KR100637680B1 - Apparatus and method for recovering cobalt powder from used lithium ion secondary battery - Google Patents

Apparatus and method for recovering cobalt powder from used lithium ion secondary battery Download PDF

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Abstract

폐리튬 이차전지를 구성하는 금속 케이스, 집전체, 전해액, 탄소성분, 코발트 화합물 등으로부터 고가의 코발트 파우더를 효율적으로 회수하는 장치 및 방법이 개시된다. 상기 코발트 파우더 회수장치는 이차전지 셀을 방전시키는 방전기; 이차전지 셀의 금속 케이스에 하나 이상의 홈을 형성하거나, 이차전지 셀을 1cm 이상의 크기를 가지는 각편으로 파쇄하는 파쇄기; 상기 파쇄된 이차전지 셀을 소성하는 소성로; 소성된 이차전지 셀을 다수의 각편으로 분쇄하는 분쇄기; 및 상기 이차전지 셀의 분쇄물을 선별 및 분급함으로서, 분말상의 코발트를 분리하는 분급기를 포함한다. 또한 상기 코발트 파우더의 회수 방법은 회수된 폐리튬 이차전지를 방전시키는 단계; 방전된 폐리튬 이차전지를 파쇄하여, 이차전지 셀의 금속 케이스에 하나 이상의 홈을 형성하거나, 이차전지 셀을 1cm 이상의 크기를 가지는 각편으로 파쇄하는 단계; 파쇄된 이차전지 셀을 소성하여 괴상의 금속 덩어리를 형성하는 단계; 소성된 이차전지 셀을 커터로 분쇄하는 단계; 및 이차전지 셀의 분쇄물을 선별 및 분급하여 분말상의 코발트를 수득하는 단계를 포함한다.Disclosed are an apparatus and method for efficiently recovering expensive cobalt powder from metal cases, current collectors, electrolytes, carbon components, cobalt compounds, and the like constituting waste lithium secondary batteries. The cobalt powder recovery apparatus includes a discharger for discharging a secondary battery cell; A crusher forming one or more grooves in the metal case of the secondary battery cell, or crushing the secondary battery cell into pieces having a size of 1 cm or more; A kiln for firing the crushed secondary battery cells; A crusher for pulverizing the calcined secondary battery cell into a plurality of pieces; And a classifier for separating and classifying cobalt in powder by sorting and classifying the pulverized product of the secondary battery cell. In addition, the cobalt powder recovery method comprises the steps of: discharging the recovered waste lithium secondary battery; Crushing the discharged waste lithium secondary battery to form one or more grooves in the metal case of the secondary battery cell, or crushing the secondary battery cell into pieces having a size of 1 cm or more; Firing the crushed secondary battery cell to form a bulk metal mass; Grinding the fired secondary battery cell with a cutter; And sorting and classifying the pulverized product of the secondary battery cell to obtain powdered cobalt.

폐리튬 이차전지, 코발트 파우더, 회수, 파쇄기, 소성, 분쇄기, 분급기 Waste lithium secondary battery, cobalt powder, recovery, crusher, firing, pulverizer, classifier

Description

폐리튬 이차전지로부터 코발트 파우더의 회수장치 및 회수방법 {Apparatus and method for recovering cobalt powder from used lithium ion secondary battery}Apparatus and method for recovering cobalt powder from used lithium ion secondary battery}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 폐리튬 이차전지로부터 코발트 파우더를 회수하는 장치의 개략도.1 is a schematic diagram of an apparatus for recovering cobalt powder from a waste lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코발트 파우더 회수장치에 사용되는 파쇄기의 개략도.Figure 2 is a schematic diagram of a crusher used in the cobalt powder recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3a 및 3b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 코발트 파우더 회수장치에 사용되는 펀치롤 및 파쇄롤의 부분 절개 정면도.3A and 3B are partial cutaway front views of a punch roll and a crushing roll, respectively, used in a cobalt powder recovery apparatus according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코발트 파우더 회수장치에 사용되는 분쇄기의 개략도.Figure 4 is a schematic diagram of a grinder used in the cobalt powder recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코발트 파우더 회수장치에 사용되는 커팅롤의 부분 절개 정면도.Figure 5 is a partial cutaway front view of a cutting roll used in the cobalt powder recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코발트 파우더 회수장치에 사용되는 분급기의 개략도.6 is a schematic view of a classifier used in the cobalt powder recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 폐리튬 이차전지로부터 코발트 파우더를 회수하는 방 법을 설명하기 위한 흐름도.7 is a flowchart illustrating a method of recovering cobalt powder from a waste lithium secondary battery according to the present invention.

본 발명은 폐리튬 이차전지로부터 코발트 파우더를 회수하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐리튬 이차전지를 구성하는 금속 케이스, 집전체, 전해액, 탄소성분, 코발트 화합물 등으로부터 고가의 코발트 파우더를 효율적으로 회수하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for recovering cobalt powder from a waste lithium secondary battery, and more particularly, to expensive cobalt powder from a metal case, a current collector, an electrolyte, a carbon component, a cobalt compound, etc. constituting the waste lithium secondary battery. The present invention relates to an apparatus and a method for efficiently recovering the same.

최근 휴대, 정보·통신기기 산업의 발전에 따라, 충·방전이 가능한 리튬 이차전지 산업이 급격히 발전하고 있다. 리튬 이차전지의 세계시장을 보면 1996년도에 11억불, 2001년에는 32억불의 시장이 형성되었다. 휴대전화의 전지크기와 전기자동차에 탑재되는 전지크기를 비교하면, 전기자동차가 상용화될 2010년 경에는 리튬 이차전지의 시장규모가 200억불 이상이 될 것으로 전망된다. 리튬 이차전지는 시장규모가 클 뿐만 아니라 고부가가치 제품이어서, 국내에서도 리튬 이차전지의 생산이 활발히 이루어지고 있으며, 이에 따라 CoC2O4, CoCO3, Co(OH)2와 같은 이차전지 구성 원료의 수입량이 급증하고 있다. CoC2O4, CoCO3, Co(OH)2 등의 코발트 화합물은 리튬 이차전지의 양극을 형성하기 위한 원료로서 대량으로 사용되고 있으나, 원가가 비싸고 부존자원이 적어 재활용 요구가 높다. Recently, with the development of the portable, information and communication equipment industry, the lithium secondary battery industry capable of charging and discharging is rapidly developing. In the global market for lithium secondary batteries, $ 1.1 billion was formed in 1996 and $ 3.2 billion in 2001. Comparing the battery size of cell phones with those installed in electric vehicles, the market for lithium secondary batteries is expected to reach more than $ 20 billion by 2010 when electric vehicles become commercially available. Lithium secondary batteries not only have a large market but also high value-added products, and thus, lithium secondary batteries are actively produced in Korea. Accordingly, lithium secondary batteries are mainly made of secondary battery components such as CoC 2 O 4 , CoCO 3 , and Co (OH) 2 . Imports are surging. Cobalt compounds, such as CoC 2 O 4 , CoCO 3 , Co (OH) 2 , are used in large quantities as raw materials for forming a positive electrode of a lithium secondary battery. However, they require high recycling costs due to high cost and low resources.

따라서, 본 발명의 목적은 폐리튬 이차전지를 구성하는 금속 케이스, 집전체, 전해액, 탄소성분, 코발트 화합물 등으로부터 고가의 코발트 파우더를 효율적으로 회수하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an apparatus and method for efficiently recovering expensive cobalt powder from metal cases, current collectors, electrolytes, carbon components, cobalt compounds, and the like constituting spent lithium secondary batteries.

본 발명의 다른 목적은 폐리튬 이차전지로부터 안전하고 환경친화적으로 코발트 파우더를 회수하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for recovering cobalt powder safely and environmentally friendly from waste lithium secondary batteries.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이차전지 셀을 방전시키는 방전기; 이차전지 셀의 금속 케이스에 하나 이상의 홈을 형성하거나, 이차전지 셀을 1cm 이상의 크기를 가지는 각편으로 파쇄하는 파쇄기; 상기 파쇄된 이차전지 셀을 소성하는 소성로; 소성된 이차전지 셀을 다수의 각편으로 분쇄하는 분쇄기; 및 상기 이차전지 셀의 분쇄물을 선별 및 분급함으로서, 분말상의 코발트를 분리하는 분급기를 포함하는 코발트 파우더 회수장치를 제공한다. 본 발명은 또한 회수된 폐리튬 이차전지를 방전시키는 단계; 방전된 폐리튬 이차전지를 파쇄하여, 이차전지 셀의 금속 케이스에 하나 이상의 홈을 형성하거나, 이차전지 셀을 1cm 이상의 크기를 가지는 각편으로 파쇄하는 단계; 파쇄된 이차전지 셀을 소성하여 괴상의 금속 덩어리를 형성하는 단계; 소성된 이차전지 셀을 커터로 분쇄하는 단계; 및 이차전지 셀의 분쇄 물을 선별 및 분급하여 분말상의 코발트를 수득하는 단계를 포함하는 폐리튬 이차전지로부터 코발트 파우더의 회수 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a discharger for discharging a secondary battery cell; A crusher forming one or more grooves in the metal case of the secondary battery cell, or crushing the secondary battery cell into pieces having a size of 1 cm or more; A kiln for firing the crushed secondary battery cells; A crusher for pulverizing the calcined secondary battery cell into a plurality of pieces; And classifying and classifying the pulverized product of the secondary battery cell, thereby providing a cobalt powder recovery apparatus including a classifier for separating powdery cobalt. The present invention also comprises the steps of discharging the recovered waste lithium secondary battery; Crushing the discharged waste lithium secondary battery to form one or more grooves in the metal case of the secondary battery cell, or crushing the secondary battery cell into pieces having a size of 1 cm or more; Firing the crushed secondary battery cell to form a bulk metal mass; Grinding the fired secondary battery cell with a cutter; And it provides a method for recovering cobalt powder from the waste lithium secondary battery comprising the step of selecting and classifying the pulverized product of the secondary battery cell to obtain a powdered cobalt.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in more detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 폐리튬 이차전지로부터 코발트 파우더를 회수하는 장치의 개략도로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 코발트 파우더 회수장치는 방전기(5), 파쇄기(10), 소성로(30), 분쇄기(40) 및 분급기(60)를 포함한다. 통상적으로, 리튬 이차전지는 알루미늄(Al) 집전체에 도포된 코발트 화합물로 이루어진 양극, 구리(Cu) 집전체에 도포된 탄소로 이루어진 음극, 및 상기 양극과 음극을 전기적으로 연결하는 전해액 및 세퍼레이터(separator)로 구성되며, 상기 양극, 음극 및 세퍼레이터는 양극 단자 및 음극 단자가 형성되어 있는 각형 금속 케이스(통상, "각형(prismatic type) 전지"라 한다.) 또는 원통형 금속 케이스(통상, "원통형(cylindrical type) 전지"라 한다.)에 수용되어 이차전지 셀(cell)을 형성한다. 상기 이차전지 셀은 그에 상응하는 형상의 플라스틱 하우징에 수용되어, 핸드폰, 노트북 컴퓨터 등의 최종 제품에 사용된다. 본 발명에 사용될 수 있는 폐리튬 이차전지는 통상 철(Fe) 케이스를 사용하는 리튬이온전지(Lithium ion battery: LIB), 통상 알루미늄(Al) 케이스를 사용하는 리튬 폴리머 전지(Lithium polymer battery: LPB)를 모두 포함한다. 본 발명의 실시에 있어서, 수명이 다하여 회수된 다양한 형상 및 크기의 폐리튬 이차전지는 회수된 상태 그대로, 또는 별도의 과정을 통하여, 플라스틱 하우징 및 플라스틱 하우징 내부의 인쇄 회로기판(Printed Circuit Board: PCB)이 제거된 이차전지 셀의 형태로 방전기(5)로 공급된다.1 is a schematic diagram of an apparatus for recovering cobalt powder from a waste lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a cobalt powder recovery apparatus according to the present invention includes a discharger 5 and a crusher. 10, a kiln 30, a grinder 40, and a classifier 60. Typically, a lithium secondary battery includes a positive electrode made of a cobalt compound coated on an aluminum (Al) current collector, a negative electrode made of carbon coated on a copper (Cu) current collector, and an electrolyte and a separator electrically connecting the positive electrode and the negative electrode ( and a positive electrode, a negative electrode, and a separator, each of which has a rectangular metal case (commonly referred to as a "prismatic type battery") in which a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are formed. cylindrical type) battery ”to form a secondary battery cell. The secondary battery cell is accommodated in a plastic housing having a corresponding shape and used in a final product such as a mobile phone and a notebook computer. Waste lithium secondary battery that can be used in the present invention is a lithium ion battery (LIB) using a conventional iron (Fe) case, a lithium polymer battery (LPB) using a conventional aluminum (Al) case. Include all of them. In the practice of the present invention, waste lithium secondary batteries of various shapes and sizes recovered at the end of their lifetime are recovered as they are, or through a separate process, a printed circuit board (PCB) inside the plastic housing and the plastic housing. ) Is supplied to the discharger (5) in the form of a secondary battery cell is removed.

상기 방전기(5)는 폐리튬 이차전지 및/또는 이차전지 셀을 방전시켜(1차 안정화 단계), 이차 전지의 파쇄 과정 또는 그 이후의 코발트 파우더 회수 과정 중 발생할 수 있는 이차전지의 폭발 위험을 감소시키기 위한 것이다. 상기 방전기(5)는 물, 바람직하게는 소금물, 예를 들면 5중량% 농도의 소금물 용액을 수용하는 소정 크기의 용기로 구성되며, 상기 방전기(5)에 폐리튬 이차전지 및/또는 이차전지 셀을 투입하고, 2 내지 3일정도 방치하면, 이차전지 셀을 완전히 방전시킬 수 있다.The discharger 5 discharges the waste lithium secondary battery and / or the secondary battery cell (primary stabilization step), thereby reducing the risk of explosion of the secondary battery that may occur during the crushing process of the secondary battery or subsequent cobalt powder recovery process. It is to let. The discharger 5 is composed of a container of a predetermined size containing water, preferably brine, for example a salt solution of 5% by weight, waste lithium secondary battery and / or secondary battery cells in the discharger (5) 2 to 3 days, the secondary battery cell can be completely discharged.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코발트 파우더 회수장치에 사용되는 파쇄기(10)의 개략도로서, 상기 파쇄기(10)는 방전된 이차전지 셀(cell)의 금속 케이스에 하나 이상의 홈, 즉 홀(hole)을 형성하거나, 이차전지 셀을 1cm 이상의 크기를 가지는 각편으로 파쇄하는 기능을 한다. 도 2에 도시된 파쇄기(10)에 있어서, 폐리튬 이차전지 및/또는 이차전지 셀을 파쇄기(10) 내부로 유도하는 공급기(supply box)의 기능을 하는 호퍼(14, hopper)가 파쇄기 하우징(12) 상부에 장착되어 있으며, 상기 파쇄기 하우징(12)의 내부에는 폐리튬 이차전지 및/또는 이차전지 셀의 금속 케이스에 하나 이상의 홈을 형성하기 위한 펀치롤(16, punch roll), 또는 이차전지 셀을 1cm 이상의 크기를 가지는 각편으로 파쇄하는 파쇄롤(16)이 장착 되어 있다. 상기 펀치롤 또는 파쇄롤(16)은 구동 모터(미도시)에 의하여 롤축을 중심으로 회전하며, 표면에는 다수의 펀치돌기 또는 파쇄날이 형성되어 있고, 바람직하게는 한 쌍의 펀치롤 또는 파쇄롤(16)이 서로 대향되도록 상기 파쇄기 하우징(12)의 내부에 장착된다. 따라서, 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 펀치롤 또는 파쇄롤(16) 사이로 폐리튬 이차전지 및/또는 이차전지 셀이 통과할 때, 펀치롤 또는 파쇄롤(16)의 표면에 형성된 다수의 펀치돌기 또는 파쇄날에 의하여, 상기 폐리튬 이차전지가 파쇄되고, 이차전지 셀의 금속 케이스에 하나 이상의 홈이 형성되거나, 1cm 이상의 크기를 가지는 각편으로 파쇄된다. 상기 금속 케이스에 형성되는 홈, 즉 홀(hole)의 크기는 사용되는 폐리튬 이온전지의 크기, 종류 등에 따라 달라질 수 있으나, 통상 0.3 내지 1cm인 것이 바람직하며, 여기서 상기 홈의 크기가 너무 작은 경우에는 전해액의 유출 및 추후의 소성 과정에서 전지 내부 요소의 소성이 원활히 이루어지지 않을 우려가 있으며, 상기 홈의 크기가 너무 크면 전지 내부 요소의 급격한 유출로 인하여 추후의 공정을 원활히 진행시키기 곤란한 단점이 있다. 또한 상기 파쇄롤(16)에 의하여 파쇄된 각편의 크기가 너무 작은 경우에는 취급상 바람직하지 못하다. 도 3a는 상기 펀치롤(16)의 부분 절개 정면도로서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 펀치롤(16)의 내부에는 롤축(162)이 끼워지며, 상기 펀치롤(16)의 외부 표면에는 다수의 펀치돌기(164)가 형성되어 있다. 상기 펀치돌기(164)는 이차전지 셀의 금속 케이스에 홈 또는 구멍을 용이하게 형성할 수 있도록 끝이 뾰족한 피라미드 형태를 가지는 것이 바람직하나, 필요에 따라 반원형, 정사면체 등의 형태로 형성될 수도 있으며, 각 펀치돌기(164)의 높이 및 펀치 돌기(164) 사이의 거리는 금속 케이스에 형성되는 홈 또는 구멍의 크기 및 거리에 따라 변경될 수 있다. 도 3b는 상기 파쇄롤(16)의 부분 절개 정면도로서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 파쇄롤(16)의 내부에는 롤축(172)이 끼워지며, 상기 파쇄롤(16)의 외부 표면에는 다수의 파쇄날(174)이 파쇄롤(16)의 원주 방향을 따라 형성되어 있다. 상기 파쇄날(174) 사이의 거리 및 파쇄날(174)의 높이는 이차전지 셀의 파쇄크기에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 1cm 이상이다.2 is a schematic view of a crusher 10 used in the cobalt powder recovery apparatus according to an embodiment of the present invention, the crusher 10 is one or more grooves, that is holes in the metal case of the discharged secondary battery cell (cell) It functions to form a hole or break the secondary battery cell into pieces having a size of 1 cm or more. In the shredder 10 shown in FIG. 2, a hopper 14 serving as a supply box for guiding the waste lithium secondary battery and / or the secondary battery cells into the shredder 10 is provided with a shredder housing ( 12) a punch roll 16 mounted on the upper portion and forming one or more grooves in the metal case of the waste lithium secondary battery and / or the secondary battery cell in the shredder housing 12. The shredding rolls 16 for shredding the cells into pieces having a size of 1 cm or more are mounted. The punch roll or shredding roll 16 rotates about a roll axis by a drive motor (not shown), and a plurality of punching projections or shredding blades are formed on the surface thereof, and preferably a pair of punch rolls or shredding rolls is formed. 16 are mounted inside the shredder housing 12 so as to face each other. Therefore, when the waste lithium secondary battery and / or secondary battery cell passes between a pair of punch rolls or shredding rolls 16 rotating in opposite directions to each other, a plurality of punches formed on the surface of the punch rolls or shredding rolls 16 are formed. The waste lithium secondary battery is crushed by a protrusion or a crushing blade, and one or more grooves are formed in the metal case of the secondary battery cell, or crushed into pieces having a size of 1 cm or more. The size of the groove, that is, the hole formed in the metal case may vary depending on the size, type, etc. of the used lithium ion battery, but is preferably 0.3 to 1 cm, where the size of the groove is too small In the outflow of the electrolyte and the subsequent firing process, there is a risk that the internal firing of the battery may not be performed smoothly. If the size of the groove is too large, there is a disadvantage that it is difficult to proceed with the subsequent process smoothly due to the rapid leakage of the internal battery element. . In addition, when the size of each piece crushed by the crushing roll 16 is too small, it is not preferable in handling. 3A is a partial cutaway front view of the punch roll 16. As shown in FIG. 3A, a roll shaft 162 is fitted into the punch roll 16, and an outer surface of the punch roll 16 is shown. A plurality of punching projections 164 are formed. The punch protrusion 164 may have a pyramid shape having a sharp pointed tip to easily form a groove or a hole in the metal case of the secondary battery cell, but may be formed in a semicircular shape, a tetrahedron, or the like as necessary. The height of each punch protrusion 164 and the distance between the punch protrusions 164 may be changed according to the size and distance of the groove or hole formed in the metal case. 3B is a partial cutaway front view of the crushing roll 16. As shown in FIG. 3B, a roll shaft 172 is fitted into the crushing roll 16, and an outer surface of the crushing roll 16 is provided. A plurality of shredding blades 174 is formed along the circumferential direction of the shredding roll 16. The distance between the shredding blades 174 and the height of the shredding blades 174 may vary depending on the shredding size of the secondary battery cell, but is preferably 1 cm or more.

다시 도 2를 참조하면, 상기 파쇄기 하우징(12)의 하부에는 파쇄된 이차전지 셀 및/또는 플라스틱 하우징을 수용하기 위한 수거함(18)이 장착되어 있을 수 있다. 또한 상기 파쇄기 하우징(12)의 상부에는 물탱크(20)로부터 물을 공급받아, 상기 호퍼(14)로 공급되는 폐리튬 이차전지 및/또는 이차전지 셀에 물을 분사(spray)하기 위한 스프레이(22)가 장착되어 있는 것이 바람직하다. 상기 파쇄기(10)에서의 파쇄 공정이 상기 폐리튬 이차전지를 물에 침적시킨 상태에서 수행되거나, 물을 분사(spray)하면서 수행될 경우에는, 물에 의하여 전해액의 가스가 포집되고, 파쇄시 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다.Referring back to FIG. 2, a collection box 18 for accommodating the crushed secondary battery cells and / or the plastic housing may be mounted under the crusher housing 12. In addition, the upper part of the shredder housing 12 receives water from the water tank 20 to spray water to the waste lithium secondary battery and / or secondary battery cells supplied to the hopper 14 ( 22) is preferably mounted. When the shredding process in the shredder 10 is performed while the waste lithium secondary battery is deposited in water or sprayed with water, the gas of the electrolyte is collected by water and is generated during shredding. Heat can be cooled.

이와 같이 파쇄된 폐리튬 이차전지 및/또는 이차전지 셀로부터, 플라스틱 하우징, 폐리튬 이차전지 내의 인쇄회로기판(PCB) 등 불필요 성분을 필요에 따라 선별 제거한 후, 파쇄된 이차전지 셀을 소성로(30)로 투입하고 소성한다. 또한, 필요한 경우에는, 상기 파쇄된 이차전지 셀을 소성로(30)에 투입하기 전에, 이차전지 셀을 다시 방전시키고, 전해액을 드레인(drain)시켜 포집하는 2차 안정화 단계를 수행할 수 있으며, 스크루버(scrubber)를 이용하여, 이차전지 셀 및 주위 분위기를 세척하여 오염물 또는 유해물질을 제거할 수도 있다. 상기 소성 단계는 전기로, 킬른(kiln) 등을 사용하여 400 내지 900℃, 바람직하게는 700 내지 800℃에서 수행될 수 있다. 만일, 상기 소성 온도가 400℃ 미만이면, 이차전지 셀에 잔류하는 전해액, 세퍼레이터(separator) 등이 소성 제거되지 않을 우려가 있고, 900℃를 초과하면 원하지 않는 합금이 생성될 우려가 있을 뿐, 특별한 이익이 없다. 상기 소성 단계에 있어서, 상기 전기로는 파일롯(pilot) 설비 또는 배치(batch) 프로세스에 적용할 경우 유용하고, 킬른(kiln)은 양산용 연속 공정(continuous process)에 적용할 경우 특히 유용하다. 이와 같은 소성과정에서, Co, Cu, Al, Fe 등이 괴상 또는 스트립상의 덩어리로 형성되며, 이차전지 셀(cell)의 전해액 등으로부터 발생하는 불소 화합물은 포집하여 제거될 수 있다.From the waste lithium secondary battery and / or secondary battery cells thus crushed, the unnecessary components such as a printed circuit board (PCB) in the plastic housing and the waste lithium secondary battery are selectively removed, and then the crushed secondary battery cells are removed from the kiln (30). ) And fire. In addition, if necessary, before the crushed secondary battery cell is introduced into the kiln 30, the secondary battery cell may be discharged again, and a secondary stabilization step of draining and collecting the electrolyte may be performed. Using a scrubber, the secondary battery cell and the surrounding atmosphere may be washed to remove contaminants or harmful substances. The firing step may be performed at 400 to 900 ° C, preferably 700 to 800 ° C using an electric furnace, kiln, or the like. If the firing temperature is less than 400 ° C., the electrolyte, separator, etc. remaining in the secondary battery cell may not be calcined and removed. If the firing temperature is higher than 900 ° C., an unwanted alloy may be generated. No profit In the firing step, the electric furnace is useful when applied to pilot equipment or batch processes, and kiln is particularly useful when applied to continuous processes for mass production. In such a firing process, Co, Cu, Al, Fe, etc. are formed in the form of agglomerates or strips, and the fluorine compound generated from the electrolyte solution of the secondary battery cell may be collected and removed.

다음으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 소성된 이차전지 셀을 분쇄기(40)를 이용하여 분쇄한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코발트 파우더 회수장치에 사용되는 분쇄기(40)의 개략도로서, 상기 분쇄기(40)는 소성된 이차전지 셀을 다수의 각편으로 분쇄하는 기능을 한다. 도 4에 도시된 분쇄기(40)에 있어서, 소성된 이차전지 셀을 분쇄기(40) 내부로 유도하는 공급기(supply box)의 기능을 하는 호퍼(44, hopper)가 분쇄기 하우징(42) 상부에 장착되어 있으며, 상기 분쇄기 하우징(42)의 내부에는 소성된 이차전지 셀을 다수의 각편으로 분쇄하기 위한 커팅롤(46, cutting roll)이 장착되어 있다. 상기 커팅롤(46)은 구동 모터(미도시)에 의하여 롤축을 중심으로 회전하며, 표면에는 다수의 커터날이 커팅롤(46)의 원주 방향을 따라 형성되어 있고, 바람직하게는 한 쌍의 커팅롤(46)이 서로 대향되도록 상기 분쇄기 하우징(42)의 내부에 장착된다. 따라서, 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 커팅롤(46) 사이로 소성된 이차전지 셀이 통과할 때, 커팅롤(46)의 표면에 형성된 다수의 커터날에 의하여, 상기 이차전지 셀이 다수의 각편으로 분쇄된다. 도 5는 상기 커팅롤(46)의 부분 절개 정면도로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 커팅롤(46)의 내부에는 커팅롤축(462)이 끼워지며, 상기 커팅롤(46)의 외부 표면에는 커팅롤(46)의 원주 방향을 따라 다수의 커터날(464)이 형성되어 있다. 상기 한 쌍의 커팅롤(46)에 형성된 커터날(464)은 소성된 이차전지 셀을 용이하게 자를 수 있도록, 서로 맞물리는 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 커터날(464) 사이의 거리 및 커터날(464)의 높이는 분쇄되는 각편의 크기에 따라 변경될 수 있다. 여기서, 분쇄되는 분쇄물의 크기는 사용되는 폐리튬 이온전지의 크기, 종류 등에 따라 달라질 수 있으나, 통상 0.1 내지 1cm 인 것이 바람직하며, 상기 분쇄물의 크기가 너무 작거나 크면 추후 코발트 파우더의 선별 및 분급이 곤란할 우려가 있다. 다시 도 4를 참조하면, 상기 분쇄기 하우징(42)의 하부에는 분쇄된 이차전지 셀 각편을 수용하기 위한 수거함(48)이 장착되어 있을 수 있다. 이와 같은 분쇄 단계에서, 소성에 의하여 형성된 괴상 Co 및 Cu, Al, Fe 등의 금속 덩어리가 적정 크기로 분쇄된다. 상기 분쇄 단계는 건식 또는 습식 조건에서 수행될 수 있다.Next, as shown in FIG. 1, the fired secondary battery cell is pulverized using the grinder 40. 4 is a schematic diagram of a pulverizer 40 used in the cobalt powder recovery apparatus according to an embodiment of the present invention, the pulverizer 40 serves to crush the fired secondary battery cell into a plurality of pieces. In the pulverizer 40 shown in FIG. 4, a hopper 44 serving as a supply box for guiding the fired secondary battery cells into the pulverizer 40 is mounted on the pulverizer housing 42. The inside of the grinder housing 42 is equipped with a cutting roll 46 for grinding the fired secondary battery cell into a plurality of pieces. The cutting roll 46 is rotated about the roll axis by a drive motor (not shown), a plurality of cutter blades are formed on the surface along the circumferential direction of the cutting roll 46, preferably a pair of cutting The roll 46 is mounted inside the grinder housing 42 so as to face each other. Accordingly, when the secondary battery cells fired between the pair of cutting rolls 46 rotating in opposite directions pass through, the secondary battery cells are formed by the plurality of cutter blades formed on the surface of the cutting rolls 46. Crushed into pieces. 5 is a partial cutaway front view of the cutting roll 46. As shown in FIG. 5, a cutting roll shaft 462 is fitted inside the cutting roll 46, and an outer surface of the cutting roll 46 is shown. In the circumferential direction of the cutting roll 46, a plurality of cutter blades 464 are formed. The cutter blades 464 formed on the pair of cutting rolls 46 are preferably formed in an interlocked shape so as to easily cut the fired secondary battery cells. The distance between the cutter blades 464 and the height of the cutter blades 464 may be changed according to the size of each piece to be crushed. Here, the size of the pulverized product to be pulverized may vary depending on the size, type, etc. of the waste lithium ion battery used, but is preferably 0.1 to 1cm, and if the size of the pulverized product is too small or large, the selection and classification of the cobalt powder may be It may be difficult. Referring back to FIG. 4, a collection box 48 for accommodating each piece of the crushed secondary battery cells may be mounted at a lower portion of the crusher housing 42. In such a crushing step, the lumped Co and the metal lumps, such as Cu, Al, Fe, etc., formed by baking are pulverized to an appropriate size. The grinding step can be carried out in dry or wet conditions.

이와 같은 분쇄 단계 후, 이차전지 셀의 분쇄물을 분급기(60)를 이용하여 선별 및 분급함으로서(도 1 참조), Cu, Al, Fe 등 괴상 또는 스트립(strip) 상태의 이물질과 분말(powder)상의 코발트(Co)를 분리한다. 상기 분급단계 역시 건식 또는 습식 공정으로 수행될 수 있으며, 예를 들면 건식 공정은 분급용 메쉬(mesh)를 사용하여 수행될 수 있고, 이때 메쉬의 크기는 필요에 따라 가변될 수 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코발트 파우더 회수장치에 사용되는 분급기(60)의 개략도이다. 상기 분급기(60)는 하부에 메쉬가 장착되어 있는 하나 이상의 스크린 박스를 포함하며, 도 6에 도시한 바와 같이, 하부에 제1 메쉬(612)가 장착된 제1 스크린 박스(602), 상기 제1 메쉬(612)를 통과한 분쇄물을 수용하며, 하부에 제2 메쉬(614)가 장착된 제2 스크린 박스(604), 및 상기 제2 메쉬(614)를 통과한 분쇄물을 수용하는 제3 스크린 박스(606)로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 메쉬(612)의 통과 구멍의 크기는 상기 제2 메쉬(614)의 통과 구멍 보다 크게 형성되어, 보다 큰 괴상의 이물질을 제거하도록 되어 있다. 따라서, 입자의 크기가 큰 이물질부터 상기 제1 스크린 박스(602) 및 제2 스크린 박스(604)에 순차적으로 잔류하고, 양질의 코발트 파우더를 제3 스크린 박스(606)로부터 수득할 수 있다. 상기 제1 메쉬(612)의 메쉬 크기는 제거하고자 하는 이물질의 크기에 따라 적절히 설정할 수 있으며, 상기 제2 메쉬(614)의 메쉬 크기는 수득하고자 하는 코발트 파우더의 크기에 따라 적절히 설정할 수 있고, 예를 들면 4mm x 4mm의 메쉬 크기를 가질 수 있다. 또한 상기 제3 스크린 박스(606)의 하부에는 상기 제1 및 제2 메쉬(612, 614)를 진동시켜 메쉬를 이용한 분급 과정을 원활히 수행하기 위한 진동모터(620) 가 더욱 장착되어 있는 것이 바람직하며, 상기 분급기(60)의 하부에는 진동모터(620)에 의한 분급기(60)의 진동이 외부로 전달되지 않도록 완충지지부(622), 예를 들면 탄성스프링이 장착되어 있는 것이 바람직하다. 상기 분쇄된 이차전지 셀의 선별 및 분급은 자력(자성)을 이용하여 수행되거나, 자력(자성)을 이용하는 방법과 분급용 메쉬를 이용하는 방법을 병용할 수도 있다. 다만, 이차전지 셀의 케이스가 철(Fe)로 제조되는 리튬이온전지의 경우에는, 자력에 의하여 Fe 및 Co가 분리되지 않으므로, 자력을 이용한 분리공정은 효율적이지 못하며, 이 경우 상기 철(Fe) 성분은 메쉬 등을 이용한 분급 과정에서 Cu, Al 등의 이물질과 함께 제거되어야 한다.After such a crushing step, by sorting and classifying the pulverized material of the secondary battery cell using a classifier 60 (see FIG. 1), foreign matter and powder in a bulk or strip state such as Cu, Al, Fe, etc. Separate cobalt (Co). The classification step may also be performed in a dry or wet process, for example, the dry process may be performed using a classification mesh, and the size of the mesh may be varied as necessary. Figure 6 is a schematic diagram of a classifier 60 used in the cobalt powder recovery apparatus according to an embodiment of the present invention. The classifier 60 includes one or more screen boxes having a mesh mounted thereon, and as shown in FIG. 6, a first screen box 602 having the first mesh 612 mounted thereunder, Receives the crushed matter passed through the first mesh 612, the second screen box 604 with a second mesh 614 is mounted on the bottom, and receives the crushed matter passed through the second mesh 614 It may be configured as a third screen box 606. In this case, the size of the through hole of the first mesh 612 is larger than that of the second mesh 614 so as to remove larger bulky foreign matter. Therefore, foreign particles having a large particle size are sequentially left in the first screen box 602 and the second screen box 604, so that high quality cobalt powder can be obtained from the third screen box 606. The mesh size of the first mesh 612 may be appropriately set according to the size of the foreign matter to be removed, and the mesh size of the second mesh 614 may be appropriately set according to the size of the cobalt powder to be obtained. For example, it may have a mesh size of 4mm x 4mm. In addition, the lower portion of the third screen box 606 is preferably further equipped with a vibration motor 620 for vibrating the first and second meshes (612, 614) to smoothly perform the classification process using the mesh. The lower end of the classifier 60 is preferably equipped with a buffer support 622, for example, an elastic spring, so that the vibration of the classifier 60 by the vibration motor 620 is not transmitted to the outside. The sorting and classification of the pulverized secondary battery cells may be performed using magnetic force (magnetic), or may use a method of using magnetic force (magnetic) and a method of using a classification mesh. However, in the case of the lithium ion battery in which the case of the secondary battery cell is made of iron (Fe), since Fe and Co are not separated by magnetic force, the separation process using magnetic force is not efficient, in which case the iron (Fe) The component should be removed together with foreign substances such as Cu and Al in the classification process using a mesh or the like.

다음으로, 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 폐리튬 이차전지로부터 코발트 파우더를 회수하는 방법을 설명한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 폐리튬 이차전지로부터 코발트 파우더를 회수하기 위해서는, 먼저, 다양한 형상 및 크기의 폐리튬 이차전지를 회수하고(S 10), 상기 폐리튬 이차전지 및/또는 이차전지 셀을 방전시킨 다음(S 11), 필요에 따라 물을 분무하면서 폐리튬 이차전지의 플라스틱 하우징 및/또는 이차전지 셀(cell)을 파쇄하여, 이차전지 셀의 금속 케이스에 하나 이상의 홈을 형성하거나, 이차전지 셀을 1cm 이상의 크기를 가지는 각편으로 파쇄한다(S 12). 이와 같은 이차전지 셀의 파쇄 공정은 필요에 따라 2회 이상 실시할 수도 있다. 또한, 이와 같이 파쇄된 이차전지 셀을, 필요에 따라 플라스틱 하우징, 폐리튬 이차전지 내의 인쇄회로기판(PCB) 등의 이물질로부터 분리(S 14)한 다음, 필요에 따라 다시 이차전지 셀을 방전시키고, 전해액을 드레인(drain)시켜 포집하는 2차 안정화 단계를 수행한다(S 16). 다음으로, 파쇄된 이차전지 셀을 소성하여 괴상의 Co 및 Cu, Al, Fe 등 금속 덩어리를 형성하고(S 18), 소성된 이차전지 셀을 커터로 분쇄한다(S 20). 이와 같은 분쇄 단계 후, 이차전지 셀의 분쇄물을 선별 및 분급하면 분말상의 코발트를 수득할 수 있다(S 22).Next, a method of recovering cobalt powder from the waste lithium secondary battery according to the present invention will be described with reference to FIG. 7. As shown in Figure 7, in order to recover the cobalt powder from the waste lithium secondary battery according to the present invention, first, to collect the waste lithium secondary battery of various shapes and sizes (S 10), the waste lithium secondary battery and / Alternatively, after discharging the secondary battery cell (S 11), the plastic housing and / or secondary battery cell of the waste lithium secondary battery is crushed while spraying water, if necessary, to at least one groove in the metal case of the secondary battery cell. Forming or crushing the secondary battery cell into pieces having a size of 1cm or more (S 12). Such a secondary battery cell crushing step may be carried out two or more times as necessary. In addition, the secondary battery cells thus crushed are separated from foreign materials such as a printed circuit board (PCB) in a plastic housing, a waste lithium secondary battery as necessary (S 14), and then the secondary battery cells are discharged again as necessary. In operation S16, a second stabilization step of draining and collecting the electrolyte may be performed. Next, the crushed secondary battery cells are fired to form agglomerated metals such as Co, Cu, Al, and Fe (S 18), and the fired secondary battery cells are pulverized with a cutter (S 20). After such a pulverizing step, the powdered cobalt may be obtained by sorting and classifying the pulverized product of the secondary battery cell (S 22).

이와 같이 수득된 분말상의 코발트 파우더를 본 출원인의 특허등록 제339964호에 개시된 방법 등으로 처리하여 순수한 코발트 화합물을 제조할 수 있다. 즉, 수득된 분말상의 코발트 파우더를 강산 수용액으로 처리하고, 산화환원제로서 인산을 첨가한 다음, 여과하여 불용성 물질을 분리한다. 이와 같이, 불용성 물질이 분리된 여과액에 알카리를 첨가하여 중성화함으로서 금속을 침전시키고, 다시 여과한다. 다음으로 Na2CO3를 첨가하여 여액의 pH가 8 내지 10이 되도록 한 후, Co[(OH)2]a[CO3]b를 회수하고, 추가로 분리 공정을 실시함으로서 금속 성분이 제거된 고순도의 코발트 화합물을 얻을 수 있다.The cobalt powder obtained as described above may be treated by the method disclosed in the applicant's patent registration No. 339964 to prepare a pure cobalt compound. That is, the powdery cobalt powder obtained is treated with an aqueous strong acid solution, phosphoric acid is added as a redox agent, and then filtered to separate an insoluble substance. In this manner, alkali is added to the filtrate from which the insoluble matter is separated and neutralized to precipitate the metal, and the filtrate is filtered again. Next, the pH of the filtrate is adjusted to 8 to 10 by adding Na 2 CO 3 , followed by recovery of Co [(OH) 2 ] a [CO 3 ] b , followed by a separation step to remove the metal component. High purity cobalt compounds can be obtained.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 코발트 파우더의 회수 장치 및 방법은 폐리튬 이차전지를 구성하는 금속 케이스, 집전체, 전해액, 탄소성분, 코발트 화합물 등으로부터 고가의 코발트 파우더를 안전하고 환경친화적으로, 그리고 효율 적으로 회수할 수 있는 장점이 있다.As described above, the cobalt powder recovery apparatus and method according to the present invention safe and environmentally friendly to expensive cobalt powder from the metal case, current collector, electrolyte, carbon component, cobalt compound, etc. constituting the waste lithium secondary battery In addition, there is an advantage that can be efficiently recovered.

Claims (7)

이차전지 셀을 방전시키는 방전기;A discharger for discharging the secondary battery cells; 이차전지 셀의 금속 케이스에 하나 이상의 홈을 형성하거나, 이차전지 셀을 1cm 이상의 크기를 가지는 각편으로 파쇄하는 파쇄기;A crusher forming one or more grooves in the metal case of the secondary battery cell, or crushing the secondary battery cell into pieces having a size of 1 cm or more; 상기 파쇄된 이차전지 셀을 소성하는 소성로;A kiln for firing the crushed secondary battery cells; 소성된 이차전지 셀을 다수의 각편으로 분쇄하는 분쇄기; 및A crusher for pulverizing the calcined secondary battery cell into a plurality of pieces; And 상기 이차전지 셀의 분쇄물을 선별 및 분급함으로서, 분말상의 코발트를 분리하는 분급기를 포함하는 코발트 파우더 회수장치.Cobalt powder recovery apparatus comprising a classifier for separating the powdered cobalt by sorting and classifying the pulverized product of the secondary battery cell. 제1항에 있어서, 상기 파쇄기는 파쇄기 하우징 상부에 장착되어 있으며, 이차전지 셀을 파쇄기 내부로 유도하는 호퍼; 상기 파쇄기 하우징의 내부에 장착되어 있으며, 상기 이차전지 셀의 금속 케이스에 하나 이상의 홈을 형성하기 위한 다수의 펀치돌기가 표면에 형성되어 있는 펀치롤; 및 상기 펀치롤을 회전시키기 위한 구 모터를 포함하는 것인 코발트 파우더 회수장치.According to claim 1, The shredder is mounted on the top of the shredder housing, the hopper to guide the secondary battery cells into the shredder; A punch roll mounted inside the shredder housing and having a plurality of punch protrusions formed on a surface thereof to form one or more grooves in a metal case of the secondary battery cell; And a spherical motor for rotating the punch roll. 제2항에 있어서, 상기 펀치돌기는 끝이 뾰족한 피라미드 형태를 가지는 것인 코발트 파우더 회수장치.The cobalt powder recovery apparatus of claim 2, wherein the punch protrusion has a pointed pyramid shape. 제2항에 있어서, 상기 파쇄기 하우징의 상부에는 상기 호퍼로 공급되는 이차 전지 셀에 물을 분사하기 위한 스프레이가 더욱 장착되어 있는 것인 코발트 파우더 회수장치.The cobalt powder recovery apparatus of claim 2, wherein a spray for spraying water on the secondary battery cell supplied to the hopper is further mounted on the crusher housing. 제1항에 있어서, 상기 분쇄기는 분쇄기 하우징 상부에 장착되어 있으며, 소성된 이차전지 셀을 분쇄기 내부로 유도하는 호퍼; 및 상기 분쇄기 하우징의 내부에 장착되어 있으며, 소성된 이차전지 셀을 다수의 각편으로 분쇄하기 위한 다수의 커터날이 원주 방향을 따라 형성되어 있는 커팅롤을 포함하는 것인 코발트 파우더 회수장치.The pulverizer of claim 1, wherein the pulverizer is mounted on the pulverizer housing and includes a hopper for guiding the fired secondary battery cell into the pulverizer; And a cutting roll mounted inside the grinder housing and having a plurality of cutter blades formed along a circumferential direction for crushing the fired secondary battery cell into a plurality of pieces. 제1항에 있어서, 상기 분급기는 하부에 메쉬가 장착되어 있는 하나 이상의 스크린 박스를 포함하는 것인 코발트 파우더 회수장치.The cobalt powder recovery apparatus according to claim 1, wherein the classifier comprises one or more screen boxes having a mesh mounted thereon. 회수된 폐리튬 이차전지를 방전시키는 단계;Discharging the recovered waste lithium secondary battery; 방전된 폐리튬 이차전지를 파쇄하여, 이차전지 셀의 금속 케이스에 하나 이상의 홈을 형성하거나, 이차전지 셀을 1cm 이상의 크기를 가지는 각편으로 파쇄하는 단계;Crushing the discharged waste lithium secondary battery to form one or more grooves in the metal case of the secondary battery cell, or crushing the secondary battery cell into pieces having a size of 1 cm or more; 파쇄된 이차전지 셀을 소성하여 괴상의 금속 덩어리를 형성하는 단계;Firing the crushed secondary battery cell to form a bulk metal mass; 소성된 이차전지 셀을 커터로 분쇄하는 단계; 및 Grinding the fired secondary battery cell with a cutter; And 이차전지 셀의 분쇄물을 선별 및 분급하여 분말상의 코발트를 수득하는 단계를 포함하는 폐리튬 이차전지로부터 코발트 파우더의 회수 방법.A method for recovering cobalt powder from a waste lithium secondary battery comprising the step of screening and classifying the pulverized product of the secondary battery cell to obtain a powdered cobalt.
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