KR102565372B1 - 폐전지로부터 유가금속을 회수하는 시스템 - Google Patents

폐전지로부터 유가금속을 회수하는 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102565372B1
KR102565372B1 KR1020220060461A KR20220060461A KR102565372B1 KR 102565372 B1 KR102565372 B1 KR 102565372B1 KR 1020220060461 A KR1020220060461 A KR 1020220060461A KR 20220060461 A KR20220060461 A KR 20220060461A KR 102565372 B1 KR102565372 B1 KR 102565372B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat treatment
lithium ion
treatment step
partial pressure
valuable metals
Prior art date
Application number
KR1020220060461A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102565372B9 (ko
KR20220170745A (ko
Inventor
손일
권오성
Original Assignee
주식회사 알디솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 알디솔루션 filed Critical 주식회사 알디솔루션
Publication of KR20220170745A publication Critical patent/KR20220170745A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102565372B1 publication Critical patent/KR102565372B1/ko
Publication of KR102565372B9 publication Critical patent/KR102565372B9/ko

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/54Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B23/00Obtaining nickel or cobalt
    • C22B23/02Obtaining nickel or cobalt by dry processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B26/00Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
    • C22B26/10Obtaining alkali metals
    • C22B26/12Obtaining lithium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B47/00Obtaining manganese
    • C22B47/0018Treating ocean floor nodules
    • C22B47/0036Treating ocean floor nodules by dry processes, e.g. smelting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/001Dry processes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84Recycling of batteries or fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Oceanography (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

본 발명은 폐리튬 이온 전지로부터 유가금속을 회수하는 방법으로서, 이산화탄소의 분압값을 일산화탄소의 분압값으로 계산한 값의 대수값인 log(PCO2/PCO)가 -2.15 이상 2.5 이하의 범위 내의 값을 나타내는 이산화탄소(CO2)와 일산화탄소(CO)의 혼합 환원 가스 분위기 하에서, 폐리튬 이온 전지를 열처리하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

Description

폐전지로부터 유가금속을 회수하는 시스템 {System for Recovering Valuable Metals from Wasted Batteries}
본 발명은 폐전지로부터 유가금속을 회수하는 시스템에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지는 에너지밀도가 높고, 자가방전효과가 적어 휴대용 전자기기 등에 많이 사용되고 있으며, 특히 전기자동차 (EV, HEV, PHEV)의 보급률이 증가하고 신재생 에너지 산업의 확장에 따라 리튬 이온 이차 전지의 사용은 더욱 가속화 될 전망이다. 이처럼 리튬 이온 이차 전지의 사용이 가속화 될수록 폐배터리 발생량 또한 늘어날 전망이며, 2040년 이전엔 약 570만개의 전기자동차용 폐배터리가 발생할 예정이다.
리튬 이차전지의 양극은 양극 집전체의 표면에 형성된 양극 활물질층을 포함하며, 상기 양극 활물질은 리튬과 함께, 니켈, 코발트, 망간 등을 비롯한 전이금속을 포함하는데, 상기 니켈 및 코발트는 비교적 고가의 금속이며, 특히 코발트는 생산국의 수가 한정되어 있어, 세계적으로 그 수급이 불안정한 금속으로 알려져 있다. 따라서, 폐전지, 특히 폐양극으로부터 양극 활물질에 포함되는 유가 금속을 회수하여 원료로서 재활용할 경우, 가격 경쟁력을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 부가 수익의 창출이 가능하다. 최근에는 폐전지로부터 유가 금속을 회수하여 재활용하는 방법에 대한 연구들이 시도되고 있다.
현행 배터리 재활용 기술은 다량의 산(acid)을 사용하여 유가금속을 회수하는 습식법과 고온에서 배터리를 용융하여 유가금속을 회수하는 건식법이 있으나, 습식법의 경우 재활용 공정 중 많은 물이 사용되며, 산 폐액 처리공정의 복잡성과 대용량 처리가 불가능하다는 단점을 지닌다. 건식법의 경우에는 공정 중 무분별한 지구온난화 가스(CO2)의 배출과 다량의 공정 부산물이 발생하며, 부수적인 처리공정이 필요하다는 단점을 지닌다.
국내·외적인 폐배터리 발생량을 고려해 보면 이러한 장기적인 산업은 우리나라뿐만 아니라, 전 세계적인 환경 오염을 초래할 수 있으므로 친환경/고효율의 기술개발이 이루어져야 한다.
본 발명은 건식법을 활용하여 폐리튬 이온 전지로부터 유가 금속을 회수하는 방법에 있어서, 유가 금속을 회수하는데 불필요한 에너지 소모를 비롯한 전지 내의 음극재인 그라파이트의 산화로 인해 무분별한 지구온난화 가스(CO2)의 배출을 초래하는 기존의 건식법의 문제를 해결하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다
일 측면에 따른 폐리튬 이온 전지로부터 유가금속을 회수하는 방법은 하기 수학식 1의 분압비를 만족하는 이산화탄소(CO2)와 일산화탄소(CO)의 혼합 환원 가스 분위기를 조성하는 단계; 및 상기 혼합환원 가스 분위기 하에서 폐리튬 이온 전지를 열처리하는 단계를 포함한다.
[수학식 1]
-2.15 ≤ log(PCO2/PCO) ≤ 2.5
이때, PCO2 는 이산화탄소의 분압값이고, PCO 는 일산화탄소의 분압값이다.
상기 유가 금속은 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 및 리튬(Li)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 열처리 단계에서 열처리 온도가 높아짐에 따라 상기 log(PCO2/PCO) 가 작아지도록 조정할 수 있다.
상기 열처리 온도가 500℃ 이상 600℃ 이하, 600℃ 초과 내지 700℃ 이하, 700℃ 초과 내지 800℃ 이하, 800℃ 초과 내지 900℃ 이하, 또는 900℃ 초과 내지 1,000℃ 이하일 경우, log(PCO2/PCO)를 각각, 0.45 이상 2.50 이하, -0.20 이상 2.15 이하, -0.90 이상 1.85 이하, -1.55 이상 1.60 이하, 또는 -2.15 이상 1.40 이하의 범위 내의 값이 되도록 조정할 수 있다.
상기 폐리튬 이온 전지가 리튬니켈코발트망간 산화물 또는 리튬코발트산화물을 양극 활물질로 포함하는 전지일 수 있다.
상기 열처리가 650 내지 850℃ 사이의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 열처리 온도에서, log(PCO2/PCO)가 -1.20 이상 2.00 이하의 범위 내의 값이 되도록 조정된 이산화탄소와 일산화탄소의 혼합 환원 가스 분위기 하에서 수행될 수 있다.
상기 열처리에 의해 Co, Ni, Mn, CoO, NiO, MnO, Li2CO3, 및 LiAlO2 로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 회수체가 수득될 수 있다.
상기 열처리하여 수득한 회수체를 700℃ 이상에서 산소(O2) 또는 이산화탄소(CO2)의 분위기 하에서 열처리하는 추가 열처리 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 추가 열처리 단계에서 CO 가스가 발생하고 상기 CO 가스를 전술한 열처리 단계의 혼합 환원 가스로 공급하여 log(PCO2/PCO)를 조정할 수 있다.
상기 열처리하여 수득한 회수체로부터 유가금속 함유물을 분리하는 분리 단계를 추가로 포함하고, 상기 분리는 분급(sieving)에 의한 분리 공정, 자성에 의한 분리 공정, 및 산 또는 물을 사용한 침출에 의한 분리 공정으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 분리 공정을 포함할 수 있다.
상기 추가 열처리 단계에서 CO 가스가 발생하고 상기 CO 가스의 산화에 의한 발열 반응으로 발생한 열을 전술한 열처리 단계 또는 상기 열처리 단계 이후에 수행되는 유가금속 분리 단계에서 열원으로 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면 폐리튬 이온 전지로부터 유가금속을 효율적으로 회수할 수 있다. 특히, 폐 리튬 이온 전지 내의 음극재(Graphite)는 재활용 공정 중 환원재로 작용하여 MeO 계통의 유가금속 산화물을 환원시켜 지구온난화가스(CO2)를 발생시키는데, 본 발명에 따르면 열처리 공정 중 분위기 가스 제어를 통해 지구온난화가스의 배출을 최소화할 수 있다.
도 1은 실시예에 따라 리튬이온 이차전지로부터 유가금속을 회수한 이미지이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것이 아니다.
본 발명에 따라 폐리튬 이온 전지로부터 유가금속을 회수하는 방법은 하기 수학식 1의 분압비를 만족하는 이산화탄소(CO2)와 일산화탄소(CO)의 혼합 환원 가스 분위기를 조성하는 단계, 및 상기 혼합환원 가스 분위기 하에서 폐리튬 이온 전지를 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
-2.15 ≤ log(PCO2/PCO) ≤ 2.5
이때, PCO2 는 이산화탄소의 분압값이고, PCO 는 일산화탄소의 분압값이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명의 상기 방법은 폐리튬 이온 전지를 전처리하는 단계, 전처리한 폐리튬 이온 전지를 열처리 장치(예를 들어, 열처리 로(furnace))에 투입하는 단계, 상기 열처리 장치를 CO2와 CO의 혼합 가스 분위기로 조성시키는 단계, 상기 혼합가스 분위기로 조성시킨 열처리 장치를 열처리하는 단계, 및 상기 열처리에 의해 수득한 회수체로부터 유가금속을 분리하는 단계를 포함하며, 상기 열처리 단계와 상기 유가금속의 분리 단계 사이에 700℃ 이상에서 O2 또는 CO2 조건 하에 추가 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하 각 단계에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
상기 폐리튬 이온 전지를 전처리 하는 단계는 리튬 이온 폐전지의 폭발 방지 또는 무해화, 외장캔 제거 등을 목적으로 하여 행해진다. 즉, 예컨대 사용이 끝난 리튬 이온 전지 등의 리튬 이온 폐전지는 밀폐계이고, 내부에 전해액 등을 가지고 있기 때문에, 그 대로의 상태에서 분쇄 처리를 행하면, 폭발의 우려가 있어 위험하다. 이 때문에, 어떠한 방법으로 방전 처리나 전해액의 제거 처리를 실시할 필요가 있다. 이와 같이, 폐전지 전처리 공정에 있어서 전해액 및 외장캔을 제거함으로써, 안전성을 높이고, 또한, 구리, 니켈, 코발트 등의 유가 금속의 회수 생산성을 높일 수 있다. 상기 방전 처리의 경우, 알칼리금속 또는 알칼리 토금속 이온이 함유된 수용액 중에 전지를 담그어서 수행할 수 있다.
이와 같이 전처리된 폐리튬 이온 전지는 필요에 따라 분쇄 공정을 거칠 수 있다. 상기 분쇄 공정에서는 전지 내용물을 분쇄하여 분쇄물을 얻는다. 분쇄 공정은, 후속 공정에서의 반응 효율을 높임으로써, 구리, 니켈, 코발트의 유가 금속의 회수율을 높이려는 목적으로 행해질 수 있다. 구체적인 분쇄 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 커터 믹서 등의 종래 공지의 분쇄기를 이용하여, 전지의 내용물을 분쇄하거나 절단하여 수행할 수 있다.
다음으로, 폐리튬 이온 전지는 열처리 장치, 예를 들어 열처리 로(furnace)에 투입할 수 있다. 상기 열처리로(furnace)는 내부에 폐전지를 장입할 수 있는 공간을 구비하고, 그 내부 또는 그 외부에 열원을 포함하며, 상기 열처리로의 일 측부에는 폐전지를 투입할 수 있는 투입로를 구비하고, 반응이 완료된 결과물을 회수할 수 있는 배출부를 가지는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며; 예를 들면, 머플로(muffle furnace), 화로(hearth furnace), 로터리 킬른로(rotary kiln furnace) 중 어느 하나를 용하는 것일 수 있다. 상기 열원으로는 가스 버너(burner), 석탄 버너, 저항 가열체 또는 IR 램프 등을 사용할 수 있으나, 이에 한되지 않을 수 있다. 열처리 이후의 회수체에는 Me(M=Co or Ni, or Mn) 또는 MeO(M=Co or Ni, or Mn) 그리고 Li2CO3와 LiAlO2, Graphite(C) 그리고 Al, Cu 등으로 구성되어 있다.
이어서, 상기 열처리 장치로 투입된 폐전지를 열처리한다.
먼저 열처리를 아래 표 1에 보이는 조업 온도에 따른 CO2와 CO의 혼합 가스 분위기에서 환원할 수 있다. 상기 혼합 가스는 이산화탄소의 분압값을 일산화탄소의 분압값으로 계산한 값의 대수값인 log(PCO2/PCO)가 -2.15 이상 2.5 이하의 범위 내의 값을 나타내도록 조정할 수 있다. 열처리의 온도는 배터리의 종류와 형태에 따라 결정되며, 상기 열처리 단계에서 열처리 온도가 높아짐에 따라 log(PCO2/PCO)가 작아지도록 조정할 수 있다. LCO와 NMC 계통의 파우치 형 배터리는 650 ~ 850℃ 이의 온도로 열처리를 진행하며, 이 때 열처리는 log(PCO2/PCO)가 -1.20 이상 2.00 이하의 범위 내의 값이 되도록 조정된 이산화탄소와 일산화탄소의 혼합 환원 가스 분위기 하에서 수행될 수 있다. 다른 일 구현예에 따르면, 상기 열처리 온도가 500℃ 이상 600℃ 이하, 600℃ 초과 내지 700℃ 이하, 700℃ 초과 내지 800℃ 이하, 800℃ 초과 내지 900℃ 이하, 또는 900℃ 초과 내지 1,000℃ 이하일 경우 log(PCO2/PCO)를 각각, 0.45 이상 2.50 이하, -0.20 이상 2.00 이하, -0.90 이상 1.85 이하, -1.55 이상 1.60 이하, 또는 -2.15 이상 1.40 이하의 범위 내의 값이 되도록 조정될 수 있다. 조업 온도에 따라 log(PCO2/PCO)의 최대값과 최소값을 조정함으로써, 각각의 열처리 온도 조건에 따라 CO2/CO 혼합 가스를 하한(Min) 값 이상으로 설정하여 탄소의 석출을 억제하고, 상한(Max) 값 이하로 설정하여 열처리 공정 시간을 단축할 수 있다.
Temperature(℃)
500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000
Max 2.50 2.30 2.12 1.97 1.83 1.70 1.58 1.48 1.38 1.29 1.21
Min 1.20 0.83 0.49 0.16 -0.17 -0.51 -0.86 -1.20 -1.53 -1.83 -2.11
열처리가 끝난 후 열처리 회수체에 대해 추가 열처리를 진행하여 회수체 중 잔류 탄소를 제거한다. 이 때 열처리 온도를 700℃ 이상으로 설정하고, 바람직하게는, 700℃ 내지 800℃의 온도에서 분위기 조건을 O2 또는 CO2로 설정하여 잔류 탄소를 제거함과 동시에 CO 가스를 발생시켜 이를 열처리의 분위기 제어에 사용하거나, CO의 산화에 의한 발열반응을 열처리 공정 또는 분리공정의 열원으로 사용한다. 추가 열처리 이후의 회수체는 Me(M=Co or Ni, or Mn) 또는 MeO(M=Co or Ni, or Mn) 그리고 Li2CO3와 LiAlO2, 그리고 Al, Cu 등으로 구성되어 있다.
상기의 열처리 공정을 거친 후 회수체의 물리적 성질에 맞게 유가금속을 회수할 수 있으며, 자성금속의 경우 분리 공정 중 자장을 이용하여 분리할 수 있고, ash의 경우 분급(sieving)에 의해 크기별로 분류할 수 있다. 또한 공정 생성물 중 Li 농축상인 Li2CO3와 LiAlO2는 물이나 산을 이용한 침출 공정에 의해 회수할 수 있다. 해당 분리 공정은 목적에 맞게 추가 열처리 전이나 후에 수행될 수 있다.
예를 들어, 애쉬(ash)의 경우, 수 mm 내지 수 cm의 크기를 갖는 프레이크(flake) 형태의 자성 유가금속 함유물이나 비자성 유가금속 함유물에 비해 크기가 작으며, 체 분급(sieving)을 위한 분급 필터를 통과하도록 설계될 수 있다. 상기 분급 필터는, 예를 들면, 80 ㎛ 내지 110 ㎛의 평균 구멍 크기를 갖는 메시(mesh)일 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 분급은 유동화 유체, 예를 들면 기류(gas stream) 속에서 입자에 인가되는 원심, 관성력 또는 중력을 이용한 기류식 분급 장치, 원심 분리, 또는 물리적 진동에 의한 분급 또는 액체 내의 침강 속도 차이를 이용한 습식 분극 장치가 적용될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 자성 분리는 전자석 또는 영구자석에 의한 자기장을 이용하여 자성을 갖는 제 1 유가금속 함유물과 자성을 갖지 않는 제 2 유가금속 함유물을 분리한다. 또 다른 구현예에서는, 제 1 및 제 2 유가금속 함유물의 혼합물에 적당한 진동을 부여하면서 자기장을 인가하여 자석에 붙는 제 1 유가금속 함유물을 선별하는 것에 의해 제 2 분리 단계가 수행될 수도 있다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
실시예 1 : 이산화탄소(CO2)와 일산화탄소(CO)의 혼합 환원 가스 분위기에서의 유가금속 회수
리튬니켈코발트망간 산화물을 양극활물질로 포함하는 폐 리튬 이온 전지를 알칼리 토금속 이온이 함유된 수용액 속에 전지를 담그고 24H 동안 방전 시켜 전처리 하였다. 그 다음, 열처리로(furnace) 내에 잘 투입되도록, crushing or cutting 공정을 통해 분쇄공정을 진행하였다. 그 다음, 상기 표 1 및 표 2와 같이 이산화탄소(CO2)와 일산화탄소(CO)의 혼합 환원 가스 분위기를 850℃의 온도에서 =0으로 15분 처리하였다. 그 다음, 700°C 이상 800°C 이하, O2 또는 CO2 조건에서 추가 열처리를 수행하여 회수체 중 잔류 탄소를 제거하였다. 그 다음, 상기 회수체를 Sieving 하여 열처리 공정 중 생성된 Li2CO3와 LiAlO2을 Ash의 형태로 회수하였다. 한편, 자성/비자성 금속은 회수체에 자장을 걸어 회수하고, Li 농축상인 Li2CO3와 LiAlO2는 water leaching과 acid leaching을 통해 회수하였다.
비교예 1 : 기타 가스 분위기에서의 유가금속 회수
실시예 1과 비교했을 때, 가스 분위기를 실시예 1의 혼합 환원 가스 분위기 대신, 하기 표 2와 같이 여러 가스 분위기에서 유가금속을 회수하였다.
실험예 1 : 회수된 유가 금속 확인
실시예 1에 따라 유가금속을 회수하고 그 회수한 유가금속을 도 1에 나타내었다.
도 1을 참고하면, (1) 자성을 갖는 Ni or Co or Mn을 포함하는 합금 형태의 금속 (2) 배터리 case로 Al을 사용했을 경우의 비자성 Al 합금 (3) Water leaching 법을 활용하여 회수한 탄산리튬 (4) MnO와 LiAlO2 그리고 2차 열처리에서 산화되지 않은 잔류 탄소 등의 네 가지 그룹으로 유가금속을 회수할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2 : 환원 가스 종류에 따른 유가금속 회수 여부 분석
하기 표 2에 따라, 유가금속을 회수하고 그 회수한 유가금속의 수율을 각각 나타내었다.
회수금속
분위기 조건
Li2CO3 LiAlO2 Al dross Co Cu C
비교예 1 Ar 97 68 94 69 98 67
실시예 1 =0 97 70 98 95 98 80
비교예 1 CO2 98 70 96 95 97 52
비교예 1 CO 96 69 97 95 96 83
상기 표 2를 참고하면, 비교예 1인 Ar 분위기에선 C가 환원제로 사용되어 Co metal로 환원되는 것을 확인할 수 있었다(solid-solid reaction에 의함).
이에, 실시예 1에 따른 조건으로 유가금속을 회수하였을 경우, 유가금속의 회수율이 높으면서도 CO2 발생량이 현저히 줄어든다는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3 : 이산화탄소(CO2)와 일산화탄소(CO)의 혼합 환원 가스 분위기 조건에 따른 유가금속 회수 분석
상기 표 2에 따라, 유가금속을 회수하고 그 회수한 유가금속의 수율을 각각 나타내었다.
상기 표 2를 참고하면, 비교예 1인 CO2 만 있는 분위기는 탄소의 소모가 극명한 것을 확인할 수 있었고, CO만 있는 분위기에선 탄소가 석출되어 C 함량이 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 실시예 1에 따라 CO2와 환원성 가스인 CO 분위기가 Log 값을 만족할 경우 Co metal이 환원되어(gas-solid reaction) C의 소모를 낮출 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 각각의 열처리 온도 조건에 따라 CO2/CO 혼합 가스를 하한(Min) 값 이상으로 설정하여 탄소의 석출을 억제하고, 상한(Max) 값 이하로 설정하여 열처리 공정 시간을 단축할 수 있다는 점을 확인할 수 있었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 열처리 온도가 800℃ 초과 내지 1,000℃ 이하에서 하기 수학식 1의 분압비를 만족하는 이산화탄소(CO2)와 일산화탄소(CO)의 혼합 환원 가스 분위기를 조성하는 단계; 및
    상기 혼합환원 가스 분위기 하에서 폐리튬 이온 전지를 열처리하는 단계를 포함하는 것인, 폐리튬 이온 전지로부터 유가금속을 회수하는 방법으로서,
    상기 폐리튬 이온 전지가 리튬니켈코발트망간 산화물 또는 리튬코발트산화물을 양극 활물질로 포함하는 전지이고,
    상기 분압비를 만족하는 혼합 환원 가스 분위기에 의해 탄소의 석출을 억제하고 열처리 공정 시간을 단축할 수 있고,
    상기 열처리 단계에서 열처리 온도가 높아짐에 따라 log(PCO2/PCO) 가 작아지도록 조정하는,
    폐리튬 이온 전지로부터 유가금속을 회수하는 방법.
    [수학식 1]
    -2.15 ≤ log(PCO2/PCO) ≤ 1.60
    이때, PCO2 는 이산화탄소의 분압값이고, PCO 는 일산화탄소의 분압값이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유가 금속은 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 및 리튬(Li)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열처리에 의해 Co, Ni, Mn, CoO, NiO, MnO, Li2CO3, 및 LiAlO2 로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 회수체가 수득되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열처리하여 수득한 회수체를 700℃ 이상에서 산소(O2) 또는 이산화탄소(CO2)의 분위기 하에서 열처리하는 추가 열처리 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 추가 열처리 단계에서 CO 가스가 발생하고 상기 CO 가스를 전술한 열처리 단계의 혼합 환원 가스로 공급하여 log(PCO2/PCO)를 조정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 열처리하여 수득한 회수체로부터 유가금속 함유물을 분리하는 분리 단계를 추가로 포함하고,
    상기 분리는 분급(sieving)에 의한 분리 공정, 자성에 의한 분리 공정, 및 산 또는 물을 사용한 침출에 의한 분리 공정으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 분리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 추가 열처리 단계에서 CO 가스가 발생하고 상기 CO 가스의 산화에 의한 발열 반응으로 발생한 열을
    전술한 열처리 단계, 또는 상기 열처리 단계 이후에 수행되는 유가금속 분리 단계에서 열원으로 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020220060461A 2021-06-23 2022-05-17 폐전지로부터 유가금속을 회수하는 시스템 KR102565372B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20210081584 2021-06-23
KR1020210081584 2021-06-23

Publications (3)

Publication Number Publication Date
KR20220170745A KR20220170745A (ko) 2022-12-30
KR102565372B1 true KR102565372B1 (ko) 2023-08-16
KR102565372B9 KR102565372B9 (ko) 2024-01-11

Family

ID=84538538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220060461A KR102565372B1 (ko) 2021-06-23 2022-05-17 폐전지로부터 유가금속을 회수하는 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102565372B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102588154B1 (ko) * 2023-03-21 2023-10-12 주식회사 알디솔루션 건식방법으로 리튬이온 폐배터리를 재활용하기 위한 열처리 및 반응제어 장치 및 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101618738B1 (ko) * 2014-12-22 2016-05-10 재단법인 포항산업과학연구원 금속의 열환원 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100358528B1 (ko) * 2000-05-22 2002-10-25 김인석 폐리튬이차전지의 재활용방법
KR20160063433A (ko) * 2014-11-20 2016-06-07 주식회사 포스코 환원철 제조 방법, 그 제조 장치 및 이에 의해 제조된 환원철
KR102249266B1 (ko) * 2018-11-13 2021-05-06 부경대학교 산학협력단 니켈 및 코발트 회수 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101618738B1 (ko) * 2014-12-22 2016-05-10 재단법인 포항산업과학연구원 금속의 열환원 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102565372B9 (ko) 2024-01-11
KR20220170745A (ko) 2022-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3576216B1 (en) Method for recovering valuable material from used lithium-ion battery
JP5535717B2 (ja) リチウムの回収方法
KR101497921B1 (ko) 폐리튬이온전지로부터 ncm계 양극활물질의 재생방법과 이 방법에 의해 제조된 ncm계 양극활물질
JP2021512215A (ja) リチウム電池をリサイクルする方法
US9359659B2 (en) Method for recovering valuable material from lithium-ion secondary battery, and recovered material containing valuable material
CN111430832B (zh) 一种废旧三元锂离子电池无需放电预处理的全资源回收方法
JP2011094227A (ja) リチウムの回収方法
Dobó et al. A review on recycling of spent lithium-ion batteries
EP4152476A1 (en) Method for recovering cathode material
KR102542027B1 (ko) 폐리튬이온전지의 양극재 재활용방법
KR102269326B1 (ko) 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법
JP2016191143A (ja) リチウム抽出方法
KR102565372B1 (ko) 폐전지로부터 유가금속을 회수하는 시스템
KR102452645B1 (ko) 건식 공정을 이용한 리튬 이온 배터리의 재활용 방법
WO2022085222A1 (ja) リチウムの回収方法及び炭酸リチウムの製造方法
JP7286085B2 (ja) リチウムイオン電池からのリチウムの回収方法
CN110791668B (zh) 一种从含锰元素的锂离子电池正极废料中回收锰的方法
EP4145590A1 (en) Method for reusing active material by using positive electrode scrap
CN115244194A (zh) 回收有价金属的方法
KR101396918B1 (ko) 코발트 함유 폐기물의 코발트 침출액 및 이를 이용한 코발트 회수방법
CN112758963A (zh) 一种分步焙烧回收废旧锂电池制取阴极活性材料的方法
KR102452641B1 (ko) 습식 공정을 이용한 리튬 이온 배터리의 재활용 방법
US20220302515A1 (en) Waste Battery Treatment Method
KR20210036287A (ko) 폐전지 처리 방법
WO2024048248A1 (ja) 有価金属の回収方法

Legal Events

Date Code Title Description
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]