KR102428777B1 - 양극 활물질 탈수 장치 - Google Patents

양극 활물질 탈수 장치 Download PDF

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KR102428777B1
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Abstract

본 발명은 세정 공정을 거친 양극 활물질이 수용되는 내부 공간을 한정하는 하우징, 상기 양극 활물질을 사이에 두고 전기장을 가하여 전기 영동 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키는 제1전극 및 제2전극, 상기 제1전극과 상기 양극 활물질 사이에 분리 가능하도록 배치되며, 상기 양극 활물질은 통과할 수 없으며, 상기 전기 영동 방식에 의하여 유인된 상기 양극 활물질의 잔존 세정액은 통과할 수 있는 필터 및 상기 양극 활물질을 가압하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키는 가압 탈수 장치를 포함하고, 상기 필터에 의하여 상기 양극 활물질에 가해지는 전기장의 세기가 감소되는 것을 방지하기 위하여, 상기 필터는 도전성 소재로 형성되는, 양극 활물질 탈수 장치를 제공한다.
따라서 세정액은 통과할 수 있고 양극 활물질은 통과할 수 없는 구조를 갖는 필터가 전기 영동을 위한 전극 사이에 배치되되, 그 필터가 도전성을 가져서 비도전성 필터에 의하여 전기장의 세기가 감소되는 문제가 해소되기 때문에, 전기 영동에 의한 탈수 성능이 높은 장점이 있다.

Description

양극 활물질 탈수 장치{Apparatus for dehydration of positive electrode active material}
본 발명은 양극 활물질 탈수 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가압 탈수 및 전기 영동 탈수가 가능한 양극 활물질 탈수 장치에 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 Li2CO3 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. 따라서 이러한 잔류 리튬을 신속하게 제거하기 위해 종래 기계적 탈수방식을 이용하였지만 잔류 리튬을 신속하고 효율적으로 제거할 수 없는 문제가 있다.
대한민국등록특허 제10-1941869호
본 발명은 가압 탈수 및 전기 영동 탈수가 가능한 양극 활물질 탈수 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 세정 공정을 거친 양극 활물질이 수용되는 내부 공간을 한정하는 하우징, 상기 양극 활물질을 사이에 두고 전기장을 가하여 전기 영동 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키는 제1전극 및 제2전극, 상기 제1전극과 상기 양극 활물질 사이에 분리 가능하도록 배치되며, 상기 양극 활물질은 통과할 수 없으며, 상기 전기 영동 방식에 의하여 유인된 상기 양극 활물질의 잔존 세정액은 통과할 수 있는 필터 및 상기 양극 활물질을 가압하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키는 가압 탈수 장치를 포함하고, 상기 필터에 의하여 상기 양극 활물질에 가해지는 전기장의 세기가 감소되는 것을 방지하기 위하여, 상기 필터는 도전성 소재로 형성되는, 양극 활물질 탈수 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 양극 활물질 탈수장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 세정액은 통과할 수 있고 양극 활물질은 통과할 수 없는 구조를 갖는 필터가 전기 영동을 위한 전극 사이에 배치되되, 그 필터가 도전성을 가져서 비도전성 필터에 의하여 전기장의 세기가 감소되는 문제가 해소되기 때문에, 전기 영동에 의한 탈수 성능이 높은 장점이 있다.
둘째, 세정액은 통과할 수 있고 양극 활물질은 통과할 수 없는 구조를 갖는 필터가 전극 사이에 배치되어 탈수 시 양극 활물질도 함께 누설되는 문제점이 해소된다.
셋째, 가압 탈수와 동시에 전기 영동에 의한 탈수를 수행할 수도 있고, 가압 탈수를 먼저 수행한 후 전기 영동을 수행할 수도 있으며, 가압 탈수 중에 전기 영동에 의한 탈수를 시작할 수 있는 바, 다양한 조건에 따른 탈수 운전을 수행할 수 있다. 이에 따라서, 탈수양도 많아질 뿐만아니라, 탈수 시간도 감소되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 탈수 장치가 도시된 모식도이다.
도 2는 도 1에 따른 양극 활물질 탈수 장치의 필터, 양극 활물질 및 세정액인 물을 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 3은 도 1에 따른 양극 활물질 탈수 장치의 필터를 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 4는 도 1에 따른 양극 활물질 탈수 장치의 가압부가 양극 활물질을 압축하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 1에 따른 양극 활물질 탈수 장치의 하우징의 하부에 세정액인 물이 배출될 수 있는 홀이 형성되어 있는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6은 도 1에 따른 양극 활물질 탈수 장치의 베이스부 상에 배치되어 있는 제1전극들 사이로 세정액이 배출되는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양극 활물질 탈수 장치의 베이스부 상에 배치되어 있는 제1전극들 사이로 세정액이 배출되는 모습을 나타내는 모식도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 탈수 장치(1000)는 전기영동 탈수장치(1100), 가압 탈수장치(1200) 및 하우징(1300)을 포함한다. 상기 하우징(1300)은 세정 공정을 거친 양극 활물질이 수용되는 내부 공간을 한정한다. 상기 전기영동 탈수장치(1100)는 상기 하우징(1300)의 내부 공간에 배치된다. 상기 전기영동 탈수장치(1100)는 제1전극(1110), 제2전극(1120) 및 필터(1130)를 포함한다.
본 실시예에 따른 전기 영동 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)는 세정 공정을 거친 상기 양극 활물질이 수용되고, 상기 양극 활물질에 전기장을 가하여 전기 영동 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시킨다. 즉, 본 실시예에 따른 전기 영동 방식을 이용한 양극 활물질 탈수 장치(1000)는 상기 양극 활물질이 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 활물질은 제1차 탈수 처리된 상태에서 본 실시예에 따른 양극 활물질 탈수 장치(1000)로 이동한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지, 않고, 1차 탈수 처리되지 않은 상태의 양극 활물질을 탈수할 수도 있다. 본 실시예에서 상기 세정액은 물인 것을 예로 들지만, 상기 세정액의 종류는 얼마든지 변경이 가능하다.
상기 기계적 탈수에 의하더라도 상기 양극 활물질에는 수분이 약 10% 정도 잔존하고, 이를 건조 오븐 등을 사용하여 표면 함수율을 0.1% 이내로 건조시키기 위해서는 4시간 이상이 소요된다. 본 실시예에 따른 양극 활물질 탈수 장치(1000)는 상기 건조 오븐에 의한 건조 전에 상기 기계적 탈수를 거친 양극활 물질을 전기 영동 방식을 이용하여 탈수함으로써 상기 건조 오븐에 의한 건조 시간을 단축시킨다. 또한, 상기 기계적 탈수를 수행하지 않은 상태의 양극 활물질을 공급받아 가압 탈수 방식 및 전기 영동 방식의 탈수를 모두 수행할 수 있는 바, 전체 탈수 장치의 크기도 감소시킬 수 있다.
상기 양극 활물질은 상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120) 사이에 배치된다. 구체적으로는 상기 제2전극(1120)과 상기 필터(1130) 사이에 배치된다. 본 실시예에서 상기 양극 활물질은 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 활물질의 종류 및 제조 방법을 얼마든지 변경 가능하다.
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 활물질을 사이에 두고 전기장을 가하여 전기 영동 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키기 위해 이격되도록 배치된다. 상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120)에 전원이 인가되면, 상기 양극 활물질에 포함되어 있는 물이 상기 제1전극(1110) 쪽으로 흘러간다. 이는 물 안에 분포하는 양이온들이 음전극 쪽으로 전기력에 의해 이동하면서 물분자들도 함께 끌고 가기 때문이다. 이 때 상기 양극 활물질의 표면에 잔존하는 리튬이온도 상기 제1전극(1110) 쪽으로 이동하는 부가적인 효과를 가진다.
구체적으로 세정액 내에는 리튬이온 등 양이온이 음이온보다 많기 때문에 직류전기를 가하게 되면 전기 영동 현상으로 인해 양이온들이 음전극쪽으로 이동하게 되고, 물분자들은 양이온들과 이온-쌍극자 인력으로 결합되어 있어서, 양이온이 전기력을 받아 움직일 때 일부는 따라 움직이게 된다. 이로 인해 물분자의 이동속도와 이동량이 증가하게 되어 가압식으로만 탈수할 경우보다 탈수속도와 탈수량이 증가하게 된다. 또한, 가압식 탈수가 어느 정도 진행이 되면 탈수로 양극 활물질 입자들끼리 밀착이 되어 외부에서 가하는 압력이 양극 활물질 입자들 표면과 사이에 끼어 있는 물에까지 미치지 못하게 되면서 탈수량이 급격히 줄게 되는데, 직류 전기를 가하면 양극 활물질 입자 표면을 따라 전기장이 형성되면서 주변 수분내에 전기영동이 발생하여 추가 탈수가 일어난다.
상기 제1전극(1110)는 복수 개가 이격되도록 배치된다. 구체적으로 상기 제1전극(1110)들은 상기 가압 탈수 장치(1200)의 베이스부(1210) 상에 복수 개가 이격되어 배치된다. 따라서 상기 필터(1130)를 통과하여 상기 제1전극(1110)들 방향으로 배출되는 세정액은 상기 제1전극(1110)들 사이사이의 이격되어 있는 공간을 통해 이동이 가능하다. 본 실시예에서 상기 제1전극(1110)은 직육면체 형상으로 상기 베이스부(1210) 상에 위쪽으로 돌출되도록 배치되는 것을 예로 들지만, 상기 제1전극(1110)의 형상은 얼마든지 변경 가능하다.
상기 제2전극(1120)은 상기 제1전극(1110)들과 이격되어 마주보도록 상기 제1전극(1110)들로부터 위쪽으로 이격되어 배치된다. 본 실시예에서 상기 제2전극(1120)은 플레이트 형상인 것을 예로 들지만, 상기 제2전극(1120)의 형상도 변경이 가능하다. 상기 제2전극(1120)은 상기 양극 활물질 및 상기 세정액이 통과할 수 없는 구조로 형성된다.
상기 필터(1130)는 상기 제1전극(1110)과 상기 양극 활물질 사이에 분리 가능하도록 배치된다. 구체적으로 상기 필터(1130)는 상기 제1전극(1110) 사에 밀착되도록 배치된다. 이 때 상기 필터(1130)를 상기 제1전극(1110) 상에 고정시키기 위한 고정부재가 더 포함될 수 있다. 그리고 상기 필터(1130)는 교체가 가능하도록 상기 고정부재와 분리시켜서 상기 제1전극(1110)들로부터 탈착 가능한 구조를 갖도록 한다. 가압에 의한 탈수를 오랜 시간 수행할 경우, 양극 활물질이 필터(1130)의 공극에 끼어서 필터가 막히는 문제점이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 상기 필터(1130)가 교체 가능하기 때문에 이러한 문제점을 간편하게 해결하고, 양극 활물질 탈수 장치(1000)의 성능을 지속적으로 유지할 수 있는 장점이 있다.
상기 필터(1130)는 상기 양극 활물질은 통과할 수 없고, 상기 전기 영동 방식에 의하여 유인된 상기 양극 활물질의 잔존 세정액은 통과할 수 있는 구조를 갖는다. 즉, 상기 필터(1130)는 상기 양극 활물질은 통과할 수 없고, 상기 세정액은 통과할 수 있는 홀이 복수 개 형성되어 있는 메쉬 구조를 갖는 것을 예로 든다. 따라서 탈수 시 양극 활물질도 함께 누설되는 문제점을 해소할 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 필터(1130)는 상기 양극 활물질은 통과시키지 않고, 상기 세정액은 통과 가능한 다른 구조로 변경이 가능하다.
상기 필터(1130)는 상기 필터(1130)에 의하여 상기 양극 활물질에 가해지는 전기장의 세기가 감소되는 것을 방지하기 위하여, 도전성 소재로 형성된다. 일반적인 양극 활물질의 잔존 세정액은 그 양이 많지 않다. 따라서, 필터를 일반적인 여과포를 이용하여 제조할 경우, 여과포가 젖는 상태를 유지하기 보다는 건조한 상태가 될 가능성이 높다. 이 경우, 여과포가 절연기능을 수행할 수밖에 없기 때문에, 전극들 사이에 절연체가 삽입되는 구조와 유사하게 되어, 전극들 사이의 전기장의 세기(즉, 잔존 세정액을 전극으로 유인하는 힘)가 감소하기 때문에, 탈수 성능의 저하가 발생될 가능성이 매우 높다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 여과포를 전극의 외부에 설치할 소도 있지만, 이 경우 전극을 통과한 잔존 세정액이 전극과 여과포 사이에 정체하게 되어서, 탈수 성능이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 본 실시예에서는 상기 필터(1130)를 상기 제1전극(1110)과 상기 제2전극(1120) 사이에 배치하되, 도전성 소재로 형성함으로써 탈수 성능을 지속적으로 유지할 수 있도록 한다.
본 실시예에서는 상기 필터(1130)가 도전성 및 내부식성 향상을 위해 스테인레스(SUS, Steel Use Stainless) 소재로 형성되는 것을 예로 들지만, 상기 필터(1130)는 도전성을 갖는 다른 소재로 변경이 가능하다. 즉, 스테인레스는 도전성 소재이지만 전기 전도도가 낮은 단점이 있다. 하지만 내부식성의 성능이 우수한 장점이 있으므로 세정액 등에 의해 부식되지 않고 지속적인 사용이 가능한 장점이 있다. 도전성 소재로는 금속 소재뿐만 아니라, 비도전성 소재와 도전성 소재가 혼합되어 전체적으로 도전성을 가지는 소재가 사용될 수도 있다. 즉, 본 발명에서 상기 필터(1130)는 전기 전도도가 매우 높은 소재만이 아니라, 비도전성 소재만을 제외하는 것을 의미한다.
상기 가압 탈수 장치(1200)는 상기 양극 활물질을 가압하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시킨다. 즉, 상기 가압 탈수 장치(1200)는 상기 전기영동 탈수장치(1100)가 전기적 탈수를 수행하는데 반해, 기계적 탈수를 수행한다. 본 실시예에서 상기 가압 탈수 장치(1200) 상기 제1전극들(1110) 하면에 밀착되도록 배치되는 베이스부(1210) 및 상기 필터(1130)와의 사이에 상기 제2전극(1120)이 배치되도록 상기 제2전극 상에 밀착되어 배치되는 가압부(1220)를 포함한다. 본 실시예에서 상기 상기 제1전극(1110)은 상기 베이스부(1210)와 탈착 가능하도록 별개의 독립적인 구성으로 형성되는 것을 예로든다. 즉, 상기 제1전극(1110)의 경우에도 오랜 사용에 의하여 손상이 되거나 부식이 발생하여 전기 전도도가 낮아지는 문제점이 있으므로, 상기 제1전극(1110)도 상기 필터(1130)처럼 탈착 가능한 구조로 형성될 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 제1전극(1110)들과 상기 베이스부(1210)가 일체로 형성될 수도 있다. 이러한 경우 상기 제1전극(1110)이 상기 베이스부(1210) 상의 정해진 위치에서 이탈되는 등의 문제를 예방할 수 있다. 그리고 상기 제1전극(1110)과 상기 베이스부(1210)가 일체로 형성될 경우 상기 제1전극(1110)과 상기 베이스부(1210)는 동일한 소재로 형성될 수 있다. 상기 베이스부(1210)는 상기 가압부(1220)가 기계적 탈수를 수행할 때, 상기 제1전극(1110), 상기 필터(1130) 및 상기 양극 활물질을 지지하는 기능을 수행한다. 그리고 상기 탈수된 세정액은 상기 필터(1130) 및 상기 제1전극(1110)을 거친 후, 상기 제1전극(1110)과 상기 베이스부(1210) 사이의 틈으로 외부로 배출될 수도 있고, 상기 베이스부(1210) 내에 형성된 유돌 홀로 배출될 수도 있고, 상기 필터(1130)와 상기 제1전극(1110) 사이의 틈으로 배출될 수도 있고, 상기 제1전극(1110)을 이루는 전극들 사이로 배출될 수도 있다.
그리고 본 실시예에서 상기 제1전극(1110)들은 상기 플레이트부(1211)의 길이 방향을 따라 나열되고, 상기 길이 방향과 교차하는 폭 방향으로 나열되어 매트릭스 구조를 갖는다. 즉, 상기 제1전극(1110)들은 도 5의 예시와 같이 행렬 매트릭스 구조로 배치될 수 있다. 따라서 상기 필터(1130)를 통과하여 배출되는 세정액은 상기 제1전극(1110)들이 이격되어 있는 공간을 통해서 상기 베이스부(1210) 상을 이동할 수 있다.
상기 베이스부(1210)는 플레이트부(1211) 및 플레이트 지지부(1212)를 포함한다. 상기 플레이트부(1211)는 직사각형의 플레이트 형상을 갖고, 상기 제1전극(1110)들의 하면에 밀착되도록 배치된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 플레이트부(1211)의 형상은 얼마든지 변경이 가능하다.
상기 플레이트 지지부(1212)는 상기 플레이트부(1211)의 하면에 일체로 형성되고, 상기 플레이트부(1211)보다 폭이 좁으며, 아래쪽으로 연장되어 있다. 상기 플레이트 지지부(1212)는 상기 플레이트부(1211)에 가해지는 힘을 지지하는 역할을 한다. 도면에는 도시하지 않지만, 상기 플레이트 지지부(1212)에는 전원 공급부(미도시)가 설치될 수 있다. 이 때 상기 전원 공급부는 상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120)과 전기적으로 연결되어서 상기 제1전극(1110) 및 상기 제2전극(1120)에 전원을 인가할 수 있다. 그리고 상기 필터(1130)는 상기 제1전극(1110)과 밀착되어 있기 때문에 전기가 통하는 구조를 갖지만, 상기 전원 공급부에 직접 전기적으로 연결되어 상기 전원 공급부가 상기 필터(1130)에 직접 음전원을 인가하는 구조로 형성될 수도 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 플레이트 지지부(1212) 자체를 전원 공급부로 형성할 수도 있다. 이 때는 상기 플레이트부(1211)와 상기 플레이트 지지부(1212)가 일체로 형성되지 않고, 별개의 구성으로 형성된다.
상기 가압부(1220)는 상기 필터(1130)에 가까워지도록 이동하면서 상기 필터(1130)와의 사이에 수용되어 있는 상기 양극 활물질에 압력을 가한다. 물론 구체적으로는 상기 가압부(1220)가 상기 필터(1130)에 가까워지도록 이동하면, 상기 가압부(1220) 하면에 밀착되도록 배치되어 있는 제2전극(1120)이 상기 양극 활물질에 압력을 가한다. 본 실시예에서 상기 가압부(1220)는 상기 제2전극(1120)과 분리 가능한 별개의 구성인 것을 예로 든다. 따라서 상기 제2전극(1120)이 상기 가압부(1220)의 하면에 밀착되어 고정될 수 있도록 별도의 고정 부재가 필요하다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 가압부(1220)가 상기 제2전극(1120)과 일체로 형성될 수도 있다. 이 때는 상기 제2전극(1120)을 상기 가압부(1220)에 고정시키기 위한 별도의 고정 부재는 필요하지 않다. 그리고 상기 가압부(1220) 자체가 제2전극(1120) 소재로 형성될 수도 있다. 이 때는 상기 제2전극(1120)이 별도로 필요하지 않다. 상기 가압부(1220)는 상기 전원 공급부와 전기적으로 연결되어 상기 전원 공급부로부터 전원을 공급 받아 작동할 수 있다.
상기 가압부(1220)가 상기 필터(1130)에 가까워 지면서 상기 하우징(1300)에 수용되어 있는 양극 활물질을 탈수 할 때, 상기 양극 활물질로부터 탈수되는 세정액은 상기 필터(1130)를 통과하여 상기 제1전극(1110)들 사이로 배출된다. 이 때 상기 양극 활물질은 상기 필터(1130)를 통과하지 못하고 상기 하우징(1300)의 내부 공간에 잔존하게 된다.
상기 하우징(1300)은 상부가 개구되어 있고, 하부는 상기 베이스부(1210)에 결합되어 있다. 구체적으로 상기 하우징(1300)은 상부가 개구되어 있어서, 상기 개구된 상부로 상기 가압부(1220)가 상하로 이동 가능하다. 물론 상기 하우징(1300)의 상부는 폐쇄된 구조로 형성될 수도 있고, 이 때는 상기 가압부(1220)가 상기 하우징(1300)의 상면으로부터 상기 하우징(1300)의 내부 공간에 배치되어 있는 양극 활물질까지 상하로 왕복 운동이 가능할 수 있다.
도 5를 참조하면, 구체적으로 상기 하우징(1300)은 본체(1310) 및 본체 지지부(1320)를 포함한다. 상기 본체(1310)는 상기 세정 공정을 거친 양극 활물질이 수용되는 내부 공간을 한정한다. 즉, 상기 본체(1310)는 상부가 개구된 사각 기둥 또는 원기둥 형상은 것을 예로 든다. 그리고 상기 본체 지지부(1320)는 상기 본체(1310)의 하부에 일체로 돌출되도록 형성된 부분이다. 이 때 상기 본체 지지부(1320)는 복수 개가 이격되도록 형성되어 있다. 따라서 상기 하우징(1300)은 상기 본체(1310) 하부에 형성되어 있는 본체 지지부(1320)들 사이의 이격된 공간인 하우징 홀(1300a)을 포함하고 있어서, 상기 하우징 홀(1300a)을 통해 세정액이 통과할 수 있다. 구체적으로 상기 필터(1130)를 통과하여 배출되는 세정액은 상기 베이스부(1210) 중에서 플레이트부(1211) 상으로 낙하한 후에, 상기 플레이트부(1211) 상을 유동하여 상기 하우징 홀(1300a)을 통해 상기 하우징(1300) 밖으로 배출될 수 있다.
그리고 본 실시예에서는 상기 본체 지지부(1320) 사이에 형성되어 있는 하우징 홀(1300a)이 항상 개방되어 있는 것을 예로 들지만, 상기 하우징(1300)은 상기 하우징 홀(1300a)을 개폐할 수 있는 하우징 홀 개폐 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 하우징 홀 개페 장치는, 일측이 상기 본체(1310)에 회동 가능하도록 결합될 수 있다. 따라서 상기 하우징 홀 개폐 장치는 상기 하우징 홀(1300a)을 폐쇄하고 있다가, 필요한 경우 상기 하우징(1300)에 결합되어 있는 부분을 중심으로 회동하면서 상기 하우징 홀(1300a)을 개방할 수 있다.
그리고 본 실시예에 따른 양극 활물질 탈수 장치(1000)는 상기 전기영동 탈수장치(1100)를 이용하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 전기적으로 탈수시키면서 동시에 상기 가압 탈수장치(1200)를 이용하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 기계적으로 탈수시키는 것을 예로 든다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 가압 탈수장치(1200)를 이용하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 기계적으로 먼저 탈수시킨 후에, 상기 전기영동 탈수장치(1100)를 이용하여 상기 가압 탈수장치(1200)에 의한 탈수에도 불구하고 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 다시 전기적으로 탈수할 수도 있고, 상기 가압 탈수장치(1200)를 이용하여 기계적 탈수를 수행하는 중에 상기 전기영동 탈수장치(1100)를 이용하여 전기적 탈수를 시작할 수도 있으므로, 다양한 조건에 따른 탈수 운전을 수행할 수 있다. 그러므로 탈수양도 많아지고, 탈수 시간도 감소될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실싱예에 따른 양극 활물질 탈수장치(2000)는 전기영동 탈수장치(2110), 가압 탈수장치(2211) 및 하우징(미도시)을 포함한다. 본 실시예에 따른 양극 활물질 탈수장치(2000)는 도 1에 따른 양극 활물질 탈수 장치(1000)와 비교할 때, 제1전극(2110)의 구조에 차이가 있다. 그 외 다른 구성은 도 1의 양극 활물질 탈수 장치(2000)와 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.
본 실시예에서 제1전극(2110)은 플레이트부(2211)의 길이 방향 및 상기 길이 방향과 교차하는 폭 방향 중 어느 하나의 방향으로 일측에서 타측까지 연장되어 있는 상기 제1전극(2110) 복수 개가 서로 마주보도록 이격되어 평행하게 배치된다.
구체적으로 상기 제1전극(2110)은 플레이트부(2211)의 길이 방향을 따라 연장되되, 일체로 형성되어 배치되는 첫 번째 제1전극(2110), 상기 첫 번째 제1전극(2110)과 마주보도록 이격되어 상기 플레이트부(2211)의 길이 방향을 따라 일체로 형성되어 배치되는 두 번째 제1전극(2110) 및 상기 두 번째 제1전극(2110)과 마주보도록 이격되어 상기 플레이트부(2211)의 길이 방향을 따라 일체로 형성되어 배치되는 세 번째 제1전극(2110)을 포함한다. 본 실시예에서는 상기 제1전극(2110)이 세 개인 것을 예로 들지만, 상기 제1전극(2110)의 수는 얼마든지 변경이 가능하다. 그리고 본 실시예에서는 상기 제1전극(2110)들이 상기 플레이트부(2211)의 길이 방향을 따라 배치되어 있는 것을 예로 들지만, 상기 제1전극(2110)은 상기 플레이트부(2211)의 길이 방향과 교차하는 폭 방향으로 복수 개가 평행하게 배치될 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: 양극 활물질 탈수 장치
1100: 전기영동 탈수장치
1110: 제1전극
1120: 제2전극
1130: 필터
1200: 가압 탈수장치
1210: 베이스부
1211: 플레이트부
1212: 플레이트 지지부
1220: 가압부
1300: 하우징
1300a: 하우징 홀
1310: 본체
1320: 본체 지지부

Claims (15)

  1. 세정 공정을 거친 양극 활물질이 수용되는 내부 공간을 한정하는 하우징;
    상기 양극 활물질을 사이에 두고 전기장을 가하여 전기 영동 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키는 제1전극 및 제2전극;
    상기 제1전극과 상기 양극 활물질 사이에 분리 가능하도록 배치되며, 상기 양극 활물질은 통과할 수 없으며, 상기 전기 영동 방식에 의하여 유인된 상기 양극 활물질의 잔존 세정액은 통과할 수 있는 필터; 및
    상기 양극 활물질을 가압하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키는 가압 탈수 장치를 포함하고,
    상기 필터에 의하여 상기 양극 활물질에 가해지는 전기장의 세기가 감소되는 것을 방지하기 위하여, 상기 필터는 도전성 소재로 형성되는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기 영동 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키면서 동시에 상기 가압 탈수 장치를 이용하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키거나, 상기 전기 영동 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키기 전에 상기 가압 탈수 장치를 이용하여 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전기 영동 방식으로 상기 양극 활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키는 전기영동 탈수장치는,
    복수 개가 이격되어 배치되는 제1전극들; 및
    상기 제1전극들과 이격되어 마주보도록 배치되는 제2전극을 포함하는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가압 탈수장치는,
    상기 제1전극들 하면에 밀착되도록 배치되는 베이스부; 및
    상기 필터와의 사이에 상기 제2전극이 배치되도록 상기 제2전극 상에 밀착되어 배치되고, 상기 필터에 가까워 지도록 이동하면서 상기 필터와의 사이에 수용되어 있는 상기 양극 활물질에 압력을 가하는 가압부를 포함하고,
    상기 가압부가 상기 필터에 가까워 지면서 상기 하우징에 수용되어 있는 양극 활물질을 탈수할 때, 상기 양극 활물질로부터 탈수되는 세정액은 상기 필터를 통과하여 상기 제1전극들 사이로 배출되고, 상기 양극 활물질은 상기 필터를 통과하지 못하고 상기 내부 공간에 잔존하는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1전극들은,
    상기 베이스부와 일체로 형성되거나, 탈착 가능하도록 설치되는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 베이스부는,
    플레이트 형상을 갖고, 상기 제1전극들의 하면에 밀착되도록 배치되는 플레이트부; 및
    상기 플레이트부의 하면에 일체로 형성되고, 상기 플레이트부의 아래쪽으로 연장되어 있으며, 상기 플레이트부에 가해지는 힘을 지지하는 플레이트 지지부를 포함하는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 베이스부는,
    상기 제1전극과 동일한 소재로 형성되는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 가압부는,
    상기 제2전극과 일체로 형성되거나 분리 가능한 구조로 형성되는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터는,
    도전성 향상을 위해 스테인레스(SUS, Steel Use Stainless)로 형성되는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 필터는,
    교체가 가능하도록 상기 제1전극들로부터 탈착 가능한,
    양극 활물질 탈수 장치.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 필터를 통과하여 배출되는 세정액은,
    상기 제1전극들이 이격되어 있는 공간을 통해서 상기 베이스부 상을 이동할 수 있는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1전극들은,
    상기 플레이트부 길이 방향을 따라 나열되고, 상기 길이 방향과 교차하는 폭 방향으로 나열되어 매트릭스 구조를 갖는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  13. 청구항 4에 있어서,
    상기 하우징은,
    상부가 개구되어 있고, 하부는 상기 베이스부에 결합되어 있는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 세정 공정을 거친 양극 활물질이 수용되는 내부 공간을 한정하는 본체; 및
    상기 본체 하부에 일체로 돌출되어 형성되되, 이격되어 복수 개가 형성되어 있는 본체 지지부를 포함하고,
    상기 필터를 통과하여 배출되는 세정액은,
    상기 본체 지지부가 이격되어 형성된 홀을 통해 배출되는,
    양극 활물질 탈수 장치.
  15. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1전극들은,
    상기 플레이트부의 길이 방향 및 상기 길이 방향과 교차하는 폭 방향 중 어느 하나의 방향으로 일측에서 타측까지 연장되어 있는 상기 제1전극 복수 개가 서로 마주보도록 이격되어 평행하게 배치되는,
    양극 활물질 탈수 장치.
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