KR102173990B1 - 리튬 이온 전지의 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 리튬 이온 전지의 처리 방법은, 알루미늄을 포함하는 하우징으로 감싼 리튬 이온 전지를 가열하여 처리하는 방법이며, 화염에 의해 소각 대상물을 소각 처리하는 소각로를 사용하여, 상기 리튬 이온 전지의 하우징에 화염이 직접적으로 닿는 것을 방지하면서, 해당 리튬 이온 전지를 가열한다.
Description
본 발명은 알루미늄을 포함하는 하우징에 의해 주위가 덮인 리튬 이온 전지를 가열하여 처리하는 방법에 관한 것이고, 특히 가열 처리 시에는 리튬 이온 전지의 주위의 하우징의 취화를 방지하여, 리튬 이온 전지로부터의 알루미늄의 제거에 기여할 수 있는 기술을 제안하는 것이다.
각종 전자 디바이스를 비롯하여 많은 산업 분야에서 사용되고 있는 리튬 이온 전지는, 망간, 니켈 및 코발트를 함유하는 리튬 금속염을 정극 활물질로서 사용하고, 그 정극 활물질을 포함하는 정극재 및 부극재의 주위를, 알루미늄을 포함하는 하우징으로 감싼 것이며, 최근은 그의 사용량의 증가 및 사용 범위의 확대에 수반하여, 전지의 제품 수명이나 제조 과정에서의 불량에 의해 폐기되는 양이 증대되고 있는 상황이다.
이러한 상황 하에서는, 대량으로 폐기되는 리튬 이온 전지 스크랩으로부터, 상기한 니켈 및 코발트 등의 유가 금속을 재이용하기 위하여 비교적 저비용으로 용이하게 회수될 것이 요망된다.
유가 금속의 회수를 위하여, 리튬 이온 전지 스크랩 등의 리튬 이온 전지를 처리하기 위해서는, 처음에 리튬 이온 전지를 배소함으로써, 내부에 포함되는 유해한 전해액을 제거하여 무해화함과 함께, 그 후에 파쇄, 사별(篩別)을 순서대로 행하여, 하우징이나 정극 기재에 포함되는 알루미늄을 어느 정도 제거하는 전공정을 실시한다.
계속해서, 전공정에 의해 얻어지는 분말상의 정극재를 산 침출하고, 거기에 포함될 수 있는 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 등을 용액 중에 용해시켜, 침출후액을 얻는 침출 공정을 행한다.
그리고 그 후, 침출후액에 용해되어 있는 각 금속 원소를 분리시키는 회수 공정을 행한다. 여기에서는, 침출후액에 침출되어 있는 각각의 금속을 분리시키기 위하여, 침출후액에 대하여, 분리시키는 금속에 따른 복수 단계의 용매 추출 혹은 중화 등을 순차적으로 실시하고, 나아가, 각 단계에서 얻어진 각각의 용액에 대하여, 역 추출, 전해, 탄산화 그 밖의 처리를 실시한다. 구체적으로는, 먼저 알루미늄을 회수하고, 계속하여 망간, 그리고 코발트, 그 후에 니켈을 회수하고, 마지막으로 수상으로 리튬을 남김으로써, 각 유가 금속을 회수할 수 있다.
그런데, 상술한 바와 같이, 리튬 이온 전지를 산 침출하기 전에, 리튬 이온 전지를 배소하는 데 있어서, 화염에 의해 소각 대상물을 소각 처리하는 소각로를 사용하여, 리튬 이온 전지에 화염을 직접적으로 닿게 하여 가열하면, 리튬 이온 전지의 외장을 구성하는 하우징 및 내부의 알루미늄박, 구리박이 산화·취화된다. 그것에 의하여, 그 후의 리튬 이온 전지의 파쇄 시에, 알루미늄을 포함하는 하우징 및 내부의 알루미늄박, 구리박이 분쇄되기 쉬워지고, 여기에서 분쇄된 하우징, 알루미늄박, 구리박은, 사별로 체 위에 남아 제거하는 것이 곤란해지므로, 체 아래로 회수되는 분말상의 정극재에 많이 혼입되어, 정극재를 산 침출했을 때에 침출후액에 많은 알루미늄이 포함되게 된다.
그 결과로서, 회수 공정에서 알루미늄의 분리·제거를 위한 공수가 필요해지고, 그것에 의한 비용이 늘어난다는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하는 것을 과제로 하는 것이며, 그의 목적으로 하는 점은, 리튬 이온 전지의 가열 처리 시에, 그의 하우징, 알루미늄박, 구리박의 산화·취화를 유효하게 방지할 수 있는 리튬 이온 전지의 처리 방법을 제공하는 데 있다.
발명자는 예의 검토한 결과, 소각로에서 리튬 이온 전지에 화염을 직접 닿게 하면, 시료가 급격한 온도 상승을 하여, 하우징이 산화·취화 및 하우징이 파열되거나 또는 하우징이 파열되지 않아도 내부의 알루미늄박, 구리박이 산화·취화되어, 그 후의 파쇄로 분쇄되기 쉬워짐을 알아내었다.
그로 인해, 소각로 내에서 리튬 이온 전지를 가열할 때에 그의 하우징에 화염을 직접 닿지 않게 함으로써, 하우징을 파열시키지 않거나 또는 하우징, 알루미늄박, 구리박의 산화·취화를 억제하여, 리튬 이온 전지를 유효하게 가열할 수 있다고 생각했다.
이러한 지견 하에서, 본 발명의 리튬 이온 전지의 처리 방법은, 알루미늄을 포함하는 하우징으로 감싼 리튬 이온 전지를 가열하여 처리하는 방법이며, 화염에 의해 소각 대상물을 소각 처리하는 소각로를 사용하여, 상기 리튬 이온 전지의 하우징에 화염이 직접적으로 닿는 것을 방지하면서, 해당 리튬 이온 전지를 가열하는 데 있다.
본 발명의 처리 방법은, 소각로 내에서의 리튬 이온 전지의 온도 상승을, 대기 분위기 하에서 행하는 것이 가능하다.
여기서, 구체적으로는, 상기 소각로 내에서, 상기 리튬 이온 전지를, 해당 리튬 이온 전지의 하우징에 화염이 직접적으로 닿는 것을 방지하는 전지 보호 컨테이너 내에 배치하고, 상기 전지 보호 컨테이너의 외면에 화염을 닿게 할 수 있다.
상기한 전지 보호 컨테이너는, 리튬 이온 전지의 하우징 내로부터 유출된 가스를 전지 보호 컨테이너의 외측으로 배출시키는 가스 배출 구멍을 갖는 것이 적합하다.
상기 전지 보호 컨테이너 내에는, 상기 리튬 이온 전지와 함께 충전재를 배치하는 것이 바람직하다.
이 충전재는 분체로 할 수 있고, 그 중에서도 알루미나의 분체로 하는 것이 바람직하다.
상기 전지 보호 컨테이너 내에서는, 리튬 이온 전지의 전체를 상기 충전재 내에 매설하여 배치하는 것이 바람직하다.
상기 전지 보호 컨테이너의 외면의 화염을 닿게 하는 개소에는 단열재를 설치하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 리튬 이온 전지의 가열 종료 후, 리튬 이온 전지의 상기 하우징으로 감싼 성상이 유지되는 것이 적합하다.
본 발명의 리튬 이온 전지의 처리 방법에 의하면, 리튬 이온 전지의 하우징에 화염이 직접적으로 닿는 것을 방지하면서, 리튬 이온 전지를 가열함으로써, 하우징의 산화를 억제할 수 있으므로, 하우징의 파열 및 하우징, 알루미늄박, 구리박의 산화·취화를 유효하게 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서 사용할 수 있는 전지 보호 컨테이너의 일례를, 내부에 리튬 이온 전지를 배치한 상태로 개략적으로 도시하는 투과 사시도이다.
도 2는 실시예 1의 가열 공정에서의 시료 온도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 2의 가열 공정에서의 시료 온도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 3의 가열 공정에서의 시료 온도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 비교예 1의 가열 공정에서의 시료 온도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 비교예 2의 가열 공정에서의 시료 온도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 실시예 1의 가열 공정에서의 시료 온도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 2의 가열 공정에서의 시료 온도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 3의 가열 공정에서의 시료 온도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 비교예 1의 가열 공정에서의 시료 온도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 비교예 2의 가열 공정에서의 시료 온도의 경시 변화를 나타내는 그래프이다.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시 형태의 리튬 이온 전지의 처리 방법에서는, 알루미늄을 포함하는 하우징에 의해 감싸인 리튬 이온 전지를 대상으로 하고, 화염에 의해 소각 대상물을 소각 처리하는 소각로를 사용하여, 상기한 리튬 이온 전지의 하우징에 화염이 직접적으로 닿는 것을 방지하면서, 리튬 이온 전지를 가열한다.
(리튬 이온 전지)
본 발명에서 대상으로 하는 리튬 이온 전지는, 휴대 전화, 그 밖의 다양한 전자 기기 등에서 사용되는 리튬 이온 전지라면 어떤 것이든 상관없지만, 그의 주위를 감싸는 하우징으로서, 알루미늄을 포함하는 하우징을 갖는 것으로 한다. 그 중에서도, 전지 제품의 수명이나 제조 불량 또는 그 밖의 이유에 의해 폐기된, 소위 리튬 이온 전지 스크랩을 대상으로 하는 것이, 자원의 유효 활용의 관점에서 바람직하다.
리튬 이온 전지의 하우징으로서는, 예를 들어 알루미늄만으로 이루어지는 것이나, 알루미늄 및 철, 알루미늄 라미네이트 등을 포함하는 것이 있다.
또한, 리튬 이온 전지는, 상기한 하우징 내에 리튬, 니켈, 코발트 및 망간 중 1종 이상의 단독 금속 산화물 또는 2종 이상의 복합 금속 산화물 등으로 이루어진 정극 활물질이나, 정극 활물질이 유기 결합제 등에 의해 도포되어 고착된 알루미늄박(정극 기재)을 포함하는 것으로 할 수 있다. 또한 그 밖에, 리튬 이온 전지에는 구리, 철 등이 포함되는 경우가 있다.
또한, 리튬 이온 전지에는 일반적으로 하우징 내에 전해액이 포함된다. 전해액으로서는, 예를 들어 에틸렌카르보네이트, 디에틸카르보네이트 등이 사용되는 경우가 있다.
하우징으로 감싼 리튬 이온 전지는, 실질적으로 정사각형 혹은 직사각 형상의 평면 윤곽 형상을 갖는 것으로 할 수 있고, 이 경우, 처리 전의 치수로서, 예를 들어 세로가 40㎜ 내지 80㎜, 가로가 35㎜ 내지 65㎜, 두께가 4㎜ 내지 5㎜인 것을 대상으로 할 수 있지만, 이 치수의 것에 한정되는 것은 아니다.
(가열 공정)
이 가열 공정에서는, 화염에 의해 소각 대상물을 소각 처리하는 통상의 소각로를 사용하는 것이, 특수한 설비를 사용하는 경우에 비하여 설비 비용의 증대를 억제할 수 있는 점에서 유리하다.
단, 이러한 소각로 내에서, 상술한 바와 같은 하우징을 갖는 리튬 이온 전지의 하우징에 화염을 직접적으로 닿게 하여, 리튬 이온 전지를 가열하면, 하우징 및 알루미늄박, 구리박이 산화·취화된다. 이 경우, 가열 공정 후에 리튬 이온 전지를 파쇄할 때에 취화된 하우징, 박도 또한 미세하게 분쇄되기 쉬워지므로, 체 아래로 회수되는 분말상의 정극재에, 하우징 등에 포함되는 알루미늄이 많이 혼입된다. 그것에 의하여, 후에 알루미늄을 회수하는 작업 및 비용이 증대된다.
이것에 대처하기 위하여, 본 발명에서는, 리튬 이온 전지에 화염이 직접적으로 닿는 것을 방지하면서, 리튬 이온 전지를 가열한다. 예를 들어, 화염의 주위로부터, 리튬 이온 전지를 일정 거리로 멀리 떨어지게 하여 배치할 수 있다.
여기서, 소각로 내에서, 리튬 이온 전지에 화염이 직접 닿는 것을 방지하기 위한 방법의 일례로서, 리튬 이온 전지(10)를, 도 1에 예시하는 바와 같은 전지 보호 컨테이너(1) 내에 배치하고, 이 전지 보호 컨테이너(1)의 외면에 화염을 닿게 함으로써, 리튬 이온 전지(10)를 가열하는 것이 적합하다.
이 경우, 전지 보호 컨테이너(1)가, 그의 내부에 배치된 리튬 이온 전지(10)의 하우징에 화염이 닿는 것을 방지하면서, 화염에 의한 열을, 기대한 온도에서 리튬 이온 전지로 전달하기 위해 기능하므로, 리튬 이온 전지의 하우징의 급격한 온도 상승을 방지함과 함께, 하우징, 박의 산화도 방지하여, 리튬 이온 전지를 유효하게 배소할 수 있다. 그 결과로서, 가열 공정의 종료까지, 하우징으로 리튬 이온 전지의 주위가 감싸인 상태가 유지되어, 파쇄·사별 시에 하우징, 박의 미립화를 방지하여, 체 위에 이들을 제거하는 것을 용이하면서도 확실하게 행할 수 있다.
리튬 이온 전지(10)는 가열되면, 내부의 전해액이 기화되어 하우징 내로부터 가스가 유출되므로, 상기한 전지 보호 컨테이너(1)는, 리튬 이온 전지(10)의 하우징으로부터 유출된 가스를 컨테이너 외부로 배출시키는 가스 배출 구멍(2)을 갖는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 전지 보호 컨테이너(1)는, 가스 배출 구멍(2)으로서의 개구부를 갖고, 바닥(3)이 있는 통상의 용기로 할 수 있다. 이 경우, 통상의 용기의 횡단면의 내외 윤곽 형상은, 도시와 같은 진원형, 장원형 혹은 타원형 그 밖의 원형 외에도, 사각형 그 밖의 다각형 등의 다양한 형상으로 할 수 있다. 또한, 전지 보호 컨테이너(1)로 리튬 이온 전지(10)의 하우징에 화염을 직접 닿게 하는 것을 방지하기 위하여, 전지 보호 컨테이너(1)의, 적어도 화염을 닿게 하는 개소는, 관통 구멍 등의 공소가 없는 벽면으로 하는 것이 적합하다.
전지 보호 컨테이너(1)의 재질로서는, 예를 들어 스테인리스강, 탄소강 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되지 않고, 소각로의 화염을 직접 닿게 해도 견딜 수 있는 내열성 재료로 할 수 있다.
또한 여기에서는, 전지 보호 컨테이너(1) 내에 리튬 이온 전지와 함께, 충전재(4)를 배치할 수 있고, 이 충전재(4)는 전지 보호 컨테이너(1)로부터 리튬 이온 전지(10)로의 열의 전도성을 균일화할 수 있으므로, 리튬 이온 전지(10)의 전체에 걸쳐 균일하게 전열하는 것을 보다 확실하게 유지할 수 있다.
충전재(4)로서는, 각종 세라믹분, 모래 등을 들 수 있지만, 특히 도시와 같은 분체로 하는 것이, 리튬 이온 전지(10)의 균일한 가열의 관점에서 바람직하다.
충전재(4)를 분체로 하는 경우, 특히 알루미나의 분체로 하는 것이 적합하다. 이것은, 열에 대하여 안정되고, 분체이기 때문에 공기를 차단하는 효과가 있어, 가열 처리 후에 파쇄·사별 등에 의해 회수한 정극재를 포함하는 유가 금속을 산 침출할 때에는 침출액에 불순물로서 용해되지 않기 때문이다.
이러한 분체의 충전재(4)는, 하우징으로부터 가스가 유출되는 리튬 이온 전지(10)의 주위로의 산소의 도달을 저해하므로, 가열 시의 하우징의 산화를 보다 유효하게 방지하기 위해서도 기능한다. 그로 인해, 이 경우는, 소각로 내가 대기 분위기라도 하우징의 산화를 유효하게 방지할 수 있으므로, 소각로 내의 분위기를 변화시키기 위한 특수한 설비를 요하지 않는다. 또한, 전지 보호 컨테이너(1)의 가스 배출 구멍(2)을, 하우징으로부터 유출하는 가스의 배출로 전지 보호 컨테이너(1) 내로의 다량의 산소의 유입이 저지될 정도로 작게 함으로써도, 하우징의 산화를 방지할 수 있다.
열 전도성 및 산화 방지의 관점에서, 도 1에 도시한 바와 같이 리튬 이온 전지(10)는 그의 전체를, 충전재(4) 내에 매설하여 배치하는 것이 바람직하다.
상기한 충전재(4)를 사용하거나, 또는 사용하지 않는 것과 무관하게, 도시는 생략하였지만, 전지 보호 컨테이너 내를, 예를 들어 개개의 리튬 이온 전지를 배치할 수 있을 만큼의 작은 공간으로 구획함으로써, 각 리튬 이온 전지로의 열 전도를 균일화할 수 있어, 리튬 이온 전지의 균등 연소를 실현할 수 있다.
또한 도시는 생략하였지만, 전지 보호 컨테이너의 외면의 화염을 닿게 하는 개소에, 금속판, 세라믹제의 판 등으로 이루어지는 차폐판 그 밖의 단열재를 배치할 수 있다. 이 단열재는, 전지 보호 컨테이너의 화염을 닿게 하는 개소의 국소적인 온도 상승을 방지하여, 리튬 이온 전지로의 균일한 열 전도에 기여할 수 있다.
이러한 가열 공정은, 예를 들어 소각로 등의 소정의 노 내에서 대기 분위기라도, 리튬 이온 전지의 하우징의 산화를 방지할 수 있으므로, 하우징이 산화되지 않는 분위기를 만들어 내기 위한 설비 등을 요하지 않는 점에서 유리하다.
또한 이 가열 공정에서는, 처음에 리튬 이온 전지의 온도를 상승시키고, 그 후, 그 온도가 200℃ 내지 400℃, 바람직하게는 220℃ 내지 380℃의 범위 내에 도달했을 때부터, 예를 들어 10분 이상, 바람직하게는 20분 이상에 걸쳐, 그 낮은 온도 범위를 유지할 수 있다.
(침출 공정 및 회수 공정)
상기한 가열 공정 후, 소요에 따라 파쇄 및 사별함으로써, 알루미늄이 충분히 제거된 입상 내지 분상 등의 정극재를 포함하는 사별물을 얻을 수 있다.
그 후, 이 입상 내지 분상의 정극재를 포함하는 사별물을, 황산 등의 산성 용액에 첨가하여 침출시켜 얻은 침출후액으로부터, 침출후액 중에 용해되어 있는 니켈, 코발트, 망간 등을 회수한다. 구체적으로는, 예를 들어 용매 추출 또는 중화에 의해, 처음에 망간을 분리시켜 회수하고, 계속하여 코발트를, 그 후에 니켈을 순차적으로 분리시켜 회수하여, 마지막으로 수상으로 리튬을 남긴다.
여기에서는, 상술한 가열 공정에 의해, 침출후액에 용해된 금속에, 알루미늄이 거의 포함되지 않게 되는 점에서, 회수 공정에서의 알루미늄의 분리 제거에 요하는 처리를 간략화 내지 생략할 수 있다. 그것에 의하여, 처리 능률의 향상 및 처리 비용의 저감을 실현할 수 있다.
실시예
이어서, 본 발명의 처리 방법을 시험적으로 실시하고, 그의 효과를 확인했으므로 이하에 설명한다. 단, 여기에서의 설명은, 단순한 예시를 목적으로 하는 것으로서, 거기에 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.
(실시예 1)
대기 분위기에 있어서, 도가니로에서 Al 하우징의 리튬 이온 전지를 가열했다. 도가니로의 전기 히터선으로부터의 열이 직접 리튬 이온 전지에 닿지 않도록 알루미나제 도가니 중에 리튬 이온 전지를 넣고 가열했다. 또한, 시료 온도가 급격한 상승을 하지 않도록 히터의 출력을 조정하고, 550℃까지 가열했다. 도 2에 시료 온도의 이력을 그래프로 나타낸다. 가열 후의 리튬 이온 전지는, Al 하우징의 팽창은 보였지만, 하우징이 파열되거나 하지 않아 원형이 유지되고 있었다. 가열 처리 후의 리튬 이온 전지를 파쇄기로 파쇄 후, 사별하고 눈 크기 1㎜의 체로 사별하여, 체 아래로 정극재 등을 회수했다. 사별물(<1㎜)의 품위는, Co가 37％, Al이 4.5％, Cu가 0.7％이며, Co 회수율은 98％였다. 사별물의 분석값과 회수율을 표 1에 나타낸다.
또한, 여기에서 말하는 회수율은, 가열 처리한 리튬 이온 전지를 파쇄, 사별하여 회수한 각 사별물의 중량과, 각 사별물을 축분한 시료를 산 용해하여 ICP 발광 분석 장치로 분석한 분석값으로부터 얻은 각 사별물의 품위로부터, 성분마다의 금속량을 산출하고, 이 전체 산출물의 각 금속량 합계에 대한 사별물(<1㎜) 중의 각 금속량의 중량 백분율로서 구한 것이다.
실시예 1에서는, 리튬 이온 전지를 가열 시에 알루미나제 도가니에 넣음으로써 열원으로부터 복사를 경감시키고, 또한 도가니로 히터의 출력을 조정함으로써, 시료의 급격한 온도 상승을 회피함으로써, 하우징 내로부터 가스를 충분히 유출시킬 수 있어, 리튬 이온 전지의 파열을 방지할 수 있었다. 그 결과로서, 표 1에 나타내는 결과로부터, 코발트를 높은 회수율로 회수하면서, 사별물 중의 알루미늄양을 적게 할 수 있음을 알 수 있다.
(실시예 2)
대기 분위기에 있어서, 도가니로에서 Al 하우징의 리튬 이온 전지를 가열했다. 도가니로의 전기 히터선으로부터의 열이 직접 리튬 이온 전지에 닿지 않도록 알루미나제 도가니 중에 리튬 이온 전지를 넣고, 리튬 이온 전지를 알루미나분으로 피복했다. 히터의 최대 출력으로 가열하여, 550℃까지 가열했다. 도 3에 시료 온도의 이력을 그래프로 나타낸다. 가열 후의 리튬 이온 전지는, Al 하우징의 팽창은 보였지만, 하우징이 파열되거나 하지 않아 형태를 유지하고 있었다. 가열 처리 후의 리튬 이온 전지를 파쇄기로 파쇄 후, 사별하고 눈 크기 1㎜의 체로 사별하여, 체 아래로 정극재 등을 회수했다. 사별물(<1㎜)의 품위는 Co 38％, Al 1.8％, Cu 0.4％이고, Co 회수율은 85％였다. 사별물의 분석값과 회수율을 표 2에 나타낸다.
표 2에 나타내는 결과로부터, 실시예 2에서는, 리튬 이온 전지를 가열 시에, 알루미나제 도가니에 넣고, 또한 알루미나분으로 피복함으로써 열원으로부터 복사를 경감시킨 것으로, 도가니로 히터의 최대 출력으로 가열함에도 불구하고, 시료의 급격한 온도 상승을 회피할 수 있음으로써, 하우징 내로부터 가스를 충분히 유출시킬 수 있어, 리튬 이온 전지의 파열을 방지할 수 있었다. 이 실시예 2에서도 또한 코발트를 높은 회수율로 회수하면서, 사별물 중의 알루미늄양을 적게 할 수 있었다.
(실시예 3)
대기 분위기에 있어서, 철재로 제작한 보트에 Al 하우징의 리튬 이온 전지를 넣고, 정치형 소각로에서 가열했다. 정치형 소각로의 중유 버너로부터의 화염 및 열이 직접 리튬 이온 전지에 닿지 않도록, 보트 중에 리튬 이온 전지를 넣고, 리튬 이온 전지를 알루미나분으로 피복했다. 도 4에 시료 온도의 이력을 그래프로 나타낸다. 가열 후의 리튬 이온 전지는, Al 하우징의 팽창은 보였지만, 대부분의 하우징이 파열되지 않아 형태를 유지하고 있었다. 가열 처리 후의 리튬 이온 전지를 파쇄기로 파쇄 후, 사별하고 눈 크기 1㎜의 체로 사별하여, 체 아래로 정극재 등을 회수했다. 사별물(<1㎜)의 품위는 Co 36％, Al 3.6％, Cu 1.0％이고, Co 회수율은 92％였다. 사별물의 분석값과 회수율을 표 3에 나타낸다.
(비교예 1)
대기 분위기에 있어서, 도가니로에서 Al 하우징의 리튬 이온 전지를 가열했다. 전기로의 가열 능력의 풀 파워로 가열하고, 그 후 다시 550℃까지 가열했다. 도 5에 시료 온도의 이력을 그래프로 나타낸다. 시료 온도는 급격하게 상승했다. 가열 후의 리튬 이온 전지는, 전체적으로 파손되어 있는 상태로, 일부는 내부의 알루미늄박이 보이는 상태였다. 가열 처리 후의 리튬 이온 전지를 파쇄기로 파쇄 후, 사별하고 눈 크기 1㎜의 체로 사별하여, 체 아래로 정극재 등을 회수했다. 사별물(<1㎜)의 품위는 Co 31％, Al 7.0％, Cu 1.3％이고, Co 회수율은 71％였다. 사별물의 분석값과 회수율을 표 4에 나타낸다.
비교예 1에서는, 리튬 이온 전지의 승온 과정에서 온도를 급격하게 상승시킴으로써, 리튬 이온 전지가 파손되어 하우징의 알루미늄박의 대부분이 산화되었다고 생각되고, 그것에 의하여, 표 4에 나타내는 결과로부터, 사별물 중의 알루미늄양이 많아짐을 알 수 있다.
(비교예 2)
대기 분위기에 있어서, 철재로 제작한 보트에 Al 하우징의 리튬 이온 전지를 넣고, 정치형 소각로에서 가열했다. 보트 중에 덮개를 하지 않고 리튬 이온 전지를 넣은바, 정치형 소각로에서의 가열 시에, 중유 버너의 화염이 리튬 이온 전지에 닿았다. 도 6에 시료 온도의 이력을 그래프로 나타낸다. 정치형 소각로의 중유 버너의 화염이 직접 닿음으로써, 시료 온도는 급격하게 상승했다. 가열 후의 리튬 이온 전지는, 전체적으로 파손 또는 Al이 용융되어 있는 상태였다. 가열 처리 후의 리튬 이온 전지를 파쇄기로 파쇄 후, 사별하고 눈 크기 1㎜의 체로 사별하여, 체 아래로 정극재 등을 회수했다. 사별물(<1㎜)의 품위는 Co 23％, Al 4.3％, Cu 3.9％이고, Co 회수율은 37％였다. 사별물의 분석값과 회수율을 표 5에 나타낸다.
비교예 2에서는, 중유 버너의 화염이 리튬 이온 전지에 닿아, 리튬 이온 전지의 온도가 급격하게 승온함으로써, 리튬 이온 전지가 파손되어, 함유되는 알루미늄의 대부분이 산화되었다고 생각되고, 그것에 의하여, 표 5에 나타내는 결과로부터, 사별물 중의 알루미늄양이 많아짐을 알 수 있다.
이상으로부터, 화염에 의해 소각 대상물을 소각 처리하는 소각로를 사용한 경우에도 복사, 대류에 의한 열원으로부터의 리튬 이온 전지로의 전열을 억제하는 조치를 취하거나, 혹은/또한 리튬 이온 전지로의 산소의 도달을 방지함으로써, 시료의 급격한 온도 상승을 회피하여, 알루미늄 하우징의 파손, 알루미늄박, 구리박의 산화·취화를 억제할 수 있고, 그것에 의하여, 가열 처리 후의 리튬 이온 전지를 파쇄·사별하여 예를 들어 <1㎜의 사별물로서 회수할 때에 정극재 성분을 포함하는 사별물을 높은 회수율로, 또한 낮은 알루미늄 품위로 회수할 수 있음을 알 수 있다.
1: 전지 보호 컨테이너
2: 가스 배출 구멍
3: 바닥
4: 충전재
10: 리튬 이온 전지
2: 가스 배출 구멍
3: 바닥
4: 충전재
10: 리튬 이온 전지
Claims (10)
- 알루미늄을 포함하는 하우징으로 감싼 리튬 이온 전지를 가열하여 처리하는 방법이며,
화염에 의해 소각 대상물을 소각 처리하는 소각로 내에서, 상기 리튬 이온 전지를, 해당 리튬 이온 전지의 하우징에 화염이 직접적으로 닿는 것을 방지하는 스테인리스강 또는 탄소강제의 전지 보호 컨테이너 내에 배치하고, 상기 전지 보호 컨테이너의 외면에 화염을 닿게 하는 것에 의해, 상기 리튬 이온 전지의 하우징에 화염이 직접적으로 닿는 것을 방지하면서, 상기 하우징이 산화하지 않는 분위기에서, 해당 리튬 이온 전지에 기대한 온도로 화염의 열을 전달하여 가열하는, 리튬 이온 전지의 처리 방법. - 제1항에 있어서, 리튬 이온 전지의 가열시에, 리튬 이온 전지의 온도를 상승시켜, 그 온도가 200℃~400℃의 범위 내에 도달했을 때부터 10분 이상에 걸쳐, 해당 온도 범위를 유지하는, 리튬 이온 전지의 처리 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소각로 내에서의 리튬 이온 전지의 온도 상승을, 대기 분위기 하에서 행하는, 리튬 이온 전지의 처리 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전지 보호 컨테이너가, 리튬 이온 전지의 하우징 내로부터 유출된 가스를 전지 보호 컨테이너의 외측으로 배출시키는 가스 배출 구멍을 갖는, 리튬 이온 전지의 처리 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전지 보호 컨테이너 내에, 상기 리튬 이온 전지와 함께 충전재를 배치하는, 리튬 이온 전지의 처리 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 충전재를 분체로 하는, 리튬 이온 전지의 처리 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 분체를 알루미나로 하는, 리튬 이온 전지의 처리 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 전지 보호 컨테이너 내에서, 리튬 이온 전지의 전체를, 상기 충전재 내에 매설하여 배치하는, 리튬 이온 전지의 처리 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전지 보호 컨테이너의 외면의 화염을 닿게 하는 개소에 단열재를 설치하는, 리튬 이온 전지의 처리 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리튬 이온 전지의 가열 종료 후, 리튬 이온 전지의 상기 하우징으로 감싼 성상이 유지되는, 리튬 이온 전지의 처리 방법.
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