KR20140107750A - Continuous mass-production apparatus for precursor of secondary battery by Couette-Taylor vortex - Google Patents

Abstract

The present invention relates to an apparatus for conducting a continuous mass production of a precursor for a secondary battery using couette-taylor vortex. According to the present invention, a synthetic precursor seed can be grown along a couette-taylor vortex, while orderly proceeding growth zones, thus enabling a user to conduct a continuous mass production of evenly grown precursors.

Description

쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치{Continuous mass-production apparatus for precursor of secondary battery by Couette-Taylor vortex}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a continuous mass production apparatus for a secondary battery using a Quatt-Taylor vortex reaction,

본 발명은 이차전지용 전구체의 연속 생산 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 쿠에트-테일러 와류를 이용하여 합성된 전구체가 성장공간을 순차적으로 이동하며 성장할 수 있도록 하여 균질하게 성장된 전구체를 대량으로 생산해낼 수 있는 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus for continuously producing a precursor for a secondary battery, and more particularly, to a system for continuously producing precursors for a secondary battery, in which a precursor synthesized using a Kuett-Taylor vortex grows in succession in a growth space to produce a homogeneously grown precursor And more particularly, to a continuous mass production apparatus for a secondary cell precursor using a quat-Taylor vortex reaction.

이차전지용 양극활물질의 제조방법으로는 크게 고상 반응법과 습식법이 있다.As a method of producing the cathode active material for a secondary battery, there are a solid phase reaction method and a wet method.

고상 반응법은 각 구성 원료 분말을 혼합하여 수 회 소성하고 분쇄하는 과정으로 이루어진다. 그러나 이러한 과정으로는 조성이 불균일하고, 분쇄시 불순물의 유입 가능성이 크며, 높은 온도에서 수 회 소성해야 하므로 에너지가 많이 소모된다는 문제가 있다.The solid-phase reaction method is a process of mixing and pulverizing several constituent raw powders several times. However, such a process has a problem in that the composition is uneven, the possibility of impurities is high during the grinding, and a large amount of energy is consumed since it has to be sintered at a high temperature.

또한 습식법은 분무 열분해법과 공침법으로 나뉜다. 분무 열분해법은 구성 원료를 용매에 녹인 후 일정한 크기의 액적을 발생시키고 순간적으로 소성하여 금속 산화물을 얻는 방법으로 금속원자간의 안정한 결정구조를 형성할 시간이 확보되지 않으므로 이차전지용 양극활물질로서 충방전을 반복할 경우 결정구조가 쉽게 붕괴되어 전지의 수명을 단축시키는 원인이 된다.The wet process is divided into spray pyrolysis and coprecipitation. The spray pyrolysis method is a method of dissolving a constituent material in a solvent and generating a droplet of a certain size and instantly firing to obtain a metal oxide. As a cathode active material for a secondary battery, Repeated cycles can easily disintegrate the crystal structure and shorten the lifetime of the battery.

공침법은 구성 원료를 용매에 녹인 후 PH 조절을 통하여 금속수산화물 전구체를 합성 및 성장시키는 방식이다.The coprecipitation method is a method of synthesizing and growing a metal hydroxide precursor by controlling the pH after dissolving the constituent materials in a solvent.

그러나 종래의 공침법으로 금속수산화물 전구체를 제조할 시에는, 하나의 반응기 내에 구성 원료를 투입한 후 합성과 성장 과정을 마칠때까지 대략 5시간 내지 30시간의 장시간을 대기해야하기 때문에 연속적인 대량 생산이 어렵다는 문제가 있다.However, when the metal hydroxide precursor is prepared by the conventional coprecipitation method, it is necessary to wait for a long time of about 5 to 30 hours until the synthesis and the growth process are completed after putting the constituent materials into one reactor, There is a problem that this is difficult.

한편 이차전지용 전구체의 제조와 관련된 종래의 기술로는 대한민국 공개특허 제10-2011-0063360호 등이 있다.
Meanwhile, Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0063360 is known as a conventional technique related to the production of a precursor for a secondary battery.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 공침법을 이용한 이차전지용 전구체의 생산에 있어서, 합성공간에서 합성된 전구체가 쿠에트-테일러 와류를 따라 성장공간을 순차적으로 이동하며 성장할 수 있도록 함으로써 균질하게 성장된 전구체를 연속적으로 대량 생산해낼 수 있는 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
DISCLOSURE Technical Problem The present invention has been conceived to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a method of producing a precursor for a secondary battery by coprecipitation, wherein a precursor synthesized in a synthesis space is sequentially The present invention provides a continuous mass production apparatus for a secondary cell for a secondary battery using a Kuett-Taylor vortex reaction capable of successively mass-producing a uniformly grown precursor by allowing it to move and grow.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치는, 내측에 공간을 갖는 생산챔버; 상기 생산챔버 내측의 공간을 복수개로 구획하고, 상기 구획된 공간의 온도를 조절하는 히터; 및 상기 히터에 의해 구획된 각각의 공간에 설치되고 모터에 의해 회전하는 내통;을 포함하며, 상기 복수개로 구획된 공간 중 최초 공간에 원재료, 수산화나트륨 및 암모니아를 투입하고 상기 내통을 회전시켜 쿠에트-테일러 와류가 발생하여 전구체가 합성되면, 상기 합성된 전구체가 상기 쿠에트-테일러 와류를 따라 다음 단의 공간으로 이동하며 성장할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for continuously mass-producing a precursor for a secondary battery using a Kuett-Taylor vortex reaction, the apparatus comprising: a production chamber having a space inside; A heater for partitioning a space inside the production chamber into a plurality of spaces and regulating a temperature of the divided space; And an inner cylinder installed in each of the spaces partitioned by the heater and rotated by a motor, wherein raw materials, sodium hydroxide and ammonia are charged into the first space among the plurality of spaces, and the inner cylinder is rotated, When the Taylor vortex is generated and the precursor is synthesized, the synthesized precursor can grow to the next space along the Kuett-Taylor vortex.

한편 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치는, 내측에 공간을 갖는 생산챔버; 상기 생산챔버 내측의 공간을 복수개로 구획하며, 일 지점에 전구체이송공이 형성되어 있는 격벽; 상기 복수개로 구획된 공간 각각에 설치되어 온도를 조절하는 히터; 및 상기 격벽에 의해 구획된 각각의 공간에 설치되고 모터에 의해 회전하는 내통;을 포함하며, 상기 격벽에 의해 구획된 공간 중 최초 공간에 원재료, 수산화나트륨 및 암모니아를 투입하고 상기 내통을 회전시켜 쿠에트-테일러 와류가 발생하여 전구체가 합성되면, 상기 합성된 전구체가 상기 쿠에트-테일러 와류를 따라 이동하여 상기 격벽의 전구체이송공을 통해 다음 단으로 순차적으로 넘어가면서 성장이 이루어질 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for continuously mass-producing a precursor for a secondary battery using a Quatt-Taylor vortex reaction, the apparatus comprising: a production chamber having a space inside; A partition wall partitioning the space inside the production chamber into a plurality of spaces and having a precursor delivery hole formed at one point; A heater installed in each of the plurality of divided spaces to adjust the temperature; And an inner cylinder which is installed in each of the spaces defined by the partition walls and rotates by a motor, wherein raw materials, sodium hydroxide and ammonia are introduced into the first space out of the spaces defined by the partition walls, When the Et-Taylor vapors are generated and the precursor is synthesized, the synthesized precursor moves along the Kuett-Taylor vortex, and the precursor of the partition progresses sequentially to the next stage through the holes.

여기서, 상기 원재료는 황산니켈, 황산코발트, 황산망간 또는 질산알루미늄을 포함할 수 있다.
Here, the raw material may include nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, or aluminum nitrate.

본 발명에 따르면 생산챔버 내의 공간을 히터 또는 격벽으로 복수개로 구획하고, 최초의 합성공간에 원재료, 수산화나트륨 및 암모니아를 투입하여 내통을 회전시키면, 쿠에트-테일러 와류가 발생하여 전구체 시드가 합성되고, 합성된 전구체 시드는 테일러 와류를 따라 순차적으로 다음 단의 성장공간으로 이동하면서 지속적으로 성장할 수 있어서, 입자가 균질한 전구체 시드를 연속적으로 대량 생산할 수 있다.
According to the present invention, when a space in a production chamber is partitioned into a plurality of heaters or partition walls and raw materials, sodium hydroxide and ammonia are introduced into the first synthesis space and the inner cylinder is rotated, a Kuett-Taylor vortex is generated to synthesize a precursor seed , The synthesized precursor seed can continuously grow along the Taylor vortex to the growth space of the next stage, so that the particles can produce a uniform mass of the precursor seed continuously.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치를 설명하기 위한 도면.
도2는 쿠에트-테일러 와류를 설명하기 위한 도면.
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치를 설명하기 위한 도면.
도4은 본 발명의 제3실시예에 따른 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치를 설명하기 위한 도면.
도5는 본 발명의 제4실시예에 따른 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치를 설명하기 위한 도면.
도6은 도1에 도시된 생산챔버를 복수개 결합하여 전구체를 연속 생산하는 장치에 대한 개념을 설명하기 위한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining a precursor continuous mass production apparatus for a secondary battery using a Kuett-Taylor vortex reaction according to a first embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 2 is a view for explaining a Kuett-Taylor vortex; Fig.
3 is a view for explaining a precursor continuous mass production apparatus for a secondary battery using a Kuett-Taylor vortex reaction according to a second embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a precursor continuous mass production apparatus for a secondary battery using a Kuett-Taylor vortex reaction according to a third embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a precursor continuous mass production apparatus for a secondary battery using a Kuett-Taylor vortex reaction according to a fourth embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a concept of an apparatus for continuously producing precursors by combining a plurality of production chambers shown in FIG.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, some configurations which are not related to the gist of the present invention may be omitted or compressed, but the configurations omitted are not necessarily those not necessary in the present invention, and they may be combined by a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs. .

<제1실시예>&Lt; Embodiment 1 >

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치(이하 '전구체 연속 생산 장치'라고 함)를 설명하기 위한 도면이다. 도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 전구체 연속 생산 장치는 내측 공간이 격벽(11)에 의해 복수의 공간(12,13)으로 구획되는 생산챔버(10)와, 각 공간(12,13)에 쿠에트-테일러 와류(v)를 발생시키기 위한 내통(16) 및 온도를 조절하는 히터(15)를 포함하여 이루어진다.FIG. 1 is a view for explaining a continuous mass production apparatus for a secondary cell (hereinafter referred to as a precursor continuous production apparatus) using a Kuett-Taylor vortex reaction according to a first embodiment of the present invention. 1, the apparatus for continuously producing precursor according to the first embodiment of the present invention includes a production chamber 10 in which an inner space is partitioned into a plurality of spaces 12 and 13 by barrier ribs 11, (16) for generating a Kuett-Taylor vortex (v) and a heater (15) for regulating the temperature.

생산챔버(10)의 내측에는 소정 간격으로 격벽(11)이 설치되어 공간이 구획된다. 편의를 위해 가장 앞에 위치된 공간을 합성공간(12)이라 하고, 이후의 공간들을 성장공간(13)이라고 한다.On the inside of the production chamber 10, a partition 11 is provided at a predetermined interval to define a space. For the sake of convenience, the frontmost space is referred to as a synthesis space 12, and subsequent spaces are referred to as a growth space 13.

각각의 공간(12,13)에는 온도 조절을 위한 원통형의 히터(15)가 마련되어 있고, 히터(15) 내에 테일러 와류(v) 발생을 위한 내통(16)이 설치되어 있다. 내통(16)은 모터(17)의 작동으로 회전한다.A cylindrical heater 15 for temperature control is provided in each of the spaces 12 and 13 and an inner tube 16 for generating tail vortex v is provided in the heater 15. The inner cylinder 16 rotates by the operation of the motor 17.

또한 합성공간(12)에는 외부로부터 원재료 용액, 수산화나트륨 용액 및 암모니아 용액이 투입되는 재료투입부(14)가 연결되어 있고, 이후의 성장공간(13)에는 수산화나트륨 용액 및 암모니아 용액이 투입되는 재료투입부(14)가 연결되어 있다. 또 각 공간(12,13)의 온도와 수소이온농도를 측정하는 온도측정부(18)와 PH측정부(19)가 설치되어 있다.In the synthesis space 12, a material input portion 14 into which a raw material solution, a sodium hydroxide solution and an ammonia solution are introduced is connected. In the subsequent growth space 13, a sodium hydroxide solution and an ammonia solution And a charging unit 14 is connected. A temperature measuring unit 18 and a pH measuring unit 19 for measuring the temperature and the hydrogen ion concentration of the respective spaces 12 and 13 are provided.

한편 생산챔버(10) 내의 각각의 격벽(11)에는 전구체이송공(11a)이 형성되어 있고, 히터(15)는 바닥 부분에 소정 높이의 틈이 생기도록 설치된다.
On the other hand, a precursor hole 11a is formed in each partition 11 in the production chamber 10, and a heater 15 is installed at a bottom portion so as to have a gap of a predetermined height.

이상에서 설명한 제1실시예에 따른 전구체 연속 생산 장치를 이용하여 이차전지용 전구체를 연속 생산하는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.A process for continuously producing a precursor for a secondary battery using the precursor continuous production apparatus according to the first embodiment described above will now be described.

먼저 제어수단(미도시)은 히터(15)를 작동시켜 합성공간(12) 및 성장공간(13)을 기 지정된 소정의 온도로 가열한다. 히터(15)의 작동은 온도측정부(18)에서 측정된 온도를 기반으로 각각의 공간(12,13)에서 개별 조절된다.First, the control means (not shown) activates the heater 15 to heat the synthesis space 12 and the growth space 13 to a predetermined temperature. The operation of the heater 15 is individually adjusted in each of the spaces 12 and 13 based on the temperature measured at the temperature measuring unit 18.

이후 제어수단(미도시)은 모터(17)를 구동하여 내통(16)을 회전시키고, 재료투입부(14)를 통해 원재료 용액, 수산화나트륨[NaOH] 용액 및 암모니아[NH₄OH] 용액을 기 지정된 비율로 투입한다.Subsequently, the control means (not shown) drives the motor 17 to rotate the inner cylinder 16 and feeds the raw material solution, the sodium hydroxide [NaOH] solution and the ammonia [NH ₄ OH] Put in the specified ratio.

원재료는 생산하고자 하는 전구체의 특성에 따라 달리 조절된다. 예컨대 황산니켈[NiSO₄], 황산코발트[CoSO₄], 황산망간[MnSO₄] 또는 질산알루미늄[Al(NO₃)₃]에서 선택되는 원료금속을 초순수에 녹인 것을 원재료 용액으로 사용할 수 있다.The raw materials are controlled differently depending on the characteristics of the precursor to be produced. A raw material metal selected from nickel sulfate [NiSO ₄ ], cobalt sulfate [CoSO ₄ ], manganese sulfate [MnSO ₄ ] or aluminum nitrate [Al (NO ₃ ) ₃ ] is dissolved in ultrapure water.

수산화나트륨[NaOH] 용액은 전구체 합성을 위한 공침제로 투입되고, 암모니아[NH₄OH] 용액은 합성공간(12)의 수소이온농도를 조절하기 위해 투입된다. 암모니아 용액의 투입 시기와 양은 PH측정부(19)에서 측정한 수소이온농도에 따라 제어수단(미도시)의 통제 하에 이루어진다.The sodium hydroxide [NaOH] solution is added as a co-precipitant for the synthesis of the precursor, and the ammonia [NH ₄ OH] solution is added to regulate the hydrogen ion concentration in the synthesis space 12. The injection timing and amount of the ammonia solution are controlled by the control means (not shown) according to the hydrogen ion concentration measured by the pH measuring unit 19.

소정의 온도와 PH 분위기에서 미리 지정된 비율에 따라 원재료 용액과 수산화나트륨 용액이 합성공간(12)으로 투입되고 모터(17)의 작동으로 내통(16)이 회전하면, 내통(16)과 히터(15) 사이에서 쿠에트-테일러 와류가 발생하여 원재료 용액과 수산화나트륨 용액이 격렬하게 반응하면서 전구체 시드가 합성된다. When the raw material solution and the sodium hydroxide solution are introduced into the synthesis space 12 at a predetermined temperature and a predetermined rate in the PH atmosphere and the inner cylinder 16 is rotated by the operation of the motor 17, ), A precursor seed is synthesized by reacting violently with the raw material solution and the sodium hydroxide solution.

쿠에트-테일러 와류(Couette-Taylor vortex)란 두 개의 원통 사이에서 유체가 흐를 때 내통(16) 또는 외통이 회전함으로써 특별한 유동 특성이 나타나는 것을 말한다. 즉 도2를 참조하면, 내통(16)이 회전을 할 경우 원심력에 의해 내통(16) 가까이 존재하고 있는 유체들은 고정된 히터(15) 방향으로 나가려는 경향이 있는데, 이로 인하여 유체는 불안정하게 되어 축 방향에 따라 규칙적이며 서로 반대 방향으로 회전하려는 고리쌍 배열의 와류(v)가 형성되고, 이를 '테일러 와류' 또는 '쿠에트-테일러 와류'라고 한다.Couette-Taylor vortex refers to the appearance of special flow characteristics as the inner cylinder (16) or outer cylinder rotates as the fluid flows between the two cylinders. 2, when the inner cylinder 16 rotates, the fluids present near the inner cylinder 16 due to the centrifugal force tend to flow toward the fixed heater 15, which causes the fluid to become unstable A vortex (v) of a high-paired array that is regular and rotates in opposite directions is formed along the axial direction and is referred to as a "Taylor vortex" or a "Kuett-Taylor vortex".

테일러 와류는 내통(16)의 회전 속도가 임계값 이상일 때 나타나며 Taylor수가 640 이상이 되면 테일러 난류가 발생하고, 이 때 매우 이상적인 교반이 이루어지게 되며, 액체에 섞인 특정한 성분을 결정화시키는 공정에서 유리하다. 또한 입자크기 조절 및 균일한 입도 분포의 제품 생산이 가능하여 작업시간도 단축시킬 수 있다.The Taylor vortex occurs when the rotation speed of the inner tube 16 is above the threshold value, and when the Taylor number is 640 or more, Taylor turbulence occurs, which is very ideal for stirring, and is advantageous in the process of crystallizing a specific component mixed with liquid . In addition, it is possible to control the particle size and produce a product having a uniform particle size distribution, thereby shortening the working time.

다시 도1을 참조하면 원재료 용액, 수산화나트륨 용액 및 암모니아 용액의 투입과 내통(16)을 회전시키면 비교적 짧은 시간에 전구체가 합성된다. 그러나 합성된 전구체 시드는 적절한 온도와 PH 분위기에서 수산화나트륨을 지속적으로 투입하여 성장시키는 과정을 거쳐야 한다.Referring again to FIG. 1, when the raw material solution, the sodium hydroxide solution and the ammonia solution are introduced and the inner cylinder 16 is rotated, the precursor is synthesized in a relatively short time. However, the synthesized precursor seeds must undergo continuous growth of sodium hydroxide at a suitable temperature and pH.

즉 합성공간(12)에 원재료 용액, 수산화나트륨 용액 및 암모니아 용액을 지속적으로 투입하면, 테일러 와류(v)에 의해 전구체 시드가 합성되면서, 동시에 테일러 와류(v)를 따라 합성된 전구체 시드가 도면 상에서 하단으로 밀려나게 된다.That is, when the raw material solution, the sodium hydroxide solution and the ammonia solution are continuously introduced into the synthesis space 12, the precursor seeds are synthesized by the Taylor vortex (v), and simultaneously the precursor seeds synthesized along the Taylor vortex (v) To the bottom.

내통(16)의 하단까지 밀려난 전구체 시드는 히터(15) 하단의 틈을 통해 격벽(11)을 따라 밀려 올라가 격벽(11)에 형성된 전구체이송공(11a)으로 투입된다. 즉 합성공간(12)에서 합성된 전구체 시드가 다음 단의 성장공간(13)으로 투입되는 것이다. 이때 전구체 시드의 이송량과 속도는 합성공간(12)에 원재료 용액, 수산화나트륨 용액 및 암모니아 용액을 투입하는 양과 속도에 따라 제어된다.The precursor seed pushed up to the lower end of the inner cylinder 16 is pushed up along the partition 11 through the gap at the lower end of the heater 15 and the precursor formed on the partition 11 is introduced into the through hole 11a. That is, the precursor seeds synthesized in the synthesis space 12 are injected into the growth space 13 at the next stage. At this time, the feed amount and the speed of the precursor seed are controlled in accordance with the amount and speed of feeding the raw material solution, the sodium hydroxide solution and the ammonia solution into the synthesis space (12).

성장공간(13)에서는 마찬가지로 제어수단(미도시)의 제어를 통해 히터(15)가 작동되어 소정의 온도 분위기를 이루고 있으며, 내통(16) 역시 회전하고 있는 상태이다. 또한 재료투입부(14)를 통해 공침제인 수산화나트륨 용액이 추가로 투입될 수 있다.In the growth space 13, similarly, the heater 15 is operated through the control of the control means (not shown) to form a predetermined temperature atmosphere, and the inner cylinder 16 is also rotating. Further, a sodium hydroxide solution, which is a co-precipitant, may be further injected through the material input portion 14. [

따라서 성장공간(13)으로 이동된 전구체 시드는 마찬가지로 내통(16)의 회전으로 인해 테일러 와류(v)가 발생하면서 수산화나트륨과 반응하여 꾸준하게 성장하게 된다. 이때 성장공간(13)에서도 PH측정부(19)에서 측정된 값에 따라 암모니아 용액이 추가로 투입되어 적절한 PH 분위기가 유지될 수 있다.Therefore, the precursor seed moved to the growth space 13 likewise grows steadily by reacting with sodium hydroxide while Taylor vortex (v) is generated due to the rotation of the inner cylinder 16. At this time, the ammonia solution is further added to the growth space 13 according to the value measured by the PH measuring unit 19, so that a proper PH atmosphere can be maintained.

성장공간(13)에서 테일러 와류(v)에 의해 성장하고 있는 전구체 시드는 마찬가지로 지속적으로 밀려 내려가 다시 다음 단의 성장공간(13)으로 이동되고, 마지막 단의 성장공간(13)을 거쳐 수거되는 용액을 필터링 및 건조시켜 전구체를 획득하고, 소정의 소성 과정을 거치면 이차전지용 양극활물질을 얻을 수 있다.The precursor seed growing by the Taylor vortex (v) in the growth space 13 is likewise continuously pushed down and then moved to the growth space 13 of the next stage, and the solution collected through the growing space 13 of the last stage Filtering and drying to obtain a precursor, and subjecting to a predetermined firing process, a cathode active material for a secondary battery can be obtained.

본 실시예에서는 하나의 반응조 내에서 전구체의 합성과 성장이 모두 이루어지도록 하지 않으며, 최초의 합성공간(12)에서는 원재료, 수산화나트륨 및 암모니아를 투입하여 테일러 와류(v)에 의해 전구체가 합성되도록 하고, 합성된 전구체 시드는 다음 단의 성장공간(13)으로 꾸준히 이동하면서 추가로 성장할 수 있기 때문에, 성장 과정까지 장시간 대기할 필요 없이 계속해서 합성 및 성장 공정을 진행할 수 있어서 균질한 입자의 전구체를 대량 생산할 수 있다.In this embodiment, the synthesis and growth of the precursors are not performed in one reaction tank. In the first synthesis space 12, raw materials, sodium hydroxide and ammonia are added to synthesize precursors by Taylor vortex (v) , The synthesized precursor seed can be further grown while continuously moving to the next growth space 13, so that the synthesis and growth process can be continued without waiting for a long time until the growth process, thereby massively producing a homogeneous particle precursor .

한편 생산챔버(10) 내에서 전구체 시드가 거치게 되는 성장공간(13)의 개수와 내통(16)의 회전속도 및 투입되는 원재료의 양을 조절함으로써 최종 전구체의 특성을 조절할 수가 있다.
Meanwhile, the characteristics of the final precursor can be controlled by controlling the number of growth spaces 13 through which the precursor seeds pass in the production chamber 10, the rotational speed of the inner cylinder 16, and the amount of the raw materials to be injected.

<제2실시예>&Lt; Embodiment 2 >

도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치(이하 '전구체 연속 생산 장치'라 함)를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining a precursor continuous mass production apparatus for a secondary cell (hereinafter referred to as a precursor continuous production apparatus) using a Kuett-Taylor vortex reaction according to a second embodiment of the present invention.

제2실시예에 따른 전구체 연속 생산 장치는 제1실시예에서의 장치와 기본적인 구성은 동일하지만, 생산챔버(10) 내측의 공간을 별도의 격벽(11)으로 구획하지 않고, 히터(15)의 배치를 통해 구획한 것이다.The precursor continuous production apparatus according to the second embodiment has the same basic structure as that of the apparatus according to the first embodiment except that the space inside the production chamber 10 is not partitioned into separate partitions 11, It is compartmentalized through layout.

즉 생산챔버(10) 내측에 원통형의 히터(15)를 복수개 설치하여 공간을 구획하되, 상부와 하부에 교차하여 틈이 형성되도록 설치한다.That is, a plurality of cylindrical heaters 15 are provided inside the production chamber 10 to partition the space, and the gap is formed so as to intersect the upper and lower portions.

예컨대 최초 합성공간(12)과 다음 단의 성장공간(13) 사이의 히터(15)는 하부에 틈이 형성되도록 하고, 그 다음 단의 성장공간(13) 사이의 히터(15)는 상부에 틈이 형성되도록 하는 것이다. 또한 같은 방향에서 바라보았을 때 최초 합성공간(12)의 내통(16)을 시계방향으로 회전시켰다면, 다음 단의 성장공간(13)에서는 내통(16)을 반시계방향으로 회전시키도록, 즉 서로 회전 방향이 반대가 되도록 모터(17)의 위치 또는 회전 방향을 조절한다.For example, the heater 15 between the first synthesis space 12 and the next growth space 13 is formed with a gap at the bottom, and the heater 15 between the growth spaces 13 at the next stage has a gap Is formed. When the inner tube 16 of the first synthesis space 12 is rotated in the clockwise direction when viewed from the same direction, the inner tube 16 is rotated in the counterclockwise direction in the growth space 13 at the next stage, The position or rotation direction of the motor 17 is adjusted so that the direction is opposite.

이 상태에서 합성공간(12)을 통해 원재료 용액, 수산화나트륨 용액, 암모니아 용액을 투입하고 적절한 온도 분위기에서 내통(16)을 회전시키면 테일러 와류(v)가 발생하여 전구체 시드가 합성되고, 지속적인 원재료의 투입으로 합성된 전구체 시드는 테일러 와류(v)를 따라 도면상에서 하단으로 밀려나게 된다. 이후 가장 하단으로 밀려난 전구체 시드는 히터(15)의 하단에 형성된 틈을 통해 다음 단의 성장공간(13)으로 넘어가게 되고, 성장공간(13)에서의 내통(16) 회전에 따른 테일러 와류(v)를 따라 상승 이동하게 된다.In this state, the raw material solution, the sodium hydroxide solution and the ammonia solution are fed through the synthesis space 12 and the inner cylinder 16 is rotated in an appropriate temperature atmosphere, so that a Taylor vortex (v) is generated to synthesize the precursor seed, The precursor seeds synthesized by the input are pushed to the bottom of the drawing along the Taylor vortex (v). The precursor seeds pushed to the lowest position are transferred to the growth space 13 at the next stage through the gap formed at the lower end of the heater 15 and the Taylor vortices v As shown in FIG.

즉 도3에서는 최초 합성공간(12)에서의 내통(16)은 생산챔버(10)의 상부에 설치된 모터(17) 작동으로 회전하고, 다음 단의 성장공간(13)에서의 내통(16)은 생산챔버(10)의 하부에 설치된 모터(17) 작동으로 회전한다. 이때 모터(17)의 회전 방향을 동일하다. 그러나 생산챔버(10)의 상부에서 바라보았을 때 합성공간(12)에서의 내통(16) 회전과 다음단의 성장공간(13)에서의 내통(16) 회전은 방향이 서로 반대이다. 따라서 최초 합성공간(12)에서의 테일러 와류(v)의 흐름이 위에서 아래였다면, 다음 단의 성장공간(13)에서의 테일러 와류(v)의 흐름은 아래에서 위가 될 것이다.3, the inner cylinder 16 in the first synthesis space 12 is rotated by the operation of the motor 17 provided at the upper portion of the production chamber 10 and the inner cylinder 16 in the growth space 13 at the next stage is rotated And is rotated by the operation of the motor 17 provided at the lower portion of the production chamber 10. At this time, the rotation direction of the motor 17 is the same. However, the rotation of the inner tube 16 in the synthesis space 12 and the rotation of the inner tube 16 in the growth space 13 at the next stage as viewed from the top of the production chamber 10 are opposite in direction. Therefore, if the flow of the Taylor vortex (v) in the first synthesis space (12) is from top to bottom, the flow of Taylor vortex (v) in the next growth space (13) will be below.

이렇게 최초의 합성공간(12), 다음단의 성장공간(13), 그 다음단의 성장공간(13)을 차례대로 이동하면서 전구체 시드의 합성과 성장이 연속적으로 이루어질 수 있고, 이에 따라 균질한 입자의 전구체 시드를 연속적으로 대량 생산해 낼 수가 있다.
The synthesis and growth of the precursor seeds can be continuously performed while sequentially moving the first synthesis space 12, the next growth space 13, and the next growth space 13, The precursor seeds of the present invention can be continuously mass produced.

<제3실시예, 제4실시예>&Lt; Third Embodiment, Fourth Embodiment >

도4 및 도5는 각각 본 발명의 제3실시예 및 제4실시예에 따른 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치(이하 '전구체 연속 생산 장치'라 함)를 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 4 and 5 illustrate a precursor continuous mass production apparatus for a secondary cell (hereinafter referred to as a precursor continuous production apparatus) using the Kuett-Taylor vortex reaction according to the third and fourth embodiments of the present invention, respectively FIG.

즉 생산챔버(10) 내에서 히터(15)를 통해 공간을 구획한다는 개념은 제2실시예에서와 동일하지만, 각각의 공간 사이의 히터(15) 배치를 달리하는 다양한 예시를 도시한 것이다.That is, the concept of partitioning the space in the production chamber 10 through the heater 15 is the same as that in the second embodiment, but shows various examples in which the arrangement of the heater 15 between the respective spaces is different.

먼저 도4에 도시된 제3실시예에서는 합성공간(12)과 성장공간(13) 사이, 그리고 그 다음의 성장공간(13) 사이에 히터(15)를 3단으로 설치하고, 이전 공간으로부터 밀려들어오는 전구체 시드가 히터(15)와 접하는 시간을 늘리도록 한 것이다. 즉 도4를 참조하면 최초 합성공간(12)에서 합성되어 테일러 와류를 따라 밀려내려오는 전구체 시드는 다음 단의 성장공간(13)으로 넘어갈 시, 1단 히터(15)의 하단 틈을 통해 투입되어 상승하다가 2단 히터(15)의 상단 틈을 통해 유입되어 다시 하강한 후 3단 히터(15)의 하단 틈을 통해 비로소 다음 단의 성장공간(13)으로 투입되는 것이다. 물론 성장공간(13)에서는 내통(16)의 회전에 따라 발생하는 테일러 와류(v)의 흐름을 타고 다시 상승하여 그 다음 단의 성장공간(13)으로 이동할 수 있다. 이를 위해 1단 히터(15)와 3단 히터(15)는 각각 합성공간(12)과 성장공간(13)을 둘러싸는 원통형이며, 가운데의 2단 히터(15)는 합성공간(12)과 성장공간(13)을 구분하는 일종의 격벽 역할을 한다.4, the heater 15 is installed in three stages between the synthesis space 12 and the growth space 13 and between the synthesis space 12 and the succeeding growth space 13, The time for the incoming precursor seed to contact with the heater 15 is increased. 4, when a precursor seed synthesized in the first synthesis space 12 and pushed down along the Taylor vortex flows into the growth space 13 of the next stage, the precursor seed is injected through the lower end gap of the first stage heater 15, Stage heater 15, and is then introduced into the growth space 13 at the next stage through the lower end gap of the three-stage heater 15 after being lowered again. Of course, in the growth space 13, it can rise again in the flow of the Taylor vortex (v) generated in accordance with the rotation of the inner cylinder 16, and can move to the next growth space 13. The first stage heater 15 and the third stage heater 15 are cylindrically shaped to surround the synthesis space 12 and the growth space 13 respectively and the middle stage heater 15 is disposed in the synthesis space 12 and growth And serves as a sort of partition wall separating the space 13.

도5에 도시된 제4실시예에서는 합성공간(12)과 성장공간(13) 사이, 그리고 그 다음의 성장공간(13) 사이에 히터(15)를 2단으로 설치한 것이다. 이 경우 합성공간(12)에서나 각각의 성장공간(13)에서나 전구체 시드가 이동되는 방향은 모두 같기 때문에 모터(17)의 회전 방향 제어를 통일 시킬 수가 있다. 즉 도5에 도시된 바와 같이 최초 합성공간(12)에서 합성된 전구체 시드는 내통(16)의 회전으로 발생되는 테일러 와류(v)를 따라 위에서 아래로 이동하게 되고, 다음 단의 성장공간(13)으로 넘어갈 시 1단 히터(15)의 하단 틈을 통해 투입되어 상승하다가 2단 히터(15)의 상단 틈을 통해 다음 단의 성장공간(13)으로 투입된다. 즉 성장공간(13)의 위에서부터 전구체 시드의 성장 과정을 시작하는 것이며, 마찬가지로 테일러 와류(v)를 따라 이동하는 방향은 위에서 아래가 된다.
In the fourth embodiment shown in Fig. 5, the heater 15 is installed in two stages between the synthesis space 12 and the growth space 13, and between the synthesis space 12 and the growth space 13 thereafter. In this case, since the directions of movement of the precursor seeds in both the synthesis space 12 and the respective growth spaces 13 are the same, the control of the rotational direction of the motor 17 can be unified. 5, the precursor seeds synthesized in the first synthesis space 12 are moved upward and downward along the Taylor vortex v generated by the rotation of the inner cylinder 16, Stage heater 15, and is introduced into the growth space 13 at the next stage through the upper end gap of the heater 15 of the second stage. The growth process of the precursor seed is started from above the growth space 13, and the direction of movement along the Taylor vortex v is also from top to bottom.

한편 이상에서 설명한 전구체 연속 생산 장치는 생산챔버(10)를 복수개 적층하여 성장공간(13)을 확보함으로써 성장 시간을 제어할 수 있도록 할 수 있다. 이 중 도1에 도시된 제1실시예에 따른 생산챔버(10)를 복수개 결합하여 전구체를 연속 생산하는 장치에 대한 개념을 도6을 통해 설명토록 한다.On the other hand, in the precursor continuous production apparatus described above, it is possible to control the growth time by securing the growth space 13 by laminating a plurality of production chambers 10. The concept of an apparatus for continuously producing precursors by combining a plurality of production chambers 10 according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

도6을 참조하면, 합성공간(12)과 성장공간(13)이 일렬로 연결된 생산챔버(10)들의 측면을 맞대어 적층시킨 후 가장 끝단의 성장공간(13)들 사이를 서로 연결하여 전구체 시드가 이동할 수 있게 하였다. 이 때에는 최초로 원재료가 투입되는 공간이 합성공간(12)이 되는 것이고, 이후의 모든 공간은 모두 성장공간(13)이 되는 것이다.6, the side walls of the production chambers 10 connected in series by the synthesis space 12 and the growth space 13 are stacked to face each other, and the ends of the growth spaces 13 are connected to each other to form a precursor seed To move. At this time, the space in which the raw material is first introduced becomes the synthesis space 12, and all subsequent spaces become the growth space 13.

즉 도6 상에서 하단 좌측의 합성공간(12)의 재료투입구(14)를 통해 원재료 용액, 수산화나트륨 용액 및 암모니아 용액을 투입하고 내통(16)을 회전시켜 쿠에트-테일러 와류(v)가 발생하여 전구체 시드가 합성되면, 격벽(11)의 전구체이송공(11a)을 통해 다음 단의 성장공간(13)으로 합성된 전구체 시드가 이송되고, 이를 반복하면서 전구체 시드의 성장이 이루어지는 것이다.6, the raw material solution, the sodium hydroxide solution and the ammonia solution are introduced through the material inlet 14 of the lower left synthetic compartment 12 and the inner tube 16 is rotated to generate the Kuett-Taylor vortex v When the precursor seeds are synthesized, the precursor seeds synthesized in the growth space 13 at the next stage are transferred through the through holes 11a of the precursor of the partition 11, and the precursor seeds are grown while repeating this.

성장공간(13)의 개수 및 적층되는 생산챔버(10)의 개수는 전체 성장 시간을 고려하여 설계된다. 또한 도면에서는 각각의 성장공간(13)에 모두 내통(16)과 모터(17)가 설치된 것을 도시하였지만, 합성 과정이 아닌 성장 과정에서는 쿠에트-테일러 와류(v) 발생 없이 온도와 PH 분위기만 맞춰주면 전구체 시드가 성장할 수 있는 환경이 조성될 수 있다. 따라서 전체 성장공간(13)에 모두 내통(16)과 모터(17)가 설치될 필요 없이 일정 간격으로 내통(16) 및 모터(17)가 설치될 수도 있다.
The number of growth spaces 13 and the number of production chambers 10 to be stacked are designed in consideration of the total growth time. Although the inner tube 16 and the motor 17 are shown in each of the growth chambers 13 in the drawing, in a growth process other than a synthesis process, only the temperature and the PH atmosphere are adjusted without generating a quart-tail vortex An environment in which the main surface precursor seed can grow can be created. Therefore, the inner cylinder 16 and the motor 17 may be installed at regular intervals without requiring the inner cylinder 16 and the motor 17 to be provided in the entire growth space 13.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 생산챔버(10) 내의 공간을 히터(15) 또는 격벽(11)으로 복수개로 구획하고, 최초의 합성공간(12)에 원재료, 수산화나트륨 및 암모니아를 투입하여 내통(16)을 회전시키면, 쿠에트-테일러 와류가 발생하여 전구체 시드가 합성되고, 합성된 전구체 시드는 테일러 와류를 따라 순차적으로 다음 단의 성장공간(13)으로 이동하면서 지속적으로 성장할 수 있어서, 입자가 균질한 전구체 시드를 연속적으로 대량 생산할 수 있다.
As described in detail above, according to the present invention, the space in the production chamber 10 is partitioned into a plurality of spaces by the heater 15 or the partition wall 11, the raw material, sodium hydroxide and ammonia are introduced into the first synthesis space 12 When the inner tube 16 is rotated, a Kuett-Taylor vortex is generated to synthesize a precursor seed, and the synthesized precursor seed can continuously grow while moving to the next growth space 13 along the Taylor vortex, It is possible to continuously mass-produce a precursor seed homogeneous.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And additions should be considered as falling within the scope of the claims of the present invention.

10 : 생산챔버
11 : 격벽
11a : 전구체이송공
12 : 합성공간
13 : 성장공간
14 : 재료투입부
15 : 히터
16 : 내통
17 : 모터
18 : 온도측정부
19 : PH측정부10: Production chamber
11:
11a: precursor
12: Composite space
13: Growth space
14:
15: Heater
16: inner tube
17: Motor
18: Temperature measuring unit
19: PH measuring unit

Claims (3)

내측에 공간을 갖는 생산챔버;
상기 생산챔버 내측의 공간을 복수개로 구획하고, 상기 구획된 공간의 온도를 조절하는 히터; 및
상기 히터에 의해 구획된 각각의 공간에 설치되고 모터에 의해 회전하는 내통;을 포함하며,
상기 복수개로 구획된 공간 중 최초 공간에 원재료, 수산화나트륨 및 암모니아를 투입하고 상기 내통을 회전시켜 쿠에트-테일러 와류가 발생하여 전구체가 합성되면, 상기 합성된 전구체가 상기 쿠에트-테일러 와류를 따라 다음 단의 공간으로 이동하며 성장하는 것을 특징으로 하는 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치.
A production chamber having a space inside;
A heater for partitioning a space inside the production chamber into a plurality of spaces and regulating a temperature of the divided space; And
And an inner cylinder which is installed in each space defined by the heater and rotated by a motor,
When the raw material, sodium hydroxide, and ammonia are introduced into the first space among the plurality of spaces and the inner tube is rotated to generate a quat-tail vortex so that the precursor is synthesized, the synthesized precursor is mixed with the quat- And growing to a next space. The apparatus for continuous mass production of a precursor for a secondary battery using a quattro-Taylor vortex reaction.
내측에 공간을 갖는 생산챔버;
상기 생산챔버 내측의 공간을 복수개로 구획하며, 일 지점에 전구체이송공이 형성되어 있는 격벽;
상기 복수개로 구획된 공간 각각에 설치되어 온도를 조절하는 히터; 및
상기 격벽에 의해 구획된 각각의 공간에 설치되고 모터에 의해 회전하는 내통;을 포함하며,
상기 격벽에 의해 구획된 공간 중 최초 공간에 원재료, 수산화나트륨 및 암모니아를 투입하고 상기 내통을 회전시켜 쿠에트-테일러 와류가 발생하여 전구체가 합성되면, 상기 합성된 전구체가 상기 쿠에트-테일러 와류를 따라 이동하여 상기 격벽의 전구체이송공을 통해 다음 단으로 순차적으로 넘어가면서 성장이 이루어지는 것을 특징으로 하는 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치.
A production chamber having a space inside;
A partition wall partitioning the space inside the production chamber into a plurality of spaces and having a precursor delivery hole formed at one point;
A heater installed in each of the plurality of divided spaces to adjust the temperature; And
And an inner cylinder installed in each space partitioned by the partition and rotated by a motor,
When the raw material, sodium hydroxide and ammonia are introduced into the first space among the spaces partitioned by the partition walls and the inner cylinder is rotated to generate the quat-tail vortex to synthesize the precursor, the synthesized precursor combines with the quat-tail vortex And the precursor of the barrier rib is sequentially moved to the next stage through the through hole to grow the precursor. The apparatus for continuous mass production of a precursor for a secondary battery according to claim 1,
제1항 또는 2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원재료는 황산니켈, 황산코발트, 황산망간 또는 질산알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 쿠에트-테일러 와류 반응을 이용한 이차전지용 전구체 연속 대량 생산 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the raw material comprises nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate, or aluminum nitrate. The apparatus for continuous mass production of a precursor for a secondary battery according to claim 1, wherein the raw material comprises nickel sulfate, cobalt sulfate, manganese sulfate or aluminum nitrate.

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