 화염의 중심온도 섭씨 5000~6000℃의 이산화탄소 플라즈마에서 이산화탄소 분자가 고온에서 분해하게 한다. 이러한 고온의 이산화탄소 플라즈마 토치는 궁극적으로 이산화탄소를 일산화탄소와 산소원자로 분해시키며 분해시키는 과정 중에 C-관련 화학종(예를 들어, C2, C2 +, C, CO, CO+, 등)을 만들어 내며 이 탄소 관련 종들이 도핑 또는 코팅된다. 또한 탄소 코팅율을 증가시키기 위해 추가로 탄화수소가스를 첨가할 수 있다.
도 3a에 예시된 바와 같이 방전관의 측면을 통해 재료 물질이 투입될 수 있거나, 도 3b에 예시된 바와 같이 엘보우 형이 방전관에 소통가능하게 연결된 형태에서 재료공급부(140)를 통해 재료 물질이 투입될 수 있다. 한편, 이산화탄소 공급부로 이산화탄소와 함께, 또는 이산화탄소 공급 측에 별도의 공급부로 재료 물질이 투입될 수 있다. 상기 방식들은 재료 물질이 투입되는 여러 방법의 예시이며, 재료 물질이 플라즈마 토치에 접촉될 수 있는한 그 방식에 한정되지 않는다.
일 측면으로서, 본 발명의 마이크로웨이브는 펄스 방전 형태로 도파관에 전송된다. 이는 리튬 전이금속 산화물의 열화를 억제하고, 리튬 전이금속의 양극활물질로서의 본연의 기술에 해가 없이 탄소 도핑 및 코팅 또는 불소 패시베이션 그리고 구형화를 달성하도록 한다.
이러한 펄스 방전에 대한 자세한 설명은 대한민국 출원번호 제 10-2011-0056077호가 참조되면 이 특허 출원은 본원에 그대로 통합되어 있다.
상기 펄스회로부의 상세 구성은 도 5가 참조된다. 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 회로부는 하나 이상의 고전압 펄스 생성 회로를 포함하였다.
고전압 펄스 생성 회로는, 일단이 전압 증폭부의 제1출력단과 연결되는 캐패시터(C), 일단이 전압 증폭부의 제2출력단과 연결되는 다이오드(D), 일단이 다이오드(D)의 타단과 연결되는 저항(R) 및 일단이 캐패시터(C)의 타단 및 저항(R)의 타단과 연결되는 스위치(S)를 포함하고 있으며, 이때 접지(Ground)는 캐패시터(C)의 일단과 연결되어 있다.
이와 같은 구조를 가짐에 따라, 상기 제1출력단 및 제2출력단을 통하여 고전압 펄스 생성 회로로 유입된 교류 전원은 캐패시터(C)에 축적되며, 캐패시터(C)에 축적된 전하는 스위치(S)에 의하여 주기적으로 방전되어 펄스 신호가 생성된다. 스위치(S)는 에어갭 구조로 생성되며, 상기 에어갭은 평소에는 절연 상태를 유지하다가, 캐패시터(C)에 축적된 전하량이 일정량 이상이 되면 상기 절연 상태가 깨어져서 고전압 펄스를 출력하게 된다. 이와 같은 구조를 가질 경우 캐패시터(C)에 축적된 전하는 짧은 시간(약 90nS 이내)내에 집중되어 방전되므로 짧은 시간 안에 큰 에너지를 얻을 수 있다.
한편, 상술한 고전압 펄스 생성 회로는 예시적인 것으로서 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에서 필요로 하는 고전압 펄스를 생성할 수 있는 회로이면 어떠한 회로라도 본 발명의 고전압 펄스 생성 회로로 사용될 수 있음에 유의한다.

Claims (14)

  1. 전자파를 플라즈마 발생기 내부로 전송하고, 상기 플라즈마 발생기로 플라즈마 소스 가스를 공급시켜 플라즈마 토치를 생성하며, 상기 플라즈마 토치에 리튬 전이금속 산화물을 공급함을 포함하는,
    전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬 전이금속 산화물을 처리하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리튬 전이금속 산화물은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4, Li2MnSiO4, 및 LiNi1-x-yCoxMyO2 (M은 Co, Mn, Mg, Fe, Ni, Al 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 금속, 0<x+y<1)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬 전이금속 산화물을 처리하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 소스 가스는 이산화탄소, 질소, 산소, 공기 및 불활성가스로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스임을 특징으로 하는,
    전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬 전이금속 산화물을 처리하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 토치에 원료물질과 함께 또는 별도로 탄화수소화합물을 첨가하는,
    전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬 전이금속 산화물을 처리하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 탄화수소화합물은, 메탄, 에탄, 에틸렌, 메탄올, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 프로필렌, 부탄, 부타디엔, 펜탄 및 펜텐으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물인,
    전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬 전이금속 산화물을 처리하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 토치에 원료물질과 함께 또는 별도로 불소화합물을 첨가하는,
    전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬 전이금속 산화물을 처리하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 불소화합물은, 삼불화질소(NF3), 불소(F2), 탄화불소(CxHyFz), 불화수소(HF), 사불화탄소(CF4), 및 육불화항(SF6) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물인,
    전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬 전이금속 산화물을 처리하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전자파를 플라즈마 발생기는,
    전자파가 입력되는 도파관;
    상기 도파관을 관통하여 위치하고, 상기 전자파에 의해 플라즈마가 발생하는 방전관;
    상기 방전관의 일측으로 플라즈마 소스 가스를 공급하는 가스공급부;
    상기 방전관 내에 유입된 전자파와 상기 플라즈마 소스 가스에 의한 플라즈마의 발생을 위한 초기 전자를 공급하는 점화부; 및
    상기 방전관의 일측으로 상기 리튬 전이금속 산화물을 공급하는 재료공급부를 포함하는,
    전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬 전이금속 산화물을 처리하는 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 플라즈마 토치가 분출하는 방전관 입구에 소통가능하게 연결된 진공챔버; 및
    상기 진공챔버 내를 진공화하도록 구성되는 진공 펌프를 포함하는,
    전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬 전이금속 산화물을 처리하는 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 전자파를 플라즈마 발생기:
    외부 전원을 인가받아 소정 크기의 전압을 가지는 교류 전원으로 변환하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부로부터 공급된 상기 교류 전원의 전압을 증폭하는 전압 증폭부; 상기 전압 증폭부에서 증폭된 교류 전원으로부터 펄스 신호를 생성하는 펄스 회로부; 및 상기 펄스 회로부에서 생성된 상기 펄스 신호를 상기 도파관으로 전송하는 펄스 방전부를 포함하는,
    전자파 플라즈마 토치를 이용한 리튬 전이금속 산화물을 처리하는 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따라 처리된 리튬 전이금속 산화물.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 리튬 전이금속 산화물은, 탄소 도핑된 실리콘 산화물, 또는 탄소 코팅된 실리콘 산화물인,
    리튬 전이금속 산화물.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 리튬 전이금속 산화물은, 불소 도핑된 실리콘 산화물, 또는 불소 코팅된 실리콘 산화물인,
    리튬 전이금속 산화물.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 리튬 전이금속 산화물은, 구형인,
    리튬 전이금속 산화물.
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