KR102406391B1 - 이차 전지 양극재 제조 방법 - Google Patents
이차 전지 양극재 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102406391B1 KR102406391B1 KR1020190172484A KR20190172484A KR102406391B1 KR 102406391 B1 KR102406391 B1 KR 102406391B1 KR 1020190172484 A KR1020190172484 A KR 1020190172484A KR 20190172484 A KR20190172484 A KR 20190172484A KR 102406391 B1 KR102406391 B1 KR 102406391B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- powder
- secondary battery
- rotary kiln
- manufacturing
- cathode material
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Mn].[Co].[Ni] KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 10
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 7
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 24
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 17
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical group O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SEVNKUSLDMZOTL-UHFFFAOYSA-H cobalt(2+);manganese(2+);nickel(2+);hexahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Mn+2].[Co+2].[Ni+2] SEVNKUSLDMZOTL-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010517 secondary reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
- C01G53/40—Complex oxides containing nickel and at least one other metal element
- C01G53/42—Complex oxides containing nickel and at least one other metal element containing alkali metals, e.g. LiNiO2
- C01G53/44—Complex oxides containing nickel and at least one other metal element containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
- C01D15/00—Lithium compounds
- C01D15/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
- C01G53/40—Complex oxides containing nickel and at least one other metal element
- C01G53/42—Complex oxides containing nickel and at least one other metal element containing alkali metals, e.g. LiNiO2
- C01G53/44—Complex oxides containing nickel and at least one other metal element containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese
- C01G53/50—Complex oxides containing nickel and at least one other metal element containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese of the type (MnO2)n-, e.g. Li(NixMn1-x)O2 or Li(MyNixMn1-x-y)O2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
- C01G53/80—Compounds containing nickel, with or without oxygen or hydrogen, and containing one or more other elements
- C01G53/82—Compounds containing nickel, with or without oxygen or hydrogen, and containing two or more other elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric 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
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- 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
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/505—Selection 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
-
- 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
- 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
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.
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.
로터리 킬른(RK), 내화물 코팅층(CL), 나선형 배플(SB)
Claims (5)
- 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 포함하며,
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 포함하며,
상기 혼합 분말을 성형하는 단계는 질소 분위기의 밀폐 공간에서 수행되며,
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. - 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. - 삭제
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190172484A KR102406391B1 (ko) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | 이차 전지 양극재 제조 방법 |
| PCT/KR2020/018387 WO2021125759A1 (ko) | 2019-12-20 | 2020-12-15 | 이차 전지 양극재 제조 방법 |
| EP20901242.6A EP4079692A4 (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 |
| JP2022538301A JP7415007B2 (ja) | 2019-12-20 | 2020-12-15 | 二次電池正極材の製造方法 |
| US17/787,737 US20230073531A1 (en) | 2019-12-20 | 2020-12-15 | Method for preparing secondary battery cathode material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190172484A KR102406391B1 (ko) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | 이차 전지 양극재 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210080091A KR20210080091A (ko) | 2021-06-30 |
| KR102406391B1 true KR102406391B1 (ko) | 2022-06-07 |
Family
ID=76476638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190172484A Active KR102406391B1 (ko) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | 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 (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101797147B1 (ko) * | 2016-09-30 | 2017-11-15 | 휴먼에너지(주) | 로터리 킬른 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2002223126A1 (en) * | 2000-11-17 | 2002-05-27 | 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 |
| KR101992760B1 (ko) * | 2016-03-31 | 2019-06-26 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 이차전지용 양극활물질 및 이를 포함하는 양극 |
| CA3045961A1 (en) * | 2016-12-21 | 2018-06-28 | Albemarle Germany Gmbh | Method for producing lithium oxide |
| 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 |
| KR102288291B1 (ko) * | 2018-04-12 | 2021-08-10 | 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 |
-
2019
- 2019-12-20 KR KR1020190172484A patent/KR102406391B1/ko active Active
-
2020
- 2020-12-15 JP JP2022538301A patent/JP7415007B2/ja active Active
- 2020-12-15 EP EP20901242.6A patent/EP4079692A4/en active Pending
- 2020-12-15 WO PCT/KR2020/018387 patent/WO2021125759A1/ko unknown
- 2020-12-15 US US17/787,737 patent/US20230073531A1/en active Pending
- 2020-12-15 CN CN202080088874.0A patent/CN114845959A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101797147B1 (ko) * | 2016-09-30 | 2017-11-15 | 휴먼에너지(주) | 로터리 킬른 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114845959A (zh) | 2022-08-02 |
| KR20210080091A (ko) | 2021-06-30 |
| EP4079692A4 (en) | 2024-01-31 |
| JP2023508018A (ja) | 2023-02-28 |
| WO2021125759A1 (ko) | 2021-06-24 |
| US20230073531A1 (en) | 2023-03-09 |
| EP4079692A1 (en) | 2022-10-26 |
| JP7415007B2 (ja) | 2024-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI497807B (zh) | Production method of positive electrode active material for lithium ion battery and positive electrode active material for lithium ion battery | |
| JP5710788B2 (ja) | ロータリーキルンを用いた電極物質のか焼方法 | |
| CN112125353B (zh) | 锂离子电池用高镍三元正极材料的制备方法 | |
| KR102288291B1 (ko) | 양극 활물질의 제조방법 | |
| US11713925B2 (en) | Sagger for firing secondary battery active material and method for manufacturing secondary battery active material using same | |
| 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 | |
| KR102406391B1 (ko) | 이차 전지 양극재 제조 방법 | |
| JP7122021B2 (ja) | リチウム遷移金属酸素化合物の製造方法 | |
| CN110015699B (zh) | 一种过渡金属锂氧化物的制备方法及装置 | |
| JP2018090485A (ja) | リチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウムの製造方法、リチウムニッケル複合酸化物製造用水酸化リチウム、及びリチウムニッケル複合酸化物の製造方法 | |
| JP2010024085A (ja) | リチウムニッケル複合酸化物の製造方法 | |
| JP7159589B2 (ja) | 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 | |
| US20230343923A1 (en) | Sintered cathode active material bricks and methods thereof | |
| JPH11111290A (ja) | リチウム二次電池用正極材料及びその製造方法 | |
| CN110112400B (zh) | 一种过渡金属锂氧化物的制备方法及装置 | |
| JPH09129229A (ja) | リチウム二次電池用正極材料の製造方法 | |
| JP7194891B2 (ja) | 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 | |
| KR102043783B1 (ko) | 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 이차 전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 이차 전지 | |
| CN113526481A (zh) | 一种流态化烧结制备锂离子电池正极材料的方法 | |
| JP7332124B2 (ja) | 非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法、成形体、集合体、及び、非水系電解質二次電池の製造方法 | |
| JP7594850B2 (ja) | ホッパーおよびそれを用いた二次電池用正極活物質の焼成装置 | |
| JP7176326B2 (ja) | 乾燥水酸化リチウムの製造方法 | |
| US7829223B1 (en) | Process for preparing lithium ion cathode material | |
| JP2020158188A (ja) | ホッパーおよびそれを用いた二次電池用正極活物質の焼成装置 | |
| JP2024153278A (ja) | リチウム金属複合酸化物の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20191220 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20210415 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20211005 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20220401 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20220602 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20220602 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |