KR101655921B1 - Manufacturing apparatus for positive active material and mixing apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극 활물질의 제조장치 및 이에 구비되는 교반장치에 관한 것이다. 본 발명은 중앙튜브가 중앙을 관통하고, 철 용액이 투입되는 철 용액 튜브가 중앙튜브를 관통하여 설치되며, 중앙튜브에는 리튬 용액이 투입되는 리튬 용액 튜브가 연결되는 프리믹서; 중앙튜브가 중앙을 관통하고, 초임계수가 투입되는 초임계수 튜브가 중앙튜브와 연결되어 철 용액 및 리튬 용액이 혼합된 용액과 교반되는 메인믹서; 프리믹서 및 메인믹서 중 적어도 어느 하나에 설치되어 혼합된 용액을 교반시키는 스태틱 믹서; 및 메인믹서에서 교반된 혼합물의 초임계 반응을 통해 양극 활물질을 생성하는 반응기를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 철 용액과 리튬 용액이 합류하는 지점과, 상기 혼합된 용액과 초임계수가 합류하는 지점에 스태틱 믹서를 설치함으로써, 용액의 교반효과가 극대화되어 투입 라인이 막히는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.The present invention relates to an apparatus for producing a cathode active material and a stirring apparatus provided therein. The present invention relates to a pre-mixer in which a center tube passes through a center, an iron solution tube into which an iron solution is injected passes through a center tube, and a center tube is connected to a lithium solution tube into which a lithium solution is injected; A main mixer in which a center tube passes through a center and a supercritical water tube into which supercritical water is introduced is connected to a center tube and stirred with a mixed solution of an iron solution and a lithium solution; A static mixer installed in at least one of a pre-mixer and a main mixer for stirring the mixed solution; And a reactor for producing a cathode active material through a supercritical reaction of the agitated mixture in the main mixer. According to the present invention, by providing a static mixer at a point where the iron solution and the lithium solution meet and a point where the mixed solution and the supercritical water are combined, it is possible to maximize the stirring effect of the solution, .

Figure R1020110115308
Figure R1020110115308

Description

양극 활물질의 제조장치 및 이에 구비되는 교반장치{Manufacturing apparatus for positive active material and mixing apparatus}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive electrode active material production apparatus and a stirring apparatus,

본 발명은 양극 활물질의 제조장치 및 이에 구비되는 교반장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극 활물질인 리튬인산철의 제조 시에 철 용액과 리튬 용액이 미리 혼합된 상태로 초임계수와 만나도록 하여 투입 라인에서 Fe염이 석출되는 것을 방지할 수 있는 양극 활물질의 제조장치 및 이에 구비되는 교반장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing a positive electrode active material and a stirring apparatus provided therein, and more particularly, to an apparatus for producing a positive electrode active material, The present invention relates to a production apparatus for a positive electrode active material capable of preventing Fe salt from being precipitated in a line and an agitation device provided therein.

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 .

현재 나시콘 구조의 Li3V2(PO4)3(Saphion)가 Valence사에 의해 개발되어 있고, 올리빈 구조의 화합물 중에서는 LiFePO4와 Li(Mn,Fe)PO4 올리빈 구조의 물질이 가장 널리 연구되고 있다.The current tank top cone structure of Li 3 V 2 (PO 4) 3 (Saphion) the material of the blank structure compound in the development, olivine structure, and is by Valence four are LiFePO 4 and Li (Mn, Fe) PO 4 post It is the most widely researched.

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 ) has a high theoretical capacity of 170 mAh / g, superior high-temperature stability, and low Fe use despite its somewhat low voltage disadvantage of ~ 3.4 V vs. lithium There is a possibility of being applied to a cathode active material of a lithium secondary battery and a lot of research has been conducted as a cathode active material of a lithium ion secondary battery for a hybrid electric vehicle (HEV).

도 1은 종래 기술에 의해 용액과 초임계수가 교반되는 것을 보인 구성도이다.FIG. 1 is a view showing a solution and supercritical water are stirred by a conventional technique.

이에 도시된 바에 따르면, 리튬 이차전지 양극 활물질의 제조를 위해 용액과 초임계수가 반응을 하게 된다. 즉, 초임계수가 통과하는 초임계수 라인(1)의 양측에서 각각 리튬 용액 및 철 용액이 리튬 용액 라인(2) 및 철 용액 라인(3)을 따라 투입된다. As shown, the solution reacts with the supercritical water for the preparation of the lithium secondary battery cathode active material. That is, the lithium solution and the iron solution are injected along the lithium solution line 2 and the iron solution line 3, respectively, on both sides of the supercritical water line 1 through which supercritical water passes.

이때, 초임계수의 높은 온도(약 400℃)로 인하여 철 용액의 온도가 상승되면 철 용액의 용해도(Solubility)가 감소하여 Fe염이 석출되어 철 용액 라인(3)의 끝단이 도 1에서와 같이 막히는 문제가 발생할 수 있다. 이와 같이 Fe염이 석출되면 철 용액이 정상적으로 공급될 수 없고 망치나 송곳과 같은 공구를 이용하여 일일이 제거해야 하는 문제가 있다.At this time, when the temperature of the iron solution is raised due to the high temperature of the supercritical water (about 400 ° C.), the solubility of the iron solution is decreased, so that the Fe salt precipitates and the end of the iron solution line 3 A clogging problem may occur. If the Fe salt is precipitated in this manner, the iron solution can not be supplied normally and there is a problem that the iron solution must be removed by using a tool such as a hammer or an awl.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용액의 투입 라인에서 고온의 초임계수로 인하여 Fe염이 석출되는 것을 방지할 수 있는 양극 활물질의 제조장치 및 이에 구비되는 교반장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is 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 device for manufacturing a cathode active material capable of preventing Fe salt from being precipitated due to high supercritical water And an agitating device.

본 발명의 다른 목적은 철 용액, 리튬 용액 및 초임계수가 교반되는 프리믹서 및 메인믹서에서의 교반 효과를 극대화시킬 수 있는 양극 활물질의 제조장치 및 이에 구비되는 교반장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a cathode active material capable of maximizing stirring effect in a pre-mixer and a main mixer in which an iron solution, a lithium solution and supercritical water are stirred, and a stirring device provided therein.

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 특징에 따르면, 본 발명에 의한 양극 활물질의 제조장치는 중앙튜브가 중앙을 관통하고, 철 용액이 투입되는 철 용액 튜브가 상기 중앙튜브를 관통하여 설치되며, 상기 중앙튜브에는 리튬 용액이 투입되는 리튬 용액 튜브가 연결되는 프리믹서; 상기 중앙튜브가 중앙을 관통하고, 초임계수가 투입되는 초임계수 튜브가 상기 중앙튜브와 연결되어 상기 철 용액 및 리튬 용액이 혼합된 용액과 교반되는 메인믹서; 상기 프리믹서 및 메인믹서 중 적어도 어느 하나에 설치되어 혼합된 용액을 교반시키는 스태틱 믹서; 및 상기 메인믹서에서 교반된 혼합물의 초임계 반응을 통해 양극 활물질을 생성하는 반응기를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing a cathode active material, the apparatus comprising: a central tube passing through a center; an iron solution tube through which an iron solution is injected, And the center tube is connected to a lithium solution tube through which a lithium solution is injected; A main mixer in which the center tube passes through the center and a supercritical water tube into which supercritical water is introduced is connected to the center tube to stir the mixed solution of the iron solution and the lithium solution; A static mixer installed in at least one of the pre-mixer and the main mixer for stirring the mixed solution; And a reactor for producing a cathode active material through a supercritical reaction of the mixture stirred in the main mixer.

상기 프리믹서와 메인믹서의 사이에 해당하는 중앙튜브에는 초임계수에서 발생한 열이 유입되는 것을 방지하는 냉각장치가 설치되는 것을 특징으로 한다. And a cooling device is installed in the center tube between the pre-mixer and the main mixer to prevent heat generated from the supercritical water from flowing into the center tube.

상기 스태틱 믹서는 상기 중앙튜브와 리튬 용액 튜브가 합류되는 지점으로부터 유동 방향을 따라 설치되는 것을 특징으로 한다.And the static mixer is installed along the flow direction from a point where the center tube and the lithium solution tube are merged.

상기 스태틱 믹서는 상기 중앙튜브와 초임계수 튜브가 합류되는 지점으로부터 유동 방향을 따라 설치되는 것을 특징으로 한다.And the static mixer is installed along the flow direction from a point where the center tube and the supercritical water tube join together.

상기 스태틱 믹서는 12 내지 27개의 엘리먼트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The static mixer is characterized by comprising 12 to 27 elements.

상기 리튬 용액 튜브 및 초임계수 튜브는, 상기 중앙튜브의 양측에 각각 대칭되게 연결되는 것을 특징으로 한다.The lithium solution tube and the supercritical water tube are symmetrically connected to both sides of the center tube.

상기 리튬 용액 튜브 및 초임계수 튜브는, 상기 중앙튜브의 연장 방향에 대해 경사지게 연결되는 것을 특징으로 한다.And 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 한다.The lithium solution tube, the supercritical water tube, and the center tube are connected to form an acute angle with each other.

상기 반응기에서 생성된 양극 활물질의 파우더를 필터링하기 위한 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. And a filter for filtering the powder of the cathode active material produced in the reactor.

물 저장조와; 상기 물 저장조로부터 공급된 물과 상기 메인믹서에서 혼합된 혼합물을 열교환하여 고온의 상태로 만드는 열교환기와; 상기 열교환기를 통과한 물을 가열하여 초임계수로 만드는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.A water reservoir; A heat exchanger for exchanging heat between the water supplied from the water storage tank and the mixture mixed in the main mixer to bring the mixture into a high temperature state; And a heater for heating water passing through the heat exchanger to produce supercritical water.

상기 양극 활물질은 올리빈 구조의 LiMPO4 인 것을 특징으로 한다.The cathode active material is an olivine-structured LiMPO 4 .

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명에 의한 교반장치는 중앙튜브가 중앙을 관통하고, 철 용액이 투입되는 철 용액 튜브가 상기 중앙튜브를 관통하여 설치되며, 상기 중앙튜브에는 리튬 용액이 투입되는 리튬 용액 튜브가 연결되는 프리믹서; 상기 중앙튜브가 중앙을 관통하고, 초임계수가 투입되는 초임계수 튜브가 상기 중앙튜브와 연결되어 상기 철 용액 및 리튬 용액이 혼합된 용액과 교반되는 메인믹서; 및 상기 프리믹서 및 메인믹서 중 적어도 어느 하나에 설치되어 혼합된 용액을 교반시키는 스태틱 믹서를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an agitation apparatus according to the present invention, wherein an iron solution tube through which a center tube passes through the center and into which an iron solution is injected is installed through the center tube, and a lithium solution is injected into the center tube A pre-mixer to which a lithium solution tube is connected; A main mixer in which the center tube passes through the center and a supercritical water tube into which supercritical water is introduced is connected to the center tube to stir the mixed solution of the iron solution and the lithium solution; And a static mixer installed in at least one of the pre-mixer and the main mixer for stirring the mixed solution.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명에 의한 교반장치는 중앙튜브가 중앙을 관통하고, 리튬 용액이 투입되는 리튬 용액 튜브가 상기 중앙튜브를 관통하여 설치되며, 상기 중앙튜브에는 철 용액이 투입되는 철 용액 튜브가 연결되는 프리믹서; 상기 중앙튜브가 중앙을 관통하고, 초임계수가 투입되는 초임계수 튜브가 상기 중앙튜브와 연결되어 상기 철 용액 및 리튬 용액이 혼합된 용액과 교반되는 메인믹서; 및 상기 프리믹서 및 메인믹서 중 적어도 어느 하나에 설치되어 혼합된 용액을 교반시키는 스태틱 믹서를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided an agitation apparatus according to the present invention, wherein a center tube passes through a center, a lithium solution tube into which a lithium solution is injected is installed through the center tube, A pre-mixer to which the iron solution tube is connected; A main mixer in which the center tube passes through the center and a supercritical water tube into which supercritical water is introduced is connected to the center tube to stir the mixed solution of the iron solution and the lithium solution; And a static mixer installed in at least one of the pre-mixer and the main mixer for stirring the mixed solution.

본 발명에 의하면, 철 용액과 리튬 용액이 프리믹서에서 미리 혼합된 상태로 초임계수와 만나기 때문에 Fe염이 석출되어 투입 라인을 막는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 투입 라인에 석출된 Fe염을 별도로 석출하는 작업을 수행하지 않아도 되고 보다 원활하게 양극 활물질이 제조될 수 있어 제품의 품질이 향상될 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since the iron solution and the lithium solution meet with the supercritical water in the premixed state in the pre-mixer, the Fe salt can be prevented from being deposited and blocking the input line. Therefore, there is no need to separately perform the operation of depositing the Fe salt deposited on the input line, and the cathode active material can be manufactured more smoothly, thereby improving the quality of the product.

또한, 철 용액과 리튬 용액이 합류하는 지점과, 상기 혼합된 용액과 초임계수가 합류하는 지점에 스태틱 믹서를 설치함으로써, 용액의 교반효과가 극대화되어 투입 라인이 막히는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, by providing a static mixer at a point where the iron solution and the lithium solution meet and a point where the mixed solution and the supernatant cohere, maximizing the stirring effect of the solution can more effectively prevent clogging of the input line.

도 1은 종래 기술에 의해 용액과 초임계수가 교반되는 것을 보인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 제조장치를 보인 공정도.
도 3은 본 발명에 의한 교반장치의 일 실시예를 보인 구성도.1 is a schematic view showing that a solution and supercritical water are stirred by a conventional technique;
2 is a process diagram showing an apparatus for producing a cathode active material according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing an embodiment of an agitation apparatus according to the present invention.

이하에서는 본 발명에 의한 양극 활물질의 제조장치 및 이에 구비되는 교반장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an apparatus for producing a cathode active material according to the present invention and a stirring apparatus provided therein will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양극 활물질의 제조장치를 보인 공정도이고, 도 3은 본 발명에 의한 교반장치의 일 실시예를 보인 구성도이다.FIG. 2 is a process diagram showing an apparatus for producing a cathode active material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of an agitation apparatus according to the present invention.

이에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 양극 활물질은 철 용액과 리튬 용액이 혼합된 용액과 초임계수를 반응시켜 제조된다. 먼저, 철 용액 저장조(5)와 리튬 용액 저장조(6)에 각각 저장된 철 용액과 리튬 용액은 서로 다른 라인을 통해 프리믹서(10)로 투입된다. 즉, 철 용액은 철 용액 튜브(12)를 따라 투입되고, 리튬 용액을 리튬 용액 튜브(14)를 따라 투입된다. According to the present invention, the cathode active material according to the present invention is prepared by reacting a mixed solution of an iron solution and a lithium solution with a supercritical water. First, the iron solution and the lithium solution stored in the iron solution reservoir 5 and the lithium solution reservoir 6, respectively, are introduced into the pre-mixer 10 through different lines. That is, the iron solution is introduced along the iron solution tube 12, and the lithium solution is introduced along the lithium solution tube 14.

상기 프리믹서(10, Pre-mixer)는 철 용액이 고온 상태인 초임계수로 인하여 용해도가 감소하여 Fe염이 라인 상에 석출되는 것을 방지하기 위해 철 용액과 리튬 용액을 미리 교반시키는 역할을 한다. 철 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, 상기 프리믹서(10)에서는 철 용액과 리튬 용액을 미리 교반시켜 인산 Fe염을 만들어 이하에서 설명할 메인믹서(20)에서 초임계수와 만나도록 한다.The pre-mixer 10 serves to pre-mix the iron solution and the lithium solution so as to prevent the Fe salt from being precipitated on the line due to the decrease in solubility due to the supercritical state of the iron solution at a high temperature. When the iron solution and the lithium solution are stirred, FePO 4 -type Phosphrous Fe salt is produced without generating any 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 solution and the lithium solution are preliminarily stirred to prepare a phosphate salt of Fe, so that the main mixer 20 meets the supercritical water coefficient.

그리고, 상기 프리믹서(10)의 중앙에는 중앙튜브(11)가 관통하여 설치된다. 상기 중앙튜브(11)는 메인믹서(20)의 중앙도 관통하게 된다. 상기 중앙튜브(11)는 프리믹서(10)의 내부로 투입된 철 용액 및 리튬 용액이 혼합되는 부분이다. The center tube 11 is installed at the center of the pre-mixer 10. The center tube 11 passes through the center of the main mixer 20 as well. The center tube 11 is a portion where the iron solution and the lithium solution put into the premixer 10 are mixed.

또한, 상기 중앙튜브(11)에는 철 용액 튜브(12)가 관통하여 설치된다. 본 실시예에서 상기 철 용액 튜브(12)를 중앙에 배치한 것은 철 용액이 열에 의해 용해도(Solubility)가 감소하여 Fe염이 석출되는 문제가 있기 때문에 이를 방지하기 위함이다. 즉, 철 용액 튜브(12)가 가운데 위치하고 리튬 용액 튜브(14)가 양측에 연결되도록 하여 초임계수로부터 전달되는 열에 의한 영향을 최소화하려고 한 것이다. 물론, 상기 리튬 용액 튜브(14)가 가운데에 위치하고 철 용액 튜브(12)가 양측에 연결되는 구성도 가능하다.In addition, the center tube 11 is provided with an iron solution tube 12 penetrating therethrough. The reason why the iron solution tube 12 is disposed at the center in the present embodiment is to prevent the iron solution from being dissolved due to the decrease of solubility due to heat and precipitating the Fe salt. That is, the iron solution tube 12 is positioned at the center and the lithium solution tube 14 is connected to both sides to minimize the influence of heat transmitted from the supercritical water. Of course, it is also possible that the lithium solution tube 14 is located at the center and the iron solution tube 12 is connected to both sides.

한편, 상기 중앙튜브(11)의 양측에는 리튬 용액 튜브(14)가 대칭되게 연결된다. 물론, 상기 리튬 용액 튜브(14)는 상기 중앙튜브(11)의 일측에만 연결될 수도 있다. 또한, 상기 리튬 용액 튜브(14)는 중앙튜브(11)의 연장 방향에 대해 경사지게 연결될 수 있고, 서로 예각을 형성하도록 연결됨이 바람직하다. 이와 같이 상기 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. Meanwhile, on both sides of the center tube 11, a lithium solution tube 14 is symmetrically connected. Of course, the lithium solution tube 14 may be connected to only one side of the center tube 11. In addition, the lithium solution tube 14 may be connected to be inclined with respect to the extending direction of the center tube 11 and connected to form an acute angle with respect to each other. The center tube 11 and the lithium solution tube 14 form acute angles, so that a negative pressure is generated in the lithium solution tube 14 and sucked into the center tube 11 side.

여기에서, 상기 철 용액 및 리튬 용액은 상기 중앙튜브(11)에서 미리 혼합된 후에 메인믹서(20)로 투입되어야 한다. 철 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 용액 및 리튬 용액이 미리 혼합되도록 한 것이고, 미리 혼합될 수 있도록 철 용액 튜브(12)는 중앙튜브(11)를 관통하며 리튬 용액 튜브(14)는 중앙튜브(11)와 연결되는 것이다.Here, the iron solution and the lithium solution should be mixed into the main mixer 20 after being premixed in the center tube 11. When the iron solution and the lithium solution are stirred, FePO 4 -type Phosphrous Fe salt is produced without generating any 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). Therefore, in this embodiment, the iron solution and the lithium solution are mixed in advance, and the iron solution tube 12 passes through the center tube 11 and the lithium solution tube 14 passes through the center tube 11, .

다음으로, 상기 프리믹서(10)와 메인믹서(20)의 사이에 해당하는 중앙튜브(11)에는 초임계수에서 발생한 열이 유입되는 것을 방지하기 위한 냉각장치(15)가 설치된다. 상기 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 cooling device 15 is installed in the center tube 11 between the pre-mixer 10 and the main mixer 20 to prevent heat generated from the supercritical water from flowing into the corresponding center tube 11. [ The cooling device 15 may be, for example, a cooling pipe in the form of a double pipe or a tube in which cooling water flows in the cooling jacket.

한편, 상기 메인믹서(20)의 중앙에는 중앙튜브(11)가 연장되어 관통한다. 그리고, 상기 중앙튜브(11)의 양측에는 초임계수 튜브(22)가 대칭되게 연결된다. 물론, 상기 초임계수 튜브(22)는 상기 중앙튜브(11)의 일측에만 연결될 수도 있다. 또한, 상기 초임계수 튜브(22)는 중앙튜브(11)의 연장 방향에 대해 경사지게 연결될 수 있고, 서로 예각을 형성하도록 연결됨이 바람직하다. 이와 같이 상기 중앙튜브(11)와 초임계수 튜브(22)가 예각을 형성함으로써 초임계수 튜브(22)에 음압이 발생되어 중앙튜브(11) 측으로 잘 빨려 들어갈 수 있다. On the other hand, a center tube 11 extends through the center of the main mixer 20. A supercritical water tube 22 is symmetrically connected to both sides of the central tube 11. Of course, the supercritical water tube 22 may be connected to only one side of the center tube 11. Further, the supercritical water tube 22 may be connected to be inclined with respect to the extending direction of the center tube 11 and connected to form an acute angle with each other. The center tube 11 and the suprathymetric tube 22 form an acute angle, so that negative pressure is generated in the suprathymetric tube 22 and sucked into the center tube 11 side.

상기 프리믹서(10) 및 메인믹서(20)에는 보다 효과적인 교반을 위한 스태틱 믹서(23)가 설치된다. 상기 스태틱 믹서(23, static mixer)는 원료를 통과시키며 교반 시키는 믹서로서 각종 산업용 교반기기로 사용된다. 본 실시예에서 상기 스태틱 믹서(23)는 중앙튜브(11)에 설치되는데, 바람직하게 프리믹서(10)에 설치되는 스태틱 믹서(23)는 상기 중앙튜브(11)와 리튬 용액 튜브(14)가 합류되는 지점으로부터 유동 방향을 따라 설치되고, 메인믹서(20)에 설치되는 스태틱 믹서(23)는 상기 중앙튜브(11)와 초임계수 튜브(22)가 합류되는 지점으로부터 유동 방향을 따라 설치된다. 이는 용액이 합류하는 지점부터 용액의 교반효과를 극대화하기 위한 것으로서, 중앙튜브(11)를 따라 함께 유동되면서 스태틱 믹서(23)에 의해 효과적으로 교반될 수 있다.The pre-mixer 10 and the main mixer 20 are provided with a static mixer 23 for more effective stirring. The static mixer 23 is a mixer for mixing and stirring raw materials, and is used as various industrial stirrers. The static mixer 23 installed in the pre-mixer 10 is preferably disposed in the center tube 11 and the lithium solution tube 14 The static mixer 23 installed in the main mixer 20 is installed along the flow direction from the point where the center tube 11 and the supercritical water tube 22 join. This is to maximize the stirring effect of the solution from the point where the solution joins, and can be effectively stirred by the static mixer 23 while flowing along the center tube 11 together.

특히, 철 용액 및 리튬 용액의 혼합 용액과 초임계수가 만나는 메인믹서(20)에서는 부반응물인 사콥사이드(sarcopside)가 적게 생성되어 균일한 온도 분포가 형성될 수 있다.Particularly, in the main mixer 20 where the mixed solution of the iron solution and the lithium solution meets the supercritical water factor, a small amount of the side reaction, sarcopside, is generated and a uniform temperature distribution can be formed.

이상에서는 상기 스태틱 믹서(23)가 프리믹서(10) 및 메인믹서(20)에 각각 설치되는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 프리믹서(10) 및 메인믹서(20) 전체에 걸쳐 하나로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 스태틱 믹서(23)는 용액이 합류하는 지점 이전부터 설치될 수도 있다.The static mixer 23 is installed in the pre-mixer 10 and the main mixer 20, but the present invention is not limited to this. The pre-mixer 10 and the main mixer 20 may be integrated . In addition, the static mixer 23 may be installed before the point where the solution joins.

그리고, 상기 스태틱 믹서(23)는 일반적으로 4 내지 30개의 엘리먼트(24, elements)로 이루어지는데, 11개 이하의 엘리먼트(24)로 이루어지면 교반이 부족하며, 28개 이상의 엘리먼트(24)로 이루어지면 저항으로 인하여 차압이 많이 발생하여 막힘현상이 발생할 수 있기 때문에 12 내지 27개로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 엘리먼트(24) 하나의 길이는 유량에 따라 다르게 설계될 수 있다. 즉, 유량이 빨라질수록 엘리먼트(24)의 길이는 길게 설계되어야 한다. 예를 들어, 유속이 0.5L/min 일 경우 1.1cm 길이의 엘리먼트(24)가 12개 배치될 수 있다.The static mixer 23 is generally composed of 4 to 30 elements and is composed of 11 or fewer elements 24 and lacks agitation and is composed of 28 or more elements 24 It is preferable that the number of the grooves is 12 to 27 because the pressure difference is generated due to the ground resistance and clogging may occur. In addition, the length of one element 24 can be designed differently depending on the flow rate. That is, as the flow rate increases, the length of the element 24 should be designed to be long. For example, if the flow rate is 0.5 L / min, 12 elements of a length of 1.1 cm may be arranged.

한편, 물 저장조(7)에 저장된 물은 메인믹서(20)에서 혼합된 혼합물과 열교환기(26)를 거치면서 열교환하여 약 300℃ 까지 상승되어 히터(28)로 투입된다. 상기 히터(28)에서 초임계 반응에 필요한 온도(약 400℃)까지 상승이 되고 메인믹서(20) 측으로 이동된다. On the other hand, the water stored in the water storage tank 7 is heat-exchanged with the mixture mixed in the main mixer 20 through the heat exchanger 26, is raised to about 300 ° C, and is introduced into the heater 28. The temperature of the heater 28 is raised to a temperature required for the supercritical reaction (about 400 ° C.), and is moved to the main mixer 20 side.

이와 같이 초임계수와 합류하기 전에 철 용액과 리튬 용액이 미리 혼합된 상태로 투입되기 때문에 고온 상태(약 400℃)인 초임계수와 만나더라도 중앙튜브(11)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 central tube 11 even when the supernatant is met at a high temperature (about 400 ° C) So that it can be normally flowed without interfering with the flow.

다음으로, 상기 메인믹서(20)에서 교반된 용액은 반응기(30)로 투입된다. 상기 반응기(30)에서 고온 고압의 조건 하에서 초임계 반응이 이루어지고, 리튬인산철(LiFePO4)이 생성될 수 있다. 여기에서 상기 혼합용액은 약 20℃, 초임계수는 약 400℃로 만나 약 374 내지 383℃ 의 온도를 가진 생성물이 제조된다.Next, the solution stirred in the main mixer 20 is introduced into the reactor 30. In the reactor 30, a supercritical reaction is performed under a high-temperature and high-pressure condition, and lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) can be produced. Here, the mixed solution has a temperature of about 20 ° C and a supercritical water temperature of about 400 ° C, and a product having a temperature of about 374 ° C to about 383 ° C is produced.

한편, 초임계 반응을 통해 얻어진 생성물에는 파우더가 포함되어 있기 때문에 이를 필터링 하기 위해 필터(32)로 투입된다. 상기 필터(32)에서 파우더를 걸러진 생성물은 생성물 저장조(34)에 저장이 된다.On the other hand, since the product obtained through the supercritical reaction contains powder, it is introduced into the filter 32 to filter it. The product filtered by the filter 32 is stored in the product storage tank 34.

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 .

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 용액 저장조 6 : 리튬 용액 저장조
7 : 물 저장조 10 : 프리믹서
11 : 중앙튜브 12 : 철 용액 튜브
14 : 리튬 용액 튜브 15 : 냉각장치
20 : 메인믹서 22 : 초임계수 튜브
23 : 스태틱 믹서 24 : 엘리먼트
26 : 열교환기 28 : 히터
30 : 반응기 32 : 필터
34 : 생성물 저장조5: iron solution reservoir 6: lithium solution reservoir
7: water storage tank 10: pre-mixer
11: center tube 12: iron solution tube
14: lithium solution tube 15: cooling device
20: main mixer 22: supercritical water tube
23: static mixer 24: element
26: heat exchanger 28: heater
30: Reactor 32: Filter
34: product storage tank

Claims (21)

중앙튜브가 중앙을 관통하고, 철 용액이 투입되는 철 용액 튜브가 상기 중앙튜브를 관통하여 설치되며, 상기 중앙튜브에는 리튬 용액이 투입되는 리튬 용액 튜브가 연결되는 프리믹서;
상기 중앙튜브가 중앙을 관통하고, 초임계수가 투입되는 초임계수 튜브가 상기 중앙튜브와 연결되어 상기 철 용액 및 리튬 용액이 혼합된 용액과 교반되는 메인믹서;
상기 중앙튜브와 초임계수 튜브가 합류되는 지점으로부터 유동 방향을 따라 설치되어 혼합된 용액을 교반시키는 스태틱 믹서;
물 저장조;
상기 물 저장조로부터 공급된 물과 상기 메인믹서에서 혼합된 혼합물을 열교환하여 고온의 상태로 만드는 열교환기와;
상기 열교환기를 통과한 물을 가열하여 초임계수로 만드는 히터; 및
상기 메인믹서에서 교반된 혼합물의 초임계 반응을 통해 양극 활물질을 생성하는 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조장치.A pre-mixer in which a center tube passes through the center, an iron solution tube into which an iron solution is injected is installed through the center tube, and a lithium solution tube into which the lithium solution is injected is connected to the center tube;
A main mixer in which the center tube passes through the center and a supercritical water tube into which supercritical water is introduced is connected to the center tube to stir the mixed solution of the iron solution and the lithium solution;
A static mixer installed along the flow direction from a point where the center tube and the supercritical water tube join together to stir the mixed solution;
Water reservoir;
A heat exchanger for exchanging heat between the water supplied from the water storage tank and the mixture mixed in the main mixer to bring the mixture into a high temperature state;
A heater for heating water passing through the heat exchanger to produce supercritical water; And
And a reactor for producing a cathode active material through supercritical reaction of the mixture stirred in the main mixer. 제 1 항에 있어서,
상기 프리믹서와 메인믹서의 사이에 해당하는 중앙튜브에는 초임계수에서 발생한 열이 유입되는 것을 방지하는 냉각장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조장치.The method according to claim 1,
Wherein a cooling device is installed in the center tube between the pre-mixer and the main mixer to prevent heat generated from the supercritical water from flowing into the center tube. 제 1 항에 있어서,
상기 중앙튜브와 리튬 용액 튜브가 합류되는 지점으로부터 유동 방향을 따라 설치되는 스태틱 믹서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조장치.The method according to claim 1,
Further comprising a static mixer installed along a flow direction from a point where the center tube and the lithium solution tube are merged. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 스태틱 믹서는 12 내지 27개의 엘리먼트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조장치.The method according to claim 1,
Wherein the static mixer comprises 12 to 27 elements. 제 1 항에 있어서,
상기 리튬 용액 튜브 및 초임계수 튜브는, 상기 중앙튜브의 양측에 각각 대칭되게 연결되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조장치.The method according to claim 1,
Wherein the lithium solution tube and the supercritical water tube are symmetrically connected to both sides of the center tube, respectively. 제 1 항에 있어서,
상기 리튬 용액 튜브 및 초임계수 튜브는, 상기 중앙튜브의 연장 방향에 대해 경사지게 연결되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조장치.The method according to claim 1,
Wherein the lithium solution tube and the supercritical water tube are inclined with respect to the extending direction of the center tube. 제 7 항에 있어서,
상기 리튬 용액 튜브 및 초임계수 튜브와, 상기 중앙튜브는 서로 예각을 형성하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조장치.8. The method of claim 7,
Wherein the lithium solution tube, the supercritical water tube, and the center tube are connected to form an acute angle with each other. 제 1 항에 있어서,
상기 반응기에서 생성된 양극 활물질의 파우더를 필터링하기 위한 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조장치.The method according to claim 1,
Further comprising a filter for filtering the powder of the cathode active material produced in the reactor. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 양극 활물질은 올리빈 구조의 LiMPO4 인 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조장치.The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode active material is an olivine structure of LiMPO 4 . 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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