KR-20260061333-A - 흑연 정제 시스템 및 방법

Abstract

흑연 정제 시스템은 흑연 입자를 포함하도록 적응된 용기를 포함하고, 상기 용기를 가열하기 위한 유도 코일; 및 상기 흑연 정제 시스템을 냉각하기 위한 냉각 시스템을 포함하고, 냉각 시스템은 흑연 입자 또한 냉각하도록 적응된다. 정제 시스템은 연속 또는 일괄 처리 시스템일 수 있으며, 용기는 적어도 부분적으로 흑연으로 형성될 수 있다. 흑연 입자를 정제하기 위한 방법이 또한 제시되고, 이 방법은, 적어도 부분적으로 흑연으로 형성된 용기를 제공하는 단계; 흑연 입자를 용기에 적재하는 단계; 용기의 적어도 일부를 유도 가열하여 용기와 물리적으로 접촉하는 흑연 입자를 가열하는 단계; 및 용기 및 흑연 입자를 냉각하는 단계를 포함한다.

Inventors

• 강고파드하이, 팔라쉬
• 그라스, 질리언
• 세구라 슈라이버, 얀
• 릭스, 벤자민 셰인

Assignees

• 유빅스, 인크.

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20230725

Claims (20)

1. 흑연 정제 시스템으로서, 흑연 입자를 포함하도록 적응된 용기; 상기 용기를 가열하기 위한 유도 코일; 및 상기 흑연 정제 시스템을 냉각하기 위한 냉각 시스템 - 상기 냉각 시스템은 상기 흑연 입자 또한 냉각하도록 적응되고, 상기 용기는 적어도 부분적으로 흑연으로 형성됨 - 을 포함하는 흑연 정제 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 흑연 정제 시스템은 연속 흑연 공급 시스템인, 흑연 정제 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 흑연 정제 시스템은 수직 연속 흑연 공급 시스템인, 흑연 정제 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 흑연 정제 시스템은 제1 개방형 호퍼를 더 포함하고, 상기 제1 개방형 호퍼는 상기 제1 개방형 호퍼의 하류에 있는 제2 환경 제어형 호퍼에 작동 가능하게 연결되는, 흑연 정제 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 개방형 호퍼 및 상기 제2 환경 제어형 호퍼 중 적어도 하나는 상기 흑연 입자의 흐름을 유동화하기 위해 가스를 내부에 주입하기 위한 가스 입구를 포함하는, 흑연 정제 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 냉각 시스템은, 상기 냉각 시스템을 통한 흑연 입자의 수직 흐름을 위해 상기 용기에 작동 가능하게 연결된 수직 컬럼; 상기 수직 컬럼의 적어도 일부를 감싸는 냉각 재킷; 및 상기 냉각 재킷을 통해 순환되는 냉각제를 포함하는, 흑연 정제 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 냉각제는 상기 냉각 재킷을 통해 선택적으로 순환되는, 흑연 정제 시스템.
8. 제6항에 있어서, 상기 냉각 재킷과 작동 가능하게 연통하여, 통과하여 흐르는 흑연 입자의 온도를 측정하는 흑연 입자 온도 제어기를 더 포함하는 흑연 정제 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 냉각 시스템은 통과하여 흐르는 흑연 입자의 온도를 측정하기 위한 흑연 입자 온도 제어기를 더 포함하고, 상기 냉각 시스템은 상기 흑연 입자 온도 제어기와 작동 가능하게 연통하는, 흑연 정제 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 흑연 정제 시스템은 일괄 처리 시스템인, 흑연 정제 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 일괄 처리 시스템은, 흑연 입자를 가열하기 위한 제1 가열 용기; 및 상기 제1 가열 용기를 포함하는 환기형 오븐을 포함하는, 흑연 정제 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1 가열 용기는 적어도 부분적으로 흑연으로 형성된 도가니이고, 상기 제1 가열 용기는 유도 가열되는, 흑연 정제 시스템.
13. 제11항에 있어서, 상기 제1 가열 용기 상에 적층된 제2 가열 용기를 더 포함하는 흑연 정제 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가열 용기들 각각은 적어도 부분적으로 흑연으로 형성된 도가니이고, 각각의 가열 용기는 유도 가열되는, 흑연 정제 시스템.
15. 제12항에 있어서, 상기 제1 가열 용기는, 상기 제1 가열 용기의 바닥에 형성된 하나 이상의 리세스, 및 상기 하나 이상의 리세스 각각에 안착된 대응하는 수의 로드를 더 포함하고, 상기 로드는 흑연을 포함하는, 흑연 정제 시스템.
16. 흑연 입자를 정제하는 방법으로서, 적어도 부분적으로 흑연으로 형성된 용기를 제공하는 단계; 흑연 입자를 상기 용기에 적재하는 단계; 상기 용기의 적어도 일부를 유도 가열하여 상기 용기와 물리적으로 접촉하는 상기 흑연 입자를 가열하는 단계; 및 상기 용기 및 상기 흑연 입자를 냉각하는 단계를 포함하는, 흑연 입자를 정제하는 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 용기에 흑연 입자를 연속적으로 공급하는 단계를 더 포함하는, 흑연 입자를 정제하는 방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 흑연 입자를 상기 용기에 적재하는 상기 단계는 상기 흑연 입자를 상기 용기에 일괄 적재함으로써 수행되는, 흑연 입자를 정제하는 방법.
19. 제16항에 있어서, 상기 냉각하는 단계는 상기 용기를 둘러싸는 냉각 재킷을 선택적으로 작동시키는 단계를 더 포함하는, 흑연 입자를 정제하는 방법.
20. 제16항에 있어서, 상기 흑연 입자의 온도는 흑연 입자의 정제 중에 상기 흑연 입자의 온도를 측정함으로써 제어되는, 흑연 입자를 정제하는 방법.

Description

흑연 정제 시스템 및 방법 관련 출원의 교차 참조 이 출원은 2022년 7월 25일자로 출원된 발명의 명칭이 “흑연 정제 시스템 및 방법(Graphite Purification System and Method)”인 미국 임시 특허 출원 제63/369,257호의 이익을 주장하며, 이의 교시는 그 전체가 본원에 원용되어 포함된다. 기술분야 본 발명은 흑연 정제 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 에너지를 사용 가능한 열 에너지로 변환할 때 더 높은 효율을 나타내는 자기 유도에 의해 가열되는 노에 관한 것이다. 예를 들어 전기 자동차에 적용되는 바와 같은 배터리가 개선되면서, 흑연이 이러한 유형의 배터리에서 유용한 전도체로 발견되었다. 리튬 이온 배터리의 핵심 구성요소는 애노드로 알려진 두 개의 전극 중 하나에 사용되는 주요 재료인 흑연이다. 일반적으로, 배터리가 충전되면, 리튬 이온은 이 두 전극을 분리하는 전해질 버퍼를 통해 캐소드로부터 애노드로 흐른다. 유용하려면, 자연적으로 발생하는 흑연은 일반적으로 흑연 광석에서 발견되는 것과 같은 불순물을 제거하기 위해 처리되어야 한다. 예를 들어 이러한 불순물은 금속 수화물, 산화물, 금속 규산염을 포함한다. 밀링 공정은 일반적으로 흑연 농축물을 밀링한 다음, 흑연 농축물을 구상화된 입자로 성형한다. 구상화된 입자는, 특정 공정에서, 잠재적으로 환경에 해를 끼칠 수 있는 산 침출 공정을 통해 정제된다. 전 세계 많은 지역에서, 산 침출 공정은 사실상 안타깝게도 환경 파괴를 초래하고 있다. 이에 대한 대안으로서, 고온 노만을 사용하는 정제 공정이 개발되었다. 환경에 해로운 산 침출 또는 부식성 베이크는 사용되지 않지만, 본질적으로 높은 온도 및 냉각의 비효율성으로 인해 에너지 비용이 증가하고 정제 공정 시간이 상대적으로 길어진다. 예를 들어, 불순물을 제거하기 위한 노력으로, 오븐에서 저항 가열이 사용되어 흑연이 수평 또는 수직 배향으로 일괄 가열될 수 있다. 그러나 다시, 이러한 공정은 항상 일괄 공정이고 상대적으로 높은 온도 및 상대적으로 긴 공정 시간을 필요로 하므로, 에너지 비용이 상대적으로 높다. 또한, 이러한 공정은 상대적으로 긴 장비 냉각 시간을 필요로 하므로, 처리 시간이 증가한다. 따라서, 이러한 유형의 과제는 흑연 정제 산업의 개선을 지속적으로 장려하고 있다. 흑연 정제 시스템은 흑연 입자를 포함하도록 적응된 용기; 상기 용기를 가열하기 위한 자기 유도 코일; 및 상기 흑연 정제 시스템을 냉각하기 위한 냉각 시스템 - 냉각 시스템은 흑연 입자 또한 냉각하도록 적응됨 - 을 포함한다. 정제 시스템은 연속 또는 일괄 처리 시스템일 수 있으며, 용기는 적어도 부분적으로 흑연으로 형성될 수 있다. 흑연 입자를 정제하기 위한 방법이 또한 제시되고, 이 방법은, 적어도 부분적으로 흑연으로 형성된 용기를 제공하는 단계; 흑연 입자를 용기에 적재하는 단계; 용기의 적어도 일부를 유도 가열하여 용기와 물리적으로 접촉하는 흑연 입자를 가열하는 단계; 및 용기 및 흑연 입자를 냉각하는 단계를 포함한다. 냉각 시스템은 정제 시스템을 통한 흑연 입자의 수직 흐름을 위해, 용기에 작동 가능하게 연결된 수직 컬럼; 수직 컬럼의 적어도 일부를 감싸는 냉각 재킷; 및 냉각 재킷을 통해 순환되는 냉각제를 포함할 수 있다. 도 1은 본 발명에 따른 수직 연속 흑연 정제 시스템의 제1 예시적인 실시형태이다. 도 2는 본 발명에 따른 수직 연속 흑연 정제 시스템의 제2 예시적인 실시형태의 사시도이다. 도 2a는 도 2의 실시형태의 측면도이다. 도 2b는 도 2a의 선 B-B를 따라 취해진 단면도이다. 도 2c는 도 2의 실시형태의 정면도이다. 도 2d는 도 2c의 선 C-C를 따라 취해진 단면도이다. 도 2e는 도 2a의 저면도이다. 도 2f는 도 2c의 저면도이다. 도 3은 본 발명의 냉각 시스템의 제1 실시형태이다. 도 4는 본 발명에 따른 일괄 정제 시스템의 제1 개략도이다. 도 5는 본 발명에 따른 제2 예시적인 일괄 정제 시스템의 사시 분해도이다. 도 5a는 도 5의 일괄 정제 시스템의 단면도이다. 도 5b는 적층형 구성의 일괄 정제 시스템의 단면도이다. 도 6은 본 발명에 따른 제3 예시적인 일괄 정제 시스템의 개략도이다. 도 6a는 도 6의 일괄 정제 시스템의 측면도이다. 도 6b는 선 B-B를 따라 취해진 도 6a의 일괄 정제 시스템의 단면도이다. 도 6c는 도 6에 도시된 도가니의 저면도이다. 도 7은 본 발명에 따른 제4 일괄 정제 시스템의 개략도이다. 도 8은 본 발명에 따른 수직 연속 흑연 정제 시스템에서 제1 및 제2 호퍼의 사시도이다. 도 8a는 도 8의 호퍼의 측면도이다. 도 8b는 도 8의 호퍼의 정면도이다. 도 8c는 도 8의 저면도로서, 연결 플랜지를 도시한다. 도 8d는 도 8의 저면도로서, 제2 호퍼의 불활성 가스 입구를 예시한다. 도 9는 도 2의 실시형태의 분해도이다. 도 10은 도 2의 실시형태의 사시도이다. 도 11은 본 발명의 수직 컬럼의 예시적인 유도 코일 및 히터의 사시도를 예시한다. 도 11a는 도 11의 흑연 튜브 또는 수직 컬럼의 측면도이다. 도 11b는 도 11의 흑연 튜브 또는 수직 컬럼의 제2 측면도로서, 유도 코일이 강조되어 있다. 도 11c는 도 11의 흑연 튜브 또는 수직 컬럼의 단면도이다. 도 11d는 도 11의 흑연 튜브 또는 수직 컬럼의 유도 코일에 전원 공급 장치를 전기적으로 연결한 개략도이다. 도 11e는 도 11의 흑연 튜브 또는 수직 컬럼의 연결 플랜지의 상부도로서, 유도 코일에 대한 전원 연결을 또한 개략적으로 예시한다. 도 12는 본 발명의 수직 컬럼 또는 흑연 튜브 공급기의 예시적인 사시도를 예시한다. 도 12a는 도 12의 수직 컬럼 또는 흑연 튜브 공급기의 측면도이다. 도 12b는 도 12의 수직 컬럼 또는 흑연 튜브 공급기의 단면도이다. 도 12c는 도 12의 수직 컬럼 또는 흑연 튜브 공급기의 평면도이다. 도 12d는 도 12의 수직 컬럼 또는 흑연 튜브 공급기의 저면도이다. 도 13은 본 발명의 예시적인 재킷형 냉각 깔때기의 사시도이다. 도 13a는 도 13의 재킷형 냉각 깔때기의 측면도이다. 도 13b는 도 13의 재킷형 냉각 깔때기의 후면도이다. 도 13c는 도 13b의 선 A-A를 따라 취해진 재킷형 냉각 깔때기의 단면도이다. 도 13d는 도 13의 재킷형 냉각 깔때기의 상단에 고정된 진공 플랜지의 평면도이고, 도 13e는 도 13의 재킷형 냉각 깔때기의 저면도이다. 도 14는 본 발명에 따른 제2 예시적인 냉각 시스템을 예시한다. 도 15는 본 발명에 따른 제3 예시적인 냉각 시스템을 예시한다. 도 16은 도 1의 수직 연속 흑연 정제 시스템의 측면도를 예시한다. 도 16a는 도 1의 수직 연속 흑연 정제 시스템의 믹서 또는 컨베이어의 일 실시형태를 예시한다. 도 16b는 도 16의 수직 연속 흑연 정제 시스템의 단면도를 예시한다. 도 16c는 도 16의 수직 연속 흑연 정제 시스템의 믹서 또는 컨베이어의 제2 실시형태를 예시한다. 도 17은 본 발명에 따른 제4 예시적인 냉각 시스템을 예시한다. 비제한적 정의 "a", "an" 및 "the"라는 용어는 문맥에서 명확히 달리 표시하지 않는 한 복수 형태도 포함하도록 의도된다. "약" 또는 "대략"이라는 용어는 명시적으로 표시하는지 여부와 관계없이 모든 수치 값에 적용된다. 이러한 용어는 일반적으로 당업자가 인용된 값과 동등한(즉, 동일한 기능 또는 결과를 갖는) 것으로 간주할 수 있는 범위의 숫자를 지칭한다. 많은 경우에서, 이러한 용어는 가장 가까운 유효 숫자로 반올림된 숫자를 포함할 수 있다. "적응된"이라는 용어는 소정의 기능을 가능하게 하거나, 수용할 수 있거나, 이룰 수 있거나, 또는 수행하기에 적합한 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 설명한다. 본원에 사용되는 "다른"이라는 용어는 적어도 두 번째 이상으로 정의된다. "관련된"이라는 표현과 그 파생어는 포함하다, 내부에 포함되다, 상호 연결하다, 포함하다, 내부에 포함되다, -에 또는 -와 연결하다, -에 또는 -와 결합하다, 연통 가능하다, 협력하다, 끼우다, 병치하다, 근접하다, -에 또는 -와 결합되다, 갖다, 속성을 갖다, -에 또는 -와 관계를 갖다, 또는 이와 유사한 의미를 가질 수 있다. 어구 "<A>, <B>, ... 및 <N> 중 적어도 하나" 또는 "<A>, <B>, ... <N> 중 적어도 하나, 또는 이들의 조합" 또는 "<A>, <B>, ... 및/또는 <N>"은 출원인에 의해 가장 넓은 의미로 정의되고, 출원인이 반대로 명시적으로 주장하지 않는 한, 이전 또는 이후의 임의의 다른 포함된 정의에 우선하여, A, B, ... 및 N을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상의 요소를 의미하는데, 즉 임의의 하나의 요소를 단독으로 또는 나열되지 않은 추가 요소를 조합하여 포함할 수도 있는 다른 요소들 중 하나 이상의 요소와 조합하여 포함하는, 요소 A, B, ... 또는 N 중 하나 이상의 요소의 임의의 조합을 의미한다. "연통"이라는 용어와 그 파생어는 직접 및 간접 연통을 모두 포괄한다. 본 명세서에 사용될 때 "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는 언급된 특징, 단계, 동작, 요소 및/또는 구성 요소의 존재를 명시하지만 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는다. "구성된"이라는 용어는 소정의 기능을 수행하도록 적응된, 설정된, 배열된, 구축된, 구성된, 구조된, 설계된, 또는 이러한 특성들의 임의의 조합을 갖는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 설명한다. "결합된"이라는 용어는 반드시 직접적이고 반드시 기계적으로 연결되지는 않더라도 "연결된"으로 정의된다. 본원에 사용되는 "포함하는" 및 "갖는"이라는 용어는 (즉, 개방된 언어로) 포함하는 것으로 정의된다. "또는"이라는 용어는 배타적인 '또는'이 아니라 포괄적인 '또는'을 의미하도록 의도된다. 즉, 달리 명시되거나 문맥에서 명확하지 않은 한, "X는 A 또는 B를 채용한다"는 자연 포괄 순열 중 임의