KR20130134471A - 양극 활물질 제조용 필터링 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극 활물질 제조용 필터링 장치에 관한 것이다. 본 발명은 초임계 반응을 통하여 양극 활물질의 슬러리를 필터링하기 위한 양극 활물질 제조용 필터링 장치에 있어서, 슬러리가 유입되고, 회전에 의한 원심력을 제공하는 필터용기; 및 필터용기의 내부에 설치되고, 소정의 자력으로 슬러리에 포함된 부산물인 마그헤마이트(γ-maghemite)를 필터링하는 마그네틱 필터를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 초임계 반응을 마치고 나온 슬러리에 포함된 부산물인 마그헤마이트가 자력을 가진 마그네틱 필터의 원심력에 의하여 효과적으로 제거될 수 있다.
Description
본 발명은 양극 활물질 제조용 필터링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초임계 반응을 통해 생성된 슬러리에 포함된 부산물을 자력을 이용하여 효과적으로 제거할 수 있는 양극 활물질 제조용 필터링 장치에 관한 것이다.
모바일 기기와 같은 휴대용 전자기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기 방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
특히, 리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로서, 휴대용 전자 기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속하게 신장하고 있는 추세이다.
또한, 리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 상기 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다.
이러한 리튬 이차 전지에서 양극 활물질로는 층상 혹은 스피넬 구조의 전이금속 산화물이 사용되고 있으며, 최근 안전성이 우수한 리튬 전이금속 포스페이트 양극 활물질이 널리 연구되고 있다.
리튬 전이금속 포스페이트 물질은 크게 나시콘(Nasicon) 구조인 LixM2(PO4)3와 올리빈(Olivine) 구조의 LiMPO4로 구분되고, 기존의 LiCoO2에 비해서 고온 안정성이 우수한 물질로 연구되고 있다.
현재 나시콘 구조의 Li3V2(PO4)3(Saphion)가 Valence사에 의해 개발되어 있고, 올리빈 구조의 화합물 중에서는 LiFePO4와 Li(Mn,Fe)PO4 올리빈 구조의 물질이 가장 널리 연구되고 있다.
특히 올리빈 구조의 리튬인산철(LiFePO4)는 리튬 대비 ~3.4 V의 다소 낮은 전압상의 불리함에도 불구하고 170 mAh/g의 높은 이론 용량과 우수한 고온 안정성, 저가의 Fe 사용 등의 장점으로 인해 향후 리튬 이차 전지 양극 활물질로의 적용 가능성이 있으며, 하이브리드 전기자동차(HEV)용 리튬 이온 이차 전지의 양극 활물질로서 많은 연구가 이루어지고 있다.
국내공개특허 제2012-0015278호에는 '무기화합물 제조장치 및 이를 사용한 무기화합물의 제조방법'에 대하여 개시되어 있다.
상기 선행문헌에 개시된 무기화합물의 제조장치에서 제조된 무기물 슬러리에는 부산물로 마그헤마이트(γ-maghemite)가 포함되어 있다. 이러한 마그헤마이트는 최종 생성물의 순도를 높이기 위해서 제거되어야 할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초임계 반응을 마치고 나온 슬러리에 포함된 부산물을 자력을 이용하여 효과적으로 제거할 수 있는 양극 활물질 제조용 필터링 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 초임계 반응을 통하여 양극 활물질의 슬러리를 필터링하기 위한 양극 활물질 제조용 필터링 장치에 있어서, 상기 슬러리가 유입되고, 회전에 의한 원심력을 제공하는 필터용기; 및 상기 필터용기의 내부에 설치되고, 소정의 자력으로 상기 슬러리에 포함된 부산물인 마그헤마이트(γ-maghemite)를 필터링하는 마그네틱 필터를 포함할 수 있다.
상기 필터용기는 상부는 원통 형상이고, 하부는 깔때기 형상일 수 있다.
상기 마그네틱 필터는 중공의 원통 형상일 수 있다.
상기 마그네틱 필터에는 구 형상의 마그네틱 볼이 구비될 수 있다.
상기 마그네틱 볼은 다수의 열 및 행으로 배치되고, 다층으로 적층될 수 있다.
상기 마그네틱 볼에는 항산화 물질이 코팅될 수 있다.
상기 마그네틱 필터에 의해 필터링되지 않은 마그헤마이트를 제거하기 위해, 상기 슬러리를 상기 필터용기로 순환시키기 위한 동력을 제공하는 순환펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명은 초임계 반응을 통하여 양극 활물질의 슬러리를 필터링하기 위한 양극 활물질 제조용 필터링 장치에 있어서, 상기 슬러리가 유입되고, 회전에 의한 원심력을 제공하는 필터용기; 및 상기 필터용기의 내부에 설치되고, 소정의 자력으로 상기 슬러리에 포함된 부산물인 마그헤마이트(γ-maghemite)를 필터링하고, 중공의 원통 형상인 마그네틱 필터를 포함하고, 상기 마그네틱 필터는 서로 다른 직경을 가진 다수개가 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 양극 활물질 제조용 필터링 장치에 의해 필터링된 슬러리일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 상기 슬러리를 건조하여 얻어지는 양극 활물질일 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬인산철(LiFePO4)일 수 있다.
본 발명에서는 초임계 반응을 마치고 나온 슬러리에 포함된 부산물인 마그헤마이트가 자력을 가진 마그네틱 필터의 원심력에 의하여 효과적으로 제거될 수 있다. 이와 같이, 부산물이 효과적으로 제거됨으로써, 필터의 효율이 향상되며 최종 생성물의 순도도 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 제조용 필터링 장치를 개략적으로 보인 구성도.
도 2는 도 1의 'A'부분을 보인 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양극 활물질 제조용 필터링 장치를 개략적으로 보인 구성도.
도 2는 도 1의 'A'부분을 보인 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양극 활물질 제조용 필터링 장치를 개략적으로 보인 구성도.
이하에서는 본 발명에 의한 양극 활물질 제조용 필터링 장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 제조용 필터링 장치를 개략적으로 보인 구성도이고, 도 2는 도 1의 'A'부분을 보인 구성도이다.
이에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질 제조용 필터링 장치의 외관은 필터용기(10)가 형성한다. 필터용기(10)는 상방에서 초임계 반응에 의해 생성된 슬러리가 유입되고 하방으로 배출되도록 구성된다. 물론, 슬러리의 유입 방향은 필터용기(10)의 형상에 따라 달라질 수 있다.
필터용기(10)는 대략 상부는 원통 형상이고, 하부는 깔때기 형상을 가지는 것이 바람직하다. 이는 소정의 속도로 회전되어 원심력을 제공하는 필터용기(10)가 상부에서 슬러리의 필터링이 잘 이루어지도록 하고, 필터링된 슬러리가 하부로 모여 빠져나갈 수 있도록 하기 위함이다.
이러한 필터용기(10)의 내부에는 슬러리에 포함된 부산물(m)인 마그헤마이트 (γ-maghemite)를 필터링하는 마그네틱 필터(12)가 고정 설치된다. 마그헤마이트는 소정의 자력을 가져 마그네트에 의해 끌려질 수 있으므로 본 실시예에서는 마그네틱 필터(12)가 사용된다. 마그네틱 필터(12)는 도 1에 도시된 바와 같이, 중공의 원통 형상을 가지고, 내측을 통과하는 슬러리를 필터링하게 된다.
여기에서, 슬러리에 포함된 양극 활물질(리튬인산철) 또한 자력을 가져 마그네트에 의해 끌려질 수 있으나, 이는 슬러리의 유속을 조절하여 마그헤마이트만 필터링할 수 있다. 즉, 슬러리에 포함된 부산물만 마그네틱 필터(12)에 의해 필터링될 수 있는 유속으로 조절하면, 필터용기(10)의 원심력에 의해 마그헤마이트만 필터링될 수 있는 것이다.
한편, 본 실시예에서 마그네틱 필터(12)에는 마그네트의 가우스 조절이 용이한 마그네틱 볼(14)이 구비된다. 마그네틱 볼(14)는 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 열 및 행으로 배치될 수 있다. 또한, 마그네틱 볼(14)은 다층으로 적층될 수도 있다. 이와 같이 배치된 마그네틱 볼(14)의 사이에는 포어(pore)가 형성되며 이 공간으로 마그헤마이트가 필터링될 수 있다. 물론, 마그네틱 볼(14)의 표면에도 마그헤마이트가 자력에 의해 필터링된다.
추가적으로, 마그네틱 필터(12)를 마그네틱 볼(14)로 구성하는 경우, 제작이 편리하고 다층으로 겹겹이 쌓을 수 있는 장점이 있다. 또한, 마그네틱 볼(14) 사이의 포어의 크기 조절이 가능(볼의 크기 조절을 통해)하여 필터링 효율을 높일 수 있다.
다음으로, 슬러리의 부산물(m)인 마그헤마이트는 기본적으로 산의 성질을 가지기 때문에 마그네틱 볼(14)이 부식될 우려가 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해 마그네틱 볼(14)에는 테프론(teflon)과 같은 항산화 물질이 코팅될 수 있다. 이와 같이 되면, 마그네틱 볼(14)의 산화가 방지되어 마그헤마이트의 제거가 용이하며 내구성 또한 향상된다.
상기에서는 마그네틱 필터(12)의 일 예로서 마그네틱 볼(14)을 예로 들었으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니고 메쉬망 형태의 마그네틱 필터(12) 등 다양한 형태의 필터가 사용될 수 있다.
한편, 이상의 필터링 장치에 의해 슬러리를 필터링한 후에도, 일부 마그헤마이트는 필터링되지 않고 필터용기(10)에서 배출될 수 있다. 본 실시예에서는 이와 같이 필터링되지 않은 마그헤마이트를 제거하기 위해, 슬러리를 필터용기(12)로 순환시키기 위한 동력을 제공하는 순환펌프(20)가 구비된다. 따라서, 모든 마그헤마이트가 필터링될 때까지 순환펌프(20)가 슬러리를 순환시켜 높은 순도의 최종 생성물을 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 양극 활물질 제조용 필터링 장치의 다른 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양극 활물질 제조용 필터링 장치를 개략적으로 보인 구성도이다.
이에 도시된 바에 따르면, 본 실시예에서는 필터용기(10)의 내부에 설치되는 마그네틱 필터(14)가 다수 배치된다. 즉, 서로 다른 직경을 가진 중공의 원통 형상인 마그네틱 필터(14)가 방사상으로 다수개가 배치될 수 있다. 이와 같이 다수의 마그네틱 필터(14)가 배치되면 슬러리의 필터링 효율이 증대될 수 있다.
한편, 상기에서 필터링된 슬러리는 건조 과정을 거쳐 최종 생성물인 올리빈 구조의 리튬인산철이 제조될 수 있다. 본 실시예에서는 양극 활물질로써 리튬인산철을 예로 들어 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 올리빈 구조의 LiMPO4 라면 어떠한 물질이라도 적용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10 : 필터용기 12 : 마그네틱 필터
14 : 마그네틱 볼 20 : 순환펌프
14 : 마그네틱 볼 20 : 순환펌프
Claims (16)
- 초임계 반응을 통하여 양극 활물질의 슬러리를 필터링하기 위한 양극 활물질 제조용 필터링 장치에 있어서,
상기 슬러리가 유입되고, 회전에 의한 원심력을 제공하는 필터용기; 및
상기 필터용기의 내부에 설치되고, 소정의 자력으로 상기 슬러리에 포함된 부산물인 마그헤마이트(γ-maghemite)를 필터링하는 마그네틱 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 필터용기는 상부는 원통 형상이고, 하부는 깔때기 형상인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 마그네틱 필터는 중공의 원통 형상인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 마그네틱 필터에는 구 형상의 마그네틱 볼이 구비되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 마그네틱 볼은 다수의 열 및 행으로 배치되고, 다층으로 적층되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 마그네틱 볼에는 항산화 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 마그네틱 필터에 의해 필터링되지 않은 마그헤마이트를 제거하기 위해, 상기 슬러리를 상기 필터용기로 순환시키기 위한 동력을 제공하는 순환펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 초임계 반응을 통하여 양극 활물질의 슬러리를 필터링하기 위한 양극 활물질 제조용 필터링 장치에 있어서,
상기 슬러리가 유입되고, 회전에 의한 원심력을 제공하는 필터용기; 및
상기 필터용기의 내부에 설치되고, 소정의 자력으로 상기 슬러리에 포함된 부산물인 마그헤마이트(γ-maghemite)를 필터링하고, 중공의 원통 형상인 마그네틱 필터를 포함하고,
상기 마그네틱 필터는 서로 다른 직경을 가진 다수개가 배치되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 필터용기는 상부는 원통 형상이고, 하부는 깔때기 형상인 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 마그네틱 필터에는 구 형상의 마그네틱 볼이 구비되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 마그네틱 볼은 다수의 열 및 행으로 배치되고, 다층으로 적층되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 마그네틱 볼에는 항산화 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 마그네틱 필터에 의해 필터링되지 않은 마그헤마이트를 제거하기 위해, 상기 슬러리를 상기 필터용기로 순환시키기 위한 동력을 제공하는 순환펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질 제조용 필터링 장치. - 제 1 항 내지 제 13 항에 따른 양극 활물질 제조용 필터링 장치에 의해 필터링된 슬러리.
- 제 14 항에 있어서,
상기 슬러리를 건조하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 양극 활물질. - 제 15 항에 있어서,
상기 양극 활물질은 리튬인산철(LiFePO4)인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.
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| KR1020120058004A KR101651711B1 (ko) | 2012-05-31 | 2012-05-31 | 양극 활물질 제조용 필터링 장치 |
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| KR1020120058004A KR101651711B1 (ko) | 2012-05-31 | 2012-05-31 | 양극 활물질 제조용 필터링 장치 |
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| KR20130134471A true KR20130134471A (ko) | 2013-12-10 |
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| KR (1) | KR101651711B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160093501A (ko) | 2015-01-29 | 2016-08-08 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 마그네틱 필터 |
| US9882145B2 (en) | 2013-06-28 | 2018-01-30 | Lg Chem, Ltd. | Hetero ring compound and organic light emitting diode comprising same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10263331A (ja) * | 1997-03-21 | 1998-10-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 磁気フィルタ装置 |
| JP2010088974A (ja) * | 2008-10-03 | 2010-04-22 | Okano Kiko Kk | 磁性粒子分離装置 |
-
2012
- 2012-05-31 KR KR1020120058004A patent/KR101651711B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101651711B1 (ko) | 2016-08-26 |
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