KR20230088556A - 이차 전지 양극재 소성 장치 - Google Patents

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정기영
황민영
김영우
황순철
허정헌
박윤철
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Abstract

이차 전지 양극재를 수평 방향으로 이동시켜 소성하는 이차 전지 양극재 소성 장치는 하부에 위치하며 가스가 공급되는 급기부, 상부에 위치하며 상기 가스가 배기되는 배기부, 상기 급기부와 상기 배기부 사이에 위치하며 상기 수평 방향과 교차하는 수직 방향으로 연장된 소성 공간을 포함하는 소성로, 상기 소성로의 상기 소성 공간을 가열하는 히터, 상기 이차 전지 양극재를 수납하며, 상기 소성 공간에서 상기 수직 방향으로 적층된 복수의 내화갑(sagger)들, 및 상기 복수의 내화갑들이 안착되며, 상기 복수의 내화갑들을 상기 수평 방향으로 이동시키는 푸셔를 포함한다.

Description

이차 전지 양극재 소성 장치{APPARATUS FOR FIRING CATHODE MATERIAL OF SECONDARY BATTERY}
본 기재는 이차 전지 양극재 소성 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지 양극재 소성 장치는 양극재를 수납한 내화갑(sagger)을 소성로에서 재료의 특성에 따라 400도 내지 1100도의 온도로 소성하는 장치이다.
이차 전지 양극재 소성 장치를 이용한 소성 공정에서 내화갑에 수납된 이차 전지 양극재로부터 수증기 및 이산화탄소 가스 등이 발생하며, 이 중 이산화탄소 가스의 경우 소성로 분위기 조절을 위해 사용되는 산소나 공기에 비해 분자량이 크기 때문에 내화갑 외부로 방출되기 어렵다. 내화갑 내부에 남는 이산화탄소 가스는 양극재로부터 소성된 양극 활물질 표면의 리튬 산화물과 화학반응을 일으켜 탄산 리튬을 생성시키는 문제점이 있다.
종래의 이차 전지 양극재 소성 장치는, 내화갑에 수납된 양극재로부터 발생된 수증기 및 이산화탄소 가스를 내화갑 외부로 방출시키는 동시에 소성 반응을 위해, 일 방향으로 이동하는 내화갑이 위치하는 소성 공간의 하부, 상부, 및 측면으로 산소 및 공기 등의 가스를 공급하였다.
그런데, 종래의 이차 전지 양극재 소성 장치는 내화갑의 외부로부터 내화갑의 내부로 가스가 유입되는 내화갑의 윈도우(window)의 단면적이 내화갑이 위치하는 소성 공간의 단면적 대비 매우 작아 소성 공간의 단면을 통과하는 가스의 전체 유량 중 매우 작은 양만이 내화갑의 내부로 유입되는 문제점이 있다.
일 실시예는, 내화갑에 수납되는 이차 전지 양극재로 공급되는 가스의 유량을 증가시켜 이차 전지 양극재로부터 발생되는 이산화탄소 가스 배출을 향상시키는 동시에 이차 전지 양극재의 소성 반응을 향상시키는 이차 전지 양극재 소성 장치를 제공하고자 한다.
또한, 내화갑에 더 많은 이차 전지 양극재를 수납하더라도, 내화갑에 수납된 모든 이차 전지 양극재 공급되는 가스 유동을 확보함으로써, 이차 전지 양극재의 소성 품질 저하를 억제하는 동시에 생산량이 향상된 이차 전지 양극재 소성 장치를 제공하고자 한다.
또한, 내화갑이 위치하는 소성 공간의 위치에 따라 공급되는 가스의 특성을 조절함으로써, 이차 전지 양극재의 제조 시간 및 제조 비용이 절감된 이차 전지 양극재 소성 장치를 제공하고자 한다.
또한, 가스 유동 취약 공간의 크기를 최소화함으로써, 동일한 크기의 소성로에서 내화갑의 크기를 조절할 수 있기 때문에, 이차 전지 양극재의 생산량을 증가시키는 동시에 내화갑의 개수를 감소시켜 이차 전지 양극재의 제조 효율이 향상된 이차 전지 양극재 소성 장치를 제공하고자 한다.
일 측면은 이차 전지 양극재를 수평 방향으로 이동시켜 소성하는 이차 전지 양극재 소성 장치에 있어서, 하부에 위치하며 가스가 공급되는 급기부, 상부에 위치하며 상기 가스가 배기되는 배기부, 상기 급기부와 상기 배기부 사이에 위치하며 상기 수평 방향과 교차하는 수직 방향으로 연장된 소성 공간을 포함하는 소성로, 상기 소성로의 상기 소성 공간을 가열하는 히터, 상기 이차 전지 양극재를 수납하며, 상기 소성 공간에서 상기 수직 방향으로 적층된 복수의 내화갑(sagger)들, 및 상기 복수의 내화갑들이 안착되며, 상기 복수의 내화갑들을 상기 수평 방향으로 이동시키는 푸셔를 포함하며, 상기 소성 공간에서 상기 가스는 상기 복수의 내화갑들의 최하단으로부터 최상단까지 상기 수직 방향으로 이동하며, 상기 복수의 내화갑들의 상기 최상단 상측에서 상기 수평 방향으로 이동하는 이차 전지 양극재 소성 장치를 제공한다.
상기 가스는 상기 복수의 내화갑들의 내부에서 상기 수직 방향으로만 이동할 수 있다.
상기 복수의 내화갑들 각각은, 상기 이차 전지 양극재 하부에 위치하며 복수의 슬릿들이 형성된 저부, 상기 이차 전지 양극재 측부에 위치하며 상기 이차 전지 양극재를 상기 수평 방향으로 밀폐하는 벽부, 및 상기 이차 전지 양극재 상부에서 상기 벽부가 형성하며, 상기 이차 전지 양극재를 노출하는 개구부를 포함할 수 있다.
상기 가스는 상기 복수의 슬릿들로부터 상기 이차 전지 양극재를 거쳐 상기 개구부로 이동할 수 있다.
상기 소성 공간은 상기 수평 방향으로 순차적으로 배치된 승온 공간, 온도 유지 공간, 및 냉각 공간을 포함할 수 있다.
상기 푸셔는 상기 복수의 내화갑들을 상기 승온 공간으로부터 상기 온도 유지 공간을 거쳐 상기 냉각 공간으로 이동시킬 수 있다.
상기 푸셔는 상기 복수의 내화갑들을 상기 승온 공간, 상기 온도 유지 공간, 및 상기 냉각 공간 각각에 설정된 시간 동안 정지시킬 수 있다.
상기 가스는, 상기 승온 공간에 공급되는 제1 서브 가스, 상기 온도 유지 공간에 공급되는 제2 서브 가스, 및 상기 냉각 공간에 공급되는 제3 서브 가스를 포함할 수 있다.
상기 제1 서브 가스, 상기 제2 서브 가스, 상기 제3 서브 가스 각각은 서로 다른 온도로 예열될 수 있다.
상기 제2 서브 가스는 상기 제1 서브 가스 및 상기 제3 서브 가스 대비 더 높은 온도로 예열될 수 있다.
상기 제1 서브 가스, 상기 제2 서브 가스, 상기 제3 서브 가스 각각은 서로 다른 유량을 가질 수 있다.
상기 제1 서브 가스의 유량 및 상기 제3 서브 가스의 유량은 상기 제2 서브 가스의 유량 대비 클 수 있다.
상기 제1 서브 가스, 상기 제2 서브 가스, 상기 제3 서브 가스 각각은 서로 다른 조성을 가질 수 있다.
상기 히터는 상기 수직 방향으로 연장될 수 있다.
상기 히터는, 상기 소성 공간의 일 측부에 위치하는 제1 서브 히터, 상기 소성 공간을 사이에 두고 상기 제1 서브 히터와 이격되며, 상기 소성 공간의 타 측부에 위치하는 제2 서브 히터, 상기 소성 공간 내부에서 상기 제1 서브 히터와 상기 제2 서브 히터 사이에 위치하는 제3 서브 히터, 및 상기 소성 공간의 하부에 위치하는 제4 서브 히터를 포함할 수 있다.
상기 푸셔는, 상기 복수의 내화갑들이 안착되는 대판, 및 상기 대판을 상기 수평 방향으로 이동시키는 이동부를 포함할 수 있다.
상기 대판은 상기 복수의 내화갑들과 대응하여 상기 급기부와 연통하는 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 이차 전지 양극재는 그래뉼(granule) 형태 또는 브리켓(briquette) 형태일 수 있다.
상기 복수의 내화갑들은 상기 수직 방향으로 3단 내지 30단 적층되어 상기 수평 방향으로 이동할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 내화갑에 수납되는 이차 전지 양극재로 공급되는 가스의 유량을 증가시켜 이차 전지 양극재로부터 발생되는 이산화탄소 가스 배출을 향상시키는 동시에 이차 전지 양극재의 소성 반응을 향상시키는 이차 전지 양극재 소성 장치가 제공된다.
또한, 내화갑에 더 많은 이차 전지 양극재를 수납하더라도, 내화갑에 수납된 모든 이차 전지 양극재 공급되는 가스 유동을 확보함으로써, 이차 전지 양극재의 소성 품질 저하를 억제하는 동시에 생산량이 향상된 이차 전지 양극재 소성 장치가 제공된다.
또한, 내화갑이 위치하는 소성 공간의 위치에 따라 공급되는 가스의 특성을 조절함으로써, 이차 전지 양극재의 제조 시간 및 제조 비용이 절감된 이차 전지 양극재 소성 장치가 제공된다.
또한, 가스 유동 취약 공간의 크기를 최소화함으로써, 동일한 크기의 소성로에서 내화갑의 크기를 조절할 수 있기 때문에, 이차 전지 양극재의 생산량을 증가시키는 동시에 내화갑의 개수를 감소시켜 이차 전지 양극재의 제조 효율이 향상된 이차 전지 양극재 소성 장치가 제공된다.
도 1은 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치의 측면을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치의 정면을 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치에서 가스 유동을 나타낸 도면이다.
도 4는 대비예 및 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치에서 내화갑의 크기 및 적층수에 따른 이차 전지 양극재 생산량을 나타낸 도면들이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 일 실시예에 따른 따른 이차 전지 양극재 소성 장치를 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치의 측면을 나타낸 도면이다. 도 2는 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치의 정면을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치(1000)는 이차 전지 양극재(CM)가 수납되어 수직 방향(Y)으로 적층된 복수의 내화갑(300)들을 소성로(100)의 내부에 위치하는 소성 공간(130)에서 수직 방향(Y)과 교차하는 수평 방향(X)으로 이동시키면서 가열하는 동시에 산소를 포함하는 가스(GA)를 공급하여 복수의 내화갑(300)들에 수납된 이차 전지 양극재(CM)를 소성한다.
이차 전지 양극재 소성 장치(1000)는 승온 구간(A1), 온도 유지 구간(A2), 냉각 구간(A3)을 포함한다.
승온 구간(A1)은 복수의 내화갑(300)들에 수납된 이차 전지 양극재(CM)의 특성에 따라 설정된 온도(일례로 400도 내지 1100도)로 승온되는 구간이다.
온도 유지 구간(A2)은 설정된 온도를 유지하는 구간이다.
냉각 구간(A3)은 설정된 온도로부터 냉각되는 구간이다.
이차 전지 양극재 소성 장치(1000)는 소성로(100), 히터(200), 복수의 내화갑(300)들, 푸셔(400)를 포함한다.
소성로(100)는 수평 방향(X)으로 연장되어 있으며, 급기부(110), 배기부(120), 소성 공간(130)을 포함한다.
급기부(110)는 소성로(100)의 하부에 위치하며, 급기부(110)를 통해 가스(GA)가 소성로(100) 내부의 소성 공간(130)으로 공급된다. 급기부(110)를 통해 소성 공간(130)으로 공급된 가스(GA)는 수직 방향(Y)으로 적층된 복수의 내화갑(300)들에 수납된 이차 전지 양극재(CM)를 거쳐 배기부(120)로 배출된다. 급기부(110)를 통해 소성 공간(130)으로 공급되는 가스(GA)는 공기 및 산소 가스를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
배기부(120)는 소성로(100)의 하부에 위치하며, 배기부(120)를 통해 소성로(100) 내부의 소성 공간(130)에 위치하는 가스(GA)가 외부로 배기된다. 배기부(120)를 통해 소성 공간(130)으로부터 배기되는 가스(GA)는 급기부(110)를 통해 소성 공간(130)으로 공급된 공기 및 산소 가스에 더해 복수의 내화갑(300)들에 수납된 이차 전지 양극재(CM)로부터 배출된 이산화탄소 가스 및 수증기를 더 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
소성 공간(130)은 급기부(110)와 배기부(120) 사이에서 급기부(110) 및 배기부(120)와 연통한다. 소성 공간(130)은 소성로(100)의 연장 방향인 수평 방향(X)으로 연장되는 동시에 수평 방향(X)과 교차하는 수직 방향(Y)으로 연장된다. 소성 공간(130)은 이차 전지 양극재(CM)가 수납된 복수의 내화갑(300)들이 수평 방향(X)으로 이동되는 공간인 동시에 급기부(110)로부터 소성 공간(130)으로 공급된 가스(GA)가 수직 방향(Y)으로 이동되는 공간이다.
소성 공간(130)은 수평 방향(X)으로 순차적으로 배치된 승온 공간(131), 온도 유지 공간(132), 냉각 공간(133)을 포함한다. 소성 공간(130)에는 급기부(110)를 통해 가스(GA)가 공급되며, 가스(GA)는 승온 공간(131)에 공급되는 제1 서브 가스(GA1), 온도 유지 공간(132)에 공급되는 제2 서브 가스(GA2), 냉각 공간(133)에 공급되는 제3 서브 가스(GA3)를 포함한다.
승온 공간(131)은 승온 구간(A1)에 대응하는 공간이다. 승온 공간(131)은 수직 방향(Y)으로 연장되어 있으며, 온도 유지 공간(132)과 수평 방향(X)으로 연통한다. 승온 공간(131)에는 급기부(110)를 통해 제1 서브 가스(GA1)가 공급된다.
온도 유지 공간(132)은 온도 유지 구간(A2)에 대응하는 공간이다. 온도 유지 공간(S2)의 온도는 승온 공간(S1)의 온도 및 냉각 공간(S3)의 온도 대비 높다. 온도 유지 공간(132)은 수직 방향(Y)으로 연장되어 있으며, 승온 공간(131)과 냉각 공간(133) 사이에서 승온 공간(131) 및 냉각 공간(133)과 수평 방향(X)으로 연통한다. 온도 유지 공간(132)에는 급기부(110)를 통해 제2 서브 가스(GA2)가 공급된다.
냉각 공간(133)은 냉각 구간(A3)에 대응하는 공간이다. 냉각 공간(133)은 수직 방향(Y)으로 연장되어 있으며, 온도 유지 공간(132)과 수평 방향(X)으로 연통한다. 냉각 공간(133)에는 급기부(110)를 통해 제3 서브 가스(GA3)가 공급된다.
승온 공간(131), 온도 유지 공간(132), 냉각 공간(133) 각각에 공급되는 제1 서브 가스(GA1), 제2 서브 가스(GA2), 제3 서브 가스(GA3) 각각은 서로 다른 온도로 예열된다. 일례로, 온도 유지 공간(132)에 공급되는 제2 서브 가스(GA2)는 제1 서브 가스(GA1) 및 제3 서브 가스(GA3) 대비 더 높은 온도로 예열될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제1 서브 가스(GA1), 제2 서브 가스(GA2), 제3 서브 가스(GA3) 각각은 서로 다른 유량을 가질 수 있다. 일례로, 제1 서브 가스(GA1)의 유량 및 제3 서브 가스(GA3)의 유량은 제2 서브 가스(GA2)의 유량 대비 더 클 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제1 서브 가스(GA1), 제2 서브 가스(GA2), 제3 서브 가스(GA3) 각각은 서로 다른 조성을 가질 수 있다.
히터(200)는 소성로(100)의 소성 공간(130)을 가열한다. 히터(200)는 수직 방향(Y)으로 연장되어 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 히터(200)는 복수이며, 복수의 히터(200)들은 수평 방향(X)을 따라 서로 이격되어 배치된다. 도 2를 참조하면, 히터(200)는 제1 서브 히터(210), 제2 서브 히터(220), 제3 서브 히터(230), 및 제4 서브 히터(240)를 포함한다.
제1 서브 히터(210) 소성 공간(130)의 일 측부에 위치한다.
제2 서브 히터(220)는 소성 공간(130)을 사이에 두고 제1 서브 히터(210)와 이격된다. 제2 서브 히터(220)는 소성 공간(130)의 타 측부에 위치한다.
제3 서브 히터(230)는 소성 공간(130)의 내부에서 제1 서브 히터(210)와 제2 서브 히터(220) 사이에 위치한다. 제3 서브 히터(230)와 제1 서브 히터(210) 사이에는 수직 방향(Y)으로 적층된 복수의 내화갑(300)들이 위치하며, 제3 서브 히터(230)와 제2 서브 히터(220) 사이에는 수직 방향(Y)으로 적층된 복수의 내화갑(300)들이 위치한다.
제4 서브 히터(240)는 소성 공간(130)의 하부에 위치한다.
히터(200)는 공지된 다양한 가열 수단을 포함할 수 있다.
복수의 내화갑(300)들은 그래뉼(granule) 또는 브리켓(briquette) 형태의 이차 전지 양극재(CM)를 수납한다. 복수의 내화갑(300)들은 소성로(100)의 소성 공간(130)에서 수직 방향(Y) 적층되어 수평 방향(X)으로 이동한다. 복수의 내화갑(300)들에 수납된 이차 전지 양극재(CM)는 복수의 내화갑(300)들의 내부에서 복수의 내화갑(300)들의 적층 방향인 수직 방향(Y)으로 이동하는 가스(GA)와 반응하는 동시에 승온 공간(131), 온도 유지 공간(132), 냉각 공간(133)으로 수평 방향(X)으로 이동하면서 가열되어 소성된다. 복수의 내화갑(300)들 각각은 저부(310), 벽부(320), 개구부(330)를 포함한다.
저부(310)는 이차 전지 양극재(CM)의 하부에 위치하여 이차 전지 양극재(CM)를 지지한다. 저부(310)에는 가스(GA)가 통하는 관통 형태의 복수의 슬릿(311)들이 형성된다.
벽부(320)는 이차 전지 양극재(CM)의 측부에 위치하여 이차 전지 양극재(CM)를 수평 방향(X)으로 밀폐한다. 벽부(320)는 저부(310)의 복수의 슬릿(311)들을 통해 내화갑(300)의 내부로 공급된 가스(GA)가 수평 방향(X)으로 이동하는 것을 차단한다.
개구부(330)는 이차 전지 양극재(CM) 상부에 위치한다. 개구부(330)는 벽부(320)가 형성하는 이차 전지 양극재(CM) 상부의 공간을 포함하며, 이차 전지 양극재(CM)의 상부를 노출한다. 저부(310)의 복수의 슬릿(311)들을 통해 일 내화갑(300)의 내부로 공급된 가스(GA)는 개구부(330)를 통해 수직 방향(Y)으로 이동하여 타 내화갑(300)의 내부로 공급된다.
복수의 내화갑(300)들의 내부를 수직 방향(Y)으로 이동하는 가스(GA)는 복수의 슬릿(311)들로부터 이차 전지 양극재(CM)를 거쳐 개구부(330)로 이동하여 복수의 내화갑(300)들의 내부를 수직 방향(Y)으로 이동한다.
복수의 내화갑(300)들은 수직 방향(Y)으로 3단 내지 30단 적층된 상태에서 수평 방향(X)으로 이동될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
푸셔(400)는 복수의 내화갑(300)들을 지지하여 복수의 내화갑(300)들을 수평 방향(X)으로 이동시킨다. 푸셔(400)에는 복수의 내화갑(300)들이 안착된다. 푸셔(400)는 수직 방향으로 적층된 복수의 내화갑(300)들을 소성로(100) 내부의 승온 공간(131)으로부터 온도 유지 공간(132)을 거쳐 냉각 공간(133)으로 이동시킨다. 푸셔(400)는 복수의 내화갑(300)들을 승온 공간(131), 온도 유지 공간(132), 및 냉각 공간(133) 각각에 설정된 시간 동안 정지시키고 각 공간으로 순차적으로 이동시킨다. 푸셔(400)는 대판(410) 및 이동부(420)를 포함한다.
대판(410)은 복수의 내화갑(300)들의 하부에 위치한다. 대판(410)에는 복수의 내화갑(300)들이 안착된다. 도 2를 참조하면, 대판(410)은 복수의 내화갑(300)들과 대응하여 급기부(110)와 연통하는 관통홀(411)을 포함한다. 급기부(110)를 통해 공급된 가스(GA)는 대판(410)의 관통홀(411)을 통해 복수의 내화갑(300)들의 내부로 공급된다.
이동부(420)는 대판(410)을 수평 방향(X)으로 이동시킨다. 이동부(420)는 가압기 등의 가압 수단 및 벨트 컨베이어 등의 이송 수단 등의 공지된 다양한 이동 수단을 포함할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치에서 가스 유동을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 소성로(100)의 소성 공간(130)에서 가스(GA)는 복수의 내화갑(300)들의 최하단으로부터 최상단까지 수직 방향(Y)으로 이동하며, 복수의 내화갑(300)들의 최상단 상측에서 수평 방향(X)으로 이동한다. 가스(GA)는 복수의 내화갑(300)들의 내부에서 수직 방향(Y)으로만 이동한다.
일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치(1000)는 가스(GA)가 복수의 내화갑(300)들의 내부에서 수직 방향(Y)으로 이동하는 수직 유동 구조를 포함함으로써, 복수의 내화갑(300)들에 측면 급기를 포함한 수평 유동을 위한 개구 형태의 윈도우가 필요하지 않다. 이로 인해, 동일한 크기의 내화갑(300)에 더 많은 이차 전지 양극재(CM)를 장입하는 것이 가능하다. 또한, 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치(1000)는 내화갑(300)에 대한 이차 전지 양극재(CM)의 장입량이 증가하더라도, 수직 유동 구조에서는 복수의 내화갑(300)들에 수납된 모든 이차 전지 양극재(CM) 주변에서 기본적인 가스(GA)의 유동이 확보되기 ‹š문에, 소성 품질 저하가 억제된다.
구체적으로, 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치(1000)는, 가스(GA)가 복수의 내화갑(300)들의 내부에서 복수의 내화갑(300)들의 최하단으로부터 최상단까지 수직 방향(Y)으로 이동하고 복수의 내화갑(300)들의 최상단 상측에서 수평 방향(X)으로 이동함으로써, 가스(GA)가 복수의 내화갑(300)들의 내부에서 거의 밀폐된 형태로 수직 방향(Y)으로 이동하기 때문에, 복수의 내화갑(300)들의 내부로 공급된 대부분의 가스(GA)가 이차 전지 양극재(CM) 주위를 통과하는 동시에 이차 전지 양극재(CM)로부터 발생되는 이산화탄소 가스 등이 복수의 내화갑(300)들로부터 용이하게 배출된다.
즉, 복수의 내화갑(300)들에 수납되는 이차 전지 양극재(CM)로 공급되는 가스(GA)의 유량을 증가시켜 이차 전지 양극재(CM)로부터 발생되는 이산화탄소 가스 배출을 향상시키는 동시에 이차 전지 양극재(CM)의 소성 반응을 향상시키는 이차 전지 양극재 소성 장치(1000)가 제공된다.
또한, 복수의 내화갑(300)들에 더 많은 이차 전지 양극재(CM)를 수납하더라도, 복수의 내화갑(300)들에 수납된 모든 이차 전지 양극재(CM)에 공급되는 가스 유동을 확보함으로써, 이차 전지 양극재(CM)의 소성 품질 저하를 억제하는 동시에 생산량이 향상된 이차 전지 양극재 소성 장치(1000)가 제공된다.
일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치(1000)는 복수의 내화갑(300)들 하부의 급기부(110)에 공급된 가스(GA)가 수직 방향(Y)으로 복수의 내화갑(300)들 내부의 이차 전지 양극재(CM)를 거쳐 최상단의 내화갑(300)을 빠져 나온 후에, 다른 가스(GA)들과 혼입되기 때문에, 기본적으로 이차 전지 양극재(CM)가 겪는 가스 분위기는 하부에서 공급되는 가스(GA)의 분위기로 제한하는 것이 가능하다. 이러한 특성으로 인해, 소성 반응을 고려하여 원하는 영역에 특정 가스를 공급하는 가스 공급 조건 구현이 자유로워진다.
구체적으로, 냉각 공간(133)에서 온도 유지 공간(132)을 거친 복수의 내화갑(300)들의 냉각을 위해 제3 서브 가스(GA3)가 제2 서브 가스(GA2) 대비 큰 유량, 낮은 예열 온도, 또는 다른 조성 중 적어도 하나를 가지더라도, 이 제3 서브 가스(GA3)가 냉각 공간(133)에 위치하는 복수의 내화갑(300)들의 내부를 수직 방향(Y)으로 최하단으로부터 최상단으로 빠져 나온 후에 온도 유지 공간(132)에 위치하는 복수의 내화갑(300)들의 내부를 수직 방향(Y)으로 최하단으로부터 최상단으로 빠져 나온 제2 서브 가스(GA2)와 혼합되기 때문에, 냉각 공간(133)에 공급되는 제3 서브 가스(GA3)가 온도 유지 공간(132) 및 승온 공간(131)에 미치는 영향을 최소화할 수 있어 산소비 절감 측면에 유리하다.
즉, 복수의 내화갑(300)들이 위치하는 소성 공간(130)의 위치에 따라 공급되는 가스(GA)의 특성을 조절함으로써, 이차 전지 양극재(CM)의 제조 시간 및 제조 비용이 절감된 이차 전지 양극재 소성 장치(1000)가 제공된다.
도 4는 대비예 및 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 장치에서 내화갑의 크기 및 적층수에 따른 이차 전지 양극재 생산량을 나타낸 도면들이다. 도 4의 (A)는 대비예이며, (B), (C), (D) 각각은 내화갑의 크기 및 적층수에 따른 이차 전지 양극재 생산량의 실험예들이다.
도 4를 참조하면, 도 4의 (A)에 도시된 대비예인 수평 유동 구조에서는 내화갑(10) 크기 확대에 따른 가스(GA)의 유동 취약 구역이 발생하여 내화갑(300) 크기(높이 및 넓이 포함)에 제약이 있다. 그러나, 도 4의 (B), (C), (D)에 도시된 실험예들인 수직 유동 구조에서는 가스(GA)의 유동 취약 구역 발생이 최소화되어 내화갑(300) 크기(높이 및 넓이)에 대한 제약이 없으므로, 내화갑(300)의 크기를 확대함으로써, 동일 소성로(크기, 길이, 구성 등)에서 이차 전지 양극재(CM)의 생산량 증가가 가능할 뿐 아니라 내화갑(300) 개수 감소에 의하여 유지 보수 효율이 향상된다.
즉, 가스 유동 취약 공간의 크기를 최소화함으로써, 동일한 크기의 소성로에서 내화갑(300)의 크기를 조절할 수 있기 때문에, 이차 전지 양극재(CM)의 생산량을 증가시키는 동시에 내화갑(300)의 개수를 감소시켜 이차 전지 양극재(CM)의 제조 효율이 향상된 이차 전지 양극재 소성 장치가 제공된다.
본 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
급기부(110), 배기부(120), 소성 공간(130), 소성로(100), 히터(200), 내화갑(300), 푸셔(400)

Claims (19)

  1. 이차 전지 양극재를 수평 방향으로 이동시켜 소성하는 이차 전지 양극재 소성 장치에 있어서,
    하부에 위치하며 가스가 공급되는 급기부, 상부에 위치하며 상기 가스가 배기되는 배기부, 상기 급기부와 상기 배기부 사이에 위치하며 상기 수평 방향과 교차하는 수직 방향으로 연장된 소성 공간을 포함하는 소성로;
    상기 소성로의 상기 소성 공간을 가열하는 히터;
    상기 이차 전지 양극재를 수납하며, 상기 소성 공간에서 상기 수직 방향으로 적층된 복수의 내화갑(sagger)들; 및
    상기 복수의 내화갑들이 안착되며, 상기 복수의 내화갑들을 상기 수평 방향으로 이동시키는 푸셔
    를 포함하며,
    상기 소성 공간에서 상기 가스는 상기 복수의 내화갑들의 최하단으로부터 최상단까지 상기 수직 방향으로 이동하며, 상기 복수의 내화갑들의 상기 최상단 상측에서 상기 수평 방향으로 이동하는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 가스는 상기 복수의 내화갑들의 내부에서 상기 수직 방향으로만 이동하는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 복수의 내화갑들 각각은,
    상기 이차 전지 양극재 하부에 위치하며 복수의 슬릿들이 형성된 저부;
    상기 이차 전지 양극재 측부에 위치하며 상기 이차 전지 양극재를 상기 수평 방향으로 밀폐하는 벽부; 및
    상기 이차 전지 양극재 상부에서 상기 벽부가 형성하며, 상기 이차 전지 양극재를 노출하는 개구부
    를 포함하는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 가스는 상기 복수의 슬릿들로부터 상기 이차 전지 양극재를 거쳐 상기 개구부로 이동하는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 소성 공간은 상기 수평 방향으로 순차적으로 배치된 승온 공간, 온도 유지 공간, 및 냉각 공간을 포함하는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 푸셔는 상기 복수의 내화갑들을 상기 승온 공간으로부터 상기 온도 유지 공간을 거쳐 상기 냉각 공간으로 이동시키는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 푸셔는 상기 복수의 내화갑들을 상기 승온 공간, 상기 온도 유지 공간, 및 상기 냉각 공간 각각에 설정된 시간 동안 정지시키는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  8. 제5항에서,
    상기 가스는,
    상기 승온 공간에 공급되는 제1 서브 가스,
    상기 온도 유지 공간에 공급되는 제2 서브 가스, 및
    상기 냉각 공간에 공급되는 제3 서브 가스
    를 포함하는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 서브 가스, 상기 제2 서브 가스, 상기 제3 서브 가스 각각은 서로 다른 온도로 예열되는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제2 서브 가스는 상기 제1 서브 가스 및 상기 제3 서브 가스 대비 더 높은 온도로 예열되는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  11. 제8항에서,
    상기 제1 서브 가스, 상기 제2 서브 가스, 상기 제3 서브 가스 각각은 서로 다른 유량을 가지는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 서브 가스의 유량 및 상기 제3 서브 가스의 유량은 상기 제2 서브 가스의 유량 대비 큰 이차 전지 양극재 소성 장치.
  13. 제8항에서,
    상기 제1 서브 가스, 상기 제2 서브 가스, 상기 제3 서브 가스 각각은 서로 다른 조성을 가지는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  14. 제1항에서,
    상기 히터는 상기 수직 방향으로 연장된 이차 전지 양극재 소성 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 히터는,
    상기 소성 공간의 일 측부에 위치하는 제1 서브 히터;
    상기 소성 공간을 사이에 두고 상기 제1 서브 히터와 이격되며, 상기 소성 공간의 타 측부에 위치하는 제2 서브 히터;
    상기 소성 공간 내부에서 상기 제1 서브 히터와 상기 제2 서브 히터 사이에 위치하는 제3 서브 히터; 및
    상기 소성 공간의 하부에 위치하는 제4 서브 히터
    를 포함하는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 푸셔는,
    상기 복수의 내화갑들이 안착되는 대판; 및
    상기 대판을 상기 수평 방향으로 이동시키는 이동부
    를 포함하는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 대판은 상기 복수의 내화갑들과 대응하여 상기 급기부와 연통하는 관통홀을 포함하는 이차 전지 양극재 소성 장치.
  18. 제1항에서,
    상기 이차 전지 양극재는 그래뉼(granule) 형태 또는 브리켓(briquette) 형태인 이차 전지 양극재 소성 장치.
  19. 제1항에서,
    상기 복수의 내화갑들은 상기 수직 방향으로 3단 내지 30단 적층되어 상기 수평 방향으로 이동하는 이차 전지 양극재 소성 장치.
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