KR-20260061902-A - Raw material supply system for cathode material manufacturing

Abstract

본 발명은 양극재 제조용 원료 공급 시스템을 제공한다. 상기 양극재 제조용 원료 공급 시스템은, 원료를 공급유로를 따라 공급하는 원료 공급부와, 상기 공급 유로와 연결되며, 설정된 구동 수준을 이루어 상기 공급되는 원료를 분쇄하는 분쇄부와, 상기 분쇄부에서 분쇄되어 기준입도를 이루는 원료를 에어 유동을 이루어 이송시키는 원료 이송부와, 상기 분쇄부의 구동 수준을 실시간으로 측정하고, 측정된 상기 분쇄부의 구동 수준이 기설정된 기준 구동 수준의 범위에 포함되도록 상기 원료 공급부로부터의 상기 원료의 공급량을 제어하는 원료 공급량 제어부를 포함한다.

Inventors

• 김광재

Assignees

• (주)포스코퓨처엠

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241028

Claims (6)

1. 원료를 공급유로를 따라 공급하는 원료 공급부; 상기 공급 유로와 연결되며, 설정된 구동 수준을 이루어 상기 공급되는 원료를 분쇄하는 분쇄부; 상기 분쇄부에서 분쇄되어 기준입도를 이루는 원료를 에어 유동을 이루어 이송시키는 원료 이송부; 및, 상기 분쇄부의 구동 수준을 실시간으로 측정하고, 측정된 상기 분쇄부의 구동 수준이 기설정된 기준 구동 수준의 범위에 포함되도록 상기 원료 공급부로부터의 상기 원료의 공급량을 제어하는 원료 공급량 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양극재 제조용 원료 공급 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 분쇄부는, 상기 공급되는 원료를 분쇄하도록 회전되는 하나 이상의 해머와, 상기 하나 이상의 해머를 회전시키는 회전기를 구비하고, 상기 원료 공급부는 상기 원료를 상기 공급 유로로 일정량으로 공급하는 공급기를 구비하고, 상기 원료 공급량 제어부는, 상기 회전기의 구동에 따른 구동 수준을 측정하는 센서와, 상기 센서로부터 측정된 상기 구동 수준을 전송받고, 전송 받은 상기 구동 수준이 상기 기설정된 기준 구동 수준의 범위에 포함되는 지의 여부를 판단하는 판단기와, 상기 판단기를 통해 전송 받은 상기 구동 수준이 상기 기설정된 기준 구동 수준의 범위에 포함되도록 상기 원료 공급부의 상기 공급기의 구동을 제어하여 상기 원료의 공급량을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양극재 제조용 원료 공급 시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 전송 받은 상기 구동 수준이 기설정된 기준 시간 동안 상기 기설정된 기준 구동 수준의 범위를 초과하는 경우, 상기 원료 공급부 및 상기 분쇄부의 구동을 중지시키는 것을 특징으로 하는, 양극재 제조용 원료 공급 시스템.
4. 제 3항에 있어서, 상기 공급 유로는, 펌프를 갖는 바이패스 유로와 더 연결되고, 상기 전송 받은 상기 구동 수준이 기설정된 기준 시간 동안 상기 기설정된 기준 구동 수준의 범위를 초과하는 경우, 상기 제어기는, 펌프를 구동시켜 상기 공급 유로 상의 원료를 상기 바이패스 유로를 통해 상기 원료 공급부로 회수시키는 것을 특징으로 하는, 양극재 제조용 원료 공급 시스템.
5. 제 3항에 있어서, 상기 분쇄부의 하부에는, 회수부가 더 구비되되, 상기 회수부는, 상기 원료 이송부의 전단에 연결되는 회수 유로와, 상기 회수 유로 상에 배치되는 제 2펌프와, 상기 회수 유로 상에 배치되는 보조 분쇄부를 포함하되, 상기 제어기는, 상기 제 2펌프를 사용하여 상기 기준 입도를 초과하는 원료를 상기 회수 유로를 통해 유입시키고, 상기 보조 분쇄부를 통해 상기 유입되는 원료를 상기 기준 입도를 이루도록 분쇄하여 상기 원료 이송부의 전단으로 유동시키는 것을 특징으로 하는, 양극재 제조용 원료 공급 시스템.
6. 제 5항에 있어서, 상기 제어기에는, 상기 원료 이송부의 에어 유동을 이루는 유동값이, 상기 제 2펌프를 통해 에어 유동을 이루는 유동값 보다 높게 설정되는 것을 특징으로 하는, 양극재 제조용 원료 공급 시스템.

Description

양극재 제조용 원료 공급 시스템{Raw material supply system for cathode material manufacturing} 본 발명은 양극재 제조용 원료 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극재 제조용으로 공급되는 원료를 균일하게 분쇄하는 과정에서 분쇄부에서의 모터 부하가 일정 이상으로 증가되는 경우, 원료의 공급량을 실시간으로 제어하여 모터의 부하를 설정된 수준으로 유지할 수 있도록 할 수 있는 양극재 제조용 원료 공급 시스템에 관한 것이다. 양극재는 배터리의 용량과 출력을 담당하는 핵심 소재이다. 양극재 공정은 크게 다음과 같은 단계로 이루어진다. 리튬, 니켈, 코발트, 망간 등의 원료를 정밀하게 계량하여 혼합하고(원료 혼합), 혼합된 원료를 고온에서 열처리하여 양극 활물질을 만들고(소성), 소성된 활물질을 일정한 크기로 분쇄한다. 이어, 분쇄된 활물질 표면에 코팅층을 형성하여 성능을 향상기키며(코팅), 코팅된 활물질을 건조하여 수분을 제거하고(건조), 건조된 활물질을 입자 크기별로 분류한다(분급). 이 중, 분쇄 단계는 양극재 제조 공정 중 소성 후에 진행되는 단계로, 소성된 양극 활물질의 입자 크기를 조절하는 과정이다. 이 과정에서 균일하고 적절한 크기의 입자를 얻는 것은 배터리의 성능과 안정성에 매우 중요한 영향을 미친다. 이러한 분쇄 과정에서 입자 크기 분포를 좁혀 배터리 내에서 활물질의 균일한 반응을 유도하고, 이를 통해 배터리 성능을 향상기키고, 입자 크기를 작게 만들어 표면적을 늘려 전해질과의 접촉 면적을 증가시키고, 전극 제조 과정에서 슬러리의 분산성을 향상기켜 균일한 코팅을 이루도록 한다. 분쇄 과정에서는 분쇄기와, 기류식 이송기가 사용된다. 즉, 소성된 활물질(원료)은 공급장치를 통해 분쇄기 측으로 공급된다. 그리고, 분쇄기는 공급되는 원료를 설정되는 입도를 이루도록 분쇄한다. 이 분쇄된 원료는 기류식 이송기를 통해 후공정으로 배출될 수 있다. 여기서, 분쇄기는 공급되는 원료를 회전되는 회전하는 해머를 이용하여 원료입자를 타격하여 설정되는 입도를 이루도록 분쇄한다. 설정되는 입도를 이루는 원료는 기류식 이송기를 통해 발생되는 에어의 흐름에 의해 배출될 수 있다. 그러나, 분쇄기에서 설정된 입도 이상을 이루는 원료는 에어 흐름에 의해 이동되지 못하고, 분쇄기 내에서 지속적으로 분쇄가 이루어진다. 이에 따라, 분쇄기에는 요구되는 입도를 이루지 못하는 원료들이 지속적으로 적체될 수 있다. 이러한 상태에서 원료가 지속적으로 공급되는 경우 분쇄기의 해머들을 회전시키는 모터에는 부하가 증가된다. 이러한 경우, 아래와 같은 문제들이 발생된다. 과도한 양의 원료가 분쇄기 내부에 쌓이면 해머의 회전 반경이 줄어들고, 원료와 해머 간의 충돌 횟수가 감소하고, 이는 분쇄 효율을 떨어뜨리고, 목표 입도를 얻기 위한 시간이 길어져 생산성이 저하시킨다. 또한, 분쇄기 내부 온도가 상승하여 양극재의 특성 변화 또는 손상을 야기할 수 있다. 또한, 분쇄기 내부 저항 증가로 모터에 과부하가 걸려 전력 소비량이 증가하고, 모터 수명이 단축되며, 심한 경우 모터가 과열되어 고장나거나 화재가 발생할 수 있다. 또한, 해머와 분쇄기 내벽의 마모를 가속화시켜 장비 수명을 단축시키고, 유지보수 비용을 증가시키는 문제가 있다. 도 1은 본 발명의 양극재 제조용 원료 공급 시스템의 작동을 보여주는 블록도이다. 도 2는 본 양극재 제조용 원료 공급 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 3은 본 발명의 양극재 제조용 원료 공급 시스템의 작동을 구체적으로 보여주는 블록도이다. 도 4는 본 양극재 제조용 원료 공급 시스템의 다른 예의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 5는 분쇄부의 하부에 회수부가 더 구비되는 예를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기서 설명하는 실시예는 본 발명의 특징을 잘 보여주는 예시일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해, 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통해 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 이하에서 "상부(또는 하부)" 또는 "상(또는 하)"에 임의의 구성이 구비 또는 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면(또는 하면)에 접하여 구비 또는 배치되는 것을 의미한다. 또한, 상기 기재와 기재 상에(또는 하에) 구비 또는 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다. 다음은 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 양극재 제조용 원료 공급 시스템을 설명한다. 도 1은 본 발명의 양극재 제조용 원료 공급 시스템의 작동을 보여주는 블록도이다. 도 2는 본 양극재 제조용 원료 공급 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조 하면, 본 발명에 따른 양극재 제조용 원료 공급 시스템(100)은 원료 공급부(110)와, 분쇄부(120)와, 원료 이송부(130)와, 원료 공급량 제어부(140)를 포함한다. 원료 공급부(110) 본 발명에 따른 원료 공급부(110)는 고온에서 열처리가 이루어진 활물질(원료)를 분쇄부(120)로 공급하는 기능을 한다. 상기 원료 공급부(110)와 분쇄부(120)는 공급 유로(111)를 통해 연결된다. 상기 공급 유로(111)는 원료가 이동되는 유로이다. 상기 원료 공급부(110)는 공급기(112)를 포함한다. 상기 공급기(112)는 펌프와 같은 장치일 수도 있다. 상기 공급기(112)는 불균일한 크기를 가지는 원료를 공급 유로(111)로 공급한다. 상기 공급기(112)는 후술되는 제어기(143)의 제어에 의해 구동된다. 분쇄부(120) 본 발명에 따른 분쇄부(120)는 공급 유로(111)의 단부에 연결된다. 상기 분쇄부(120)는 하나 이상의 해머(121)와, 회전기(122)를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 해머(121)는 서로 회전 가능하게 배치된다. 상기 회전기(122)는 모터와 같은 장치로서, 해머(121)들을 회전시킨다. 해머(121)들에는 공급되는 원료를 요구되는 또는 설정되는 기준 입도를 이루도록 분쇄 또는 파쇄하는 돌기들이 형성될 수 있다. 상기 회전기(122)는 설정된 구동 수준을 이루어 구동된다. 여기서 상기 설정된 구동 수준은 모터 구동에 제공되는 전류값일 수 있다. 즉, 회전기(122)는 설정된 전류값으로 구동되도록 설정된다. 공급되는 원료는 해머(121)들이 위치된 공간으로 유동되어 공급된다. 유동되는 원료는 회전되는 해머(121)들에 의해 기준 입도를 이루도록 분쇄될 수 있다. 원료 이송부(130) 본 발명에 따른 원료 이송부(130)는 기류식 이송장치일 수 있다. 상기 원료 이송부(130)는 분쇄부(120)의 후류에 배치되며, 배출 유로(131)의 전단에 위치된다. 상기 원료 이송부(130)는 별도의 에어 유동 장치에 의해 설정된 에어의 유동값을 형성한다. 여기서 상기 설정되는 에어의 유동값은 기준 입도로 분쇄된 원료를 유동시켜 배출 유로(131)를 통해 배출되도록 할 수 있는 수준이다. 이에 따라, 기준 입도 보다 큰 원료는 에어의 유동값에 의해 형성되는 기류에 의해 유동되지 못하고, 해머(121)에 잔류될 수 있다. 원료 공급량 제어부(140) 본 발명에 따른 원료 공급량 제어부(140)는 상기 분쇄부(120)의 구동 수준을 실시간으로 측정하고, 측정된 상기 분쇄부(120)의 구동 수준이 기설정된 기준 구동 수준의 범위에 포함되도록 상기 원료 공급부(110)로부터의 상기 원료의 공급량을 제어한다. 더 상세하게는 본 발명의 양극재 제조용 원료 공급 시스템(100)은 다음과 같은 4가지 주요 부분으로 구성된다. 원료 공급부(110)는 고온에서 열처리된 활물질(원료)을 분쇄부(120)로 공급한다. 공급기(112)를 통해 불균일한 크기의 원료를 공급 유로(111)로 공급하며, 제어기(143)의 제어를 받는다. 분쇄부(120)는 공급 유로(111)를 통해 공급된 원료를 해머(121)와 회전기(122)를 이용하여 설정된 기준 입도로 분쇄한다. 회전기(122)는 설정된 전류값으로 구동되어 해머(121)를 회전시키고, 해머(121)에는 원료를 분쇄하는 돌기들이 형성될 수 있다. 원료 이송부(130)는 분쇄부(120) 후류에 위치하며, 기류식 이송장치를 사용하여 기준 입도로 분쇄된 원료를 배출 유로(131)를 통해 배출한다. 설정된 에어 유동값을 통해 기준 입도보다 큰 원료는 배출되지 않고 분쇄부(120)에 잔류하도록 한다. 원료 공급량 제어부(140)는 분쇄부(120)의 구동 수준 (모터 구동 전류값)을 실시간으로 측정하여 기설정된 기준 구동 수준 범위에 포함되도록 원료 공급부(110)로부터의 원료 공급량을 제어한다. 본 발명의 시스템 작동 방식을 설명한다. 원료 공급부(110)의 공급기(112)가 활물질 원료를 공급 유로(111)를 통해 분쇄부(120)로 공급한다. 분쇄부(120)의 회전기(122)가 설정된 전류값으로 구동되어 해머(121)를 회전시키고, 원료를 분쇄한다. 원료 이송부(130)는 설정된 에어 유동값으로 기류를 형성하여 기준 입도로 분쇄된 원료만 배출 유로(131)로 배출한다. 원료 공급량 제어부(140)는 분쇄부(120)의 구동 수준을 실시간으로 측정하고, 측정값이 기준 구동 수준 범위를 벗어나면 원료 공급부(110)의 공급량을 조절한다. 이를 통해 본 발명의 양극재 제조용 원료 공급 시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다. 원료 공급량 제어부(140)는 분쇄부(120)의 회전기(122)인 모터에 흐르는 전류값을 실시간으로 측정한다. 이 전류값이 기설정된 기준 전류값 범위보다 높으면, 분쇄부(120)에 과부하가 걸리고 있다는 것을 의미한다. 이의 경우, 제어부(140)는 원료 공급부(110)의 공급기(112)를 제어하여 원료 공급량을 줄이도록 제어한다. 역으로 전류값이 기준 전류값 범위보다 낮으면, 분쇄부(120)가 충분히 활용되지 못하고 있다는 것을 의미하며, 제어기(143)는 원료 공급량을 늘리도록 제어한다. 이러한 제어 방식을 통해 과부하를 방지하여 분쇄부(120)의 모터의 수명을 연장하고 고장 발생 가능성을