KR20010107009A - Valuable metal extraction method from the exhausted li-ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 니켈도금된 강내에 수용된 음극과 양극이 플라스틱 패키지내에 패키지화된 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법에 관한 것으로서, 리튬이온이차전지를 일정 온도에서 소정 시간동안 1차 가열하는 단계와; 리튬이온이차전지를 절단하여 양극과 음극의 전극을 분리하는 단계와; 절단된 리튬이온이차전지를 2차 가열하고 필터링하여 상기 전극에 잔존하는 전극물질을 분리하는 단계와; 분리된 전극물질을 하소하여 코발트와 리튬을 포함한 유가금속을 농축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 유가금속과 기타 부품을 상호 분리하여 재활용할 수 있도록 함으로써, 비용원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 방지할 수 있다.The present invention relates to a method for concentrating valuable metals from a waste lithium ion secondary battery in which a negative electrode and a positive electrode contained in a nickel-plated steel are packaged in a plastic package, the method comprising: first heating a lithium ion secondary battery at a predetermined temperature for a predetermined time; ; Cutting the lithium ion secondary battery to separate the positive and negative electrodes; Separating the electrode material remaining on the electrode by secondary heating and filtering the cut lithium ion secondary battery; And calcining the separated electrode material to concentrate valuable metals including cobalt and lithium. As a result, valuable metals and other parts can be separated and recycled, thereby reducing cost and preventing environmental pollution.

Description

폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법{VALUABLE METAL EXTRACTION METHOD FROM THE EXHAUSTED LI-ION SECONDARY BATTERY}Valuable METAL EXTRACTION METHOD FROM THE EXHAUSTED LI-ION SECONDARY BATTERY}

본 발명은 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 열처리와 분급과정을 통해 유가금속을 농축하고, 기타 부품을 상호 분리하여 재활용할 수 있도록 함으로써, 재활용 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 방지할 수 있도록 한 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for concentrating valuable metals from a lithium ion secondary battery, and more particularly, by concentrating valuable metals through heat treatment and classification processes and by recycling other parts separately, thereby reducing recycling costs. In addition, the present invention relates to a method for concentrating valuable metals from waste lithium ion secondary batteries capable of preventing environmental pollution.

리튬이온전지는, 금속중 가장 가볍고 주기율표상 1족 금속으로 우월한 전기화학적 위치를 고수하고 있는 리튬을 이용한 전지로서, 높은 전압과 에너지 밀도를 가질 뿐만 아니라 경량으로 구성이 가능하여 1980년대 중반부터 대부분의 소형 휴대장비의 동력원으로 사용되고 있다. 최근 들어 리튬이온전지는 핸드폰이나 캠코더, 노트북 등의 고가이고 소형인 전자제품의 사용이 증가되면서 재충전하여 다시 사용할 수 있는 이차 전지로 그 사용량이 급증하고 있다.Lithium-ion batteries are the lightest of the metals, and they use lithium, which holds the superior electrochemical position as the Group 1 metal on the periodic table, and has a high voltage and energy density as well as light weight. It is used as a power source for small portable equipment. Recently, lithium-ion batteries have been rapidly used as rechargeable batteries that can be recharged and reused as the use of expensive and compact electronic products such as mobile phones, camcorders, and notebook computers has increased.

음극과 양극은 각각 음극활물질과 양극활물질, 집전체, 각 활물질을 기계적으로 연결하고 집전체에 결합시키는 결합제로 형성되어 있다. 양극활물질로는 가역성이 우수하고 자가방전율이 낮고, 고용량, 고에너지밀도 및 합성이 용이한 LiCoO2가 주로 사용되고 있으며, 음극활물질로는 탄소계 또는 흑연계 재료가 사용된다.The negative electrode and the positive electrode are each formed of a binder which mechanically connects the negative electrode active material, the positive electrode active material, the current collector, and each active material to the current collector. As the cathode active material, LiCoO 2, which has excellent reversibility, low self-discharge rate, high capacity, high energy density, and easy synthesis, is mainly used. As the cathode active material, carbon-based or graphite-based materials are used.

결합제로는 음극과 양극 모두 폴리비닐리덴 플루오라이드를 사용하고, 양극집전체는 알루미늄막을 음극집전체는 구리막을 사용하고 있다. 그리고, 유기전해액(에텔렌 카보네이트, 다이메틸렌 카보네이트, 다이에텔렌 카본네이트 등)은 유기용매에 리튬염이 용해되어 형성된다.As a binder, polyvinylidene fluoride is used for both a negative electrode and a positive electrode, an aluminum film is used for the positive electrode collector, and a copper film is used for the negative electrode collector. The organic electrolyte solution (eg, ethylene carbonate, dimethylene carbonate, diethylene carbonate, etc.) is formed by dissolving lithium salt in an organic solvent.

이렇게 음극과 양극, 유기전해액, 유기분리막은 단위전지를 형성하며, 리튬이온이차전지는 단위전지가 1개에서 수 개가 조합되어 형성된다. 그리고, 리튬이온이차전지에는 리튬의 폭발을 방지하도록 충전보호 집적회로칩이 설치되어 있으며, 대략적으로 5-15의 코발트와 2-7의 리튬이 함유되어 있다.The negative electrode, the positive electrode, the organic electrolyte, and the organic separator form a unit cell, and the lithium ion secondary battery is formed by combining one to several unit cells. In addition, a charge protection integrated circuit chip is installed in the lithium ion secondary battery to prevent explosion of lithium, and contains approximately 5-15 cobalt and 2-7 lithium.

이러한, 리튬이온이차전지는 성상이 간단하고 비교적 고가인 리튬과 코발트 등의 유가금속이 다량 함유되어 있는 경제적인 가치가 있는 폐자원이다. 또한, 충방전을 500회 정도, 수명이 6개월에서 2년 정도인 소모품이기 때문에 사용량의 증가와 함께 폐기량도 증가하고 있다.Such a lithium ion secondary battery is an economical waste resource containing a large amount of valuable metals such as lithium and cobalt which are simple in appearance and relatively expensive. In addition, since it is a consumable having about 500 charge / discharge cycles and a life span of about 6 months to 2 years, the amount of waste is also increased with the increase in the amount used.

그런데, 폐리튬이온이차전지내에 과충전 또는 이상환원에 의하여 음극에 소량의 금속리튬이 생성되는 경우가 있으며, 이 금속리튬은 공기중의 수분과 만나면 급격히 산화하여 폭발할 가능성이 있다. 또한, 유기전해액내에 함유된 리튬염이나 전해액은 타전지와 마찬가지로 매립방식으로 폐기하게 되면, 향후 심각한 토양 오염 문제를 야기할 우려가 있으며, 전지외관으로 사용되는 캔이나 플라스틱류도 단순 폐기처분이 곤란한 환경유해물질이다.By the way, a small amount of metallic lithium may be generated in the negative electrode by overcharging or abnormal reduction in the waste lithium ion secondary battery, and the metallic lithium may explode rapidly when it meets moisture in the air. In addition, when the lithium salt or the electrolyte contained in the organic electrolyte is disposed in a landfill method like other batteries, there is a risk of serious soil contamination in the future, and cans and plastics used for the exterior of the battery are not easily disposed of. It is environmentally harmful.

한편, 종래에 폐리튬이온이차전지에서 셀당 구성 재료비 비중이 가장 큰 양극활물질만을 추출하여 산으로 처리한 후 금속 성분을 도금용으로 이용하는 방법이알려져 있으나, 이와 같은 방법은 복잡한 공정과 과다한 비용으로 인하여 상용화되지 못하고 있는 실정이다.On the other hand, conventionally, a method of extracting only the positive electrode active material having the largest specific gravity of constituent materials per cell from a lithium ion secondary battery and treating it with an acid and then using a metal component for plating is known, but such a method is complicated due to a complicated process and excessive cost. It is not commercialized.

이에 따라, 폐리튬이온이차전지로부터 리튬과 코발트 등의 유가금속을 간편하고 안전하게 추출할 수 있을 뿐만 아니라, 각 구성재료도 추출하여 재활용할 수 있도록 하는 방법을 모색하여야 할 것이다.Accordingly, it is necessary to search for a method for easily and safely extracting valuable metals such as lithium and cobalt from waste lithium ion secondary batteries and extracting and recycling each component.

따라서, 본 발명의 목적은, 유가금속과 기타 부품을 상호 분리하여 재활용할 수 있도록 함으로써, 비용원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 방지할 수 있는 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for enriching valuable metals from waste lithium ion secondary batteries that can reduce the cost cost and prevent environmental pollution by allowing the valuable metals and other components to be recycled separately from each other. To provide.

도 1은 리튬이온이차전지의 단면도,1 is a cross-sectional view of a lithium ion secondary battery,

도 2는 본 발명에 따른 리튬이온이차전지의 선별공정의 흐름도,2 is a flowchart of a sorting process of a lithium ion secondary battery according to the present invention;

도 3은 리튬이온이차전지의 절단을 위한 고속절단기의 개략적 단면도,3 is a schematic cross-sectional view of a high speed cutter for cutting a lithium ion secondary battery;

도 4는 리튬이온이차전지의 절단편을 열처리한 후 각 전극물질의 X-선 회절분석장치에 의한 상분석 결과를 나타낸 그래프,Figure 4 is a graph showing the results of the phase analysis by the X-ray diffraction analysis device of each electrode material after heat-treating the cut pieces of the lithium ion secondary battery,

도 5는 하소하여 농축한 양극활물질을 X-선 회절분석장치로 상분석한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the results of phase analysis of the calcined and concentrated cathode active material by X-ray diffraction analysis apparatus.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 리튬이온이차전지 2 : 단위전지1 lithium ion secondary battery 2 unit battery

3 : 플라스틱 패키지 4 : 충전보호 집적회로칩3: plastic package 4: charge protection integrated circuit chip

5 : 니켈코팅 강 6 : 유기전해액5: nickel coated steel 6: organic electrolyte

7 : 양극 8 : 유기분리막7: anode 8: organic separator

9 : 음극 10 : 고속절단기9: cathode 10: high speed cutter

11 : 장입부 13 : 절단부11: charging part 13: cutting part

15 : 절단편챔버 17 : 분급부15: cutting piece chamber 17: classification unit

상기 목적은, 본 발명에 따라, 니켈도금된 강내에 수용된 음극과 양극이 플라스틱 패키지내에 패키지화된 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법에 관한 것으로서, 리튬이온이차전지를 일정 온도에서 소정 시간동안 1차 가열하는 단계와; 리튬이온이차전지를 절단하여 양극과 음극의 전극물질을 분리하는 단계와; 절단된 리튬이온이차전지를 2차 가열하고 필터링하여 상기 전극에 잔존하는 전극물질을 분리하는 단계와; 분리된 전극물질을 하소하여 코발트와 리튬을 포함한 양극활물질을 분리하여 농축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축방법에 의해 달성된다.The object of the present invention relates to a method for concentrating valuable metals from a waste lithium ion secondary battery in which a negative electrode and a positive electrode contained in a nickel-plated steel are packaged in a plastic package according to the present invention. Tea heating; Cutting the lithium ion secondary battery to separate electrode materials of the positive electrode and the negative electrode; Separating the electrode material remaining on the electrode by secondary heating and filtering the cut lithium ion secondary battery; It is achieved by a valuable metal enrichment method from the waste lithium ion secondary battery, comprising the step of calcining the separated electrode material to separate and concentrate the positive electrode active material including cobalt and lithium.

여기서, 상기 1차 가열단계는, 상기 리튬이온이차전지를 약 100∼150℃ 온도범위에서 10분∼1시간정도 가열하는 것이 바람직하다.Here, in the primary heating step, it is preferable to heat the lithium ion secondary battery for about 10 minutes to 1 hour in the temperature range of about 100 ~ 150 ℃.

상기 리튬이온이차전지를 절단하는 단계는, 상대습도 10이하에서 수행하여 금속리튬의 산화를 방지하도록 할 수 있다.Cutting the lithium ion secondary battery may be performed at a relative humidity of 10 or less to prevent oxidation of metal lithium.

상기 리튬이온이차전지를 절단한 절단편의 크기는, 약 0.5∼2.0cm 로 함으로써, 불순물의 인입을 방지하는 동시에 전극물질의 회수율을 향상시킬 수 있다.By cutting the lithium ion secondary battery into cut pieces having a size of about 0.5 to 2.0 cm, the introduction of impurities can be prevented and the recovery rate of the electrode material can be improved.

한편, 상기 2차 가열단계는, 약 300∼600℃의 온도범위에서 약 30분∼1시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.On the other hand, the secondary heating step is preferably performed for about 30 minutes to 1 hour in the temperature range of about 300 ~ 600 ℃.

그리고, 상기 절단된 리튬이온이차전지를 필터링하는 단계는, 진동체가름에 의해 수행되도록 할 수 있다.The filtering of the cut lithium ion secondary battery may be performed by vibrating sieve.

상기 전극물질이 분리된 리튬이온이차전지의 잔유물중 상기 플라스틱 패키지를 비중선별에 의해 타 잔유물과 분리하는 단계와, 상기 플라스틱 패키지가 분리된 잔유물중 상기 니켈코팅된 강을 자력선별에 의해 분리하는 단계를 더 포함함으로써, 전극물질 뿐만 아니라 타 재료들로 재활용할 수 있게 된다.Separating the plastic package from the residues of the lithium ion secondary battery in which the electrode material is separated from other residues by specific gravity screening, and separating the nickel-coated steel from the residues from which the plastic package is separated by magnetic screening By further including, it is possible to recycle not only the electrode material but other materials.

한편, 상기 유가금속은 코발트를 더 포함함으로써, 코발트를 추출하여 재활용할 수 있다.On the other hand, the valuable metal further includes cobalt, it is possible to extract and recycle cobalt.

상기 1차 가열과 2차 가열 및 하소 단계에 의해 유기전해액과 유기분리막, 탄소류가 휘발되어 제거됨으로써, 유기 불순물을 제거할 수 있다.Organic impurities, organic separators, and carbons are volatilized and removed by the first heating, the second heating, and the calcining step, thereby removing organic impurities.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.

전원용으로 사용되어 수명이 다하거나 제조단계에서 성능미달로 버려지는 폐리튬이온이차전지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라스틱 패키지(3)내에 한 개 내지 수 개로 조합된 단위전지(2)가 충전보호 집적회로칩(4)과 함께 패키지화되어 있다.The waste lithium ion secondary battery used for a power supply, which has reached the end of its life or has failed to perform in the manufacturing stage, has one or several unit cells 2 in the plastic package 3 as shown in FIG. Packaged together with the charge protection integrated circuit chip (4).

단위전지(2)는, 니켈도금된 강(5)내에 음극(9)과 양극(7) 및 유기분리막(8)과 유기전해액(6)이 수용되어 있다. 음극(9)에는 음극활물질인 흑연과 탄소류가 유기결합제에 의해 구리판에 도포되어 있고, 양극(7)에는 양극활물질인 LiCoO2가 유기결합제에 의해 알루미늄판에 도포되어 있다. 그리고, 유기전해액(6)은 에텔렌 카보네이트, 다이메틸렌 카보네이트, 다이에텔렌 카본네이트 등, 또는 이들의 혼합액으로 형성된 유기용매에 리튬염이 용해되어 형성된다.The unit cell 2 contains a negative electrode 9, a positive electrode 7, an organic separator 8, and an organic electrolyte 6 in a nickel plated steel 5. In the negative electrode 9, graphite and carbon, which are negative electrode active materials, are coated on a copper plate by an organic binder, and in the positive electrode 7, LiCoO 2, which is a positive electrode active material, is coated on an aluminum plate by an organic binder. The organic electrolytic solution 6 is formed by dissolving lithium salt in an organic solvent formed of ethylene carbonate, dimethylene carbonate, diethylene carbonate, or a mixture thereof.

이러한 폐리튬이온이차전지(1)는, 도 2에 도시된 바와 같은 선별공정에 의해 재활용된다. 먼저, 폐리튬이온이차전지(1)를 1차 열처리하여 플라스틱 패키지(3)을 경화시켜 절단을 용이하게 함으로써(S10), 단위전지(2)의 분리를 용이하게 하고 금속리튬의 부분산화에 의한 폭발을 억제시키게 된다. 그런 다음, 도 3에 도시된 바와 같은 고속절단기(10)로 전지를 일정 크기로 절단하게 된다(S20).This waste lithium ion secondary battery 1 is recycled by a sorting process as shown in FIG. First, the waste lithium ion secondary battery 1 is first heat treated to cure the plastic package 3 to facilitate cutting (S10), thereby facilitating the separation of the unit cell 2 and by partial oxidation of metal lithium. Suppress the explosion. Then, the battery is cut into a predetermined size with the high speed cutter 10 as shown in FIG. 3 (S20).

고속절단기(10)는, 폐리튬이온이차전지(1)의 투입을 위한 깔대기 형상의 장입부(11)와, 폐리튬이온이차전지(1)의 절단을 위한 회전절단날개가 설치되어 있는 절단부(13)와, 절단부(13)에서 절단된 폐리튬이온이차전지(1)의 절단편이 수용되는 절단편챔버(15)가 상하방향으로 순차적으로 배치되어 있다. 그리고, 절단부(13)와 절단편챔버(15) 사이에는 절단된 폐리튬이온이차전지(1)를 크기에 따라 선별적으로 절단편챔버(15)로 공급하도록 체가 설치된 분급부(17)가 형성되어 있으며, 체는 진동가능하게 설치되어 절단편의 통과가 용이하게 된다. 여기서, 체의 매쉬를 조절하여 폐리튬이온이차전지(1) 절단편의 크기를 결정할 수 있다.The high speed cutter 10 includes a cutting portion having a funnel-shaped charging portion 11 for inserting the waste lithium ion secondary battery 1 and a rotary cutting blade for cutting the waste lithium ion secondary battery 1 ( 13) and the cutting piece chamber 15 in which the cutting piece of the waste lithium ion secondary battery 1 cut | disconnected by the cutting part 13 is accommodated in the up-down direction sequentially. In addition, a classification unit 17 having a sieve is provided between the cutting unit 13 and the cutting piece chamber 15 so as to selectively supply the cut waste lithium ion secondary battery 1 to the cutting piece chamber 15 according to the size. The sieve is vibrated to facilitate passage of the cutting piece. Here, the size of the cut pieces of the waste lithium ion secondary battery 1 may be determined by adjusting the mesh of the sieve.

이러한 고속절단기(10)에 의해 절단된 폐리튬이온이차전지(1)를 1차 분급하면(S30), 플라스틱 패키지(3)내에 니켈도금 강(5)과 알루미늄판 및 구리판을 포함하는 단위전지(2)로부터 분말인 전극물질이 일부 분리된다. 1차 분급시, 과도한 절단을 억제하여 전극물질에 불순물이 혼입되는 것을 최대한 억제한다. 그리고, 상대습도 10이내의 제습분위기를 유지한 상태에서 수 회 이내의 단속적인 충격을 주어 절단함으로써, 금속리튬의 갑작스런 산화를 2단계에 걸쳐 억제한다.When the waste lithium ion secondary battery 1 cut by the high speed cutter 10 is first classified (S30), the unit cell including the nickel-plated steel 5, the aluminum plate, and the copper plate in the plastic package 3 ( Part 2 of the electrode material, which is a powder, is separated. In the primary classification, excessive cutting is suppressed to minimize the incorporation of impurities into the electrode material. Then, the intermittent impact is cut within several times while maintaining a dehumidifying atmosphere of 10 or less relative humidity, thereby suppressing sudden oxidation of the metal lithium in two stages.

1차 분급후, 1차 분급에 의해 분급된 절단편을 2차 열처리하며(S40), 이 때, 유기결합제의 결합력이 약화되어 알루미늄판과 구리판으로부터 전극물질이 분말화된다. 그러면, 진동체가름으로 분말상의 전극물질을 분리하며(S50), 이러한 2차 열처리에 의해 유기전해액(6)과 유기분리막(8)을 포함한 유기물이 휘발되어 제거된다.After the primary classification, the cut pieces classified by the primary classification are subjected to secondary heat treatment (S40). At this time, the bonding force of the organic binder is weakened, and the electrode material is powdered from the aluminum plate and the copper plate. Then, the powdered electrode material is separated by the vibrating body (S50), and the organic material including the organic electrolyte solution 6 and the organic separation membrane 8 is volatilized and removed by the secondary heat treatment.

이렇게 분리된 전극물질에는 LiCoO2과 흑연, 탄소류, 유기결합제가 포함되어 있다. 이에 따라, 전극물질을 높은 온도에서 하소함으로써(S60), 탄소류와 유기결합제를 연소시켜 제거하여 불순물 혼입을 최소화한 양극활물질인 LiCoO2만을 선별적으로 농축하게 된다. 선별된 LiCoO2는 기존의 습식제련방법으로 리튬과 코발트를 분리하여 각각 회수할 수 있다.The separated electrode material includes LiCoO 2 , graphite, carbons, and an organic binder. Accordingly, by calcining the electrode material at a high temperature (S60), only carbon dioxide and the organic binder are burned and removed to selectively concentrate only LiCoO 2 , a cathode active material which minimizes impurities. The selected LiCoO 2 can be recovered by separating lithium and cobalt by conventional wet smelting methods.

한편, 전극물질이 분리된 절단편의 잔유물로 플라스틱 패키지(3)와 니켈코팅 강(5), 알루미늄판, 구리판 등이 남아 있으며, 잔유물은 비중선별과 자력선별에 의해 각각 분리할 수 있다. 먼저, 비중선별 방법에 의해 플라스틱 패키지(3)를 분리하고(S70), 자력선별 방법에 의해 니켈코팅 강(5)을 알루미늄 및 구리편으로부터 분리한다(S80).Meanwhile, the plastic package 3, the nickel coated steel 5, the aluminum plate, and the copper plate remain as residues of the cut pieces from which the electrode material is separated, and the residues may be separated by specific gravity screening and magnetic screening. First, the plastic package 3 is separated by the specific gravity selection method (S70), and the nickel-coated steel 5 is separated from the aluminum and copper pieces by the magnetic separation method (S80).

이하에서는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 살펴본다. 물론, 본 발명은 하기의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through preferred embodiments. Of course, the present invention is not limited only to the following examples.

실시예Example

먼저, 폐리튬이온이차전지(1)의 플라스틱 패키지(3)을 경화시켜 절단이 용이하도록 폐리튬이온이차전지(1)를 공기중에서 약10분에서 1시간동안 100∼150℃온도에서 열처리한다. 이 때, 유기결합제의 결합력이 약화되고, 금속리튬이 일부 산화되어 안정화된다. 그런 다음, 도 3의 고속절단기(10)로 절단하고 1차 분급하여 플라스틱 패키지(3)내에 니켈도금 강(5)과 알루미늄판 및 구리판을 포함하는 단위전지(2)로부터 분말인 전극물질을 일부 분리하게 된다. 이 때, 고속절단기(10) 분급부(17)에 설치된 체의 매쉬를 조절하여 폐리튬이온이차전지(1) 절단편의 크기를 조절할 수 있다.First, the waste lithium ion secondary battery 1 is heat-treated at 100 to 150 ° C. for about 10 minutes to 1 hour in air to cure the plastic package 3 of the waste lithium ion secondary battery 1 for easy cutting. At this time, the bonding strength of the organic binder is weakened, and the metallic lithium is partially oxidized to stabilize. Then, the high-speed cutter 10 of FIG. 3 is cut and subjected to primary classification, thereby partially disposing the electrode material as powder from the unit cell 2 including the nickel-plated steel 5 and the aluminum plate and the copper plate in the plastic package 3. Will be separated. At this time, by adjusting the mesh of the sieve installed in the high-speed cutter 10 classifier 17, it is possible to adjust the size of the cut piece of the waste lithium ion secondary battery (1).

다음의 표 1은 절단편의 크기에 따른 전극물질의 회수율 및 입도별 구성성분비를 나타낸 것으로서, 도표에서 보는 바와 같이, 절단편의 크기가 작을수록 전극물질의 회수율은 증가하나 불순물의 혼입 역시 증가함을 알 수 있다. 따라서, 2차 분급시에 전극물질은 재차 회수할 수 있으므로, 1차 분급시에는 불순물의 혼입을 억제하는데 초점을 맞추는 것이 바람직하다. 즉, 전극물질의 회수율이 일정 이상되면서 불순물의 혼입이 적도록 하는 양 조건을 만족할 수 있는 범위에서 절단편의 크기를 설정하는 것이 바람직하며, 표 1의 결과에 따르면, 절단편의 크기가 0.5cm∼2.0cm인 경우가 적합하다 할 수 있다. 이러한 1차 분급시 상대습도 10이내의 제습분위기에서 절단하면, 금속리튬의 산화가 발생하지 아니하게 된다.The following Table 1 shows the recovery rate of the electrode material and the composition ratio by particle size according to the size of the cutting piece. As shown in the table, as the size of the cutting piece decreases, the recovery rate of the electrode material increases but the incorporation of impurities also increases. Can be. Therefore, since the electrode material can be recovered again during the secondary classification, it is desirable to focus on suppressing the incorporation of impurities during the primary classification. That is, it is preferable to set the size of the cut piece within a range that can satisfy both conditions such that the recovery rate of the electrode material is more than a certain level so that the mixing of impurities is small. cm may be suitable. When the primary classification is cut in a dehumidifying atmosphere of less than 10 relative humidity, the oxidation of the metal lithium does not occur.

절단편의 크기 (cm)Size of cut piece (cm) 전극물질의 회수율()Recovery of Electrode Material () 1차 분급후 입도별 성분비Component ratio by particle size after the first classification OVERSIZEOVERSIZE UNDERSIZEUNDERSIZE 전극물질Electrode material 기타Etc 전극물질Electrode material 기타Etc 0.050.05 9999 77 9393 7878 2222 0.10.1 9999 66 9494 8888 1212 0.50.5 9797 33 9797 9595 55 1.01.0 9393 1One 9999 9999 1One 2.02.0 91.591.5 77 9393 9696 44 5.05.0 7272 1515 8585 8686 1414 10.010.0 2020 4040 6060 7272 2828

<표 1>TABLE 1

1차 분급이 완료되면, 0.5∼2.0cm로 절단한 절단편을 2차 열처리하게 된다. 도 4는 절단편을 공기중에서 300∼700℃의 온도로 30분에서 1시간동안 열처리하여 각 활물질의 X-선 회절분석장치에 의한 상분석 결과를 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 300℃ 이하에서는 각 활물질의 분리가 이루어지지 아니하며, 600℃ 이상에서는 알루미늄판과 구리판이 용융되어 전극물질에 혼입되는 것을 알 수 있다. 따라서, 2차 열처리는 공기중에서 300∼500℃ 온도범위에서 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 2차 열처리에 의해, 알루미늄판과 구리판으로부터 전극물질이 분리되며, 유기전해액(6)과 유기분리막(8) 등의 유해유기물이 휘발되어 제거된다. 이에 따라, 2차 열처리후 알루미늄판과 구리판, 니켈코팅 강(5), 플라스틱 패키지(3), 전극물질이 잔존하게 된다.After the primary classification is completed, the cut pieces cut into 0.5 to 2.0 cm are subjected to secondary heat treatment. Figure 4 shows the phase analysis results by the X-ray diffraction analysis device of each active material by heat-treating the cut pieces at a temperature of 300 ~ 700 ℃ in air for 30 minutes to 1 hour. As shown in FIG. 4, the separation of each active material is not performed at 300 ° C. or lower, and at 600 ° C. or higher, the aluminum plate and the copper plate are melted and mixed in the electrode material. Therefore, the secondary heat treatment is preferably carried out in the air in the temperature range of 300 ~ 500 ℃. By this secondary heat treatment, the electrode material is separated from the aluminum plate and the copper plate, and harmful organic substances such as the organic electrolyte solution 6 and the organic separation membrane 8 are volatilized and removed. Accordingly, the aluminum plate, the copper plate, the nickel coated steel 5, the plastic package 3, and the electrode material remain after the second heat treatment.

이러한 2차 열처리후 5분에서 30분 동안 2차 분급인 진동체가름을 수행하면, 0.05cm 이하의 전극물질을 플라스틱 패키지(3)와 니켈코팅 강(5), 알루미늄판 및 구리판으로부터 분리할 수 있다. 여기서, 전극물질내에는 LiCoO2와 흑연 및 탄소류가 함유되어 있다. 이에 따라, 리튬과 코발트를 추출하기 위해, 전극물질을 700∼900℃의 온도범위에서 30분에서 1시간 동안 하소하게 된다. 도 5는 하소하고 남은 잔류물을 X-선 회절분석장치로 상분석한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하소에 의해 탄소류와 유기결합제 등의 불순물의 혼입을 최소화한 LiCoO2분말이 잔류함을 확인할 수 있다. 선별된 LiCoO2는 기존의 습식제련방법으로 리튬과 코발트를 산화물 형태로 분리하여 각각 농축할 수 있다.After the second heat treatment, when the vibrating sieve, which is the secondary classification, is performed for 5 to 30 minutes, the electrode material of 0.05 cm or less can be separated from the plastic package (3), nickel coated steel (5), aluminum plate and copper plate. have. Here, LiCoO 2 and graphite and carbons are contained in the electrode material. Accordingly, to extract lithium and cobalt, the electrode material is calcined for 30 minutes to 1 hour in the temperature range of 700 ~ 900 ℃. 5 is a graph showing the results of phase analysis of the residue after calcining by an X-ray diffraction analyzer. As shown in FIG. 5, it can be seen that the LiCoO 2 powder which minimizes the incorporation of impurities such as carbons and organic binders by calcination remains. The selected LiCoO 2 can be concentrated by separating lithium and cobalt into oxides by conventional wet smelting.

절단편의 크기 (cm)Size of cut piece (cm) 전극물질의 회수율()Recovery of Electrode Material () 진동체가름후 입도별 성분비Component ratio by particle size after vibration sieve OVERSIZEOVERSIZE UNDERSIZEUNDERSIZE 전극물질Electrode material 기타Etc 전극물질Electrode material 기타Etc 0.010.01 829829 1111 8989 9999 -- 0.050.05 9292 22 9898 9999 -- 0.10.1 9898 -- 9999 9595 55 1.01.0 9999 -- 9999 8787 1313 2.02.0 9999 -- 9999 8181 1919

<표 2>TABLE 2

이렇게 전극물질에서 양극활물질이 분리되고 잔존하는 플라스틱 패키지(3)과 니켈코팅 강(5), 알루미늄판, 구리판은 비중선별과 자력선별에 의해 상호 분리할 수 있다. 먼저, 선별을 용이하게 하기 위해 추가로 분쇄작업을 한 다음, 비중선별에 의해 플라스틱 패키지(3)를 추출한다. 그런 다음, 자석을 이용하여 강자성인 니켈코팅 강(5)을 분리하고, 상자성 혹은 비자성인 구리판과 알루미늄판을 분리할 수 있다.In this way, the positive electrode active material is separated from the electrode material, and the remaining plastic package 3, the nickel-coated steel 5, the aluminum plate, and the copper plate can be separated from each other by specific gravity screening and magnetic screening. First, further grinding is performed to facilitate sorting, and then the plastic package 3 is extracted by specific gravity selection. Then, the ferromagnetic nickel-coated steel 5 can be separated using a magnet, and the copper plate and the aluminum plate, which are paramagnetic or nonmagnetic, can be separated.

이와 같이, 본 발명에서는 적절한 절단과 열처리에 의하여 양극활물질을 선별함으로써, 리튬과 코발트 등의 유가금속을 효율적으로 농축시킬 수 있을 뿐만 아니라 분쇄비용을 감소시키고 불순물의 혼입을 최대한 방지할 수 있게 된다. 또한, 플라스틱 패키지, 니켈코팅 강, 구리판, 알루미늄판 등을 포함하는 기타 부품들을 비중선별과 자력선별에 의해 상호 분리하여 재활용할 수 있도록 하고 있다.As described above, in the present invention, by selecting the cathode active material by appropriate cutting and heat treatment, not only the valuable metals such as lithium and cobalt can be efficiently concentrated, but also the grinding cost can be reduced and the incorporation of impurities can be prevented as much as possible. In addition, other components, including plastic packages, nickel-coated steel, copper plates, aluminum plates, etc. are separated and recycled by gravity and magnetic screening.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유가금속과 기타 부품을 상호 분리하여 재활용할 수 있도록 함으로써, 비용원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, by allowing the valuable metal and other parts to be separated and recycled, it is possible not only to reduce the cost cost but also to prevent environmental pollution.

Claims (10)

니켈도금된 강내에 수용된 음극과 양극이 플라스틱 패키지내에 패키지화된 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법에 있어서,In a method of concentrating valuable metals from a waste lithium ion secondary battery in which a negative electrode and a positive electrode contained in a nickel-plated steel are packaged in a plastic package, 리튬이온이차전지를 일정 온도에서 소정 시간동안 1차 가열하는 단계와;Primary heating the lithium ion secondary battery at a predetermined temperature for a predetermined time; 리튬이온이차전지를 절단하여 양극과 음극의 전극물질을 분리하는 단계와;Cutting the lithium ion secondary battery to separate electrode materials of the positive electrode and the negative electrode; 절단된 리튬이온이차전지를 2차 가열하고 필터링하여 상기 전극에 잔존하는 전극물질을 분리하는 단계와;Separating the electrode material remaining on the electrode by secondary heating and filtering the cut lithium ion secondary battery; 분리된 전극물질을 하소하여 코발트와 리튬을 포함한 양극활물질을 분리하여 농축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법.And calcining the separated electrode material and separating and concentrating a positive electrode active material including cobalt and lithium. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 1차 가열단계는, 상기 리튬이온이차전지를 약 100∼150℃ 온도범위에서 10분∼1시간정도 가열하는 단계인 것을 특징으로 하는 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법.The primary heating step is a valuable metal concentration method from the waste lithium ion secondary battery, characterized in that for heating for about 10 minutes to 1 hour in the temperature range of about 100 ~ 150 ℃. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 리튬이온이차전지를 절단하는 단계는, 상대습도 10이하에서 수행하여 금속리튬의 산화를 방지하는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법.The cutting of the lithium ion secondary battery may be carried out at a relative humidity of 10 or less to prevent oxidation of metal lithium. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 리튬이온이차전지를 절단한 절단편의 크기는, 약 0.5∼2.0cm 인 것을 특징으로 하는 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법.The size of the cutting piece cut | disconnected the said lithium ion secondary battery is about 0.5-2.0 cm, The valuable metal concentration method from the waste lithium ion secondary battery characterized by the above-mentioned. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 2차 가열단계는, 약 300∼600℃의 온도범위에서 약 30분∼1시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법.The secondary heating step, the valuable metal concentration method from the waste lithium ion secondary battery, characterized in that performed for about 30 minutes to 1 hour in the temperature range of about 300 ~ 600 ℃. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절단된 리튬이온이차전지를 필터링하는 단계는, 진동체가름에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축방법.The filtering of the cut lithium ion secondary battery, the valuable metal concentration method from the waste lithium ion secondary battery, characterized in that performed by vibrating sieve. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전극물질이 분리된 리튬이온이차전지의 잔유물중 상기 플라스틱 패키지를 비중선별에 의해 타 잔유물과 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법.Separating the plastic package from the residue of the lithium ion secondary battery from which the electrode material is separated from the other residues by specific gravity screening, Valuable metal concentrate method from the waste lithium ion secondary battery. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 플라스틱 패키지가 분리된 잔유물중 상기 니켈코팅된 강을 자력선별에 의해 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법.Separating the nickel-coated steel in the residue from which the plastic package is separated by a magnetic screening method of concentrating valuable metals from waste lithium ion secondary battery. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유가금속은 코발트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법.The valuable metal is a method of concentrating valuable metals from waste lithium ion secondary battery, characterized in that it further comprises cobalt. 제 1항 내지 제 9항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 9, 상기 1차 가열과 2차 가열 및 하소 단계에 의해 유기전해액과 유기분리막, 탄소류가 휘발되어 제거되는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온이차전지로부터 유가금속 농축 방법.The method of concentrating valuable metals from a waste lithium ion secondary battery, wherein the organic electrolyte, the organic separation membrane, and carbon are volatilized and removed by the first heating, the second heating and the calcining step.
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