KR101919517B1 - Co-precipitation reactor for composing a big concentrat gradient precurs and this method - Google Patents

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Abstract

회분식 공침 반응장치를 통해 입자의 중심으로부터 외부로 금속 조성을 연속적으로 변화시키는 농도구배형 전구체 중 그 중심입도가 최소 18 마이크론 이상되는 대립 전구체를 생산하도록, 금속수용액으로 이루어진 코어 용액과 버퍼 용액 및 쉘 용액을 저장하거나 투입할 수 있도록 설치되는 둘 이상의 저장조; 상기 저장조에서 정량 펌프의 작동으로 금속수용액을 공급받아 공침반응을 진행하는 주 반응기; 및 상기 주 반응기와 직렬로 연결되어 순환펌프를 통해 금속수용액을 공급받아 공침반응을 진행하는 보조 반응기를 포함하는 농도구배형 대립 전구체 합성용 회분식 공침 반응장치와 그 합성방법을 제공한다.A core solution consisting of a metal aqueous solution and a buffer solution and a shell solution to produce an opposite precursor having a center particle size of at least 18 microns among the concentration gradient type precursors continuously changing the metal composition from the center of the particle through the batch type coprecipitation reactor Two or more reservoirs provided so as to store or input the contents; A main reactor in which a metal aqueous solution is supplied by the operation of a metering pump and the coprecipitation reaction is performed in the reservoir; And an auxiliary reactor connected in series with the main reactor to supply a metal aqueous solution through a circulation pump to conduct a coprecipitation reaction, and a method for synthesizing the batch type coprecipitation reactor for synthesizing a concentration gradient type precursor precursor.

Description

농도구배형 대립 전구체 합성용 회분식 공침 반응장치와 그 합성방법{CO-PRECIPITATION REACTOR FOR COMPOSING A BIG CONCENTRAT GRADIENT PRECURS AND THIS METHOD}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a batch type coprecipitation reaction apparatus for synthesizing a concentration gradient type precursor precursor,

회분식 공침 반응장치 및 이를 통해 농도구배형 전구체를 생산하는 방법 및 이를 이용하여 제조되는 양극재를 개시한다.A batch type coprecipitation reaction apparatus, a method of producing a concentration gradient type precursor through the same, and a cathode material manufactured using the same.

고에너지 밀도라는 리튬 이차전지의 개발 방향에 대한 구현 방법의 하나로 압연밀도의 상향제어가 이루어지고 있으며, 이의 구체적인 방법으로 대소립 양극재의 바이모달(Bimodal) 이라는 방법을 사용하고 있다.As an implementation method for the development direction of a lithium secondary battery called a high energy density, an upward control of the rolling density is being performed. As a concrete method thereof, a bimodal method of a large-sized anode material is used.

이는 입자간 공극을 최소화하여 단위부피당 밀도를 상향제어 방법으로 효과적인 압연밀도 구현을 위해서는 대립자의 입도가 18 마이크론(micron) 이상, 더욱 효과적인 입도는 20 마이크론(micron) 이상을 요구하고 있다.This minimizes intergranular porosity and increases the density per unit volume. In order to realize an effective rolling density, the particle size of the major particle is required to be 18 microns or more, and more effective particle size is required to be 20 microns or more.

현재 대입경 양극재의 입도를 결정하는 주 인자는 전구체의 입도에서 결정되며 고용량의 NCM계 양극재의 전구체는 일반적으로 공침공법을 통해 제조되고 있다. 공침공법은 각 물질간 화학적인 침전 및 기계적인 혼합공정의 복합적인 요인에 기인하여 구형의 전구체를 합성하는 방법이다. 공침공법에서 입자의 성장에 따른 전구체 물성의 영향으로 일반적으로 8~15 마이크론 영역의 제품이 보편적이며 그 이상의 입도 제조는 잘 이루어 지지 않고 있다.At present, the major factor determining the particle size of the anode material is determined by the particle size of the precursor, and the precursor of the high-capacity NCM-based cathode material is generally manufactured by the co-impregnation method. The co-invasion method is a method of synthesizing spherical precursors due to the complex factors of chemical precipitation and mechanical mixing between the materials. Due to the effect of precursor properties on particle growth in the co-impregnation process, generally 8 to 15 micron range of products are common, and particle size is not well produced.

특히, 종래의 농도구배형 전구체의 경우 조성을 달리하는, 적어도 2가지 이상의 금속수용액의 조성 및 순도, 그 양을 설계시 확정하여 시간차를 두고 희석/공침과정을 거쳐 제품을 생산, 반응간 전구체의 조성이 변화하는 농도 구배형 전구체를 생산하기 위해서는 반응종료시까지 각 원재료 및 반응물이 밀폐된 동일 공간에 혼재상태로 존재해야 하며, 이를 위해 회분식 공침반응 방식을 사용, 회분식 공침반응과 농도구배형 전구체의 설계 특성상 총 반응시간이 고정값으로 정해진 상황에서 18 마이크론 이상 바람직하게는 20 마이크론 이상의 입도 구현에는 어려움이 있었다.Particularly, in the case of conventional concentration gradient type precursors, the composition and purity of at least two or more metal aqueous solutions having different compositions are determined at design time, and the products are produced through dilution / coprecipitation at different time intervals. In order to produce this changing concentration-gradient precursor, the raw materials and reactants must be present in a confined state in the closed space until the end of the reaction. For this purpose, a batch type coprecipitation reaction system is used, and a batch type coprecipitation reaction and a concentration gradient type precursor It has been difficult to realize a particle size of 18 microns or more, preferably 20 microns or more in a situation where the total reaction time is fixed to a fixed value.

회분식 공침 반응장치를 통해 입자의 중심으로부터 외부로 금속 조성을 연속적으로 변화시키는 농도구배형 전구체 중 그 중심입도가 최소 18 마이크론 이상되는 대립 전구체를 생산하도록 된 농도구배형 대립 전구체 합성용 회분식 공침 반응장치와 그 합성방법을 제공한다.A batch type coprecipitation reaction apparatus for producing a concentration gradient type precursor precursor in which a concentration gradient type precursor continuously changing a metal composition from the center of a particle through a batch type coprecipitation reactor is produced to have an opposite precursor having a center particle size of at least 18 microns And provides a synthesis method thereof.

농도구배형 대립 전구체 합성용 회분식 공침 반응장치는, 금속수용액으로 이루어진 코어 용액과 버퍼 용액 및 쉘 용액을 저장하거나 투입할 수 있도록 설치되는 둘 이상의 저장조; 상기 저장조에서 정량 펌프의 작동으로 금속수용액을 공급받아 공침반응을 진행하는 주 반응기; 및 상기 주 반응기와 직렬로 연결되어 순환펌프를 통해 금속수용액을 공급받아 공침반응을 진행하는 보조 반응기를 포함한다.The batch type coprecipitation reactor for synthesizing the concentration gradient type precursor precursor includes at least two reservoirs which are installed to store or inject a core solution comprising a metal aqueous solution and a buffer solution and a shell solution; A main reactor in which a metal aqueous solution is supplied by the operation of a metering pump and the coprecipitation reaction is performed in the reservoir; And an auxiliary reactor connected in series with the main reactor to supply the aqueous metal solution through the circulation pump to perform the coprecipitation reaction.

상기 저장조는 버퍼 용액이 수용/저장되는 버퍼 용액 저장조와, 코어 용액 또는 쉘 용액이 수용/저장되는 금속수용액 저장조 및, 조성제어 용액이 수용/저장되는 조성제어 용액 저장조를 포함한다.The reservoir includes a buffer solution reservoir in which the buffer solution is stored / stored, a metal aqueous solution reservoir in which the core solution or the shell solution is accommodated / stored, and a composition control solution reservoir in which the composition control solution is accommodated / stored.

상기 주 반응기는 그 일측에 설치되어 정량 펌프의 작동으로 조절제를 공급받는 pH 제어 조절제 보관조를 더 포함한다.The main reactor further includes a pH control agent storage tank installed at one side of the main reactor and supplied with a control agent by operation of a metering pump.

상기 주 반응기는 그 일측에 설치되어 정량 펌프의 작동으로 성장 조절물질을 공급받는 성장 조절물질 보관조를 더 포함한다.The main reactor further includes a growth control material storage tank installed at one side of the main reactor and supplied with a growth control material by the operation of a metering pump.

농도구배형 대립 전구체 합성방법은, 회분식 공침 반응기를 2개 이상 직렬로 연결하여 투입되는 용액이 순환 및 균질화하는 과정에 있어서, 코어 용액 및 쉘 용액에 대하여 추가로 가감되더라도 전체 조성에 간섭이 없는 버퍼 용액을 코어 용액이 저장된 저장조에 투입 후, 설계된 농도구배에 맞춰 회분식 공침 반응기에 투입하는 단계를 포함한다.The gradient gradient type precursors can be synthesized by coupling two or more batch-type coprecipitation reactors in series and circulating and homogenizing the solution to be added. In the course of addition and addition of the core solution and the shell solution, The solution is put into a storage tank in which the core solution is stored, and then charged into the batch type coprecipitation reactor in accordance with the designed concentration gradient.

상기 회분식 공침 반응기의 전단에 상기 코어 용액과 버퍼 용액 및 쉘 용액을 저장/투입 가능한 3개 이상의 저장조를 이용하여 금속수용액을 회분식 공침 반응기에 투입할 수 있다.The metal aqueous solution may be introduced into the batch type coprecipitation reactor using three or more reservoirs capable of storing / injecting the core solution, the buffer solution and the shell solution at the front end of the batch type coprecipitation reactor.

상기 회분식 공침 반응기의 전단에 상기 코어 용액과 쉘 용액을 저장/투입 가능한 2개 이상의 저장조에 상기 버퍼 용액을 제조/반응 진행 후, 회분식 공침 반응기에 쉘 용액을 제조/투입할 수 있다.The buffer solution may be prepared / reacted in two or more reservoirs capable of storing / injecting the core solution and the shell solution at the front end of the batch type coprecipitation reactor, and then the shell solution may be prepared / introduced into the batch type coprecipitation reactor.

상기 금속수용액의 반응 시작시 상기 회분식 공침 반응기에 코어 용액을 투입 후, 코어 용액 저장조에 버퍼 용액을 코어 용액의 투입유량과 동일하게 이송/혼합하여 순차적으로 조성이 변하게 하면서, 가용한 코어 용액의 체적에 변화가 없도록 제어할 수 있다.The core solution is introduced into the batch type coprecipitation reactor at the start of the reaction of the metal aqueous solution, and the buffer solution is transferred / mixed in the same amount as the flow rate of the core solution to the core solution reservoir, Can be controlled so as not to change.

상기 코어 용액과 버퍼 용액의 혼합시 성장 속도/경향에 따라 버퍼 용액을 추가로 가감하여 목표로 하는 중간 입도 도달시 쉘 용액을 상기 코어 용액 저장조에 이송/혼합함으로써 추가적인 농도구배 및 목표로 하는 조성과 입도를 완성할 수 있다.The buffer solution is further added or decreased according to the growth rate / tendency when the core solution and the buffer solution are mixed to transfer / mix the shell solution to the core solution reservoir at the target middle size, thereby obtaining an additional concentration gradient and a target composition The grain size can be completed.

본 장치에 따르면, 농도구배형 대립 전구체 합성시 최종 목표조성에 영향을 주지 않는 버퍼 용액 활용에 따른 일정범위 내에서의 가변적인 반응시간 제어 및 확대 등을 통해 최종 제품의 입도 불량에 따른 불량률을 감소시키고, 특히 18 마이크론 이상 바람직하게는 20 마이크론 이상의 농도구배형 대립 전구체 합성이 가능하며, 농도구배형 전구체의 특성상 코어-버퍼 금속수용액 조성의 영향에 기인하는 합성, 성장속도의 향상 및 가변적인 반응시간 확대운전 등으로 기존 동일 입도의 코어-쉘 대비 생산성이 뛰어나다는 장점이 있다.According to the present apparatus, the defective rate due to poor particle size of the final product is reduced by controlling and expanding the variable reaction time within a certain range according to the use of the buffer solution which does not affect the final target composition in the synthesis of the concentration gradient type precursor precursor Concentration gradient type precursors can be synthesized in a concentration gradient of more than 18 microns, preferably 20 microns or more, and the synthesis, growth rate and variable reaction time due to the influence of the composition of the core- It has the advantage of excellent productivity compared to the existing core-shell of the same size due to enlarged operation.

또한, 코어-버퍼-쉘 금속수용액을 운용하는 방법은 3가지 조성의 금속수용액 사용 및 투입조건의 영향에 따라 쉘 금속수용액 투입전후에 상이한 농도구배 기울기를 나타내며 이에 따라 기존 벌크(Bulk)형 및 코어-쉘 농도구배형 제품 대비 대입경임에도 불구하고 이화학적, 전기화학적 특성이 뛰어나며 대입경화에 따른 자체의 압연밀도 상승 및 바이모달(Bimodal)화에 따른 체적당 에너지밀도 부분에서도 뛰어나다는 장점이 있다.In addition, the method of operating the core-buffer-shell metal aqueous solution exhibits different concentration gradient slopes before and after the introduction of the aqueous solution of the shell metal depending on the use of the three kinds of metal aqueous solutions and the input conditions, - Despite the large amount of shell concentration gradient products, it has excellent physicochemical and electrochemical properties. It also has an advantage of its own rolling density increase due to substitution hardening and also excellent in energy density per volume due to bimodalization.

도 1은 본 실시예에 따른 농도구배형 대립 전구체 합성용 회분식 공침 반응장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예 및 비교예에 따른 전구체 입자 성장을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 실시예 및 비교예에 따른 반응시간별 조성변화(설계치)를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 실시예 및 비교예에 따른 전구체 단면의 조성분석 결과(EPMA)를 도시한 도면이다.
도 5는 본 실시예 및 비교예에 따른 전구체 형상(SEM)을 도시한 도면이다.
도 6은 본 실시예 및 비교예에 따른 양극재 형상 및 단면(FIB)을 도시한 도면이다.
도 7은 본 실시예 및 비교예에 따른 양극재의 압력별 압연밀도(Pellet density)를 도시한 그래프이다.
1 is a view schematically showing a batch type coprecipitation reaction apparatus for synthesizing a concentration gradient type precursor precursor according to the present embodiment.
2 is a graph showing the growth of the precursor particles according to the present embodiment and the comparative example.
3 is a graph showing the compositional change (design value) according to the reaction time according to this embodiment and the comparative example.
FIG. 4 is a graph showing a composition analysis result (EPMA) of a cross section of a precursor according to the present embodiment and a comparative example.
5 is a diagram showing a precursor shape (SEM) according to the present embodiment and a comparative example.
Fig. 6 is a view showing the shape and cross section (FIB) of a cathode material according to this embodiment and a comparative example.
7 is a graph showing the rolling density (pellet density) of the cathode material according to the present embodiment and the comparative example.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

도 1은 본 실시예에 따른 농도구배형 대립 전구체 합성용 회분식 공침 반응장치를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a batch type coprecipitation reaction apparatus for synthesizing a concentration gradient type precursor precursor according to the present embodiment.

도 1에 도시된 바와 같이, 입자의 중심(Core)으로부터 외부(Shell)로 금속 조성을 연속적으로 변화시키는 농도 구배형 전구체를 생산하는 과정에 있어서, 상기 전구체의 중심입도가 18 마이크론(micron) 이상 바람직하게는 20 마이크론(micron) 이상의 대립자의 목표입도 구현을 위한 효율적인 회분식 공침 반응장치 및 방법을 개시한다.As shown in FIG. 1, in the process of producing a concentration gradient type precursor that continuously changes the metal composition from the core to the shell of the particle, the precursor has a center particle size of 18 microns or more Discloses an efficient batch-type coprecipitation reactor and method for realizing a target particle size of an alloperator of 20 microns or more.

본 실시예에서, 농도구배형 대립 전구체 합성용 회분식 공침 반응장치는, 금속수용액으로 이루어진 코어 용액과 버퍼 용액 및 쉘 용액을 저장하거나 투입할 수 있도록 설치되는 둘 이상의 저장조(10); 상기 저장조(10)에서 정량 펌프(20)의 작동으로 금속수용액을 공급받아 공침반응을 진행하는 주 반응기(30); 및 상기 주 반응기(30)와 직렬로 연결되어 순환펌프(40)를 통해 금속수용액을 공급받아 공침반응을 진행하는 보조 반응기(50)를 포함한다.In the present embodiment, the batch type coprecipitation reaction apparatus for concentration gradient type opposite precursor synthesis comprises two or more reservoirs 10 installed to store or inject a core solution made of an aqueous metal solution, a buffer solution and a shell solution; A main reactor (30) for supplying a metal aqueous solution by the operation of the metering pump (20) in the reservoir (10) and conducting the coprecipitation reaction; And an auxiliary reactor (50) connected in series with the main reactor (30) to supply a metal aqueous solution through the circulation pump (40) to conduct a coprecipitation reaction.

또한, 상기 저장조(10)는 버퍼 용액이 수용/저장되는 버퍼 용액 저장조(11)와, 코어 용액 또는 쉘 용액이 수용/저장되는 금속수용액 저장조(12) 및, 조성제어 용액이 수용/저장되는 조성제어 용액 저장조(13)를 포함할 수 있다.In addition, the reservoir 10 includes a buffer solution reservoir 11 in which a buffer solution is stored / stored, a metal aqueous solution reservoir 12 in which a core solution or a shell solution is accommodated / stored, and a composition And a control solution reservoir 13.

또한, 상기 주 반응기(30)는 그 일측에 설치되어 정량 펌프(20)의 작동으로 조절제를 공급받는 pH 제어 조절제 보관조(61)를 더 포함하고, 상기 주 반응기(30)의 일측에 설치되어 정량 펌프(20)의 작동으로 성장 조절물질을 공급받는 성장 조절물질 보관조(62)를 더 포함할 수 있다.The main reactor 30 further includes a pH control agent storage tank 61 installed at one side of the main reactor 30 and supplied with an adjusting agent by the operation of the metering pump 20, And a growth control material storage tank 62 supplied with the growth control material by the operation of the metering pump 20.

그리고, 농도구배형 대립 전구체 합성방법은, 회분식 공침 반응기를 2개 이상 직렬로 연결하여 투입되는 용액이 순환 및 균질화하는 과정에 있어서, 코어 용액 및 쉘 용액에 대하여 추가로 가감되더라도 전체 조성에 간섭이 없는 버퍼 용액을 코어 용액이 저장된 저장조에 투입 후, 설계된 농도구배에 맞춰 회분식 공침 반응기에 투입하는 단계를 포함한다.In the method of synthesizing a concentration gradient type precursor precursor, two or more batch-type coprecipitation reactors are connected in series, so that even when the added solution is further added or added to the core solution and the shell solution in the process of circulating and homogenizing the solution, Into the storage tank where the core solution is stored, and then charging the buffer solution into the batch type coprecipitation reactor in accordance with the designed concentration gradient.

여기서, 상기 회분식 공침 반응기의 전단에 상기 코어 용액과 버퍼 용액 및 쉘 용액을 저장/투입 가능한 3개 이상의 저장조를 이용하여 금속수용액을 회분식 공침 반응기에 투입할 수 있고, 상기 회분식 공침 반응기의 전단에 상기 코어 용액과 쉘 용액을 저장/투입 가능한 2개 이상의 저장조에 상기 버퍼 용액을 제조/반응 진행 후, 회분식 공침 반응기에 쉘 용액을 제조/투입할 수 있다.In this case, the metal aqueous solution can be introduced into the batch type coprecipitation reactor using three or more reservoirs capable of storing / injecting the core solution, the buffer solution and the shell solution at the front end of the batch type coprecipitation reactor, The buffer solution may be prepared / reacted in two or more reservoirs capable of storing / injecting the core solution and the shell solution, and then the shell solution may be prepared / injected into the batch type coprecipitation reactor.

또한, 상기 금속수용액의 반응 시작시 상기 회분식 공침 반응기에 코어 용액을 투입 후, 코어 용액 저장조에 버퍼 용액을 코어 용액의 투입유량과 동일하게 이송/혼합하여 순차적으로 조성이 변하게 하면서, 가용한 코어 용액의 체적에 변화가 없도록 제어할 수 있다.Also, at the start of the reaction of the metal aqueous solution, the core solution is charged into the batch type coprecipitation reactor, and then the buffer solution is transferred / mixed in the same amount as the input flow rate of the core solution to sequentially change the composition, So that there is no change in the volume.

또한, 상기 코어 용액과 버퍼 용액의 혼합시 성장 속도/경향에 따라 버퍼 용액을 추가로 가감하여 목표로 하는 중간 입도 도달시 쉘 용액을 상기 코어 용액 저장조에 이송/혼합함으로써 추가적인 농도구배 및 목표로 하는 조성과 입도를 완성할 수 있다.In addition, the buffer solution may be further added or decreased according to the growth rate / tendency when the core solution and the buffer solution are mixed to transfer / mix the shell solution to the core solution reservoir at the target middle size, Composition and particle size can be completed.

그러므로, 농도구배형 대립 전구체 합성방법을 이용한 양극재는, 회분식 공침 반응기를 통해 그 중심입도가 적어도 18 마이크론 이상 또는 20 마이크론 이상의 크기를 갖는 대입경 전구체를 제조하여 소성함으로써 생산할 수 있다.Therefore, the cathode material using the concentration gradient type precursor synthesis method can be produced by preparing a bulk precursor having a core particle size of at least 18 microns or 20 microns or more through a batch type coprecipitation reactor and firing.

즉, 18 마이크론 이상의 농도구배형 대립전구체 합성을 위한 방법으로 코어-버퍼-쉘(Core-Buffer-Shell)의 3가지 금속수용액을 활용하여 기존 코어-쉘(Core-Shell) 적용 대비 총 반응시간의 증가를 통하여 최종 입도를 상향시킬 수 있다.That is, as a method for synthesizing a concentration gradient homologous precursor having a concentration of 18 microns or more, a total reaction time of the conventional core-shell application is measured using three metal aqueous solutions of a core-buffer-shell It is possible to increase the final particle size.

금속수용액에서 버퍼 용액의 조성은 최종적으로 목표로 하는 전체 조성으로 하여 버퍼 용액 투입 여부에 관계없이 최종 조성은 일정한 것을 특징으로 한다.The composition of the buffer solution in the metallic aqueous solution is the final target composition, and the final composition is constant irrespective of whether the buffer solution is added or not.

또한, 기존 코어-쉘 금속수용액 적용시 대비 코어-버퍼-쉘 적용시 쉘 금속수용액 투입 전까지 코어 용액에 대한 버퍼 용액이 순차적으로 혼합되어 반응기에서의 입자 생성, 성장 및 농도구배를 일으킨다. 목표 입도에 대한 성장경향을 확인하며 버퍼 용액의 투입 시간을 가변적으로 제어함으로써 쉘 용액을 투입시점을 결정, 안정적인 입도 재현성을 확보 가능할 수 있다.In addition, when the core-shell metal aqueous solution is applied to the core-buffer-shell application, the buffer solution for the core solution is sequentially mixed until the shell metal aqueous solution is injected, thereby causing particle generation, growth and concentration gradient in the reactor. By confirming the growth tendency with respect to the target particle size and varying the injection time of the buffer solution, it is possible to determine the injection time of the shell solution and ensure stable particle size reproducibility.

대입경 농도구배형 전구체 합성을 코어-버퍼-쉘 각각의 조성은 코어≥버퍼≥쉘의 관계식에 준하는 합성 및 성장속도를 가지게 되며, 이는 코어-쉘 용액 적용에 따른 반응 초기에서 중기까지의 성장 속도에 영향을 주어 기존 코어-쉘 합성 대비 동일 입도에 대한 반응시간의 단축을 가능하게 한다.The composition of each of the core-buffer-shells has a composition and growth rate that is comparable to that of core ≥ buffer ≥ shell. This indicates that the growth rate from the initial stage to the mid-stage depending on the application of the core- And it is possible to shorten the reaction time to the same particle size as compared with the existing core-shell composite.

반응조건이 안정화되지 못한 초기반응은 불안정한 반응조건의 영향으로 원하지 않는 방향으로 진행될 여지가 존재하는 부분으로 시작 체적이 큰 주 반응기 대비 중소형 반응기에서의 초기반응 진행시 원활한 유체 흐름을 위한 시작 체적이 작고 초기 조건을 확보하기 위한 원료의 소모량도 줄일 수 있으며, 특히 농도구배 방식의 전구체 생산시 초기반응조건 안정화 부분에서 반응시간에 대한 입도 및 조성제어에 여유를 가질 수 있다.The initial reaction, in which the reaction conditions are not stabilized, is a part where there is room to proceed in an undesired direction due to the unstable reaction condition. The initial volume for smooth fluid flow is small The consumption of raw materials for securing the initial conditions can be reduced, and in particular, in the production of the precursor of the concentration gradient method, there is room for controlling the particle size and composition for the reaction time in the initial stabilization portion of the reaction condition.

그리고, 농도구배형 대립 전구체 합성시 코어-버퍼-쉘의 3가지 이상의 금속수용액을 활용하는 방법은 최종 목표조성에 영향을 주지 않는 버퍼 활용에 따른 일정 범위내에서의 가변적인 반응시간 제어 및 확대 등을 통해 최종 제품의 입도 불량에 따른 불량률 감소, 특히 18 마이크론, 바람직하게는 20 마이크론 이상의 농도구배형 대립 전구체 합성이 가능하며, 농도구배형 전구체의 특성상 코어-버퍼 금속수용액 조성의 영향에 기인하는 합성, 성장속도의 향상으로 코어-쉘 대비 동일 입도에 대한 향상된 반응속도를 제공한다.The method of utilizing three or more metal aqueous solutions of the core-buffer-shell in the concentration gradient type precursor precursor synthesis is not limited to the variable reaction time control and expansion within a certain range according to the buffer utilization which does not affect the final target composition It is possible to synthesize a concentration gradient type precursor precursor having a concentration gradient of 18 microns or more, preferably 20 microns or more, and a synthesis due to the influence of the composition of the core-buffer metal in the concentration gradient type precursor , And an improved reaction rate for the same particle size as the core-shell due to the improvement of the growth rate.

코어-버퍼-쉘 금속수용액을 운용하는 방법은 각 원료의 조성의 영향 및 가변적인 반응시간 확대운전 등으로 기존 동일 입도 기준 대비 생산성이 뛰어나며, 입도 등에 대한 불량발생률 저하, 특히 20 마이크론 이상의 농도구배형 대립 전구체 합성이 가능하다.The method of operating the core-buffer-shell metal aqueous solution is excellent in productivity compared to the conventional particle size standard due to the influences of the composition of each raw material and the variable reaction time enlargement operation, and the occurrence rate of defects such as particle size, Synthesis of an opposing precursor is possible.

본 실시예에서, 회분식 공침반응기 및 회분식 공침반응기 2기 이상을 직렬로 연결하여 순환/균질화하는 시스템에 대하여 2가지 이상의 코어, 쉘 용액에 대하여 추가로 가감되더라도 전체 조성에 간섭이 없는 버퍼 용액을 코어 용액으로 투입 후, 설계된 농도구배에 맞춰 투입하는 것을 그 방법으로 한다.In this embodiment, for a system in which two or more batch-type coprecipitation reactors and two or more batch-type coprecipitation reactors are connected in series to circulate / homogenize, a buffer solution having no interference in the entire composition, After the solution is added, it is injected in accordance with the designed concentration gradient.

이때, 버퍼 용액은 최종 제품의 조성으로 하며, 설계된 반응시간에 구애받지 않고 입자의 성장 속도에 따라 목표 입도 도달까지 추가 가감하는 것을 전제로 한다.At this time, the buffer solution has the composition of the final product, and it is premised that the buffer solution is added and decreased to the target particle size according to the growth rate of the particles regardless of the designed reaction time.

즉, 상기 주 반응기(30) 전단에 코어, 버퍼, 쉘 금속수용액을 저장/투입 가능한 3개 이상의 저장조(10)를 이용하거나, 코어, 쉘 금속수용액을 저장/투입 가능한 2개 이상의 저장조(10)에 대하여 우선적으로 버퍼 금속수용액을 제조/반응진행 후 쉘 용액을 제조 투입하는 구조 및 방법을 제공한다.That is, three or more storage tanks 10 capable of storing / inputting a core, a buffer, and a shell metal aqueous solution may be used in front of the main reactor 30 or two or more storage tanks 10 capable of storing / The present invention provides a structure and a method for manufacturing and introducing a buffered metal aqueous solution and a shell solution after the reaction.

이에 따라, 쉘 용액 투입전 목표하는 입도 도달 시까지 버퍼 투입시간을 임의 조정이 가능하고 종료시 목표 입도 및 조성을 확보할 수 있게 된다.Accordingly, the buffer injection time can be arbitrarily adjusted until the target particle size is reached before the shell solution is introduced, and the target particle size and composition can be secured at the time of completion.

상기 주 반응기(30)의 전단에 코어, 버퍼, 쉘 금속수용액을 저장/투입 가능한 저장조(10)를 2개 이상, 바람직하게는 3개 이상 설치하여 반응 시작시 주 반응기(30)에 코어 용액 투입 후 코어 용액 저장조에 버퍼 금속수용액을 코어 투입유량과 동일하게 이송/혼합하여 순차적으로 조성이 변화하면서, 가용한 코어 용액 체적에는 변화가 없도록 제어한다.More than two, preferably three or more, reservoirs 10 capable of storing / injecting a core, a buffer, and a shell metal aqueous solution are installed at the front end of the main reactor 30, The buffer metal aqueous solution is transferred / mixed in the same amount as the core input flow rate to the post-core solution reservoir, and the composition is sequentially changed, so that the volume of the available core solution is controlled so as not to change.

이때 성장 속도/경향에 따라 버퍼 금속수용액을 추가 가감하며 목표하는 중간 입도 도달시, 쉘 금속수용액을 코어 용액 저장조에 이송/혼합하여 추가적인 농도구배 및 목표조성, 입도를 완성한다.At this time, the buffer metal aqueous solution is added / decreased according to the growth rate / trend, and when the desired middle particle size is reached, the shell metal aqueous solution is transferred / mixed to the core solution storage tank to complete additional concentration gradient, target composition and particle size.

이러한 실험에 적용되는 주요 관계식은 다음과 같다.The major relationships that apply to these experiments are as follows.

[주요 관계식][Key Relationship]

금속수용액 조성 관계식, mol% : (Core + Shell) = BufferMolar%: (Core + Shell) = Buffer

- 목표조성 : NixCoyMnz - Target composition: Ni x Co y Mn z

Core : Nix+ aCoy - bMnz -c Core: Ni x + a Co y - b Mn z - c

Buffer : NixCoyMnz Buffer: Ni x Co y Mn z

Shell : Nix- aCoy + bMnz +c Shell: Ni x- a Co y + b Mn z + c

금속수용액 농도 관계식, M : Core ≤ Buffer ≤ ShellMetal aqueous solution concentration relation, M: Core ≤ Buffer ≤ Shell

금속수용액 저장조 유량 관계식 : Core ≤ Buffer ≥ Shell(3가지 수용액의 체적이 같을 경우)Metal aqueous solution storage tank Flow rate relation: Core ≤ Buffer ≥ Shell (when three volumes of solution are equal)

- Core flowrate : (Core 체적 + Shell 체적) / 총 반응시간- Core flowrate: (Core volume + Shell volume) / Total reaction time

- Shell flowrate : ((Shell 체적/Core 체적) * Core flowrate) / 2- Shell flowrate: ((Shell volume / core volume) * Core flowrate) / 2

(각 저장조의 설계 체적에 따라 유량의 상관 관계 변화함)(Correlation of flow rate depends on design volume of each reservoir)

도 2는 본 실시예 및 비교예에 따른 전구체 입자 성장을 도시한 그래프이다.2 is a graph showing the growth of the precursor particles according to the present embodiment and the comparative example.

도 3은 본 실시예 및 비교예에 따른 반응시간별 조성변화(설계치)를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the compositional change (design value) according to the reaction time according to this embodiment and the comparative example.

도 4는 본 실시예 및 비교예에 따른 전구체 단면의 조성분석 결과(EPMA)를 도시한 도면이다.FIG. 4 is a graph showing a composition analysis result (EPMA) of a cross section of a precursor according to the present embodiment and a comparative example.

도 5는 본 실시예 및 비교예에 따른 전구체 형상(SEM)을 도시한 도면이다.5 is a diagram showing a precursor shape (SEM) according to the present embodiment and a comparative example.

도 6은 본 실시예 및 비교예에 따른 양극재 형상 및 단면(FIB)을 도시한 도면이다.Fig. 6 is a view showing the shape and cross section (FIB) of a cathode material according to this embodiment and a comparative example.

도 7은 본 실시예 및 비교예에 따른 양극재의 압력별 압연밀도(Pellet density)를 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the rolling density (pellet density) of the cathode material according to the present embodiment and the comparative example.

도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명을 구체적인 실시예와 비교예를 통해 설명하면 다음과 같다.2 to 7, the present invention will be described with reference to specific examples and comparative examples.

실시예. 1Examples. One

운전 체적기준 100L 반응기 1기에 대하여 Ni 80% 이상 조성의 농도 구배형 전구체를 합성키 위해 Ni 90% 이상의 Core부와 Ni 60% 이하의 쉘 부, 목표조성인 Ni 80%대의 버퍼 부의 금속 수용액을 각각의 저장조에 용해 후, 보관조로부터 호스타입 정량펌프를 사용하여 반응기로 투입되는 구조로 설치하고, 각각의 보관조로부터 반응기에 투입되는 순서는 코어 부 수용액을 반응기에 투입하면서 일정시간 이후 버퍼 부 용액을 코어 부 보관조에 투입하며, 이때 2가지 용액의 투입 유량은 동일하게 설정하여 버퍼 부 용액 투입 전 코어 부 보관조의 전체 체적에는 영향이 없도록 한다.In order to synthesize a concentration gradient type precursor with a composition of Ni 80% or more based on the operating volume of 100 L reactor, a metal aqueous solution of a core portion of Ni 90% or more, a shell portion of less than 60% Ni and a buffer portion of Ni 80% And the solution is introduced into the reactor from the storage tank by using a hose type metering pump. The order of introduction of the aqueous solution into the reactor from each storage tank is as follows. Into the core reservoir. At this time, the flow rate of the two solutions is set to be the same so that the total volume of the core reservoir before the buffer solution is injected is not affected.

합성 진행시 목표 입도 도달을 위한 중간 입도 도달 시, 코어 부 보관조에 투입되던 버퍼 부 수용액을 쉘 부 수용액으로 전환하여 투입, 반응종료시 목표 조성에 도달하도록 한다.Upon reaching the middle particle size for achieving the target particle size during the synthesis, the buffer aqueous solution which has been introduced into the core portion storage tank is converted into the aqueous solution of the shell portion, and the target composition is reached upon completion of the reaction.

실시예. 2Examples. 2

실시예 1로부터 Ni 함량 60%대의 농도구배형 대립 전구체를 합성하기 위해 Ni 70% 이상의 코어 부와 Ni 50% 이하의 쉘 부, 목표조성인 Ni 60%대의 버퍼 부를 적용하는 것을 제외하곤 실시예 1의 과정과 동일하게 적용하여 전구체를 합성한다.From Example 1, except that a core portion of Ni of 70% or more, a shell portion of Ni of 50% or less and a buffer portion of Ni target composition of 60% were applied to synthesize a concentration gradient type precursor of Ni content of 60% And the precursor is synthesized.

비교예. 1 Comparative Example. One

운전 체적기준 100L 반응기 1기에 대하여 Ni 80% 이상 조성의 농도구배형 전구체를 합성키 위해 Ni 90% 이상의 코어 부와 Ni 60% 이하의 쉘 부를 각각의 저장조에 용해 후, 보관조로부터 호스타입 정량펌프를 사용하여 반응기로 투입/합성을 진행한다.In order to synthesize a concentration graded precursor with a composition of Ni of 80% or more based on the operating volume of 100 L reactor, Ni 90% or more core portion and Ni 60% or less shell portion were dissolved in each storage tank, / RTI > is introduced into the reactor / synthesis.

비교예. 1-1 Comparative Example. 1-1

운전 체적기준 100L 반응기 1기에 대하여 Ni 80% 이상 조성의 Bulk형 전구체를 합성키 위해 목표하는 조성을 저장조에 용해 후, 보관조로부터 호스타입 정량펌프를 사용하여 반응기로 투입/합성을 진행한다.In order to synthesize a bulk form precursor having a composition of Ni 80% or more with respect to an operating volume of 100 L reactor 1, the target composition is dissolved in a storage tank, and then a hose type metering pump is used to enter the reactor.

비교예. 2 Comparative Example. 2

실시예 2로부터 Ni 함량 60%대의 농도구배형 대립 전구체를 합성하기 위해 Ni 80% 이하의 코어 부와 Ni 50% 이하의 쉘 부를 적용하여 비교예 1의 과정을 통해 전구체를 합성한다.From Example 2, a precursor is synthesized through the process of Comparative Example 1 by applying a core portion of Ni of 80% or less and a shell portion of Ni of 50% or less in order to synthesize a concentration gradient type precursory precursor having a Ni content of 60%.

본 실시예에서, 상기의 실험을 통해 제조한 양극재(양극활물질 입자)는 다음과 같다.In this embodiment, the cathode material (cathode active material particle) produced through the above experiment is as follows.

실시예와 비교예 모두 금속수용액 보관조 및 버퍼용액 보관조, 조성제어용액 보관조에 아래 [표 1]에나타낸 바와 같은 조성의 금속 혼합 용액을 동일하게 공급하고 반응기를 이용하여 리튬 이차전지용 전구체를 제조하였다.In each of the examples and comparative examples, a metal mixed solution having the same composition as shown in Table 1 below was fed in the same manner as in the metal aqueous solution storage tank, the buffer solution storage tank and the composition control solution storage tank, and a precursor for lithium secondary batteries was prepared Respectively.

실시예의 경우 언급한 바와 같이 반응기에 투입되는 순서는 금속수용액을 반응기에 투입하며 버퍼용액을 금속수용액 보관조에 동일한 유량으로 투입하여 금속수용액 보관조의 체적에 영향이 없도록 한다. 합성 진행중 목표하는 중간 입도 도달시 금속수용액 보관조에 투입되던 버퍼용액을 조성제어용액으로 전환하여 반응종료시 목표 조성에 부합되도록 하였다.As described in the case of the embodiment, the order of introduction into the reactor is such that the aqueous metal solution is fed into the reactor and the buffer solution is fed into the metal aqueous solution storage tank at the same flow rate so that the volume of the metal aqueous solution storage tank is not affected. During the synthesis, the buffer solution, which had been loaded into the metal aqueous solution reservoir when the desired middle particle size was reached, was converted to the composition control solution so that it was in accordance with the target composition at the end of the reaction.

비교예는 종래와 같이 금속수용액과 조성제어용액만을 공급하여 농도구배형 전구체를 제조하였다.In the comparative example, a concentration gradient type precursor was prepared by supplying only the aqueous metal solution and the composition control solution as in the prior art.

항 목Item 조 성, mol%Composition, mol% 금속수용액(A)The metal aqueous solution (A) 버퍼용액(B)The buffer solution (B) 조성제어용액(C)The composition control solution (C) 전체조성(A+B+C)The total composition (A + B + C) NiNi CoCo MnMn NiNi CoCo MnMn NiNi CoCo MnMn NiNi CoCo MnMn 실시예 1Example 1 9595 55 -- 8383 99 88 7171 1313 1616 8383 99 88 실시예 2Example 2 7575 1212 1313 6060 2020 2020 4545 2828 2727 6060 2020 2020 비교예 1Comparative Example 1 9595 55 -- -- -- -- 7171 1313 1616 8383 99 88 비교예 1-1Comparative Example 1-1 8383 99 88 -- -- -- -- -- -- 8383 99 88 비교예 2Comparative Example 2 7575 1212 1313 -- -- -- 4545 2828 2727 6060 2020 2020

실시예와 비교예에서 제조된 리튬 이차전지용 전구체 및 양극재의 합성간 분석을 진행하여 그 결과를 비교하였다. 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 비교예와 비교하여 실시예의 경우 동일반응시간대에서의 성장폭이 크고 버퍼용액을 추가 활용시 20.0㎛ 이상의 전구체를 제조할 수 있는 가능성이 확인된다.Synthesis analysis of the precursors and cathode materials for lithium secondary batteries prepared in Examples and Comparative Examples was carried out and the results were compared. As shown in FIG. 2 to FIG. 7, in the case of the examples, the growth width at the same reaction time is larger than that of the comparative example, and it is confirmed that a precursor with a buffer solution of 20.0 μm or more can be produced by further utilizing the buffer solution.

아래 [표 2]는 실시예와 비교예에서 제조된 리튬 이차전지용 전구체의 반응시간, 최종 입도, 충진밀도 및 생산량을 측정한 결과를 나타내고 있다.Table 2 below shows the results of measuring the reaction time, final particle size, filling density and yield of the lithium secondary battery precursors prepared in Examples and Comparative Examples.

항 목Item 총반응시간, hrTotal reaction time, hr 목표입도(D50), ㎛Target particle size (D50), 탆 종료입도(D50), ㎛Closed particle size (D50), 탆 충진밀도, g/ccFilling density, g / cc 실시예 1Example 1 3636 ≥ 18.0≥ 18.0 20.920.9 2.382.38 실시예 2Example 2 4343 ≥ 18.0≥ 18.0 19.719.7 2.332.33 비교예 1Comparative Example 1 3030 ≥ 18.0≥ 18.0 17.817.8 2.312.31 비교예 1-1Comparative Example 1-1 5555 ≥ 18.0≥ 18.0 16.916.9 2.212.21 비교예 2Comparative Example 2 3030 ≥ 18.0≥ 18.0 16.416.4 2.272.27

상기 [표 2] 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 실시예들의 경우 목표하는 조성에 영향을 주지 않는 버퍼용액을 사용하여 반응간 보다 빠른 성장속도를 나타내며 목적하는 중간입도까지의 가변적인 반응시간 제어가 가능하여 목표 입도 이상을 구현하였으나, 반면 비교예의 경우 조성제어를 위해 고정된 제한된 반응시간내에서 조성제어물질이 희석됨에 따라 전구체의 성장폭이 수렴, 목표입도에 미치지 못하는 결과를 나타내었다.As shown in [Table 2] and FIG. 2, in the examples, the buffer solution which does not affect the target composition shows a faster growth rate than the reaction time, and the variable reaction time control to the desired intermediate particle size In contrast, in the case of the comparative example, as the composition control material is diluted within a fixed limited reaction time, the growth width of the precursor converges to the target particle size.

실시예의 방법은 18.0㎛ 이상의 대입경 합성에 있어 재현성 있는 생산이 가능함을 확인할 수 있다.It can be confirmed that the method of the embodiment is capable of reproducible production in the case of a larger diameter of 18.0 μm or larger.

위 실시예와 비교예에서 제조된 전구체의 입자크기를 반응시간에 따라 측정하였으며, 도 2는 그 결과를 나타내고 있다.The particle size of the precursor prepared in the above Examples and Comparative Examples was measured according to the reaction time, and Fig. 2 shows the results.

도 2에 도시된 바와 같이, 실시예에 따라 제조시 금속수용액과 버퍼용액이 희석됨에 따라 최소 Ni 83%의 수용액상태로 반응이 진행되어 보다 높은 성장속도를 나타내며, 최종 조성에 영향을 주지않는 버퍼용액을 사용함으로써 반응시간을 가변적으로 제어가 가능하게 된다. 이에 따라 실시예의 방법은 18.0㎛ 이상의 농도구배형 대입경 합성에 있어 재현성 있는 생산이 가능함을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 2, according to the present invention, as the metal aqueous solution and the buffer solution were diluted during the preparation, the reaction proceeded in an aqueous solution state of at least Ni 83% to exhibit a higher growth rate, The reaction time can be variably controlled. Accordingly, it can be confirmed that the method of the embodiment is capable of reproducible production in the concentration graded bulk polymerization of 18.0 μm or more.

실시예와 비교예에서 제조된 리튬 이차전지용 양극재의 이화학적, 전기화학적특성을 평가하여 그 결과를 [표 3] 및 도 6과 도 7에서 비교하였다. 각 실시예 및 비교예에서 나타낸 바와 같이, 입도차이가 나는 대입경임에도 불구하고 비교예와 비교하여 실시예의 경우 동등이상의 성능을 발현함을 확인할 수 있다.The physicochemical and electrochemical properties of the cathode materials for lithium secondary batteries prepared in Examples and Comparative Examples were evaluated, and the results were compared in Table 3 and FIG. 6 and FIG. As shown in each of the examples and comparative examples, it can be confirmed that the performance is equal to or better than that of the comparative example in spite of the large particle size difference.

아래 [표 3] 및 도 6과 도 7은 실시예와 비교예에서 제조된 리튬 이차전지용 양극재의 이화학적, 전기화학적 특성치를 나타내고 있다.[Table 3] and FIGS. 6 and 7 show the physicochemical and electrochemical properties of the cathode material for a lithium secondary battery manufactured in Examples and Comparative Examples.

[평가방법] [Assessment Methods]

전기화학적 특성 평가Electrochemical Characterization

평가장비: Toscat-3100 Evaluation Equipment: Toscat-3100

평가조건: 충전- CC/CV 4.25V, 1/20C Cut-off Evaluation Condition: Charging - CC / CV 4.25V, 1 / 20C Cut-off

방전- CC 3.0V Cut-off           Discharge - CC 3.0V Cut-off

압연밀도 평가Rolling density evaluation

평가장비: CARVER 4350Evaluation Equipment: CARVER 4350

항 목Item 0.1C 방전용량, mAh/g0.1 C discharge capacity, mAh / g 1st 가역효율,
%
1 st reversible efficiency,
%
2.0/0.1C 효율,
%
2.0 / 0.1C Efficiency,
%
충진밀도,
g/cc
Filling density,
g / cc
압연밀도 @2.5톤, g/cc Rolling density @ 2.5 tonnes, g / cc
실시예 1Example 1 204.8204.8 90.490.4 88.488.4 2.632.63 3.533.53 실시예 2Example 2 175.6175.6 90.290.2 88.988.9 2.502.50 3.463.46 비교예 1Comparative Example 1 202.4202.4 91.791.7 88.488.4 2.442.44 3.413.41 비교예 1-1Comparative Example 1-1 199.7199.7 89.789.7 87.687.6 2.382.38 3.403.40 비교예 2Comparative Example 2 176.2176.2 90.390.3 88.588.5 2.382.38 3.383.38

이러한 실시예를 통한 합성은 동반응 시간대의 비교예 대비 대입경 제조에 있어 우수하며, 이를 통한 양극재의 성능도 유사하거나 동등 이상으로 에너지 밀도 측면에서는 우수함을 확인할 수 있다.The synthesis through this example is superior to the comparative example in the same reaction time zone, and the performance of the anode material through the anode material is similar or equal to or better than that of the anode material in terms of energy density.

한편, 도 2는 실시예 및 비교예의 전구체 입자의 성장을 나타낸 그래프로서, 회분식 공침반응기에서 농도구배형 대립 전구체(D50 : ≥ 18.0㎛) 합성을 위한 실시예 및 비교예의 입자성장 경향을 나타낸다.On the other hand, FIG. 2 is a graph showing the growth of precursor particles in Examples and Comparative Examples, and shows the grain growth tendency in Examples and Comparative Examples for the synthesis of concentration gradient type precursors (D50: ≥18.0 μm) in a batch type coprecipitation reactor.

버퍼용액을 적용한 실시예의 경우 비교예 대비 짧은 반응시간내에 목표하는 입도(D50 : ≥ 18.0㎛)에 도달하는데 반해, 비교예의 경우 쉘 용액의 희석 및 Bulk 조성의 금속수용액상 농도차(Ni, Mn)에 따른 성장속도 둔화에 의해 성장율이 수렴되어 반응시간이 크게 증가하게 된다.(D50: > = 18.0 mu m) within a short reaction time as compared with the comparative example, the dilution of the shell solution and the difference (Ni, Mn) The growth rate is converged by the growth rate slowing due to the increase of the reaction time.

실시예의 경우 비교예 대비 동반응시간대에서의 농도차(Ni, Mn)에 따라 빠른 성장속도를 나타내며, 버퍼용액 추가를 통한 총반응시간 증가에 따라 ≥ 20.0㎛ 대입경 합성도 가능함을 확인하였다.In the case of the example, it was confirmed that the growth rate was fast according to the concentration difference (Ni, Mn) in the same reaction time zone as compared with the comparative example.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예의 농도구배형 전구체 제조에 있어 조성제어용액 투입전 목표하는 중간입도 도달시까지 버퍼용액 투입을 통해 총반응시간을 가변적으로 제어 가능하고, 비교예의 농도구배형 전구체 제조에 있어 설계시 적용된 총체적 및 적용 조성에 의하여 총반응시간이 고정되어 반응진행간 입도제어 및 변경이 불가능하다.As shown in FIG. 3, in the preparation of the concentration gradient type precursor of the example, the total reaction time can be variably controlled through the injection of the buffer solution until the desired middle particle size is reached before the composition control solution is introduced, Type precursor, the total reaction time is fixed according to the total and application composition applied at the time of design, and it is impossible to control and change the particle size between the reaction progresses.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 및 비교예의 농도구배형 전구체 제조에 있어 중심부로부터 조성이 희석되는 방법의 차이에 의해 조성분포를 달리하는 형태를 나타낸다. 비교예의 코어-쉘형 농도구배 방식이 선형으로 변화하여 일정 반응시간에 도달후 목표조성을 달성하는데 반해 실시예의 코어-버퍼-쉘형 농도구배 방식은 코어-버퍼 구간에서 목표하는 중간입도 도달시까지 반응시간을 가변적으로 제어 가능하며 공정 특성상 목표하는 조성이상에서 수렴하는 형태의 변화를 나타내며, 쉘 금속수용액 적용시 선형의 급격한 농도구배를 나타내는 2가지 형태의 농도변화를 나타내어 최종 양극활물질에서의 열처리시 조성이 희석되는 현상을 억제하여 농도구배 특성을 더욱 발현하게 된다.Further, as shown in Fig. 4, in the production of the concentration gradient type precursors of the examples and the comparative examples, the composition distribution is different by the difference in the method of diluting the composition from the central part. The core-buffer-shell type concentration gradient method of the embodiment achieves the target composition after reaching a certain reaction time, while the core-shell type concentration gradient method of the comparative example changes linearly to achieve the target composition, It can be controlled variably. It shows the change of shape that converges above the target composition due to the process characteristics. When the shell metal aqueous solution is applied, it exhibits two types of concentration change which shows a linear gradient of the concentration, and the composition is diluted during the heat treatment in the final cathode active material And the concentration gradient characteristic is further developed.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 및 비교예의 전구체 및 농도구배형 전구체를 활용하여 제조된 양극재의 결정형상을 나타낸다. 농도구배형 전구체를 활용한 실시예 및 비교예의 단면상 결정배향성에서 동등한 경향 나타낸다.As shown in Figs. 5 and 6, the crystal form of the cathode material produced by using the precursors and concentration gradient type precursors of Examples and Comparative Examples is shown. The same tendency is shown in the cross-sectional crystal orientation of the examples and comparative examples utilizing the concentration gradient type precursor.

도 7에 도시된 바와 같이, 실시예 및 비교예의 농도구배형 전구체를 활용하여 제조된 양극재의 압연밀도 분석결과 중심입도에 비례하여 압연밀도 상승(에너지밀도 상승)하는 것을 나타낸다.As shown in FIG. 7, the rolling density analysis of the cathode material produced by using the concentration gradient type precursors of Examples and Comparative Examples shows that the rolling density increases (energy density increases) in proportion to the central grain size.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.While the illustrative embodiments of the present invention have been shown and described, various modifications and alternative embodiments may be made by those skilled in the art. Such variations and other embodiments will be considered and included in the appended claims, all without departing from the true spirit and scope of the invention.

10 : 저장조 11 : 버퍼 용액 저장조
12 : 금속수용액 저장조 13 : 조성제어 용액 저장조
20 : 정량 펌프 30 : 주 반응기
40 : 순환펌프 50 : 보조 반응기
61 : pH 제어 조절제 보관조 62 : 성장 조절물질 보관조
10: storage tank 11: buffer solution storage tank
12: metal aqueous solution storage tank 13: composition control solution storage tank
20: metering pump 30: main reactor
40: circulation pump 50: auxiliary reactor
61: pH control control agent storage tank 62: Growth control substance storage tank

Claims (9)

금속수용액으로 이루어진 코어 용액과 버퍼 용액 및 쉘 용액을 저장하거나 투입할 수 있도록 설치되는 둘 이상의 저장조;
상기 저장조에서 정량 펌프의 작동으로 금속수용액을 공급받아 공침반응을 진행하는 주 반응기; 및
상기 주 반응기와 직렬로 연결되어 순환펌프를 통해 금속수용액을 공급받아 공침반응을 진행하는 보조 반응기를 포함하고,
상기 버퍼 용액은 전구체의 목표입도를 위한 금속 수용액인, 농도구배형 대립 전구체 합성용 회분식 공침 반응장치.
Two or more reservoirs provided so as to store or input a core solution made of a metal aqueous solution, a buffer solution and a shell solution;
A main reactor in which a metal aqueous solution is supplied by the operation of a metering pump and the coprecipitation reaction is performed in the reservoir; And
And an auxiliary reactor connected in series with the main reactor to supply the aqueous metal solution through the circulation pump to perform the coprecipitation reaction,
Wherein the buffer solution is a metal aqueous solution for a target particle size of the precursor.
제 1 항에 있어서,
상기 저장조는 버퍼 용액이 수용/저장되는 금속 수용액 저장조와, 코어 용액이 수용/저장되는 금속수용액 저장조 및, 조성제어 용액이 수용/저장되는 조성제어 용액 저장조를 포함하는 농도구배형 대립 전구체 합성용 회분식 공침 반응장치.
The method according to claim 1,
The reservoir includes a metal-aqueous solution reservoir for containing / storing a buffer solution, a metal-aqueous solution reservoir for containing / storing the core solution, and a composition control solution reservoir for containing / storing the composition- Coprecipitation reaction device.
제 1 항에 있어서,
상기 주 반응기는 그 일측에 설치되어 정량 펌프의 작동으로 조절제를 공급받는 pH 제어 조절제 보관조를 더 포함하는 농도구배형 대립 전구체 합성용 회분식 공침 반응장치.
The method according to claim 1,
Wherein the main reactor further comprises a pH control agent storage tank installed at one side of the main reactor and supplied with a control agent by operation of a metering pump.
제 1 항에 있어서,
상기 주 반응기는 그 일측에 설치되어 정량 펌프의 작동으로 성장 조절물질을 공급받는 성장 조절물질 보관조를 더 포함하는 농도구배형 대립 전구체 합성용 회분식 공침 반응장치.
The method according to claim 1,
Wherein the main reactor further comprises a growth control material storage tank provided at one side thereof and supplied with a growth control material by the operation of a metering pump.
회분식 공침 반응기를 2개 이상 직렬로 연결하여 투입되는 용액이 순환 및 균질화하는 과정에 있어서, 코어 용액 및 쉘 용액에 대하여 추가로 가감되더라도 전체 조성에 간섭이 없고 전구체의 목표입도를 위한 금속 수용액인 버퍼 용액을 코어 용액이 저장된 저장조에 투입 후, 설계된 농도구배에 맞춰 회분식 공침 반응기에 투입하는 단계를 포함하는 농도구배형 대립 전구체 합성방법.In the course of circulating and homogenizing a solution to be introduced by connecting two or more batch-type coprecipitation reactors in series, the buffer solution which is free from interference in the entire composition and which is a metal aqueous solution for the target particle size of the precursor, Introducing the solution into a storage tank in which the core solution is stored, and then introducing the solution into the batch type coprecipitation reactor in accordance with the designed concentration gradient. 제 5 항에 있어서,
상기 회분식 공침 반응기의 전단에 상기 코어 용액과 버퍼 용액 및 쉘 용액을 저장/투입 가능한 3개 이상의 저장조를 이용하여 금속수용액을 회분식 공침 반응기에 투입할 수 있는 농도구배형 대립 전구체 합성방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the metal aqueous solution can be introduced into the batch type coprecipitation reactor using three or more reservoirs capable of storing / injecting the core solution, the buffer solution and the shell solution at the front end of the batch type coprecipitation reactor.
삭제delete 제 6 항에 있어서,
상기 금속수용액의 반응 시작시 상기 회분식 공침 반응기에 코어 용액을 투입 후, 코어 용액 저장조에 버퍼 용액을 코어 용액의 투입유량과 동일하게 이송/혼합하여 순차적으로 조성이 변하게 하면서, 가용한 코어 용액의 체적에 변화가 없도록 제어할 수 있는 농도구배형 대립 전구체 합성방법.
The method according to claim 6,
The core solution is introduced into the batch type coprecipitation reactor at the start of the reaction of the metal aqueous solution, and the buffer solution is transferred / mixed in the same amount as the flow rate of the core solution to the core solution reservoir, Wherein the concentration gradient-type alligator precursor can be controlled so as not to be changed.
제 5 항에 있어서,
상기 코어 용액과 버퍼 용액의 혼합시 성장 속도/경향에 따라 버퍼 용액을 추가로 가감하여 목표로 하는 중간 입도 도달시 쉘 용액을 상기 코어 용액 저장조에 이송/혼합함으로써 추가적인 농도구배 및 목표로 하는 조성과 입도를 완성할 수 있는 농도구배형 대립 전구체 합성방법.
6. The method of claim 5,
The buffer solution is further added or decreased according to the growth rate / tendency when the core solution and the buffer solution are mixed to transfer / mix the shell solution to the core solution reservoir at the target middle size, thereby obtaining an additional concentration gradient and a target composition A method for synthesizing a concentration gradient type precursor precursor capable of completing the particle size.
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