KR20150021492A - 전기화학적 전지 물질의 자력 분리 - Google Patents
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Abstract
전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 자력 분리를 이용해 전기화학적 전지로부터 전극 물질이 제거되고 구성 활물질로 분리된다.
Description
발명자
Timothy W. Ellis
Joshua A. Montenegro
기술 분야
본 명세서는 일반적으로 전기화학적 전지 잔폐물로부터 재활용 가능한 전극 물질을 분리하는 것과 관련이 있다. 더 구체적으로, 본 명세서는 전기화학적 전지 잔폐물로부터 재활용 가능한 전극 물질을 분리하여 새로운 전기화학적 전지 제조 시 직접 재사용될 수 있는 재활용된 물질 정광을 형성하는 것과 관련이 있다.
배터리 및 전기화학적 전지를 포함하는 그 밖의 다른 장치가 오늘날의 소비자 및 산업 기술의 항상 존재하는 부품이다. 예를 들어, 리튬-이온, 니켈-금속 히드라이드, 니켈-아연, 니켈-카드뮴, 및 납-산 재충전식 배터리(즉, 2차 배터리)가 가솔린-동력 자동차, 하이브리드 전기차, 전기차, 산업 설비, 전원 툴, 및 소비자 전자기기(가령, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화기 및 스마트 전화기, 및 그 밖의 다른 재충전식 전자 장치) 등의 적용예에서 사용된다. 덧붙여, 1회용 배터리(즉, 1차 배터리, 가령, 아연-탄소 배터리 및 알칼리 배터리)가 다양한 전기 및 전자 장치 적용예에서 사용된다. 따라서 배터리 및 전기화학적 전지를 포함하는 그 밖의 다른 장치의 광범위한 사용에 의해 큰 잔폐물 배터리 폐기물 스트림이 발생한다.
배터리 및 그 밖의 다른 전기화학적 전지의 사용이 광범위해지고 이는 더 많은 잔폐 소자 폐기물 스트림을 초래하기 때문에, 잔폐물 소자의 재활용은 환경적 지속성과 제조 경제 모두의 관점에서 점점 중요해진다. 덧붙여 배터리 및 그 밖의 다른 전기화학적 전지 장치가 비교적 비싼 물질, 가령, 니켈, 코발트, 리튬 금속 화합물, 및 그 밖의 다른 비싼 금속, 합금, 및 화합물을 포함할 수 있기 때문에, 잔폐물 소자의 재활용이, 다른 경우라면 순수 물질(virgin material)의 사용을 필요로 할 새로운 배터리 및 전기화학적 전지를 제조하는 비용을 낮추는 데 중요해진다.
비-제한적 실시예에서, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법이 기재된다. 상기 방법은 전극 활물질 입자를 포함하는 슬러리를 자기장 영향 하에 두는 단계를 포함한다. 상기 자기장은 슬러리 내 상자성 입자를 자화시키기 충분한 자기장 강도를 가진다. 자화된 입자와 상기 슬러리와 접촉하는 활성 자기면 사이에 유도된 자기력을 이용해 슬러리로부터 자화된 입자가 분리된다.
또 다른 비-제한적 실시예에서, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 공정은 전기화학적 전지로부터 전극 활물질을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 전기화학적 전지는 리튬 이온 전기화학적 전지를 포함한다. 전극 활물질을 포함하는 슬러리가 형성된다. 상기 슬러리는 리튬 금속 화합물을 포함한다. 상기 슬러리는 상기 슬러리 내 입자를 자화시키기 충분한 자기장 강도의 자기장 영향 하에 있다. 자화된 입자는 적어도 하나의 리튬 금속 화합물을 포함한다. 상기 자화된 입자와 상기 슬러리와 접촉하는 활성 자기면 사이에 유도되는 자기력을 이용해 상기 자화된 입자가 슬러리로부터 분리된다.
또 다른 비-제한적 실시예에서, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법은 전기화학적 전지를 분쇄하는 단계를 포함한다. 상기 전기화학적 전지는 리튬-이온 전기화학적 전지를 포함한다. 분쇄된 전기화학적 전지가 체가름되어 전극 활물질 입자를 나머지 전기화학적 전지 구성요소와 분리할 수 있다. 전극 활물질 입자는 둘 이상의 리튬 금속 화합물을 포함한다. 상기 전극 활물질 입자는 운반 유체와 혼합되어 슬러리를 생성할 수 있다. 상기 슬러리는 상기 슬러리 내 상자성 입자를 자화하기 충분한 자기장 강도의 자기장의 영향을 받는다. 자화된 입자와 상기 슬러리와 접촉하는 활성 자기면 사이에 유도된 자기력을 이용해 자화된 입자는 슬러리로부터 분리된다. 분리된 입자는 둘 이상의 리튬 금속 화합물 중 하나를 포함한다. 둘 이상의 리튬 금속 화합물이 분리된 전극 활물질 정광으로서 수집된다.
본 명세서에 개시되고 기재된 발명은 이하에서 제공되는 실시예에 한정되지 않는다.
본 명세서에 개시되고 기재된 비-제한적이고 비-배타적인 실시예의 다양한 특징 및 특성이 이하의 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 전기화학적 전지로부터 전극 활물질을 분리 및 농축하기 위한 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 고강도 자기 필터링/분리 시스템의 개략도이다.
도 3은 재활용 특징을 포함하는 고강도 자기 필터링/분리 시스템의 개략도이다.
도 4는 직렬 연결된 복수의 고강도 자기 필터/분리기를 도시하는 방법 및 시스템 흐름도이다.
도 5a는 동시 흐름 탱크 드럼 분리기를 도시하는 개략도이다.
도 5b는 반-회전 흐름 탱크 드럼 분리기를 도시하는 개략도이다.
도 6은 직렬로 연결된 복수의 드럼 분리기를 도시하는 공정 및 시스템 흐름도이다.
도 7은 병렬로 연결된 복수의 드럼 분리기를 도시하는 공정 및 시스템 흐름도이다.
도 8은 증가하는 자기장 강도를 이용하는 전극 활물질의 스테이지적 자기 분리를 도시하는 흐름도 다이어그램이다.
도 9는 감소하는 자기장 강도를 이용하여 전극 활물질의 스테이지적 자기 분리를 도시하는 흐름도 다이어그램이다.
도 10 및 11은 다양한 리튬 금속 화합물에 대한 유도된 자화율 대 외부에서 인가되는 자기장의 스캐터-플롯 그래프이다.
도 12는 다양한 리튬 금속 화합물을 위한 자화율 값의 막대 그래프이다.
도 13 내지 20은 예시 2에 따르는 리튬 금속 화합물의 시험 분리를 위한 자기장의 퍼센티지 강도에 대한 물질의 농축 및 복원율의 스캐터-플롯 그래프이다.
도 21 내지 25는 각기둥형 파우치 리튬-이온 배터리로부터 획득된 전극 활물질의 시험 분리를 위한 자기장의 퍼센티지 강도에 대한 물질 농축율 및 복원율의 스캐터-플롯 그래프이다.
도 26 및 27은 예시적 리튬-이온 전기화학적 전지 재활용 방법 및 시스템을 도시하는 방법 및 시스템 흐름도이다.
도 28은 증가하는 자기장 강도를 활용하는 전극 활물질의 스테이지식 자기 분리를 도시하는 흐름도이다.
도 29는 감소하는 자기장 강도를 활용하는 전극 활물질의 스테이지식 자기 분리를 도시하는 흐름도이다.
도 30은 예시적 혼합 전기화학적 전지 재활용 방법 및 시스템을 도시하는 방법 및 시스템 흐름도이다.
본 명세서에 따르는 다양한 비-제한적이고 비-배타적인 실시예들의 상세한 설명을 고려하면 지금까지의 상세사항이 잘 이해될 것이다.
도 1은 전기화학적 전지로부터 전극 활물질을 분리 및 농축하기 위한 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 고강도 자기 필터링/분리 시스템의 개략도이다.
도 3은 재활용 특징을 포함하는 고강도 자기 필터링/분리 시스템의 개략도이다.
도 4는 직렬 연결된 복수의 고강도 자기 필터/분리기를 도시하는 방법 및 시스템 흐름도이다.
도 5a는 동시 흐름 탱크 드럼 분리기를 도시하는 개략도이다.
도 5b는 반-회전 흐름 탱크 드럼 분리기를 도시하는 개략도이다.
도 6은 직렬로 연결된 복수의 드럼 분리기를 도시하는 공정 및 시스템 흐름도이다.
도 7은 병렬로 연결된 복수의 드럼 분리기를 도시하는 공정 및 시스템 흐름도이다.
도 8은 증가하는 자기장 강도를 이용하는 전극 활물질의 스테이지적 자기 분리를 도시하는 흐름도 다이어그램이다.
도 9는 감소하는 자기장 강도를 이용하여 전극 활물질의 스테이지적 자기 분리를 도시하는 흐름도 다이어그램이다.
도 10 및 11은 다양한 리튬 금속 화합물에 대한 유도된 자화율 대 외부에서 인가되는 자기장의 스캐터-플롯 그래프이다.
도 12는 다양한 리튬 금속 화합물을 위한 자화율 값의 막대 그래프이다.
도 13 내지 20은 예시 2에 따르는 리튬 금속 화합물의 시험 분리를 위한 자기장의 퍼센티지 강도에 대한 물질의 농축 및 복원율의 스캐터-플롯 그래프이다.
도 21 내지 25는 각기둥형 파우치 리튬-이온 배터리로부터 획득된 전극 활물질의 시험 분리를 위한 자기장의 퍼센티지 강도에 대한 물질 농축율 및 복원율의 스캐터-플롯 그래프이다.
도 26 및 27은 예시적 리튬-이온 전기화학적 전지 재활용 방법 및 시스템을 도시하는 방법 및 시스템 흐름도이다.
도 28은 증가하는 자기장 강도를 활용하는 전극 활물질의 스테이지식 자기 분리를 도시하는 흐름도이다.
도 29는 감소하는 자기장 강도를 활용하는 전극 활물질의 스테이지식 자기 분리를 도시하는 흐름도이다.
도 30은 예시적 혼합 전기화학적 전지 재활용 방법 및 시스템을 도시하는 방법 및 시스템 흐름도이다.
본 명세서에 따르는 다양한 비-제한적이고 비-배타적인 실시예들의 상세한 설명을 고려하면 지금까지의 상세사항이 잘 이해될 것이다.
개시된 공정 및 시스템의 구조, 기능, 속성, 및 용도의 전반적인 이해를 제공하도록 다양한 실시예가 기재 및 도시된다. 본 명세서에서 기재되고 도시되는 다양한 실시예는 비-배타적이며 비-제한적이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에 개시된 비-제한적이고 비-배타적인 실시예의 기재에 의해 제한된다. 다양한 실시예와 관련하여 기재된 특징 및 특성이 그 밖의 다른 실시예의 특징 및 특성과 결합될 수 있다. 이러한 수정 및 변동이 본 명세서의 범위 내에 포함될 수 있다. 따라서 명시적으로 또는 묵시적으로 기재되거나 그 밖의 다른 방식으로 표현되거나 본 명세서에 의해 자체적으로 뒷받침되는 임의의 특징 또는 특성을 언급하도록 청구항이 보정될 수 있다. 덧붙여, 출원인(들)은 종래 기술에서 존재할 수 있는 특징 또는 특성을 확정적으로 배제시키도록 청구항을 보정할 권리를 가진다. 따라서, 임의의 이러한 보정은 35 U.S.C. §112, 제1항, 및 35 U.S.C. §132(a)의 요건에 부합한다. 본 명세서에 개시되고 기재된 다양한 실시예는 본 명세서에 다양하게 기재될 때 특징 및 특성을 포함할 수 있다.
본 명세서에 식별된 임의의 특허, 간행물, 또는 그 밖의 다른 개시물이 달리 언급되지 않는 한 포함 사항이 기존 정의, 성명, 또는 그 밖의 다른 개시물 내용과 충돌하지 않는 한 본 명세서에 전체가 포함된다. 따라서 필요한 범위까지, 본 명세서에 제공된 표현은 본 명세서에 포함된 임의의 충돌하는 사항에 우세한다. 본 명세서에 참조로서 포함되지만 기존 정의, 성명, 또는 또 다른 개시물과 충돌하는 임의의 사항 또는 이의 일부분은 포함된 물질과 기존 개시물 간에 충돌이 발생하지 않는 범위까지만 포함된다. 출원인(들)은 본 명세서에서 참조로서 포함되는 임의의 사항, 또는 이의 일부분을 명시적으로 언급하기 위해 본 명세서를 보정할 권리를 가진다.
본 명세서에서, 달리 언급되지 않는 한, 모든 수치 파라미터는 용어 "약"이 포함되는 것으로 이해되어야 하며, 여기서 수치 파마리터는 파라미터의 수치 값을 결정하기 위해 사용되는 기본 측정 기법의 내재적 가변성을 가진다. 특허청구범위에 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니면서, 본 명세서에 기재된 각각의 수치 파라미터는 보고된 유의미한 숫자와 관련하여 그리고 통상의 반올림 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다.
또한 본 명세서에 언급된 임의의 수치 범위가 언급된 범위 내에 속하는 동일한 수치 정밀도의 모든 부분 범위를 포함하는 것으로 의도된다. 예를 들어, "1.0 내지 10.0"의 범위는 언급된 최소 값 1.0과 언급된 최대 값 10.0 사이의 모든 부분 범위, 즉, 1.0 이상의 최소 값과 10.0 이하의 최대 값을 갖는 범위, 가령, 2.4 내지 7.6를 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 언급된 임의의 최대 수치 한계가 여기에 포함된 모든 더 낮은 수치 한계를 포함하며, 본 명세서에서 언급된 최소 수치 한계는 여기에 포함된 더 높은 수치 한계를 포함하는 것으로 의도된다. 따라서 출원인(들)은 본 명세서에 명시적으로 언급된 범위 내에 속하는 임의의 부분범위를 명시적으로 언급하도록 특허청구범위를 포함해 본 명세서를 보정할 권리를 가진다. 35 U.S.C. §112, 제1항, 및 35 U.S.C. §132(a) 요건에 따라 이러한 모든 범위는 임의의 이러한 부분 범위를 명시적으로 표현하도록 보정하기 위해 본 명세서에 내재적으로 기재된 것으로 의도된다.
달리 언급되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 문법적 관사 "one", "a", "an", 및 "the"가 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 포함하는 것으로 의도된다. 따라서 본 명세서에서 관사의 목적어인 것 하나 이상을 지칭하기 위해 관사가 사용된다. 예를 들어 기재된 실시예의 구현예에서 "구성요소"는 하나 이상의 구성요소를 의미하며, 따라서 둘 이상의 구성요소도 고려되고 사용될 수 있다. 덧붙여, 달리 언급되지 않는 한 단수형 명사의 사용은 복수형을 포함하고 복수형 명사의 사용은 단수형을 포함한다.
현재까지, 상업적으로 가장 중요한 2차 배터리 시스템은 납-산, 니켈-카드뮴, 니켈-금속 히드라이드, 및 리튬-이온이다. 이들 배터리 시스템의 재활용의 개요가 다음의 인용문헌에 기재되어 있고, 이들 각각은 본 명세서에 참조로서 포함된다:
일반적으로 활성 전기화학적 전지 물질(즉, 전극 활물질)의 재활용을 위한 산업 규모 공정이 2개의 카테고리, 즉, 건식 제련 공정(pyrometallurgical process) 및 습식 제련 공정(hydrometallurgical process)에 속한다. 건식 제련 공정은 다양한 합금, 금속 옥사이드, 탄소, 및 연도 가스(flue gas)를 생성하도록 잔폐 전기화학적 전지의 고온 제련을 포함한다. 상기 건식 제련 공정은 매우 에너지 집중적이며, 버려지거나 추가로 처리되어야 할 많은 양의 슬래그(slag), 드로스(dross), 플라이애시(fly ash), 및 그 밖의 다른 폐기물질을 생성한다. 일반적으로 습식 야금 공정은 금속, 합금, 및/또는 무기 금속 화합물, 가령, 금속 옥사이드을 용해시키기 위해, 또는 활성 전기화학적 전지 물질을 잔폐 전기화학적 전지로부터 추출 또는 침출하기 위해 공격적인 화학물(aggressive chemical), 가령, 강산 및/또는 강염기를 사용한다. 추출/침출된 물질을 복원하기 위해, 추출 처리로부터 도출된 이온-풍부 침출 용액이 카운터-용매 추출(counter-solvent extraction), 화학적 침전(chemical precipitation), 화학적 증착(chemical deposition), 및/또는 전해채취(electrowinning) 등의 기법에 의해 추가로 처리되어, 화학적으로 환원된 또는 그 밖의 다른 유용한 형태로 용해된 금속을 복원할 수 있다. 습식 야금 공정은 무기 용액 화학물 및 용액 후-처리에 따라 달라지며, 따라서 용액 폐기물 스트림으로부터 발생되는 환경 또는 작업공간의 건강 및 안정 문제를 야기할 수 있다.
건식 제련 및 습식 야금 공정 모두는 다양한 추가 단점, 특히, 리튬-이온 배터리로부터의 전극 물질의 재활용 맥락에서 단점을 가진다. 두 유형 모두의 재활용 공정에서, 전극 활물질이 새로운 전기화학적 전지용 전극을 제조하기 위해 직접 재-사용될 수 없는 구조-변형 및 화학-변형된 형태로 복원된다. 예를 들어, 리튬-이온 배터리의 건식 제련 재활용 동안, 캐소드(즉, 양극) 활물질(가령, LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNiO2, LiNiCoMnO2, LiNi1/3Co1/3Al1/3O2, LiNi0.8Co0.2O2, LiNiO0.833Co0.17O2)이 제련 산물로서 복원되는 Co-Fe-Ni-Mn 합금과, 슬래그(slag), 플라이애시(fly ash), 및 드로스(dross)로서 소실되는 리튬 옥사이드로 화학적으로 변환된다. 마찬가지로, 리튬-이온 배터리의 습식 야금 재활용 동안, 캐소드의 활물질은, 캐소드 활물질을 재구성하기 위해서는 실질적으로 사후-처리, 분리, 정화, 및 화학적 변성, 및 합성을 겪어야 할 성분 금속의 다양한 옥사이드, 히드록사이드, 및 옥시히드록사이드로 화학적으로 변환된다. 유사한 문제가 니켈-금속 히드라이드, 납-산, 및 그 밖의 다른 전기화학적 전지 화학으로부터의 전극 활물질의 건식 제련과 습식 야금 재활용과 연관된다.
건식 제련 및 습식 야금 재활용 공정은 모두, 본래의 전기화학적 전지에서 존재하는 구조적 및 화학적 형태로 전극 활물질을 복원하지 못한다. 본 명세서에 기재되는 공정 및 시스템은 전기화학적 전지 잔폐물로부터 재활용 가능한 애노드 및 캐소드 활물질을 본래의 전기화학적 전지에 존재하는 구조적 및 화학적 형태로 분리될 수 있게 함으로써, 이 문제 및 그 밖의 다른 문제를 해결한다. 본 명세서에 기재된 공정 및 시스템은 새로운 전기화학적 전지 제조 시 직접 사용될 수 있는 재활용된 물질 정광(concentrate)을 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 본 명세서에 기재된 공정 및 시스템이 잔폐 전기화학적 전지로부터 전극 활물질을 회복하기 위해 건식 제련 및 습식 야금 재활용 공정에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 대안적으로, 다양한 비-제한적 실시예에서, 본 명세서에 기재된 공정 및 시스템은 건식 제련, 습식 야금, 및 그 밖의 다른 재활용 공정 및 시스템과 조합하여 사용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예는 잔폐 전기화학적 전지로부터의 전극 활물질을 포함하는 자성 입자(magnetized particle)의 자력 분리(magnetic separation)를 포함한다. 상기 잔폐 전기화학적 전지의 비-제한적 예를 들면, 수명이 끝난 배터리, 손상된 배터리, 또는 그 밖의 다른 식으로 폐기처리된 배터리 및 그 밖의 다른 소자, 가령, 에너지를 저장 및/또는 변환하는 전기화학적 전지, 가령, 전기적 이중-층 커패시터가 있다.
물질이 자기장에 배치될 때, 자화(즉, 단위 체적당 순 자기 쌍극자 모멘트)가 물질 내에서 유도된다. 자기장(H) 내에 위치하는 물질의 자화(M)는 다음의 표현식에 의해 정의된다:
여기서 
는 물질의 자화율(magnetic susceptibility)이다. 자화율은 외부에서 인가된 자기장에 반응하는 물질의 자화 정도를 가리키는 무차원 비례 상수이다. 물질의 자화율은 고유 물리적 속성이다. 물질의 자화율은 물질이 자기장 내에 위치될 때 어떻게 반응할 것인지에 대한 척도를 제공한다.
모든 원자, 이온, 및 분자 물질이, 외부에서 인가되는 자기장에 나란하려는 물질의 경향인 반자성 속성(diamagnetic property)을 가진다. 어떠한 홀 전자(unpaired electron) 궤도 스핀 또는 스핀각 운동량을 갖지 않는 물질이 일반적으로 반자성이다. 반자성 물질은 외부에서 인가되는 자기장에 의해 밀려 난다. 반자성 물질의 자화율 값은 음의 값이며, 이는 외부에서 인가되는 자기장에 의해 물질이 밀려남을 가리킨다. 반자성 물질의 자화율의 더 큰 절댓값일수록 더 큰 유도된 자화 및 반자성 물질과 외부 인가된 자기장 간의 더 큰 자기 척력과 상관된다.
홀 전자(unpaired electron)를 갖는 물질은 상자성(paramagnetic)이다. 반자성 물질의 짝지은 전자(paired electron) 특성은 파울리 배타 원리(Pauli exclusion principle)에 의해 그들의 고유 스핀 자기 모멘트를 반대 배향으로 정렬되게 하여 이들의 자기장이 상쇄될 것이 요구된다. 반대로, 상자성 물질의 홀 전자 특성이 자유롭게 이들 고유 스핀 자기 모멘트를 외부에서 인가된 자기장과 동일한 방향이도록 정렬한다. 따라서, 상자성 물질은 외부에서 인가된 자기장을 강화하는 경향을 보인다. 상기 상자성 물질은 외부에서 인가된 자기장에 의해 끌어 당겨진다. 상기 상자성 물질의 자화율 값은 양의 값이며, 이는 외부에서 인가된 자기장에 의해 물질이 끌어 당겨짐을 가리킨다. 상자성 물질의 자화율의 더 큰 값일수록 더 큰 유도된 자화 및 상자성 물질과 외부에서 인가된 자기장 간의 더 큰 자기 인력과 상관된다.
외부에서 인가된 자기장이 없을 때, 반자성 및 상자성 물질은 어떠한 고유 또는 영속적 자화도 보이지 않는다. 일반적으로 영구 "자석"이라고 일컬어지는 물질이 강자성 물질이다. 상자성 물질처럼, 강자성 물질도 홀 전자를 가진다. 그러나 상자성 물질과 달리, 강자성 물질은 외부에서 인가되는 자기장이 없을 때도 지속되는 자화를 보여준다. 강자성화는 이들 물질의 홀 전자들이 에너지 상태를 최소화하기 위해 서로 평행하게 배향하려는 고유의 성향(동-평행(co-parallel) 또는 상-평행(anti-parallel), 즉, 각각 페로(ferro)-자성 또는 페리(ferri)-자성) 때문에 발생한다. 강자성 물질은 퀴리점 온도을 특징으로 가지는데, 상기 퀴리점 온도 이상에서 물질 내 증가된 열운동이 전자의 고유 스핀 자기 모멘트의 정렬을 방해하기 때문에 특정 강자성 물질은 자신의 강자성 속성을 소실한다.
자기장에 의해 무시할만한 수준으로 영향 받는 물질은, 이러한 물질이 정의상, 반자성 또는 약하게 상자성이라는 사실에도 불구하고, 비-자성 물질(non-magnetic material)이라고 지칭될 수 있다. 배터리 및 그 밖의 다른 전기화학적 전지 소자에서 발견되는 반자성 물질은 비-자성으로 간주될 수 있다. 이들 물질의 비-제한적 예를 들면, 플라스틱, 폴리머 바인더, 물, 유지 용매, 리튬 염, 흑연(탄소), 카드뮴, 아연, 구리, 금, 실리콘, 납 및 납 화합물, 및 황산이 있다. 배터리 및 그 밖의 다른 전기화학적 전지 장치에서 발견되는 상자성 물질은, 예를 들어, 알루미늄, 강, 니켈 옥시히드록사이드, 니켈-금속 히드라이드 합금, 및 무기 리튬 금속 화합물을 포함한다.
일반적으로 리튬-이온 전기화학적 전지는 가령 캐소드, 애노드, 분리기, 전해질, 및 하우징을 포함한다. 상기 캐소드는 입자상 리튬 금속 화합물 및 폴리머 바인더, 가령, 폴리비닐리덴 플루오라이드로 코팅된 알루미늄 집전 판 또는 포일을 포함한다. 입자상 리튬 금속 화합물은 리튬 금속 옥사이드 또는 리튬 금속 포스페이트, 가령, LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNiO2, LiNiCoMnO2, LiNi1/3Co1/3Al1/3O2, LiNi0.8Co0.2O2, 또는 LiNiO0.833Co0.17O2의 입자를 포함한다. 일반적으로 특정 리튬-이온 전기화학적 전지는 이들 캐소드 활물질 중 단 하나만 포함하는데, 왜냐하면, 이들 각자의 전기화학이 호환되지 않기 때문이다. LiCoO2이 신뢰할만한 캐소드 성능, 높은 에너지 밀도, 낮은 자기 방전율, 긴 사이클 시간, 및 제조의 편리함을 보여주기 때문에 상업적 및 산업적 리튬-이온 전기화학적 전지에서 이 물질이 가장 일반적인 캐소드 활물질이다.
일반적으로 리튬-이온 전기화학적 전지의 애노드는 입자상 흑연 및 폴리머 바인더, 가령, 폴리비닐리덴 플루오라이드로 코팅된 구리 집전판 또는 포일을 포함한다. 캐소드와 애노드는 폴리머 분리막, 가령, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 시트에 의해 분리되고 전해질에 침지된다. 상기 전해질은 유기 용매, 가령, 에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 또는 디에틸 카보네이트에 용해되는 리튬 염, 가령 LiPF6, LiBF4, 또는 LiClO4를 포함한다. 전해질은 충전 및 방전 사이클 동안 애노드와 캐소드로의(그리고 로부터의) 리튬 이온의 수송을 촉진시키는 리튬 이온-전도 물질로서 기능한다. 예를 들어, LiCoO2 캐소드 활물질 및 흑연 애노드 활물질을 채용하는 리튬-이온 전기화학적 전지가 다음의 일반화된 전기화학적 반쪽 반응(충전 사이클에 대응하는 정반응; 방전 사이클에 대응하는 역반응)에 따라 동작한다:
리튬-이온 전기화학적 전지는 하우징, 그 밖의 다른 구조적 구성요소, 및 패키징을 더 포함하며, 이들은 니켈-도금된 강, 알루미늄 및/또는 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 예시적 리튬-이온 2차 재충전식 배터리의 물질 조성이 표 1에서 나타난다.
본 명세서에 기재된 공정 및 시스템은 전극 활물질, 가령, 리튬 금속 화합물을 포함하는 자성 입자의 자력 분리를 포함한다. 본 명세서에서 사용될 때, "리튬-금속 화합물"이라는 용어는 리튬, 적어도 하나의 추가 금속 또는 금속 옥사이드, 및 무기 반대 이온(counter ion), 가령, 옥사이드(O2 2-) 또는 포스페이트(PO4 3-)를 포함하는 화합물을 지칭한다. 다양한 비-제한적 실시예에서, 리튬 금속 화합물은 다음의 일반적인 화학식에 의해 표현될 수 있다:
여기서, M은 Co, Mn, Ni, Fe, 및 Al로 구성된 군 중에서 선택된 하나 이상의 금속이며, 여기서 N은 O2 2- 및 PO4 3-으로 구성된 군 중에서 선택된 무기 반대 이온이며, 여기서 x는 0 초과 2 이하(0 < x ≤ 2)이고, z는 1 내지 5(1 ≤ z ≤ 5)이다. 다양한 비-제한적 실시예에서, 리튬 금속 화합물은 LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNiO2, LiNiCoMnO2, LiNi1/3Co1/3Al1/3O2, LiNi0.8Co0.2O2, 또는 LiNiO0.833Co0.170O2을 포함할 수 있다. 일부 비-제한적 실시예에서, 리튬 금속 화합물은 다음 화학식의 화합물을 포함할 수 있다:
y는 0 내지 1(0 ≤ y ≤ 1)이다.
전기화학적 전지급 리튬 금속 화합물은 리튬-이온 전기화학적 전지 캐소드를 생성하기 위한 활물질로서 입자상 구조적 형태(즉, 파우더화된 형태)로 사용된다. 리튬 금속 화합물의 입자를 생성하기 위해 리튬 화합물 파우더 및 하나 이상의 금속 화합물 파우더의 혼합물을 하소(calcining)함으로써 캐소드 활물질로서의 파우더화된 리튬 금속 화합물이 획득될 수 있다. 상기 리튬 화합물 파우더 및 금속 화합물 파우더는 각각, 파우더의 하소에 의해 대응하는 옥사이드 또는 포스페이트를 생성할 수 있는 화합물이다. 예를 들어, 리튬, 코발트, 망간, 니켈, 철, 및 알루미늄의 파우더화된 옥사이드, 히드록사이드, 카보네이트, 카바이드, 포스페이트 등의 혼합물, 가령, 혼합된 금속 화합물이 하소되어 입자상 리튬 금속 화합물 파우더를 생성할수 있으며, 이는 집전 판 또는 포일 상에 캐소드 활물질 코팅을 형성하도록 사용될 수 있다. 적합한 리튬 화합물의 예시로는 Li2O, Li2CO3, 및 등이 있다. 적합한 코발트 화합물의 예시로는 Co(OH)2, Co2(CO3)(OH)2, Co2O3, 등이 있다. 적합한 니켈 화합물의 예시로는 Ni(OH)2, Ni2(CO3)(OH)2, Ni2O3, 등이 있다. 그 밖의 다른 적합한 물질로는 다양한 망간, 철, 및 알루미늄 옥사이드, 히드록사이드 등이 있다.
리튬-이온 전기화학적 전지에서 집전 판 또는 포일 상에 활물질 코팅을 형성하기 위해 사용되는 입자상 리튬 금속 화합물 파우더는 일반적으로 나노미터 단위에서 마이크로미터 단위까지의 평균 입자 크기를 가진다. 다양한 실시예에서, 리튬-이온 전기화학적 전지는 10나노미터 내지 1000마이크로미터의 범위, 그리고 종종 1마이크로미터 내지 20마이크로미터의 범위의 평균 입자 크기를 갖는 리튬 금속 화합물 파우더를 포함하는 캐소드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 리튬-이온 전기화학적 전지는 14마이크로미터의 D90 값을 갖는 순수(미가공된) 흑연 입자 및 각각 5.4마이크로미터와 15.6마이크로미터의 D90 값을 갖는 순수 LiMn2O4 또는 LiNiCoMnO2를 포함하는 테이프-캐스팅된(tape-casted) 또는 페이팅된(painted) 전극을 포함하며, 여기서, D90 값은 입자 시료의 부피의 상위 90%가 되는 입자 크기이다.
앞서 기재된 바와 같이, 서로 다른 리튬 금속 화합물의 전기화학이 동작 가능한 리튬-이온 전기화학적 전지에서 호환 가능하지 않기 때문에, 특정 리튬-이온 전기화학적 전지는 일반적으로 캐소드 활물질로서 단 하나의 리튬 금속 화학물만 포함한다. 그러나 일반적으로 잔폐 배터리 및 전기화학적 전지 스트림은 서로 다른 리튬 금속 화합물 및 가령, 니켈-금속 히드라이드, 니켈-아연, 니켈-카드뮴, 납-산, 아연-탄소, 및/또는 알칼리를 포함하는 그 밖의 다른 유형의 전기화학적 전지를 포함할 수 있는 리튬-이온 전기화학적 전지의 혼합물을 포함한다. 따라서, 혼합된 전기화학적 전지 잔폐물 스트림에서 새 배터리의 제조 시 복원된 리튬 금속 화합물을 바로 재사용하기 위해 서로 다른 리튬 금속 화합물을 그들의 전극-활성 구조적 및 화학적 형태로 유지하면 상기 서로 다른 리튬 금속 화합물을 서로 분리시키는 것이 중요하다. 이는 본 발명의 다양한 실시예에 따라, 상자성이며, 따라서 외부에서 인가된 자기장에 영향 받을 때 서로 다른 자화 거동을 보일 서로 다른 리튬 금속 화합물의 서로 다른 자화율을 이용함으로써 이뤄진다.
예를 들어, 본 명세서에 참조로서 포함되는 Julien et al., "Magnetic properties of lithium intercalation compounds," Ionics, Volume 12, Number 1, 2006, pp. 21-32에서 기재된 바와 같이, 전기화학적 전지-급 리튬 금속 화합물은 일반적으로 방전 및 충전 상태에서 상자성이며 각각 서로 다른 자화율 값을 가진다. 캐소드 활물질로서 사용되는 서로 다른 리튬 금속 화합물의 자화율 값의 차이에 의해, 서로 다른 자기장 강도 및/또는 자기장 구배의 사용이 혼합된 잔폐 전기화학적 전지 스트림 내 리튬 금속 화합물 입자를 서로 다르게 자성화시킬 수 있다. 혼합된 잔폐 전기화학적 전지 스트림 내 서로 다른 리튬 금속 화합물의 차등 자성화에 의해, 외부에서 인가된 자기장과 서로 다른 리튬 금속 화합물 입자 간에 서로 다른 크기를 갖는 자기 인력이 유도될 수 있다. 유도된 자기력의 서로 다른 크기에 의해 복수의 리튬 금속 화합물, 흑연, 및/또는 그 밖의 다른 전기화학적 전지 물질을 포함하는 혼합물로부터 단일 리튬 금속 화합물을 선택적으로 분리할 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 전극 활물질을 포함하는 혼합된 잔폐 전기화학적 전지 스트림의 다양한 구성성분이 고순도 전극 활물질 정광을 생성하도록 효과적으로 분리될 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예들은 전극 활물질, 가령, 흑연 및 차등된 리튬 금속 화합물의 정화된 정광을 생성할 수 있으며, 이들은 잔폐 전기화학적 전지에 존재할 때처럼 그들 본래의 구조적 형태(가령, 입자 크기 및 결정구조)와 그들 본래의 화학적 조성을 유지한다. 전극 활물질의 고순도 분리에 의해, 새로운 전기화학적 전지의 생산 시 재활용된 물질의 직접 재사용이 가능함으로써, 전극 활물질의 추가 사후-처리(가령, 습식 야금 또는 건식 제련 공정) 및 합성(가령, 파우더 하소)에 대한 필요성을 없앤다. 다양한 비-제한적 실시예에서, 전기화학적 전지로부터의 물질의 분리를 위한 공정은 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 공정(10)을 도시하는 흐름도인 도 1에 나타난 단계들을 포함한다.
도 1을 참조하면, 단계(12)에서 잔폐 전기화학적 전지(가령, 잔폐 배터리)가 공정(10)으로 입력된다. 단계(14)에서 잔폐물을 형성하는 전기화학적 전지에 포함되는 그 밖의 다른 성분으로부터 애노드 물질 및 캐소드 물질을 제거하기 위해 잔폐 전기화학적 전지가 처리됨으로써 입자상 전극 물질이 제거된다. 단계(14)에서의 애노드 물질과 캐소드 물질의 제거는 하나 이상의 유닛 동작, 가령, 서로 다른 전기화학적 전지 화학의 사전-분류(pre-sort), 전기화학적 전지 모듈(가령, 배터리 조립체)의 분해, 전기화학적 전지의 방전, 전해질의 배출, 전해질의 용매 또는 초임계 유체 추출, 플라스틱, 전해질 및/또는 바인더를 열적으로 저하시키고 제거하기 위한 열분해 또는 열처리, 전기화학적 전지의 부수기(crushing), 밀링(milling), 세절(shredding) 또는 그 밖의 다른 방식으로 분쇄하기, 및 분쇄된 전기화학적 전지 물질의 체가름(screening, sieving) 또는 그 밖의 다른 방식으로 분류하기를 포함할 수 있다.
다양한 비-제한적 실시예에서, 잔폐 배터리 및 그 밖의 다른 전기화학적 전지 장치는 이들 각자의 전지 화학물, 가령, 아연-탄소, 알칼리, 납-산, 니켈-아연, 니켈-카드뮴, 니켈-금속 히드라이드, 리튬-이온 등에 따라 사전-분류(pre-sort)될 수 있다. 사전-분류된 전기화학적 전지 유형 중 하나 이상이 본 발명에 따르는 공정 및 시스템에 입력된다. 다양한 비-제한적 실시예에서, 공정 및 시스템으로의 전기화학적 전지의 입력은 리튬-이온 전기화학적 전지를 포함한다. 선택사항적 사전-정렬 동작의 활용에도 불구하고, 리튬-이온계 화학이 아닌 다른 동작 화학을 포함하는 일부 전기화학적 전지가 우연히 또는 의도적으로 분리 공정 및 시스템으로 입력될 수 있다. 본 명세서에 기재된 공정 및 시스템의 이점은 여러 다른 유형의 전기화학적 전지가 포함된 혼합된 전기화학적 전지 잔폐물로부터 전극 활물질의 강건한 분리 및 농축을 제공할 수 있는 능력이다.
다양한 비-제한적 실시예에서, 잔폐물 배터리 및 그 밖의 다른 전기화학적 전지 모듈 및 조립체가 분해되어, 다른 구성요소, 가령, 패키징, 하우징, 전기 도선, 그 밖의 다른 회로 등으로부터 전기화학적 전지를 제거할 수 있다. 예를 들어, 일부 다중-전지 배터리, 가령, 하이브리드 및 완전 전기 자동차에서 사용되는 배터리가 개별 전기화학적 전지로 용이하게 분리되도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 잔폐물 배터리 및 그 밖의 다른 전기화학적 전지 장치가 수용될 때의 형태(as-received form)로 처리될 수 있다.
다양한 비-제한적 실시예에서, 잔폐물 배터리 및 그 밖의 다른 전기화학적 전지 모듈 및 조립체가 완전한 전기 방전을 보장하도록 처리될 수 있다. 잔폐 전기화학적 전지는 완전 방전에서 완전 충전까지 임의의 충전 상태로 수용될 수 있다. 전기화학적 전지의 충전 상태는, 예를 들어 배터리의 단자 전극 양단의 저항 부하(resistive load)를 연결하고 상기 저항 부하를 통해 흐르는 전류를 측정함으로써, 결정될 수 있다. 시험(test)이 전기화학적 전지 장치가 완전히 방전되지 않음을 드러내는 경우, 가령 완전한 방전을 보장하기 위한 시간 동안 장치의 단자 양단에 저항 부하가 연결될 수 있다. 다양한 그 밖의 다른 비-제한적 실시예에서, 잔폐 전기화학적 전지가 전기적 방전을 야기하기에 충분한 전도율의 수성 또는 비-수성 염 용액(가령, 수성 소듐 클로라이드 브라인 용액)에 침지될 수 있다.
일반적으로 잔폐 전기화학적 전지는 전해질을 포함하며, 전해질은 전기화학적 전지를 포함하는 다른 구성요소로부터 전극 물질이 분리될 수 있기 전에 장치로부터 제거되어야 한다. 액체 전해질은 잔폐 전기화학적 전지로부터 배출되거나 그 밖의 다른 방식으로 수동적으로 제거될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전기화학적 전지에 구멍이 뚫리고, 전해질을 물리적으로 변위시키고, 및/또는 용해하여 세척하는 유체가 침투되는 유체 변위(fluid displacement) 및/또는 용매 추출 작업을 이용해 전해질은 잔폐 전기화학적 전지로부터 제거될 수 있다. 다양한 비-제한적 실시예에서, 잔폐 전기화학적 전지는 미국 특허 번호 7,198,865; 7,858,216; 및 8,067,107 및 미국 출원 공보 2011-0272331 A1(이들은 본 명세서에 참조로서 포함됨)에 기재된 가스, 액체, 또는 초임계 유체 변위 및/또는 추출 작업의 대상이 될 수 있다.
다양한 비-제한적 실시예에서, 잔폐 전기화학적 전지가 입자 크기에 의해 분류될 수 있는 전기화학적 전지 구성요소의 입자상 혼합물을 형성하도록 분쇄될 수 있다. 잔폐 전기화학적 전지의 분쇄는, 예를 들어, 크러시, 밀링, 및/또는 세절 작업을 이용해 수행될 수 있다. 적합한 분쇄 도구의 비-제한적 예시로는, 수직 절단 밀(vertical cutting mill), 해머 밀(hammer mill), 나이프 밀(knife mill), 슬리터 밀(slitter mill), 볼 밀(ball mill), 페블 밀(pebble mill) 등이 있다. 그 후 분쇄된 전기화학적 전지 구성요소가 플라스틱 케이스 물질, 강 또는 알루미늄 케이스 물질, 플라스틱 분리막 물질, 회로 구성요소, 및 그 밖의 다른 비-전극 물질을 입자상 전극 물질로부터 제거 및 분리하기 위한 입자 크기를 기초로 분류 및 분리될 수 있다. 분쇄된 전기화학적 전지 물질의 크기 분류 및 분리는, 예를 들어, 체가름(screening, sieving) 작업을 이용해 수행될 수 있다. 이러한 단위 작업들이, 가령, 복수의 상이한 크기의 체, 에어 테이블, 진동 스크린 등의 기구를 이용해 수행될 수 있다.
다양한 비-제한적 실시예에서, 비-전극 물질을 입자상 전극 활물질로부터 제거하고 전극 활물질 입자들의 덩어리를 쪼갬으로써 전극 활물질 입자 크기를 정제하기 위해 복수의 분쇄-분류 단계가 순차적으로 실시될 수 있다. 대안적으로 또는 덧붙이자면, 분쇄된 전기화학적 전지 구성요소가, 강자성 및 초고도의 상자성 물질, 가령, 강 케이스(steel casing) 및 하우징 물질을 제거하기 위한 예비 자력 분리 작업의 대상이 될 수 있다. 슬러리의 형성(도 1의 단계(16) 참조, 이하에서 기재됨) 전의, 분쇄된 전기화학적 전지로부터 강자성 및 초고도 상자성 물질을 제거하기 위한 예비 자력 분리 작업은 전극 활물질의 자력 분리 및 농축(도 1의 단계(18-24) 참조, 이하에서 기재됨)과 상이하다.
도 1을 참조하면, 전기화학적 전지 블랙 매스가 애노드 및 캐소드 물질의 제거를 포함하는 단계(14)에서의 하나 이상의 단위 작업의 산물이다. 본 명세서에서 사용될 때, "블랙 매스(black mass)"라는 용어는 분쇄된 전기화학적 전지로부터 분류되는 가장 미세한 입자상 조각을 지칭한다. 상기 블랙 매스는 전극 물질, 가령, 전극 활물질, 폴리머 바인더, 잔여 알루미늄 및 구리 집전 물질 및 그 밖의 다른 잔여 입자상을 포함하는 파우더이다. 블랙 매스의 화학적 조성은 단계(12)에서의 공정(10)으로 투입되는 잔폐 전기화학적 전지의 화학에 따라 달라진다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 다양한 실시예에 따르면, 단계(14)에서 생성되는 블랙 매스가 납 및 납 화합물, 아연 및 아연 화합물, 카드뮴 및 카드뮴 화합물, 구리, 알루미늄, 니켈 옥시히드록사이드, 니켈-금속 히드라이드 합금, 흑연, 리튬 금속 화합물, 폴리머 바인더, 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 군 중에서 선택된 임의의 물질 또는 물질 조합을 포함할 수 있다. 이들 물질 중에서, 알루미늄, 니켈 옥시히드록사이드, 니켈-금속 히드라이드 합금, 및 리튬 금속 화합물이 상자성이고 나머지는 반자성이다.
단계(14)에서 생성된 블랙 매스가 단계(16)에서 슬러리를 형성하도록 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용될 때, "슬러리(slurry)"라는 용어는 블랙 매스 입자의 임의의 유동 현탁(fluidized suspension) 또는 확산을 지칭하며, 예를 들면, 수성 액체 슬러리, 비-수성 액체 슬러리, 혼합-용매 액체 슬러리, 및 기체 슬러리, 즉, 가압된 공기, 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 및/또는 유사 가스에서의 공기압 수송이 있다. 다양한 비-제한적 실시예에서, 전기화학적 전지 블랙 매스 입자를 포함하는 슬러리의 생산은 하나 이상의 단위 작업, 가령, 용매 세척 처리, 물 헹굼 처리, 부유선광 처리(froth flotation treatment), 기계적 확산, 및/또는 초음파 분산을 포함할 수 있다.
다양한 비-제한적 실시예에서, 세정 용매에 의해 블랙 매스가 처리되어 폴리머 전극 바인더, 가령, 폴리비닐리덴 플루오라이드를 용해시키고 전극 활물질(가령, 흑연, 리튬 금속 화합물, 니켈 옥시히드록사이드, 등)로부터 제거할 수 있다. 적절한 세정 용매의 예로는 N-메틸-2-피롤리돈, 테트라히드로푸란, 에탄올, 디메틸 카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸 아세트아미드, 디에틸 포름아미드, 메틸 이소부틸 케톤, 및 이들의 임의의 조합이 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 용매 세정 처리 전에, 또는 후에, 또는 대신하여, 블랙 매스가 물 헹굼 처리될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 블랙 매스는 열 처리되거나 열분해 처리의 대상이 될 수 있다. 예를 들어, 블랙 매스는 공기 중에 높은 온도에 노출되거나 그 밖의 다른 산화 환경에 노출될 수 있다. 열 또는 열분해 처리가 예를 들어 적어도 300℃의 주위 온도에서 수행될 수 있다.
다양한 비-제한적 실시예에서, 블랙 매스가 부유선광 처리를 받아 상기 블랙 매스로부터, 공정 및 시스템으로 투입되는 잔폐 전기화학적 전지 장치의 납-산 배터리의 존재로 인해 의도치 않게 또는 의도적으로 존재할 수 있는 납 및 납 화합물을 제거할 수 있다. 예를 들어, 블랙 매스는 본 명세서에 참조로서 포함되는 미국 특허 출원 공보 2011-0272331 A1에 기재된 바와 같이 부유선광 처리의 대상이 될 수 있다. 다양한 비-제한적 실시예에서, Pb(II) 및 Pb(IV) 화합물을 포함하는 블랙 매스가 부유선광제와 함께 부유선광 용기 내에서 물에 현탁되고, 공기와 함께 살포되어, 소수 변성된(hydrophobically-modified) 납 화합물 물질을 이끌고, 납계 물질(lead-based material)을 용기 밖으로 부유(float)시킴으로써, 납계 물질을 블랙 매스로부터 제거할 수 있다.
블랙 매스 입자를 포함하는 슬러리의 생산은 운반 유체(carrier fluid) 내 블랙 매스 입자의 분산 또는 현탁을 포함할 수 있다. 운반 유체는 예를 들어 물, 알콜, 탄화수소, 응결된 이산화탄소 등의 액체와 예를 들어 질소, 이산화탄소 등의 기체를 포함한다. 일부 실시예에서, 슬러리는 5퍼센트 내지 50퍼센트(질량) 범위의 블랙 매스 고체 함량, 또는 여기에 포함되는 임의의 부분 범위, 가령, 질량으로 10-40%, 20-40%, 또는 30-40% 블랙 매스 고체를 포함할 수 있다. 다양한 비-제한적 실시예에서, 블랙 매스 슬러리는 초음파 분산 작업을 거쳐 입자 덩어리를 쪼개고 입자 크기를 추가로 정제할 수 있다. 다양한 비-제한적 실시예에서, 블랙 매스 입자를 포함하는 수성 액체 슬러리의 생산은 구성 전극 활물질 입자의 화학을 유지하도록 증류 및/또는 탈이온화된 pH-중성수를 이용할 수 있다. 운반 유체 내 블랙 매스 입자의 분산 또는 현탁은, 입자들을 분산 또는 현탁 상태로 유지하고 분산 또는 현탁되지 않은 입자들의 축적을 막기 위해 적절한 혼합 기구를 사용해야 한다.
도 1을 참조하며, 단계(18)에서, 전극 활물질, 가령, 흑연, 리튬 금속 화학물 등을 포함하는 슬러리가 자기장의 영향을 받는다. 상기 슬러리는 슬러리에 포함된 상자성 입자를 자화시키기에 충분한 자기장 강도 및/또는 자기장 구배(magnetic field gradient)의 자기장의 영향을 받는다. 예를 들어, 자기장은 적어도 하나의 리튬 금속 화합물에 포함된 입자를 자화시킬 수 있다. 단계(20)에서 슬러리에 포함된 입자의 자화는 자성 입자와 슬러리와 접촉하고 있는 활성 자기면(active magnetic surface) 간에 자기력을 유도한다. 단계(22)에서, 예를 들어, 자성 입자를 슬러리와 접촉하는 활성 자기 표면에 핀고정하고, 이에 따라 슬러리 운반 유체의 유체 항력을 극복하고 비-자성 분획(non-magnetic fraction)을 용리(elute)시키면서, 자성 입자를 자성 분획(magnetic fraction)으로 유지함으로써, 유도된 자기력의 끌어 당기는 속성이 자성 입자를 슬러리로부터 분리한다. 자기장 강도 및/또는 구배, 및 활성 자기면의 속성을 제어함으로써, 슬러리로부터 분리되는 지정 전극 활물질이 농축 및 정화되어 전극 활물질 정광(concentrate)을 생성할 수 있다(단계(24)).
블랙 매스로부터의 전극 활물질의 자화, 분리, 및/또는 농축은 자력 분리 기구, 가령, 고강도 자기 필터, 습식 고강도 자기 분리기, 및 습식 드럼 분리기를 이용해 수행될 수 있다. 예를 들어, 이러한 기구는 Eriez Manufacturing Company(미국, 팬실배니아, 이리)로부터 이용 가능하다. 덧붙여, 과냉된 전자석을 포함하는 초전도성/고-구배 자력 분리 기구가 높은 자석 강도를 유지하도록 사용될 수 있다.
고강도 자기 필터 및 습식 고강도 자기 분리기는 상자성 물질을 모으기 위해 고강도 전자석 및 자기 플럭스-수렴 매트릭스(magnetic flux-converging matrix)를 포함한다. 전자석으로부터의 외부에서 인가된 자기장이 높은 자기 구배의 구역을 만드는 플럭스-수렴 매트릭스에서 자화를 유도한다. 높은 자기 구배 구역을 통과하는 상자성 입자가 또한 자화되며, 자성 입자와 플럭스-수렴 매트릭스 간에 자기 인력을 유도하고, 이는 자성 입자가 핀고정될 수 있는 활성 자기면으로서 기능하고, 따라서 운반 유체의 유체 항력을 극복하고 비-자성 분획을 용리시키면서 자성 입자를 자성 분획으로서 유지할 수 있다. 전자석을 무에너지화(de-energize)하여, 유도된 자기장 및 유지된 입자와 플럭스-수렴 매트릭스 간 유도된 인력을 제거하고 세척 운반 유체를 이용해 기구로부터 입자들을 씻어 냄으로써, 보유된 자성 분획은 고강도 자기 필터 또는 습식 고강도 자기 분리기로부터 수집될 수 있다.
도 2는 다양한 비-제한 실시예에서 사용될 수 있는 고강도 자기 필터/습식 고강도 자기 분리기 시스템(50)을 개략적으로 도시한다. 시스템(50)은 분리 박스(54) 양단에서 대향하게 배향된 2개의 전자석 코일(52a 및 52b)을 포함한다. 대향하는 전자석 코일(52a 및 52b)은 헬름홀츠(Helmholz)형 코일 배향으로 위치하고 자극(magnetic pole)들을 제공하며, 상기 자극들 사이에 실질적으로 균일한 자기장이 생성된다. 외부에서 인가된 자기장이 분리 박스(54) 및 자기 플럭스-수렴 매트릭스(56)를 통과한다. 자기 플럭스-수렴 매트릭스(56)는 분리 박스(54) 내에 위치하여, 상기 분리 박스(54) 내 자기장 구배를 강화하고, 분리 동안 자성 입자가 핀고정되는 활성 자기면으로서 기능할 수 있다. 상기 자기 플럭스-수렴 매트릭스(54)는 금속망(expanded metal) 격자 물질을 포함할 수 있다. 상기 자기 플럭스-수렴 매트릭스(54)는 그루브 판(grooved plate), 강구(steel ball), 및/또는 강모(steel wool)를 더 포함할 수 있다.
분리 박스(54)는 작업 중에 분리 박스(54)를 통한 슬러리의 흐름을 위한 입구(inlet port)(63)와 출구(outlet port)(65)를 포함한다. 슬러리는 슬러리 공급원(slurry feed)(60)으로부터 분리 박스(54)를 통해 펌프, 배출, 또는 그 밖의 다른 방식으로 흐른다. 시스템(50)은 슬러리를 분리 박스(54) 및 에너지 가진 상태의 자석 코일(52a 및 52b)을 갖는 자기 플럭스-수렴 매트릭스(56)를 통해 흐르게 함으로써 동작한다. 분리 박스(54) 내에 생성된 자기장은 분리 박스(54) 내 자기장 구배를 강화시키는 자기 플럭스-수렴 매트릭스(56)를 자화시킨다. 분리 박스(54)를 통해 흐르는 슬러리 내 자성 입자가, 입자와 자기 플럭스-수렴 매트릭스(56)에 의해 제공되는 활성 자기면 간의 자기력에 의해 슬러리로부터 분리된다. 작업 동안 분리된 입자들은 자기 플럭스-수렴 매트릭스(56)에서 수집되고, 슬러리 흐름 내 유체 항력에 의해 비-자성 입자들은 분리 박스(54)와 자기 플럭스-수렴 매트릭스(56)를 통과한다. 비-자성 분획은 수집 용기(66)에 수집된다. 슬러리 공급원(60)으로부터의 슬러리 흐름을 중단시킨 후 그리고 전자석 코일(52a 및 52b)을 무에너지화한 후 세척 운반 유체 공급원(62)으로부터의 세척 운반 유체를 분리 박스(54)를 통과시켜 흐르게 함으로써 자기 플럭스-수렴 매트릭스(56)에 유지된 입자들이 분리 박스(54) 밖으로 씻겨 나간다. 씻긴 자성 분획이 수집 용기(68)에 수집된다. 슬러리, 세척 운반 유체, 비-자성 분획, 및 씻긴 자성 분획의 흐름이, 예를 들어, 밸브(58a, 58b, 58c) 및 그 밖의 다른 수송 도구, 가령, 펌프(도시되지 않음)를 조작함으로써, 제어될 수 있다.
분리 박스(54) 내에 생성된 자기장의 강도와 슬러리에 포함된 상자성 물질의 자화율에 따라, 상자성 입자가 자화되고 자기 플럭스-수렴 매트릭스(56)에 의해 제공되는 활성 자기면에 핀고정될 수 있다. 따라서 분리 박스(54) 내에 생성되는 자기장의 강도가 전자석 코일(52a 및 52b)에 공급되는 전류를 제어함으로써 제어될 수 있고, 이는 비-자성 화합물, 가령, 흑연은 통과시키면서 지정된 상자성 화합물, 가령, 리튬 금속 화합물을 유지함으로써 슬러리에 포함된 전극 활물질의 분리를 제어하도록 사용될 수 있다. 이 능력은 시스템(50)으로 공급되는 슬러리에 포함되는 다양한 전극 활물질을 분리하고 농축시키도록 사용될 수 있다.
다양한 비-제한적 실시예에서, 고강도 자기 필터 또는 습식 고강도 자기 분리기를 포함하는 공정 또는 시스템이 전기화학적 전기로부터 물질을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 고강도 자기 필터 또는 습식 고강도 자기 분리기를 포함하는 공정 또는 시스템은 배치(batch) 또는 반-배치(semi-batch) 방식으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 복수의 서로 다른 전극 활물질, 가령, 흑연 및 하나 이상의 리튬 금속 화합물을 포함하는 슬러리가, 상자성 전극 활물질을 유지하기에 충분한 자기장 강도에서 동작하는 고강도 자기 필터 또는 습식 고강도 자기 분리기로 공급될 수 있다. 최종 자성 분획이 가령, 리튬 금속 화합물 정광을 포함할 수 있고, 비-자성 분획은 자력에 의해 유지되는 화합물보다 더 낮은 자화율 값을 갖는 흑연 및 리튬 금속 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 본래 슬러리가 서로 다른 자화율 값을 갖는 둘 이상의 리튬 금속 화합물을 포함했던 경우, 흑연 및 자기에 덜 반응하는 리튬 금속 화합물을 포함하는 비-자성 분획이, 다음으로 가장 큰 자화율 값을 갖는 리튬 금속 화합물을 유지하지만 더 낮은 자화율 값을 갖는 흑연 및 리튬 금속 화합물을 통과시키기에 충분한 더 높은 자기장 강도에서 동작하는 고강도 자기 필터 또는 습식 고강도 자기 분리기로 공급될 수 있다. 최종 자성 분획은 제 2 리튬 금속 화합물 정광을 포함할 수 있고, 최종 비-자성 분획은 흑연 정광 또는 흑연과 자력에 덜 반응하는 리튬 금속 화합물의 정제된 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 비-자성 분획은 순차적으로 더 높은 자기장 강도에서 동작함으로써 각자 연속적으로 점점 낮아지는 자화율 값을 갖는 다양한 전극 활물질을 순차적으로 분리 및 농축시키는 고강도 자기 필터 또는 습식 고강도 자기 분리기를 순차적으로 통과할 수 있다. 또한, 이러한 방식으로, 추가 비-리튬계 상자성 전극 활물질, 가령, 니켈 옥시히드록사이드 또는 니켈 금속 히드라이드 합금이, 복수의 서로 다른 전기화학적 전지 유형, 가령, 니켈 금속 히드라이드 및 리튬-이온 전지로부터 고립된 혼합된 블랙 매스를 포함하는 공급 슬러리로부터 분리 및 농축될 수 있다.
도 3은 공급 슬러리로부터의 복수의 전극 활물질의 순차 스테이지를 갖는 분리가 수집된 비-자성 분획을 분리 박스(54)로 다시 공급하는 재활용 라인(recycle line)(70)을 포함하는 시스템(50')의 비-제한적 실시예를 개략적으로 도시한다. 재활용 특징이 도 3에 물질 수송 라인으로서 도시되었지만, 비-자성 분획의 재활용은 수동으로 또는 배치로 또는 반-배치 작업 모드에서 물질 수송 도구의 임의의 적합한 조합을 이용해 구현될 수 있음을 알아야 한다.
도 4는 공급 슬러리로부터의 복수의 전극 활물질의 순차 스테이지를 갖는 분리가 직렬로 유체 연결되고 순차적으로 점점 높아지는 자기장 강도를 갖는 복수의 고강도 자기 필터 및/또는 습식 고강도 자기 분리기(105a, 105b, 및 105c)를 포함하는 시스템(100)의 비-제한적 실시예를 개략적으로 도시한다. 초기 슬러리 공급원(106)이 제 1 자기 분리기(105a)로 공급되며, 여기서 가장 큰 자화율 값을 갖는 슬러리 구성성분을 포함하는 제 1 자성 분획이 유지된다. 그 후 상기 제 1 자성 분획은 제 1 전극 활물질 정광로서 수집된다. 제 1 비-자성 분획이 제 1 자기 분리기(105a)를 통과하고 제 2 자기 분리기(105b)로 공급되고, 여기서 두 번째로 큰 자화율 값을 갖는 슬러리 구성성분에 포함된 제 2 자성 분획이 유지된다. 그 후 제 2 자성 분획이 제 2 전극 활물질 정광로서 수집된다. 제 2 비-자성 분획이 제 2 자기 분리기(105b)를 통과하고 제 3 자기 분리기(105c)로 공급되며, 여기서 세 번째로 큰 자화율 값을 갖는 슬러리 구성요소에 포함되는 제 3 자성 분획이 유지된다. 그 후 제 3 자성 분획이 제 3 전극 활물질 정광으로서 수집된다. 제 3 비-자성 분획이 제 3 자기 분리기(105c)를 통과하고 수집될 수 있는 비-자성 전극 활물질 정광, 가령, 흑연 정광을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제 3 비-자성 분획은 추가 정제를 위해 다음 단위 작업, 가령, 추가 자력 분리 스테이지로 공급될 수 있다.
본 명세서에 기재된 공정 및 시스템의 구현에서 임의의 개수의 자력 분리 스테이지가 사용될 수 있음을 알아야 하며, 이들 스테이지 중 일부가 순착적으로 또는 동시에 연결될 수 있고, 일부는 도 3과 관련하여 기재된 재활용 특징을 포함할 수 있다.
드럼 분리기는 슬러리 탱크 내에 위치하는 회전하는 드럼 내에 위치하는 정지상태 자석 조립체를 포함한다. 자석 조립체로부터의 외부 인가된 자기장이 자석 조립체 너머까지 회전할 때 드럼 표면에서 자화를 유도하며, 이는 높은 자기 구배의 구역을 생성한다. 높은 자기 구배 구역을 통과하는 상자성 입자는 또한 외부에서 인가된 자기장에 의해 자화되며, 이는 표면이 자석 조립체에 인접하게 위치할 때 자성 입자와 자화된 드럼 표면 간 자기 인력을 유도한다. 드럼 표면은 상기 드럼 표면이 자석 조립체에 가까이 위치하는 동안 상기 드럼 표면 상에 운반 유체와 자성 입자를 유지하는 슬러리의 유체 항력을 극복하기 위해 자성 입자가 핀고정될 수 있는 활성 자기면으로서 기능한다. 회전하는 드럼 표면이 자석 조립체로부터 멀어짐에 따라, 자기장이 약해지고, 드럼 표면 및 핀고정된 입자가 탈-자화되며, 앞서 자성 입자가 드럼 표면으로부터 분리되어 자성 분획으로 용리된다. 공급 슬러리의 나머지가 비-자성 분획으로 용리된다.
도 5a 및 5b는 동시 탱크 드럼 분리기(150a) 및 카운터-회전 탱크 드럼 분리기(150b)를 각각 개략적으로 도시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 탱크 드럼 분리기(150a)는 슬러리 탱크(154a) 내에 위치하는 회전 드럼(156a) 내에 위치하는 정지상태 자석 조립체(152a)를 포함한다. 자석 조립체(152a)로부터의 외부 인가된 자기장이 자석 조립체(152a)를 지나 회전할 때 드럼 표면(156a)에서 자화를 유도하고, 이는 높은 자기 구배의 구역(163a)을 생성한다. 높은 자기 구배 구역(163a)을 통과하는 상자성 입자가 또한 자석 조립체(152a)에 의해 자화되고, 이는 표면이 자석 조립체(152a)에 인접하게 위치할 때 자성 입자와 자화된 드럼 표면(156a) 사이에 자기 인력을 유도한다. 드럼 표면(156a)은 상기 드럼 표면이 자석 조립체(152a)에 인접하게 위치하는 동안 슬러리 운반 유체의 유체 항력을 극복하고 상기 드럼 표면(156a) 상에 자성 입자를 유지시키도록 자성 입자가 핀고정될 수 있는 활성 자기면으로서 기능한다. 반시계방향 회전 드럼 표면(156a)이 자석 조립체(152a)로부터 멀어짐에 따라, 자기장이 약화되고, 드럼 표면 및 핀고정된 입자가 탈-자화되며, 이전 자성 입자가 드럼 표면으로부터 분리되고 자성 분획으로서 용리된다. 공급 슬러리의 나머지가 비-자성 분획으로 용리된다. 일반적으로 드럼 표면(156a)의 반시계방향 회전은 화살표(165a)에 의해 지시되는 슬러리 흐름의 방향과 일치한다.
도 5b에 나타난 바와 같이, 탱크 드럼 분리기(150b)는 슬러리 탱크(154b)에 위치하는 회전 드럼(156b) 내에 위치하는 정지상태 자석 조립체(152b)를 포함한다. 자석 조립체(152b)로부터의 외부에서 인가된 자기장은 자석 조립체(152b)를 지나 회전할 때 드럼 표면(156b)에서 자화를 유도하고, 이는 높은 자기 구배의 구역(163b)을 생성한다. 또한 높은 자기 구배 구역(163b)을 통과하는 상자성 입자가 자석 조립체(152b)에 의해 자화되며, 이는 표면이 자석 조립체(152b)에 인접하게 위치할 때 자성 입자와 자화된 드럼 표면(156b) 사이에 자기 인력을 유도한다. 상기 드럼 표면(156b)은 드럼 표면이 자석 조립체(152b)에 인접하게 위치하는 동안 슬러리 운반 유체의 유체 항력을 극복하고 자성 입자를 드럼 표면(156b) 상에 유지하기 위해 자성 입자가 핀고정될 수 있는 활성 자기면으로서 기능한다. 시계방향으로 회전하는 드럼 표면(156b)이 자석 조립체(152b)로부터 멀어짐에 따라, 자기장이 약화되고 드럼 표면 및 핀고정된 입자들이 탈-자화되며, 이전 자성 입자들이 드럼 표면으로부터 분리되고 자성 분획으로서 용리된다. 공급 슬러리의 나머지가 비-자성 분획으로서 용리된다. 일반적으로 드럼 표면(156b)의 시계방향 회전은 화살표(165b)가 가리키는 바와 같이 슬러리 흐름의 방향과 반대이다.
높은 자기 구배 구역(162a 및 163b)에 생성된 자기장의 강도 및 슬러리에 포함된 상자성 물질의 자화율에 따라서, 상자성 입자가 자화되고 드럼 표면(156a 및 156b)에 의해 제공되는 활성 자기면에 핀고정될 수 있다. 따라서 비-자기 화합물, 가령, 흑연을 통과시키면서 지정된 상자성 화합물, 가령, 리튬 금속 화합물을 유지시킴으로써, 높은 자기 구배 구역(162a 및 163b)에 생성된 자기장의 강도가 슬러리에 포함되는 전극 활물질의 분리를 제어하도록 사용될 수 있다. 이 능력은 공급 슬러리에 포함되는 다양한 전극 활물질을 분리 및 농축시키도록 사용될 수 있다.
다양한 비-제한적 실시예에서, 본 명세서에 따라 드럼 분리기를 포함하는 공정 또는 시스템이 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하도록 사용될 수 있다. 드럼 분리기를 포함하는 공정 또는 시스템이 연속 방식, 또는 배치(batch) 방식, 또는 반-배치(semi-batch) 방식으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 복수의 서로 다른 전극 활물질, 가령, 흑연 및 하나 이상의 리튬 금속 화합물을 포함하는 슬러리가 슬러리로부터 상자성 전극 활성 화합물을 핀고정하고 분리하기에 충분한 자기장 강도에서 동작하는 드럼 분리기로 공급될 수 있다. 최종 자성 분획이 예를 들어 리튬 금속 화합물 정광을 포함할 수 있고 비-자성 분획이 흑연 및 자력에 의해 유지되는 화합물보다 낮은 자화율 값을 갖는 리튬 금속 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 본래 슬러리가 서로 다른 자화율 값을 갖는 둘 이상의 리튬 금속 화합물을 포함했던 경우, 흑연 및 자기에 덜 반응하는 리튬 금속 화합물을 포함하는 비-자성 분획이 다음으로 큰 자화율 값을 갖는 리튬 금속 화합물을 핀고정하고 분리하기에 충분히 더 높은 자기장 강도로 동작하지만 흑연과 더 낮은 자화율 값을 갖는 리튬 금속 화합물은 통과시키는 드럼 분리기로 공급될 수 있다. 최종 자성 분획은 제 2 리튬 금속 화합물 정광을 포함할 수 있고, 최종 비-자성 분획은 흑연 정광 또는 흑연과 자기에 덜 반응하는 리튬 금속 화합물의 정제된 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 비-자성 분획이 순차적으로 점점 높아지는 자기장 강도에서 동작하는 드럼 분리기를 통과할 수 있으며, 이로써, 연속적으로 낮아지는 자화율 값을 기초로 다양한 전극 활물질을 분리하고 농축시킬 수 있다. 또한 이러한 방식으로, 추가 비-리튬계 상자성 전극 활물질, 가령, 니켈 옥시히드록사이드 또는 니켈 금속 히드라이드 합금이 복수의 서로 다른 전기화학적 전지 유형, 가령, 니켈 금속 히드라이드 및 리튬-이온 전지로부터 고립된 혼합된 블랙 매스를 포함하는 공급 슬러리로부터 분리 및 농축될 수 있다.
도 6은 직렬로 유체 연결되어 있고 순차적으로 더 높은 자기장 강도로 동작하는 복수의 드럼 분리기(250a, 250b, 및 250c)를 포함하며, 공급 슬러리로부터의 복수의 전극 활물질의 순차 스테이지를 갖는 분리가 이뤄지는 시스템(200)의 비-제한적 실시예를 개략적으로 도시한다. 초기 슬러리 공급원이 제 1 드럼 분리기(250a)로 공급되며, 여기서 가장 큰 자화율 값을 갖는 슬러리 구성성분를 포함하는 제 1 자성 분획이 슬러리 공급원으로부터 분리된다. 제 1 자성 분획이 제 1 전극 활물질 정광으로서 수집된다. 제 1 비-자성 분획이 제 1 드럼 분리기(250a)를 통과하고 제 2 드럼 분리기(250b)로 공급되며, 여기서, 두 번째로 큰 자화율 값을 갖는 슬러리 구성성분을 포함하는 제 2 자성 분획이 제 1 비-자성 분획으로부터 분리된다. 제 2 자성 분획이 제 2 전극 활물질 정광으로서 수집된다. 제 2 비-자성 분획은 제 2 드럼 분리기(250b)를 통과하고 제 3 드럼 분리기(250c)로 공급되며, 여기서, 세 번째로 큰 자화율 값을 갖는 슬러리 구성성분을 포함하는 제 3 자성 분획이 제 2 비-자성 분획으로부터 분리된다. 제 3 자성 분획은 제 3 전극 활물질 정광으로서 수집된다. 제 3 비-자성 분획이 제 3 드럼 분리기(250c)를 통과하고, 수집될 수 있는 비-자성 전극 활물질 정광, 가령, 흑연 정광을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제 3 비-자성 분획이 추가 정제되도록 일련의 단위 조작들, 가령, 추가 드럼 분리 스테이지로 공급될 수 있다.
본 명세서에 기재된 공정 및 시스템의 구현에서 임의의 개수의 드럼 분리 스테이지가 사용될 수 있고, 이들 중 일부가 직렬로 또는 병렬로 연결될 수 있다(도 7). 덧붙여, 서로 다른 유형의 자력 분리 기구, 가령, 드럼 분리기, 고강도 자기 필터, 및/또는 습식 고강도 자기 분리기가 본 명세서에 기재된 공정 및 시스템의 구현 시 사용될 수 있고, 임의의 개수 및 유형의 이들이 직렬로 또는 병렬로 연결될 수 있다.
도 4 및 6에 도시된 비-제한적 실시예는 스테이지식 자력 분리를 이용하며, 여기서 연속적인 스테이지가 연속적으로 증가되는 자기장 강도를 이용하여, 연속으로 낮아지는 자화율 값을 기초로 전극 활물질을 연속으로 분리하고 농축시킬 수 있다. 일반적으로 이러한 방식의 스테이지식 작업이 도 8에 도시되어 있다. 그러나 다양한 비-제한적 실시예가 반대 방식으로, 즉, 연속으로 높아지는 자화율 값을 기초로 하여 전극 활물질을 연속으로 분리하고 농축시키기 위해 연속으로 감소되는 자기장 강도를 이용하는 연속적인 스테이지에서 동작할 수 있다. 일반적으로 이러한 스테이지식 작업의 방식이 도 9에 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 구성 전극 활물질을 분리하고 농축시키기 위해 4개의 전극 활물질(EAM1, EAM2, EAM3, 및 EAM4)을 포함하는 슬러리가 다양한 비-제한적 실시예에 따라 처리된다. EAM1는 반자성이며, 예를 들어, 흑연이다. EAM2, EAM3, 및 EAM4는 상자성이며, 예를 들어, 리튬 금속 화합물 및 니켈 옥시히드록사이드이고, 각각의 전극 활물질은 연속적으로 커지는 자화율, 즉, 
을 가진다. 상기 슬러리는 자력 분리 기구의 임의의 적합한 조합을 이용해 3개의 자력 분리 스테이지로 연속적으로 공급된다. 상기 3개의 연속적인 스테이지는 연속적으로 높아지는 자기장 강도, 즉, H1 < H2 < H3를 이용한다. 스테이지-1 및 스테이지-2로부터의 비-자성 분획이 각각 스테이지-2 및 스테이지-3으로 공급된다. (가장 큰 자화율 값 
을 포함하는) EAM4은 (가장 작은 자기장 강도 H1을 포함하는) 스테이지-1에서의 자석 분획으로서 분리되고 농축된다. (두 번째로 큰 자화율 값 
을 포함하는) EAM3이 (두 번째로 작은 자기장 강도 H2를 포함하는) 스테이지-2에서의 자성 분획으로서 분리되고 농축된다. (각각 두 번째로 낮은 값 및 가장 낮은 값 
및 
을 포함하는) EAM2 및 EAM1는 (가장 큰 자기장 강도 H3을 포함하는) 스테이지-3에서 분리되고 농축된다. EAM2는 스테이지-3의 자성 분획에 농축되고 EAM1은 스테이지-3의 비-자성 분획에 농축된다.
도 9를 참조하면, 4개의 전극 활물질(EAM1, EAM2, EAM3, 및 EAM4)을 포함하는 슬러리가 구성성분 전극 활물질을 분리하고 농축시키기 위한 다양한 비-제한적 실시예에 따라 처리된다. EAM1은 반자성이며, 예를 들어, 흑연이다. EAM2, EAM3, 및 EAM4는 상자성이며, 가령, 리튬 금속 화합물 및 니켈 옥시히드록사이드이고, 각각의 전극 활물질은 연속적으로 커지는 자화율을 가진다, 즉, 
이다. 슬러리는 자력 분리 기구의 임의의 적합한 조합을 이용하여 구현될 수 있는 3개의 자력 분리 스테이지로 연속으로 공급된다. 3개의 연속적인 스테이지가 연속적으로 낮아지는 자기장 강도, 즉, H1 > H2 > H3를 이용한다. 스테이지-1 및 스테이지-2로부터의 자성 분획이 스테이지-2 및 스테이지-3으로 각각 공급된다. (가장 낮은 자화율 값 
을 포함하는) EAM1이 (가장 큰 자기장 강도 H1를 포함하는) 스테이지-1에서 분리되고 비-자성 분획으로서 농축된다. (두 번째로 낮은 자화율 값 
을 포함하는) EAM2이 (두 번째로 큰 자기장 강도 H2를 포함하는) 스테이지-2에서 비-자성 분획으로서 분리되고 농축된다. (각각, 두 번째로 큰 자화율 값 및 가장 큰 자화율 값 
및 
을 포함하는) EAM3 및 EAM4이 (가장 작은 자기장 강도 H3을 포함하는) 스테이지-3에서 분리되고 농축된다. EAM4는 스테이지-3의 자성 분획에 농축되고 EAM3이 스테이지-3의 비-자성 분획에 농축된다.
도 8 및 9가 3개의 자력 분리 스테이지를 도시하지만, 다양한 비-제한적 실시예가 스테이지들 중 하나, 둘, 또는 임의의 개수의 스테이지가 직렬 및/또는 병렬로 사용할 수 있다. 덧붙여, 복수의 자력 분리 스테이지를 포함하는 실시예가 재활용 특징을 포함하거나 포함하지 않는 하나 이상의 자력 분리 유닛을 이용해 연속 방식, 배치 방식, 또는 반-배치 작업 모드로 구현될 수 있다. 예를 들어, 복수의 자력 분리 유닛을 직렬로 동작시키는 것 대신, 하나의 자력 분리 유닛이, 단일 유닛의 자기장 강도가 특정 자력 분리 단위 작업들 간 단계적으로 연속적으로 증가 또는 감소되는 재활용 특징을 이용해 동작할 수 있다.
다양한 비-제한적 실시예에서, 다양한 자력 분리 스테이지에서 생성되는 정광에 전극 활물질의 복원 및 품위(grade)(즉, 농축)를 최대화하도록 다양한 동작 파라미터가 조작될 수 있다. 예를 들어, 이러한 동작 파라미터는 블랙 매스 슬러리의 고체 함량, 슬러리 운반 유체의 조성, 입자상 전극 활물질의 조성 및 슬러리의 다른 구성성분, 자력 분리 기구(가령, 고강도 자기 필터, 습식 고강도 자기 분리기, 드럼 분리기 등), 각자의 자력 분리 유닛에서 유도되는 자기장 강도 및 자기장 구배, 각자의 자력 분리 유닛을 통과하는 슬러리 유량(flowrate), 각자의 자력 분리 유닛을 통과하는 세정 유체(가령, 세척 운반 유체)의 유량, 재활용 스트림의 활용율 등 그 밖의 다른 파라미터가 있다. 본 명세서에 기재된 공정 및 시스템의 특정 구현예에서의 이들 및 그 밖의 다른 파라미터의 변동이, 본 명세서에 따라 과도한 실험 없이, 해당 분야의 통상의 기술자에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 특정 자력 분리 유닛에서의 자기장 강도, 자기장 구배, 슬러리 유량, 및 세척 유체 유량을 동시에 조절함으로써, 선택된 상자성 입자의 분리 및 농축이 이뤄질 수 있다.
이하의 비-제한적이고 비-배타적인 예시는 본 명세서에 기재된 실시예의 범위를 제한하지 않으면서 다양한 비-제한적이고 비-배타적인 실시예를 추가로 기술하기 위한 의도이다.
예시
예시-1: 선택된 리튬 금속 화합물의 자화율
리튬-이온 전기화학적 전지에서 흔히 사용되는 선택된 리튬 금속 화합물의 자화율 값이 결정되었다. 리튬 금속 화합물 LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNiCoMnO2, 및 LiNiO0.833Co0.170O2이 분석됐다. 다양한 자기장 강도(H [Oersteds])에 위치할 때 리튬 금속 화합물의 샘플에서 유도된 매스 자화(Mm [emu/gram], 즉, 단위 질량당 순 자기 쌍극자 모멘트) 자화율이 결정되었다. 초전도성 광자 간섭계(SQUID: superconducting quantum interface device) 자력계를 이용해 자화가 측정되었다. 도 10 및 11에 도시된 바와 같이, 각각의 리튬 금속 화합물에 대해 최종 자화 대(vs) 자기장 강도 데이터가 플로팅된다. 선형 최적합 곡선을 이용해 리튬 금속 화합물 각각에 대해 데이터를 적합화하도록 최소 제곱 선형 회귀 분석이 사용되었다. 자화 공식에 따라, 각각의 리튬 금속 화합물의 질량 자화율(
[emu/gm-Oe])이 각자의 선형 최적합 곡선의 기울기로서 계산되었다:
자화율이 표 2 및 도 12에서 보고된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 리튬 금속 화합물 각각의 자화율은, 복수의 서로 다른 리튬 금속 화합물을 포함하는 혼합된 블랙 매스 슬러리로부터의 개별 리튬 금속 화합물 각각의 자력 분리, 격리, 및 농축을 촉진시키기 위해 서로 상이하다.
선택된 리튬 금속 화합물의 자화율을 결정하기 위해 이 예시에서 개략하게 제공되는 절차가, 혼합된 잔폐 전기화학적 전지로부터 격리된 블랙 매스 물질의 다른 상자성 성분구성의 상대적 자화율을 결정하기 위해 과도한 실험 없이 사용될 수 있다. 이로 인해서 본 명세서에 기재된 공정 및 시스템에 따라 과도한 실험 없이 추가 구성성분에 대한 자력 분리, 격리, 및 농축 공정의 설계가 가능해질 것이다.
예시-2: 선택된 리튬 금속 화합물 시험 분리
Eriez L-4-20 고강도 습식 자기 분리기(High Intensity Wet Magnetic Separator)(Eriez Manufacturing Company, 미국, 펜실배니아, 이리) 시험 분리를 수행하기 위해 예시 1에 분석된 리튬 금속 화합물이 사용되었다. Eriez L-4-20는 스테인리스 강 분리 박스 양단에서 대향하는 배향으로 2개의 전자석 코일을 포함한다. 대향하는 코일들이 자극(magnetic pole)들을 제공하며, 분리 박스 내에 자기장이 위치하도록 코일이 여기되면, 자극들 사이에 자기장이 생성된다. 분리 박스 내 자기장 구배를 강화시키고, 분리 동안 자성 입자가 핀고정되는 활성 자기면으로서 기능하기 위해 자기 플럭스-수렴 매트릭스가 분리 박스 내에 위치된다. 자기 플럭스-수렴 매트릭스는 강모 물질과 유사한 금속망(expanded metal) 물질을 포함할 수 있다. Eriez L-4-20는 표준 금속망 플럭스-수렴 매트릭스, 가령, 굵은 격자(1/2 인치 #13 게이지) 및 중간 격자(1/4 인치 #18 게이지)를 이용한다. 굵은 격자는 20 메시만큼 큰 입자 크기를 갖는 공급원을 핸들링할 것이다. 중간 격자는 30 메시 또는 그보다 작은 입자 크기를 갖는 입자의 경우 사용될 것이다.
Eriez L-4-20 분리 박스는 동작 동안 분리 박스를 통과하는 슬러리의 흐름을 위한 입구 및 출구를 포함한다. Eriez L-4-20는 슬러리를 분리 박스 및 여기된 자기 코일을 갖는 자기 플럭스-수렴 메트릭스를 통과시킴으로써 동작한다. 분리 박스에 생성된 자기장이 분리 박스 내 자기장 구배를 강화하는 자기 플럭스-수렴 매트릭스를 자화한다. 입자와 자기 플럭스-수렴 매트릭스에 의해 제공되는 활성 자기면 사이의 자기력에 의해 분리 박스를 통과하여 흐르는 슬러리 내 강자성 입자가 슬러리로부터 분리된다. 분리된 입자가 동작 동안 자기 플럭스-수렴 매트릭스에서 수집되며 슬러리 흐름 내 유체 항력에 의해 비-자기 입자가 분리 박스 및 자기 플럭스-수렴 매트릭스를 통해 운반된다. 슬러리 흐름을 중단시키고 전자석 코일을 탈-에너지화함으로써, 분리 박스를 통해 물을 흐르게 함으로써, 자기 플럭스-수렴 매트릭스에 수집되는 입자가 분리 박스 밖으로 씻겨 나간다.
분리 박스에서 생성된 자기장의 강도 및 슬러리에 포함된 상자성 물질의 자화율 값에 따라, 또한 상자성 입자가 자화되고 Eriez L-4-20 내에 자기 플럭스-수렴 매트릭스에 의해 제공되는 활성 자기면에 핀고정될 수 있다. 이 능력은 두 가지 시험 분리를 수행하도록 사용되었다: (i) 시약 등급 LiCoO2와 시약 등급 LiMn2O4의 혼합물의 분리, 및 (ii) 시약 등급 LiCoO2와 시약 등급 LiFePO4의 혼합물의 분리.
LiCoO2 파우더가 LiMn2O4 및 LiFePO4 파우더 각각과 1대1(1:1) 부피 비로 혼합되었다. LiCoO2 - LiMn2O4 파우더 혼합물 및 LiCoO2-LiFePO4 파우더 혼합물이 사용되어, 대기 조건(ambient condition) 하에서 손으로 혼합함으로써 5 질량% 고체 함량으로 리튬 금속 화합물을 포함하는 수성 슬러리를 형성한다. 수성 슬러리는 최대 자기장 강도의 30%, 60%, 및 90% 각각에서 동작하는 Eriez L-4-20를 2중 통과(double-pass)되었다. #18 게이지 미디엄 격자 금속망이 시험 분리를 위한 자기 플럭스-수렴 매트릭스로서 사용되었다. 첫 번째 통과가 지정 자기장 강도에서 구성성분 입자를 (자기 플럭스-수렴 매트릭스에 핀고정된) 자성 분획과 (슬러리와 함께 통과된) 비-자성 분획으로 분리했다. 첫 번째 통과로부터의 비-자성 분획이 두 번째 통과를 위해 Eriez L-4-20를 통해 공급되었다. 두 번째 통과 후, Eriez L-4-20가 탈-에너지화되었고, 물로 씻음으로써 자성 분획이 수집되었다. 또한 (Eriez L-4-20가 여기된 동안) 첫 번째 통과와 두 번째 통과 사이에서 물로 씻음이 사용되어, 임의의 끌려간 비-자기 입자가 첫 번째 통과 자성 분획으로부터 제거됨을 보장할 수 있다.
코발트와, 망간 또는 철의 중량 퍼센트 복원 및 농축이 자기장 강도의 30%, 60%, 및 90%(대략, 각각 0.6테슬라(Tesla), 1.2테슬라, 1.8테슬라)에서 동작하는 Eriez L-4-20를 이용해 분리된 슬러리 각각에 대해 자성 분획과 비-자성 분획에 대해 계산되었다. 또한 중량 퍼센트 복원이 전체 리튬 금속 화합물에 대해 계산되었다. 유도 결합 플라스마 원자 방출 분광기(inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy)(ICP-AES)를 이용해 획득된 데이터를 이용해 중량 퍼센트 복원 및 농축이 계산되었다. 표 3 및 4와 도 13-20에 결과가 보고되어 있다.
표 3 및 4 그리고 도 13-20에 도시된 바와 같이, 각각의 물질의 서로 다른 자화율을 이용하여 리튬 금속 화합물의 우수한 분리 및 농축이 획득되었다.
예시-3: 배터리 전극 활물질 시험 분리
Eriez L-4-20 고강도 습식 자기 분리기(Eriez Manufacturing Company, 미국, 팬실배니아, 이리)를 이용한 자력 분리가 각기둥형 파우치 리튬-이온 전지(AMP20TM, A123 Systems, Inc., 미국, 매사추세츠, 발트햄)의 전극 활물질을 이용해 수행되었다. 전지의 질량 및 치수는 491그램 및 8.9인치×6.4인치×0.65인치로 측정 및 평균내어졌다. 전압계(voltmeter)에 의해 전지의 전기 전위를 결정하기 위해 전지가 검사되었다. 완전한 전기 방전을 보장하기 위해 시간 주기 동안 저항기가 전지 각각의 도선에 클램핑되었다. 전지는 밀봉된 글로브 박스에 배치되었으며 글로브 박스로부터의 산소의 제거를 보장하기 위해 4시간 동안 질소로 퍼징되었다.
글로브 박스 내 최종 비활성 대기에서, 2개의 각기둥형 파우치 전지가 손으로 분해되었다. 전지 파우치의 3개의 면(상부, 오른쪽 면, 및 하부)이 애노드 또는 캐소드를 절단하지 않도록 조심스럽게 나이프를 이용해 절단되었다. 캐소드는 알루미늄 집전판 상의 리튬 철 포스페이트 활물질로 구성된다. 애노드는 구리 집전판 상의 흑연으로 구성된다. 전해질은 에틸렌-카보네이트 기반 운반 유체로 구성되며, 상기 유체는 분해 동안 증발된다. 애노드와 캐소드가 분리막 시트로부터 박리되고 전기 도선으로부터 절단되고 제거되며 분리 컨테이너에 저장된다.
잔여 전해질 및 운반 유체를 제거하기 위해 파우치 전지로부터 분리된 후 이소프로필 알콜로 애노드 및 캐소드가 세척되었다. 그 후 애노드 및 캐소드가 물로 세척되었다. 애노드 시트의 질량 및 치수가 시트당 9.5그램 및 7.65인치×5.875인치로 측정되고 평균내어졌다. 캐소드 시트의 질량 및 치수는 시트당 6.7그램 및 7.75인치×5.875인치로 측정되고 평균내어졌다. 애노드의 평균 총 질량은 파우치 전지당 202.0그램이었고, 캐소드의 평균 총 질량은 175.5그램이었다. 알루미늄 도금 파우치, 탭, 및 분리막 시트가 54.3그램의 질량을 가진다. 분해된 파우치 전지의 총 질량은 429.3그램으로 측정되었다. 분해된 파우치와 온전한 파우치 간 질량 차이는 전해질 및 전해질 운반 유체의 제거로 인한 것일 수 있으며, 이는 일반적으로 각기둥형 파우치 유형 리튬-이온 전지의 총 질량의 약 12%-14%에 해당한다. 이들 데이터는 표 5에 보고되었다.
고립된 애노드와 캐소드는 따로 따로 그러나 동일하게 처리되었다. 표준 세절기를 이용해 각각의 전극 시트가 세절되었다. 표준 푸드 프로세서에서 세절된 전극이 분쇄됐다. 이들 장치는 나이프 밀(knife mill) 또는 슬리터 밀(slitter mill) 및 페블 밀(pebble mill), 또는 볼 밀(ball mill)의 파일럿 규모 또는 실제 규모와 유사한 실험실 규모(laboratory-scale) 작업을 제공했다. 세절 및 분쇄/밀링 공정이 약 75%의 전극 활물질(흑연 애노드 활물질 및 리튬 철 포스페이트 캐소드 활물질)을 전극의 알루미늄 및 구리 구성성분으로부터 분리했다. 세절 및 분쇄/밀링 작업으로부터 알루미늄 및 구리 입자상 오염물질을 제거하기 위해 상기 전극 활물질이 40-메시 체를 통해 체가름되었다. 최종 애노드 및 캐소드 블랙 매스 물질이 탈이온수로 세정되었다.
개별적으로 처리되는 애노드 및 캐소드 블랙 매스 물질이 1.0-대-2.5 애노드-대-캐소드 물질 비로 혼합되었다. 약 94그램의 혼합된 블랙 매스 물질 및 630그램의 탈이온수가 15% 고체 함량 슬러리를 만들도록 사용되었다. 상기 슬러리는 최대 자기장 강도의 30%, 60%, 및 90%(각각, 대략 0.6 테슬라(Tesla), 1.2 테슬라, 및 1.8 테슬라)에서 동작하는 Eriez L-4-20을 이용해 자력 분리되었다. #18 게이지 중간 격자 금속망(expanded metal)이 시험 분리를 위한 자기 플럭스-수렴 매트릭스로서 사용되었다. 시험 분리는 자기에 강하게 반응하는 입자부터 약하게 반응하는 입자까지 순차적으로 분리하도록 설계되었다. 이러한 방식으로, 강자성 물질이 망을 막거나 및/또는 자성 분획 내에 비-자성 입자를 유지시키지 않을 것이다.
먼저, 임의의 강자성 및 강력한 상자성 입자를 자기 플럭스-수렴 매트릭스에 핀고정하고, 이에 따라 자성 입자와 상기 슬러리와 접촉하고 있는 활성 자기면 간 자기력을 이용해 슬러리로부터 자성 입자를 분리하기 위해 슬러리는 30% 자기장 강도로 동작하는 자기 분리기로 유입되었다. 비-자성 분획이 분리 박스를 통과했고 컨테이너에서 수집되었다. 충분한 물로 핀고정된 자성 분획을 완전히 헹군 후, 수집 컨테이너가 변경되었고, 코일이 탈-에너지화되었고, 자기장이 제거되었다. 30% 강도의 자기장으로 캡처된 핀고정된 자성 분획이, 탈이온수에 의해 자기 플러스-수렴 매트릭스 및 분리 박스 밖으로 씻겨졌고 제 1 자성 분획이 추가 분석을 위해 저장되었다.
이와 유사한 방식으로, 첫 번째 통과(30% 강도)로부터의 비-자성 분획이 60% 자기장 강도에서 동작하는 자기 분리기를 통해 공급되었고, 이는 제 2 자성 분획 및 제 2 비-자성 분획을 도출한다. 다시, 이와 유사한 방식으로 제 2 통과(60% 자기장 강도)로부터의 비-자성 분획이 90% 자기장 강도에서 동작하는 자기 분리기를 통과하도록 공급되었으며, 이는 제 3 자성 분획과 제 3 비-자성 분획을 도출했다. 따라서 시험 분리가 총 4개의 시험 분획을 생성했다: 3개의 자성 분획은 각각 30%, 60%, 및 90% 자기장 강도에 대응하며, 비-자성 분획은 90% 자기장 강도에서 분리기를 통과한 제 3 비-자성 분획에 대응한다. 리튬, 철, 인, 및 탄소의 중량 퍼센트 복원 및 농축이 4개의 시험 분획에 대해 계산되었다. 결과가 표 6-8 및 도 21-25에서 보고되어 있으며, 애노드 및 캐소드 활물질의 단계별 또는 누적된 분리 및 농축을 보여준다.
30% 자기장 강도(대력 0.6테슬라)에서의 첫 번째 통과가 9.82 중량 퍼센트의 슬러리 고체를 유지했고, 60% 자기장 강도(대략 1.2테슬라)에서의 두 번째 통과가 19.53 중량 퍼센트의 슬러리 고체를 유지했으며, 90% 자기장 강도(대략 1.8테슬라)에서의 세 번째 통과가 27.53 중량 퍼센트의 슬러리 고체를 유지했으며, 나머지 43.12 중량 퍼센트가 비-자성 분획으로서 수집되었다. 65 중량 퍼센트의 농축율에서 83%의 복원율을 갖고, 상기 비-자성 분획에서 흑연 탄소 애노드 활물질이 캐소드 활물질로부터 분리되었다. 인의 질량을 기초로 17%의 농축율에서 75%의 복원율을 갖고 90% 자성 분획에서 리튬 철 포스페이트 캐소드 활물질이 애노드 활물질로부터 분리되었다. 유사한 복원 및 농축 퍼센티지가 또한 리튬 및 철의 질량을 기초로 관측되었다.
예시-4: 리튬-이온 전기화학적 전지 재활용 공정
예시적 리튬-이온 전기화학적 전지 재활용 공정 및 시스템(300)이 도 26에 도시된다. 잔폐 전기화학적 전지 장치가 저장통(302)에 수집된다. 단위 작업(304)에서 수집된 장치가 리튬-이온 장치와 비-리튬-이온 장치(가령, 납-산 및 니켈 금속 히드라이드 화학을 포함하는 장치)로 분류된다. 사전 분류된 리튬-이온 장치가 단위 작업(306)에서 리튬-이온 전지와 비-전지 구성요소로 분해된다. 예를 들어 추출 작업(308)에서 상기 리튬-이온 전지에 추출 용매, 가령, 초임계 이산화탄소가 침투된다. 추출은 전지로부터 리튬-이온 전해질을 제거한다. 추출된 전지는 분쇄 작업(310)에서 입자로 분쇄된다(가령, 나이프 밀, 슬리터 밀, 볼 밀, 페블 밀 등 중 하나 이상). 상기 분쇄된 전지는 분급 작업(312)(가령, 하나 이상의 체가름(sieving/screening) 단위 작업)으로 분급된다. 상기 분급 작업(312)은 애노드 물질과 캐소드 물질을 흑연, LiFePO4, LiMn2O4, 및 LiCoO2를 포함하는 블랙 매스로 분리한다. 상기 블랙 매스는 단위 작업(314)에서 세정 및/또는 헹굼 용매에 의해 세정 및/또는 헹굼된다.
단위 작업(316)에서 슬러리를 생성하기 위해 세정 및/또는 헹굼된 블랙 매스가 운반 유체와 혼합된다. 상기 슬러리는 제 1 드럼 분리기(350a)로 공급되며, 여기서 자력에 가장 반응하는 전극 활물질(LiFePO4)이 분리되고 자성 분획에 농축된다. 제 1 드럼 분리기(350a)로부터의 비-자성 분획(흑연, LiMn2O4, 및 LiCoO2 포함)은 제 1 드럼 분리기(350a)보다 높은 자기장 강도에서 동작하는 제 2 드럼 분리기(350b)로 공급된다. 자력에 두 번째로 잘 반응하는 전극 활물질(LiMn2O4)이 제 2 드럼 분리기(350b)에서 분리되고 자성 분획에 농축된다. (흑연 및 LiCoO2를 포함하는) 제 2 드럼 분리기(350b)로부터의 비-자성 분획이 제 1 드럼 분리기(350a) 및 제 2 드럼 분리기(350b)에 비해 더 높은 자기장 강도에서 동작하는 제 3 드럼 분리기(350c)로 공급된다. 제 3 드럼 분리기(350c)에서 자력에 세 번째로 잘 반응하는 전극 활물질(LiCoO2)이 분리되고 자성 분획으로 농축되며, 제 3 드럼 분리기(350c)에서 비-자성 흑연이 분리되고 비-자성 분획으로 농축된다. 따라서 3개의 드럼 분리기가 도 8과 관련하여 기재된 방식으로 동작한다. 도 27은 도 9와 관련하여 기재된 방식으로 동작하는 (즉, 후속 자력 분리 작업이 감소된 자기장 강도를 갖는) 유사한 공정 및 시스템(300')을 도시한다.
공정 및 시스템(300 및 300')에서 생성된 흑연, LiFePO4, LiMn2O4, 및 LiCoO2 정광이 새로운 리튬-이온 전기화학적 전지 장치를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 또한 공정 및 시스템(300 및 300')는 예를 들어, 고강도 자기 필터, 습식 고강도 자기 분리기, 또는 유사한 자력 분리 설비를 포함하도록 수정될 수 있다. 추가 자력 분리 스테이지가 가령 도 28에 도시된 바와 같은 공정 및 시스템(후속 스테이지에서 증가된 자기장 강도) 및 도 29에 도시된 바와 같은 공정 및 시스템(후속 스테이지에서 감소된 자기장 강도)에 포함된다. 또한 공정 및 시스템(300 및 300')이 앞서 기재된 다양한 추가 단위 작업, 가령, 전기 방전 작업(가령, 저항성 부하 또는 수성 또는 비-수성 염 용액으로의 침지), 강자성 및 초고 상자성 물질, 가령, 강철 케이스 및 하우징 물질을 제거하기 위한 사전 자력 분리 작업, 타 전기화학적 전기 구성요소로부터의 해방 후 블랙 매스 입자의 밀링, 슬러리 형성 전 블랙 매스의 열분해 또는 열 처리, 상기 블랙 매스로부터 납 및 납 화합물을 제거하기 위한 부유선광 처리, 스테이지를 갖는 자력 분리의 최종 비-자성 분획으로부터 반자성 물질을 제거하기 위한 부유선광 처리, 및 입자 덩어리를 쪼개고 블랙 매스 슬러리를 형성할 때 입자 크기를 추가로 정제하기 위한 초음파 분산 작업(ultrasonic dispersion operation)을 포함하도록 수정될 수 있다.
예시-5: 혼합 보조 배터리 재활용 프로세스
예시적 혼합 전기화학적 전지 재활용 프로세스 및 시스템(400)이 도 30에 도시되어 있다. 잔폐 전기화학적 전지 장치가 저장통(402)에 수집된다. 단위 작업(404)에서 수집된 장치는 납-산 장치 및 비-납-산 장치로 분류된다. 사전 분류된 비-납-산 장치가 단위 작업(406)에서 전기화학적 전지 및 비-전지 구성요소로 해체된다. 추출 작업(408)에서 상기 전기화학적 전지를 추출 용매, 가령, 초임계 이산화탄소가 침투한다. 추출은 전지로부터 전해질을 제거한다. 분쇄 작업(410)에서 (가령, 나이프 밀, 슬리터 밀, 볼 밀, 페블 밀 중 하나 이상) 추출된 전지가 입자로 분쇄된다. 분급 작업(412)에서 (가령, 한 번 이상의 체가름(sieving/screening) 단위 작업) 분쇄된 전지가 분급된다. 분급 작업(412)은 애노드 및 캐소드 물질을 흑연, 리튬 금속 화합물, 니켈 금속 히드라이드 합금, 니켈 옥시히드록사이드, 및/또는 그 밖의 다른 다양한 전극 활물질을 포함하는 블록 매스로 고립시킨다. 단위 작업(414)에서 블랙 매스는 세정 및/또는 헹굼 용매로 세정 및/또는 헹굼된다.
단위 작업(416)에서 슬러리를 생성하기 위해 세정 및/또는 헹굼된 블랙 매스는 운반 유체와 혼합된다. 상기 슬러리는 제 1 드럼 분리기(450a)로 공급되고, 여기서 자력에 가장 반응하는 전극 활물질이 분리되고 제 1 자성 분획으로 농축된다. 선행 스테이지의 비-자성 분획이 후속 스페이지로 슬러리로서 공급되는 복수의 스테이지를 갖는 자력 분리가 실시된다. 최종 (n번째) 스테이지에서, 최종 드럼 분리기(450n)에서 최종 (n번째) 자성 분획이 최종 (n번째) 비-자성 분획으로부터 분리된다. 복수의 드럼 분리기가 도 8 및 28과 관련하여 기재된 방식(즉, 후속 자력 분리 작업에서 증가된 자기장 강도를 가짐)으로 동작하지만, 도 9 및 29와 관련하여 기재된 방식(즉, 후속 자력 분리 작업에서 감소된 자기장 강도를 가짐)으로도 동작할 수 있다. 제 1 자성 분획 내지 제 n 자성 분획이 전극 활물질 정광을 포함할 수 있다. 상기 n번째 비-자성 분획이 반자성 구성요소, 가령, 흑연, 아연, 카드뮴, 구리, 납, 및 관련 화합물을 분리하도록 추가로 처리될 수 있다. 이들 반자성 물질의 분리는, 예를 들어, 본 명세서에서 참조로서 포함되는 미국 특허 출원 공보 2011-0272331 A1에 기재된 바와 같은 부유선광 작업을 이용해 수행될 수 있다.
공정 및 시스템(400)에서 전극 활물질 정광이 새로운 전기화학적 전지 장치를 제조하도록 사용될 수 있다. 상기 공정 및 시스템(400)은 예를 들어 고강도 자기 필터, 습식 고강도 자기 분리기, 또는 유사한 자력 분리 설비를 포함하도록 수정될 수도 있다. 또한 상기 공정 및 시스템(400)은 앞서 기재된 바와 같이 다양한 추가 단위 작업, 예를 들어, 전기 방전 작업(가령, 저항 부하 또는 수성 또는 비-수성 염 용액으로의 침지), 강자성 및 초고 상자성 물질, 가령, 강철 케이스 및 하우징 물질을 제거하기 위한 사전 자력 분리 작업, 블랙 매스로부터 납 및 납 화합물을 제거하기 위한 부유선광 처리, 및 입자 덩어리를 깨고 블랙 매스 슬러리를 형성할 때 입자 크기를 추가로 정제하기 위한 초음파 분산 작업)을 포함하도록 수정될 수 있다.
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자력 분리를 이용하는 것은 이득 있는 제품을 만드는 전극 활물질을 서로 효과적으로 분리하기 위한 비교적 저렴한 방식이다. 습식 제련에 비교할 때, 본 명세서에 기재된 공정 및 시스템이 화학 추출/침출 용액 및 침전, 증착, 또는 전해 채취 작업을 필요로 하지 않는다는 점에서 비용 절약이 발견될 수 있다. 건식 제련에 비교할 때, 물질을 이의 비금속(base metal)으로 환원시키기 위한 에너지 집중적 제련 작업의 이용을 피함으로써 낮은 비용 구현된다. 습식 제련과 건식 제련 공정 모두와 달리, 본 명세서에 기재된 공정 및 시스템이 새로운 전기화학적 전지 제조에서 직접 재사용될 수 있는 재활용된 전극 활물질을 직접 생산한다.
본 명세서는 다양한 비-제한적 및 비-배타적 실시예를 참조하여 기재되었다. 그러나 해당 분야의 통상의 기술자라면, 개시된 실시예(또는 이의 일부분)의 다양한 치환, 수정, 또는 조합이 본 명세서의 범위 내에서 이뤄질 수 있음을 알 수 있다. 따라서 본 명세서는 여기서 명시적으로 제공되지 않는 추가 실시예를 지원하는 고려하고 이해한다. 이러한 실시예는, 예를 들어, 본 명세서에 기재된 다양한 비-제한 실시예의 개시된 단계, 단계 시퀀스, 구성요소, 요소, 특징부, 양태, 특성, 한계 등 중 임의의 것을 조합, 수정, 또는 재조직함으로써 획득될 수 있다. 이러한 방식으로, 출원인(들)은 본 명세서에 다양하게 기재된 바와 같이 특정부를 추가하기 위해 절차 진행 중 청구항을 보정하기 위한 권리를 갖고 있으며, 이러한 보정서는 35 U.S.C.§112, 1항, 및 35 U.S.C.§132(a)의 요건에 부합한다.
Claims (35)
- 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
전기화학적 전지를 분쇄하는 단계 - 상기 전기화학적 전지는 리튬-이온 전기화학적 전지를 포함함 - ,
전극 활물질 입자를 나머지 전기화학적 전지 구성요소로부터 분리하기 위해 분쇄된 전기화학적 전지를 체가름하는 단계 - 상기 전극 활물질 입자가 둘 이상의 리튬 금속 화합물을 포함함 - ,
전극 활물질 입자를 운반 유체와 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계,
상기 슬러리 내 상자성 입자(paramagnetic particle)를 자화하기 위한 자기장 강도의 자기장 하에 상기 슬러리를 두는 단계,
자성 입자와 상기 슬러리와 접촉하는 활성 자기면 사이에 유도되는 자기력을 이용해 상기 슬러리로부터 자성 입자를 분리하는 단계 - 분리된 입자는 둘 이상의 리튬 금속 화합물 중 한 가지를 포함함 - , 및
둘 이상의 리튬 금속 화합물 중 적어도 한 가지를 분리된 전극 활물질 정광으로서 수집하는 단계를 포함하는
전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법. - 제1항에 있어서, 상기 둘 이상의 리튬 금속 화합물은 화학식 LiMxNz의 화합물을 포함하고, 여기서 M은 Co, Mn, Ni, Fe, 및 Al로 구성된 군 중에서 선택된 선택된 하나 이상의 금속이고, N은 O2 2- 및 PO4 3-로 구성된 군 중에서 선택된 무기 반대 이온(inorganic counter ion)이며, x는 0 초과 2 이하이며, z는 0 내지 5인, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 둘 이상의 리튬 금속 화합물은 화학식 LiNi1-yCoyO2의 화합물을 포함하며, 여기서 y는 0 내지 1인, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 리튬 금속 화합물은 LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNiO2, LiNiCoMnO2, LiNi1/3Co1/3Al1/3O2, LiNi0.8Co0.2O2, 및 LiNiO0.833Co0.170O2로 구성된 군 중에서 선택된 둘 이상의 화합물을 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 둘 이상의 리튬 금속 화합물을 흑연과 분리시키는 단계 및 흑연 정광을 수집하는 단계를 더 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 둘 이상의 리튬 금속 화합물을 니켈 옥시히드록사이드 또는 니켈 금속 히드라이드 합금과 분리시키는 단계 및 니켈 혹시히드록사이드 또는 니켈 금속 히드라이드 합금을 포함하는 정광을 수집하는 단계를 더 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 슬러리를 적어도 하나의 드럼 분리기를 통과시켜 흐르게 하는 단계 - 자성 입자와 상기 슬러리와 접촉하여 드럼의 자화된 표면 사이에 자기력이 유도됨 - 를 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 슬러리를 적어도 하나의 고강도 자기 필터 또는 습식 고강도 자기 분리를 통과시켜 흐르게 하는 단계 - 자성 입자와 슬러리와 접촉하는 자기 플럭스-수렴 매트릭스 사이에 자기력이 유도됨 - 를 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 슬러리를 복수 스테이지 자기 분리기를 통과시켜 흐르게 하는 단계 - 상기 슬러리 내 자성 입자와 각각의 자기 분리에서 슬러리와 접촉하는 활성 자기면 사이에 자기력이 유도되고, 각각의 스테이지에서 하나의 전극 활물질이 분리되고 농축됨 - 를 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 복수 스테이지 자기 분리기는 고강도 자기 필터, 습식 고강도 자기 분리기, 드럼 분리기, 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 군 중에서 선택되는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제9항에 있어서, 복수의 스테이지 자기 분리기들은 직렬로 연결되는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제11항에 있어서, 각각의 후속 자기 분리기는 더 높은 자기장 강도 또는 더 높은 자기장 구배를 포함하고, 각각의 후속 자기 분리기는 더 낮은 자화율 값을 포함하는 전극 활물질을 분리하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제11항에 있어서, 각각의 후속 자기 분리기는 더 낮은 자기장 강도 또는 더 낮은 자기장 구배를 포함하고, 각각의 후속 자기 분리기는 더 높은 자화율 값을 포함하는 전극 활물질을 분리하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 전기화학적 전지 장치를 리튬-이온 장치와 비-리튬-이온 장치로 분류하는 단계 및 상기 리튬-이온 장치를 분쇄하는 단계를 더 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 전기화학적 전지 장치를 분해하는 단계, 전기화학적 전지 구성요소를 나머지 구성요소와 분리하는 단계, 및 상기 전기화학적 전기 구성요소를 분쇄하는 단계를 더 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 전기화학적 전지를 분쇄하기 전에, 전기화학적 전지에 추출 용매를 침투시키는 단계 및 전해질의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 추출 용매는 초임계 이산화탄소(supercritical carbon dioxide)를 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제1항에 있어서, 전극 활물질 입자를 운반 유체와 혼합하여 슬러릴르 형성하기 전에 폴리머 전극 바인더를 용해시키고 제거하기 위한 세정 용매를 이용해 전극 활물질 입자를 세정하는 단계를 더 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
상기 전기화학적 전지로부터 전극 활물질을 제거하는 단계 - 상기 전기화학적 전지는 리튬 이온 배터리를 포함함 - ,
전극 활물질 입자를 포함하는 슬러리를 형성하는 단계 - 상기 입자는 적어도 하나의 리튬 금속 화합물을 포함함 - ,
상기 슬러리를 상기 슬러리 내 입자들을 자화시키기 위한 자기장 강도의 자기장의 영향 하에 두는 단계, 및
상기 자성 입자와 슬러리와 접촉하는 활성 자기면 사이에 유도되는 자기력을 이용해 상기 슬러리로부터 자성 입자를 분리하는 단계
를 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법. - 제19항에 있어서, 적어도 하나의 리튬 금속 화합물은 LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiNiO2, LiNiCoMnO2, LiNi1/3Co1/3Al1/3O2, LiNi0.8Co0.2O2, LiNiO0.833Co0.170O2, 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 군 중에서 선택되는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 전극 활물질 입자는 둘 이상의 리튬 금속 화합물을 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제19항에 있어서, 슬러리를 적어도 하나의 드럼 분리기를 통과해 흐르게 하는 단계 - 자성 입자와 상기 슬러리와 접촉하는 드럼의 자화된 표면 사이에 자기력이 유도됨 - 를 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제19항에 있어서, 슬러리를 적어도 하나의 고강도 자기 필터 또는 습식 고강도 자기 분리를 통과해 흐르게 하는 단계 - 자성 입자와 상기 슬러리와 접촉하는 자기 플럭스-수렴 매트릭스 사이에 자기력이 유도됨 - 를 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제19항에 있어서, 슬러리를 복수 스테이지 자기 분리를 통과시켜 흐르게 하는 단계 - 상기 슬러리 내 자성 입자와 각각의 자기 분리기에서 상기 슬러리와 접촉하는 활성 자기면 사이에 자기력이 유도되고, 스테이지 각각에서 하나씩의 전극 활물질이 분리되고 농축되는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 복수 스테이지 자기 분리기는 고강도 자기 필터, 습식 고강도 자기 분리기, 드럼 분리기, 및 이들의 임의의 조합으로 구성된 군 중에서 선택되는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 복수 스테이지 자기 분리기는 직렬로 연결되어 있는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제26항에 있어서, 각각의 후속하는 자기 분리기는 더 높은 자기장 강도 또는 더 높은 자기장 구배를 포함하며, 각각의 후속하는 자기 분리기는 더 낮은 자화율 값을 포함하는 전극 활물질을 분리하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제26항에 있어서, 각각의 후속하는 자기 분리기는 더 낮은 자기장 강도 또는 더 낮은 자기장 구배를 포함하고, 각각의 후속하는 자기 분리기는 더 높은 자화율 값을 포함하는 전극 활물질을 분리하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제19항에 있어서, 전기화학적 전지를 추출 용매로 침투시키는 단계 및 전해질의 일부분을 제거하는 단계를 더 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 추출 용매는 초임계 이산화탄소를 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 슬러리를 형성하기 전에 폴리머 전극 바인더를 용해 및 제거하기 위해 세정 용매로 전극 활물질 입자를 세정하는 단계를 더 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법.
- 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법으로서, 상기 방법은
전극 활물질 입자를 포함하는 슬러리를 상기 슬러리 내 상자성 입자를 자화시키기 위한 자기장 강도의 자기장의 영향 하에 두는 단계, 및
상기 자성 입자와 상기 슬러리와 접촉하는 활성 자기면 간의 자기력을 이용해 상기 자성 입자를 상기 슬러리로부터 분리하는 단계
를 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 방법. - 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은
직렬로 연결된 복수의 자기 분리기 - 각각의 후속하는 자기 분리기는 더 높은 자기장 강도 또는 더 높은 자기장 구배를 포함하고, 각각의 후속하는 자기 분리기는 더 낮은 자화율 값을 포함하는 전극 활물질을 복수의 전극 활물질을 포함하는 슬러리로부터 분리함 - 를 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 시스템. - 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은
직렬로 연결된 복수의 자기 분리기 - 각각의 후속하는 자기 분리기는 더 낮은 자기장 강도 또는 더 낮은 자기장 구배를 포함하고, 각각의 후속하는 자기 분리기는 더 높은 자화율 값을 포함하는 전극 활물질을 복수의 전극 활물질을 포함하는 슬러리로부터 분리함 - 를 포함하는, 전기화학적 전지로부터 물질을 분리하기 위한 시스템. - 청구항 제32항에 따르는 방법에 의해 처리된 전극 활물질을 포함하는 전지화학적 전지.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180087615A (ko) * | 2017-01-25 | 2018-08-02 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 이차전지에서의 양극 활물질 회수방법 |
Families Citing this family (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9156038B2 (en) | 2012-03-30 | 2015-10-13 | Rsr Technologies, Inc. | Magnetic separation of electrochemical cell materials |
| PL2975686T3 (pl) * | 2014-07-15 | 2019-05-31 | Lars Walch Gmbh & Co Kg | Sposób recyklingu |
| CN104577250A (zh) * | 2015-01-15 | 2015-04-29 | 兰州理工大学 | 废锂离子电池中锰酸锂正极活性材料的修复再生方法 |
| JP5892270B1 (ja) | 2015-01-30 | 2016-03-23 | 住友大阪セメント株式会社 | リチウムイオン二次電池用正極材料の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極材料、リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池 |
| US10427167B2 (en) * | 2015-04-14 | 2019-10-01 | Magsort Oy | Device and method for separating weakly magnetic particles |
| WO2016205780A1 (en) * | 2015-06-19 | 2016-12-22 | 24M Technologies, Inc. | Methods for electrochemical cell remediation |
| WO2017049259A1 (en) * | 2015-09-18 | 2017-03-23 | Thomas Valerio | System and method for recovering metals from electronic scrap and auto shred residue fines |
| CN105406146B (zh) * | 2015-12-31 | 2018-10-30 | 哈尔滨工业大学 | 废旧锂离子电池电解液的二氧化碳亚临界萃取回收再利用方法 |
| CN105671316A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-06-15 | 江西理工大学 | 一种从废弃锂离子动力电池回收有价金属的方法 |
| CN106299333A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-01-04 | 安徽安达新能源材料有限公司 | 锂离子电池正极材料的改性方法 |
| CN106920999A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-07-04 | 中航锂电（洛阳）有限公司 | 一种锂离子电池正极材料的回收方法 |
| CN107552231B (zh) * | 2017-08-28 | 2019-05-31 | 鞍钢集团矿业有限公司 | 一种电磁磁场筛选机 |
| CN107666022A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-06 | 湖南工业大学 | 一种废弃三元正极材料中锂、镍钴锰的回收方法 |
| ES2941111T3 (es) | 2017-09-29 | 2023-05-16 | Basf Se | Concentración de partículas de grafito mediante aglomeración con partículas magnéticas hidrófobas |
| CN108031550B (zh) * | 2017-12-07 | 2019-11-12 | 浙江华友钴业股份有限公司 | 一种分离超细钴系化合物粉体中磁性杂质的方法 |
| CN108923090A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-11-30 | 深圳市德方纳米科技股份有限公司 | 一种从废旧磷酸铁锂电池回收制备碳包覆的磷酸锰铁锂正极材料的方法 |
| CN109216672A (zh) * | 2018-08-13 | 2019-01-15 | 大同新成新材料股份有限公司 | 一种硅碳负极材料制备方法及装置 |
| CN109052402A (zh) * | 2018-08-16 | 2018-12-21 | 陕西科技大学 | 一种绿色连续制备纯相碳化铁纳米颗粒的方法 |
| CN108808143B (zh) * | 2018-08-27 | 2020-04-17 | 桑德新能源技术开发有限公司 | 一种废旧锂电池快速放电方法及放电处理设备 |
| CN109830642B (zh) * | 2019-02-18 | 2021-09-03 | 吉安螃蟹王国科技有限公司 | 一种玩具专用防漏电电池 |
| CN109888423A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-06-14 | 上海毅信环保科技有限公司 | 一种报废三元锂电池的回收方法 |
| CN110010973B (zh) * | 2019-04-03 | 2024-02-09 | 东莞市卓高电子科技有限公司 | 一种用于锂电池涂覆的自动供料清洗系统 |
| CN111921673B (zh) * | 2020-07-22 | 2022-01-21 | 薛小军 | 一种新能源汽车废旧电池回收装置 |
| US12002936B2 (en) | 2020-08-04 | 2024-06-04 | Uchicago Argonne, Llc | Method for separating individual cathode-active materials from li-ion batteries |
| CA3189556A1 (en) * | 2020-08-17 | 2022-02-24 | Minjae Oh | Method, apparatus, and system for lithium ion battery recycling |
| CN112635867B (zh) * | 2020-12-29 | 2022-12-30 | 广东省科学院资源综合利用研究所 | 一种废旧锂电池石墨材料的回收方法 |
| CN113113578B (zh) * | 2021-03-10 | 2023-01-13 | 欣旺达电动汽车电池有限公司 | 正极材料及其制备方法和锂离子电池 |
| CN113441276B (zh) * | 2021-06-07 | 2022-12-23 | 中国神华煤制油化工有限公司 | 浆料除铁设备及浆料除铁方法 |
| WO2023275379A1 (de) * | 2021-07-02 | 2023-01-05 | Mutec Markgraf Gmbh | Verfahren und anlage zum abtrennen einer magnetischen, phosphorhaltigen verbindung aus einer trockenmasse durch trockenmagnetscheidung |
| US20230178722A1 (en) * | 2021-12-02 | 2023-06-08 | Al Tree Co., Ltd. | Method and system for separating cathode material of waste lithium secondary battery using oxidation reaction of anode material and reduction reaction of cathode material |
| US11876195B1 (en) | 2022-02-10 | 2024-01-16 | NDSL, Inc. | Mitigating distribution of debris associated with a catastrophic failure of a battery cell |
| US20230369671A1 (en) * | 2022-05-11 | 2023-11-16 | Li Industries, Inc. | Methods and systems for scalable direct recycling of battery waste |
| CN114849898A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-08-05 | 山东晟锂环保科技有限公司 | 一种分场强磁选在粗选颗粒锂矿上的铁锂分离应用系统 |
| CN115445749B (zh) * | 2022-09-24 | 2023-07-14 | 湖南金凯循环科技有限公司 | 一种适用于锂电池回收的钢壳破碎磁选设备 |
| KR20240051711A (ko) * | 2022-10-13 | 2024-04-22 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 음극 및 이차전지 |
| WO2024097113A1 (en) * | 2022-10-31 | 2024-05-10 | Agr Lithium Inc. | Method and system for separating black mass from electrodes of spent lithium ion batteries |
| GB2624737A (en) * | 2023-07-26 | 2024-05-29 | European Metal Recycling Ltd | Method and system of processing a flow of waste material |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11167936A (ja) * | 1997-03-14 | 1999-06-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 非水溶媒系電池の処理方法 |
| JP2010277987A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-12-09 | Jfe Steel Corp | 乾電池からのマンガン酸化物回収方法 |
| WO2011122663A1 (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-06 | 三井金属鉱業株式会社 | リチウムイオン電池用正極活物質材料及びリチウムイオン電池 |
Family Cites Families (47)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2814386A (en) * | 1954-02-17 | 1957-11-26 | Dings Magnetic Separator Co | Drum type magnetic separator |
| US2954122A (en) * | 1957-06-17 | 1960-09-27 | Petroleum Res Corp | Method and apparatus for separating materials |
| US3294237A (en) * | 1963-05-31 | 1966-12-27 | Weston David | Magnetic separator |
| US3372803A (en) * | 1964-07-30 | 1968-03-12 | Chembestos Corp | Means and method for removing iron from asbestos ore |
| US3448857A (en) * | 1966-10-24 | 1969-06-10 | Eriez Magnetics | Electrodynamic separator |
| DE2059166B2 (de) * | 1970-12-02 | 1973-10-04 | Preussag Ag, 3000 Hannover | Verfahren und Einrichtung zur Trennung elektrisch leitender oder halbleitender Mineralpartikel von elektrisch nicht leitenden Mineral partikeln |
| US3811962A (en) | 1972-04-17 | 1974-05-21 | Gen Electric | Large grain cobalt-samarium intermetallic permanent magnet material stabilized with zinc and process |
| US3838773A (en) * | 1973-03-16 | 1974-10-01 | Massachusetts Inst Technology | Vibrating-matrix magnetic separators |
| JPS5169261A (en) * | 1974-11-11 | 1976-06-15 | Japan Metals & Chem Co Ltd | Jukabutsuno kaishuhoho |
| JPS5187864A (en) * | 1975-01-30 | 1976-07-31 | Kogyo Gijutsuin | Hijiseikinzokuhenno bunrikaishusochi |
| US4214984A (en) | 1977-07-15 | 1980-07-29 | Macelvain Robert C | Magnetic separation |
| JPS5697560A (en) * | 1980-01-09 | 1981-08-06 | Inoue Japax Res Inc | Magnetic field separation of rare earth oxide |
| US4512879A (en) * | 1983-07-20 | 1985-04-23 | Battelle Development Corp. | Process for producing a metalliferous concentrate from a particulate feed material |
| US4737294A (en) | 1985-08-14 | 1988-04-12 | Krupp Polysius Ag | Matrix-ring magnetic separator |
| US4834898A (en) * | 1988-03-14 | 1989-05-30 | Board Of Control Of Michigan Technological University | Reagents for magnetizing nonmagnetic materials |
| JPH0771645B2 (ja) * | 1993-03-31 | 1995-08-02 | 豊田通商株式会社 | 導電性材料選別装置 |
| US7709115B2 (en) * | 1994-08-25 | 2010-05-04 | University Of Iowa Research Foundation | Methods for forming magnetically modified electrodes and articles produced thereby |
| GB2304606B (en) | 1995-08-23 | 2000-04-19 | Univ Southampton | Magnetic separation |
| JPH10296227A (ja) * | 1997-04-30 | 1998-11-10 | Mitsubishi Materials Corp | 都市ごみ焼却灰からの磁性材料回収方法 |
| US6006920A (en) * | 1997-05-09 | 1999-12-28 | Dry Branch Kaolin Company | Brightness, reduced impurity clays and methods of making same |
| JP4144820B2 (ja) | 1998-06-30 | 2008-09-03 | 株式会社東芝 | リチウムイオン２次電池からの正極活物質の再生方法 |
| US6180278B1 (en) * | 1998-07-21 | 2001-01-30 | Eveready Battery Company, Inc. | Reclamation of active material from metal hydride electrochemical cells |
| US6143042A (en) * | 1998-08-19 | 2000-11-07 | Delphi Technologies, Inc. | Method of making films and laminated cell structures |
| WO2000025382A1 (en) * | 1998-10-27 | 2000-05-04 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Method and system for recovering valuable metal from waste storage battery |
| ATE502414T1 (de) * | 2002-01-09 | 2011-04-15 | Eco Bat Indiana Llc | Verfahren zum entfernen eines elektrolyts aus einer energiespeicherung und/oder einer umsetzungseinrichtung mit einem superkritischen fluid |
| US8067107B2 (en) | 2002-01-09 | 2011-11-29 | Eco-Bat Indiana, Llc | System and method for processing an end-of-life or reduced performance energy storage and/or conversion device using a supercritical fluid |
| GB2388709A (en) | 2002-05-17 | 2003-11-19 | Seiko Epson Corp | Circuit fabrication method |
| US8497030B2 (en) | 2003-01-09 | 2013-07-30 | Steven E. Sloop | Recycling batteries having basic electrolytes |
| SE528946C2 (sv) * | 2004-05-04 | 2007-03-20 | Airgrinder Ab | Sätt att skilja olika grundämnen och/eller deras föreningar från varandra |
| US8052875B2 (en) * | 2006-04-06 | 2011-11-08 | Exportech Company, Inc. | Apparatus and method for continuous separation of magnetic particles from non-magnetic fluids |
| BRPI0603719A (pt) | 2006-08-21 | 2008-04-08 | Lg Eletronics De Sao Paulo Ltd | processo para extração dos compostos de lìtio presentes nas baterias secundárias de ìons lìtio |
| ATE554859T1 (de) | 2007-05-24 | 2012-05-15 | Univ California | Integrierte fluidische vorrichtungen mit magnetischer sortierung |
| JP5169261B2 (ja) | 2008-02-01 | 2013-03-27 | セイコーエプソン株式会社 | 金属板材、フィルタ、及び金属基板の製造方法 |
| CN101242016B (zh) * | 2008-02-29 | 2011-04-27 | 东南大学 | 废旧镍氢电池成份的资源化分离和循环生产方法 |
| US7886913B1 (en) * | 2008-04-09 | 2011-02-15 | Magnetation, Inc. | Process, method and system for recovering weakly magnetic particles |
| US9123921B2 (en) | 2008-05-13 | 2015-09-01 | GM Global Technology Operations LLC | Hydrolytically-stable hydrophilic coatings for PEMFC bipolar plate |
| EP2128279B2 (en) | 2008-05-30 | 2015-09-16 | Recco B.V. | Method for separating metal-containing fractions from dry slag and the use of this method for waste incineration slag. |
| JP5139167B2 (ja) * | 2008-06-19 | 2013-02-06 | トヨタ自動車株式会社 | 電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置 |
| JP2010034021A (ja) | 2008-07-03 | 2010-02-12 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 電池廃材からの酸化物含有電池材料の回収方法 |
| DE102008047854A1 (de) * | 2008-09-18 | 2010-04-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Trennen von Werterzpartikeln aus Agglomeraten, die nicht magnetische Erzpartikel und daran angelagerte magnetisierbare Partikel, insbesondere Fe-haltige Oxidkomponenten wie Fe3O4, enthalten |
| US8778178B2 (en) | 2008-10-13 | 2014-07-15 | Rentech, Inc. | Integrated multi-step solid/liquid separation system for Fischer-Tropsch processes |
| CN101673829A (zh) * | 2009-09-25 | 2010-03-17 | 华南师范大学 | 废旧锌锰电池的回收处理方法 |
| JP5487930B2 (ja) * | 2009-12-11 | 2014-05-14 | トヨタ自動車株式会社 | 電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置 |
| US8714361B2 (en) | 2010-05-10 | 2014-05-06 | Rsr Technologies, Inc. | Process for the separation of materials from recycled electrochemical cells and batteries |
| US8246717B1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-08-21 | Toxco, Inc. | Process for the recovery of metals from used nickel/metal hydride batteries |
| CN102534223B (zh) * | 2012-01-09 | 2014-09-17 | 湖南邦普循环科技有限公司 | 一种从废旧锂离子电池中回收有价金属的方法 |
| US9156038B2 (en) | 2012-03-30 | 2015-10-13 | Rsr Technologies, Inc. | Magnetic separation of electrochemical cell materials |
-
2012
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2024
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11167936A (ja) * | 1997-03-14 | 1999-06-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 非水溶媒系電池の処理方法 |
| JP2010277987A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-12-09 | Jfe Steel Corp | 乾電池からのマンガン酸化物回収方法 |
| WO2011122663A1 (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-06 | 三井金属鉱業株式会社 | リチウムイオン電池用正極活物質材料及びリチウムイオン電池 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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