KR20110065157A

KR20110065157A - 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법

Info

Publication number: KR20110065157A
Application number: KR20090122030A
Authority: KR
Inventors: 심윤보
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-06-15

Abstract

본 발명은, 폐리튬이온이차전지의 플라스틱부를 액체 질소로 순간 냉각시켜 파쇄하여 상기 플라스틱부를 제거하고 전극활물질을 회수하는 단계와, 상기 전극활물질을 열처리하여 상기 전극활물질에 포함된 음극활물질, 도전재 및 결합제를 제거하고 양극활물질인 LiCoO₂ 분말을 회수하는 단계와, 상기 회수된 LiCoO₂ 분말을 질산 또는 염산의 산용액에 반응시켜 Li(리튬)과 Co(코발트)를 추출하는 단계, 및 상기 추출된 Li와 Co를 이용하여 LiCoO₂를 재합성하는 단계를 포함하는 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법을 제공한다.

상기 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법에 따르면, 순간 냉각 방식을 이용하여 전극활물질을 회수할 수 있어 환경 문제를 일으키지 않고, 산 처리를 통해 순도 높은 Li과 Co를 동시에 회수할 수 있으며, 추출된 Li와 Co를 통해 상기 리튬이온이차전지의 양극으로 사용되는 LiCoO₂를 재합성하여 사용할 수 있는 이점이 있다.

Description

폐리튬이온이차전지의 재활용 방법{Recycling method of used lithium ion secondary battery}

본 발명은 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐기될 리튬이온이차전지(LIB;Lithium ion secondary battery)로부터 리튬과 코발트 성분을 회수하여 재활용하여 사용할 수 있는 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법에 관한 것이다.

휴대용 이차전지는 Ni-Cd(니켈카드뮴), Ni-MH(니켈수소), LIB(리튬 이온 이차 전지)가 주로 사용되고 있다. 이 중에서 고에너지 밀도 설계의 가변성을 갖는 리튬 이온 이차 전지는 이차 전지 시장의 60% 이상을 차지하고 있으며 연 7% 이상의 성장세를 기록하고 있다. 1980년대부터 새로운 리튬 이온 이차 전지 시스템으로서 리튬 금속 대신에 Li⁺ 이온을 탈/삽입(deinsertion/insertion) 시킬 수 있는 탄소(carbon) 혹은 흑연(graphite) 계통으로 양극 활성 물질이 대체되었으며, Li⁺ 이온의 탈/삽입이 가능한 전이금속산화물을 음극활성 물질로 사용한 리튬 이온 이차 전지도 소개되었다.

1991년에 이미 소니 사에서는 1,000회 이상의 전지 수명을 가지는 고성능 3.6 V급 소형 LiCoO₂/carbon 이온 이차 전지를 실용화한 바 있다.현재 LIB는 휴대폰, 노트북 캠코드 등에 휴대 무선용 전원 등으로 사용되고 있으며, 전기자동차용, 전력저장용 등의 대용량전지와, 일회용 디지털 카메라의 소용량전지로도 개발이 가속화되고 있다. LiCoO₂, LiNiO₂, LiCo_xNi₁ _- _xO₂ 및 LiMn₂O₄ 물질들은 리튬 이온 이차 전지 양극(cathode)물질로 사용할 수 있으므로 많은 연구가 진행되고 있다.

또한, 생산원가에서 부품·소재의 비중이 최소한 60% 이상으로서, 양극의 주재료로 사용되는 코발트 산 리튬, 망간산 리튬, 니켈 산 리튬의 경우는 전지 완제품의 부품, 소재 부분 중 가장 높은 가격 비중을 차지하고 있다. 현재, 한국의 LIB 자동화 생산기술은 세계 2위 수준이며, 세계 시장 점유율을 8% 차지하고 있으나, 양극소재는 상당 부분을 수입에 의존하고 있는 실정이다. 따라서, 양극소재의 국산화를 통해서 경쟁력을 확보하는 것이 요구되며 재활용을 위한 기술 개발 또한 중요하다.

LIB의 년 폐기량은 약 200-500 megaton 정도로 니켈 같은 금속 성분을 제외하더라도 5-15 wt%의 코발트(Co) 및 2~7 wt%의 리튬(Li)을 함유하고 있다. 코발트 및 리튬은 상당히 고가로서 재활용이 필수적으로 요구되며 환경적인 측면에서나 자원 재활용 측면에서나 재활용은 필수적으로 요구된다.

재활용 기술이 확보되면 전기자동차용 및 전력저장용의 대용량 전지의 재활 용이 가능할 뿐 아니라, 양극 물질로 새로이 개발되고 있는 LiNiO₂, LiNi₁ _- _xCoO₂, LiMn₂O₄, LiFePO₄ 등의 전극물질의 재활용에도 직접 활용이 가능하다. 선진국에서는 연구가 계속되고 있지만 국내의 경우 전지 생산 능력에 비해 본 분야에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다.

현재까지 선진국에서 연구되고 있는 방법은 두 가지가 일반적인 방법이다. 첫 번째는 톡스코(Toxco) 과정으로서, 액체 아르곤 내에서 폐전지를 -195 ℃ 까지 냉각시킨 다음 NaOH 수용액에 넣어 전지 케이스를 부수며, 리튬 조각들이 용액 위로 떠오르면 발열반응과 수소발생이 진행된다. 이때, 수소가스를 배출시켜서 폭발을 막고 용액내의 가성소다는 산성전해액을 중화시켜 리튬과 반응하여 리튬수산화물, 리튬황화물, 리튬탄화물등을 생성시킨다. 이는 안정화된 폐리튬전지를 반복하여 분쇄해 용액으로부터 탄산리튬을 얻는 방식이다. 이러한 방식은 안정적이기는 하지만 공정 자체가 복잡하고 사용되는 유기 용액의 양이 많아, 배기 가스 및 배출되는 폐용액이 많으며, 리튬의 단일 물질만 회수하는 방법에 한한 것이다.

두 번째는 소니 과정으로서, 고온을 사용하는 방법이며, 전지를 태우고 금속 성분을 세척 시스템으로 세척하여 유기 전해액, 리튬 및 플루로라이드 등의 물질은 제외하고 코발트만 회수하는 방법이다. 이러한 방식은 폐전지 자체의 바깥 외장을 제거하는 과정을 줄여 비교적 간단하게 회수를 하지만 전지를 태우는 과정에서 심한 환경 오염을 유발하며 그 순도가 비교적 낮은 편이다. 또한 세척 시스템을 통해 코발트만을 회수하는 단점이 있다.

본 발명은, 코발트와 리튬을 동시에 회수할 수 있고 이를 재합성하여 사용할 수 있는 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법을 제공하는데 목적이 있다.

여기서, 상기 Li와 Co의 추출량은 상기 산용액의 농도, 상기 LiCoO₂ 분말과 상기 산용액의 사용 비율인 고액비, 반응시간, 반응온도 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.

또한, 상기 LiCoO₂를 재합성하는 단계는, 상기 Li와 Co가 추출되어 있는 산용액에 다염기 유기산을 첨가하여 착물을 형성한 다음, NH₄OH로 중화시키면서 침전물을 형성하는 단계와, 상기 중화되어 침전물이 형성된 용액에서 수분을 증발시켜 겔(gel)화하는 단계, 및 상기 겔화된 성분을 열처리하여 상기 리튬이온이차전지의 양극으로 사용되는 LiCoO₂를 재합성하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 겔화된 성분을 열처리하는 단계는, 상기 겔화된 성분을 제1온도 및 제1설정시간으로 가열하여 부산물을 연소시킨 다음, 상기 제1온도보다 높은 제2온도 및 상기 제1설정시간보다 긴 제2설정시간으로 열처리하여 상기 LiCoO₂를 재합성할 수 있다.

본 발명에 따른 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법에 따르면, 순간 냉각 방식을 이용하여 전극활물질을 회수할 수 있어 환경 문제를 일으키지 않고, 산 처리를 통해 순도 높은 Li과 Co를 동시에 회수할 수 있으며, 추출된 Li와 Co를 통해 상기 리튬이온이차전지의 양극으로 사용되는 LiCoO₂를 재합성하여 사용할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법의 흐름도이다. 이하에서는 도 1을 참조로 하여 상기 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법에 관하여 상세히 알아본다.

먼저, 폐리튬이온이차전지를 준비한다(S110).

그리고, 상기 폐리튬이온이차전지의 외형을 형성하는 플라스틱부를 액체 질소로 순간 냉각시켜 파쇄한다(S120). 예를 들면, 상기 액체 질소를 사용하여 상기 플라스틱부를 순간적으로 냉각시킨다.

이러한 액체 질소를 이용한 순간 냉각에 따르면, 기존에 소니 사에서 전지를 태워서 금속 성분을 세척 시스템으로 세척하여 회수하는 방법에 비하여 환경 오염을 줄일 수 있는 이점이 있다.

이후, 파쇄된 플라스틱부를 제거하고 전극활물질을 회수한다(S130). 전극활물질에는 양극 및 음극 물질로 사용된 리튬(Li), 코발트(Co) 등이 포함되어 있다. 이상과 같은 S120 및 S130 단계를 통해 폐리튬이온이차전지로부터 전극물질을 분리할 수 있다.

다음, 상기 전극활물질을 열처리하여 상기 전극활물질에 포함된 음극활물질, 도전재 및 결합제를 제거하고, 양극활물질인 LiCoO₂ 분말을 회수한다(S140). 즉, 상술한 열처리에 따르면, 상기 분리된 전극활물질 분말에서, 음극활물질로 사용된 탄소(grphite), 도전재(conductor)로 사용되는 탄소, 그리고 결합제(binder)로 사용된 고분자 물질들을 제거한다. 이때, 상기 열처리는 분위기로(Dong won, 가스 분위기 관로)를 사용하여 700℃ 및 900℃ 온도에서 2차 열처리한다.

이후에는, 상기 회수된 LiCoO₂ 분말을 질산(HNO₃) 또는 염산(HCl)의 산용액에 반응시켜, Li(리튬)과 Co(코발트)를 추출한다(S150). 이러한 산 처리에 따르면, 순도 높은 Li과 Co를 동시에 회수할 수 있다. 여기서, 상기 Li와 Co의 추출량은 상기 산용액의 농도, 상기 LiCoO₂ 분말과 상기 산용액의 사용 비율인 고액비, 반응시간, 반응온도 중 적어도 하나에 의해 결정된다. 이러한 특성의 결과는 추후에 상세 히 설명하기로 한다.

상기 Li와 Co를 추출한 다음에는, 상기 추출된 Li와 Co를 이용하여 LiCoO₂를 재합성한다(S160). 이렇게 재합성된 LiCoO₂는 추후 리튬이온이차전지의 양극활물질로 사용될 수 있다.

이하에서는, 상기의 방법을 이용하여 폐리튬이온이차전지를 재활용하기 위한 실험 결과를 알아보기로 한다.

S150 단계에서 회수한 Li 및 Co의 농도는 유도 결합 플라즈마 방출분광기(ICP;Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy, IRIS Termo Jarrell Ash)를 사용하여 분석하였다. S140 단계에서 열처리한 시료 및 S160단계에서 재합성한 시료의 확인은 Rigaku사의 X-선 회절분석기(XRD;X-ray differactormeter, XG-2100)를 사용하여 분석하였다. 시료의 분말 형상은 전자주사현미경(SEM;Scanning Electron Microscopy, HITACHI, s-4200)을 사용하였다.

표 1은 실제 실험에 사용한 휴대폰용 국내산 전지들의 중량, 전극물질 양 및 플라스틱 양을 나타낸다.

제조회사 (모델)	배터리 무게(g)	전극물질(g)	플라스틱(g)
S사 BTL 1670L	72.8	35	11.2
S사 BTL 1018S	48.5	20.1	8.4
S사 BTL 05181	24.5	12.5	7.1
L사 AHL	69	32.2	-
L사 AYM	43.4	18.9	10.3
L사 AAAM	36.6	16.6	9
K사 SPH 6000	56.4	20.8	12.6
H사 G2-F30M	51.4	16.5	9.8

<결과 1> 양극활물질의 회수

상기 S140단계의 열처리로부터 얻어진 시료로부터, XRD 측정을 통해 LiCoO₂를 확인할 수 있고, 탄소의 제거 상태를 확인할 수 있다.

도 2는 열처리 전과 후의 양극활성물질에 대한 XRD 패턴 결과 그래프이다. 도 2를 참조하면, 열처리 이전(Untreated 상태)의 전극활물질 분말에서는 전도체 및 음극 활물질로 사용된 탄소에 의해 XRD 패턴에 큰 피크 성분이 보이지만, 700℃ 및 900℃로 열처리한 본원의 시료에서는 탄소에 의한 피크가 사라짐을 확인할 수 있다. 따라서, 700 ℃이상에서는 폐전지의 전극 물질로부터 LiCoO₂를 효과적으로 얻을 수 있음을 알 수 있다.

<결과 2> Li 및 Co 의 추출에 미치는 산의 영향

도 3은 폐리튬이온이차전지로부터 회수하여 열처리한 양극활물질(LiCoO₂) 분말 시료로부터 산용액을 이용한 Li 및 Co 물질의 회수율을 나타내는 그래프이다.

도 3의 (A)와 (C) 그래프는 질산(HNO₃) 용액에서의 회수율이고, (B)와 (D)는 염산(HCl) 용액에서의 회수율을 나타낸다. 또한, (A)와 (B) 그래프는 해당 산용액에 대한 코발트(Co) 회수율이고, (C)와 (C)는 해당 산용액에 대한 리튬(Li) 회수율이다. 또한, 각 그래프에서 (a), (b), (c), (d)는 각각 사용된 산 용액의 농도가 0.5M, 1M, 2M, 4M인 경우이다.

여기서, 반응온도를 25℃로 하고, 질산 용액과 염산 용액의 농도를 0.5,1,2,4M로 변화시키고, 반응시간(추출시간)을 1~24시간으로 변화시키면서 Li 및 Co을 각각 추출하였다. 또한, 5.0g의 LiCoO₂ 분말에 1L 산용액을 가하여 얻어진 용액으로부터 ICP를 통해 Li와 Co의 농도를 측정하였다.

질산(HNO₃)을 추출용액으로 한 경우, 산 용액의 농도와 반응시간의 증가에 따라 추출량 또한 증가하는 현상을 나타내었다. 그러나 최적화의 방법으로 본다면 산용액 0.5M의 농도에서 24시간 추출이 가장 경제적이었다. 또한, Co의 추출은 질산의 농도가 0.5M 일 때 1~2시간 사이에서 80% 이상의 효율을 나타내었다.

염산(HCl)을 추출용액으로 한 경우, 산 용액의 농도와 반응 시간의 증가에 따라 추출량이 증가하는 현상을 나타내었다. 하지만, 이 경우에도 최적화의 조건은 Li의 경우 0.5M에서 1시간이 효과적이고, Co의 경우 2.0M에서 24시간 추출한 결과가 효과적임을 보이고 있다.

도 4는 상기 LiCoO₂ 분말과 상기 산용액의 사용 비율인 고액비(S/L Rate)에 따른 Li와 Co의 회수율을 나타내는 그래프이다. 그래프에서 (a) 항목은 질산 용액에서의 Co 회수율을 나타내고, (b) 항목은 질산 용액에서의 Li 회수율을 나타내며, (c) 항목은 염산 용액에서의 Co 회수율을 나타내고, (d) 항목은 염산 용액에서의 Li 회수율을 나타낸다.

도 4는 2.0M의 질산과 염산을 각각 추출 용액으로 하여 25℃에서 2시간 동안 LiCoO₂시료 분말과 반응시키되,시료 분말의 양을 변화시킨 결과이다. 그 결과, 용액 1L당 혼합한 시료 분말의 양이 40g까지 증가할수록, 실제로 추출되는 Co 및 Li의 양은 증가하였으나, 분말과 용액 당의 %로 환산한 결과는, 그래프와 같이 전체적인 추출 비율 즉, 회수율은 떨어졌다. 염산 추출용액으로 Li를 회수할 때는 전체적인 추출 비율이 증가함을 볼 수 있었다. 이는 초기에 Li의 회수율이 질산으로 추출했을 때보다 작았기 때문에, 용액당 시료 분말이 많아질 경우에는 추출 비율 즉, 회수율이 증가하는 추세로 나타났다.

<결과 3> Li 및 Co 의 추출에 미치는 온도의 영향

도 5는 본 발명의 실시예에서 온도에 따른 Li와 Co의 회수율을 나타내는 그래프이다. 도 5의 (a),(b),(c),(d) 항목은 도 4의 경우와 동일하다.

도 5는 2.0M의 질산과 염산을 추출 용액으로 하여, 10 S/L의 비율로 2시간 동안 추출 용액의 온도를 변화시키면서 Li 및 Co의 최적 추출온도를 측정한 것이다. 그 결과, 온도가 증가함에 따라 각 물질의 추출 비율도 증가하였으나, 그 차이는 크지 않는 것으로 나타났다. 이는 Li 및 Co의 추출에서 온도의 영향이 크지 않음을 알 수 있다.

이때에도 염산 용액에서 Li의 전체적인 추출 비율이 가장 낮게 나왔으며, 다른 방법으로 할 때보다 상온에서 40℃로 올렸을 때 기울기 변화가 가장 크게 나타났다. 회수율의 측면에서는 60℃에서 질산 용액으로 추출하는 것이 가장 효과적이라 판단된다.

<결과 4> Li 및 Co 의 추출에 미치는 H ₂ O ₂ 첨가량의 영향

도 6은 2.0M의 질산과 염산을 추출 용액으로 하여, 10 S/L의 비율로 2시간 동안 환원제 H₂O₂의 첨가량을 변화시키면서 Li 및 Co의 추출량을 측정한 것이다. 도 6의 (a),(b),(c),(d) 항목은 도 4의 경우와 동일하다.

그 결과, 과산화수소의 첨가로 인해 추출량이 늘어나는 특성을 보였다. 이는 환원제의 첨가로 인해 LiCoO₂ 분말에서 Li 및 Co의 추출이 용이해지는 것으로 판단된다. 이때에도 염산 용액보다는 질산 용액으로 추출하는 것이 월등히 나았으며, Li의 전체적인 추출 비율에서만 1.0∼2.0%의 과산화수소를 첨가했을 때 기울기 변화가 크게 나왔다. 이는 과산화수소의 첨가량에 따른 큰 차이를 나타내지 않았지만 Li의 경우에서 1.0∼2.0 % 첨가한 경우 경제적인 추출 방법임을 확인하였다.

<결과 5> 회수된 Li 및 Co 로부터 LiCoO ₂ 의 재합성

양극활물질인 LiCoO₂는 육각대칭 결정구조를 가지며, 충/방전을 거듭할수록 뒤틀림이 일어나, 그 수명을 다하게 된다. 상기 S160단계에서 LiCoO₂ 재합성의 상세한 과정은 다음과 같다.

우선, 상기 S150단계의 결과로 Li와 Co가 추출되어 있는 산용액에 다염기 유기산을 첨가하여 착물을 형성한 다음, NH₄OH로 중화(pH=7)시키면서 침전물을 형성한다. 그런 다음, 상기 중화되어 침전물이 형성된 용액에서 핫 플레이트 등을 통해 수분을 증발시켜 겔(gel)화한다.

이후, 이를 튜브형 열처리기계에 넣어서 공기 분위기 속에서 상기 겔화된 성분을 열처리하여 상기 리튬이온이차전지의 양극으로 사용되는 LiCoO₂를 재합성할 수 있게 된다. 상기 겔화된 성분을 열처리할 때에는, 상기 겔화된 성분을 700℃에서 6시간 동안 가열하여 부산물을 연소시킨 다음, 900℃에서 24시간 동안 열처리하여 상기 LiCoO₂를 재합성한다.

도 7은 재합성된 LiCoO₂ 분말의 SEM 이미지와 XRD 패턴 결과를 나타낸다. 도 7의 (a)의 SEM 촬영 결과를 보면, 결정이 매끈하며 1-2㎛이하의 고른 입자가 형성되었음을 알 수 있다. 또한, 도 7의 (b)를 보면 재합성된 LiCoO₂는 (003)면이 잘 발달된 구조를 갖고 있으며, 전기화학적 특성이 우수한 LiCoO₂의 구조와 일치하였음이 확인되었다.

이상과 같은 폐리튬이온이차전지 재활용 방법은, 현재 휴대 무선 통신용 전원으로 사용되고 있는 리튬이온이차전지의 고가 전극물질을 재활용하기 위함이다. 실험결과를 통하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

첫째, 폐리튬이온이차전지로부터 분리된 전극활물질 분말에 대해 별도의 열처리를 수행하여 음극활물질, 도전재 및 결합제를 제거하고, 양극활물질인 LiCoO₂를 확인할 수 있었다. 둘째, 산 용액의 농도에 따른 Li 및 Co의 유가금속 회수 효율을 실험한 결과, 산 용액의 농도와 추출 시간의 증가에 따라 추출량이 증가하는 현상을 나타내었다. 셋째, 분말 시료와 용액의 비에 따른 Li 및 Co 이온의 추출 결과, 질산과 염산 용액 1L당 혼합한 시료 분말의 양이 40g까지 증가할수록 추출되는 양은 증가하였다. 넷째, 온도 변화에 따른 Li 및 Co 이온 추출 결과, 질산과 염산 용액의 온도가 증가함에 따라 추출되는 비율도 증가하였으나, 그 차이는 크지 않았다. 또한, H₂O₂의 첨가에 따라 분말에서 유가금속 이온들의 추출이 용이했으며, H₂O₂를 1~2%로 첨가한 경우 경제적인 추출방법임을 확인하였다. 다섯째, 추출된 Li 및 Co 이온용액을 이용하여 리튬이온이차전지의 양극으로 사용되는 LiCoO₂의 재합성이 가능하였다.

이러한 실험 결과는, Co 및 Li 이온의 단독 추출을 통해 금속 산화물을 합성하는 방법 혹은 혼합 추출 후 전극물질로 직접 합성하는 방법에 관한 기초 자료로 활용이 가능하다. 또한, 본 발명에 따르면, 종래에 리튬이나 코발트를 중 하나만 추출하는 방법에 비하여, 2가지 물질을 복잡한 공정을 거치지 않고 효과적으로 회수할 수 있다는 점에서, 폐전지 재활용 플랜트의 경제성을 높일 수 있을 것으로 예상된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능한 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법의 흐름도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열처리 전과 후의 양극활성물질에 대한 XRD 패턴 결과 그래프이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 폐리튬이온이차전지로부터 회수하여 열처리한 양극활물질 분말 시료로부터 산용액을 이용한 Li 및 Co의 회수율을 나타내는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 실시예에서 LiCoO₂ 분말과 상기 산용액의 사용 비율인 고액비(S/L Rate)에 따른 Li와 Co의 회수율을 나타내는 그래프이다.

도 5는 본 발명의 실시예에서 온도에 따른 Li와 Co의 회수율을 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명의 실시예에서 H₂O₂의 첨가량에 따른 Li와 Co의 회수율을 나타내는 그래프이다.

도 7은 재합성된 LiCoO₂ 분말의 SEM 이미지와 XRD 패턴 결과를 나타낸다.

Claims

폐리튬이온이차전지의 플라스틱부를 액체 질소로 순간 냉각시켜 파쇄하여 상기 플라스틱부를 제거하고 전극활물질을 회수하는 단계;

상기 전극활물질을 열처리하여 상기 전극활물질에 포함된 음극활물질, 도전재 및 결합제를 제거하고 양극활물질인 LiCoO₂ 분말을 회수하는 단계;

상기 회수된 LiCoO₂ 분말을 질산 또는 염산의 산용액에 반응시켜 Li(리튬)과 Co(코발트)를 추출하는 단계; 및

상기 추출된 Li와 Co를 이용하여 LiCoO₂를 재합성하는 단계를 포함하는 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 Li와 Co의 추출량은 상기 산용액의 농도, 상기 LiCoO₂ 분말과 상기 산용액의 사용 비율인 고액비, 반응시간, 반응온도 중 적어도 하나에 의해 결정되는 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 LiCoO₂를 재합성하는 단계는,

상기 Li와 Co가 추출되어 있는 산용액에 다염기 유기산을 첨가하여 착물을 형성한 다음, NH₄OH로 중화시키면서 침전물을 형성하는 단계;

상기 중화되어 침전물이 형성된 용액에서 수분을 증발시켜 겔(gel)화하는 단계; 및

상기 겔화된 성분을 열처리하여 상기 리튬이온이차전지의 양극으로 사용되는 LiCoO₂를 재합성하는 단계를 포함하는 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법.
청구항 3에 있어서,

상기 겔화된 성분을 열처리하는 단계는,

상기 겔화된 성분을 제1온도 및 제1설정시간으로 가열하여 부산물을 연소시킨 다음, 상기 제1온도보다 높은 제2온도 및 상기 제1설정시간보다 긴 제2설정시간으로 열처리하여 상기 LiCoO₂를 재합성하는 폐리튬이온이차전지의 재활용 방법.