KR20240043616A - Continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for all-solid-state batteries - Google Patents

Continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for all-solid-state batteries Download PDF

Info

Publication number
KR20240043616A
KR20240043616A KR1020220122914A KR20220122914A KR20240043616A KR 20240043616 A KR20240043616 A KR 20240043616A KR 1020220122914 A KR1020220122914 A KR 1020220122914A KR 20220122914 A KR20220122914 A KR 20220122914A KR 20240043616 A KR20240043616 A KR 20240043616A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
lithium sulfide
reheat steam
reactor
supplied
Prior art date
Application number
KR1020220122914A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김은주
Original Assignee
주식회사 티앨씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 티앨씨 filed Critical 주식회사 티앨씨
Priority to KR1020220122914A priority Critical patent/KR20240043616A/en
Publication of KR20240043616A publication Critical patent/KR20240043616A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/22Alkali metal sulfides or polysulfides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0053Details of the reactor
    • B01J19/006Baffles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/005Separating solid material from the gas/liquid stream
    • B01J8/0055Separating solid material from the gas/liquid stream using cyclones
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285Heating or cooling the reactor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/005Drying-steam generating means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/02Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure
    • F26B21/022Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure with provisions for changing the drying gas flow pattern, e.g. by reversing gas flow, by moving the materials or objects through subsequent compartments, at least two of which have a different direction of gas flow
    • F26B21/028Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure with provisions for changing the drying gas flow pattern, e.g. by reversing gas flow, by moving the materials or objects through subsequent compartments, at least two of which have a different direction of gas flow by air valves, movable baffles or nozzle arrangements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80Compositional purity
    • C01P2006/82Compositional purity water content

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기가 개시된다. 본 발명에 따른 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기는, 수산화리튬과 황화수소(H2S) 및 용매가 공급되며, 가열되어 황화리튬(Li2S)을 합성하는 반응유닛; 반응유닛에서 합성된 황화리튬이 공급되어 건조되는 건조유닛; 및 제2 건조유닛 및 반응유닛에 재열증기를 공급하여 가열하는 재열증기 공급유닛을 포함한다.A continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheated steam for an all-solid-state battery is disclosed. The continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheated steam for an all-solid-state battery according to the present invention includes a reaction unit in which lithium hydroxide, hydrogen sulfide (H 2 S), and a solvent are supplied and heated to synthesize lithium sulfide (Li 2 S); A drying unit where lithium sulfide synthesized in the reaction unit is supplied and dried; and a reheat steam supply unit that supplies reheat steam to the second drying unit and the reaction unit to heat the second drying unit and the reaction unit.

Description

전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기{Continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for all-solid-state batteries}Continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for all-solid-state batteries}

본 발명은 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기 에 관한 것이다.The present invention relates to a continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for an all-solid-state battery.

황화리튬은 최근에 전고체 리튬이차전지용 고체전해질의 원료로서 필요성이 증가되고 있으며, 다양한 분야에서 원재료로 사용되고 있다.Recently, the need for lithium sulfide as a raw material for solid electrolytes for all-solid-state lithium secondary batteries has increased, and it is used as a raw material in various fields.

전고체 리튬이차전지는 현재 상용화된 리튬 이차전지에 있어서 유기 액체 전해질과 분리막을 고체 전해질로 치환한 형태이다. 고체전해질은 불연(不燃) 또는 난연(難燃)의 성질을 가지므로 액체전해질에 비하여 안전성이 높다.All-solid lithium secondary batteries are a form in which the organic liquid electrolyte and separator in currently commercialized lithium secondary batteries are replaced with solid electrolytes. Solid electrolytes have non-flammable or flame-retardant properties, so they are safer than liquid electrolytes.

고체전해질은 산화물계와 황화물계로 나뉜다. 황화물계 고체전해질이 산화물계 고체전해질과 비교하여 높은 리튬 이온전도도를 가지고, 넓은 전압 범위에서 안정하기 때문에 황화물계 고체전해질을 주로 사용한다.Solid electrolytes are divided into oxide-based and sulfide-based. Sulfide-based solid electrolytes are mainly used because they have higher lithium ion conductivity and are stable over a wide voltage range compared to oxide-based solid electrolytes.

황화리튬은 천연 광산물로 존재하지 않기 때문에 다른 리튬 화합물에서 합성하여 얻어진다. 일반적으로 황화리튬은 수산화리튬을 리튬원으로 제조하는 방법에 의하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 황화리튬 제조방법은 고체의 리튬소스(예를 들면, 수산화리튬(LiOH) 등)와 기체의 황 소스(예를들어 황화수소(H2S) 등)를 반응시켜 황화리튬을 제조하는 방법이 많이 이용된다.Since lithium sulfide does not exist as a natural mineral product, it is obtained by synthesis from other lithium compounds. In general, lithium sulfide can be produced by producing lithium hydroxide as a lithium source. For example, the lithium sulfide production method involves producing lithium sulfide by reacting a solid lithium source (for example, lithium hydroxide (LiOH), etc.) with a gaseous sulfur source (for example, hydrogen sulfide (H 2 S), etc.). Many methods are used.

그러나, 종래의 황화리듐 분말은 충전 과정 중 상당한 전위 장벽으로 인해 전기화학적 성능이 좋지 않으나, 나노 사이즈의 황화리튬은 대전 장벽을 효과적으로 감소시키므로 나노 사이즈의 황화리튬을 합성할 수 있는 방법이 요구된다.However, conventional lithium sulfide powder has poor electrochemical performance due to a significant potential barrier during the charging process, but nano-sized lithium sulfide effectively reduces the charging barrier, so a method for synthesizing nano-sized lithium sulfide is required.

또한 종래의 황화리튬의 제조방법은 가수분해를 막고 대기와의 격리를 위해 매우 복잡한 공정으로 구성되므로, 황화리튬의 제조비용을 절감하기 위한 간단하면서도 대규모의 황화리튬을 연속적으로 생산할 수 있는 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기의 개발이 필요하다.In addition, the conventional method for producing lithium sulfide consists of a very complex process to prevent hydrolysis and isolate it from the atmosphere, so it is possible to continuously produce lithium sulfide in a simple but large scale to reduce the manufacturing cost of lithium sulfide for all-solid-state batteries. The development of a continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheated steam is necessary.

[문헌1] 일본 공개특허공보 특개평9-278423호[Document 1] Japanese Patent Publication No. 9-278423

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 나노 사이즈의 황화리튬을 합성할 수 있으며 아울러 간단하면서도 대규모의 황화리튬을 연속적으로 생산할 수 있는 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기를 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be solved by the present invention is to provide a continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheated steam for an all-solid-state battery that can synthesize nano-sized lithium sulfide and can also produce simple and large-scale lithium sulfide continuously. will be.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수산화리튬과 황화수소(H2S) 및 용매가 공급되며, 가열되어 황화리튬(Li2S)을 합성하는 반응유닛; 상기 반응유닛에서 합성된 상기 황화리튬이 공급되어 건조되는 건조유닛; 및 건조유닛 및 상기 반응유닛에 재열증기를 공급하여 가열하는 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기가 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a reaction unit to which lithium hydroxide, hydrogen sulfide (H 2 S) and a solvent are supplied and heated to synthesize lithium sulfide (Li 2 S); a drying unit where the lithium sulfide synthesized in the reaction unit is supplied and dried; And a continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheated steam for an all-solid-state battery, which is heated by supplying reheated steam to a drying unit and the reaction unit, can be provided.

상기 건조유닛은, 상기 황화리튬이 공급되는 제2 본체부; 상기 본체부의 내부에 마련되어 상기 황화리튬을 이동시키되, 상기 본체부의 회전에 따라 상기 황화리튬을 상부로 끌어올린 후 하방으로 낙하시키는 적어도 하나의 배플판; 및 상기 본체부를 회전시키는 구동부를 포함하며, 상기 본체부를 감싸도록 배치되는 자켓유닛을 더 포함할 수 있다.The drying unit includes a second main body to which the lithium sulfide is supplied; at least one baffle plate provided inside the main body to move the lithium sulfide, and to pull the lithium sulfide upward and then fall downward as the main body rotates; and a driving unit that rotates the main body, and may further include a jacket unit disposed to surround the main body.

상기 반응유닛은, 상기 수산화리튬과 상기 황화수소 및 상기 용매가 공급되며, 상호 혼합되어 혼합액을 생성하고 상기 황화리튬을 합성하는 반응기; 상기 반응기의 내부에 마련되어 상기 황화리튬의 입자크기를 제어하는 복수의 비드; 상기 반응기의 내벽에서 돌출되게 마련되며, 상기 반응기의 회전에 따라 상기 혼합액의 반응성과 황화리튬의 분쇄성을 증진시키는 적어도 하나의 격벽; 상기 반응기의 배출구측에 마련되어 상기 비드들이 배출되는 것을 방지하는 스크린; 및 상기 반응기를 회전시키는 제3 구동부를 포함할 수 있다.The reaction unit includes a reactor in which the lithium hydroxide, hydrogen sulfide, and the solvent are supplied, mixed with each other to generate a mixed solution, and synthesize the lithium sulfide; A plurality of beads provided inside the reactor to control the particle size of the lithium sulfide; At least one partition protrudes from the inner wall of the reactor and improves the reactivity of the mixed solution and the pulverization of lithium sulfide as the reactor rotates; a screen provided at the outlet of the reactor to prevent the beads from being discharged; And it may include a third driving unit that rotates the reactor.

상기 건조유닛에서 배출되는 상기 황화리튬의 수분함량은 1중량%이하일 수 있다. The moisture content of the lithium sulfide discharged from the drying unit may be 1% by weight or less.

상기 반응기를 감싸도록 배치되는 제2 자켓유닛을 더 포함하며, 상기 제1 자켓유닛에서 배출된 재열증기를 상기 제2 자켓유닛에 공급하여 상기 반응기를 가열함으로써 상기 혼합액 및 상기 황화리튬을 간접적으로 가열하고, 상기 제2 자켓유닛에서 배출될 수 있다.It further includes a second jacket unit disposed to surround the reactor, and supplies reheat steam discharged from the first jacket unit to the second jacket unit to heat the reactor, thereby indirectly heating the mixed solution and the lithium sulfide. and can be discharged from the second jacket unit.

상기 제1 자켓유닛에서 상기 제2 자켓유닛에 공급되는 재열증기는 300~350℃이고, 상기 제2 자켓유닛에서 상기 재열증기 공급유닛으로 회수될 수 있다.The reheat steam supplied from the first jacket unit to the second jacket unit has a temperature of 300 to 350° C. and can be recovered from the second jacket unit to the reheat steam supply unit.

상기 제1 본체부에서 배출되는 증기에 함유된 상기 수산화리튬을 회수하는 사이클론(cyclone)을 더 포함하며, 상기 사이클론에서 회수된 상기 수산화리튬은 상기 제1 본체부에 재공급되며, 상기 사이클론에서 상기 재열증기 공급유닛에 공급되는 증기는 150~200℃일 수 있다.It further includes a cyclone for recovering the lithium hydroxide contained in the vapor discharged from the first body, wherein the lithium hydroxide recovered from the cyclone is re-supplied to the first body, and the lithium hydroxide recovered from the cyclone is re-supplied to the first body. The steam supplied to the reheat steam supply unit may be 150 to 200°C.

상기 사이클론에서 배출된 증기 중 상기 제1 본체부에서 상기 수산화리튬을 건조하는 과정에서 증가된 증기유량 만큼 과잉증기를 배출시키고 증기를 상기 재열증기 공급유닛으로 공급하는 배출유닛을 더 포함할 수 있다.Among the steam discharged from the cyclone, it may further include a discharge unit for discharging excess steam by the amount of steam increased in the process of drying the lithium hydroxide in the first body portion and supplying the steam to the reheat steam supply unit.

상기 건조유닛에서 건조되어 배출되는 상기 황화리튬이 저장되는 황화리튬 저장유닛을 더 포함하며, 상기 건조유닛에서 건조되어 배출되는 상기 황화리튬 이외에 상기 용매는 상기 용매 공급유닛으로 회수될 수 있다.It further includes a lithium sulfide storage unit in which the lithium sulfide dried and discharged from the drying unit is stored, and the solvent in addition to the lithium sulfide dried and discharged from the drying unit can be recovered to the solvent supply unit.

상기 건조유닛과 상기 반응유닛 사이에 마련되어, 상기 반응유닛에서 상기 건조유닛으로 공급되는 상기 황화리튬 및 상기 용매 중 상기 용매를 분리하는 분리유닛을 더 포함하며, 상기 분리유닛에서 분리된 상기 용매는 상기 용매 공급유닛으로 회수될 수 있다.It further includes a separation unit provided between the drying unit and the reaction unit to separate the solvent from the lithium sulfide and the solvent supplied from the reaction unit to the drying unit, and the solvent separated in the separation unit is It can be recovered into the solvent supply unit.

본 발명의 실시예는 나노 사이즈의 황화리튬을 합성할 수 있으며, 아울러 간단하면서도 대규모의 황화리튬을 연속적으로 생산할 수 있다.Embodiments of the present invention can synthesize nano-sized lithium sulfide, and can also produce simple yet large-scale lithium sulfide continuously.

또한 본 발명의 실시예는 원료인 수산화리튬과 생산품인 황화리튬을 재열증기를 이용하여 최소한의 에너지로 최대의 건조 효과를 얻을 수 있어 에너지를 절감할 수 있다.In addition, the embodiment of the present invention can achieve maximum drying effect with minimum energy by using reheat steam for lithium hydroxide as raw material and lithium sulfide as product, thereby saving energy.

또한 본 발명의 실시예는 반응유닛에서 습식 분쇄 합성 공정을 수행하여 고체-기체의 직접적인 반응성을 향상시키고 동시에 황화리튬의 입자 사이즈를 나노사이즈로 조절이 가능하여 상업적인 합성공정을 구축할 수 있다.In addition, an embodiment of the present invention improves the direct solid-gas reactivity by performing a wet grinding synthesis process in a reaction unit, and at the same time, the particle size of lithium sulfide can be adjusted to nano size, making it possible to establish a commercial synthesis process.

또한 본 발명의 실시예에 의해 제조된 나노 사이즈의 황화리튬은 전고체배터리의 원료로 사용되며, 전기화학적 성능개선으로 충방전이 용이하다.In addition, nano-sized lithium sulfide produced in an embodiment of the present invention is used as a raw material for an all-solid-state battery, and is easy to charge and discharge due to improved electrochemical performance.

또한 본 발명의 실시예는 합성 시 다양한 솔벤트 적용으로 친환경 황화리튬 생산 공정이 가능하다.In addition, embodiments of the present invention enable an eco-friendly lithium sulfide production process by applying various solvents during synthesis.

도 1은 본 발명에 따른 재열증기를 이용한 고체전해질에 사용되는 황화리튬의 연속 생산 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 재열증기 분사부를 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 재열증기 분사부를 나타내는 측단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 반응유닛의 동작 상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제2 건조유닛을 나타내는 측단면도이다.
도 7는 본 발명에 따른 제2 건조유닛을 나타내는 정면도이다.
Figure 1 is a configuration diagram schematically showing a continuous production system for lithium sulfide used in a solid electrolyte using reheat steam according to the present invention.
Figure 2 is a front view showing a reheat steam injection unit according to the present invention.
Figure 3 is a side cross-sectional view showing the reheat steam injection unit according to the present invention.
Figures 4 and 5 are diagrams showing the operating state of the reaction unit according to the present invention.
Figure 6 is a side cross-sectional view showing the second drying unit according to the present invention.
Figure 7 is a front view showing a second drying unit according to the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, its operational advantages, and the objectives achieved by practicing the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the attached drawings. The same reference numerals in each drawing indicate the same member.

도 1은 본 발명에 따른 재열증기를 이용한 고체전해질에 사용되는 황화리튬의 연속 생산 반응기를 포함하는 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 재열증기 분사부를 나타내는 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 재열증기 분사부를 나타내는 측단면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 반응유닛의 동작 상태도이고, 도 6은 본 발명에 따른 제2 건조유닛을 나타내는 측단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 제2 건조유닛을 나타내는 정면도이다.Figure 1 is a schematic configuration diagram showing a system including a reactor for continuous production of lithium sulfide used in a solid electrolyte using reheat steam according to the present invention, Figure 2 is a front view showing a reheat steam injection unit according to the present invention, Figure 3 is a side cross-sectional view showing the reheat steam injection unit according to the present invention, Figures 4 and 5 are operation state diagrams of the reaction unit according to the present invention, Figure 6 is a side cross-sectional view showing the second drying unit according to the present invention, Figures 7 is a front view showing the second drying unit according to the present invention.

도 1 내지 도 7를 참조하면, 본 발명에 따른 재열증기를 이용한 고체전해질에 사용되는 황화리튬의 연속 생산 시스템(100)은 분쇄된 수산화리튬과 황화수소(H2S) 및 용매가 공급되고 가열되어 황화리튬(Li2S)을 합성하는 반응유닛(130)과, 반응유닛(130)에서 합성된 황화리튬이 공급되어 건조되는 건조유닛(150)과, 제2 건조유닛(150) 및 반응유닛(130)에 재열증기를 공급하여 가열하는 재열증기 공급유닛(160)을 포함한다.Referring to Figures 1 to 7, in the continuous production system 100 of lithium sulfide used in a solid electrolyte using reheat steam according to the present invention, pulverized lithium hydroxide, hydrogen sulfide (H 2 S), and a solvent are supplied and heated. A reaction unit 130 that synthesizes lithium sulfide (Li2S), a drying unit 150 in which the lithium sulfide synthesized in the reaction unit 130 is supplied and dried, a second drying unit 150, and a reaction unit 130. It includes a reheat steam supply unit 160 that supplies reheat steam to heat it.

도 2 및 도 3을 참조하면, 재열증기 분사부(117)는 일측 끝단에 재열증기 노즐(117f)이 결합된 재열증기 유로를 복수 개 구비한 재열증기 공급부(117a)와, 재열증기 노즐(117f)이 인입되어 형성된 재열증기 분사판(117b)과, 재열증기 유로와 결합되어 재열증기 분사판(117b)의 중심축에 형성된 재열증기 메인노즐(117c)을 포함한다.Referring to Figures 2 and 3, the reheat steam injection unit 117 includes a reheat steam supply unit 117a having a plurality of reheat steam flow paths to which a reheat steam nozzle 117f is coupled at one end, and a reheat steam nozzle 117f. ) includes a reheat steam injection plate (117b) formed by being introduced, and a reheat steam main nozzle (117c) coupled to the reheat steam flow path and formed on the central axis of the reheat steam injection plate (117b).

또한 재열증기 분사부(117)는 재열증기 분사판(117b)의 끝단 둘레를 따라 재열증기가 제1 본체부(111)의 중심으로 분사되도록 유도하는 재열증기 곡선형부재(117d)와, 재열증기 곡선형부재(117d) 및 재열증기 분사판(117b) 끝단 사이에 형성되어 분사된 재열증기에 와류유동을 유도하는 재열증기 와류 성형부재(117e)를 더 포함할 수 있다.In addition, the reheat steam injection unit 117 includes a reheat steam curved member 117d that guides the reheat steam to be sprayed to the center of the first body 111 along the end circumference of the reheat steam injection plate 117b, and a reheat steam It may further include a reheat steam vortex forming member 117e formed between the curved member 117d and the end of the reheat steam injection plate 117b to induce a vortex flow in the injected reheat steam.

노즐의 분사압력은 100mmH2O에서 500mmH2O 사이인 것이 바람직하다. 이는 제1 본체부(111)의 내부에 투입된 수산화리튬에 고압의 재열증기를 직접 분사하게 되는데, 이때 발생하는 작은 알갱이 및 분진이 비산되어 사이클론(180)으로 배출되므로 저압의 재열증기로 바꾸어 사용해야만 하기 때문이다.The spray pressure of the nozzle is preferably between 100mmH 2 O and 500mmH 2 O. This injects high-pressure reheat steam directly onto the lithium hydroxide introduced into the first main body 111. Small particles and dust generated at this time are scattered and discharged to the cyclone 180, so they must be used by changing to low-pressure reheat steam. Because it does.

그리고 제1 본체부(111)의 내부에 투입된 수산화리튬은 간접적으로 가열 및 건조될 수 있다. 이를 위해 본 실시예에서는 제1 본체부(111)와 후술할 제2 건조유닛(150)의 제2 본체부(151)를 감싸도록 배치된 제1 자켓유닛(170)을 더 포함한다.And the lithium hydroxide introduced into the first main body 111 can be indirectly heated and dried. To this end, the present embodiment further includes a first body portion 111 and a first jacket unit 170 disposed to surround the second body portion 151 of the second drying unit 150, which will be described later.

제1 자켓유닛(170)은 제1 본체부(111) 및 제2 본체부(151)를 감싸되 제1 본체부(111) 및 제2 본체부(151)의 외벽 사이에 가열공간을 형성하는 제1 하우징(미도시)과, 제1 하우징의 상부에 마련되며 재열증기 공급유닛(160)에서 공급되는 재열증기가 유입되는 제1 유입구(미도시)와, 제1 하우징의 하부에 마련되고 제1 유입구에 대향되게 배치되며 가열공간을 통과한 재열증기가 배출되는 제1 배출구(미도시)를 포함한다.The first jacket unit 170 surrounds the first body 111 and the second body 151 and forms a heating space between the outer walls of the first body 111 and the second body 151. A first housing (not shown), a first inlet (not shown) provided at the upper part of the first housing through which reheat steam supplied from the reheat steam supply unit 160 flows, and a first inlet (not shown) provided at the lower part of the first housing. 1 It is disposed opposite to the inlet and includes a first outlet (not shown) through which reheated steam passing through the heating space is discharged.

제1 본체부(111) 및 제2 본체부(151)와 제1 하우징 사이의 가열공간에 제1 본체부(111) 및 제2 본체부(151)의 길이방향으로 복수의 분사노즐(미도시)이 설치된 적어도 하나의 재열증기 분사관(미도시)이 배치될 수 있다. 재열증기 공급유닛(160)에서 공급된 재열증기는 제1 유입구를 통해 재열증기 분사관으로 공급된 후 복수의 분사노즐에서 가열공간에 분사된다. 복수의 분사노즐에서 제1 하우징의 내부에 분사되는 재열증기는 550~600℃일 수 있다.A plurality of spray nozzles (not shown) are provided in the heating space between the first body 111 and the second body 151 and the first housing in the longitudinal direction of the first body 111 and the second body 151. ) may be installed at least one reheat steam injection pipe (not shown). The reheat steam supplied from the reheat steam supply unit 160 is supplied to the reheat steam injection pipe through the first inlet and then is injected into the heating space from a plurality of injection nozzles. The reheat steam sprayed into the interior of the first housing from the plurality of injection nozzles may be at a temperature of 550 to 600°C.

재열증기 공급유닛(160)에서 공급되는 재열증기는 제1 유입구를 통해 유입되고 재열증기 분사관을 통해 분사된 후 제1 하우징의 내부에 마련된 가열공간을 거쳐 제1 하우징의 하부에 마련된 제1 배출구를 통해 배출된다.The reheat steam supplied from the reheat steam supply unit 160 flows in through the first inlet, is injected through the reheat steam injection pipe, passes through the heating space provided inside the first housing, and then passes through the first outlet provided at the bottom of the first housing. is discharged through

재열증기가 제1 하우징의 가열공간을 가열하여 제1 본체부(111) 및 제2 분체부의 외표면을 가열하면 열전달에 의해 제1 본체부(111) 및 제2 본체부(151)의 내부 온도가 상승되고 제1 본체부(111)에 투입된 수산화리튬 및 제2 본체부(151)에 투입된 황화리튬을 간접적으로 가열 및 건조시킨다.When the reheat steam heats the heating space of the first housing and heats the outer surface of the first body 111 and the second powder portion, the internal temperature of the first body 111 and the second body 151 is increased by heat transfer. is raised and the lithium hydroxide introduced into the first body 111 and the lithium sulfide introduced into the second body 151 are indirectly heated and dried.

제1 본체부(111)의 내부에 투입된 수산화리튬은 재열증기 분사부(117)에 의해 직접 가열 및 건조되고 제1 자켓유닛(170)에 공급된 재열증기에 의해 간접적으로 가열 및 건조된다. 본 실시예에서 제1 본체부(111)에서 건조되어 배출되는 수산화리튬의 수분함량은 0.0001~ 1중량%(wt%)이다.The lithium hydroxide introduced into the first body 111 is directly heated and dried by the reheat steam injection unit 117 and indirectly heated and dried by the reheat steam supplied to the first jacket unit 170. In this embodiment, the moisture content of lithium hydroxide dried and discharged from the first body portion 111 is 0.0001 to 1% by weight (wt%).

본 실시예에서는 제1 본체부(111)의 내부에 투입된 수산화리튬에 재열증기를 직접 분사하여 건조효율을 향상시키고 제1 자켓유닛(170)에 재열증기를 공급하여 제1 본체부(111)의 내부에 투입된 수산화리튬에 대한 건조효율을 증대시킴과 동시에 깨끗한 증기만을 순환시키도록 한다. 또한 제1 자켓유닛(170)에 재열증기를 공급하여 제1 본체부(111)의 내부에 투입된 수산화리튬에 대한 건조 및 제2 본체부(151)의 내부에 투입된 황화리튬에 대한 건조를 하나의 자켓유닛으로 통합할 수 있다.In this embodiment, reheat steam is directly sprayed on the lithium hydroxide introduced into the first body 111 to improve drying efficiency, and the reheat steam is supplied to the first jacket unit 170 to dry the first body 111. It increases the drying efficiency of the lithium hydroxide introduced inside and circulates only clean vapor. In addition, reheat steam is supplied to the first jacket unit 170 to dry the lithium hydroxide introduced into the first body 111 and the lithium sulfide introduced into the second body 151 in one form. Can be integrated into a jacket unit.

그리고 제1 배출구에서 배출된 재열증기는 후술할 반응유닛(130)을 감싸는 제2 자켓유닛(175)으로 공급되어 순환된다. 제1 배출구에서 배출되어 제2 자켓유닛(175)으로 공급되는 재열증기는 300~350℃일 수 있다.And the reheat steam discharged from the first outlet is supplied and circulated to the second jacket unit 175 surrounding the reaction unit 130, which will be described later. The reheat steam discharged from the first outlet and supplied to the second jacket unit 175 may have a temperature of 300 to 350°C.

본 실시예에 따른 분쇄유닛(120)은 제1 본체부(111)에서 가열 및 건조되어 배출된 수산화리튬을 분쇄하는 역할을 한다.The grinding unit 120 according to this embodiment serves to grind the lithium hydroxide that is heated, dried, and discharged from the first body portion 111.

분쇄유닛(120)은 수산화리튬을 분쇄하는 분쇄하는 분쇄기(미도시)를 포함하며, 분쇄유닛(120)에서 수산화리튬은 100㎚ ~ 100㎛로 분쇄될 수 있다. 이는 반응유닛(130)에서 황화리튬을 합성하는데 있어 반응속도를 향상시키고, 합성된 황화리튬의 입자사이즈를 나노사이즈로 조절가능하도록 하기 위함이다.The grinding unit 120 includes a grinder (not shown) that grinds lithium hydroxide, and in the grinding unit 120, the lithium hydroxide can be grinded to 100 nm to 100 ㎛. This is to improve the reaction rate in synthesizing lithium sulfide in the reaction unit 130 and to enable the particle size of the synthesized lithium sulfide to be adjusted to nano size.

분쇄유닛(120)에서 분쇄된 수산화리튬이 평균입도기준을 초과하는 경우에 분쇄기에 재공급되어 분쇄될 수 있도록 분쇄된 수산화리튬의 소정의 입도조건에 따라 분리할 수 있다. 한편 분쇄유닛(120)에서 분쇄된 수산화리튬은 반응유닛(130)으로 공급된다.If the lithium hydroxide pulverized in the pulverizing unit 120 exceeds the average particle size standard, the pulverized lithium hydroxide can be separated according to predetermined particle size conditions so that it can be re-supplied to the pulverizer and pulverized. Meanwhile, the lithium hydroxide pulverized in the pulverizing unit 120 is supplied to the reaction unit 130.

본 실시예에 따른 반응유닛(130)은 수산화리튬과 황화수소(H2S) 및 용매(solvent)를 공급받아 황화리튬(Li2S)을 합성하는 역할을 한다. 수산화리튬은 분쇄유닛(120)에서 공급되고, 황화수소는 황화수소 공급유닛(193)에서 공급되며, 용매는 용매 공급유닛(195)에서 공급된다. 또한 용매 공급유닛(195)은 추가로 반응유닛(130)에 촉매를 공급할 수 있다. 즉 용매 공급유닛(195)에서 반응유닛(130)으로 용매가 공급되거나 용매 및 촉매가 공급될 수 있다.The reaction unit 130 according to this embodiment serves to synthesize lithium sulfide (Li 2 S) by receiving lithium hydroxide, hydrogen sulfide (H 2 S), and a solvent. Lithium hydroxide is supplied from the grinding unit 120, hydrogen sulfide is supplied from the hydrogen sulfide supply unit 193, and the solvent is supplied from the solvent supply unit 195. Additionally, the solvent supply unit 195 may additionally supply a catalyst to the reaction unit 130. That is, a solvent may be supplied from the solvent supply unit 195 to the reaction unit 130, or a solvent and a catalyst may be supplied.

반응유닛(130)은 습식 분쇄 합성 공정을 수행하여 고체-기체의 직접적인 반응성을 향상시키고 동시에 황화리튬의 입자 사이즈를 나노사이즈로 조절할 수 있다.The reaction unit 130 performs a wet grinding synthesis process to improve direct solid-gas reactivity and at the same time adjust the particle size of lithium sulfide to nano size.

도 4 및 도 5를 참조하면, 반응유닛(130)은 수산화리튬과 황화수소 및 용매가 공급되고 선택적으로 촉매가 공급되며 상호 혼합되어 혼합액을 생성하며 황화리튬을 합성하는 반응기(131)와, 반응기(131)의 내부에 마련되어 황화리튬의 입자크기를 제어하는 복수의 비드(137)와, 반응기(131)의 내벽에서 돌출되게 마련되며 반응기(131)의 회전에 따라 혼합액의 반응성과 황화리튬의 분쇄성을 증진시키는 적어도 하나의 격벽(133)과, 반응기(131)의 배출구측에 마련되어 비드(137)들이 배출되는 것을 방지하는 스크린과, 반응기(131)를 회전시키는 제3 구동부(135)를 포함한다.Referring to Figures 4 and 5, the reaction unit 130 is a reactor 131 in which lithium hydroxide, hydrogen sulfide, and a solvent are supplied, a catalyst is selectively supplied, and they are mixed together to produce a mixed solution and synthesize lithium sulfide, and a reactor ( 131), a plurality of beads 137 are provided to control the particle size of lithium sulfide, and they are provided to protrude from the inner wall of the reactor 131 and determine the reactivity of the mixed solution and the pulverization of lithium sulfide according to the rotation of the reactor 131. It includes at least one partition wall 133 that promotes, a screen provided on the outlet side of the reactor 131 to prevent the beads 137 from being discharged, and a third driving unit 135 that rotates the reactor 131. .

도 4에서 도시한 바와 같이, 반응기(131)의 내부에서 수산화리튬과 황화수소 및 용매가 공급되고 상호 혼합되어 혼합액이 생성된다. 또한 반응기(131)의 내부에서 수산화리튬과 황화수소와 용매 및 촉매가 공급되고 상호 혼합되어 혼합액이 생성될 수 있다. 그리고 반응기(131)는 후술할 제2 자켓유닛(175)에 의해 가열되며 황화리튬을 합성하는 공간을 제공한다.As shown in FIG. 4, lithium hydroxide, hydrogen sulfide, and a solvent are supplied inside the reactor 131 and mixed with each other to generate a mixed solution. Additionally, lithium hydroxide, hydrogen sulfide, solvent, and catalyst may be supplied and mixed with each other to create a mixed solution inside the reactor 131. And the reactor 131 is heated by the second jacket unit 175, which will be described later, and provides a space for synthesizing lithium sulfide.

또한 반응기(131)의 내부에는 복수의 비드(137)가 마련되어 황화리튬의 입자크기가 나노사이즈를 갖도록 할 수 있다. 비드(137)는 수산화리튬과 황화수소가 반응하여 황화리튬을 생성함에 있어서 반응하지 않는 것이면 어느 것이든 사용가능하다.In addition, a plurality of beads 137 are provided inside the reactor 131 so that the particle size of lithium sulfide can be nano-sized. Any bead 137 can be used as long as it does not react when lithium hydroxide and hydrogen sulfide react to produce lithium sulfide.

제3 구동부(135)는 반응기(131)의 외벽에 밀착되어 반응기(131)를 회전시키는 롤러를 포함한다. 제3 구동부(135)에 의해 반응기(131)가 회전되며, 반응기(131)의 회전에 따라 혼합액의 반응성과 황화리튬의 분쇄성을 증진시키기 위해 반응기(131)의 내벽에서 중심방향으로 돌출되게 적어도 하나의 격벽(133)이 마련된다.The third driving unit 135 includes a roller that is in close contact with the outer wall of the reactor 131 and rotates the reactor 131. The reactor 131 is rotated by the third driving unit 135, and in order to improve the reactivity of the mixed solution and the pulverization of lithium sulfide according to the rotation of the reactor 131, at least the inner wall of the reactor 131 protrudes toward the center. One partition wall 133 is provided.

한편, 반응기(131)의 내부에서 황화리튬이 합성된 경우에 황화리튬과 용매 또는 황화리튬과 용매 및 촉매 등이 반응기(131)의 배출구를 통해 분리유닛(140)으로 공급될 수 있다. 이때 반응기(131)의 내부에 마련된 비드(137)가 분리유닛(140)측으로 배출되는 것을 방지하고자 반응기(131)의 배출구측에는 스크린이 마련된다.Meanwhile, when lithium sulfide is synthesized inside the reactor 131, lithium sulfide and a solvent or lithium sulfide and a solvent and a catalyst may be supplied to the separation unit 140 through the outlet of the reactor 131. At this time, a screen is provided on the outlet side of the reactor 131 to prevent the beads 137 provided inside the reactor 131 from being discharged toward the separation unit 140.

분리유닛(140)은 반응유닛(130)의 반응기(131)와 후술할 제2 건조유닛(150) 사이에 마련된다. 분리유닛(140)은 반응유닛(130)에서 제2 건조유닛(150)으로 공급되는 황화리튬과 용매 중 용매를 분리하거나, 반응유닛(130)에서 제2 건조유닛(150)으로 공급되는 황화리튬과 용매 및 촉매 중 용매 및 촉매를 분리한다. 분리유닛(140)에서 분리된 용매 또는 용매 및 촉매는 용매 공급유닛(195)으로 회수된다.The separation unit 140 is provided between the reactor 131 of the reaction unit 130 and the second drying unit 150, which will be described later. The separation unit 140 separates the solvent from the lithium sulfide supplied from the reaction unit 130 to the second drying unit 150, or the lithium sulfide supplied from the reaction unit 130 to the second drying unit 150. Separate the solvent and catalyst from the solvent and catalyst. The solvent or solvent and catalyst separated in the separation unit 140 are recovered in the solvent supply unit 195.

그리고 본 실시예에서 용매 공급유닛(195)에서 반응기(131)에 공급되는 용매(solvent)는 디메틸에테르(Dimethyl ether, DME), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF), 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 디메틸술폭시드(Dimethyl Sulfoxide, DMSO), 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 아세토니트릴(Acetonitrile), 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate, PC), 디클로로메탄(Dichloromethane, DCM), 자일렌(Xylene), 테트라하이드로피란(Tetrahydropyran), 알리파틱 하이드로카본(aliphatic hydrocarbon), 카프로락탐(caprolactam), N-메틸카프로락탐(N-methylcaprolactam), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP) 및 테트라메틸우레아(tetramethylurea)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.And in this embodiment, the solvent supplied to the reactor 131 from the solvent supply unit 195 is dimethyl ether (DME), tetrahydrofuran (THF), ethylene glycol, and dimethyl. Dimethyl Sulfoxide (DMSO), Benzene, Toluene, Acetonitrile, Propylene carbonate (PC), Dichloromethane (DCM), Xylene, Tetrahydro Tetrahydropyran, aliphatic hydrocarbon, caprolactam, N-methylcaprolactam, N-methyl-2-pyrrolidone, NMP ) and may be one or more selected from the group consisting of tetramethylurea.

한편, 용매 공급유닛(195)에서 반응기(131)에 공급되는 용매는 친환경 용매를 사용할 수 있으며, 친환경 용매는 감마-발레로락톤(γ-valerolactone, GVL), 공융용매(deep eutectic solvent, DES) 및 이온성 액체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 여기서, 상기 감마-발레로락톤은 지방족 화합물, 우레아 화합물, 락탐 화합물 및 바이오 매스 중에서 선택된 적어도 어느 하나로부터 추출될 수 있으며, 상기 공융용매는 콜린 클로라이드(choline chloride) 및 우레아(urea)의 혼합물, 콜린 클로라이드 및 글리세롤(glycerol)의 혼합물 및 콜린 클로라이드 및 아세트산(acetic acid)의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 상기 이온성 액체는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨(1-ethyl-3-methylimidazolium), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨(1-butyl-3-methylimidazolium), 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨(1-octyl-3-methylimidazolium), 1-데실-3-메틸이미다졸륨(1-decyl-3-methylimidazolium), 1-도데실-3-메틸이미다졸륨(1-dodecyl-3-methylimidazolium), 테트라플루오로보레이트(tetrafluoroborate, BF4), 헥사플루오로포스페이트(hexafluorophosphate, PF6), 비스-트리플루오로메탄설폰이미드(bis-trifluoromethanesulfonimide, NTf2), 트리플루오로메탄설포네이트(trifluoromethanesulfonate, OTf), 디시안아미드(dicyanamide, N(CN)2), 황산수소(hydrogen sulphate, HSO4), 에틸 설페이트(ethyl sulphate, EtOSO3), 트리부틸(테트라데실)포스포늄(tributyl(tetradecyl)phosphonium) 및 트리헥실(테트라데실)포스포늄(trihexyl(tetradecyl)phosphonium )로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 황화리튬 합성 시 상기와 같은 친환경 용매를 사용함으로써 황화리튬을 친환경적으로 생산할 수 있다.Meanwhile, the solvent supplied to the reactor 131 from the solvent supply unit 195 can be an eco-friendly solvent, and the eco-friendly solvents include gamma-valerolactone (GVL) and deep eutectic solvent (DES). And it may be one or more types selected from the group consisting of ionic liquids. Here, the gamma-valerolactone can be extracted from at least one selected from aliphatic compounds, urea compounds, lactam compounds, and biomass, and the eutectic solvent is a mixture of choline chloride and urea, choline It may be at least one selected from the group consisting of a mixture of chloride and glycerol and a mixture of choline chloride and acetic acid, and the ionic liquid is 1-ethyl-3-methylimidazolium (1-ethyl- 3-methylimidazolium), 1-butyl-3-methylimidazolium, 1-octyl-3-methylimidazolium, 1-decyl-3 -methylimidazolium (1-decyl-3-methylimidazolium), 1-dodecyl-3-methylimidazolium, tetrafluoroborate (BF 4 ), hexafluoro Phosphate (hexafluorophosphate, PF 6 ), bis-trifluoromethanesulfonimide (NTf 2 ), trifluoromethanesulfonate (OTf), dicyanamide (N(CN) 2 ) , hydrogen sulphate (HSO 4 ), ethyl sulphate (EtOSO 3 ), tributyl(tetradecyl)phosphonium and trihexyl(tetradecyl). It may be one or more types selected from the group consisting of phosphonium). Lithium sulfide can be produced in an environmentally friendly manner by using the above-mentioned eco-friendly solvent when synthesizing lithium sulfide.

반응기(131)의 내부에서 황화리튬을 합성하기 위한 반응조건은 다음과 같다.The reaction conditions for synthesizing lithium sulfide inside the reactor 131 are as follows.

[화학 반응식][Chemical equation]

2LiOH + H2S -> Li2S + 2H2O2LiOH + H 2 S -> Li 2 S + 2H 2 O

[이론적 계산][Theoretical calculation]

LiOH 1.1 kg = 45.93 mol1.1 kg LiOH = 45.93 mol

H2S 22.96 mol = 783.09 g = 508.83LH 2 S 22.96 mol = 783.09 g = 508.83L

Xylene 989.62 kgXylene 989.62 kg

[이론적 무게 비율][Theoretical weight ratio]

LiOH : H2S : Xylene = 1: 0.71: 899.66LiOH : H 2 S : Xylene = 1: 0.71: 899.66

[실제 무게 비율][Actual Weight Ratio]

LiOH : H2S : Xylene = 1: 7.69 :899.66LiOH : H 2 S : Xylene = 1: 7.69 :899.66

[무게 비율 범위][Weight ratio range]

LiOH : H2S : Xylene = 1 : 0.71 ~ 7.69 : 10 ~ 1000LiOH: H 2 S: Xylene = 1: 0.71 ~ 7.69: 10 ~ 1000

[압력 범위][Pressure range]

0 bar ~ 15 bar0 bar ~ 15 bar

[온도 범위][Temperature range]

200 ~ 250℃200~250℃

전술한 바와 같이, 반응기(131)를 가열하기 위해 본 실시예에서는 반응기(131)를 감싸도록 배치되는 제2 자켓유닛(175)을 더 포함한다.As described above, in order to heat the reactor 131, the present embodiment further includes a second jacket unit 175 disposed to surround the reactor 131.

제2 자켓유닛(175)은 반응기(131)를 감싸되 반응기(131)의 외벽 사이에 가열공간을 형성하는 제2 하우징(미도시)과, 제2 하우징의 하부에 마련되며 제1 자켓유닛(170)에서 공급되는 재열증기가 유입되는 제2 유입구(미도시)와, 제2 하우징의 상부에 마련되고 제2 유입구에 대향되게 배치되며 가열공간을 통과한 재열증기가 배출되는 제2 배출구(미도시)를 포함한다.The second jacket unit 175 is provided in a second housing (not shown) that surrounds the reactor 131 and forms a heating space between the outer walls of the reactor 131, and in the lower part of the second housing, and includes a first jacket unit ( A second inlet (not shown) through which the reheated steam supplied from 170) flows in, and a second outlet (not shown) provided on the upper part of the second housing and disposed opposite to the second inlet and through which the reheated steam that has passed through the heating space is discharged. includes poetry).

전술한 바와 같이, 제1 자켓유닛(170)의 제1 배출구에서 배출된 재열증기는 반응기(131)를 감싸는 제2 하우징으로 공급된다. 제1 배출구에서 배출되어 제2 하우징의 가열공간으로 공급되는 재열증기는 300~350℃일 수 있다. 제2 하우징에 재열증기가 공급되어 반응기(131)를 가열함으로써 혼합액 및 황화리튬을 간접적으로 가열한다. 그리고 제2 자켓유닛(175)의 제2 배출구에서 배출되는 재열증기는 재열증기 공급유닛(160)으로 회수된다. 제2 배출구에서 배출되어 재열증기 공급유닛(160)으로 공급되는 재열증기는 150~200℃일 수 있다.As described above, reheat steam discharged from the first outlet of the first jacket unit 170 is supplied to the second housing surrounding the reactor 131. The reheat steam discharged from the first outlet and supplied to the heating space of the second housing may have a temperature of 300 to 350°C. Reheat steam is supplied to the second housing to heat the reactor 131, thereby indirectly heating the mixed liquid and lithium sulfide. And the reheat steam discharged from the second outlet of the second jacket unit 175 is recovered to the reheat steam supply unit 160. The reheat steam discharged from the second outlet and supplied to the reheat steam supply unit 160 may have a temperature of 150 to 200°C.

반응기(131)의 내부에서 합성된 황화리튬과 용매, 촉매 등은 분리유닛(140)을 거쳐 제2 건조유닛(150)으로 공급된다.Lithium sulfide, solvent, catalyst, etc. synthesized inside the reactor 131 are supplied to the second drying unit 150 through the separation unit 140.

본 실시예에 따른 제2 건조유닛(150)은 황화리튬을 건조시키는 역할을 한다.The second drying unit 150 according to this embodiment serves to dry lithium sulfide.

제2 건조유닛(150)은 소정의 속도로 회전하는 원통형의 로터리 킬른(kiln)으로 구성될 수 있다.The second drying unit 150 may be configured as a cylindrical rotary kiln that rotates at a predetermined speed.

도 8 및 도 9를 참조하면, 제2 건조유닛(150)은 황화리튬이 공급되는 제2 본체부(151)와, 제2 본체부(151)의 내부에 마련되어 황화리튬을 이동시키되 제2 본체부(151)의 회전에 따라 황화리튬을 상부로 끌어올린 후 하방으로 낙하시키는 적어도 하나의 제2 배플판(153)과, 제2 본체부(151)를 회전시키는 제2 구동부(155)를 포함한다.Referring to FIGS. 8 and 9, the second drying unit 150 is provided with a second main body 151 to which lithium sulfide is supplied and inside the second main body 151 to move the lithium sulfide. It includes at least one second baffle plate 153 that pulls lithium sulfide upward and then drops it downward as the unit 151 rotates, and a second drive unit 155 that rotates the second main body 151. do.

제2 본체부(151)는 제2 구동부(155)에 의해 시계 또는 반시계방향으로 회전된다. 제2 본체부(151)의 내벽을 타고 올라가는 황화리튬은 안식각이 무너지면서 제2 본체부(151)의 내부에서 하방으로 낙하된다. 제2 본체부(151)는 경사지게 설치될 수 있으며, 제2 본체부(151)의 유입구가 배출구보다 높게 위치될 수 있다.The second main body 151 is rotated clockwise or counterclockwise by the second driving unit 155. Lithium sulfide climbing the inner wall of the second main body 151 falls downward from the inside of the second main body 151 as its angle of repose collapses. The second main body 151 may be installed at an angle, and the inlet of the second main body 151 may be located higher than the outlet.

반응유닛(130)에서 배출되고 분리유닛(140)을 거친 황화리튬 등은 제2 본체부(151)의 내부에 공급되며, 제2 본체부(151)가 회전되는 동안 황화리튬은 제2 본체부(151)의 내부에서 회전되고 배출구측으로 이동되면서 건조된다.Lithium sulfide, etc. discharged from the reaction unit 130 and passing through the separation unit 140 is supplied to the inside of the second main body 151, and while the second main body 151 is rotated, lithium sulfide is supplied to the second main body 151. It is rotated inside (151) and dried as it moves toward the outlet.

또한 제2 본체부(151)의 내부에는 황화리튬의 이동을 원활하게 하기 위해 적어도 하나의 제2 배플판(153)이 마련된다. 제2 배플판(153)은 제2 본체부(151)의 내벽에서 중심방향으로 돌출되게 마련되며, 제2 배플판(153)의 끝단부는 경사지게 형성된다. 즉, 제2 배플판(153)의 끝단부에는 제2 경사부(154)가 형성된다. 제2 배플판(153)은 제2 본체부(151)의 내부에 투입된 황화리튬의 이동을 원활하게 하는 이점이 있다.Additionally, at least one second baffle plate 153 is provided inside the second body portion 151 to facilitate movement of lithium sulfide. The second baffle plate 153 is provided to protrude from the inner wall of the second main body 151 toward the center, and an end portion of the second baffle plate 153 is formed to be inclined. That is, a second inclined portion 154 is formed at the end of the second baffle plate 153. The second baffle plate 153 has the advantage of facilitating the movement of lithium sulfide introduced into the second body portion 151.

제2 배플판(153)은 제2 본체부(151)의 회전에 따라 황화리튬을 제2 본체부(151)의 하부에서 상부로 끌어올린 후 일정위치에서 하방으로 낙하시킨다.The second baffle plate 153 pulls lithium sulfide from the lower part of the second main body 151 to the upper part as the second main body 151 rotates and then causes it to fall downward at a certain position.

제2 본체부(151)의 회전과 제2 배플판(153)에 의해 황화리튬은 일정위치에서 낙하하는 것을 반복하는데, 이는 폭포수가 떨어지는 것과 비슷한 모양으로 보이므로 이를 캐스캐이드(Cascade)효과라고 한다.Lithium sulfide repeats falling at a certain position due to the rotation of the second main body 151 and the second baffle plate 153. This is called a cascade effect because it looks similar to falling waterfall. do.

황화리튬이 상방으로 올라갔다 낙하하는 동작을 반복하면 황화리튬의 표면이 노출되게 되며, 전술한 바와 같이 제1 자켓유닛(170)에 의해 가열된 제2 반응기(131)에 의해 황화리튬이 간접적으로 가열되고 건조된다. 한편, 제2 구동부(155)는 제2 본체부(151)의 외벽에 밀착되어 제2 본체부(151)를 회전시키는 롤러를 포함한다.When lithium sulfide repeats the upward and falling motion, the surface of lithium sulfide is exposed, and as described above, lithium sulfide is indirectly heated by the second reactor 131 heated by the first jacket unit 170. heated and dried. Meanwhile, the second driving unit 155 includes a roller that is in close contact with the outer wall of the second main body 151 and rotates the second main body 151.

본 실시예에서 제2 본체부(151)에서 건조되어 배출되는 황화리튬의 수분함량은 0.0001~1중량%(wt%)이다.In this embodiment, the moisture content of lithium sulfide dried and discharged from the second body portion 151 is 0.0001 to 1% by weight (wt%).

상기와 같이, 제2 건조유닛(150)에서 건조되어 배출되는 황화리튬은 황화리튬 저장유닛(197)에 저장된다. 그리고 제2 건조유닛(150)에서 건조되어 배출되는 황화리튬 이외에 용매 또는 용매 및 촉매는 용매 공급유닛(195)으로 회수된다.As described above, lithium sulfide dried and discharged from the second drying unit 150 is stored in the lithium sulfide storage unit 197. In addition to the lithium sulfide that is dried and discharged from the second drying unit 150, the solvent or solvent and catalyst are recovered to the solvent supply unit 195.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.As such, the present invention is not limited to the described embodiments, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, such modifications or variations should be considered to fall within the scope of the claims of the present invention.

100: 황화리튬의 연속 생산 시스템
110: 제1 건조유닛 120: 분쇄유닛
130: 반응유닛 140: 분리유닛
150: 제2 건조유닛 160: 재열증기 공급유닛
170: 제1 자켓유닛 175: 제2 자켓유닛
180: 사이클론 185: 배출유닛
191: 수산화리튬 공급유닛 193: 황화수소 공급유닛
195: 용매 공급유닛 197: 황화리튬 저장유닛
100: Continuous production system of lithium sulfide
110: first drying unit 120: grinding unit
130: reaction unit 140: separation unit
150: second drying unit 160: reheat steam supply unit
170: first jacket unit 175: second jacket unit
180: Cyclone 185: Discharge unit
191: Lithium hydroxide supply unit 193: Hydrogen sulfide supply unit
195: Solvent supply unit 197: Lithium sulfide storage unit

Claims (10)

수산화리튬과 황화수소(H2S) 및 용매가 공급되며, 가열되어 황화리튬(Li2S)을 합성하는 반응유닛;
상기 반응유닛에서 합성된 상기 황화리튬이 공급되어 건조되는 건조유닛; 및
건조유닛 및 상기 반응유닛에 재열증기를 공급하여 가열하는 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기.
A reaction unit to which lithium hydroxide, hydrogen sulfide (H 2 S) and a solvent are supplied and heated to synthesize lithium sulfide (Li 2 S);
a drying unit where the lithium sulfide synthesized in the reaction unit is supplied and dried; and
A continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for an all-solid-state battery, which is heated by supplying reheat steam to a drying unit and the reaction unit.
제1항에 있어서,
상기 건조유닛은,
상기 황화리튬이 공급되는 제2 본체부;
상기 본체부의 내부에 마련되어 상기 황화리튬을 이동시키되, 상기 본체부의 회전에 따라 상기 황화리튬을 상부로 끌어올린 후 하방으로 낙하시키는 적어도 하나의 배플판; 및
상기 본체부를 회전시키는 구동부를 포함하며,
상기 본체부를 감싸도록 배치되는 자켓유닛을 더 포함하는 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기.
According to paragraph 1,
The drying unit is,
a second body to which the lithium sulfide is supplied;
at least one baffle plate provided inside the main body to move the lithium sulfide, and to pull the lithium sulfide upward and then fall downward as the main body rotates; and
It includes a driving unit that rotates the main body,
A continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for an all-solid-state battery, further comprising a jacket unit arranged to surround the main body.
제2항에 있어서,
상기 반응유닛은,
상기 수산화리튬과 상기 황화수소 및 상기 용매가 공급되며, 상호 혼합되어 혼합액을 생성하고 상기 황화리튬을 합성하는 반응기;
상기 반응기의 내부에 마련되어 상기 황화리튬의 입자크기를 제어하는 복수의 비드;
상기 반응기의 내벽에서 돌출되게 마련되며, 상기 반응기의 회전에 따라 상기 혼합액의 반응성과 황화리튬의 분쇄성을 증진시키는 적어도 하나의 격벽;
상기 반응기의 배출구측에 마련되어 상기 비드들이 배출되는 것을 방지하는 스크린; 및
상기 반응기를 회전시키는 제3 구동부를 포함하는 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기.
According to paragraph 2,
The reaction unit is,
A reactor in which the lithium hydroxide, the hydrogen sulfide, and the solvent are supplied, mixed with each other to generate a mixed solution, and synthesize the lithium sulfide;
A plurality of beads provided inside the reactor to control the particle size of the lithium sulfide;
At least one partition protrudes from the inner wall of the reactor and improves the reactivity of the mixed solution and the pulverization of lithium sulfide as the reactor rotates;
a screen provided at the outlet of the reactor to prevent the beads from being discharged; and
A continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for an all-solid-state battery, including a third driving unit that rotates the reactor.
제1항에 있어서,
상기 건조유닛에서 배출되는 상기 황화리튬의 수분함량은 1중량%이하인 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기.
According to paragraph 1,
A continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for an all-solid-state battery in which the moisture content of the lithium sulfide discharged from the drying unit is 1% by weight or less.
제3항에 있어서,
상기 반응기를 감싸도록 배치되는 제2 자켓유닛을 더 포함하며,
상기 제1 자켓유닛에서 배출된 재열증기를 상기 제2 자켓유닛에 공급하여 상기 반응기를 가열함으로써 상기 혼합액 및 상기 황화리튬을 간접적으로 가열하고, 상기 제2 자켓유닛에서 배출되는 재열증기는 상기 재열증기 공급유닛으로 회수되는 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기.
According to paragraph 3,
It further includes a second jacket unit disposed to surround the reactor,
The reheat steam discharged from the first jacket unit is supplied to the second jacket unit to heat the reactor, thereby indirectly heating the mixed liquid and the lithium sulfide, and the reheat steam discharged from the second jacket unit is the reheat steam. Continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheated steam for all-solid-state batteries recovered from the supply unit.
제7항에 있어서,
상기 제1 자켓유닛에서 상기 제2 자켓유닛에 공급되는 재열증기는 300~350℃이고,
상기 제2 자켓유닛에서 상기 재열증기 공급유닛으로 회수되는 재열증기는 150~200℃인 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기.
In clause 7,
The reheat steam supplied from the first jacket unit to the second jacket unit is 300 to 350°C,
The reheat steam recovered from the second jacket unit to the reheat steam supply unit is a continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for an all-solid-state battery at 150 to 200°C.
제2항에 있어서,
상기 제1 본체부에서 배출되는 증기에 함유된 상기 수산화리튬을 회수하는 사이클론(cyclone)을 더 포함하며,
상기 사이클론에서 회수된 상기 수산화리튬은 상기 제1 본체부에 재공급되며, 상기 사이클론에서 상기 재열증기 공급유닛에 공급되는 증기는 150~200℃인 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기.
According to paragraph 2,
It further includes a cyclone for recovering the lithium hydroxide contained in the vapor discharged from the first body portion,
The lithium hydroxide recovered from the cyclone is re-supplied to the first main body, and the steam supplied from the cyclone to the reheat steam supply unit is a continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for an all-solid-state battery at 150 to 200 ° C. .
제7항에 있어서,
상기 사이클론에서 배출된 증기 중 상기 제1 본체부에서 상기 수산화리튬을 건조하는 과정에서 증가된 증기유량 만큼 과잉증기를 배출시키고 증기를 상기 재열증기 공급유닛으로 공급하는 배출유닛을 더 포함하는 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기.
In clause 7,
Reheating for an all-solid-state battery further includes a discharge unit for discharging excess steam by an amount increased by the steam flow rate during the process of drying the lithium hydroxide in the first body portion among the steam discharged from the cyclone and supplying the steam to the reheat steam supply unit. Continuous lithium sulfide synthesis reactor using steam.
제1항에 있어서,
상기 건조유닛에서 건조되어 배출되는 상기 황화리튬이 저장되는 황화리튬 저장유닛을 더 포함하며,
상기 건조유닛에서 건조되어 배출되는 상기 황화리튬 이외에 상기 용매는 상기 용매 공급유닛으로 회수되는 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기.
According to paragraph 1,
It further includes a lithium sulfide storage unit in which the lithium sulfide dried and discharged from the drying unit is stored,
In addition to the lithium sulfide that is dried and discharged from the drying unit, the solvent is recovered in the solvent supply unit. A continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for an all-solid-state battery.
제9항에 있어서,
상기 건조유닛과 상기 반응유닛 사이에 마련되어, 상기 반응유닛에서 상기 건조유닛으로 공급되는 상기 황화리튬 및 상기 용매 중 상기 용매를 분리하는 분리유닛을 더 포함하며,
상기 분리유닛에서 분리된 상기 용매는 상기 용매 공급유닛으로 회수되는 전고체전지용 재열증기를 이용한 연속식 황화리튬 합성 반응기.
According to clause 9,
It further includes a separation unit provided between the drying unit and the reaction unit to separate the solvent from the lithium sulfide and the solvent supplied from the reaction unit to the drying unit,
A continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for an all-solid-state battery in which the solvent separated from the separation unit is recovered to the solvent supply unit.
KR1020220122914A 2022-09-27 2022-09-27 Continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for all-solid-state batteries KR20240043616A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220122914A KR20240043616A (en) 2022-09-27 2022-09-27 Continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for all-solid-state batteries

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220122914A KR20240043616A (en) 2022-09-27 2022-09-27 Continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for all-solid-state batteries

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240043616A true KR20240043616A (en) 2024-04-03

Family

ID=90662369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220122914A KR20240043616A (en) 2022-09-27 2022-09-27 Continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for all-solid-state batteries

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240043616A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09278423A (en) 1996-04-16 1997-10-28 Furukawa Co Ltd Production of lithium sulfide

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09278423A (en) 1996-04-16 1997-10-28 Furukawa Co Ltd Production of lithium sulfide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101929961B1 (en) Precursor Synthetic method for lithium-ion secondary battery cathode active material from waste battery material, and manufacturing method of the cathode active material made by the same
US10005669B2 (en) Method for mass production of phosphoric acid with rotary kiln
ES2962916A2 (en) Method for preparing lithium iron phosphate by recycling waste batteries
WO2016098351A1 (en) Device for producing lithium sulfide, and method for producing lithium sulfide
JP2010163356A (en) Method for producing lithium sulfide
CN114713154B (en) System and process method for preparing lithium hexafluorophosphate
WO2016086826A1 (en) Improved device for preparing phosphoric acid from kiln egression flue gas of phosphoric acid process of kiln method, and phosphoric acid preparing process
CN105283985A (en) Device for preparing core-shell particles and method for preparing core-shell particles by using same
CN107619028B (en) High-efficiency continuous synthesis process of phosphorus pentafluoride
CN103391897B (en) The manufacture method of double oxide and manufacturing installation
CN103606676A (en) Lithium iron phosphate/carbon nanocomposite and preparation method thereof
CN105449178A (en) Preparation method for lithium manganese phosphate/graphene/carbon nanocomposite
KR20240043616A (en) Continuous lithium sulfide synthesis reactor using reheat steam for all-solid-state batteries
CN105990569B (en) The preparation method and powder body material of a kind of sulphur carbon composite powder material and application
KR20240043615A (en) A device for continuous production of lithium sulfide for solid electrolytes in all-solid-state batteries using superheated steam.
US20160152473A1 (en) Raw material of composite pellets used in kiln phosphoric acid process, and forming method therefor
KR20240032355A (en) A system that continuously produces Li2S used in solid electrolytes using re-heated steam
CN103884166B (en) Anhydrous calcium chloride drying unit
CN101734711A (en) Method for synthesis of nano-zinc oxide powder through microwave solid state reaction
KR20240058647A (en) A fluidized bed reactor system capable of continuous dry production of lithium sulfide used in solid electrolytes
CN109795984B (en) Aluminum water hydrogen production system and method capable of circularly and comprehensively utilizing electric energy to electrolyze aluminum
CN106946296B (en) A kind of micron order monocrystalline lithium nickelate and its preparation method and application
CN105449204B (en) A kind of full wiener rice covers carbon LiMnPO4The preparation method of particle
CN103964484B (en) Preparation process of nano anhydrous calcium sulfate
CN108821337B (en) Preparation method of nano titanium dioxide