JP2022529303A - 三元カソード材料を製造するための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 焙焼窯（１２０）において原材料（１１０）を焙焼することにより、リチウム電池用三元カソード材料（１３０）を製造する方法であって、焙焼窯（１２０）に雰囲気が提供され、雰囲気のガス成分（ａ）の焙焼窯（１２０）への注入は、測定されている少なくとも１つのプロセス影響パラメータ、並びに三元カソード材料（１３０）を製造するための装置に基づいて、閉ループ制御方式で制御される、方法。【選択図】図１
Description
本発明は、焙焼窯中の原材料を焙焼することによってリチウム電池用三元カソード材料を製造するための方法及び装置に関する。
電気自動車及びハイブリッド自動車の市場は急速に成長している。これにより、自動車産業で一般的に使用されるリチウム又はリチウムイオン電池に対する需要が高まっている。リチウム電池は、他の成分の中でもとりわけカソード材料及びアノード材料を含有する。これらの材料及びそれらの成分を製造するプロセスは、一般的には、酸素、窒素、及びアルゴンなどのガスを使用する。
長距離電気自動車及びハイブリッド自動車に対する要求により、リチウム電池産業は、より高いエネルギー比のカソード材料及び対応する解決策を追求することが求められている。より高いエネルギー密度を有するいわゆる三元カソード材料は、この業界における趨勢となっている。リチウム電池用のこのような三元カソード材料は、一般的には、焙焼窯内に雰囲気を提供する、焙焼窯の中で原材料を焙焼することによって製造される。
本発明は、焙焼窯で焙焼された原材料から生成物を得る可能性を改善し、したがって、より良好なリチウム電池を提供することを目的とする。
この目的は、独立請求項による方法及び装置を提供することによって達成される。
本発明による方法は、焙焼窯内で原材料を焙焼することにより、リチウム電池（又はリチウムイオン電池）用の三元カソード材料を製造するための方法であって、焙焼窯内には雰囲気が提供される。焙焼窯としては、連続ローラーハース窯又はプッシャ窯を用いることが好ましい。一般的かつ好ましい三元カソード材料は、ニッケルコバルトマンガン及びニッケルコバルトアルミニウムである。このような焙焼プロセスに使用される一般的な温度は、７００℃から１０００℃の間であり、焙焼プロセスは、一般的には１０時間から１８時間の間持続する。
その焙焼プロセスで生じる化学反応は、以下の式によって説明することができ、式中、Ｍは、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｏ（コバルト）及び／又はＡｌ（アルミニウム）を表す。
Ｍ（ＯＨ）２＋０．５Ｌｉ２ＣＯ３＋０．２５Ｏ２＝ＬｉＭＯ２＋０．５ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
Ｍ（ＯＨ）２＋ＬｉＯＨ．Ｈ２Ｏ＋０．２５Ｏ２＝ＬｉＭＯ２＋２．５Ｈ２Ｏ
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特に、酸素は、例えばＮｉ２＋をＮｉ３＋に酸化するのに役立つため、そのプロセスにおいて重要な役割を果たす。しかしながら、Ｎｉ３＋は、焙焼窯に行き渡る温度が高過ぎると分解の問題に直面する。したがって、三元カソード材料は、高温又は高過ぎる温度で容易に分解され得る。そのため、焙焼プロセスは、Ｎｉ３＋が分解を受けないことを確実にするために、その温度を可能な限り低く保つべきである。更に、窯内のすべての原材料を同一のプロセス条件に曝すことを可能にするために、窯内の均一な温度分布及び／又は均一な雰囲気を提供することが目的となる。
本発明によれば、雰囲気、好ましくは酸素のガス成分を焙焼窯に注入することは、閉ループ制御方式で、すなわち測定される少なくとも１つのプロセス影響パラメータに基づいて閉ループ制御によって制御される。特に、閉ループ制御は、制御モジュールなどによって自動的に実行される。
このようなプロセス影響パラメータは、プロセスに影響を与える任意のパラメータであり得る。好ましくは、少なくとも１つのプロセス影響パラメータは、原材料、例えば、原材料の具体的な組成を特徴付けるパラメータ、及び／又は、雰囲気、例えば、存在するガス成分（酸素、二酸化炭素など）とそれらの具体的な比率若しくは湿度を特徴付けるパラメータ、及び／又は、三元カソード材料、例えば、その具体的な組成を特徴付けるパラメータから選択される。そのようなパラメータを測定するために、対応する測定及び／又は分析手段を適切な位置に提供することができる。
有利なことに、焙焼窯の１つ以上のゾーンにガス成分を注入するためにガス注入ランスが使用される。特に、ガス注入ランスは、焙焼窯の天井又は側壁に設置されるか、又は設けられている。２つ以上のゾーンの場合、それらのガス注入ランスのうちの１つを各ゾーンに使用することができる。また、これらのガス注入ランスのうちの２つ以上を、１つ以上のゾーンに使用することができる。焙焼窯のゾーンは、焙焼窯を通して原材料を移動させるための異なる温度及び／又は異なる速度を有する異なるゾーンのような、異なるプロセスパラメータを有するゾーン又は領域に基づいて画定されてもよい。このようなガス注入ランスは、非常に正確な注入を可能にし、その結果、焙焼窯におけるガスの非常に均一な分散が可能となる。しかしながら、ゾーンは、焙焼窯内に存在する匣鉢に割り当てられてもよい。
例えば、ガス注入ランス（又はいくつかのガス注入ランスのそれぞれ）には、所定の方向を有する１つ以上のノズルが設けられている。所定の方向は、好ましくは焙焼窯の長手方向軸に対して０°から９０°の間で選択することができる。このようにして、雰囲気、特に注入されたガスを、所望の方向に向かって移動させることができる。また、乱流又はガス流の移動がこれによって生成され得る。
好ましくは、ガス成分は、０．５バールから１０バールの間の圧力でガス注入ランスに提供される。これにより、ガスがランス又はそのノズルを出る速度を選択することを可能にする。例えば、速度は音速まで到達することができる。
有利なことに、ガス注入ランスの少なくとも一部（又はいくつかのランスのそれぞれ）は、セラミックでコーティングされた鋼（ステンレス鋼又は耐熱合金など）のような材料で作製され、又はガス注入ランス（又は複数のランスのそれぞれ）は、セラミックで作製される。このようなセラミックは、特にコーティングとしてのその使用の場合には、鋼又は他の金属部品のような材料と窯内の雰囲気とのあらゆる直接的な接触をできないようにするために、特に非常に高純度のＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ、ＳｉＣなどであり得る。
提案される方法により、このようなプロセスに必要とされる酸素が、原材料に非常に均一に曝露されることを可能にする。窯内に存在するいくつかの匣鉢の場合、例えば、すべての匣鉢は、十分な酸素に曝露され得る。しかしながら、このような方法によらない場合は、内側匣鉢内での原材料の酸素との接触はより少なかった。対照的に、外側匣鉢内の原材料は、酸素と接触する可能性がより良好であることが分かった。したがって、焙焼の品質は、内側匣鉢又は匣鉢ライン内の原材料に対するほど良好ではなかった。原材料の層厚は、非常に薄く作製されなければならなかった。これらの欠点は、提案される方法で克服することができる。
提案される方法は更に、リチウム電池製造のための三元カソード材料の品質を改善し、そのような三元カソード材料の品質安定性を向上させ、窯の各ゾーンにおける特定の材料の焙焼プロセス要件を満たすために安定した酸素レベル（又は他のガス成分のレベル）を維持することを更に可能にする。また、製造能力の向上の可能性が提供される。エネルギー消費及び流動ガス体積を低減することができる。
提案される方法はまた、そのような焙焼窯によって、他の原材料を対応する生成物に変換するために使用され得ることに留意されたい。例えば、リン酸鉄リチウム（ＬＦＰ）カソード材料、又はグラフェンアノード材料は、対応する原材料から製造することができる。
本発明の更なる目的は、焙焼される雰囲気及び原材料を提供できる焙焼窯を含むリチウムイオン電池用三元カソード材料を製造する装置である。この装置はまた、測定されている少なくとも１つのプロセス影響パラメータに基づいて、雰囲気のガス成分を焙焼窯に注入する注入手段と、閉ループ制御方式でガス成分の注入を制御する制御手段と、を含む。このようなパラメータを測定するための測定手段を提供することができる。注入手段は、好ましくは、１つ以上のガス注入ランスを含み、ガス注入ランスは、その端部にノズルを有し、ノズルは、ガス注入ランスの長手方向軸に対して０°から９０°の間の、好ましくは、２０°から７０°の間の所定の方向を有する。好ましくは、装置は、本発明による方法を実行するように適合される。
本発明による装置の更なる実施形態及び利点に関しては、繰り返しを回避するために、上記の説明を参照する。
ここで、好ましい実施形態を示す添付図面を参照して本発明を更に説明する。
図１では、好ましい実施形態における本発明による装置１００が示されている。このような装置は、本発明による方法を実行するために使用することができ、適合させることができる。以下では、装置及び対応する方法を併せて説明する。
装置１００は、例えば、連続ローラーハース窯の形態の焙焼窯１２０を含み、これによって、三元カソード材料１３０を得るために原材料１１０が焙焼される。原材料１１０は、焙焼窯１２０において焙焼窯１２０に供給することができ、原材料を例えば匣鉢ライン１２５で移動させることができる。
原材料は、焙焼窯１２０の内側で移動している間に、焙焼され、所望の三元カソード材料１３０への変換を受ける。変換に関しては、上記の式を参照する。焙焼窯１２０の端部で原材料が完全に変換された後、生成物、すなわち三元カソード材料１３０を窯から除去することができる。
焙焼窯１２０では、雰囲気が提供され、雰囲気は、（純粋又はほとんど純粋な）酸素、空気及び煙道ガスのような異なるガス成分を含む。例として、酸素又は酸素供給は、数詞ａで示され、空気又は空気供給は、数詞ｂで示され、煙道ガス（窒素など）又は煙道ガス供給は数詞ｃで示される。
これらのガス成分ａ、ｂ、ｃは、制御手段又は制御モジュール１５０を介して焙焼窯１２０の内部に供給される。制御モジュール１５０によって、これらのガス成分のそれぞれの流れを制御することができる。
図示の実施形態では、酸素ａは、一例として、焙焼窯１２０内の原材料の移動経路に沿った異なるゾーン１２６において、提供されている３つのガス注入ランス１４０を介して焙焼窯１２０に供給される。制御モジュール１５０は、制御モジュールに提供される酸素ａ（すなわち、質量流量）を所定の可変比率によってこれら３つのガス注入ランス１４０の間で分配することができるように適合され得る。
一方のガス注入ランス１４０と他方のガス注入ランスのそれぞれに対する酸素の絶対質量流量との間の酸素流の現在好ましい比率を決定するために、焙焼プロセスに影響を及ぼす異なるパラメータを測定して、制御モジュールに供給して閉ループ制御を確立することができる。
例として、原材料１１０を特徴付けるパラメータを測定又は分析するための測定及び／又は分析手段１１１と、雰囲気を特徴付けるパラメータを測定又は分析するための測定及び／又は分析手段１２１と、三元カソード材料１３０を測定又は分析するための測定及び／又は分析手段１３１とが提供される。これらの手段のそれぞれは、信号の形態の測定又は分析結果を制御モジュール１５０に供給することができ、これにより、これらの結果を使用して酸素流を変化させる（又は維持する）ことができる。
また、空気ｂ及び／又は煙道ガスｃの流れも、必要に応じて、又は好都合であれば、同様に変更することができることに留意されたい。また、焙焼窯雰囲気の圧力を測定して制御することもできる。
図２では、図１の装置１００の一部であるガス注入ランス１４０が、より詳細に、かつ斜視図で示されている。図３では、図２のガス注入ランス１４０を断面図で示す。
左端から、ガス注入ランス１４０に酸素を供給することができる。このランス１４０が焙焼窯１２０に供給されると、酸素は窯内に転送され得る。右側又は入口端部１４１において、ガス注入ランス１４０はノズル１４２を含む。このノズル１４２は、ガス注入ランス１４０の長手方向又は軸に対して（好ましくは、他の方向に対しても）一定の角度を有するチャネルの形態で提供される。
このようなノズルにより（複数のノズルをランスに設けることもできる）、酸素を所望の速度及び所望の方向で、焙焼窯内に注入することができる。酸素が噴射される最終方向は、ガス注入ランス１４０内のノズル（又はチャネル）１４２の配向によって、かつ、ガス注入ランス１４０が焙焼窯１２０内に配置される配向によって決定される。
前述したように、ガス注入ランス１４０は、セラミック材料、又はこのようなセラミックで被覆された鋼（又はステンレス鋼）で作製することができる。基本的に、焙焼窯内に配置されるランスの一部のみが、酸化による損傷を回避するために、セラミック又は他の同様の材料で、被覆されるか、又は作製される必要がある。
所望の数のそのようなランスを提供し、これらのランスを（それらのノズルに対して）所望の配向とすることによって、焙焼窯１２０又はその雰囲気中の酸素の非常に均一な分布を達成することができる。結果として、三元カソード材料は、より良好かつより効率的な方法で製造することができる。
Claims (13)
- 焙焼窯（１２０）において原材料（１１０）を焙焼することにより、リチウム電池用三元カソード材料（１３０）を製造する方法であって、前記焙焼窯（１２０）に雰囲気が提供され、
前記雰囲気のガス成分（ａ）の前記焙焼窯（１２０）への注入が、測定されている少なくとも１つのプロセス影響パラメータに基づいて閉ループ制御方式で制御されることを特徴とする、
方法。 - ガス注入ランス（１４０）が前記焙焼窯（１２０）の１つ以上のゾーン（１２６）における前記ガス成分（ａ）の注入のために使用される、請求項１に記載の方法。
- 前記ガス注入ランス（１４０）は、所定の方向を有する１つ以上のノズル（１４２）を備えている、請求項２に記載の方法。
- 前記所定の方向は、前記焙焼窯（１２０）の長手方向軸に対して０°から９０°の間で選択される、請求項３に記載の方法。
- 前記ガス成分が、０．５バールから１０バールの間の圧力で前記ガス注入ランス（１４０）に提供される、請求項２から４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ガス注入ランス（１４０）が、少なくとも部分的にセラミックでコーティングされた材料から作製されているか、又はセラミックで作製されている、請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも１つのプロセス影響パラメータが、前記原材料（１１０）及び／又は前記雰囲気及び／又は前記三元カソード材料（１３０）を特徴付けるパラメータから選択される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記雰囲気の前記ガス成分（ａ）が酸素である、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記三元カソード材料（１３０）が、ニッケルコバルトマンガン又はニッケルコバルトアルミニウムを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
- 連続ローラーハース窯又はプッシャ窯が前記焙焼窯（１２０）として使用される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
- 焙焼される雰囲気及び原材料（１１０）が提供され得る焙焼窯（１２０）を含むリチウムイオン電池用三元カソード材料（１３０）を製造するための装置（１００）であって、
前記雰囲気のガス成分（ａ）の前記焙焼窯（１２０）への注入のための注入手段（１４０）を含み、測定されている少なくとも１つのプロセス影響パラメータに基づいて、前記ガス成分（ａ）の閉ループ制御方式での注入を制御するための制御手段（１５０）を更に含むことを特徴とする、
装置（１００）。 - 前記注入手段（１４０）が、１つ以上のガス注入ランスを含み、前記ガス注入ランスはその端部にノズルを有し、前記ノズルは、前記ガス注入ランスの長手方向軸に対して０°から９０°の間の、好ましくは、２０°から７０°の間の、所定の方向を有し、及び／又は、前記ガス注入ランスは、前記焙焼窯の天井又は側壁に設置されている、請求項１１に記載の装置（１００）。
- 請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法を実行するように更に適合されている、請求項１１又は１２に記載の装置（１００）。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1510772A (zh) * | 2002-12-24 | 2004-07-07 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 高品质锂离子电池正极材料的焙烧工艺及焙烧设备 |
| WO2016017783A1 (ja) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | 住友金属鉱山株式会社 | 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法 |
| JP2017017042A (ja) * | 2016-10-19 | 2017-01-19 | Ｊｘ金属株式会社 | リチウムイオン二次電池、及びリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法 |
| JP2017100893A (ja) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | Ｃｓエナジーマテリアルズ株式会社 | ニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法 |
| JP2018160470A (ja) * | 2016-06-09 | 2018-10-11 | 日立金属株式会社 | リチウム二次電池用正極活物質の製造方法 |
| CN108692567A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-10-23 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体及烧结炉 |
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|---|---|---|---|---|
| JP4077647B2 (ja) * | 2002-04-08 | 2008-04-16 | 日鉱金属株式会社 | 酸化マンガンの製造方法 |
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| CN102445072A (zh) * | 2010-10-05 | 2012-05-09 | 喻睿 | 一种连续式动态烧结窑炉 |
| JP5434934B2 (ja) * | 2011-02-18 | 2014-03-05 | 住友金属鉱山株式会社 | 有価金属回収方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1510772A (zh) * | 2002-12-24 | 2004-07-07 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 高品质锂离子电池正极材料的焙烧工艺及焙烧设备 |
| WO2016017783A1 (ja) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | 住友金属鉱山株式会社 | 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法 |
| JP2017100893A (ja) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | Ｃｓエナジーマテリアルズ株式会社 | ニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法 |
| JP2018160470A (ja) * | 2016-06-09 | 2018-10-11 | 日立金属株式会社 | リチウム二次電池用正極活物質の製造方法 |
| JP2017017042A (ja) * | 2016-10-19 | 2017-01-19 | Ｊｘ金属株式会社 | リチウムイオン二次電池、及びリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法 |
| CN108692567A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-10-23 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体及烧结炉 |
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