KR102519579B1 - Electrode collecting system for spent lithium ion battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 폐배터리 전극 수거시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파우치형 셀을 전개하고 풍력을 이용하는 구성을 통해 셀에서 알루미늄 소재의 양극과 구리 소재의 음극을 효과적으로 분리 수거할 수 있는 폐배터리 전극 수거시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a waste battery electrode collection system, and more particularly, to a waste battery electrode collection system capable of effectively separating and collecting an aluminum positive electrode and a copper negative electrode in a cell through a configuration in which a pouch-type cell is deployed and wind power is used. It's about the system.
전기차의 상용화가 진전됨으로써 차량 동력원으로 사용되는 리튬이차전지의 수요 증가와 함께 폐리튬이차전지의 배출이 늘고 있는 추세이다.As the commercialization of electric vehicles advances, the demand for lithium secondary batteries used as vehicle power sources increases, and the emission of waste lithium secondary batteries is increasing.
다만, 폐리튬이차전지는 유해물질인 전해액을 담고 있어 별다른 처리 없이 버려지는 경우 환경오염을 유발하는 바, 안정적으로 해체 폐기하되 전극소재(구리, 알루미늄)나 니켈, 코발트, 망간, 리튬과 같은 활물질(이하 ‘유가금속’이라 한다)과 같이 경제적 가치가 있는 금속을 회수하려는 시도가 다양하게 전개되고 있다.However, waste lithium secondary batteries contain electrolyte, which is a harmful substance, and cause environmental pollution when discarded without any treatment. Various attempts have been made to recover metals with economic value, such as (hereinafter referred to as 'valuable metals').
이에 본 출원인은 폐리튬이차전지를 셀단위로 해제한 후 복수의 이화학적 공정을 이용하여 전극소재와 유가금속을 회수하는 기술인 폐리튬이차전지 일괄처리시스템을 아래의 특허문헌 1에 개시한 바 있다. Accordingly, the present applicant discloses a waste lithium secondary battery batch processing system, which is a technology for recovering electrode materials and valuable metals by using a plurality of physicochemical processes after releasing waste lithium secondary batteries cell by cell, in Patent Document 1 below. .
한편, 리튬이차전지는 분리막을 경계로 박막 구조의 양극과 음극을 배치하고 여기에 전해액을 채워 만들어진 셀을 최소단위로 하여, 복수개의 셀을 하나의 모듈로 묶고, 다시 복수개의 모듈을 하나의 팩 형태로 만들어져 전기차 등에 탑재된다.On the other hand, a lithium secondary battery arranges a cathode and anode of a thin film structure with a separator as a boundary, and uses an electrolyte filled cell as the minimum unit, tying a plurality of cells into one module, and then combining the plurality of modules into one pack. It is made into a form and mounted on an electric vehicle.
그리고, 셀은 형태에 따라 각형, 파우치형, 원형으로 분류되는데, 파우치형 셀은 생산단가가 높으나 경량이고 안정성이 우수하여 현재 국내 전기차 생산 업체에서는 파우치형 셀로 이루어진 배터리 팩을 주로 사용하고 있다.In addition, cells are classified into prismatic, pouch-type, and circular types according to their shape. Pouch-type cells have a high production cost, but are lightweight and have excellent stability. Currently, domestic electric vehicle producers mainly use battery packs made of pouch-type cells.
한편, 본 출원인은 파우치형 셀에서는 분리막이 지그재그 형태로 집적되는 점을 주목하여, 이러한 셀 구조 특성을 고려하면 보다 수월하게 전극소재를 수거할 수 있을 것으로 판단되어 본 발명을 개시하게 되었다.On the other hand, the applicant of the present invention, paying attention to the fact that separators are integrated in a zigzag form in a pouch-type cell, determined that the electrode material could be more easily collected by considering the cell structure characteristics, and disclosed the present invention.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 파우치형 셀에서 알루미늄 소재의 양극과 구리 소재의 음극을 효과적으로 분리 수거할 수 있는 폐배터리 전극 수거시스템을 제공하는 것이다.An object to be solved by the present invention is to provide a waste battery electrode collection system capable of effectively separating and collecting an aluminum positive electrode and a copper negative electrode in a pouch-type cell.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폐배터리 전극 수거시스템은, 모듈이 적재되는 제1작업대와, 상기 제1작업대에 인접 배치되어 모듈을 이송하는 제1로봇과, 상기 제1로봇에 인접 배치되어 상기 모듈의 해체작업을 수행하는 해체수단을 포함하는 모듈절단부; 상기 해체수단에 의해 해체된 파우치본체를 수거하는 적어도 하나의 제2로봇과 파우치본체가 놓여지는 제2작업대로 이루어지는 파우치수거부; 이송대와, 상기 이송대 일측에 구비되는 커터날과, 상기 커터날을 이용하여 상기 파우치본체로부터 셀을 수거하고 이를 이송대에 올려 놓는 제3로봇을 포함하는 셀수거부; 및 상기 이송대를 통해 운반된 셀이 담겨지는 장입박스와, 상기 장입박스의 하부에 배치되는 한 쌍의 컨베이어와, 상기 컨베이어의 하부에 구비되는 권취기와, 상기 장입박스와 컨베이어 사이에 배치되는 한 쌍의 노즐을 포함하는 전극수거부;로 이루어지고, 상기 제3로봇은 제2작업대 상에 놓여진 파우치본체를 파지한 후 이를 커터날에 대고 압박하여 파우치본체의 커버에 전단선이 생성되도록 하고 상기 전단선이 생성된 커버가 이송대를 향하도록 하여 커버 내부에 있던 셀이 상기 전단선을 통해 토출되어 이송대 상에 적하되게 하며, 상기 전극수거부는 분리막의 하향전개 과정 중 상기 노즐에서 에어를 분사하여 양극과 음극을 분리막으로부터 분리시키고, 상기 컨베이어는 낙하된 양극과 음극을 각 수거조로 이송시킨다.The waste battery electrode collection system of the present invention for solving the above problems is a first worktable on which a module is loaded, a first robot disposed adjacent to the first worktable and transporting the module, and disposed adjacent to the first robot a module cutting unit including disassembly means for disassembling the module; a pouch collection unit comprising at least one second robot for collecting the pouch body dismantled by the dismantling unit and a second worktable on which the pouch body is placed; a cell collection unit including a transfer table, a cutter blade provided on one side of the transfer table, and a third robot that collects cells from the pouch body using the cutter blade and places them on the transfer table; and a charging box in which the cells transported through the transfer table are contained, a pair of conveyors disposed under the charging box, a winder provided under the conveyor, and a battery disposed between the charging box and the conveyor. An electrode collection unit including a pair of nozzles; the third robot grips the pouch body placed on the second work table and then presses it against the cutter blade to create a shear line on the cover of the pouch body, The cover with the disconnection is directed toward the transfer table so that the cells inside the cover are discharged through the shear line and dropped onto the transfer table, and the electrode collector sprays air from the nozzle during the downward development of the separator to The positive electrode and the negative electrode are separated from the separator, and the conveyor transfers the dropped positive electrode and negative electrode to each collection tank.
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또한, 본 발명의 폐배터리 전극 수거시스템은, 상기 장입박스의 상부에 스프링 부재로 지지되는 가압대가 상기 셀의 상면을 누르는 구조로 구비된다.In addition, the waste battery electrode collection system of the present invention is provided with a structure for pressing the upper surface of the cell with a press supported by a spring member on top of the charging box.
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본 발명의 폐배터리 전극 수거시스템에 의하면, 노즐과 권취기가 포함되는 전극수거부를 통해 파우치형 셀에서 알루미늄 소재의 양극과 구리 소재의 음극을 효과적으로 분리 수거할 수 있으므로, 폐배터리 수거시스템의 시장 경쟁력이 향상된다.According to the waste battery electrode collection system of the present invention, since it is possible to effectively separate and collect the anode of aluminum material and the cathode of copper material in the pouch-type cell through the electrode collection unit including the nozzle and the winder, the market competitiveness of the waste battery collection system is increased. It improves.
도 1은 본 발명에 따른 폐배터리 전극 수거시스템을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 폐배터리 전극 수거시스템의 프레스커팅장치를 도시한 사시도(a)와 턴테이블의 평면도(b)이다.
도 3은 본 발명에 따른 폐배터리 전극 수거시스템에서 모듈해체과정을 설명하기 위한 개요도이다.
도 4는 본 발명에 따른 폐배터리 전극 수거시스템의 셀수거부를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 폐배터리 전극 수거시스템의 전극수거부를 분해 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 폐배터리 전극 수거시스템의 전극수거부를 도시한 구성도이다.1 is a perspective view showing a waste battery electrode collection system according to the present invention.
2 is a perspective view (a) and a plan view (b) of a turntable showing a press-cutting device of a waste battery electrode collection system according to the present invention.
3 is a schematic diagram for explaining a module disassembly process in the waste battery electrode collection system according to the present invention.
4 is a perspective view showing a cell collection unit of the waste battery electrode collection system according to the present invention.
5 is an exploded perspective view of the electrode collection unit of the waste battery electrode collection system according to the present invention.
6 is a configuration diagram showing the electrode collection unit of the waste battery electrode collection system according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 폐배터리 전극 수거시스템을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 폐배터리 전극 수거시스템의 프레스커팅장치를 도시한 사시도(a)와 턴테이블의 평면도(b)이며, 도 3은 본 발명에 따른 폐배터리 전극 수거시스템에서 모듈해체과정을 설명하기 위한 개요도이고, 도 4는 본 발명에 따른 폐배터리 전극 수거시스템의 셀수거부를 도시한 사시도이다. 1 is a perspective view showing a waste battery electrode collection system according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view (a) and a plan view (b) of a turntable showing a press cutting device of a waste battery electrode collection system according to the present invention, Figure 3 is a schematic diagram for explaining a module disassembly process in the waste battery electrode collection system according to the present invention, Figure 4 is a perspective view showing the cell collection portion of the waste battery electrode collection system according to the present invention.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명은 모듈(m), 파우치(P)의 마감부위(p') 및 리드탭(t)을 절단 해체하는 모듈절단부(10), 상기 모듈절단부(10)에서 절단된 모듈(m)과 마감부위(p') 및 리드탭(t)을 분리 수거하고 파우치본체(p)만을 취하는 파우치수거부(20), 상기 파우치본체(p)의 커버를 전단하여 셀(c)만을 취하는 셀수거부(30) 및 상기 셀(c)에서 양극(e)과 음극(f)만을 취하는 전극수거부(40)로 이루어진다.1 to 4, the present invention is a
이하, 상기 구성 요소들을 중심으로 본 발명의 구체적인 내용을 설명하면, 먼저 모듈절단부(10)는 모듈(m)이 적재되는 제1작업대(11)와, 제1작업대(11)에 인접 배치되는 제1로봇(12)과, 상기 제1로봇(12)에 인접 배치되어 모듈해체작업을 수행하는 해체수단(13)을 포함한다. Hereinafter, specific details of the present invention will be described focusing on the above components. First, the
상기 해체수단(13)은 파우치(P)의 평면상 네 모서리의 마감부위(p')와 리드탭(t)을 모두 절단하기 위한 구성으로서 프레스커팅장치(13a)와 톱커팅장치(13b) 중 적어도 어느 하나를 구비하며, 이는 전기차 제조사나 모델별로 모듈(m) 형상이나 리드탭(t)의 배치 구조(리트탭이 일면에 모두 형성되거나 양면에 각각 배치되는 구조, 도 3 참조)가 상이하다는 점을 감안하여 모듈(m) 형상에 따라 프레스커팅장치(13a) 또는 톱커팅장치(13b)를 이용하여 모듈(m)을 보다 능률적으로 절단하기 위한 것이다.The
여기서, 상기 톱커팅장치(13b)는 레이저커팅장치로 대체될 수도 있다.Here, the
한편, 전처리 공정에서 배터리팩으로부터 분리된 모듈(m)은 팰릿에 적재된 상태로 상기 제1작업대(11)에 놓여지게 되고, 이를 상기 제1로봇(12)이 파지하여 프레스커팅장치(13a) 또는 톱커팅장치(13b)의 턴테이블(ta)에 올려놓는다.On the other hand, in the pretreatment process, the module (m) separated from the battery pack is placed on the
이를 위해 상기 제1로봇(12)으로는 6축 다관절 로봇이 채용되고 작업암에는 파지수단이 장착된다.To this end, a 6-axis multi-joint robot is employed as the
그리고 모듈(m)은 전도된 상태로 각 커팅장치(13a, 13b)의 턴테이블(ta)에 놓여지고, 정확한 절단을 위해 복수의 지그(j)로 센터 작업과 클램핑 작업을 실시한 후 도 3에 도시된 바와 같이 리드탭(t)과 평면상 네 모서리의 마감부위(p')가 절단(k)되며, 절단된 마감부위(p')와 리드탭(t)은 인접 배치된 수거함(s)에 분리 수거된다.In addition, the module (m) is placed on the turntable (ta) of each cutting device (13a, 13b) in an inverted state, and after centering and clamping work are performed with a plurality of jigs (j) for accurate cutting, as shown in FIG. As described above, the lead tab (t) and the finishing portion (p') of the four corners on a plane are cut (k), and the cut finishing portion (p') and the lead tab (t) are placed in an adjacent collection box (s). are collected separately.
파우치수거부(20)는 상기 해체수단(13)에 인접 배치되는 적어도 하나의 제2로봇(21)과, 파우치본체(p)가 놓여지는 제2작업대(23)로 이루어진다.The
상기 해체수단(13)의 어느 하나 예를 들어, 프레스커팅장치(13a)에서 모듈해체작업이 이루어지면 상기 제2로봇(21)이 프레스커팅장치(13a)의 턴테이블(ta)에서 파우치본체(p)를 수거해 상기 제2작업대(23)에 올려놓는다.When any one of the disassembling means 13, for example, a module disassembly operation is performed in the press-
또한, 상기 해체수단(13)의 다른 하나 예를 들어, 톱커팅장치(13b)에서 모듈해체작업이 이루어지는 경우에도 위와 동일한 작업이 수행된다.In addition, when a module disassembly operation is performed in another one of the disassembly means 13, for example, the
셀수거부(30)는 컨베이어로 이루어진 이송대(31)와, 상기 이송대(31)의 진입부 일측에 구비되는 커터날(32)과, 상기 이송대(31)에 인접하여 구비되는 수거박스(33)와, 상기 제2작업대(23)에 인접 배치되는 제3로봇(34)으로 이루어진다.The
상기 제3로봇(34)은 제2작업대(23) 상에 놓여진 파우치본체(p)를 파지한 채 이송한 후 이를 커터날(32)에 대고 압박하여 파우치본체(p)의 커버에 전단선이 생성되도록 한다. The
이후, 제3로봇(34)이 동작을 취해 상기 전단선이 생성된 커버가 이송대(31)를 향하도록 하면, 커버 내부에 있던 셀(c)이 상기 전단선을 통해 토출되어 이송대(31) 상에 적하된 다음 전극수거부(40)로 이송된다. Thereafter, when the
그리고 남겨진 파우치본체(p) 커버는 상기 수거박스(33)에 담겨져 외부로 반출된다.The remaining pouch body (p) cover is contained in the
전극수거부(40)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 이송대(31)를 통해 운반된 셀(c)이 담겨지는 장입박스(41)와, 상기 장입박스(41)의 하부에 배치되는 한 쌍의 컨베이어(42)와, 상기 컨베이어(42)의 하부에 구비되어 분리막을 수거하는 권취기(43)와, 장입박스(41)와 컨베이어(42) 사이에 배치되는 한 쌍의 노즐(44) 및 각 컨베이어(42)의 토출측 하부에 구비되는 수거조(45)로 이루어진다.As shown in FIGS. 5 and 6 , the
상기 장입박스(41)에 투입되는 셀(c)은 앞서 언급한 바와 같이 분리막(g)이 지그재그 구조로 집적된 상태이다.As mentioned above, the cell c put into the
또한, 장입박스(41)의 바닥면에는 슬릿홈(411)이 형성된 상태이다. In addition, a
그리고, 양 컨베이어(42)는 진입부가 상호 대향되도록 배치되되 분리막(g)이 통과할 수 있도록 이격(d)되어 배치된다. In addition, the two
상기와 같은 배치 구조에서 양 컨베이어(42)를 후진시킨 후, 작업자가 분리막(g)의 일단을 슬릿홈(411) 밖으로 취출하고 이를 다시 이격(d)된 공간을 통과시켜 권취기(43)에 건 다음, 양 컨베이어(42)를 전진시킨 후 권취기(43)를 작동시키면 분리막(g)의 하향전개가 개시된다.After moving both
여기서, 상기 분리막(g)의 양면에는 도 6에 도시된 바와 같이 양극(e)과 음극(f)이 교호적으로 배치되어 있는데, 하향전개 과정에서 상기 노즐(44)이 에어를 분사하면 에어의 풍력에 의해 양극(e)과 음극(f)이 분리막(g)으로부터 떨어져 하부에 배치된 양 컨베이어(42)에 각각 낙하되고 이후, 양 컨베이어(42)의 이송에 의해 각 수거조(45)에 분리 수거되게 된다.Here, as shown in FIG. 6, the positive electrode (e) and the negative electrode (f) are alternately disposed on both sides of the separator (g). The positive electrode (e) and the negative electrode (f) are separated from the separator (g) by wind power and fall to both
한편, 상기 장입박스(41)의 상부에는 분리막(g)의 하향전개가 원활히 이루어질 수 있도록, 스프링 부재로 지지되는 가압대(412)가 셀(c)의 상면을 누르는 구조로 개시된다. On the other hand, on the top of the
그리고 전극수거부(40)에서의 전극수거작업은 다른 작업에 비해 상대적으로 긴시간이 소요되고 이로 인해 전 공정의 일시중단을 초래하여 공정효율을 저하시킬 수 있다. 이에, 이러한 일시중단 문제를 방지하기 위해 전극수거부(40)는 복수로 구비되는 것이 바람직하다. In addition, the electrode collection operation in the
또한, 양극(e)과 음극(f)의 분리작업시 노즐(44)에서 분사되는 에어가 외기에 의해 교란되면 정상적인 분리작업이 방해받을 수 있으므로, 이러한 문제를 원천적으로 차단하기 위해 전극수거부(40)는 밀폐구조로 개시되는 것이 바람직하다.In addition, when the air ejected from the
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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and it should be understood that the scope of the present invention extends to those within the scope substantially equivalent to the embodiments of the present invention. Various modifications and implementations are possible by those skilled in the art to which the invention pertains without departing from the spirit of the invention.
10: 모듈절단부
11: 제1작업대 12: 제1로봇
13a: 프레스커팅장치 13b: 톱커팅장치
20: 파우치수거부
21: 제2로봇 23: 제2작업대
30: 셀수거부
31: 이송대 32: 커터날
33: 수거박스 34: 제3로봇
40: 전극수거부
41: 장입박스 411: 슬릿홈
412: 가압대 42: 컨베이어
421: 통홀 43: 권취기
44: 노즐 45: 수거조10: module cutting part
11: first work table 12: first robot
13a:
20: Pouch collection unit
21: second robot 23: second work table
30: Reject count
31: transfer table 32: cutter blade
33: collection box 34: third robot
40: electrode collection unit
41: charging box 411: slit groove
412: pressure stand 42: conveyor
421: through hole 43: winder
44: nozzle 45: collection tank
Claims (5)
상기 해체수단(13)에 의해 해체된 파우치본체(p)를 수거하는 적어도 하나의 제2로봇(21)과 파우치본체(p)가 놓여지는 제2작업대(23)로 이루어지는 파우치수거부(20);
이송대(31)와, 상기 이송대(31) 일측에 구비되는 커터날(32)과, 상기 커터날(32)을 이용하여 상기 파우치본체(p)로부터 셀(c)을 수거하고 이를 이송대(31)에 올려 놓는 제3로봇(34)을 포함하는 셀수거부(30); 및
상기 이송대(31)를 통해 운반된 셀(c)이 담겨지는 장입박스(41)와, 상기 장입박스(41)의 하부에 배치되는 한 쌍의 컨베이어(42)와, 상기 컨베이어(42)의 하부에 구비되어 분리막(g)을 수거하는 권취기(43)와, 상기 장입박스(41)와 컨베이어(42) 사이에 배치되는 한 쌍의 노즐(44)을 포함하는 전극수거부(40);
로 이루어지고,
상기 제3로봇(34)은 제2작업대(23) 상에 놓여진 파우치본체(p)를 파지한 후 이를 커터날(32)에 대고 압박하여 파우치본체(p)의 커버에 전단선이 생성되도록 하고 상기 전단선이 생성된 커버가 이송대(31)를 향하도록 하여 커버 내부에 있던 셀(c)이 상기 전단선을 통해 토출되어 이송대(31) 상에 적하되게 하며,
상기 전극수거부(40)는 분리막(g)의 하향전개 과정 중 상기 노즐(44)에서 에어를 분사하여 양극(e)과 음극(f)을 분리막(g)으로부터 분리시키고,
상기 컨베이어(42)는 낙하된 양극(e)과 음극(f)을 각 수거조(45)로 이송시키는 것을 특징으로 하는 폐배터리 전극 수거시스템.
A first worktable 11 on which the module m is loaded, a first robot 12 disposed adjacent to the first worktable 11 and transporting the module m, and adjacent to the first robot 12 a module cutting unit (10) including a disassembling means (13) for disassembling the module (m);
A pouch collection unit (20) comprising at least one second robot (21) for collecting the pouch body (p) dismantled by the dismantling means (13) and a second work table (23) on which the pouch body (p) is placed. ;
The transfer table 31, the cutter blade 32 provided on one side of the transfer table 31, and the cell c are collected from the pouch body p using the cutter blade 32, and the cells c are collected from the transfer table 31. Cell collection unit 30 including a third robot 34 placed on (31); and
A charging box 41 in which the cell c transported through the transfer table 31 is contained, a pair of conveyors 42 disposed under the charging box 41, and the conveyor 42 An electrode collection unit 40 including a winding machine 43 provided at the bottom and collecting the separator g, and a pair of nozzles 44 disposed between the charging box 41 and the conveyor 42;
made up of,
The third robot 34 grips the pouch body p placed on the second work table 23 and presses it against the cutter blade 32 to create a shear line on the cover of the pouch body p. The cover with the shear line is directed toward the transfer table 31 so that the cells (c) inside the cover are discharged through the shear line and dropped onto the transfer table 31,
The electrode collector 40 separates the anode (e) and the cathode (f) from the separator (g) by injecting air from the nozzle 44 during the downward development of the separator (g),
The conveyor 42 is a waste battery electrode collection system, characterized in that for transporting the dropped anode (e) and cathode (f) to each collection tank (45).
상기 장입박스(41)의 상부에는 스프링 부재로 지지되는 가압대(412)가 상기 셀(c)의 상면을 누르는 구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 폐배터리 전극 수거시스템.
According to claim 1,
Waste battery electrode collection system, characterized in that the upper portion of the charging box 41 is provided with a pressure base 412 supported by a spring member to press the upper surface of the cell (c).
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KR1020220133644A KR102519579B1 (en) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | Electrode collecting system for spent lithium ion battery |
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