KR20200043844A - 폐전지로부터의 금속 회수 방법 및 시스템 - Google Patents
폐전지로부터의 금속 회수 방법 및 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200043844A KR20200043844A KR1020180124716A KR20180124716A KR20200043844A KR 20200043844 A KR20200043844 A KR 20200043844A KR 1020180124716 A KR1020180124716 A KR 1020180124716A KR 20180124716 A KR20180124716 A KR 20180124716A KR 20200043844 A KR20200043844 A KR 20200043844A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- battery
- battery cells
- station
- battery cell
- metal recovery
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000011084 recovery Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000010926 waste battery Substances 0.000 title 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 24
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 17
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 7
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 abstract description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000004148 unit process Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000009782 nail-penetration test Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/54—Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
- B25J11/005—Manipulators for mechanical processing tasks
- B25J11/0055—Cutting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
- C22B7/006—Wet processes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/613—Cooling or keeping cold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/615—Heating or keeping warm
-
- H01M2/202—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Robotics (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
Abstract
폐기되는 리튬 이차전지 모듈이나 팩으로부터 금속을 회수할 때에 안전하면서도 용이하게 그리고 빠르게 회수할 수 있는 방법 및 이러한 방법을 자동화한 시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 금속 회수 방법은, 배터리 모듈 하우징을 분해하여 배터리 셀 조립체를 노출시키는 단계; 상기 배터리 셀 조립체 안의 배터리 셀들의 전극 리드와 버스바간 연결 부위를 절단하는 단계; 접착 분해 용제에 상기 배터리 셀들을 침수해 접착 물질을 제거하는 단계; 상기 배터리 셀들의 방전 공정을 실시하는 단계; 및 상기 배터리 셀들의 용융 및 냉각 공정을 실시해 냉각 결과물로부터 금속을 회수하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 폐기되는 전지로부터의 자원 재활용 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐기되는 리튬 이차전지 모듈이나 팩으로부터 금속을 회수하는 방법에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기차, 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치(ESS), 무정전 전원 장치(UPS) 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지 내에는 전기적 활물질 내에 포함되는 코발트, 니켈, 또는 망간, 전극 재료인 구리와 알루미늄, 그리고 리튬과 같은 금속이 함유되어 있어, 수명이 완료된 리튬 이차전지를 그대로 방치하거나 폐기해 버리는 것은 큰 낭비이다. 특히 코발트, 니켈, 망간은 매우 고가이고, 그 중에서도 코발트는 전략금속에 속하는 것으로서, 세계 각국별로 수급에 각별한 관심을 갖고 있으며, 코발트 생산국의 수가 한정되어 있어 세계적으로 그 수급이 불안정한 금속으로 알려져 있다. 최근 리튬 이차전지의 사용이 급증함에 따라, 수명이 다 해 폐기되어질 리튬 이차전지의 양은 급증할 것이며, 이로부터 금속을 회수하는 기술은 자원 절약과 환경 보전 측면에서 더욱 중요해질 것이다.
리튬 이차전지에서 하나의 배터리 셀(단 셀)의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 배터리 셀을 직렬연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 구성할 경우, 다수의 배터리 셀을 직렬/병렬연결하여 배터리 모듈을 먼저 제조하고, 이러한 배터리 모듈에 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 제조하는 방법이 일반적이다.
이처럼 리튬 이차전지는 배터리 모듈이나 팩으로 제조되어 사용되기 때문에, 리튬 이차전지로부터 금속을 회수하기 위해서는 배터리 모듈 분해 과정이 반드시 필요하다. 그러나, 현재까지는 표준화된 방법이 없이 진행되고 있기 때문에 작업이 위험하고 시간과 비용이 많이 소요되어 대량생산에 어려움이 있다. 기존에는 염수처리, 배터리 모듈 하우징 분해, 배터리 셀 분리, 배터리 셀 파/분쇄와 같은 과정순으로 진행되고 있는데 각 단계별로 여러가지 문제점이 존재한다.
우선 염수처리에서는 배터리 모듈을 염수에 침수하여 방전시킨다. 그런데 적정 염수처리 기간 산정이 불가한 문제가 있고 한 번의 염수처리를 통해 완전 방전을 시킬 수 없기 때문에 여러 번 진행해야 하는 불편함이 있다.
배터리 모듈 하우징 분해시에는 작업자가 수작업으로 글라인더를 사용하여 하우징을 절개하고 있다. 수작업에 따라 긴 작업 시간이 필요하고, 금속성 하우징과 글라인더 사이의 마찰열 등으로 인한 불꽃 등 발화에 의해 작업자 안전사고 가능성이 높아 매우 위험하다.
배터리 셀 분리 역시 작업자가 수작업으로 진행함에 따른 문제가 있다. 배터리 모듈 안에서 배터리 셀들 사이는 양면 테이프 등의 접착제로 고정되어 있는 경우가 많다. 현재는 망치와 끌을 이용하여 양면 테이프 등으로 서로 부착된 배터리 셀들을 물리적인 힘으로 분해하고 있다. 수작업에 따른 긴 작업 시간도 문제이지만 이러한 분해도구로 인한 안전사고의 우려가 크다는 문제도 있다.
배터리 셀 파/분쇄 단계에서는 분리된 배터리 셀을 파쇄 혹은 분쇄하여 파우더(powder)로 생성한다. 현재 이용되고 있는 분쇄기는 단 셀 단위로만 분쇄 가능하기 때문에 반드시 이전 단계에서 배터리 셀을 서로 완전히 분리해내 단 셀로 투입하여야 하는 한계가 있어 단 셀 분리에 오랜 시간이 걸리므로 대량 생산에는 부적합하다. 배터리 셀 파/분쇄 단계에서 화재 가능성도 있기 때문에 주의가 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명은 폐기되는 리튬 이차전지 모듈이나 팩으로부터 금속을 회수할 때에 안전하면서도 용이하게 그리고 빠르게 회수할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 방법을 자동화한 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속 회수 방법은, 배터리 모듈 하우징을 분해하여 배터리 셀 조립체를 노출시키는 단계; 상기 배터리 셀 조립체 안의 배터리 셀들의 전극 리드와 버스바간 연결 부위를 절단하는 단계; 접착 분해 용제에 상기 배터리 셀들을 침수해 접착 물질을 제거하는 단계; 상기 배터리 셀들의 방전 공정을 실시하는 단계; 및 상기 배터리 셀들의 용융 및 냉각 공정을 실시해 냉각 결과물로부터 금속을 회수하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 금속 회수 방법에 있어서, 상기 배터리 모듈 제조시에 상기 버스바에 미리 리드 절개 가이드 홈을 형성해 두어 상기 배터리 셀들의 전극 리드와 버스바간 연결 부위를 절단하는 단계에서 상기 리드 절개 가이드 홈 부위를 절단하도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 금속 회수 방법에 있어서, 상기 방전 공정을 실시하는 단계는 상기 배터리 셀들에 네일(nail)을 관통시켜 강제 단락시키는 것일 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속 회수 시스템은 배터리 모듈 하우징을 분해하여 배터리 셀 조립체를 노출시키고 상기 배터리 셀 조립체 안의 배터리 셀들의 전극 리드와 버스바간 연결 부위를 절단하는 기계 스테이션; 접착 분해 용제에 상기 배터리 셀들을 침수해 접착 물질을 제거하는 화학 스테이션; 상기 배터리 셀들의 방전 공정을 실시하는 전기 스테이션; 및 상기 배터리 셀들의 용융 및 냉각 공정을 실시해 냉각 결과물로부터 금속을 회수하는 열 스테이션을 포함한다.
본 발명에 따른 금속 회수 시스템에 있어서, 상기 기계 스테이션은 밀링 머신(milling machine); 상기 밀링 머신이 장착된 로봇팔; 및 상기 밀링 머신 및 로봇팔을 구동하고 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 화학 스테이션은 접착 분해 용제가 담긴 배쓰(bath); 상기 배쓰에 상기 배터리 셀을 담갔다 꺼낼 수 있는 디핑(dipping) 도구; 및 상기 디핑 도구의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 전기 스테이션은 네일; 상기 배터리 셀이 놓이는 재치대; 및 상기 네일을 구동 및 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 모듈로부터의 금속 회수 방법을 표준화할 수 있다. 표준화된 매뉴얼에 따라 작업을 진행할 수 있으며 대량생산에 적합하다.
본 발명에 따르면, 리튬 이차전지에서 금속을 경제적이고 용이하게 회수할 수 있으며, 회수된 금속을 재사용 또는 재활용하여 환경을 보호하고, 리튬 이차전지의 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 배터리 모듈 하우징 분해 단계부터 배터리 셀 용융 및 냉각 단계까지 자동화 가능한 장점이 있다.
그리고, 발화 등으로 인한 사고 가능성을 최소화할 수 있다.
뿐만 아니라, 자동화, 무인화 등으로 금속 추출 및 회수 효율이 향상됨에 따라 가격 경쟁력이 상승한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수 방법에서 작업 대상물의 일 예로 들 수 있는 배터리 모듈의 조립 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수 방법 중 배터리 셀의 전극 리드와 버스바간 연결 부위 절단 단계를 원활히 수행할 수 있도록 하기 위한 버스바 구조를 도시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수 방법에서 작업 대상물의 일 예로 들 수 있는 배터리 모듈의 조립 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수 방법 중 배터리 셀의 전극 리드와 버스바간 연결 부위 절단 단계를 원활히 수행할 수 있도록 하기 위한 버스바 구조를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이고 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
먼저 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수 방법에서 작업 대상물의 일 예로 들 수 있는 배터리 모듈의 조립 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 다수의 배터리 셀(20), 탑 플레이트(32), 바텀 플레이트(34), 사이드 플레이트(36), 버스바 유닛(40)을 포함한 것일 수 있다.
배터리 셀(20)은, 리튬 이차전지로서, 특히 파우치형 이차전지일 수 있다. 배터리 셀(20)들은 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층된 후 적층 계면에 양면 테이프 등이 접착된 것일 수 있다. 하나의 덩어리로서의 배터리 셀(20)들을 가리켜 배터리 셀 조립체라고 부르기로 한다.
탑 플레이트(32)는, 배터리 셀(20)들의 상측을 커버하며, 배터리 모듈(10)의 상측 외관을 형성할 수 있다. 바텀 플레이트(34)는, 배터리 셀(20)들의 하측을 커버하며, 배터리 모듈(10)의 하측 외관을 형성할 수 있다. 이러한 바텀 플레이트(34)는 탑 플레이트(32)와 대향 배치될 수 있다. 사이드 플레이트(36)는, 탑 플레이트(32)와 바텀 플레이트(34)를 연결하며, 배터리 셀(20)들의 양 측면을 커버할 수 있다. 이를 위해, 사이드 플레이트(36)는 한 쌍으로 구비될 수 있다. 탑 플레이트(32), 바텀 플레이트(34) 및 사이드 플레이트(36)는 서로 용접으로 연결될 수 있다. 다른 예로, 탑 플레이트(32), 바텀 플레이트(34) 및 사이드 플레이트(36)는 서로 본딩되거나, 일체형으로 형성되거나, 경첩 구조로 결합되어 있을 수 있다. 탑 플레이트(32), 바텀 플레이트(34) 및 사이드 플레이트(36)는 모듈 케이스(30)라고 부를 수도 있다. 배터리 셀(20)들과 모듈 케이스(30)와의 사이에는 열전도성 접착제 등이 구비될 수 있다.
버스바 유닛(40)은, 한 쌍의 사이드 플레이트(36)와 연결되며, 배터리 셀(20)들의 전후방을 커버할 수 있다. 이러한 버스바 유닛(40)은 배터리 셀(20)들과 전기적으로 연결되고, 배터리 셀(20)들의 전압을 센싱하며, 배터리 셀(20)들을 외부 전원 등과 연결시킬 수 있다. 버스바 유닛(40)은 사이드 플레이트(36)에 용접 내지 본딩될 수 있다. 또는 착탈식으로 결합될 수 있다.
버스바 유닛(40)은, 버스바 본체(42), 절연 커버(44), 케이스 커버(46) 및 센싱 와이어 부재(48)를 포함할 수 있다. 버스바 본체(42)는, 배터리 셀(20)들의 전후방에서 배터리 셀(20)들과 대향 배치되며, 배터리 셀(20)들의 전극 리드(22)와 전기적으로 연결되는 버스바(43)가 형성되어 있다. 절연 커버(44)는, 배터리 셀(20)들의 전후방에서 버스바 본체(42) 및 버스바 본체(42) 밖으로 돌출되어 버스바 본체(42)에 연결되는 배터리 셀(20)들의 전극 리드(22)를 커버할 수 있다. 케이스 커버(46)는, 배터리 셀(20)들의 전후방에서 절연 커버(44)를 커버할 수 있다. 이러한 케이스 커버(46)는 배터리 모듈(10)의 전후방에서 배터리 모듈(10)의 외관을 형성할 수 있다. 센싱 와이어 부재(48)는, 배터리 셀(20)들의 전방에 배치되는 버스바 본체(42)와 배터리 셀(20)들의 후방에 배치되는 버스바 본체(42)를 전기적으로 연결할 수 있다. 이러한 센싱 와이어 부재(48)는, 한 쌍으로 구비될 수 있다. 한 쌍의 센싱 와이어 부재(48)는, 한 쌍의 사이드 플레이트(36)의 길이 방향을 따라, 배터리 모듈(10)의 양 측면을 따라 배치될 수 있다.
여기서, 모듈 케이스(30)와 버스바 유닛(40)을 가리켜 하우징이라고 부를 수 있다. 이처럼 배터리 모듈(10)은 하우징 내에 다수의 배터리 셀(20), 즉 배터리 셀 조립체를 포함하는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수 방법의 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수 시스템의 개략도이다.
우선, 도 4의 금속 회수 시스템(S)은 기계 스테이션(100), 화학 스테이션(200), 전기 스테이션(300) 및 열 스테이션(400)을 포함한다. 각 스테이션들(100 ~ 400) 사이에는 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같은 배터리 모듈(10) 등 리튬 이차전지와 같은 작업 대상물을 자동으로 이송하기 위한 적절한 장치가 구현되어 있을 수 있다. 그리고 각 스테이션들(100 ~ 400)은 작업자 또는 관리자의 안전을 위해, 외기와 차단할 수 있는 밀폐 구조의 챔버 형태로 구현되어 유해 가스의 배출을 차단하도록 하거나, 불꽃이 발생되어도 번지지 않도록 할 수 있다. 또한 예를 들어, 각 챔버 내부를 진공 상태로 형성함과 동시에 불활성 가스를 주입하여 리튬 이차전지를 처리하는 도중에 폭발하는 것을 방지하여 작업 안정성을 향상시킬 수도 있다. 유해 가스의 배출 및 정화를 위한 구성도 더 구비되면 좋다. 내부 관찰이 용이하도록 관찰창을 별도로 구비하거나 챔버 전체를 투명 케이스화할 수도 있다. 전체적인 금속 회수 시스템(S)의 풋 프린트를 고려하여 각 스테이션들(100 ~ 400) 크기를 설계할 수 있다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하여 금속 회수 방법 및 시스템에 관하여 살펴본다. 먼저, 도 3의 단계 s1에 따라 배터리 모듈(10) 하우징을 분해한다. 이 단계는 도 4 금속 회수 시스템(S)의 기계 스테이션(100)에서 수행될 수 있다.
기계 스테이션(100)에는 밀링 머신(milling machine, 120)이 구비되어 있다. 밀링 머신(120)은 3축 또는 6축 로봇팔(160)에 장착되어 있을 수 있다. 기계 스테이션(100)에는 밀링 머신(120) 및 로봇팔(160)을 구동하고 제어하는 제어부(180)도 마련되어 있다. 종래에는 배터리 모듈 하우징 분해시에 작업자가 수작업으로 글라인더를 사용하였으나, 본 발명에 따르면, 배터리 모듈 하우징 분해시에 이러한 밀링 머신(120)을 이용함으로써 자동화할 수 있다. 밀링 머신(120)은 기계적 절단 방법을 구현한다. 예를 들어 경질의 예리한 날을 갖는 디스크형 블레이드 또는 커터(cutter)를 고속으로 회전시켜 물체를 절단하는 것일 수 있다.
로봇팔(160)은 로봇 시스템의 구성요소로, 선단에 밀링 머신(120)을 부착해 기계 스테이션(100) 내에서 이동시켜 임의의 위치나 자세를 취하게 하는 다자유도의 능동 기구이다. 3축 이상으로 프로그램할 수 있고 고정형 또는 이동형이 가능하다. 로봇팔(160)에는 구동기를 포함한 매니퓰레이터(manipulator)가 포함될 수 있다.
제어부(180)는 이러한 매니퓰레이터 를 제어할 수 있도록 하는 제어회로부를 가질 뿐 아니라 모든 통신 인터페이스(하드웨어와 소프트웨어)를 포함한다. 또한, 제어부(180)는 실시간 사이즈 보정(size calibration) 기능이 구현되어 있을 수 있다. 제어부(180)는 사전에 입력된 분해 대상 배터리 모듈의 정보, 특히 예를 들어 배터리 모듈 케이스의 크기, 배터리 모듈의 각종 부품 크기 및 위치, 그리고 분해해야 할 지점의 위치 등에 관한 정보가 저장되어 있으며, 셀 스웰링이나 외부 데미지(damage)에 의한 배터리 모듈 외관 변형 여부를 체크하여 분해해야 할 지점의 위치를 실시간으로 보정해 가면서 적절한 분해 지점에 밀링 머신(120)을 위치시켜 가며 분해하게 만들 수 있다.
제어부(180)에는 예를 들어 모듈 케이스(30)의 크기, 예를 들어 탑 플레이트(32), 바텀 플레이트(34) 및 사이드 플레이트(36)의 크기 등이 입력되어 있다.
기계 스테이션(100)에 배터리 모듈(10)이 로딩되면 제어부(180)를 통해 밀링 머신(120)에 의한 배터리 모듈 하우징 분해가 실시된다. 예를 들어, 제어부(180)는 탑 플레이트(32), 바텀 플레이트(34) 및 사이드 플레이트(36)의 연결 부위 또는 본딩 부위 또는 결합 부위를 절개하여 모듈 케이스(30)를 분해하도록 로봇팔(160) 및 밀링 머신(120)을 구동 및 제어할 수 있다.
또한 제어부(180)는 절연 커버(44)와 케이스 커버(46)를 모듈 케이스(30)로부터 분리하도록 로봇팔(160) 및 밀링 머신(120)을 구동 및 제어할 수도 있다.
모듈 케이스(30)가 분해되어 배터리 셀(20)들과 센싱 와이어 부재(48) 등이 바깥으로 드러난 후에, 제어부(180)는 센싱 와이어 부재(48)를 절단하여 배터리 셀(20)들의 전후방에 각각 배치되는 버스바 본체(42) 사이를 분리하도록 로봇팔(160) 및 밀링 머신(120)을 구동 및 제어할 수도 있다.
기계 스테이션(100)에는 후드를 구비할 수도 있고, 밀링 머신(120) 작동시 절단 부위를 냉각시키도록 액체나 불활성 기체 또는 냉각 공기를 분사하도록 하는 분사수단을 더 구비할 수도 있다. 이로써, 화재 및 폭발을 더욱 방지할 수 있고, 절단시 발생할 수 있는 유해 가스를 포집할 수 있다.
이처럼 종래 작업자의 수작업에 의한 배터리 모듈 분해 작업을, 본 발명에서는 밀링 머신(120) 등을 통한 자동화 공정으로 진행한다. 이를 포함하는 기계 스테이션(100)을 통해 정확하고 안전한 작업이 가능한 이점이 있다.
이와 같은 하우징 분해 단계를 통해 배터리 셀(20)들이 어느 정도 다른 부품들과 분리된 상태가 되면, 즉 배터리 셀 조립체가 노출된 상태가 되면, 다음 단계로서 도 3의 단계 s2에 따라 배터리 셀 조립체 안의 배터리 셀(20)들의 전극 리드(22)와 버스바(43)간 연결 부위를 절단한다. 예를 들어 배터리 셀 조립체에서 고전압(high voltage) 단자 부위와 저전압(low voltage) 단자 부위를 라인 절삭한다. 이 단계도 금속 회수 시스템(S)의 기계 스테이션(100)에서 밀링 머신(120)을 이용해 수행할 수 있다. 제어부(180)에는 미리 절삭 부위에 관한 프로그램이 입력되어 있다.
이처럼 본 발명의 금속 회수 시스템(S)에서, 기계 스테이션(100)은 배터리 모듈(10) 하우징을 분해하여 배터리 셀 조립체를 노출시키고 배터리 셀 조립체 안의 배터리 셀(20)들의 전극 리드(22)와 버스바(43)간 연결 부위를 절단하기 위해 마련되는 것이다.
이 때, 단계 s2의 절삭 부위는 예를 들어 도 5와 같이 미리 설계된 부분을 따를 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 회수 방법 중 배터리 셀의 전극 리드와 버스바간 연결 부위 절단 단계를 원활히 수행할 수 있도록 하기 위한 버스바 구조를 도시한다.
도 5를 참조하면, 예컨대 버스바 본체(도 2의 42) 안의 버스바(43)에 미리 리드 절개 가이드 홈(43')을 형성해 두고, 이를 이용해 배터리 모듈(도 1의 10)을 제조하도록 한다. 그러면, 이러한 배터리 모듈(10)에 대한 단계 s2 수행시, 즉 밀링 머신(120)에 의한 절개시, 예컨대 밀링 머신(120)의 블레이드가 이러한 리드 절개 가이드 홈(43')을 향하도록 하면, 리드 절개 가이드 홈(43') 부위를 절단하게 되면서 실제 절단해야 할 양이 비교적 적어지고, 전극 리드(22)들과 버스바(43)간의 연결 부위 절단이 좀 더 쉽게 이루어질 수 있다. 이처럼 배터리 모듈(10) 제조시 사전에 미리 절개 지점(point)을 버스바(43)의 설계에 고려한다면, 본 발명에 따른 금속 회수 방법 및 시스템의 자동화 구현이 더욱 용이해진다.
이어서, 도 3의 단계 s3과 같이, 접착 분해 용제에 배터리 셀(20)들을 침수해 접착 물질을 제거한다. 이 단계는 금속 회수 시스템(S)의 화학 스테이션(200)에서 수행될 수 있다. 화학 스테이션(200)은 접착 분해 용제에 배터리 셀(20)들을 침수해 접착 물질을 제거하기 위해 마련된다. 기계 스테이션(100)에서 단계 s2를 거친 배터리 셀(20)들을 언로딩하여 화학 스테이션(200)에 로딩한 후 이 단계가 수행될 수 있다. 배터리 셀(20)들의 로딩과 언로딩은 적절한 반출/반입 로봇에 의하거나 컨베이어 벨트를 더 이용하거나 적당한 수단에 의해 구현될 수 있다.
화학 스테이션(200)에는 접착 분해 용제가 담긴 배쓰(bath, 220)가 구비된다. 배쓰(220)에 배터리 셀(20)을 담갔다 꺼낼 수 있는 예컨대 트위져(tweezer) 타입의 디핑(dipping) 도구(240)도 구비된다. 디핑 도구(240)의 동작을 제어하는 제어부(280)도 구비된다. 접착 분해 용제 등으로부터 배출될 수도 있는 가스를 정화해 배기시키는 정화 및 배기 장치를 더 포함할 수도 있다.
기계 스테이션(100)으로부터 화학 스테이션(200)으로 배터리 셀(20)들이 로딩되면, 디핑 도구(240)는 배터리 셀(20)을 잡아 접착 분해 용제가 담긴 배쓰(220)에 담근다. 배쓰(220)에 담가져 있는 동안, 접착 분해 용제는 배터리 모듈(10) 제조에 사용되었던 양면 테이프, 그리고 열전도성 접착제 등을 화학적으로 녹여서 제거하거나 적어도 제거하기 쉽게 연화시킨다. 접착 분해 용제에 의한 화학 작용을 돕기 위하여, 그리고 연화되어 아직은 남아있는 잔류물들을 더 잘 떨어뜨리기 위해, 배쓰(220)에 에너지를 더 인가할 수 있는데, 예를 들어 열을 더 가해 반응을 활발하게 시키거나 초음파 진동을 가해 떨어내는 방법이 가능하다.
밀링 머신(120)에 의한 전기적 연결 부위의 제거 정도에 따라 처음 조립 정도와 같은 정도로 배터리 셀(20)들이 모여 있는 배터리 셀 조립체 형태가 유지되고 있을 수 있다. 그리고 양면 테이프 등의 제거 정도에 따라, 배터리 셀 조립체는 개개의 단위 배터리 셀(20)로 분리되거나 하나 이상의 배터리 셀(20)들이 아직은 서로 붙어 있는 정도로 부분적으로 분리가 되어 있을 수도 있다. 디핑 도구(240)를 통해 이러한 배터리 셀(20)들을 배쓰(220)로부터 꺼낸다.
화학 스테이션(200)에는 배터리 셀(20) 표면에 묻어있는 접착 분해 용제를 제거할 수 있도록 린스(rinse)를 위한 장치나 건조 장치 등이 더 구비되어 있을 수 있다. 이러한 장치를 통한 마무리 단계 등을 거친 후에 배터리 셀(20)들을 화학 스테이션(200)으로부터 언로딩할 수 있다.
이처럼 접착 분해 용제에 배터리 셀(20)들을 침수하는 공정을 자동화하면 유해물질로부터 작업자를 보호할 수 있다. 기존에는 망치와 끌 등으로 일일이 수작업 진행해야 했음에 비해, 본 발명에 따르면 작업자는 화학 스테이션(200) 외부에서 제어 및 관리만 하면 되므로 안전하고 더 정확하게 양면 테이프 등을 제거하게 될 수 있다.
다음으로, 도 3의 단계 s4에 따라 배터리 셀(20)들의 방전 공정을 실시한다. 방전 공정은 금속 회수 시스템(S)의 전기 스테이션(300)에서 수행될 수 있다. 화학 스테이션(200)에서 배터리 셀(20)들을 언로딩하여 전기 스테이션(300)에 로딩한 후 이 단계가 수행될 수 있다. 전기 스테이션(300)은 배터리 셀(20)들의 방전 공정을 실시하기 위해 마련된 것이다. 배터리 셀(20)은 하나 혹은 여러 개가 한꺼번에 로딩/언로딩될 수 있으며, 이들의 로딩과 언로딩은 적절한 반출/반입 로봇에 의하거나 컨베이어 벨트를 더 이용하거나 적당한 수단에 의해 구현될 수 있다.
전기 스테이션(300)은 네일(nail) 관통 시험 장치와 비슷하게 구현이 되어 있을 수 있다. 예를 들어 네일(320), 재치대(340), 네일(320)을 구동 및 제어하는 제어부(380) 등을 구비할 수 있다.
본 단계 s4 및 전기 스테이션(300)에서는 재치대(340) 위에 놓이는 배터리 셀(20)에 네일(320)을 관통시켜 강제 단락시켜 방전시킨다. 방전시 주위에 CO2(N2) 분위기를 조성하여 화재를 방지하는 것이 바람직하다. 또한, 전기 스테이션(300)에는 가스 정화 및 배기 장치를 설치하여 유독 물질로부터 작업자 또는 관리자를 보호하도록 함이 바람직하다. 한편, 강제 방전시킨 후에 안정화 단계를 가진 후, 적당한 기구를 통해 배터리 셀(20) 내의 전해액을 취출하는 단계를 더 포함하도록 해도 된다. 뿐만 아니라, 전기 스테이션(300)은 방폭 챔버 등으로 마련될 수 있도록 하여 네일 관통에 의해 혹시 발생할지도 모를 배터리 셀(20)의 폭발 등으로부터 작업자를 보호할 수 있도록 함이 바람직하다.
기존에는 염수처리를 통해 방전을 하였으나 확실히 방전시키는 것을 담보하기 어려운 공정이었다. 본 발명에서는 네일 관통을 통해 배터리 셀(20)을 전기적 및 물리적으로 파괴시켜 버리므로 100% 방전이 보장된다. 따라서, 이후 공정에서의 배터리 발화 및 폭발을 원천적으로 차단할 수 있어 금속 회수 공정의 안전성이 높아진다.
이어서, 도 3의 단계 s5에 따라 배터리 셀 용융 및 냉각 공정을 실시한다. 용융되었다가 냉각된 결과물로부터 금속을 회수할 수 있다. 이러한 셀 용융 및 냉각 공정은 금속 회수 시스템(S)의 열 스테이션(400)에서 수행될 수 있다. 열 스테이션(400)은 배터리 셀(20)들의 용융 및 냉각 공정을 실시해 냉각 결과물로부터 금속을 회수하기 위해 마련된다. 전기 스테이션(300)에서 강제 방전된 배터리 셀(20)들을 언로딩하여 열 스테이션(400)에 로딩한 후 이 단계가 수행될 수 있다. 배터리 셀(20)은 전기 스테이션(300)에서 어느 정도 수량이 쌓일 때까지 모아져 있다가 한꺼번에 열 스테이션(400)으로 로딩될 수 있다. 반대로, 배터리 셀(20)은 전기 스테이션(300)에서 그 때 그 때 언로딩된 후 열 스테이션(400)에서 어느 정도 수량이 쌓인 후에 용융이 시작될 수도 있다. 대신에, 이미 배터리 셀들의 용융 공정이 수행되고 있는 중에 다른 배터리 셀이 더 투입이 되면서 용융 공정이 연속적으로 수행될 수도 있다. 마찬가지로 냉각 공정도 연속적으로 수행되도록 구현할 수 있다. 앞에서와 마찬가지로 배터리 셀(20)들의 로딩과 언로딩은 적절한 반출/반입 로봇에 의하거나 컨베이어 벨트를 더 이용하거나 적당한 수단에 의해 구현될 수 있다.
단계 s5에서는 먼저 배터리 셀(20)들을 용융시킨 후에 고상이 되도록 냉각시키는 단계를 수행하게 된다. 냉각된 결과물은 이른바 블랙 파우더(black powder)로서 탄소를 포함하는 애쉬(ash) 성분과 금속을 주성분으로 하는 금속 함유물을 포함하고 있다. 이후 분급을 통해 애쉬 성분과 금속 함유물을 분리하는 단계를 더 수행할 수도 있다.
이러한 일련의 공정을 위해, 열 스테이션(400)은 배터리 셀(20)들을 담아 용융시킬 수 있도록 하는 용기(420), 배터리 셀(20)들을 가열하거나 냉각하기 위한 에너지 장치(440), 냉각된 결과물로부터 애쉬 성분을 금속 함유물로부터 분리하는 분급 장치(460), 그리고 여기에 구성된 부분들, 특히 에너지 장치(440)와 분급 장치(460)를 구동하고 제어하는 제어부(480)를 포함할 수 있다. 또한, 가열과 냉각에 따라 발생되는 각종 가스, 예컨대 CO2 및 배터리 셀(20) 내에 잔류하는 전해액으로부터 휘발되어 형성된 기상 반응물 등을 수집하여 정화 후 배출하는 가스 정화 및 배기 장치를 더 포함할 수도 있다.
다른 실시예에서, 이들 장치들 중 적어도 어느 하나는 배치 방식(batch type)으로 단위 공정을 수행하도록 설계될 수도 있으며, 이 경우 배치 방식의 장치는 다른 장치들과 서로 독립될 수 있으며, 이들 장치들 사이에 적합한 운반 시스템 또는 물류 시스템이 결합되어 해당 단위 공정에 의한 결과물들이 전달될 수도 있을 것이다.
용기(420)는 예컨대 도가니(crucible)일 수 있다. 이를 가열하는 장치는 예컨대 고주파 전력의 공급에 의한 유도 가열 장치일 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 대량 처리가 가능한 전로(converter) 또는 전기로(furnace)와 같은 형태로 구현할 수도 있다.
용기(420) 안에서 가열 후 차단하여 그대로 냉각을 하여도 되지만, 용기(420)의 재사용 관점에서, 그리고 연속적인 공정의 관점에서는 용기(420) 안의 용융물을 취출하여 냉각시키는 것이 바람직하다. 냉각을 위하여 N2, Ar, He, CO2 및 플루오로카본 가스로 구성되는 군으로부터 선택한 하나 또는 그 이상의 가스들로 구성되는 불연성 압축 가스를 이용하여 대상물을 냉각하는 방법도 가능하다.
이 단계에서는 종래와 달리, 단 셀 단위가 아닌 배터리 셀 조립체 단위로도 진행할 수 있기 때문에 분해 속도가 크게 향상된다. 또한, 종래에 진행하였던 배터리 셀 파/분쇄 공정이 필요없어 발화 가능성도 없으므로 매우 안전하다.
한편, 각 스테이션들(100 ~ 400)의 제어부(180 ~ 480)는 별개로 분리된 장치를 각각 이용해 조합하여 구현할 수도 있고, 하나의 장치로 구현할 수도 있다. 제어부(180 ~ 480)는 통상 컴퓨터로서, 각 스테이션들(100 ~ 400) 내부의 구성요소들을 구동 및 제어하는 소프트웨어를 내장하고, 각종 데이터값을 설정 및 메모리시키기 위한 것이다.
한편, 모니터링 장비와 계측 장비 등도 금속 회수 시스템(S)에 더 포함될 수 있다. 이들은 통상의 상용제품을 이용할 수 있으며, 예를 들어, 모니터를 통하여 현재 작업진행 상황, 수량 등의 정보를 살펴볼 수 있도록 할 수 있고, 계측 장비는 필요한 경우 배터리 셀(20)에 연결하여 배터리 셀(20)의 각종 계측 정보를 얻어 그 결과 값을 각 제어부(180 ~ 480)에 보내도록 할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 이상 설명한 초기 배터리 모듈 하우징 분해 단계(s1)부터 마지막 배터리 셀 용융 및 냉각 단계(s5)까지 자동화 가능한 장점이 있다. 그리고, 발화 등으로 인한 사고 가능성을 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라, 자동화, 무인화 등으로 금속 추출 및 회수 효율이 향상됨에 따라 가격 경쟁력이 상승한다. 신속하고 정확하게 금속 회수 방법이 수행될 수 있으며, 기존 수작업으로 인해 발생되는 안전사고를 차단할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 배터리 모듈
20 : 배터리 셀
22 : 전극 리드 43 : 버스바
S : 금속 회수 시스템 100 : 기계 스테이션
120 : 밀링 머신 140 : 로봇팔
180, 280, 380, 480 :제어부 200 : 화학 스테이션
220 : 배쓰 240 : 디핑 도구
300 : 전기 스테이션 320 : 네일
340 : 재치대 400 : 열 스테이션
420 : 용기 440 : 에너지 장치
460 : 분급 장치
22 : 전극 리드 43 : 버스바
S : 금속 회수 시스템 100 : 기계 스테이션
120 : 밀링 머신 140 : 로봇팔
180, 280, 380, 480 :제어부 200 : 화학 스테이션
220 : 배쓰 240 : 디핑 도구
300 : 전기 스테이션 320 : 네일
340 : 재치대 400 : 열 스테이션
420 : 용기 440 : 에너지 장치
460 : 분급 장치
Claims (5)
- 배터리 모듈 하우징을 분해하여 배터리 셀 조립체를 노출시키는 단계;
상기 배터리 셀 조립체 안의 배터리 셀들의 전극 리드와 버스바간 연결 부위를 절단하는 단계;
접착 분해 용제에 상기 배터리 셀들을 침수해 접착 물질을 제거하는 단계;
상기 배터리 셀들의 방전 공정을 실시하는 단계; 및
상기 배터리 셀들의 용융 및 냉각 공정을 실시해 냉각 결과물로부터 금속을 회수하는 단계를 포함하는 금속 회수 방법. - 제1항에 있어서, 상기 배터리 모듈 제조시에 상기 버스바에 미리 리드 절개 가이드 홈을 형성해 두어 상기 배터리 셀들의 전극 리드와 버스바간 연결 부위를 절단하는 단계에서 상기 리드 절개 가이드 홈 부위를 절단하는 것을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 방전 공정을 실시하는 단계는 상기 배터리 셀들에 네일을 관통시켜 강제 단락시키는 것임을 특징으로 하는 금속 회수 방법.
- 배터리 모듈 하우징을 분해하여 배터리 셀 조립체를 노출시키고 상기 배터리 셀 조립체 안의 배터리 셀들의 전극 리드와 버스바간 연결 부위를 절단하는 기계 스테이션;
접착 분해 용제에 상기 배터리 셀들을 침수해 접착 물질을 제거하는 화학 스테이션;
상기 배터리 셀들의 방전 공정을 실시하는 전기 스테이션; 및
상기 배터리 셀들의 용융 및 냉각 공정을 실시해 냉각 결과물로부터 금속을 회수하는 열 스테이션을 포함하는 금속 회수 시스템. - 제4항에 있어서, 상기 기계 스테이션은 밀링 머신; 상기 밀링 머신이 장착된 로봇팔; 및 상기 밀링 머신 및 로봇팔을 구동하고 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 화학 스테이션은 접착 분해 용제가 담긴 배쓰; 상기 배쓰에 상기 배터리 셀을 담갔다 꺼낼 수 있는 디핑 도구; 및 상기 디핑 도구의 동작을 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 전기 스테이션은 네일; 상기 배터리 셀이 놓이는 재치대; 및 상기 네일을 구동 및 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 회수 시스템.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180124716A KR102671485B1 (ko) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 폐전지로부터의 금속 회수 방법 및 시스템 |
| KR1020240069591A KR20240084525A (ko) | 2018-10-18 | 2024-05-28 | 폐전지로부터의 금속 회수 방법 및 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180124716A KR102671485B1 (ko) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 폐전지로부터의 금속 회수 방법 및 시스템 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020240069591A Division KR20240084525A (ko) | 2018-10-18 | 2024-05-28 | 폐전지로부터의 금속 회수 방법 및 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200043844A true KR20200043844A (ko) | 2020-04-28 |
| KR102671485B1 KR102671485B1 (ko) | 2024-05-30 |
Family
ID=70456189
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180124716A KR102671485B1 (ko) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | 폐전지로부터의 금속 회수 방법 및 시스템 |
| KR1020240069591A KR20240084525A (ko) | 2018-10-18 | 2024-05-28 | 폐전지로부터의 금속 회수 방법 및 시스템 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020240069591A KR20240084525A (ko) | 2018-10-18 | 2024-05-28 | 폐전지로부터의 금속 회수 방법 및 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (2) | KR102671485B1 (ko) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021226409A1 (en) * | 2020-05-07 | 2021-11-11 | Form Energy, Inc. | Battery recycling |
| WO2021253787A1 (en) * | 2020-06-17 | 2021-12-23 | Guangdong Haozhi Technology Co. Limited | Method for composite delamination |
| US20230060659A1 (en) * | 2021-09-01 | 2023-03-02 | Rivian Ip Holdings, Llc | Systems and methods for disassembling a battery module |
| CN116914305A (zh) * | 2023-07-31 | 2023-10-20 | 四川轻化工大学 | 一种圆形锂电池的拆解系统及拆解方法 |
| FR3139580A1 (fr) * | 2022-09-12 | 2024-03-15 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede d’ouverture et de decharge d’un generateur electrochimique |
| US12034133B1 (en) * | 2023-05-03 | 2024-07-09 | Korea Zinc Co., Ltd. | Automated battery disassembly system |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011198744A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-10-06 | Keihin Rika Kogyo:Kk | 蓄電池の分解方法およびそのための蓄電池の分解装置ならびにそのための蓄電池および蓄電池の製造方法および蓄電池製造用の容器本体 |
| JP2016139533A (ja) * | 2015-01-28 | 2016-08-04 | 株式会社豊田自動織機 | 電池モジュール及び電池モジュールの解体方法 |
| KR20180084235A (ko) * | 2017-01-16 | 2018-07-25 | 라상원 | 폐 리튬 전지 처리장치 |
| KR101883100B1 (ko) * | 2017-04-04 | 2018-07-27 | 연세대학교 산학협력단 | 폐전지로부터 유가금속을 회수하는 방법 및 유가금속 회수 시스템 |
-
2018
- 2018-10-18 KR KR1020180124716A patent/KR102671485B1/ko active IP Right Grant
-
2024
- 2024-05-28 KR KR1020240069591A patent/KR20240084525A/ko active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011198744A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-10-06 | Keihin Rika Kogyo:Kk | 蓄電池の分解方法およびそのための蓄電池の分解装置ならびにそのための蓄電池および蓄電池の製造方法および蓄電池製造用の容器本体 |
| JP2016139533A (ja) * | 2015-01-28 | 2016-08-04 | 株式会社豊田自動織機 | 電池モジュール及び電池モジュールの解体方法 |
| KR20180084235A (ko) * | 2017-01-16 | 2018-07-25 | 라상원 | 폐 리튬 전지 처리장치 |
| KR101883100B1 (ko) * | 2017-04-04 | 2018-07-27 | 연세대학교 산학협력단 | 폐전지로부터 유가금속을 회수하는 방법 및 유가금속 회수 시스템 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021226409A1 (en) * | 2020-05-07 | 2021-11-11 | Form Energy, Inc. | Battery recycling |
| WO2021253787A1 (en) * | 2020-06-17 | 2021-12-23 | Guangdong Haozhi Technology Co. Limited | Method for composite delamination |
| US20230060659A1 (en) * | 2021-09-01 | 2023-03-02 | Rivian Ip Holdings, Llc | Systems and methods for disassembling a battery module |
| FR3139580A1 (fr) * | 2022-09-12 | 2024-03-15 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procede d’ouverture et de decharge d’un generateur electrochimique |
| WO2024056962A1 (fr) * | 2022-09-12 | 2024-03-21 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procédé d'ouverture et de décharge d'un générateur électrochimique |
| US12034133B1 (en) * | 2023-05-03 | 2024-07-09 | Korea Zinc Co., Ltd. | Automated battery disassembly system |
| CN116914305A (zh) * | 2023-07-31 | 2023-10-20 | 四川轻化工大学 | 一种圆形锂电池的拆解系统及拆解方法 |
| CN116914305B (zh) * | 2023-07-31 | 2024-02-13 | 四川轻化工大学 | 一种圆形锂电池的拆解系统及拆解方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102671485B1 (ko) | 2024-05-30 |
| KR20240084525A (ko) | 2024-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102671485B1 (ko) | 폐전지로부터의 금속 회수 방법 및 시스템 | |
| Harper et al. | Recycling lithium-ion batteries from electric vehicles | |
| Mossali et al. | Lithium-ion batteries towards circular economy: A literature review of opportunities and issues of recycling treatments | |
| US10388997B2 (en) | Method and apparatus for disassembling and separating components of batteries | |
| Zhou et al. | Battery pack recycling challenges for the year 2030: Recommended solutions based on intelligent robotics for safe and efficient disassembly, residual energy detection, and secondary utilization | |
| KR101764382B1 (ko) | 폐 리튬 배터리 처리장치 | |
| KR102447931B1 (ko) | 폐전지 친환경 재활용 방법 | |
| Blankemeyer et al. | Investigation of the potential for an automated disassembly process of BEV batteries | |
| EP3906591B1 (en) | Crushing method for used galvanic cells with high energy densities | |
| CN105390764B (zh) | 高压液体切割系统及其用途、废旧锂离子电池的拆解方法 | |
| KR102426579B1 (ko) | 중대형 폐전지 방전시스템 | |
| KR102512096B1 (ko) | 폐리튬이온배터리팩 해체시스템 | |
| Zhang et al. | A generic framework for recycling of battery module for electric vehicle by combining the mechanical and chemical procedures | |
| US11045913B1 (en) | Modular system for automated portable electronic device disassembly | |
| KR102519579B1 (ko) | 폐배터리 전극 수거시스템 | |
| KR102414319B1 (ko) | 리튬이온 2차 전지 폐배터리 비폭발 분쇄장치 | |
| Bhar et al. | A review on spent lithium-ion battery recycling: from collection to black mass recovery | |
| JP2012160269A (ja) | 電池パック処理装置および処理方法 | |
| CN113555575A (zh) | 一种废旧锂电池外壳的自动回收系统及其使用方法 | |
| CN108879009A (zh) | 一种报废锂离子电池隔水隔氧的破解方法 | |
| CN205282606U (zh) | 高压液体切割系统 | |
| CN114467214A (zh) | 蓄电池、电池和类似物的处理方法和实施该方法的设备 | |
| KR102430803B1 (ko) | 전기 자동차 폐배터리모듈 처리 방법 및 자원재활용 시스템 | |
| KR101197439B1 (ko) | 리튬이차전지의 양극판 스크랩으로부터 양극 활물질의 분리방법 | |
| KR102607752B1 (ko) | 배터리 자동 해체 시스템 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |