(57)【要約】焼成炉の内部に多量の原料を投入して正極材の生産量をより増大させられるように、原料が連続して移送される移送ライン、前記移送ラインに連結され、外部と遮断された内部空間を形成して原料の焼成が行われる焼成炉、および前記移送ラインに沿って焼成炉の入側に配置されて焼成炉に原料を圧搾して供給する供給部を含む二次電池正極材の焼成装置を提供する。
2021504912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池正極材の原料が連続して移送される移送ラインと、
前記移送ラインに連結され、外部と遮断された内部空間を形成して原料の焼成が行われる焼成炉と、
前記移送ラインに沿って焼成炉の入側に配置されて焼成炉に原料を圧搾して供給する供給部と
を含む、二次電池正極材の焼成装置。
【請求項２】
前記供給部は、
移送ラインに間隔を置いて置かれるプレートと、
前記プレート上に置かれる型枠を供給する型枠供給機と、
前記型枠内部に原料を装入する原料装入機と、
前記型枠に満たされた原料を加圧して圧搾するプレスと
を含む、請求項１に記載の二次電池正極材の焼成装置。
【請求項３】
前記供給部は、移送ラインの原料の移動方向に沿って前記型枠供給機、原料装入機およびプレスが順次配置された、請求項２に記載の二次電池正極材の焼成装置。
【請求項４】
前記焼成装置は、移送ラインに沿って焼成炉の出側に配置されて焼成炉から排出されるプレートで焼成完了した正極材を分離する分離部をさらに含む、請求項２または３に記載の二次電池正極材の焼成装置。
【請求項５】
前記焼成装置は、移送ラインに沿って前記分離部の出側に配置されてプレートを洗浄する洗浄部をさらに含む、請求項４に記載の二次電池正極材の焼成装置。
【請求項６】
前記移送ラインは、前記焼成炉の入側と出側を連結する単一閉曲線をなし、
前記プレートが移送ラインに沿って連続して循環する、請求項５に記載の二次電池正極材の焼成装置。
【請求項７】
前記焼成炉は、原料が移動する内部通路に沿って原料の温度を高める昇温区域、温度を維持する維持区域、原料を冷却する冷却区域が順次配置され、前記内部通路に沿って設けられて原料を移動させる移送ロール、前記内部通路に沿って設けられるヒータ、前記各区域内に設けられる隔壁を含む、請求項６に記載の二次電池正極材の焼成装置。
【請求項８】
前記焼成炉は、原料が入ってくる入側に設けられて外部空気の流入を遮断する入口シーリング区域、および焼成完了した正極材が排出される出側に設けられて外部空気の流入を遮断する出口シーリング区域を含む、請求項７に記載の二次電池正極材の焼成装置。
【請求項９】
移送ラインに沿って二次電池正極材原料を連続して移送する工程と、
移送された原料を焼成炉で焼成する工程と、
前記移送ラインに原料を圧搾して供給する工程と
を含む、二次電池正極材の焼成方法。
【請求項１０】
前記原料を圧搾して供給する工程は、
移送ラインに置かれたプレート上に型枠を供給する工程と、
前記型枠内部に原料を装入する工程と、
前記型枠に満たされた原料を加圧して圧搾する工程と
を含む、請求項９に記載の二次電池正極材の焼成方法。
【請求項１１】
前記原料を圧搾して供給する工程は、原料を加圧して圧搾した後型枠を除去する工程をさらに含む、請求項１０に記載の二次電池正極材の焼成方法。
【請求項１２】
前記焼成方法は、焼成工程後焼成完了した正極材をプレートから分離する工程をさらに含む、請求項１０または１１に記載の二次電池正極材の焼成方法。
【請求項１３】
前記焼成方法は、正極材をプレートから分離した後プレートを洗浄する工程をさらに含む、請求項１２に記載の二次電池正極材の焼成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
リチウム二次電池用正極材を連続して焼成するための焼成装置および焼成方法を開示する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、リチウム二次電池はエネルギー密度が高く、出力特性に優れ、軽量化が可能である。そのため、リチウム二次電池は移動通信機器、ハイブリッド電気自動車、家電製品用エネルギー貯蔵装置として脚光を浴びている。最近では、電気自動車の需要増加によりリチウム二次電池の需要もさらに増加している。
【０００３】
リチウム二次電池は、大きく正極材、負極材、電解液、分離膜で構成される。その中で正極材のコストが最も大きい部分を占めている。
【０００４】
正極材の生産工程は、大きく共沈、焼成および熱処理工程により行われる。共沈工程は、ニッケル、コバルトなど金属を投入して前駆体を生産する工程である。焼成工程は、前駆体とリチウムを混合して加熱する高温反応工程である。熱処理工程は焼成した製品をコートした後熱処理する工程である。
【０００５】
焼成工程は焼成炉を用いて行われる。焼成炉の容量は正極材の生産ラインの前後工程の容量設計の基準になる。従来の場合、焼成炉の生産容量を増やすことに限界があり、正極材の生産増大が難しい実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
焼成炉の内部に多量の原料を投入して正極材の生産量をより増大させることができる二次電池正極材の焼成装置および焼成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態の正極材焼成装置は、原料が連続して移送される移送ライン、前記移送ラインに連結され、外部と遮断された内部空間を形成して原料の焼成が行われる焼成炉、および前記移送ラインに沿って焼成炉の入側に配置されて焼成炉に原料を圧搾して供給する供給部を含み得る。
【０００８】
前記供給部は、移送ラインに間隔を置いて置かれるプレート、前記プレート上に置かれる型枠を供給する型枠供給機、前記型枠内部に原料を装入する原料装入機、前記型枠に満たされた原料を加圧して圧搾するプレスを含み得る。
【０００９】
前記供給部は、移送ラインの原料の移動方向に沿って前記型枠供給機、原料装入機およびプレスが順次配置され得る。
【００１０】
前記焼成装置は、移送ラインに沿って焼成炉の出側に配置されて焼成炉から排出されるプレートで焼成完了した正極材を分離する分離部をさらに含み得る。
【００１１】
前記焼成装置は、移送ラインに沿って前記分離部の出側に配置されてプレートを洗浄する洗浄部をさらに含み得る。
【００１２】
前記移送ラインは、前記焼成炉の入側と出側を連結する単一閉曲線をなし、前記プレートが移送ラインに沿って連続して循環する構造でありうる。
【００１３】
前記焼成炉は、原料が移動する内部通路に沿って原料の温度を高める昇温区域、温度を維持する維持区域、原料を冷却する冷却区域が順次配置され、前記内部通路に沿って設けられて原料を移動させる移送ロール、前記内部通路に沿って設けられるヒータ、前記各区域内に設けられる隔壁を含み得る。
【００１４】
前記焼成炉は、原料が入ってくる入側に設けられて外部空気の流入を遮断する入口シーリング区域、および焼成完了した正極材が排出される出側に設けられて外部空気の流入を遮断する出口シーリング区域をさらに含み得る。
【００１５】
本実施形態の正極材の焼成方法は、移送ラインに沿って原料を連続して移送する工程、移送された原料を焼成炉で焼成する工程、移送ラインに原料を圧搾して供給する段階を含み得る。
【００１６】
前記原料を圧搾して供給する段階は、移送ラインに置かれたプレート上に型枠を供給する段階、前記型枠内部に原料を装入する段階、前記型枠に満たされた原料を加圧して圧搾する段階を含み得る。
【００１７】
前記原料を圧搾して供給する段階は、原料を加圧して圧搾した後型枠を除去する段階をさらに含み得る。
【００１８】
前記焼成方法は、焼成工程後焼成完了した正極材をプレートから分離する段階をさらに含み得る。
【００１９】
前記焼成方法は、正極材をプレートから分離した後プレートを洗浄する段階をさらに含み得る。
【発明の効果】
【００２０】
本実施形態によれば、原料を圧搾して密度を高めて焼成炉に供給することによって、より多くの量の原料を焼成して正極材の生産量を増大させることができる。
【００２１】
また、原料による焼成炉内部の汚染を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施例による二次電池正極材の焼成装置の構成を示す概略的な図である。
【図２】本実施例による二次電池正極材の焼成装置の焼成炉を示す概略的な側断面図である。
【図３】本実施例による二次電池正極材の焼成装置の供給部の構成を示す概略的な図である。
【図４】本実施例により製造された正極材の品質評価結果を示すグラフである。
【図５】本実施例により製造された正極材の生産量増大の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付する図面を参照して本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施例について説明する。本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるように、後述する実施例は本発明の概念と範囲を超えない限度内で多様な形態に変形することができる。図面において可能な限り同一または類似の部分は同じ図面符号を使って表す。
【００２４】
以下で使われる専門用語は、単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使われる単数形態は文面にこれと明確に反対の意味を示さない限り複数形態も含む。明細書で使われる「含む」の意味は、特定特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特定特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および／または群の存在や付加を除外させるものではない。
【００２５】
以下で使われる技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的に理解する意味と同じ意味を有する。辞典に定義された用語は関連技術文献と現在の開示されている内容に符合する意味を有するものと追加解釈され、定義のない限り理想的や公式的過ぎる意味に解釈されない。
【００２６】
図１は本実施例による二次電池正極材の焼成装置の構成を示す。
【００２７】
図１に示すように、正極材焼成装置は原料が連続して移送される移送ライン１０、移送ライン１０に連結され、外部と遮断された内部空間を形成して原料の焼成が行われる焼成炉２０、および移送ライン１０に沿って焼成炉２０の入側に配置されて焼成炉２０に原料を供給する供給部３０を含み得る。
【００２８】
原料は移送ライン１０を介して焼成炉２０に連続して供給される。原料は焼成炉２０を通りながら連続して焼成されて正極材に製造される。
【００２９】
移送ライン１０は、例えば間隔を置いて配置された複数のローラを含み得る。そのため、ローラが回転駆動しながら、その上に置かれた対象物を所望する方向に移動させることができる。
【００３０】
焼成炉２０は、移送ライン１０と連結される入口と出口を備える。焼成炉２０は、原料の進行方向に沿って原料の温度を高める昇温区域２１と、原料の温度を維持させる維持区域２２、原料を冷却させる冷却区域２３に区切られる。焼成炉２０の入側と出側には外部空気の流入を遮断する入口シーリング区域２４と出口シーリング区域２５をさらに備えることができる。以下の説明において一側とは原料の進行方向に沿って入る側を、出側とは出る側を意味する。
【００３１】
空気が流入する場合の焼成した原料は、不純物含有量が高いので、極力空気との接触を抑制しなければならない。入口シーリング区域２４と出口シーリング区域２５は入側と出側の二重ドア構造からなり、二つのドアが互いに交互に開閉され、外部空気と原料の接触を遮断し、外部空気が焼成炉２０の内部に流入することを防止する。入口シーリング区域２４と出口シーリング区域２５は、焼成炉２０内部の雰囲気を酸素雰囲気に維持する。すなわち、入口シーリング区域２４入側のドアが開くと出側のドアは閉まっており、原料が入口シーリング区域２４に入って入側のドアが閉まると出側のドアが開く。そのため、外部空気が焼成炉２０の内部に流入することを防止することができる。
【００３２】
したがって、移送ライン１０に沿って移動した原料は、入口シーリング区域２４を介して焼成炉に進入し、昇温区域２１、維持区域２２、冷却区域２３を通過しながら焼成した後出口シーリング区域２５を通過して移送ライン１０に排出される。入口シーリング区域２４を通過した原料は昇温区域２１で温度を高めて維持区域２２では最適温度で焼成が起きる。冷却区域２３を通過して焼成した原料は自然冷却されて出口シーリング区域２５を通過して焼成炉２０で排出される。
【００３３】
図２は焼成炉２０の内部構成を示している。図２に示すように、焼成炉２０は、内部通路に沿って設けられて原料を移動させる移送ロール６０、内部通路に沿って設けられるヒータ６２、内部通路に沿って昇温区域２１と維持区域２２および冷却区域２３内に設けられる隔壁６３を含み得る。
【００３４】
移送ロール６０は、移送ライン１０と連結されて移送ライン１０に沿って移動したプレートを焼成炉２０の内部で連続して移動させる。焼成炉２０の下部には内部通路と連通されて内部にガスを供給する供給口６４が設けられ、上部にはガスが排出される排出口６５が設けられる。昇温区域２１と維持区域２２内には移送ロール６０の上下部の側にヒータ６２が設けられる。各区域内には隔壁６３が設けられて区域を複数の領域に区切る。隔壁６３を備えて区間ごとに熱エネルギーを異にして伝達することができる。焼成炉２０の昇温区域２１に設けられた隔壁６３の間隔より維持区域２２に設けられた隔壁６３の間隔が相対的に広いため原料の温度を維持して焼成を誘導することができる。冷却区域２３に設けられた隔壁６３の間隔は維持区域２２に設けられた隔壁６３の間隔より相対的にさらに広く設けられることができる。
【００３５】
図３に示すように、本実施例の供給部３０は、移送ライン１０に間隔を置いて置かれるプレート３１、プレート３１上に置かれる型枠３２を供給する型枠供給機３３、型枠３２内部に原料を装入する原料装入機３４、型枠３２に満たされた原料を加圧して圧搾するプレス３５を含み得る。
【００３６】
プレート３１は原料が置かれる平たい板構造物でありうる。移送ライン１０に沿ってプレート３１が間隔を置いて連続して配置される。本実施例において、移送ライン１０は焼成炉２０の入側と出側を連結する単一閉曲線をなす。単一閉曲線とは、移送ライン１０の両先端がそれぞれ焼成炉２０の入側と出側に連結されて無限軌道形状の閉曲線をなすことを意味する。そのため、プレート３１が移送ライン１０に沿って焼成炉２０を連続して循環しながら供給部３０から供給された原料を正極材に製造する。
【００３７】
型枠供給機３３は、移送ライン１０の上部に位置して移送ライン１０に置かれたプレート３１の上に備えられた型枠３２を提供して載せる。型枠３２は、例えば、４個の測板からなる格子形状の枠構造でありうる。型枠３２は原料圧搾時にその形態を維持できれば充分であり、多様な形態に変形可能である。型枠３２は内部に原料が圧搾された状態で原料とともに焼成炉２０に移動することができる。このような構造の場合、原料の外側を型枠３２が囲んでおり、原料による焼成炉２０内部の汚染を効果的に防止することができる。型枠３２は熱伝導効率が高い材質で形成することができる。また、型枠３２は厚さを極力薄く形成することができる。そのため、型枠３２を介して原料に熱が効果的に伝達され、原料焼成効率を上げることができる。本実施例において、型枠３２は原料圧搾後の圧搾された原料から除去され得る。このような構造の場合、焼成炉２０内部に原料に熱伝達がさらによく行われて焼成時間を短縮することができ、エネルギーコストをより節減することができる。
【００３８】
原料装入機３４は、移送ライン１０の上部に位置してプレート３１上に置かれた型枠３２の内部で原料を供給する。プレス３５は、移送ライン１０の上部に位置して上下に駆動して型枠３２に装入された原料を加圧して圧搾する。そのため、原料は型枠３２内で圧搾されて体積が減り、密度が高くなる。原料の体積が減り、同一面積内に圧縮された原料を積んで多くの量の原料を焼成炉に供給することができる。したがって、同一容量の焼成炉２０の内部に非圧縮した原料と比較してより多くの原料を投入することができ、より多くの量の原料を焼成して正極材生産量を増大させることができる。
【００３９】
本実施例において、供給部３０は、移送ライン１０の原料の移動方向に沿って型枠供給機３３、原料装入機３４およびプレス３５が順次配置される。例えば、型枠供給機３３と原料装入機３４およびプレス３５は、移送ライン１０に配置されたプレート３１の間隔に対応する間隔に順次配置され得る。そのため、移送ライン１０に沿ってプレート３１が移動して型枠供給機３３と原料装入機３４およびプレス３５を順に通過しながら、原料がプレート３１上で、最終的に型枠３２内で圧搾される。
【００４０】
本実施例の焼成装置は、移送ライン１０に沿って焼成炉２０の出側に配置されて焼成炉２０から排出されるプレート３１で焼成完了した正極材を分離する分離部４０をさらに含み得る。また、移送ライン１０に沿って分離部４０出側に配置されてプレート３１を洗浄する洗浄部５０をさらに含み得る。
【００４１】
分離部４０はプレート３１で正極材を分離するためのものである。本実施例において、分離部４０はプレート３１の両端をクランピングしてプレート３１をひっくり返す構造で、プレート３１で正極材を自重によって落とす構造でありうる。このような構造の他に分離部４０は、例えば、プレート３１で正極材を押し出す構造のように多様な構造からなる。プレート３１で分離した正極材は後工程に移送され得る。
【００４２】
洗浄部５０は、正極材が分離した後プレート３１の表面を洗浄するためのものである。プレート３１には焼成した原料が多く付いており、次の使用のためにはきれいに拭き取る。本実施例における洗浄部５０はブラシまたはスクレーパーをプレート３１表面に密着させてプレート３１表面に付いている焼成した原料などを拭き取る構造でありうる。
【００４３】
分離部４０と洗浄部５０を経たプレート３１は移送ライン１０に沿って再び供給部３０に移動して再使用される。
【００４４】
以下、本実施例による正極材焼成過程を説明すると、次のとおりである。
【００４５】
移送ライン１０に沿って連続して供給された原料は焼成炉２０を経て焼成して正極材に製造される。原料の供給のために、先に、移送ライン１０に置かれたプレート３１上に型枠３２を供給する。そして、型枠３２の内部に原料を装入した後型枠３２に満たされた原料を加圧して圧搾する。そのため、原料は型枠３２内で体積が減って高密度で固く圧搾される。この状態で原料は焼成炉２０に装入されて焼成過程を経て正極材に製造される。必要な場合、圧搾された原料で型枠３２を除去した後原料のみを焼成炉２０に供給して焼成することができる。焼成炉２０の出側に排出された正極材は分離部４０を介してプレート３１上で分離する。そして正極材が分離したプレート３１は洗浄部５０を経ながら表面に付いた原料など異物をきれいに除去した後再び供給部３０に移動して再使用される。
【００４６】
移送ライン１０に沿ってプレート３１が継続して循環しながら上記した過程が繰り返されて原料に対する焼成工程が連続して行われる。
【００４７】
このように、原料を型枠３２内で圧搾して体積を減らし、密度を高めて焼成炉２０に供給することによって、焼成炉２０の内部により多くの原料を投入することができる。そのため、同一容量の焼成炉２０を介してより多くの量の原料を焼成して正極材生産量を増大させることができる。
【００４８】
図４は本実施例により製造された正極材の品質評価結果を示すグラフである。
【００４９】
本実施例により焼成した正極材に対して残留リチウム含有量、含水率、不純物含有量（Ｆｅ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ）、放電時電流値の項目に対する品質評価を行った。残留リチウム含有量、含水率、不純物含有量に対する値は低いほど良く、放電時電流値は高いほど良い。
【００５０】
図４に示すように、本実施例により製造された正極材は、品質評価項目全体に対して基準値に符合して品質に全く問題がないことが分かる。
【００５１】
図５は本実施例により製造された正極材の生産量増大の結果を示すグラフである。
【００５２】
図５における比較例は、原料を圧搾せずそのまま焼成して製造した正極材の生産量を示しており、実施例は言及したように原料を圧搾して密度を高めて焼成した場合、正極材の生産量を示している。
【００５３】
実験結果、図５に示すように、実施例の場合、比較例と比較して原料の供給密度を高めることによって生産量を増大させることができる。正極材生産量は、原料の密度に比例することが示され、原料の密度をより高めることによって生産量をより増大させることができる。
【００５４】
すなわち、本実施例により正極材を製造する場合、プレート３１上に圧搾された原料への熱伝達が向上し、原料圧搾で密度が増加して焼成炉２０内でより多くの量の原料を焼成することができる。
【００５５】
以上、説明したように本発明の例示的な実施例を図示して説明したが、多様な変形と異なる実施例が本分野の熟練した技術者によって行われることができる。このような変形と異なる実施例は添付した特許請求の範囲にすべて考慮されて含まれ、本発明の真の趣旨および範囲を超えないといえる。
【図１】
2021504912.tif 000003
【図２】
2021504912.tif 000004
【図３】
2021504912.tif 000005
【図４】
2021504912.tif 000006
【図５】
2021504912.tif 000007
【国際調査報告】
2021504912.tif 000008
2021504912.tif 000009
2021504912.tif 000010
2021504912.tif 000011