WO2024043573A1 - 연속식 양극활물질 전기탈수 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1전극을 포함하는 회전하는 드럼, 양극활물질이 안착된 상태로 이동하여, 상기 양극활물질을 상기 드럽으로 연속적으로 이송하는 이송 부재 및 상기 드럼의 일부 또는 전체를 감싸도록 배치되며, 상기 드럼의 외주면과의 사이로 상기 이송 부재가 이동할 때 상기 양극활물질은 상기 드럼의 외주면과의 사이에 밀착되며, 상기 제1전극과의 전위차에 의한 전기장을 생성하는 제2전극을 포함하여, 상기 이송 부재에 의하여 유입되는 상기 양극활물질에 잔존하는 세정액이 상기 전기장에 의하여 전기 영동 방식으로 탈수되게 하는 가이드 장치를 포함하는 연속식 양극활물질 전기탈수 장치를 제공한다. 따라서 회전하는 드럼 및 가이드 장치 사이에 양극활물질이 투입되어 연속적으로 양극활물질을 탈수할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 연속식 양극활물질 전기탈수 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전하는 드럼 및 드럼 둘레에 배치되는 가이드 장치 사이에 배치되는 양극활물질에 전기장을 가하여 연속적인 탈수가 가능토록 하는 연속식 양극활물질 전기탈수 장치에 관한 것이다.
양극 활물질은 전기자동차용 배터리 등의 2차 전지에서 양극반응에 참여하는 물질로서, 2차 전지 구성원가의 40% 이상을 차지하는 핵심 소재이다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 2차 전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다. 이와 관련하여 리튬 2차 전지의 양극 활물질로 리튬코발트 복합금속 산화물이 주로 사용되고 있다. 하지만 이러한 리튬코발트 복합금속 산화물을 양극 활물질로 사용할 경우 대용량의 동력원으로 사용하기에는 부족한 점이 있다. 따라서 이를 대체하기 위해 리튬망간 복합금속 산화물 등을 사용하고 있다. 이 중에서도 높은 가역용량을 갖는 리튬니켈 복합금속 산화물에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.
그러나 이러한 리튬니켈 복합금속 산화물을 양극 활물질로 사용할 때, 니켈의 함량을 높일 경우 Ni2+의 이온 반지름의 Li+의 이온 반지름과 유사하여 Li층에 Ni이 위치하는 Cation mixing이 쉽게 발생한다. 이러한 Cation mixing으로 인하여 Li층으로 들어가지 못하는 Li이 소성 과정 중 공기 중에 존재 하는 산소 및 물과 반응하여 잔류 리튬으로 불리는 Li2CO3 혹은 LiOH 물질을 만든다. 이러한 물질들은 양극 표면에 두껍게 생성되어 저항층으로 작용할 뿐만 아니라 셀 제작을 위한 전극 제작 과정 중 용매에 녹으면 용매를 염기성화 시키면서 바인더와 섞여 슬러리를 Gelation 시키게 되어 전극을 제작할 수 없게 만들 뿐만아니라 운전 중 전해질과 반응하여 가스를 발생시킨다. 이러한 가스로 인하여 배터리가 쉽게 부풀고 폭발의 위험성이 커지므로 잔류 리튬 제거는 매우 중요하다.
이러한 잔류 리튬을 가장 쉽게 제거하는 방법이 물로 씻어 내는 방법이며 물로 잔류 리튬은 쉽게 제거되지만, 잔류 리튬 제거 이후 신속하게 활물질 표면에 남아 있는 물을 제거하지 않으면 물이 완전히 제거될 때까지 구조 내의 Li이 지속적으로 빠져나오게 된다. 따라서 이러한 잔류 수분을 신속하게 제거하기 위해 종래 기계적 탈수방식, 전기적 탈수방식, 기계적 탈수와 전기적 탈수의 혼합방식을 이용하였지만 탈수 형태가 불연속적이어서 탈수 시 마다 탈수가 완료된 양극 활물질을 제거하고 탈수가 필요한 양극 활물질이 투입해야 하므로 공정이 신속하게 진행되지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 회전하는 드럼 및 드럼 둘레에 배치되는 가이드 장치 사이에 배치되는 양극활물질에 전기장을 가하여 연속적인 탈수가 가능토록 하는 연속식 양극활물질 전기탈수 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 제1전극을 포함하는 회전하는 드럼, 양극활물질이 안착된 상태로 이동하여, 상기 양극활물질을 상기 드럽으로 연속적으로 이송하는 이송 부재 및 상기 드럼의 일부 또는 전체를 감싸도록 배치되며, 상기 드럼의 외주면과의 사이로 상기 이송 부재가 이동할 때 상기 양극활물질은 상기 드럼의 외주면과의 사이에 밀착되며, 상기 제1전극과의 전위차에 의한 전기장을 생성하는 제2전극을 포함하여, 상기 이송 부재에 의하여 유입되는 상기 양극활물질에 잔존하는 세정액이 상기 전기장에 의하여 전기 영동 방식으로 탈수되게 하는 가이드 장치를 포함하는 연속식 양극활물질 전기탈수 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 회전하는 드럼 및 가이드 장치 사이에 양극활물질이 투입되어 연속적으로 양극활물질을 탈수할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 양극활물질이 드럼의 6시 방향으로 투입되어 드럼의 외주면 둘레을 따라 움직이다가 드럼의 12시를 지나서 3시 또는 9시 방향으로 배출되므로 양극활물질이 드럼의 아래쪽에 위치하는 것을 최소화하고 옆이나 위쪽 부분에 주로 배치되게 하는 구조를 가짐으로써 응축수의 재유입을 최소화하여 탈수 효과가 향상되는 장점이 있다.
셋째, 세정액은 통과할 수 있고 양극 활물질은 통과할 수 없는 구조를 갖는 필터가 가이드 장치 상에 배치되어 탈수 시 양극활물질도 함께 누설되는 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다.
넷째, 가이드 장치 상에 배치되는 필터가 도전성을 가져서, 비도전성 필터를 사용할 경우에 비해 전기장의 세기가 감소되지 않는 장점이 있다.
다섯째, 드럼과 가이드 장치 사이에 스페이서가 배치되므로 드럼과 가이드 장치 사이에 양극 활물질이 배치되어 있지 않을 때에도 드럼과 가이드 장치 상에 배치되는 도전성 필터가 직접 접촉되지 않는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치의 모식도이다.
도 2는 도 1에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치의 드럼의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3은 도 1에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치의 가이드 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 4는 도 1에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치의 드럼 및 스페이서의 결합 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5는 도 1에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치의 드럼 및 스페이서의 결합 모습을 나타낸 모식도이다.
도 6은 도 1에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치의 필터를 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 7은 도 1에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치의 드럼에 설치되어 있는 수냉식 냉각 장치를 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치의 모식도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치(1000)는 드럼(1100), 가이드 장치(1200), 양극활물질(미도시)이 안착된 상태로 상기 드럼(1100)과 상기 가이드 장치(1200) 사이로 연속적으로 이송되도록 하는 이송 부재(1300), 필터(1400), 스페이서(1500) 및 드럼 냉각장치(1600)를 포함한다. 본 실시예에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치(1000)는 세정 공정을 거친 상기 양극활물질이 연속적으로 이동할 때, 상기 양극활물질에 전기장을 가하여 전기 영동 방식으로 상기 양극활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시킨다. 즉, 본 실시예에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치(1000)는 상기 양극활물질이 워싱(washing) 공정을 통해 세정액이 함유된 상태에서 가압 탈수 장치 또는 원심 분리 탈수 장치를 통과하여 1차적으로 세정액이 제거(기계적 탈수)된 후의 공정인 것을 예로 든다. 그러므로 상기 양극활물질은 제1차 탈수 처리된 상태에서 본 실시예에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치(1000)로 이동한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지, 않고, 1차 탈수 처리되지 않은 상태의 양극활물질을 탈수할 수도 있다. 본 실시예에서 상기 세정액은 물인 것을 예로 들지만, 상기 세정액의 종류는 얼마든지 변경이 가능하다.
상기 드럼(1100)은 드럼 본체부(1110) 및 제1전극(1120)을 포함한다. 상기 드럼 본체부(1110)는 내부에 중공이 형성되어 있는 원통 형상으로 형성된다. 상기 드럼(1100)은 상기 이송 부재(1300)를 따라서 상기 양극활물질이 이송될 때, 상기 가이드 장치(1200)와 함께 회전한다. 이 때 상기 드럼(1100)과 상기 가이드 장치(1200)는 반대 방향으로 회전한다. 그리고 상기 제1전극(1120)은 상기 드럼 본체부(1110)의 외주면을 덮도록 상기 드럼 본체부(1110)의 표면에 형성된다. 이 때 상기 제1전극(1120)은 불용성인 것을 예로 든다. 상기 제1전극(1120)은 시트 구조로 상기 드럼 본체부(1110)의 외주면에 배치되는 것을 예로 든다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1전극(1120)을 상기 드럼 본체부(1110)의 외주면에 코팅함으로써 형성할 수도 있다. 그리고 상기 제1전극(1120)은 양극(+)으로 형성되고, 상기 제1전극(1120)에는 직류 전원이 인가된다. 도 1을 참조하면, 상기 드럼(1100)은 중심부에 드럼축이 결합되는 드럼축 결합 홀이 형성되어 있다. 도시의 편의상 상기 드럼축은 도시를 생략한다.
그리고 상기 드럼(1100)에는 상기 양극활물질을 제거하기 위한 스크래퍼(scraper)가 더 설치될 수 있다. 이는 상기 드럼(1100)과 상기 가이드 장치(1200) 사이를 통해서 이송되는 양극활물질이 상기 드럼(1100) 또는 상기 드럼(1100) 상에 설치되는 스페이서(1500)에 붙어서 떨어지지 않는 경우에 이를 제거하기 위함이다.
상기 가이드 장치(1200)는 상기 양극활물질이 이동하는 경로를 제공한다. 상기 가이드 장치(1200)는 상기 드럼(1100)의 외주면을 따라 상기 드럼(1100)을 감싸는 형태로 배치된다. 상기 가이드 장치(1200)는 상기 드럼(1100)의 일부 또는 전체를 감싸고 텐션이 주어지면 비례하여 드럼을 압착하는 압력이 커지는 구조이다. 구체적으로 상기 가이드 장치(1200)는 가이드 장치 본체부(1210) 및 제2전극(미도시)을 포함한다. 상기 가이드 장치 본체부(1210)는 벨트부재 및 롤러부재를 포함한다. 도 3은 상기 벨트 부재를 펼친 모습을 나타낸다. 본 실시예에서는 상기 가이드 장치 본체부(1210)와 상기 제2전극을 별개의 구성인 것으로 설명하지만 상기 가이드 장치 본체부(1210) 자체가 제2전극의 역할을 하는 구조로 형성될 수도 있다. 즉, 상기 롤러부재에 의해 회전하는 벨트부재 자체가 상기 제2전극으로 구성될 수도 있다. 상기 가이드 장치 본체부(1210)는 상기 드럼(1100)의 외주면을 감싸는 형태로 배치된다. 상기 가이드 장치 본체부(1210)는 상기 드럼(1100)의 일부 또는 전체를 감싸서 텐션이 주어질 경우 상기 드럼(1100) 표면을 압착하도록 배치된다.
본 실시예에서 상기 가이드 장치 본체부(1210)는 세정액이 통과할 수 있는 타공성 구조로 형성되는 것을 예로 든다. 본 실시예에서 상기 가이드 장치 본체부(1210)는 캐터필러나 메시구조를 갖는 구성인 것을 예로 든다. 즉, 상기 세정액은 물이므로 상기 가이드 장치 본체부(1210)는 물과 수증기가 통과할 수 있는 타공성 구조로 형성되는 것을 예로 든다. 도 3을 참조하는 바와 같이 상기 가이드 장치 본체부(1210)에는 복수 개의 가이드 장치 홀(1210a)이 이격되어 형성되어 있다. 그리고 본 실시예에서 상기 가이드 장치 홀(1210a)을 통해서 상기 양극활물질은 통과할 수 없는 것을 예로 든다. 하지만 상기 필터(1400)에 의해 상기 양극활물질이 상기 가이드 장치 본체부(1210)로 배출되지 않을 것이므로 상기 가이드 장치 홀(1210a)은 상기 양극활물질의 통과 여부와 무관하게 상기 세정액만 통과할 수 있으면 문제되지 않는다.
상기 가이드 장치 본체부(1210)는 상기 양극활물질이 상기 드럼(1100)의 6시 방향으로 투입되도록 경로를 제공한다. 구체적으로는 상기 가이드 장치 본체부(1210)는 상기 양극활물질이 상기 드럼(1100)의 6시 방향과 교차하는 방향(수평 방향)으로 투입되도록 경로를 제공한다. 그리고 상기 가이드 장치 본체부(1210)는 상기 드럼(1100)의 외주면(구체적으로는 상기 제1전극(1120))과의 사이를 따라 이동하다가 상기 드럼의 12시를 지나서 3시 방향 또는 9시 방향으로 배출되도록 상기 드럼(1100)의 외주면 일부를 감싸는 형태로 배치된다. 본 실시예에서는 상기 가이드 장치 본체부(1210)가 상기 드럼(1100)의 오른쪽에서 6시 방향으로 연장되어 있는 것을 예로 든다. 따라서 상기 가이드 장치 본체부(1210)는 상기 드럼(1100)의 9시 및 12시를 순차적으로 지나서 3시 방향을 통해 배출된다. 이는 상기 양극활물질이 상기 드럼(1100)의 위쪽 부분이나 옆쪽 부분에 배치되도록 하여 상기 양극 활물질이 상기 드럼(1100)의 아래쪽 부분에 배치되는 것을 최소화함으로써 상기 가이드 장치(1200)와의 사이에 잔존 세정액의 배출 효율을 향상시키기 위함이다. 즉, 전기탈수를 하면 열이 발생하면서 상기 양극활물질 내의 물이 증발하는 경우가 많은데, 상기 드럼(1100)이 상기 양극활물질의 위쪽에 있으면 증발한 수증기가 위로 올라가면서 차가운 상기 드럼(1100)과 만나서 다시 응축이 되어 상기 양극활물질의 함수율이 증가할 수 있다. 따라서 상기 드럼(1100)이 상기 양극활물질의 옆쪽 부분이나 아래쪽 부분에 있으면 상기 양극활물질로부터 증발한 수증기가 상기 드럼(1100)과 접촉되지 않고 상기 필터(1400), 상기 제2전극 및 상기 가이드 장치(1200)를 통해서 배출될 수 있기 때문에 응축되는 수증기의 양이 현저하게 감소하는 장점이 있다.
상기 제2전극은 상기 드럼(1100)에 포함되어 있는 제1전극(1120)과의 사이에 상기 양극활물질을 두고 전기장을 생성하여 전기 영동 방식으로 상기 양극활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키기 위해서 상기 제1전극과 전위차를 갖는 음극(-)으로 형성된다. 그리고 상기 제2전극에는 직류 전원이 인가된다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 제2전극을 접지 전극으로 구성할 수도 있다.
상기 제2전극은 상기 가이드 장치 본체부(1210) 상에 배치된다. 본 실시예에서 상기 제2전극은 상기 세정액은 통과할 수 있고, 상기 양극활물질은 통과할 수 없는 메쉬 구조인 것을 예로 든다. 구체적으로 상기 제2전극은 상기 가이드 장치 본체부(1210)와 같이 복수의 홀이 형성된 구조로 형성된 시트 구조로 형성된다. 본 실시예에서 상기 제2전극은 상기 가이드 장치 본체부(1210) 상에 밀착되도록 배치되어 결합되는 것을 예로 든다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 제2전극이 상기 가이드 장치 본체부(1210) 상에 코팅되는 구조로 형성될 수도 있다. 상기 필터(1400)에 의해 상기 양극활물질이 상기 제2전극으로 배출되지 않을 것이므로 상기 제2전극은 상기 양극활물질의 통과 여부와 무관하게 상기 세정액만 통과할 수 있는 구조라면 상기 제2전극은 구조적으로 제한되지는 않는다.
상기 양극 활물질은 상기 드럼(1110) 및 상기 가이드 장치(1120) 사이를 이동한다. 구체적으로는 상기 드럼(1100)과 인접하여 배치되되, 상기 드럼(1100)의 외주면 일부를 감싸는 형태로 배치되어 있는 가이드 장치(1200) 사이를 상기 이송 부재(1300)에 의해 연속적으로 이동하며, 가이드 장치 본체부(1210)의 텐션에 의해 상기 드럼(1100)의 표면쪽으로 가해지는 압력을 받으면서 상기 드럼(1100)과 함께 회전한다. 본 실시예에서 상기 양극 활물질은 리튬 복합 전이금속 산화물인 것을 예로 든다. 상기 리튬 복합 전이금속 산화물은 전이금속 전구체와 리튬 원료 물질을 혼합한 후 소성하는 방법으로 제조될 수 있다. 상기 전이금속 전구체는 Ni, Co, Mn을 포함하는 수산화물, 옥시 수산화물, 카보네이트, 유기착물일 수 있다. 구체적으로는 상기 전이금속 전구체는 니켈-코발트 수산화물, 니켈-코발트 옥시 수산화물, 니켈-코발트-망간 수산화물, 니켈-코발트-망간 옥시 수산화물이거나, 상기 수산화물 또는 옥시 수산화물에 금속이 도핑되어 있는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 양극 활물질의 종류 및 제조 방법을 얼마든지 변경 가능하다.
위에서 설명한 것과 같이 상기 드럼(1100)에는 양극 전원이 인가되고 상기 가이드 장치(1200)에는 음극 전원이 인가되어 전위차를 가진다. 상기 드럼(1100) 및 상기 가이드 장치(1200)는 상기 양극활물질을 사이에 두고 전기장을 가하여 전기 영동 방식으로 상기 양극활물질에 잔존하는 세정액을 탈수시키기 위해 밀착되도록 배치된다. 상기 드럼(1100) 및 상기 가이드 장치(1200)에 전원이 인가되면, 상기 양극활물질에 포함되어 있는 물이 상기 가이드 장치(1200) 쪽으로 흘러간다. 이는 물 안에 분포하는 양이온들이 음전극 쪽으로 전기력에 의해 이동하면서 물분자들도 함께 끌고 가기 때문이다. 이 때 상기 양극 활물질의 표면에 잔존하는 리튬이온도 상기 가이드 장치(1200) 쪽으로 이동하는 부가적인 효과를 가진다. 또한 발열에 의해 이동하는 물분자들이 수증기로 변환되기도 한다.
상기 이송 부재(1300)는 상기 양극활물질이 안착된 상태로 이동하여, 상기 양극활물질을 상기 드럽으로 연속적으로 이송한다. 본 실시예에서 상기 이송 부재(1300)는 주입 이송 부재(1310) 및 배출 이송 부재(1320)를 포함한다. 본 실시예에서는 상기 이송 부재(1300)가 상기 드럼(1100)의 6시 방향으로 주입되어 상기 드럼(1100)의 둘레를 따라 연장되다가 상기 드럼(1100)의 9시 방향으로 배출되어 연장되는 구조인 것을 예로 든다. 이 때 상기 주입 이송 부재(1310)는 상기 양극활물질을 상기 드럼(1100)과 상기 가이드 장치(1200) 사이로 이송한다. 도면에서는 상기 주입 이송 부재(1310)가 상기 드럼(1100)의 6시 방향으로 주입되어 상기 드럼(1100)의 외주면을 감싸도록 배치되고, 상기 드럼(1100)의 9시 방향으로 배출되는 구조로 도시되어 있지만, 상기 주입 이송 부재(1310)는 상기 양극활물질이 상기 드럼(1100)과 상기 가이드 장치(1200) 사이로 주입될 수 있도록 상기 드럼(1110)의 6시 방향까지만 연장되어 있을 수 있다. 그리고 상기 배출 이송 부재(1320)는 상기 드럼(1100)의 9시 방향(상기 양극활물질이 배출되는 방향)에 상기 양극활물질이 배출되어 이송될 수 있도록 상기 양극활물질이 배출되는 부분의 아래쪽에 배치된다. 상기 배출 이송 부재(1320)는 상기 양극활물질이 상기 드럼(1100)의 9시 방향으로 배출될 때 안착되어 이송될 수 있도록 수평 방향으로 평평하게 설치된다.
상기 필터(1400)는 상기 가이드 장치(1200)와 상기 양극 활물질 사이에 분리 가능하도록 배치된다. 구체적으로 상기 필터(1400)는 상기 가이드 장치(1200) 상에 밀착되도록 배치된다. 이 때 상기 필터(1400)를 상기 가이드 장치(1200) 상에 고정시키기 위한 고정부재가 더 포함될 수 있다. 그리고 상기 필터(1400)는 교체가 가능하도록 상기 고정부재와 분리시켜서 상기 가이드 장치(1200)로부터 탈착 가능한 구조를 갖도록 한다. 탈수를 반복적으로 오랜 시간 수행할 경우, 양극 활물질이 필터(1400)의 공극에 끼어서 필터(1400)가 막히는 문제점이 발생할 수 있다. 본 발명에서는 상기 필터(1400)가 교체 가능하기 때문에 이러한 문제점을 간편하게 해결하고, 양극활물질 전기탈수 장치(1000)의 성능을 지속적으로 유지할 수 있는 장점이 있다.
상기 필터(1400)는 상기 양극활물질은 통과할 수 없고, 상기 전기 영동 방식에 의하여 유인된 상기 양극활물질의 잔존 세정액은 통과할 수 있는 구조를 갖는다. 즉, 상기 필터(1400)는 상기 양극활물질은 통과할 수 없고, 상기 세정액은 통과할 수 있는 홀이 복수 개 형성되어 있는 메쉬 구조를 갖는 것을 예로 든다. 따라서 탈수 시 양극 활물질도 함께 누설되는 문제점을 해소할 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 필터(1400)는 상기 양극활물질은 통과시키지 않고, 상기 세정액은 통과 가능한 다른 구조로 변경이 가능하다.
상기 필터(1400)는 상기 필터(1400)에 의하여 상기 양극활물질에 가해지는 전기장의 세기가 감소되는 것을 방지하기 위하여, 도전성 소재로 형성된다. 일반적인 양극활물질의 잔존 세정액은 그 양이 많지 않다. 따라서, 필터를 일반적인 여과포를 이용하여 제조할 경우, 여과포가 젖는 상태를 유지하기 보다는 건조한 상태가 될 가능성이 높다. 이 경우, 여과포가 절연기능을 수행할 수밖에 없기 때문에, 전극들 사이에 절연체가 삽입되는 구조와 유사하게 되어, 전극들 사이의 전기장의 세기(즉, 잔존 세정액을 전극으로 유인하는 힘)가 감소하기 때문에, 탈수 성능의 저하가 발생될 가능성이 매우 높다. 따라서 본 실시예에서는 상기 필터(1400)를 상기 가이드 장치(1200) 상에 배치하되, 도전성 소재로 형성함으로써 탈수 성능을 지속적으로 유지할 수 있도록 한다.
본 실시예에서는 상기 필터(1400)가 도전성 및 내부식성 향상을 위해 스테인레스(SUS, Steel Use Stainless) 소재로 형성되는 것을 예로 들지만, 상기 필터(1400)는 도전성을 갖는 다른 소재로 변경이 가능하다. 즉, 스테인레스는 도전성 소재이지만 전기 전도도가 낮은 단점이 있다. 하지만 내부식성의 성능이 우수한 장점이 있으므로 세정액 등에 의해 부식되지 않고 지속적인 사용이 가능한 장점이 있다. 도전성 소재로는 금속 소재뿐만 아니라, 비도전성 소재와 도전성 소재가 혼합되어 전체적으로 도전성을 가지는 소재가 사용될 수도 있다. 즉, 본 발명에서 상기 필터(1400)는 전기 전도도가 매우 높은 소재만이 아니라, 비도전성 소재만을 제외하는 것을 의미한다.
상기 스페이서(1500)는 상기 드럼(1100)과 상기 필터(1400)가 직접 접촉되는 것을 방지하도록 상기 드럼(1100)과 상기 필터(1400) 사이의 간격을 유지하기 위하여, 상기 드럼(1100) 또는 상기 필터(1400)에 배치된다. 본 실시예에서는 상기 스페이서(1500)가 상기 드럼(1100)의 외주면에 밀착되도록 고정되는 것을 예로 든다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 스페이서(1500)가 상기 가이드 장치(1200) 상에 배치되는 필터(1400)에 밀착되도록 고정되는 구조로 형성될 수도 있다. 상기 스페이서(1500)는 격자 형태 또는 일정한 간격을 갖는 여러 개의 선으로 이루어진 형태일 수 있고 전기 절연성 소재로 형성된다. 본 실시예에서 상기 스페이서(1500)는 유리섬유 소재인 것을 예로 든다.
본 실시예에서 상기 스페이서(1500)는 도 4를 참조하는 바와 같이 상기 드럼(1100)의 외주면에 끼워질 수 있는 구조로 형성된다. 즉, 상기 스페이서(1500)는 상기 드럼(1100)에 탈착 가능한 구조를 갖는다. 구체적으로 상기 스페이서(1500)는 내부에 중공이 형성되어 있는 원기둥 형상을 갖되, 상면 및 하면이 개구되어 있고, 측면 둘레를 따라에 복수 개의 홀이 형성되어 있는 메쉬 형태 또는 격자 형태의 구조로 형성된다. 본 실시예에서 상기 스페이서(1500)는 일체형인 것을 예로 든다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 스페이서(1500)를 길이방향을 따라 두 개의 부분으로 분리 가능한 구조로 형성될 수도 있다. 이 때 상기 스페이서(1500)는 분리된 두 부분을 끼움 결합을 통해 결합할 수 있다. 이 때 상기 분리된 두 부분 중 제1부분에는 끼움 돌출부가 형성될 수 있고, 다른 부분인 제2부분에는 상기 끼움 돌출부가 삽입될 수 있는 끼움 돌출부 결합 홈이 형성될 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 다른 결합 수단을 이용해서 결합할 수 있는 구조로 형성될 수도 있다. 이러한 분리 가능한 구조로 형성될 경우 상기 스페이서(1500)를 상기 드럼(1100)에 결합하거나 분리하기 용이한 장점이 있다.
본 실시예에서는 상기 스페이서(1500)의 측면이 격자 형태로 복수 개의 홀이 형성되어 있는 구조인 것을 예로 들지만, 상기 스페이서(1500)는 상기 드럼(1100)의 측면에 상기 드럼(1100)의 길이 방향으로 연장되도록 배치되되, 상기 드럼(1100)의 측면 둘레방향을 따라 간격이 유지되는 복수 개의 선형 부재가 이격되도록 배치될 수 있다. 또한 상기 스페이서(15000는 상기 드럼(1100)의 측면에 둘레 방향으로 연장되도록 배치되되, 상기 드럼(1100)의 측면 길이 방향을 따라 간격이 유지되는 복수 개의 선형 부재가 이격되도록 배치될 수도 있다.
본 실시예에서 상기 양극활물질이 상기 이송 부재(1300)에 의해 상기 드럼(11000과 상기 가이드 장치(1200) 사이로 이송될 때, 상기 드럼(1100)의 외주면에 배치되는 스페이서(1500)와 상기 가이드 장치(1200)의 외주면에 배치되는 필터(1400)는 이격되어 있지 않고 밀착되어 있다. 구체적으로 상기 양극활물질은 상기 드럼(1100)과 상기 가이드 장치(1200) 사이로 들어가면서 일측은 상기 드럼(1100) 또는 스페이서(1500)와 밀착되고 타측은 상기 필터(1400)에 밀착된다. 즉, 상기 양극활물질이 상기 드럼(1100)과 상기 가이드 장치(1200) 사이로 들어가면서 메쉬 구조로 형성되는 상기 스페이서(1500) 또는 상기 필터(1400)의 텐션에 의해 압력이 생성되어 상기 양극활물질이 상기 드럼(1100) 또는 스페이서(1500)와 상기 필터(1400) 사이에 밀착되도록 끼워지게 된다.
본 실시예에서 상기 스페이서(1500)가 상기 가이드 장치(1200)에 설치될 경우, 상기 가이드 장치(1200)에는 털이롤이 설치될 수 있다. 상기 털이롤은 상기 스페이서(1500)에 붙어서 떨어지지 않는 양극활물질을 제거하기 위해 설치된다. 본 실시예에서 상기 털이롤은 상기 가이드 장치(1200) 중에서 상기 양극활물질이 배출되는 9시 방향 단부에 설치된다. 구체적으로 상기 가이드 장치(1200) 중에서 9시 방향에 설치되는 롤러부재와 인접하여 이격되도록 배치된다. 이 때 상기 스페이서(1500)는 상기 가이드 장치(1200) 중에서 9시 방향에 설치되는 롤러부재로부터 상기 털이롤까지 연장되어 상기 털이롤을 포함하여 무한궤도를 형성한다. 상기 털이롤은 상기 스페이서(1500)에 붙어서 떨어지지 않는 양극활물질을 제거하기 위해서 표면이 올록볼록한 구조로 형성된다. 상기 털이롤의 하부에는 상기 털이롤에 의해 상기 스페이서(1500)로부터 떨어져 나오는 양극활물질을 수거하기 위한 수거 벨트가 더 배치된다. 상기 수거 벨트는 상기 이송 부재(1300)와 간섭되지 않도록 설치된다.
도 7을 참조하면, 상기 드럼 냉각장치(1600)는 상기 드럼(1100)의 과열을 방지하기 위해 설치된다. 도 7은 상기 드럼(1100)을 드럼축이 배치되는 방향과 평행한 방향에서 바라본 단면도이다. 상기 드럼 냉각장치(1600)는 냉각수 유동관(1610), 냉각수 유입구(1620), 냉각수 배출구(미도시), 송풍팬(미도시)을 포함한다. 상기 냉각수 유동관(1610)은 상기 드럼 본체부(1110)의 내주면에 밀착되도록 배치된다. 상기 드럼 본체부(1110)는 냉각수 유동관 본체부(1611) 및 냉각수 유동관 돌출부(1112)를 포함한다.
상기 냉각수 유동관 본체부(1611)는 상기 냉각수 유입구(1620)로 유입된 냉각수가 유동할 수 있는 공간을 제공하는 부분으로서, 내부에 유체가 유동할 수 있는 중공이 형성되어 있는 구조이다. 상기 냉각수 유동관 본체부(1611)는 상기 드럼 본체부(1110)의 내주면에 밀착되도록 배치된다. 상기 냉각수 유동관 돌출부(1612)는 상기 냉각수 유동관 본체부(1611)에서 상기 드럼(1100)의 내부 중심 방향으로 연장되어 돌출된 부분이다. 상기 냉각수 유동관 돌출부(1612)는 상기 냉각수 유동관 본체부(1611)와 연통되어 있다. 상기 냉각수 유동관 돌출부(1612)의 내부에도 상기 냉각수가 채워질수 있는 공간이 형성되어 있다. 상기 냉각수 유동관 돌출부(1612)는 상기 드럼 본체부(1110)의 내주면을 따라 복수 개가 이격되어 형성되어 있다. 상기 냉각수 유동관 돌출부(1612)는 상기 냉각수 유동관(1610)의 표면적을 넓게하여 상기 송풍팬으로부터 공기가 공급될 때 냉각 효율을 향상시키기 위해 형성된다. 본 실시예에서는 상기 냉각수 유동관 돌출부(1612)가 상기 드럼 본체부(1110)의 내부 중심 방향으로 돌출되어 있는 것만 예로 들지만, 상기 냉각수 유동관 돌출부(1612) 서로 간에 연통되는 통로가 부가적으로 더 형성될 수도 있다.
상기 냉각수 유입구(1620)는 상기 드럼 본체부(1110)의 축방향의 일측 가장자리에 형성된다. 상기 냉각수 유입구(1620)는 상기 축방향과 평행하게 형성되는 것을 예로 들지만, 상기 냉각수 유입구(1620)는 상기 드럼 본체부(1110)의 중심에서 테두리를 향하는 방향으로 형성될 수도 있다. 그리고 상기 냉각수 배출구는 상기 드럼 본체부(1110)의 축방향의 타측 가장자리에 형성되는 것을 예로 들지만, 상기 냉각수 배출구의 형성 위치는 변경이 가능하다.
상기 송풍팬은 상기 드럼 본체부(1110)의 내부에 차가운 공기를 공급하기 위해 설치된다. 상기 송풍팬은 상기 드럼 본체부(1110)의 내부에 설치되는 것을 예로 들지만, 상기 송풍팬은 상기 드럼 본체부(1110)의 외부에 설치될 수도 있다. 도면에는 도시하지 않지만 상기 드럼 본체부(1110)는 상기 드럼 본체부(1110)의 축방향의 일측 및 타측에 공기가 유동할 수 있는 공기 유동 홀이 복수 개 형성될 수 있다. 상기 공기 유동 홀을 통해서 상기 드럼 냉각장치(1600)에 의해 열교환된 더운 공기가 상기 드럼 본체부(1110) 외부로 배출될 수 있다.
그리고 도면에는 도시하지 않지만, 상기 드럼 본체부(1110) 내부에 설치되어 상기 드럼 본체부(1110)의 온도를 감지하는 온도 센서가 설치될 수 있다. 그리고 상기 드럼축의 일측 및 타측 가장자리 외주면에는 상기 드럼 본체부(1110)가 회전할 때 빛을 발산하는 엘이디(LED) 광원이 설치될 수 있다. 상기 엘이디 광원은 상기 드럼(1100)의 온도가 설정된 온도를 넘지 않을 경우에는 제1색상의 빛을 발산하고, 상기 드럼(1100)의 온도가 설정된 온도를 넘을 경우 상기 제1색상과는 다른 제2색상의 빛을 발산할 수 있다. 상기 엘이디 광원은 상기 온도 센서와 연결되어 상기 드럼 본체부(1110)의 온도 변화에 따라 색상이 변화할 수 있다.
상기 드럼 본체부(1110)에 배치되는 제어부는 상기 냉각수 유입구(1620)를 통한 상기 냉각수의 공급 및 상기 송풍팬의 작동을 자동으로 제어할 수 있다. 상기 제어부는 관리자에 의해 설정된 온도를 유지하도록 상기 냉각수의 공급 및 상기 송풍팬의 작동을 제어한다. 이 때 상기 제어부의 제어에 의해서도 상기 드럼 본체부(1110)의 온도가 제어되지 않아서 상기 엘이디 광원의 색상이 제2색상으로 변경된 경우에는, 관리자가 상기 드럼 본체부(1110)의 온도가 설정 온도를 이탈한 것을 상기 엘이디 광원의 색상 변화를 통해 시각적으로 확인하고 상기 제어부의 온도 제어 설정을 변경할 수 있다.
도면에는 도시하지 않지만, 상기 가이드 장치(1200)에도 상기 가이드 장치(1200)의 과열을 방지하기 위한 가이드 장치 냉각장치가 설치된다. 상기 가이드 장치(1200)에 설치되는 냉각장치는 상기 가이드 장치(1200)의 과열을 방지하기 위한 공랭식 냉각장치일 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 가이드 장치(1200)의 과열을 방지할 수 있도록 상기 드럼 냉각 장치(1600)와 유사한 구조의 냉각장치가 형성될 수도 있다. 이 때 상기 냉각장치는 상기 가이드 장치 본체부(1210)를 구성하는 회전 롤러 각각의 내주면에 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치(2000)는 드럼(2100), 가이드 장치(2200), 양극활물질(미도시)이 안착된 상태로 상기 드럼(2100)과 상기 가이드 장치(2200) 사이로 연속적으로 이송되도록 하는 이송 부재(2300), 필터(2400), 스페이서(2500), 드럼 냉각장치(미도시) 및 양극활물질 털이장치(2600)를 포함한다. 본 실시예에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치(2000)는 도 1 내지 7에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수장치(1000)와 비교할 때 양극활물질 털이장치(2600)가 더 부가된 점에 차이가 있고, 그 외 구성이 도 1 내지 7에 따른 연속식 양극활물질 전기탈수 장치(1000)와 유사하다. 따라서 양극활물질 털이장치(2600)를 중심으로 설명하고 그 외 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 양극활물질 털이장치(2600)는 상기 가이드 장치(2200)와 연결되도록 설치된다. 상기 양극활물질 털이장치(2600)는 털이롤(2610) 및 수거 벨트(2620)를 포함한다. 상기 털이롤(2610)은 상기 필터(2400)에 붙어서 떨어지지 않는 양극활물질을 제거하기 위해 설치된다. 본 실시예에서 상기 털이롤(2610)은 상기 가이드 장치(2200) 중에서 상기 양극활물질이 배출되는 9시 방향 단부에 설치된다. 구체적으로 상기 가이드 장치(2200) 중에서 9시 방향에 설치되는 롤러부재와 인접하여 이격되도록 배치된다. 이 때 상기 필터(2400)는 상기 가이드 장치(2200) 중에서 9시 방향에 설치되는 롤러부재로부터 상기 털이롤(2610)까지 연장되어 상기 털이롤(2610)을 포함하여 무한궤도를 형성한다. 상기 털이롤(2610)은 상기 필터(2400)에 붙어서 떨어지지 않는 양극활물질을 제거하기 위해서 표면이 올록볼록한 구조로 형성된다. 즉, 상기 필터(2400)에 붙어 있는 양극활물질은 상기 털이롤(2610)의 올록볼록한 표면과 접촉되면서 마찰 또는 충격에 의해 떨어져 나간다.
상기 털이롤(2610)의 하부에는 상기 털이롤(2610)에 의해 상기 필터(2400)로부터 떨어져 나오는 양극활물질을 수거하기 위한 수거 벨트(2620)가 더 배치된다. 상기 수거 벨트(2620)는 상기 이송 부재(2300)와 간섭되지 않도록 설치된다. 본 실시예에서는 상기 털이롤(2610)이 상기 필터(2400)에 붙어 있는 양극활물질을 제거하는 것을 예로 들지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 스페이서(2500)가 상기 드럼(2100)이 아닌 상기 가이드 장치(2200)에 설치될 수 있고, 이 때는 상기 털이롤(2610)이 상기 스페이서(2500)에 붙어서 떨어지지 않는 양극활물질을 제거할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명을 이용하면 회전하는 드럼 및 가이드 장치 사이에 양극활물질이 투입되어 연속적으로 양극활물질을 탈수할 수 있는 연속식 양극활물질 전기탈수 장치를 제공할 수 있다.
Claims (13)
- 제1전극을 포함하는 회전하는 드럼;양극활물질이 안착된 상태로 이동하여, 상기 양극활물질을 상기 드럽으로 연속적으로 이송하는 이송 부재; 및상기 드럼의 일부 또는 전체를 감싸도록 배치되며, 상기 드럼의 외주면과의 사이로 상기 이송 부재가 이동할 때 상기 양극활물질은 상기 드럼의 외주면과의 사이에 밀착되며, 상기 제1전극과의 전위차에 의한 전기장을 생성하는 제2전극을 포함하여, 상기 이송 부재에 의하여 유입되는 상기 양극활물질에 잔존하는 세정액이 상기 전기장에 의하여 전기 영동 방식으로 탈수되게 하는 가이드 장치를 포함하는,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 가이드 장치는,상기 양극활물질이 상기 드럼의 6시 방향으로 투입된 후, 상기 드럼의 외주면과의 사이를 따라 이동하다가 상기 드럼의 12시를 지나서 3시 방향 또는 9시 방향으로 배출되도록 상기 드럼의 외주면 일부를 감싸는 형태로 배치되는,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 제1전극은 직류 전원이 인가되는 양극(+)이고, 상기 제2전극은 직류 전원이 인가되는 음극(-)인,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 드럼은,원통 형상을 갖는 드럼 본체부; 및상기 드럼 본체부의 외주면을 덮고, 불용성을 갖는 상기 제1전극을 포함하는,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 가이드 장치는,물과 수증기가 통과할 수 있는 타공성 구조로 형성되는,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 드럼과 상기 가이드 장치 사이에 배치되되, 상기 가이드 장치 상에 밀착되도록 배치되고, 상기 양극활물질은 통과할 수 없으며, 상기 전기 영동 방식에 의하여 상기 양극 활물질로부터 배출되는 세정액은 통과할 수 있는 필터를 더 포함하는,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
- 청구항 6에 있어서,상기 필터는,상기 양극활물질에 가해지는 상기 전기장의 세기가 감소되는 것을 방지하기 위해서 도전성 소재로 형성되는,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
- 청구항 6에 있어서,상기 필터는,교체가 가능하도록 상기 가이드 장치로부터 탈착 가능한,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
- 청구항 6에 있어서,상기 드럼과 상기 필터가 직접 접촉되는 것을 방지하도록 상기 드럼과 상기 가이드 장치 사이의 간격을 유지하기 위하여, 상기 드럼 또는 상기 필터에 배치되는 스페이서를 더 포함하는,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
- 청구항 9에 있어서,상기 스페이서는,메쉬 형태의 구조, 선형 부재가 상기 드럼의 길이 방향을 따라 연장되되 상기 드럼의 둘러 방향을 따라 복수 개가 이격되도록 배치되는 구조 또는 상기 선형 부재가 상기 드럼의 둘레 방향을 따라 연장되되 상기 드럼의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격되도록 배치되는 구조이며, 전기 절연성을 갖는,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 드럼의 내주면에는 상기 드럼의 과열을 방지하기 위한 드럼 냉각장치가 더 배치되는,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
- 청구항 1에 있어서,싱기 가이드 장치에는 상기 가이드 장치의 과열을 방지하기 위한 가이드 장치 냉각장치를 더 포함하는,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
- 청구항 9에 있어서,상기 가이드 장치 중에서 상기 양극활물질이 배출되는 방향의 단부와 인접한 부분에 배치되되,상기 스페이서가 상기 드럼에 배치될 때는 상기 필터와 접촉되면서 상기 필터에 붙어서 떨어지지 않는 양극활물질을 제거하고, 상기 스페이서가 상기 필터 상에 배치될 때는 상기 스페이서와 접촉되면서 상기 스페이서에 붙어서 떨어지지 않는 양극활물질을 제거하는 양극활물질 털이장치를 더 포함하는,연속식 양극활물질 전기탈수 장치.
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