KR102132120B1 - A recycling method for the spent lithium ion secondary battery using carbon dioxide - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이산화탄소를 이용한 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for recycling a waste lithium ion secondary battery using carbon dioxide.
오늘날 리튬이온 이차전지는 휴대폰 및 노트북과 같은 휴대용 IT기기 뿐만 아니라, 전기자동차, 에너지 저장장치(ESS) 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 그 시장 역시 점점 더 확대되고 있다. 리튬이온 이차전지에 포함되는 핵심 원료 중 하나인 리튬은 전략적인 금속자원으로서, 전 세계 리튬 매장량은 약 1300만톤으로 알려져 있다. 특히 리튬은 일부 남미 국가에 자원이 편중되어 있어 확보 경쟁이 치열하며, 경제성과 희소성이 있는 금속에 해당한다. Today, lithium-ion secondary batteries are used not only in portable IT devices such as mobile phones and laptops, but also in various fields such as electric vehicles and energy storage devices (ESS), and the market is also expanding. Lithium, which is one of the core raw materials included in lithium ion secondary batteries, is a strategic metal resource, and worldwide lithium reserves are known to be 13 million tons. In particular, lithium is a metal that has fierce competition in terms of economy and scarcity, as resources are concentrated in some South American countries.
또한, 리튬이온 이차전지의 필수 구성 중 하나인 양극재에는 양극활물질로서, 니켈, 망간 및 코발트 등의 유가금속 산화물이 널리 사용되는데, 우리나라는 이러한 고가의 유가금속들을 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. In addition, the positive electrode material, which is one of the essential components of the lithium ion secondary battery, is widely used as a positive electrode active material, and valuable metal oxides such as nickel, manganese, and cobalt. In Korea, the situation is that all of these expensive valuable metals depend on imports. .
한편, 리튬이온 이차전지의 사용이 확대됨에 따라 이미 사용이 끝난 폐 리튬이온 이차전지의 처리가 문제되고 있는 상황이며, 리튬이온 이차전지를 제조하는 공정 중 발생하게 되는 스크랩 등의 처리 역시 문제되고 있어, 폐기물로 버려지는 리튬 또는 유가금속을 회수하여, 자원화하는 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. On the other hand, as the use of lithium ion secondary batteries has been expanded, the treatment of spent lithium ion secondary batteries that have already been used is a problem, and the treatment of scraps, etc. that occur during the process of manufacturing lithium ion secondary batteries is also a problem. , Research on how to recover lithium or valuable metals that are discarded as wastes and turn them into resources has been actively conducted.
한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0117024호(이하 '종래기술')와 같은 문헌에서는 폐 양극재에서 유가금속을 회수하는 방법이 개시되어 있으나, 이러한 종래기술에 따르면, 특정 유가금속을 회수할 수 있을 뿐, 폐 전지 혹은 스크랩에 포함된 나머지 음극재, 분리막, 전해질을 온전히 회수하기 어렵고, 일련의 공정에서 모든 종류의 유가금속을 완전히 회수하기는 어렵다는 단점을 가지고 있으며, 나아가 폐 리튬 이차전지를 온전히 자원화하여 재활용하기는 어려워 이차 폐기물이 많이 발생하는 문제점이 존재하였다. On the other hand, Korean Patent Publication No. 10-2011-0117024 (hereinafter referred to as'prior art') discloses a method for recovering valuable metals from a waste cathode material, but according to such prior art, certain valuable metals are recovered It has the disadvantage that it is difficult to fully recover the remaining negative electrode material, separator, and electrolyte contained in the waste battery or scrap, and it is difficult to completely recover all kinds of valuable metals in a series of processes, and furthermore, the waste lithium secondary battery There was a problem in that secondary wastes were generated because it was difficult to recycle resources completely.
한편, 21세기 들어 최대의 환경 이슈는 대기 중 온실가스의 농도 증가로 인한 기후 변화이며, 이는 인류 생존의 문제로까지 인식되고 있다. 특히 이산화탄소의 경우 온실가스의 주된 요소로서 온실효과를 일으켜, 지구의 빙하를 녹이고, 지구의 평균 기온을 증가시키는 문제를 야기하고 있어 문제된다. On the other hand, the biggest environmental issue in the 21st century is climate change due to an increase in the concentration of greenhouse gases in the atmosphere, which is recognized as a problem of human survival. In particular, carbon dioxide is a problem because it causes a greenhouse effect as a main element of greenhouse gas, melting the glaciers of the earth, and increasing the average temperature of the earth.
이에, 본 발명자는 대기 중 이산화탄소를 대량으로 소모시키면서, 폐 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 이차전지 제조 공정 중 발생하는 스크랩을 원료로, 일련의 공정을 통해 유가금속을 포함한 양극재, 흑연을 포함한 음극재, 알루미늄, 구리 및 철을 포함한 전지재료, 전해질, 및 전기차 배터리 소재인 수산화리튬과 일반적인 휴대용 IT기기의 배터리 소재인 탄산리튬까지 회수함으로써, 폐 리튬이온 이차전지 및 스크랩을 남김없이 재활용하는 동시에, 이산화탄소를 대량으로 저감할 수 있는 최적화 및 친환경적 공정을 확립하고 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventor consumes a large amount of carbon dioxide in the air, and uses scrap generated during the manufacturing process of a waste lithium-ion secondary battery or lithium-ion secondary battery as a raw material, through a series of processes, a cathode material including a valuable metal, and a cathode including graphite. By recovering battery materials including ash, aluminum, copper, and iron, lithium hydroxide, which is an electric and battery material for electric vehicles, and lithium carbonate, which is a battery material for general portable IT devices, waste lithium ion secondary batteries and scraps are recycled at the same time, Optimization and eco-friendly process to reduce carbon dioxide in large quantities was established and the present invention was completed.
본 발명은, 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 폐 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 이차전지 제조 공정 중 발생하는 스크랩을 원료로, 일련의 공정을 통해 망간, 코발트 및 니켈을 포함하는 유가금속을 포함한 양극재, 흑연을 포함한 음극재, 알루미늄, 구리 및 철을 포함한 전지재료, 전해질 및, 전기차 배터리 소재인 수산화리튬과 일반적인 휴대용 IT기기의 배터리 소재인 탄산리튬까지 회수함으로써, 폐 리튬이온 이차전지 및 스크랩을 남김없이 재활용하는 최적화 공정을 확립하고 이를 제공하고자 하였다. The present invention has been devised to solve the problems of the prior art, and scraps generated during the manufacturing process of a waste lithium-ion secondary battery or lithium-ion secondary battery as raw materials, oil prices including manganese, cobalt and nickel through a series of processes By recovering the cathode material including metal, anode material including graphite, battery materials including aluminum, copper and iron, electrolyte and lithium hydroxide, which is an electric vehicle battery material, and lithium carbonate, which is a battery material of a typical portable IT device, waste lithium ion secondary It was intended to establish and provide an optimization process for recycling batteries and scraps without leaving.
또한, 상기 재활용 과정에서, 이산화탄소를 전해질 회수 공정, 유가금속 회수공정, 및 리튬 합성공정에 활용함으로써, 이산화탄소를 대량으로 저감하며, 친환경적인 공정을 확립하여 이를 제공하고자 하였다. In addition, in the recycling process, carbon dioxide is used in an electrolyte recovery process, a valuable metal recovery process, and a lithium synthesis process, thereby reducing carbon dioxide in large quantities and establishing an environmentally friendly process to provide it.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. In addition, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly apparent to those skilled in the art from the following description. Will be understandable.
본 명세서에서는, a) 폐 리튬이온 이차전지 또는 스크랩으로부터 양극재, 음극재, 분리막 및 전해질을 분리 회수 후, 양극재와 음극재를 기계식 전처리 하여 분쇄물을 얻는 단계; b) 상기 a 단계에서 회수된 분리막을 초임계 이산화탄소 추출 처리하는 단계; c) 상기 a 단계에서 얻어진 분쇄물을 에어젯 분체기(Air Jet Sieve)를 이용하여 분체 운동시켜, 흑연(Graphite)을 분리하는 단계; d) 상기 c 단계에서 얻어진 분쇄물에 산 용액을 첨가하여 산 침출하는 단계; e) 상기 d 단계에서 얻은 침출액으로부터 망간, 코발트 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 유가금속을 추출 및 회수하는 단계; f) 상기 e 단계 후, 얻어진 리튬 산용액에 수산화염을 첨가하여 수산화리튬을 추출하는 단계; g) 상기 f 단계 후, 얻어진 수산화리튬에 과산화수소를 첨가하여, 과산화리튬 용액을 제조하는 단계; 및 h) 상기 g 단계 후, 얻어진 과산화리튬 용액에 이산화탄소를 첨가하여 탄산리튬 용액을 제조하는 단계; 를 포함하는 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법을 제공한다.In the present specification, a) separating and recovering the positive electrode material, the negative electrode material, the separator and the electrolyte from the waste lithium ion secondary battery or scrap, and then mechanically pretreating the positive electrode material and the negative electrode material to obtain a pulverized material; b) subjecting the separation membrane recovered in step a to supercritical carbon dioxide extraction; c) separating the graphite by pulverizing the pulverized product obtained in step a using an Air Jet Sieve; d) acid leaching by adding an acid solution to the pulverized product obtained in step c; e) extracting and recovering at least one valuable metal selected from the group consisting of manganese, cobalt and nickel from the leach obtained in step d; f) after step e, extracting lithium hydroxide by adding a hydroxide to the obtained lithium acid solution; g) after step f, adding hydrogen peroxide to the obtained lithium hydroxide to prepare a lithium peroxide solution; And h) after step g, adding a carbon dioxide to the obtained lithium peroxide solution to prepare a lithium carbonate solution; It provides a recycling method of a waste lithium ion secondary battery comprising a.
본 발명의 일실시예에 따른 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법에 의하면, 폐 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 이차전지 제조 공정 중 발생하는 스크랩을 원료로, 일련의 공정을 통해 유가금속을 포함한 양극재, 흑연을 포함한 음극재, 알루미늄, 구리 및 철을 포함한 전지재료, 전해질 및, 전기차 배터리 소재인 수산화리튬과 일반적인 휴대용 IT기기의 배터리 소재인 탄산리튬까지 회수함으로써, 폐 리튬이온 이차전지 및 스크랩을 남김없이 재활용할 수 있게 된다.According to the recycling method of a waste lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, a scrap material generated during a manufacturing process of a waste lithium ion secondary battery or a lithium ion secondary battery is used as a raw material, and a cathode material including valuable metals through a series of processes By recovering the negative electrode material including graphite, the battery material including aluminum, copper and iron, the electrolyte, and lithium hydroxide, which is an electric vehicle battery material, and lithium carbonate, which is a battery material of a general portable IT device, it leaves a waste lithium ion secondary battery and scrap Without recycling.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법에 의하면, 이산화탄소를 전해질 회수 공정, 유가금속 회수 공정 및 리튬 합성공정에 활용함으로써, 이산화탄소를 대량으로 저감하며, 친환경적인 공정 확립이 가능하다.In addition, according to the recycling method of a waste lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, carbon dioxide is used in an electrolyte recovery process, a valuable metal recovery process, and a lithium synthesis process, thereby reducing carbon dioxide in large quantities and establishing an environmentally friendly process. This is possible.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법의 순서도이다.1 is a flowchart of a method for recycling a waste lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart of a method of recycling a waste lithium ion secondary battery according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present description, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to clarify the gist of the present description.
본 발명의 구체적인 실시예에 따른 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법에 대해서, 아래에서 보다 상세하게 설명하기로 한다. The recycling method of the waste lithium ion secondary battery according to the specific embodiment of the present invention will be described in more detail below.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법은, a) 폐 리튬이온 이차전지 또는 스크랩으로부터 양극재, 음극재, 분리막 및 전해질을 분리 회수 후, 양극재와 음극재를 기계식 전처리 하여 분쇄물을 얻는 단계; b) 상기 a 단계에서 회수된 분리막을 초임계 이산화탄소 추출 처리하는 단계; c) 상기 a 단계에서 얻어진 분쇄물을 에어젯 분체기(Air Jet Sieve)를 이용하여 분체 운동시켜, 흑연(Graphite)을 분리하는 단계; d) 상기 c 단계에서 얻어진 분쇄물에 산 용액을 첨가하여 산 침출하는 단계; e) 상기 d 단계에서 얻은 침출액으로부터 망간, 코발트 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 유가금속을 추출 및 회수하는 단계; f) 상기 e 단계 후, 얻어진 리튬 산용액에 수산화염을 첨가하여 수산화리튬을 추출하는 단계; g) 상기 f 단계 후, 얻어진 수산화리튬에 과산화수소를 첨가하여, 과산화리튬 용액을 제조하는 단계; 및 h) 상기 g 단계 후, 얻어진 과산화리튬 용액에 이산화탄소를 첨가하여 탄산리튬 용액을 제조하는 단계; 를 포함할 수 있다. As described above, the recycling method of a waste lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, a) after the separation and recovery of the positive electrode material, the negative electrode material, the separator and the electrolyte from the waste lithium ion secondary battery or scrap, the positive electrode material and Step of mechanically pre-treating the negative electrode material to obtain a pulverized material; b) subjecting the separation membrane recovered in step a to supercritical carbon dioxide extraction; c) separating the graphite by pulverizing the pulverized product obtained in step a using an Air Jet Sieve; d) acid leaching by adding an acid solution to the pulverized product obtained in step c; e) extracting and recovering at least one valuable metal selected from the group consisting of manganese, cobalt and nickel from the leach obtained in step d; f) after step e, extracting lithium hydroxide by adding a hydroxide to the obtained lithium acid solution; g) after step f, adding hydrogen peroxide to the obtained lithium hydroxide to prepare a lithium peroxide solution; And h) after step g, adding a carbon dioxide to the obtained lithium peroxide solution to prepare a lithium carbonate solution; It may include.
본 발명자들은, 방전된 폐 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 이차전지를 제조하는 공정 중 발생하는 스크랩을 원료로 하여 특정 공정을 시계열적으로 배치하고 특정 조건 하에서 반응시키는 경우, 리튬과 고가의 유가금속인 망간, 코발트 및 니켈을 온전히 회수할 수 있고, 흑연을 포함한 음극재, 알루미늄, 구리 및 철을 포함한 전지재료, 전해질 및 전기차 배터리 소재인 수산화리튬은 물론, 일반적인 휴대용 IT기기의 배터리 소재인 탄산리튬까지 회수함으로써, 폐 리튬이온 이차전지를 남김없이 재활용할 수 있으며, 전해질 회수 공정, 유가금속 회수 공정, 및 리튬 합성공정에서 이산화탄소를 반응물로 사용함으로써, 온실가스인 이산화탄소를 대량으로 저감하면서, 유가금속과 탄산리튬을 고수율로 얻을 수 있다는 점을 실험을 통해 확인하고, 본 발명을 완성하였다. The present inventors, when using a scrap generated during the process of manufacturing a discharged waste lithium ion secondary battery or a lithium ion secondary battery as a raw material, when a specific process is arranged in time series and reacted under specific conditions, lithium and an expensive valuable metal are Manganese, cobalt and nickel can be fully recovered, negative electrode materials including graphite, battery materials including aluminum, copper and iron, lithium hydroxide as an electrolyte and electric vehicle battery material, and lithium carbonate as a battery material for general portable IT devices By recovering, the waste lithium-ion secondary battery can be recycled without leaving it, and by using carbon dioxide as a reactant in the electrolyte recovery process, valuable metal recovery process, and lithium synthesis process, carbon dioxide, a greenhouse gas, is largely reduced, and valuable metal and It was confirmed through experiments that lithium carbonate can be obtained in high yield, and the present invention was completed.
도 1 및 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법의 개략적인 순서도이다. 1 and 2 are schematic flowcharts of a recycling method of a waste lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.
먼저, 폐 리튬이온 이차전지 또는 스크랩으로부터 양극재, 음극재, 분리막 및 전해질을 분리 회수 후, 양극재와 음극재를 기계식 전처리 하여 분쇄물을 얻는다(단계 a).First, a positive electrode material, a negative electrode material, a separator, and an electrolyte are separated and recovered from a waste lithium ion secondary battery or scrap, and then the positive electrode material and the negative electrode material are mechanically pretreated to obtain a pulverized product (step a).
상기 단계에서 사용되는 원료로서 폐 리튬이온 이차전지는 완전히 방전된 것일 수 있으며, 일례로 일반적인 스테인리스 탱크에 소금 또는 철가루를 넣은 물을 구비한 다음, 여기에 전지를 담궈 일정시간 동안 저어줌으로써, 숏-서킷(short-circuit)을 만들어 이차전지 내부에 남은 전력을 모두 소모시키는 방법을 통해 완전히 방전된 것일 수 있다. 한편, 상기 스크랩은 리튬이온 이차전지를 제조하는 공정 중 발생하는 것으로서, 상기 폐 리튬이온 이차전지와 마찬가지로, 리튬, 망간, 코발트 및 니켈 중 선택되는 1종 이상의 유가금속을 포함하는 것일 수 있다.As a raw material used in the above step, the waste lithium-ion secondary battery may be completely discharged, for example, water provided with salt or iron powder in a general stainless steel tank, and then immersed in the battery for a certain period of time to stir. -It can be completely discharged by making a short circuit and consuming all the remaining power inside the secondary battery. Meanwhile, the scrap is generated during the process of manufacturing a lithium ion secondary battery, and like the waste lithium ion secondary battery, may include one or more valuable metals selected from lithium, manganese, cobalt, and nickel.
한편, 상기 단계에서 수행되는 기계식 전처리는, 종래 기술에 따른 열처리 공정(Thermal treatment), 수산화나트륨 용매 공정(NaOH dissolution), 용제용매 공정(Solvent dissolution)과 달리, 화재나 폭발의 위험이 없는 장점이 있으며, 상기 기계식 전처리 공정을 통해 얻어지는 분쇄물은 입자크기, 부피 및 자력 등을 통해 효과적으로 선별 가능한 장점이 존재한다. 또한, 종래기술에 따른 열처리 공정 등과 달리 유독가스 발생 위험이 없고, 전기나 석유의 사용이 없어 초기 투자 비용도 저렴한 장점이 존재한다. 또한, 열처리에 의한 분리막 및 전해질 소성이 없어 전해질을 따로 회수할 수 있고, 이에 따라 상업적 이익을 극대화할 수 있게 된다. On the other hand, the mechanical pre-treatment performed in the above step, unlike the thermal treatment process (Thermal treatment), sodium hydroxide solvent process (NaOH dissolution), solvent solvent process (Solvent dissolution) according to the prior art, has the advantage of no risk of fire or explosion There is an advantage that the pulverized product obtained through the mechanical pre-treatment process can be effectively selected through particle size, volume, and magnetic force. In addition, unlike the heat treatment process according to the prior art, there is no risk of generating toxic gas and there is no use of electricity or oil, so the initial investment cost is low. In addition, there is no separation membrane and electrolyte firing by heat treatment, so that the electrolyte can be recovered separately, thereby maximizing commercial benefits.
본 발명의 일실시예에 따른 기계식 전처리 단계를 통해, 폐 리튬이온 이차전지 또는 스크랩은 알루미늄 및 구리로 이루어지는 집전체 분쇄물, 및 탄소, 리튬, 철, 망간, 코발트 및 니켈 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 활물질 분쇄물 및 LiPF6, LiClO4 및 LiBF4 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 전해질 및 다이메틸 설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide), 프로필렌 카보네이트(Propylene Carbonate), 다이에틸 카보네이트(Diethyl Carbonate), 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate), 다이메틸 카보네이트(Dimethyl Carbonate)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 이들의 조합을 포함하는 전해질 용매를 포함하는 분리막으로 용이하게 분리된다. 또한, 이차전지 활물질 종류에 따라 포함될 수 있는 철 및 플라스틱 등의 소재도 위의 방법에 따라 선별적으로 분리가 가능하다. Through the mechanical pre-treatment step according to an embodiment of the present invention, the waste lithium ion secondary battery or scrap is a current collector crushed product made of aluminum and copper, and at least one selected from carbon, lithium, iron, manganese, cobalt, and nickel. An active material pulverized material containing LiPF 6 , LiClO 4 and one or more selected from LiBF 4 , electrolyte and dimethyl sulfoxide (Dimethyl Sulfoxide), propylene carbonate (Propylene Carbonate), diethyl carbonate (Diethyl Carbonate), It is easily separated by a separator comprising an electrolyte solvent containing one or a combination selected from the group consisting of ethylene carbonate and dimethyl carbonate. In addition, materials such as iron and plastic that may be included according to the type of the secondary battery active material can be selectively separated according to the above method.
구체적으로, 상기 단계는 폐 리튬이온 이차전지 또는는 스크랩을 완전히 방전시킨 후, 액체 질소로 완전히 냉각하여 전해질과 분리막을 고체화한 후, 양극재와 음극재를 분리막 및 전해질로부터 선별적으로 분리하고, 이를 기계식 전처리 장치에 투입하여 수행할 수 있다. Specifically, the step, after completely discharging the waste lithium-ion secondary battery or the scrap, completely cooled with liquid nitrogen to solidify the electrolyte and the separator, selectively separate the positive electrode material and the negative electrode material from the separator and the electrolyte, and It can be carried out by putting it in a mechanical pre-treatment device.
다음으로, 상기 a 단계에서 회수된 분리막을 초임계 이산화탄소 추출 처리한다(단계 b).Next, the separation membrane recovered in step a is subjected to supercritical carbon dioxide extraction (step b).
상기 단계는 상기 기계식 전처리 공정을 통해 분리 회수된 분리막에 미량으로 잔존하는 전해액을 활물질로부터 완전히 분리 및 회수하기 위한 것으로서, 상기 단계에서 초임계 이산화탄소 추출을 통해, 분리막 내부 및 표면에서 잔존하는 미량의 전해액을 완전히 분리 및 회수할 수 있고, 이에 따라 상업적 이익을 극대화할 수 있게 된다. The step is for completely separating and recovering the electrolyte solution remaining in a trace amount in the separation membrane separated through the mechanical pretreatment process from the active material, and through the supercritical carbon dioxide extraction in the step, a trace amount of the electrolyte solution remaining in the interior and surface of the separation membrane Can be completely separated and recovered, thereby maximizing commercial profit.
구체적으로, 상기 단계에서 수행되는 초임계 이산화탄소 추출 처리 공정은 초임계 설비 내에서, 20 내지 40 Mpa 압력 및 35 내지 55℃ 온도 조건 하에, 50 내지 80분간 수행될 수 있으며, 상세하게는, 분당 4 리터의 속도로 여과통에 수집되도록 수행될 수 있다. 한편, 본 발명의 일실시예에 따라 상기 단계를 통해 분리회수되는 전해질은, LiPF6, LiClO4 및 LiBF4 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 전해질일 수 있다. 한편, 상기 단계의 전해질 추출 수득률(extraction yield)는 85 내지 95%일 수 있다. Specifically, the supercritical carbon dioxide extraction treatment process performed in the above step may be performed in a supercritical facility under 20 to 40 Mpa pressure and 35 to 55°C temperature conditions, 50 to 80 minutes, and in detail, 4 per minute It can be carried out to be collected in a filter canister at a rate of liters. Meanwhile, the electrolyte that is separated and recovered through the above steps according to an embodiment of the present invention may be an electrolyte including one or more selected from LiPF 6 , LiClO 4 and LiBF 4 . On the other hand, the electrolyte extraction yield (extraction yield) of the step may be 85 to 95%.
다음으로, 상기 a 단계에서 얻어진 분쇄물을 에어젯 분체기(Air Jet Sieve)를 이용하여 분체 운동시켜, 흑연(Graphite)을 분리한다(단계 c).Next, the pulverized product obtained in step a is subjected to powder motion using an air jet sieve to separate graphite (step c).
상기 단계는 에어젯 분체기(Air Jet Sieve)를 이용하여 상기 a 단계에서 얻은 분쇄물을 분체 운동시킴으로써, 폐 리튬이온 이차전지 또는 스크랩 내에 포함된 음극활물질 소재인 흑연(Graphite)을 분리해낼 수 있다. 구체적으로, 에어젯 분체기를 활용하면, 질량 차이에 의해, 비교적 가벼운 탄소물질인 흑연 성분이 용이하게 분리되며, 필요에 따라 상기 단계를 반복 실시함으로써, 회수되는 흑연의 순도와 회수량을 극대화할 수 있다. 구체적으로, 상기 단계는 3 내지 5회 수행될 수 있다. In the above step, the pulverized material obtained in step a is powdered using an air jet sieve to separate graphite, which is a negative electrode active material contained in a waste lithium ion secondary battery or scrap. . Specifically, when the air jet powder is used, the graphite component, which is a relatively light carbon material, is easily separated by mass differences, and by repeating the above steps as necessary, the purity and recovery amount of the recovered graphite can be maximized. have. Specifically, the step may be performed 3 to 5 times.
한편, 상기 c 단계 및 d 단계 사이에서, 알루미늄, 구리 및 철로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 전지재료를 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 단계는 분쇄된 활물질에 미량으로 섞여있는 잔여 알루미늄, 구리 및 철을 분리 및 회수하기 위한 공정으로서, 후술할 산 침출 과정에서 분쇄물과 산 용액 간의 화학반응을 더욱 쉽게 이끌어내기 위한 것일 수 있다. Meanwhile, between steps c and d, the method may further include recovering at least one battery material selected from the group consisting of aluminum, copper, and iron. The above step is a process for separating and recovering residual aluminum, copper, and iron mixed in a trace amount in the pulverized active material, and may be for eliciting a chemical reaction between the pulverized product and the acid solution more easily in an acid leaching process described later.
구체적으로, 알루미늄 회수 공정은 1 내지 10%의 수산화나트륨(NaOH) 용액을이용하여 실온 조건 및 고액 비율 10 : 1 조건 하에서, 2 내지 6 시간, 더욱 상세하게는 4시간 동안 수행될 수 있다. 상기 단계의 결과, 활물질 분쇄물에 잔존하는 99.9%의 알루미늄이 용해되고, 이를 여과함으로써, 알루미늄을 별도로 회수할 수 있다. Specifically, the aluminum recovery process may be performed for 2 to 6 hours, more specifically 4 hours, under room temperature conditions and a solid-liquid ratio of 10:1 using a 1-10% sodium hydroxide (NaOH) solution. As a result of the above step, 99.9% of aluminum remaining in the active material pulverized material is dissolved, and by filtering it, aluminum can be recovered separately.
상기 단계를 통해 얻어진 여과액은 수산화나트륨을 사용하여 수산화 알루미늄으로 수거될 수 있으며, 여과되지 않은 분쇄물은 후술할 산 침출 공정을 통해 더욱 고순도로 추출 및 회수될 수 있게 된다. The filtrate obtained through the above step can be collected as aluminum hydroxide using sodium hydroxide, and the unfiltered pulverized material can be extracted and recovered with higher purity through an acid leaching process described later.
한편, 구체적으로 구리 회수 공정은 10중량% 수산화나트륨(NaOH) 용액을 이용하여, 70℃ 및 5.5 pH 조건 하에서, 수산화구리(II)를 결정화시킨 후, 이산화탄소를 수산화구리 2중량부 대 이산화탄소 1중량부의 비로 가하여 염기구리 탄소산(Basic Copper Carbonate) 내지 염기성 탄산동(Copper(II) Carbonate)으로 회수하는 것일 수 있다. 한편, 본 단계에서 구리 회수 비율의 절반만큼 이산화탄소를 소모시킴으로써, 친환경적인 공정을 구현할 수 있다. 상기 단계에 의해 활물질 분쇄물에 잔존하는 구리의 회수율은 98.5 내지 99.5%에 달한다. On the other hand, specifically, the copper recovery process using 10 wt% sodium hydroxide (NaOH) solution, after crystallization of copper (II) hydroxide under 70 °C and 5.5 pH conditions, the carbon dioxide 2 parts by weight of copper hydroxide to 1 weight of carbon dioxide It may be recovered with basic copper carbonate to basic copper carbonate by adding it at a negative ratio. On the other hand, by consuming carbon dioxide as much as half of the copper recovery rate in this step, it is possible to implement an environmentally friendly process. The recovery rate of copper remaining in the active material pulverized by the above step reaches 98.5 to 99.5%.
한편, 구체적으로 철 회수 공정은 10중량%의 수산화나트륨(NaOH) 용액을 이용하여, 90 내지 100℃ 및 3 내지 3.5 pH 조건 하에서, 나트륨 자로사이트(Sodium jarosite) 내지 수산화 철(Iron(II) hydroxide)로 회수할 수 있으며, 상기 단계에 의해, 활물질 분쇄물에 잔존하는 철을 99.9% 회수할 수 있다. On the other hand, specifically, the iron recovery process using sodium hydroxide (NaOH) solution of 10% by weight, under 90 to 100 ℃ and 3 to 3.5 pH conditions, sodium jarosite (Sodium jarosite) to iron hydroxide (Iron(II) hydroxide ), and by the above step, 99.9% of iron remaining in the active material pulverized material can be recovered.
다음으로, 상기 c 단계에서 얻어진 분쇄물에 산 용액을 첨가하여 산 침출한다(단계 d).Next, acid is leached by adding an acid solution to the pulverized product obtained in step c (step d).
상기 분쇄물 내에는 양극재 분쇄물, 음극재 분쇄물 또는 양극재와 음극재가 혼재된 분쇄물을 포함할 수 있으며, 상기 단계는 화학반응을 통해 분쇄물에 포함된 유가금속을 선택적으로 추출하기 위해 수행되는 것일 수 있다. The pulverized material may include a pulverized positive electrode material, a pulverized negative electrode material, or a pulverized material in which a positive electrode material and a negative electrode material are mixed, and the step is to selectively extract valuable metals contained in the pulverized material through a chemical reaction. It can be done.
구체적으로, 상기 단계는 3M 황산(H2SO4), 고액비(S/L) 1: 5, 과산화수소(H2O2) 및 70℃ 온도 조건에서 6시간 동안 수행되는 것일 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다. 한편, 산 침출시 산의 종류에 따라 필요한 온도 내지는 산도(pH level), 반응 시간 등은 필요에 따라 조절가능하며, 상기 황산 외에 염산 혹은 인산도 사용될 수 있다. Specifically, the step may be performed for 6 hours at a temperature condition of 3M sulfuric acid (H 2 SO 4 ), high liquid ratio (S/L) 1: 5, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and 70° C., but is not particularly limited. It does not work. On the other hand, the temperature, acidity (pH level), reaction time, etc., which are required depending on the type of acid when acid leaching, can be adjusted as needed, and hydrochloric acid or phosphoric acid may be used in addition to the sulfuric acid.
다음으로, 상기 d 단계에서 얻은 침출액으로부터 망간, 코발트 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 유가금속을 추출 및 회수한다(단계 e).Next, one or more valuable metals selected from the group consisting of manganese, cobalt, and nickel are extracted and recovered from the leach obtained in step d (step e).
구체적으로 상기 단계에서 유가금속 추출은 망간, 코발트 및 니켈 순으로 추출하는 것일 수 있으며, 상기와 같은 순으로 추출하는 경우 pH조절에 필요한 수산화나트륨 또는 산의 이용을 줄일수 있고, 또한 니켈의 회수 공정에서 코발트가 같이 회수되는 경우를 최소화하는 효과가 있다.Specifically, in the above step, the extraction of valuable metals may be in the order of manganese, cobalt, and nickel, and in the case of extraction in the order described above, the use of sodium hydroxide or acid necessary for pH control may be reduced, and also the recovery process of nickel It has the effect of minimizing the case where the cobalt is recovered together.
먼저, 망간 회수를 위해, d 단계에서 얻은 산 침출액에 과황산암모늄(Ammonium Persulfate)및 pH 조절을 위한 10중량%의 수산화나트륨(NaOH)을 첨가한다. 상세하게는 상기 과정에서 온도는 60 내지 80℃ 범위로 유지하면서, pH는 4로 조절하고, 과황산암모늄을 먼저 가한 후, 수산화나트륨을 천천히 첨가하면서, pH 3 내지 5 범위로 유지시키면서 반응을 수행하고, 상기 단계를 통해 얻어진 침출액을 여과하면, 고순도의 이산화망간(MnO2)이 먼저 분리된다. 한편, 상기 단계에서 망간은 약 98.5% 이상으로 회수될 수 있으며, 순도가 99.5% 이상으로 배터리 생산공정에 바로 활용이 가능하다.First, for the recovery of manganese, ammonium persulfate (Ammonium Persulfate) and 10% by weight of sodium hydroxide (NaOH) for pH adjustment are added to the acid leach obtained in step d. Specifically, in the above process, while maintaining the temperature in the range of 60 to 80°C, the pH is adjusted to 4, ammonium persulfate is first added, and sodium hydroxide is slowly added while maintaining the pH in the range of 3 to 5 to perform the reaction. And, if the leachate obtained through the above step is filtered, high purity manganese dioxide (MnO 2 ) is first separated. On the other hand, manganese can be recovered at about 98.5% or more in the above step, and the purity is 99.5% or more, which can be directly used in the battery production process.
다음으로 코발트 회수를 위해, 침출액에 2 내지 3M의 수산화 암모늄((NH4)OH)을 첨가하며, 65 내지 75℃ 온도 조건에서, pH 0.5 내지 2 범위를 유지한 상태로 반응시키며, 구체적인 몰비는 수산화 암모늄과 코발트를 1.2 : 1 내지 2 : 1의 범위로 한다. 한편, 상기 반응은 4 내지 5 시간 동안 수행될 수 있으며, 99.5 내지 99.8%의 순도 및 99.0% 이상의 회수율로 수산화 코발트(Co(OH)2)를 추출할 수 있다. 한편, 상기 단계 후, 코발트에 대해 이산화탄소 1 : 1 중량부비로 가하여 탄산코발트(CoCO3)로 회수한다. 한편, 본 단계에서 코발트 회수 비율만큼 이산화탄소를 소모시킴으로써, 친환경적인 공정을 구현할 수 있다.Next, for the recovery of cobalt, 2 to 3M of ammonium hydroxide ((NH 4 )OH) is added to the leachate, and reacted while maintaining a pH range of 0.5 to 2 at a temperature of 65 to 75°C. Ammonium hydroxide and cobalt are in the range of 1.2:1 to 2:1. Meanwhile, the reaction may be performed for 4 to 5 hours, and cobalt hydroxide (Co(OH) 2 ) may be extracted with a purity of 99.5 to 99.8% and a recovery rate of 99.0% or more. On the other hand, after the above step, with respect to cobalt, carbon dioxide is added at a weight ratio of 1: 1 to recover as cobalt carbonate (CoCO 3 ). Meanwhile, an eco-friendly process can be implemented by consuming carbon dioxide at a cobalt recovery rate in this step.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 코발트 회수율을 더욱 높이기 위한 추가적인 단계를 수행할 수 있으며, 비누화비율 10%의 1M Cyanex272를 첨가하고, 5.5의 pH조건 및 반응시간 1분으로 하여 추가적인 반응을 수행할 수 있다. 상기 반응 후, 2M 황산으로 Organic/Aqueous 비율 1:1로 실온에서 1분의 반응시간을 주며 씻어주면, 황산 코발트가 추출되고, 상기 2단계의 반응을 통해 회수되는 코발트의 총 회수율은 약 99.0 내지 99.8%에 해당한다. Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, an additional step for further increasing the recovery rate of the cobalt may be performed, and 1M Cyanex272 having a saponification rate of 10% is added, and a pH condition of 5.5 and a reaction time of 1 minute provide additional reaction. You can do After the reaction, when washed with 2M sulfuric acid with an organic/aqueous ratio of 1:1 for 1 minute at room temperature, cobalt sulfate is extracted, and the total recovery of cobalt recovered through the two-step reaction is about 99.0 to It corresponds to 99.8%.
다음으로, 니켈 회수를 위해, 10중량%의 수산화나트륨(NaOH)을 상기 산 침출액에 첨가하여, 산도 (pH)를 8 내지 9 범위로 조절하면서, 실온에서 1 내지 3 시간 동안 반응시킴으로써, 수산화니켈(Nickel(ll) hydroxide)로 결정화시킨다. 상기 단계를 통해 고순도의 니켈이 산 침출액으로부터 회수된다. 한편, 상기 단계에서 니켈은 99.1 내지 99.8%의 회수율로 회수될 수 있다. 한편, 상기 단계에서 회수되는 니켈은 순도가 99.2% 이상으로서, 배터리 생산공정에 바로 활용이 가능하다.Next, for nickel recovery, by adding 10% by weight of sodium hydroxide (NaOH) to the acid leachate, by adjusting the acidity (pH) in the range of 8 to 9, by reacting at room temperature for 1 to 3 hours, nickel hydroxide Crystallize with (Nickel(ll) hydroxide). Through this step, high purity nickel is recovered from the acid leachate. Meanwhile, in the above step, nickel may be recovered at a recovery rate of 99.1 to 99.8%. Meanwhile, the nickel recovered in the above step has a purity of 99.2% or more, and can be directly used in the battery production process.
다음으로, 상기 e 단계 후, 얻어진 리튬 산용액에 수산화염을 첨가하여 수산화리튬을 추출한다(단계 f).Next, after step e, lithium hydroxide is extracted by adding a hydroxide to the obtained lithium acid solution (step f).
수산화리튬은 일반적으로 전기자동차용 배터리 소재로 사용되며, 본 단계에서 수산화리튬 추출 공정은 리튬 산용액에 수산화염 중 1종을 선택해 첨가하면서 진행할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 수산화리튬 추출 공정은 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 리튬 산용액에 첨가함으로써 수행되며, 구체적으로, 산도 (pH)를 11 내지 13 범위로 조절하면서, 90 내지 120℃ 온도 조건 하에서 3 내지 5 시간 동안 반응시켜 수행될 수 있다. 상기 단계는 황산칼슘과 수산화리튬의 온도에 의한 용해도를 기반으로 수행되며, 고온에서 황산칼슘의 용해도를 최소화함으로써 결정화를 유도할 수 있다. 상기 반응에서 황산칼슘은 침전물이며, 고액(고체/액체)분리공정을 통해 수산화리튬은 따로 분리 될수 있다. 한편, 상기 단계에서 얻어지는 수산화리튬은 액체 상태이며, 전기차 배터리 생산에 적용을 위해, 150 내지 200℃ 온도 범위로 가열한 후, 진공 건조시키면 고체 상태의 수산화리튬으로 회수된다. Lithium hydroxide is generally used as a battery material for electric vehicles, and at this stage, the lithium hydroxide extraction process can be performed by selecting and adding one of the hydroxides to the lithium acid solution. The lithium hydroxide extraction process according to an embodiment of the present invention is performed by adding calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) to the lithium acid solution, and specifically, while adjusting the acidity (pH) in the range of 11 to 13, 90 to 120 It can be carried out by reacting for 3 to 5 hours under the temperature condition of ℃. The above step is performed based on the solubility of calcium sulfate and lithium hydroxide by temperature, and crystallization can be induced by minimizing the solubility of calcium sulfate at high temperature. In the reaction, calcium sulfate is a precipitate, and lithium hydroxide may be separated through a solid-liquid (solid/liquid) separation process. On the other hand, the lithium hydroxide obtained in the above step is in a liquid state, and is heated to a temperature range of 150 to 200°C for application in the production of an electric vehicle battery, and then vacuum dried to recover as solid lithium hydroxide.
다음으로, 상기 f 단계에서 얻어진 수산화리튬에 과산화수소를 첨가하여, 과산화리튬 용액을 제조한 다음(단계 g), 상기 얻어진 과산화리튬 용액에 이산화탄소를 첨가하여 탄산리튬 용액을 제조한다(단계 h).Next, hydrogen peroxide is added to the lithium hydroxide obtained in step f to prepare a lithium peroxide solution (step g), and then carbon dioxide is added to the obtained lithium peroxide solution to prepare a lithium carbonate solution (step h).
구체적으로, 상기 f 단계에서 추출한 고체 상태의 수산화리튬에 과산화수소를 가하면, 리튬 하이드로페록사이드(LiOOH)가 형성되는데, 여기에 탈수소화 반응(Dehydration)을 추가로 유도하는 경우, 과산화리튬(LiO2) 용액이 얻어진다. 상세하게는, 고체 상태의 수산화리튬에 에탄올과 15중량%의 과산화수소를 4 : 3 내지 5 : 3의 중량비로 첨가하여, 100℃의 온도 조건 하에서 1 내지 3시간 동안 화학반응을 수행함으로써, 리튬하이드로페록사이드를 형성한 후, 이를 진공가열함으로써 탈수소화 반응을 추가로 유도한다. Specifically, when hydrogen peroxide is added to the lithium hydroxide in the solid state extracted in the step f, lithium hydroperoxide (LiOOH) is formed. In this case, when dehydrogenation is further induced, lithium peroxide (LiO 2 ) A solution is obtained. Specifically, by adding ethanol and 15% by weight of hydrogen peroxide in a weight ratio of 4:3 to 5:3 to lithium hydroxide in a solid state, by performing a chemical reaction for 1 to 3 hours under a temperature condition of 100 ℃, lithium hydro After forming the peroxide, it is further heated by vacuum to further induce a dehydrogenation reaction.
다음으로, 상기와 같이 얻어진 과산화리튬 용액은 대기 중의 이산화탄소와 1 대 1의 중량비로 반응하여 이산화탄소를 바로 흡착시킴으로써, 치환 반응이 일어나 탄산리튬 용액이 제조된다. 한편, 상기 과정을 거쳐 제조되는 탄산리튬 용액의 순도는 99.5 내지 99.8 % 범위의 고순도 탄산리튬에 해당되므로, 휴대폰 및 노트북과 같은 휴대용 IT기기용 배터리 제조에 바로 적용이 가능한 수준이다.Next, the lithium peroxide solution obtained as described above reacts with carbon dioxide in the atmosphere in a weight ratio of 1 to 1 to adsorb carbon dioxide immediately, thereby causing a substitution reaction to produce a lithium carbonate solution. On the other hand, since the purity of the lithium carbonate solution produced through the above process corresponds to a high purity lithium carbonate in the range of 99.5 to 99.8%, it is directly applicable to the manufacture of batteries for portable IT devices such as mobile phones and notebooks.
한편, 상기 단계에서는 종래기술과 달리 탄산리튬 제조를 위해 기체 상의 이산화탄소가 바로 사용된다. 즉 이산화탄소가 탄산리튬 회수비율만큼 저감되는 효과가 발생하므로, 온실 효과의 주범인 이산화탄소를 대량으로 저감할 수 있게 되고, 전체적으로 상기 폐 리튬이온 이차전지 및/또는 스크랩의 재활용 시 친환경적인 공정을 확립할 수 있게 된다. On the other hand, in the above step, unlike the prior art, carbon dioxide in the gas phase is directly used for the production of lithium carbonate. That is, since the effect of reducing the carbon dioxide recovery rate by the lithium carbonate occurs, it is possible to reduce a large amount of carbon dioxide, which is the main cause of the greenhouse effect, and establish an environmentally friendly process when recycling the waste lithium ion secondary battery and/or scrap as a whole. It becomes possible.
구체적으로, 상기 공정은 실온에서 4 시간 내지는 6 시간 동안 반응시킴으로써, 수행될 수 있다.Specifically, the process may be performed by reacting at room temperature for 4 hours to 6 hours.
상술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법에 따르면, 폐 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 이차전지 제조 공정 중 발생하는 스크랩을 원료로, 일련의 공정을 통해 니켈, 망간 및 코발트를 포함하는 유가금속을 포함한 양극재, 흑연을 포함한 음극재, 알루미늄, 구리 및 철을 포함한 전지재료, 전해질 및, 전기차 배터리 소재인 수산화리튬과 일반적인 휴대용 IT기기의 배터리 소재인 탄산리튬까지 회수함으로써, 폐 리튬이온 이차전지 및 스크랩을 남김없이 재활용할 수 있게 된다.According to the recycling method of a waste lithium-ion secondary battery according to an embodiment of the present invention as described above, scrap generated during the manufacturing process of a waste lithium-ion secondary battery or a lithium-ion secondary battery as a raw material, nickel through a series of processes, Anode materials including manganese and cobalt-containing valuable metals, anode materials including graphite, battery materials including aluminum, copper and iron, electrolytes, lithium hydroxide as an electric vehicle battery material, and lithium carbonate as a battery material for general portable IT devices By recovering, it is possible to recycle the waste lithium-ion secondary battery and scrap.
또한, 상기 재활용 과정에서, 이산화탄소를 전해질 회수 공정, 유가금속 회수공정, 및 리튬 합성공정에 활용함으로써, 이산화탄소를 대량으로 저감하며, 친환경적인 효과를 얻을 수 있다. 특히, 상기 재활용 과정에서 화력발전 등 이산화탄소를 배출하는 산업체로부터 회수한 이산화탄소를 위 공정에 적용하는 경우, 이산화탄소 절감 효과를 극대화할 수 있는 장점이 있다. In addition, in the recycling process, carbon dioxide is used in an electrolyte recovery process, a valuable metal recovery process, and a lithium synthesis process, thereby reducing carbon dioxide in a large amount and obtaining an eco-friendly effect. In particular, when carbon dioxide recovered from an industry that emits carbon dioxide, such as thermal power generation, is applied to the above process in the recycling process, there is an advantage of maximizing the carbon dioxide reduction effect.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present description, descriptions of already known functions or configurations will be omitted to clarify the gist of the present description.
실시예Example
실시예 1 내지 2Examples 1 to 2
방전처리가 완료된 스마트폰용 폐 리튬이온 이차전지 10개(실시예 1) 및 리튬이온 이차전지 생산 공정 중 발생한 스크랩(실시예 2)을 각각 450g 및 25g 준비하였다. Ten discharged lithium ion secondary batteries for smartphones (Example 1), and scraps generated during the production process of lithium ion secondary batteries (Example 2), each of which had been discharged, were prepared at 450g and 25g, respectively.
상기 실시예 1 은 직접분해과정을 위해(Manual Dismantling)을 위해 배터리 본체 윗부분을 가로로 가르고, 액체 질소(Deactivation)에 담궈, 급냉각하였다. 다음으로, 상기 배터리를 각기 해체분해하여, 각각 음극재, 양극재, 분리막(전해액과 전해질이 흡수되어 있음)을 분리하였고, 종류대로 모아 먼저 중량을 확인한 결과 아래의 표 1과 같은 결과를 얻었다. In Example 1, the upper part of the battery body was cut horizontally for direct dismantling (Manual Dismantling), immersed in liquid nitrogen (Deactivation), and rapidly cooled. Next, each of the batteries was disassembled and decomposed, respectively, to separate a negative electrode material, a positive electrode material, and a separation membrane (electrolyte solution and electrolyte are absorbed), and collected according to the types to confirm the weight first to obtain the results shown in Table 1 below.
(총 450 g)(Total 450 g)
한편, 실시예 2는 이미 음극재와 양극재로 각각 구분되어 있어, 위의 단계를 거치지 아니하였다(다만, 스크랩의 경우 완전히 선별적으로 분리되어 있지는 않다.).On the other hand, Example 2 is already categorized as a negative electrode material and a positive electrode material, respectively, and the above steps have not been performed (however, in the case of scrap, they are not completely separated).
위 과정 후, 분리막만 따로 모아, 초임계 이산화탄소 추출 공정을 수행하였다. 용기 안은 아르곤(Ar) 대기 상태로 맞추고, 습기와 산소 포화율을 1 ppm미만인 상태를 유지하며, 사용되는 이산화탄소의 순도는 99.95%, 압력은 약 40 MPa, 온도는 50 내지 60℃ 범위에서 약 50분간 진행되었다. 추출을 돕기위해 아세토니트릴 (Acetonitrile), 프로필렌 카보네이트(Propylene Carbonate) 및 LiPCl6(리튬 헥사클로로포스페이트)가 3 : 1 : 1의 비율로 분당 0.5mL로 용기 속에 더해졌다. 추출물은 분당 4 리터의 속도(Constant rate of 4.0 L/min)로 지속적으로 다른 탱크에 모아졌다. 결과 분석을 위해, 먼저 혹시나 모를 남은 전해물질이 물에 녹는다는 점을 이용하여, 초임계 이산화탄소 추출공정이 끝난 분리막을 물에 담궜다가 수거하여 중량을 측정한 결과 아래의 표 2와 같은 결과를 얻었다.After the above process, only the separation membrane was collected separately, and a supercritical carbon dioxide extraction process was performed. The inside of the container is set to an argon (Ar) atmosphere, and the moisture and oxygen saturation rate is maintained at less than 1 ppm, the purity of carbon dioxide used is 99.95%, the pressure is about 40 MPa, and the temperature is about 50 in the range of 50 to 60°C. Proceeded for a minute. To aid extraction, acetonitrile, propylene carbonate and LiPCl 6 (lithium hexachlorophosphate) were added into the container at a ratio of 3: 1: 0.5 mL per minute. The extract was continuously collected in another tank at a rate of 4 liters per minute (Constant rate of 4.0 L/min). For the result analysis, first, by using the fact that the remaining electrolytic material is soluble in water, the supercritical carbon dioxide extraction process was completed by soaking it in water, and the weight was measured to obtain the results as shown in Table 2 below.
다음으로, 회수된 LiPF6 (육불화인산리튬) 전해질의 회수율을 알기 위해, pH 농도가 1 미만인 염산에 녹여 ICP-OES 방법으로 분석하였고, 그 결과 회수율은 90%이상으로 확인되었고, 순도 역시 증가하였다. Next, in order to know the recovery rate of the recovered LiPF 6 (lithium hexafluoride) electrolyte, it was dissolved in hydrochloric acid having a pH concentration of less than 1 and analyzed by ICP-OES method. As a result, the recovery rate was confirmed to be more than 90%, and the purity also increased. Did.
다음으로, 실시예 1의 음극재, 양극재를 모아 기계식 전처리 공정을 거쳐 분쇄하고, 실시예 2의 음극재, 양극재를 모아 기계식 전처리 공정을 거쳐 분쇄하였다. 먼저 상기 얻어진 분쇄물을 에어젯 분체기를 통해, 질량의 차이를 이용한 선별법으로 흑연을 수거하고, 이 단계를 3번 반복한뒤, 중량을 측정한 결과 아래의 표 3과 같은 결과를 얻었다. Next, the negative electrode material and the positive electrode material of Example 1 were collected and pulverized through a mechanical pretreatment process, and the negative electrode material and positive electrode material of Example 2 were collected and pulverized through a mechanical pretreatment process. First, the obtained pulverized material was collected through an air jet powder, and the graphite was collected by a screening method using a difference in mass, and after repeating this step three times, the weight was measured to obtain the results shown in Table 3 below.
다음으로, 나머지 음극재와 양극재 분쇄물을 먼저 5%의 수산화나트륨(NaOH) 용액에 담그어 알루미늄을 용해하였다. 구체적으로, 실온 조건 및 고액비율 10:1 조건 하에서, 4시간 동안 수행하였고. 상기 단계의 결과 99.9%의 알루미늄이 용해되고 여과함으로써 여과액은 추가로 수산화나트륨을 사용하여 pH조절을 통해 수산화 알루미늄으로 수거될 수 있고, 알루미늄이 빠짐으로써 나머지 여과하지 않은 분쇄물은 더욱 고순도 정제되었다.Next, the remaining negative electrode material and the positive electrode material pulverized material were first immersed in a 5% sodium hydroxide (NaOH) solution to dissolve aluminum. Specifically, it was performed for 4 hours under room temperature conditions and a high liquid ratio of 10:1. As a result of the above step, 99.9% of aluminum was dissolved and filtered, so that the filtrate could be additionally collected as aluminum hydroxide through pH control using sodium hydroxide, and the remaining unfiltered pulverized material was further purified by aluminum. .
다음으로, 분쇄물은 3M의 황산에, 고액비(S/L) 1:10, 과산화수소(H2O2)는 중량10%, 70℃온도에서 6시간가량 용해시킨 후, 분쇄물 내에 각 금속의 함유량을 측정하기 위해 원자 흡광 분광 광도계로 측정하였고, 또한 알루미늄의 함유량을 확인하기 위해, 상기 단계의 여과액도 측정한 결과 아래의 표 4와 같은결과를 얻었다.Next, the pulverized material was dissolved in 3M sulfuric acid, a solid-liquid ratio (S/L) of 1:10, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) of 10% by weight, and dissolved at a temperature of 70° C. for 6 hours, and then each metal in the crushed material To measure the content of was measured with an atomic absorption spectrophotometer, and also to confirm the content of aluminum, the filtrate of the above step was also measured to obtain the results shown in Table 4 below.
실시예 1의 경우는 구성물질의 중량%를 확인하였고, 또 흑연과 구리호일이 주 구성물질을 이루는 음극재에서 측정된 구리의 함유량이 56.5g 인걸로 미루어, 음극재 구성 중량 124.5g에서 구리함유량을 빼면 49.1g의 흑연이 포함되어 있었다. 3번의 에어젯 분체기 공정후, 흑연 회수율은 48.9/49.1*100으로 99.6%로 확인되었다. 실시예2의 경우는 흑연 회수공정 이후인 산 침출액에서 탄소의 함유량을 분석한 결과가 0.007g 로, 회수율이 99.7%로 확인되었다.In the case of Example 1, the weight percent of the constituent materials was confirmed, and the content of copper measured in the negative electrode material consisting of graphite and copper foil was 56.5 g, and the copper content in the negative electrode constituent weight 124.5 g Minus 49.1 g of graphite was included. After three airjet powder process, the graphite recovery rate was 48.9/49.1*100, which was confirmed to be 99.6%. In the case of Example 2, the result of analyzing the carbon content in the acid leaching solution after the graphite recovery process was found to be 0.007 g, and the recovery rate was 99.7%.
다음으로, 황산침출액에서 철을 회수하기 위해, 10중량%의 수산화나트륨 (NaOH)용액을 이용하여, 95℃의 온도, 3.5 pH 조건에서 2시간동안 공정을 진행하였고, 그 결과로, 나트륨 자로사이트(Sodium jarosite)와 수산화 철(Iron(II) hydroxide)로 회수되었다. 철의 회수율을 확인하기 위해, 남은 황산침출액을 다시 분석하였더니, 남은 철의 양은 0.001g 미만으로 확인되었다. 다시 말해, 상기 단계의 철의 회수율은 99.9%로 확인되었다. 한편, 실시예 2의 경우, 철이 포함되어 있지 않아, 상기 단계는 생략하였다.Next, in order to recover iron from the sulfuric acid leachate, a process was performed for 2 hours at a temperature of 95° C. and 3.5 pH using a 10% by weight sodium hydroxide (NaOH) solution. As a result, sodium jarosite (Sodium jarosite) and iron hydroxide (Iron(II) hydroxide). To confirm the recovery of iron, the remaining sulfuric acid leachate was analyzed again, and the amount of iron remaining was found to be less than 0.001 g. In other words, the recovery rate of iron in the above step was confirmed to be 99.9%. On the other hand, in the case of Example 2, since iron was not included, the above step was omitted.
다음으로, 실시예 1 침출액과 실시예 2 침출액, 모두에 10중량%의 수산화나트륨 (NaOH)용액을 이용하여, 70℃ 및 5.5 pH 조건 하에서, 2시간 동안 수산화구리(II)를 결정화시켰다. 수산화구리를 추출한 후, 진행된 나머지 실시예 1 침출액의 분석에서 구리의 잔존량은 약 1.05g으로 확인되었고, 회수율은 98.6%로 확인되었다. 실시예 2 침출액의 분석에서는 구리의 잔존량이 0.0673g으로 확인되었고, 이에 따른 회수율은 98.5%로 확인된다. Next, Example 1 leachate and Example 2 leachate were used for 10% by weight of sodium hydroxide (NaOH) solution, and crystallized copper(II) hydroxide for 2 hours at 70°C and 5.5 pH. After extracting the copper hydroxide, the remaining amount of copper in the analysis of the remaining Example 1 leach solution was confirmed to be about 1.05 g, and the recovery was found to be 98.6%. Example 2 In the analysis of the leach solution, the residual amount of copper was found to be 0.0673 g, and thus, the recovery rate was confirmed to be 98.5%.
이렇게 만들어진 수산화구리는 실온에서 대기중의 이산화탄소를 흡착하여, 염기구리 탄소산(Basic Copper Carbonate) 또는 염기성 탄산동(Copper(II) Carbonate)로 회수할수 있는데, 실험단계에서는 진행속도를 가속화 하기위해 이산화탄소를 배출하는 소각로 배출구에 수산화구리를 둠으로써, 염기구리 탄소산을 조합하였다. 이 과정에서 흡착하는 이산화탄소의 양은 2Cu(OH)2 + CO2 → Cu2CO3(OH)2 + H2O 식을 통해 이론적으로 계산할 수 있었으며, 실시예1에서 저감한 이산화탄소는 약 25.7g으로 확인되었고 실시예2에서 저감한 이산화탄소는 약 1.54 g으로 확인되었다. 이 양은 미미해 보일지 몰라도, 연간 3천톤의 폐 리튬이온이차전지를 재활용할 경우, 각각 172톤과 184톤의 대기 중의 이산화탄소 또는 발생하는 이산화탄소를 저감하는 효과를 발생한다.The copper hydroxide produced in this way adsorbs carbon dioxide in the air at room temperature, and can be recovered as basic copper carbonate or copper(II) carbonate. In the experimental stage, carbon dioxide is accelerated. Base copper carbon acid was combined by placing copper hydroxide at an incinerator outlet for discharging. The amount of carbon dioxide adsorbed in this process could be theoretically calculated through the formula 2Cu(OH) 2 + CO 2 → Cu 2 CO 3 (OH) 2 + H 2 O, and the carbon dioxide reduced in Example 1 was about 25.7 g. It was confirmed and the carbon dioxide reduced in Example 2 was found to be about 1.54 g. Although this amount may seem insignificant, when 3,000 tons of waste lithium ion secondary batteries are recycled annually, 172 tons and 184 tons of atmospheric carbon dioxide or carbon dioxide in the atmosphere are reduced, respectively.
98.5 내지 98.6% 회수율을 달성한 구리의 추가적인 회수, 또는 다음단계에 있을 코발트와 니켈의 순도를 높이고자, Acorga M5640라는 화학물을 남은 침출액에 사용하였고, 본 단계는 상기 금속들의 회수를 통해 증가한 pH를 다시 낮추기 위하여, 3M의 황산을 사용하였고, pH를 다시 1 로 조절하고, 실온에서 수행했으며, 10분 정도의 반응시간으로 진행하여 결정화하여 여과된 황산구리는 2M 황산을 Organic/Aqueous 비율 1 : 1로 하고 1분의 반응시간을 주며 씻어주었다. 상기 황산 세척단계는 2회 반복하였다. 이를 통하여, 추가적인 구리의 회수를 통해 회수율은 실시예1과 실시예2 모두 98.6%, 98.5%에서 99.8%로 증가하였다. To further recover the copper that achieved 98.5 to 98.6% recovery, or to increase the purity of cobalt and nickel in the next step, a chemical called Acorga M5640 was used for the remaining leach, and this step increased pH through recovery of the metals. To lower it again, 3M sulfuric acid was used, the pH was adjusted to 1 again, and it was carried out at room temperature. Crystallized by proceeding with a reaction time of about 10 minutes and filtered copper sulfate to 2M sulfuric acid in an Organic/Aqueous ratio of 1: 1 It was washed with a reaction time of 1 minute. The sulfuric acid washing step was repeated twice. Through this, the recovery rate was increased from 98.6% and 98.5% to 99.8% in both Example 1 and Example 2 through additional copper recovery.
다음으로, 실시예 1의 황산침출액에 10중량% 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하면 서 pH를 4.5로 맞추고, 온도는 80℃로 조절하며, 과황산암모늄을 투입하면, 이산화망간(MnO2)이 결정화되고 이를 여과분리 시켰다. 망간의 회수율 또한 남은 여과된 침출액을 다시 분석하여 확인하였고, 그 결과 남은 망간은 0.45g 수준으로 회수율은 98.6%로 확인되었다.Next, while adding 10 wt% sodium hydroxide (NaOH) to the sulfuric acid leachate of Example 1, adjusting the pH to 4.5, adjusting the temperature to 80°C, and adding ammonium persulfate, manganese dioxide (MnO 2 ) crystallizes And this was filtered off. The recovery rate of manganese was also confirmed by analyzing the remaining filtered leach solution, and as a result, the remaining manganese was found to be 0.45 g and the recovery rate was 98.6%.
다음으론 코발트 회수를 진행하였는데, pH 1 로 조절한 상태에서 3M의 수산화 암모니움(NH4)OH을 첨가하며, 70℃ 온도 조건에서 반응시키며, 구체적인 몰비는 (수산화 암모니움:코발트) 1.5 : 1 에서 진행하였다. 한편, 상기 반응은 4시간 동안 수행하였으며, 회수율이 99%이상이며, 순도가 99.8%에 달하는 수산화 코발트 (Co(OH)2)를 추출하였다. Next, the recovery of cobalt was carried out, 3M of ammonium hydroxide (NH 4 )OH was added in a state adjusted to pH 1, and the reaction was performed at a temperature of 70° C., and the specific molar ratio was (ammonium hydroxide: cobalt) 1.5: 1 Proceeded from Meanwhile, the reaction was performed for 4 hours, and the recovery rate was 99% or more, and cobalt hydroxide (Co(OH) 2 ) having a purity of 99.8% was extracted.
이렇게 회수된 수산화코발트에 이산화탄소를 가하면 탄산코발트(CoCO3)로 회수할 수 있는데, 실험에서는 암모니아수 속에 이산화탄소가 나오는 배출구를 튜브로 연결하고, 상기 회수된 수산화코발트를 넣어 반응시킴으로써 진행시간을 가속화하였다.When carbon dioxide is added to the recovered cobalt hydroxide, it can be recovered as cobalt carbonate (CoCO 3 ). In the experiment, the discharge time was accelerated by connecting the outlet through which the carbon dioxide was introduced into the ammonia water into a tube and putting the recovered cobalt hydroxide into reaction.
이 과정에서 흡착하는 이산화탄소의 양은 Co(OH)2 + CO2 → CoCO3 + H2O 식을 통해 이론적으로 계산할 수 있었으며, 실시예 1에서 저감한 이산화탄소는 약 44.28g으로 확인되었고, 실시예 2에서 저감한 이산화탄소는 약 3.08g으로 확인되었다. 이 양은 미미해 보일지 몰라도, 연간 3천톤의 폐 리튬이온이차전지를 재활용할 경우, 각각 295톤과 370톤의 대기중의 이산화탄소 또는 발생하는 이산화탄소를 저감하는 효과를 발생한다.The amount of carbon dioxide adsorbed in this process could be theoretically calculated through the formula Co(OH) 2 + CO 2 → CoCO 3 + H 2 O, and the carbon dioxide reduced in Example 1 was confirmed to be about 44.28 g, and Example 2 The carbon dioxide reduced in was found to be about 3.08 g. Although this amount may seem insignificant, when 3,000 tons of waste lithium ion secondary batteries are recycled annually, 295 tons and 370 tons of atmospheric carbon dioxide or carbon dioxide in the atmosphere are generated, respectively.
다음으로, 니켈 회수를 위한 실험을 진행하였는데, 10중량%의 수산화나트륨 (NaOH)를 상기 잔류한 산 침출액에 첨가하여, 산도 (pH)를 8.5 로 조절하면서, 실온에서 2시간 동안 반응시켰다. 그 결과로 수산화니켈(Nickel(ll) hydroxide)이 결정화되어 여과시켰고, 남은 침출액은 다시 분석을 실시하여 실시예 1은 99.3% 회수율을 확인하였고, 실시예 2는 처음부터 니켈의 함유량이 없었던것에 미뤄 상기 단계는 진행하지 않았다.Next, an experiment for nickel recovery was conducted, and 10% by weight of sodium hydroxide (NaOH) was added to the residual acid leaching liquid, and the pH was adjusted to 8.5 while reacting at room temperature for 2 hours. As a result, nickel hydroxide (Nickel(ll) hydroxide) was crystallized and filtered, and the remaining leach solution was analyzed again to confirm the recovery rate of 99.3% in Example 1, and Example 2 was deferred because there was no nickel content from the beginning. This step did not proceed.
다음으로, 마지막 남은 4대 희소금속인 리튬의 회수를 위해 남은 침출액에 수산화염을 첨가하고, 산도 (pH)를 11 로 맞추고, 100℃ 온도 조건 하에서 4 시간 동안 반응시켜 진행하였다. 상기 단계는 황산칼슘과 수산화리튬의 온도에 의한 용해도를 기반으로 수행되며, 고온에서 황산칼슘의 용해도를 최소화함으로써 결정화를 유도하였다. 그 결과, 결정화된 침전물이 황산칼슘이며, 고액(고체/액체)분리공정을 통해 수산화리튬은 액체상태로 따로 분리하였고, 액체상태의 수산화리튬을 가열로에 넣어 150℃ 온도 범위로 가열한 후, 진공 건조시키어 고체 상태의 수산화리튬으로 회수하였다.Next, for the recovery of the last remaining 4 rare metals, lithium, a hydroxide was added to the remaining leach solution, the acidity (pH) was adjusted to 11, and the reaction was performed for 4 hours under a temperature condition of 100°C. The above step is performed based on the solubility by the temperature of calcium sulfate and lithium hydroxide, and crystallization was induced by minimizing the solubility of calcium sulfate at high temperature. As a result, the crystallized precipitate is calcium sulfate, and lithium hydroxide was separately separated into a liquid state through a solid-liquid (solid/liquid) separation process, and then put lithium hydroxide in a liquid state into a heating furnace and heated to a temperature range of 150° C., It was dried in vacuo and recovered with lithium hydroxide in a solid state.
본 상태의 수산화리튬도 이산화탄소를 흡착하여 탄산 리튬으로의 전환을 유도할 수 있지만, 이산화탄소 흡착의 극대화를 위해 과산화리튬으로의 전환을 본 실험에서는 진행하였다. 에탄올과 15중량% 과산화수소를 4.5 : 3의 비율로 준비하고, 고체의 수산화리튬을 투입하고, 70℃ 이하의 온도 조건 하에서 45분간 섞어주었고, 20분 가량 100℃로 가열하였다. 그 결과로 리튬 하이드로페록사이드(LiOOH)가 형성되었는데, 여기에 탈수소화 반응(Dehydration)을 위해 계속 진공가열하여, 120℃ 온도에서 약 2 시간 반응시켜, 과산화리튬(Li2O2) 용액이 얻어졌다. 실험에서 과산화리튬의 회수율은 실시예1의 경우 94%로 확인되었고, 실시예 2의 경우는 95%로 확인되었다Lithium hydroxide in this state can also induce conversion to lithium carbonate by adsorbing carbon dioxide, but in order to maximize carbon dioxide adsorption, conversion to lithium peroxide was carried out in this experiment. Ethanol and 15% by weight of hydrogen peroxide were prepared at a ratio of 4.5: 3, lithium hydroxide as a solid was added, mixed for 45 minutes under a temperature condition of 70° C. or less, and heated to 100° C. for 20 minutes. As a result, lithium hydroperoxide (LiOOH) was formed. Here, vacuum heating was continued for dehydration, and reaction was performed at a temperature of 120° C. for about 2 hours to obtain a lithium peroxide (Li 2 O 2 ) solution. lost. In the experiment, the recovery rate of lithium peroxide was confirmed to be 94% for Example 1 and 95% for Example 2.
이렇게 얻어진 과산화리튬은 대기 중의 이산화탄소를 바로 흡착함으로써 탄산리튬으로의 전환이 가능한데, 이를 위해 구체적으로, 실험은 실온에서 약 5시간 동안 진행되었다. 이 과정에서 흡착하는 이산화탄소의 양은 2Li2O2 + 2CO2 → 2Li2CO3 + O2 식을 통해 이론적으로 계산할 수 있었으며, 실시예1에서 저감한 이산화탄소는 약 59.38g으로 확인되었고 실시예2에서 저감한 이산화탄소는 약 3.14g으로 확인되었다. 이 양은 미미해 보일지 몰라도, 연간 3천톤의 폐 리튬이온이차전지를 재활용할 경우, 각각 396톤 또는 376톤의 대기중의 이산화탄소 또는 발생하는 이산화탄소를 저감하는 효과를 발생한다.The thus obtained lithium peroxide can be converted into lithium carbonate by directly adsorbing carbon dioxide in the atmosphere. For this, specifically, the experiment was conducted at room temperature for about 5 hours. The amount of carbon dioxide adsorbed in this process could be theoretically calculated through the formula 2Li 2 O 2 + 2CO 2 → 2Li 2 CO 3 + O 2 , and the reduced carbon dioxide in Example 1 was confirmed to be about 59.38 g, and in Example 2 The reduced carbon dioxide was found to be about 3.14 g. Although this amount may seem insignificant, when 3,000 tons of waste lithium ion secondary batteries are recycled per year, 396 tons or 376 tons of atmospheric carbon dioxide or carbon dioxide in the atmosphere are generated, respectively.
상기 설명한 일련의 순서를 가진 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법에 의하면, 폐 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 이차전지 제조 공정 중 발생하는 스크랩을 원료로, 일련의 공정을 통해 유가금속을 포함한 양극재, 흑연을 포함한 음극재, 전해질 및, 전기차 배터리 소재인 수산화리튬과 일반적인 휴대용 IT기기의 배터리 소재인 탄산리튬까지 회수함으로써, 폐 리튬이온 이차전지 및 스크랩을 남김없이 재활용할 수 있게 된다.According to the recycling method of a waste lithium-ion secondary battery having a series of the above-described sequence, a scrap material generated during the manufacturing process of a waste lithium-ion secondary battery or a lithium-ion secondary battery is used as a raw material, and a cathode material including valuable metals through a series of processes, By recovering the negative electrode material including graphite, electrolyte and lithium hydroxide, which is an electric vehicle battery material, and lithium carbonate, which is a battery material of a typical portable IT device, waste lithium ion secondary batteries and scraps can be recycled without leaving.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법에 의하면, 이산화탄소를 전해질 회수 공정, 유가금속 회수 공정 및 리튬 합성공정에 활용함으로써, 이산화탄소를 대량으로 저감하며, 친환경적인 효과를 얻을 수 있어 친환경적이다.In addition, according to the recycling method of a waste lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention, carbon dioxide is used in an electrolytic recovery process, a valuable metal recovery process, and a lithium synthesis process, thereby reducing carbon dioxide in a large amount and having an eco-friendly effect. It is environmentally friendly because it can be obtained.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.In the foregoing, although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, the present invention is not limited to the described embodiments, and it is common knowledge in the art that various modifications and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is obvious to those who have it. Therefore, such modifications or variations should not be individually understood from the technical spirit or viewpoint of the present invention, and the modified embodiments should belong to the claims of the present invention.
Claims (4)
b) 상기 a 단계에서 회수된 분리막을 30 내지 55℃ 온도 조건 및 20 내지 40 MPa 압력 조건 범위 내에서 초임계 이산화탄소 추출 처리하는 단계;
c) 상기 a 단계에서 얻어진 분쇄물을 에어젯 분체기(Air Jet Sieve)를 이용하여 분체 운동시켜, 흑연(Graphite)을 분리하는 단계;
d) 상기 c 단계에서 얻어진 분쇄물에 산 용액을 첨가하여 산 침출하는 단계;
e) 상기 d 단계에서 얻은 침출액으로부터 망간, 코발트 및 니켈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 유가금속을 추출 및 회수하는 단계;
f) 상기 e 단계 후, 얻어진 리튬 산용액에 수산화염을 첨가하여 수산화리튬을 추출하는 단계;
g) 상기 f 단계 후, 얻어진 수산화리튬에 과산화수소를 첨가하여, 과산화리튬 용액을 제조하는 단계; 및
h) 상기 g 단계 후, 얻어진 과산화리튬 용액에 이산화탄소를 첨가하여 탄산리튬 용액을 제조하는 단계; 를 포함하며,
상기 b 단계의 분리막 및 전해질 회수 공정, e 단계의 유가금속 회수 공정 및 h 단계의 탄산리튬 용액 제조 공정에서 대기 중의 이산화탄소를 사용하여 이산화탄소를 대량으로 저감하는, 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법.a) separating and recovering the positive electrode material, the negative electrode material, the separator, and the electrolyte from the waste lithium ion secondary battery or scrap, and then mechanically pretreating the positive electrode material and the negative electrode material to obtain a pulverized material;
b) subjecting the separation membrane recovered in step a to supercritical carbon dioxide extraction within a temperature range of 30 to 55°C and a pressure condition of 20 to 40 MPa;
c) separating the graphite by pulverizing the pulverized product obtained in step a using an Air Jet Sieve;
d) acid leaching by adding an acid solution to the pulverized product obtained in step c;
e) extracting and recovering at least one valuable metal selected from the group consisting of manganese, cobalt and nickel from the leach obtained in step d;
f) after step e, extracting lithium hydroxide by adding a hydroxide to the obtained lithium acid solution;
g) after step f, adding hydrogen peroxide to the obtained lithium hydroxide to prepare a lithium peroxide solution; And
h) after step g, adding carbon dioxide to the obtained lithium peroxide solution to prepare a lithium carbonate solution; It includes,
A method of recycling a waste lithium ion secondary battery, which uses carbon dioxide in the atmosphere to reduce carbon dioxide in a large amount in the separation membrane and electrolyte recovery process in step b, a valuable metal recovery process in step e, and a lithium carbonate solution production step in step h.
상기 c 단계 및 d 단계 사이에서, 알루미늄, 구리 및 철로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 전지재료를 회수하는 단계를 더 포함하는, 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법. According to claim 1,
Between the steps c and d, further comprising the step of recovering at least one battery material selected from the group consisting of aluminum, copper, and iron, recycling method of a waste lithium ion secondary battery.
상기 폐 리튬이온 이차전지 또는 스크랩은 알루미늄 및 구리로 이루어지는 집전체 분쇄물, 및 탄소, 리튬, 철, 망간, 코발트 및 니켈 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 활물질 분쇄물 및 LiPF6, LiClO4 및 LiBF4 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 전해질 및 다이메틸 설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide), 프로필렌 카보네이트(Propylene Carbonate), 다이에틸 카보네이트(Diethyl Carbonate), 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate), 다이메틸 카보네이트(Dimethyl Carbonate)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 이들의 조합을 포함하는 전해질 용매가 포함된 분리막을 포함하는, 폐 리튬이온 이차전지의 재활용 방법.According to claim 1,
The waste lithium ion secondary battery or scrap is a current collector pulverized material composed of aluminum and copper, and an active material pulverized material including at least one selected from carbon, lithium, iron, manganese, cobalt, and nickel, and LiPF 6 , LiClO 4 and Electrolyte containing at least one selected from LiBF 4 and dimethyl sulfoxide, propylene carbonate, diethyl carbonate, ethylene carbonate, and dimethyl carbonate ) Comprising a separator comprising an electrolyte solvent containing one or a combination selected from the group consisting of, a method of recycling a waste lithium ion secondary battery.
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