KR101197439B1 - Separation Method of Active Cathodic Material from Scrap of Positive Plate in Lithium Rechargeable Battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터 활물질을 분리하는 방법에 관한 것으로, 본 발명은 그 표면에 양극 활물질이 코팅된 집전체를 적절한 크기로 절단하는 절단단계(S100)와; 상기 절단단계(S100)에 의해 적절한 크기로 절단된 집전체를 저온에서 열처리하는 열처리 단계(S200)와; 상기 열처리 단계(S200)에서 열처리된 집전체를 공기 중에서 냉각시키는 냉각단계(S300) 및; 상기 냉각단계(S300)에서 냉각된 집전체를 진탕기를 사용하여 집전체의 표면으로부터 활물질을 탈착 분리하는 진동 및 분리단계(S400);를 포함하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 집전체로부터 양극 활물질을 효과적으로 분리해낼 수 있으며, 또한 양극 활물질로부터 코발트와 리튬을 추출하기 전에 먼저 물리적 방법을 사용하여 집전체로부터 양극 활물질을 분리함으로써 후속되는 분리정제 공정이 쉽게 이루어질 수 있다.The present invention relates to a method for separating an active material from a cathode plate scrap of a lithium secondary battery, the present invention comprises a cutting step (S100) for cutting the current collector coated with a positive electrode active material to the appropriate size; A heat treatment step (S200) of performing heat treatment at a low temperature on the current collector cut to an appropriate size by the cutting step (S100); Cooling step (S300) for cooling the current collector heat-treated in the heat treatment step (S200) in the air; And a vibration and separation step (S400) of detaching and separating the active material from the surface of the current collector using a shaker for the current collector cooled in the cooling step (S300).
The present invention can effectively separate the positive electrode active material from the current collector by the configuration as described above, and further separate separation and purification by separating the positive electrode active material from the current collector using a physical method before extracting cobalt and lithium from the positive electrode active material. The process can be done easily.
Description
본 발명은 리튬이차전지의 양극판을 생산할 때 발생되는 양극판 스크랩으로부터 양극 활물질을 물리적으로 분리하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of physically separating a positive electrode active material from a positive electrode plate scrap generated when producing a positive electrode plate of a lithium secondary battery.
리튬이차전지(Lithium Rechargeable Battery)는 니켈-카드뮴(Ni-Cd), 니켈-금속수소화물(Ni-MH), 은-아연(Ag-Zn) 전지 등과 같은 다른 이차전지에 비해 고용량과 고출력 등 전지성능이 우수할 뿐만 아니라, 전지의 무게와 부피에 있어서도 상대적 우위를 가지고 있기 때문에 노트북 PC, 휴대폰, 카메라, MP3 등의 휴대용 전자기기의 에너지원으로서 그 사용이 점점 확대되고 있으며, 또한 앞으로 휴대용 정보통신기기에 대한 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예상됨에 따라 리튬이차전지에 대한 수요도 계속 확대될 것으로 전망된다. Lithium Rechargeable Battery has higher capacity and higher output than other rechargeable batteries such as nickel-cadmium (Ni-Cd), nickel-metal hydride (Ni-MH), and silver-zinc (Ag-Zn) batteries. Not only does it have excellent performance, but it also has a relative advantage in the weight and volume of the battery, so its use as an energy source for portable electronic devices such as notebook PCs, mobile phones, cameras, and MP3s is increasing. As demand for devices is expected to continue to increase, the demand for lithium secondary batteries is expected to increase.
이에 더하여 고유가의 지속, 기후변화 협약에 따른 이산화탄소 배출저감 등과 같은 환경규제 강화, 청정에너지 보급 확대 등의 추세에 따라 하이브리드 자동차 분야, 로봇분야, 에너지 저장 등의 새로운 응용분야에서 폭발적인 신규수요의 창출이 예상되며, 따라서 리튬이차전지 제조회사들은 생산설비를 증설하여 전지의 생산량을 계속 증가시키고 있다. 또한 이와 같은 리튬이차전지의 생산설비의 증설에 따른 생산량 증가는 필연적으로 제조공정에서 불량품의 발생량 증가로 이어지고 있다.
In addition, the creation of explosive new demand in new applications such as hybrid automobiles, robots, and energy storage is being bolstered by trends such as sustaining high oil prices, tightening environmental regulations such as reducing CO2 emissions under the Climate Change Agreement, and expanding the supply of clean energy. As a result, lithium secondary battery manufacturers continue to increase the production of batteries by expanding production facilities. In addition, the increase in production amount due to the expansion of the production facilities of lithium secondary batteries inevitably leads to an increase in the amount of defective products in the manufacturing process.
한편, 리튬이차전지는 양극판, 음극판, 전해질, 격리막 등으로 구성되어 있고, 이 중에서 양극판은 양극 활물질(active cathodic material), 도전체, 바인더, 집전체로 이루어져 있으며, 양극 활물질로서 가장 널리 사용되는 소재는 리튬코발트산화물(LiCoO2)인데, 최근 들어 리튬이온폴리머 전지의 경우 코발트의 일부를 망간(Mn) 또는 니켈(Ni)로 대체하고 있으며, 또한 Li(NixCoyMnzO2) 등과 같은 3원계의 양극 활물질의 사용량도 점차 증가하고 있다. On the other hand, the lithium secondary battery is composed of a positive electrode plate, a negative electrode plate, an electrolyte, a separator, etc. Among these, the positive electrode plate is composed of a positive electrode active material (active cathodic material), a conductor, a binder, a current collector, the most widely used material as a positive electrode active material Is lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), and recently, in the case of lithium ion polymer batteries, a part of cobalt is replaced with manganese (Mn) or nickel (Ni), and also Li (Ni x Co y Mn z O 2 ), and the like. The amount of ternary positive electrode active material used is also gradually increasing.
리튬이차전지의 제조공정에서 발생하는 양극판 스크랩에는 다량의 코발트가 함유되어 있으며 코발트의 고부가가치 측면뿐만 아니라 희유금속의 자원확보 측면에서 이의 재활용이 커다란 관심을 모으고 있다.
The positive electrode scrap generated in the manufacturing process of lithium secondary batteries contains a large amount of cobalt, and its recycling is attracting much attention not only in terms of high value added of cobalt but also in securing resources of rare metals.
양극판 스크랩으로부터 코발트를 회수하는 방법으로서 주로 고온 용융로를 이용하여 코발트 합금으로 추출한 뒤 습식분리정제기술을 사용하여 정제한 뒤 코발트 화합물 또는 리튬코발트 산화물로 회수하는 방법이 사용되고 있다. 그러나 고온 용융로를 이용하여 코발트를 합금으로 추출하는 건식제련공정은 설비투자비가 매우 크기 때문에 중소 재활용 업체들이 채택하기 쉽지 않은 공정이다. As a method of recovering cobalt from the anode plate scrap, a method of recovering cobalt compounds or lithium cobalt oxides is mainly performed by extracting the cobalt alloy using a high-temperature melting furnace, purifying using wet separation purification technology. However, the dry smelting process of extracting cobalt into an alloy using a high-temperature melting furnace is a difficult process for small and medium-sized recycling companies to adopt because the facility investment cost is very high.
또한 건식제련공정을 사용하여 양극판을 용융시키는 경우 양극 활물질의 성분인 리튬과 집전체의 소재인 알루미늄(Al)의 동시회수가 어렵다. 따라서 산 또는 알칼리를 사용하는 습식회수기술을 이용하여 코발트와 리튬을 추출한 뒤, 분리 정제하여 고순도 화합물 또는 양극 활물질의 전구체로 회수하는 것이 바람직하다.In addition, when the cathode plate is melted using a dry smelting process, it is difficult to simultaneously recover lithium, which is a component of the cathode active material, and aluminum (Al), which is a material of the current collector. Therefore, it is preferable to extract cobalt and lithium using a wet recovery technique using an acid or an alkali, and then separate and purify and recover the high purity compound or the precursor of the positive electrode active material.
그러나 산 또는 알칼리를 사용하여 양극판 스크랩의 양극 활물질로부터 코발트와 리튬을 추출하는 경우 양극 활물질이 코팅되어 있는 알루미늄 집전체도 함께 용해되어 뒤이은 분리정제 공정을 어렵게 한다.However, when cobalt and lithium are extracted from the positive electrode active material of the positive electrode plate scrap using an acid or an alkali, an aluminum current collector coated with the positive electrode active material is also dissolved together to make subsequent separation and purification process difficult.
따라서 양극 활물질로부터 코발트와 리튬을 추출하기 전에 먼저 알루미늄 집전체의 표면에 코팅되어 있는 양극 활물질을 분리할 필요가 있으며, 이러한 이유로 효과적인 양극 활물질의 분리방법의 개발이 요구되고 있다.
Therefore, before extracting cobalt and lithium from the positive electrode active material, it is necessary to first separate the positive electrode active material coated on the surface of the aluminum current collector, and for this reason, development of an effective method of separating the positive electrode active material is required.
본 발명은 상기와 같은 요구 및 필요성에 부응하여 개발된 것으로, 본 발명은 산 또는 알칼리를 사용하는 습식회수기술을 이용하여 양극판 스크랩으로부터 코발트와 리튬을 추출할 때 이들 물질들을 추출하기 전에 먼저 집전체의 표면에 코팅되어 있는 양극 활물질을 효과적으로 분리해내는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
The present invention was developed in response to the above demands and needs. The present invention is directed to a current collector prior to extracting these materials from cobalt and lithium from a cathode plate scrap using a wet recovery technique using an acid or an alkali. An object of the present invention is to provide a method for effectively separating a positive electrode active material coated on a surface of a film.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법을, 그 표면에 양극 활물질이 코팅된 집전체를 적절한 크기로 절단하는 절단단계와; 상기 절단단계에 의해 적절한 크기로 절단된 집전체를 저온에서 열처리하는 열처리 단계와; 상기 열처리 단계에서 열처리된 집전체를 공기 중에서 냉각시키는 냉각단계 및; 상기 냉각단계에서 냉각된 집전체를 진탕기를 사용하여 집전체의 표면으로부터 활물질을 탈착 분리하는 진동 및 분리단계를 포함하여 구성하는 것에 그 특징이 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for separating an active material from a cathode plate scrap of a lithium secondary battery, a cutting step of cutting a current collector coated with a cathode active material on an appropriate size thereof; A heat treatment step of performing heat treatment at a low temperature on the current collector cut to an appropriate size by the cutting step; A cooling step of cooling the current collector heat-treated in the heat treatment step in air; The current collector cooled in the cooling step is characterized by comprising a vibration and separation step of detaching and separating the active material from the surface of the current collector using a shaker.
또한 본 발명은 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법을, 그 표면에 양극 활물질이 코팅된 집전체를 적절한 크기로 절단하는 절단단계와; 상기 절단단계에 의해 적절한 크기로 절단된 집전체를 저온에서 열처리하는 열처리 단계와; 상기 열처리 단계에서 열처리된 집전체를 냉각수 중에서 급속히 냉각시키는 급속 냉각단계 및; 상기 급속 냉각단계에 의해 집전체의 표면으로부터 탈착된 양극 활물질을 체에 의해 분리해내는 분리단계;를 포함하여 구성하는 것에 또 다른 특징이 있다.In another aspect, the present invention is a method for separating an active material from a positive electrode scrap of a lithium secondary battery, a cutting step of cutting the current collector coated with a positive electrode active material on its surface to an appropriate size; A heat treatment step of performing heat treatment at a low temperature on the current collector cut to an appropriate size by the cutting step; A rapid cooling step of rapidly cooling the current collector heat-treated in the heat treatment step in cooling water; And a separation step of separating the positive electrode active material desorbed from the surface of the current collector by the rapid cooling step by a sieve.
이에 더하여 본 발명은 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법을, 그 표면에 양극 활물질이 코팅된 집전체를 수중에 위치시킨 후 초음파발생기에 의해 집전체에 부착된 양극 활물질을 탈착시키는 진동단계와; 상기 진동단계에 의해 집전체로부터 탈착되어 물에 분산되어 있는 양극 활물질을 체를 사용하여 분리하는 분리단계;를 포함하여 구성하는 것에 또 다른 특징이 있다.
In addition, the present invention is a method for separating the active material from the positive electrode scrap of the lithium secondary battery, the vibration step of removing the positive electrode active material attached to the current collector by an ultrasonic generator after placing the current collector coated with the positive electrode active material on the surface of the water Wow; And a separation step of separating the positive electrode active material desorbed from the current collector by the vibration step and dispersed in water using a sieve.
본 발명은 산 또는 알칼리를 사용한 습식회수기술을 이용하여 양극판 스크랩으로부터 코발트와 리튬을 추출할 때 이들 물질들을 추출하기 전에 먼저 집전체의 표면에 코팅되어 있는 양극 활물질을 효과적으로 분리함으로써 후속 공정인 습식회수기술에 의해 코발트와 리튬을 추출하는 분리정제 공정을 더욱 용이하고 간편하게 행할 수 있다.In the present invention, when cobalt and lithium are extracted from a positive electrode scrap by using a wet recovery technique using an acid or an alkali, wet recovery, which is a subsequent process, is performed by effectively separating the positive electrode active material coated on the surface of the current collector before extracting these materials. The separation and purification process of extracting cobalt and lithium can be performed more easily and simply by the technique.
또한 본 발명은 물리적 방법에 의해 양극 활물질을 분리해냄으로써 화학적인 방법에 비해 그 절차가 간단할 뿐만 아니라 양극 활물질을 고순도로 분리해 낼 수 있는 이점이 있다. In addition, the present invention has the advantage that the procedure is simpler than the chemical method by separating the positive electrode active material by a physical method and can separate the positive electrode active material with high purity.
이에 더하여 본 발명은 3가지의 양극 활물질 분리방법을 각각 제공함으로써 분리방법 선택의 자유도가 높아지며, 또한 이들 방법은 양극판 스크랩으로부터 코발트와 리튬을 추출할 때뿐만 아니라 다른 유사한 공정에도 쉽게 응용될 수 있다.
In addition, the present invention increases the degree of freedom of choice of separation methods by providing three separation methods of the positive electrode active material, respectively, and these methods can be easily applied to other similar processes as well as to extract cobalt and lithium from the cathode plate scrap.
도 1은 집전체의 단면의 모양을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법중 열처리-진동에 의한 방법을 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명의 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법중 열처리-급속냉각에 의한 방법을 나타낸 순서도,
도 4는 본 발명의 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법중 초음파 진동에 의한 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a cross-sectional view showing the shape of the cross section of the current collector,
Figure 2 is a flow chart showing a method by heat treatment-vibration of the active material separation method from the positive electrode scrap of the lithium secondary battery of the present invention,
Figure 3 is a flow chart showing a method by heat treatment-quick cooling in the method of separating the active material from the positive electrode scrap of the lithium secondary battery of the present invention,
Figure 4 is a flow chart showing a method by ultrasonic vibration of the active material separation method from the positive electrode scrap of the lithium secondary battery of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 통해 본 발명의 구성과 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
Hereinafter, the configuration and the preferred embodiment of the present invention through the accompanying drawings will be described in more detail.
도 1은 집전체의 단면의 모양을 나타낸 단면도로서 이 도면에 도시된 바와 같이 양극판의 알루미늄박(Al foil)으로 이루어진 집전체(10)의 표면에는 리튬코발트산화물(LiCoO2) 또는 Li(NixCoyMnzO2) 등과 같은 양극 활물질(20)이 코팅되어 있는데, 본 발명자들은 이러한 집전체의 표면에 코팅된 양극 활물질을 분리하는 방법으로서 열처리-진동에 의한 방법, 열처리-급속냉각에 의한 방법, 초음파 진동에 의한 방법의 3가지의 물리적 방법을 개발하였으며, 이하에서는 이들 3가지 분리방법에 대해 각각 설명한다.
1 is a cross-sectional view showing the shape of the cross section of the current collector, as shown in this figure, the surface of the
(1) 열처리-진동에 의한 방법(1) Method by heat treatment-vibration
이 방법은 도 2에 도시된 바와 같이 먼저 조각형태의 집전체를 저온에서 열처리한 후, 진동장치에 의해 가진시켜 양극 활물질을 분리해내는 방법으로서, 이 방법에는 절단단계, 열처리 단계, 냉각단계, 진동 및 분리단계 등이 포함된다.
As shown in FIG. 2, first, a piece of current collector is heat treated at a low temperature, and then excited by a vibration device to separate the positive electrode active material. The method includes a cutting step, a heat treatment step, a cooling step, Vibration and separation steps.
① 절단단계(S100)① Cutting step (S100)
이 단계는 먼저 집전체를 1cm 이상의 적절한 크기로 절단하는 단계로서, 이에 의해 후술하는 열처리 단계(S200)에서의 열처리가 효과적으로 이루어질 수 있다.
This step is to first cut the current collector to an appropriate size of 1cm or more, whereby the heat treatment in the heat treatment step (S200) described later can be effectively made.
② 열처리 단계(S200)② heat treatment step (S200)
이 단계는 상기 절단단계(S100)에 의해 적절한 크기로 절단된 집전체를 약 400-600℃ 범위의 저온으로 유지되는 전기로에서 5분 이상 열처리하는 단계로서 이 단계에 의해 집전체에 코팅된 양극 활물질이 집전체의 표면으로부터 어느 정도 박리되게 된다.
This step is a step of heat-treating the current collector cut to the appropriate size by the cutting step (S100) for at least 5 minutes in an electric furnace maintained at a low temperature of about 400-600 ℃ range of the positive electrode active material coated on the current collector by this step It peels to some extent from the surface of this electrical power collector.
③ 냉각단계(S300)③ Cooling step (S300)
상기 저온 열처리 단계(S200)에서 집전체가 저온에서 가열되어 코팅부분이 박리되면 전기로에서 집전체를 꺼내어 공기 중에서 상온에 이르기까지 냉각시키는데, 이 과정에서 알루미늄박(Al foil)으로 이루어진 집전체의 표면과 리튬코발트산화물(LiCoO2) 또는 Li(NixCoyMnzO2) 등으로 이루어진 양극 활물질의 냉각속도의 차이에 의해 집전체의 표면에 코팅된 활물질의 박리가 더욱 촉진된다.
In the low temperature heat treatment step (S200), when the current collector is heated at a low temperature and the coating part is peeled off, the current collector is taken out of the electric furnace and cooled down to room temperature in air. In this process, the surface of the current collector made of aluminum foil Due to the difference in cooling rate of the positive electrode active material including lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or Li (Ni x Co y Mn z O 2 ), the peeling of the active material coated on the surface of the current collector is further promoted.
④ 진동 및 분리단계(S400)④ vibration and separation step (S400)
이 단계는 상기 저온 열처리 단계(S200) 및 냉각단계(S300)를 거치면서 상당한 정도로 집전체의 표면으로부터 박리된 활물질을 집전체의 표면으로부터 확실하게 분리하기 위한 단계로서 이를 위해 본 발명에서는 진탕기(sieve shaker)를 사용한다.This step is a step for reliably separating the active material peeled from the surface of the current collector from the surface of the current collector to a considerable extent through the low temperature heat treatment step (S200) and the cooling step (S300). sieve shaker).
상기 진탕기는 그 내부에 진동장치와 체가 구비되는 장치로서 상기 냉각단계(S300)를 거친 집전체를 이 진탕기에 장입한 후 진탕기의 진동장치를 작동시키면 이미 상당한 정도로 박리된 상태로 집전체의 표면에 부착되어 있던 양극 활물질이 진동에 의해 잘게 부서지면서 집전체로부터 분리되게 되며, 이 분리된 활물질은 그 하부에 위치된 체를 통과하여 아래로 낙하되고, 양극판은 체를 통과하지 못하고 진탕기 내부에 그대로 남아 있게 되며, 이에 의해 양극 활물질과 알루미늄 집전체가 분리된다. 이때 사용되는 체의 눈의 크기는 1cm 이상으로 이루어진 집전체의 크기를 고려하여 직경 5 mm 정도의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
The shaker is a device provided with a vibrator and a sieve therein, the charge of the current collector passed through the cooling step (S300) into the shaker after operating the vibrating device of the shaker and the surface of the current collector in a state of already peeled to a considerable extent The positive electrode active material attached to the chip is broken by the vibration and separated from the current collector, and the separated active material passes down through the sieve positioned at the bottom thereof and falls down, and the positive electrode plate does not pass through the sieve, It is left as it is, thereby separating the positive electrode active material and the aluminum current collector. At this time, the size of the eye of the sieve is preferably used in consideration of the size of the current collector made of 1cm or more 5mm in diameter.
(2) 열처리-급속냉각에 의한 방법(2) Method by heat treatment-rapid cooling
이 방법은 도 3에 도시된 바와 같이 먼저 조각 형태의 집전체를 저온에서 열처리한 후, 급속냉각에 의해 양극 활물질이 집전체로부터 탈착되도록 하는 방법으로서, 이 방법에는 절단단계, 열처리 단계, 급속 냉각단계, 진동 및 분리단계 등이 포함된다.
As shown in FIG. 3, first, the current collector in the form of pieces is heat treated at low temperature, and then the cathode active material is desorbed from the current collector by rapid cooling. The method includes cutting, heat treatment, and rapid cooling. Steps, vibrations and separation steps.
① 절단단계(S100)① Cutting step (S100)
이 단계는 먼저 집전체를 1 cm 이상의 적절한 크기로 절단하는 단계로서, 이에 의해 후술하는 열처리 단계(S200)에서의 열처리가 효과적으로 이루어질 수 있다.
This step is to first cut the current collector to an appropriate size of 1 cm or more, whereby the heat treatment in the heat treatment step (S200) described later can be effectively made.
② 열처리 단계(S200)② heat treatment step (S200)
이 단계는 상기 절단단계(S100)에 의해 적절한 크기로 절단된 집전체를 약 400-600℃ 범위의 저온으로 유지되는 전기로에서 5분 이상 열처리하는 단계로서, 이 단계에 의해 집전체에 코팅된 양극 활물질이 집전체의 표면으로부터 어느 정도 박리되게 된다.
This step is a step of heat-treating the current collector cut to the appropriate size by the cutting step (S100) for 5 minutes or more in an electric furnace maintained at a low temperature of about 400-600 ℃ range, the positive electrode coated on the current collector by this step The active material is peeled to some extent from the surface of the current collector.
③ 급속 냉각단계(S350)③ Rapid cooling step (S350)
이 단계는 상기 열처리 단계(S200)를 거친 집전체를 냉각수 속에 넣어 급속히 냉각시키는 단계로서, 상기 열처리 단계(S200)를 거침으로써 집전체의 표면에 코팅되어 있던 할물질이 집전체로부터 어느 정도 박리되게 되고, 이러한 상태의 집전체를 전기로에서 꺼내어 냉각수 속에 넣어 급속히 냉각시키면 진탕기 등을 사용하지 않고도 집전체와 양극 활물질의 냉각속도의 차이를 이용하여 집전체의 표면으로부터 활물질을 효과적으로 탈착시킬 수 있다.
This step is a step of rapidly cooling the current collector after passing through the heat treatment step (S200) in the cooling water, so that the split material coated on the surface of the current collector to some extent peeled off from the current collector by going through the heat treatment step (S200) When the current collector in such a state is taken out of the electric furnace and rapidly cooled, the active material can be effectively detached from the surface of the current collector by using a difference in the cooling rates of the current collector and the positive electrode active material without using a shaker or the like.
④ 분리단계(S450)④ Separation step (S450)
이 단계는 상기 급속 냉각단계(S350)를 거치면서 집전체의 표면으로부터 탈착된 분말상태의 활물질을 냉각수와 분리시키는 단계로서, 물에 분산되어 있는 분말화된 양극 활물질을 체를 사용하여 분리시키면 양극 활물질은 체를 통과하는 반면 조각 형태의 집전체는 체에 그대로 남아 있게 되고 이에 의해 양극 활물질과 집전체가 효율적으로 분리된다. 이때 사용되는 체의 눈의 크기는 활물질이 분말상태임을 고려하여 직경 3mm 정도의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
This step is a step of separating the powdered active material desorbed from the surface of the current collector and the cooling water while passing through the rapid cooling step (S350), if the powdered cathode active material dispersed in water is separated by a sieve While the active material passes through the sieve, the current collector in the form of pieces remains in the sieve, whereby the positive electrode active material and the current collector are efficiently separated. At this time, the size of the eye of the sieve used is preferably considering that the active material in the powder state of about 3mm in diameter.
(3) 초음파 진동에 의한 방법(3) method by ultrasonic vibration
이 방법은 위에서 설명한 2가지 방법과 달리 도 4에 도시된 바와 같이 집전체를 절단하지 않고 그대로 수중에 넣은 상태에서 초음파발생기를 이용하여 초음파에 의해 표면의 활물질을 탈착시켜 분리해내는 방법으로서 진동단계와 분리단계로 이루어진다.
Unlike the two methods described above, the vibration step is a method of detaching and separating an active material on a surface by ultrasonic waves using an ultrasonic generator in a state in which a current collector is not cut, as shown in FIG. 4. And separation step.
① 진동단계(S500)① vibration stage (S500)
이 단계는 그 표면에 양극 활물질이 코팅된 집전체를 수중에 위치시킨 후, 초음파발생기를 이용하여 초음파의 가진력에 의해 집전체의 표면에 진동이 발생되도록 하여 집전체에 부착된 양극 활물질을 탈착시키는 단계로서, 이를 위해 본 발명에서는 초음파발생기의 초음파 발진자는 볼트 조임 란즈방 형식(BLT, Bolt Clamped Langevin Type Transducer)을 사용하며, 이때 초음파의 주파수는 40 Khz, 초음파의 강도는 50～200W 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
In this step, after placing the current collector coated with the positive electrode active material on the surface of the water in water, and using the ultrasonic generator to generate vibration on the surface of the current collector by the excitation force of the ultrasonic wave to detach the positive electrode active material attached to the current collector As a step, for this purpose, in the present invention, the ultrasonic oscillator of the ultrasonic generator uses a bolt clamped langevin type transducer (BLT), in which the frequency of the ultrasonic wave is 40 Khz and the intensity of the ultrasonic wave is in the range of 50 to 200 W. It is preferable to use.
② 분리단계(S600)② Separation step (S600)
이 단계는 상기 진동단계(S500)를 거치면서 집전체의 표면으로부터 탈착된 분말상태의 활물질을 물과 분리시키는 단계로서, 물에 분산되어 있는 분말화된 양극 활물질을 체를 사용하여 분리하면 양극 활물질은 체를 통과하는 반면 조각 형태의 집전체는 체에 그대로 남아 있게 되고 이에 의해 양극 활물질과 집전체가 효율적으로 분리된다. 이때 사용되는 체의 눈의 크기는 활물질이 분말상태임을 고려하여 직경 3mm 정도의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
This step is a step of separating the powdered active material desorbed from the surface of the current collector and the water through the vibration step (S500), when the powdered positive electrode active material dispersed in water is separated using a sieve positive electrode active material While passing through the silver sieve, the current collector in the form of pieces remains in the sieve, whereby the positive electrode active material and the current collector are efficiently separated. At this time, the size of the eye of the sieve used is preferably considering that the active material in the powder state of about 3mm in diameter.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 양극 활물질로부터 코발트와 리튬을 추출하기 전에 먼저 물리적 방법을 사용하여 집전체로부터 양극 활물질을 효과적으로 분리해냄으로써 후속되는 분리정제 공정이 쉽게 이루어질 수 있다.
As described above, according to the present invention, before the cobalt and lithium are extracted from the positive electrode active material, the separation and purification process may be easily performed by effectively separating the positive electrode active material from the current collector using a physical method.
10: 집전체 20: 양극 활물질10: current collector 20: positive electrode active material
Claims (9)
그 표면에 양극 활물질이 코팅된 집전체를 절단하는 절단단계(S100)와;
상기 절단단계(S100)에 의해 절단된 집전체를 저온에서 열처리하는 열처리 단계(S200)와;
상기 열처리 단계(S200)에서 열처리된 집전체를 공기 중에서 냉각시키는 냉각단계(S300) 및;
상기 냉각단계(S300)에서 냉각된 집전체를 진탕기를 사용하여 집전체의 표면으로부터 활물질을 탈착 분리하는 진동 및 분리단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법.
In the method of separating the active material from the positive electrode scrap of the lithium secondary battery,
Cutting step (S100) for cutting the current collector coated with the positive electrode active material on its surface;
A heat treatment step (S200) of heat treating the current collector cut by the cutting step (S100) at low temperature;
Cooling step (S300) for cooling the current collector heat-treated in the heat treatment step (S200) in the air;
Active material from the cathode plate scrap of a lithium secondary battery comprising a; vibration and separation step (S400) for detaching and separating the active material from the surface of the current collector using a shaker for the current collector cooled in the cooling step (S300) Separation Method.
상기 진동 및 분리단계(S400)에서 사용되는 진탕기는 그 내부에 진동장치와 체가 구비된 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법.
The method according to claim 1,
The shaker used in the vibration and separation step (S400) separation method of the active material from the cathode plate scrap of the lithium secondary battery, characterized in that the vibrating device and a sieve provided therein.
상기 진탕기 내부의 체의 눈의 크기는 직경 5 mm인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법.
The method according to claim 2,
The size of the eye of the sieve inside the shaker is 5 mm in diameter, the active material separation method from the positive electrode scrap of the lithium secondary battery.
그 표면에 양극 활물질이 코팅된 집전체를 절단하는 절단단계(S100)와;
상기 절단단계(S100)에 의해 절단된 집전체를 저온에서 열처리하는 열처리 단계(S200)와;
상기 열처리 단계(S200)에서 열처리된 집전체를 냉각수 중에서 급속히 냉각시키는 급속 냉각단계(S350) 및;
상기 급속 냉각단계(S350)에 의해 집전체의 표면으로부터 탈착된 양극 활물질을 체에 의해 분리해내는 분리단계(S450);를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법.
In the method of separating the active material from the positive electrode scrap of the lithium secondary battery,
Cutting step (S100) for cutting the current collector coated with the positive electrode active material on its surface;
A heat treatment step (S200) of heat treating the current collector cut by the cutting step (S100) at low temperature;
Rapid cooling step (S350) for rapidly cooling the current collector heat-treated in the heat treatment step (S200) in cooling water;
Separating step (S450) for separating the positive electrode active material desorbed from the surface of the current collector by the rapid cooling step (S350) by a sieve; Active material separation method from the positive electrode scrap of the lithium secondary battery comprising a.
상기 열처리 단계(S200)에서 사용되는 열처리 온도는 400-600℃ 범위인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법.
The method according to claim 1 or 4,
The heat treatment temperature used in the heat treatment step (S200) is the active material separation method from the positive electrode plate scrap of the lithium secondary battery, characterized in that the range of 400-600 ℃.
그 표면에 양극 활물질이 코팅된 집전체를 수중에 위치시킨 후 초음파발생기에 의해 집전체에 부착된 양극 활물질을 탈착시키는 진동단계(S500)와;
상기 진동단계(S500)에 의해 집전체로부터 탈착되어 물에 분산되어 있는 양극 활물질을 체를 사용하여 분리하는 분리단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법.
In the method of separating the active material from the positive electrode scrap of the lithium secondary battery,
A vibration step (S500) of placing a current collector coated with a cathode active material on the surface thereof in water and then detaching the cathode active material attached to the current collector by an ultrasonic generator;
Separating step (S600) of separating the positive electrode active material desorbed from the current collector by the vibration step (S500) by using a sieve (S600); separating the active material from the cathode plate scrap of a lithium secondary battery comprising a Way.
상기 진동단계(S500)에 사용되는 초음파발생기로부터 출력되는 초음파의 주파수는 40 Khz, 초음파의 강도는 50～200W 범위인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법.
The method of claim 6,
Separating method of the active material from the cathode plate scrap of the lithium secondary battery, characterized in that the frequency of the ultrasonic wave output from the ultrasonic generator used in the vibration step (S500) is 40 Khz, the intensity of the ultrasonic wave is 50 ~ 200W.
상기 분리단계(S450, S600)에 사용되는 체의 눈의 크기는 직경 3mm인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 활물질 분리방법.
The method according to claim 4 or 6,
Eye size of the sieve used in the separation step (S450, S600) is the active material separation method from the positive electrode scrap of the lithium secondary battery, characterized in that the diameter of 3mm.
집전체에 코팅된 양극 활물질을 청구항 1, 청구항 4 및 청구항 6의 어느 한 항에 기재된 물리적 방법을 이용하여 먼저 분리한 다음,
습식회수기술에 의해 코발트와 리튬을 추출하는 분리정제 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터의 코발트 및 리튬 회수 방법.
In the method of recovering cobalt and lithium from the positive electrode scrap of a lithium secondary battery using a wet recovery technology,
The positive electrode active material coated on the current collector is first separated using the physical method according to any one of claims 1, 4, and 6, and then
A method for recovering cobalt and lithium from a positive electrode scrap of a lithium secondary battery, characterized by performing a separation and purification step of extracting cobalt and lithium by a wet recovery technique.
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