KR102499905B1 - 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 취성을 갖는 양극판의 특성을 활용하여 습식 공정수를 줄이고 가열 공정을 생략하여 시스템 간소화를 도모할 수 있는 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템에 관한 것으로서, 배터리 본체의 분해작업을 수행하는 복수의 로봇이 포함되는 분해부; 상기 분해작업을 거친 분해물이 투입되는 제1파쇄기와 상기 제1파쇄기에서 토출되는 분쇄물을 보다 미세하게 파쇄하는 제2파쇄기를 포함하는 파쇄부; 상기 제2파쇄기로부터 토출되는 분쇄물을 조분과 미분으로 분리해 수거하는 스크린필터유닛을 포함하는 1차필터부; 상기 조분에서 구리분체를 분리해 수거하는 에어처리부; 상기 미분이 투입되는 침수조와 상기 침수조에 구비되는 초음파발진기를 포함하는 초음파처리부; 상기 침수조에서 만들어진 침전물을 알루미늄 분체와 잔여 침전물로 분리 수거하는 스크린필터를 포함하는 2차필터부; 상기 잔여 침전물이 반응액과 함께 투입되는 반응조를 포함하며, 상기 반응액의 pH를 조절하여 잔여 침전물로부터 유가금속을 종류별로 수거하는 산도처리부; 및 상기 제구성의 부속기기 작동을 관할하는 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 취성을 갖는 양극판의 특성을 활용하여 습식 공정수를 줄이고 가열 공정을 생략하여 시스템 간소화를 도모할 수 있는 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템에 관한 것이다.
전기자동차의 상용화가 진전됨으로써 차량 동력원으로 사용되는 리튬이차전지의 수요 증가와 함께 폐리튬이차전지의 배출이 늘고 있는 추세이다.
다만, 폐리튬이차전지는 유해물질인 전해액을 담고 있어 별다른 처리 없이 버려지는 경우 환경오염을 유발하는 바, 안정적으로 해체 폐기하되 극판소재(구리, 알루미늄)나 니켈, 코발트, 망간, 리튬과 같은 활물질(이하 ‘유가금속’이라 한다)과 같이 경제적 가치가 있는 금속을 회수하려는 시도가 다양하게 전개되고 있다.
이에 본 출원인은 폐리튬이차전지를 셀단위로 해제한 후 복수의 이화학적 공정을 이용하여 극판소재와 유가금속을 회수하는 기술인 폐리튬이차전지 일괄처리시스템을 아래의 특허문헌 1에 개시한 바 있다.
상기 종래기술은 도 1에 도시된 바와 같이 로봇을 이용해 폐배터리팩을 셀단위로 분해하는 분해처리부(100), 상기 분해된 폐배터리팩을 파쇄기에 투입하여 분쇄물을 얻는 파쇄처리부(200), 상기 분쇄물은 양극활물질(니켈, 코발트, 망간, 리튬)이 부착되어 있는 알루미늄 분체, 음극활물질(흑연)이 부착되어 있는 구리 분체 및 분리막 분체로 이루어지는데, 분쇄물에 부작된 전해질을 알칼리액으로 용해 제거하는 한편 분리막 분체를 부유시켜 수거하는 알칼리 침수처리부(300), 상기 알칼리 침수처리부(300)를 거친 분쇄물을 침수조에 투입한 후 초음파 진동을 가해 알루미늄 분체에 피복되어 있는 양극활물질을 박리시키는 침전처리부(400), 상기 침전처리부(400)의 침전물을 가열해 액체 성분을 증발시켜 고형분을 얻는 열처리부(500), 와전류를 이용하는 상기 고형분 중 알루미늄 분체, 구리 분체 및 양극활물질이 포함되어 있는 기타 분체를 각각 수거하는 분급처리부(600) 및 상기 기타 분체를 강산성을 띠는 반응조에 투입한 후 여기에 가성소다를 투입, 반응조내의 pH 를 변화시켜 양극활물질인 니켈, 코발트, 망간, 리튬을 각각 분리 수거하는 유가금속 회수처리부(700)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
다만, 상기 일괄처리시스템은 복수의 습식 공정 과정에서 발생하는 폐수를 정화하기 위해 추가설비가 요구되며, 열처리부(500) 운전에 고비용이 소요되는 문제가 있다.
한편, 본 발명인은 폐배터리팩 분쇄과정에서 양극판이 취성에 의해 미세하게 분쇄되는 점을 주목하여, 이러한 물적 특성을 고려하면 보다 간소화된 폐배터리팩 재활용시스템을 구축할 수 있을 것으로 판단하여 본 발명을 개시하게 되었다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 습식 공정수를 줄이고 가열 공정을 생략한 상태에서도 폐리튬이온배터리팩으로부터 구리와 알루미늄 및 유가금속을 보다 효율적으로 수거할 수 있는 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템은, 배터리 본체의 분해작업을 수행하는 복수의 로봇이 포함되는 분해부; 상기 분해작업을 거친 분해물이 투입되는 제1파쇄기와 상기 제1파쇄기에서 토출되는 분쇄물을 보다 미세하게 파쇄하는 제2파쇄기를 포함하는 파쇄부; 상기 제2파쇄기로부터 토출되는 분쇄물을 조분과 미분으로 분리해 수거하는 스크린필터유닛을 포함하는 1차필터부; 상기 조분에서 구리분체를 분리해 수거하는 에어처리부; 상기 미분이 투입되는 침수조와 상기 침수조에 구비되는 초음파발진기를 포함하는 초음파처리부; 상기 침수조에서 만들어진 침전물을 알루미늄 분체와 잔여 침전물로 분리 수거하는 스크린필터를 포함하는 2차필터부; 상기 잔여 침전물이 반응액과 함께 투입되는 반응조를 포함하며, 상기 반응액의 pH를 조절하여 잔여 침전물로부터 유가금속을 종류별로 수거하는 산도처리부; 및 상기 제구성의 부속기기 작동을 관할하는 제어부로 이루어진다.
또한, 본 발명의 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템은, 상기 스크린필터유닛에 초음파 발진기가 더 구비된다.
또한, 본 발명의 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템은, 상기 에어처리부가 상기 조분을 일정한 풍속을 갖는 바람에 분사하고, 비중에 따라 분체가 분급되는 특성을 이용해 분리막분체, 구리분체, 기타분체로 분리 수거한다.
또한, 본 발명의 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템은, 상기 에어처리부에 상기 기타분체를 수거하여 침수조로 송급하는 수단이 더 구비된다.
또한, 본 발명의 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템은, 상기 침수조에 교반기가 더 구비된다.
본 발명의 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템에 의하면, 폐리튬이온배터리팩의 분쇄물을 조분과 미분으로 분리 수거하는 스크린필터유닛, 바람을 이용해 구리를 분리 수거하는 밀도분리장치 및 알루미늄 분체로부터 유가금속을 분리하는 초음파발진기를 통해, 습식 공정수를 줄이고 가열 공정을 생략하여 설치해야 할 설비가 대폭 감소되므로, 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템의 구축이 보다 용이해지고 시스템 운용비용을 획기적으로 절감할 수 있으며 관리 편의성도 크게 향상된다.
도 1은 종래기술에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템의 1차필터부와 에어처리부를 확대 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템의 초음파처리부와 2차필터부를 확대 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템의 1차필터부와 에어처리부를 확대 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템의 초음파처리부와 2차필터부를 확대 도시한 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템을 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템의 1차필터부와 에어처리부를 확대 도시한 구성도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템의 초음파처리부와 2차필터부를 확대 도시한 구성도이다.
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템은 폐리튬이온배터리팩을 셀단위로 해체하는 분해부(10), 해체된 폐리튬이온배터리팩을 분쇄하는 파쇄부(20), 파쇄부(20)의 분쇄물을 여과하여 후술할 조분과 미분으로 분류하는 1차필터부(30), 상기 조분에서 구리 분체를 수거하는 에어처리부(40), 상기 미분 중 알루미늄 분체에 부착되어 있는 양극활물질을 박리하는 초음파처리부(50), 상기 알루미늄 분체와 양극활물질을 분류하는 2차필터부(60), 상기 2차필터부(60)에서 분류된 양극활물질에서 니켈, 코발트, 망간, 리튬을 각각 선별 수거하는 산도처리부(70), 및 상기 제구성의 부속기기 작동을 관할하는 제어부로 이루어진다.
이하, 상기 구성 요소들을 중심으로 본 발명의 구체적인 내용을 설명하면, 먼저 분해부(10)는 배터리 본체(팩, 모듈, 셀)의 전기적, 기계적 연결을 절단하는 한편 배터리 본체로부터 부속품(커버, 프레임, 냉각유닛, 케이블 등)을 절취해 별도로 배출하는 구성으로서, 배터리 본체 단위별(팩, 모듈, 셀)로 분해작업을 수행하는 복수의 로봇(11), 분해작업 대상 배터리 본체를 이송하는 컨베이어(13)가 포함된다.
분해부(10)의 세부구성은 종래기술(폐리튬이차전지 일괄처리시스템)의 발명 내용과 유사한 바 구체적인 설명을 생략한다.
파쇄부(20)는 상기 분해부(10)에서 해체된 배터리 본체(이하 "분해물"이라 한다)를 파쇄하여 분쇄물을 만드는 구성으로서, 분해물 투입되는 제1파쇄기(21)와 상기 제1파쇄기(21)에서 토출되는 분쇄물을 보다 미세하게 파쇄하는 제2파쇄기(22)를 포함한다.
상기 제1파쇄기(21)로는 해머밀이, 상기 제2파쇄기(22)로는 크러셔밀이 사용되며, 파쇄부(20)의 세부구성 또한 종래기술의 발명 내용과 유사한 바 구체적인 설명을 생략한다.
한편, 제2파쇄기(22)에서 토출되는 분쇄물은 양극활물질(니켈, 코발트, 망간, 리튬)이 부착되어 있는 알루미늄 분체, 음극활물질(흑연)이 부착되어 있는 구리 분체, 분리막 분체가 혼재되어 있으며, 각 분체에는 전해질 성분이 묻어있는 상태이다.
1차필터부(30)는 스크린필터유닛(31)을 포함한다.
상기 스크린필터유닛(31)에서는 제2파쇄기(22)에서 수득된 분쇄물을 여과지에 통과시키는데, 앞서 언급한 바와 같이 양극활물질이 부착되어 있는 알루미늄 분체는 취성으로 인해 다른 분체에 비해 미세하게 분쇄되는 바, 여과지에 남아있는 조분(구리 분체와 분리막 분체가 포함되어 있음)은 에어처리부(40)로 이송되며, 여과지를 통과한 미분, 즉 알루미늄 분체가 주성분인 분체는 초음파처리부(50)로 이송된다.
한편, 상기 스크린필터유닛(31)에는 초음파 발진기가 더 구비될 수 있으며, 이를 이용해 여과지에 초음파 진동을 가하면 여과 효율을 높일 수 있다.
에어처리부(40)는 상기 조분을 일정한 풍속을 갖는 바람에 분사하고, 비중에 따라 분체가 분급되는 특성을 이용해 분리막분체, 구리분체, 기타분체로 분리 수거하는 구성으로서, 여기에는 밀도분리장치(41)가 사용될 수 있다.
한편, 상기 기타분체에는 스크린필터유닛(31)의 여과지를 통과하지 못한 알루미늄 조분이 혼재되어 있는 바, 이를 수거하여 초음파처리부(50)에 송급하기 위해 에어처리부(40)에는 후술할 침수조(51)와 연결되는 분말회수라인(43)과 상기 분말회수라인(43)에 구비되는 이송수단(진공펌프 등)이 설치될 수 있다.
초음파처리부(50)는 알루미늄 분체에 부착되어 있는 양극활물질을 분리해내는 구성으로서, 1차필터부(30)로부터 이송되는 미분과 상기 분말회수라인(43)으로부터 이송되는 기타 분체가 물과 함께 투입되는 침수조(51), 상기 침수조(51)에 구비되는 교반기(53)와 초음파발진기(55)로 이루어진다.
상기 교반기(53)의 교반작업으로 침수조(51) 내부에 미분과 기타 분체가 섞여 혼합액이 만들어지며, 이 과정에서 분체에 묻어있는 전해질이 제거된다.
또한, 상기 혼합액에 상기 초음파발진기(55)에서 발진되는 초음파를 입사시키면 초음파 진동에 의해 양극활물질의 박리가 이루어지게 된다.
이후 박리작업이 완료되면, 침수조(51)의 바닥에는 침전물이 남게되는데, 이를 취하여 2차필터부(60)로 송급한다.
2차필터부(60)는 스크린필터(61)를 포함한다.
상기 침전물을 스크린필터(61)에 투입하면 여과지에는 알루미늄 분체가 남게 되고 이를 별도의 이송수단을 통해 수거하며, 여과지를 통과한 잔여 침전물은 산도처리부(70)로 이송된다.
산도처리부(70)는 반응조(71), 상기 반응조(71)에 배관 연결되는 반응액 투입유닛(73)과 유가금속 회수유닛(75)으로 이루어진다.
상기 반응액 투입유닛(73)에는 황산, 과산화수소, 가성소다 및 물이 저장 대기하고 있으며, 제어부의 신호에 의해 반응조(71)에 황산과 과산화수소가 물과 함께 투입되어 반응액이 강산성을 띠도록 조성한 상태에서, 상기 스크린필터(61)의 여과지를 통과한 잔여 침전물에 투입된다.
다음으로, 반응조(71)에 가성소다를 투입하여 반응액의 pH 변화를 주면 특정 pH에서 양극활물질의 특정 유가금속이 침출되며, 이를 유가금속 회수유닛(75)에 통과시켜 회수하는 한편, 다시 가성소다를 추가로 투입하여 반응액의 pH조절을 반복하여 나머지 유가금속을 순차적으로 분리 수거한다.
산도처리부(70)의 세부구성은 종래기술의 발명 내용과 유사한 바 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
10: 분해부
11: 로봇 13: 컨베이어
20: 파쇄부
21: 제1파쇄기 22: 제2파쇄기
30: 1차필터부
31: 스크린필터유닛
40: 에어처리부
41: 밀도분리장치 43: 분말회수라인
50: 초음파처리부
51: 침수조 53: 교반기
55: 초음파발진기
60: 2차필터부
61: 스크린필터
70: 산도처리부
71: 반응조 73: 반응액 투입유닛
75: 유가금속 회수유닛
11: 로봇 13: 컨베이어
20: 파쇄부
21: 제1파쇄기 22: 제2파쇄기
30: 1차필터부
31: 스크린필터유닛
40: 에어처리부
41: 밀도분리장치 43: 분말회수라인
50: 초음파처리부
51: 침수조 53: 교반기
55: 초음파발진기
60: 2차필터부
61: 스크린필터
70: 산도처리부
71: 반응조 73: 반응액 투입유닛
75: 유가금속 회수유닛
Claims (5)
- 배터리 본체의 분해작업을 수행하는 복수의 로봇(11)이 포함되는 분해부(10);
상기 분해작업을 거친 분해물이 투입되는 제1파쇄기(21)와 상기 제1파쇄기(21)에서 토출되는 분쇄물을 보다 미세하게 파쇄하는 제2파쇄기(22)를 포함하는 파쇄부(20);
상기 제2파쇄기(22)로부터 토출되는 분쇄물을 구리 분체 및 분리막 분체가 포함된 조분과 알루미늄 분체가 포함된 미분으로 분리 수거하는 스크린필터유닛(31)을 포함하는 1차필터부(30);
상기 1차필터부(30)로부터 이송된 조분에서 구리 분체와 분리막 분체를 분리해 수거하는 에어처리부(40);
상기 1차필터부(30)로부터 이송되는 미분이 투입되는 침수조(51)와 상기 침수조(51)에 구비되는 초음파발진기(55)를 포함하는 초음파처리부(50);
상기 침수조(51)에서 만들어진 침전물을 알루미늄 분체와 잔여 침전물로 분리 수거하는 스크린필터(61)를 포함하는 2차필터부(60);
상기 잔여 침전물이 반응액과 함께 투입되는 반응조(71)를 포함하며, 상기 반응액의 pH를 조절하여 잔여 침전물로부터 유가금속을 종류별로 수거하는 산도처리부(70); 및
상기 제구성의 부속기기 작동을 관할하는 제어부;
로 이루어지며,
상기 에어처리부(40)는 상기 조분을 일정한 풍속을 갖는 바람에 분사하고, 비중에 따라 분체가 분급되는 특성을 이용해 분리막분체, 구리분체, 기타분체로 분리 수거하며,
상기 에어처리부(40)에는 상기 기타분체를 수거하여 침수조(51)로 송급하는 수단이 더 구비되되, 상기 수단은 침수조(51)와 연결되는 분말회수라인(43)과 상기 분말회수라인(43)에 구비되는 이송수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템. - 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020220111325A KR102499905B1 (ko) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템 |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102499905B1 true KR102499905B1 (ko) | 2023-02-16 |
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ID=85326161
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|---|---|---|---|
| KR1020220111325A KR102499905B1 (ko) | 2022-09-02 | 2022-09-02 | 폐리튬이온배터리팩 재활용시스템 |
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| KR (1) | KR102499905B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR940006646A (ko) * | 1992-09-02 | 1994-04-25 | 카말 알라비 / 슈테펜 미즐러 | 닉켈-카드뮴 또는 닉켈-수소화물-셀의 처리방법 |
| JPH1074539A (ja) * | 1996-09-02 | 1998-03-17 | Nikko Kinzoku Kk | 使用済みリチウム電池からの有価物回収方法 |
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| KR102334855B1 (ko) | 2021-07-16 | 2021-12-03 | 에스아이에스 주식회사 | 폐리튬이차전지 일괄처리시스템 |
-
2022
- 2022-09-02 KR KR1020220111325A patent/KR102499905B1/ko active IP Right Grant
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| KR102334855B1 (ko) | 2021-07-16 | 2021-12-03 | 에스아이에스 주식회사 | 폐리튬이차전지 일괄처리시스템 |
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