WO2021125759A1 - 이차 전지 양극재 제조 방법 - Google Patents

이차 전지 양극재 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2021125759A1
WO2021125759A1 PCT/KR2020/018387 KR2020018387W WO2021125759A1 WO 2021125759 A1 WO2021125759 A1 WO 2021125759A1 KR 2020018387 W KR2020018387 W KR 2020018387W WO 2021125759 A1 WO2021125759 A1 WO 2021125759A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
powder
secondary battery
cathode material
rotary kiln
manufacturing
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/018387
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
유기성
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 JP2022538301A priority Critical patent/JP7415007B2/ja
Priority to EP20901242.6A priority patent/EP4079692A4/en
Priority to US17/787,737 priority patent/US20230073531A1/en
Priority to CN202080088874.0A priority patent/CN114845959A/zh
Publication of WO2021125759A1 publication Critical patent/WO2021125759A1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00Compounds of nickel
    • C01G53/40Nickelates
    • C01G53/42Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2
    • C01G53/44Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01DCOMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D15/00Lithium compounds
    • C01D15/02Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00Compounds of nickel
    • C01G53/006Compounds containing, besides nickel, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00Compounds of nickel
    • C01G53/40Nickelates
    • C01G53/42Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2
    • C01G53/44Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese
    • C01G53/50Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese of the type [MnO2]n-, e.g. Li(NixMn1-x)O2, Li(MyNixMn1-x-y)O2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a secondary battery cathode material.
  • a method of manufacturing a secondary battery cathode material is a method of manufacturing a cathode material that is a cathode active material.
  • An embodiment provides a method for manufacturing a secondary battery positive electrode material that reduces the manufacturing cost of the secondary battery positive electrode material by manufacturing a high nickel NCM positive electrode material having a nickel content of 70% or more even if Li 2 CO 3 is used without using LiOH want to
  • an embodiment is to provide a secondary battery positive electrode material manufacturing method for manufacturing a secondary battery positive electrode material in large quantities by manufacturing the secondary battery positive electrode material using a rotary kiln (rotary kiln).
  • One side is a step, the Li 2 O powder NCM (nickel-cobalt-manganese) for producing a Li 2 O powder to remove the CO 2 from the Li 2 CO 3 powder, shaping the mixed powder was mixed with the precursor powder, and It provides a secondary battery cathode material manufacturing method comprising the step of calcining the mixed powder using a rotary kiln.
  • the Li 2 O powder NCM nickel-cobalt-manganese
  • the manufacturing of the Li 2 O powder includes charging the Li 2 CO 3 powder into a kiln in a high-temperature atmosphere, and supplying air or oxygen to the kiln to remove the CO 2 from the Li 2 CO 3 powder. Separation may be included.
  • the step of molding the mixed powder, the Li stage crushing 2 O powder, and the Li mixing the NCM precursor powder and the 2 O powder, and the mixed powder granule (granule) or briquettes (briquette) form It may include the step of molding into
  • the forming of the mixed powder may be performed in a closed space in a nitrogen atmosphere.
  • the step of loading the mixed powder into the inside of the rotary kiln, and the rotary It may include the step of calcining the mixed powder inside the kiln.
  • a method for manufacturing a secondary battery positive electrode material that reduces the manufacturing cost of a secondary battery positive electrode material by manufacturing a high nickel NCM positive electrode material having a nickel content of 70% or more is provided
  • a secondary battery positive electrode material manufacturing method for manufacturing a secondary battery positive electrode material in large quantities by manufacturing the secondary battery positive electrode material using a rotary kiln, there is provided a secondary battery positive electrode material manufacturing method for manufacturing a secondary battery positive electrode material in large quantities.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a secondary battery cathode material according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 is a view showing a rotary kiln used in a method for manufacturing a cathode material for a secondary battery.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a secondary battery cathode material according to an exemplary embodiment.
  • Li 2 CO 3 powder which has a lower price than LiOH powder, is charged into a kiln in a high temperature atmosphere, and air or oxygen (O 2 ) gas is supplied to the inside of the kiln to separate CO 2 gas from Li 2 CO 3 powder.
  • O 2 oxygen
  • the kiln may be a rotary kiln, but is not limited thereto.
  • the air or oxygen gas in the Li 2 CO 3 powder in the pre-firing step is Li 2 CO 3 powder in a high temperature atmosphere is converted with oxygen or oxygen react with Li 2 O powder of an oxygen gas in the air, the reaction is carbon dioxide ( CO 2 ) gas is generated.
  • the reaction rate is determined by the partial pressure and temperature of carbon dioxide and oxygen, a certain amount of carbon dioxide gas is discharged while supplying air or oxygen gas to keep the temperature of the process constant at 400°C to 800°C, and to maintain a constant partial pressure. can do.
  • Li 2 O powder is mixed with NCM (nickel-cobalt-manganese) precursor powder to form a mixed powder (S200).
  • NCM nickel-cobalt-manganese
  • the Li 2 O powder is pulverized, the Li 2 O powder is mixed with the NCM precursor powder, and the mixed powder is molded in the form of granules or briquettes to form the mixed powder. All steps for forming the mixed powder may be performed in a closed space in a nitrogen atmosphere to prevent the Li 2 O powder from being reduced to Li 2 CO 3 by reacting with CO 2 .
  • the NCM precursor may include, but is not limited to, nickel-cobalt-manganese hydroxide [Ni a Mn b CO c ](OH) 2 .
  • Li 2 O powder After preparing Li 2 O powder by separating CO 2 from Li 2 CO 3 powder, aggregation occurs in a part of Li 2 O powder and becomes a lumped state, and in this state, Li 2 O powder is NCM (nickel) -Cobalt-Manganese) When mixed with the precursor powder, since it is difficult for the LiO 2 of the Li 2 O powder to uniformly penetrate into the NCM precursor of the NCM precursor powder in the firing process, the Li 2 O powder is pulverized.
  • the Li 2 O powder After grinding the Li 2 O powder, it is mixed with the NCM precursor powder in a molar ratio of 1:1 or more.
  • the grinding and mixing are performed in a closed space in a nitrogen atmosphere.
  • the secondary battery cathode material sintering method uses a kiln of a rotary kiln to sinter the cathode material, so the mixed powder is formed into granules or briquettes.
  • first-in and first-out are implemented inside the rotary kiln, which is a firing furnace, to minimize the variation in firing time, prevent contamination by reactant generation inside the rotary kiln, and solve the problem of clinker inside the rotary kiln restrain
  • the mixed powder is calcined using a rotary kiln (S300).
  • FIG. 2 is a view showing a rotary kiln used in a method for manufacturing a cathode material for a secondary battery.
  • A is a view showing a rotary kiln (RK) used in a method for manufacturing a secondary battery cathode material
  • B is a cross-sectional view showing a refractory coating layer (CL) formed on the inner surface (IW) of the rotary kiln (RK)
  • C) is a photograph showing the spiral baffle (SB) installed inside the rotary kiln (RK).
  • a refractory coating layer (CL) is formed on the inner surface (IW) and a spiral baffle (SB) is installed inside the rotary kiln (RK) of a high temperature atmosphere mixed powder is charged inside and sintering the mixed powder into a secondary battery positive electrode material, which is a positive electrode active material, inside the rotary kiln (RK).
  • the rotary kiln RK includes a raw material charging unit, a raw material discharging unit, a heating unit, and a cooling unit.
  • the secondary battery cathode material which is a cathode active material fired from the mixed powder inside the rotary kiln (RK), is discharged to the outside through the raw material discharge unit.
  • the mixed powder formed in the form of briquettes or granules is put into a kiln which is a rotary kiln (RK) having a refractory coating layer (CL) with a spiral baffle (SB) installed inside without the sag used in the conventional RHK kiln, in nitrogen atmosphere do.
  • the rotary kiln (RK) rotates at a low speed and calcines the mixed powder while maintaining the target calcination temperature between 400°C and 1000°C.
  • the inside of the heating part of the rotary kiln RK may be controlled by being divided into a temperature rising section, a temperature maintaining section, and a cooling section that are sequentially communicated.
  • the reason for the need for a cooling section may be to prevent a secondary reaction and generation of residual lithium due to a sudden temperature change.
  • the secondary battery cathode material which is a cathode active material in the form of briquettes or granules, calcined in a kiln, which is a rotary kiln (RK), is pulverized, the pulverized cathode active material is classified, and a de-iron process can be performed on the classified cathode active material. have. Thereafter, if there is a lot of residual lithium in the positive electrode active material, it is washed and dried, and if the residual lithium in the positive active material is within the standard value, the positive active material is finally packaged through coating and heat treatment without water washing and drying. .
  • a kiln which is a rotary kiln (RK)
  • the secondary battery cathode material which is a cathode active material fired in a rotary kiln (RK), is an NCM (nickel-cobalt-manganese) cathode material containing LiNi x Mn y CO (1-xy) O 2 , and high nickel content of 70% or more It is an NCM cathode material.
  • NCM nickel-cobalt-manganese
  • the conventional method of manufacturing a cathode material for a secondary battery has a problem in that the price of LiOH is higher than that of Li 2 CO 3 , thereby increasing the manufacturing cost of the cathode material for a secondary battery.
  • the secondary battery cathode material manufacturing method does not use LiOH and O 2 , Li 2 CO 3 is converted into Li 2 O, mixed with an NCM precursor, and a rotary kiln at a low sintering temperature By firing at (RK), a high nickel NCM positive electrode material with a nickel content of 70% or more while solving the deterioration of the positive electrode material properties is manufactured.
  • Rotary kiln RK
  • refractory coating layer CL
  • spiral baffle SB

Landscapes

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

Abstract

이차 전지 양극재 제조 방법은 Li2CO3 분말로부터 CO2를 분리하여 Li2O 분말을 제조하는 단계, 상기 Li2O 분말을 NCM(니켈-코발트-망간) 전구체 분말과 혼합하여 혼합 분말을 성형하는 단계, 및 상기 혼합 분말을 로터리 킬른을 이용해 소성하는 단계를 포함한다.

Description

이차 전지 양극재 제조 방법
본 기재는 이차 전지 양극재 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지 양극재 제조 방법은 양극 활물질인 양극재를 제조하는 방법이다.
종래의 이차 전지 양극재 제조 방법 중 LiNixMnyCO(1-x-y)O2 성분의 NCM(니켈-코발트-망간) 양극재 소성 공정에서, 니켈의 함량이 70% 이하인 경우에는 Li2CO3를 NCM(니켈-코발트-망간) 전구체와 혼합하여 소성 온도가 높은 소성로에 투입하고, 니켈의 함량이 70% 이상인 경우에는 LiOH를 NCM 전구체와 섞어서 소성 온도가 낮은 소성로에 투입하였다.
니켈의 함량이 70% 이상인 High Nickel NCM 양극재를 제조하는 종래의 이차 전지 양극재 제조 방법은 LiOH가 Li2CO3 대비 높은 가격을 가지고 있기 때문에, 제조 비용 절감 및 단위 부피당 충전 용량을 증가시키기 위해 코발트의 함량을 줄이고 니켈의 용량을 늘린 High Nickel NCM 양극재를 제조하는 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.
일 실시예는, LiOH를 사용하지 않고 Li2CO3를 사용하더라도, 니켈의 함량이 70% 이상인 High Nickel NCM 양극재를 제조하여 이차 전지 양극재의 제조 비용을 절감한 이차 전지 양극재 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 일 실시예는, 로터리 킬른(rotary kiln)을 이용해 이차 전지 양극재를 제조함으로써, 이차 전지 양극재를 대량으로 제조하는 이차 전지 양극재 제조 방법을 제공하고자 한다.
일 측면은 Li2CO3 분말로부터 CO2를 분리하여 Li2O 분말을 제조하는 단계, 상기 Li2O 분말을 NCM(니켈-코발트-망간) 전구체 분말과 혼합하여 혼합 분말을 성형하는 단계, 및 상기 혼합 분말을 로터리 킬른을 이용해 소성하는 단계를 포함하는 이차 전지 양극재 제조 방법을 제공한다.
상기 Li2O 분말을 제조하는 단계는, 상기 Li2CO3 분말을 고온 분위기의 소성로 내부에 장입하는 단계, 및 상기 소성로 내부에 공기 또는 산소를 공급하여 상기 Li2CO3 분말로부터 상기 CO2를 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 혼합 분말을 성형하는 단계는, 상기 Li2O 분말을 분쇄하는 단계, 및 상기 Li2O 분말을 상기 NCM 전구체 분말과 혼합하는 단계, 및 상기 혼합 분말을 그래뉼(granule) 또는 브리켓(briquette) 형태로 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 혼합 분말을 성형하는 단계는 질소 분위기의 밀폐 공간에서 수행될 수 있다.
상기 혼합 분말을 로터리 킬른을 이용해 소성하는 단계는, 내면에 내화물 코팅층이 형성되고 내부에 나선형 배플(spiral baffle)이 설치된 고온 분위기의 상기 로터리 킬른의 내부에 상기 혼합 분말을 장입하는 단계, 및 상기 로터리 킬른의 내부에서 상기 혼합 분말을 소성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, LiOH를 사용하지 않고 Li2CO3를 사용하더라도, 니켈의 함량이 70% 이상인 High Nickel NCM 양극재를 제조하여 이차 전지 양극재의 제조 비용을 절감한 이차 전지 양극재 제조 방법이 제공된다.
또한, 일 실시예에 따르면, 로터리 킬른(rotary kiln)을 이용해 이차 전지 양극재를 제조함으로써, 이차 전지 양극재를 대량으로 제조하는 이차 전지 양극재 제조 방법을 제공된다.
도 1은 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 이차 전지 양극재 제조 방법에 이용되는 로터리 킬른을 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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
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 2를 참조하여 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 제조 방법을 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 우선, Li2CO3 분말로부터 CO2를 분리하여 Li2O 분말을 제조한다(S100).
구체적으로, LiOH 분말 대비 가격이 낮은 Li2CO3 분말을 고온 분위기의 소성로 내부에 장입하고, 소성로 내부에 공기 또는 산소(O2) 가스를 공급하여 Li2CO3 분말로부터 CO2 가스를 분리하여 Li2O 분말을 제조한다.
여기서, 소성로는 로터리 킬른(rotary kiln)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
소성 전 단계에서 Li2CO3 분말에 공기 혹은 산소 가스를 투입하면 고온의 분위기에서 Li2CO3 분말이 공기 중의 산소 혹은 산소 가스의 산소와 반응하여 Li2O 분말로 변환되고, 반응물은 이산화탄소(CO2) 가스가 발생된다. 이때 이산화탄소와 산소의 분압과 온도에 의해 반응 속도가 결정되므로, 공정의 온도를 400℃ 내지 800℃로 일정하게 유지하고, 일정한 분압을 유지하기 위해 공기 혹은 산소 가스를 공급하면서 일정량의 이산화탄소 가스를 배출할 수 있다.
다음, Li2O 분말을 NCM(니켈-코발트-망간) 전구체 분말과 혼합하여 혼합 분말을 성형한다(S200).
구체적으로, Li2O 분말을 분쇄하고, Li2O 분말을 NCM 전구체 분말과 혼합하고, 혼합 분말을 그래뉼(granule) 또는 브리켓(briquette) 형태로 성형하여 혼합 분말을 성형한다. 혼합 분말을 성형하기 위한 모든 단계는, Li2O 분말이 CO2와 반응하여 Li2CO3로 환원되는 것을 방지하기 위해, 질소 분위기의 밀폐 공간에서 수행될 수 있다.
여기서, NCM 전구체는 니켈-코발트-망간 수산화물인 [NiaMnbCOc](OH)2를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
Li2CO3 분말로부터 CO2를 분리하여 Li2O 분말을 제조한 후 Li2O 분말의 일부에서 응집(aggregation)이 발생하여 뭉친 덩어리 상태가 되며, 이 상태에서 Li2O 분말을 NCM(니켈-코발트-망간) 전구체 분말과 혼합하게 되면 소성 공정에서 Li2O 분말의 LiO2가 균일하게 NCM 전구체 분말의 NCM 전구체 안으로 침투되기 어렵기 때문에, Li2O 분말을 분쇄한다.
Li2O 분말을 분쇄 후 NCM 전구체 분말과 1:1 이상의 몰비로 혼합을 한다.
Li2O 분말이 고온 상태에서 공기 중의 이산화탄소와 반응하여 다시 탄산리튬(Li2CO3)로 환원되는 것을 막기 위해 상술한 분쇄와 혼합은 질소 분위기의 밀폐 공간에서 수행된다.
Li2O 분말과 NCM 전구체 분말의 혼합 후 로터리 킬른(rotary kiln)에 투입하기 전에 1mm 내지 100mm 크기의 그래뉼 또는 브리켓 형태의 혼합 분말을 성형한다. 종래의 사가(saggar)를 이용하는 RHK(roller hearth kiln) 소성로와 다르게 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 소성 방법은 로터리 킬른의 소성로를 이용해 양극재를 소성하기 때문에, 혼합 분말을 그래뉼 또는 브리켓 형태로 성형함으로써, 소성로인 로터리 킬른 내부에서 선입 및 선출을 구현하여 소성 시간의 편차를 최소화하고, 로터리 킬른 내부의 반응물 생성에 의한 오염을 방지하며, 로터리 킬른 내부에 클린커(clinker)가 발생되는 문제를 억제한다.
다음, 혼합 분말을 로터리 킬른을 이용해 소성한다(S300).
도 2는 이차 전지 양극재 제조 방법에 이용되는 로터리 킬른을 나타낸 도면들이다. 도 2의 (A)는 이차 전지 양극재 제조 방법에 이용되는 로터리 킬른(RK)을 나타낸 도면이며, (B)는 로터리 킬른(RK)의 내면(IW)에 형성된 내화물 코팅층(CL)을 나타낸 단면도이며, (C)는 로터리 킬른(RK)의 내부에 설치된 나선형 배플(SB)을 나타낸 사진이다.
도 2를 참조하면, 구체적으로, 내면(IW)에 내화물 코팅층(CL)이 형성되고 내부에 나선형 배플(spiral baffle)(SB)이 설치된 고온 분위기의 로터리 킬른(RK)의 내부에 혼합 분말을 장입하고, 로터리 킬른(RK)의 내부에서 혼합 분말을 양극 활물질인 이차 전지 양극재로 소성한다.
로터리 킬른(RK)은 원료 장입부, 원료 배출부, 가열부, 냉각부를 포함한다.
로터리 킬른(RK)의 원료 장입부를 통해 혼합 분말이 로터리 킬른(RK)의 내부로 장입되며, 로터리 킬른(RK) 내부로 장입된 혼합 분말은 가열부에서 소성되고 냉각부에서 냉각되어 로터리 킬른(RK)의 원료 배출부를 통해 외부로 배출된다. 로터리 킬른(RK) 내부에서 혼합 분말로부터 소성된 양극 활물질인 이차 전지 양극재가 원료 배출부를 통해 외부로 배출된다.
브리켓 혹은 그래뉼 형태로 성형된 혼합 분말은 종래의 RHK 소성로에서 사용되는 사가(Saggar) 없이 내부에 나선형 배플(SB)이 설치된 내화물 코팅층(CL)을 가지는 로터리 킬른(RK)인 소성로에 질소 분위기에서 투입된다. 로터리 킬른(RK)은 저속으로 회전하고, 400℃ 내지 1000℃ 사이의 목표 소성 온도를 유지한 채 혼합 분말을 소성한다.
로터리 킬른(RK)의 가열부의 내부는 순차적으로 연통하는 온도 승온 구간, 온도 유지 구간, 냉각 구간으로 나뉘어 제어될 수 있다. 냉각 구간이 필요한 이유는 급격한 온도 변화에 따른 이차 반응 및 잔류 리튬 생성을 막기 위할 수 있다.
다음 단계에서, 로터리 킬른(RK)인 소성로에서 소성된 브리켓 혹은 그래뉼 형태의 양극 활물질인 이차 전지 양극재를 분쇄하고, 분쇄된 양극 활물질을 분급하고, 분급된 양극 활물질에 대해 탈철 공정을 수행할 수 있다. 이후, 양극 활물질에 잔류 리튬이 많을 경우 수세 및 건조 과정을 거치고, 양극 활물질에 잔류 리튬이 기준치 내에 들어올 경우 수세 및 건조 과정 없이 코팅 및 열처리를 거쳐 최종적으로 양극 활물질을 포장하는 공정을 수행할 수 있다.
로터리 킬른(RK)에서 소성된 양극 활물질인 이차 전지 양극재는 LiNixMnyCO(1-x-y)O2 성분의 NCM(니켈-코발트-망간) 양극재이며, 니켈의 함량이 70% 이상인 High Nickel NCM 양극재이다.
종래의 이차 전지 양극재 제조 방법은, 니켈의 함량이 70% 이상인 High Nickel NCM 양극재를 제조할 때, NCM 전구체에 Li2CO3를 혼합할 경우 O2와 반응시키기 위한 높은 소성 온도로 인한 양극재 특성 저하를 해결하기 위해, NCM 전구체에 LiOH를 혼합하고 낮은 소성 온도로 O2와 반응시켰다.
그런데, 종래의 이차 전지 양극재 제조 방법은 LiOH의 가격이 Li2CO3 대비 높아 이차 전지 양극재의 제조 비용이 상승되는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해, 일 실시예에 따른 이차 전지 양극재 제조 방법은, LiOH 및 O2를 사용하지 않고, Li2CO3를 Li2O로 변환하여 NCM 전구체와 혼합하고, 낮은 소성 온도로 로터리 킬른(RK)에서 소성함으로써, 양극재 특성 저하를 해결하는 동시에 니켈의 함량이 70% 이상인 High Nickel NCM 양극재를 제조한다.
즉, LiOH를 사용하지 않고 Li2CO3를 사용하더라도, 니켈의 함량이 70% 이상인 High Nickel NCM 양극재를 제조하여 이차 전지 양극재의 제조 비용을 절감한 이차 전지 양극재 제조 방법이 제공된다.
또한, 로터리 킬른(RK)을 이용해 이차 전지 양극재를 제조함으로써, 이차 전지 양극재를 대량으로 제조하는 이차 전지 양극재 제조 방법이 제공된다.
본 이상에서 본 발명의 실시예들에 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.
[부호의 설명]
로터리 킬른(RK), 내화물 코팅층(CL), 나선형 배플(SB)

Claims (5)

  1. Li2CO3 분말로부터 CO2를 분리하여 Li2O 분말을 제조하는 단계;
    상기 Li2O 분말을 NCM(니켈-코발트-망간) 전구체 분말과 혼합하여 혼합 분말을 성형하는 단계; 및
    상기 혼합 분말을 로터리 킬른을 이용해 소성하는 단계
    를 포함하는 이차 전지 양극재 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 Li2O 분말을 제조하는 단계는,
    상기 Li2CO3 분말을 고온 분위기의 소성로 내부에 장입하는 단계; 및
    상기 소성로 내부에 공기 또는 산소를 공급하여 상기 Li2CO3 분말로부터 상기 CO2를 분리하는 단계
    를 포함하는 이차 전지 양극재 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 혼합 분말을 성형하는 단계는,
    상기 Li2O 분말을 분쇄하는 단계; 및
    상기 Li2O 분말을 상기 NCM 전구체 분말과 혼합하는 단계; 및
    상기 혼합 분말을 그래뉼(granule) 또는 브리켓(briquette) 형태로 성형하는 단계
    를 포함하는 이차 전지 양극재 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 혼합 분말을 성형하는 단계는 질소 분위기의 밀폐 공간에서 수행되는 이차 전지 양극재 제조 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 혼합 분말을 로터리 킬른을 이용해 소성하는 단계는,
    내면에 내화물 코팅층이 형성되고 내부에 나선형 배플(spiral baffle)이 설치된 고온 분위기의 상기 로터리 킬른의 내부에 상기 혼합 분말을 장입하는 단계; 및
    상기 로터리 킬른의 내부에서 상기 혼합 분말을 소성하는 단계
    를 포함하는 이차 전지 양극재 제조 방법.
PCT/KR2020/018387 2019-12-20 2020-12-15 이차 전지 양극재 제조 방법 WO2021125759A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022538301A JP7415007B2 (ja) 2019-12-20 2020-12-15 二次電池正極材の製造方法
EP20901242.6A EP4079692A4 (en) 2019-12-20 2020-12-15 METHOD FOR PRODUCING A SECONDARY BATTERY CATHODE MATERIAL
US17/787,737 US20230073531A1 (en) 2019-12-20 2020-12-15 Method for preparing secondary battery cathode material
CN202080088874.0A CN114845959A (zh) 2019-12-20 2020-12-15 二次电池正极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190172484A KR102406391B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 이차 전지 양극재 제조 방법
KR10-2019-0172484 2019-12-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021125759A1 true WO2021125759A1 (ko) 2021-06-24

Family

ID=76476638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/018387 WO2021125759A1 (ko) 2019-12-20 2020-12-15 이차 전지 양극재 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230073531A1 (ko)
EP (1) EP4079692A4 (ko)
JP (1) JP7415007B2 (ko)
KR (1) KR102406391B1 (ko)
CN (1) CN114845959A (ko)
WO (1) WO2021125759A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170113385A (ko) * 2016-03-31 2017-10-12 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 양극활물질 및 이를 포함하는 양극
KR101797147B1 (ko) * 2016-09-30 2017-11-15 휴먼에너지(주) 로터리 킬른
KR20190098139A (ko) * 2016-12-21 2019-08-21 알베마를 저머니 게엠베하 산화리튬을 제조하기 위한 방법
KR20190119442A (ko) * 2018-04-12 2019-10-22 주식회사 엘지화학 양극 활물질의 제조방법
KR20190131842A (ko) * 2018-05-17 2019-11-27 주식회사 엘지화학 이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1341248A1 (en) * 2000-11-17 2003-09-03 Toshiba Battery Co., Ltd. Enclosed nickel-zinc primary battery, its anode and production methods for them
JP2005276502A (ja) 2004-03-23 2005-10-06 Mitsubishi Chemicals Corp リチウム二次電池正極活物質用リチウム遷移金属複合酸化物粉体及びその製造方法、その前駆体及びその製造方法、それを用いたリチウム二次電池正極、並びにリチウム二次電池
JP4696557B2 (ja) 2005-01-06 2011-06-08 日本電気株式会社 リチウム二次電池用活物質材料、その製造方法及びこれに用いる原材料並びにリチウム二次電池
JP5401211B2 (ja) * 2009-08-21 2014-01-29 日清エンジニアリング株式会社 二次電池用正極材料の製造方法
JP2012121780A (ja) 2010-12-10 2012-06-28 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 酸化リチウムの製造方法
JP2016121860A (ja) 2014-12-25 2016-07-07 株式会社島川製作所 ロータリーキルン
JP6479632B2 (ja) * 2015-11-30 2019-03-06 ユミコア ニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法
JP7194891B2 (ja) 2018-03-28 2022-12-23 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法、成形体、及び、非水系電解質二次電池の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170113385A (ko) * 2016-03-31 2017-10-12 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 양극활물질 및 이를 포함하는 양극
KR101797147B1 (ko) * 2016-09-30 2017-11-15 휴먼에너지(주) 로터리 킬른
KR20190098139A (ko) * 2016-12-21 2019-08-21 알베마를 저머니 게엠베하 산화리튬을 제조하기 위한 방법
KR20190119442A (ko) * 2018-04-12 2019-10-22 주식회사 엘지화학 양극 활물질의 제조방법
KR20190131842A (ko) * 2018-05-17 2019-11-27 주식회사 엘지화학 이차전지용 양극 활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4079692A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP4079692A1 (en) 2022-10-26
EP4079692A4 (en) 2024-01-31
KR20210080091A (ko) 2021-06-30
JP2023508018A (ja) 2023-02-28
JP7415007B2 (ja) 2024-01-16
US20230073531A1 (en) 2023-03-09
KR102406391B1 (ko) 2022-06-07
CN114845959A (zh) 2022-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10836650B2 (en) Process for making a lithiated transition metal oxide
TWI497807B (zh) Production method of positive electrode active material for lithium ion battery and positive electrode active material for lithium ion battery
CN112125353B (zh) 锂离子电池用高镍三元正极材料的制备方法
WO2016108376A1 (ko) 양극활물질 및 이의 제조 방법
CN101186289A (zh) 一种真空回转窑生产磷酸铁锂材料的工艺方法
WO2019198944A1 (ko) 양극 활물질의 제조방법
EP2688125A2 (en) Method for calcining electrode materials using a rotary kiln
CN110093504A (zh) 一种利用高钙镁钛精矿制备富钛料的方法和系统
JP7069666B2 (ja) リチウムニッケル複合酸化物の製造方法および非水系電解質二次電池の製造方法
WO2021125759A1 (ko) 이차 전지 양극재 제조 방법
WO2012124970A2 (ko) 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 리튬 이차전지용 양극 활물질
WO2019066545A1 (ko) 이차전지 활물질 소성용 내화갑 및 이를 이용한 이차전지 활물질 제조방법
CN112320857A (zh) 一种分体式回转窑制备三元正极材料的方法
WO2012020998A2 (ko) 리튬티탄산화물 제조방법, 이에 의하여 제조된 리튬티탄산화물 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
CN110015699B (zh) 一种过渡金属锂氧化物的制备方法及装置
CN110112400B (zh) 一种过渡金属锂氧化物的制备方法及装置
CN106282468B (zh) 一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿干球团的还原反应系统及方法
WO2022065935A1 (ko) 고함량의 니켈 함유 리튬 복합전이금속 산화물 양극 활물질 단입자의 고상합성방법, 이로부터 형성된 고함량의 니켈 함유 리튬 복합전이금속 산화물 양극 활물질 단입자 및 이를 포함하는 양극 및 리튬 이차전지
CN103320562A (zh) 一种除尘灰冶炼铁水的方法
CN102372488B (zh) 热处理炉用不定形耐火物及该炉的内衬结构
CN205990420U (zh) 一种烟气余热炉体内部再利用型红土镍矿干球团的还原反应系统
US20230030652A1 (en) Process for preparing lithium transition metal oxides
CN108048611A (zh) 一种无煤法生产铬铁合金的系统及方法
WO2023224150A1 (ko) 황화리튬 제조 방법
CN113294995B (zh) 回转窑

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20901242

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022538301

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020901242

Country of ref document: EP

Effective date: 20220720