DE102022131347A1 - Vorrichtung zur herstellung eines kathodenaktivmaterials für lithium-ionen-sekundärbatterien und verfahren zur herstellung eines kathodenaktivmaterials für lithium-ionen-sekundärbatterien - Google Patents

Vorrichtung zur herstellung eines kathodenaktivmaterials für lithium-ionen-sekundärbatterien und verfahren zur herstellung eines kathodenaktivmaterials für lithium-ionen-sekundärbatterien Download PDF

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Abstract

Bereitgestellt wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien, die die Produktivität verbessern kann. Die Vorrichtung zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien umfasst: eine Fördervorrichtung, zum Fördern eines Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial, das eine metallische Verbindung und eine Lithiumverbindung enthält; und eine Heizeinheit, die angepasst ist, um das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial zu erhitzen, wobei die Heizeinheit wenigstens eine Heizwalze aufweist, die angepasst ist, um das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial durch Wärmeleitung zu erhitzen, und die wenigstens eine Heizwalze einen Umschlingungswinkel von mehr als 180° und höchstens 360° aufweist.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien.
  • HINTERGRUND
  • Lithium-Ionen-Sekundärbatterien werden in großem Umfang als Energiequellen verwendet, zum Beispiel für Laptops und mobile Endgeräte sowie als Stromversorgungen zum Antreiben von Fahrzeuge. Daher ist es erforderlich, die Produktivität von Lithium-Ionen-Sekundärbatterien sowie die Produktivität von Kathodenaktivmaterialien, die in Lithium-Ionen-Sekundärbatterien verwendet werden, zu verbessern.
  • Ein allgemeines Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien sieht wie folgt aus. Zunächst erhält man ein Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial durch Mischen eines Metallhydroxids, einschließlich Nickel usw. und einer Lithiumverbindung (wie beispielsweise Lithiumhydroxid und Lithiumcarbonat), die ein Vorläufer sind. Als Nächstes wird das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials durch Kalzinierung oxidiert. Insbesondere wird das Metallhydroxid zu einem Metalloxid oxidiert, und die Lithiumverbindung wird zu Lithiumoxid oxidiert. Anschließend wird eine vorgegebener Brennkapsel mit dem kalzinierten Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial gefüllt und das Ausgangsmaterial darin gebrannt. Durch die Reaktion zwischen dem Metalloxid und dem Lithiumoxid im Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial, die durch das Brennen verursacht wird, erhält man ein Lithiummetalloxid, das ein Kathodenaktivmaterial ist. Das erhaltene Kathodenaktivmaterial wird rückgewonnen und für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien verwendet. Zum Beispiel offenbart die Patentliteratur 1 bis 3 ein solches Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials.
  • Eine Vorrichtung wie beispielsweise ein Drehrohrofen wird für den Schritt des Kalzinierens des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials verwendet. Ein Drehrohrofen ist eine Vorrichtung, mit der ein Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial unter einer oxidierenden Atmosphäre gleichzeitig gerührt und erhitzt werden kann, so dass die Oxidation des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials gefördert werden kann. Der Grund für das Kalzinieren des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials ist die Vermeidung von Temperaturunregelmäßigkeiten im Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial aufgrund der Oxidationsreaktion zwischen dem Metallhydroxid und der Lithiumverbindung, die eine endotherme Reaktion ist.
  • Eine Vorrichtung wie beispielsweise ein Walzenherdofen wird in dem Schritt des Brennens des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials verwendet. Ein Walzenherdofen ermöglicht das Erhitzen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials auf eine höhere Temperatur als im Kalzinierungsschritt und ermöglicht die Herstellung des Kathodenaktivmaterials durch die Reaktion zwischen dem Metalloxid und dem Lithiumoxid im Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial. Zum Verdichten des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials kann Druck ausgeübt werden, wenn die Brennkammer mit dem Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial gefüllt ist. Durch das Verdichten des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials vergrößert sich die Kontaktfläche zwischen dem Metalloxid und dem Lithiumoxid im Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial, was den Brennvorgang fördern kann.
  • ZITATLISTE
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: JP 2020-113429 A
    • Patentliteratur 2: JP 2019-175694 A
    • Patentliteratur 3: JP 2020-198195 A
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Technische Aufgabe
  • Ein Drehrohrofen ist eine Vorrichtung zum Oxidieren von Metallhydroxiden und/oder Lithiumverbindungen. Daher ist es erforderlich, einem Drehrohrofen aktiv Luft oder Sauerstoff zuzuführen, um im Inneren des Drehrohrofens eine oxidierende Atmosphäre herzustellen. Diese Notwendigkeit der aktiven Zufuhr von Luft oder Sauerstoff in einen Drehrohrofen führt zu höheren Produktionskosten.
  • Ein Walzenherdofen ist eine Vorrichtung zum Brennen von kalzinierten Kathodenaktivmaterial-Rohmaterialien. Für ein gleichmäßiges Erhitzen ist es erforderlich, eine Brennkammer mit Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial zu füllen. Allerdings kommt es leicht zu Temperaturunregelmäßigkeiten im Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial je nach der Art des Heißluftstroms in der Vorrichtung. Kurzzeitiges Erhitzen in einem Zustand, in dem Temperaturunregelmäßigkeiten im Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials auftreten, führt zu Kristallinitätsschwankungen des hergestellten Kathodenaktivmaterials. Daher muss das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial für eine lange Zeit erhitzt werden um Temperaturunregelmäßigkeiten bei der Herstellung des Kathodenaktivmaterials mit einem Walzenherdofen zu unterdrücken. Dies führt allerdings zu einer Erhöhung der Produktionskosten. Die Notwendigkeit des langzeitigen Erhitzens erfordert häufig auch größere Anlagen.
  • Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien und ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien bereitzustellen, die beide die Produktivität verbessern können.
  • Lösung der Aufgabe
  • Als ein Aspekt zur Lösung der obigen Aufgabe ist die vorliegende Offenbarung mit einer Vorrichtung zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien bereitgestellt, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: eine Fördervorrichtung zum Fördern eines Kathodenaktivmaterials, das eine metallische Verbindung und eine Lithiumverbindung enthält, wobei die metallische Verbindung mindestens ein metallisches Element enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt und Mangan ausgewählt ist; und eine Heizeinheit, die konfiguriert ist, um das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial zu erhitzen; wobei die Heizeinheit wenigstens eine Heizwalze aufweist, die konfiguriert ist, um das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial durch Wärmeleitung zu erhitzen, und die wenigstens eine Heizwalze einen Umschlingungswinkel von mehr als 180° und höchstens 360° aufweist.
  • Die Vorrichtung kann den folgenden Aspekt aufweisen: die Vorrichtung weist eine Vielzahl von Heizwalzen auf, wobei einige der Heizwalzen, die konfiguriert sind, um die eine Oberfläche des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials zu erhitzen, und die restlichen Heizwalzen, die konfiguriert sind, um die andere Oberfläche des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials zu erhitzen, in Förderrichtung von stromaufwärts nach stromabwärts abwechselnd angeordnet sind, und jeweils zwei benachbarte Heizwalzen einander gegenüberliegend angeordnet sind, um das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial dazwischen zu halten.
  • In der Heizeinheit der Vorrichtung kann das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial auf 700°C bis 1000°C erhitzt werden. In der Heizeinheit der Vorrichtung kann das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial unter einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt werden.
  • In der Vorrichtung kann die Fördervorrichtung ein Förderelement aus einem porösen, hitzebeständigen Element aufweisen, und die Heizwalze kann das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial über das poröse, hitzebeständige Element erhitzten.
  • Die Vorrichtung kann des Weiteren umfassen: ein Formungselement, das konfiguriert ist, um Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial zu einem Blatt, einem Bogen oder (im Folgenden:) einer Platte zu formen, wobei das Formungselement in Förderrichtung weiter stromaufwärts liegt als die Heizeinheit. Die Vorrichtung kann des Weiteren umfassen: ein Rückgewinnungsteil, das konfiguriert ist, um das in der Heizeinheit erhaltene Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial rückzugewinnen.
  • Als ein Aspekt zur Lösung der oben genannten Aufgaben ist die vorliegende Offenbarung mit einem Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Vorbereiten eines Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials durch Mischen einer metallischen Verbindung und einer Lithiumverbindung, wobei die metallische Verbindung wenigstens ein metallisches Element enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt und Mangan ausgewählt ist, und Erhalten des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials; und Erhitzen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials, wobei das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial während des Erhitzens unter Verwendung von wenigstens einer Heizwalze gefördert und gleichzeitig durch Wärmeleitung erhitzt wird, und die wenigstens eine Heizwalze einen Umschlingungswinkel von mehr als 180° und höchstens 360° aufweist.
  • Im Verfahren können während des Erhitzens unter Verwendung der wenigstens einen Heizwalze abwechselnd die beiden Oberflächen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials und die eine Oberfläche des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials erhitzt werden.
  • Im Verfahren kann während des Erhitzens das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial auf 700°C bis 1000°C erhitzt werden. Im Verfahren kann während des Erhitzens das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial unter einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt werden. Des Weiteren kann im Verfahren während des Erhitzens das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial über ein poröses, hitzebeständiges Element erhitzt werden.
  • Das Verfahren kann des Weiteren umfassen: Formen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials vor dem Erhitzen zu einem Blatt, einem Bogen oder (im Folgenden:) einer Platte. Das Verfahren kann des Weiteren umfassen: Rückgewinnen eines beim Erhitzen erhaltenen Kathodenaktivmaterials.
  • Vorteilhafte Effekte
  • Die vorliegende Offenbarung kann die Produktivität eines Kathodenaktivmaterials verbessern.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien 100;
    • 2 veranschaulicht einen Umschlingungswinkel x;
    • 3 ist eine vergrößerte Ansicht der Heizwalzen 31 und der Kontaktwalzen 32;
    • 4 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien 1000;
    • 5 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien 2000; und
    • 6 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien 3000.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • [Vorrichtung zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien]
  • Die Vorrichtung zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die Vorrichtung zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien 100 beschrieben, bei der es sich um eine Ausführungsform handelt (kann in dieser Beschreibung als „Herstellungsvorrichtung 100“ bezeichnet werden). 1 zeigt eine schematische Ansicht der Herstellungsvorrichtung 100. Dabei ist die Rechts-Links-Richtung in 1 als Förderrichtung, die Oben-Unten-Richtung als Höhenrichtung und die Hinten-Vorne-Richtung als Breitenrichtung definiert.
  • Wie in 1 gezeigt, ist die Herstellungsvorrichtung 100 mit einer Fördervorrichtung 10, einem Formungselement 20, einer Heizeinheit 30 und einem Rückgewinnungsteil 40 versehen. 1 zeigt auch ein Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1, das ein Ausgangsmaterial ist, und ein Kathodenaktivmaterial 2, das ein Produkt ist.
  • <Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1>
  • Das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 enthält eine metallische Verbindung und eine Lithiumverbindung und kann des Weiteren ein recyceltes Material wie beispielsweise das Kathodenaktivmaterial 2 in verschlechtertem und pulverisiertem Zustand enthalten. Das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 kann mit hoher thermischer Gleichmäßigkeit in der Heizeinheit 30 gebrannt werden, auch wenn das verschlechterte Kathodenaktivmaterial 2 enthalten ist.
  • Das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 kann durch Mischen dieser Materialien erhalten werden. Die Art des Mischens ist in keiner Weise beschränkt, sondern es kann ein bekanntes Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel können diese Materialien mit einem Mörser oder einem Mixer gemischt werden.
  • (Metallische Verbindung)
  • Die metallische Verbindung enthält mindestens ein metallisches Element, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt und Mangan ausgewählt ist. Die metallische Verbindung kann Nickel enthalten, kann Nickel und Kobalt enthalten oder kann Nickel, Kobalt und Mangan enthalten. Die metallische Verbindung kann des Weiteren jedes andere metallische Element bzw. metallischen Elemente enthalten. Zum Beispiel kann die metallische Verbindung des Weiteren Aluminium enthalten. Die metallische Verbindung kann anstelle von Mangan Aluminium enthalten.
  • Zum Beispiel kann das molare Verhältnis der metallischen Elemente der metallischen Verbindung Ni:Co:Mn = x:y:z (x = 1 - y - z, 0 ≤ y < 1 und 0 ≤ z < 1); oder Ni:Co:Al = x:y:z (x = 1 - y - z, 0 ≤ y < 1 und 0 ≤ z < 1) sein.
  • Die metallische Verbindung kann ein Metallhydroxid, ein Metalloxid, ein Metallcarbonat oder ein Metallperhydroxid sein. Diese metallischen Verbindungen können allein oder in Kombination verwendet werden. Die metallische Verbindung ist vorzugsweise ein Metallhydroxid oder ein Metalloxid.
  • Als Metallhydroxid kann jedes bekannte Metallhydroxid verwendet werden, das mindestens ein metallisches Element enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt und Mangan ausgewählt ist und Beispiele hierfür sind NixCoyMnz(OH)2+α (x = 1 - y - z, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1 und 0 ≤ α < 1), und NixCoyAlz(OH)2+α (x = 1 - y - z, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1 und 0 ≤ α < 1). Als Metalloxid kann jedes bekannte Metalloxid verwendet werden, das mindestens ein metallisches Element enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt und Mangan ausgewählt ist und Beispiele hierfür sind NixCoyMnz(O)2+α (x = 1 - y - z, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1 und -1 ≤ α < 0), und NixCoyAlz(O)2+α (x = 1 - y - z, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1 und -1 ≤ α < 0).
  • Die metallische Verbindung kann nach einem bekannten Verfahren hergestellt werden. Das Nachfolgende ist ein Beispiel für ein Vorbereitungsverfahren für ein Metallhydroxid und ein Beispiel für ein Vorbereitungsverfahren für ein Metalloxid. Das Vorbereitungsverfahren für metallische Verbindungen ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
  • Ein Beispiel für ein Vorbereitungsverfahren für das Metallhydroxid ist die Kristallisation. Nachfolgend wird ein beispielhaftes Vorbereitungsverfahren für das Metallhydroxid durch Kristallisation beschrieben.
  • Zunächst wird eine Metallquellenlösung vorbereitet, indem eine Ni-Quelle, eine Co-Quelle und eine Mn-Quelle (oder eine A1-Quelle) in einem wässrigen Lösungsmittel (zum Beispiel ionenausgetauschtes Wasser) gelöst werden. Als Metallquelle kann ein Metallsalz jedes Metallelements (d.h. ein Ni-Salz, ein Co-Salz und ein Mn-Salz (oder ein Al-Salz)) verwendet werden. Die Art des Metallsalzes ist in keiner Weise beschränkt, sondern kann jedes bekannte Metallsalz wie beispielsweise ein Hydrochlorid, ein Sulfat, ein Nitrat, ein Carbonat oder ein Hydroxid sein. Diese Metallquellen werden dem wässrigen Lösungsmittel in keiner bestimmten Reihenfolge zugesetzt. Man kann die wässrigen Lösungen der Metallquellen auch getrennt vorbereiten und mischen. Das Verhältnis der Metallquellen wird in geeigneter Weise so eingestellt, dass ein gewünschtes Metallhydroxid erhalten werden kann.
  • Als Nächstes werden die Metallquellenlösung und eine wässrige NH3-Lösung unter einer inerteren Atmosphäre in eine alkalische wässrige Lösung getropft, während die alkalische wässrige Lösung gerührt wird. Als alkalische Lösung kann zum Beispiel wässriges Natriumhydroxid verwendet werden. Der pH-Wert der wässrigen alkalischen Lösung wird zum Beispiel auf 11 bis 13 eingestellt. Die wässrige NH3-Lösung wird mit einer gleichbleibenden Konzentration im Bereich von zum Beispiel 5 g/L bis 15 g/L getropft. Wenn die Metallquellenlösung und die wässrige NH3-Lösung in die alkalische wässrige Lösung getropft werden, sinkt der pH-Wert der resultierenden Lösung allmählich. Deshalb kann zusätzlich eine alkalische wässrige Lösung eintropft werden, die geeignet ist den pH-Wert in einem vorgegebenen Bereich zu halten.
  • Nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls wird das Ergebnis einer Vakuumfiltration unterzogen und die Ablagerung rückgewonnen. Das Metallhydroxid wird durch Waschen und Trocknen des erhaltenen Niederschlags erhalten. Der Niederschlag kann mehrere Male gewaschen werden. Der Niederschlag kann an der Luft oder durch Erhitzen getrocknet werden. Der Niederschlag kann durch Erhitzen auf zum Beispiel 120 bis 300 °C getrocknet werden. Die Trocknungszeit beträgt zum Beispiel 6 bis 18 Stunden.
  • Das Metalloxid kann zum Beispiel durch oxidierendes Rösten des Metallhydroxids hergestellt werden. Oxidierendes Rösten bedeutet hier, dass das Metallhydroxid unter einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt wird. Die Heiztemperatur ist in keiner Weise beschränkt, solange das Metallhydroxid dabei in das Metalloxid umgewandelt werden kann, liegt jedoch zum Beispiel bei 700°C bis 800°C. Die Heizzeit ist in keiner Weise beschränkt, solange das Metallhydroxid in das Metalloxid umgewandelt werden kann, sondern beträgt zum Beispiel 0,5 bis 3 Stunden. Ein derartiges Erhitzen kann mit einer Brennvorrichtung wie beispielsweise einem Drehrohrofen durchgeführt werden.
  • Der mittlere Partikeldurchmesser der metallischen Verbindung ist in keiner Weise beschränkt, liegt jedoch zum Beispiel im Bereich von 1 µm bis 1 mm. In dieser Beschreibung ist der „mittlere Partikeldurchmesser“ ein mittlerer Durchmesser, der ein Partikeldurchmesser bei einem integrierten Wert von 50 % in einer volumenbasierten Partikeldurchmesserverteilung ist, die durch ein Verfahren mit Laserbeugung und -streuung erhalten wird.
  • Der Gehalt der metallischen Verbindung im Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial wird in geeigneter Weise so eingestellt, dass ein gewünschtes Kathodenaktivmaterial erhalten werden kann.
  • (Lithiumverbindung)
  • Die Lithiumverbindung ist in keiner Weise beschränkt, solange es sich um eine Verbindung handelt, die Lithium enthält. Es kann eine bekannte Lithiumverbindung verwendet werden und Beispiele hierfür umfassen Lithiumoxid, Lithiumhydroxid, Lithiumnitrat und Lithiumcarbonat. Lithiumhydroxid, Lithiumnitrat, Lithiumcarbonat und dergleichen werden jeweils durch Oxidation zu Lithiumoxid.
  • Die Art der Lithiumverbindung wird in geeigneter Weise entsprechend der Art der metallischen Verbindung ausgewählt, da die Heiztemperatur (Brenntemperatur) entsprechend der Art der metallischen Verbindung angepasst wird. Zum Beispiel wird in dem Fall, in dem ein Metallhydroxid oder ein Metalloxid mit Nickel, Kobalt und Mangan als metallischen Verbindung verwendet wird, eine Brenntemperatur von etwa 800°C benötigt. In diesem Fall wird daher vorzugsweise Lithiumcarbonat als Lithiumverbindung gewählt. In dem Fall, indem ein Metallhydroxid oder ein Metalloxid mit Nickel, Kobalt und Aluminium als metallische Verbindung verwendet wird, wird eine Brenntemperatur von etwa 500 °C benötigt. In diesem Fall wird daher vorzugsweise Lithiumhydroxid als Lithiumverbindung verwendet.
  • Der Gehalt der Lithiumverbindung im Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial wird in geeigneter Weise so eingestellt, dass ein gewünschtes Kathodenaktivmaterial erhalten werden kann.
  • (Form des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1)
  • Die Form des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 ist in keiner Weise beschränkt, sondern kann eine Platte sein. Das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 in Form einer Platte lässt sich leicht gleichmäßig erhitzen. Infolgedessen wird einem ungleichmäßigen Erhitzen unterdrückt und ebenfalls Kristallinitätsschwankungen des herzustellenden Kathodenaktivmaterials 2 verringert. Das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 in Form einer Platte kann auch leicht im Rückgewinnungsteil 40 pulverisiert werden.
  • Die Dicke des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 in Form einer Platte ist in keiner Weise beschränkt, kann aber zum Beispiel mindestens 0,1 mm, mindestens 0,5 mm, mindestens 1 mm, mindestens 2 mm, höchstens 50 mm, höchstens 30 mm, weniger als 30 mm, höchstens 20 mm, höchstens 10 mm oder höchstens 5 mm betragen. Es ist schwierig das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 in Form einer Platte gleichmäßig zu erhitzen, wenn die Dicke zu groß ist. Eine zu geringe Dicke des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 in Form einer Platte führt zu einer geringeren Produktivität.
  • Das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 kann mit dem Formungselement 20 und/oder den Heizwalzen 31 zu einer Platte geformt werden oder im Voraus beispielsweise durch Pressformen. Das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 kann im Voraus zu einer Platte geformt werden und des Weiteren mit dem Formungselement 20 und/oder den Heizwalzen 31 so geformt werden, dass das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 eine vorgegebene Dicke aufweist.
  • <Fördervorrichtung 10>
  • Die Fördervorrichtung 10 ist ein Element zum Fördern des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1. Wie in 1 ist die Fördervorrichtung 10 mit einem Förderelement 11, das das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 befördert, und einer Antriebseinheit (nicht dargestellt) zum Antreiben des Förderelements 11 bereitgestellt.
  • (Förderelement 11)
  • Das Förderelement 11 ist ein Element (Förderband), das das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 transportiert. Das Förderelement 11 ist ein Element, das in Form einer Platte ausgebildet ist und von der Antriebseinheit in Förderrichtung von stromaufwärts nach stromabwärts angetrieben wird. Es ist notwendig, das Förderelement 11 an der unteren Oberfläche bzw. der Unterseite des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 anzuordnen, da das Förderelement 11 das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 fördert, wenn das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 darauf abgelegt wird. Das Förderelement 11 kann auch auf der oberen Oberfläche bzw. Oberseite des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 angeordnet sein, wie in 1 gezeigt. Mit anderen Worten kann das Förderelement 11 das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 sandwichartig eingeschlossen fördern.
  • Wie später beschrieben, erhitzt die Herstellungsvorrichtung 100 das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 durch Kontaktheizen. Das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 kann daher durch direkten Kontakt mit den Heizwalzen 31 erhitzt werden. Dies führt allerdings dazu, dass das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 an den Heizwalzen 31 anhaftet, was zu einer geringeren Produktivität führt. In der Herstellungsvorrichtung 100 wird das Anhaften des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 an den Heizwalzen 31 unterdrückt, indem die Heizwalzen 31 über das Förderelement 11 mit dem Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 in Kontakt gebracht werden. Aus diesem Grund kann das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 beim Erhitzen der Ober- und Unterseite des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 durch das Förderelement 11 sandwichartig eingeschlossen gefördert werden.
  • Es ist notwendig, das Förderelement 11 aus einem Element herzustellen, das gegen die Heiztemperatur in der Heizeinheit 30 beständig ist (hitzebeständiges Element), da das Förderelement 11 mit den Heizwalzen 31 in Kontakt ist. Es ist zum Beispiel erforderlich, dass das hitzebeständige Element einer Temperatur von 900°C oder mehr standhält. Beispiele für ein derartiges hitzebeständiges Element umfassen Quarztücher und Siliziumoxidfasertücher.
  • Es ist notwendig Sauerstoff von außen aufzunehmen, um das Brennen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 voranzutreiben, wenn das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 ein Material enthält, das durch die Oxidation des Metallhydroxids, eines Lithiumhydroxids usw. zu einem Oxid wird. Im Übrigen kann durch das Brennen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 ein Gas wie beispielsweise Feuchtigkeit (Wasserdampf) und Kohlenstoffdioxid entstehen. Daher wird das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 vorzugsweise in einer Umgebung gebrannt, in der Gase ausgetauscht werden können. Daher kann das Förderelement 11 aus einem porösen, hitzebeständigen Element hergestellt werden, das zu einem effizienten Gasaustausch mit der Umgebung führen kann. Die Porengröße des porösen, hitzebeständigen Elements ist in keiner Weise beschränkt, solange ein effizienter Gasaustausch durch die Poren erfolgen kann und das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 nicht durch die Poren nach au-ßen austritt. Zum Beispiel kann die Porengröße des porösen, hitzebeständigen Elements wenigstens 20 µm, wenigstens 10 µm, wenigstens 5 µm, wenigstens 3 µm, wenigstens 1 µm oder wenigstens 0,5 µm betragen. Das poröse, hitzebeständige Element mit einer zu großen Porengröße führt dazu, dass das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 leicht nach außen austritt. Das poröse, hitzebeständige Element mit einer zu kleinen Porengröße führt dazu, dass die Effizienz des Gasaustauschs mit der Umgebung verringert wird. Beispiele für ein derartiges poröses, hitzebeständiges Element umfassen faserige hitzebeständige Elemente. Beispiele für ein faseriges hitzebeständiges Element umfassen Quarztücher und Siliziumdioxidfasertücher.
  • Unter der Porengröße des porösen, hitzebeständigen Elements kann die diagonale Länge einer Maschenöffnung verstanden werden, die durch den Faserdurchmesser und die Produktdichte (Einheit: Zahl der Fasern/mm) erhalten wird.
  • <Formungselement 20>
  • Das Formungselement 20 ist ein Element, mit dem das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 zu einer Platte geformt wird. Wie in 1 gezeigt, ist das Formungselement 20 in Förderrichtung stromaufwärts zur Heizeinheit 30 angeordnet. In der Herstellungsvorrichtung 100 ist das Formungselement 20 ein optionales Element, da das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1, wie vorstehend beschrieben, im Voraus zu einer Platte geformt werden kann.
  • Ein Beispiel für das Formungselement 20 ist ein Pulvermengensteuerelement, um die Pulvermenge des zu fördernden Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 zu steuern, damit das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 zu einer Platte geformt wird. Beispiele für das Pulvermengensteuerelement umfassen das in 1 gezeigte Pulvermengensteuermesser und jedes Element, mit dem das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 zu einer Platte gepresst und geformt werden kann.
  • Die Dicke des durch das Formungselement 20 geformte plattenförmigen Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 ist in keiner Weise beschränkt, kann aber beispielsweise mindestens 0,1 mm, mindestens 0,5 mm, mindestens 1 mm, mindestens 2 mm, höchstens 50 mm, höchstens 30 mm, weniger als 30 mm, höchstens 20 mm, höchstens 10 mm oder höchstens 5 mm betragen.
  • <Heizeinheit 30>
  • Die Heizeinheit 30 dient zum erhitzen (Brennen) des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1. Wie in 1 gezeigt, handelt es sich bei der Heizeinheit 30 um ein rechteckiges Gehäuse, das mit sechs Heizwalzen 31 versehen ist.Die Heizeinheit 30 ist auch mit Kontaktwalzen 32 an Positionen neben den jeweiligen in Förderrichtung stromaufwärts und stromabwärts liegenden Heizwalzen 31 versehen.
  • Das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 kann in der Heizeinheit 30 auf wenigstens 700°C, wenigstens 800°C, wenigstens 900°C, höchstens 1100°C und höchstens 1000°C erhitzt werden. Der Fachmann kann die Temperatur so festlegen, dass das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 in geeigneter Weise gebrannt werden kann. Wie später beschrieben, wird das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 durch den Kontakt mit den Heizwalzen 31 erhitzt. Deshalb werden eigentlich die Heizwalzen 31 jeweils auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt. Die Heizwalzen 31 können jeweils auf die gleiche Temperatur oder auf unterschiedliche Temperaturen erhitzt werden. Es können zum Beispiel einige der in Förderrichtung weiter stromaufwärts angeordneten Heizwalzen 31 zum Zwecke der Oxidation auf eine niedrigere Temperatur erhitzt werden und einige der in Förderrichtung weiter stromabwärts angeordneten Heizwalzen 31 zum Zwecke des Brennens auf eine höhere Temperatur erhitzt werden.
  • Das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 kann in der Heizeinheit 30 unter einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt werden, da so die Oxidationsreaktion des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 gefördert wird. Die Heizeinheit 30 ist mit einem Luftgebläseteil (nicht dargestellt) versehen, um in ihrem Inneren eine oxidierende Atmosphäre herzustellen. Die Zufuhr von Luft oder Sauerstoff aus dem Luftgebläseteil in das Innere der Heizeinheit 30 kann das Innere der Heizeinheit 30 unter einer oxidierenden Atmosphäre halten. Luft oder Sauerstoff kann kontinuierlich so zugeführt werden, dass ein Unterdruck im Innere der Heizeinheit 30 erhalten bleibt. Es kann zum Beispiel ein bekanntes Gebläse als Luftgebläseteil verwendet werden. Wenn das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial kein Material enthält, das eine Oxidationsreaktion hervorruft, ist es nicht erforderlich, im Inneren der Heizeinheit 30 eine oxidierende Atmosphäre herzustellen, da es nicht notwendig ist, das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 in der Heizeinheit 30 zu oxidieren.
  • In der Beschreibung ist eine „oxidierende Atmosphäre“ eine Atmosphäre, die es einem Zielmaterial erlaubt oxidiert zu werden und ist beispielsweise die Atmosphäre eines Raums, dem ein Gas mit mindestens 1 % Sauerstoff (z. B. Luft oder Sauerstoff) zugeführt wird und der somit mit dem Gas gefüllt ist. Die Konzentration des Sauerstoffs im Raum kann in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der die Oxidation des Zielmaterials voranschreitet, geeignet festgelegt werden.
  • (Heizwalzen 31)
  • Die Heizwalzen 31 sind Elemente zum Erhitzen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 durch Wärmeleitung. „Erhitzen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 durch Wärmeleitung“ bedeutet das was als Kontaktheizen bezeichnet wird, d.h. das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 zu erhitzen, indem die Heizwalzen 31 in direkten oder indirekten Kontakt mit dem Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial gebracht werden. „Indirekt“ bedeutet, dass das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 erhitzt wird, indem die Heizwalzen 31 über ein anderes Element bzw. mehrere andere Elemente in Kontakt mit dem Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 gebracht werden. In 1 wird das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 erhitzt, indem die Heizwalzen 31 über das Förderelement 11 damit in Kontakt gebracht werden. Das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 kann erhitzt werden, indem die Heizwalzen 31 über ein anders Element bzw. andere Elemente als das Förderelement 11 oder über das Förderelement 11 und ein anderes Element bzw. andere Elemente damit in Kontakt gebracht werden. In der Beschreibung kann „direkter oder indirekter Kontakt“ einfach als „Kontakt“ bezeichnet werden, sofern nichts Anderes erwähnt wird.
  • Die Heizwalzen 31 dienen zum Erhitzen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 durch Kontaktheizen und zeichnen sich dadurch aus, dass ein kontaktierter Abschnitt effizient erhitzt werden kann und die thermische Gleichmäßigkeit im kontaktierten Abschnitts hoch ist. Dementsprechend kann die Brennzeit des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 verkürzt und Kristallinitätsschwankungen verringert werden. Herkömmlicherweise sind für die Herstellung eines Kathodenaktivmaterials zwei Heizschritte, ein Kalzinierungsschritt und ein Brennschritt, erforderlich, da das Kontaktheizen zu einer hohen thermischen Gleichmäßigkeit führt. Mit der Herstellungsvorrichtung 100 kann das Kathodenaktivmaterial durch Brennen des Ausgangsmaterials in einem Schritt erhalten werden. Dementsprechend kann mit der Herstellungsvorrichtung 100 die Produktivität des Kathodenaktivmaterials verbessert werden. Eine verkürzte Heizzeit erlaubt auch kleinere Anlagen.
  • Das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 kann unter Verwendung der Heizwalzen 31 gefördert und gleichzeitig erhitzt werden. Dadurch kann das Kathodenaktivmaterial 2 kontinuierlich hergestellt werden.
  • Wie in 1 gezeigt, ist die Heizeinheit 30 mit sechs Heizwalzen 31 versehen. Der Aspekt der Anordnung der Heizwalzen 31 und ihre Anzahl sind in keiner Weise beschränkt. Wie in 1 gezeigt, können die Heizwalzen zum Erhitzen der einen Oberfläche (z. B. der Oberseite) des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 und die Heizwalzen zum Erhitzen der anderen Oberfläche (z. B. der Unterseite) in Förderrichtung von stromaufwärts nach stromabwärts abwechselnd angeordnet sein. Dies erlaubt es die beiden Oberflächen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 gleichmäßig zu erhitzen. Dadurch werden Temperaturunregelmä-ßigkeiten im Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 unterdrückt.
  • Jeweils zwei benachbarte Heizwalzen 31 können so einander gegenüberliegend angeordnet sein, um das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 dazwischen zu halten. Dies erlaubt es die beiden Oberflächen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 gleichzeitig zu erhitzen. Dadurch kann die Heizeffizienz verbessert werden und Temperaturunregelmäßigkeiten unterdrückt werden. Die Anordnung von jeweils zwei benachbarten Heizwalzen 31, die einander gegenüberliegen, erlaubt es, das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 zu erhitzen, wenn Druck ausgeübt wird. Mit anderen Worten kann das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 zu einer Platte heißverformt werden. Die Dicke des plattenförmigen Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 kann durch die Anpassung der Abstände zwischen den einander gegenüberliegenden Heizwalzen 31 angepasst werden. Zum Beispiel können die Lücken zwischen den einander gegenüberliegenden Heizwalzen 31 in Förderrichtung von stromaufwärts nach stromabwärts schrittweise verengt werden. Dies kann dazu führen, dass die Heizwalzen 31 so angeordnet sind, dass sichergestellt ist, dass die Heizwalzen 31 das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 dazwischen halten können. Somit werden Temperaturunregelmäßigkeiten im Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 unterdrückt. Es ist nicht notwendig, die Abstände zwischen den Heizwalzen 31 genau einzustellen, da der Zweck der Heizwalzen 31 nicht darin besteht, das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 zu formen.
  • Die Heizwalzen 31 sind so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen, wobei ein vorgegebener Umschlingungswinkel festgelegt ist. 2 veranschaulicht den Umschlingungswinkel. 3 ist eine vergrößerte Ansicht der Heizwalzen 31 und der Kontaktwalzen 32 in 1.
  • Wie durch „x“ in 2 und 3 gekennzeichnet, ist der „Umschlingungswinkel“ ein Mittelpunktswinkel von jeder Heizwalze 31, der unter Verwendung des Umfangs von jeder Heizwalze 31 von der Stelle, die das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 (Förderelement 11) berührt, bis zu der Stelle, an der sich das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 von jeder der Heizwalzen 31 abtrennt, erhalten wird. Das Festlegen des Umschlingungswinkels x für jede Heizwalze 31 wie in 2 kann dazu führen, dass die Kontaktfläche zwischen den Heizwalzen 31 und dem Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 vergrößert und die Heizeffizienz verbessert wird. Darüber hinaus wird ein ungleichmäßiges Erhitzen unterdrückt und ein Gasaustausch kann gefördert werden, da das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 gezogen werden kann um bewegt zu werden. Das Anhaften des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 an den Heizwalzen 31 kann ebenfalls unterdrückt werden. Während das Brennen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 durch das Erhitzen der beiden Oberflächen von einem Teil des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1, das zwischen den gegenüberliegend angeordneten Heizwalzen 31 gehalten wird, voranschreitet, wird ein anderer Teil des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1, der nicht zwischen den Heizwalzen 31 gehalten wird, sondern auf einer Seite mit den Heizwalzen 31 in Kontakt steht, über dessen Kontaktfläche erhitzt, wobei gleichzeitig ein Gasaustausch über die offene Fläche des anderen Teils des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1, der nicht mit den Heizwalzen 31 in Kontakt steht, erfolgen kann. Dadurch kann das Brennen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 gefördert werden. Durch die Anordnung der Heizwalzen 31 wie in 1 und 3, können deshalb abwechselnd die beiden Oberflächen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 und die eine Oberfläche davonerhitzt werden (Heißverformung in Bezug auf die beiden Oberflächen). Dementsprechend wird das Erhitzen und ein effizienter Gasaustausch abwechselnd durchgeführt und das Brennen daher gefördert.
  • Der Umschlingungswinkel x jeder Heizwalze 31 ist größer als 180° und höchstens 360°. Durch einen Umschlingungswinkel größer als 180° wird das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 in Höhenrichtung gefördert. Durch diese Bewegung des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials wird die thermische Gelichmäßigkeit verbessert und ein Gasaustausch gefördert. Dies unterdrückt eine ungleichmäßige Oxidation des Kathodenaktivmaterials 2, das ein Produkt ist, um die Qualität zu verbessern. Dies ermöglicht es, den Zeitraum zu verlängern, in dem die Heizwalzen 31 mit dem Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 in Kontakt sind, was kleinere Anlagen erlaubt. Verglichen mit dem Fall, indem der Umschlingungswinkel höchstens 180° beträgt, kann die Produktivität bei der Herstellung des Kathodenaktivmaterials 2 verbessert werden. Der Umschlingungswinkel x kann wenigstens 210°, wenigstens 240°, wenigstens 270°, wenigstens 300°, kleiner als 360°, höchstens 350° und höchstens 330° betragen.
  • Der Umschlingungswinkel x kann entsprechend des Aspekts der Anordnung der Heizwalzen 31 und der Kontaktwalzen 32 festgelegt werden. In 1 und 3 ist jede Heizwalzen 31 so angeordnet, dass jeder Umschlingungswinkel ein vorgegebener Umschlingungswinkel x sein kann. Eine solche Anordnung kann dazu führen, dass der Umschlingungswinkel x jeder Heizwalze 31 auf einen vorgegebenen Wert festgelegt ist, mit Ausnahme der am weitesten stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Heizwalzen 31. Die Kontaktwalzen 32 sind an Positionen neben den in Förderrichtung stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Heizwalzen 31 angeordnet. Dies kann dazu führen, dass die Umschlingungswinkel der am weitesten stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Heizwalzen 31 auf vorgegebene Werte festgelegt werden.
  • Wie in 3 gezeigt, sind die Heizwalzen 31 so angeordnet, dass die gerade Linie, die die Mittelpunkte zweier beliebiger benachbarten Heizwalzen 31 verbindet, über einer der geraden Linien liegt, die den Umschlingungswinkel jeder der beliebigen zwei Heizwalzen bildet. Dies kann dazu führen, dass das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 immer in Kontakt mit den Heizwalzen 31 ist, die Heizeffizienz verbessert ist und die Heizzeit verkürzt ist.
  • Das Material der Heizwalzen 31 ist in keiner Weise beschränkt. Die Heizwalzen können zum Beispiel aus einem Material hergestellt werden, das gegenüber einer Temperatur von 1000°C beständig ist. Beispiele für ein derartiges Material sind anorganische Materialien wie Keramiken und metallische Materialien wie Eisen.
  • Die Drehrichtung der Heizwalzen kann in normaler Drehrichtung (Drehung in die gleiche Richtung wie die Förderrichtung) oder in umgekehrter Drehrichtung (Drehung entgegengesetzt zur Förderrichtung) erfolgen. Die Umdrehungsanzahl der Heizwalzen ist in keiner Weise beschränkt. Der Fachmann kann in geeigneter Weise eine optimale Drehrichtung und eine optimale Umdrehungsanzahl wählen, bei der sowohl thermische Gleichmäßigkeit als auch Wirtschaftlichkeit erreicht werden.
  • Die Oberflächen der Heizwalzen 31 können eine Rauigkeit aufweisen. Die Oberflächen der Heizwalzen 31 in rauer Form ermöglichen es, dass das mit den Heizwalzen in Kontakt stehende Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 gezogen wird, um bewegt zu werden, können ein ungleichmäßiges Erhitzen unterdrücken und einen Gasaustausch fördern. Das Anhaften des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 an den Heizwalzen kann ebenfalls unterdrückt werden.
  • Die Längen der Heizwalzen 31 in Breitenrichtung ist in keiner Weise beschränkt, sondern können zum Beispiel auf die gleiche Länge wie die Länge des Förderelements 11 in Breitenrichtung festgelegt sein. Der Durchmesser der Heizwalzen 31 ist hinsichtlich Größe der Heizeinheit 30 und hinsichtlich der geeignete Erhitzung des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 geeignet festgelegt.
  • (Kontaktwalzen 32)
  • Die Kontaktwalzen 32 sind an den jeweiligen Positionen neben den in Förderrichtung stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Heizwalzen 31 angeordnet. Wie vorstehend beschrieben werden die Kontaktwalzen 32 zum Festlegen des Umschlingungswinkels der danebenliegenden Heizwalzen 31 verwendet. Die Kontaktwalzen 32 können an Positionen angeordnet sein, die den danebenliegenden Heizwalzen gegenüberliegen.
  • In der Herstellungsvorrichtung 100 sind die Kontaktwalzen 32 optionale Elemente. Die Anzahl der Kontaktwalzen 32 kann wenigstens eins betragen. Des Weiteren sind die Positionen der Kontaktwalzen 32 in keiner Weise beschränkt, solange die Kontaktwalzen 32 an Positionen neben den Heizwalzen 31 angeordnet sind, für die die Umschlingungswinkel unter Verwendung dieser Kontaktwalzen 32 festzulegen sind.
  • Das Material der Kontaktwalzen 32 ist in keiner Weise beschränkt, sondern kann zum Beispiel passend aus den Materialien für die Heizwalzen 31 gewählt werden. Die Länge der Kontaktwalzen 32 in Breitenrichtung ist in keiner Weise beschränkt, sondern kann zum Beispiel auf die gleiche Länge wie die Länge des Förderelements 11 in Breitenrichtung festgelegt werden. Der Durchmesser der Kontaktwalzen 32 kann in basierend auf der Größe der Heizeinheit 30 und den Umschlingungswinkeln der Heizwalzen 31 passend festgelegt werden.
  • <Rückgewinnungsteil 40>
  • Das Rückgewinnungsteil 40 ist ein Element zum Rückgewinnen des Kathodenaktivmaterials 2, das in der Heizeinheit 30 erhalten wurde. Wenn das Kathodenaktivmaterial 2 wie in 1 sandwichartig in das Förderelement 11 eingeschlossen ist und von diesem gefördert wird, kann das Förderelement am Rückgewinnungsteil 40 abgetrennt und das Kathodenaktivmaterial 2 aus dem Inneren des Förderelements rückgewonnen werden. Um das Förderelement 11 auf diese Weise abzutrennen, können vorgegebene Walzen 41 passend angeordnet sein. Das rückgewonnene Kathodenaktivmaterial 2 kann pulverisiert werden. Die Art und Weise des Pulverisierens des Kathodenaktivmaterials 2 ist in keiner Weise beschränkt. Das Kathodenaktivmaterial 2 kann nach der Rückgewinnung zum Beispiel mit einem Hammer pulverisiert werden. Wenn das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 plattenförmig ist, ist das erhaltene Kathodenaktivmaterial 2 ebenfalls plattenförmig und kann somit leicht pulverisiert werden. Wie in 1 dargestellt, wird das Kathodenaktivmaterial 2 zum Beispiel als Folge der Rückgewinnung pulverisiert.
  • Wenn das poröse, hitzebeständige Element als Förderelement 11 verwendet wird, ist das Kathodenaktivmaterial 2 manchmal in den inneren Poren vergraben. Um die Produktivität zu verbessern, kann in derartigen Fällen das im Inneren vergrabene Kathodenaktivmaterial 2 durch Vibration des Förderelements 11 in einem Zustand, in dem das Förderelement 11 umgedreht ist oder durch Blasen von Luft gegen eine Oberfläche, die nicht in Kontakt mit dem Kathodenaktivmaterial 2 steht (die Pfeile in 1), rückgewonnen werden. Ein Beispiel für eine Vorrichtung, mit der die Vibration aufgezwungen wird, ist ein Vibrationsklopfer. Ein Beispiel für eine Vorrichtung, mit der Luft eingeblasen wird, ist ein Luftgebläse.
  • <Kathodenaktivmaterial 2>
  • Das durch die Herstellungsvorrichtung 100 erhaltene Kathodenaktivmaterial 2 weist eine Zusammensetzung aus Lithium und dem Metalloxid, in das das Lithium eingebracht ist, auf. Das molare Verhältnis der metallischen Elemente des Kathodenaktivmaterials 2 kann zum Beispiel Li:Ni:Co:Mn = s:x:y:z (0,8 ≤ s ≤ 1,2, x = 1 - y - z, 0 ≤ y < 1 und 0 ≤ z < 1) oder Li:Ni:Co:Al = s:x:y:z (0,8 ≤ s ≤ 1,2, x = 1 - y - z, 0 ≤ y < 1 und 0 ≤ z < 1) betragen. Die Zusammensetzung des Kathodenaktivmaterials 2 kann LisNixCoyMnz(O)2+α (0,8 ≤ s ≤ 1,2, x = 1 - y - z, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1 und -0,5 ≤ α < 0,5) oder LisNixCoyAlz(O)2+α (0,8 ≤ s ≤ 1,2, x = 1 - y - z, 0≤y<1,0≤z<1 und -0,5 ≤ α < 0,5) sein.
  • Kristallinitätsschwankungen des erhaltenen Kathodenaktivmaterials 2 werden dadurch verringert, dass das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial 1 durch Kontaktheizen gebrannt wird. Kristallinitätsschwankungen werden durch Kristallgrößenbestimmung mittels XRD erhalten. Der optimale Kristallgrößenbereich (Einheit: nm) wird hinsichtlich des Evaluierungsergebnis einer Batterie mit dem Kathodenaktivmaterial 2 festgelegt. Zum Beispiel kann der Kristallgrößenbereich etwa ±200 nm, ±100 nm oder ±50 nm betragen.
  • (Zusätzliches)
  • In der Herstellungsvorrichtung 100 wird eine Vielzahl der Heizwalzen 31 verwendet. Die Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Es ist ausreichend, dass wenigstens eine Heizwalze vorhanden ist, da es ausreicht, eine für das Brennen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials 1 erforderliche Mindestanzahl an Heizwalzen zu installieren. In der Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es ausreichend, dass wenigstens eine Heizwalze einen Umschlingungswinkel größer als 180° und höchstens 360° aufweisen kann. Dies bewirkt den Produktivitätssteigerungseffekt. Je größer die Anzahl der Heizwalzen mit einem Umschlingungswinkel von mehr als 180° und höchstens 360° ist, desto größer ist der Produktivitätssteigerungseffekt. Deshalb können die Umschlingungswinkel aller Heizwalzen auf größer als 180° und höchstens 360° festgelegt werden.
  • [Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien]
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien 1000 beschrieben, das eine Ausführungsform darstellt (kann in dieser Beschreibung als „Herstellungsverfahren 1000“ bezeichnet werden).
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm des Herstellungsverfahrens 1000. Wie in 4 umfasst das Herstellungsverfahren 1000 einen Kathodenaktiv-Rohmaterial-Vorbereitungsschritt S 1, einen Formungsschritt S2, einen Heizschritt S3 und einen Rückgewinnungsschritt S4. Der Formungsschritt S2, der Heizschritt S3 und der Rückgewinnungsschritt S4 können mit der Herstellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden.
  • (Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial-Vorbereitungsschritt S1)
  • Der Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial-Vorbereitungsschritt S 1 ist ein Schritt, bei dem die metallische Verbindung und die Lithiumverbindung gemischt werden, um das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial zu erhalten. Die metallische Verbindung, die Lithiumverbindung und das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial sind wie oben beschrieben, so dass ihre Beschreibung hier entfällt. Die Art des Mischens ist ebenfalls wie oben beschrieben, so dass die Beschreibung hier entfällt.
  • <Formungsschritt S2>
  • Der Formungsschritt S2 ist ein optionaler Schritt, der vor dem Heizschritt S3 bereitgestellt wird. Der Formungsschritt S2 ist ein Schritt, in dem das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial zu einer Platte geformt wird. Die Art wie das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials zu einer Platte geformt wird, ist in keiner Weise beschränkt. Es kann zum Beispiel kann jede der vorstehend beschriebenen Formgebungsarten angewendet werden.
  • <Heizschritt S3>
  • Der Heizschritt S3 ist ein Schritt des Erhitzens (Brennens) des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials. Insbesondere ist der Heizschritt S3 ein Schritt, bei dem das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial durch Wärmeleitung erhitzt wird. Die Art des Erhitzens des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials ist wie oben beschrieben, so dass die Beschreibung hier entfällt.
  • <Rückgewinnungsschritt S4>
  • Der Rückgewinnungsschritt S4 ist ein Schritt zum Rückgewinnen des Kathodenaktivmaterials, das im Heizschritt S3 erhalten wurde. Die Art der Rückgewinnung des Kathodenaktivmaterials ist in keiner Weise beschränkt. Es kann zum Beispiel jedes der vorstehend beschriebenen Rückgewinnungsarten verwendet werden.
  • <Andere Ausführungsformen>
  • 5 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien 2000 (kann in dieser Beschreibung als „Herstellungsverfahren 2000“ bezeichnet werden). Im Herstellungsverfahren 2000 wird ein oxidierender Röstschritt S5 im Herstellungsverfahren 1000 bereitgestellt. Der oxidierende Röstschritt S5 wird vor dem Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial-Vorbereitungsschritt S1 bereitgestellt und ist ein Schritt des Erhitzens eines Metallhydroxids unter einer oxidierenden Atmosphäre. Die Art wie ein Metallhydroxid einem oxidierenden Rösten unterzogen wird ist wie oben beschrieben, so dass die Beschreibung hier entfällt. Die Bereitstellung des oxidierenden Röstschritts S5 ermöglicht es ein Metalloxid zu erhalten. Die Oxidation eines Metallhydroxids ist eine endotherme Reaktion. Daher kann die Verwendung eines Metallhydroxid enthaltenden Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials im Heizschritt S3 zu Temperaturunregelmäßigkeiten führen. Daher wird in dem Herstellungsverfahren 2000 der oxidierende Röstschritt S5 bereitgestellt und die Oxidation des Metallhydroxids wird im Voraus durchgeführt. Es ist anzumerken, dass Temperaturunregelmäßigkeiten selbst dann unterdrückt werden, wenn das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial verwendet wird, das ein Metallhydroxid enthält, da im Heizschritt S3 Kontaktheizen angewendet wird.
  • 6 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithiumionen-Sekundärbatterien 3000 (kann in dieser Beschreibung als „Herstellungsverfahren 3000“ bezeichnet werden). In dem Herstellungsverfahren 3000 wird vor dem Formgebungsschritt S2 ein Kalzinierungsschritt S6 bereitgestellt. Der Kalzinierungsschritt S6 ist ein Schritt des Erhitzens des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials unter einer oxidierenden Atmosphäre. Der Kalzinierungsschritt S6 ermöglicht die Oxidation des Metallhydroxids zu einem Metalloxid und die Oxidation der Lithiumverbindung wie beispielsweise eines Lithiumhydroxids zu Lithiumoxid. Eine derartige Oxidationsreaktion ist eine endotherme Reaktion. Daher kann die vollständige Oxidation des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials im Kalzinierungsschritt S6 Temperaturunregelmäßigkeiten im Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial im Heizschritt S3 unterdrücken und ein kurzzeitiges Brennen ermöglichen. Es ist anzumerken, dass das Kathodenaktivmaterial selbst dann durch geeignetes Brennen des Metallhydroxid enthaltenden Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials usw., erhalten werden kann, wenn der Kalzinierungsschritt S6 nicht bereitgestellt wird, weil im Heizschritt S3 Kontaktheizen angewendet wird.
  • Die Heiztemperatur im Kalzinierungsschritt S6 beträgt zum Beispiel 700°C bis 800°C. Die Heizzeit beträgt zum Beispiel 0,5 bis 3 Stunden. Derartiges Erhitzen kann unter Verwendung einer Vorrichtung wie beispielsweise eines Drehofens erfolgen.
  • Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung können sowohl der oxidierende Röstschritt S5 als auch der Kalzinierungsschritt S6 kombiniert werden.
  • Die Vorrichtung zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien und das Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien gemäß der vorliegenden Offenbarung wurden jeweils unter Verwendung der Ausführungsformen beschrieben. In der vorliegenden Offenbarung wird Kontaktheizen zum erhitzen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials durch Wärmeleitung angewendet. Das Kontaktheizen zeichnet sich dadurch aus, dass ein kontaktierter Abschnitt effizient erhitzt werden kann und dass Temperaturunregelmäßigkeiten im kontaktierten Abschnitt gering sind (die thermische Gleichmäßigkeit des kontaktierten Abschnitts hoch ist). Deshalb kann die vorliegende Offenbarung bei Anwendung des Kontaktheizens die Brennzeit des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials verkürzen und Kristallinitätsschwankungen unterdrücken. Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Offenbarung das Kathodenaktivmaterial durch Brennen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials mit einer einzigen Heizeinheit (Heizschritt) zu erhalten, was sich von herkömmlichen Vorrichtungen oder herkömmlichen Verfahren unterscheidet. Des Weiteren erlaubt eine verkürzte Heizzeit auch kleinere Anlagen.
  • Darüber hinaus wird in der vorliegenden Offenbarung der Umschlingungswinkel x von wenigstens einer Heizwalze auf größer als 180° und höchstens 360° festgelegt. Dies bewirkt, dass das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial in Höhenrichtung gefördert wird. Diese Bewegung des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials wird die thermische Gleichmäßigkeit verbessert und ein Gasaustausch gefördert. Dies unterdrückt die ungleichmäßige Oxidation des Kathodenaktivmaterials, das ein Produkt ist, um die Qualität zu verbessern. Dies ermöglicht es, den Zeitraum zu verlängern, in dem die Heizwalze bzw. die Heizwalzen mit dem Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial in Kontakt sind, was noch kleinere Anlagen erlaubt.
  • Die vorliegende Offenbarung kann daher die Produktivität der Herstellung des Kathodenaktivmaterials verbessern.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das gemäß dieser Offenbarung hergestellte Kathodenaktivmaterial kann als Kathode für eine nichtwässrige Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, eine wässrige Lithium-Ionen-Sekundärbatterie und eine Festkörper-Lithium-Ionen-Sekundärbatterie verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial
    2
    Kathodenaktivmaterial
    10
    Fördervorrichtung
    11
    Förderelement
    20
    Formungselement
    30
    Heizeinheit
    31
    Heizwalze
    32
    Kontaktwalze
    40
    Rückgewinnungsteil
    41
    Walze
    100
    Vorrichtung zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2020113429 A [0005]
    • JP 2019175694 A [0005]
    • JP 2020198195 A [0005]

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: eine Fördervorrichtung zum Fördern eines Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials, das eine metallische Verbindung und eine Lithiumverbindung enthält, wobei die metallische Verbindung mindestens ein metallisches Element enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt und Mangan ausgewählt ist; und eine Heizeinheit, die konfiguriert ist, um das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial zu erhitzen, wobei die Heizeinheit wenigstens eine Heizwalze aufweist, die konfiguriert ist, um das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial durch Wärmeleitung zu erhitzen, und die wenigstens eine Heizwalze einen Umschlingungswinkel von mehr als 180° und höchstens 360° aufweist.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine Vielzahl von Heizwalzen aufweist, einige Heizwalzen, die konfiguriert sind, um die eine Oberfläche des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials zu erhitzen, und die restlichen Heizwalzen, die konfiguriert sind, um die andere Oberfläche des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials zu erhitzen, in Förderrichtung von stromaufwärts nach stromabwärts abwechselnd angeordnet sind, und jeweils zwei benachbarte Heizwalzen so einander gegenüberliegend angeordnet sind, um das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial dazwischen zu halten.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Heizeinheit das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial auf 700°C bis 1000°C erhitzt.
  4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Heizeinheit das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial unter einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt.
  5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Fördervorrichtung ein Förderelement aus einem porösen, hitzebeständigen Element aufweist, und die Heizwalze das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial über das poröse, hitzebeständige Element erhitzt.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Kathodenaktivmaterials für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Vorbereiten eines Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials durch Mischen einer metallischen Verbindung und einer Lithiumverbindung, wobei die metallische Verbindung wenigstens ein metallisches Element enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kobalt und Mangan ausgewählt ist, und Erhalten des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials; und Erhitzen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials, wobei das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial während des Erhitzens unter Verwendung von wenigstens einer Heizwalze gefördert und gleichzeitig durch Wärmeleitung erhitzt wird, und die wenigstens eine Heizwalze einen Umschlingungswinkel von mehr als 180° und höchstens 360° aufweist.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei während des Erhitzens unter Verwendung der wenigstens einen Heizwalze abwechselnd die beiden Oberflächen des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials und die eine Oberfläche des Kathodenaktivmaterial-Rohmaterials erhitzt werden.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei während des Erhitzens das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial auf 700°C bis 1000°C erhitzt wird.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei während des Erhitzens das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial unter einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt wird.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei während des Erhitzens das Kathodenaktivmaterial-Rohmaterial über ein poröses, hitzebeständiges Element erhitzt wird.
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