JP5971705B2 - Continuous production equipment for organic sulfur positive electrode materials for secondary batteries - Google Patents

Continuous production equipment for organic sulfur positive electrode materials for secondary batteries Download PDF

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Description

本発明は、主としてリチウムイオンまたはナトリウムイオン二次電池用の正極活物質として有用な有機硫黄系活物質を連続して製造する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for continuously producing an organic sulfur-based active material that is mainly useful as a positive electrode active material for lithium ion or sodium ion secondary batteries.

リチウムイオン二次電池は、小型でエネルギー密度が高いため、ポータブル電子機器の電源として広く用いられている。その正極活物質としては、主としてLiCoO2などの層状化合物が使用されている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、これらの化合物は満充電状態において、高温に晒されると酸素が脱離しやすく、これが非水電解液の酸化発熱反応を引き起こしやすいという問題点がある。近年、電気自動車用の用途への要求が高まり、より安全で、要求される使用温度範囲が広く(−30℃から60℃)、容量、出力および耐久性の全てが大きな正極材料が求められている。
このような正極活物質として、Co以外にFe、Mn、Niや、種々の添加物を加えた酸化物系正極や、リン酸オリビン系化合物LiMPO4(LiMnPO4、LiFePO4、LiCoPO4など)が提案されている。しかしながら、これら例示した材料は、いずれも容量が安定して250mAh/g以上を示すものではなく、自動車等に要求される使用可能温度範囲、安全性と大容量、大出力特性を兼ね備えた電池となる材料はこれまで存在しなかった。
Lithium ion secondary batteries are widely used as power sources for portable electronic devices because of their small size and high energy density. As the positive electrode active material, a layered compound such as LiCoO 2 is mainly used (for example, see Patent Document 1). However, when these compounds are fully charged and exposed to a high temperature, oxygen tends to be desorbed, which tends to cause an oxidative exothermic reaction of the non-aqueous electrolyte. In recent years, demand for electric vehicle applications has increased, and there has been a demand for positive electrode materials that are safer, have a wider required operating temperature range (-30 ° C to 60 ° C), and have a large capacity, output, and durability. Yes.
Examples of such positive electrode active materials include Fe, Mn, Ni in addition to Co, oxide-based positive electrodes to which various additives are added, and olivine phosphate compounds LiMPO 4 (LiMnPO 4 , LiFePO 4 , LiCoPO 4, etc.). Proposed. However, none of these exemplified materials shows a stable capacity of 250 mAh / g or more, and a battery having a usable temperature range required for automobiles, etc., safety and large capacity, and large output characteristics. No material has ever existed.

一方、安価で資源量が多く、環境負荷が低く、高いリチウムイオンの理論充放電容量を有し、かつ高温時に酸素を放出しない正極活物質として、硫黄が注目されてきた。しかし、硫黄単体では電気抵抗が高く、さらには導電助剤を加えて電極として動作させた場合、電解液への溶出が顕著で、サイクル特性が劣悪であった。
近年、この硫黄を有機物と加熱してコンポジット化したものが高い容量と良好なサイクル特性、レート特性を示すことがわかってきた。
本出願人らは、これらの有機硫黄系正極材料を組み込んだ電池を製作し、この電池は、自動車に用いる二次電池としての使用可能温度範囲、安全性と大容量、大出力特性を兼ね備えた実電池であることを確認している。
On the other hand, sulfur has attracted attention as a positive electrode active material that is inexpensive, has a large amount of resources, has a low environmental load, has a high theoretical charge / discharge capacity of lithium ions, and does not release oxygen at high temperatures. However, sulfur alone has a high electric resistance, and when it was operated as an electrode by adding a conductive auxiliary agent, elution into the electrolytic solution was remarkable and the cycle characteristics were poor.
In recent years, it has been found that a composite obtained by heating this sulfur with an organic substance exhibits high capacity, good cycle characteristics, and rate characteristics.
The present applicants manufactured a battery incorporating these organic sulfur-based positive electrode materials, and this battery has a usable temperature range as a secondary battery used in automobiles, safety and large capacity, and large output characteristics. It is confirmed that it is a real battery.

非特許文献1には、中国科学アカデミーのWangらが、ポリアクリロニトリル(以下、PANと記載)に硫黄を300℃で反応させて、Liを出し入れできるカソード材料を合成し、13CNMR、FTIR、XPSなどでキャラクタリゼーションを行ったことが記載されている。本文献では、硫黄は有機物と結合を持って化合するような記述になっている。
非特許文献2には、中国Nankai大学のC.Laiらが、Ar雰囲気750℃においてPANを炭酸ナトリウムで熱処理して1473m2/gの表面積を持つ活性炭を作成し、これに硫黄を混ぜて150℃で熱処理し、57%の硫黄を含む有機硫黄コンポジットを作製しており、この材料はリチウムイオン電池正極材料として容量1155 mAh/gを示し、84サイクル後でも745 mAh/gの容量を持つことが記載されている。
非特許文献3には、中国Nankai大のB.Zhangらが、硫黄アセチレンブラック混合物を149℃で6時間、300℃まで昇温したコンポジットを作製し、ボールミルで混合したものとSEM、XRD、細孔径分布、CV、インピーダンス法により比較を行ったこと、及び、熱処理したコンポジットは、50サイクル後500mAh/gの容量を示したが熱処理しなかったものは低い容量にとどまったことが記載されている。
非特許文献4には、イラクのMosul大のShahabらが、瀝青と硫黄を400℃で反応させ得られた有機硫黄コンポジットについて種々の温度での硫黄の量を調べた結果が記載されている。
非特許文献5には、北京化学大学のSunらが、リチウム硫黄2次電池の正極材料である硫黄のバインダーとしてこれまでのPEOに代わりゼラチンを用いることで充放電特性とサイクル特性が向上することを見出したこと、及び、ゼラチンは電解質の有機溶媒では膨潤せず、サイクル試験後のSEM観察などで粒子の租粒化が抑えられるなどの効果が見出されたことが記載されている。
非特許文献6においては、ロシア科学アカデミーのシベリア支部のTrofimovが、ポリマーの硫黄化と充放電をレビューしている。ポリエチレンを含む種々のポリマーの硫黄化により生成する化合物の構造が示され、ESRによるラジカルの数、CVが報告されている。
非特許文献7においては、上海交通大学のWeiらが、92 wt.% アクリロニトリル−8 wt.% メチルアクリレートポリマー繊維(安価な市販品)をこれまでのPANの代わりに使用し、MWCNT(多壁カーボンナノチューブ)を導電助剤として加え、繊維1g 、MWCNT0.1g、硫黄10gをエタノール中でボールミル混合し、300℃4時間窒素中で熱処理した35wt%の硫黄を含むコンポジットを得たこと、及び、このコンポジットが、容量560mAh/g、0.5C100 cycle後96.5%、7Cで387mAh/gを示したことが記載されている。
In Non-Patent Document 1, Wang et al. Of the Chinese Academy of Sciences synthesized a cathode material capable of taking in and out Li by reacting polyacrylonitrile (hereinafter referred to as PAN) with sulfur at 300 ° C., 13C NMR, FTIR, XPS, etc. It is described that characterization was performed. In this document, sulfur is described as being combined with an organic substance.
In Non-Patent Document 2, C. Lai et al. Of Nankai University in China created activated carbon with a surface area of 1473 m 2 / g by heat-treating PAN with sodium carbonate in an Ar atmosphere at 750 ° C., and mixing it with sulfur. An organic sulfur composite containing 57% sulfur is produced by heat treatment at ℃, and this material has a capacity of 1155 mAh / g as a cathode material for lithium-ion batteries and has a capacity of 745 mAh / g even after 84 cycles Is described.
In Non-Patent Document 3, B. Zhang et al. Of Nankai University in China made a composite in which a sulfur acetylene black mixture was heated up to 300 ° C for 6 hours at 149 ° C and mixed with a ball mill and SEM, XRD, fine It is described that comparison was made by pore size distribution, CV, impedance method, and that the heat-treated composite showed a capacity of 500 mAh / g after 50 cycles, but the one that was not heat-treated remained at a low capacity. .
Non-Patent Document 4 describes the result of Shahab et al. Of Iraqi Mosul University examining the amount of sulfur at various temperatures for an organic sulfur composite obtained by reacting bitumen and sulfur at 400 ° C.
Non-Patent Document 5 states that Sun et al. Of Beijing Chemical University improve charge / discharge characteristics and cycle characteristics by using gelatin instead of conventional PEO as a sulfur binder, which is a positive electrode material for lithium-sulfur secondary batteries. And that gelatin does not swell in the organic solvent of the electrolyte, and that the effect of suppressing grain graining by SEM observation after the cycle test has been found.
In Non-Patent Document 6, Trofimov of the Siberian branch of the Russian Academy of Sciences reviews polymer sulfuration and charge / discharge. The structures of compounds produced by sulfuration of various polymers including polyethylene are shown, and the number of radicals and CV by ESR are reported.
In Non-Patent Document 7, Wei et al. Of Shanghai Jiao Tong University used 92 wt.% Acrylonitrile-8 wt.% Methyl acrylate polymer fiber (inexpensive commercial product) instead of conventional PAN, and used MWCNT (multi-wall) Carbon nanotubes) were added as conductive aids, 1 g of fiber, 0.1 g of MWCNT, 10 g of sulfur were ball milled in ethanol, and a composite containing 35 wt% sulfur heat-treated in nitrogen at 300 ° C. for 4 hours, and It is described that this composite exhibited a capacity of 560 mAh / g, 96.5% after 0.5C100 cycle, and 387 mAh / g at 7C.

上記した如く、近年、有機硫黄系正極材料に関する研究が数多く報告されている。
このことからも分かるように、有機硫黄系正極材料は、安価で、資源量が豊富かつ無害な硫黄と有機物のみからなるために環境負荷が低く、高いリチウムイオンの充放電容量を有し、かつ高温で安定かつ酸素を放出しない材料であることから、次世代リチウムイオン二次電池正極材料のみならずナトリウムイオン二次電池正極材料として大変有望視されている。
As described above, many studies on organic sulfur-based positive electrode materials have been reported in recent years.
As can be seen from this, the organic sulfur-based positive electrode material is inexpensive, has abundant resources, is composed of harmless sulfur and organic matter, has low environmental impact, has high lithium ion charge / discharge capacity, and Since it is a material that is stable at high temperatures and does not release oxygen, it is very promising as a positive electrode material for sodium ion secondary batteries as well as a positive electrode material for next-generation lithium ion secondary batteries.

有機硫黄系正極材料はこのように魅力的な材料である反面、その合成・製造には、種々の困難がある。具体的には、これまでもっぱら焼成法や水熱合成法等により行われてきた酸化物系の正極材料の合成とは異なり、有機物と硫黄とを加熱して反応させる硫化反応工程が必要となる。さらに本発明者らの多年の検討により、生成物に十分な容量を付与するためには、硫黄が蒸散しやすい350℃から400℃の温度において有機物に十分な量の硫黄が存在する状態で処理する必要があることがわかった。この処理過程で、硫黄による有機物からの水素引き抜きにより猛毒の硫化水素が発生する。硫化水素は、0.1%の濃度のガスを吸い込むと即死する恐れのある危険なガスであるため、厳重な管理が求められている。   While organic sulfur-based positive electrode materials are such attractive materials, there are various difficulties in their synthesis and production. Specifically, unlike the synthesis of oxide-based positive electrode materials that have been performed exclusively by the firing method, hydrothermal synthesis method, etc., a sulfurization reaction step is required in which an organic substance and sulfur are reacted by heating. . Furthermore, in order to give a sufficient capacity to the product by the inventors' many years of study, the treatment is performed in a state where a sufficient amount of sulfur is present in the organic matter at a temperature of 350 ° C. to 400 ° C. where sulfur is easily evaporated. I found it necessary to do. During this treatment process, highly toxic hydrogen sulfide is generated by the extraction of hydrogen from organic substances by sulfur. Since hydrogen sulfide is a dangerous gas that can be killed instantly if a gas with a concentration of 0.1% is inhaled, strict management is required.

また、発生する硫化水素の流れに乗って硫黄蒸気も加熱容器から出ようとして出口で冷やされることにより硫黄が析出し、析出した硫黄が加熱容器のガス出口の閉塞を引き起こす場合があった。この場合、加圧された硫化水素が加熱容器内に溜まることになるが、加圧貯留された硫化水素は、容器の開放処置時に安全な処理が困難であり、偶発的に一気に噴出して外界に漏れ出す恐れがあるため大変危険であった。   In addition, sulfur is also deposited on the flow of the generated hydrogen sulfide and is cooled at the outlet in an attempt to get out of the heating vessel, and the precipitated sulfur may cause clogging of the gas outlet of the heating vessel. In this case, pressurized hydrogen sulfide accumulates in the heating container. However, the hydrogen sulfide that has been pressurized and stored is difficult to safely process during the opening of the container, and is accidentally ejected all at once. It was very dangerous because it might leak.

また、加熱容器で合成された有機硫黄系正極材料には、電池内部で電解液に溶け出して電池の寿命を低下させる未反応の硫黄が含まれており、その十分な除去を行うための精製処理が必要となり、硫黄除去の際も硫化水素が発生する場合がある。このように、有機硫黄系正極材料を得るためには、合成と精製の両方で困難が伴うため、これら一連の合成・精製操作を安全かつ環境に配慮し、連続的に迅速かつ多量に行える装置が必要とされているが、従来そのような装置は存在していなかった。   In addition, the organic sulfur-based positive electrode material synthesized in the heating container contains unreacted sulfur that dissolves in the electrolyte inside the battery and reduces the life of the battery. Treatment is required, and hydrogen sulfide may be generated during sulfur removal. Thus, it is difficult to obtain an organic sulfur-based positive electrode material in both synthesis and purification, so a series of these synthesis and purification operations can be performed quickly and in large quantities in a safe and environmentally friendly manner. However, there has been no such device in the past.

特開2009−252630号公報JP 2009-252630 A

J. Wang, J. Yang, C. Wan, K. Du, J. Xie, and N. Xu, Adv. Funct. Mater., 13, 487-492 (2003).J. Wang, J. Yang, C. Wan, K. Du, J. Xie, and N. Xu, Adv. Funct. Mater., 13, 487-492 (2003). C. Lai, X. P. Gao, B. Zhang, T. Y. Yan and Z. Zhou, J. Phys. Chem. C 113, 4712-4716 (2009).C. Lai, X. P. Gao, B. Zhang, T. Y. Yan and Z. Zhou, J. Phys. Chem. C 113, 4712-4716 (2009). B.Zhang, C. Lai, Z. Zhou, and X.P. Gao, Electrochim. Acta, 54, 3708-3713 (2009).B. Zhang, C. Lai, Z. Zhou, and X.P. Gao, Electrochim. Acta, 54, 3708-3713 (2009). Y. A. Shahab, A. A. Siddiq, and K. S. Tawfiq, Carbon, 26, 801-802 (1988).Y. A. Shahab, A. A. Siddiq, and K. S. Tawfiq, Carbon, 26, 801-802 (1988). J. Sun, Y. Huang, W. Wang, Z. Yu, A. Wang, K. Yuan, Electrochim. Acta, 53, 7084-7088 (2008).J. Sun, Y. Huang, W. Wang, Z. Yu, A. Wang, K. Yuan, Electrochim. Acta, 53, 7084-7088 (2008). B. A. Trofimov, Sulfur Reports, 24, 283-305 (2003).B. A. Trofimov, Sulfur Reports, 24, 283-305 (2003). W. Wei, J. Wang, L. Zhou, J. Yang, B. Schumann, Y. NuLi, Electrochem. Comm., 13, 399-402 (2011).W. Wei, J. Wang, L. Zhou, J. Yang, B. Schumann, Y. NuLi, Electrochem. Comm., 13, 399-402 (2011).

本発明は、有機硫黄系正極材料の製造において、有機硫黄系正極材料の容量を十分に引き出しつつ、および生成物からの未反応の硫黄の除去を可能にすることができるとともに、有機硫黄系正極材料の製造を、連続して迅速かつ多量に行える装置を提供することを目的とする。   The present invention enables the removal of unreacted sulfur from a product while sufficiently extracting the capacity of the organic sulfur-based positive electrode material in the production of the organic sulfur-based positive electrode material. An object of the present invention is to provide an apparatus capable of continuously and rapidly producing materials.

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を提供する。
請求項1に係る発明では、
硫黄と有機物とを含む原料を収容する原料容器と、
前記原料容器内から供給される原料を加熱する加熱容器と、
前記加熱容器内で生成された生成物を回収する生成物回収容器と、
前記原料容器から供給される原料を前記加熱容器に連続的に送りこむとともに、前記加熱容器にて生成された生成物を前記生成物回収容器へと連続的に送り出す連続移送機構と、
前記加熱容器内で発生した硫化水素を外部に取り出すための排出管と、を備え、
前記排出管は、前記加熱容器内から排出される排ガス中に含まれる硫黄蒸気の処理機構として、前記硫黄蒸気から硫黄を凝結させて原料として前記加熱容器内に戻す機構、及び、前記硫黄蒸気を蒸気の状態で排出する機構のうち、少なくともいずれか一方の機構を有していることを特徴とする二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置、を提供する。
The present invention provides the following means in order to solve the above problems.
In the invention according to claim 1,
A raw material container for containing a raw material containing sulfur and organic matter;
A heating container for heating the raw material supplied from within the raw material container;
A product recovery container for recovering the product generated in the heating container;
A continuous transfer mechanism that continuously feeds the raw material supplied from the raw material container to the heating container and continuously sends the product generated in the heating container to the product recovery container;
A discharge pipe for taking out hydrogen sulfide generated in the heating vessel to the outside,
The exhaust pipe has a mechanism for condensing sulfur from the sulfur vapor and returning it to the heating vessel as a raw material as a processing mechanism for sulfur vapor contained in the exhaust gas discharged from the heating vessel; and Provided is an apparatus for continuously producing an organic sulfur-based positive electrode material for a secondary battery, which has at least one of mechanisms for discharging in a vapor state.

この装置によれば、硫黄と有機物とを含む原料を連続移送機構により加熱容器内に連続的に送り込み、加熱容器内において硫黄と有機物とを反応させて生成物(有機硫黄系正極材料)を生成して、生成された生成物を生成物回収容器へと連続的に送り出すことができるとともに、加熱容器内で発生した硫化水素を排出管から外部に取り出すことができる。また、加熱容器内から排出される排ガス中に含まれる硫黄蒸気を、原料として加熱容器内に戻すこと、及び/又は、蒸気のままで外部に排出することが可能となる。これにより、有機硫黄系正極材料の合成・精製処理を、安全かつ環境に配慮し、迅速かつ多量に連続的に行える装置が提供される。また、この装置は、有機硫黄系正極材料を、実験室規模の数gの試作製造から工業的規模の製造まで、装置のスケールを変えるだけで行うことができるため、汎用性及び利便性が高い。   According to this apparatus, a raw material containing sulfur and organic matter is continuously fed into a heating vessel by a continuous transfer mechanism, and sulfur and organic matter are reacted in the heating vessel to produce a product (organic sulfur-based positive electrode material). Thus, the produced product can be continuously sent out to the product collection container, and hydrogen sulfide generated in the heating container can be taken out from the discharge pipe to the outside. Moreover, it becomes possible to return the sulfur vapor contained in the exhaust gas discharged from the heating container into the heating container as a raw material and / or to discharge it outside as the steam. This provides a device that can synthesize and purify organic sulfur-based positive electrode materials in a rapid and large amount in a safe and environmentally friendly manner. Moreover, since this apparatus can perform the organic sulfur type positive electrode material from a laboratory scale production of several grams of prototypes to an industrial scale by simply changing the scale of the apparatus, it is highly versatile and convenient. .

請求項2に係る発明では、
前記排出管を加熱する加熱装置を備えており、
前記加熱装置は、前記加熱容器内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気を、前記排出管内において液化させて前記加熱容器内の原料に向けて滴下させて硫黄を原料として再利用することができる第一の加熱温度で、前記排出管を加熱制御することを特徴とする請求項1記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置、を提供する。
In the invention according to claim 2,
A heating device for heating the discharge pipe;
The heating device may recycle sulfur as a raw material by liquefying sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating vessel in the exhaust pipe and dripping the sulfur vapor toward the raw material in the heating vessel. The apparatus for continuously producing an organic sulfur-based positive electrode material for a secondary battery according to claim 1, wherein the discharge pipe is heated and controlled at a first heating temperature that can be produced.

この装置によれば、加熱容器内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気が、排出管内で固化して排出管を閉塞することが防がれる。また、加熱容器内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気を、排出管内において液化させて加熱容器内の原料に向けて滴下させて、滴下した硫黄を原料として再利用するることができるため、加熱容器内において十分な量の原料硫黄を確保することが可能となり、原料として使用する硫黄の量を減らすことができる。   According to this apparatus, it is possible to prevent sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating container from solidifying in the exhaust pipe and closing the exhaust pipe. Moreover, since sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating vessel can be liquefied in the discharge pipe and dropped toward the raw material in the heating vessel, and the dropped sulfur can be reused as a raw material. A sufficient amount of raw material sulfur can be secured in the heating container, and the amount of sulfur used as the raw material can be reduced.

請求項3に係る発明では、
前記排出管を加熱する加熱装置を備えており、
前記加熱装置は、前記加熱容器内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気を、前記排出管内において液化させずに蒸気の状態で外部へと取り出すことができる第二の加熱温度で、前記排出管を加熱制御することを特徴とする請求項1記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置、を提供する。
In the invention according to claim 3,
A heating device for heating the discharge pipe;
The heating device is configured to discharge the sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating container at a second heating temperature at which the vapor can be taken out to the outside without being liquefied in the exhaust pipe. The apparatus for continuously producing an organic sulfur-based positive electrode material for a secondary battery according to claim 1, wherein the tube is heated and controlled.

この装置によれば、加熱容器内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気が、排出管内で固化して排出管を閉塞することが防がれる。また、加熱容器内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気を、排出管内において液化させずに蒸気の状態で外部へと取り出すことができるため、加熱容器内に過剰量の硫黄が存在することを防ぎ、過剰な硫黄が生成物に付着することを防止することができる。   According to this apparatus, it is possible to prevent sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating container from solidifying in the exhaust pipe and closing the exhaust pipe. Also, since sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating vessel can be taken out in the state of vapor without being liquefied in the discharge pipe, there must be an excessive amount of sulfur in the heating vessel. And excessive sulfur can be prevented from adhering to the product.

請求項4に係る発明では、
前記排出管を加熱する加熱装置を備えており、
前記加熱装置は、前記加熱容器内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気を、前記排出管内において液化させて前記加熱容器内の原料に向けて滴下させて硫黄を原料として再利用することができる第一の加熱温度で前記排出管を加熱制御し、及び前記加熱容器内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気を、前記排出管内において液化させずに蒸気の状態で外部へと取り出すことができる第二の加熱温度で前記排出管を加熱制御し、前記第一の加熱温度と前記第二の加熱温度とを切り換え可能であることを特徴とする請求項1記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置、を提供する。
In the invention according to claim 4,
A heating device for heating the discharge pipe;
The heating device may recycle sulfur as a raw material by liquefying sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating vessel in the exhaust pipe and dripping the sulfur vapor toward the raw material in the heating vessel. The exhaust pipe is heated and controlled at a first heating temperature that can be obtained, and sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating container is taken out to the outside in a vapor state without being liquefied in the exhaust pipe. 2. The organic battery for a secondary battery according to claim 1, wherein the discharge pipe is heated and controlled at a second heating temperature capable of switching between the first heating temperature and the second heating temperature. An apparatus for continuously producing a sulfur-based positive electrode material is provided.

この装置によれば、加熱容器内に存在する硫黄の量に応じて、排気管の加熱温度を切り換えることにより、加熱容器内において十分な量の原料硫黄を確保しながら、加熱容器内に過剰量の硫黄が存在することをも防ぐことが可能となる。   According to this apparatus, by switching the heating temperature of the exhaust pipe in accordance with the amount of sulfur present in the heating container, an excessive amount in the heating container is secured while securing a sufficient amount of raw material sulfur in the heating container. It is also possible to prevent the presence of sulfur.

請求項5に係る発明では、
前記排出管は、前記液化した硫黄が未反応の原料に向けて滴下する位置において前記加熱容器と接続されていることを特徴とする請求項2記載の二次電池用有機硫黄系正極材料製造装置、を提供する。
In the invention according to claim 5,
The said exhaust pipe is connected with the said heating container in the position where the said liquefied sulfur is dripped toward an unreacted raw material, The organic sulfur type positive electrode material manufacturing apparatus for secondary batteries of Claim 2 characterized by the above-mentioned. ,I will provide a.

この装置によれば、排出管内において液化した硫黄を、加熱容器内の未反応の原料に向けて滴下させることができるため、排出管内において液化した硫黄を確実に原料として使用することが可能となる。また、液化した硫黄が生成物に付着することも防がれる。   According to this device, sulfur liquefied in the discharge pipe can be dropped toward the unreacted raw material in the heating vessel, so that the sulfur liquefied in the discharge pipe can be reliably used as the raw material. . It is also possible to prevent liquefied sulfur from adhering to the product.

請求項6に係る発明では、
前記連続移送機構による移送方向の下流側から上流側に向けて前記加熱容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を備えていることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置、を提供する。
In the invention according to claim 6,
6. The apparatus according to claim 1, further comprising an inert gas supply unit configured to supply an inert gas into the heating container from a downstream side to an upstream side in a transfer direction by the continuous transfer mechanism. An organic sulfur-based positive electrode material continuous production apparatus for secondary batteries is provided.

この装置によれば、加熱容器の下流側において生成された粗生成物から加熱により発生した過剰な硫黄の蒸気を、不活性ガスの流れに乗せて加熱容器の上流側にある原料の方向へと運ぶことができる。これにより、粗生成物から過剰な硫黄が除去され(精製され)、高容量な有機硫黄系正極材料を連続的に合成することが可能となる。   According to this apparatus, excess sulfur vapor generated by heating from the crude product generated on the downstream side of the heating vessel is placed on the flow of the inert gas toward the raw material on the upstream side of the heating vessel. Can carry. Thereby, excess sulfur is removed (purified) from the crude product, and a high-capacity organic sulfur-based positive electrode material can be continuously synthesized.

請求項7に係る発明では、
前記加熱容器は、前記連続移送機構による移送方向の下流側が上流側よりも高位置となるように傾斜している又は傾斜可能に構成されていることを特徴とする請求項1乃至6いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置、を提供する。
In the invention according to claim 7,
The heating container is configured to be inclined or tiltable so that a downstream side in a transfer direction by the continuous transfer mechanism is higher than an upstream side. The organic sulfur type positive electrode material continuous manufacturing apparatus for secondary batteries as described is provided.

この装置によれば、排出管内において液化されて加熱容器内に向けて滴下した硫黄が、加熱容器の下流側に向けて流下して生成物に付着することが防がれる。   According to this apparatus, it is prevented that the sulfur liquefied in the discharge pipe and dropped into the heating container flows down toward the downstream side of the heating container and adheres to the product.

請求項8に係る発明では、前記排出管から排出された排ガス中に含まれる硫化水素及び硫黄蒸気から硫黄を回収して硫化水素のみを外部に排出する硫黄回収機構を備えていることを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置を提供する。   The invention according to claim 8 includes a sulfur recovery mechanism that recovers sulfur from hydrogen sulfide and sulfur vapor contained in the exhaust gas discharged from the exhaust pipe and discharges only hydrogen sulfide to the outside. An organic sulfur-based positive electrode material continuous production apparatus for a secondary battery according to any one of claims 1 to 7 is provided.

この装置によれば、排出管から排出された排ガス中に含まれる硫化水素及び硫黄蒸気から硫黄を回収して、硫化水素のみを外部に排出することができるため、硫黄を再利用することが可能となる。   According to this device, it is possible to recover sulfur from hydrogen sulfide and sulfur vapor contained in the exhaust gas discharged from the exhaust pipe and to discharge only hydrogen sulfide to the outside, so that sulfur can be reused. It becomes.

請求項9に係る発明では、
前記加熱容器が、前記原料を加熱して反応させて粗生成物を生成するための加熱反応容器と、前記加熱反応容器で生成された粗生成物に含まれる未反応の硫黄を除去するための加熱脱硫容器とからなり、
前記連続移送機構は、前記原料容器から供給される原料を前記加熱反応容器へと連続的に送りこみ、前記加熱反応容器で生成された粗生成物を前記加熱脱硫容器へと連続的に移送し、前記加熱脱硫容器にて生成された生成物を前記生成物回収容器へと連続的に送り出すことを特徴とする請求項1乃至8いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置、を提供する。
In the invention according to claim 9,
A heating reaction vessel for heating and reacting the raw material to produce a crude product; and for removing unreacted sulfur contained in the crude product produced in the heating reaction vessel. Consisting of a heated desulfurization vessel,
The continuous transfer mechanism continuously feeds the raw material supplied from the raw material container to the heated reaction vessel, and continuously transfers the crude product generated in the heated reaction vessel to the heated desulfurization vessel . The product produced in the heated desulfurization vessel is continuously sent out to the product recovery vessel. Organic sulfur-based positive electrode material continuous production for secondary battery according to any one of claims 1 to 8, Device.

この装置によれば、加熱反応容器において原料の反応を行わせて粗生成物を生成し、加熱脱硫容器において粗生成物から未反応硫黄の除去を行わせることができる。このように、生成プロセスと脱硫プロセスを別々の加熱容器にて行わせることにより、各加熱容器において夫々のプロセスに適した加熱条件(温度及び時間)を設定することができる。これにより、合成及び脱硫を確実に行うことができるとともに、両プロセスを1台で行う場合に比べて加熱装置を小型化することができ、スクリュー等の連続移送装置に加わる負荷を軽減することが可能となる。 According to this apparatus, a raw product can be reacted in a heated reaction vessel to produce a crude product, and unreacted sulfur can be removed from the crude product in a heated desulfurization vessel . In this way, by performing the production process and the desulfurization process in separate heating containers, heating conditions (temperature and time) suitable for each process can be set in each heating container. As a result, synthesis and desulfurization can be performed reliably, and the heating device can be reduced in size compared with the case where both processes are performed by one unit, and the load applied to a continuous transfer device such as a screw can be reduced. It becomes possible.

請求項10に係る発明では、
前記連続移送機構がスクリュー式であることを特徴とする請求項1乃至9いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置、を提供する。
In the invention according to claim 10,
The said continuous transfer mechanism is a screw type, The organic sulfur type positive electrode material continuous manufacturing apparatus for secondary batteries in any one of the Claims 1 thru | or 9 provided.

この装置によれば、スクリューを用いることで原料と硫黄の分離を防ぐことができ、排出管内において液化されて加熱容器内に向けて滴下した硫黄が原料と混合されることで硫黄が十分な量原料に行き渡り、なおかつ生成物から未反応の硫黄の気化を促進することができるという効果が得られる。   According to this apparatus, separation of the raw material and sulfur can be prevented by using a screw, and a sufficient amount of sulfur can be obtained by mixing the liquefied sulfur in the discharge pipe and dropping into the heating vessel with the raw material. It is possible to obtain the effect that the raw material can be spread and the vaporization of unreacted sulfur from the product can be promoted.

請求項11に係る発明では、
前記連続移送機構がローラーハース式であることを特徴とする請求項1乃至9いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置、を提供する。
In the invention according to claim 11,
The continuous transfer mechanism is a roller hearth type, and provides an organic sulfur-based positive electrode material continuous production apparatus for a secondary battery according to any one of claims 1 to 9.

この装置によれば、加熱源となる炉内に原料を入れた加熱容器を隙間なく密着させてローラーにより送り、生成物から蒸発させた硫黄蒸気から、硫黄を凝結させ反応直前の加熱容器に注ぎ込むことで、十分な硫黄を供給することができる。また、炉の長さを長くとることで未反応の硫黄を取り除くだけの十分な時間や温度制御が可能であり、スクリューよりもより多量な原料を処理可能で、なおかつ攪拌困難な粘性の高い原料や、硬い生成物からなる硬い有機硫黄系正極材料を扱うことができるという効果が得られる。   According to this apparatus, the heating vessel containing the raw material in the furnace as a heating source is closely contacted and sent by a roller, and the sulfur is condensed from the sulfur vapor evaporated from the product and poured into the heating vessel immediately before the reaction. Thus, sufficient sulfur can be supplied. In addition, the length of the furnace is long enough to control the time and temperature enough to remove unreacted sulfur, and it is possible to process a larger amount of raw material than a screw, yet it is difficult to stir, and the highly viscous raw material Moreover, the effect that the hard organic sulfur type positive electrode material which consists of a hard product can be handled is acquired.

請求項12に係る発明では、
前記連続移送機構がプッシャー式であることを特徴とする請求項1乃至9いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置、を提供する。
In the invention according to claim 12,
The continuous transfer mechanism is a pusher type, and provides an organic sulfur-based positive electrode material continuous production apparatus for a secondary battery according to any one of claims 1 to 9.

この装置によれば、加熱源となる炉内に原料を入れた加熱容器を隙間なく密着させて送り、生成物から蒸発させた硫黄蒸気から、硫黄を凝結させ反応直前の加熱容器に注ぎ込むことで、十分な硫黄を供給することができる。また、炉の長さを長くとることで未反応の硫黄を取り除くだけの十分な時間や温度制御が可能であり、スクリューよりもより多量な原料を処理可能で、なおかつ攪拌困難な粘性の高い原料や、硬い生成物からなる硬い有機硫黄系正極材料を扱うことができるという効果が得られる。   According to this apparatus, the heating vessel containing the raw material in the furnace as the heating source is sent closely without gap, and the sulfur is condensed from the sulfur vapor evaporated from the product and poured into the heating vessel immediately before the reaction. Sufficient sulfur can be supplied. In addition, the length of the furnace is long enough to control the time and temperature enough to remove unreacted sulfur, and it is possible to process a larger amount of raw material than a screw, yet it is difficult to stir, and the highly viscous raw material Moreover, the effect that the hard organic sulfur type positive electrode material which consists of a hard product can be handled is acquired.

本発明に係る二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置によれば、高容量な有機硫黄系正極材料を、未反応硫黄の脱離・精製を確実且つ容易に行いつつ、連続的に多量に合成することが可能となる。   According to the organic sulfur-based positive electrode material continuous production apparatus for secondary battery according to the present invention, a large amount of high-capacity organic sulfur-based positive electrode material can be continuously added while reliably and easily removing and purifying unreacted sulfur. Can be synthesized.

本発明に係る二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置の要部を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the principal part of the organic sulfur type positive electrode material continuous manufacturing apparatus for secondary batteries which concerns on this invention. 本発明に係る二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of the organic sulfur type positive electrode material continuous manufacturing apparatus for secondary batteries which concerns on this invention. 本発明に係る二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置の第二実施形態の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of 2nd embodiment of the organic sulfur type positive electrode material continuous manufacturing apparatus for secondary batteries which concerns on this invention.

以下、本発明に係る二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置(以下、単に製造装置と称す)の好適な実施形態について、図面を適宜参照しながら説明する。
図1は本発明に係る製造装置の要部を示す概略断面図であり、図2は本発明に係る製造装置の全体構成を示す断面図である。図3は本発明に係る製造装置の第二実施形態の全体構成を示す断面図である。
先ず、図1,2に示す製造装置(第一実施形態)について説明する。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an organic sulfur positive electrode material continuous production apparatus (hereinafter simply referred to as production apparatus) for a secondary battery according to the invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the main part of the manufacturing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the manufacturing apparatus according to the present invention. FIG. 3 is a sectional view showing the overall configuration of the second embodiment of the manufacturing apparatus according to the present invention.
First, the manufacturing apparatus (first embodiment) shown in FIGS.

本発明に係る製造装置は、硫黄と有機物とを含む原料(M)を収容する原料容器(1)と、原料容器(1)内から供給される原料を加熱する加熱容器(2)と、加熱容器(2)内で生成された生成物を回収する生成物回収容器(3)と、原料容器(1)から供給される原料を加熱容器(2)に連続的に送りこむとともに、加熱容器(2)にて生成された生成物を生成物回収容器(3)へと連続的に送り出す連続移送機構(4)と、加熱容器(2)内で発生した硫化水素を外部に取り出すための排出管(5)と、を備えている。
排出管(5)は、加熱容器(2)内から排出される排ガス中に含まれる硫黄蒸気の処理機構として、硫黄蒸気から硫黄を凝結させて原料として加熱容器(2)内に戻す機構(戻し機構)、及び、硫黄蒸気を蒸気の状態で排出する機構(排出機構)のうち、少なくともいずれか一方の機構を有している。
The production apparatus according to the present invention includes a raw material container (1) containing a raw material (M) containing sulfur and organic matter, a heating container (2) for heating a raw material supplied from within the raw material container (1), and a heating The product recovery container (3) for recovering the product generated in the container (2) and the raw material supplied from the raw material container (1) are continuously fed into the heating container (2) and the heating container (2 ) And a continuous transfer mechanism (4) for continuously sending the product generated in the product recovery container (3), and a discharge pipe for taking out hydrogen sulfide generated in the heating container (2) to the outside ( 5).
The discharge pipe (5) is a mechanism for returning sulfur into the heating vessel (2) as a raw material by condensing sulfur from the sulfur vapor as a processing mechanism for sulfur vapor contained in the exhaust gas discharged from the heating vessel (2). Mechanism) and a mechanism (discharge mechanism) for discharging sulfur vapor in a vapor state.

原料容器(1)は、図1に示すように、原料(M)を攪拌混合するための攪拌機構(6)を備えていることが好ましい。撹拌機構(6)は、原料容器(1)内に配設された攪拌羽根(61)と、攪拌羽根(61)を回転させるモータ(62)とを備えている。
原料容器(1)の下端排出口は、加熱容器(2)の一端側(上流側)と連通連結されている。原料容器(1)内の原料は、下端排出口から取り出されて加熱容器(2)の一端側(上流側)へと供給される。原料容器(1)の下端排出口と、加熱容器(2)の一端側(上流側)とは図1に示すように直接連結してもよいし、図2に示すようにスクリューコンベア等の移送機構(10)を介して連結してもよい。
As shown in FIG. 1, the raw material container (1) preferably includes a stirring mechanism (6) for stirring and mixing the raw material (M). The stirring mechanism (6) includes a stirring blade (61) disposed in the raw material container (1) and a motor (62) that rotates the stirring blade (61).
The lower end discharge port of the raw material container (1) is connected in communication with one end side (upstream side) of the heating container (2). The raw material in the raw material container (1) is taken out from the lower end discharge port and supplied to one end side (upstream side) of the heating container (2). The lower end discharge port of the raw material container (1) and the one end side (upstream side) of the heating container (2) may be directly connected as shown in FIG. 1, or transferred by a screw conveyor or the like as shown in FIG. You may connect via a mechanism (10).

加熱容器(2)は略円筒形状であって中心軸を横向きに配置されており、一端側(上流側)に原料容器(1)の下端排出口が直接又は移送機構(10)を介して連結されている。加熱容器(2)には、容器内の内容物をその軸方向に沿って連続的に上流側から下流側へと移送する連続移送機構(4)が取り付けられている。連続移送機構(4)は、図示例ではスクリュー式機構(スクリュー(41)及びモータ(42)を備えたスクリューコンベア)とされている。但し、本発明において連続移送機構(4)の構成は特に限定されず、ローラーハース式やプッシャー式等の他の種類の連続移送機構(図示略)を使用してもよい。   The heating container (2) has a substantially cylindrical shape and is arranged with its central axis oriented sideways, and the lower end discharge port of the raw material container (1) is connected to one end side (upstream side) directly or via a transfer mechanism (10). Has been. The heating container (2) is attached with a continuous transfer mechanism (4) for continuously transferring the contents in the container along the axial direction from the upstream side to the downstream side. In the illustrated example, the continuous transfer mechanism (4) is a screw type mechanism (a screw conveyor provided with a screw (41) and a motor (42)). However, in the present invention, the configuration of the continuous transfer mechanism (4) is not particularly limited, and other types of continuous transfer mechanisms (not shown) such as a roller hearth type and a pusher type may be used.

加熱容器(2)は、加熱源(7)により加熱される加熱部(8)と、加熱されない非加熱部(9)を有している。加熱源(7)は、例えば電気炉のヒータ等からなり、加熱容器(2)の外周に配置されている。尚、加熱源(8)の種類は特に限定されないが、電気炉が好適に使用されるため、以下の説明では加熱源を電気炉(8)として説明する場合がある。   The heating container (2) has a heating part (8) heated by a heating source (7) and a non-heating part (9) that is not heated. The heating source (7) is composed of a heater of an electric furnace, for example, and is disposed on the outer periphery of the heating container (2). In addition, although the kind of heating source (8) is not specifically limited, since an electric furnace is used suitably, in the following description, a heating source may be demonstrated as an electric furnace (8).

加熱容器(2)は、長さ方向の一端部(上流側端部)と他端部(下流側端部)が非加熱部(9)とされ、長さ方向の中間部(一端部と他端部の間)が加熱部(8)とされている。加熱部(8)は、例えば加熱容器(2)の長さ全体の約70〜80%の範囲にわたって設けられる。   The heating container (2) has one end portion (upstream end portion) and the other end portion (downstream end portion) in the length direction as a non-heating portion (9), and an intermediate portion (one end portion and the other in the length direction). The heating section (8) is provided between the ends. A heating part (8) is provided over the range of about 70-80% of the whole length of a heating container (2), for example.

加熱部(8)における加熱温度(加熱容器(2)内部の温度)は、原料に含まれる硫黄と有機物とが硫化反応をするのに充分な温度(好ましくは300〜450℃、より好ましくは350〜420℃)に設定され、一定に保たれる。
尚、加熱容器(2)内の温度は、熱電対(15)により測定され、この測定値に基づいて温度調節器(図示略)で電気炉(8)を制御することにより調整される。
The heating temperature in the heating section (8) (the temperature inside the heating container (2)) is a temperature sufficient for sulfurization reaction between sulfur and organic matter contained in the raw material (preferably 300 to 450 ° C, more preferably 350 ° C). ˜420 ° C.) and kept constant.
The temperature in the heating container (2) is measured by a thermocouple (15), and is adjusted by controlling the electric furnace (8) with a temperature controller (not shown) based on the measured value.

加熱容器(2)の材質は、液体の硫黄が存在する原料に触れる部分は、ムライト、アルミナ、石英、アルミニウム、ステンレスを用いるのが好ましく、硫黄蒸気の通気性や原料との剥離容易性、加工性の面からアルミニウム、石英、またはステンレスがより好ましい。   As the material of the heating vessel (2), it is preferable to use mullite, alumina, quartz, aluminum, and stainless steel for the part that comes into contact with the raw material containing liquid sulfur. From the viewpoint of properties, aluminum, quartz, or stainless steel is more preferable.

加熱容器(2)には、加熱容器(2)内で発生した硫化水素及び硫黄蒸気を外部に取り出すための排出管(5)が連通連結されている。排出管(5)は、加熱容器(2)の上流側端部近傍の位置に接続されている。この接続位置は、排出管(5)内にて液化した硫黄(後述する)が、加熱容器(2)内の未反応の原料に向けて滴下することができる位置である。より詳しくは、加熱部(8)に原料が送り込まれる直前の位置であり、稼働中の温度が150℃から200℃となる位置である。
排出管(5)は、硫黄による閉塞を避ける目的で内径10mmφより太い管とすることが好ましく、周囲をリボンヒーター等の加熱装置(11)で加熱する。
A discharge pipe (5) for taking out hydrogen sulfide and sulfur vapor generated in the heating container (2) is connected to the heating container (2). The discharge pipe (5) is connected to a position in the vicinity of the upstream end of the heating container (2). This connection position is a position where sulfur (described later) liquefied in the discharge pipe (5) can be dropped toward the unreacted raw material in the heating container (2). More specifically, it is a position immediately before the raw material is sent to the heating section (8), and is a position where the operating temperature is 150 ° C. to 200 ° C.
The discharge pipe (5) is preferably a pipe thicker than an inner diameter of 10 mmφ for the purpose of avoiding clogging with sulfur, and the periphery is heated by a heating device (11) such as a ribbon heater.

加熱装置(11)は、加熱容器(2)内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気を排出管(5)内において液化させて加熱容器(2)内の原料に向けて滴下させて硫黄を原料として再利用することができる第一の加熱温度、又は、加熱容器(2)内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気を排出管(5)内において液化させずに蒸気の状態で外部へと取り出すことができる第二の加熱温度により、排出管(5)を加熱する。   The heating device (11) liquefies sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating vessel (2) in the discharge pipe (5) and drops it toward the raw material in the heating vessel (2) to form sulfur. In the state of steam without liquefying the sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating vessel (2) or the exhaust gas extracted from the heating vessel (2). The discharge pipe (5) is heated by the second heating temperature that can be taken out.

第一の加熱温度は100℃以上200℃以下に設定される。これにより、硫黄蒸気が排出管(5)内にて固化して排出管を閉塞することを防ぐことができる。また、硫黄蒸気を排出管(5)内にて液化させて加熱容器(2)内の未反応原料に向けて滴下させて、滴下した硫黄を原料として再利用することができるため、加熱容器内において十分な量の原料硫黄を確保することが可能となり、原料として使用する硫黄の量を減らすことができる。
このように、排出管(5)は、加熱装置(11)によって第一の加熱温度で加熱されることにより、上述した戻し機構として機能する。
The first heating temperature is set to 100 ° C. or more and 200 ° C. or less. Thereby, it can prevent that sulfur vapor | steam solidifies in a discharge pipe (5), and obstruct | occludes a discharge pipe. Moreover, since sulfur vapor | steam can be liquefied in a discharge pipe (5), it is dripped toward the unreacted raw material in a heating container (2), and the dripped sulfur can be reused as a raw material, Therefore In this case, it is possible to secure a sufficient amount of raw material sulfur, and the amount of sulfur used as a raw material can be reduced.
Thus, the discharge pipe (5) functions as the return mechanism described above by being heated at the first heating temperature by the heating device (11).

第二の加熱温度は200℃以上に設定される。これにより、硫黄蒸気が排出管(5)内にて固化して排出管を閉塞することを防ぐことができる。また、硫黄蒸気を排出管(5)内において液化させずに蒸気の状態で外部へと取り出すことが可能となるため、加熱容器(2)内に過剰量の硫黄が存在することを防ぐことができる。
加熱容器(2)内の硫黄が過剰である場合に第一の加熱温度に設定すると、硫黄蒸気が液化して加熱容器(2)内に戻されることで硫黄がより過剰となり、過剰となった硫黄が生成物に付着する不具合が起こり得るが、第二の加熱温度に設定すると、過剰な硫黄が蒸気として加熱容器(2)から取り出されるため、かかる不具合の発生が防がれる。
このように、排出管(5)は、加熱装置(11)によって第二の加熱温度で加熱されることにより、上述した排出機構として機能する。
The second heating temperature is set to 200 ° C. or higher. Thereby, it can prevent that sulfur vapor | steam solidifies in a discharge pipe (5), and obstruct | occludes a discharge pipe. Moreover, since it becomes possible to take out sulfur vapor | steam outside in the state of a vapor | steam, without making it liquefy in a discharge pipe (5), it can prevent that an excessive amount of sulfur exists in a heating container (2). it can.
When the first heating temperature is set when sulfur in the heating vessel (2) is excessive, sulfur vapor is liquefied and returned to the heating vessel (2), so that sulfur becomes excessive and excessive. Although the malfunction which sulfur adheres to a product may occur, since it will be taken out from a heating container (2) as a vapor | steam if it sets to 2nd heating temperature, generation | occurrence | production of this malfunction is prevented.
Thus, the discharge pipe (5) functions as the above-described discharge mechanism by being heated at the second heating temperature by the heating device (11).

加熱装置(11)は、排出管(5)の加熱温度を任意に調整可能な構成であることが好ましく、少なくとも上記した第一の加熱温度と第二の加熱温度とに切り換え可能な構成であることが好ましい。このような構成とすれば、加熱容器(2)内に存在する硫黄量に応じて、排気管(5)の加熱温度を切り換えることにより、加熱容器(2)内において十分な量の原料硫黄を確保しながら、加熱容器(2)内に過剰量の硫黄が存在することをも防ぐことが可能となる。つまり、加熱容器(2)内の硫黄量が不足している場合には、第一の温度に設定して硫黄蒸気を液化させて加熱容器(2)内に滴下させ、逆に硫黄量が過剰である場合には、第二の温度に設定して硫黄蒸気を外部に取り出すことができる。   The heating device (11) preferably has a configuration capable of arbitrarily adjusting the heating temperature of the discharge pipe (5), and can be switched at least between the first heating temperature and the second heating temperature. It is preferable. With such a configuration, by switching the heating temperature of the exhaust pipe (5) in accordance with the amount of sulfur present in the heating vessel (2), a sufficient amount of raw material sulfur can be obtained in the heating vessel (2). It is possible to prevent an excessive amount of sulfur from being present in the heating container (2) while ensuring it. That is, when the amount of sulfur in the heating vessel (2) is insufficient, the first temperature is set to liquefy the sulfur vapor and drop it into the heating vessel (2), and conversely, the amount of sulfur is excessive. In this case, the sulfur vapor can be taken out by setting the second temperature.

排出管(5)の排出側端部には硫黄回収容器(13)が連結されており、加熱容器(2)内から排出された硫黄蒸気、硫化水素等の排ガスは、硫黄回収容器(13)内に回収される。尚、後述する不活性ガス供給手段(14)により加熱容器(2)内に供給された不活性ガスも硫黄回収容器(13)内に回収される。
硫黄回収容器(13)は、空冷や水冷等による冷却手段を有することが好ましい。冷却手段にて硫黄回収容器(13)を所定温度(例えば50℃)以下に冷却することにより、硫黄の大半が硫黄回収容器(13)に回収され、硫化水素と不活性ガスのみを外部に排出することが可能となる。即ち、硫黄回収容器(13)とその冷却手段は、硫黄回収機構として機能する。硫黄回収容器(13)に回収されない硫化水素は、燃焼器などを用いて毒性の低い酸化硫黄に変え、水に吸収させる等の除去処理を行う。
A sulfur recovery container (13) is connected to the discharge side end of the discharge pipe (5), and exhaust gas such as sulfur vapor and hydrogen sulfide discharged from the heating container (2) is removed from the sulfur recovery container (13). Collected in. In addition, the inert gas supplied in the heating container (2) by the inert gas supply means (14) described later is also recovered in the sulfur recovery container (13).
The sulfur recovery container (13) preferably has a cooling means such as air cooling or water cooling. By cooling the sulfur recovery container (13) to a predetermined temperature (for example, 50 ° C.) or lower by cooling means, most of the sulfur is recovered in the sulfur recovery container (13), and only hydrogen sulfide and inert gas are discharged to the outside. It becomes possible to do. That is, the sulfur recovery container (13) and its cooling means function as a sulfur recovery mechanism. Hydrogen sulfide that is not recovered in the sulfur recovery container (13) is converted to sulfur oxide having low toxicity using a combustor or the like and is removed by absorption in water.

原料容器(1)から加熱容器(2)に収容される原料は、ポリアクリロニトリル(PAN)、石炭ピッチ、ゴム、パラフィン類、活性炭、アセチレンブラック、瀝青、ゼラチン、ポリエチレン樹脂、アクリル樹脂等の有機物100質量部に対し、硫黄120〜600質量部(好ましくは140〜200質量部)を混合したものである。混合方法は特に限定されないが、例えば、乳鉢やボールミル等の一般的な混合装置を使用して混合することができる。また、必要に応じて、二次電池の正極活物質に配合可能な一般的な材料(導電助剤等)を配合してもよい。原料の形態は、粉末状でもよいし、ペレット状等に成形したものでもよく、特に限定されない。   The raw materials accommodated in the heating container (2) from the raw material container (1) are organic substances such as polyacrylonitrile (PAN), coal pitch, rubber, paraffins, activated carbon, acetylene black, bitumen, gelatin, polyethylene resin, acrylic resin, etc. It is a mixture of 120 to 600 parts by mass (preferably 140 to 200 parts by mass) of sulfur with respect to parts by mass. Although the mixing method is not particularly limited, for example, mixing can be performed using a general mixing device such as a mortar or a ball mill. Moreover, you may mix | blend the general material (conductive auxiliary agent etc.) which can be mix | blended with the positive electrode active material of a secondary battery as needed. The form of the raw material may be powdery or may be formed into a pellet or the like, and is not particularly limited.

この原料を、連続移送機構(4)により加熱部(8)に連続的に移送し、250〜500℃、好ましくは300〜450℃、より好ましくは350〜420℃で加熱することにより、硫黄と有機物との硫化反応を生じさせる。この硫化反応(硫化熱処理工程)を非酸化性雰囲気下で行わせると、有機物がPANである場合、PANの閉環反応と同時に、蒸気形態の硫黄がPANと反応して、硫黄によって変性されたPANが得られる。ここで、非酸化性雰囲気とは、酸化反応が進行しない程度の低酸素濃度である減圧状態、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気、硫黄ガス雰囲気等を含む。   This raw material is continuously transferred to the heating section (8) by the continuous transfer mechanism (4) and heated at 250 to 500 ° C., preferably 300 to 450 ° C., more preferably 350 to 420 ° C. Causes sulfurization reaction with organic matter. When this sulfidation reaction (sulfurization heat treatment step) is performed in a non-oxidizing atmosphere, when the organic substance is PAN, simultaneously with the PAN ring-closing reaction, the vapor form sulfur reacts with PAN and is modified by sulfur. Is obtained. Here, the non-oxidizing atmosphere includes a depressurized state having a low oxygen concentration such that the oxidation reaction does not proceed, an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, a sulfur gas atmosphere, and the like.

上記した硫黄と有機物との硫化反応時において、反応温度が硫黄の蒸発する温度より十分に高いため、多量の硫黄蒸気が発生する。
工業的に用いられている移動床反応装置や、ロータリーキルンのような通常の加熱反応容器では、硫黄が反応系外に速やかに逃げ出してしまい有機物と十分反応させることができない。また長さと直径の比率が3:1以下の坩堝等に混合原料を入れ雰囲気炉中で反応させた場合でも、蒸発した硫黄が反応系に戻ってこないため硫黄不足となり良好な特性を有する有機硫黄系正極材料を確実に得ることが困難である。
一方、本発明に係る製造装置によれば、加熱容器(2)内部では、連続移送機構(4)により原料が密な状態で加熱容器(2)内を攪拌されながら移動することや、反応に使われず生成物に付着していた硫黄が気化して原料に熱とともに供給されるため、必要十分な硫黄が存在する環境で反応が行われる。また、加熱により気化した硫黄蒸気が排出管(5)により排出される場合でも、排出管(5)内で硫黄蒸気を液体硫黄として凝結させて原料に落下させ、再び硫黄原料として硫化反応に供する(即ち、蒸発した硫黄が液体として原料に還流される)ことができるため、硫黄不足の問題が生じることがない。
During the sulfurization reaction between sulfur and organic matter, a large amount of sulfur vapor is generated because the reaction temperature is sufficiently higher than the temperature at which sulfur evaporates.
In a moving bed reaction apparatus used industrially or in a normal heating reaction vessel such as a rotary kiln, sulfur quickly escapes from the reaction system and cannot sufficiently react with organic matter. In addition, even when mixed raw materials are placed in a crucible or the like having a length to diameter ratio of 3: 1 or less and reacted in an atmospheric furnace, the evaporated sulfur does not return to the reaction system, so that sulfur is insufficient and organic sulfur has good characteristics. It is difficult to reliably obtain a positive electrode material.
On the other hand, according to the production apparatus according to the present invention, inside the heating vessel (2), the raw material is moved in the heating vessel (2) while being stirred in a dense state by the continuous transfer mechanism (4), or in the reaction. Since sulfur that has not been used and has adhered to the product is vaporized and supplied to the raw material together with heat, the reaction is carried out in an environment where necessary and sufficient sulfur is present. Further, even when sulfur vapor vaporized by heating is discharged through the discharge pipe (5), the sulfur vapor is condensed as liquid sulfur in the discharge pipe (5) and dropped into the raw material, and again subjected to the sulfurization reaction as the sulfur raw material. (In other words, the evaporated sulfur can be returned to the raw material as a liquid), so that the problem of sulfur shortage does not occur.

加熱容器(2)は、連続移送機構(4)による移送方向の下流側が上流側(原料供給側)よりも高位置となるように、水平方向に対して1〜2度程度傾斜している又は傾斜可能に構成されていることが好ましい。この構成は、加熱容器(2)が載置固定された架台を支持する複数本の脚(12)の長さを、予め適当な長さに設定する或いは適当な長さに調整可能とすることにより実現できる。
このように構成することにより、加熱容器(2)内に向けて滴下した液体の硫黄が、加熱容器(2)の下流側に向けて流下して生成物に付着することが防がれる。
The heating container (2) is inclined about 1 to 2 degrees with respect to the horizontal direction so that the downstream side in the transfer direction by the continuous transfer mechanism (4) is higher than the upstream side (raw material supply side) or It is preferable to be configured to be tiltable. In this configuration, the length of the plurality of legs (12) that support the gantry on which the heating container (2) is placed and fixed can be set to an appropriate length in advance or can be adjusted to an appropriate length. Can be realized.
By comprising in this way, it is prevented that the liquid sulfur dripped toward the inside of the heating container (2) flows down toward the downstream side of the heating container (2) and adheres to the product.

本発明に係る製造装置は、加熱容器(2)内に不活性ガス(窒素ガス、アルゴンガス等)を供給する不活性ガス供給手段を備えている。不活性ガス供給手段は、不活性ガスの貯蔵容器(図示略)と接続された不活性ガス供給管(14)等からなり、前記移送方向の下流側から上流側に向けて加熱容器(2)内に不活性ガスを流通させる。図1中の矢印はガスの流れ方向を示している。また、図では不活性ガスの一例として窒素ガス(N)が示されている。
不活性ガス供給手段を備えることにより、加熱容器(2)の下流側において生成された粗生成物(未反応硫黄を含む生成物)から加熱により発生した過剰な硫黄の蒸気を、不活性ガスの流れに乗せて加熱容器の上流側にある原料の方向へと運ぶことができる。これにより、粗生成物から過剰な硫黄が除去され(精製され)、高容量な有機硫黄系正極材料を連続的に合成することが可能となる。
The manufacturing apparatus according to the present invention includes an inert gas supply means for supplying an inert gas (nitrogen gas, argon gas, etc.) into the heating vessel (2). The inert gas supply means includes an inert gas supply pipe (14) connected to an inert gas storage container (not shown) and the like, and the heating container (2) from the downstream side to the upstream side in the transfer direction. An inert gas is circulated inside. The arrows in FIG. 1 indicate the gas flow direction. In the figure, nitrogen gas (N 2 ) is shown as an example of the inert gas.
By providing the inert gas supply means, excess sulfur vapor generated by heating from the crude product (product containing unreacted sulfur) generated on the downstream side of the heating vessel (2) is removed from the inert gas. It can be carried in the direction of the raw material upstream of the heating vessel. Thereby, excess sulfur is removed (purified) from the crude product, and a high-capacity organic sulfur-based positive electrode material can be continuously synthesized.

原料容器(1)から加熱容器(2)内に供給された原料は、加熱部(8)において加熱されることにより反応し、先ず粗生成物(未反応硫黄を含む生成物)が得られ、その後、粗生成物が更に加熱されることにより未反応硫黄が除去されて目的とする生成物(二次電池用有機硫黄系正極材料)が得られる。   The raw material supplied from the raw material container (1) into the heating container (2) reacts by being heated in the heating section (8), and first a crude product (product containing unreacted sulfur) is obtained. Then, the unreacted sulfur is removed by further heating the crude product, and the target product (organic sulfur-based positive electrode material for secondary battery) is obtained.

加熱容器(2)内における反応時間は、加熱部(8)を通り抜ける時間で規定し、粗生成物から十分に硫黄が気化して除去される10分程度が望ましい。反応は加熱容器(2)の設定温度である350℃から420℃よりも低い300℃程度で完結しており、その温度に達した後、粗生成物からは未反応の硫黄の気化が起き、未反応硫黄が除去された生成物が得られる。   The reaction time in the heating vessel (2) is defined by the time required to pass through the heating section (8), and is preferably about 10 minutes in which sulfur is sufficiently vaporized and removed from the crude product. The reaction is completed at about 300 ° C., which is lower than the set temperature 350 ° C. to 420 ° C. of the heating vessel (2). After reaching that temperature, unreacted sulfur is vaporized from the crude product, A product from which unreacted sulfur has been removed is obtained.

粗生成物から加熱により除去された未反応硫黄の蒸気は、不活性ガス供給手段(14)から供給された不活性ガスが運び去る。これにより、粗生成物は確実に未反応硫黄が除去されて精製される。不活性ガスの流量は、加熱容器(2)の断面10cmあたり100〜500ml毎分、より好ましくは200〜300ml毎分とする。不活性ガス(窒素ガス、アルゴンガス等)は、図示の如く、反応容器(2)の上方(生成物の上方)に供給することが好ましい。その理由は、硫化水素や硫黄蒸気に対して不活性ガスが軽いため、反応容器(2)の上方から不活性ガスを供給することで、生成物から発生して上方に溜まった硫黄蒸気や硫化水素を、原料側や排出管(5)へと効率的に運ぶことが出来るためである。 The unreacted sulfur vapor removed from the crude product by heating is carried away by the inert gas supplied from the inert gas supply means (14). This ensures that the crude product is purified with unreacted sulfur removed. The flow rate of the inert gas is 100 to 500 ml per minute, more preferably 200 to 300 ml per minute per 10 cm 2 of the cross section of the heating container (2). As shown in the figure, an inert gas (nitrogen gas, argon gas, etc.) is preferably supplied above the reaction vessel (2) (above the product). The reason for this is that the inert gas is lighter than hydrogen sulfide and sulfur vapor, so that the inert gas is supplied from above the reaction vessel (2), so that the sulfur vapor and sulfide generated from the product and accumulated upward This is because hydrogen can be efficiently transported to the raw material side and the discharge pipe (5).

粗生成物から未反応硫黄が除去されることにより得られた生成物(二次電池用有機硫黄系正極材料)は、連続移送機構(4)(例えばスクリュー)から容易に剥離し、フレーク状となって加熱容器(2)より送出され、加熱容器(2)の下流側端部に接続された生成物回収容器(3)内に回収される。   The product (organic sulfur-based positive electrode material for secondary battery) obtained by removing unreacted sulfur from the crude product is easily peeled off from the continuous transfer mechanism (4) (for example, screw), It is sent out from a heating container (2), and is collect | recovered in the product collection container (3) connected to the downstream edge part of a heating container (2).

次に、図3に基づいて、本発明に係る製造装置の第二実施形態について第一実施形態と異なる点を説明する。尚、図3において、第一実施形態と同じ(対応する)構成には同じ符号を付している。   Next, based on FIG. 3, a different point from 1st embodiment is demonstrated about 2nd embodiment of the manufacturing apparatus which concerns on this invention. In FIG. 3, the same reference numerals are given to the same (corresponding) configurations as in the first embodiment.

第二実施形態の製造装置は、加熱容器(2)が、前記原料を加熱して反応させて粗生成物を生成するための加熱反応容器(21)と、加熱反応容器(21)で生成された粗生成物に含まれる未反応の硫黄を除去するための加熱脱硫容器(22)の2つの容器から構成されている点が大きな特徴である。   In the production apparatus of the second embodiment, the heating container (2) is generated by a heating reaction container (21) for heating and reacting the raw materials to produce a crude product, and a heating reaction container (21). The main feature is that it is composed of two containers, a heated desulfurization container (22) for removing unreacted sulfur contained in the crude product.

連続移送機構(4)は、原料容器(1)から供給される原料を加熱反応容器(21)へと連続的に送り込むとともに加熱反応容器(21)内で生成された粗生成物を加熱反応容器(21)から連続的に送出する第一の移送機構(4A)と、加熱反応容器(21)から送出された粗生成物を加熱脱硫容器(22)へと連続的に送り込むとともに加熱脱硫容器(22)内にて生成された生成物を生成物回収容器(3)へと連続的に送出する第二の移送機構(4B)とからなる。尚、各移送機構は、図ではスクリュー式のものが示されているが、ローラーハース式やプッシャー式等であってもよい。 The continuous transfer mechanism (4) continuously feeds the raw material supplied from the raw material container (1) into the heating reaction container (21) and converts the crude product generated in the heating reaction container (21) into the heating reaction container. The first transfer mechanism (4A) continuously fed from (21) and the crude product sent from the heated reaction vessel (21) are continuously fed into the heated desulfurization vessel (22) and heated desulfurization vessel ( 22) It consists of the 2nd transfer mechanism (4B) which sends out the product produced | generated in the product collection container (3) continuously. Each transfer mechanism is shown as a screw type in the figure, but may be a roller hearth type or a pusher type.

加熱反応容器(21)及び加熱脱硫容器(22)は、第一実施形態の加熱容器(2)と同様の構造を有しているが、各容器(21)(22)は夫々加熱温度が異なる。加熱反応容器(21)の加熱温度は、原料の反応を行わせて粗生成物を生成するために適した温度(例えば350〜420℃)に設定され、加熱脱硫容器(22)の加熱温度は、粗生成物から未反応硫黄の除去を行うために適した温度(例えば250〜320℃)に設定される。 The heating reaction vessel (21) and the heating desulfurization vessel (22) have the same structure as the heating vessel (2) of the first embodiment, but each vessel (21) (22) has a different heating temperature. . The heating temperature of the heating reaction vessel (21) is set to a temperature (for example, 350 to 420 ° C.) suitable for generating a crude product by reacting the raw materials, and the heating temperature of the heating desulfurization vessel (22) is And a temperature suitable for removing unreacted sulfur from the crude product (for example, 250 to 320 ° C.).

排出管(5)は、加熱反応容器(21)の上流側に設けられた第一の排出管(5A)と、加熱反応容器(21)の下流側に設けられた第二の排出管(5B)と、加熱脱硫容器(22)の上流側に設けられた第三の排出管(5C)とからなる。
各排出管(5A)(5B)(5C)は、それぞれ加熱装置(11)により、上記した第一の加熱温度又は第二の加熱温度で加熱される。排出管(5A)(5B)(5C)からは、加熱反応容器(21)及び加熱脱硫容器(22)内の硫黄蒸気、硫化水素、不活性ガスが排出される。
The discharge pipe (5) includes a first discharge pipe (5A) provided on the upstream side of the heating reaction container (21) and a second discharge pipe (5B) provided on the downstream side of the heating reaction container (21). ) And a third discharge pipe (5C) provided on the upstream side of the heat desulfurization vessel (22).
Each discharge pipe (5A) (5B) (5C) is heated by the heating device (11) at the first heating temperature or the second heating temperature, respectively. From the discharge pipes (5A), (5B), and (5C), sulfur vapor, hydrogen sulfide, and inert gas in the heated reaction vessel (21) and the heated desulfurization vessel (22) are discharged.

不活性ガス供給手段は、加熱脱硫容器(22)の下流側端部に接続された不活性ガス供給管(14)を介して、移送方向の下流側から上流側に向けて加熱脱硫容器(22)から加熱反応容器(21)へと不活性ガスを流通させる。 The inert gas supply means is connected to the heated desulfurization vessel (22) from the downstream side to the upstream side in the transfer direction via the inert gas supply pipe (14) connected to the downstream end of the heated desulfurization vessel (22). ) To the heated reaction vessel (21).

原料容器(1)から加熱反応容器(21)内に供給された原料は加熱されることにより反応して粗生成物(未反応硫黄を含む生成物)が得られる。得られた粗生成物は、連続的に加熱脱硫容器(22)へと連続的に送られ、更に加熱されることにより粗生成物に含まれる未反応硫黄が除去されて目的とする生成物(二次電池用有機硫黄系正極材料)が得られる。得られた生成物は、加熱脱硫容器(22)の下流側端部に接続された生成物回収容器(3)内に連続的に送出されて回収される。 The raw material supplied from the raw material container (1) into the heated reaction container (21) is heated to react to obtain a crude product (a product containing unreacted sulfur). The obtained crude product is continuously sent to the heated desulfurization vessel (22), and further heated to remove unreacted sulfur contained in the crude product, whereby the desired product ( Organic sulfur-based positive electrode material for secondary battery) is obtained. The obtained product is continuously fed into the product recovery container (3) connected to the downstream end of the heat desulfurization container (22) and recovered.

この装置によれば、加熱反応容器(21)において原料の反応を行わせて粗生成物を生成し、加熱脱硫容器(22)において粗生成物から未反応硫黄の除去(精製)を行わせることができる。このように、生成プロセスと脱硫プロセスを別々の加熱容器((21)と(22))にて行わせることにより、各加熱容器において夫々のプロセスに適した加熱条件(温度及び時間)を設定することができる。これにより、脱硫を確実に行うことができるとともに、両プロセスを1台で行う場合に比べて加熱装置を小型化することができ、スクリュー等の連続移送機構に加わる負荷を軽減することが可能となる。


According to this apparatus, the raw material is reacted in the heated reaction vessel (21) to produce a crude product, and the unreacted sulfur is removed (purified) from the crude product in the heated desulfurization vessel (22). Can do. In this way, by performing the production process and the desulfurization process in separate heating vessels ((21) and (22)), heating conditions (temperature and time) suitable for each process are set in each heating vessel. be able to. As a result, desulfurization can be performed reliably, the heating device can be made smaller than when both processes are performed by one unit, and the load applied to the continuous transfer mechanism such as a screw can be reduced. Become.


以下、本発明の実施例及び比較例を示すことにより本発明の効果を明確にする。但し、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the effect of the present invention will be clarified by showing examples and comparative examples of the present invention. However, the present invention is not limited to the following examples.

<実施例1>
(二次電池用有機硫黄系正極材料の製造)
1.原料の調製
ポリアクリロニトリル粉末10.0gと硫黄(細井化学製、99.9%)14.12gを混合して原料とした。
<Example 1>
(Manufacture of organic sulfur-based positive electrode materials for secondary batteries)
1. Preparation of raw material A raw material was prepared by mixing 10.0 g of polyacrylonitrile powder and 14.12 g of sulfur (99.9%, manufactured by Hosoi Chemical).

2.装置
透明石英管(内径45mmφ、外径50mmφ、長さ500mm)を加熱容器として用いた。この石英管の両端をシリコーンゴム栓で留め、それぞれのゴム栓に8mmφのガス入口とガス出口を穿孔した。ステンレス棒(SUS316製、径5mmφ、長さ600mm)にステンレス板から切り出して曲げたスクリューを溶接してステンレス棒に取り付けた(スクリュー径42mmφ、スクリュー長450mm)。石英管の一方に取り付けたシリコーンゴム栓の中央に穴を穿孔し、スクリューの棒を取り付けた。石英管の外部に出たステンレス棒に、スクリューを回転させるためのハンドルを取り付けて、連続移送機構を構成した。
スクリューを内部に取り付けた石英管を管状電気炉(加熱源)に入れ、石英管の両端それぞれ100mmが炉の外に出るようにした。電気炉、石英管は治具を用いてアルミ製フレームに固定した。フレームの下にブロックを置き、原料が入れられる側の石英管の端(上流端)がもう一端(下流端)に対して1ないし2度の傾斜をもって低くなるようにした。
石英管の前記ガス出口にフッ素樹脂管(排出管)を取り付け、これにリボンヒータ(60cm)を巻きつけ、その温度を温度調節器により150℃に加温制御した。そこから硫化水素を捕集するために用意した三角フラスコにつなぐポリエチレン管を接続した。フッ素樹脂管(外径6.3mmφ、内径3mmφ、長さ150mm)を2本ずつ、シリコーンゴム栓に2つの孔を穿孔して取り付け、これを3組、3つの三角フラスコ(各容量500ml)に取り付けた。水酸化ナトリウム40gを水300mlに溶かしたアルカリ水溶液を各々の三角フラスコに約100mlずつ注いだ。石英管から突出する排気ガス口にポリエチレン配管(外径8mmφ、内径6mmφ、長さ500mm)をつなぎ、三角フラスコの2つあるフッ素樹脂管の一方につなぎ、もう一方のフッ素樹脂管から別の三角フラスコにポリエチレン管をつないで、3つの三角フラスコをガスが直列に通過するようにポリエチレン管を配管した。3つの三角フラスコのうち最初の1つは、フッ素樹脂管をアルカリ水溶液に漬けず、残りの2つの三角フラスコでは、ガスが入ってくる管をアルカリ水溶液に浸して、排気ガスがバブリングすることで硫化水素を捕集できるようにした。
石英管の前記ガス入口にはフッ素樹脂管(不活性ガス供給管)を取り付け、そこから石英管内に窒素ガスを送り込んだ。
2. An apparatus transparent quartz tube (inner diameter 45 mmφ, outer diameter 50 mmφ, length 500 mm) was used as a heating container. Both ends of this quartz tube were fastened with silicone rubber stoppers, and an 8 mmφ gas inlet and a gas outlet were perforated in each rubber stopper. A stainless bar (made of SUS316, diameter 5 mmφ, length 600 mm) was welded with a screw cut from a stainless steel plate and bent and attached to the stainless rod (screw diameter 42 mmφ, screw length 450 mm). A hole was drilled in the center of a silicone rubber stopper attached to one side of the quartz tube, and a screw rod was attached. A continuous transfer mechanism was constructed by attaching a handle for rotating a screw to a stainless steel rod that was exposed outside the quartz tube.
A quartz tube with a screw attached inside was placed in a tubular electric furnace (heating source) so that both ends of the quartz tube would go out of the furnace. The electric furnace and the quartz tube were fixed to an aluminum frame using a jig. A block was placed under the frame so that the end (upstream end) of the quartz tube on the side where the raw material was placed was lowered with an inclination of 1 to 2 degrees with respect to the other end (downstream end).
A fluororesin tube (discharge tube) was attached to the gas outlet of the quartz tube, and a ribbon heater (60 cm) was wound around it, and the temperature was controlled to 150 ° C. with a temperature controller. From there, a polyethylene tube connected to an Erlenmeyer flask prepared for collecting hydrogen sulfide was connected. Two fluororesin tubes (outer diameter: 6.3mmφ, inner diameter: 3mmφ, length: 150mm) are attached by drilling two holes in a silicone rubber stopper, and three sets of them are attached to three Erlenmeyer flasks (each volume 500ml) It was. About 100 ml of an alkaline aqueous solution in which 40 g of sodium hydroxide was dissolved in 300 ml of water was poured into each Erlenmeyer flask. Connect the polyethylene pipe (outer diameter 8mmφ, inner diameter 6mmφ, length 500mm) to the exhaust gas port protruding from the quartz tube, connect it to one of the two fluororesin tubes of the Erlenmeyer flask, and another triangle from the other fluororesin tube A polyethylene tube was connected to the flask, and a polyethylene tube was piped so that the gas passed through the three Erlenmeyer flasks in series. The first of the three Erlenmeyer flasks does not immerse the fluororesin tube in the alkaline aqueous solution, and in the remaining two Erlenmeyer flasks, the exhaust gas is bubbled by immersing the tube containing the gas in the alkaline aqueous solution. Hydrogen sulfide can be collected.
A fluororesin tube (inert gas supply tube) was attached to the gas inlet of the quartz tube, and nitrogen gas was fed into the quartz tube from there.

3.硫化熱処理および硫黄除去工程
混合原料を石英管に入れ、電気炉温度を420℃に設定した。原料の反対側から窒素ガスを300ml毎分流した。スクリューのハンドルを手動で毎分半回転させ、原料を石英管の電気炉により加熱されている部分(加熱部)に送り込んだ。原料が加熱部に送り込まれると、加熱された原料から硫化水素が発生した。従来の装置では、発生した硫化水素は、硫黄を含んで排気口より排気され、その際狭隘な排気口は硫黄の付着により閉塞しやすくなるという問題があった。しかし、この装置では、液化した硫黄が原料へ滴下し原料と攪拌され混ざりこむ様子が観察された。また、排出管を加温したため排出管が硫黄で閉塞することはなかった。また、この装置では、排気中の熱も原料に吸収され再利用されることが加熱部に入る手前の原料の変色(溶融した硫黄によるもの)により確認できた。
装置の気密性は良好で、発生した硫化水素が石英管の外部に漏れることはなかった。
13分後、生成物が電気炉(加熱部)の外に送り出された。これにつづく13分間で9.67gの生成物が得られた。電気炉による加熱と、窒素ガスの気流により硫黄が除去され、精製された生成物を得ることができた。除去された硫黄は、後続の原料に移動し、反応に使用された。
3. The mixed raw material for the sulfidation heat treatment and sulfur removal process was put in a quartz tube, and the electric furnace temperature was set to 420 ° C. Nitrogen gas was flowed every 300 ml from the opposite side of the raw material. The handle of the screw was manually rotated half a minute to feed the raw material into the part of the quartz tube heated by the electric furnace (heating part). When the raw material was fed into the heating section, hydrogen sulfide was generated from the heated raw material. In the conventional apparatus, the generated hydrogen sulfide is exhausted from the exhaust port containing sulfur, and there is a problem that the narrow exhaust port is easily blocked by the adhesion of sulfur. However, in this apparatus, it was observed that liquefied sulfur dropped into the raw material and was mixed with the raw material. Further, since the discharge pipe was heated, the discharge pipe was not blocked with sulfur. Moreover, in this apparatus, it was confirmed by the discoloration (due to the molten sulfur) of the raw material before entering the heating section that the heat in the exhaust gas was also absorbed and reused by the raw material.
The airtightness of the device was good, and the generated hydrogen sulfide did not leak outside the quartz tube.
After 13 minutes, the product was sent out of the electric furnace (heating section). This was followed by 13.67 g of product in 13 minutes. Sulfur was removed by heating with an electric furnace and a stream of nitrogen gas, and a purified product could be obtained. The removed sulfur was transferred to subsequent raw materials and used for the reaction.

<比較例1>
(ロータリーキルンを用いた合成)
1.原料の調製
ポリアクリロニトリル粉末5gと硫黄(キシダ化学、99%)17.5gを混合したものを原料とした。
<Comparative Example 1>
(Synthesis using rotary kiln)
1. Preparation of raw material A mixture of 5 g of polyacrylonitrile powder and 17.5 g of sulfur (Kishida Chemical, 99%) was used as a raw material.

2.装置
原料を回転しながらむらなく焼成する一般的な合成手法に用いられるロータリーキルンを使用した。
石英管容器(円筒形、内径74mmφ、外径80mmφ、長さ180mm、両端をそれぞれ30mmφの開口をもつ石英板を貼り付けてある)を加熱容器として用い、この容器に原料を入れた。この容器を水平に毎分1回転する石英炉心管に2箇所の開口部が炉心管と同じ方向になるように入れた。炉心間のガスの出口にビニール管を接続し、この管を40gの水酸化ナトリウムを300mlの水に溶かしたアルカリ水溶液の入った三角フラスコに浸し、排気ガスをバブリングさせるようにした。三角フラスコの出口に活性炭吸収装置の吸引口を設置し、捕集し切れなかった硫化水素を捕集し、排気を屋外に送るようにした。
2. A rotary kiln used in a general synthesis method for firing the apparatus raw material evenly while rotating was used.
A quartz tube container (cylindrical, inner diameter 74 mmφ, outer diameter 80 mmφ, length 180 mm, quartz plates each having an opening of 30 mmφ on each side) was used as a heating vessel, and raw materials were put into this vessel. This container was placed in a quartz core tube that rotates horizontally once per minute so that two openings are in the same direction as the core tube. A vinyl tube was connected to the gas outlet between the cores, and this tube was immersed in an Erlenmeyer flask containing an alkaline aqueous solution of 40 g of sodium hydroxide dissolved in 300 ml of water so that the exhaust gas was bubbled. The suction port of the activated carbon absorber was installed at the outlet of the Erlenmeyer flask to collect the hydrogen sulfide that could not be collected and send the exhaust to the outdoors.

3.硫化熱処理工程
加熱容器内に窒素ガスを100ml/分で流し、温度を1時間かけて400℃まで上げた。
温度が400℃に達した後、温度を下げ生成物を取り出した。得られた生成物は6.4gであった。十分に硫黄を含んだ正極活物質であれば8gの質量が期待できるが、生成物は硫黄不足であり、性状が本来の微粉末とは異なっており、粒子が凝集していた。用いた硫黄が反応に適当な温度である350℃より前に多くが飛び去ってしまったためと考えられる。さらに、反応後硫黄が付着した炉心管の清掃が困難であった。
3. Nitrogen gas was allowed to flow at 100 ml / min in the heating vessel for the sulfidation heat treatment step , and the temperature was raised to 400 ° C. over 1 hour.
After the temperature reached 400 ° C., the temperature was lowered and the product was removed. The product obtained was 6.4 g. If the positive electrode active material sufficiently contains sulfur, a mass of 8 g can be expected, but the product is deficient in sulfur, the properties are different from the original fine powder, and the particles are aggregated. This is probably because most of the sulfur used had flew away before 350 ° C, the appropriate temperature for the reaction. Furthermore, it was difficult to clean the core tube to which sulfur adhered after the reaction.

<比較例2>
(少量バッチ合成)
1.原料の調製
ポリアクリロニトリル粉末20gと硫黄(アルドリッチ、99.9%)70gを乳鉢で混合したものを原料とした。
<Comparative example 2>
(Small batch synthesis)
1. Preparation of raw material A mixture of 20 g of polyacrylonitrile powder and 70 g of sulfur (Aldrich, 99.9%) in a mortar was used as a raw material.

2.装置
下部が半球状に閉じた石英管(内径60mmφ、長さ380mm)を加熱容器として用い、この石英管の底に原料を入れた。この容器の蓋に、シリコーンゴム栓(No15)にコルクボーラーで8mmφの穴2つと6mmφの穴1つをあけたものを取り付けた。これに端の閉じたアルミナ管(ニッカトー製、材質SSA-S、外6mmφ、内径4mmφ、長さ400mm)を取り付け、このアルミナ管の内部にK種熱電対をいれ、原料温度を測定し、電気炉を温度制御に用いた。別にアルミナ管(ニッカトー製、材質SSA-S、外8mmφ、内径5mmφ、長さ80mm)2本を上述のシリコーンゴム栓に刺し、それぞれ窒素導入管および排気管とした。
フッ素樹脂管(外径8mm、内径6mm、長さ150mm)を2本ずつ、シリコーンゴム栓に2つの孔を穿孔して取り付け、これを3組、3本の三角フラスコ(各容量500ml)に取り付けた。水酸化ナトリウム20gを水300mlに溶かしたアルカリ水溶液を各々の三角フラスコに約100mlずつ注いだ。石英管から突出する排気口にシリコーンゴム配管(10mmφ、内径8mmφ、長さ50cm)をつなぎ、もう一端を三角フラスコの2つあるフッ素樹脂管につなぎ、もう一方のフッ素樹脂管から別の三角フラスコにシリコーンゴム管をつないで、3つの三角フラスコをガスが直列に通過するようにシリコーンゴム管を配管した。3つの三角フラスコは、それぞれガスが入ってくる管をアルカリ水溶液に浸して、排気ガスがバブリングすることで硫化水素を捕集できるようにした。
2. A quartz tube (inner diameter 60 mmφ, length 380 mm) with the lower part of the apparatus closed in a hemispherical shape was used as a heating container, and the raw material was placed in the bottom of the quartz tube. To the lid of this container, a silicone rubber stopper (No. 15) with two holes of 8 mmφ and one hole of 6 mmφ was attached with a cork borer. Attached to this is an alumina tube with a closed end (made by Nikkato, material SSA-S, outer 6mmφ, inner diameter 4mmφ, length 400mm), a K-type thermocouple is placed inside this alumina tube, the raw material temperature is measured, The furnace was used for temperature control. Separately, two alumina tubes (manufactured by Nikkato, material SSA-S, outer 8 mmφ, inner diameter 5 mmφ, length 80 mm) were pierced into the above-mentioned silicone rubber stoppers to form a nitrogen introduction tube and an exhaust tube, respectively.
Two fluororesin tubes (outer diameter 8 mm, inner diameter 6 mm, length 150 mm) are attached by drilling two holes in a silicone rubber stopper, and three sets of these are attached to three Erlenmeyer flasks (each volume 500 ml) It was. About 100 ml of an alkaline aqueous solution in which 20 g of sodium hydroxide was dissolved in 300 ml of water was poured into each Erlenmeyer flask. Connect the silicone rubber pipe (10mmφ, inner diameter 8mmφ, length 50cm) to the exhaust port protruding from the quartz tube, connect the other end to the two fluororesin tubes of the Erlenmeyer flask, and another Erlenmeyer flask from the other fluororesin tube The silicone rubber tube was connected to the tube, and the silicone rubber tube was piped so that the gas passed through the three Erlenmeyer flasks in series. In each of the three Erlenmeyer flasks, the tubes containing the gas were immersed in an alkaline aqueous solution, and the exhaust gas was bubbled so that hydrogen sulfide could be collected.

3.硫化熱処理工程
石英管内部に2時間窒素ガス100ml毎分を送り込んでガス置換を行い、窒素流入管をピンチコックホフマン式で閉じた。石英管を電気炉に入れ、石英管の底から250mmまでを加熱した。
加熱から20分後原料温度が180℃に達した時点から硫化水素ガスが多く生じ、臭気がしはじめた。シリコーンゴム管を硫化水素は透過し、検知器を近づけるとその表面で10ppmを示した。240℃で硫化水素ガスの発生が顕著になり、石英管上部に硫黄の付着が多くみられた。直後硫黄が出口配管を閉塞し、石英管内部に溜まった硫化水素ガスの圧力でシリコーンゴム栓が石英管から外れて硫化水素が漏洩し、硫化水素検知器が20ppmを超えた警報を鳴らした。防毒マスクをして閉塞部分の硫黄を除去し、シリコーンゴム栓を石英管にはめ込んで作業を継続した。室内に漏れ出した硫化水素はダクトで吸引して屋外に排気した。380℃で電気炉の加温を停止した後、原料温度が420℃以上に上がらなくなった時点で電気炉から石英管を取り出し、石英綿の上に横にして寝かして冷まし、凝結した硫黄が粗生成物に流れ下らないように、粗生成物を高い位置に保てるよう石英管の口が下になるよう傾けて冷ました。得られた粗生成物は、脆い塊60gであった。
3. Sulfidation heat treatment process 100 ml of nitrogen gas was fed into the quartz tube for 2 hours to perform gas replacement, and the nitrogen inflow tube was closed by the pinchcock Hoffman method. The quartz tube was placed in an electric furnace and heated up to 250 mm from the bottom of the quartz tube.
After 20 minutes from the heating, when the temperature of the raw material reached 180 ° C., a large amount of hydrogen sulfide gas was generated and an odor began to appear. Hydrogen sulfide permeated through the silicone rubber tube, and when the detector was brought close to it, the surface showed 10 ppm. The generation of hydrogen sulfide gas became noticeable at 240 ° C, and a large amount of sulfur adhered to the upper part of the quartz tube. Immediately after, the sulfur closed the outlet pipe, and the pressure of hydrogen sulfide gas accumulated in the quartz tube caused the silicone rubber stopper to come off the quartz tube, causing hydrogen sulfide to leak, and the hydrogen sulfide detector sounded an alarm exceeding 20 ppm. A gas mask was used to remove the sulfur in the blockage, and the silicone rubber stopper was fitted into the quartz tube to continue the operation. Hydrogen sulfide leaking into the room was sucked through a duct and exhausted outdoors. After stopping the heating of the electric furnace at 380 ° C, when the raw material temperature no longer rises above 420 ° C, take out the quartz tube from the electric furnace, lie down on the quartz cotton and cool it down, and the condensed sulfur is coarse. The quartz tube was tilted down and cooled to keep the crude product high so that it did not flow down into the product. The obtained crude product was 60 g of a brittle mass.

4.精製工程(単体硫黄除去工程)
得られた粗生成物は、硫黄の除去が行われなかったため単体の硫黄を多く含み、そのままでは正極材料として用いることができない。このため塊を粉砕し、2gずつ真空処理容器中で真空下250℃2時間加熱して硫黄を除去した。2gの粗生成物からは約1gの有機硫黄系正極材料が得られた。
4). Purification process (single sulfur removal process)
The obtained crude product contains a large amount of elemental sulfur because sulfur was not removed, and cannot be used as a positive electrode material as it is. For this reason, the lump was pulverized, and 2 g each was heated in a vacuum processing vessel under vacuum at 250 ° C. for 2 hours to remove sulfur. About 1 g of organic sulfur-based positive electrode material was obtained from 2 g of the crude product.

<実施例及び比較例のまとめ>
上記したように、実施例(本発明)によれば、必要最低限の硫黄を用い、短時間に連続して未反応硫黄が除去された高容量な有機硫黄系正極材料を効率良く合成することができた。
一方、比較例では、連続して短時間での合成を行うことはできず、さらには未反応硫黄の除去のために真空下での加熱処理が別途必要となり、高容量な有機硫黄系正極材料を効率良く合成することはできなかった。
<Summary of Examples and Comparative Examples>
As described above, according to the example (the present invention), a high-capacity organic sulfur-based positive electrode material from which unreacted sulfur is continuously removed in a short time can be efficiently synthesized using a minimum amount of sulfur. I was able to.
On the other hand, in the comparative example, it is not possible to continuously synthesize in a short time, and additionally, a heat treatment under vacuum is separately required for removing unreacted sulfur, and a high-capacity organic sulfur-based positive electrode material Could not be synthesized efficiently.

以下、実施例1及び比較例1,2で得られた有機硫黄系正極材料について、リチウムイオン二次電池の正極活物質としての性能を確認した試験例を示す。   Hereafter, the test example which confirmed the performance as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery about the organic sulfur type positive electrode material obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 is shown.

<試験例>
1.電極作製
得られた有機硫黄系正極材料3.0mgとPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)0.3mgとアセチレンブラック2.7mgを、メノウ乳鉢を用いてシート状になるまで手で混練し、直径が10mm程度の円板状となるように形状を整えた。得られた円板状の電極シートを、アルミニウムメッシュ(#100メッシュ)を直径13mmの円形に打ち抜いたものの上に乗せて、卓上ハンドプレス機で、20MPaの圧力で加圧して圧着し一体化することにより、正極用電極を作製した。アルミニウムメッシュは、電極の集電性を高める役割を担う集電体である。一方、負極には、直径13mm、厚さ0.5mmの金属リチウムを用いた。
<Test example>
1. Electrode fabrication
The resulting organic sulfur-based positive electrode material 3.0mg, PTFE (polytetrafluoroethylene) 0.3mg and acetylene black 2.7mg were kneaded by hand until using agate mortar to form a sheet, and a disk shape with a diameter of about 10mm. The shape was adjusted so that The obtained disc-shaped electrode sheet is placed on an aluminum mesh (# 100 mesh) punched out into a circle with a diameter of 13 mm, and is pressed and integrated with a desktop hand press at a pressure of 20 MPa. As a result, a positive electrode was produced. The aluminum mesh is a current collector that plays a role of increasing the current collecting performance of the electrode. On the other hand, metallic lithium having a diameter of 13 mm and a thickness of 0.5 mm was used for the negative electrode.

2.電池作製
評価用の電池として2032型コイン電池を組み立てた。セパレータにはポリプロピレン製微多孔膜(Celgard2400、Celgard社製)を用いた。電解液には、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比で1:1に混合したものに、1mol/Lの濃度になるようにLiPF(六フッ化リン酸リチウム)を溶解させたものを用いた。
常法に従い、上記した有機硫黄系正極材料を用いた正極とリチウム金属負極とを対向させ、両者が直接接触しないように、その間に電解液をしみ込ませたセパレータを挟み、ステンレス鋼製の平板と板バネと合わせて、電池缶内に配置させ、蓋をのせ、電池缶と蓋をかしめて密封することにより、電池を作製した。
2. Battery production
A 2032 type coin battery was assembled as a battery for evaluation. A polypropylene microporous membrane (Celgard 2400, manufactured by Celgard) was used as the separator. The electrolyte used was a mixture of ethylene carbonate and diethyl carbonate in a volume ratio of 1: 1 and LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) dissolved to a concentration of 1 mol / L. .
According to a conventional method, the positive electrode using the above-mentioned organic sulfur-based positive electrode material and the lithium metal negative electrode are opposed to each other, and a separator impregnated with an electrolytic solution is sandwiched therebetween so that the two are not in direct contact with each other. A battery was produced by placing it in a battery can together with a leaf spring, placing a lid, and crimping and sealing the battery can and lid.

3.充放電試験
作製された電池について充放電試験を行った。充放電試験時の電流密度は60mA/gとした。これは、有機硫黄系正極材料が600mAh/gの電気容量を有する場合に、10時間かけて充電又は放電することになる、十分に速度の遅い充放電速度での試験とするためであった。電流値を大きくすると、抵抗が大きい場合に、本来の電気容量を発現できない場合があるため、遅い充放電速度での試験を行った。電圧範囲は1.0から3.0V vs.Li/Liで試験を行った。試験温度は30℃とした。
充放電試験の結果を表1に示す。
3. Charge / discharge test
A charge / discharge test was performed on the manufactured battery. The current density during the charge / discharge test was 60 mA / g. This is because when the organic sulfur-based positive electrode material has an electric capacity of 600 mAh / g, the test is performed at a sufficiently slow charge / discharge rate that is charged or discharged over 10 hours. When the current value is increased, when the resistance is large, the original electric capacity may not be exhibited. Therefore, a test at a slow charge / discharge rate was performed. The voltage range is 1.0 to 3.0V vs. Tests were performed with Li + / Li. The test temperature was 30 ° C.
The results of the charge / discharge test are shown in Table 1.

Figure 0005971705
Figure 0005971705

4.電池評価結果
表1に示すように、本発明の装置により得られた有機硫黄系正極材料を用いた実施例において、リチウムイオン二次電池の正極材料として、従来の遷移金属酸化物正極では実現困難な250mAh/g以上の大きな電気容量が得られた。
尚、比較例1の装置により得られた有機硫黄系正極材料を用いた場合、少ない電気容量しか得られなかった。このことは、ロータリーキルンを用いる装置では十分な量の硫黄を生成物中に取り込むことが出来なかったためといえる。また比較例2の装置は、未反応硫黄の除去のために真空下での加熱処理が別途必要であるため、有機硫黄系正極材料を多量に合成するには不向きである。
このことから、本発明の装置は、大きな充放電容量が得られる有機硫黄系正極材料を、安全かつ環境に配慮して連続的に迅速かつ多量に合成することができる点において、従来技術に比して優れた装置であるといえる。
4). Battery evaluation results
As shown in Table 1, in Examples using the organic sulfur-based positive electrode material obtained by the apparatus of the present invention, as a positive electrode material of a lithium ion secondary battery, 250 mAh / A large electric capacity of g or more was obtained.
In addition, when the organic sulfur type positive electrode material obtained by the apparatus of Comparative Example 1 was used, only a small electric capacity was obtained. This is because an apparatus using a rotary kiln could not incorporate a sufficient amount of sulfur into the product. Further, the apparatus of Comparative Example 2 is not suitable for synthesizing a large amount of organic sulfur-based positive electrode material because it requires a separate heat treatment under vacuum in order to remove unreacted sulfur.
From this, the apparatus of the present invention is capable of synthesizing organic sulfur-based positive electrode materials capable of obtaining a large charge / discharge capacity continuously and quickly in large quantities in consideration of safety and the environment. It can be said that it is an excellent device.

本発明は、主としてリチウムイオンまたはナトリウムイオン二次電池用の正極活物質として有用な有機硫黄系活物質を連続的に製造するために利用される。   The present invention is mainly used for continuously producing an organic sulfur-based active material useful as a positive electrode active material for lithium ion or sodium ion secondary batteries.

Claims (12)

硫黄と有機物とを含む原料を収容する原料容器と、
前記原料容器内から供給される原料を加熱する加熱容器と、
前記加熱容器内で生成された生成物を回収する生成物回収容器と、
前記原料容器から供給される原料を前記加熱容器に連続的に送りこむとともに、前記加熱容器にて生成された生成物を前記生成物回収容器へと連続的に送り出す連続移送機構と、
前記加熱容器内で発生した硫化水素を外部に取り出すための排出管と、を備え、
前記排出管は、前記加熱容器内から排出される排ガス中に含まれる硫黄蒸気の処理機構として、前記硫黄蒸気から硫黄を凝結させて原料として前記加熱容器内に戻す機構、及び、前記硫黄蒸気を蒸気の状態で排出する機構のうち、少なくともいずれか一方の機構を有していることを特徴とする二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置。
A raw material container for containing a raw material containing sulfur and organic matter;
A heating container for heating the raw material supplied from within the raw material container;
A product recovery container for recovering the product generated in the heating container;
A continuous transfer mechanism that continuously feeds the raw material supplied from the raw material container to the heating container and continuously sends the product generated in the heating container to the product recovery container;
A discharge pipe for taking out hydrogen sulfide generated in the heating vessel to the outside,
The exhaust pipe has a mechanism for condensing sulfur from the sulfur vapor and returning it to the heating vessel as a raw material as a processing mechanism for sulfur vapor contained in the exhaust gas discharged from the heating vessel; and An apparatus for continuously producing an organic sulfur-based positive electrode material for a secondary battery, comprising at least one of mechanisms for discharging in a vapor state.
前記排出管を加熱する加熱装置を備えており、
前記加熱装置は、前記加熱容器内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気を、前記排出管内において液化させて前記加熱容器内の原料に向けて滴下させて硫黄を原料として再利用することができる第一の加熱温度で、前記排出管を加熱制御することを特徴とする請求項1記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置。
A heating device for heating the discharge pipe;
The heating device may recycle sulfur as a raw material by liquefying sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating vessel in the exhaust pipe and dripping the sulfur vapor toward the raw material in the heating vessel. The apparatus for continuously producing an organic sulfur-based positive electrode material for a secondary battery according to claim 1, wherein the discharge pipe is heated and controlled at a first heating temperature that can be produced.
前記排出管を加熱する加熱装置を備えており、
前記加熱装置は、前記加熱容器内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気を、前記排出管内において液化させずに蒸気の状態で外部へと取り出すことができる第二の加熱温度で、前記排出管を加熱制御することを特徴とする請求項1記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置。
A heating device for heating the discharge pipe;
The heating device is configured to discharge the sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating container at a second heating temperature at which the vapor can be taken out to the outside without being liquefied in the exhaust pipe. 2. The apparatus for continuously producing an organic sulfur-based positive electrode material for a secondary battery according to claim 1, wherein the tube is heated and controlled.
前記排出管を加熱する加熱装置を備えており、
前記加熱装置は、前記加熱容器内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気を、前記排出管内において液化させて前記加熱容器内の原料に向けて滴下させて硫黄を原料として再利用することができる第一の加熱温度で前記排出管を加熱制御し、及び前記加熱容器内から取り出された排ガス中に含まれる硫黄蒸気を、前記排出管内において液化させずに蒸気の状態で外部へと取り出すことができる第二の加熱温度で前記排出管を加熱制御し、前記第一の加熱温度と前記第二の加熱温度とを切り換え可能であることを特徴とする請求項記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置。
A heating device for heating the discharge pipe;
The heating device may recycle sulfur as a raw material by liquefying sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating vessel in the exhaust pipe and dripping the sulfur vapor toward the raw material in the heating vessel. The exhaust pipe is heated and controlled at a first heating temperature that can be obtained, and sulfur vapor contained in the exhaust gas taken out from the heating container is taken out to the outside in a vapor state without being liquefied in the exhaust pipe. second the discharge pipe at a heating temperature heating control, and the first organic for a secondary battery according to claim 1, wherein the heating temperature is switchable between said second heating temperature which can Sulfur-based positive electrode material continuous production equipment.
前記排出管は、前記液化した硫黄が未反応の原料に向けて滴下する位置において前記加熱容器と接続されていることを特徴とする請求項2記載の二次電池用有機硫黄系正極材料製造装置。   The said exhaust pipe is connected with the said heating container in the position where the said liquefied sulfur is dripped toward an unreacted raw material, The organic sulfur type positive electrode material manufacturing apparatus for secondary batteries of Claim 2 characterized by the above-mentioned. . 前記連続移送機構による移送方向の下流側から上流側に向けて前記加熱容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段を備えていることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置。   6. The apparatus according to claim 1, further comprising an inert gas supply unit configured to supply an inert gas into the heating container from a downstream side to an upstream side in a transfer direction by the continuous transfer mechanism. An organic sulfur-based positive electrode material continuous production system for secondary batteries. 前記加熱容器は、前記連続移送機構による移送方向の下流側が上流側よりも高位置となるように傾斜している又は傾斜可能に構成されていることを特徴とする請求項1乃至6いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置。   The heating container is configured to be inclined or tiltable so that a downstream side in a transfer direction by the continuous transfer mechanism is higher than an upstream side. The organic sulfur type positive electrode material continuous manufacturing apparatus for secondary batteries as described. 前記排出管から排出された排ガス中に含まれる硫化水素及び硫黄蒸気から硫黄を回収して硫化水素のみを外部に排出する硫黄回収機構を備えていることを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置。   8. A sulfur recovery mechanism for recovering sulfur from hydrogen sulfide and sulfur vapor contained in the exhaust gas discharged from the exhaust pipe and discharging only hydrogen sulfide to the outside. The organic-sulfur-type positive electrode material continuous manufacturing apparatus for secondary batteries as described in 1 above. 前記加熱容器が、前記原料を加熱して反応させて粗生成物を生成するための加熱反応容器と、前記加熱反応容器で生成された粗生成物に含まれる未反応の硫黄を除去するための加熱脱硫容器とからなり、
前記連続移送機構は、前記原料容器から供給される原料を前記加熱反応容器へと連続的に送りこみ、前記加熱反応容器で生成された粗生成物を前記加熱脱硫容器へと連続的に移送し、前記加熱脱硫容器にて生成された生成物を前記生成物回収容器へと連続的に送り出すことを特徴とする請求項1乃至8いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置。
A heating reaction vessel for heating and reacting the raw material to produce a crude product; and for removing unreacted sulfur contained in the crude product produced in the heating reaction vessel. Consisting of a heated desulfurization vessel,
The continuous transfer mechanism continuously feeds the raw material supplied from the raw material container to the heated reaction vessel, and continuously transfers the crude product generated in the heated reaction vessel to the heated desulfurization vessel . The product produced in the heated desulfurization vessel is continuously sent out to the product recovery vessel. Organic sulfur-based positive electrode material continuous production for secondary battery according to any one of claims 1 to 8, apparatus.
前記連続移送機構がスクリュー式であることを特徴とする請求項1乃至9いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置。   The said continuous transfer mechanism is a screw type, The organic sulfur type positive electrode material continuous manufacturing apparatus for secondary batteries in any one of the Claims 1 thru | or 9 characterized by the above-mentioned. 前記連続移送機構がローラーハース式であることを特徴とする請求項1乃至9いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置。   The apparatus for continuously producing an organic sulfur-based positive electrode material for a secondary battery according to any one of claims 1 to 9, wherein the continuous transfer mechanism is a roller hearth type. 前記連続移送機構がプッシャー式であることを特徴とする請求項1乃至9いずれかに記載の二次電池用有機硫黄系正極材料連続製造装置。   The said continuous transfer mechanism is a pusher type, The organic sulfur type positive electrode material continuous manufacturing apparatus for secondary batteries in any one of the Claims 1 thru | or 9 characterized by the above-mentioned.
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