KR20100059601A - 공침 반응기 - Google Patents

공침 반응기 Download PDF

Info

Publication number
KR20100059601A
KR20100059601A KR1020080118438A KR20080118438A KR20100059601A KR 20100059601 A KR20100059601 A KR 20100059601A KR 1020080118438 A KR1020080118438 A KR 1020080118438A KR 20080118438 A KR20080118438 A KR 20080118438A KR 20100059601 A KR20100059601 A KR 20100059601A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reactor
impeller
drive shaft
coprecipitation
fixed
Prior art date
Application number
KR1020080118438A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101062404B1 (ko
Inventor
선양국
박병천
Original Assignee
주식회사 에너세라믹
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에너세라믹 filed Critical 주식회사 에너세라믹
Priority to KR1020080118438A priority Critical patent/KR101062404B1/ko
Publication of KR20100059601A publication Critical patent/KR20100059601A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101062404B1 publication Critical patent/KR101062404B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 공침 반응기는 탭 밀도가 높은 이차전지용 양극 활물질을 제조할 수 있도록, 반응물질이 주입되는 반응조와, 상기 반응조의 내부에 설치된 유도관과, 상기 반응조 내에 삽입되는 구동축과, 상기 구동축에 고정되어 상기 유도관에 삽입되는 상승 스크류, 및 상기 상승 스크류의 위에 설치되는 하강 임펠러(Impeller)를 포함한다.
공침 반응기, 상승 스크류, 하강 임펠러, 상승 임펠러, 앵커형 임펠러

Description

공침 반응기{COPRECIPITATION REACTOR}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 공침 반응기를 도시한 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공침 반응기를 도시한 횡단면도이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공침 반응기에 의해 공침된 [Ni0.8Co0.1Mn0.1](OH)2 입자를 나타내는 사진이며, 도 3b 내지 도 3e는 비교예 1 내지 4에 따른 공침 반응기에 의해 공침된 입자를 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 공침 반응기를 도시한 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 공침 반응기를 도시한 횡단면도이다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 공침 반응기에 의해 공침된 [Ni1/3Co1/3Mn1/3](OH)2 입자를 나타내는 사진이고, 도 6b 및 도 6c는 비교예 5 및 비교예 6에 따른 공침 반응기에 의해 공침된 [Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3](OH)2 입자를 나타내는 사진이며, 도 6d는 실시예 2의 변형예에 의해 공침된 [Ni0 .5Co0 .25Mn0 .25](OH)2 입자를 나타내는 사진이며, 도 6e는 비교예 7에 의해 공침된 [Ni0 .6Co0 .2Mn0 .2](OH)2 입자를 나타내는 사진이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 공침 반응기를 도시한 종단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제3 실시예와 비교예 8에 따른 공침 반응기에 의해 공침된 Mn3O4입자를 나타내는 사진이다.
본 발명은 공침 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 양극 활물질을 이루는 반응 물질을 교반하는 공침 반응기에 관 것이다.
리튬 이차 전지는 소형, 경량, 대용량 전지로서 1991년에 등장한 이래 휴대용 기기의 전원으로서 널리 사용되고 있다. 최근 들어 전자, 통신산업의 급격한 발전에 따라 캠코더, 휴대폰, 노트북PC 등이 출현하여 눈부신 발전을 거듭하고 있으며, 이들 휴대용 전자정보통신기기들을 구동할 동력원으로서 리튬 이차 전지에 대한 수요가 나날이 증가하고 있다.
특히, 최근에는 내연기관과 리튬 이차 전지를 혼성화한 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle; HEV)용 동력원에 관한 연구가 미국, 일본, 및 유럽 등에서 활발히 진행 중에 있다. 리튬 이차 전지가 하이브리드 전기 자동차용 동력원으로 사용되기 위해서는 높은 에너지 밀도와 안정성을 가져야 한다.
현재 시판되는 소형 리튬 이차 전지는 양극에 LiCoO2를, 음극에 탄소를 사용한다. 그러나 LiCoO2 및 LiNiO2와 같은 양극 활물질은 어느 것이나 충전 시의 탈 리튬에 의하여 결정 구조가 불안정해지며 이에 따라 열적 안정성이 매우 열악해지 는 단점이 있다. 즉, 과충전 상태의 전지를 200℃ 내지 270℃에서 가열하면, 급격한 구조 변화가 발생하게 되며, 이러한 구조 변화로 인해 격자 내의 산소가 방출되는 반응이 진행된다.
LiCoO2는 안정된 충전과 방전특성, 우수한 전자 전도성, 높은 안정성 및 평탄한 방전전압 특성을 갖는 뛰어난 물질이나, 코발트는 매장량이 적고, 고가일 뿐만 아니라 인체에 대해 독성이 있는 문제가 있다.
LiCoO2와 같은 층상 구조를 갖는 LiNiO2는 방전용량이 크지만 순수한 층상구조를 갖는 물질을 합성하기가 어렵고 충전 후에는 반응성이 매우 좋은 Ni이온 때문에 락솔트(rocksalt)형 구조를 갖는 LixNi1 - xO로 전이되면서 과량의 산소를 방출하므로 짧은 수명 및 열적 불안정성 때문에 아직 상품화되지 못하고 있다.
뿐만 아니라 Ni 자리에 열적 안전성이 뛰어난 Mn을 일부 치환한 Li-Ni-Mn계 복합산화물 또는 Mn 및 Co로 치환한 Li-Ni-Mn-Co계 복합산화물의 조성과 그 제조에 관련된 기술도 많이 알려져 있다.
하지만 상기의 합성 방법에서 제시되었던 고상법이나 졸-겔법을 통한 양극활물질의 합성은 복합산화물을 조성하는 데에 있어 그 균일성을 얻기가 어려운 점이 있다. 따라서 공침법, 초음파 열 분무합성 방법 등이 제안되었다.
공침법은 수용액 중에서 중화반응을 이용하여 2가지 혹은 3가지 원소를 동시에 침전시켜 수산화물이나 산화물 형태의 전구체를 얻고 이 전구체를 수산화리튬과 혼합, 소성하는 방법이다. 통상적인 공침반응과 달리 망간을 포함하는 공침입자는 불규칙한 판상을 나타내는 것이 보통이며, 탭 밀도가 니켈이나 코발트에 비해 반 정도에 지나지 않는다. 종래에는 균일한 입자를 얻기 위해 중력을 이용한 중력 침전방식의 반응기가 제안되고 있으나, 이러한 반응기는 스케일 업을 하는 과정에서 순환펌프의 압력을 증가시켜야 하므로 비용이 증가하는 문제가 있으며 부가적인 장비 추가로 인해 공정이 복잡해지는 문제가 있다.
또한, 종래에는 고속 회전에 의한 구형 입자형성을 유도하는 방법이 제안되고 있는데, 이러한 방법은 고속으로 회전하는 연속 반응기를 이용하여 입자 형성을 유도하는 방법으로서 반응 물질의 불규칙한 부피변화와 거센 물결에 의한 부피팽창, 불규칙한 입자 모양 등으로 인해 탭 밀도가 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 구형의 입자로 이루어지고 높은 탭 밀도를 갖는 공침 입자를 제조할 수 있는 공침 반응기를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공침 반응기는 반응물질이 주입되는 반응조와, 상기 반응조 내에 삽입되는 구동축과, 상기 구동축을 회전시키는 구동모터와, 상기 반응조의 내부에 설치된 유도관과, 상기 구동축에 고정되어 상기 유도관에 삽입되는 상승 스크류, 및 상기 상승 스크류의 위에 설치되는 하강 임펠러(Impeller)를 포함하며, 양극 활물질의 전구체로서 니켈의 함량이 40몰% 이상이고 95몰% 이하인 니켈-코발트-망간계 금속 복합 수산화물의 제조에 사 용된다.
상기 양극 활물질은 하기 화학식 1로 나타내어질 수 있다.
[화학식 1]
LiaNi1 -x-y- zCoxMnyMzO2 -δXδ
(상기 화학식 1에서, 0.95≤a≤1.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.5, 0.005≤z≤0.3, 0.05≤x+y+z≤0.6, 0≤δ≤0.1이고, M 은 Mg, Al, Cr, V, Ti, Cr, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소이며, X는 할로겐 원소 및 S 이다.)
본 발명의 다른 실시예에 따른 공침 반응기는 반응물질이 주입되는 반응조와, 상기 반응조 내에 삽입되는 구동축과 상기 구동축을 회전시키는 구동 모터와, 상기 구동축에 고정되는 상승 임펠러, 및 상기 구동축에 고정되어 상승 임펠러의 위에 설치되는 하강 임펠러를 포함하며, 양극 활물질의 전구체로서, 니켈의 함량이 5몰% 이상이고 50몰% 이하인 니켈-코발트-망간계 금속 복합 수산화물의 제조에 사용될 수 있으며, 양극활물질로서 망간 산화물의 제조에 사용될 수 있다.
상기 양극 활물질은 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 나타내어질 수 있다.
[화학식 2]
LiaNi1 -x-y- zCoxMnyMzO2 -δXδ
(상기 화학식 2에서, 0.95≤a≤1.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.5, 0.005≤z≤0.3, 0.95≤x+y+z≤0.5, 0≤δ≤0.1이고, M 은 Mg, Al, Cr, V, Ti, Cr, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소이며, X는 할로겐 원소 및 S 이다.)
[화학식 3]
Li1 +a[MxMn2 -a-x]O4-δXδ
(단, 0≤a≤0.15, 0.01≤x≤0.5, 0≤δ≤0.1이고, M=Al, Ca, Mg, Ni, Co, Cu, Cr, Ti, V, Zr, Nb, Mo, W 중에서 선택된 적어도 1이상의 원소이며 X는 할로겐 원소이다.)
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공침 반응기는 반응물질이 주입되는 반응조와 상기 반응조 내에 삽입되는 구동축과 상기 구동축을 회전시키는 구동 모터와 상기 구동축에 고정되는 상승 임펠러와 상기 구동축에 고정되어 상기 상승 임펠러의 아래에 설치되는 앵커형 임펠러(anchor impeller)와 상기 상승 임펠러의 위에 설치되는 하강 임펠러를 포함하며, 양극 활물질의 전구체로서, 망간 산화물의 제조에 사용될 수 있다.
상기 양극 활물질은 하기 화학식 4으로 나타내어질 수 있다.
[화학식 4]
Li1 +a[MxMn2 -a-x]O4-δXδ
(단, 0≤a≤0.15, 0.01≤x≤0.5, 0≤δ≤0.1이고, M=Al, Ca, Mg, Ni, Co, Cu, Cr, Ti, V, Zr, Nb, Mo, W 중에서 선택된 적어도 1이상의 원소이며 X는 할로겐 원소이다.)
상기 반응조의 내벽에는 배플(baffle)이 고정 설치될 수 있다.
상기 배플은 상기 유도관에 고정될 수 있다.
상기 유도관은 원형의 횡단면으로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 공침 반응기를 도시한 종단면도이고 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공침 반응기를 도시한 횡단면도이다.
본 제1 실시예에 따른 공침 반응기는 양극 활물질의 전구체로서 니켈의 함량이 40몰% 이상이고 95몰%이하인 니켈-코발트-망간계 금속 복합 수산화물의 제조에 사용된다.
그리고 상기한 양극 활물질은 금속 복합 수산화물을 건조 또는 열처리한 후, 리튬염을 혼합하여 제조될 수 있으며 하기 화학식 1로 나타내어진다.
[화학식 1]
LiaNi1 -x-y- zCoxMnyMzO2 -δXδ
상기 화학식 1에서 0.95≤a≤1.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.5, 0.005≤z≤0.3, 0.05≤x+y+z≤0.6, 0≤δ≤0.1이고, M 은 Mg, Al, Cr, V, Ti, Cr, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소이며, X는 할로겐 원소 및 S 이다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면, 반응 물질을 수용하는 반응조(32)와 이 반응조(32)를 밀폐하는 덮개(34), 및 반응조(32)의 내부로 삽입되어 회전하는 구동축(12)을 포함한다.
반응조(32)는 원통형상의 용기로 이루어지며, 덮개(34)에는 염기성 용액 주입구(35)와 킬레이팅제 주입구(36), 및 금속 수용액 주입구(37)가 각각 형성된다.
반응조(32)의 내부에는 반응물질의 이동을 유도하는 유도관(21)이 설치되고, 반응조(32)의 내벽에는 배플(baffle)(23)이 설치된다.
유도관(21)은 원통형 관으로 이루어지며, 반응조(32)의 하부에 배치되는 바, 반응조(32)의 바닥에서 소정거리 이격되어 배치된다. 그리고 배플(23)은 납작한 막대 형상으로 이루어져 고정부재(23a)를 매개로 반응조(32)의 내벽에 고정 설치된다.
구동축(12)은 반응조(32)의 상부에 설치된 구동 모터(18)와 연결 설치되며, 이러한 구동축(12)에는 상승 스크류(14)와 하강 임펠러(16)가 고정설치되는 바, 상승 스크류(14)는 구동축(12)의 하부에 설치되며, 하강 임펠러(16)는 구동축(12)의 상부에 설치된다. 상승 스크류(14)는 구동축을 감으면서 아래로 이어진 날개로 이루어지며 유도관(21)에 삽입되어 반응물질을 위로 이송하면서 혼합하는 역할을 한다.
하강 임펠러(16)는 구동축(12)에 끼워지는 보스(16a)와 보스(16a)에 고정된 날개(16b)를 포함한다.
*보스(16a)에는 4개의 날개(16b)가 설치되며 날개(16b)는 보스(16a)에서 외측을 향하여 길게 형성된 판 형태로 이루어지고 반응 물질을 아래로 이송시킬 수 있도록 보스(16a)에 수직인 단면에 대하여 소정의 각도로 기울어진 구조로 설치된다. 즉, 하강 임펠러(16)의 날개(16b)는 회전방향을 향하는 면이 아래를 향하도록 경사지게 설치되어 구동축(12)과 같이 회전할 때, 반응물질을 아래로 이송시킨다.
이와 같이 본 실시예에 따른 공침 반응기는 반응조(32)의 내부에 유도관(21)과 상승 스크류(14), 하강 임펠러(16), 및 배플(23)을 구비하므로 유도관(21)에 삽입된 상승 스크류(14)가 반응물질을 위로 상승시키고, 하강 임펠러(16)가 반응물질을 아래로 이송시켜서 위와 아래에 있는 반응 물질이 회전하면서 반응조(32)의 중앙으로 모이게 된다. 이 과정에서 측면에 위한 반응물질이 이송된 반응물질의 자리로 이동하면서 반응물질들이 고르게 교반된다. 또한, 배플(23)이 반응물질의 유동을 방해하여 반응물질의 유동이 난류로 변하는 바, 이에 따라 반응물질들이 더욱 용이하게 교반될 수 있다.
이하에서는 상기한 공침 반응기를 이용하여 양극 활물질을 제조하는 방법에 대해서 바람직한 실시예와 비교예를 바탕으로 설명한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐이며 본 발명이 아래의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
상기한 바와 같이 본 제1 실시예에 따른 공침 반응기는 4L 용량을 갖는 반응조(32)와 80W 이상의 출력을 갖는 구동 모터(18)를 구비하고, 반응조(32)의 내부에는 4개의 배플(23)과 이 배플(23)과 연결된 유도관(21), 구동 모터(18)와 연결된 구동축(12)이 설치되고, 구동축(12)에는 상승 스크류(14)와 하강 임펠러(16)가 고정 설치된다.
반응조(32)에 증류수 4리터를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 1L/min의 속도로 버블링하여 공급함으로써 용존산소를 제거한다. 반응조(32)의 내부 온도는 50℃로 유지하고 구동축(12)을 1100rpm으로 회전시켰다.
그리고 반응기에 황산니켈, 황산망간, 및 황산코발트가 0.8:0.1:0.1의 몰비로 혼합된 2.4M 농도의 전구체 수용액을 0.3L/hour의 속도로 연속적으로 주입하였다. 또한 pH조절을 위해서 4.8M 농도의 수산화나트륨 용액을 공급하여 pH가 11이 되도록 하였다.
유량을 조절하여 반응액이 반응기 내에서 평균 6시간 체류하도록 하였으며, 더 높은 밀도를 얻기 위해서 반응이 정상상태에 도발한 후에 상기 반응물에 대해 정상상태 지속시간을 주어 총반응시간은 24시간이 되도록 하였다.
금속 복합 수산화물을 여과하고, 물 세척한 후에 110℃ 온풍 건조기에서 12시간 건조시켜 [Ni0 .8Co0 .1Mn0 .1](OH)2의 전구체 분말을 얻었다.
한편, 비교예 1은 배플과 유도관을 구비하지 않고, 구동축에 상승 스크류와 하강 임펠러가 설치된 공침 반응기를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건에서 실험하였다.
그리고 비교예 2는 배플과 유도관을 구비하지 않고, 구동축에 하강 임펠러와 하강 임펠러의 아래에 설치되며 하강 임펠러와 반대 방향으로 경사진 날개를 갖는 상승 임펠러를 구비한 회분 반응기를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건에 서 실험하였다.
비교예 3은 유도관을 구비하지 않고, 반응조에 고정된 4개의 배플과 구동축에 상승 스크류, 하강 임펠러가 설치된 공침 반응기를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 조건에서 실험하였다.
비교예 4는 실시예 1과 동일한 반응기 구조를 사용을 하여, 반응기에 황산니켈, 황산망간, 및 황산코발트가 0.33:0.33:0.33의 몰비로 혼합된 2.4M 농도의 전구체 수용액을 0.3L/hour의 속도로 연속적으로 주입하였다. 또한 pH조절을 위해서 4.8M 농도의 수산화나트륨 용액을 공급하여 pH가 11이 되도록 하였다.
유량을 조절하여 반응액이 반응기 내에서 평균 6시간 체류하도록 하였으며, 더 높은 밀도를 얻기 위해서 반응이 정상상태에 도발한 후에 상기 반응물에 대해 정상상태 지속시간을 주어 총반응시간은 12시간이 되도록 하였다.
금속 복합 수산화물을 여과하고, 물 세척한 후에 110℃ 온풍 건조기에서 12시간 건조시켜 [Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3](OH)2의 전구체 분말을 얻었다.
상기한 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조한 금속 복합 수산화물 전구체의 밀도를 측정하여 아래의 표 1에 나타내었다.
[표 1]
반응기 내부 구성 탭 밀도
(g/cm3)
배플수 유도관 회전 날개 형식
실시예 1
[Ni0 .8Co0 .1Mn0 .1](OH)2 		4개 유 상승 스크류, 하강 임펠러 1.75
비교예 1
[Ni0 .8Co0 .1Mn0 .1](OH)2 		0 무 상승 스크류, 하강 임펠러 1.34
비교예 2
[Ni0 .8Co0 .1Mn0 .1](OH)2 		0 무 상승 임펠러, 하강 임펠러 1.56
비교예 3
[Ni0 .8Co0 .1Mn0 .1](OH)2 		4개 무 상승 스크류, 하강 임펠러 1.64
비교예 4
[Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3](OH)2 		4개 유 상승 스크류, 하강 임펠러 1.14
상기 표 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 공침 반응기는 비교예들에 비하여 최소 0.11g/cm3 이상 탭 밀도가 향상되었다. 이는 니켈의 함유량이 높은 니켈계 양극활물질을 제조함에 있어서, 본 실시예와 같은 구조를 갖는 공침 반응기가 반응물질들을 가장 효율적으로 교반하는 것을 나타내는 것으로서 이는 도 3을 살펴보면 보다 확실히 알 수 있다. 또한, 비교예 4는 니켈의 함유량이 40몰%보다 작은 니켈-코발트-망간 복합 수산화물의 제조에 실시예 1의 반응기를 사용한 결과를 나타내는데, 이 때의 탭 밀도는 실시예 1에 비하여 0.6 이상 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 실시예 1과 비교예 1 내지 비교예 4에 따라 제조된 [Ni0.8Co0.1Mn0.1](OH)2 분말을 전계방사 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope; FE-SEM)으로 촬영한 사진이다.
도 3a에 도시된 입자는 도 3b 내지 도3e에 비하여 보다 완벽한 구형으로 이루어지고 표면은 밀도가 높은 촘촘한 실타래 모양으로 형성되어 있음을 볼 수 있 다. 그리고 이러한 금속 복합 산화물 전구체 분말은 평균 입경이 10㎛ 내지 15㎛인 구형이며, 탭 밀도는 1.75g/cm3이다.
이와 같이 본 제1 실시예에 따르면 유도관에 삽입된 상승 스크류가 회전하면서 반응 물질을 유도관을 따라 상승시키고, 상승된 반응 물질은 하강 임펠러에 의해 교반되면서 아래로 이동하므로 반응 물질들이 효율적으로 교반될 수 있다. 또한, 반응조 내벽에 고정된 배플이 난류를 일으켜 반응 물질들이 보다 효율적으로 교반될 수 있다. 뿐만 아니라, 유도관이 반응조의 바닥에서 소정 거리 이격되어 설치됨으로써 유도관의 외측에 위치한 반응물질들이 위쪽으로 이동한 반응물질의 공간으로 유입될 수 있어서 반응물질들이 고르게 교반될 수 있다.
이에 따라 공침 입자는 완벽한 구형에 가깝게 형성되어 금속 복합 산화물 전구체 분말의 탭 밀도가 증가한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 공침 반응기를 도시한 종단면도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 공침 반응기를 도시한 횡단면도이다.
본 제2 실시예에 따른 공침 반응기는 양극 활물질의 전구체로서 니켈의 함량이 5몰% 내지 50몰% 이하인 니켈-코발트-망간계 금속 복합 수산화물의 제조 혹은 망간 산화물의 제조에 사용된다.
그리고 이러한 양극 활물질은 금속 복합 산화물을 건조 또는 열처리한 후, 리튬염을 혼합하여 제조될 수 있으며 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 나타내어진다.
[화학식 2]
LiaNi1 -x-y- zCoxMnyMzO2 -δXδ
상기 화학식 2에서 0.95≤a≤1.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.5, 0.005≤z≤0.3, 0.95≤x+y+z≤0.5, 0≤δ≤0.1이고, M 은 Mg, Al, Cr, V, Ti, Cr, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소이며, X는 할로겐 원소 및 S 이다.
[화학식 3]
*Li1 +a[MxMn2 -a-x]O4-δXδ
상기 화학식 4에서, 0≤a≤0.15, 0.01≤x≤0.7, 0≤δ≤0.1이고, M=Al, Mg, Ni, Co, Cr, Mo, W 중에서 선택된 적어도 1이상의 원소이며, X는 할로겐 원소이다.
상기한 도면들을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 공침 반응기는 반응조(32)와 반응조(32)를 덮는 덮개(34), 덮개(34)에 설치된 구동 모터(18), 구동 모터(18)와 연결되어 반응조(32)로 삽입되는 구동축(12)을 포함한다. 그리고 반응조(32)의 내벽에는 복수 개의 배플(23)이 설치되고, 구동축(12)의 하부에는 상승 임펠러(17)가 설치되며, 상승 임펠러(17)의 위에는 하강 임펠러(16)가 설치된다.
배플(23)은 반응조(32)의 내벽에 고정부재(23a)를 매개로 고정되며 3개의 배플(23)이 반응조(32)의 중심에 대하여 대칭되도록 배치된다.
하강 임펠러(16)는 전술한 제1 실시예의 하강 임펠러(16)와 동일한 구조로 이루지는 바, 축에 끼워지는 보스(16a)와 보스(16a)에 고정되는 날개(16b) 를 포함한다.
그리고 상승 임펠러(17)는 날개(17b)가 하강 임펠러(16)의 날개(16b)와 다른 방향으로 경사지게 설치된 점을 제외하고는 기본적으로 하강 임펠러(16)와 동일한 구조로 이루어진다.
즉, 상승 임펠러(17)는 구동축(12)에 끼워지는 보스(17a)와 상기 보스(17a)에 고정되며 하강 임펠러(16)의 날개(16b)와 서로 다른 방향으로 경사지게 설치된 날개(17b)를 포함한다.
그리고 상승 임펠러(17)에 설치되 날개는 회전 방향을 향하는 면이 위를 향하도록 경사지게 설치되며, 이에 따라 상승 임펠러(17)는 구동축(12)과 함께 회전하면서 반응 물질을 위로 이송시킨다.
이와 같이 본 제2 실시예에 따른 공침 반응기는 반응조의 내부에 상승 임펠러(17)와 하강 임펠러(16), 및 배플(23)을 구비하므로, 상승 임펠러(17)가 반응 물질을 위로 상승시키면서 회전 유동을 야기시키고, 하강 임펠러(16)가 반응물질을 아래로 하강 시키면서 회전 유동을 야기하여 위와 아래에 있는 반응 물질이 회전하면서 반응조(32)의 중앙으로 모이게 된다. 이 과정에서 측면에 위치한 반응물질이 이송된 반응물질 자리로 이동하면서 반응물질들이 고르게 교반된다. 또한, 배플(23)이 반응물질의 유동을 방해하여 반응물질의 유동이 난류로 변화됨으로써 반응물질들이 더욱 용이하게 교반될 수 있다.
한편, 본 제2 실시예에 따른 공침 반응기는 상승 임펠러(17)를 사용하여 상 승 스크류보다 거친 유동을 야기하나, 배플(23)의 수를 감소시켜 보다 안정적인 교반이 일어나도록 하였다.
이하에서는 본 제2 실시예에 따른 공침 반응기를 이용하여 양극 활물질을 제조하는 방법에 대해서 바람직한 실시예와 비교예를 바탕으로 설명한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 아래의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
상기한 바와 같이 본 제2 실시예에 따른 공침 반응기는 4L 용량을 갖는 반응조(32)와 80W 이상의 출력을 갖는 구동 모터(18)를 구비하고, 반응조(32)의 내부에는 3개의 배플(23)과 구동 모터(18)와 연결된 구동축(12), 구동축(12)에 고정된 상승 임펠러(17)와 하강 임펠러(16)가 설치된다.
먼저 본 실시예에 따른 공침 반응기를 이용하여 니켈-코발트-망간계 금속 복합 수산화물을 제조하는 방법을 살펴보면, 반응조(32)에 증류수 4리터를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 1L/min의 속도로 버블링하여 공급함으로써 용존산소를 제거한다. 반응조(32)의 내부 온도는 50℃로 유지하고 구동 구동축(12)을 1000rpm으로 회전시켰다.
*그리고 반응기에 황산니켈, 황산망간, 및 황산코발트가 0.33:0.33:0.33의 몰비로 혼합된 2.4M 농도의 전구체 수용액을 0.3L/hour의 속도로 연속적으로 주입하고, 0.72M 농도의 암모니아 용액을 0.03L/hour로 반응기에 연속적으로 주입하였다. 또한 pH조절을 위해서 4.8M 농도의 수산화나트륨 용액을 공급하여 pH가 11로 유지되도록 하였다.
유량을 조절하여 반응액이 반응기 내에서 평균 6시간 동안 체류하도록 하였으며, 더 높은 밀도를 얻기 위해서 반응이 정상상태에 도달한 후에 상기 반응물에 대해 정상상태 지속시간을 주어 총 반응시간은 12시간이 되도록 하였다.
금속 복합 수산화물을 여과하고, 물 세척한 후에 110℃ 온풍 건조기에서 12시간 건조시켜 [Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3](OH)2의 전구체 분말을 얻었다.
다음으로 본 발명의 제2 실시예에 따른 공침 반응기를 이용하여 망간 산화물을 제조하는 제2 실시예의 변형예에 대해 살펴보면, 먼저 반응조(32)에 증류수 4리터를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 2L/min의 속도로 버블링하여 공급함으로써 용존산소를 제거한다. 반응조(32)의 내부 온도는 50℃로 유지하고 구동축(12)을 1100rpm으로 회전시켰다.
그리고 반응조(32)에 2.4M 농도의 황산망간 전구체 수용액을 0.3L/hour의 속도로 연속적으로 주입하고, 0.47M 농도의 암모니아 용액을 0.03L/hour로 반응조에 연속적으로 주입하였다. 또한 pH조절을 위해서 4.8M 농도의 수산화나트륨 용액을 공급하여 pH가 11로 유지되도록 하였다.
유량을 조절하여 반응액이 반응기 내에서 평균 6시간 동안 체류하도록 하였으며, 더 높은 밀도를 얻기 위해서 반응이 정상상태에 도발한 후에 상기 반응물에 대해 정상상태 지속시간을 주어 총 반응시간은 14시간이 되도록 하였다.
망간 산화물을 여과하고, 물 세척한 후에 110℃ 온풍 건조기에서 12시간 건 조시켜 Mn3O4의 금속 산화물 형태의 전구체 분말을 얻었다.
한편 비교예 5은 유도관을 구비하지 않고, 반응조에 4개의 배플이 설치되고 구동축에 2개의 상승 임펠러와 하나의 하강 임펠러가 설치된 공침 반응기를 사용하여 니켈-코발트-망간계 금속 복합 수산화물을 제조한 것으로서 이외의 조건은 실시예 2의 니켈-코발트-망간계 금속 복합 수산화물을 제조하는 공정과 동일한 조건에서 실험하였다.
비교예 6은 반응조에 4개의 배플을 설치하고 구동축에 상승 임펠러와 하강 임펠러가 설치된 공침 반응기를 사용하여 니켈-코발트-망간계 금속 복합 수산화물을 제조한 것으로서, 이외의 조건은 실시예 2의 니켈-코발트-망간계 금속 복합 수산화물을 제조하는 공정과 동일한 조건에서 실험하였다.
실시예 2의 다른 변형예는 실시예 2와 동일한 구조의 반응기를 사용을 하여, 반응기에 황산니켈, 황산망간, 및 황산코발트가 0.5:0.25:0.25의 몰비로 혼합된 2.4M 농도의 전구체 수용액을 0.3L/hour의 속도로 연속적으로 주입하였다. 또한 pH조절을 위해서 4.8M 농도의 수산화나트륨 용액을 공급하여 pH가 11이 되도록 하였다.
유량을 조절하여 반응액이 반응기 내에서 평균 6시간 체류하도록 하였으며, 더 높은 밀도를 얻기 위해서 반응이 정상상태에 도발한 후에 상기 반응물에 대해 정상상태 지속시간을 주어 총 반응시간은 24시간이 되도록 하였다.
금속 복합 수산화물을 여과하고, 물 세척한 후에 110℃ 온풍 건조기에서 12 시간 건조시켜 [Ni0 .5Co0 .25Mn0 .25](OH)2의 전구체 분말을 얻었다.
비교예 7은 실시예 2과 동일한 구조의 반응기를 사용을 하여, 반응기에 황산니켈, 황산망간, 및 황산코발트가 0.6:0.2:0.2의 몰비로 혼합된 2.4M 농도의 전구체 수용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2의 다른 변형예와 동일한 방법으로 합성을 진행하여 [Ni0 .6Co0 .2Mn0 .2](OH)2의 전구체 분말을 얻었다.
상기한 실시예 2, 실시예 2의 변형예, 실시예 2의 다른 변형예, 및 비교예 5 내지 비교예 7에서 제조한 금속 복합 산화물 전구체의 밀도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[표 2]

 반응기 내부 구성 탭 밀도
(g/cm3)
배플수 유도관 회전 날개 형식
실시예 2
[Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3](OH)2 		3개 무 상승 임펠러, 하강 임펠러 1.81
실시예 2의 변형예
(망간 산화물)		 3개 무 상승 임펠러, 하강 임펠러 2.35
비교예 5
[Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3](OH)2 		4개 무 상승 임펠러 2개, 하강 임펠러 1.63
비교예 6
[Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3](OH)2 		4개 무 상승 임펠러, 하강 임펠러 1.25
실시예 2의
다른 변형예
[Ni0 .5Co0 .25Mn0 .25](OH)2 		3개 무 상승 임펠러, 하강 임펠러 1.73
비교예 7
[Ni0 .6Co0 .2Mn0 .2](OH)2 		3개 무 상승 임펠러, 하강 임펠러 1.4
상기 표 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 공침 반응기는 비교예들에 비하여 최소 0.18g/cm3 이상 탭 밀도가 향상되었다. 이는 0.33M%의 니켈을 함유하는 니켈계 활물질을 제조함에 있어서는 본 제2 실시예와 같은 구조를 갖는 공침 반응기가 반응물질들을 가장 효율적으로 교반하는 것을 나타내는 것으로서 이는 도 6을 살펴보면 보다 확실히 알 수 있다. 또한 Ni의 함유량이 0.5를 초과할 경우인 비교예 7을 살펴볼 경우 탭 밀도의 저하가 큰 것을 확인할 수 있지만, 니켈의 함량이 0.5인 실시예 2의 다른 변형예의 경우에는 탭 밀도의 차이가 크지 않음을 알 수 있다. 이와 같이 니켈의 함량이 0.5를 초과하는 니켈계 활물질에 본 실시예에 따른 공침반응기를 적용할 경우 탭밀도가 현저히 감소되는 것을 확인할 수 있었다.
도 6a 내지 도 6c는 실시예 2와 비교예 4 및 비교예 5에 따라 제조된 [Ni1/3Co1/3Mn1/3](OH)2 전구체 분말을 FE-SEM으로 촬영한 사진이고, 도 6d 는 실시예 2의 다른 변형예에 의해 공침된 [Ni0 .5Co0 .25Mn0 .25](OH)2 입자를 나타내는 사진이며, 도 6e는 비교예 7에 의해 공침된 [Ni0 .6Co0 .2Mn0 .2](OH)2 입자를 나타내는 사진이다.
도 6a는 도 6b, 도6c, 및 도6e에 비하여 보다 밀도가 높은 실타래 모양으로 형성된 입자를 나타내며, 도 6d는 도 6a와 거의 유사한 형태로 형성된 입자를 나타내고 있다. 그리고 이러한 금속 복합 산화물 전구체 분말은 평균 입경이 5㎛ 내지 10㎛인 구형이며, 탭 밀도는 1.81g/cm3이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 공침 반응기를 도시한 종단면도이다.
본 제3 실시예에 따른 공침 반응기는 양극 활물질의 전구체인 망간 산화물의 제조에 사용된다.
그리고 상기한 양극 활물질은 망간 산화물을 건조 또는 열처리한 후, 리튬염 을 혼합하여 제조될 수 있으며 하기 화학식 4으로 나타내어진다.
[화학식 4]
Li1 +a[MxMn2 -a-x]O4-δXδ
*상기 화학식 4에서, 0≤a≤0.15, 0.01≤x≤0.7, 0≤δ≤0.1이고, M=Al, Mg, Ni, Co, Cr, Mo, W 중에서 선택된 적어도 1이상의 원소이며, X는 할로겐 원소이다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면 본 실시예에 따른 공침 반응기는 망간계 활물질의 제조에 사용되는 공침 반응기로서, 반응조(32)와 반응조(32)를 덮는 덮개(34), 덮개(34)의 위에 설치된 구동 모터(18), 구동 모터(18)와 연결되어 반응조(32) 내로 삽입되는 구동축(12), 구동축(12)의 하부에 고정되는 상승 임펠러(17), 상승 임펠러(17)의 위에 설치되는 하강 임펠러(16), 상승 임펠러(17)의 아래에 설치되는 앵커형 임펠러(anchor impeller)(15), 및 반응조(32)의 내벽에 설치되는 배플(23)을 포함한다. 배플(23)은 반응조(32)의 내벽에 고정부재(23a)를 매개로 고정되며 3개의 배플(23)이 반응조의 중심에 대하여 대칭되도록 배치된다.
하강 임펠러(16)는 전술한 제2 실시예의 하강 임펠러(16)와 동일한 구조로 이루어지고, 상승 임펠러(17)는 전술한 제2 실시예의 상승 임펠러(17)와 동일한 구조로 이루어지므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
또한, 상승 임펠러(17) 아래에는 앵커형 임펠러(15)가 설치되는데, 본 실시예에 따른 앵커형 임펠러(15)는 구동축(12)에 끼워지는 보스(15a)와 보스(15a)에서 포물선을 그리며 위쪽으로 연장 형성된 앵커형 날개(15b)를 포함한다.
앵커형 날개(15b)는 보스(15a)의 외측으로 연장되면서 위쪽으로 이어져 포물선 형상으로 이루어진 길쭉한 판으로 이루어지며, 반응 물질을 용이하게 가압할 수 있도록 축 방향으로 세워지게 설치된다.
이와 같이 본 제3 실시예에 따른 공침 반응기는 반응조(32)의 내부에 상승 임펠러(17), 하강 임펠러(16), 앵커형 임펠러(15), 및 배플(23)을 구비하므로, 상승 임펠러(17)가 반응 물질을 위로 상승시키면서 회전 유동을 야기시키고, 하강 임펠러(16)가 반응물질을 아래로 하강 시키면서 회전 유동을 야기하여 위와 아래에 있는 반응 물질이 회전하면서 반응조(32)의 중앙으로 모이게 된다. 이 과정에서 측면에 위치한 반응물질이 이동한 반응물질 자리로 이동하면서 반응물질들이 고르게 교반된다. 또한, 앵커형 임펠러(15)가 반응 물질을 가압하여 회전 유동을 일으키고, 배플(23)이 반응물질의 유동을 방해하여 반응물질의 유동이 난류로 변하게 됨으로써 반응물질들이 더욱 용이하게 교반될 수 있다.
이하에서는 제3 실시예의 공침 반응기를 이용하여 양극 활물질을 제조하는 방법에 대해서 바람직한 실시예와 비교예를 바탕으로 설명한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 아래의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
상기한 바와 같이 본 제3 실시예에 따른 공침 반응기는 4L 용량을 갖는 반응조(32)와 80W 이상의 출력을 갖는 구동 모터(18)를 구비하고, 반응조(32)의 내부에는 3개의 배플(23)과 구동축(12), 구동축(12)에 고정된 상승 임펠러(17)와 하강 임펠러(16), 및 앵커형 임펠러(15)가 설치된다.
먼저 반응조(32)에 증류수 4리터를 넣은 뒤 질소가스를 반응기에 2L/min의 속도로 버블링하여 공급함으로써 용존산소를 제거한다. 반응조(32)의 내부 온도는 50℃로 유지하고 구동축(12)을 1100rpm으로 회전시켰다.
그리고 반응조(32)에 2.4M 농도의 황산망간 전구체 수용액을 0.3L/hour의 속도로 연속적으로 주입하고, 0.47M 농도의 암모니아 용액을 0.03L/hour로 반응조에 연속적으로 주입하였다. 또한 pH조절을 위해서 4.8M 농도의 수산화나트륨 용액을 공급하여 pH가 11로 유지되도록 하였다.
유량을 조절하여 반응액이 반응기 내에서 평균 6시간 동안 체류하도록 하였으며, 더 높은 밀도를 얻기 위해서 반응이 정상상태에 도발한 후에 상기 반응물에 대해 정상상태 지속시간을 주어 총 반응시간은 14시간이 되도록 하였다.
망간 산화물을 여과하고, 물 세척한 후에 110℃ 온풍 건조기에서 12시간 건조시켜 Mn3O4의 금속 산화물 형태의 전구체 분말을 얻었다.
비교예 8은 실시예 1과 동일하게 반응조에 4개의 배플과 유도관을 설치하고, 구동축에 상승 스크류와 하강 임펠러가 설치된 공침 반응기를 사용한 것 외에는 실시예 3과 동일한 조건에서 실험하였다.
상기한 실시예 3 및 비교예 8에서 제조한 금속 복합 산화물 전구체의 밀도를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]

반응기 내부 구성 탭 밀도
(g/cm3)
배플수 유도관 회전 날개 형식
실시예 3 3개 무 상승 임펠러, 하강 임펠러,
앵커형 임펠러		 2.71
비교예 8 4개 유 상승 스크류, 하강 임펠러 1.73
상기 표 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 공침 반응기는 비교예에 비하여 약1g/cm3의 탭 밀도가 향상되었다. 이는 망간계 활물질을 제조함에 있어서는 본 제3 실시예의 공침 반응기를 적용한 결과 반응물질들의 탭 밀도가 현저히 향상된 것을 나타내는 것으로서 이는 도 8을 살펴보면 보다 확실히 알 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 실시예 3와 비교예 8에 따라 제조된 Mn3O4 전구체 분말을 FE-SEM으로 촬영한 사진이다.
도 8a는 도 8b에 비하여 보다 완벽한 구형에 가깝게 형성되며, 표면이 부드러우면서도 밀도 있게 형성된 입자를 나타낸다. 그리고 이러한 금속 복합 산화물 전구체 분말은 평균 입경이 7㎛ 내지 8㎛인 구형이며, 탭 밀도는 2.71g/cm3이다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 공침 반응기는 상승 임펠러와 하강 임펠러 및 상승 스크류 등의 작용에 의하여 원활한 교반 작용을 일으켜 탭 밀도가 현저히 향상된 양극 활물질을 제조할 수 있다.

Claims (16)

  1. 반응물질이 주입되는 반응조;
    상기 반응조 내에 삽입되는 구동축;
    상기 구동축을 회전시키는 구동 모터;
    상기 반응조의 하부에 설치된 유도관;
    상기 구동축에 고정되어 상기 유도관에 삽입되는 상승 스크류; 및
    상기 구동축에 고정되어 상기 상승 스크류의 위에 설치되는 하강 임펠러(Impeller);
    를 포함하며,
    양극 활물질의 전구체로서 니켈의 함량이 40몰%를 이상이고 95몰% 이하인 니켈-코발트-망간계 금속 복합 수산화물의 제조에 사용되는 공침 반응기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 하기 화학식 1로 나타내어지는 공침 반응기
    [화학식 1]
    LiaNi1 -x-y- zCoxMnyMzO2 -δXδ
    (상기 화학식 1에서, 0.95≤a≤1.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.5, 0.005≤z≤0.3, 0.05≤x+y+z≤0.6, 0≤δ≤0.1이고, M 은 Mg, Al, Cr, V, Ti, Cr, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어 도 1종 이상의 원소이며, X는 할로겐 원소 및 S 이다.)
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 반응조의 내벽에는 배플(baffle)이 고정 설치되는 공침 반응기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 반응조의 내벽에는 복수 개의 배플이 고정 설치되는 공침 반응기.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 유도관은 상기 배플을 매개로 반응조 내벽에 고정되는 공침 반응기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 유도관은 상기 반응조의 바닥에서 이격되어 설치된 공침 반응기.
  7. 반응물질이 주입되는 반응조;
    상기 반응조 내에 삽입되는 구동축;
    상기 구동축을 회전시키는 구동 모터;
    상기 구동축에 고정되는 상승 임펠러; 및
    상기 구동축에 고정되어 상승 임펠러의 위에 설치되는 하강 임펠러;
    를 포함하며,
    양극 활물질의 전구체로서, 니켈의 함량이 5몰% 이상이고 50몰% 이하인 니켈-코발트-망간계 금속 복합 수산화물 또는 망간 산화물의 제조에 사용되는 공침 반응기.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 하기 화학식 2로 나타내어지는 공침 반응기
    [화학식 2]
    LiaNi1 -x-y- zCoxMnyMzO2 -δXδ
    (상기 화학식 2에서, 0.95≤a≤1.2, 0.01≤x≤0.5, 0.01≤y≤0.5, 0.005≤z≤0.3, 0.95≤x+y+z≤0.5, 0≤δ≤0.1이고, M 은 Mg, Al, Cr, V, Ti, Cr, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 원소이며, X는 할로겐 원소 및 S 이다.)
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 하기 화학식 3으로 나타내어지는 공침 반응기
    [화학식 3]
    Li1 +a[MxMn2 -a-x]O4-δXδ
    (단, 0≤a≤0.15, 0.01≤x≤0.7, 0≤δ≤0.1이고, M=Al, Mg, Ni, Co, Cr, Mo, W 중에서 선택된 적어도 1이상의 원소이며 X는 할로겐 원소이다.)
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 반응조의 내벽에는 복수 개의 배플(baffle)이 고정 설치되는 공침 반응기.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 상승 임펠러와 상기 하강 임펠러에 설치된 날개는 서로 다른 방향으로 경사지게 설치되는 공침 반응기.
  12. 반응물질이 주입되는 반응조;
    상기 반응조 내에 삽입되는 구동축;
    상기 구동축을 회전시키는 구동 모터;
    상기 구동축에 고정되는 상승 임펠러;
    상기 구동축에 고정되어 상기 상승 임펠러의 아래에 설치되는 앵커형 임펠러(anchor impeller); 및
    상기 구동축에 고정되어 상승 임펠러의 위에 설치되는 하강 임펠러;
    를 포함하며,
    양극 활물질의 전구체로서, 망간 산화물의 제조에 사용되는 공침 반응기.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 하기 화학식 4으로 나타내어지는 공침 반응기
    [화학식 4]
    Li1 +a[MxMn2 -a-x]O4-δXδ
    (단, 0≤a≤0.15, 0.01≤x≤0.7, 0≤δ≤0.1이고, M=Al, Mg, Ni, Co, Cr, Mo, W 중에서 선택된 적어도 1이상의 원소이며 X는 할로겐 원소이다.)
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 반응조의 내벽에는 복수 개의 배플(baffle)이 고정 설치되는 공침 반응기.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 앵커형 임펠러는 보스와 상기 보스에서 외측으로 연장되면서 상부를 향하여 포물선 형상으로 뻗은 날개를 포함하는 공침 반응기.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 상승 임펠러와 상기 하강 임펠러에 설치된 날개는 서로 다른 방향으로 경사지게 설치되는 공침 반응기.
KR1020080118438A 2008-11-26 2008-11-26 공침 반응기 KR101062404B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080118438A KR101062404B1 (ko) 2008-11-26 2008-11-26 공침 반응기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080118438A KR101062404B1 (ko) 2008-11-26 2008-11-26 공침 반응기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100059601A true KR20100059601A (ko) 2010-06-04
KR101062404B1 KR101062404B1 (ko) 2011-09-05

Family

ID=42360890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080118438A KR101062404B1 (ko) 2008-11-26 2008-11-26 공침 반응기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101062404B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160190582A1 (en) * 2014-12-24 2016-06-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Co-precipitation reactor and method of manufacturing positive electrode active material precursor for secondary battery using the same
KR20200051497A (ko) * 2018-11-05 2020-05-13 주식회사 엘지화학 양극 활물질 전구체의 제조 장치 및 제조 방법
US10710048B2 (en) 2018-01-03 2020-07-14 Lg Chem, Ltd. Co-precipitation reactor
KR20220053064A (ko) * 2020-10-21 2022-04-29 주식회사 티에스티인터내셔날 이차전지 양극활물질 제조용 반응장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10347913B2 (en) 2014-10-14 2019-07-09 Lg Chem, Ltd. Method for preparing core-shell structured particle by using continuous Couette-Taylor crystallizer

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4440407B2 (ja) 2000-02-07 2010-03-24 佐竹化学機械工業株式会社 撹拌装置
JP4578790B2 (ja) 2003-09-16 2010-11-10 Ａｇｃセイミケミカル株式会社 リチウム−ニッケル−コバルト−マンガン−アルミニウム含有複合酸化物の製造方法
KR100815583B1 (ko) 2006-10-13 2008-03-20 한양대학교 산학협력단 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를포함하는 리튬 이차 전지

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160190582A1 (en) * 2014-12-24 2016-06-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Co-precipitation reactor and method of manufacturing positive electrode active material precursor for secondary battery using the same
KR20160078031A (ko) * 2014-12-24 2016-07-04 삼성에스디아이 주식회사 공침 반응기 및 이를 이용한 이차 전지용 양극 활물질 전구체의 제조 방법
US10593944B2 (en) 2014-12-24 2020-03-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Co-precipitation reactor and method of manufacturing material precursor for secondary battery using the same
US10710048B2 (en) 2018-01-03 2020-07-14 Lg Chem, Ltd. Co-precipitation reactor
KR20200051497A (ko) * 2018-11-05 2020-05-13 주식회사 엘지화학 양극 활물질 전구체의 제조 장치 및 제조 방법
WO2020096289A1 (ko) * 2018-11-05 2020-05-14 주식회사 엘지화학 양극 활물질 전구체의 제조 장치 및 제조 방법
JP2021534559A (ja) * 2018-11-05 2021-12-09 エルジー・ケム・リミテッド 正極活物質前駆体の製造装置及び製造方法
KR20220053064A (ko) * 2020-10-21 2022-04-29 주식회사 티에스티인터내셔날 이차전지 양극활물질 제조용 반응장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR101062404B1 (ko) 2011-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101292757B1 (ko) 입자 전체 농도 구배 리튬이차전지 양극활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR100752703B1 (ko) 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 그 제조 방법 및 그를사용한 리튬 이차 전지
KR100822012B1 (ko) 리튬 전지용 양극 활물질, 그 제조 방법 및 그를 포함하는리튬 이차 전지
KR100725399B1 (ko) 코아·쉘 구조를 가지는 리튬이차전지용 양극활물질, 그를사용한 리튬이차전지 및 그 제조 방법
CN106848231B (zh) 通过复合前驱体配制方法制备的化合物及包含其的电池
KR101470092B1 (ko) 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR101371368B1 (ko) 리튬 복합 전이금속 산화물의 전구체 제조용 반응기 및 전구체 제조방법
JP2019023159A (ja) 電池用途のリチウム金属酸化物の微細粉体及び超微細粉体、並びにナノ粉体の工業生産に関する錯形成前駆体配合方法論
US20100062337A1 (en) 3V Class Spinel Complex Oxides as Cathode Active Materials for Lithium Secondary Batteries, Method for Preparing the Same by Carbonate Coprecipitation, and Lithium Secondary Batteries Using the Same
CN105161679A (zh) 富锂正极材料及其制备方法和应用
CN107482213A (zh) 一种镍铝共掺杂四氧化三锰及其制备方法
KR102631552B1 (ko) 니오브산 리튬 코팅된 스피넬(spinel)을 위한 원-포트(one-pot) 합성법
KR101062404B1 (ko) 공침 반응기
CN110620230A (zh) 一种正极活性材料及其制备方法以及正极片与锂电池
KR100765970B1 (ko) 공침법을 이용한 망간 복합산화물 및 그 제조방법, 이를이용한 리튬이차전지용 스피넬형 양극활물질과 그 제조방법
CN107364901A (zh) 一种高电压尖晶石镍锰酸锂正极材料及其制备方法
CN111592053A (zh) 一种镍基层状锂离子电池正极材料及其制备方法与应用
WO2018117644A1 (ko) 양극활물질, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP2021534559A (ja) 正極活物質前駆体の製造装置及び製造方法
CN105474436A (zh) 用于锂离子蓄电池的阴极组合物
KR100668051B1 (ko) 공침법을 이용한 망간산화물, 이를 이용한 리튬이차전지스피넬형 양극 활물질 및 그 제조방법
WO2020264206A1 (en) System with power jet modules and method thereof
KR101787631B1 (ko) 배리어 층을 포함하는 이차 전지용 양극 활물질 및 이의 제조 방법
CN111640953A (zh) 一种铝-空气电池的空气电极催化剂及其制备方法
KR20200071989A (ko) 코어-쉘-쉘' 삼중층 구조를 가지는 리튬 이차전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 이용한 리튬 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee