KR20190036791A - 이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 이차전지 활물질 제조방법 - Google Patents

이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 이차전지 활물질 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190036791A
KR20190036791A KR1020170126118A KR20170126118A KR20190036791A KR 20190036791 A KR20190036791 A KR 20190036791A KR 1020170126118 A KR1020170126118 A KR 1020170126118A KR 20170126118 A KR20170126118 A KR 20170126118A KR 20190036791 A KR20190036791 A KR 20190036791A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wall
active material
firing
secondary battery
side wall
Prior art date
Application number
KR1020170126118A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101988736B1 (ko
Inventor
박영민
김우택
김현우
황순철
양충모
박윤철
정기영
Original Assignee
주식회사 포스코
재단법인 포항산업과학연구원
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 포스코, 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020170126118A priority Critical patent/KR101988736B1/ko
Priority to EP18860262.7A priority patent/EP3690371A1/en
Priority to PCT/KR2018/011518 priority patent/WO2019066545A1/ko
Priority to CN201880063115.1A priority patent/CN111148957A/zh
Priority to JP2020517561A priority patent/JP6932847B2/ja
Priority to US16/651,717 priority patent/US11713925B2/en
Publication of KR20190036791A publication Critical patent/KR20190036791A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101988736B1 publication Critical patent/KR101988736B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
    • C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
    • C04B35/195—Alkaline earth aluminosilicates, e.g. cordierite or anorthite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/0006—Composite supporting structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00—Compounds of nickel
    • C01G53/40—Nickelates
    • C01G53/42—Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
    • C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
    • C04B35/185—Mullite 3Al2O3-2SiO2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • C04B35/443—Magnesium aluminate spinel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/481—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates containing silicon, e.g. zircon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/66—Monolithic refractories or refractory mortars, including those whether or not containing clay
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/0006—Composite supporting structures
    • F27D5/0012—Modules of the sagger or setter type; Supports built up from them
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/0068—Containers
    • 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
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/94—Products characterised by their shape
    • C04B2235/945—Products containing grooves, cuts, recesses or protusions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
    • C04B2235/9623—Ceramic setters properties
    • 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
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)

Abstract

본 발명은 이차전지용 활물질을 포함하는 피소성물을 소성하기 위한 내화갑에 있어서, 상기 내화갑은 측벽의 상부로부터 함몰되어 측벽의 일부가 개방된 노치부를 포함하고, 상기 측벽의 면적에 대한 노치부의 면적 비율이 30 내지 70%이며, 상기 내화갑의 측벽과 하면이 접하는 모서리가 라운드부로 이루어진 것인 내화갑에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 양극 활물질 소성공정에서의 반응 부산물인 이산화탄소가 내화갑으로부터 원활하게 배출될 수 있으며, 이와 같은 이산화 탄소의 원활한 배출로 인해 양극 활물질의 잔류 리튬 농도를 낮출 수 있어 양극 활물질 슬러리의 분산성을 개선할 수 있고, 나아가 전지의 용량 또한 개선할 수 있다.

Description

이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 이차전지 활물질 제조방법 {SAGGER FOR CALCINATION OF SECONDARY BATTERY ACTIVE MATERIAL AND METHOD FOR PREPARING THE SECONDARY BATTERY ACTIVE MATERIAL USING THE SAME}
본 발명은 이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 이차전지 활물질 제조방법에 관한 것이다.
최근, 휴대전화, 노트북 등의 소형 전자기기, 혹은 차량용 전지 시장의 급속한 확대와 함께 비수계 전해질 이차전지, 특히 리튬 이차전지의 수요가 급격하게 성장하고 있다.
리튬 이차전지는 에너지 밀도가 높고 출력 특성이 우수하며 경량화가 가능하므로, 이동통신기기, 하이브리드 전기자동차, 가전제품용 에너지 저장장치 등으로 널리 이용되고 있다. 이에 따라, 리튬 이차전지의 전극 소재인 양극 활물질 등의 공업적 생산에 있어서, 고품질의 것을 일정한 품질로 대량 생산하는 것이 요구되고 있는 실정이다.
리튬 이차전지의 핵심소재는 양극, 음극, 전해질 및 분리막으로 구분되는데, 현재 상용화된 리튬 이차전지의 양극 소재로는 LiCoO2 또는 NCM(Nickel Cobalt Manganese) 계열의 양극 활물질 등을 들 수 있다. 이러한 양극 활물질은 화합물 및 천이금속 화합물을 포함하는 원료물질을 소성 용기인 내화갑(Sagger)에 넣고 원료물질의 종류에 따라 400~1100 범위의 온도로 소성함으로써 제조할 수 있다.
상기 소성 공정에 사용되는 이차전지 활물질 소성용 내화갑에 관한 관련문헌으로는 예를 들어, 특허문헌 1 내지 3 등을 들 수 있다. 특허문헌 1에는 소성로에 투입되는 원료의 조성, 소성시의 온도범위, 소성시간 등을 한정하여 리튬 이차전지용 양극 재료를 제조하는 방법에 대하여 개시되어 있으며, 특허문헌 2는 리튬 니켈 복합 산화물의 제조 방법에 있어서, 소성 시간 및 소성 원료의 충전량과의 관계에 대하여 개시하고 있다. 또한 특허문헌 3은 알루미나를 주원료로 하는 내화갑의 표면에 지르코니아를 코팅하여 피소성물의 특성의 변화를 저감하기 위한 기술이 개시되어 있다.
한편, 상기 소성 공정에서는 반응 부산물로 이산화탄소 등이 발생하며, 특히, 내화갑 내에 잔류하는 이산화탄소는 양극 활물질 표면의 리튬 산화물과 반응하여 탄산 리튬을 형성함으로써, 전지의 용량을 감소시키는 등의 문제점을 야기한다. 그러나, 특허문헌 1 내지 3은 소성 공정의 조건에 관련된 것으로, 소성 공정에서 반응 부산물로 발생하는 이산화탄소에 의한 전지 성능의 열화는 해결할 수 없는 문제점이 있다.
일본 등록특허 제 4592931호 일본 등록특허 제 5534657호 한국 공개특허 제 10-1999-0049188호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소성 공정에서 내화갑 내 분위기 가스의 유통을 원활하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 부산물로 발생하는 이산화탄소의 배출을 용이하게 할 수 있는 구조를 갖는 이차전지 활물질 소성용 내화갑을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 상기 내화갑을 이용하여 이차전지용 활물질을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 이차전지용 활물질을 포함하는 피소성물을 소성하기 위한 내화갑에 있어서, 상기 내화갑은 측벽의 상부로부터 함몰되어 측벽의 일부가 개방된 노치부를 포함하고, 상기 측벽의 면적에 대한 노치부의 면적 비율이 30 내지 70%이며, 상기 내화갑의 측벽과 하면이 접하는 모서리가 라운드부로 이루어진 것인 내화갑이 제공된다.
상기 라운드부의 곡률 반경이 25mm 이상인 것일 수 있다.
상기 노치부는 내화갑의 상면으로부터 60 내지 90%의 깊이를 갖는 것 일 수 있다.
상기 내화갑은 적어도 1쌍의 대향하는 측벽을 포함하고, 상기 적어도 1쌍의 대향하는 측벽 상에 상기 노치부가 형성되는 것일 수 있다.
상기 내화갑의 하면에는 관통홀이 형성되어 있을 수 있다.
상기 내화갑은 피소성물의 유출입을 위해 개방된 상면을 덮기 위한 덮개를 추가로 구비하는 것일 수 있다.
상기 덮개에는 관통홀이 형성되어 있는 것일 수 있다.
상기 내화갑이 뮬라이트(3Al2O32SiO2), 코디어라이트((Mg, Fe+ 3)2Al4Si5O18), 스피넬(MgAl2O4) 및 지르콘(ZrSiO4)으로부터 선택된 1종 이상으로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 내화갑에 원료물질을 적재하고 소성로에 투입하여 소성하는 단계; 및 상기 소성 후 내화갑 내의 원료물질을 회수하고 냉각 및 분쇄하여 이차전지용 활물질을 제조하는 단계를 포함하는 이차전지용 활물질의 제조방법이 제공된다.
상기 원료물질은 분말을 성형하여 내화갑에 적재되는 원료물질의 사이즈가 증대된 것일 수 있다.
상기 소성이 산소 분위기 또는 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 소성로 내에 2 이상의 내화갑이 배치될 수 있다.
상기 소성로 내에 2개 이상의 내화갑을 2층 이상으로 쌓아 소성되는 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 양극 활물질 소성공정에서의 반응 부산물인 이산화탄소가 내화갑으로부터 원활하게 배출될 수 있으며, 이와 같은 이산화 탄소의 원활한 배출로 인해 양극 활물질의 잔류 리튬 농도를 낮출 수 있어 양극 활물질 슬러리의 분산성을 개선할 수 있고, 나아가 전지의 용량 또한 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 내화갑을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 내화갑의 내부를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 제조된 이차전지 활물질 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 외부에서 분위기 가스가 내화갑 내부로 원활하게 유통할 수 있으며, 또한 및 소성 과정에서 생성된 부산물인 이산화탄소 등이 내화갑 내부에서 용이하게 배출될 수 있는 구조를 갖는 내화갑을 제공하고자 하는 것이다.
일반적으로 이차전지 양극 활물질은 원료물질을 고온의 소성로에서 소성함으로써 제조되는데, 이때, 원료물질은 내화갑에 적재되어 소성로에 투입된다. 이때, 소성에 의한 균일한 품질의 양극 활물질을 얻기 위해서는 내화갑으로의 분위기 가스의 유입이 원활하게 이루어질 수 있어야 하며, 또한, 내화갑 내부에 이산화탄소가 잔류하지 않고 배출될 수 있을 것이 요구된다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차전지용 활물질을 포함하는 피소성물을 소성하기 위한 내화갑에 있어서, 상기 내화갑은 측벽의 상부로부터 함몰되어 측벽의 일부가 개방된 노치부를 포함하고, 상기 측벽의 면적에 대한 노치부의 면적 비율이 30 내지 70%이며, 상기 내화갑의 측벽과 하면이 접하는 모서리가 라운드부로 이루어진 것인 내화갑이 제공된다.
종래에 일반적으로 사용되는 내화갑은 상면이 개방되어 있으며, 측벽에 형성된 노치부의 면적은 약 0 내지 10% 정도이다. 이와 같은 내화갑을 사용하여 소성하는 경우에는 분위기 가스가 대부분 내화갑의 상면을 통해 유입되나, 이러한 경우, 분위기 가스는 내화갑에 적재된 원료물질 중 상층부에 위치하는 원료물질과 주로 접촉하게 되고, 내화갑의 바닥면과 같이 깊은 부위에 위치하는 원료물질과는 접촉확율이 상대적으로 적어 균일한 소성품질을 얻기가 어렵다.
그러나, 본 발명에서와 같이, 측벽에 형성된 노치부의 면적을 증가시킴으로써, 상기 노치부를 통해 내화갑 내로 분위기 가스가 공급될 수 있고, 이로 인해 내화갑 내에 적재된 양극활물질의 원료물질에 균일하게 분위기 가스가 공급될 수 있어, 보다 균일한 소성 품질을 달성할 수 있다. 보다 상세하게는 상기 내화갑의 측벽에 형성된 노치부에 의해 소성로의 분위기 가스, 특히, 산소가 내화갑 내부로 유입되어 내화갑 상부로 상승하는 중에 내화갑 내에 적재된 원료물질과 균일하게 접촉함으로써 균질한 소성물을 제조할 수 있다.
나아가, 내화갑의 측면으로 흐르는 분위기 가스의 흐름 중에서도 내화갑 내부로 분위기 가스를 도입할 수 있음은 물론, 소성 중에 생성된 이산화탄소, 수증기 등의 부산물이 내화갑으로부터 원활하게 배출될 수 있게 한다.
내화갑 내에 이산화탄소가 잔류하는 경우에는 소성 후 강온 과정에서 양극 활물질 표면의 리튬 산화물과 탄산 리튬을 형성하여 양극 활물질의 코팅 공정에서 슬러리의 분산성이 떨어지거나 전지의 용량을 감소시키는 문제를 야기할 수 있다. 그러나, 본 발명에서와 같이 측벽의 노치부 면적이 30%이상인 경우에는 상기 노치부를 통한 분위기 가스의 유입으로 인한 가스 유동이 일어나 이산화탄소나 수증기가 내화벽 내부 바닥에 농축되는 것을 억제할 수 있다.
상기 내화갑의 측면에 형성되는 노치부의 면적비율은 상기 측벽의 면적에 대해 30 내지 70%인 것이 바람직하다. 내화갑 내에 적재되는 피소성물질의 입도 크기에 따라 조정할 수 있는 것이나, 반응가스인 산소 또는 공기의 원활한 공급 및 반응생성물인 이산화탄소, 수증기의 원활한 배출의 측면에서 30% 이상인 것이 바람직하며, 또한 소성 중 소성물의 손실 방지 또는 내화갑을 2단 이상으로 적재하는 경우 아랫단에 위치하는 내화갑의 지지 측면에서 70% 이하인 것이 바람직하다.
이러한 노치부 면적의 증가는 내화갑 측벽에서 상기 노치부가 형성되는 높이를 조정함으로 달성될 수 있다. 보다 상세하게는 상기 노치부는 내화갑의 상면으로부터 60 내지 90%의 깊이를 갖는 것일 수 있다. 내화갑의 상면으로부터의 깊이가 90% 미만인 경우, 내화갑의 분말 적재량이 감소하여 생산성이 감소하는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 노치부는 내화갑의 상면으로부터 60 내지 90%의 깊이를 갖는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 내화갑의 하면으로부터 전체 높이 중 10 내지 40%에 해당하는 위치로부터 노치부가 형성될 수 있다.
한편, 내화갑의 형태는 특별하게 한정하는 것은 아니나 적어도 1쌍의 대향하는 측벽을 포함하는 형태로 되어 있으며, 상기 적어도 1쌍의 대향하는 측벽 상에 상기 노치부가 형성되어 있을 수 있다. 이와 같이 서로 마주 보는 측벽 부분에 노치부를 형성하면, 소성 중에 내화갑 내의 소성분위기를 균일하게 함으로써 보다 균질한 소성물을 제조할 수 있다. 또한, 노치부의 형상은 직사각형, 사다리꼴 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 내화갑은 상기 내화갑의 측벽과 하면이 접하는 모서리가 라운드부, 즉 곡선의 형태로 이루어진 것일 수 있으며, 상기 라운드부의 곡률반경은 25mm 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이 곡률 반경이 25mm이상일 경우, 소성 반응중에 발생한 이산화탄소 또는 수증기가 내부 모서리에 농축되는 것을 억제할 수 있다. 곡률 반경이 증가할수록 데드존(dead zone)의 부피가 감소하므로, 이산화탄소 또는 수증기의 농축이 억제되는 효과가 있다.
이러한 내화갑은 특별히 한정하지 않으나, 뮬라이트(3Al2O32SiO2), 코디어라이트((Mg, Fe+ 3)2Al4Si5O18), 스피넬(MgAl2O4), 지르콘(ZrSiO4) 등이나, 이들의 2 이상의 조합과 같이, 내화갑 소재로서 통상적으로 사용되는 재질로 될 수 있다.
한편, 이러한 내화갑은 필요에 따라 상면이 개방된 형태로 소성로에 배치할 수 있음은 물론, 내화갑 상면을 덮개로 덮어 소성로에서 소성 공정을 수행할 수도 있다. 이때, 상기 덮개 또한 가스의 유동을 위한 관통홀이 형성될 수 있다. 이와 같이 덮개를 덮음으로써 내화갑 내로의 이물질의 유입을 억제할 수 있으면서 내화갑의 하면에 형성된 관통홀 및 덮개상에 형성된 관통홀을 가짐으로써 가스의 유동을 도모할 수 있다.
활물질을 제조하는 방법은 본 발명에서 제공하는 내화갑을 사용하는 것을 제외하고는 통상적으로 활물질을 제조하는 방법을 적용할 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 본 발명에 따른 내화갑에 원료물질을 적재하고 소성로에 투입하여 소성하는 단계; 및 상기 소성 후 내화갑 내의 원료물질을 회수하고 냉각 및 분쇄하여 이차전지용 활물질을 제조하는 단계를 통하여 이차전지용 활물질을 제조할 수 있으며, 이 때 상기 소성은 산소 분위기 또는 불활성 가스 분위기에서 수행될 수 있다.
이때, 상기 원료물질은 분말 상태로 내화갑에 적재하여 사용할 수 있음은 물론, 상기 분말상의 원료물질의 사이즈를 증대시켜 내화갑에 적재할 수 있다.
나아가, 상기 소성로에 배치되는 내화갑은 하나일 수 있음은 물론, 2개 이상일 수 있다. 이때, 상기 내화갑은 복수의 내화갑을 단층으로 배치될 수 있으며, 2개 이상의 내화갑을 적층하여 2층 이상으로 배치하여 소성할 수도 있다. 본 발명의 내화갑은 하부에 관통홀이 형성되어 있으므로, 2층 이상의 내화갑을 적층하더라도 하층 내화갑의 바닥에 형성된 관통홀 및 측벽 상의 노치부 유입된 분위기 가스가 상층 내화갑의 바닥에 형성된 관통홀 및 상층 측벽의 노치부를 통해서 유입될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니다.
실시예 1
측벽의 전체 높이가 120mm인 내화갑의 측벽에 높이가 35mm인 노치부를 형성하였다. 측벽의 전체 면적은 396cm2였고 상기 노치부의 면적은 212cm2에 해당한다. 또한, 내화갑의 측벽과 하면의 라운드부의 곡률반경은 25mm가 되도록 하였다.
상기 내화갑에 양극활물질 제조를 위한 원료분말(Li2CO3 + Ni0.6Co0.2Co0.2(OH)2)을 직경 50mm의 구형으로 성형 한 후 성형체 5kg을 충진하여 소성로에 배치하였다. 상기 소성로에 산소 함유 가스로서 공기를 주입하면서 소성하였다.
소성 후에 내화갑을 소성로에서 꺼낸 후 냉각하여 양극활물질을 얻었다.
이에 의해 얻어진 양극 활물질에 대하여 잔류 리튬량 및 코인셀 특성을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 1
내화갑의 측벽에 높이가 10mm인 노치부를 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 소성, 냉각하여 양극활물질을 제조하였다.
제조된 양극 활물질에 대하여 잔류 리튬량 및 코인셀 특성을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 2
내화갑의 측벽과 하면의 라운드부의 곡률반경이 15mm인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 소성, 냉각하여 양극활물질을 제조하였다.
제조된 양극 활물질에 대하여 잔류 리튬량 및 코인셀 특성을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2
잔류 LiOH (ppm) 1130 1350 1250
잔류 Li2CO3 (ppm) 3276 8700 4720
초기방전용량 (mAh/g,@0.1C) 176 175 175
초기 충방전 효율(%) 91 90 90
Cycle life(50th/1st@ 1C) 98 97 97
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 경우에는 비교예 1에 비하여 탄산리튬의 잔류량이 60% 이상 감소하였으며 비교예 2에 비하여 탄산리튬의 잔류량이 30% 이상 감소하였음을 알 수 있다. 나아가, 실시예 1이 비교예 1 및 2에 비하여 초기방전용량, 초기 충방전 효율 및 사이클 수명도 향상되어 코인셀 특성이 향상됨을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 내화갑
120: 상면
140: 노치부
160: 하면
180: 라운드부

Claims (13)

  1. 이차전지용 활물질을 포함하는 피소성물을 소성하기 위한 내화갑에 있어서,
    상기 내화갑은 측벽의 상부로부터 함몰되어 측벽의 일부가 개방된 노치부를 포함하고,
    상기 측벽의 면적에 대한 노치부의 면적 비율이 30 내지 70%이며,
    상기 내화갑의 측벽과 하면이 접하는 모서리가 라운드부로 이루어진 것인 내화갑.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라운드부의 곡률 반경이 25mm 이상인 것을 특징으로 하는 내화갑.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노치부가 내화갑의 상면으로부터 60 내지 90%의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 내화갑.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내화갑은 적어도 1쌍의 대향하는 측벽을 포함하고, 상기 적어도 1쌍의 대향하는 측벽 상에 상기 노치부가 형성되는 것을 특징으로 하는 내화갑.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내화갑의 하면에는 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내화갑.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내화갑은 피소성물의 유출입을 위해 개방된 상면을 덮기 위한 덮개를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 내화갑.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 덮개에는 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내화갑.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내화갑이 뮬라이트(3Al2O32SiO2), 코디어라이트((Mg, Fe+ 3)2Al4Si5O18), 스피넬(MgAl2O4) 및 지르콘(ZrSiO4)으로부터 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 내화갑.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 내화갑에 원료물질을 적재하고 소성로에 투입하여 소성하는 단계; 및
    상기 소성 후 내화갑 내의 원료물질을 회수하고 냉각 및 분쇄하여 이차전지용 활물질을 제조하는 단계를 포함하는 이차전지용 활물질의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 원료물질은 분말을 성형하여 내화갑에 적재되는 원료물질의 사이즈가 증대된 것을 특징으로 하는 이차전지용 활물질의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 소성이 산소 분위기 또는 불활성 가스 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 활물질의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 소성로 내에 2 이상의 내화갑이 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 활물질의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 소성로 내에 2개 이상의 내화갑을 2층 이상으로 쌓아 소성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 활물질의 제조방법.
KR1020170126118A 2017-09-28 2017-09-28 이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 이차전지 활물질 제조방법 KR101988736B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170126118A KR101988736B1 (ko) 2017-09-28 2017-09-28 이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 이차전지 활물질 제조방법
EP18860262.7A EP3690371A1 (en) 2017-09-28 2018-09-28 Sagger for firing secondary battery active material and method for manufacturing secondary battery active material using same
PCT/KR2018/011518 WO2019066545A1 (ko) 2017-09-28 2018-09-28 이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 이차전지 활물질 제조방법
CN201880063115.1A CN111148957A (zh) 2017-09-28 2018-09-28 烧制二次电池活性材料的匣钵及利用该匣钵制造二次电池活性材料的方法
JP2020517561A JP6932847B2 (ja) 2017-09-28 2018-09-28 二次電池活物質焼成用耐火匣鉢及びこれを用いた二次電池活物質の製造方法
US16/651,717 US11713925B2 (en) 2017-09-28 2018-09-28 Sagger for firing secondary battery active material and method for manufacturing secondary battery active material using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170126118A KR101988736B1 (ko) 2017-09-28 2017-09-28 이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 이차전지 활물질 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190036791A true KR20190036791A (ko) 2019-04-05
KR101988736B1 KR101988736B1 (ko) 2019-06-12

Family

ID=65903502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170126118A KR101988736B1 (ko) 2017-09-28 2017-09-28 이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 이차전지 활물질 제조방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11713925B2 (ko)
EP (1) EP3690371A1 (ko)
JP (1) JP6932847B2 (ko)
KR (1) KR101988736B1 (ko)
CN (1) CN111148957A (ko)
WO (1) WO2019066545A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112811886A (zh) * 2021-01-16 2021-05-18 陕西科技大学 一种电池匣钵及其制备方法
WO2023277512A1 (ko) * 2021-07-02 2023-01-05 주식회사 엘 앤 에프 활물질 소성로용 물질 및 이를 포함하는 소성로
WO2023106642A1 (ko) * 2021-12-10 2023-06-15 포스코홀딩스 주식회사 이차 전지 양극재 소성 장치

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5534657A (en) 1978-08-31 1980-03-11 Kobe Steel Ltd Manufacture of clean steel
KR19990049188A (ko) 1997-12-12 1999-07-05 윤종용 표면실장기의 노즐교환장치 및 그 방법
JP2009227501A (ja) * 2008-03-21 2009-10-08 Ngk Insulators Ltd 匣鉢を用いた加熱方法
JP4592931B2 (ja) 2000-11-30 2010-12-08 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 リチウム二次電池用正極材料及び及びその製造方法
KR20130051290A (ko) * 2011-11-09 2013-05-20 주식회사 우진 이차전지의 양극소재 소성을 위한 요도구용 조성물 및 요도구
KR200468934Y1 (ko) * 2013-04-24 2013-09-10 이철휘 다단 적재용 박스형 새거
JP2015218098A (ja) * 2014-05-21 2015-12-07 住友金属鉱山株式会社 リチウム遷移金属複合酸化物製造用匣鉢充填物およびリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5428879A (en) 1977-08-03 1979-03-03 Nippon Fillester Kk Fish body conveying apparatus
JPH06265276A (ja) 1993-03-12 1994-09-20 Ngk Insulators Ltd セラミック焼成用匣鉢
US5935665A (en) 1996-10-29 1999-08-10 Magneco/Metrel, Inc. Firing container and method of making the same
KR100314726B1 (ko) 1999-11-08 2001-11-17 신현준 지르코니아가 코팅된 알루미나 내화갑의 제조방법
JP2005257171A (ja) * 2004-03-11 2005-09-22 Mitsubishi Chemicals Corp 焼成容器、及びリチウム二次電池電極材料用リチウム遷移金属複合酸化物の製造方法
JP2006207958A (ja) 2005-01-31 2006-08-10 Asahi Glass Co Ltd セラミックス用焼成容器、セラミックス用焼成装置及びセラミックス焼成方法
JP5039640B2 (ja) 2008-06-09 2012-10-03 株式会社ノリタケカンパニーリミテド リチウムイオン電池の正極活物質製造用匣鉢及びその製造方法
JP5534657B2 (ja) 2008-07-18 2014-07-02 住友金属鉱山株式会社 リチウムニッケル複合酸化物の製造方法
JP5341124B2 (ja) * 2011-03-30 2013-11-13 東京窯業株式会社 リチウムイオン電池用正極活物質用熱処理容器
KR101323096B1 (ko) 2012-04-13 2013-10-30 한국세라믹기술원 이차전지 양극활물질 합성용 내화갑 및 그 제조방법
CN202814110U (zh) 2012-07-23 2013-03-20 天津市启宽科技有限公司 生产锂离子二次电池用电极粉末材料的窑炉用匣钵
JP2015137814A (ja) 2014-01-23 2015-07-30 住友金属鉱山株式会社 匣鉢とそれを用いた粉末の製造方法
DE202014100849U1 (de) 2014-02-25 2014-05-12 Imerys Kiln Furniture Hungary Brennkapselanordnung
DE202014100848U1 (de) 2014-02-25 2014-05-12 Imerys Kiln Furniture Hungary Brennkapselanordnung
EP3176859A4 (en) * 2014-07-31 2018-03-14 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, and method for producing same
KR101898772B1 (ko) 2016-08-10 2018-10-31 재단법인 포항산업과학연구원 리튬 이차전지 활물질 소성용 내화갑
US11152603B2 (en) 2016-06-13 2021-10-19 Research Institute Of Industrial Science & Technology Saggar for firing active material of lithium secondary battery, and method for manufacturing active material using same
CN205808131U (zh) 2016-06-15 2016-12-14 湖南杉杉能源科技股份有限公司 一种匣钵单元以及设有该匣钵单元的窑炉

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5534657A (en) 1978-08-31 1980-03-11 Kobe Steel Ltd Manufacture of clean steel
KR19990049188A (ko) 1997-12-12 1999-07-05 윤종용 표면실장기의 노즐교환장치 및 그 방법
JP4592931B2 (ja) 2000-11-30 2010-12-08 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 リチウム二次電池用正極材料及び及びその製造方法
JP2009227501A (ja) * 2008-03-21 2009-10-08 Ngk Insulators Ltd 匣鉢を用いた加熱方法
KR20130051290A (ko) * 2011-11-09 2013-05-20 주식회사 우진 이차전지의 양극소재 소성을 위한 요도구용 조성물 및 요도구
KR200468934Y1 (ko) * 2013-04-24 2013-09-10 이철휘 다단 적재용 박스형 새거
JP2015218098A (ja) * 2014-05-21 2015-12-07 住友金属鉱山株式会社 リチウム遷移金属複合酸化物製造用匣鉢充填物およびリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112811886A (zh) * 2021-01-16 2021-05-18 陕西科技大学 一种电池匣钵及其制备方法
WO2023277512A1 (ko) * 2021-07-02 2023-01-05 주식회사 엘 앤 에프 활물질 소성로용 물질 및 이를 포함하는 소성로
WO2023106642A1 (ko) * 2021-12-10 2023-06-15 포스코홀딩스 주식회사 이차 전지 양극재 소성 장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN111148957A (zh) 2020-05-12
US20200256620A1 (en) 2020-08-13
JP2020535612A (ja) 2020-12-03
KR101988736B1 (ko) 2019-06-12
EP3690371A4 (en) 2020-08-05
EP3690371A1 (en) 2020-08-05
WO2019066545A1 (ko) 2019-04-04
US11713925B2 (en) 2023-08-01
JP6932847B2 (ja) 2021-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101988736B1 (ko) 이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 이차전지 활물질 제조방법
US11152603B2 (en) Saggar for firing active material of lithium secondary battery, and method for manufacturing active material using same
JP2021059492A (ja) リチウム二次電池用リチウム複合酸化物及びその製造方法
JP6349957B2 (ja) リチウム遷移金属複合酸化物製造用匣鉢充填物およびリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法
JP2012206916A (ja) リチウムイオン電池用正極活物質用熱処理容器およびその製造方法
JP2011108407A (ja) 非水電解質電池用正極の製造方法と非水電解質電池用正極ならびに非水電解質電池
KR20190055729A (ko) 이차전지용 양극 활물질 및 이의 제조 방법
KR101991691B1 (ko) 리튬 이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 활물질 제조방법
JP2021022547A (ja) 全固体リチウムイオン電池用正極活物質、全固体リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法及び全固体リチウムイオン電池
KR101898772B1 (ko) 리튬 이차전지 활물질 소성용 내화갑
JP7459478B2 (ja) 匣鉢および匣鉢充填物、並びにリチウム金属複合酸化物の製造方法
KR20170140552A (ko) 리튬 이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 활물질 제조방법
JP5534657B2 (ja) リチウムニッケル複合酸化物の製造方法
KR20130051290A (ko) 이차전지의 양극소재 소성을 위한 요도구용 조성물 및 요도구
KR20190076746A (ko) 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 이차 전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 이차 전지
KR20160044730A (ko) 베리어 층을 포함하는 이차 전지용 양극 활물질 및 이의 제조 방법
KR20180119336A (ko) 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP5332965B2 (ja) 正極活物質粒子の製造方法
KR101956559B1 (ko) 기체 순환식 소성용기
KR101901314B1 (ko) 이차전지 양극재 소성로의 급기방법 및 그 급기장치
KR101890338B1 (ko) 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR20240050485A (ko) 내화갑
KR102125123B1 (ko) 양극활물질의 제조 방법
KR101890339B1 (ko) 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 이차 전지용 양극 활물질
KR20230075307A (ko) 소성 용기 및 이를 이용한 소성 재료의 소성 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant