Abstract
리튬 2차전지는 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되어 왔다. 최근 하이브리드 자동차, 전기자동차의 에너지 저장매체로써 적용으로 인해 시장 확대가 기대되고 있다. 양극 활물질은 리튬2차전지의 성능, 수명, 용량을 결정하는 물질이며, 급증하는 시장의 수요에 따라 양극 활물질을 대량으로 생산할 수 있는 기술을 개발하는 것이 시급하다. 본 연구에서 실제 양극 활물질(<TEX>$LiCoO_2$</TEX>) 생산라인에서 가동 중인 소성로를 3D 모델링하였고, 수치적 해석을 통해 소성로 내부의 온도와 유동의 방향, 화학적 거동을 밝혀내었다. 결과로써, 생산량 증가로 인해 소성로에서 생성되는 <TEX>$CO_2$</TEX> 농도가 증가하며 정체되는 지점을 확인하였고, TGA-DSC 실험을 통해 <TEX>$CO_2$</TEX>가 몰분율 15%이상에선 <TEX>$LiCoO_2$</TEX>의 적절한 형성에 영향을 주는 현상을 확인하였다. 또한 소성로의 형상변화와 공정조건의 변화를 통해 문제되는 <TEX>$CO_2$</TEX>를 원활히 배출할 수 있는 해결책을 제안하였다. Lithium secondary batteries have been widely used in the portable electric devices as power source. Recently it is expected that the realm of its applications expands to the markets such as energy storage medium of hybrid electric vehicle(HEV), electric vehicle(EV). Cathode active material is crucial in terms of performance, durability, capacity of lithium secondary batteries. It is urgent to develope the technology for mass production of cathode material to cope with the markets' demands in the near future. In this study, a calcination furnace running in real production line is modelled in 3D, and the thermal flow and gas flow after chemical reaction in the furnace is analyzed through numerical computations. Based on the results, it is shown that large volume of <TEX>$CO_2$</TEX> gas is generated from chemical reaction. High concentration of <TEX>$CO_2$</TEX> gas and it's stagnation is clearly found from the reactant containers in which the reaction occur to the bottom area of the furnace. It is also studied that 15% or more <TEX>$CO_2$</TEX> mol fraction could affect to proper formation of <TEX>$LiCoO_2$</TEX> through TGA-DSC analysis. The solutions to evacuate carbon dioxide from the furnace are suggested through the change of furnace design and operating condition as well.
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