KR102423486B1 - 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치 및 그 탈수 장치를 포함하는 탈수 설비 - Google Patents
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치 및 그 탈수 장치를 포함하는 탈수 설비 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 세정 공정을 거친 양극 활물질이 수용되며, 상기 양극 활물질에 전기장을 가하여 전기 삼투 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키는 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치를 제공한다.
따라서 기계적 힘에 의한 탈수 후에도 양극 활물질에 잔존하는 수분을 제거할 수 있는 장점이 있다.
따라서 기계적 힘에 의한 탈수 후에도 양극 활물질에 잔존하는 수분을 제거할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치 및 그 탈수 장치를 포함하는 탈수 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 삼투 방식을 이용해서 기계적 탈수 후에도 제거되지 않고 양극 활물질에 잔존하는 수분을 효율적으로 제거하는 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치 및 그 탈수 장치를 포함하는 탈수 설비에 관한 것이다.
양극 활물질은 전기자동차용 배터리 등의 2차 전지에서 양극반응에 참여하는 물질로서, 2차 전지 구성원가의 40% 이상을 차지하는 핵심 소재이다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 2차 전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다. 이와 관련하여 리튬 2차 전지의 양극 활물질로 리튬코발트 복합금속 산화물이 주로 사용되고 있다. 하지만 이러한 리튬코발트 복합금속 산화물을 양극 활물질로 사용할 경우 대용량의 동력원으로 사용하기에는 부족한 점이 있다. 따라서 이를 대체하기 위해 리튬망간 복합금속 산화물 등을 사용하고 있다. 이 중에서도 높은 가역용량을 갖는 리튬니켈 복합금속 산화물에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.
그러나 이러한 리튬니켈 복합금속 산화물을 양극 활물질로 사용할 때, 니켈의 함량을 높일 경우 Ni2+의 이온 반지름의 Li+의 이온 반지름과 유사하여 Li층에 Ni이 위치하는 Cation mixing이 쉽게 발생한다. 이러한 Cation mixing으로 인하여 Li층으로 들어가지 못하는 Li이 소성 과정 중 공기 중에 존재 하는 산소 및 물과 반응하여 잔류 리튬으로 불리는 LiCO3 혹은 LiOH 물질을 만든다. 이러한 물질들은 양극 표면에 두껍게 생성되어 저항층으로 작용할 뿐만 아니라 셀 제작을 위한 전극 제작 과정 중 용매에 녹으면 용매를 염기성화 시키면서 바인더와 섞여 슬러리를 Gelation 시키게 되어 전극을 제작할 수 없게 만들 뿐만아니라 운전 중 전해질과 반응하여 가스를 발생시킨다. 이러한 가스로 인하여 배터리가 쉽게 부풀고 폭발의 위험성이 커지므로 잔류 리튬 제거는 매우 중요하다.
이러한 잔류 리튬을 가장 쉽게 제거하는 방법이 물로 씻어 내는 방법이며 물로 잔류 리튬은 쉽게 제거되지만, 잔류 리튬 제거 이후 신속하게 활물질 표면에 남아 있는 물을 제거하지 않으면 물이 완전히 제거될 때까지 구조 내의 Li이 지속적으로 빠져나오게 된다. 그리고 빠져나온 Li은 추가 열처리 과정 중에 주변에 존재하는 물과 이산화 탄소와 재반응하여 잔류 리튬을 생성하거나 구조 내 Li 감소로 인하여 성능 저감이 발생되는 문제가 있다. 따라서 이러한 잔류 리튬을 신속하게 제거할 필요가 있지만 종래 기계적인 탈수 방식으로는 이러한 잔류 리튬을 신속하게 제거할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 전기 삼투 방식을 이용해서 기계적 탈수 후에도 제거되지 않고 양극 활물질에 잔존하는 수분을 효율적으로 제거하는 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치 및 그 탈수 장치를 포함하는 탈수 설비을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 세정 공정을 거친 양극 활물질이 수용되며, 상기 양극 활물질에 전기장을 가하여 전기 삼투 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키는 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 세정 공정을 거친 양극 활물질이 내부 공간에 수용 되어 상기 양극 활물질에 전기장을 가하여 전기 삼투 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키고, 상기 양극 활물질을 상기 내부 공간에 유지한 상태에서, 상기 양극 활물질을 가열하여 건조를 수행하는 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 세정 공정을 거친 양극 활물질이 내부 공간에 수용되며, 상기 양극 활물질에 기계적 힘을 가하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키고, 상기 양극 활물질을 상기 내부 공간에 유지한 상태에서, 상기 양극 활물질에 전기장을 가하여 전기 삼투 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키는 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 세정 공정을 거친 양극 활물질이 내부 공간에 수용되며, 상기 양극 활물질에 기계적 힘을 가하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키고, 상기 양극 활물질을 상기 내부 공간에 유지한 상태에서, 상기 양극 활물질에 전기장을 가하여 전기 삼투 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키며, 상기 양극 활물질을 상기 내부 공간에 유지한 상태에서, 상기 양극 활물질을 가열하여 건조를 수행하는 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비를 제공한다.
본 발명에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치 및 그 탈수 장치를 포함하는 탈수 설비는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 기계적 힘에 의한 탈수 후에도 양극 활물질에 잔존하는 수분을 제거할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 탈수 시간이 짧은 장점이 있다.
셋째, 양극 활물질에 기계적 힘에 의한 탈수와 같은 물리적 외력을 가하지 않으므로 장치의 구조가 단순한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치가 도시된 모식도이다.
도 2는 도 1에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치의 음전극의 구조를 구체적으로 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비가 도시된 모식도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비가 도시된 모식도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비가 도시된 모식도이다.
도 2는 도 1에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치의 음전극의 구조를 구체적으로 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비가 도시된 모식도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비가 도시된 모식도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비가 도시된 모식도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)는 제1전극(1110), 제2전극(1120) 및 양극 활물질(1130)을 포함한다. 도면에 도시되지 않지만, 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)는 상기 제1전극(1110), 상기 제2전극(1120) 및 세정 공정을 거친 상기 양극 활물질(1130)이 내부에 수용 되는 수용 공간을 한정하는 하우징(미도시)을 더 포함할 수 있다. 또한 도면에는 도시하지 않지만, 상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120)에는 단자가 각각 형성되어 있고, 이를 통해 전원을 공급 받아서 전기장을 형성한다.
본 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)는 세정 공정을 거친 상기 양극 활물질(1130)이 수용되고, 상기 양극 활물질(1130)에 전기장을 가하여 전기 삼투 방식으로 상기 양극 활물질(1130)에 잔존하는 세정액을 탈수시킨다. 즉, 본 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)는 상기 양극 활물질(1130)이 워싱(washing) 공정을 통해 세정액이 함유된 상태에서 가압 탈수 장치 또는 원심 분리 탈수 장치를 통과하여 1차적으로 세정액이 제거(기계적 탈수)된 후의 공정인 것을 예로 든다. 그러므로 상기 양극 활물질(1130)은 제1차 탈수 처리된 상태에서 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)로 이동한다. 본 실시예에서 상기 세정액은 물인 것을 예로 든다.
상기 기계적 탈수에 의하더라도 상기 양극 활물질(1130)에는 수분이 약 10% 정도 잔존하고, 이를 건조 오븐 등을 사용하여 표면 함수율을 0.1% 이내로 건조시키기 위해서는 4시간 이상이 소요된다. 본 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)는 상기 건조 오븐에 의한 건조 전에 상기 기계적 탈수를 거친 양극활 물질을 전기 삼투 방식을 이용하여 탈수함으로써 상기 건조 오븐에 의한 건조 시간을 단축시킨다.
상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120)은 전위차를 가진다. 본 실시예에서 상기 제1전극(1110)은 음전극인 것을 예로 들고, 상기 제2전극(1120)은 양전극인 것을 예로 든다. 상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120)은 상기 양극 활물질(1130)을 사이에 두고 이격되도록 배치된다.
도 2를 참조하면, 상기 제1전극(1110)은 플레이트 형상이고, 메쉬 구조를 갖는다. 본 실시예에서 상기 제1전극(1110)은 (a)에서와 같이 메쉬 구조로 형성되어서 물이 통과할 수 있다. 도면에서는 도시 상 편의를 위해 물이 통과할 수 있는 통로를 크게 표시 하였지만, 상기 제1전극(1110)은 (b)의 필터(1110b)와 같이 촘촘하게 형성된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1전극(1110)을 (b)에서와 같이 서로 교차하도록 배치되는 음전극들(1110a)과 상기 음전극들(1110a) 상에 밀착되도록 배치되는 필터(1110b)를 포함할 수 있다. 물론 상기 필터(1110b)는 상기 음전극들(1110a)의 아래쪽에 밀착되도록 배치될 수도 있다. 즉, 상기 음전극들(1110a)은 상기 필터(1110b)의 상부인 일측 또는 하부인 타측 어디에도 설치 가능하다. 이 때 상기 필터(1110b)는 플레이트 형상이고, 상기 양극 활물질은 통과하지 못하지만 물이 통과될 수 있는 구조만 가지면 된다. 상기 필터(1110b)의 예로서, 여과막이 있다. 그리고 상기 양극 활물질(1130)로부터 탈수되는 세정액은 중력에 의하여 상기 제1전극을 통하여 외부로 배출된다.
상기 제2전극(1120)은 상기 제1전극(1110)과의 사이에 상기 양극 활물질(1130)이 배치될 수 있도록, 상기 제1전극(1110)과 이격되어 마주보도록 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 제2전극(1120)이 상기 제1전극(1110) 상부에 이격되어 마주보도록 배치되는 것을 예로 든다. 본 실시예에서 상기 제2전극(1120)은 플레이트 형상을 갖고, 물이 통과할 수 없는 구조를 갖는 것을 예로 든다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제2전극(1120)을 상기 제1전극(1110)과 같이 물이 통과할 수 있는 구조로 형성할 수도 있다. 이 때 상기 제2전극(1120)은 상기 제1전극(1110)과 같이 메쉬 구조로 형성될 수 있되, 상기 제1전극(1110)의 메쉬 구조보다 더 촘촘한 구조를 갖도록 형성된다.
상기 양극 활물질(1130)은 상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120) 사이에 배치된다. 본 실시예에서 상기 양극 활물질(1130)은 리튬 복합 전이금속 산화물인 것을 예로 든다. 상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 전이금속 전구체와 리튬 원료 물질을 혼합한 후 소성하는 방법으로 제조될 수 있다. 상기 전이금속 전구체는 Ni, Co, Mn을 포함하는 수산화물, 옥시 수산화물, 카보네이트, 유기착물일 수 있다. 구체적으로는 상기 전이금속 전구체는 니켈-코발트 수산화물, 니켈-코발트 옥시 수산화물, 니켈-코발트-망간 수산화물, 니켈-코발트-망간 옥시 수산화물이거나, 상기 수산화물 또는 옥시 수산화물에 M이 도핑되어 있는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 양극 활물질(1130)의 종류 및 제조 방법을 얼마든지 변경 가능하다.
상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)의 작동을 간략하게 설명하면, 먼저 물로 워싱되고 기계적 탈수 과정을 거친 상기 양극 활물질(1130)을 상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120)의 사이에 배치한다. 본 실시예에서는 상기 양극 활물질(1130)이 상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120)에 각각 밀착되도록 배치되는 것을 예로 든다. 하지만 상기 양극 활물질(1130)은 상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120) 각각과 이격되도록 배치될 수 있다. 이 때는 상기 양극 활물질(1130)을 상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120) 사이에 고정되도록 하는 장치가 필요하다.
다음으로 상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120)에 전원을 인가한다. 전원인 인가되면 상기 양극 활물질(1130)에 포함되어 있는 물이 상기 제1전극(1110) 쪽으로 흘러가는 삼투압이 발생한다. 이는 물 안에 분포하는 양이온들이 음전극 쪽으로 전기력에 의해 이동하면서 물분자 들도 함께 끌고 가기 때문이다(물분자들은 양이온들과 이온-쌍극자 인력으로 결합되어 있어서, 양이온이 전기력을 받아 움직일 때 일부는 따라 움직이게 된다.) 이 때, 상기 양극 활물질(1130)의 표면에 잔존하는 리튬이온도 제1전극(1110)쪽으로 이동하는 부가적인 효과를 가진다.
워싱 공정을 거친 상기 양극 활물질(1130)을 가압 탈수(기계적 탈수)를 통해 수분을 제거하더라도 잔존하는 수분들은 수분내 이온들과 입자간에 작용하는 전기력(입자표면이 고체와 액체간의 계면현상에 의해 표면전하를 갖게 되기 때문)에 의해서 더 이상 가압으로 인한 탈수가 불가능해 진다. 따라서 가압 탈수 만으로는 상기 양극 활물질(1130)에 포함되어 있는 수분을 충분히 제거하기에 한계가 있다. 이러한 경우에 본 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)를 이용하면 잔존 수분들을 전기 삼투 현상을 이용하여 수월하게 제거할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비(2000)는 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(2100) 및 건조 장치(2200)를 포함한다. 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(2100)는 제1전극(2110), 제2전극(2120) 및 양극 활물질(2130)을 포함한다. 본 실시예에서 상기 제1전극(2110)은 음전극, 상기 제2전극(2120)은 양전극인 것을 예로 든다. 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(2100)는 세정 공정을 거친 상기 양극 활물질(2130)에 전기장을 가하여 전기 삼투 방식으로 상기 양극 활물질(2130)에 잔존하는 세정액인 물을 탈수하는 역할을 한다. 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(2100)는 상기 건조 장치(2200) 내부에 배치된다. 즉 본 실시예에서 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(2100) 및 건조 장치(2200)는 일체형으로 형성된다. 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(2100)는 도 1에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)와 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.
상기 건조 장치(2200)는 상기 양극 활물질(2130)을 상기 건조 장치(2200)의 내부 공간에 유지한 상태에서 상기 양극 활물질(2130)을 가열하여 건조한다. 상기 건조 장치(2200)는 하우징(2210) 및 전기히터(2220)를 포함한다. 상기 하우징(2210)은 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(2100)가 수용되는 수용 공간을 한정한다. 즉, 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(2100)는 상기 하우징(2210) 내부의 수용 공간에 배치되는 것이다. 상기 하우징(2210)의 하부 중심에는 홀(2210a)이 형성되어 있다. 상기 홀(2210a)은 상기 양극 활물질(2130)로부터 배출되는 물이 상기 하우징(2210) 외부로 중력에 의해 배출되는 통로이다.
상기 전기히터(2220)는 상기 하우징(2210) 내부의 수용 공간 방향으로 복사열을 전달하기 위해서 상기 하우징(2210) 내측면에 설치된다. 본 실시예에서는 상기 전기히터(2210)가 상기 하우징(2210) 내측면에 전체적으로 설치되어 있는 것을 예로 들지만, 상기 전기히터(2210)는 상기 하우징(2210) 내측면의 일부에만 설치될 수도 있다. 즉, 상기 전기히터(2210)는 상기 제1전극(2110) 및 상기 제2전극(2120)이 형성되어 있지 않아서 상기 양극 활물질(2130)에 직접적인 열 전달이 가능한 상기 하우징(2210)의 측면에만 설치될 수도 있다. 또한 도면에는 도시하지 않지만, 상기 하우징(2210) 내측면에 상기 수용 공간 방향으로 대류에 의한 열전달을 위해서 뜨거운 공기를 발산하는 열풍기가 설치될 수 있다.
본 실시예에서 상기 양극활 물질(2130)에 포함되어 있는 세정액인 물의 탈수 및 건조는, 상기 물의 탈수가 먼저 수행된 후에 상기 물의 건조가 수행되는 것을 예로 든다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 세정액의 탈수 및 상기 세정액의 건조를 동시에 수행할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비(3000)는 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(3100) 및 가압 탈수 장치(3200)를 포함한다. 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(3100)는 제1전극(3110), 제2전극(3120) 및 양극 활물질(3130)을 포함한다. 본 실시예에서 상기 제1전극(3110)은 음전극, 상기 제2전극(3120)은 양전극인 것을 예로 든다. 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(3100)는 세정 공정을 거친 상기 양극 활물질(3130)에 전기장을 가하여 전기 삼투 방식으로 상기 양극 활물질(3130)에 잔존하는 세정액인 물을 탈수하는 역할을 한다. 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(3100)는 상기 가압 탈수 장치(3200) 내부에 배치된다. 즉 본 실시예에서 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(3100) 및 가압 탈수 장치(3200)는 일체형으로 형성된다. 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(3100)는 도 1에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)와 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.
상기 가압 탈수 장치(3200)는 세정 공정을 거친 상기 양극 활물질(3130)에 압축력(기계적인 힘)을 가하여 상기 양극 활물질(3130)에 잔존하는 세정액인 물을 탈수시키는 역할을 한다. 상기 가압 탈수 장치(3200)는 하우징(3310) 및 가압 장치(3320)를 포함한다. 상기 하우징(3310)은 내부에 수용 공간을 갖고, 상기 수용 공간으로 상기 세정된 양극 활물질(3130)을 수용한다. 본 실시예에서 상기 하우징(3310)은 상부가 개구된 직육면체 형상인 것을 예로 든다. 그리고 상기 하우징(3310)의 하부 중심에는 세정액인 물이 배출될 수 있는 홀(3310a)이 형성되어 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 하우징(3310)의 형상이나 상기 홀(3310a)의 위치를 얼마든지 변경 가능하다.
상기 가압 장치(3320)는 상기 양극 활물질(3130)을 위에서 아래로 눌러서 세정액인 물이 압력에 의해 배출되도록 하는 역할을 한다. 상기 가압 장치(3320)는 상기 하우징(3310)의 상부에 설치된다. 상기 가압 장치(3320)는 상기 하우징(3310)과 일체형으로 형성될 수도 있고, 별개로 형성될 수도 있다. 본 실시예에서 상기 가압 장치(3320)는 위쪽으로 돌출된 반타원 형으로 형성되는 것을 예로 든다. 이는 상기 제2전극(3120) 상에 단자가 형성될 여분의 공간을 확보하기 위함이다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 가압(3320)의 구조를 얼마든지 변경 가능하다.
본 실시예에서 상기 제1전극(3110) 및 상기 제2전극(3120)의 측면은 상기 하우징(3310)의 내부와 밀착되는 것을 예로 든다. 또한 상기 제1전극(3110)의 하면은 상기 하우징(3310)의 하면 내측 상에 밀착되도록 배치된다. 그리고 상기 제2전극(3120)은 상기 가압 장치(3320) 하부에 배치된다. 본 실시예에서 상기 가압 장치(3320)는 상하 방향으로 이동 가능하고, 상기 제2전극(3120)의 상면에 밀착되면서 아래쪽 방향으로 힘을 가하여 가압 탈수를 수행한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비(4000)는 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(4100), 건조 장치(4200) 및 가압 탈수 장치(4200)를 포함한다. 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(4100)는 제1전극(4110), 제2전극(4120) 및 양극 활물질(4130)을 포함한다. 본 실시예에서 상기 제1전극(4110)은 음전극, 상기 제2전극(4120)은 양전극인 것을 예로 든다. 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(4100)는 세정 공정을 거친 상기 양극 활물질(4130)에 전기장을 가하여 전기 삼투 방식으로 상기 양극 활물질(4130)에 잔존하는 세정액인 물을 탈수하는 역할을 한다. 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(4100)는 상기 가압 탈수 장치(4200) 내부에 배치된다. 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(4100)는 도 1에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)와 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.
상기 가압 탈수 장치(4300)는 세정 공정을 거친 상기 양극 활물질(4130)에 압축력(기계적인 힘)을 가하여 상기 양극 활물질(4130)에 잔존하는 세정액인 물을 탈수시키는 역할을 한다. 상기 가압 탈수 장치(4200)는 하우징(4310) 및 가압 장치(4320)를 포함한다. 본 실시예에 따른 가압 탈수 장치(4200)는 도 4에 따른 가압 탈수 장치(3200)와 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다. 그리고 본 실시예에 따른 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(4100)와 상기 가압 탈수 장치(4300)의 배치 및 결합 구조는 도 4에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(3100)와 가압 탈수 장치(3300)의 배치 및 결합 구조와 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.
상기 건조 장치(4200)는 하우징(4210) 및 전기히터(4220)를 포함한다. 상기 하우징(4210)은 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(4100) 및 상기 가압 탈수 장치(4300)가 수용되는 수용 공간을 한정한다. 즉, 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(4100) 및 상기 가압 탈수 장치(4300)는 상기 하우징(4210) 내부의 수용 공간에 배치되는 것이다. 상기 하우징(4210)의 하부 중심에는 홀(4210a)이 형성되어 있다. 상기 홀(4210a)은 상기 양극 활물질(4130)로부터 배출되는 물이 상기 하우징(4210) 외부로 배출되는 통로이다.
상기 전기히터(4220)는 상기 하우징(4210) 내부의 수용 공간 방향으로 복사열을 전달하기 위해서 상기 하우징(4210) 내측면에 설치된다. 본 실시예에서는 상기 전기히터(4210)가 상기 하우징(4210) 내측면에 전체적으로 설치되어 있는 것을 예로 들지만, 상기 전기히터(4210)는 상기 하우징(4210) 내측면의 일부에만 설치될 수도 있다. 또한 도면에는 도시하지 않지만, 상기 하우징(2210) 내측면에 상기 수용 공간 방향으로 대류에 의한 열전달을 위해서 뜨거운 공기를 발산하는 열풍기가 설치될 수 있다. 본 실시예에 따른 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비(4000)는 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(4100), 상기 건조 장치(4200) 및 상기 가압 탈수 장치(4300)가 일체형으로 형성되어 있어서 탈수와 건초를 하나의 설비로 할 수 있는 장점이 있다.
본 실시예에서는 상기 가압 탈수 장치(4300)를 이용하여 상기 양극 활물질(4130)에 잔존하는 세정액을 탈수하고, 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(4100)를 이용하여 상기 가압 탈수 장치(4300)에 의해 탈수된 상기 양극 활물질(4130)에 전기장을 가함으로써 전기 삼투 방식으로 상기 양극 활물질(4130)에 잔존하는 세정액을 탈수하며, 상기 건조 장치(4200)를 이용하여 상기 양극 활물질(4130)을 건조시키는 과정을 순차적으로 진행하는 것을 예로 든다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(4100), 상기 건조 장치(4200) 및 상기 가압 탈수 장치(4300)를 동시에 작동하여 상기 양극활 물질(4130)의 탈수 및 건조를 한 번에 수행할 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1000: 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치
1110: 제1전극
1110a: 전극
1110b: 필터
1120: 제2전극
1130: 양극 활물질
2000, 3000, 4000: 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비
2100, 3100, 4100: 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치
2110, 3110, 4110: 제1전극
2120, 3120, 4120: 제2전극
2130, 3130, 4130: 양극 활물질
2200, 4200: 건조 장치
2210, 4210: 하우징
2210a, 3310a, 4210a: 홀
2220, 4220: 전기히터
3300: 가압 탈수 장치
3310: 하우징
3320: 가압 장치
1110: 제1전극
1110a: 전극
1110b: 필터
1120: 제2전극
1130: 양극 활물질
2000, 3000, 4000: 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비
2100, 3100, 4100: 전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치
2110, 3110, 4110: 제1전극
2120, 3120, 4120: 제2전극
2130, 3130, 4130: 양극 활물질
2200, 4200: 건조 장치
2210, 4210: 하우징
2210a, 3310a, 4210a: 홀
2220, 4220: 전기히터
3300: 가압 탈수 장치
3310: 하우징
3320: 가압 장치
Claims (19)
- 세정 공정을 거친 양극 활물질이 내부 공간에 수용되는 하우징, 및 상기 양극 활물질이 상기 하우징 내에 수용된 상태에서 상기 양극 활물질에 기계적 힘을 가하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 기계적 탈수시키는 가압 장치를 포함하는 가압식 탈수 장치; 및
상기 하우징 내에서 상기 양극 활물질을 사이에 두고 배치되며, 상기 양극 활물질이 상기 가압장치에 의하여 기계적 탈수된 후 상기 양극 활물질을 전기 삼투 방식으로 재 탈수하도록 전위차가 가해지는 제1전극 및 제2전극을 포함하는,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1전극은 음전극이고, 상기 제2전극은 양전극인,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1전극은,
플레이트 형상이고, 메쉬 구조를 가지는,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2전극은,
상기 제1전극과의 사이에 상기 양극 활물질이 배치될 수 있도록, 상기 제1전극과 이격되어 마주보도록 배치되는,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 제2전극은,
상기 제1전극과의 사이에 상기 양극 활물질이 배치될 수 있도록, 상기 제1전극과 이격되어 마주보도록 상기 제1전극 상부에 배치되어, 상기 양극 활물질로부터 탈수되는 상기 세정액이 중력에 의하여 상기 제1전극을 통하여 외부로 배출되는,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1전극은,
상기 양극 활물질은 통과하지 못하되, 상기 양극 활물질로부터 탈수되는 세정액이 통과되는 필터; 및
상기 필터의 일측에 배치되는 전극를 포함하는,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 제2전극은,
상기 제1전극과의 사이에 상기 양극 활물질이 배치될 수 있도록, 상기 제1전극과 이격되어 마주보도록 배치되며, 플레이트 형상이고, 메쉬 구조를 가지고,
상기 제1전극의 전극은,
플레이트 형상이고, 메쉬 구조를 가지고,
상기 제2전극의 메쉬 구조가 상기 제1전극의 전극의 메쉬 구조보다 더 촘촘한,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 탈수 장치에 유입되는 상기 양극 활물질은 제1차 탈수 처리된 양극 활물질인,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치. - 청구항 9에 있어서,
상기 제1차 탈수 처리는,
가압 또는 원심 분리를 통해서 수행하는
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 양극 활물질은 리튬 복합 전이금속 산화물인,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치. - 세정 공정을 거친 양극 활물질이 내부 공간에 수용되는 제1하우징, 및 상기 양극 활물질이 상기 제1하우징 내에 수용된 상태에서 상기 양극 활물질에 기계적 힘을 가하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 기계적 탈수시키는 가압장치를 포함하는 가압식 탈수 장치; 및
상기 제1하우징 내에서 상기 양극 활물질을 사이에 두고 배치되며, 상기 양극 활물질이 상기 가압장치에 의하여 기계적 탈수된 후 상기 양극 활물질을 전기 삼투 방식으로 재 탈수하도록 전위차가 가해지는 제1전극 및 제2전극을 포함하고,
상기 양극 활물질을 상기 내부 공간에 유지한 상태에서, 상기 양극 활물질을 가열하여 건조를 수행하는,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비. - 청구항 12에 있어서,
상기 양극 활물질 탈수 설비는,
상기 제1하우징이 내부에 수용되는 수용 공간을 한정하는 제2하우징;
상기 수용 공간 방향으로 복사열을 전달하기 위해서 상기 제2하우징 내측면에 설치되는 전기히터 또는 상기 수용 공간 방향으로 대류 열전달을 위해서 상기 제2하우징 내측면에 설치되는 열풍기를 포함하는,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비. - 청구항 12에 있어서,
상기 세정액 탈수 및 상기 건조는 동시에 수행되거나, 상기 세정액 탈수가 수행된 후에 상기 건조가 수행되는,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비. - 삭제
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- 청구항 12에 있어서,
상기 제1하우징은,
하부에 아래쪽 방향으로 상기 세정액이 배출될 수 있는 홀이 형성되어 있는,
전기 삼투 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 설비. - 청구항 12에 있어서,
상기 제1전극은 음전극이고, 상기 제2전극은 양전극이며,
상기 음전극 및 상기 양전극의 측면은 상기 제1하우징 내부와 각각 밀착되고, 상기 양전극은 상기 가압 장치 하부에 배치되며, 상기 음전극은 상기 제1하우징의 하면 내측에 밀착되도록 배치되는,
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