KR20190032385A - 입자 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

입자 코팅 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190032385A
KR20190032385A KR1020197002342A KR20197002342A KR20190032385A KR 20190032385 A KR20190032385 A KR 20190032385A KR 1020197002342 A KR1020197002342 A KR 1020197002342A KR 20197002342 A KR20197002342 A KR 20197002342A KR 20190032385 A KR20190032385 A KR 20190032385A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reactor
particles
gas
reactors
reactive gas
Prior art date
Application number
KR1020197002342A
Other languages
English (en)
Inventor
틸만 립슈
얘거 프랑크 클라이네
다니엘 실버나겔
스테판 스트레게
Original Assignee
바스프 에스이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 바스프 에스이 filed Critical 바스프 에스이
Publication of KR20190032385A publication Critical patent/KR20190032385A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45548—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction
    • C23C16/45551—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction for relative movement of the substrate and the gas injectors or half-reaction reactor compartments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4417—Methods specially adapted for coating powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45548—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45555—Atomic layer deposition [ALD] applied in non-semiconductor technology
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 (a) 입자를 제 1 반응성 가스와 접촉시킬 수 있는 제 1 반응기 및 (b) 입자를 제 2 반응성 가스와 접촉시킬 수 있는 제 2 반응기를 포함하는 원자층 침착에 의한 입자 코팅 장치에 관한 것으로, 이때 상기 제 1 및 제 2 반응기는 제 1 및 제 2 가스 락에 의해 분리되고, 상기 입자는 상기 제 1 반응기로부터 상기 제 1 가스 락을 통해 제 2 반응기로 이송될 수 있으며, 동시에 상기 입자는 제 2 반응기로부터 제 2 가스 락을 통해 제 1 반응기로 이송될 수 있다.

Description

입자 코팅 장치 및 방법
본 발명은 원자층 침착에 의해 입자를 코팅하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
원자층 침착(ALD)은 코팅 두께에 대한 고도의 제어가 가능하므로 매력적인 재료 코팅 방법이다. 또한 매우 얇은 코팅의 품질이 다른 방법으로 제조된 것보다 훨씬 좋다. ALD 원리는 문헌[George, Chemical Reviews 110(2010), 111-131]에 자세히 설명되어 있다. ALD는 30 년 이상 알려져 왔지만 산업 적용 가능성은 여전히 제한적이다. 그 이유 중 하나는 최근까지 높은 처리량 방법이 달성되지 않았기 때문이다. 이전에는, 코팅될 기판이 진공 챔버에 넣어져 여기에서 제 1 반응성 가스와 반응되었다. 그의 잔류물은 제 2 반응성 가스가 도입되기 전에 배기에 의해 제거되었다. 이 공정은 특히 입자 크기가 작은 입자를 코팅하는 경우 오랜 시간이 걸린다. 최근에는, 대기압에서 실시될 수 있는 연속 공정이 도입되었다.
US 2015/0079310 A1은 ALD 공정으로 입자를 코팅하기 위한 장치를 개시한다. 입자는 제 1 반응성 가스에 이어서 제 2 반응성 가스가 유동되는 벨트 위에서 이송된다.
US 2015/0031157 A1은 유사한 장치를 개시한다. 여기서는, 입자가 속도 조절 부재 위로 불어 넣어지고 반응성 가스의 흐름에 의해 추월된다.
그러나, 상기 두 가지 방법에서는, 반응성 가스의 분리가 재료 처리량을 제한한다는 문제가 남아 있다. 반응성 가스가 서로 접촉하면 생성물이 부산물로 오염되고 원치 않는 침전물에 의해 장치가 막힐 수 있다. 또한, 예를 들어 모든 가스 도입 영역이 동일한 치수이고 제 1 반응성 가스가 제 2 반응성 가스보다 훨씬 더 많은 반응 시간을 필요로 한다면, 가장 느린 반응이 전체 공정을 제한한다.
US 9 284 643 B2는 입자가 하나의 챔버에서 다음 챔버로 떨어지는(fall) ALD 공정으로 입자를 코팅하는 장치를 개시한다. 그러나, 이 장치는, 특히 입자 상에 더 두꺼운 코팅이 요구되는 경우, 대규모 생산에 적합하지 않다.
본 발명의 목적은, 높은 재료 처리량을 허용하고, ALD 공정에서 상이한 반응의 반응 파라미터가 독립적으로 조정될 수 있을 정도로 융통성있는 장치를 제공하는 것이다. 또한, 상대적으로 낮은 투자 비용으로 두꺼운 코팅을 얻는데 쉽게 사용할 수 있는 장치를 목표로 했다. 또한, 생성물의 오염 및 원하지 않는 퇴적물의 장치 내부에의 축적을 피하는 장치를 제공하는 것이 목적이었다.
이러한 목적은,
(a) 입자를 제 1 반응성 가스와 접촉시킬 수 있는 제 1 반응기,
(b) 입자를 제 2 반응성 가스와 접촉시킬 수 있는 제 2 반응기, 및
(c) 상기 제 1 및 제 2 반응기 사이에 배치된 하나 이상의 완충 장치(buffer device)
를 포함하는, 원자층 침착에 의해 입자를 코팅하는 장치에 의해 달성되었으며, 이때 상기 제 1 및 제 2 반응기는 제 1 및 제 2 가스 락(lock)에 의해 분리되고, 상기 제 1 반응기로부터 상기 제 1 가스 락을 통해 상기 제 2 반응기 또는 상기 완충 장치로 입자가 이송될 수 있고, 동시에 상기 제 2 반응기로부터 상기 제 2 가스 락을 통해 상기 제 1 반응기로 또는 상기 완충 장치로 입자가 이송될 수 있다.
본 발명은 또한, 입자를 코팅하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은
(a) 제 1 반응기에서 입자를, 상기 입자의 표면과 반응하는 제 1 가스에 노출시키고,
(b) 제 2 반응기에서 상기 입자를 제 2 가스에 노출시키는 단계로서, 이 제 2 가스는, 상기 제 1 가스와 반응된 후의 상기 입자의 표면과 반응하는, 단계
를 포함하며, 이때 상기 입자는 제 1 가스 락을 통해 상기 제 1 반응기로부터 제 2 반응기 또는 완충 장치(c)로 이송되고, 제 2 가스 락을 통해 상기 제 2 반응기로부터 상기 제 1 반응기 또는 완충 장치(c)로 이송되고, 하나 이상의 완충 장치(c)가 수반된다.
도 1은, 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시양태의 개략도이다.
본 발명의 바람직한 실시양태는 상세한 설명 및 청구범위에서 확인될 수 있다. 다른 실시양태들의 조합은 본 발명의 범위 내에 든다.
원자층 침착(ALD)은 원자층 에피택시(ALE)라고도 불린다. 하나 이상의 유기 화합물이 침착 공정에 관여하는 경우, 때로는 ALD가 분자층 침착(MLD)으로도 지칭된다. 본 발명과 관련하여, ALD는 이들 용어와 관련된 미묘한 차이에 관계없이 ALE 및 MLD를 포함한다.
본 발명에 따른 장치는 제 1 및 제 2 반응기를 포함하며, 이들은 입자를 각각 제 1 및 제 2 반응성 가스와 접촉시킬 수 있다. 제 1 및 제 2 반응기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 반응기 중 적어도 하나는 서로에 대해 입자를 이동시킬 수 있으며, 더욱 바람직하게는 제 1 및 제 2 반응기 모두가 서로에 대해 입자를 이동시킬 수 있으며, 특히 제 1 및 제 2 반응기는 반응성 가스가 입자 표면과 반응하기에 충분한 시간 동안, 예를 들어 30 초 초과 또는 5 분 초과 동안, 입자를 서로에 대해 이동시킬 수 있다. 이것은 입자들이 서로 달라 붙을 확률을 감소시키고 일반적으로 코팅의 품질을 증가시킨다.
바람직하게는, 입자들의 상대 운동의 속도는 제 1 및/또는 제 2 반응기에서 조절될 수 있는데, 예를 들어 혼합 속도와 같은 기계적 에너지의 투입이 제 1 및/또는 제 2 반응기에서 조절될 수 있다. 바람직하게는, 제 1 및/또는 제 2 반응기는, 입자가 0.01 내지 20, 보다 바람직하게는 0.05 내지 10, 특히 0.1 내지 5, 예를 들면, 0.2 내지 0.3 또는 1 내지 2의 프라우드 수(Froude number)를 나타내도록 입자를 서로 상대적인 운동 상태로 유지시킬 수 있다. 다양한 반응기, 예를 들어 믹서 예컨대 플라우셰어(ploughshare) 믹서, 자유 낙하 믹서 또는 블렌더; 건조기 예컨대 패들 건조기, 유동층 반응기, 분출 베드 반응기 또는 회전 드럼; 공간 반응기 예컨대 이송식(conveying) 반응기, 진동 장비, 또는 믹서, 건조기 또는 공간 반응기의 캐스케이드가 사용될 수 있다. 자유 낙하 믹서, 패들 건조기 또는 플라우셰어 믹서가 바람직하다. 이들의 장점은 변수 조정에 대한 높은 유연성과 입자에 대한 낮은 기계적 응력이다.
본 발명에 따르면, 반응성 가스는, 입자의 표면과 반응하여 공유 결합을 형성할 수 있는 가스 상태의 화합물이다. 일반적으로, 제 1 반응성 가스는 제 2 반응성 가스로 처리된 후의 입자의 표면과 반응할 수 있고, 제 2 반응성 가스는 제 1 반응성 가스로 처리된 후의 입자의 표면과 반응할 수 있다.
반응성 가스는 금속-함유 화합물을 포함한다. 금속-함유 화합물은 하나 이상의 금속 원자를 함유한다. 금속은 Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Bi를 포함한다. 바람직하게는, 상기 금속-함유 화합물은 금속 유기 화합물이다. 이들 화합물은 알킬 금속, 예컨대 디메틸 아연, 트리메틸 알루미늄; 금속 알콕실레이트, 예컨대 테트라메톡시 오르토실리케이트, 테트라이소프로폭시 지르코늄 또는 테트라이소프로폭시 티타늄; 사이클로펜타디엔 착체, 예컨대 페로센, 티타노센 또는 디(에틸사이클로펜타디에닐) 망간; 금속 카벤, 예컨대 탄탈-펜탄네오펜틸라트 또는 비스이미다졸리디닐렌 루테늄 클로라이드; 금속 할라이드, 예컨대 탄탈 펜타클로라이드 또는 티타늄 테트라클로라이드; 일산화탄소 착체, 예컨대 헥사카보닐 크롬 또는 테트라카보닐 니켈; 아민 착체, 예컨대 디-(비스-t-부틸아미노)-디-(비스메틸아미노) 몰리브덴, 디-(비스-t-부틸아미노)-디-(비스메틸아미노) 텅스텐 또는 테트라-디메틸아미노 티타늄; 디온 착체, 예컨대 트리 아세틸아세토네이토 알루미늄 또는 비스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이토) 망간을 포함한다. 트리메틸 알루미늄이 바람직하다.
또한, 반응성 가스는 산소 플라즈마 또는 수소 플라즈마와 같은 플라즈마; 산소, 산소 라디칼, 오존, 아산화 질소(N2O), 산화 질소(NO), 이산화 질소(NO2) 또는 과산화수소와 같은 산화제; 수소, 수소 라디칼, 수소 플라즈마, 암모니아, 암모니아 라디칼, 암모니아 플라즈마, 히드라진, N,N-디메틸히드라진, 실란, 디실란, 트리실란, 사이클로펜타실란, 사이클로헥사실란, 디메틸실란, 디에틸실란 또는 트리실릴아민과 같은 환원제; 또는 물과 같은 용매를 포함한다.
바람직하게는, 제 1 반응성 가스는 금속-함유 화합물이고, 제 2 반응성 가스는 물이다. 보다 바람직하게는, 제 1 반응성 가스는 트리메틸알루미늄이고, 제 2 반응성 가스는 물이다.
본 발명에 따르면, 제 1 반응기는 입자를 제 1 반응성 가스와 접촉시킬 수 있고, 제 2 반응기는 입자를 제 2 반응성 가스와 접촉시킬 수 있다. 이를 달성하기 위해, 반응기는 일반적으로 제 1 또는 제 2 반응성 가스용 유입구 밸브를 갖는다. 유입구 밸브는 가스 유량을 측정하기 위한 게이지, 예를 들어 유량계 또는 버블러(bubbler), 및 유입구 밸브를 통한 반응 가스의 유량을 제어하는 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 보다 더 바람직하게는, 가스 유속을 측정하는 게이지 및 유속을 제어하는 수단은, 설정 유량을 일정하게 유지시키거나 일정한 값(예를 들어 질량 분석기로 측정할 수 있는, 예를 들어 반응기를 나가는 과잉의 반응성 가스의 양)으로 조정하는 제어기에 연결된다. 이러한 제어기는 예를 들어 컴퓨터-기반 시스템일 수 있다.
대부분의 경우, 제 1 및 제 2 반응성 가스는 서로 반응하여 바람직하지 못한 부산물을 형성하며, 이는 경우에 따라 장치를 막을 수 있다. 따라서, 제 1 반응성 가스와 제 2 반응성 가스의 어떠한 혼합도 피하는 것이 중요하다. 본 발명에 따르면, 제 1 및 제 2 반응기는 제 1 가스 락 및 제 2 가스 락에 의해 분리된다. 본 발명의 맥락에서, 가스 락은, 사이 공간을 기밀하게 밀봉하는 두 개 이상의 수단을 포함한다. 이러한 두 개 이상의 기밀 밀봉 수단은, 제 1 반응기로부터 제 2 반응기로의 또는 이와 반대로의 입자 이동을, 제 1 반응기로부터 제 2 반응기로 또는 이와 반대로의 자유 가스 유동 없이 가능하도록 독립적으로 개방될 수 있다. 제 1 및 제 2 가스 락의 존재로 인해, 제 1 및 제 2 반응기는 상이한 압력에서 작동될 수 있다. 개방될 수 있는 기밀 밀봉 수단은, 플랩, 게이트 밸브, 나이프 게이트 밸브, 로터리 밸브, 볼 밸브, 글로브 밸브 및 스타 밸브와 같은 다양한 유형의 밸브를 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 가스 락 내의 압력은 특정 기간 동안 제 1 및 제 2 반응기의 압력과 상이할 수 있다. 예를 들어, 반응 가스 분위기가 제 1 및 제 2 반응기에서 유지되는 동안, 가스 락 내의 공간은 불활성 가스로 배기되거나 퍼지될 수 있다. 이러한 방식으로, 입자가 제 1 반응기로부터 제 2 반응기로 통과하는 동안 또는 입자가 제 2 반응기로부터 제 1 반응기로 통과하는 동안 과잉의 반응성 가스가 제거될 수 있다.
종종, 제 1 반응성 가스와 입자 표면의 반응 속도는, 동일한 조건 하에서 제 2 반응성 가스와 입자 표면의 반응 속도와 다르다. 연속된 공정을 허용하기 위해, 본 발명에 따른 장치에서, 제 1 및 제 2 반응기의 온도, 압력 및 체류 시간은 서로 독립적으로 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, 제 1 반응기 및 제 2 반응기에서의 반응 속도는, 제 1 반응기 및 제 2 반응기에서의 입자 스트림 속도가 동일하거나 실질적으로 동일하도록 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 장치로 연속 공정이 확립될 수 있다.
바람직하게는, 제 1 또는 제 2 반응기의 온도는 실온 내지 300℃로 설정될 수 있다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 반응기 사이의 온도차는 0 내지 300℃일 수 있다. 제 1 및 제 2 반응기 사이의 온도차가 크면, 예를 들어 50℃ 이상인 경우, 상기 장치는 바람직하게는, 입자가 더 높은 온도의 반응기로부터 더 낮은 온도의 반응기로 가는 도중에 입자를 냉각시키는 냉각기를 포함한다. 입자가 하나의 반응기에서 다른 반응기로 연속적으로 순환되면, 상기 냉각기는 더 높은 온도의 입자로부터 더 낮은 온도의 입자로 열을 이송하는 열교환기의 형태일 수 있다.
ALD 공정은 종종, 더 두꺼운 코팅을 형성하기 위해 1 회 초과의 사이클, 예를 들어 5 내지 1000 사이클을 포함한다. 다수의 ALD 사이클을 가능하게 하기 위해, 본 발명에 따른 장치는, 입자가 제 2 반응기를 통과한 후에 다시 제 1 반응기로 입자를 이송할 수 있다. 상기 장치는 제 1 및 제 2 반응기 사이에 제 1 및 제 2 가스 락을 포함한다. 이러한 방식으로, 입자는 제 1 반응기로부터 제 1 가스 락을 통해 제 2 반응기로 연속적으로 이송될 수 있고, 제 2 가스 락을 통해 제 1 반응기로 다시 연속적으로 이송될 수 있다. 전형적으로, 각각의 이러한 사이클은 코팅의 두께를 증가시킨다. 본 발명에 따른 장치에서, 온도, 압력 및/또는 노출 시간과 같은 반응 조건은 모든 사이클에 걸쳐 동일하거나 또는 매 사이클마다 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 보통 입자를 이송하기 위한 수단을 포함한다. 입자의 이송은 다양한 방법으로, 예컨대 중력을 사용하여, 예를 들어 낙하 튜브에서 또는 슬라이드 상에서, 이송 가스를 사용하여, 예를 들어 공압 이송 또는 유동 층 채널에서; 기계식 컨베이어를 사용하여, 예를 들어 스크류-컨베이어, 컨베이어 벨트, 튜브 체인 컨베이어, 쓰루 체인 컨베이어, 로터리 밸브, 버킷 엘리베이터, 진동 공급기 또는 진동식 보울 공급기에서 달성될 수 있다. 공압 컨베이어로 이송하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 장치는 추가로, 입자들 사이에 잔류하는 반응성 가스의 양을 줄이기 위한 장치를 가스 락에 포함한다. 이는, 바람직하게는 입자 운동의 반대 방향으로 불활성 가스 흐름을 설정하는 수단에 의해 달성될 수 있다. 과량의 불활성 가스의 제거를 더욱 향상시키기 위해, 입자는 서로 상대적으로 운동하는 상태를 유지한다. 이것은 다운 파이프(down pipe), 지그재그 시프터(zig-zag sifter), 디스크 원심 분리기, 유동 층, 진동 이송, 또는 혼합기에 의해 달성될 수 있다.
상기 장치는, 하나의 반응기로부터 배출되는 입자를 다른 반응기로 이송하기 전에 일시적으로 저장하는 하나 이상의 완충 장치(c)를 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 장치는, 하나의 반응기로부터 배출되는 입자를 다른 반응기로 이송하기 전에 저장하기 위한 적어도 2 개의 완충 장치(c)를 포함한다. 이의 장점 중 하나는, 완충 장치(c)가 다른 입자 스트림 속도로 반응기들을 통과하는 것을 허용하는 것이며, 특히 두 개의 완충 장치(c)가 사용되는 경우, 입자 스트림 속도는 둘 다의 반응기의 입자 스트림 속도에 있어서 다를 수 있으며, 이는 다음 반응기로 이송되기 전에 입자로부터 임의의 잔류 반응성 가스를 제거하는 것을 개선할 수 있다. 보통, 완충 장치(c)는 유입구 및/또는 배출구 밸브를 포함한다. 이들 밸브는 제 1 및 제 2 반응기를 분리하는 가스 락의 일부를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 입자를 대규모로 코팅하는데 특히 적합하다. 따라서, 상기 장치는 바람직하게는 적어도 10 kg/시간, 보다 바람직하게는 적어도 20 kg/시간, 특히 적어도 50 kg/시간, 예를 들어 적어도 100 kg/시간의 입자 스트림 속도를 허용하도록 설계된다. 본 발명과 관련하여 입자 스트림 속도는 제 1 및 제 2 반응기 모두를 한번 통과하는 시간당 입자의 양이다. 따라서, 시간 당 코팅된 입자의 총량은 전형적으로, 입자 스트림 속도를 코팅에 요구되는 ALD 사이클의 수로 나눔으로써 얻어질 수 있다. 가능한 상한치는 15t/h이다.
바람직하게는, 상기 장치는 입자가 이송되는 장치의 내부로 들어가는 공기에 대해 기밀성(tight)이다. 따라서, 상기 장치는, 입자를 장치 내로 충전하고 장치로부터 입자를 배출하기 위한 가스 락을 포함하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해 하나의 가스 락을 사용하거나 바람직하게는 적어도 두 개의 다른 가스 락을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 가스 락은 전형적으로 제 1 및 제 2 반응기를 분리하는 가스 락이 아니다.
본 발명에 따른 장치는 다양한 크기의 입자를 코팅할 수 있다. 바람직하게는, 상기 장치는 0.1 내지 1000 ㎛, 보다 바람직하게는 0.2 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 200 ㎛, 특히 1 내지 100 ㎛, 더 더욱 바람직하게는 2 내지 15 ㎛의 범위의 중량 평균 입자 직경을 갖는 입자를 코팅할 수 있다. 상기 평균 입자 크기는, ISO 22412(2008)에 따른 동적 광 산란에 의해 바람직하게는 미에(Mie) 이론을 사용하여 측정된 값이다.
도 1은 상기 장치의 바람직한 실시양태의 개략도를 도시한다. 제 1 반응기(1a)와 제 2 반응기(1b)는 2 개의 가스 락에 의해 분리된다. 제 1 가스 락은 2 개의 밸브(3a 및 3b), 및 진공 또는 불활성 가스의 스트림이 적용되는 것이 바람직할 수 있는, 입자를 운동 상태로 유지하는 장치(4a)를 포함한다. 입자는 제 1 반응기(1a)에서 제 1 완충 장치(5a)로 이송된 다음, 밸브(3a), 입자를 서로에 대해 상대적으로 운동하는 상태로 유지하는 장치(4a) 및 밸브(3b)를 통해 제 2 완충 장치(5b)로 이송될 수 있다. 거기로부터, 입자는 제 2 반응기(1b)로 이송될 수 있다. 제 2 반응기를 빠져 나간 후에, 입자는 제 2 완충 장치(5c)에서 중간 저장된 다음, 밸브(3c)를 포함하는 제 2 가스 락, 입자를 서로에 대해 상대적으로 운동하는 상태로 유지하는 장치(4b) 및 밸브(3d)를 통해 이송될 수 있다. 입자는 완충 장치(5d)에 중간 저장된 다음 제 1 반응기(1a)로 들어갈 수 있다. 제 1 반응 가스는 분사기(2a)에 의해 제 1 반응기(1a)에 주입될 수 있다. 제 2 반응성 가스는 분사기(2b)에 의해 제 2 반응기(1b)에 주입될 수 있다. 상기 장치는 초기에 공급물(6)로 충전될 수 있으며, 이는, 예를 들어 코팅되지 않은 입자를 완충 장치(5d) 내로 도입할 수 있다. 입자가 코팅된 후, 입자는, 예를 들어 완충 장치(5c)로부터, 배출기(7)에 의해 장치로부터 배출된다.
입자를 반응기에 넣기 위한 다양한 가능한 방법들이 있다. 바람직하게는, 완충 장치(5d)는 용기로부터의 흡인(suction)에 의해 충전된다. 이러한 이유로, 완충 장치(5d)는 바람직하게는 유입구 밸브를 구비한다. 이 유입구 밸브는 전형적으로 급속 충전을 허용하기에 충분한 크기를 갖는다.
일부 실시양태에서, 하나의 ALD 사이클은 2 개 초과의, 예를 들어 3 개 또는 그 이상의 상이한 반응성 가스를 필요로 한다. 3 개의 상이한 반응성 가스가 필요한 경우, 본 발명의 반응기는, 입자를 제 3 반응성 가스와 접촉시킬 수 있는 제 3 반응기를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 반응기는 제 2 및 제 3 반응기로부터 각각 가스 락에 의해 분리되고, 제 2 반응기는 다른 가스 락에 의해 제 3 반응기로부터 분리된다. 이러한 방식으로, 입자는 가스 락을 통해 제 1 반응기로부터 제 2 반응기로 이송될 수 있고, 제 2 반응기로부터 제 3 반응기로 이송될 수 있고, 가스 락을 통해 제 3 반응기로부터 제 1 반응기로 이송될 수 있다. 하나 이상의 완충 장치(c)가 포함된다. 각각의 반응기는, 각각의 반응기를 통한 입자 유동의 개별적 조절을 가능하게 하는 완충 장치(c)에 의해 이웃한 반응기로부터 분리될 수 있다. 하나의 ALD 사이클 동안 3 개 초과의 반응성 가스가 요구되는 경우, 적절한 수의 반응기들을 공급하고 이들을 가스 락으로 분리하여 입자들이 하나의 전용 가스 락을 통해 하나에서 다음 것으로 이송될 수 있도록 함으로써 유사한 상황을 설정할 수 있다.
본 발명의 장치는 원자층 침착에 의해 입자를 코팅하는데 특히 적합하다. 따라서, 본 발명은 원자층 침착에 의해 입자를 코팅하는 방법에 관한 것이며, 이후 본 발명의 방법으로도 언급된다. 본 발명의 방법은, 입자를 제 1 반응기에서 제 1 반응성 가스에 노출시키고 제 2 반응기에서 제 2 반응성 가스에 노출시키는 것을 포함하며, 이때 하나 이상의 완충 장치(c)가 수반된다. 상기 반응성 가스 및 반응기는 상기 정의된 바와 같다. 입자는 상술한 바와 같이 제 1 가스 락을 통해 제 1 반응기로부터 제 2 반응기로 이송되고, 제 2 가스 락을 통해 제 2 반응기로부터 제 1 반응기로 이송되고, 바람직하게는 입자의 일부는 제 1 가스 락을 통해 제 1 반응기로부터 제 2 반응기로 이송되며, 동시에 입자의 다른 부분은 제 2 가스 락을 통해 제 2 반응기로부터 제 1 반응기로 이송된다. 바람직하게는, 입자는 제 1 반응기에서 제 2 반응기로 및 다시 제 1 반응기로 연속적으로 순환된다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 공정은 본 발명에 따른 장치, 특히 상기 장치의 바람직한 실시양태 중 하나에서 수행된다.
본 발명의 방법의 일 실시양태에서, 코팅될 입자는 0.1 내지 1000 ㎛, 바람직하게는 0.2 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 200 ㎛, 특히 1 내지 100 ㎛, 보다 바람직하게는 2 내지 15 ㎛ 범위의 중량 평균 입자 직경을 갖는다. 상기 평균 입자 직경은, 바람직하게는 미(Mie) 이론을 사용하여, ISO 22412(2008)에 따른 동적 광산란에 의해 측정된다.
본 발명의 방법에 따른 각각의 반응은 자기-제한성으로 지칭될 수 있는데, 이는 각각의 반응성 가스가 입자의 활성 부위와 완전히(exhaustively) 반응함을 의미한다.
바람직하게는, 반응성 가스는 각각 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스와 혼합된다. 반응성 가스 대 불활성 가스의 중량비는 바람직하게는 1:1 내지 1:1000, 특히 1:5 내지 1:200, 예를 들어 1:10 내지 1:50이다. 바람직하게는, 반응성 가스는 반응기에 도입되기 전에 예를 들면 버블러에 의해 불활성 가스와 혼합된다. 바람직하게는, 반응성 가스와 불활성 가스의 혼합물은 반응기에 연속적으로 도입되는 한편, 입자 또한 연속적으로 반응기에 충전되고 반응기로부터 배출된다. 바람직하게는, 입자 대 (반응성 가스와 불활성 가스의 혼합물)의 중량비는 1:1 내지 1:100, 더욱 바람직하게는 1:5 내지 1:50이다.
단계 (a) 및(b), 즉 (a) 입자를 제 1 반응기에서 입자의 표면과 반응하는 제 1 가스에 노출시키는 단계 및 (b) 입자를 제 2 반응기에서, 제 1 가스와 반응한 후의 입자 표면과 반응하는 제 2 가스에 노출시키는 단계 (이때, 상기 입자는 제 1 가스 락을 통해 제 1 반응기로부터 제 2 반응기로, 그리고 제 2 가스 락을 통해 제 2 반응기로부터 제 1 반응기로, 또는 각 경우 임의적으로 완충 장치(c)로 이송됨)를 포함하는 순서는 통상적으로 1 내지 1000 회, 바람직하게는 2 내지 500 회, 보다 바람직하게는 3 내지 200 회, 특히 4 내지 100 회, 예를 들어 5 내지 50 회 수행된다.
본 발명의 방법의 일 실시양태에서, 입자는 공압 이송에 의해 제 1 반응기로부터 제 2 반응기로 이송된다.
본 발명의 일 실시양태에서, 제 1 및 제 2 반응기 내의 압력은 1 mbar 내지 10 bar와 같은 넓은 범위일 수 있다. 바람직하게는, 압력은 대기압에 근접하며, 예컨대 500 내지 1500 mbar, 바람직하게는 800 내지 1200 mbar, 보다 바람직하게는 900 내지 1100 mbar, 특히 950 내지 1050 mbar 범위이다. 제 1 및 제 2 반응기에서의 압력은 이들 범위 내에서 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 입자 스트림 속도는 적어도 10 kg/시간, 보다 바람직하게는 적어도 20 kg/시간, 특히 적어도 50 kg/시간, 예컨대 적어도 100 kg/시간이다. 적합한 상한치는 15 t/h이다. 입자 스트림 속도는 앞에 정의되어 있다. 따라서, 시간 당 코팅된 입자의 총량은 전형적으로 입자 스트림 속도를 코팅에 요구되는 ALD 사이클의 수로 나눔으로써 얻어질 수 있다.
제 1 및 제 2 반응기에서의 온도는 넓은 범위일 수 있으며, 예컨대 실온 내지 400℃, 바람직하게는 50 내지 300℃, 보다 바람직하게는 80 내지 250℃, 예를 들어 140 내지 220℃일 수 있다. 제 1 및 제 2 반응기에서의 온도는 이들 범위 내에서 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
반응기에서 입자의 평균 체류 시간은 반응성 가스의 반응성에 달려 있다. 전형적으로, 평균 체류 시간은 1 초 내지 30 분, 바람직하게는 30 초 내지 20 분, 예컨대 1 분 내지 10 분이다.
안료, 충전제, 촉매 또는 리튬 이온 배터리용 캐쏘드 활성 물질을 비롯한 다양한 입자가 본 발명에 따른 방법으로 코팅될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 입자는 리튬 이온 전지용 캐쏘드 활성 물질로부터 선택된다. 리튬 이온 전지의 캐쏘드 활성 물질의 예는 LiFePO4, LiNiO2, LiCoO2, LiMnO2, 및 Li1 +a(NixCoyMnzM1 d)1- aO2 (이때, x + y + z + d = 1 ("NCM") 및 0 ≤ a ≤ 0.2), 및 Li(NixCoyAlz)O2 ("NCA") (이때, x + y + z = 1)을 포함한다.
바람직한 것은 하기 식의 화합물이다:
Li1 +a(NixCoyMnzM1 d)1- xO2
이때,
M1은 Ca, Al, Ti, Zr, Zn, Mo, V 및 Fe로부터 선택되고,
a는 0.0 내지 0.2, 바람직하게는 0.015 내지 0.1 범위이고,
x는 0.3 내지 0.8의 범위이고,
y는 0 내지 0.35의 범위이고,
z는 0.1 내지 0.5의 범위이고,
d는 0 내지 0.03의 범위이고,
x + y + z + d = 1이다.
리튬화된 전이 금속 산화물의 추가의 예는 하기 식의 화합물이다:
Li1 + yM2 2 - yO4 -r
여기서,
r은 0 내지 0.4이고, y는 0 내지 0.4의 범위이고,
M2는 하나 이상의 주기율표 3 족 내지 12 족 금속, 예를 들어 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Mo로부터 선택되며, Mn, Co 및 Ni 및 이들의 조합물이 바람직하고, 특히 Ni와 Mn의 조합물이 바람직하다.
더더욱 바람직한 것은 LiMn2O4 및 LiNi2 - tMntO4 이며, 이때 변수 t는 0 내지 1 범위이다.
리튬 NCA의 예는 일반식 Li[NixCoyAlz]O2 +r의 화합물이다. NCA의 x, y 및 z에 대한 일반적인 값은, x는 0.8 내지 0.9의 범위이고, y는 0.09 내지 0.2의 범위이고, z는 0.01 내지 0.05의 범위이다. r은 0에서 0.4 사이의 범위이다.
본 발명에 따른 방법에 따라 제조될 수 있는 바람직한 리튬화된 전이 금속 산화물은 리튬화된 스피넬 및 NCM이다.

Claims (13)

  1. 원자층 침착에 의해 입자를 코팅하는 장치로서,
    (a) 입자를 제 1 반응성 가스와 접촉시킬 수 있는 제 1 반응기,
    (b) 입자를 제 2 반응성 가스와 접촉시킬 수 있는 제 2 반응기, 및
    (c) 상기 제 1 및 제 2 반응기 사이에 배치된 하나 이상의 완충 장치
    를 포함하고, 이때 상기 제 1 및 제 2 반응기는 제 1 및 제 2 가스 락(lock)에 의해 분리되고, 상기 제 1 반응기로부터 상기 제 1 가스 락을 통해 상기 제 2 반응기 또는 완충 장치(c)로 입자가 이송될 수 있고, 동시에 상기 제 2 반응기로부터 상기 제 2 가스 락을 통해 상기 제 1 반응기로 또는 완충 장치(c)로 입자가 이송될 수 있는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 반응기에는 각각, 가스 유속을 측정하기 위한 게이지가 구비된 유입구 밸브 및 상기 유입구 밸브를 통해 상기 반응성 가스의 유속을 제어하는 수단이 구비되어 있는, 장치.
  3. 입자를 코팅하는 방법으로서,
    (a) 제 1 반응기에서 입자를, 상기 입자의 표면과 반응하는 제 1 가스에 노출시키고,
    (b) 제 2 반응기에서 상기 입자를 제 2 가스에 노출시키는 단계로서, 이 제 2 가스는, 상기 제 1 가스와 반응된 후의 상기 입자의 표면과 반응하는, 단계
    를 포함하며, 이때 상기 입자는 제 1 가스 락을 통해 상기 제 1 반응기로부터 제 2 반응기 또는 완충 장치(c)로 이송되고, 제 2 가스 락을 통해 상기 제 2 반응기로부터 상기 제 1 반응기 또는 완충 장치(c)로 이송되고, 하나 이상의 완충 장치(c)가 수반되는, 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제 1 반응기를 통한 입자 스트림 속도는 제 2 반응기를 통한 입자 스트림 속도보다 더 높거나 더 낮은, 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 반응기 내의 압력이 900 내지 1100 mbar 범위인, 방법.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 반응성 가스가 금속-함유 화합물인, 방법.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 반응성 가스는 물인, 방법.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (a) 및 (b)를 포함하는 순서가 2 회 이상 수행되는, 방법.
  9. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    입자가 공압 이송(pneumatic conveying)에 의해 제 1 반응기로부터 제 2 반응기로 이송되는, 방법.
  10. 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    입자가 10 kg/시간 이상의 전체 입자 스트림 속도로 이송되는, 방법.
  11. 제 3 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    입자가 ISO 22412(2008)에 따라 동적 광산란에 의해 측정될 때 1 내지 100 ㎛의 중량 평균 입자 직경을 갖는, 방법.
  12. 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 반응기의 온도 및 압력이 서로 독립적으로 설정되는, 방법.
  13. 제 3 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    입자가 리튬 이온 전지용 캐소드 활성 물질로부터 선택되는, 방법.
KR1020197002342A 2016-07-27 2017-07-17 입자 코팅 장치 및 방법 KR20190032385A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16181435 2016-07-27
EP16181435.5 2016-07-27
PCT/EP2017/067962 WO2018019627A1 (en) 2016-07-27 2017-07-17 Apparatus for coating particles, and process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190032385A true KR20190032385A (ko) 2019-03-27

Family

ID=56557531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197002342A KR20190032385A (ko) 2016-07-27 2017-07-17 입자 코팅 장치 및 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20190233941A1 (ko)
EP (1) EP3491168A1 (ko)
JP (1) JP2019523346A (ko)
KR (1) KR20190032385A (ko)
CN (1) CN109477218A (ko)
WO (1) WO2018019627A1 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110249454B (zh) 2017-01-23 2023-09-29 巴斯夫欧洲公司 制造阴极材料的方法和适用于进行所述方法的反应器
KR102651214B1 (ko) 2017-03-08 2024-03-25 바스프 에스이 옥시드 물질의 코팅 방법
KR102534238B1 (ko) 2017-08-24 2023-05-19 포지 나노, 인크. 분말의 합성, 기능화, 표면 처리 및/또는 캡슐화를 위한 제조 공정, 및 그의 응용
US11942634B2 (en) 2018-02-09 2024-03-26 Basf Se Process for making a partially coated electrode active material, and electrode active material
JP2021513203A (ja) * 2018-02-09 2021-05-20 ビーエイエスエフ・ソシエタス・エウロパエアＢａｓｆ Ｓｅ 部分的にコーティングした電極活物質の製造方法、及び電極活物質
JP7141014B2 (ja) * 2018-06-29 2022-09-22 住友金属鉱山株式会社 原子層堆積装置とこの装置を用いた被覆膜形成粒子の製造方法
CN108933241B (zh) * 2018-07-09 2021-02-02 宁波柔创纳米科技有限公司 一种双层包覆的正极材料及其制备方法、正极片和锂电池
EP3624239A1 (en) * 2018-09-11 2020-03-18 Basf Se Process for coating an oxide material
CN112673495B (zh) * 2018-09-11 2024-04-09 巴斯夫欧洲公司 涂覆氧化物材料的方法
CN112673496A (zh) * 2018-09-11 2021-04-16 巴斯夫欧洲公司 涂覆氧化物材料的方法
US20240120457A1 (en) * 2022-10-07 2024-04-11 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Functionally graded and selective deposition of electrode material on current collector in li-ion battery

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9284643B2 (en) * 2010-03-23 2016-03-15 Pneumaticoat Technologies Llc Semi-continuous vapor deposition process for the manufacture of coated particles
WO2014127330A2 (en) 2013-02-15 2014-08-21 Ideal Power, Inc. Power-packet-switching converter with sequenced connection to link inductor
US20150007931A1 (en) 2013-07-05 2015-01-08 Nike, Inc. Method of manufacturing a multi-layer golf ball
KR101559204B1 (ko) * 2013-09-16 2015-10-13 대진대학교 산학협력단 원자층 증착기술을 이용한 코어-쉘 구조의 나노 입자 코팅장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20190233941A1 (en) 2019-08-01
JP2019523346A (ja) 2019-08-22
WO2018019627A1 (en) 2018-02-01
EP3491168A1 (en) 2019-06-05
CN109477218A (zh) 2019-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20190032385A (ko) 입자 코팅 장치 및 방법
US10214811B2 (en) Vapor deposition process for the manufacture of coated particles
CN100452315C (zh) 衬底处理装置和半导体器件的制造方法
US20210002764A1 (en) Deposition apparatus capable of applying powder particles, and method for applying powder particles
JP5610438B2 (ja) 基板処理装置及び半導体装置の製造方法
US20090205568A1 (en) Substrate processing method and substrate processing apparatus
EP1167569B1 (en) Apparatus and method for depositing thin film on wafer using atomic layer deposition
JP5963948B2 (ja) 原子層堆積カートリッジを用いた粉末粒子コーティング
JP4191617B2 (ja) リモートプラズマを利用してウェーハに薄膜を蒸着する装置及び方法
AU2018320958A1 (en) Manufacturing processes to synthesize, functionalize, surface treat and/or encapsulate powders, and applications thereof
TWI336497B (en) Substrate treatment device and manufacturing method for semiconductor device
TWI392761B (zh) 具設在平面上之前室的氣體分佈器
TW200849443A (en) Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device
CN102046833A (zh) 用于从真空镀膜室移除碱金属或碱土金属的装置及方法
KR20140096365A (ko) 뱃치의 기판들을 처리하기 위한 원자층 퇴적 반응기 및 그 방법
KR20040025590A (ko) 컵 반응기에서 기체상 물질의 열분해에 의한 고체의침착방법
US8945676B2 (en) Method and apparatus for coating
CN113215552A (zh) 一种采用等离子气相沉积工艺制备涂层粉体的方法
JP7467425B2 (ja) 酸化物材料をコーティングする方法
JP2021143393A (ja) 粉体成膜装置および粉体成膜方法
JP2007039751A (ja) 基板処理システム及びそのトラップ装置
JP2005064167A (ja) Ｃｖｄ装置
JPH03126874A (ja) Ｂｐｓｇ膜の成膜方法
JPS60107822A (ja) 気相成長装置