KR102604724B1 - 이차 전지용 음극재의 제조 방법 - Google Patents

이차 전지용 음극재의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

이차 전지용 음극재의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 제조 방법은 천연 흑연을 흑연 분체로 분쇄하는 분쇄 단계, 흑연 분체를 샘플링하는 제1 분급 및 샘플링 단계, 흑연 분체를 구형화 하는 구형화 단계, 구형화 흑연을 샘플링하는 제2 분급 및 샘플링 단계, 및 흑연 분체 및 구형화 흑연을 순차적으로 이송시켜 주는 이송 단계를 포함한다.

Description

이차 전지용 음극재의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACUTURING NEGATIVE ELECTRODE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERIES}
본 발명은 이차 전지용 음극재의 제조 방법에 관한 것이다.
리튬 이차 전지의 음극으로 사용되는 흑연/탄소계 음극활 물질은 리튬 금속의 전극 전위에 근접한 전위를 가지기 때문에, 이온 상태 리튬의 삽입 및 탈리 과정 동안 결정구조의 변화가 작아 전극에서의 지속적이고 반복적인 산화환원 반응을 가능하게 함으로써 리튬 이차전지가 높은 용량 및 우수한 수명을 나타낼 수 있는 기반을 제공한다.
탄소계 음극활 물질로는 결정질 탄소계 재료인 천연 흑연 및 인조 흑연 또는 비정질 탄소계 재료인 하드 카본 및 소프트 카본 등 다양한 형태의 재료가 사용되고 있다.
이 중에서도 가역성이 뛰어나 리튬 이차전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 흑연계 활물질이 가장 널리 사용되고 있다.
흑연계 활물질은 리튬 대비 방전 전압이 낮기 때문에 흑연계 활물질을 이용한 전지는 리튬 대비 높은 방전 전압을 나타낼 수 있어 리튬 이차 전지의 에너지 밀도 면에서 많은 이점을 제공하고 있다.
결정질 탄소계 재료인 인조 흑연은 예컨대, 2,700℃ 이상의 높은 열에너지를 가해서 흑연의 결정 구조를 만들기 때문에 천연 흑연보다 안정적인 결정구조를 가지므로 리튬 이온의 반복적인 충방전에도 결정구조의 변화가 작아 상대적으로 수명이 길다.
그러나, 인조 흑연은 전극 가공성이 좋지 않아, 천연 흑연을 일정 비율 혼합하여 사용해야 하는 바, 아직 대다수의 전극은 천연 흑연으로 이루어져 있다. 특히, 전기차의 경우도, 인조 흑연만으로 전극을 제조하여, 100%의 배터리를 제조할 수 없기 때문에, 천연 흑연은 계속 필요한 상태이다.
한편, 천연 흑연을 음극재 제조에 사용하기 위하여는, 천연 흑연을 분쇄하여 구형화 처리를 수행해야 한다.
그러나, 종래에 천연 흑연을 분쇄하고 구형하기 위하여는, 단순히 1대의 분쇄기와 1대의 구형화기만을 사용하여 구형화 처리를 하고 있다.
이에 따라, 천연 흑연의 구형화가 제대로 이루어지지 않으므로 반복적인 구형화 작업으로 분쇄 및 구형화 작업에 에너지 소모가 크게 증가하게 될 뿐만 아니라 구형화 흑연의 수율이 현저히 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이차 전지용 음극재의 제조를 위한 천연 흑연의 분쇄 및 구형화를 원활한 분체 처리를 통하여 연속적으로 효율적으로 단시간 내에 구현하여 에너지 소비를 최소화하면서 구형화된 흑연의 수율을 극대화할 수 있도록 한 이차 전지용 음극재의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 이차 전지용 음극재의 제조 방법은, 분쇄기를 이용하여 인편상 천연 흑연을 흑연 분체로 분쇄하며, 상기 분쇄를 다단 및 연속적으로 수행하기 위한 분쇄 단계를 포함한다.
또한, 제조 방법은, 제1 분급기를 이용해 분쇄된 흑연 분체를 분급하여 설정 크기의 흑연 분체를 샘플링하기 위한 제1 분급 및 샘플링 단계를 포함한다.
제조 방법은, 구형화기를 이용하여 샘플링된 흑연 분체를 구형화 하며, 상기 구형화를 다단 및 연속적으로 수행하기 위한 구형화 단계를 포함한다.
또한, 제조 방법은, 제2 분급기를 이용해 구형화된 흑연을 분급하여 설정 크기의 구형화 흑연을 샘플링하기 위한 제2 분급 및 샘플링 단계를 포함한다.
제조 방법은, 분쇄기, 제1 분급기, 구형화기 및 제2 분급기에는 흑연 분체 및 구형화 흑연을 이송시키기 위한 블로워의 흡입력이 제공될 수 있다.
분쇄기는 복수개의 충격 부재가 장착된 회전 가능한 분쇄 회전판을 가지며, 구형화기는 복수개의 구형화 부재가 장착된 회전 가능한 구형화 회전판을 가질 수 있다.
블로워에 의한 흡입력은 분쇄된 흑연 분체가 분쇄기로부터 제1 분급기로 이송되고, 1차 분급되어 샘플링된 흑연 분체가 제1 분급기로부터 구형화기로 이송되고, 구형화된 흑연이 구형화기로부터 제2 분급기로 이송될 수 있도록 공급될 수 있다.
제1 충격 부재는 사각 단면 형상을 갖는 해머로 이루어지고, 제2 충격 부재는 사각 단면 또는 원형 단면 형상을 갖는 해머로 이루어질 수 있다.
구형화 회전판의 직경은 분쇄 회전판의 직경보다 1.1배 이상 내지 2.2배 이하로 설정될 수 있다.
구형화 단계의 다단의 수는 분쇄 단계의 다단의 수보다 적어도 2배 이상으로 설정될 수 있다.
분쇄기의 상부에는 분쇄 회전판에 의하여 분쇄된 흑연 분체를 분급하기 위한 제1 분급기가 설치될 수 있다.
구형화기의 상부에는 상기 구형화 회전판에 의하여 구형화된 흑연을 분급하기 위한 제2 분급기가 설치될 수 있다.
제1 분급기와 구형화기는 제1 이송 유로에 의하여 연통되게 연결되고, 제2 분급기와 블로워는 제2 이송 유로에 의하여 연통되게 연결될 수 있다.
제1 이송 유로에는 설정 크기의 흑연 분체만을 샘플링하기 위한 제1 샘플링 필터가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
제2 이송 유로에는 설정 크기의 구형화 흑연만을 샘플링하기 위한 제2 샘플링 필터가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
제2 샘플링 필터와 블로워 사이, 복수의 각 분쇄기 및 복수의 각 구형화기 각각에는 설정 크기 이하의 미분을 여과하기 위한 미분 필터가 설치될 수 있다.
제2 충격 부재가 사각 단면 형상을 갖는 경우, 사각 단면의 각 모서리부는 설정 크기의 곡률을 가질 수 있다.
제1 분급기 및 제2 분급기는 기류의 속도 조절을 통해 흑연 분체 및 구형화 흑연의 비중별 입도 제어가 가능하다.
제1 충격 부재 및 제2 충격 부재는 스테인레스 스틸(SUS), 산화 지르코늄(ZrO2), 질화 규소(Si3N4), 산화 알루미나(Al2O3) 중에서 선택되는 하나의 재질로 이루어지거나 이 선택된 재질로 코팅될 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 이차 전지용 음극재의 제조를 위한 천연 흑연의 분쇄 및 구형화를 원활한 분체 처리를 통하여 연속적이면서 효율적으로 단시간 내에 구현할 수 있으므로, 분쇄 및 구형화 작업에 에너지 소비를 최소화할 수 있고, 구형화된 흑연의 수율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 음극재의 제조 방법의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 음극재의 제조 방법에 사용되는 장치의 일부의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 음극재의 제조 방법에 사용되는 장치의 다른 일부의 개략적인 구성도이다.
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. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
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.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 음극재의 제조 방법의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 음극재의 제조 방법에 사용되는 장치의 일부의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 음극재의 제조 방법에 사용되는 장치의 다른 일부의 개략적인 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 음극재의 제조 방법은, 분쇄 단계(S10), 제1 분급 및 샘플링 단계(S20), 구형화 단계(S30), 제2 분급 및 샘플링 단계(S40), 및 이송 단계(S50)를 포함할 수 있다.
분쇄 단계(S10)는 천연 흑연 음극재 제조를 위하여 분쇄기(100)를 이용하여 인편상 천연 흑연을 흑연 분체로 분쇄하며, 분쇄를 다단 및 연속적으로 수행될 수 있다.
즉, 분쇄 단계(S10)는 다단으로 수행되는데, 각 단계가 진행될수록 각 단계의 분쇄기(100)에 의하여 인편상 천연 흑연을 보다 작은 크기의 흑연 분체로 점차적으로 연속적으로 분쇄할 수 있다.
또한, 제1 분급 및 샘플링 단계(S20)는 제1 분급기(130)를 이용해 분쇄 단계(S10)에서 분쇄된 흑연 분체를 설정 크기 미만의 분체 및 미분과 분급하여 설정 크기의 흑연 분체를 샘플링할 수 있다.
구형화 단계(S30)는 구형화기(200)를 이용하여 제1 분급 및 샘플링 단계(S20)에서 샘플링된 흑연 분체를 구형화 하며, 다단 및 연속적으로 수행될 수 있다.
즉, 구형화 단계(S30)는 다단으로 수행되는데, 각 단계가 진행될수록 각 단계의 구형화기(200)에 의하여 사각 단면 형상의 흑연 분체를 원형 단면 형상의 구형화 흑연으로 점차적으로 연속적으로 구형화 할 수 있다.
제2 분급 및 샘플링 단계(S40)는 제2 분급기(230)를 이용해 구형화 단계(S20)에서 구형화된 흑연을 설정 크기 미만의 구형화 흑연 및 미분 등과 분급하여 설정 크기의 구형화 흑연을 샘플링할 수 있다.
이송 단계(S50)에서는 제1 분급기(130), 구형화기(200) 및 제2 분급기(230)에 흑연 분체 및 구형화 흑연을 이송시키기 위한 블로워(300)의 흡입력이 제공될 수 있다.
제2 분급 및 샘플링 단계(S40)는 제2 분급 및 샘플링 단계(S40)에서 샘플링된 설정 크기의 구형화 흑연을 저장하기 위한 구형화 흑연 저장 단계(S41)를 포함할 수 있다.
분쇄 단계(S10)의 분쇄기(100)는 복수개의 충격 부재(미도시)가 장착된 회전 가능한 분쇄 회전판(110)을 구비할 수 있다.
분쇄기(100)의 회전 가능한 분쇄 회전판(110)에는 복수개의 제1 충격 부재(미도시)가 장착되고, 분쇄 회전판(110)의 외측에 배치된 분쇄 하우징(120)의 내측면에는 설정 간격으로 복수개의 제1 라이닝 돌기(미도시)가 배치되어 있다.
제1 충격 부재(미도시)는 예컨대, 사각 단면 형상을 갖는 해머 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 충격 부재는 스테인레스 스틸(SUS), 산화 지르코늄(ZrO2), 질화 규소(Si3N4), 산화 알루미나(Al2O3) 등에서 선택되는 하나의 재질로 이루어지거나 이 선택된 재질로 코팅된 것일 수 있다.
또한, 제1 충격 부재는 분쇄 회전판(110)에서의 제1 충격 부재의 중량 구배를 위해 분쇄 회전판(110)의 분쇄 회전축(미도시)을 중심으로 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
분쇄 회전판(110)은 지면 또는 설치면에 대해 수평으로 배치되고, 분쇄 회전판(110)의 분쇄 회전축(미도시)을 구동하기 위한 제1 구동 모터(미도시)에 연결될 수 있다.
이에 따라, 분쇄 회전판(110)으로 공급되는 인편상 천연 흑연(예컨대, 140㎛ 이하의 크기로 공급됨)은 분쇄 회전판(110)의 회전력에 의한 제1 충격 부재의 충격 및 제1 충격 부재와 제1 라이닝 돌기 사이로 충돌 등에 의하여 갈리면서 설정 크기의 흑연 분체로 분쇄된다.
또한, 제1 분급 및 샘플링 단계(S20)에는, 분쇄기(100)의 상부에 분쇄 회전판(110)에 의하여 분쇄된 흑연 분체를 분급하기 위한 제1 분급기(130)가 설치될 수 있다.
제1 분급기(130)는 기류 분급 방식으로서, 기류의 속도 조절을 통해 흑연 분체의 비중별 입도 제어가 가능하며, 이를 위해 제1 분급기(130)에 구동력을 제공하기 위한 제1 분급 구동 모터(미도시)가 설치되며, 구동력을 통하여 회전 속도 조절이 가능하다.
또한, 제1 분급기(130)와 구형화기(200)는 제1 분급기(130)에 의하여 분급되는 흑연 분체를 구형화기(200)로 이송하기 위한 제1 이송 유로(140)에 의하여 서로 연통되게 연결될 수 있다.
제1 이송 유로(140)에는 제1 이송 유로(140)를 통하여 이송되는 흑연 분체 중 설정 크기의 흑연 분체만을 샘플링하기 위한 제1 샘플링 필터(150)가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
또한, 구형화 단계(S30)의 구형화기(200)는 복수개의 구형화 부재(미도시)가 장착된 회전 가능한 구형화 회전판(210)을 구비할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 구형화기(200)의 회전 가능한 구형화 회전판(210)에는 복수개의 제2 충격 부재(미도시)가 장착되고, 구형화 회전판(210)의 외측에 배치된 구형화 하우징(220)의 내측면에는 설정 간격으로 복수개의 제2 라이닝 돌기(미도시)가 배치되어 있다.
제2 충격 부재(미도시)는 예컨대, 사각 단면 또는 원형 단면 형상을 갖는 해머 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 제2 충격 부재는 스테인레스 스틸(SUS), 산화 지르코늄(ZrO2), 질화 규소(Si3N4), 산화 알루미나(Al2O3) 등에서 선택되는 하나의 재질로 이루어지거나 이 선택된 재질로 코팅된 것일 수 있다.
제2 충격 부재는 다단의 구형화 단계(S30) 중 최초 구형화 단계에서 최종 구형화 단계로 진행할수록 사각 단면 형상에서 점차 원형 단면 형상으로 변경될 수 있다.
제2 충격 부재가 사각 단면 형상을 갖는 경우, 흑연 분체의 용이한 구형화를 위하여 사각 단면의 각 모서리부는 설정 크기의 곡률을 가질 수 있다.
또한, 제2 충격 부재는 구형화 회전판(210)에서의 제2 충격 부재의 중량 구배를 위해 구형화 회전판(210)의 구형화 회전축(미도시)을 중심으로 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
구형화 회전판(210)은 지면 또는 설치면에 대해 수평으로 배치되고, 구형화 회전판(210)의 구형화 회전축(미도시)을 구동하기 위한 제2 구동 모터(미도시)에 연결될 수 있다.
이에 따라, 구형화 회전판(210)으로 공급되는 흑연 분체는 구형화 회전판(210)의 회전력에 의한 제2 충격 부재의 충격 및 제2 충격 부재와 제2 라이닝 돌기 사이로 충돌 등에 의하여 갈리면서 설정 크기의 구형화 흑연으로 된다.
구형화 회전판(210)의 직경은, 분쇄 회전판(110)의 직경보다 1.1배 이상 내지 2.2배 이하로 설정될 수 있다.
이와 같이, 직경을 설정하는 이유는, 구형화 회전판(210)의 직경이 분쇄 회전판(110)의 직경의 1.1배 이하일 경우에는, 분쇄를 위한 보다 많은 분쇄기(100)가 필요해질 뿐 아니라, 신속한 분쇄 처리를 위해 회전 속도(RPM)를 높여야 하기 때문에, 제1 충격 부재의 소모율이 증가하는 단점이 있기 때문이다.
또한, 구형화 회전판(210)의 직경이 분쇄 회전판(110)의 직경의 2.2배 이상일 경우에는, 구형화 회전판(210)의 직경이 커져서 충분한 회전 속도(RPM)를 낼 수 없을 뿐만 아니라 이의 구동을 위한 에너지 소비가 늘어나게 되는 단점이 있기 때문이다.
그리고, 구형화 단계(S30)의 다단의 수, 즉 구형화기(200)의 구형화 회전판(210)의 회전 속도를 점차적으로 낮출 수 있도록 분쇄 단계(S10)의 다단의 수, 즉 분쇄기(100)의 개수보다 적어도 2배 이상으로 구성될 수 있다.
또한, 제2 분급 및 샘플링 단계(S40)에서는, 구형화기(200)의 상부에 구형화 회전판(210)에 의하여 구형화된 흑연을 분급하기 위한 제2 분급기(230)가 설치될 수 있다.
제2 분급기(230)는 기류 분급 방식으로서, 기류의 조절을 통해 구형화 흑연의 비중별 입도 제어가 가능하며, 이를 위해 제2 분급기(230)에 구동력을 제공하기 위한 제2 분급 구동 모터(미도시)가 설치되며, 구동력을 통하여 회전 속도 조절이 가능하다.
또한, 제2 분급기(230)와 블로워(300)는 제2 분급기(230)에 의하여 분급되는 구형화 흑연을 블로워(300)로 이송하기 위한 제2 이송 유로(240)에 의하여 서로 연통되게 연결될 수 있다.
제2 이송 유로(240)에는 제2 이송 유로(240)를 통하여 이송되는 구형화 흑연 중 설정 크기의 구형화 흑연만을 샘플링하기 위한 제2 샘플링 필터(250)가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
이송 단계(S50)는 분쇄 단계(S10), 제1 분급 및 샘플링 단계(S20), 구형화 단계(S30), 제2 분급 및 샘플링 단계(S40)에 순차적으로 연결할 수 있다.
이를 위해, 블로워(300)에 의한 흡입력은 분쇄된 흑연 분체가 분쇄기(100)로부터 제1 분급기(130)로 이송되고, 1차 분급되어 샘플링된 흑연 분체가 제1 분급기(130)로부터 구형화기(200)로 이송되고, 구형화된 흑연이 구형화기(200)로부터 제2 분급기(230)로 이송될 수 있도록 공급될 수 있다.
즉, 블로워(300)는 제2 이송 유로(240)의 끝단부에 설치되어, 분쇄기(100), 제1 분급기(130), 제1 이송 유로(140), 구형화기(200), 제2 분급기(230), 및 제2 이송 유로(240)와 연통적으로 연결되어, 이들 모두에 설정 크기의 흡입력이 작용하게 된다.
그리고, 제2 이송 유로(240)와 블로워(300) 사이, 보다 구체적으로 제2 샘플링 필터(250)와 블로워(300) 사이에는 설정 크기 이하의 미분을 여과하기 위한 미분 필터(310)가 설치될 수 있다.
또한, 미분 필터(310)는 제2 샘플링 필터(250)와 블로워(300) 사이에 설치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 복수의 각 분쇄기(100), 복수의 각 구형화기(200)에 각각 설치될 수 있음은 물론이다.
블로워(300)는 그 팬의 흡입력, 즉 흡입 속도를 조절함으로써, 제1 이송 유로(140), 및 제2 이송 유로(240)를 통한 흑연 분체 및 구형화 흑연의 이송 속도를 제어할 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 음극재의 제조 방법의 작동에 대해서 설명한다.
먼저, 분쇄기(100) 내에 천연 흑연 음극재 제조를 위한 인편상 흑연이, 제1 공급부(111)를 통하여 예컨대 예컨대, 140㎛ 이하의 크기로 공급된다.
이때, 제1 구동모터(미도시)의 구동에 의해 분쇄 회전판(110)의 회전력에 의해 사각 단면 형상을 갖는 복수개의 제1 충격 부재의 충격 및 제1 충격 부재와 제1 라이닝 돌기 사이로 충돌 등에 의하여 갈리면서 설정 크기의 흑연 분체로 분쇄된다(S10).
이와 같은 분쇄 단계(S10)는 연속적으로 적어도 2회 이상 다단으로 수행되며, 각 분쇄 단계(S10)에서 분쇄된 흑연 분체는 각각의 제1 분급기(130)에서 분급된다.
즉, 기류 분급 방식의 제1 분급기(130)에서는 기류의 속도 조절을 통해 비중별 입도 제어를 통하여 각 분쇄 단계(S10)에서 분쇄된 흑연 분체를 설정 크기 미만의 분체 및 미분 등과 분급하여 설정 크기의 흑연 분체를 샘플링한다(S20).
그 다음, 구형화 단계(S30)가 분쇄 단계(S10) 및 제1 분급 및 샘플링 단계(S20)에 이어서 적어도 2회 이상 다단으로 연속적으로 수행된다.
즉, 구형화기(200) 내에 제1 분급 및 샘플링 단계(S20) 중 최종 제1 분급 및 샘플링 단계(S20)에서 샘플링된 흑연 분체가 제2 공급부(211)를 통하여 공급된다.
이때, 제2 구동모터(미도시)의 구동에 의해 구형화 회전판(210)의 회전력에 의해 사각 단면 내지 원형 단면 형상을 갖는 복수개의 제2 충격 부재의 충격 및 제2 충격 부재와 제2 라이닝 돌기 사이로 충돌 등에 의하여 갈리면서 설정 크기의 구형화 흑연으로 된다(S30).
이와 같은 구형화 단계(S30)는 연속적으로 적어도 2회 이상 다단으로 수행되며, 각 구형화 단계(S30)에서 구형화된 흑연 분체는 제2 분급기(230)에서 분급된다.
즉, 기류 분급 방식의 제2 분급기(230)에서는 기류의 속도 조절을 통해 비중별 입도 제어를 통하여 각 구형화 단계(S30)에서 구형화된 흑연을 설정 크기 미만의 구형화 흑연 및 미분 등과 분급하여 설정 크기의 구형화 흑연을 샘플링한다(S40).
이러한 분쇄 단계(S10), 제1 분급 및 샘플링 단계(S20), 구형화 단계(S30), 제2 분급 및 샘플링 단계(S40)의 각 단계들은 이송 단계(S50)의 블로워(300)의 흡입력에 의하여 순차적으로 연속적으로 수행된다.
즉, 블로워(300)의 흡입력에 의하여, 제1 이송 유로(140)를 통하여 분쇄기(100) 및 제1 분급기(130)에 의하여 분급되는 흑연 분제가 구형화기(200)로 이송되며, 제2 이송 유로(240)를 통하여 구형화기(200), 제2 분급기(230)에 의하여 분급되는 구형화 흑연이 블로워(300)로 이송될 수 있다(S50).
이를 위해, 블로워(300)는 제2 이송 유로(240)의 끝단부에 설치되어, 각 분쇄기(100), 각 제1 분급기(130), 각 제1 이송 유로(140), 각 구형화기(200), 각 제2 분급기(230), 및 제2 이송 유로(240)와 연통적으로 연결되어, 이들 모두에 설정 크기의 흡입력을 작용하게 된다.
또한, 블로워(300)는 그 팬의 흡입력, 즉 흡입 속도를 조절함으로써, 제1 이송 유로(140), 및 제2 이송 유로(240)를 통한 흑연 분체 및 구형화 흑연의 이송 속도를 제어할 수 있다.
이와 같이, 이차 전지용 음극재의 제조를 위한 천연 흑연의 분쇄 및 구형화를 원활한 분체 처리를 통하여 연속적으로 효율적으로 단시간 내에 구현할 수 있으므로, 분쇄 및 구형화 작업에 에너지 소비를 최소화할 수 있고, 구형화나 구형화된 흑연의 수율을 극대화할 수 있다.
본 개시를 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
S10: 분쇄 단계
S20: 제1 분급 및 샘플링 단계
S30: 구형화 단계
S40: 제2 분급 및 샘플링 단계
S50: 이송 단계
100: 분쇄기
110: 분쇄 회전판
130: 제1 분급기
200: 구형화기
210: 구형화 회전판
230: 제2 분급기
300: 블로워

Claims (15)

  1. 분쇄기를 이용하여 인편상 천연 흑연을 흑연 분체로 분쇄하며, 상기 분쇄를 다단 및 연속적으로 수행하기 위한 분쇄 단계,
    제1 분급기를 이용해 분쇄된 흑연 분체를 분급하여 설정 크기의 흑연 분체를 샘플링하기 위한 제1 분급 및 샘플링 단계,
    구형화기를 이용하여 샘플링된 흑연 분체를 구형화 하며, 상기 구형화를 다단 및 연속적으로 수행하기 위한 구형화 단계, 및
    제2 분급기를 이용해 구형화된 흑연을 분급하여 설정 크기의 구형화 흑연을 샘플링하기 위한 제2 분급 및 샘플링 단계
    를 포함하며,
    상기 분쇄기, 상기 제1 분급기, 상기 구형화기 및 상기 제2 분급기에는 상기 흑연 분체 및 상기 구형화 흑연을 이송시키기 위한 블로워의 흡입력이 제공되는,
    이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분쇄기는 복수개의 충격 부재가 장착된 회전 가능한 분쇄 회전판을 가지며,
    상기 구형화기는 복수개의 구형화 부재가 장착된 회전 가능한 구형화 회전판을 갖는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 블로워에 의한 흡입력은 분쇄된 흑연 분체가 상기 분쇄기로부터 상기 제1 분급기로 이송되고, 1차 분급되어 샘플링된 흑연 분체가 상기 제1 분급기로부터 상기 구형화기로 이송되고, 구형화된 흑연이 상기 구형화기로부터 상기 제2 분급기로 이송될 수 있도록 공급되는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 충격 부재는 사각 단면 형상을 갖는 해머로 이루어지고,
    상기 제2 충격 부재는 사각 단면 또는 원형 단면 형상을 갖는 해머로 이루어지는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 구형화 회전판의 직경은 상기 분쇄 회전판의 직경보다 1.1배 이상 내지 2.2배 이하로 설정되는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 구형화 단계의 다단의 수는 상기 분쇄 단계의 다단의 수보다 적어도 2배 이상으로 설정되는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 분급기는 상기 분쇄기의 상부에는 상기 분쇄 회전판에 의하여 분쇄된 흑연 분체를 분급하는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 분급기는 상기 구형화기의 상부에는 상기 구형화 회전판에 의하여 구형화된 흑연을 분급하는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 분급기와 상기 구형화기는 제1 이송 유로에 의하여 연통되게 연결되고,
    상기 제2 분급기와 상기 블로워는 제2 이송 유로에 의하여 연통되게 연결되는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 이송 유로에는 설정 크기의 흑연 분체만을 샘플링하기 위한 제1 샘플링 필터가 적어도 하나 이상 설치되는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 이송 유로에는 설정 크기의 구형화 흑연만을 샘플링하기 위한 제2 샘플링 필터가 적어도 하나 이상 설치되는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 샘플링 필터와 상기 블로워 사이, 상기 복수의 각 분쇄기 및 상기 복수의 각 구형화기 각각에는 설정 크기 이하의 미분을 여과하기 위한 미분 필터가 설치되는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 제2 충격 부재가 사각 단면 형상을 갖는 경우, 사각 단면의 각 모서리부는 설정 크기의 곡률을 가지는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제1 분급기 및 상기 제2 분급기는 기류의 속도 조절을 통해 흑연 분체 및 구형화 흑연의 비중별 입도 제어가 가능한, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
  15. 제4항에 있어서,
    상기 제1 충격 부재 및 상기 제2 충격 부재는 스테인레스 스틸(SUS), 산화 지르코늄(ZrO2), 질화 규소(Si3N4), 산화 알루미나(Al2O3) 중에서 선택되는 하나의 재질로 이루어지거나 이 선택된 재질로 코팅되는, 이차 전지용 음극재의 제조 방법.
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