KR102134672B1 - 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2차전지 양극 활물질의 전기화학적 특성 개선, 즉 양극 활물질 표면에 도포되어 전해액과의 접촉방지 또는 스웰링 현상 방지나 탭 밀도의 증가로 압연 밀도를 높이게 하는 코팅층 경화를 위한 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른을 제공함에 의해 달성되게 된다.
본 발명은 처리물의 공급과 배출을 위한 피더와 배출부가 전ㆍ후단으로 구비되고 내벽에는 리본스크루가 전장길이에 걸쳐 구비되는 관형의 동체를 가지며, 이 동체는 별도의 구동원으로 회전하며 처리물이 리본스크루와 기울기를 이용하여 동체의 전단에서 후단으로 이송되게 하면서 동체의 둘레에 중첩적으로 설치되는 히터를 이용하여 소정의 열처리 공정을 이루도록 한 로터리 킬른으로서, 동체 내벽의 리본스크루를 길이방향에서 등 간격으로 절단해내어 이룬 리본스크루 단락들과, 리본스크루 단락들 사이에서 처리물의 일시적 머무름을 이루게 하는 지연영역 및 지연영역에는 인접하는 리본스크루 단락들에 양단이 고정되고 동체 내벽으로부터 이격되어 원주 상으로 배치되는 봉형의 교반요소들을 포함하여서, 처리물의 간헐적 이송, 즉 리본스크루 단락들과 지연영역들을 이용하여 이송과 체류를 교번적으로 이루게 하면서 지연영역에서 처리물이 동체 정점 측으로 밀려 올라가지 않고 바닥에 머무르며 교반요소에 의해 낙하충격 없이 교반을 이루어 분진발생방지와 품질을 높이게 된다.

Description

양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른{A rotary kiln suitable for the heat treatment of the coating layer of the cathode active material}

본 발명은 2차전지 양극 활물질의 전기화학적 특성 개선, 즉 양극 활물질 표면에 도포되어 전해액과의 접촉방지 또는 스웰링 현상 방지나 탭 밀도의 증가로 압연 밀도를 높이게 하는 코팅층 경화를 위한 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른에 관한 것이다.

리튬 2차전지들은 주로 양극 활물질로서, 안정된 충ㆍ방전과 높은 전자 전도성으로 율 특성이 우수하며 열적 안정성이 뛰어난 물질이다.

그러한 양극 활물질은 고전압 및 대용량이 요구되고 충ㆍ방전을 지속적으로 하면 양극 활물질의 격자 변형이나 결정 구조의 붕괴로 인해 전해액과 반응하여 수명특성 및 안전성이 저하되는 문제와, 인체에 대한 독성 및 환경적인 오염문제가 따라 양극 활물질의 특성 개선이 요구된다.

양극 활물질의 특성 개선은, 대략 양극 활물질의 조성을 변화시키는 방법, 양극 활물질 내에 이종원소를 도핑하는 방법, 양극 활물질 표면을 코팅하는 방법들이 제시되고 있다.

이러한 양극 활물질의 특성 개선 방법들 중 양극 활물질 표면 코팅 방법들 에서의 액상법이나 유동층 코팅법 또는 침전법들은 최종단계에서 양극 활물질 표면으로 도포된 코팅층의 경화를 위한 열처리 공정이 필수적으로 요구되고 있다.

양극 활물질 코팅층의 경화를 위한 열처리는 로터리 킬른이 주로 이용되고 있는데, 그러한 로터리 킬른은 대략 가로방향에서 소정의 길이와 기울기를 가지고 히터가 외벽으로 중첩 구비되어 이루는 관형의 동체를 가지며, 이 동체의 선단에 양극 활물질인 처리물을 공급시키는 피더가 구비되고 후단으로는 경화가 완료된 처리물의 배출구가 구비되어 있다.

그리고 이렇게 구성되는 로터리 킬른은 동체가 구동원을 이용하여 소정 속도로 회전하며, 그 동체의 내벽 전장길이에 걸쳐 구비되는 리본스크루를 이용하여 처리물이 전단으로부터 후단으로 연속 이송되게 하면서 히터 발열에 의해 소정의 경화 공정을 이룬 후 배출구를 통하여 배출된다.

그런데 이러한 로터리 킬른에서 리본스크루에 의해 이송되는 처리물은 회전 구동하는 동체 내 리본스크루를 타고 동체 바닥으로부터 정점 측으로 올라가다 동체 중심의 수평선상에서 자중에 의해 동체 바닥으로 낙하 현상이 일어나 분진발생과 그 낙하 충격으로 처리물의 코팅층이 손상되어 품질을 떨어뜨리는 주 요인이 되고 있다.

또 처리물의 경화를 위해 동체의 외벽으로 구비되는 히터 가열온도가 동일온도로서, 처리공정을 보다 효율적으로 이루기 위한 온도제어 문제와 품질관리가 저조하고 수율이 낮은 문제가 따르고 있는 것이다.

또한 동체 내에서의 처리물 이송이 불균일하지 못하여 품질관리는 생산성이 저조해지는 등의 많은 문제점이 있다.

그리하여 근래에 와서는 열처리 과정에서 처리물의 낙하 또는 낙하충격이 일어나지 않게 하여 분진발생과 손상을 방지하는 물론, 처리물의 균일한 이송으로 품질관리를 향상시킬 수 있는 로터리 킬른의 구조 개선이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 특허 등록 제0844106호 대한민국 특허 등록 제10-0758993호 대한민국 특허 등록 제10-1630923호

본 발명은 상기에서와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 처리물을 리본스크루 단락들과 지연영역들에 의해 이송과 체류를 교번적으로 이루게 하면서 지연영역에서 처리물이 동체 정점 측으로 밀려 올라가지 않고 바닥에 머무르며 교반요소에 의해 낙하현상 또는 낙하충격 없이 교반을 이루게 함으로서, 코팅층의 손상 도는 분진발생방지와 처리물의 균일한 이송과 구역별로 온도제어가 가능하여 품질관리와 생산성을 향상시킬 수 있는 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른을 제공하는 것이다.

이러한 본 발명의 목적은 2차전지 양극 활물질의 전기화학적 특성 개선, 즉 양극 활물질 표면에 도포되어 전해액과의 접촉방지 또는 스웰링 현상 방지나 탭 밀도의 증가로 압연 밀도를 높이게 하는 코팅층 경화를 위한 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른을 제공함에 의해 달성되게 된다.

본 발명은 처리물의 공급과 배출을 위한 피더와 배출부가 전ㆍ후단으로 구비되고 내벽에는 리본스크루가 전장길이에 걸쳐 구비되는 관형의 동체를 가지며, 이 동체는 별도의 구동원으로 회전하며 상기 처리물이 상기 리본스크루와 기울기를 이용하여 상기 동체의 전단에서 후단으로 이송되게 하면서 상기 동체의 둘레에 중첩적으로 설치되는 히터를 이용하여 소정의 열처리 공정을 이루도록 한 로터리 킬른으로서, 동체 내벽의 리본스크루를 길이방향에서 등 간격으로 절단해내어 이룬 리본스크루 단락들과, 리본스크루 단락들 사이에서 처리물의 일시적 머무름을 이루게 하는 지연영역 및 지연영역에는 인접하는 리본스크루 단락들에 양단이 고정되고 동체 내벽으로부터 이격되어 원주 상으로 배치되는 봉형의 교반요소들을 포함하여서, 처리물의 간헐적 이송, 즉 리본스크루 단락들과 지연영역들을 이용하여 이송과 체류를 교번적으로 이루게 하면서 지연영역에서 처리물이 동체 정점 측으로 밀려 올라가지 않고 바닥에 머무르며 교반요소에 의해 낙하 충격 없이 교반을 이루어 분진발생방지와 품질이 향상된다.

그리고 동체의 둘레 전장길이에 걸쳐 수열의 전열방식 히터들을 구비하고 병렬로 배치하고, 이들 히터들을 제1과 제2 및 제3단계로 분할 구성하여 온도제어부를 이용해 상기 각 단계들이 개별적으로 온도가 제어되도록 하여서, 열처리를 보다 효율적으로 이루고 운전비용을 줄이어 생산단가 절감과, 그리고 생산성은 물론 제품성을 높일 수 있게 된다

본 발명에 따른 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른에 의하면, 처리물을 리본스크루 단락들과 지연영역들을 이용하여 이송과 체류를 교번적으로 이루게 하면서 지연영역에서 처리물이 동체 정점 측으로 밀려 올라가지 않고 바닥에 머무르며 교반요소에 의해 낙하 충격 없이 교반을 이루도록 함으로서, 처리물에서의 분진발생을 방지하고 손상 없이 열처리하여 품질을 높이며, 균일한 제품을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또 본 발명은 동체의 둘레에 병렬방식으로 수열 배치되는 전열방식 히터들을 제 1 내지 제3단계로 분할하여 온도제어부를 이용해 개별적이고 구역별로 온도가 제어되게 함으로서, 동체의 입구 측에서 출구 측으로 가며 열처리환경에 따른 열처리를 보다 효율적으로 이루기 위해 구역별로 각기 온도를 적절하게 제어하여 품질관리가 우수하고, 또 수율을 보다 높일 수 있으며, 그리고 운전비용을 줄이어 생산단가 절감과 생산성은 물론, 제품성을 높이게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른의 전체적인 구성을 개략적으로 보여 주는 블록도.
도 2는 본 발명 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른에 적용되는 동체의 구성을 보여 주는 정면도.
도 3는 도 2의 A 부분을 발췌하여 보여 주는 동체의 일부 확대 단면도.
도 4는 본 발명 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른의 동체 내에서의 처리물 열처리를 위한 교반모습을 보여 주는 설명도.

다음 본 발명의 일 실시 예에 관해 설명하겠다. 도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른이 상세하게 도시되어 있다.

본 발명은 2차전지 양극 활물질의 전기화학적 특성 개선, 즉 양극 활물질 등의 처리물 표면에 도포되어 전해액과의 접촉방지 또는 스웰링 현상 방지나 탭 밀도의 증가로 압연 밀도를 높이게 하는 코팅층 경화를 위한 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른를 제공하는 것이다.

도면에서 10은 로터리 킬른의 동체이다. 이 동체(10)는 대략 중공의 관형으로 이루어 기대(20) 상에서의 구름롤(22)에 의해 떠받쳐 가로방향에서 전방으로부터 후방으로가며 점차 내려가는 기울기로 설치되어 별도의 구동원을 이용하여 회전한다. 이때 동체(10)는 밀폐환경에서 소정의 열처리 공정을 수행하게 될 것이다.

동체(10)에는 처리물의 공급 및 배출, 즉 처리물(W)을 공급시키는 피더(12)가 전단에 구비되고, 후단으로는 소성이 완료된 처리물(W)의 배출부(14)가 구비되며, 그리고 동체(10)의 둘레에는 처리물(W)의 처리를 위한 가열 열원의 히터(H)가 중첩적으로 구비되어 있다.

동체(10)는 회전하며 그 내벽 전장길이에 걸쳐 구비되는 리본스크루를 이용하여 처리물(W)이 동체(10)의 전단에서 후단으로 이송되면서 히터(H)의 가열을 이용하여 소정의 열처리 공정을 이루게 될 것이다.

이러한 구성은 종래와 동일한 구조이고 본 발명에서의 핵심적인 기술은 처리물(W)이 열처리 과정에서 동체(10) 정점 측으로 처리물(W)이 따라 올라가지 않고 가능한 바닥에 머무른 상태에서 열처리 공정을 이루어 분진발생과 낙하충격이 일어나지 않는 것과 처리물의 균일 이송 및 열처리 시간 연장을 위한 구조의 혁신에 그 특징이 있다.

본 발명은 동체(10) 내벽에서 처리물(W)의 이송을 위해 설치되는 리본스크루를 그 길이방향에서 등 간격으로 부분 절단해내어 여러 토막으로 분할되어 이루는 다수의 리본스크루 단락들(16)을 갖는다.

그리고 리본스크루 단락들(16) 사이에는 처리물(W)의 이송 지연영역(30)이 제공된다.

지연영역(30)은 처리물(W)의 이송력 전달이 급격히 낮아져 제자리 구름과 동시, 동체(10)의 기울기에 의해 처리물(W)이 후단 측으로 아주 느린속도로 자연 흘러내리어 열처리 시간을 연장할 수 시킬 수 있을 것이다.

이렇게 구성되는 본 발명에서의 리본스크루 단락들(16)과 지연영역(30)은 처리물(W)의 간헐적 이송, 즉 리본스크루 단락들(16)과 지연영역들(30)을 이용하여 처리물(W)의 이송과 지연을 교번적으로 이루게 하면서 열처리 시간을 연장할 수 있어 안정된 열경화공정으로 품질을 보다 향상시킬 수 있다.

또한 지연영역(30)에는 인접하는 리본스크루 단락들(16)에 양단이 고정되고 동체(10) 내벽으로부터 이격되어 원주 상으로 배치되는 봉형의 교반요소들(40)을 갖는다.

봉형으로 이루는 교반요소(40)는 도 4에 표시한 화살표들과 같이 동체(10)가 시계방향으로 회전하면 동체(10)의 내벽에 가능한 인접배치되어 동체(10) 바닥에 머무르는 처리물(W)의 밑부분으로 통과하면서 소정의 교반을 이룸과 동시, 처리물(W) 표면의 통과 완료시점에서는 처리물(W)을 동체(10) 정점 측으로 밀어올리지 못하고 봉형의 교반요소(30) 형상에 따라 처리물(W)이 분지화살표와같이 양측으로 미끄러져 흘러 그 처리물(W)을 동체(10) 바닥 측에서 머무르게 할 것이다. 이러한 처리물(W)의 제자리 유지는 종래 처리물이 동체(10)의 정점 측으로 밀려 올라 낙하되는 현상을 방지하여 분진발생이 최소화되고, 처리물의 낙하충격을 방지하여 제품의 품질이 보다 향상되게 할 것이다.

교반요소들(40)은 리본스크루 단락(16)의 폭 중앙선(S)으로부터 외향 측에 배치되게 한다. 이러한 교반요소(40)는 처리물에 따라 동체(10) 내벽으로부터의 간격을 조절하게 되는데, 이때 중앙선(S) 외측에서 갖는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 본 발명에서의 로터리 킬른은 처리물(W)의 간헐적 이송, 즉 리본스크루 단락들(16)과 지연영역들(30)을 이용하여 이송과 체류를 교번적으로 이루게 하면서 지연영역(30)에서 처리물(W)이 동체(10) 정점 측으로 밀려 올라가지 않고 동체(10) 바닥에 머무르며 교반요소(40)에 의해 낙하 충격 없이 교반을 이루어 분진발생이 방지되고 품질을 향상시키게 될 것이다.

본 발명은 동체(10)의 둘레 전장길이에 걸쳐 전기발열방식 히터(H)를 병렬로 배치하고, 이들 히터(H)를 제1단계(H1)과 제2단계(H2), 그리고제3단계(H3)로 분할 구성하여 온도제어부(HC)를 이용해 각 단계들(H1,H2,H3)이 개별적으로 온도가 제어되도록 하고 있다.

히터(H)에서의 제1단계(H1)는 동체(10)의 입구 측에서 공급되는 처리물의 열처리 공정을 위한 예열 온도 약 500°C 온도대를 가지며, 또 제2단계(H2)는 동체(10) 중간 부분에서의 최적의 열처리 공정을 위한 온도 약 800°C 온도대를, 그리고 제3단계(H3)는 동체(10)의 배출구 측에서 열처리 공정을 이룬 처리물의 냉각공정을 위해 가장 낮은 온도 약 400°C의 온도대를 유지하게 될 것이다.

따라서, 본 발명은 동체(10)의 가열온도를 단계적이고 구역별로 각기 적절하게 제어하여 품질관리와 보다 높은 수율을, 그리고 운전비용을 절감시킬 수 있게 될 것이다.

이상에서와같이 본 발명의 일 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되지 않고 청구범위에 기재된 범위 내에서 변경이 가능할 것이다.

10: 동체 12: 피더 14: 배출부
16: 리본스크루 단락
20: 기대 22: 구름롤
30: 지연영역
40: 교반요소
HC: 온도제어부
H: 히터 H1: 제1단계 H2: 제2단계 H3: 제3단계

Claims (3)

1. 처리물의 공급과 배출을 위한 피더와 배출부가 전ㆍ후단으로 구비되고 내벽에는 리본스크루가 전장길이에 걸쳐 구비되는 관형의 동체를 가지며, 이 동체는 별도의 구동원으로 회전하며 상기 처리물이 상기 리본스크루와 기울기를 이용하여 상기 동체의 전단에서 후단으로 이송되게 하면서 상기 동체의 둘레에 중첩적으로 설치되는 히터를 이용하여 소정의 열처리 공정을 이루도록 한 로터리 킬른으로서,
   상기 동체 내벽의 리본스크루를 길이방향에서 등 간격으로 절단해내어 이룬 리본스크루 단락들;
   상기 리본스크루 단락들 사이에서 상기 처리물의 일시적 머무름을 이루게 하는 지연영역;
   상기 지연영역에는 인접하는 상기 리본스크루 단락들에 양단이 고정되고 상기 동체 내벽으로부터 이격되어 원주 상으로 배치되는 봉형의 교반요소들;
   상기 교반요소는 상기 리본스크루 단락의 폭 중앙선으로부터 외향 측에 배치되게 한 것; 및
   상기 동체의 둘레 전장길이에 걸쳐 전열방식 히터들을 병렬로 배치하고, 상기 히터들을 제1과 제2 및 제3단계로 분할 구성하여 온도제어부를 이용해 상기 제1과 제2및 제3단계들이 개별적으로 온도가 제어되도록 한 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른.을 포함하며,
   여기서, 상기 처리물의 간헐적 이송, 즉 상기 리본스크루 단락들과 상기 지연영역들을 이용하여 이송과 체류를 교번적으로 이루게 하면서 상기 지연영역에서 상기 처리물이 동체 정점 측으로 밀려 올라가지 않고 바닥에 머무르며 상기 교반요소에 의해 낙하현상 없이 교반을 이루도록 한 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 코팅층 열처리에 적합한 로터리 킬른.
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