KR102561212B1 - Preparing method of complex sulphate soultion from waste electrode material of lithium ion secondary batteries - Google Patents

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류승균
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김병조
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Abstract

본 발명은 (S10) 리튬 이온 이차전지의 폐전극재를 제1 산성 용액으로 침출하여 여과하는 단계; (S20) 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액에 공정 슬러지, 또는 공정 슬러지 및 제1 염기성 용액을 첨가하여 1차 가수분해를 하여 금속 불순물을 분리하는 단계; (S30) 상기 (S20) 단계에서 분리된 여과액에 제2 염기성 용액을 첨가하여 2차 가수분해를 하여 리튬을 분리하고, 제1 케이크를 수득하며, 상등액을 분리하는 단계; (S40) 상기 (S30) 단계에서 분리된 제1 케이크를 상기 (S20) 단계의 여과액에 첨가하는 단계; (S50) 상기 (S30) 단계에서 분리된 상등액에 필터 프레스(Filter Press, F/P) 공정을 수행하여 상기 상등액에 존재하는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 제2 케이크를 수득하는 단계; 및 (S60) 상기 (S50) 단계에서 분리된 제2 케이크를 제2 산성 용액으로 침출하고 여과하는 단계를 포함하며, 상기 공정 슬러지는 상기 제1 케이크를 포함하는 것인, 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention includes the steps of (S10) leaching and filtering the waste electrode material of the lithium ion secondary battery with a first acidic solution; (S20) adding process sludge or process sludge and a first basic solution to the filtrate separated in step (S10) to perform primary hydrolysis to separate metallic impurities; (S30) adding a second basic solution to the filtrate separated in step (S20) to perform secondary hydrolysis to separate lithium, obtain a first cake, and separate the supernatant; (S40) adding the first cake separated in step (S30) to the filtrate in step (S20); (S50) A filter press (F/P) process is performed on the supernatant separated in step (S30) to remove nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) present in the supernatant. Obtaining 2 cakes; and (S60) leaching and filtering the second cake separated in step (S50) with a second acidic solution, wherein the process sludge includes the first cake. It relates to a method for preparing a complex sulfate solution from an electrode material.

Description

리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법 {PREPARING METHOD OF COMPLEX SULPHATE SOULTION FROM WASTE ELECTRODE MATERIAL OF LITHIUM ION SECONDARY BATTERIES}Method for producing composite sulfate solution from waste electrode material of lithium ion secondary battery

본 발명은 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법, 보다 구체적으로 상기 용액 제조 과정에서 발생하는 공정 슬러지를 재사용하여 염기성 용액의 투입량과 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)의 손실률을 최소화하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a composite sulfate solution from waste electrode materials of a lithium ion secondary battery, and more specifically, to reuse a process sludge generated in the process of preparing the solution, and to obtain a basic solution and nickel (Ni), cobalt (Co) and It relates to a method for minimizing the loss rate of manganese (Mn).

전지는 전기 화학 반응을 통해 화학적 에너지를 전기적 에너지로 전환하는 것으로, 최근에는 양극재 및 음극재에서 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션(intercalation) 및 디인터칼레이션(deintercalation)을 통해 전기 에너지를 생성하는 리튬 이온 이차전지의 사용량이 증대되고 있다. A battery converts chemical energy into electrical energy through an electrochemical reaction, and recently generates electrical energy through reversible intercalation and deintercalation of lithium ions in cathode and anode materials. The amount of lithium ion secondary batteries used is increasing.

리튬 이온 이차전지의 양극재는 리튬 이온의 공급원이 되는 리튬(Li)을 기본으로, 이차전지의 용량을 증가시키는 니켈(Ni), 이차전지의 용량과 사이클 안정성을 향상시키는 코발트(Co), 이차전지의 안정성과 경제성을 향상시키는 망간(Mn)과 같은 금속을 더 포함하는 다원계 금속과 그 산화물을 사용할 수 있다. 최근에는 니켈, 코발트 및 망간의 삼원계 소재(NCM)를 주로 사용하는데, 니켈과 망간은 다량 함유시 양극재의 수명이 저하되며, 코발트는 가격이 높고 전량 수입에 의존하기 때문에 양극재에 포함되는 금속 원소들의 함량과 배합 비율을 조절하여 안정성과 용량이 높은 이차전지 양극재를 제조하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.The cathode material of a lithium ion secondary battery is based on lithium (Li), which is a source of lithium ions, nickel (Ni), which increases the capacity of the secondary battery, cobalt (Co), which improves the capacity and cycle stability of the secondary battery, and secondary battery It is possible to use a multi-element metal and its oxide further containing a metal such as manganese (Mn), which improves the stability and economy of. Recently, ternary materials (NCM) of nickel, cobalt, and manganese are mainly used. A large amount of nickel and manganese reduces the lifespan of the cathode material, and cobalt is a metal included in the cathode material because the price is high and the entire amount is imported. Various attempts have been made to manufacture a secondary battery cathode material having high stability and capacity by adjusting the content and mixing ratio of elements.

한편, 리튬 이온 이차전지의 폭발적인 수요와 소형 디지털 가전의 사용주기 단축으로 리튬 이온 이차전지의 배출량이 급증하고 있어 리튬 이온 이차전지의 처리 및 재활용에 대한 국내외 관심이 증가하고 있다. 이러한 리튬 이온 이차전지는 수명이 다하였을 경우 그 폐자재를 활용하게 되면, 환경 오염 등의 문제를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 리튬 이온 이차전지의 생산 시 원료 비용 또한 줄일 수 있다. 그리고, 리튬 이온 이차전지 제조공정 중 발생하는 불량이나 사용 후 배출되는 폐전극재에는 니켈, 코발트, 망간과 같은 유가 금속(valuable metal)들이 함유되어 있어, 이들 유용 자원을 회수하여 재활용하기 위한 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.On the other hand, as the emission of lithium ion secondary batteries is rapidly increasing due to explosive demand for lithium ion secondary batteries and shortened use cycles of small digital home appliances, domestic and foreign interest in the treatment and recycling of lithium ion secondary batteries is increasing. When the life of such a lithium ion secondary battery is over, if the waste material is used, not only can problems such as environmental pollution be reduced, but also the cost of raw materials during production of the lithium ion secondary battery can be reduced. In addition, since defects generated during the manufacturing process of lithium ion secondary batteries or waste electrode materials discharged after use contain valuable metals such as nickel, cobalt, and manganese, technology development to recover and recycle these useful resources This is actively underway.

최근에는 폐전극재를 산으로 침출하고 가수분해하는 방식으로 폐전극재 중에 포함된 금속 불순물을 제거하여, 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 삼원계 복합 황산염 용액을 제조하는 방법이 사용되고 있다. 상기 방법은 니켈, 코발트 및 망간의 별도 분리 없이 동시에 재활용하여 공정 비용과 원가 절감 효과를 나타내고 있다. 상기 방법에 사용되는 부자재로는 산 침출을 위한 산, 상기 산 침출의 효율을 증대시키기 위한 환원제 및 가수분해 과정에서 사용되는 염기성 용액이 있는데, 최근에는 부자재 양과 비용에서 절반 이상을 차지하는 염기성 용액의 사용량 절감을 위한 연구가 이루어지고 있다. 또한, 상기 방법에도 불구하고 산 침출 및 가수분해를 통한 금속 불순물의 침전 및 여과 과정에서 유가 금속 또한 손실되기 때문에 유가 금속의 손실률을 저감하기 위한 방안에 대한 연구가 계속되고 있다.Recently, a method of preparing a ternary composite sulfate solution containing nickel, cobalt, and manganese by removing metal impurities contained in the waste electrode material by leaching the waste electrode material with acid and hydrolyzing the waste electrode material has been used. The method shows process cost and cost reduction effect by simultaneously recycling nickel, cobalt, and manganese without separate separation. Subsidiary materials used in the method include an acid for acid leaching, a reducing agent for increasing the efficiency of the acid leaching, and a basic solution used in the hydrolysis process. Research is being conducted for savings. In addition, despite the above method, since valuable metals are also lost in the process of precipitation and filtration of metallic impurities through acid leaching and hydrolysis, research on ways to reduce the loss rate of valuable metals continues.

한국등록특허 제10-2228192호Korean Patent Registration No. 10-2228192 한국등록특허 제10-2332755호Korean Patent Registration No. 10-2332755

본 발명의 목적은 리튬 이온 이차전지의 폐전극재를 재활용하기 위한 방법으로서, 상기 폐전극재로부터 니켈, 코발트 및 망간의 복합 황산염 용액을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for recycling waste electrode materials of a lithium ion secondary battery, and a method for preparing a composite sulfate solution of nickel, cobalt, and manganese from the waste electrode materials.

또한, 본 발명의 목적은 상기 복합 황산염 용액을 이용하여 리튬 이온 이차전지 전극재용 전구체 및 이를 포함하는 리튬 이온 이차전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a precursor for a lithium ion secondary battery electrode material using the complex sulfate solution and a method for manufacturing a lithium ion secondary battery including the same.

본 발명의 일 측면에 따른 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법은, (S10) 리튬 이온 이차전지의 폐전극재를 제1 산성 용액으로 침출하여 여과하는 단계, (S20) 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액에 공정 슬러지, 또는 공정 슬러지 및 제1 염기성 용액을 첨가하여 1차 가수분해를 하여 금속 불순물을 분리하는 단계, (S30) 상기 (S20) 단계에서 분리된 여과액에 제2 염기성 용액을 첨가하여 2차 가수분해를 하여 리튬을 분리하고, 제1 케이크를 수득하며, 상등액을 분리하는 단계, (S40) 상기 (S30) 단계에서 분리된 제1 케이크를 상기 (S20) 단계의 여과액에 첨가하는 단계, (S50) 상기 (S30) 단계에서 분리된 상등액에 필터 프레스(Filter Press, F/P) 공정을 수행하여 상기 상등액에 존재하는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 제2 케이크를 수득하는 단계, 및 (S60) 상기 (S50) 단계에서 분리된 제2 케이크를 제2 산성 용액으로 침출하고 여과하는 단계를 포함하며, 상기 공정 슬러지는 상기 제1 케이크를 포함하는 것이다.A method for preparing a composite sulfate solution from waste electrode material of a lithium ion secondary battery according to an aspect of the present invention includes the steps of (S10) leaching and filtering the waste electrode material of a lithium ion secondary battery with a first acidic solution, (S20 ) Separating metal impurities by adding process sludge or process sludge and a first basic solution to the filtrate separated in the step (S10) to perform primary hydrolysis, (S30) the separated metal impurities in the step (S20) Adding a second basic solution to the filtrate to perform secondary hydrolysis to separate lithium, obtaining a first cake, and separating the supernatant, (S40) the first cake separated in the step (S30) as described above Adding to the filtrate of step (S20), (S50) performing a filter press (F/P) process on the supernatant separated in step (S30) to remove nickel (Ni) and cobalt present in the supernatant Obtaining a second cake containing (Co) and manganese (Mn), and (S60) leaching the second cake separated in step (S50) with a second acidic solution and filtering, The process sludge is what contains the first cake.

구체적으로, 상기 제1 산성 용액은 염산, 질산 또는 황산을 포함하며, 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액은 0.5 내지 1.0 범위의 pH를 가질 수 있다.Specifically, the first acidic solution includes hydrochloric acid, nitric acid, or sulfuric acid, and the filtrate separated in step (S10) may have a pH ranging from 0.5 to 1.0.

구체적으로, 상기 제1 산성 용액은 과산화수소, 황화수소 및 이산화황으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 환원제를 더 포함할 수 있다.Specifically, the first acidic solution may further include one or more reducing agents selected from the group consisting of hydrogen peroxide, hydrogen sulfide, and sulfur dioxide.

구체적으로, 상기 금속 불순물은 철(Fe), 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)를 포함할 수 있다.Specifically, the metal impurity may include iron (Fe), aluminum (Al), and copper (Cu).

구체적으로, 상기 제1 염기성 용액 및 상기 제2 염기성 용액은 탄산나트륨 수용액을 포함하며, 상기 탄산나트륨 수용액은 탄산나트륨의 함량이 상기 탄산나트륨 수용액 전체의 중량을 기준으로 10 내지 25 중량%일 수 있다.Specifically, the first basic solution and the second basic solution include an aqueous sodium carbonate solution, and the sodium carbonate aqueous solution may have a sodium carbonate content of 10 to 25% by weight based on the total weight of the sodium carbonate aqueous solution.

구체적으로, 상기 (S40) 단계는 상기 제1 케이크를 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액에 첨가하며, 상기 (S20) 단계는 상기 제1 케이크가 첨가된 여과액에 상기 제1 염기성 용액을 첨가하는 것일 수 있다.Specifically, in the step (S40), the first cake is added to the filtrate separated in the step (S10), and in the step (S20), the first basic solution is added to the filtrate to which the first cake is added. may be adding.

구체적으로, 상기 (S40) 단계는 상기 제1 케이크를 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액에 첨가하여 상기 여과액을 2.0 내지 3.5 범위의 pH로 조절하는 것일 수 있다.Specifically, in the step (S40), the first cake may be added to the filtrate separated in the step (S10) to adjust the filtrate to a pH in the range of 2.0 to 3.5.

구체적으로, 상기 (S20) 단계는 상기 제1 케이크가 첨가된 여과액에 상기 제1 염기성 용액을 첨가하여 상기 여과액을 4.0 내지 4.8 범위의 pH로 조절하는 것일 수 있다.Specifically, the step (S20) may be to adjust the filtrate to a pH in the range of 4.0 to 4.8 by adding the first basic solution to the filtrate to which the first cake is added.

구체적으로, 상기 제2 산성 용액은 황산 용액을 포함하며, 상기 복합 황산염 용액은 니켈(Ni)-코발트(Co)-망간(Mn) 복합 황산염 용액일 수 있다.Specifically, the second acidic solution includes a sulfuric acid solution, and the complex sulfate solution may be a nickel (Ni)-cobalt (Co)-manganese (Mn) complex sulfate solution.

구체적으로, 상기 복합 황산염 용액 제조시, 니켈, 코발트 및 망간의 총 손시률은 3% 미만일 수 있다.Specifically, when preparing the complex sulfate solution, the total loss rate of nickel, cobalt, and manganese may be less than 3%.

본 발명의 다른 일 측면에 따른 리튬 이온 이차전지 전극재용 전구체는, 상기 일 측면에 따른 방법으로 제조한 복합 황산염 용액을 이용하여 제조한 것이다.A precursor for a lithium ion secondary battery electrode material according to another aspect of the present invention is prepared using a complex sulfate solution prepared by the method according to the aspect.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 리튬 이온 이차전지의 제조 방법은, 상기 일 측면에 따른 방법으로 제조한 복합 황산염 용액을 제조하는 단계, 상기 복합 황산염 용액을 이용하여 전극재용 전구체를 제조하는 단계, 및 상기 전극재용 전구체를 이용하여 리튬 이온 이차전지를 제조하는 단계를 포함한다.A method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to another aspect of the present invention includes preparing a composite sulfate solution prepared by the method according to the aspect, preparing a precursor for an electrode material using the composite sulfate solution, and manufacturing a lithium ion secondary battery using the precursor for an electrode material.

본 발명에 따르면 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 금속 불순물을 제거하고, 재사용하기 위한 유가 금속을 포함하는 복합 황산염 용액을 제조할 수 있다.According to the present invention, it is possible to prepare a composite sulfate solution containing a valuable metal for reusing and removing metallic impurities from waste electrode materials of a lithium ion secondary battery.

또한, 본 발명에 따른 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법은 공정 과정에서 발생하는 슬러지의 재사용을 통해 부자재로 사용되는 염기성 용액의 사용량을 절감함과 동시에 유가 금속인 니켈, 코발트 및 망간의 손실률을 기존 대비 저감할 수 있다.In addition, the method for producing a composite sulfate solution from waste electrode materials of a lithium ion secondary battery according to the present invention reduces the amount of basic solution used as a subsidiary material through the reuse of sludge generated in the process, and at the same time, nickel, a valuable metal , the loss rate of cobalt and manganese can be reduced compared to the existing ones.

도 1은 종래 기술에 따라 따라 복합 황산염을 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 복합 황산염을 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
1 is a flow chart showing a method for preparing complex sulfates according to the prior art.
Figure 2 is a flow chart showing a method for preparing a complex sulfate according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.Hereinafter, each configuration of the present invention will be described in more detail so that those skilled in the art can easily practice it, but this is only one example, and the scope of the present invention is Not limited.

본 명세서에 사용된 "포함한다"는 용어는 본 발명에 유용한 재료, 조성물, 장치, 및 방법들을 나열할 때 사용되며 그 나열된 예에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term "comprising" is used when listing materials, compositions, devices, and methods useful in the present invention and is not limited to the examples listed.

본 발명에서 "유가 금속"은 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 회수하여 이차전지 전극재용 전구체 제조에 재활용하기 위한 금속으로, 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하며, "복합 황산염 용액"은 상기 세 가지 금속의 황산염 용액을 의미한다.In the present invention, "valuable metals" are metals recovered from waste electrode materials of lithium ion secondary batteries and recycled to manufacture precursors for secondary battery electrode materials, and include nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn), "Complex sulphate solution" means a sulphate solution of the above three metals.

도 1은 종래 기술에 따라 리튬 이온 이차전지 폐전극재로부터 니켈(Ni)-코발트(Co)-망간(Mn) 복합 황산염 용액을 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method for preparing a nickel (Ni)-cobalt (Co)-manganese (Mn) composite sulfate solution from a waste electrode material for a lithium ion secondary battery according to the prior art.

도 1을 참조하면, 종래의 복합 황산염 용액을 제조하는 방법은 (S1) 리튬 이온 이차전지의 폐전극재를 1차 산 침출하여 여과하는 단계, (S2) 상기 (S1) 단계에서 분리된 여과액을 1차 가수분해하여 금속 불순물을 분리하는 단계, (S3) 상기 (S2) 단계에서 분리된 여과액을 2차 가수분해하여 리튬을 분리하는 단계, (S4) 상기 (S3) 단계에서 분리된 상등액을 여과하여 케이크를 수득하는 단계 및 (S5) 상기 케이크를 2차 산 침출하여 복합 황산염 용액을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a conventional method for producing a complex sulfate solution includes (S1) primary acid leaching and filtering of waste electrode material of a lithium ion secondary battery, (S2) the filtrate separated in the step (S1). (S3) secondary hydrolysis of the filtrate separated in step (S2) to separate lithium, (S4) supernatant separated in step (S3) filtering to obtain a cake, and (S5) secondary acid leaching of the cake to prepare a complex sulfate solution.

상기 방법의 (S4) 단계는 (S3) 단계의 상등액을 필터 프레스(Filter Press, F/P) 공정을 거쳐 상기 상등액 중에 포함된 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 케이크를 수득하는 것일 수 있다. 상기 케이크는 다시 (S1) 단계로 공급하여 산 침출하는 과정을 반복함으로써, 유가 금속을 추가로 회수하는 시도가 이루어졌다.In step (S4) of the method, the supernatant of step (S3) may be subjected to a filter press (F/P) process to obtain a cake containing nickel, cobalt, and manganese contained in the supernatant. An attempt was made to additionally recover valuable metals by supplying the cake to step (S1) and repeating the process of acid leaching.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법은 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다.2 is a flowchart illustrating a method of preparing a composite sulfate solution from a waste electrode material of a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 , the method for preparing a composite sulfate solution from a waste electrode material of a lithium ion secondary battery according to the present embodiment may include the following steps.

(S10) 단계: 리튬 이온 이차전지의 폐전극재를 제1 산성 용액으로 침출하여 여과하는 단계(S10) Step: Leaching and filtering the waste electrode material of the lithium ion secondary battery with a first acidic solution

리튬 이온 이차전지의 폐전극재는 폐양극재와 폐음극재를 모두 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폐양극재를 포함할 수 있다. 폐전극재는 양극재를 구성하는 주요 물질인 리튬, 니켈, 코발트, 망간 외에도 알루미늄(Al), 철(Fe), 구리(Cu) 등의 금속 불순물을 더 포함할 수 있다.The waste electrode material of the lithium ion secondary battery may use both a waste cathode material and a waste anode material, and preferably may include a waste cathode material. The waste electrode material may further include metal impurities such as aluminum (Al), iron (Fe), and copper (Cu) in addition to lithium, nickel, cobalt, and manganese, which are the main materials constituting the cathode material.

(S10) 단계는 리튬 이온 이차전지의 폐전극재를 제1 산성 용액이 담긴 반응조에 투입하여 산 침출액을 얻고, 상기 산 침출액을 여과하여 여과액을 분리하는 1차 산 침출 단계일 수 있다. 상기 제1 산성 용액은 염산(HCl), 질산(HNO3) 또는 황산(H2SO4)을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 염산을 포함할 수 있다. 상기 여과액은 니켈, 코발트 및 망간과, 금속 불순물로서 알루미늄, 철, 구리 등을 포함할 수 있다. Step (S10) may be a primary acid leach step of inputting the waste electrode material of the lithium ion secondary battery into a reaction tank containing a first acid solution to obtain an acid leachate, and filtering the acid leachate to separate the filtrate. The first acidic solution may include hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), or sulfuric acid (H 2 SO 4 ), preferably hydrochloric acid. The filtrate may include nickel, cobalt, and manganese, and aluminum, iron, copper, and the like as metal impurities.

상기 제1 산성 용액을 이용한 침출 및 여과액은 0.5 내지 1.0 범위의 pH를 가지는 것일 수 있으며, 상기 범위를 벗어나는 경우 유가 금속의 회수율이 현저히 낮아지거나 산성 용액의 투입량 대비 상기 유가 금속의 침출 효율이 더 이상 증가하지 않을 수 있다. 상기 제1 산성 용액을 이용한 침출 및 여과액의 pH는 0.5 내지 0.8인 것이 바람직할 수 있다.Leaching and filtrate using the first acidic solution may have a pH in the range of 0.5 to 1.0, and if the pH is out of the range, the recovery rate of valuable metals is significantly lowered or the leaching efficiency of the valuable metals is higher compared to the input amount of the acidic solution. may not increase further. The pH of the leaching solution and the filtrate using the first acidic solution may be preferably 0.5 to 0.8.

상기 제1 산성 용액은 환원제를 더 포함하여 상기 폐전극재에 대한 산 침출 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 환원제는 과산화수소(H2O2), 황화수소(H2S) 및 이산화황(SO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 과산화수소일 수 있다. 환원제는 금속 이온을 환원시키는데, 반응 속도론적으로 환원된 금속 이온의 침출 효율이 상대적으로 더 우수한 것으로 알려져 있다. 상기 제1 산성 용액이 상기 환원제를 포함하는 경우에도, 상기 제1 산성 용액을 이용한 침출 및 여과액은 0.5 내지 1.0 범위의 pH를 가지는 것이 바람직하다. 제1 산성 용액을 이용한 침출은 75 내지 85℃에서 180 내지 300분 동안 수행할 수 있으며, 상기 제1 산성 용액에 포함되는 산과 환원제의 양은 상기 범위의 pH를 만족시키도록 조절될 수 있다.The first acid solution may further include a reducing agent to increase acid leaching efficiency of the waste electrode material, and the reducing agent may include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydrogen sulfide (H 2 S), and sulfur dioxide (SO 2 ). It may be one or more selected from the group consisting of, preferably hydrogen peroxide. The reducing agent reduces metal ions, and it is known that the leaching efficiency of the reduced metal ions is relatively better in terms of reaction kinetics. Even when the first acidic solution includes the reducing agent, the leaching and filtrate using the first acidic solution preferably has a pH in the range of 0.5 to 1.0. Leaching using the first acidic solution may be performed at 75 to 85° C. for 180 to 300 minutes, and the amount of acid and reducing agent included in the first acidic solution may be adjusted to satisfy a pH within the above range.

(S10) 단계에서는 전극재 제조 공정에서 첨가되는 탄소 및 바인더에 연유하는 내화학성을 제거하기 위하여 환원제의 농도 및 투입속도를 조절함으로써 침출 효율을 극대화할 수 있다. 리튬 이온 이차전지의 전극재를 제조하는 과정에서는 전지 특성을 유지 또는 향상시키기 위하여 소성과정, 카본 및 기타 금속산화물의 첨가, 바인더를 첨가한 후 열융착 등의 복잡한 과정을 거치는데, 이러한 연유로 폐전극재는 내화학성을 지니게 되며 이는 유가금속을 산으로 침출하여 회수하는데 있어서 저해 요인으로 작용할 수 있다.In the step (S10), the leaching efficiency can be maximized by adjusting the concentration and input rate of the reducing agent in order to remove the chemical resistance caused by the carbon and binder added in the electrode material manufacturing process. In the process of manufacturing electrode materials for lithium ion secondary batteries, complex processes such as firing, addition of carbon and other metal oxides, and thermal fusion after adding a binder are required to maintain or improve battery characteristics. The electrode material has chemical resistance, which may act as an obstacle in recovering valuable metals by acid leaching.

예를 들어, 산으로 침출하는 과정에서 환원제로 과산화수소를 사용하는 경우, 과산화수소를 일정 농도 및 일정 속도로 공급하여 폐전극재의 내화학성을 해소할 수 있다. 과산화수소는 금속 이온의 환원뿐만 아니라 내화학성을 지니는 바인더와 같은 유기 화합물을 분해하는 산화제로도 작용할 수 있다. 이러한 이유로 산 침출시 과산화수소의 농도를 수용액 중, 10 내지 35 중량%로 조절하여 0.1 내지 5 LPM(Liter Per Minute)으로 투입함으로써 유가 금속의 회수율을 증대시킬 수 있다. 그러나, 침출 반응을 유지하기 위한 높은 온도 (85±5℃)하에서 투입된 과산화수소의 상당량은 산화환원 반응 이전에 H2O로 또는 OH 라디칼로 분해된다. 따라서, 과산화수소의 투입은 산 침출 과정 전반에 걸쳐서 일정 농도의 과산화수소를 일정한 속도로 투입하여야만 높은 효율로 유가 금속을 회수할 수 있다.For example, when hydrogen peroxide is used as a reducing agent in the acid leaching process, chemical resistance of the waste electrode material can be eliminated by supplying hydrogen peroxide at a constant concentration and at a constant rate. Hydrogen peroxide can act not only as a reduction of metal ions but also as an oxidizing agent that decomposes organic compounds such as chemically resistant binders. For this reason, the recovery rate of valuable metals can be increased by adjusting the concentration of hydrogen peroxide to 10 to 35% by weight in the aqueous solution at the time of acid leaching and introducing it at 0.1 to 5 LPM (Liter Per Minute). However, a significant amount of hydrogen peroxide introduced under a high temperature (85±5° C.) to maintain the leaching reaction is decomposed into H 2 O or OH radicals before the redox reaction. Therefore, the input of hydrogen peroxide can recover valuable metals with high efficiency only when hydrogen peroxide of a certain concentration is introduced at a constant rate throughout the acid leaching process.

(S20) 단계: 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액에 공정 슬러지, 또는 공정 슬러지 및 제1 염기성 용액을 첨가하여 1차 가수분해를 통해 금속 불순물을 분리하는 단계Step (S20): Separating metal impurities through primary hydrolysis by adding process sludge or process sludge and a first basic solution to the filtrate separated in step (S10)

(S20) 단계는 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액에 공정 슬러지, 또는 공정 슬러지 및 제1 염기성 용액을 첨가하여 선택적 가수분해를 수행하는 1차 가수분해 단계일 수 있다. 바람직하게는, (S20) 단계는 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액에 공정 슬러지 및 제1 염기성 용액을 첨가하는 단계일 수 있다.Step (S20) may be a first hydrolysis step of performing selective hydrolysis by adding process sludge or process sludge and a first basic solution to the filtrate separated in step (S10). Preferably, step (S20) may be a step of adding process sludge and the first basic solution to the filtrate separated in step (S10).

상기 공정 슬러지는 후술할 제1 케이크를 포함하되, 후술할 (S30) 단계에서 분리되는 상기 제1 케이크로부터 미처 분리되지 못한 리튬과 니켈, 코발트 및 망간이 미분으로 잔존하는 상등액을 더 포함하여 지칭할 수 있다. 바람직하게는 상기 공정 슬러지는 제1 케이크일 수 있다. 상기 제1 염기성 용액은 탄산나트륨(Na2CO3) 수용액을 포함할 수 있다. The process sludge includes a first cake to be described later, and lithium, nickel, cobalt, and manganese that have not yet been separated from the first cake separated in step (S30) to be described later are left as fine powder. can Preferably, the process sludge may be a first cake. The first basic solution may include a sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) aqueous solution.

탄산나트륨 수용액은 탄산나트륨의 함량이 상기 탄산나트륨 수용액 전체의 중량을 기준으로 10 내지 25 중량%인 것을 사용할 수 있다. 가수분해 반응시 반응 온도는 45 내지 90℃일 수 있고, 반응 시간은 10 내지 60분일 수 있으며, 300 내지 600 rpm의 속도로 교반할 수 있다.The sodium carbonate aqueous solution may have a sodium carbonate content of 10 to 25% by weight based on the total weight of the sodium carbonate aqueous solution. During the hydrolysis reaction, the reaction temperature may be 45 to 90 °C, the reaction time may be 10 to 60 minutes, and stirring may be performed at a speed of 300 to 600 rpm.

상기 여과액은 이차전지의 전극재 구성시 사용된 알루미늄, 철, 마그네슘 등을 금속 불순물로 포함할 수 있으며, 상기 금속 불순물은 수산화물의 형태로 선택적 가수분해되어 분리 및 제거될 수 있다.The filtrate may contain aluminum, iron, magnesium, etc. used in the construction of the electrode material of the secondary battery as metal impurities, and the metal impurities may be separated and removed by selective hydrolysis in the form of hydroxide.

또한, 상기 1차 가수분해는 다음과 같은 반응을 포함할 수 있다.In addition, the primary hydrolysis may include the following reaction.

① MeCl2 + Na2CO3 → MeCO3(s) + 2NaCl [Me: Al, Fe 등 금속 불순물]① MeCl 2 + Na 2 CO 3 → MeCO 3 (s) + 2NaCl [Me: metal impurities such as Al and Fe]

② 2LiCl + Na2CO3 → Li2CO3(l) + 2NaCl [Li, Ni, Co, Mn 등의 유가 금속은 침전되지 않고 용액 상태로 존재]② 2LiCl + Na 2 CO 3 → Li 2 CO 3 (l) + 2NaCl [Valuable metals such as Li, Ni, Co, and Mn do not precipitate and exist in solution.]

(S20) 단계는 상기 1차 가수분해 반응 이후 침전물을 제거하는 여과 공정을 더 포함할 수 있으며, 여과를 통해 상기 1차 가수분해 반응에 따라 침전된 금속 불순물을 제거할 수 있다.Step (S20) may further include a filtration process for removing precipitates after the first hydrolysis reaction, and metal impurities precipitated according to the first hydrolysis reaction may be removed through filtration.

상기 제1 염기성 용액을 이용한 가수분해 및 여과액은 4.0 내지 4.8 범위의 pH를 가지는 것일 수 있으며, 상기 범위를 벗어나는 경우 상기 유가 금속의 손실률 및 금속 불순물의 제거율이 달라질 수 있다. 상기 제1 염기성 용액을 이용하여 가수분해 및 여과한 여과액은 4.5 내지 4.8 범위의 pH를 갖는 것이 바람직할 수 있다.The hydrolysis and filtrate using the first basic solution may have a pH in the range of 4.0 to 4.8, and if the pH is out of the range, the loss rate of the valuable metal and the removal rate of metal impurities may vary. The filtrate hydrolyzed and filtered using the first basic solution may preferably have a pH in the range of 4.5 to 4.8.

본 실시예에서는 후술할 (S40) 단계에 따라 (S30) 단계에서 분리된 제1 케이크를 (S20) 단계 중에 첨가할 수 있다. 상기 제1 케이크는 니켈, 코발트 및 망간이 침전물 케이크(precipitate cake)의 형태로 분리되는 것일 수 있으며, 필터 프레스와 같은 여과 공정을 거치지 않은 슬러지 케이크일 수 있다.In this embodiment, according to the step (S40) to be described later, the first cake separated in the step (S30) may be added during the step (S20). The first cake may be one in which nickel, cobalt, and manganese are separated in the form of a precipitate cake, and may be a sludge cake that has not undergone a filtration process such as a filter press.

상기 제1 케이크는 1차 가수분해 반응을 위한 pH 조절제로 작용할 수 있다. 상기 제1 케이크를 (S10) 단계에서 분리된 여과액에 첨가하여 pH를 2.5 내지 3.5 범위로 조정할 수 있으며, 바람직하게는 3.0 내지 3.5의 범위로 조정할 수 있다. 이어서 상기 제1 염기성 용액을 첨가하여 여과액의 pH를 4.0 내지 4.8 범위, 바람직하게는 4.5 내지 4.8 범위로 조정할 수 있다. 산 침출 후 여과액에 상기 제1 케이크를 첨가하여 재사용함에 따라 제1 염기성 용액의 투입량을 절감함과 동시에 니켈, 코발트 및 망간의 손실률을 저감할 수 있다.The first cake may act as a pH adjusting agent for the first hydrolysis reaction. By adding the first cake to the filtrate separated in step (S10), the pH may be adjusted to the range of 2.5 to 3.5, preferably to the range of 3.0 to 3.5. Subsequently, the pH of the filtrate may be adjusted to a range of 4.0 to 4.8, preferably 4.5 to 4.8, by adding the first basic solution. By adding and reusing the first cake to the filtrate after acid leaching, the input amount of the first basic solution can be reduced and the loss rate of nickel, cobalt, and manganese can be reduced.

(S30) 단계: 상기 (S20) 단계에서 분리된 여과액에 제2 염기성 용액을 첨가하여 2차 가수분해를 통해 리튬을 분리하고, 제1 케이크를 수득하며, 상등액을 분리하는 단계Step (S30): Separating lithium through secondary hydrolysis by adding a second basic solution to the filtrate separated in step (S20), obtaining a first cake, and separating the supernatant

(S30) 단계는 상기 (S20) 단계에서 분리된 여과액에 제2 염기성 용액을 첨가하여 연속식 가수분해를 수행하는 2차 가수분해 단계일 수 있다. 상기 제2 염기성 용액은 탄산나트륨 수용액을 포함할 수 있으며, 탄산나트륨 수용액은 탄산나트륨의 함량이 상기 탄산나트륨 수용액 전체의 중량을 기준으로 10 내지 25 중량%인 것을 사용할 수 있다.Step (S30) may be a second hydrolysis step of performing continuous hydrolysis by adding a second basic solution to the filtrate separated in step (S20). The second basic solution may include an aqueous sodium carbonate solution, and the sodium carbonate aqueous solution may have a sodium carbonate content of 10 to 25% by weight based on the total weight of the sodium carbonate aqueous solution.

예를 들어, 상기 2차 가수분해는 다음과 같은 반응을 포함할 수 있다.For example, the secondary hydrolysis may include the following reaction.

① MeCl2 + Na2CO3 → MeCO3(s) + 2NaCl [Me: Ni, Co, Mn 등의 유가 금속]① MeCl 2 + Na 2 CO 3 → MeCO 3 (s) + 2NaCl [Me: Valuable metals such as Ni, Co, and Mn]

② 2LiCl + Na2CO3 → Li2CO3(l) + 2NaCl [Li은 침전되지 않고 용액 상태로 존재]② 2LiCl + Na 2 CO 3 → Li 2 CO 3 (l) + 2NaCl [Li exists as a solution without precipitating]

폐전극재에는 니켈, 코발트, 망간의 유가 금속 외에도 전지 특성의 향상을 위한 목적에서 첨가되거나, 또는 폐전극재를 분리 회수하는 과정에서 유입되는 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 알루미늄(Al), 규소(Si) 등 기타 금속 불순물들이 다수 존재할 수 있다.In addition to valuable metals such as nickel, cobalt, and manganese, calcium (Ca), magnesium (Mg), and iron (Fe) added to waste electrode materials for the purpose of improving battery characteristics or introduced in the process of separating and recovering waste electrode materials , aluminum (Al), silicon (Si), and other metal impurities may exist.

상기 금속 불순물들은 상기 (S20) 단계의 1차 가수분해를 통해 상당수 제거 가능하지만, 일부 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 규소(Si) 등은 온전히 제거하기에는 어려움이 따른다. 또한, 2차 가수분해 단계에서 투입되는 탄산나트륨에 포함된 칼슘, 마그네슘, 나트륨 또한 복합 황산염 용액에는 요구치(spec) 이하로 배제되어야 한다. 이를 위하여, 가수분해 반응을 유도함에 있어 여과액을 250 내지 350 rpm으로 교반하면서, 상온 이상의 온도, 바람직하게는 45 내지 75℃에서 상기 여과액에 탄산나트륨을 투입하여 탄산나트륨이 리튬, 니켈, 코발트, 망간과 정량적으로 반응하여 금속 성분이 탄산염(carbonate)으로서 침전되어 분리되도록 할 수 있다.Although many of the metal impurities can be removed through the primary hydrolysis in step (S20), it is difficult to completely remove some calcium (Ca), magnesium (Mg), and silicon (Si). In addition, calcium, magnesium, and sodium contained in the sodium carbonate introduced in the second hydrolysis step must also be excluded from the complex sulfate solution below the required value (spec). To this end, while stirring the filtrate at 250 to 350 rpm in inducing the hydrolysis reaction, sodium carbonate is added to the filtrate at a temperature above room temperature, preferably 45 to 75 ° C., so that sodium carbonate is lithium, nickel, cobalt, manganese reacts quantitatively with the metal components to precipitate and separate as carbonates.

(S30) 단계는 상기 2차 가수분해 반응 이후에 리튬을 용액으로 분리하며, 니켈, 코발트 및 망간이 침전된 제1 케이크와 니켈, 코발트 및 망간이 미분으로 잔존하는 상등액을 분리하여 수득할 수 있다. 도시하지 않았으나, (S30) 단계는 2차 가수분해 반응 이후에 산세(pickling) 및 수세(washing) 과정 중 어느 하나 이상을 더 수행할 수 있으며, 상기 제1 케이크는 산세액 또는 수세액의 제거 이후에 침전되는 공정 슬러지를 포함할 수 있다.In step (S30), lithium is separated into a solution after the secondary hydrolysis reaction, and the first cake in which nickel, cobalt, and manganese are precipitated and the supernatant in which nickel, cobalt, and manganese remain as fine powder can be separated and obtained. . Although not shown, in step (S30), any one or more of pickling and washing processes may be further performed after the secondary hydrolysis reaction, and the first cake is removed after the pickling liquid or the washing liquid is removed. It may contain process sludge that settles on

상기 제1 케이크는 (S40) 단계에 따라 상기 (S20) 단계의 1차 가수분해 반응에 재사용될 수 있으며, 상기 상등액은 후술할 (S50) 단계에 따라 필터 프레스 공정을 거칠 수 있다.The first cake may be reused for the primary hydrolysis reaction of the step (S20) according to the step (S40), and the supernatant may be subjected to a filter press process according to the step (S50) to be described later.

(S40) 단계: 상기 (S30) 단계에서 분리된 제1 케이크를 상기 (S20) 단계의 여과액에 첨가하는 단계Step (S40): Adding the first cake separated in step (S30) to the filtrate in step (S20)

(S40) 단계는 상기 (S30) 단계에서 생성된 공정 슬러지를 상기 (S20) 단계의 1차 가수분해에 사용하는 것으로, 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액에 상기 제1 케이크를 첨가하는 단계일 수 있다. Step (S40) is to use the process sludge generated in step (S30) for the primary hydrolysis in step (S20), adding the first cake to the filtrate separated in step (S10) can be

이러한 경우, 상기 (S20) 단계는 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액과 상기 제1 케이크를 혼합하여 여과액의 pH를 2.5 내지 3.5 범위로 조정할 수 있으며, 바람직하게는 3.0 내지 3.5 범위로 조정할 수 있다. 이어서 상기 제1 염기성 용액을 첨가하여 여과액의 pH를 4.0 내지 4.8 범위로 조정할 수 있으며, 바람직하게는 4.5 내지 4.8 범위로 조정할 수 있다.In this case, in the (S20) step, the filtrate separated in the (S10) step and the first cake may be mixed to adjust the pH of the filtrate to the range of 2.5 to 3.5, preferably to the range of 3.0 to 3.5. can Subsequently, the pH of the filtrate may be adjusted to a range of 4.0 to 4.8, preferably, to a range of 4.5 to 4.8 by adding the first basic solution.

제1 케이크와 제1 염기성 용액을 투입시 여과액은 45 내지 90℃의 온도에서 300 내지 600 rpm으로 교반하면서 1차 가수분해 반응을 유도할 수 있다.When the first cake and the first basic solution are added, the filtrate may induce a first hydrolysis reaction while stirring at 300 to 600 rpm at a temperature of 45 to 90 °C.

(S50) 단계: 상기 (S30) 단계에서 분리된 상등액에 필터 프레스 공정을 수행하여 상기 상등액에 존재하는 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 제2 케이크를 수득하는 단계Step (S50): Obtaining a second cake containing nickel, cobalt, and manganese present in the supernatant by performing a filter press process on the supernatant separated in step (S30).

(S50) 단계는 상기 (S30) 단계에서 2차 가수분해 이후 상등액 중에 미분으로 잔존하는 니켈, 코발트 및 망간을 추가적인 여과를 통해 회수하는 단계일 수 있다. Step (S50) may be a step of recovering nickel, cobalt, and manganese remaining as fine powder in the supernatant after the secondary hydrolysis in step (S30) through additional filtration.

상기 상등액은 7 내지 8 범위의 pH를 가질 수 있으며, 황화나트륨 수용액 등의 중금속 처리제를 투입함에 따라 상기 상등액의 pH가 9 내지 10으로 조정되면서 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 침전물이 형성될 수 있다. 상기 침전물을 필터 프레스 여과하여 제2 케이크를 수득할 수 있다.The supernatant may have a pH in the range of 7 to 8, and a precipitate containing nickel, cobalt, and manganese may be formed as the pH of the supernatant is adjusted to 9 to 10 by adding a heavy metal treatment agent such as aqueous sodium sulfide solution. . The precipitate may be filtered through a filter press to obtain a second cake.

(S60) 단계: 상기 (S50) 단계에서 분리된 제2 케이크를 제2 산성 용액으로 침출하고 여과하는 단계Step (S60): Leaching the second cake separated in step (S50) with a second acidic solution and filtering it

(S60) 단계는 상기 (S50) 단계에서 수득한 제2 케이크를 제2 산성 용액이 담긴 반응조에 투입하여 산 침출액을 얻고, 상기 산 침출액을 여과하여 여과액을 분리하는 2차 산 침출 단계일 수 있다. 상기 제2 산성 용액은 황산(H2SO4) 용액일 수 있다.Step (S60) may be a secondary acid leach step in which the second cake obtained in step (S50) is put into a reaction tank containing a second acid solution to obtain an acid leachate, and the acid leachate is filtered to separate the filtrate. there is. The second acidic solution may be a sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution.

상기 제2 산성 용액은 환원제를 더 포함하여 상기 폐전극재에 대한 산 침출 효율을 증가시킬 수 있으며, 상기 환원제는 과산화수소(H2O2), 황화수소(H2S) 및 이산화황(SO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 과산화수소일 수 있다.The second acidic solution may further include a reducing agent to increase acid leaching efficiency of the waste electrode material, and the reducing agent may include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydrogen sulfide (H 2 S), and sulfur dioxide (SO 2 ). It may be one or more selected from the group consisting of, preferably hydrogen peroxide.

제2 산성 용액을 이용한 침출은 50 내지 85℃에서 300 내지 500분 동안 수행할 수 있으며, 필요에 따라 2회 이상 반복할 수 있다.Leaching using the second acidic solution may be performed at 50 to 85° C. for 300 to 500 minutes, and may be repeated two or more times if necessary.

산 침출액을 여과하여 분리되는 여과액은 반응 결과물인 복합 산성염 용액일 수 있으며, 니켈-코발트-망간 복합 황산염 용액일 수 있다.The filtrate separated by filtering the acid leachate may be a reaction product, a complex acid salt solution, or may be a nickel-cobalt-manganese complex sulfate solution.

도시하지 않았으나, (S60) 단계 이후 추가적인 여과나 결과물인 복합 산성염 용액의 농도 조절을 위한 튜닝 단계를 더 포함할 수 있다.Although not shown, after the step (S60), additional filtration or a tuning step for adjusting the concentration of the resultant complex acid salt solution may be further included.

본 실시예에 따른 방법으로 제조한 니켈, 코발트 및 망간 복합 황산염 용액은 원료가 되는 리튬 이온 이차전지의 폐전극재 투입량을 기준으로 니켈, 니켈 및 망간의 총 손실률이 3% 미만일 수 있다.The nickel, cobalt, and manganese composite sulfate solution prepared by the method according to the present embodiment may have a total loss rate of less than 3% of nickel, nickel, and manganese based on the input amount of waste electrode material of a lithium ion secondary battery as a raw material.

본 발명의 다른 일 실시예는 앞선 실시예에 따른 방법으로 제조한 복합 황산염 용액을 이용하여 제조된 리튬 이온 이차전지 전극재용 전구체 및 상기 전구체를 이용하여 리튬 이온 이차전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.Another embodiment of the present invention relates to a precursor for a lithium ion secondary battery electrode material prepared using the composite sulfate solution prepared by the method according to the previous embodiment and a method for manufacturing a lithium ion secondary battery using the precursor.

리튬 이온 이차전지 전극재용 전구체는 앞선 실시예에 따른 방법으로 제조한 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 복합 황산염 용액을 이용하여 일반적으로 사용되는 방법을 통해 제조할 수 있기 때문에, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Since the precursor for a lithium ion secondary battery electrode material can be prepared by a commonly used method using the complex sulfate solution containing nickel, cobalt, and manganese prepared by the method according to the previous embodiment, a detailed description thereof is omitted. do.

리튬 이온 이차전지를 제조하는 방법은 앞선 실시예에 따른 방법으로 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 복합 황산염 용액을 제조하는 단계, 상기 복합 황산염 용액을 이용하여 전극재용 전구체를 제조하는 단계, 및 상기 전극재용 전구체를 이용하여 리튬 이온 이차전지를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.A method for manufacturing a lithium ion secondary battery includes preparing a composite sulfate solution containing nickel, cobalt, and manganese by the method according to the previous embodiment, preparing a precursor for an electrode material using the composite sulfate solution, and the electrode A step of manufacturing a lithium ion secondary battery using a recycled precursor may be included.

이하에서는, 구체적인 실험예를 통하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 하기 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail through specific experimental examples. The following experimental examples are intended to illustrate the present invention, but the present invention is not limited by the following experimental examples.

실험예 1. 1차 가수분해시 제1 케이크(공정 슬러지) 사용에 따른 공정 개선Experimental Example 1. Process improvement according to the use of the first cake (process sludge) during the first hydrolysis

리튬 이온 이차전지의 폐전극재를 이용하여 산 침출 및 1차 가수분해를 수행하였다. 염산으로 폐전극재를 산 침출한 뒤 여과하여 여과액 500g을 얻었으며, 상기 여과액의 pH가 약 1.0이 되도록 조정하였다.Acid leaching and primary hydrolysis were performed using the waste electrode material of the lithium ion secondary battery. After acid leaching the waste electrode material with hydrochloric acid, 500 g of a filtrate was obtained by filtering, and the pH of the filtrate was adjusted to about 1.0.

제조예 1로는 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 여과액에 15% 탄산나트륨 용액을 첨가하여 1차 및 2차 가수분해를 수행하고, 공정 슬러지인 제1 케이크를 회수하여 pH 약 1.0으로 조정된 상기 여과액에 다시 투입하여 상기 여과액의 pH를 약 3.5로 조정하였다. 이후, 15% 탄산나트륨 용액을 첨가하여 최종 여과액의 pH를 약 4.8로 조정한 뒤, 85℃에서 30분 동안 500 rpm의 속도로 교반하여 1차 가수분해 반응을 유도하였다.In Preparation Example 1, the first and second hydrolysis is performed by adding a 15% sodium carbonate solution to the filtrate according to an embodiment of the present invention, and the first cake, which is the process sludge, is recovered and the pH is adjusted to about 1.0. The filtrate was added again to adjust the pH of the filtrate to about 3.5. Thereafter, the pH of the final filtrate was adjusted to about 4.8 by adding 15% sodium carbonate solution, and stirred at 85° C. for 30 minutes at a rate of 500 rpm to induce a first hydrolysis reaction.

비교예 1로는 pH 약 1.0으로 조정된 상기 여과액에 15% 탄산나트륨 용액을 투입하여 최종 여과액의 pH를 약 4.8로 조정한 뒤, 제조예 1과 동일한 온도, 시간 및 교반 속도 조건 하에 1차 가수분해 반응을 유도하였다.In Comparative Example 1, a 15% sodium carbonate solution was added to the filtrate adjusted to pH about 1.0 to adjust the pH of the final filtrate to about 4.8, followed by primary hydration under the same temperature, time, and stirring speed conditions as in Preparation Example 1. A degradation reaction was induced.

제조예 1과 비교예 1의 조건과 1차 가수분해 반응에 따른 여과액 및 건조된 잔사의 중량(단위: g)은 아래 표 1과 같다.The conditions of Preparation Example 1 and Comparative Example 1 and the weight (unit: g) of the filtrate and dried residue according to the first hydrolysis reaction are shown in Table 1 below.

구분division 침출액leachate 공정
슬러지
투입량
process
sludge
input
15% 탄산나트륨 용액 투입량15% sodium carbonate solution input amount 1차 가수분해 여과액Primary hydrolysis filtrate 1차 가수분해 건조 잔사Primary hydrolysis dried residue
비교예 1Comparative Example 1 500500 -- 32.032.0 461.8461.8 8.628.62 제조예 1Preparation Example 1 17.217.2 12.212.2 442.9442.9 8.458.45

상기 표 1을 참조하면, 공정 슬러지를 투입하여 1차 가수분해를 실시한 제조예 1은 비교예 1 대비 15% 탄산나트륨 용액의 투입량이 약 61.8% 절감되는 것으로 나타났다.Referring to Table 1, Preparation Example 1, in which primary hydrolysis was performed by introducing process sludge, was found to reduce the input amount of 15% sodium carbonate solution by about 61.8% compared to Comparative Example 1.

상기 제조예 1과 비교예 1에 사용된 침출액, 공정 슬러지 및 1차 가수분해에 따른 여과액과 잔사에 포함된 원소들의 함량(단위: mg/kg)을 분석하여 아래 표 2에 나타내었다.The content of elements (unit: mg/kg) contained in the leachate, process sludge, and filtrate and residue according to the primary hydrolysis used in Preparation Example 1 and Comparative Example 1 was analyzed and shown in Table 2 below.

구분division 침출액leachate 공정
슬러지
process
sludge
1차 가수분해 여과액Primary hydrolysis filtrate 1차 가수분해 잔사Residue of primary hydrolysis
비교예 1Comparative Example 1 제조예 1Preparation Example 1 제조예 1Preparation Example 1 비교예 1Comparative Example 1 제조예 1Preparation Example 1 비교예 1Comparative Example 1 제조예 1Preparation Example 1 LiLi 7,4907,490 7,1697,169 308308 6,2686,268 7,6577,657 14,76014,760 13,32013,320 NiNi 43,19043,190 43,05043,050 58,49058,490 39,10039,100 41,41041,410 235,700235,700 235,100235,100 CoCo 9,4419,441 9,4559,455 17,33017,330 8,6718,671 9,4149,414 41,25041,250 40,08040,080 MnMn 8,0278,027 8,1508,150 14,58014,580 7,7157,715 8,2348,234 17,81017,810 18,05018,050 MgMg 4747 5252 44 1212 1616 137137 141141 CaCa 115115 126126 88 66 88 338338 354354 ZnZn 00 00 00 00 00 00 00 CuCu 00 00 00 00 00 1818 2222 FeFe 00 00 00 00 00 269269 281281 NaNa 9393 9494 1,6721,672 3,6973,697 1,9101,910 8,0468,046 2,9532,953 AlAl 768768 782782 00 33 00 40,46040,460 40,86040,860 CrCr 00 00 00 00 00 1919 1717 SiSi 00 00 44 00 00 00 00

상기 제조예 1과 비교예 1에 사용된 침출액, 공정 슬러지 및 1차 가수분해에 따른 잔사 중에 포함된 유가 금속으로서 니켈, 코발트 및 망간의 중량(단위: g)과, 상기 1차 가수분해 잔사를 기준으로 니켈, 코발트 및 망간의 손실률(NCM 손실률, 단위: %)을 계산하여 아래 표 3에 나타내었다.Weights (unit: g) of nickel, cobalt, and manganese as valuable metals contained in the leachate, process sludge, and residues from primary hydrolysis used in Preparation Example 1 and Comparative Example 1, and the primary hydrolysis residue As a standard, the loss rates of nickel, cobalt, and manganese (NCM loss rate, unit: %) were calculated and shown in Table 3 below.

구분division 침출액leachate 공정
슬러지
process
sludge
1차 가수분해 잔사Residue of primary hydrolysis NCM 손실률NCM loss rate
비교예 1Comparative Example 1 제조예 1Preparation Example 1 제조예 1Preparation Example 1 비교예 1Comparative Example 1 제조예 1Preparation Example 1 비교예 1Comparative Example 1 제조예 1Preparation Example 1 NiNi 21.6021.60 22.5322.53 1.011.01 2.032.03 1.991.99 9.419.41 8.828.82 CoCo 4.724.72 5.035.03 0.300.30 0.360.36 0.340.34 7.537.53 6.746.74 MnMn 4.014.01 4.334.33 0.250.25 0.150.15 0.150.15 3.823.82 3.533.53 합계Sum 30.3330.33 31.8831.88 1.551.55 2.542.54 2.482.48 8.388.38 7.777.77

상기 표 3을 참조하면, 공정 슬러지와 탄산나트륨 용액을 첨가하여 1차 가수분해를 실시한 제조예 1은 탄산나트륨 용액만을 첨가하여 1차 가수분해를 실시한 비교예 1 대비 니켈, 코발트 및 망간의 손실률이 약 0.61% 감소한 것으로 나타났다.Referring to Table 3, Preparation Example 1 in which primary hydrolysis was performed by adding process sludge and sodium carbonate solution had a loss rate of nickel, cobalt, and manganese of about 0.61 compared to Comparative Example 1 in which primary hydrolysis was performed by adding only sodium carbonate solution. % was found to decrease.

실험예 2. 1차 가수분해시 제1 케이크(공정 슬러지) 투입에 의한 pH 조정에 따른 공정 개선Experimental Example 2. Process improvement according to pH adjustment by inputting the first cake (process sludge) during the first hydrolysis

상기 실험예 1과 동일한 방법으로 pH 약 1.0인 여과액 500g을 얻었다.In the same manner as in Experimental Example 1, 500 g of a filtrate having a pH of about 1.0 was obtained.

제조예로는 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 여과액에 15% 탄산나트륨 용액을 첨가하여 1차 및 2차 가수분해를 수행하고, 공정 슬러지인 제1 케이크를 회수하여 pH 약 1.0으로 조정된 상기 여과액에 다시 투입하였다. 이때, 상기 공정 슬러지의 투입량을 조절하여 상기 여과액의 pH를 2.5(제조예 2-1), 3.0(제조예 2-2) 및 3.5(제조예 3-5)로 조정하였으며, 15% 탄산나트륨 용액을 첨가하여 최종 여과액의 pH를 약 4.8로 조정한 뒤, 제조예 1과 동일한 온도, 시간 및 교반 속도 조건 하에 1차 가수분해 반응을 유도하였다.As a production example, according to an embodiment of the present invention, the first and second hydrolysis is performed by adding a 15% sodium carbonate solution to the filtrate, and the first cake, which is the process sludge, is recovered and the pH is adjusted to about 1.0. The filtrate was added again. At this time, the pH of the filtrate was adjusted to 2.5 (Preparation Example 2-1), 3.0 (Preparation Example 2-2) and 3.5 (Preparation Example 3-5) by adjusting the input amount of the process sludge, 15% sodium carbonate solution After adjusting the pH of the final filtrate to about 4.8 by adding, a primary hydrolysis reaction was induced under the same temperature, time and stirring speed conditions as in Preparation Example 1.

제조예 2의 조건과 1차 가수분해 반응에 따른 여과액 및 건조된 잔사의 중량(단위: g)은 아래 표 4와 같다.The weights (unit: g) of the filtrate and dried residue according to the conditions of Preparation Example 2 and the first hydrolysis reaction are shown in Table 4 below.

구분division 침출액leachate 공정
슬러지
투입량
process
sludge
input
15% 탄산나트륨 용액 투입량15% sodium carbonate solution input amount 1차 가수분해 여과액Primary hydrolysis filtrate 1차 가수분해 건조 잔사Primary hydrolysis dried residue
제조예 2-1
(pH 2.5)
Preparation Example 2-1
(pH 2.5)
500500 6.16.1 13.013.0 472.1472.1 5.435.43
제조예 2-2
(pH 3.0)
Preparation Example 2-2
(pH 3.0)
8.38.3 8.88.8 455.1455.1 5.555.55
제조예 2-3(pH 3.5)Preparation Example 2-3 (pH 3.5) 10.310.3 5.75.7 468.3468.3 5.345.34

상기 제조예 2-1 내지 2-3에 사용된 침출액, 공정 슬러지 및 1차 가수분해에 따른 여과액과 잔사에 포함된 원소들의 함량(단위: mg/kg)을 분석하여 아래 표 5에 나타내었다.The content of elements (unit: mg/kg) contained in the leachate, process sludge, and filtrate and residue according to the primary hydrolysis used in Preparation Examples 2-1 to 2-3 was analyzed and shown in Table 5 below. .

구분division 침출액leachate 공정
슬러지
process
sludge
1차 가수분해 여과액Primary hydrolysis filtrate 1차 가수분해 잔사Residue of primary hydrolysis
제조예
2-1
manufacturing example
2-1
제조예 2-2Preparation Example 2-2 제조예 2-3Preparation Example 2-3 제조예
2-1
manufacturing example
2-1
제조예 2-2Preparation Example 2-2 제조예 2-3Preparation Example 2-3 제조예
2-1
manufacturing example
2-1
제조예 2-2Preparation Example 2-2 제조예 2-3Preparation Example 2-3
LiLi 6,6596,659 6,5876,587 6,5806,580 308308 6,2886,288 6,5456,545 6,4556,455 13,03013,030 14,93014,930 14,53014,530 NiNi 39,49039,490 40,31040,310 39,72039,720 58,49058,490 39,79039,790 41,84041,840 41,00041,000 228,700228,700 218,300218,300 202,600202,600 CoCo 9,7269,726 9,8939,893 9,7099,709 17,33017,330 9,8539,853 10,36010,360 10,19010,190 44,17044,170 45,85045,850 39,44039,440 MnMn 9,0099,009 9,1769,176 8,9858,985 14,58014,580 9,2959,295 9,7539,753 9,5469,546 24,35024,350 28,16028,160 25,94025,940 MgMg 4646 4444 4242 44 1212 1212 1212 205205 226226 228228 CaCa 115115 100100 9696 88 55 55 55 516516 563563 566566 ZnZn 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 CuCu 00 00 00 00 00 00 00 1313 1212 1313 FeFe 0 0 00 00 00 00 00 00 306306 224224 259259 NaNa 318318 310310 308308 1,6721,672 1,8431,843 1,4321,432 845845 3,6473,647 3,1493,149 2,1992,199 AlAl 235235 239239 243243 00 00 00 00 29,31029,310 27,18027,180 31,09031,090 CrCr 00 00 00 00 00 00 00 3737 3737 3838 SiSi 1212 1111 1111 44 44 44 44 769769 754754 750750

상기 제조예 2-1 내지 2-3에 사용된 침출액 및 1차 가수분해에 따른 잔사 중에 포함된 유가 금속으로서 니켈, 코발트 및 망간의 중량(단위: g)과, 상기 1차 가수분해 잔사를 기준으로 니켈, 코발트 및 망간의 손실률(NCM 손실률, 단위: %)을 계산하여 아래 표 6에 나타내었다.Based on the weight (unit: g) of nickel, cobalt, and manganese as valuable metals contained in the leachate used in Preparation Examples 2-1 to 2-3 and the residue from the primary hydrolysis, and the residue from the primary hydrolysis The loss rates of nickel, cobalt, and manganese (NCM loss rate, unit: %) were calculated and shown in Table 6 below.

구분division 침출액leachate 1차 가수분해 잔사Residue of primary hydrolysis NCM 손실률NCM loss rate 제조예
2-1
manufacturing example
2-1
제조예
2-2
manufacturing example
2-2
제조예
2-3
manufacturing example
2-3
제조예
2-1
manufacturing example
2-1
제조예
2-2
manufacturing example
2-2
제조예
2-3
manufacturing example
2-3
제조예
2-1
manufacturing example
2-1
제조예
2-2
manufacturing example
2-2
제조예
2-3
manufacturing example
2-3
NiNi 20.1020.10 20.6420.64 20.4620.46 1.241.24 1.211.21 1.081.08 6.186.18 5.875.87 5.295.29 CoCo 4.974.97 5.095.09 5.035.03 0.240.24 0.250.25 0.210.21 4.834.83 5.005.00 4.184.18 MnMn 4.594.59 4.714.71 4.644.64 0.130.13 0.160.16 0.140.14 2.882.88 3.323.32 2.982.98 합계Sum 29.6629.66 30.4430.44 30.1430.14 1.611.61 1.621.62 1.431.43 5.445.44 5.335.33 4.754.75

상기 표 4 및 6을 참조하면, 공정 슬러지 투입을 통해 여과액의 pH를 증가시킨 상태일수록 탄산나트륨 용액의 투입량이 절감되면서, 니켈, 코발트 및 망간의 손실률을 감소하는 것으로 나타났다.Referring to Tables 4 and 6, it was found that as the pH of the filtrate was increased through the input of the process sludge, the input amount of the sodium carbonate solution was reduced, and the loss rate of nickel, cobalt, and manganese was reduced.

실험예 3. 1차 가수분해시 산 침출액의 pH 조정에 따른 공정 개선Experimental Example 3. Process improvement according to pH adjustment of acid leachate during primary hydrolysis

제조예로는 본 발명의 일 실시예에 따라 리튬 이온 이차전지의 폐전극재를 이용하여 산 침출 및 1차 가수분해를 수행하였다. As a manufacturing example, acid leaching and primary hydrolysis were performed using the waste electrode material of a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.

이때, 염산의 투입 조건을 조절하여 산 침출 후 여과액의 pH를 0.5(제조예 3-1) 및 1.0(제조예 3-2)로 조정하였다. 이후, 각 제조예에 따른 여과액에 공정 슬러지를 투입하여 pH를 3.5로 조정하였으며, 15% 탄산나트륨 용액을 첨가하여 최종 여과액의 pH를 약 4.8로 조정한 뒤, 제조예 1과 동일한 온도, 시간 및 교반 속도 조건 하에 1차 가수분해 반응을 유도하였다.At this time, the pH of the filtrate after acid leaching was adjusted to 0.5 (Preparation Example 3-1) and 1.0 (Preparation Example 3-2) by adjusting the input conditions of hydrochloric acid. Thereafter, the pH was adjusted to 3.5 by adding process sludge to the filtrate according to each preparation example, and the pH of the final filtrate was adjusted to about 4.8 by adding 15% sodium carbonate solution, followed by the same temperature and time as in Preparation Example 1 And the primary hydrolysis reaction was induced under the stirring speed condition.

제조예 3의 조건과 1차 가수분해 반응에 따른 여과액 및 건조된 잔사의 중량(단위: g)은 아래 표 7과 같다.The weights (unit: g) of the filtrate and the dried residue according to the conditions of Preparation Example 3 and the first hydrolysis reaction are shown in Table 7 below.

구분division 침출액leachate 공정
슬러지
투입량
process
sludge
input
15% 탄산나트륨 용액 투입량15% sodium carbonate solution input amount 1차 가수분해 여과액Primary hydrolysis filtrate 1차 가수분해 건조 잔사Primary hydrolysis dried residue
제조예 3-1
(pH 0.5)
Preparation Example 3-1
(pH 0.5)
500500 18.718.7 4.94.9 470.9470.9 4.074.07
제조예 3-2
(pH 1.0)
Preparation Example 3-2
(pH 1.0)
12.312.3 7.77.7 456.6456.6 4.774.77

상기 제조예 3-1 및 3-2에 사용된 침출액, 공정 슬러지 및 1차 가수분해에 따른 여과액과 잔사에 포함된 원소들의 함량(단위: mg/kg)을 분석하여 아래 표 8에 나타내었다.The content of elements (unit: mg/kg) contained in the leachate, process sludge, and filtrate and residue according to the primary hydrolysis used in Preparation Examples 3-1 and 3-2 was analyzed and shown in Table 8 below. .

구분division 침출액leachate 공정
슬러지
process
sludge
1차 가수분해 여과액Primary hydrolysis filtrate 1차 가수분해 잔사Residue of primary hydrolysis
제조예 3-1Preparation Example 3-1 제조예 3-2Preparation Example 3-2 제조예 3-1Preparation Example 3-1 제조예 3-2Preparation Example 3-2 제조예 3-1Preparation Example 3-1 제조예 3-2Preparation Example 3-2 LiLi 6,7466,746 6,7586,758 308308 6,7296,729 6,9176,917 15,41015,410 12,61012,610 NiNi 45,75045,750 46,16046,160 58,49058,490 47,37047,370 47,08047,080 312,400312,400 312,700312,700 CoCo 8,2488,248 8,2468,246 17,33017,330 9,0419,041 8,8418,841 41,95041,950 43,36043,360 MnMn 8,1768,176 8,1858,185 14,58014,580 8,9018,901 8,8668,866 29,63029,630 25,98025,980 MgMg 22 22 44 22 22 8787 9999 CaCa 44 44 88 22 22 194194 246246 ZnZn 00 00 00 00 00 00 00 CuCu 00 00 00 00 00 3636 2121 FeFe 00 00 00 00 00 720720 502502 NaNa 280280 284284 1,6721,672 1,0101,010 1,3931,393 2,0542,054 2,2452,245 AlAl 356356 357357 00 00 00 63,86063,860 46,78046,780 CrCr 00 00 00 00 00 150150 108108 SiSi 99 99 44 55 55 949949 757757

상기 제조예 3-1 및 3-2에 사용된 침출액, 공정 슬러지 및 1차 가수분해에 따른 잔사 중에 포함된 유가 금속으로서 니켈, 코발트 및 망간의 중량(단위: g)과, 상기 1차 가수분해 잔사를 기준으로 니켈, 코발트 및 망간의 손실률(NCM 손실률, 단위: %)을 계산하여 아래 표 9에 나타내었다.The weight (unit: g) of nickel, cobalt, and manganese as valuable metals contained in the leachate, process sludge, and residue from the first hydrolysis used in Preparation Examples 3-1 and 3-2, and the first hydrolysis The loss rates of nickel, cobalt, and manganese (NCM loss rate, unit: %) based on the residue were calculated and shown in Table 9 below.

구분division 침출액leachate 공정 슬러지process sludge 1차 가수분해 잔사Residue of primary hydrolysis NCM 손실률NCM loss rate 제조예 3-1Preparation Example 3-1 제조예 3-2Preparation Example 3-2 제조예 3-1Preparation Example 3-1 제조예 3-2Preparation Example 3-2 제조예 3-1Preparation Example 3-1 제조예 3-2Preparation Example 3-2 제조예 3-1Preparation Example 3-1 제조예 3-2Preparation Example 3-2 NiNi 23.9723.97 23.8023.80 1.091.09 0.720.72 1.271.27 1.491.49 5.305.30 6.276.27 CoCo 4.454.45 4.344.34 0.320.32 0.210.21 0.170.17 0.210.21 3.843.84 4.774.77 MnMn 4.364.36 4.274.27 0.270.27 0.180.18 0.120.12 0.120.12 2.762.76 2.902.90 합계Sum 32.7832.78 32.4132.41 1.691.69 1.111.11 1.561.56 1.821.82 4.774.77 5.635.63

상기 표 9를 참조하면, 염산 침출 및 여과 후 pH를 0.5로 조정한 제조예 3-1은 1차 가수분해시 pH를 1.0으로 조정한 제조예 3-2 대비 니켈, 코발트 및 망간의 손실률이 약 0.86% 감소한 것으로 나타났다.Referring to Table 9, Preparation Example 3-1 in which the pH was adjusted to 0.5 after hydrochloric acid leaching and filtration showed a loss rate of about nickel, cobalt, and manganese compared to Preparation Example 3-2 in which the pH was adjusted to 1.0 during the first hydrolysis. It was found to decrease by 0.86%.

실험예 4. 생산 공정 적용을 위한 파일럿 테스트Experimental Example 4. Pilot test for production process application

랩 스케일(lab scale)의 실험예 1 내지 3의 결과를 바탕으로, 본 발명의 일 실시예에 따라 파일럿 스케일(pilot scale)의 공정을 수행하였다. Based on the lab scale results of Experimental Examples 1 to 3, a pilot scale process was performed according to an embodiment of the present invention.

제조예 4로는 리튬 이온 이차전지의 폐전극재를 이용하여 산 침출 및 1차 가수분해를 수행하였다. 이때, 염산의 투입 조건을 조절하여 산 침출 후 여과액의 pH를 0.5로 조정하였다. 이후, 여과액에 공정 슬러지를 투입하여 pH를 3.5로 조정하였으며, 15% 탄산나트륨 용액을 첨가하여 최종 여과액의 pH를 약 4.8로 조정한 뒤, 제조예 1과 동일한 온도, 시간 및 교반 속도 조건 하에 1차 가수분해 반응을 유도하였다.In Preparation Example 4, acid leaching and primary hydrolysis were performed using the waste electrode material of the lithium ion secondary battery. At this time, the pH of the filtrate was adjusted to 0.5 after acid leaching by adjusting conditions for adding hydrochloric acid. Thereafter, the pH was adjusted to 3.5 by adding process sludge to the filtrate, and the pH of the final filtrate was adjusted to about 4.8 by adding 15% sodium carbonate solution, and then under the same temperature, time and stirring speed conditions as in Preparation Example 1. A first hydrolysis reaction was induced.

비교예 2로는 산 침출 후 여과액에 공정 슬러지의 투입 없이, 제조예 1과 동일한 온도, 시간 및 교반 속도 조건 하에 1차 가수분해 반응을 유도하였다.In Comparative Example 2, a primary hydrolysis reaction was induced under the same conditions of temperature, time, and stirring speed as in Preparation Example 1, without adding process sludge to the filtrate after acid leaching.

제조예 4 및 비교예 2에 따른 공정을 각각 5회 반복 수행하였으며, 각 공정에 투입된 공정 슬러지 및 15% 탄산나트륨 용액의 투입량(단위: L)과 폐전극재 원료, 공정 슬러지, 원료와 공정 슬러지의 혼합물 및 1차 가수분해에 따른 잔사 중에 포함된 유가 금속으로서 니켈, 코발트 및 망간의 전체 중량(NCM 금속량, 단위: kg), 및 투입 원료 대비 1차 가수분해 잔사 농도 분석에 따른 니켈, 코발트 및 망간의 손실률(단위: %)을 계산하여 아래 표 10에 나타내었다.The processes according to Preparation Example 4 and Comparative Example 2 were repeated 5 times, respectively, and the input amount of the process sludge and 15% sodium carbonate solution (unit: L) and the waste electrode material raw material, process sludge, raw material and process sludge Nickel, cobalt and manganese according to the total weight of nickel, cobalt, and manganese (NCM metal amount, unit: kg) as valuable metals included in the mixture and the residue from the primary hydrolysis, and the concentration of the primary hydrolysis residue compared to the input raw material The manganese loss rate (unit: %) was calculated and shown in Table 10 below.

구분division 공정
슬러지
process
sludge
15% 탄산나트륨
용액
15% sodium carbonate
solution
원료Raw material 공정
슬러지
process
sludge
원료+
공정
슬러지
raw material+
process
sludge
1차
가수분해
잔사
Primary
hydrolysis
residue
손실률loss rate
투입량input NCM 금속량NCM metal amount 제조예 4Production Example 4 1회1 time 1,1291,129 230230 674.8674.8 118.1118.1 792.8792.8 21.421.4 2.702.70 2회Episode 2 460460 100100 731.9731.9 45.045.0 776.8776.8 25.925.9 3.343.34 3회3rd time 685685 100100 720.6720.6 73.573.5 794.1794.1 27.027.0 3.403.40 4회4 times 687687 100100 711.4711.4 73.173.1 784.5784.5 17.917.9 2.282.28 5회5 times 588588 9090 711.4711.4 60.360.3 771.7771.7 16.916.9 2.202.20 평균average 710710 124124 710.0710.0 74.074.0 784.0784.0 21.821.8 2.782.78 비교예 2Comparative Example 2 1회1 time -- 500500 720.5720.5 -- 720.5720.5 30.030.0 4.164.16 2회Episode 2 -- 500500 750.7750.7 -- 750.7750.7 71.271.2 9.499.49 3회3rd time -- 480480 727.9727.9 -- 727.9727.9 40.540.5 5.575.57 4회4 times -- 350350 717.5717.5 -- 717.5717.5 23.623.6 3.283.28 5회5 times -- 480480 734.7734.7 -- 734.7734.7 23.923.9 3.253.25 평균average -- 462462 730.3730.3 -- 759.6759.6 37.837.8 5.155.15

상기 표 10을 참조하면, 공정 슬러지를 재투입하는 제조예 4에 따른 공정에서 15% 탄산나트륨 용액 투입량이 종래 공정에 해당하는 비교예 2에 대비 약 73% 감소하는 것으로 나타났다.Referring to Table 10, in the process according to Preparation Example 4 in which process sludge is re-injected, it was found that the amount of 15% sodium carbonate solution input was reduced by about 73% compared to Comparative Example 2 corresponding to the conventional process.

동시에, 제조예 4에서는 투입되는 원료인 폐전극재와 재투입되는 공정 슬러지에 포함된 니켈, 코발트 및 망간의 양에 대한 1차 가수분해 잔사에 포함된 니켈, 코발트 및 망간의 양인 손실률이 5회 평균 3% 미만으로 나타났다. 제조예 4는 비교예 2보다 니켈, 코발트 및 망간의 손실률이 약 2.38% 감소하는 것으로 나타났다.At the same time, in Production Example 4, the loss rate, which is the amount of nickel, cobalt, and manganese contained in the primary hydrolysis residue, relative to the amount of nickel, cobalt, and manganese contained in the waste electrode material as a raw material and the process sludge re-injected, was 5 times showed an average of less than 3%. Preparation Example 4 was found to reduce the loss rate of nickel, cobalt and manganese by about 2.38% compared to Comparative Example 2.

Claims (12)

(S10) 리튬 이온 이차전지의 폐전극재를 제1 산성 용액으로 침출하여 여과하는 단계;
(S20) 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액에 공정 슬러지, 또는 공정 슬러지 및 제1 염기성 용액을 첨가하여 1차 가수분해를 하여 금속 불순물을 분리하는 단계;
(S30) 상기 (S20) 단계에서 분리된 여과액에 제2 염기성 용액을 첨가하여 2차 가수분해를 하여 리튬을 분리하고, 제1 케이크를 수득하며, 상등액을 분리하는 단계;
(S40) 상기 (S30) 단계에서 분리된 제1 케이크를 상기 (S20) 단계의 여과액에 첨가하는 단계;
(S50) 상기 (S30) 단계에서 분리된 상등액에 필터 프레스(Filter Press, F/P) 공정을 수행하여 상기 상등액에 존재하는 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 망간(Mn)을 포함하는 제2 케이크를 수득하는 단계; 및
(S60) 상기 (S50) 단계에서 분리된 제2 케이크를 제2 산성 용액으로 침출하고 여과하는 단계를 포함하며,
상기 공정 슬러지는 상기 제1 케이크를 포함하는 것인, 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법.
(S10) leaching and filtering the waste electrode material of the lithium ion secondary battery with a first acidic solution;
(S20) adding process sludge or process sludge and a first basic solution to the filtrate separated in step (S10) to perform primary hydrolysis to separate metallic impurities;
(S30) adding a second basic solution to the filtrate separated in step (S20) to perform secondary hydrolysis to separate lithium, obtain a first cake, and separate the supernatant;
(S40) adding the first cake separated in step (S30) to the filtrate in step (S20);
(S50) A filter press (F/P) process is performed on the supernatant separated in step (S30) to remove nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) present in the supernatant. Obtaining 2 cakes; and
(S60) leaching the second cake separated in step (S50) with a second acidic solution and filtering;
The method of producing a composite sulfate solution from waste electrode material of a lithium ion secondary battery, wherein the process sludge includes the first cake.
제1항에 있어서,
상기 제1 산성 용액은 염산, 질산 또는 황산을 포함하며,
상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액은 0.5 내지 1.0 범위의 pH를 가지는 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법.
According to claim 1,
The first acidic solution includes hydrochloric acid, nitric acid or sulfuric acid,
The method of preparing a complex sulfate solution from the waste electrode material of a lithium ion secondary battery in which the filtrate separated in step (S10) has a pH in the range of 0.5 to 1.0.
제1항에 있어서,
상기 제1 산성 용액은 과산화수소, 황화수소 및 이산화황으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 환원제를 더 포함하는 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법.
According to claim 1,
Wherein the first acidic solution further comprises at least one reducing agent selected from the group consisting of hydrogen peroxide, hydrogen sulfide and sulfur dioxide.
제1항에 있어서,
상기 금속 불순물은 철(Fe), 알루미늄(Al) 및 구리(Cu)를 포함하는 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법.
According to claim 1,
The metal impurities are a method for producing a composite sulfate solution from a waste electrode material of a lithium ion secondary battery containing iron (Fe), aluminum (Al) and copper (Cu).
제1항에 있어서,
상기 제1 염기성 용액 및 상기 제2 염기성 용액은 탄산나트륨 수용액을 포함하며,
상기 탄산나트륨 수용액은 탄산나트륨의 함량이 상기 탄산나트륨 수용액전체의 중량을 기준으로 10 내지 25 중량%인, 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법.
According to claim 1,
The first basic solution and the second basic solution include an aqueous solution of sodium carbonate,
The sodium carbonate aqueous solution has a sodium carbonate content of 10 to 25% by weight based on the total weight of the sodium carbonate aqueous solution, a method for producing a composite sulfate solution from waste electrode material of a lithium ion secondary battery.
제5항에 있어서,
상기 (S40) 단계는 상기 제1 케이크를 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액에 첨가하며,
상기 (S20) 단계는 상기 제1 케이크가 첨가된 여과액에 상기 제1 염기성 용액을 첨가하는 것인, 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법.
According to claim 5,
The step (S40) adds the first cake to the filtrate separated in the step (S10),
The step (S20) is to add the first basic solution to the filtrate to which the first cake is added, a method for preparing a composite sulfate solution from waste electrode material of a lithium ion secondary battery.
제6항에 있어서,
상기 (S40) 단계는 상기 제1 케이크를 상기 (S10) 단계에서 분리된 여과액에 첨가하여 상기 여과액을 2.0 내지 3.5 범위의 pH로 조절하는 것인, 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법.
According to claim 6,
In the step (S40), the first cake is added to the filtrate separated in the step (S10) to adjust the filtrate to a pH in the range of 2.0 to 3.5. A method for preparing a sulfate solution.
제5항에 있어서,
상기 (S20) 단계는 상기 제1 케이크가 첨가된 여과액에 상기 제1 염기성 용액을 첨가하여 상기 여과액을 4.0 내지 4.8 범위의 pH로 조절하는 것인, 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법.
According to claim 5,
In the step (S20), the first basic solution is added to the filtrate to which the first cake is added to adjust the filtrate to a pH in the range of 4.0 to 4.8. A method for preparing a sulfate solution.
제1항에 있어서,
상기 제2 산성 용액은 황산 용액을 포함하며,
상기 복합 황산염 용액은 니켈(Ni)-코발트(Co)-망간(Mn) 복합 황산염 용액인, 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법.
According to claim 1,
The second acidic solution includes a sulfuric acid solution,
The composite sulfate solution is a nickel (Ni) -cobalt (Co) -manganese (Mn) composite sulfate solution, a method for preparing a composite sulfate solution from waste electrode material of a lithium ion secondary battery.
제9항에 있어서,
상기 복합 황산염 용액 제조시, 니켈, 코발트 및 망간의 총 손실률은 3% 미만인, 리튬 이온 이차전지의 폐전극재로부터 복합 황산염 용액을 제조하는 방법.
According to claim 9,
A method for preparing a composite sulfate solution from waste electrode materials of a lithium ion secondary battery, wherein the total loss rate of nickel, cobalt, and manganese is less than 3% when the composite sulfate solution is prepared.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조한 복합 황산염 용액을 이용하여 제조된 리튬 이온 이차전지 전극재용 전구체.A precursor for a lithium ion secondary battery electrode material prepared using the complex sulfate solution prepared by the method according to any one of claims 1 to 10. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 복합 황산염 용액을 제조하는 단계;
상기 복합 황산염 용액을 이용하여 전극재용 전구체를 제조하는 단계; 및
상기 전극재용 전구체를 이용하여 리튬 이온 이차전지를 제조하는 단계를 포함하는 리튬 이온 이차전지의 제조 방법.
Preparing a complex sulfate solution by the method according to any one of claims 1 to 10;
preparing a precursor for an electrode material using the complex sulfate solution; and
Method for manufacturing a lithium ion secondary battery comprising the step of manufacturing a lithium ion secondary battery using the precursor for the electrode material.
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