KR20200031303A - 배터리의 소재 분리 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 재생용 소재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학반응을 이용한 배터리의 소재 분리 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 재생용 소재에 관한 것으로, 상기한 본 발명의 배터리의 소재 분리 방법은 셀을 전처리한 후 일정한 농도의 수산화나트륨과 반응시키는 단계; 반응 종료 후 망체를 이용하여 물질을 분리하는 단계; 분리된 용액과 반응으로 생성된 물질을 분리하는 여과 후 물질을 건조시키는 단계; 및 상기 여과 후 용액을 HCl으로 pH 7 내지 10에서 반응시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 얻어진 재생용 소재임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 배터리의 소재 분리 방법은 종래 기술의 파쇄 및 분쇄 기술에 있어서의 문제점인 소재 분리에 있어서의 문제점인 알루미늄 소재의 혼재가 완벽히 방지됨에 따라, 상기한 종래 기술의 문제점인 자력 또는 수력 선별과 같은 추가 공정을 요하지 않고, 회수 소재의 순도가 완벽하게 되고 활용성 저하의 문제점이 전혀 발생하지 않고, 물리적 충격 또는 열적 충격을 제공하지 않으므로 내부 소재에 악영향을 미치지 않아 높은 순도로 소재를 재활용할 수 있게 하고, 또한 회수되는 셀 외형인 알루미늄을 분말 형태로 회수하여 재활용성을 증가시킨다. 또한, 본 발명에 따른 방법에서는 고온 융용 공정을 적용하지 않아 배터리 내부 소재의 특징을 손상함이 없이 재생용 소재를 용이하게 제공할 수 있어 상기한 종래의 문제점을 해결하였다.

Description

배터리의 소재 분리 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 재생용 소재{A method of separating a material of a battery and a regenerating material obtained by this method}

본 발명은 화학반응을 이용한 배터리의 소재 분리 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 재생용 소재에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 셀을 감싸는 외부 물질을 효과적으로 제거하여 셀의 구성 소재를 저렴함 비용과 간단한 공정으로 회수하여 재활용 효율 향상에 이점을 가질 수 있고, 공정의 안전성 확보의 장점과 높은 공정비용 및 추가 공정 단계를 필요로 하지 않고 셀의 소재인 리튬화합물을 포함한 양극, 음극, 분리막 등을 효과적으로 회수할 수 있게 하는, 폐 리튬이온 배터리의 소재 분리 방법과 이 방법에 의해 얻어진 재생용 소재에 관한 것이다.

산업의 발달에 따라 다양한 폐기물이 발생하는데 이렇게 발생된 폐기물을 단순히 폐기하는 것은 자원의 낭비뿐만 아니라 심각한 환경오염을 초래한다는 문제점이 있다. 따라서, 가장 바람직한 것은 사용되어 폐기되는 폐기물을 효과적인 방식으로 재활용하여 자원을 절약하면서 환경오염도 방지하는 것이다. 이와 같이 폐기물 재활용 공정은 환경오염 방지와 자원순환의 목적 달성을 위한 것이므로 당연히 재활용 효율이 확보되어야 하는데, 구체적으로 폐자원인 폐기물의 재활용에 있어서 소재 회수 효율인 재활용 효율은 최종 공정 후 발생하는 폐기물의 양에 따라 결정되며 이는 원재료의 효율적 분리 기술과 재생 기술의 적합성 및 효율성에 의해 결정되는 것으로 이러한 기술은 폐자원 관련 사업화에서 중요한 요소이다. 그 다음으로, 재활용 공정의 비용을 최소화하는 효율적 회수 기술이 또한 필요하다.

상기한 바와 같은 폐자원 재활용의 기술적 배경하에서, 배터리를 포함한 각종 폐기물이 자원으로 재활용되는데, 사용 후 폐기되는 셀(cell) 또는 배터리, 특히 예를 들어 리튬이온 배터리의 경우, 재활용을 위한 해당 공정에 상용화되어 있는 기술은 물리적인 방법인 분쇄 및 파쇄와 열을 이용한 분리 기술로 나뉠 수 있다. 물리적인 방법인 분쇄 및 파쇄 기술은 불활성 기체(액체 질소 등) 하에서 파쇄함으로써 공정 안정성이 확보되는 반면, 높은 공정 비용이 발생하는 단점을 가지고, 700℃ 이상 고온에서의 열처리를 통해 소재 파쇄와 분리를 동시에 수행함으로써 분리 공정의 생략이 가능한 반면 외형 소재를 활용하지 못하여 재활용성이 떨어진다는 단점과 재생 공정에서 손실 발생 단점을 가진다. 따라서, 상기한 종래 기술의 적용 대상은 주로 소형 리튬이온 배터리로 제한되고, 중대형 제품을 대상으로 했을 때는 재활용 효율 저하와 공정 폐기물 증가의 문제점을 가진다. 특히, 중대형 전지는 내부 소재로 이루어진 셀이 모인 모듈(module) 형태를 가지는데, 상기 모듈의 경우, 셀을 감싸기 위한 외부 물질은 철 또는 플라스틱 등으로 이뤄진다. 이런 소재는 추가 공정 없이 재활용이 가능하기 때문에 셀로 분해 후 회수 공정을 진행하는 것이 재활용 효율 향상에 이점을 가진다.

분해한 셀을 대상으로 한 분쇄 및 파쇄 그리고 분리 단계에서 상용화 기술 공정은 공정의 안전성 확보의 장점과 높은 공정비용과 추가 공정 단계를 필요로 하는 단점을 가진다. 또한, 셀을 이루고 있는 외형은 알루미늄으로 이루어져 있어 상용화 기술을 적용할 경우 회수, 예를 들어 환원 단계에서 많은 양의 환원제를 사용해야 한다. 이로 인해 공정비용과 공정 폐기물 증가의 문제를 해결하기 위한 기술 개발이 필요하다.

상기한 바와 같이 폐 배터리의 재활용 기술의 일환으로서, 예를 들어, 대한민국 특허공개공보 제2012-0094622호(특허문헌 1)에서는, "분쇄 및 분급장치와 이를 이용한 폐배터리 팩으로부터 유가금속을 회수하는 방법"이라는 명칭으로, "분쇄공간을 형성하는 분쇄본체와; 상기 분쇄공간 내에 위치하고 있으며 양극구조체를 분쇄하는 분쇄부와; 분급공간을 형성하는 분급본체와; 상기 분급공간 내에 위치하며 분쇄물을 분급하는 분급부와; 상기 분급부를 진동시키는 진동부를 포함하는 것을 특징으로 배터리를 분쇄 및 분급장치"를 개시하고 있으며, 대한민국 특허등록번호 제1731213호(특허문헌 2)에는, "폐 리튬전지로부터 리튬화합물을 회수하는 방법"이라는 명칭으로, "폐 리튬전지로부터 분리된 양극물질, 폐 리튬전지로부터 분리된 음극물질 및 용매를 밀링 장치에 투입하고 습식 공분쇄(wet co-grinding)하는 습식 공분쇄 공정; 상기 습식 공분쇄 공정의 생성물을 건조하는 건조 공정; 상기 건조 공정에서 건조된 생성물을, 분위기 가스의 배기 및 주입이 가능하고 압력 조절이 가능한 밀폐된 노에 투입하고 분위기 가스를 주입한 후 가열하여, 상기 밀폐된 노의 내부 온도를 500℃ 내지 1,000℃ 및 내부 압력을 3 기압 내지 100 기압으로 유지하여 상기 양극물질을 환원시키는 열처리 공정; 상기 열처리 공정의 생성물을 밀링 장치에 투입한 후 추가로 물을 투입하고 밀링 과정을 통해 수 침출물과 수 불용물을 생성시키는 수 침출 공정; 상기 수 침출물과 상기 수 불용물을 여과하여 여과 잔유물과 여과액으로 분리하는 여과 공정; 및 상기 여과액을 용기에 넣고, 교반과 함께 탄산나트륨과 에탄올을 투입하여 침전물을 생성시킴으로써 상기 여과액에서 불순물을 제거하는 정제 공정을 포함하는, 폐 리튬전지로부터 리튬화합물을 회수하는 방법"을 개시하고, 대한민국 특허공개공보 제2018-0080992호(특허문헌 3)에서는, "리튬이온 배터리를 재활용하기 위한 방법 및 장치"라는 명칭으로, "리튬 이온 배터리를 재활용하는 방법으로서, 새로운 배터리용 캐소드 물질에 대한 몰비를 확인하는 단계; 리튬 배터리 재활용 스트림으로부터의 분쇄된 배터리 물질을 산성 침출 제제 및 과산화수소(H2O2)와 결합하여 미용해 물질로부터 캐소드 물질을 분리함으로써 침출 용액을 형성하는 단계; 상기 형성된 침출 용액으로부터 상기 미용해 물질을 여과하여 상기 침출 용액에 캐소드 물질의 용해염을 잔존시키는 단계; 상기 침출 용액에 용해된 캐소드 물질 염의 몰비를 확인함으로써 상기 침출 용액의 조성을 판단하는 단계; 황산 알루미늄 용액 및 킬레이트 제제를 첨가하는 단계를 포함하여, 상기 판단된 조성에 기초하여 황산염(xSO4) 또는 수산화물(xOH) 형태의 Ni, Co, Mn 또는 Al 염을 첨가하여 상기 재활용 배터리에 대하여 확인된 몰비에 대응하도록 상기 침출 용액 내에 용해된 캐소드 물질 염의 몰비를 조정하는 단계; 및 상기 재활용 배터리에 대하여 확인된 몰비에 대응하는 몰비를 가지는 결합 수산화물 (OH2) 또는 탄산염(CO3)으로서 상기 침출 용액에 남아있는 Ni, Co, Mn 및 Al 염을 공침함으로써 충전 물질 전구체를 형성하도록 상기 캐소드 물질의 금속 이온을 석출하고 여과하기 위해 상기 침출 용액의 pH를 적어도 10까지 상승시키는 단계로, 상기 충전 전구체 물질은 탄산리튬(Li2CO3)과 함께 소결 후에 산화물 형태의 활성 캐소드 물질을 형성하기 위하여 소결에 반응하는, 단계를 포함하는, 방법"을 개시하고 있다.

그러나, 상기한 특허문헌 1에 개시된 기술은 단지 양극소재를 분리하는 기술이며, 특허문헌 2에 개시된 기술은 물리적 분쇄 방법을 통하여 리튬전지를 분쇄하고 이로부터 폐 리튬전지에서 리튬화합물을 회수하는 방법을 개시하는 것이며, 특허발명 3은 사용된 리튬 이온 배터리로부터의 활성 캐소드 물질을 얻어 새로운 전지에서 이용하기 위해 것에 지나지 않고, 셀을 감싸는 외부 물질을 효과적으로 제거하여 셀의 구성 소재를 저렴함 비용과 간단한 공정으로 회수하여 재활용 효율 향상에 이점을 가지거나, 공정의 안전성 확보의 장점과 높은 공정비용 및 추가 공정 단계를 필요로 하지 않는, 배터리의 소재 분리 방법에 대한 구체적인 기술에 대해서는 전혀 개시하고 있지 않다.

따라서, 본 발명자는 이러한 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 셀을 이루고 있는 외형은 알루미늄으로 이루어져 있음에 따라 상용화 기술을 적용할 경우 회수단계에서 많은 양의 환원제를 사용해야 하고, 이로 인해 공정비용과 공정 폐기물 증가의 문제점이 있음을 인식하고, 이에 상기 사항을 해결하기 위해 다양한 방법으로 예의 연구한 결과 특정한 물질을 사용한 화학적 반응에 의해 용이하게 외형을 제거할 수 있는, 배터리의 소재 분리 방법을 밝혀내어 본 발명을 완성하게 되었다.

특허문헌 1: 대한민국 특허공개공보 제2012-0094622호 특허문헌 2: 대한민국 특허등록번호 제1731213호 특허문헌 3: 대한민국 특허공개공보 제2018-0080992호

본 발명은 상기한 종래 기술에 있어서의 기술적 문제점을 감안하여 된 것으로, 본 발명의 주요 목적은 셀을 감싸는 외부 물질을 효과적으로 제거하여 셀의 구성 소재를 저렴함 비용과 간단한 공정으로 회수하여 재활용 효율 향상에 이점을 가질 수 있고, 공정의 안전성 확보의 장점과 높은 공정비용 및 추가 공정 단계를 필요로 하지 않고 셀의 소재를 효과적으로 회수할 수 있게 하는, 폐 리튬이온 배터리의 소재 분리 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 폐 리튬이온 배터리의 소재 분리 방법에 의해 얻어진 재생용 소재를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적은 셀의 외형을 구성하는 알루미늄은 염산 또는 수산화나트륨과 반응하여 Al(OH)₃ 또는 2Na[Al(OH)₄]를 생성하고, 알루미늄 재활용에서 1차 선별을 통해 알루미늄을 재생한 후 미세한 입자 또는 드로스를 재활용하는데 있어 수산화나트륨과 반응성을 활용할 수 있다는 점을 기반으로 하여 특히 수산화나트륨을 본 발명에 따른 조건하에서 사용하므로 달성될 수 있음을 밝혀내어 이를 바탕으로 본 발명을 완성하게 되었다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리의 소재 분리 방법은

셀을 전처리한 후 일정한 농도의 수산화나트륨과 반응시키는 단계, 반응 종료 후 망체를 이용하여 물질을 분리하는 단계, 분리된 용액과 반응으로 생성된 물질을 분리하는 여과 후 물질을 건조시키는 단계; 및 상기 여과 후 용액을 HCl으로 pH 7 내지 10에서 반응시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 방법은 염산과 반응 단계 후 여과하고 회수한 물질은 건조하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 수산화나트륨은 2M NaOH를 사용함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 수산화나트륨은 2M NaOH를 4 내지 10mol 농도로 사용함을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리의 소재 분리 방법에 의해 얻어진 재생용 소재는 셀을 전처리한 후 일정한 농도의 수산화나트륨과 반응시키는 단계; 반응 종료 후 망체를 이용하여 물질을 분리하는 단계; 분리된 용액과 반응으로 생성된 물질을 분리하는 여과 후 물질을 건조시키는 단계; 및 상기 여과 후 용액을 HCl으로 pH 7 내지 10에서 반응시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 얻어진 재생용 소재임을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 배터리의 소재 분리 방법은 종래 기술의 파쇄 및 분쇄 기술에 있어서의 문제점인 소재 분리에 있어서의 문제점인 알루미늄 소재의 혼재가 완벽히 방지됨에 따라, 상기한 종래 기술의 문제점인 자력 또는 수력 선별과 같은 추가 공정을 요하지 않고, 회수 소재의 순도가 완벽하게 되고 활용성 저하의 문제점이 전혀 발생하지 않고, 물리적 충격 또는 열적 충격을 제공하지 않으므로 내부 소재에 악영향을 미치지 않아 높은 순도로 소재를 재활용할 수 있게 하고, 또한 회수되는 셀 외형인 알루미늄을 분말 형태로 회수하여 재활용성을 증가시킨다. 또한, 본 발명에 따른 방법에서는 고온 융용 공정을 적용하지 않아 배터리 내부 소재의 특징을 손상함이 없이 재생용 소재를 용이하게 제공할 수 있어 상기한 종래의 문제점을 해결하였다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 배터리의 소재 분리 방법의 과정을 나타내는 사진이고,
도 2 및 3은 본 발명에 따라 실온에서의 수산화나트륨의 농도에 따른 물질 반응 시간을 나타내는 그래프이고
도 4는 본 발명에 따라 획득한 소재의 XRD(X-ray Diffraction) 분석 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 첨부 도면을 참고로 하여 바람직한 실시형태에 의해 보다 상세히 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명의 범주가 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

본 명세서에서, 본 실시형태는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명의 범주는 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시형태들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명하지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어들은 실시형태를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 발명에서 사용된 것으로, "수산화나트륨과 알루미늄의 반응"은 2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄]+3H₂O으로 표시될 수 있는데, 이는 알루미늄의 표준환원전위는 -1.667 V로 이온화경향이 크고, Al³⁺ 이온으로 용출하기 때문이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 배터리의 소재 분리 방법은 셀을 전처리한 후 일정한 농도의 수산화나트륨과 반응시키는 단계; 반응 종료 후 망체를 이용하여 물질을 분리하는 단계; 분리된 용액과 반응으로 생성된 물질을 분리하는 여과 후 물질을 건조시키는 단계; 및 상기 여과 후 용액을 HCl으로 pH 7 내지 10에서 반응시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 방법은 염산과 반응 단계 후 여과하고 회수한 물질은 건조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 수산화나트륨은 2M NaOH를 사용할 수 있고, 더욱이 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 수산화나트륨은 2M NaOH를 4 내지 10mol 농도로 사용한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 비활성 처리(전처리) 이후 소재와 부재료의 반응을 통한 1차 소재 회수, 반응 후 용액과 염산의 반응을 통한 2차 소재 회수 그리고 수세를 통한 불순물 제거의 4단계의 요소로 구성된다.

실험의 결과에 따라 각형 셀(예를 들어, 1334g. 17.5×3×12cm)의 경우, 2 내지 3M NaOH에서 반응하는 것이 최적의 농도 조건이고, 가장 바람직하게는 2M이다. 순도를 향상시키기 위한 최적의 조건은 실온에서 고체/액체 비 = 1:15(오차 2)로 수행함으로써 나트륨 이온 76 내지 82%가 제거된다. 3M NaOH 이상의 경우, 1차 회수물질이 감소함에 따라 염산을 이용한 추가 반응에서 염산 사용량이 증가해야 함에 따라 2.5M NaOH 이하 농도가 가장 적합하다.

본 발명에 따른 방법은 발열 반응으로 진행되며, 그 온도의 범주는 실온에서 최대 60℃에 이르며, 4M NaOH 이상의 경우 80℃까지 온도가 올라가고 반응 도중 용액이 분출됨에 따라 공정 적용 과정에서 위험성을 지닐 수 있어 바람직하지 않다.

회수 물질의 ICP 분석 결과를 바탕으로 순도는 90 내지 94% 수준이지만, 수세를 통해 불순물을 제거한 경우에는 평균 98 내지 99%로 순도가 상승한다. 나트륨을 제외한 철, 구리, 망간, 리튬은 미량이 포함됨에 따라 추가 공정을 통해 이를 제거하는 것은 공정 기술 구현의 측면에 적합하지 않다.

이와 같이 본 발명에 따른 방법은 각형 셀에 수산화나트륨를 적용에 따라 외부 소재인 알루미늄을 분말 형태로 회수할 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명이 반응에 적용되는 수산화나트륨의 농도는 2 - 2.5M이며, 반응 온도는 80℃ 이하로 진행될 수 있다. 이와 같이 반응함에 의해, 내부 소재의 경우, 폴리머에 의해 보호됨에 따라 수산화나트륨로 인한 영향이 없는 것이 특징이다.

상기한 본 발명의 방법은 폐 리튬이온 배터리 중 각형 셀을 대상으로 내부 소재와 외형을 이루는 알루미늄을 분리하는 방법으로 내부 소재의 손실 없이 회수하는 기술로, 본 기술은 상용화 공정 대비 공정비용 절감과 분리 효율 및 환원 공정에서의 효율성 부분에 있어 우수한 장점을 가진다.

이하, 본 발명을 일 실시예를 통하여 보다 자세하게 기술하지만, 본 발명의 범위가 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

실시예

각형 셀(삼성), 수산화나트륨(Junsei, >99%), 염산(Junsei, 35~37%), 증류수를 준비하고, 다음의 단계에 의해 셀의 소재 분리를 실시하였다.

먼저, 상기한 각형 셀을 전처리(활성제어)하고 다음 표 1에 나타난 각 실시예에 따른 다른 농도의 수산화나트륨과 반응시켰다.

다음으로, 반응 온도 조절을 통해 대상 물질의 변화를 확인한다.

반응 종료 후 6.3 mm 표준 망체를 이용하여 물질을 분리하고, 여과 용액과 반응으로 생성된 물질을 분리하는 2차 여과(2㎛, watman) 후 물질을 100℃에서 12시간 건조시켰다.

상기 여과 후 용액을 HCl으로 pH 7에서 반응시켰다. 그런 다음 여과 후 물질을 100℃에서 12시간 건조하고, 회수한 물질은 각기 다른 온도 조건과 고체/액체 비로 수세하였다.

수산화나트륨와 Cell의 반응

실시예 No.	NaOH 농도			반응 시간 (h)	획득 샘플 (g)	대상 소재 대비 샘플 (%, 각형 셀 외형 260g 기준)
	M	mol	용매 (L)
1	2	2	2	21	74.08	28.5
2	2	4	2	16	248.19	95.5
3	2	8	4	15	765.00	294.2
4	2.5	10	4	8	368.30	141.7
5	3	12	4	3	131.00	50.4
6	4	16	4	2.15	130.72	50.3

농도에 따른 반응 시간은 1M NaOH(2mol/2L) 반응의 경우, 2시간 후 반응이 진행되지 않으며, 미반응물(각형 셀)이 존재하여, 상기 표 1에 나타내지 않았다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 각형 셀을 2M NaOH(4mol/2L)에 추가 반응했을 때, 반응이 21시간 후 종결되었다.

반응 진행에 있어 용매가 줄어들기 때문에 셀이 완전히 담지되도록 용매의 양을 4L로 증가시키고 그에 따라 농도를 조절한 실시예 2의 경우 16시간 후에 반응이 종결되었다.

실시예 3 및 4의 2M NaOH(8mol/4L)와 2.5M NaOH(10mol/4L) 반응의 경우, 다량의 물질이 환원되었음을 알 수 있다.

한편, 실시예 5 및 6의 3M NaOH(12mol/4L)와 4M NaOH(16mol/4L) 반응의 경우, 반응 시간은 3시간 및 2.15시간으로 현저히 감소하는 반면, 회수되는 소재가 감소되어 바람직하지 않았다.

상기 각 실시예에 따라 회수된 회수 용액의 pH는 13 이상을 보였고, 따라서 염산을 가하면 pH 12에서 흰 결정이 생성되기 시작하며, pH 7 내지 10 영역에서 다량의 흰 결정이 생성되었다. 반응 용액의 농도와 무관하게 회수되는 소재의 양은 유사하였다.

반응 용액과 염산 반응

반응 물질		HCl (ml)	pH	획득 소재
농도	반응 용액
2M/4 mol	500	44	4	23.389
2M//8 mol	1.2	212	8.18	157.739
4M/16 mol	1	241	7.5	139.740

실험예 1

실온에서 농도에 따른 물질 반응 시간

상기 표 1 및 도 2 및 3에서 알 수 있는 바와 같이 농도가 증가함에 따라 반응 시간이 감소됨을 알 수 있다.

실험예 2

상기 각 실시예 1 내지 6에 따라 얻어진 물질의 주요 원소에 대한 ICP 분석 결과와 염산과 반응 후 회수 물질의 ICP 분석의 결과 표 3 및 4에서 알 수 있는 바와 같이, 알루미늄이 주요 원소로 분석되었으며, 나트륨과 니켈 그리고 리튬 원소가 포함된 것으로 분석되었다.

	Na	Co	Mn	Ni	Li	Al
1M NaOH 반응	11183.59	N.D	7534.95	21.49	N.D	325545.80
2M NaOH 반응	23183.57	N.D	5177.91	12.75	150.73	303336.01

	Fe	Cu	Li	Na	Al	Mn	Ni
2.5M NaOH 반응용액과의 반응	N.D	N.D	20.40	13358.65	338334.53	N.D	N.D
2M NaOH 반응용액과의 반응	-	-	-	23183.57	303336.01	5177.91	N.D

(단위 : ppm)

실험예 3

획득 소재의 XRD(X-ray Diffraction) 분석

상기 각 실시예에 따라 얻어진 소재의 XRD 분석 결과로 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 1M NaOH와 2M NaOH 반응에서의 회수 물질은 Al(OH)₃와 동일한 피크를 나타냈다.

실험예 4

수세에 따른 물질의 양 변화

미반응 물질 중 나트륨 등의 불순물을 제거하기 위한 실험으로 고체/액체 비율, 온도 그리고 시간의 변수를 확인하였다.

그 결과, 수세 시간에 따른 회수율을 확인했을 때, 1% 이내의 차이로 시간에 의한 영향이 없는 것을 확인할 수 있었고, 온도에 따른 회수율의 경우, 1% 이내의 차이를 보임에 따라 온도의 영향이 없는 것을 확인할 수 있었다.

고체/액체 비에 의한 회수율의 확인에 있어서 1:15에서 최고 효율을 나타냈다. 또한 회수 물질의 온도 변수에 대한 ICP 분석 결과 나트륨 이온이 실온에서 75.8%, 30℃에서 81.5%, 60 ℃에서 79.5% 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 알루미늄 이온은 실온 수세에서 가장 높은 농도로 회수되었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 배터리의 소재 분리 방법 및 이 방법에 의해 얻어진 재생용 소재에 대한 기술적 사상은 바람직한 실시형태에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시형태는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한것이다.

(사용부호 없음)

Claims (5)

1. 셀을 전처리한 후 일정한 농도의 수산화나트륨과 반응시키는 단계;
   반응 종료 후 망체를 이용하여 물질을 분리하는 단계;
   분리된 용액과 반응으로 생성된 물질을 분리하는 여과 후 물질을 건조시키는 단계; 및
   상기 여과 후 용액을 HCl으로 pH 7 내지 10에서 반응시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 배터리의 소재 분리 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 방법은 염산과 반응 단계 후 여과하고 회수한 물질은 건조하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 배터리의 소재 분리 방법.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 수산화나트륨은 2M NaOH를 사용함을 특징으로 하는 배터리의 소재 분리 방법.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 수산화나트륨은 2M NaOH를 4 내지 10mol 농도로 사용함을 특징으로 하는 배터리의 소재 분리 방법.
   
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 따라 얻어진 것임을 특징으로 하는 배터리의 재생용 소재.
   

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