KR102356130B1 - 전자석을 이용한 음극재 원료에 포함된 금속성 이물질 선별장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자석의 자기장을 이용하여 음극재 원료에 포함되어 있는 금속성 이물질을 흡착 선별토록 하고, 특히 바이브레이터를 이용하여 전자석 플레이트 및 댐퍼를 진동시켜 흡착된 금속성의 이물질을 잔류없이 제거할 수 있으며, 특히 전자석을 정밀 주조 공법으로 전자석플레이트를 일체화로 성형하여 바이브레터에서 전해지는 진동에 의한 전자석플레이트의 크랙이나 파손없이 사용수명을 연장할 수 있는 전자석을 이용한 음극재 원료에 포함된 금속성 이물질 선별장치를 제공한다.

Description

전자석을 이용한 음극재 원료에 포함된 금속성 이물질 선별장치{A metallic foreign object screening apparatus included in the cathode material using electromagnet}

본 발명은 전자석을 이용한 음극재 원료에 포함된 금속성 이물질 선별장치에 관련되는 것으로서, 더욱 상세하게는 전자석을 정밀 주조 공법으로 일체화로 성형하여 바이브레터에서 전해지는 진동에 의한 전자석의 파손을 방지토록 한 전자석을 이용한 음극재 원료의 금속성 이물질 선별장치에 관한 것이다.

일반적으로 배터리는 내부에 전기에너지를 저장하여 별도의 발전수단이 없는 항공기, 자동차 및 선박의 기계장치에 전기를 공급하는 기기로서, 내부의 화학반응에 의해서 축전 및 방전작용이 이루어지도록 되어 있다.

리튬이온 배터리는 크기에 비해 용량이 높아 노트북, 드론 등 많은 전자기기에 널리 사용되는 이차전지이다. 한 번의 배터리 충전으로 좀 더 장시간 사용하기 위해서는 배터리를 고용량화할 필요가 있고, 그에 따라 배터리에 더 많은 이온을 담을 수 있는 전극활물질을 지속적으로 개발하고 있다. 또한, 리튬이온 배터리는 일정 횟수의 충방전 사이클을 넘게 되면 성능이 급저하되어 수명을 다하게 된다. 그에 따라 리튬이온 배터리의 음극재로서 안전성과 충방전 효율이 좋은 탄소재료를 고려하게 되었고, 현재 상용화된 음극재 물질은 흑연(graphite)이다.

흑연은 안전성, 저전위특성, 염가, 높은 초기효율 및 안정적인 장수명 특성 등으로 아직 까지 대부분의 리튬이온전지의 음극재 물질로 사용되고 있다.

한편, 음극재 원료를 이용하여 음극재를 제조하기 전, 음극재원료에 섞여있는 금속성의 이물질을 선별하는 과정을 거치는 데, 대표적으로 자력을 이용한 선별방식이 사용된다.

대한민국 특허청 공개특허공보(공개번호 제 10-2010-0011612 호)에는 비접촉식 전자석 사이클론 필터가 제시된 바 있다.

상기 선행기술은 폐유로부터 철분 함유 불순물을 제거하는 필터링 장치에 있어서, 사이클론 필터의 외주면을 인접하여 감싸는 반원 현상의 한 쌍의 전자석과, 상기 전자석을 고정하여 지지하는 전자석 지지부와, 상기 전자석 지지부와 연결되어 상기 전자석을 상하로 이동시키는 전자석 상하 구동부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그러나 위 선행기술은 관로에 쌓인 금속성의 이물질을 배출밸브의 개방 동작만으로 아래로 떨어져 제거되는 방식인데, 이때 이물질 제거과정은 이물질의 자연낙하에 의해서만 이루어져 예를 들어 관로 내부에 오래 쌓여 점착이 발생한 이물질은 자연낙하가되지 않아 계속적으로 쌓이게됨으로서 효율이 떨어진다. 특히 자연낙하방식은 상부의 폐유유입관 및 배출관으로 통과하는 일부의 폐유까지 함께 떨어져 효율적인 선별이 이루어지지 못하다는 단점이 있다.

문헌 1: 대한민국 특허청 공개특허공보 공개번호 제 10-2010-0011612 호

본 발명의 바이브레이터를 이용하여 전자석 플레이트 및 댐퍼를 진동시켜 금속성의 이물질을 강제로 제거토록 한 전자석을 이용한 음극재 원료의 금속성 이물질 선별장치를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이물질 제거작업시에 댐퍼를 일측 방향으로 틸팅시켜 이물질을 제거토록 하여 음극재 원료에 포함된 금속성 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 전자석을 이용한 음극재원료의 금속성 이물질 선별장치를 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 연결판에 용접으로 연결 설치되는 다수개의 격판들로 구성된 전자석을 정밀 주조 공법으로 상기 격판과 연결판을 일체화로 성형하여 바이브레터에서 전해지는 진동에 의한 격판와 연결판의 연결부위 크랙이나 파손을 방지토록 한 전자석을 이용한 음극재 원료의 금속성 이물질 선별장치를 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 전자석을 이용한 음극재 원료에 포함된 금속성 이물질 선별장치에 있어서, 프레임, 상기 프레임에 수직으로 세워진 상태로 지지되며 중앙으로는 음극재 원료가 통과하기 위한 구멍이 관통 형성된 어뎁터파이프, 상기 어뎁터파이프의 하단에 적어도 하나 이상 적층된 상태로 결합되며 중앙으로는 상기 어뎁터파이프의 구멍과 연결하여 통하는 통과구멍이 관통 형성되며 외부에서 인가된 전류로 자기장을 발생시켜 상기 어뎁터파이프의 구멍을 거쳐 상기 통과구멍을 통과하는 음극재 원료중에서 금속성 이물질을 상기 통과구멍의 내면으로 흡착시키는 적어도 하나 이상의 전자석플레이트, 상기 전자석플레이트들중에서 제일 아래쪽에 적층된 전자석플레이트의 하단에 결합되는 연결구, 상기 연결구에 플랙시블 조인트로 연결 구성되며 상기 어뎁터파이프를 통과한 음극재 원료를 음극재 저장부로 배출시키는 댐퍼, 상기 플랙시블 조인트의 외경에 결합되는 진동브라켓, 상기 진동브라켓에 지지되며 외부에서 인가된 전원으로 진동을 발생시키는 바이브레이터로 구성하여 상기 전자석플레이트의 통과구멍 내면에 흡착된 금속성 이물질을 떨어뜨리는 진동수단, 상기 프레임에 지지되는 실린더, 상기 실린더의 로드에 결합되며 상기 댐퍼의 외경에 핀 결합되는 홀더로 구성하여 상기 댐퍼를 틸팅 동작시켜 상기 통과구멍의 내면에 흡착된 상태에서 상기 진동수단의 진동으로 떨어지는 금속성 이물질을 이물질 저장부로 배출시키도록 하는 틸팅수단으로 구성하며, 상기 전자석플레이트는 원판 형태로 성형하되, 스테인레스 재질중에서 SUS430 재질을 용해시킨 다음, 용해된 SUS430을 금형에 주입하여 주조 성형하도록 함을 특징으로 한다.

본 발명은 전자석의 자기장을 이용하여 음극재 원료에 포함되어 있는 금속성 이물질을 흡착 선별토록 하고, 특히 바이브레이터를 이용하여 전자석 플레이트 및 댐퍼를 진동시켜 흡착된 금속성의 이물질을 잔류없이 제거할 수 있는 효과를 가진다.

특히, 본 발명은 자석을 정밀 주조 공법으로 전자석플레이트를 일체화로 성형하여 바이브레터에서 전해지는 진동에 의한 전자석플레이트의 크랙이나 파손없이 사용수명을 연장할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자석을 이용한 음극재 원료의 금속성 이물질 선별장치의 전체 구성을 도시한 정면도.
도 2는 도 1의 측면도.
도 3은 도 1의 평면도.
도 4는 전자석플레이트 및 어뎁터파이프의 연결구조를 발췌하여 도시한 도면.
도 5는 전자석플레이트의 평면도.
도 6은 도 5의 단면도.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 다양한 실시 예를 들어 기술하기로 한다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자석을 이용한 음극재 원료의 금속성 이물질 선별장치의 전체 구성을 도시한 정면도이며, 도 2는 도 1의 측면도이며, 도 3은 도 1의 평면도이고, 도 4는 전자석플레이트 및 어뎁터파이프의 연결구조를 발췌하여 도시한 도면이며, 도 5는 전자석플레이트의 평면도이고, 도 6은 도 5의 단면도이다.

도 1 내지 도 6에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 전자석을 이용한 음극재 원료의 금속성 이물질 선별장치는 프레임(10)으로 외곽 골조를 구성하며, 상기 프레임(10)에 어뎁터파이프(20), 전자석(30), 댐퍼(40), 틸팅수단(50) 및 진동수단(60)등의 구성들이 설치되도록 구성한다.

상기 어뎁터파이프(20)는 원통의 파이프 형태로 수직으로 세워진 상태에서 프레임(10)에 너트(24)로 체결 고정되도록 한다. 상기 어뎁터파이프(20)의 중앙에는 구멍(22)이 관통 형성되고, 상기 구멍(22)으로는 음극재 원료가 투입되어 통과하게 된다.

상기 어뎁터파이프(20)의 아래에는 적어도 하나 이상의 전자석플레이트(30)가 설치된다.

상기 전자석플레이트(30)는 프레임(10) 주변부에 설치되어 있는 전기코일(34)로 전류가 흐르면 자기화(磁氣化)되며 자기장을 형성시키는 수단으로서,

첨부된 도 5는 하나의 전자석플레이트를 발췌하여 도시한 평면도이고, 도 5는 도 6의 측단면도이다.

도 5 내지 도 6에서 도시하고 있는 바와 같이, 전자석플레이트는 원판 형태로 중앙으로는 통과구멍(32)이 관통 형성된다. 상기 통과구멍(32)은 어뎁터파이프(20)의 구멍(22)과 연통하며 상기 어뎁터파이프(20)의 구멍(22)으로 투입된 음극재원료를 통과시키게 된다. 이때 전자석플레이트(30)의 통과구멍(32)을 통과하는 음극재 원료중에서 금속성의 이물질은 자력으로 흡착되며 음극재 원료에 섞여있는 금속성 이물질을 선별시키게 된다.

상기한 구조의 전자석플레이트(30)는 정밀 주조로 성형되는 데, 바람직하게는 전자석플레이트(30)의 형상에 대응하는 모양의 금형을 제작하고, 상기 금형에 스테인레스중에서 SUS430을 용해시킨 다음, 용해된 SUS430을 금형에 주입하여 주조 성형하도록 한다.

즉, 전자석플레이트(30)를 종래와 같이 다수개의 플레이트를 일정간격 떨어진 상태로 배치한 상태에서 이들 플레이트를 용접으로 연결 구성하여 제작하지 않고, 정밀 주조로 일체화된 원판 형태의 전자석플레이트(30)를 제작하도록 함으로서 진동수단에서 전해지는 진동에 의해 전자석플레이트(30)의 용접부위가 파손될 위험 없이 장기간 안정적으로 사용할 수 있다.

상기 댐퍼(40)는 전자석플레이트(30)의 통과구멍(32)을 통과한 음극재 원료를 원료저장부로 배출시킴과 더불어 틸팅수단(50)의 동작에 따라 음극재 원료에서 선별된 금속성 이물질을 별도의 이물질 저장부로 선별 배출시키게 된다.

상기 댐퍼(40)는 상기 전자석플레이트(30)중에서 제일 아래쪽의 전자석플레이트(30)에 결합되어 있는 연결구(36)와 플랙시블 조인트(42)로 연결 구성되는 데, 상기 플랙시블 조인트(42)는 주름관 형태로 틸팅수단(50)의 동작으로 댐퍼(40)가 당겨지거나 밀려날 때, 어뎁터파이프(20)에서 이탈하지 않고 댐퍼(40)의 틸팅 동작이 이루어질 수 있도록 한다.

상기 틸팅수단(50)은 프레임(10)에 지지되는 실린더(52), 상기 실린더(52)의 로드(54)에 결합되며 상기 댐퍼(40)의 외면에 핀(58) 결합되는 홀더(56)로 구성한다.

상기 실린더(52)의 구동으로 로드(54)가 당겨지거나 밀려나면 상기 홀더(56)에 핀(58) 결합되어 있는 댐퍼(40)는 플랙시블 조인트(42)를 통해 전극판플레이트(30)의 아래에서 분리되지 않고 연결된 상태로 틸팅 동작하게 된다.

상기 틸팅수단(50)의 동작으로 틸팅 동작하는 댐퍼(40)는 선별과정을 거친 음극재 원료 및 금속성 이물질을 각각의 음극재 저장부 및 이물질 저장부로 배출하기 위함이다.

상기 진동수단(60)은 전자석플레이트(30)의 통과구멍(32) 내면에 흡착되어 있는 금속성 이물질을 외부로 배출시켜야 할 때 사용되는 수단이다.

상기 진동수단(60)은 전술한 틸팅수단(40)인 플랙시블 조인트(42)의 외경에 결합되는 진동브라켓(62), 상기 진동브라켓(62)에 지지되며 외부에서 인가된 전원으로 진동하는 바이브레이터(64)로 구성한다.

상기 바이브레이터(64)의 진동으로 진동브라켓(62)은 플랙시블 조인트(42)와, 상기 플랙시블 조인트(42)에 연결구 연결되어 있는 전자석플레이트(30)는 미세하게 흔들리게 되며, 이때의 진동으로 인해 전자석플레이트(30)의 통과구멍(32) 내면에 흡착되어 있는 금속성 이물질은 떨어져 아래의 댐퍼(40)로 배출된다. 이때 댐퍼(40)는 틸팅수단(50)의 틸팅동작을 통해 한쪽방향으로 제쳐진 즉, 틸팅 동작한 상태에서 금속성 이물질을 공급받게 된다.

10: 프레임 20: 어뎁터파이프
22: 구멍 30: 전자석플레이트
32: 통과구멍 40: 댐퍼
50: 틸팅수단 60: 진동수단

Claims (1)

1. 전자석을 이용하여 선별된 음극재 원료 및 금속성 이물질을 음극재 저장부 및 이물질 저장부로 각각 배출하여 선별하도록 한 전자석을 이용한 음극재 원료에 포함된 금속성 이물질 선별장치에 있어서,
   프레임(10);
   상기 프레임(10)에 수직으로 세워진 상태로 지지되며 중앙으로는 음극재 원료가 통과하기 위한 구멍(22)이 관통 형성된 어뎁터파이프(20);
   상기 어뎁터파이프(20)의 하단에 적어도 하나 이상 적층된 상태로 결합되며 중앙으로는 상기 어뎁터파이프(20)의 구멍(22)과 연결하여 통하는 통과구멍(32)이 관통 형성되며 외부에서 인가된 전류로 자기장을 발생시켜 상기 어뎁터파이프(20)의 구멍(22)을 거쳐 상기 통과구멍(32)을 통과하는 음극재 원료중에서 금속성 이물질을 상기 통과구멍(32)의 내면으로 흡착시키는 적어도 하나 이상의 전자석플레이트(30);
   상기 전자석플레이트(30)들중에서 제일 아래쪽에 적층된 전자석플레이트의 하단에 결합되는 연결구(34);
   상기 연결구(34)에 플랙시블 조인트(42)로 연결 구성되며 상기 어뎁터파이프(20)를 통과한 음극재 원료를 음극재 저장부로 배출시키는 댐퍼(40);
   상기 플랙시블 조인트(42)의 외경에 결합되는 진동브라켓(62);
   상기 진동브라켓(62)에 지지되며 외부에서 인가된 전원으로 진동을 발생시키는 바이브레이터(64)로 구성하여 상기 전자석플레이트(30)의 통과구멍(32) 내면에 흡착된 금속성 이물질을 떨어뜨리는 진동수단(60);
   상기 프레임(10)에 지지되는 실린더(52);
   상기 실린더(52)의 로드(54)에 결합되며 상기 댐퍼(40)의 외경에 핀(56) 결합되는 홀더(58)로 구성한 틸팅수단(50)을 포함하며;
   상기 틸팅수단(50)은 상기 플랙시블 조인트(42)를 통해 상기 댐퍼(40)를 틸팅 동작시켜 상기 통과구멍(32)의 내면에 흡착된 상태에서 상기 진동수단(60)의 진동으로 떨어지는 금속성 이물질을 이물질 저장부로 별도 배출시키도록 하며;
   상기 전자석플레이트(30)는 원형의 형상으로 중앙으로 통과구멍(32)이 형성된 다수개의 전자석플레이트(30)를 적층시켜 구성하되, 스테인레스 재질중에서 SUS430 재질을 용해시킨 다음, 용해된 SUS430을 금형에 주입하여 주조 성형하여 상기 다수개의 전자석플레이트(30)를 일체화된 형태로 적층시켜 제작하도록 한 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 음극재 원료에 포함된 금속성 이물질 선별장치.
   
   
   
   

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