KR101823952B1 - 리튬이온 2차전지의 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬이온 2차전지의 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 폐 양극재 산화물 파우더를 산으로 침출하여 여과하는 단계, (b) (a) 단계에서 얻은 여과액을 탄산나트륨을 이용하여 가수분해하여 리튬 수용액과 탄산염 케이크로 분리하여 수득하는 단계, (c) (b) 단계에서 얻은 리튬 수용액에 알칼리 화합물을 투입하여 불순물을 제거하는 단계 및 (d) (c) 단계에서 얻은 불순물이 제거된 리튬 수용액에 탄산나트륨 또는 이산화탄소 가스를 투입하여 탄산리튬을 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 리튬이온 2차전지의 폐 양극재로부터 산 침출을 통하여 리튬을 회수함으로써 양극활물질 제조시 재사용할 수 있는 탄산리튬을 합성할 수 있다. 본 발명에 의하면, 기존 공정(용매추출 등)에 비하여 보다 경제적이고 단순화된 공정에 의하여 리튬을 효율적으로 회수할 수 있으며, 이를 통하여 저비용 고효율 공정에 의하여 탄산리튬을 합성할 수 있다.

Description

리튬이온 2차전지의 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법{A Method For Preparing Lithium Carbonate By Recycling Lithium From Used Anode Of Lithium Ion Seondary Battery}
본 발명은 리튬이온 2차전지의 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 폐 양극재를 재활용하여 리튬을 회수함으로써 양극활물질 제조시 사용할 수 있을 정도로 순도가 높은 탄산리튬을 제조하는 방법에 관한 것이다.
IT 산업, 전지자동차, 에너지 저장 장치(ESS)이 활발하게 발전하면서 리튬 이온 2차 전지의 수요가 증가하고 있다. 이러한 시장 동향과 함께 리튬 이온 2차 전지에 사용되는 유가금속의 사용량 또한 증가하고 있는 추세이다. 리튬 이온 2차 전지의 사용량이 증가함과 동시에 폐 리튬 전지 및 공정상에서 발생하는 폐 스크랩의 양은 나날이 증가하고 있다. 이러한 리튬 2차 전지의 원가에서 60% 이상을 차지하는 양극은 가역성(reversibility)이 우수하고, 낮은 자가방전율, 고용량, 고에너지 밀도를 갖고, 합성에 용이한 리튬코발트산화물(LiCoO2)과 고가인 코발트의 사용량을 줄이기 위해 Ni, Mn 등이 함께 포함된 Li(Ni, Co, Mn)O2 같은 복합 산화물 형태로 사용되고 있다. 상기와 같은 양극재에는 약 5~7%의 리튬을 함유하고 있어 리튬 이온 2차 전지 제조 공정 중 발생하는 폐 양극재로부터 리튬 화합물을 회수하고자 하는 방법에 많은 관심이 주목되고 있다.
현재 우리나라의 경우 리튬 2차 전지의 핵심 원료인 탄산리튬을 전량 수입에 의존하고 있는 실정이며, 향후 탄산리튬의 수요가 증가함에 따라 탄산리튬의 가격이 급등할 것으로 예상되며, 리튬의 보유량이 없는 우리나라의 경우 리튬을 회수하는 기술을 확보하는 것이 국가적인 과제로 추진되고 있다.
1. 공개특허공보 제10-2011-0117024호(2011.10.26.)
본 발명은 리튬이온 2차전지의 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은, (a) 폐 양극재 산화물 파우더를 산으로 침출하여 여과하는 단계, (b) (a) 단계에서 얻은 여과액을 탄산나트륨을 이용하여 가수분해하여 리튬 수용액과 탄산염 케이크로 분리하여 수득하는 단계, (c) (b) 단계에서 얻은 리튬 수용액에 알칼리 화합물을 투입하여 불순물을 제거하는 단계 및 (d) (c) 단계에서 얻은 불순물이 제거된 리튬 수용액에 탄산나트륨 또는 이산화탄소 가스를 투입하여 탄산리튬을 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법일 수 있다.
(a) 단계에서는, 염산 존재 하에 환원제로서 과산화수소를 반응조에 투입하여 75℃ 내지 85℃에서 180 분 내지 300 분 동안 침출 공정을 수행할 수 있다. 과산화수소의 농도를 10 wt% 내지 35 wt% 로 조절하여 0.1 내지 5 LPM (Liter Per Minute)이 비율로 투입할 수 있다. 침출 공정 후 반응조 내부의 pH가 0.8 내지 1.8 이 되도록, 염산 및 과산화수소의 투입량을 각각 조절할 수 있다.
(b) 단계는, 탄산나트륨(Na2CO3)의 함량이 탄산나트륨 수용액 전체 중량을 기준으로 10wt% 내지 25wt% 인 탄산나트륨 수용액을 반응조에 투입하는 공정을 포함할 수 있다. 반응조의 온도는 45℃ 내지 75℃이고, pH는 6.5 내지 8.5 이며, 교반 속도는 250 내지 350 rpm 일 수 있다.
(c) 단계에서, 리튬 수용액에 농도가 5wt% 내지 30wt% 인 알칼리 화합물 수용액을 투입하여 불순물을 제거할 수 있다. 반응조 내부의 온도를 25℃ 내지 50℃의 온도, pH 7.0 내지 13.0 에서 불순물을 제거할 수 있다.
(c) 단계와 상기 (d) 단계 사이에는, 불순물이 제거된 리튬 수용액을 부피 기준으로 30% 내지 70% 농축하는 공정을 더 포함할 수 있다.
(d) 단계는, 반응조의 온도를 40℃ 내지 80℃ 유지하고, 교반을 하면서 10wt% 내지 25wt% 인 탄산나트륨을 반응조에 투입할 수 있다. 탄산나트륨을 투입한 후에는 30분 내지 180분 동안 교반을 유지할 수 있다.
본 측면에서, 알칼리 화합물 및 상기 탄산나트륨은 분말 또는 수용액 상태로 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 리튬이온 2차전지의 폐 양극재로부터 산 침출을 통하여 리튬을 회수함으로써 양극활물질 제조시 재사용할 수 있는 탄산리튬을 합성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기존 공정(용매추출 등)에 비하여 보다 경제적이고 단순화된 공정에 의하여 리튬을 효율적으로 회수할 수 있으며, 이를 통하여 저비용 고효율 공정에 의하여 탄산리튬을 합성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 리튬이온 2차전지의 양극활물질에 요구되는 엄격한 요구치(spec.)을 만족하는 순도 높은 탄산리튬을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법에 의하여 합성된 탄산리튬에 대한 X-선 회절분석 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태는 해당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명은 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 측면에 따른 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법에 대한 흐름도를 나타내었다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측면은, (a) 폐 양극재 산화물 파우더를 산으로 침출하여 여과하는 단계, (b) (a) 단계에서 얻은 여과액을 탄산나트륨을 이용하여 가수분해하여 리튬 수용액과 탄산염 케이크로 분리하여 수득하는 단계, (c) (b) 단계에서 얻은 리튬 수용액에 알칼리 화합물을 투입하여 불순물을 제거하는 단계 및 (d) (c) 단계에서 얻은 불순물이 제거된 리튬 수용액에 탄산나트륨 또는 이산화탄소 가스를 투입하여 탄산리튬을 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법일 수 있다.
이하에서는 순서대로 설명한다.
먼저, 폐 양극재 산화물 분말을 산으로 침출하여 여과할 수 있다((a) 단계). 산 침출 반응이 완료되면 여과를 실시하여 여과액을 수득할 수 있다.
(a) 단계에서는, 폐 양극재가 담겨있는 반응조에 염산과 과산화수소를 투입하여 75℃ 내지 85℃ 의 온도에서 180 분 내지 300 분 동안 침출 공정을 수행할 수 있으며, 염산 및 과산화수소의 투입량을 각각 조절할 수 있다. 산으로는 염산 이외에 황산 등을 사용할 수 있다.
침출 공정 후 반응조 내부의 pH가 0.8 내지 1.8 이 되도록, 염산 및 과산화수소의 투입량을 각각 조절할 수 있다.
특히 본 단계에서는 양극재 제조 공정에서 첨가되는 탄소 및 바인더에 의해 발생하는 내화학성을 제거하기 위하여 과산화수소의 농도 및 투입속도를 조절함으로써 침출 효율을 극대화할 수 있다.
리튬이온 2차전지의 양극재를 제조하는 과정에서는 전지 특성을 유지 또는 향상시키기 위하여 소성과정, 카본 및 기타 금속산화물의 첨가, 바인더 첨가 후 열융착 등의 복잡한 과정을 거치는데, 이러한 연유로 폐 양극재는 내화학성을 지니게 되며 이는 리튬 및 유가금속을 산으로 침출하여 회수하는데 있어서는 저해 요인으로 작용할 수 있다.
산으로 침출하는 과정에서 과산화수소를 일정 농도 및 속도로 공급함으로써 폐 양극재의 내화학성을 해소할 수 있다. 이러한 이유로 산 침출시 과산화수소의 농도를 10 wt% 내지 35 wt% 로 조절하여 0.1 내지 5 LPM (Liter Per Minute)으로 투입함으로써 리튬 및 유가금속의 회수율을 증대시킬 수 있다. 침출 반응을 유지하기 위한 높은 온도 (85±5℃) 하에서 투입된 과산화수소의 상당량은 산화환원 반응 이전에 H2O로 또는 OH 라디칼로 분해된다. 따라서 과산화수소의 투입은 산 침출 과정 전반에 걸쳐서 일정 농도의 과산화수소를 일정한 속도로 투입하여야만 높은 효율로 리튬 및 유가금속을 회수할 수 있다.
다음으로, 상기 (a) 단계에서 침출된 침출액을 가수분해하여 리튬 수용액과 탄산염 케이크로 분리하여 수득할 수 있다((b) 단계).
(b) 단계는, 탄산나트륨(Na2CO3)의 함량이 탄산나트륨 수용액 전체 중량을 기준으로 10 wt% 내지 25 wt%인 탄산나트륨 수용액을 반응조에 투입하는 과정을 포함할 수 있다. 이때 반응조 내부의 온도는 45℃ 내지 75℃이고, pH는 6.5 내지 8.5 이며, 교반 속도는 250 내지 350 rpm 일 수 있다.
(b) 단계에서 리튬은 가용화된 탄산리튬(Li2CO3(ℓ))으로 전환되고, 니켈, 코발트, 망간은 침전된 탄산니켈(NiCO3(s)), 탄산코발트(CoCO3(s)), 탄산망간(MnCO3(s))으로 전환되며, 리튬은 탄산리튬(Li2CO3(ℓ)), 염화리튬(LiCl(ℓ)) 인 혼합되어 있는 수용액 상태로, 니켈, 코발트, 망간은 탄산염 케이크(carbonate cake)로 분리하여 리튬 수용액을 수득할 수 있다.
가수분해 반응을 유도함에 있어 침출 여과액을 250rpm 내지 350rpm으로 교반하면서, 상온 이상의 온도, 바람직하게는 45℃ 내지 75℃에서 침출 여과액에 탄산나트륨 수용액을 투입하여 탄산나트륨이 리튬은 탄산리튬 수용액으로, 니켈, 코발트, 망간은 탄산염 케이크로 정량적으로 반응하여 분리되도록 할 수 있다. 니켈, 코발트, 망간 탄산염은 별도의 공정으로 유가금속 회수 및 정제가 가능하고, 리튬 수용액은 탄산리튬 합성에 사용이 가능하다.
다음으로, (b) 단계에서 얻은 상기 리튬 수용액에 알칼리 화합물을 투입하여 불순물을 제거할 수 있다((c) 단계).
(b) 단계에서 탄산나트륨을 이용하여 니켈, 코발트, 망간을 탄산염의 케이크로 만들어 분리하여도 리튬 수용액 내에는 미량의 잔여 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 등의 불순물이 남아 있을 수 있다. 니켈, 코발트, 망간이 남아있는 상태로 탄산리튬을 합성할 경우 니켈, 코발트, 망간의 불순물로 작용하기 때문에 이를 목표하는 수준까지 제거하기 위하여 알칼리 화합물 수용액을 이용하여 pH를 증가시켜 잔여 불순물들을 제거할 필요가 있다.
(c) 단계에서는, (b) 단계에서 분리된 리튬 수용액에 잔존하는 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 등의 불순물을 제거하기 위하여 알칼리 화합물의 함량이 수용액 전체의 중량을 기준으로 5wt% 내지 30wt% 인 알칼리 화합물 수용액을 반응조에 투입하는 과정을 포함할 수 있다.
알칼리 화합물로는 수산화 나트륨 등을 사용할 수 있다. 알칼리 화합물은 분말 또는 수용액 상태로 사용할 수 있다.
반응조 내부의 온도는 25℃ 내지 50℃이고, pH는 7.0 내지 13.0으로 유지하면서 교반을 진행하여 잔존 불순물을 제거할 수 있다.
다음으로, (c) 단계에서 얻은 불순물이 제거된 리튬 수용액에 탄산나트륨 또는 이산화탄소 가스를 투입하여 탄산리튬을 합성할 수 있다((d) 단계).
탄산리튬을 합성하기 전에, 불순물이 제거된 리튬 수용액을 부피 기준 30% 내지 70% 로 농축할 수 있다. 농축은 반응조의 온도를 60℃ 내지 90℃ 로 유지하면서 수행할 수 있다. 리튬 수용액을 농축하는 이유는 수용액 내 리튬의 함량을 증가시켜 탄산리튬 합성이 용이하게 하기 위함이다.
농축한 후에, 반응조의 온도를 40℃ 내지 80℃ 로 유지하고 교반을 하면서 탄산나트륨(Na2CO3)의 함량이 탄산나트륨 수용액 전체 중량을 기준으로 10 wt% 내지 25 wt%인 탄산나트륨 수용액을 투입한 후, 충분히 반응이 이루어질 수 있도록 30분 내지 180분 동안 교반을 지속하면서 탄산리튬 합성을 수행할 수 있다. 탄산나트륨은 분말 또는 수용액 상태로 사용할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1. 폐 양극재 준비
폐 양극재로는 니켈, 코발트 및 망간의 삼원계 양극재 중 523조성(니켈, 코말트, 망간의 몰비가 5:2:3)의 양극재와 111조성(니켈, 코말트, 망간의 몰비가 1:1:1)의 양극재를 5:5의 비율로 혼합하여 준비하였다.
표 1 에는 상기 폐 양극재를 왕수로 침출한 침출액에 대하여 고주파 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP-OES) 분석을 한 결과를 나타내었다.
성분 Li Ni Co Mn Mg Ca Zn Cu Fe Na Al Si
함량(ppm) 64,500 258,900 154,300 136,100 298 235 10 3 254 1,150 3,180 162
2. 폐 양극재의 산 침출
폐 양극재 분말을 순수가 충진된 파이렉스 2ℓ 반응조에 넣고 폐 양극재 내 리튬, 니켈, 코발트, 망간의 함량 대비 1 ㏖ 에 해당하는 염산을 서서히 300rpm으로 교반하면서 투입하였다. 반응 온도는 염산 투입 후 자체 발열 반응으로 50℃까지 상승하였으며, 이후에는 핫 플레이트를 이용하여 85±10℃ 로 유지하였다. 반응조는 핫 플레이트(Hot plate) 위에 올려서 온도를 조정하였다. 반응 시간은 180분 동안 유지하여 침출을 수행하였다.
염산 투입 후 환원제인 과산화수소를 일정한 속도로 투입하였다. 과산화수소로는 침출 효율의 증대를 위하여 35wt% 과산화수소를 사용하였다. 반응 완료 후 pH는 1.20으로 측정 되었다.
표 2 에는 상기 침출액 중 일부를 여과지로 여과한 후의 ICP-OES 분석한 결과를 나타내었다.
성분 Li Ni Co Mn Mg Ca Zn Cu Fe Na Al Si
함량(ppm) 9,630 37,490 22,110 19,910 34 22 0.5 1 38 190 470 23
표 2를 참조하면, 폐 양극재의 침출액에는 리튬, 니켈, 코발트 및 망간 이외에, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 나트륨, 철, 규소 등의 불순물 원소가 존재함을 확인할 수 있다.
3. 가수분해 및 여과
폐 양극재의 침출액에는 리튬 외 유가금속인 니켈, 코발트, 망간이 존재한다. 리튬을 회수하기 위해서는 리튬과 유가금속들의 분리가 필요하다. 이러한 리튬과 유가금속들의 분리는 가수분해를 통해서 달성될 수 있다.
표 2의 조성을 가지는 침출 여과액 (이하 ‘A 용액’)를 분취하여 반응조에 정량하여 준비하고, A 용액의 니켈, 코발트, 망간의 1 mol에 해당하는 15wt% 탄산나트륨 (이하 ‘B 용액‘)을 정량하였다. A 용액을 300rpm으로 교반하면서, B 용액을 10㎖/분의 속도로 서서히 투입하였다. 반응 중 pH는 7.5 내지 8.5를 유지하였으며, 온도는 핫 플레이트를 이용하여 55±5℃를 유지하였으며, 반응시간은 30분이었다.
상기 가수분해를 통하여 리튬은 탄산리튬(LiCO3(ℓ)) 수용액으로, 니켈, 코발트 및 망간은 탄산니켈(NiCO3(s)), 탄산코발트(CoCO3(s)), 탄산망간(MnCO3(s))의 탄산염 케이크(Carbonate Cake)로 분리하여 수득할 수 있다.
표 3 에는 가수분해를 통해 수득한 리튬 수용액의 ICP-OES 분석결과를 나타내었다.
성분 Li Ni Co Mn Mg Ca Zn Cu Fe Na Al Si
함량(ppm) 2,328 250 95 86 4 5 N.D. N.D. N.D. 11,880 N.D. 2
표 3을 참조하면, 가수분해를 통해 리튬을 수용액 형태로 분리하였지만 여전히 리튬 수용액에는 니켈, 코발트, 망간 등의 잔여 불순물이 남아있음을 확인할 수 있다.
4. 리튬 수용액 내 불순물 제거
리튬 수용액에는 여전히 잔여 니켈, 코발트, 망간 등의 불순물이 남아있어 이를 제거하기 위하여 정제가 필요하다.
수산화나트륨의 함량이 수용액 전체 중량을 기준으로 20wt.% 인 수산화나트륨 수용액을 반응조에 투입하여 pH 11로 증가시켰다. 이러한 공정은 상온에서 수행하였다. 수산화나트륨 수용액을 투입할 때 교반을 함께 수행하였다. 니켈, 코발트, 망간 등의 불순물은 고형 케이크로 침전되고, 이를 감압 여과장치를 이용하여 여과하여 리튬 수용액 내 잔여 니켈, 코발트, 망간을 제거하였다.
표 4에는 불순물을 제거한 리튬 수용액의 성분 분석 결과를 나타내었다.
성분 Li Ni Co Mn Mg Ca Zn Cu Fe Na Al Si
함량(ppm) 2,264 N.D. N.D. 1 2 2 N.D. N.D. N.D. 19,620 N.D. 3
표 4를 참조하면, 니켈, 코발트, 망간 등의 불순물이 상당 수준 제거되었음을 확인할 수 있다.
5. 리튬 수용액 농축 및 탄산리튬 합성
불순물이 제거된 리튬 수용액은 리튬의 함량 낮아 탄산리튬 합성에 용이하지 않다. 따라서 탄산리튬 합성의 효율을 높이고 합성에 용이하게 하기 위하여 부피 기준 약 30% 내지 70% 수준으로 리튬 수용액을 농축한 후 탄산나트륨 수용액 또는 이산화탄소 가스를 이용하여 탄산리튬 합성을 진행하였다.
합성에 사용되는 탄산나트륨은 리튬 함량에 맞추어 수용액 상태로 교반을 수반하며 투입하면서 탄산리튬 합성을 진행하였다.
합성 반응온도는 40℃ 내지 80℃ 의 온도에서 진행하고, 합성이 시작되면 처음 투명한 리튬 농축액에 핵이 생성되고, 흰색 침전물이 형성된다. 이런 침전물들이 점점 커지고 양이 증가하면서 탄산리튬으로 합성된다.
탄산나트륨의 투입이 끝난 후에도 합성에 용이하게 약 30 내지 180분 정도 교반을 지속하여 탄산리튬 합성을 완료하였다.
아래의 반응식(1), (2)는 탄산리튬 합성 반응기구이다.
2LiOH(ℓ) + Na2CO3 → Li2CO3(s)•nH2O + 2NaOH(ℓ) (1)
Li2CO3(ℓ) + Na2CO3 → Li2CO3•nH2O(s) + Na2CO3(ℓ) (2)
도 2에는 합성된 탄산리튬의 X-선 회절분석 결과를 나타내었다. 도 2를 참조하면, 탄산리튬 외 다른 회절 피크가 관찰되지 않아 결정성이 우수한 탄산리튬의 합성이 되었음을 확인할 수 있다.
표 5에는 합성된 탄산리튬의 ICP 분석결과를 나타내었다.
성분 Li Ni Co Mn Mg Ca Zn Cu Fe Na Al Si
함량(ppm) 190,700 N.D. N.D. 2 25 29 7 N.D. 4 242 5 34
표 5를 참조하면, 양극활물질의 제조에 사용할 수 있을 정도로 요구치(spec.)를 충족시키는 고순도의 탄산리튬이 합성되었음을 확인할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 용어는 특정한 실시형태를 설명하기 위한 것으로 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다고 보아야 할 것이다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하는 것이지, 이를 배제하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부한 도면에 의하여 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 보아야 할 것이다.

Claims (12)

  1. (a) 폐 양극재 산화물 파우더를 산으로 침출하여 여과하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계에서 얻은 여과액을 탄산나트륨을 이용하여 가수분해하여 리튬 수용액과 탄산염 케이크로 분리하여 수득하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계에서 얻은 상기 리튬 수용액에 알칼리 화합물을 투입하여 불순물을 제거하는 단계; 및
    (d) 상기 (c) 단계에서 얻은 불순물이 제거된 리튬 수용액에 탄산나트륨 또는 이산화탄소 가스를 투입하여 탄산리튬을 합성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (c) 단계는 반응조 내부를 25℃ 내지 50℃, pH 7.0 내지 13.0 에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서는, 염산 존재 하에 환원제로서 과산화수소를 반응조에 투입하여 75℃ 내지 85℃에서 180 분 내지 300 분 동안 침출 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는, 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 과산화수소의 농도를 10 wt% 내지 35 wt% 로 조절하여 0.1 내지 5 LPM (Liter Per Minute)이 비율로 투입하는 것을 특징으로 하는, 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    침출 공정 후 반응조 내부의 pH가 0.8 내지 1.8 이 되도록, 염산 및 과산화수소의 투입량을 각각 조절하는 것을 특징으로 하는, 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 탄산나트륨(Na2CO3)의 함량이 탄산나트륨 수용액 전체 중량을 기준으로 10wt% 내지 25wt% 인 탄산나트륨 수용액을 반응조에 투입하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반응조의 온도는 45℃ 내지 75℃이고, pH는 6.5 내지 8.5 이며, 교반 속도는 250 내지 350 rpm인 것을 특징으로 하는, 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 상기 리튬 수용액에 농도가 5wt% 내지 30wt% 인 알칼리 화합물 수용액을 투입하여 불순물을 제거하는 것을 특징으로 하는, 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계 사이에는, 상기 불순물이 제거된 리튬 수용액을 부피 기준으로 30% 내지 70% 농축하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 반응조의 온도를 40℃ 내지 80℃ 로 유지하고, 교반을 하면서 탄산나트륨 수용액 전체 중량을 기준으로 10wt% 내지 25wt% 인 탄산나트륨 수용액을 상기 반응조에 투입하는 것을 특징으로 하는, 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄산나트륨을 투입한 후에는 30분 내지 180분 동안 교반을 유지하는 것을 특징으로 하는, 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 알칼리 화합물 및 상기 탄산나트륨은 분말 또는 수용액 상태로 사용하는 것을 특징으로 하는, 폐 양극재로부터 리튬을 회수하여 탄산리튬을 제조하는 방법.
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