KR101650979B1 - Apparatus for continuous hydrothermal synthesis process in super critical condition using switching of mixer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초임계 연속수열 합성 장치에 관한 것이다. 본 발명은 철(Fe)/인(P) 용액과 리튬(Li) 용액이 각각 별도로 투입되는 프리믹서; 및 철/인 용액 및 리튬 용액이 혼합된 용액이 투입되고, 초임계수가 투입되어 철/인 용액 및 리튬 용액이 혼합된 용액과 교반되는 두 개의 메인믹서를 포함하고, 두 개의 메인믹서는 적어도 하나 이상이 선택적으로 운용될 수 있도록 스위칭(switching) 제어될 수 있다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 두 개의 메인믹서를 병렬로 배치하고 서로 스위칭이 가능하도록 제어하여 하나의 메인믹서 내 압력이 높아져도 다른 메인믹서에서의 합성은 유지하면서 공정을 지속적으로 진행할 수 있다.The present invention relates to a supercritical continuous hydrothermal synthesis apparatus. The present invention relates to a pre-mixer in which iron (Fe) / phosphorus (P) solution and lithium (Li) solution are separately introduced; And two main mixers into which a mixed solution of an iron / phosphorus solution and a lithium solution is charged and a supercritical water is added and stirred with a mixed solution of the iron / phosphorus solution and the lithium solution, wherein the two main mixers are at least one Or more can be selectively controlled. According to the present invention, two main mixers are arranged in parallel and controlled so that they can be switched to each other, so that even if the pressure in one main mixer is increased, the process can be continuously performed while maintaining synthesis in another main mixer.
Description
본 발명은 초임계 연속수열 합성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두 개의 메인믹서가 서로 스위칭이 될 수 있도록 함으로써, 안정적인 연속합성과 즉각적인 유지가 용이한 초임계 연속수열 합성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a supercritical continuous hydrothermal synthesis apparatus, and more particularly, to a supercritical continuous hydrothermal synthesis apparatus in which two main mixers can be switched to each other so that stable continuous synthesis and easy maintenance are facilitated.
모바일 기기와 같은 휴대용 전자기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기 방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As the development and demand for portable electronic devices such as mobile devices have increased, the demand for secondary batteries as energy sources has been rapidly increasing. Among these secondary batteries, high energy density and voltage, long cycle life, Low lithium secondary batteries have been commercialized and widely used.
특히, 리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로서, 휴대용 전자 기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속하게 신장하고 있는 추세이다.Particularly, the lithium secondary battery has a working voltage of 3.6 V or higher, which is three times higher than a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery which is widely used as a power source for portable electronic devices, and is rapidly expanded in terms of high energy density per unit weight There is a trend.
또한, 리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극 및 양극으로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 상기 양극 및 음극에서 삽입 및 탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다.The lithium secondary battery is manufactured by using a material capable of inserting and desorbing lithium ions as a cathode and an anode, filling an organic electrolyte or a polymer electrolyte between the anode and the cathode, and inserting and removing lithium ions from the anode and the cathode. And generates electrical energy by oxidation and reduction reactions when they are desorbed.
이러한 리튬 이차 전지에서 양극 활물질로는 층상 혹은 스피넬 구조의 전이금속 산화물이 사용되고 있으며, 최근 안전성이 우수한 리튬 전이금속 포스페이트 양극 활물질이 널리 연구되고 있다.In such a lithium secondary battery, a transition metal oxide having a layered or spinel structure is used as a cathode active material, and recently, a lithium transition metal phosphate cathode active material having excellent safety has been extensively studied.
리튬 전이금속 포스페이트 물질은 크게 나시콘(Nasicon) 구조인 LixM2(PO4)3와 올리빈(Olivine) 구조의 LiMPO4로 구분되고, 기존의 LiCoO2에 비해서 고온 안정성이 우수한 물질로 연구되고 있다.Lithium transition metal phosphate materials are classified into LixM 2 (PO 4 ) 3 , which is a Nasicon structure, and LiMPO 4 , which has an olivine structure, and has been studied as a material superior in high temperature stability to LiCoO 2 .
특히, 올리빈 구조의 리튬인산철(LiFePO4)는 리튬 대비 ~3.4 V의 다소 낮은 전압상의 불리함에도 불구하고 170 mAh/g의 높은 이론 용량과 우수한 고온 안정성, 저가의 Fe 사용 등의 장점으로 인해 향후 리튬 이차 전지 양극 활물질로의 적용 가능성이 있으며, 하이브리드 전기자동차(HEV)용 리튬 이온 이차 전지의 양극 활물질로서 많은 연구가 이루어지고 있다.In particular, the olivine-structured lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), despite the somewhat low voltage disadvantage of ~ 3.4 V versus lithium, has the advantages of a high theoretical capacity of 170 mAh / g, excellent high temperature stability, There is a possibility of being applied to a cathode active material of a lithium secondary battery in the future and much research has been conducted as a cathode active material of a lithium ion secondary battery for a hybrid electric vehicle (HEV).
국내공개특허 제2012-0015278호에는 '무기화합물의 제조장치 및 이를 사용한 무기화합물의 제조방법'이 개시되어 있다. Korean Patent Publication No. 2012-0015278 discloses an apparatus for producing an inorganic compound and a method for producing an inorganic compound using the same.
그러나, 상기 선행문헌에 개시된 무기화합물의 제조장치에서는 초임계 연속수열 합성 시 안정적인 반응조건에서 배관의 스케일(scale)로 인한 압력 상승에 따라 원료의 공급 유량이 변하고 합성 pH 및 입자의 불균일성을 야기하는 문제가 있었다. However, in the apparatus for producing an inorganic compound disclosed in the above prior art documents, the supply flow rate of the raw material changes due to the pressure increase due to the scale of the pipe under stable reaction conditions in the supercritical continuous hydrothermal synthesis and causes the synthesis pH and nonuniformity of particles There was a problem.
또한, 반응기에 막힘 현상(clogging)이 발생하였을 때 연속수열 합성을 중단해야 하는 문제도 있었다.In addition, there has been a problem that the continuous hydrothermal synthesis should be stopped when clogging occurs in the reactor.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 두 개의 메인믹서를 병렬로 배치하여 하나의 메인믹서의 이상 시에도 연속수열 합성이 지속적으로 이루어질 수 있는 초임계 연속수열 합성 장치를 제공하기 위한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a mixer, And to provide a hydrothermal synthesis device.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise forms disclosed. Other objects, which will be apparent to those skilled in the art, It will be possible.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 중앙튜브가 내부를 관통하고, 철(Fe)/인(P) 용액이 투입되는 철/인 용액 튜브가 상기 중앙튜브를 관통하여 설치되며, 상기 중앙튜브에는 리튬(Li) 용액이 투입되는 리튬 용액 튜브가 연결되는 프리믹서; 및 상기 중앙튜브가 내부를 관통하고, 초임계수가 투입되는 초임계수 튜브가 상기 중앙튜브와 연결되어 상기 철/인 용액 및 리튬 용액이 혼합된 용액과 교반되는 두 개의 메인믹서를 포함하고, 상기 두 개의 메인믹서는 적어도 하나 이상이 선택적으로 운용될 수 있도록 스위칭(switching) 제어될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an iron / phosphorus solution tube, comprising the steps of: passing a center tube through an iron / phosphorus solution tube to which an iron (Fe) A pre-mixer through which a lithium solution tube into which a lithium (Li) solution is injected is connected to the center tube; And two main mixers through which the center tube passes and a supercritical water tube into which supercritical water is introduced is connected to the center tube and stirred with a solution mixed with the iron / phosphorus solution and the lithium solution, The main mixers may be switched so that at least one of them can be selectively operated.
상기 중앙튜브는 두 개의 분지튜브로 분지되어 상기 메인믹서를 관통할 수 있다. The center tube may be branched into two branch tubes to penetrate the main mixer.
상기 분지튜브는 곡선을 따라 굴곡지게 연장될 수 있다.The branch tube may be bent to extend along the curve.
상기 메인믹서의 전단에는 슬러리 차단밸브가 각각 설치되어 상기 메인믹서에 막힘 현상(clogging)이 발생하였을 때 차단시킬 수 있다.A slurry shutoff valve may be provided at a front end of the main mixer to shut off the clogging when the main mixer is clogged.
상기 슬러리 차단밸브는 고압용 볼 밸브(ball valve)일 수 있다.The slurry shut-off valve may be a high-pressure ball valve.
상기 초임계수 튜브에는 초임계수 차단밸브가 각각 설치되어 상기 메인믹서에서 막힘 현상이 발생하였을 때 차단시킬 수 있다.A supercritical water shutoff valve may be provided in the supercritical water tube to block the supernatant when the clogging occurs in the main mixer.
상기 초임계수 차단밸브는 고온 고압용 특수 니들 밸브(needle valve)일 수 있다.The supercritical shut-off valve may be a special needle valve for high temperature and high pressure.
상기 리튬 용액 튜브 및 초임계수 튜브는, 상기 중앙튜브의 양측에 각각 대칭되게 연결될 수 있다.The lithium solution tube and the supercritical water tube may be symmetrically connected to both sides of the center tube, respectively.
상기 리튬 용액 튜브 및 초임계수 튜브는, 상기 중앙튜브의 연장 방향에 대해 경사지게 연결될 수 있다.The lithium solution tube and the supercritical water tube may be inclined with respect to the extending direction of the center tube.
상기 리튬 용액 튜브 및 초임계수 튜브와, 상기 중앙튜브는 서로 예각을 형성하도록 연결될 수 있다.The lithium solution tube and the supercritical water tube and the center tube may be connected to form an acute angle with each other.
상기 메인믹서에서 교반된 혼합물의 초임계 반응을 통해 양극 활물질을 생성하는 반응기를 포함할 수 있다.And a reactor for producing a cathode active material through a supercritical reaction of the mixture stirred in the main mixer.
상기 반응기에서 생성된 양극 활물질의 파우더를 필터링하기 위한 필터를 더 포함할 수 있다. And a filter for filtering the powder of the cathode active material produced in the reactor.
물 저장조; 상기 물 저장조로부터 공급된 물과 상기 메인믹서에서 혼합된 혼합용액을 열교환하여 고온의 상태로 만드는 열교환기; 및 상기 열교환기를 통과한 물을 가열하여 초임계수로 만드는 히터를 더 포함할 수 있다.Water reservoir; A heat exchanger for exchanging heat between the water supplied from the water reservoir and the mixed solution mixed in the main mixer to bring the mixture into a high temperature state; And a heater for heating the water passing through the heat exchanger to produce supercritical water.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 중앙튜브가 내부를 관통하고, 리튬(Li) 용액이 투입되는 리튬 용액 튜브가 상기 중앙튜브를 관통하여 설치되며, 상기 중앙튜브에는 철(Fe)/인(P) 용액이 투입되는 철/인 용액 튜브가 연결되는 프리믹서; 및 상기 중앙튜브가 내부를 관통하고, 초임계수가 투입되는 초임계수 튜브가 상기 중앙튜브와 연결되어 상기 철/인 용액 및 리튬 용액이 혼합된 용액과 교반되는 다수개의 메인믹서를 포함하고, 상기 두 개의 메인믹서는 적어도 하나 이상이 선택적으로 운용될 수 있도록 스위칭(switching) 제어될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising: a lithium tube through which a center tube passes and a lithium solution into the tube; A pre-mixer to which an iron / phosphorus solution tube into which the phosphorus (P) solution is introduced is connected; And a plurality of main mixers through which the center tube passes and a supercritical water tube into which supercritical water is introduced is connected to the center tube and stirred with a mixed solution of the iron / phosphorus solution and the lithium solution, The main mixers may be switched so that at least one of them can be selectively operated.
본 발명에 의하면, 두 개의 메인믹서를 병렬로 배치하고 서로 스위칭이 가능하도록 제어하여 하나의 메인믹서 내 압력이 높아져도 다른 메인믹서에서의 합성은 유지하면서 공정을 지속적으로 진행할 수 있다.According to the present invention, two main mixers are arranged in parallel and controlled so that they can be switched to each other, so that even if the pressure in one main mixer is increased, the process can be continuously performed while maintaining synthesis in another main mixer.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 제조장치를 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 연속수열 합성 장치를 보인 구성도. 1 is a view showing an apparatus for manufacturing a cathode active material according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a view showing a supercritical continuous hydrothermal synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
이하에서는 본 발명에 의한 양극 활물질의 제조장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an embodiment of an apparatus for producing a cathode active material according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 제조장치를 보인 구성도이다.FIG. 1 is a view showing an apparatus for manufacturing a cathode active material according to an embodiment of the present invention.
이에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 양극 활물질은 철(Fe)/인(P) 용액과 리튬(Li) 용액이 혼합된 용액과 초임계수를 반응시켜 제조된다. 먼저, 철/인 용액 저장조(5)와 리튬 용액 저장조(6)에 각각 저장된 철/인 용액과 리튬 용액은 서로 다른 라인을 통해 프리믹서(10)로 투입된다. According to the present invention, the cathode active material according to the present invention is prepared by reacting a mixed solution of Fe (Fe) / phosphorus (P) solution and lithium (Li) solution with a supercritical water. First, the iron / phosphorus solution and the lithium solution stored in the iron /
프리믹서(10, Pre-mixer)는 철/인 용액이 고온 상태인 초임계수로 인하여 용해도가 감소하여 Fe염이 라인 상에 석출되는 것을 방지하기 위해 철/인 용액과 리튬 용액을 미리 교반시키는 역할을 한다. 철/인 용액과 리튬 용액이 교반되면 독립된 Fe염이 발생하지 않고 FePO4 형태의 인산(Phosphrous) Fe염을 생성하게 된다. 인산 Fe염은 FeSO4 에 비해 열에 대해 굳는 성질이 덜하고, 중온 영역(약 300℃)에서 석출되지 않기 때문에 용액 투입 라인이 Fe염에 의해 막히는 것을 방지할 수 있다. 즉, 프리믹서(10)에서는 철/인 용액과 리튬 용액을 미리 교반시켜 인산 Fe염을 만들어 이하에서 설명할 두 개의 메인믹서(20)에서 초임계수와 만나도록 한다.The pre-mixer 10 pre-mixes the iron / phosphorus solution and the lithium solution in order to prevent the Fe salt from being precipitated on the line due to the decrease in solubility due to the supercritical iron / phosphorus solution at high temperature . When iron / phosphorus solution and lithium solution are stirred, FePO 4 type Phosphrous Fe salt is produced without generating independent Fe salt. The Fe salt of phosphoric acid is less hardenable to heat than FeSO 4 and can prevent the solution input line from being clogged by the Fe salt because it is not precipitated in the mid-temperature range (about 300 ° C). That is, in the pre-mixer 10, the iron / phosphorus solution and the lithium solution are preliminarily stirred to form a phosphate salt of Fe, so that the two
한편, 물 저장조(7)에 저장된 물은 메인믹서(20)에서 혼합된 혼합물과 열교환기(40)를 거치면서 열교환하여 약 300℃ 까지 상승되어 히터(42)로 투입된다. 상기 히터(42)에서 초임계 반응에 필요한 온도(약 400℃)까지 상승이 되고 메인믹서(20) 측으로 이동된다. On the other hand, the water stored in the
이와 같이 초임계수와 합류하기 전에 철 용액과 리튬 용액이 미리 혼합된 상태로 투입되기 때문에 고온 상태(약 400℃)인 초임계수와 만나더라도 프리믹서(10)에 Fe염이 석출되지 않아 용액의 흐름을 방해하지 않고 정상적으로 유동될 수 있도록 한다. Since the iron solution and the lithium solution are preliminarily mixed before the supercritical water is mixed with the supercritical water, the Fe salt is not precipitated in the
다음으로, 메인믹서(20)에서 교반된 용액은 반응기(30)로 투입된다. 반응기(30)에서 고온 고압의 조건 하에서 초임계 반응이 이루어지고, 리튬인산철(LiFePO4)이 생성될 수 있다. 반응기(30)는 예를 들어, 소정의 길이를 가진 튜브로 구성되며, 튜브의 외면에는 보온재가 감싸도록 구비될 수 있다.Next, the solution stirred in the
한편, 초임계 반응을 통해 얻어진 생성물에는 파우더가 포함되어 있기 때문에 이를 필터링 하기 위해 필터(44)로 투입된다. 필터(44)에서 파우더를 걸러진 생성물은 생성물 저장조(46)에 저장이 된다.On the other hand, since the product obtained through supercritical reaction contains powder, it is introduced into the
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 양극 활물질을 제조하기 위해 초임계 반응을 이용하면서 초임계수가 철 용액 및 리튬 용액과 동시에 혼합되도록 하지 않고 미리 혼합된 상태로 만나도록 함으로써, Fe염이 석출되어 라인을 막는 것을 방지하고 보다 원활하게 초임계 반응이 이루어지도록 한다.As described above, in the present invention, the supercritical reaction is used to prepare the cathode active material and the supercritical water is mixed with the iron solution and the lithium solution at the same time, So that the supercritical reaction can be performed more smoothly.
또한, 본 실시예에서는 양극 활물질로써 리튬인산철을 예로 들어 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 올리빈 구조의 LiMPO4 라면 어떠한 물질이라도 적용될 수 있음은 물론이다.
Although lithium iron phosphate is described as a cathode active material in this embodiment, it is not necessarily limited thereto, and any material may be used as long as it is an olivine structure of LiMPO 4 .
이하에서는 본 발명에 의한 초임계 연속수열 합성 장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a supercritical continuous hydrothermal synthesis apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초임계 연속수열 합성 장치를 보인 구성도이다.FIG. 2 is a view illustrating a supercritical continuous hydrothermal synthesis apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
이에 도시된 바에 따르면, 프리믹서(10)의 중앙에는 중앙튜브(11)가 관통하여 설치된다. 상기 중앙튜브(11)는 메인믹서(20)의 중앙도 관통하게 된다. 중앙튜브(11)는 프리믹서(10)의 내부로 투입된 철/인 용액 및 리튬 용액이 혼합되는 부분이다. As shown, a
또한, 중앙튜브(11)에는 철/인 용액 튜브(12)가 관통하여 설치된다. 철/인 용액 튜브(12)는 중앙튜브(11)를 관통하여 메인믹서(20)의 입구까지 연장된다. 본 실시예에서 철/인 용액 튜브(12)를 중앙에 배치한 것은 철/인 용액이 열에 의해 용해도(Solubility)가 감소하여 Fe염이 석출되는 문제가 있기 때문에 이를 방지하기 위함이다. 즉, 철/인 용액 튜브(12)가 가운데 위치하고 리튬 용액 튜브(14)가 양측에 연결되도록 하여 초임계수로부터 전달되는 열에 의한 영향을 최소화하려고 한 것이다. 물론, 리튬 용액 튜브(14)가 가운데에 위치하고 철/인 용액 튜브(12)가 양측에 연결되는 구성도 가능하다.Further, the
한편, 중앙튜브(11)의 양측에는 리튬 용액 튜브(14)가 대칭되게 연결된다. 물론, 리튬 용액 튜브(14)는 중앙튜브(11)의 일측에만 연결될 수도 있다. 또한, 리튬 용액 튜브(14)는 중앙튜브(11)의 연장 방향에 대해 경사지게 연결될 수 있고, 서로 예각을 형성하도록 연결됨이 바람직하다. 이와 같이 중앙튜브(11)와 리튬 용액 튜브(14)가 예각을 형성함으로써 리튬 용액 튜브(14)에 음압이 발생되어 중앙튜브(11) 측으로 잘 빨려 들어갈 수 있다. On the other hand, on both sides of the
여기에서, 철/인 용액 및 리튬 용액은 중앙튜브(11)에서 미리 혼합된 후에 메인믹서(20)로 투입되어야 한다. 철/인 용액과 리튬 용액이 교반되면 독립된 Fe염이 발생하지 않고 FePO4 형태의 인산(Phosphrous) Fe염을 생성하게 된다. 인산 Fe염은 FeSO4 에 비해 열에 대해 굳는 성질이 덜하고, 중온 영역(약 300℃)에서 석출되지 않기 때문에 용액 투입 라인이 Fe염에 의해 막히는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 철/인 용액 및 리튬 용액이 미리 혼합되도록 한 것이고, 미리 혼합될 수 있도록 철/인 용액 튜브(12)는 중앙튜브(11)를 관통하며 리튬 용액 튜브(14)는 중앙튜브(11)와 연결되는 것이다. 참고로, 프리믹서(10)에서 철/인 용액 및 리튬 용액이 교반되면 Fe3(PO4)2·8H2O 의 혼합용액이 생성될 수 있다.Here, the iron / phosphorus solution and the lithium solution have to be introduced into the
다음으로, 프리믹서(10)와 메인믹서(20)의 사이에 해당하는 중앙튜브(11)에는 초임계수에서 발생한 열이 유입되는 것을 방지하기 위한 냉각장치(15)가 설치된다. 냉각장치(15)로는, 예를 들어, 더블 파이프 튜브 형태의 쿨링 자켓(Cooling jacket)이나, 내부에 냉각수가 흐르는 튜브 형태 등이 사용될 수 있다.Next, a
한편, 프리믹서(10)의 후단은 두 개의 메인믹서(20)와 연결된다. 본 실시예에서 메인믹서(20)는 두 개가 병렬로 연결되어 있고 서로 스위칭(switching)이 가능하도록 제어될 수 있다. 스위칭이란 것은 두 개의 메인믹서(20)를 선택적으로 운용이 가능하도록 제어한다는 것을 의미한다. 다시 말해, 어느 하나의 메인믹서(20)에서 막힘 현상(clogging)이 발생하게 되면 이를 정지시키고, 다른 메인믹서(20)만 가동될 수 있도록 하는 것이다. 물론, 가장 바람직하게는 두 개의 메인믹서(20)가 동시에 운용되어 생산효율을 높이는 것이나 이것이 여의치 않을 때 메인믹서(20)가 선택적으로 운용이 되도록 하는 것이다.On the other hand, the rear end of the pre-mixer 10 is connected to the two
이와 같이, 메인믹서(20) 중 적어도 어느 하나는 정상적으로 운용되며, 초임계 연속수열 합성 공정이 계속 이루어지므로 지속적이고 안정적인 공정 유지가 가능하다. 즉, 기존에는 메인믹서(20) 내의 압력이 스케일(scale)로 인해 상승하면 연속합성을 종료하고 메인믹서(20) 내의 스케일을 제거해야만 했으나, 본 실시예에 의하면 지속적인 연속합성이 가능한 것이다. As described above, at least one of the
한편, 프리믹서(10)를 관통하는 중앙튜브(11)는 두 개의 분지튜브(16)로 각각 로 분지되어 메인믹서(20)의 내부로 연장된다. 이때, 분지튜브(16)는 직각으로 절곡된 형태가 아닌 곡선을 따라 굴곡지게 연장되는 것이 바람직하다. 이는 프리믹서(10)에서 혼합된 슬러리 형태의 용액이 튜브 내에 흡착되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.On the other hand, the
메인믹서(20)의 전단에 해당하는 분지튜브(16)에는 슬러리 차단밸브(18)가 각각 설치되어 메인믹서(20)에 막힘 현상(clogging)이 발생하였을 때 차단시키는 역할을 수행한다. 예를 들어, 슬러리 차단밸브(18)는 별도의 제어부(미도시)에 의해 제어되어 어느 하나의 메인믹서(20)에 막힘 현상이 발생하면 즉시 신호를 전달받아 닫힘으로써 라인을 차단하게 된다. 이와 같이 된 상태에서 초임계수는 지속적으로 초임계수 튜브(22)를 통해 투입된다. 따라서, 막힘 현상이 발생한 메인믹서(20)의 내부로는 초임계수만 투입되면서 초임계수의 압력으로 메인믹서(20)의 막힘 현상을 야기한 스케일의 제거가 용이하다. A
한편, 초임계수 튜브(22)의 일측에도 초임계수 차단밸브(24)가 설치될 수 있다. 즉, 초임계수 차단밸브(24)는 슬러리 차단밸브(18)와 함께 이상이 발생한 메인믹서(20)로 유입되는 초임계수를 차단하게 된다. 예를 들어, 메인믹서(20)에 막힘 현상이 과도하여 초임계수의 투입만으로도 스케일의 제거가 어려울 시에는 초임계수 튜브(22)를 차단하고 메인믹서(20)의 내부에 세척용액을 투입하는 것이다. 세척용액으로는 질산 용액 등이 사용될 수 있다.On the other hand, a supercritical
한편, 상술한 슬러리 차단밸브(18)는 유로의 흐름을 방해하지 않도록 고압용 볼 밸브(ball valve)를 사용하는 것이 바람직하며, 초임계수 차단밸브(24)는 고온 고압용 특수 니들 밸브(needle valve)를 사용하는 것이 바람직하다.The
각각의 메인믹서(20)의 중앙에는 분지튜브(16)가 연장되어 관통한다. 그리고, 분지튜브(16)의 양측에는 초임계수 튜브(22)가 대칭되게 연결된다. 물론, 초임계수 튜브(22)는 분지튜브(16)의 일측에만 연결될 수도 있다. 또한, 초임계수 튜브(22)는 분지튜브(16)의 연장 방향에 대해 경사지게 연결될 수 있고, 서로 예각을 형성하도록 연결됨이 바람직하다. 이와 같이 분지튜브(16)와 초임계수 튜브(22)가 예각을 형성함으로써 초임계수 튜브(22)에 음압이 발생되어 분지튜브(16) 측으로 잘 빨려 들어갈 수 있다. At the center of each
다음으로, 메인믹서(20)에서 교반된 용액은 튜브를 따라 흐르면서 연속합성을통해 초임계 반응이 이루어지고, 양극 활물질인 리튬인산철(LiFePO4)이 생성될 수 있다.Next, the solution agitated in the
본 발명은 또한 상기 양극 활물질을 포함하는 것으로 구성된 리튬 이차전지를 포함한다. 상기 리튬 이차전지는 일반적으로 양극, 음극, 분리막 및 리튬염 함유 비수 전해질로 구성되어 있다. 그리고, 상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The present invention also includes a lithium secondary battery comprising the above-mentioned cathode active material. The lithium secondary battery generally comprises an anode, a cathode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt. The positive electrode is prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector, and drying the mixture. Optionally, a filler may be further added to the mixture.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments described above, but may be defined by the scope of the claims, and those skilled in the art may make various modifications and alterations within the scope of the claims It is self-evident.
5 : 철/인 용액 저장조 6 : 리튬 용액 저장조
7 : 물 저장조 10 : 프리믹서
11 : 중앙튜브 12 : 철/인 용액 튜브
14 : 리튬 용액 튜브 15 : 냉각장치
16 : 분지튜브 18 : 슬러리 차단밸브
20 : 메인믹서 22 : 초임계수 튜브
24 : 초임계수 차단밸브 30 : 반응기
40 : 열교환기 42 : 히터
44 : 필터 46 : 생성물 저장조5: iron / phosphorus solution storage tank 6: lithium solution storage tank
7: water storage tank 10: pre-mixer
11: center tube 12: iron / phosphorus solution tube
14: lithium solution tube 15: cooling device
16: branch tube 18: slurry shutoff valve
20: main mixer 22: supercritical water tube
24: Supercritical water shutoff valve 30: Reactor
40: heat exchanger 42: heater
44: filter 46: product storage tank
Claims (19)
상기 철/인 용액 및 리튬 용액이 혼합된 용액이 투입되고, 초임계수가 투입되어 상기 철/인 용액 및 리튬 용액이 혼합된 용액과 교반되는 두 개의 메인믹서를 포함하고,
상기 두 개의 메인믹서는 적어도 하나 이상이 선택적으로 운용될 수 있도록 스위칭(switching) 제어되며,
상기 메인믹서의 전단에는 슬러리 차단밸브가 각각 설치되어 상기 메인믹서에 막힘 현상(clogging)이 발생하였을 때 차단시키고, 막힘 현상이 발생한 메인믹서의 내부로는 초임계수만 투입되거나,
상기 초임계수가 투입되는 초임계수 튜브에는 초임계수 차단밸브가 각각 설치되어 상기 메인믹서에서 막힘 현상이 발생하였을 때 초임계수 튜브를 차단시키고 메인믹서 내부에 세척용액을 투입하는 것을 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치. A pre-mixer in which iron (Fe) / phosphorus (P) solution and lithium (Li) solution are separately introduced; And
A main mixer in which a mixed solution of the iron / phosphorus solution and the lithium solution is introduced, and a supercritical water is charged and stirred with a mixed solution of the iron / phosphorus solution and the lithium solution,
The two main mixers are controlled so that at least one of the two main mixers can be selectively operated,
A slurry shutoff valve is installed at a front end of the main mixer to shut off the clogging when the main mixer is clogged,
Wherein supercritical water is introduced into the supercritical water tube and supercritical water shutoff valves are installed in the main mixer to shut off the supercritical water tube when the main mixer is clogged, Hydrothermal synthesis device.
상기 프리믹서의 내부를 중앙튜브가 관통하고, 상기 철/인 용액이 투입되는 철/인 용액 튜브가 상기 중앙튜브를 관통하여 설치되며, 상기 중앙튜브에는 리튬 용액이 투입되는 리튬 용액 튜브가 연결되는 것을 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치.The method according to claim 1,
The iron / phosphorus solution tube through which the iron / phosphorous solution is injected passes through the center tube, and a lithium solution tube into which the lithium solution is injected is connected to the center tube Wherein the supercritical continuous hydrothermal synthesis apparatus comprises:
상기 중앙튜브는 상기 메인믹서의 내부를 관통하고, 상기 초임계수가 투입되는 초임계수 튜브가 상기 중앙튜브와 연결되어 상기 철/인 용액 및 리튬 용액이 혼합된 용액과 교반되는 것을 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the center tube passes through the interior of the main mixer and a supercritical water tube into which the supercritical water is introduced is connected to the center tube to be stirred with a mixed solution of the iron / phosphorus solution and the lithium solution. Continuous hydrothermal synthesis apparatus.
상기 중앙튜브는 두 개의 분지튜브로 분지되어 상기 메인믹서를 관통하는 것을 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치.The method of claim 3,
Wherein the center tube is divided into two branch tubes to penetrate the main mixer.
상기 분지튜브는 곡선을 따라 굴곡지게 연장되는 것을 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치. 5. The method of claim 4,
Wherein the branch tube extends bending along a curve. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
상기 슬러리 차단밸브는 고압용 볼 밸브(ball valve)인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치. The method according to claim 1,
Characterized in that the slurry shut-off valve is a high-pressure ball valve.
상기 초임계수 차단밸브는 고온 고압용 특수 니들 밸브(needle valve)인 것을 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치.The method according to claim 1,
Characterized in that the supercritical water shutoff valve is a special needle valve for high temperature and high pressure.
상기 리튬 용액 튜브 및 초임계수 튜브는, 상기 중앙튜브의 양측에 각각 대칭되게 연결되는 것을 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치.The method of claim 3,
Wherein the lithium solution tube and the supercritical water tube are symmetrically connected to both sides of the center tube, respectively.
상기 리튬 용액 튜브 및 초임계수 튜브는, 상기 중앙튜브의 연장 방향에 대해 경사지게 연결되는 것을 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치.The method of claim 3,
Wherein the lithium solution tube and the supercritical water tube are inclined with respect to the extending direction of the center tube.
상기 리튬 용액 튜브 및 초임계수 튜브와, 상기 중앙튜브는 서로 예각을 형성하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치.The method of claim 3,
Wherein the lithium solution tube, the supercritical water tube, and the center tube are connected to form an acute angle with each other.
상기 메인믹서에서 교반된 혼합물의 초임계 반응을 통해 양극 활물질을 생성하는 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치.The method according to claim 1,
And a reactor for producing a cathode active material through supercritical reaction of the mixture stirred in the main mixer.
상기 반응기에서 생성된 양극 활물질의 파우더를 필터링하기 위한 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치.14. The method of claim 13,
Further comprising a filter for filtering the powder of the cathode active material produced in the reactor.
물 저장조;
상기 물 저장조로부터 공급된 물과 상기 메인믹서에서 혼합된 혼합용액을 열교환하여 고온의 상태로 만드는 열교환기; 및
상기 열교환기를 통과한 물을 가열하여 초임계수로 만드는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 연속수열 합성 장치.The method according to claim 1,
Water reservoir;
A heat exchanger for exchanging heat between the water supplied from the water reservoir and the mixed solution mixed in the main mixer to bring the mixture into a high temperature state; And
Further comprising a heater for heating water passing through the heat exchanger to produce supercritical water.
상기 양극 활물질은 올리빈 구조의 리튬인산철(LiFePO4)인 것을 특징으로 하는 양극 활물질.18. The method of claim 17,
Wherein the cathode active material is an olivine structure lithium iron phosphate (LiFePO 4 ).
A lithium secondary battery comprising the cathode active material according to claim 17.
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