核-殼粒子的制造裝置及利用該裝置的核-殼粒子制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在液相溶劑存在的狀態(tài)下向核注入氣體、液體及/或固體物質(zhì)以在核上形成殼的核-殼粒子的制造裝置，更優(yōu)選為使用于鋰二次電池的陽極活性物質(zhì)的核-殼粒子的制造裝置及利用該裝置的核-殼粒子制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著移動(dòng)設(shè)備技術(shù)的不斷開發(fā)和對(duì)該移動(dòng)設(shè)備的需求的不斷增加，作為能源的二次電池的需求也急劇增加。這些二次電池中具有高能量密度和操作電位且使用壽命長、自放電率低的鋰二次電池已被商用化且得到廣泛使用。
[0003]這些鋰二次電池的陽極活性物質(zhì)主要使用鋰鈷氧化物(LiCo02)，除此以外可以考慮使用層狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)的LiMn02、尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn204等的鋰鈷氧化物和鋰鎳氧化物(LiNi02)、三元體系的 LiNixMnyCO(l-x-y) 02。
[0004]通常鋰二次電池的陽極活性物質(zhì)在700°C以上高溫下通過固相反應(yīng)(solid statereact1n)制造。
[0005]但，通過所述固相反應(yīng)制造陽極活性物質(zhì)時(shí)，由于進(jìn)行物理上的混合和粉碎之后的混合狀態(tài)不均勻，所以混合和粉碎過程需要進(jìn)行多次。這樣以來，制造活性物質(zhì)所需的時(shí)間大大增加，并且制造成本也會(huì)增加。
[0006]由此，開發(fā)了作為進(jìn)行水解(hydrolysis)和縮聚反應(yīng)(condensat1n)的溶膠凝膠法(sol-gel)和共沉淀法(co-precipitat1n)的一種典型的濕式制造方法。
[0007]其中，共沉淀法通過在堿性共沉淀劑中將含有原料的氯化物、氮化物或硫化物等沉淀為氫氧化物，并對(duì)其進(jìn)行煅燒，從而制造氧化物粉末。通過共沉淀法來制造陽極活性物質(zhì)時(shí)需控制共沉淀劑的PH、溫度、攪拌條件。
[0008]根據(jù)現(xiàn)有共沉淀法來制造陽極活性物質(zhì)時(shí)使用連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器(CSTR)，但通過所述CSTR反應(yīng)器來制造陽極活性物質(zhì)時(shí)不僅很難擴(kuò)大反應(yīng)規(guī)模(scale-up)，而且根據(jù)與反應(yīng)器內(nèi)部的渦輪的距離產(chǎn)生渦流的力不一定，并且需要高費(fèi)用，能量損耗(dissipat1n)較多，且很難適用于連續(xù)工藝。
[0009]為了解決上述CSTR反應(yīng)器中存在的問題，研發(fā)出了利用泰勒渦流(Taylorvortex)的反應(yīng)裝置(韓國特許公開第2010-0112843號(hào))。但，該裝置用于一般的混合、萃取和化學(xué)反應(yīng)等，而并非用于陽極活性物質(zhì)的制造。
[0010]而且，就常規(guī)的陽極活性物質(zhì)而言，其制造前驅(qū)體之后需要進(jìn)行通過額外的工藝來涂覆由活性物質(zhì)組成的核的外周面以形成殼的工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]技術(shù)問題
[0012]本發(fā)明為解決上述問題而作，其目的在于提供一種在液相溶劑存在的狀態(tài)下向核注入氣體、液體及/或固體物質(zhì)以在核上形成殼的核-殼粒子的制造裝置，更優(yōu)選為使用于鋰二次電池的陽極活性物質(zhì)的核-殼粒子的制造裝置。
[0013]技術(shù)方案
[0014]本發(fā)明提供一種核-殼粒子的制造裝置，其包括:反應(yīng)器，其包括汽缸、旋轉(zhuǎn)體、驅(qū)動(dòng)部、第一原料注入口與第二原料注入口、排出口、至少一個(gè)殼物質(zhì)注入口、熱交換物質(zhì)移動(dòng)路徑、熱交換物質(zhì)注入口以及熱交換物質(zhì)排出口，所述汽缸向非旋轉(zhuǎn)體的長度方向延伸且為中空結(jié)構(gòu)；所述旋轉(zhuǎn)體與所述汽缸的內(nèi)壁面相隔一定距離地設(shè)置在內(nèi)側(cè)且向長度方向延伸；所述驅(qū)動(dòng)部連接設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)體的一側(cè)末端用于使旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)；所述第一原料注入口與第二原料注入口以所述汽缸的長度方向?yàn)闇?zhǔn)分別安裝在一側(cè)末端的外周面上并與所述汽缸的內(nèi)部連通；所述排出口設(shè)置在與所述第一原料注入口與第二原料注入口相對(duì)的汽缸的另一側(cè)末端并與汽缸內(nèi)部連通；所述至少一個(gè)殼物質(zhì)注入口安裝在所述汽缸的外周面上且向汽缸內(nèi)部供給殼物質(zhì)；所述熱交換物質(zhì)移動(dòng)路徑安裝在所述汽缸的外周面和內(nèi)周面之間以提供熱交換物質(zhì)移動(dòng)的路徑；所述熱交換物質(zhì)注入口與所述熱交換物質(zhì)移動(dòng)路徑連接設(shè)置用于注入熱交換物質(zhì)；所述熱交換物質(zhì)排出口與所述熱交換物質(zhì)移動(dòng)路徑連接設(shè)置用于排出熱交換物質(zhì)；
[0015]第一存儲(chǔ)部，其連接設(shè)置在所述反應(yīng)器的第一原料注入口上；
[0016]第二存儲(chǔ)部，其連接設(shè)置在所述反應(yīng)器的第二原料注入口上；
[0017]固液分離部，其連接設(shè)置在所述反應(yīng)器的排出口，從而將從排出口排出的生成物分離成固體粒子和液體；以及
[0018]干燥部，其連接設(shè)置在所述固液分離部，以干燥從所述固液分離部分離出來的固體粒子。
[0019]而且，本發(fā)明提供一種核-殼粒子的制造方法，包括:
[0020]向旋轉(zhuǎn)體之間填充緩沖溶液之后，將空氣排出到外部的緩沖溶液填充步驟，所述旋轉(zhuǎn)體與向非旋轉(zhuǎn)體的長度方向延伸的中空汽缸的內(nèi)壁面相隔地一定距離地設(shè)置在內(nèi)側(cè)且向長度方向延伸；
[0021]所述緩沖溶液填充步驟結(jié)束之后，使所述旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)步驟；
[0022]向所述旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的汽缸內(nèi)部供給存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)部和第二存儲(chǔ)部的原料以形成核-殼前驅(qū)體的前驅(qū)體形成步驟，所述第一存儲(chǔ)部和第二存儲(chǔ)部存儲(chǔ)有用于形成核的物質(zhì)；
[0023]向形成所述核形態(tài)的前驅(qū)體的汽缸內(nèi)部供給用于涂覆核的殼物質(zhì)的殼物質(zhì)注入步驟；
[0024]對(duì)包括通過所述殼物質(zhì)注入而形成的核-殼粒子在內(nèi)的液體進(jìn)行固液分離的固液分離步驟；以及
[0025]對(duì)通過所述固液分離步驟得到的核-殼粒子進(jìn)行干燥的干燥步驟。
[0026]有利效果
[0027]本發(fā)明提供一種在液相溶劑存在的狀態(tài)下向核注入氣體、液體及/或固體物質(zhì)以在核上形成殼的核-殼粒子的制造裝置，更優(yōu)選為使用于鋰二次電池的陽極活性物質(zhì)的核-殼粒子的制造裝置。
[0028]尤其，本發(fā)明無需進(jìn)行額外的涂覆工藝，在一反應(yīng)器中把陽極活性物質(zhì)的前驅(qū)體制造為核形態(tài)之后對(duì)其進(jìn)行涂覆，從而可制造核-殼粒子。
【附圖說明】
[0029]圖1是顯示本發(fā)明涉及的核-殼粒子的制造裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖2是顯示本發(fā)明涉及的核-殼粒子制造裝置中的反應(yīng)器的截面圖。
[0031]優(yōu)選實(shí)施方式
[0032]以下詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0033]—方面，本發(fā)明提供一種核-殼粒子的制造裝置，包括:反應(yīng)器，其包括汽缸、旋轉(zhuǎn)體、驅(qū)動(dòng)部、第一原料注入口與第二原料注入口、排出口、至少一個(gè)殼物質(zhì)注入口、熱交換物質(zhì)移動(dòng)路徑、熱交換物質(zhì)注入口以及熱交換物質(zhì)排出口 ；第一存儲(chǔ)部，其連接設(shè)置在所述反應(yīng)器的第一原料注入口上；第二存儲(chǔ)部，其連接設(shè)置在所述反應(yīng)器的第二原料注入口上；固液分離部，其連接設(shè)置在所述反應(yīng)器的排出口，從而將從排出口排出的生成物分離成固體粒子和液體；以及干燥部，其連接設(shè)置在所述固液分離部，以干燥從所述固液分離部分離出來的固體粒子，其中，所述汽缸向非旋轉(zhuǎn)體的長度方向延伸且為中空結(jié)構(gòu)；所述旋轉(zhuǎn)體與所述汽缸的內(nèi)壁面相隔一定距離地設(shè)置在內(nèi)側(cè)且向長度方向延伸；所述驅(qū)動(dòng)部連接設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)體的一側(cè)末端用于使旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)；所述第一原料注入口與第二原料注入口以所述汽缸的長度方向?yàn)闇?zhǔn)分別安裝在一側(cè)末端的外周面上并與所述汽缸的內(nèi)部連通；所述排出口設(shè)置在與所述第一原料注入口與第二原料注入口相對(duì)的汽缸的另一側(cè)末端并與汽缸內(nèi)部連通；所述至少一個(gè)殼物質(zhì)注入口安裝在所述汽缸的外周面上且向汽缸內(nèi)部供給殼物質(zhì)；所述熱交換物質(zhì)移動(dòng)路徑安裝在所述汽缸的外周面和內(nèi)周面之間以提供熱交換物質(zhì)移動(dòng)的路徑；所述熱交換物質(zhì)注入口與所述熱交換物質(zhì)移動(dòng)路徑連接設(shè)置用于注入熱交換物質(zhì)；所述熱交換物質(zhì)排出口與所述熱交換物質(zhì)移動(dòng)路徑連接設(shè)置在用于排出熱交換物質(zhì)。
[0034]另一方面，本發(fā)明提供一種核-殼粒子的制造方法，包括:向旋轉(zhuǎn)體之間填充緩沖溶液之后將空氣排出到外部的緩沖溶液填充步驟，所述旋轉(zhuǎn)體與向非旋轉(zhuǎn)體的長度方向延伸的中空汽缸的內(nèi)壁面相隔地一定距離地設(shè)置在內(nèi)側(cè)且向長度方向延伸；所述緩沖溶液填充步驟結(jié)束之后，使所述旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)步驟；向所述旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的汽缸內(nèi)部供給存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)部和第二存儲(chǔ)部的原料以形成核-殼前驅(qū)體的前驅(qū)體形成步驟，所述第一存儲(chǔ)部和第二存儲(chǔ)部存儲(chǔ)有用于形成核的物質(zhì)；向形成所述核形態(tài)的前驅(qū)體的汽缸內(nèi)部供給用于涂覆核的殼物質(zhì)的殼物質(zhì)注入步驟；對(duì)包括通過所述殼物質(zhì)注入而形成的核-殼粒子在內(nèi)的液體進(jìn)行固液分離的固液分離步驟；以及對(duì)通過所述固液分離步驟得到的核-殼粒子進(jìn)行干燥的干燥步驟。
[0035]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但，以下說明只是用于詳細(xì)說明本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍并非限于此。
[0036]圖1是顯示本發(fā)明涉及的核-殼粒子的制造裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是顯示本發(fā)明涉及的核-殼粒子制造裝置中的反應(yīng)器的截面圖。
[0037]如圖1和圖2所示，本發(fā)明涉及的核-殼粒子的制造裝置包括:反應(yīng)器60，其包括汽缸68、旋轉(zhuǎn)體69、驅(qū)動(dòng)部50、第一原料注入口 61與第二原料注入口 62、排出口 63、至少一