KR20200077108A - Pretreatment method for recycling lithium secondary battery - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, a pretreatment method for a lithium secondary battery regeneration process comprises the steps of: discharging lithium secondary battery waste; shredding the discharged lithium secondary battery waste; pulverizing the shredded material; and firing the pulverized material, wherein the firing step includes a first firing step, a second firing step, and a third firing step.

Description

리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법{PRETREATMENT METHOD FOR RECYCLING LITHIUM SECONDARY BATTERY}Pretreatment method for lithium secondary battery recycling process {PRETREATMENT METHOD FOR RECYCLING LITHIUM SECONDARY BATTERY}

본 발명은 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pretreatment method for a lithium secondary battery regeneration process.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 그 중에서도, 특히 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Among them, lithium secondary batteries exhibiting high energy density and operating potential, long cycle life, and low self-discharge rate have been widely used.

리튬 이차전지는 일반적으로 양극 활물질을 포함하는 양극, 음극 활물질을 포함하는 음극, 세퍼레이터 및 전해질로 구성되며 리튬 이온의 삽입-탈리(intercalation-decalation)에 의해 충전 및 방전이 이루어진다. 리튬 이차전지는 에너지 밀도(energy density)가 높고, 기전력이 크며 고용량을 발휘할 수 있는 장점을 가지므로 다양한 분야에 적용되고 있다.A lithium secondary battery is generally composed of a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, a separator, and an electrolyte, and charging and discharging are performed by intercalation-decalation of lithium ions. Lithium secondary batteries have a high energy density, a large electromotive force, and have the advantage of exerting a high capacity, and thus have been applied to various fields.

리튬 이차전지의 양극 활물질은 리튬과 함께, 니켈, 망간, 코발트와 같은 전이금속을 포함하는데, 상기 리튬 및 전이금속은 비교적 고가의 금속이며, 특히 코발트는 생산국의 수가 한정되어 있어, 세계적으로 그 수급이 불안정한 금속으로 알려져 있다. 따라서, 폐기 전극, 특히 양극으로부터 상기 리튬 및 니켈, 망간, 코발트와 같은 전이금속을 회수하여 원료로서 재활용하기 위한 시도가 계속되고 있다.The positive electrode active material of a lithium secondary battery includes, along with lithium, transition metals such as nickel, manganese, and cobalt. The lithium and transition metals are relatively expensive metals. In particular, cobalt has a limited number of producers, and its supply and demand worldwide. It is known as this unstable metal. Accordingly, attempts have been made to recover and recycle the lithium and nickel, manganese, and cobalt transition metals from waste electrodes, particularly anodes.

대한민국 공개특허 제2012-0126946호는 리튬이온전지의 재생공정을 위한 전처리방법에 관한 것으로서, (1) 전해질, 분리막, 전극 복합체 및 집전체를 포함하고 있는 리튬이온전지 폐기물을 5 내지 15 mm의 크기로 파쇄하는 단계; (2) 파쇄물을 물로 세척하여 전해질을 제거한 후, 전해질이 제거된 파쇄물을 비중분리하여 분리막을 제거하는 단계; 및 (3) 전해질 및 분리막이 제거된 파쇄물을 1~4M 농도의 황산 용액으로 처리하여 파쇄물 중 집전체에 부착되어 있는 전극 복합체를 집전체와 박리시켜 회수하는 단계를 포함하는, 리튬이온전지 재생공정의 전처리방법에 대한 내용을 개시하고 있다.Republic of Korea Patent Publication No. 2012-0126946 relates to a pre-treatment method for the regeneration process of a lithium ion battery, (1) lithium ion battery waste containing electrolyte, separator, electrode composite and current collector, the size of 5 to 15 mm Crushing with; (2) after washing the lysate with water to remove the electrolyte, removing the separator by non-separating the lysate from which the electrolyte has been removed; And (3) treating the crushed material from which the electrolyte and the separator have been removed with a sulfuric acid solution having a concentration of 1 to 4M, and recovering the electrode composite attached to the current collector among the crushed material by peeling it away from the current collector to recover the lithium ion battery. Disclosed are the contents of the pretreatment method.

대한민국 등록특허 제1,830,309호는 배터리 소성 및 소성가스 집진 처리방법에 관한 것으로서, 폐쇄형 관을 통해 일 방향으로 이송되는 전기자동차 폐 배터리를 400 ℃ 내지 1000 ℃의 의 온도로 소성하며 배출하고, 소성 시 발생하는 가스를 600 ℃ 내지 900 ℃의 온도로 열처리한 다음, 냉각 및 집진 처리하는 단계를 포함하고, 상기 냉각 처리는 열교환기를 통해 150 ℃ 내지 250 ℃의 온도로 상기 소성 시 발생하는 가스를 냉각시키고, 냉각 타워를 통해 상기 폐쇄형관 말단과 상기 열교환기에 냉각수의 공급 및 순환이 수행되는 것을 특징으로 하는, 배터리 소성 및 소성가스 집진 처리방법에 관한 내용을 개시하고 있다.Republic of Korea Registered Patent No. 1,830,309 relates to a method for processing the battery firing and dust collection, and discharges the electric vehicle waste battery transferred in one direction through a closed pipe at a temperature of 400°C to 1000°C and discharges it. After heat-treating the generated gas to a temperature of 600 °C to 900 °C, and cooling and dust collecting, the cooling treatment cools the gas generated during the firing to a temperature of 150 °C to 250 °C through a heat exchanger, , It characterized in that the supply and circulation of cooling water to the end of the closed tube and the heat exchanger through the cooling tower, discloses the content of the battery firing and calcination gas treatment method.

그러나 종래의 전처리 방법의 경우 분쇄시 폭발 위험이 있으며, 전해질, 분리막, 집전체 등을 제거하는 공정이 다소 길고, 황산과 같은 용매를 사용하기 때문에 폐수처리 문제가 발생하거나, 또는 폐배터리를 일괄 소성하기 때문에 바인더, 전해액에 포함되었던 불순물이 존재할 수 있는 문제점이 있다.However, in the case of the conventional pretreatment method, there is a risk of explosion when crushing, and the process of removing electrolytes, separators, current collectors, etc. is rather long, and a solvent such as sulfuric acid is used, resulting in wastewater treatment problems, or batch burning of waste batteries. Therefore, there is a problem that impurities contained in the binder and the electrolyte may be present.

그러므로, 공정이 단축되고, 생산성이 우수한 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need to develop a pretreatment method for a lithium secondary battery regeneration process having a shortened process and excellent productivity.

대한민국 공개특허 제2012-0126946호 (2012.11.21)Republic of Korea Patent Publication No. 2012-0126946 (2012.11.21) 대한민국 등록특허 제1,830,309호 (2018.02.12)Republic of Korea Registered Patent No. 1,830,309 (2018.02.12)

본 발명은 종래의 복잡한 공정을 단축시킬 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있는 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a pre-treatment method for a lithium secondary battery regeneration process that can shorten the conventional complex process and improve productivity.

본 발명은 리튬이차전지 폐기물을 방전시키는 단계; 상기 방전된 리튬이차전지 폐기물을 파쇄하는 단계; 상기 파쇄된 파쇄물을 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄물을 소성하는 단계;를 포함하고, 상기 소성하는 단계는 제1 소성 단계, 제2 소성 단계 및 제3 소성 단계를 포함하는 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법을 제공한다.The present invention is a step of discharging a lithium secondary battery waste; Crushing the discharged lithium secondary battery waste; Crushing the crushed crushed material; And calcining the pulverized product, wherein the calcining step provides a pretreatment method for a lithium secondary battery regeneration process including a first calcination step, a second calcination step, and a third calcination step.

본 발명에 따른 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법은, 복잡한 단계의 공정 대신 소성 공정을 통하여 효율적으로 분리막, 전해질, 집전체, 전극 복합체의 분리·제거가 가능한 이점이 있다.The pretreatment method for a lithium secondary battery regeneration process according to the present invention has an advantage of efficiently separating and removing a separator, an electrolyte, a current collector, and an electrode composite through a firing process instead of a complicated step process.

또한, 본 발명에 따른 리튬이차전지 재생공정은 배치(batch)식 공정이 아닌 연속식 공정이 가능하기 때문에 배치간에 발생하는 분말 로스(loss)를 억제할 수 있고, 폐분말 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, since the lithium secondary battery regeneration process according to the present invention can be a continuous process rather than a batch process, powder loss occurring between batches can be suppressed and waste powder productivity can be improved. There is an advantage.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법의 소성 profile을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분급 후 이미지(좌: 분급된 분리막, 케이스,극판; 우: 양극활물질)이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다단 소성을 거쳐 얻은 양극활물질을 나타낸 이미지이다.
1 is a schematic diagram of a pretreatment method for a lithium secondary battery regeneration process according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a firing profile of a pretreatment method for a lithium secondary battery regeneration process according to an embodiment of the present invention.
3 is an image after classification according to an embodiment of the present invention (left: classified separator, case, electrode plate; right: positive electrode active material).
4 is an image showing a positive electrode active material obtained through multi-stage firing according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present invention, when a part “includes” a certain component, it means that the component may further include other components, not to exclude other components, unless otherwise stated.

본 발명의 한 양태는, 리튬이차전지 폐기물을 방전시키는 단계; 상기 방전된 리튬이차전지 폐기물을 파쇄하는 단계; 상기 파쇄된 파쇄물을 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄물을 소성하는 단계;를 포함하고, 상기 소성하는 단계는 제1 소성 단계, 제2 소성 단계 및 제3 소성 단계를 포함하는 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법에 관한 것이다.One aspect of the present invention, discharging the lithium secondary battery waste; Crushing the discharged lithium secondary battery waste; Crushing the crushed crushed material; And calcining the pulverized product, wherein the calcining step relates to a pretreatment method for a lithium secondary battery regeneration process including a first calcination step, a second calcination step, and a third calcination step.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 리튬이차전지 폐기물은 전해질, 분리막, 전극 복합체 및 집전체로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lithium secondary battery waste may include one or more selected from the group consisting of an electrolyte, a separator, an electrode composite, and a current collector.

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 리튬이차전지 폐기물은 폐리튬이차전지 및 리튬이차전지의 생산과정에서 발생하는 공정 스크랩(scrap) 중 1 이상을 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the lithium secondary battery waste may include at least one of scraps generated during the production process of the waste lithium secondary battery and the lithium secondary battery.

이하, 본 발명에 대하여 도 1을 참조하여 단계별로 구분하여 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described by dividing it step by step with reference to FIG. 1.

방전 단계Discharge phase

본 발명에 따른 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법은, 리튬이차전지 폐기물을 방전시키는 단계를 포함한다.The pretreatment method for a lithium secondary battery regeneration process according to the present invention includes discharging a lithium secondary battery waste.

상기 방전은, 추후 폐리튬전지의 폭발을 방지하기 위하여 수행된다.The discharge is performed in order to prevent explosion of the waste lithium battery in the future.

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 방전은 상기 리튬이차전지를 천공; 또는, 염수(NaCl) 또는 증류수를 포함하는 방전용액으로 부식시키는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the discharge perforates the lithium secondary battery; Or, it may be to corrode with a discharge solution containing brine (NaCl) or distilled water.

바람직하게는, 상기 방전은 상기 리튬이차전지를 천공기를 이용하여 구멍을 뚫고, 염수로 부식시킴으로써 이루어질 수 있다. Preferably, the discharge may be performed by drilling the lithium secondary battery by using a perforator and corroding with brine.

상기 방전용액으로 부식시키는 시간과 염수의 농도는, 리튬이차전지의 형태에 따라 수소가스 발생량과 수산화물의 침전 발생량을 최소로 감소시킬 수 있도록, 적절히 조절할 수 있다.The time to be corroded with the discharge solution and the concentration of brine can be appropriately adjusted to minimize the amount of hydrogen gas and the amount of precipitation of hydroxide depending on the type of the lithium secondary battery.

예컨대, 농도가 0.1% 내지 4.0%인 NaCl과 같은 염수로 상온에서 12시간 이하, 바람직하게는 농도가 0.3% 내지 2.0%인 염수로, 상온에서 6시간 이하, 더욱 바람직하게는 농도가 0.5% 내지 1.0%인 염수로, 상온에서 4시간 이하로 부식시켜 방전시킬 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.For example, saline, such as NaCl having a concentration of 0.1% to 4.0%, is 12 hours or less at room temperature, preferably saline having a concentration of 0.3% to 2.0%, 6 hours or less at room temperature, more preferably 0.5% to 0.5% With 1.0% brine, it can be discharged by corrosion at room temperature for 4 hours or less, but is not limited thereto.

상기 리튬이차전지 폐기물을 상기 천공 또는 염수로 부식시켜 방전하는 경우, 방전기를 이용하는 경우보다 작업자의 안전과 효율면에서 바람직하다. 방전기를 이용하는 경우 잔존하는 전압이 다소 남아있어 완전 방전까지 시간이 다소 소요될 수 있으나, 상기 천공 또는 염수로 부식시켜 방전하는 경우에는 시간의 시간의 단축이 가능하여 작업이 효율적인 이점이 있다.When the lithium secondary battery waste is discharged by corrosion with the perforation or brine, it is preferable in terms of worker safety and efficiency than using a discharge device. In the case of using a discharger, it may take some time until complete discharge because some residual voltage remains, but when discharging by erosion with the perforation or salt water, it is possible to shorten the time of the operation, thereby providing an efficient operation.

방전의 완료 정도는 시간에 따른 전압감소를 통해 확인할 수 있다.The degree of completion of the discharge can be confirmed through a decrease in voltage over time.

상기 방전 단계를 통하여 상기 리튬이차전지 내에 포함된 전해질의 대부분이 제거될 수 있다.Most of the electrolyte contained in the lithium secondary battery may be removed through the discharge step.

파쇄 단계Shredding stage

본 발명에 따른 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법은, 상기 방전된 리튬이차전지를 파쇄하는 단계를 포함한다.The pre-treatment method for a lithium secondary battery regeneration process according to the present invention includes crushing the discharged lithium secondary battery.

상기 파쇄는 파쇄기에 의해 이루어질 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.The crushing may be made by a crushing machine, but is not limited thereto.

상기 파쇄 단계를 통하여 파쇄물을 얻을 수 있다.The crushed material may be obtained through the crushing step.

상기 파쇄 단계를 통하여 얻어지는 파쇄물은 크기가 0.1cm 내지 7cm, 바람직하게는 0.3cm 내지 5cm, 더욱 바람직하게는 0.5cm 내지 3cm일 수 있으며, 이 경우 이차전지 배터리를 파쇄 및 분해하여 양극활물질을 좀 더 수월하게 회수할 수 있게 하는 이점이 있어 바람직하다.The crushed material obtained through the crushing step may have a size of 0.1 cm to 7 cm, preferably 0.3 cm to 5 cm, and more preferably 0.5 cm to 3 cm. In this case, the secondary battery battery is crushed and decomposed to further decompose the positive electrode active material. It is advantageous because it has the advantage of allowing easy recovery.

본 발명에 있어서, 상기 "파쇄물의 크기"는 파쇄물 입자의 바깥 치수 중 가장 큰 치수 값을 의미할 수 있다.In the present invention, the "size of crushed material" may mean the largest dimension value among the outer dimensions of the crushed particles.

상기 파쇄는 Shredder cutter를 이용하여 1차 파쇄하고, Cut crusher/Hammer crusher/ Roll crusher를 이용하여 2차 파쇄할 수도 있으나 이에 한정되지는 않는다.The crushing may be primary crushing using a shredder cutter, and secondary crushing using a cut crusher/hammer crusher/roll crusher, but is not limited thereto.

상기 2차 파쇄 단계를 통하여 얻어지는 파쇄물은 크기가 0.1cm 내지 3cm, 바람직하게는 0.3cm 내지 2cm, 더욱 바람직하게는 0.5cm 내지 1cm 일 수 있으며, 이 경우 파쇄된 이차전지 배터리에서 부분적으로 분리막 및 양극/음극판의 분리가 용이한 이점이 있어 바람직하다.The crushed material obtained through the second crushing step may have a size of 0.1 cm to 3 cm, preferably 0.3 cm to 2 cm, more preferably 0.5 cm to 1 cm, and in this case, a partially separated membrane and an anode in the crushed secondary battery battery / It is preferable because it has the advantage of easy separation of the cathode plate.

분쇄 단계Crushing step

상기 파쇄하는 단계에서 파쇄된 파쇄물은 분쇄 단계를 거침으로써 리튬 이차전지의 배터리케이스, 분리막, 극판, 양극물질/음극물질을 대부분 탈거하게 된다.In the crushing step, the crushed crushed material undergoes a crushing step to remove most of the battery case, separator, electrode plate, and cathode/cathode material of the lithium secondary battery.

상기 분쇄는 밀링(milling)에 의해 이루어질 수 있고, 구체적으로 상기 밀링은 기계적 밀링일 수 있다. 더욱 구체적으로, 롤밀(roll-mill), 볼밀(ball-mill), 제트 밀(jet-mill), 유성밀(planetary-mill) 및 어트리션밀(attrition-mill)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상에 의해 이루어질 수 있다. 구체적으로 전극 또는 전극 조립체의 경우 전술한 기계적 밀링을 통하여 분쇄될 수 있다.The grinding may be performed by milling, specifically, the milling may be mechanical milling. More specifically, one or more selected from the group consisting of roll-mill, ball-mill, jet-mill, planetary-mill and attrition-mill Can be made by Specifically, in the case of an electrode or an electrode assembly, it may be ground through mechanical milling described above.

상기 분쇄의 대상이 활물질 슬러리일 경우에는 필터프레스(Filter press) 또는 원심분리기를 사용하여 포함하고 있는 용매(NMP)분리하고 건조기를 통해서 잔존하는 용매를 제거 후 응집된 활물질을 기계적 밀링기로 분쇄할 수 있다. When the target of the pulverization is an active material slurry, the contained solvent (NMP) is separated using a filter press or a centrifuge and the residual solvent is removed through a dryer, and then the agglomerated active material can be crushed by a mechanical mill. have.

상기 전극 또는 전극 조립체를 파쇄함에 따라 얻어진 파쇄물 중의 활물질을 추가적으로 파쇄할 경우에는 어트리션밀이 이용될 수 있으며, 상기 어트리션밀을 이용하여 습식 분쇄할 경우 분쇄 효율을 높일 수 있다.상기 밀링은 0.1시간 내지 4.0시간, 바람직하게는 0.2시간 내지 2.0시간, 더욱 바람직하게는 0.3시간 내지 1.0시간 동안 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 다만, 상기 밀링이 상기 범위 내로 이루어지는 경우 공정시간이 단축되면서도 효율이 우수한 이점이 있어 바람직하다.When additionally crushing the active material in the crushed material obtained by crushing the electrode or the electrode assembly, an attrition mill may be used, and when wet grinding using the attrition mill, crushing efficiency may be increased. The time may be from 4.0 hours, preferably from 0.2 hours to 2.0 hours, more preferably from 0.3 hours to 1.0 hours, but is not limited thereto. However, when the milling is performed within the above range, it is preferable because the process time is shortened and the efficiency is excellent.

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 분쇄물은 크기가 0.1mm 내지 10mm, 바람직하게는 0.1mm 내지 7mm, 더욱 바람직하게는 0.1mm 내지 5mm일 수 있으며, 이 경우 분급단계에서의 양극활물질 회수 효율이 극대화될 수 있으므로 바람직하다.In another embodiment of the present invention, the pulverized product may have a size of 0.1 mm to 10 mm, preferably 0.1 mm to 7 mm, more preferably 0.1 mm to 5 mm, and in this case, recovery of the positive electrode active material in the classification step It is preferable because efficiency can be maximized.

상기 "분쇄물의 크기"는 분쇄물 입자의 바깥 치수 중 가장 큰 치수 값을 의미할 수 있다.The "size of the pulverized material" may mean the largest dimension value among the outer dimensions of the pulverized particles.

소성 단계Firing stage

본 발명에 따른 리튬이차전지의 재생공정을 위한 전처리 방법은 상기 분쇄물을 소성하는 단계를 포함하고, 상기 소성하는 단계는 제1 소성 단계, 제2 소성 단계 및 제3 소성 단계를 포함한다.The pretreatment method for the regeneration process of the lithium secondary battery according to the present invention includes the step of firing the pulverized product, and the step of firing includes a first firing step, a second firing step and a third firing step.

상기 분쇄 단계를 거친 분쇄물은 상기와 같은 다단 소성 단계를 거침으로써, 바인더, 분리막, 전해액, 음극 물질 등이 제거되고 양극 집전체와 양극 활물질이 분리될 수 있다.The pulverized product that has been subjected to the pulverizing step may be subjected to the multi-stage sintering step as described above to remove the binder, separator, electrolyte, and negative electrode material, and separate the positive electrode current collector and the positive electrode active material.

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 제1 소성 단계는 100℃ 내지 200℃의 온도에서 수행되고, 상기 제2 소성 단계는 500℃ 내지 750℃의 온도에서 수행되며, 상기 제3 소성 단계는 800℃ 내지 1,000℃의 온도에서 수행될 수 있다.In another embodiment of the invention, the first firing step is performed at a temperature of 100 °C to 200 °C, the second firing step is performed at a temperature of 500 °C to 750 °C, and the third firing step is It may be carried out at a temperature of 800 ℃ to 1,000 ℃.

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 제1 소성 단계는 0.1시간 내지 10시간 동안 수행되고, 상기 제2 소성 단계는 0.1시간 내지 10시간 동안 수행되며, 상기 제3 소성 단계는 0.1시간 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the first firing step is performed for 0.1 hours to 10 hours, the second firing step is performed for 0.1 hours to 10 hours, and the third firing step is 0.1 hours to 10 hours. Can be performed for an hour.

상기 제1 소성 단계는 바람직하게는 0.3시간 내지 5시간, 더욱 바람직하게는 0.5시간 내지 3시간 수행될 수 있으며, 바람직한 온도는 120℃ 내지 180℃, 더욱 바람직한 온도는 140℃ 내지 160℃일 수 있다.The first firing step may be performed preferably 0.3 hours to 5 hours, more preferably 0.5 hours to 3 hours, a preferred temperature may be 120°C to 180°C, and a more preferred temperature may be 140°C to 160°C. .

상기 분쇄물은 상기 제1 소성 단계를 거침으로써 바인더, 분리막, 전해액 등이 제거된다.The pulverized material is removed by a binder, a separator, an electrolyte, etc. by going through the first firing step.

상기 제2 소성 단계는 바람직하게는 0.3시간 내지 5시간, 더욱 바람직하게는 0.5시간 내지 3시간 수행될 수 있으며, 바람직한 온도는 520℃ 내지 680℃, 더욱 바람직한 온도는 550℃ 내지 650℃일 수 있다.The second firing step may be performed preferably 0.3 hours to 5 hours, more preferably 0.5 hours to 3 hours, and a preferred temperature may be 520°C to 680°C, and a more preferred temperature may be 550°C to 650°C. .

상기 분쇄물은 상기 제2 소성 단계를 거침으로써 그라파이트, 카본 블랙과 같은 탄화수소계 물질들이 제거된다.Hydrocarbon-based materials such as graphite and carbon black are removed from the pulverized product through the second firing step.

상기 제3 소성 단계를 바람직하게는 0.3시간 내지 5시간, 더욱 바람직하게는 0.5시간 내지 3시간 수행될 수 있으며, 바람직한 온도는 820℃ 내지 980℃, 더욱 바람직한 온도는 850℃ 내지 950℃일 수 있다.The third firing step may be performed preferably 0.3 hours to 5 hours, more preferably 0.5 hours to 3 hours, and a preferred temperature may be 820°C to 980°C, and a more preferred temperature may be 850°C to 950°C. .

본 발명에 따른 제3 소성 온도는 1000℃를 초과하지 않으므로 Li이 휘발되는 현상을 억제할 수 있다.Since the third firing temperature according to the present invention does not exceed 1000°C, the phenomenon of Li volatilization can be suppressed.

상기 분쇄물은 상기 제3 소성 단계를 거침으로써 양극집전체와 양극 활물질이 분리될 수 있다.The positive electrode current collector and the positive electrode active material may be separated from the pulverized product through the third firing step.

상기 제1 소성 단계, 상기 제2 소성 단계, 상기 제3 소성 단계는 에너지 효율 측면에서 상기 온도 범위의 상기 제1 소성 단계, 상기 제2 소성 단계, 상기 제3 소성 단계를 순차적으로 거치는 것이 바람직하다.It is preferable that the first firing step, the second firing step, and the third firing step sequentially pass the first firing step, the second firing step, and the third firing step of the temperature range in terms of energy efficiency. .

본 발명에 따른 소성 단계는 일괄 소성이 아니라, 제1 소성 단계, 제2 소성 단계, 제3 소성 단계를 포함하기 때문에, 일괄 소성시 분말에 음극 집전체, 양극 집전체, 케이스의 구성 성분 등에서 불순물로서 포함될 수 있는 Cu, Al, Fe 등과 같은 가 다량 존재하던 현상을 억제할 수 있고, 바인더, 전해액 등이 완전히 제거되지 않고 잔존하던 문제를 억제할 수 있는 이점이 있다.Since the firing step according to the present invention includes a first firing step, a second firing step, and a third firing step, rather than batch firing, impurities in the powder, such as the negative electrode current collector, the positive electrode current collector, the components of the case, etc. It is possible to suppress the phenomenon in which a large amount such as Cu, Al, Fe, etc., which can be included, can suppress the problem that remained without completely removing the binder, electrolyte, and the like.

또한, 기존의 전해액, 분리막, 음극 물질 등을 개별적으로 제거할 필요 없이 다단 소성공정을 통하여 단일화 함으로써 공정 시간의 단축은 물론 최종적으로 얻어지는 양극활물질 분말의 효율도 높일 수 있는 이점이 있다.In addition, there is an advantage that it is possible to shorten the process time and increase the efficiency of the finally obtained positive electrode active material powder by unifying the existing electrolytic solution, separator, cathode material, etc., without having to remove them individually through a multi-stage firing process.

본 발명에 따른 리튬이차전지의 재생공정을 위한 전처리 방법은 전해질, 분리막, 집전체, 전극 복합체 등을 제거할 때 물, 황산과 같은 용매를 사용하지 않고, 다단 소성 단계를 이용하기 때문에 폐수처리 문제의 발생도 억제할 수 있다.The pretreatment method for the regeneration process of the lithium secondary battery according to the present invention does not use a solvent such as water or sulfuric acid when removing electrolytes, separators, current collectors, electrode composites, etc., and uses a multi-stage firing step to treat wastewater. Can also be suppressed.

분급 단계Classification stage

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 분쇄된 분쇄물을 분급하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the step of classifying the pulverized pulverized product; may further include a.

상기 분급 단계를 더 포함하는 경우, 소성 단계의 소성 효율이 높아지고, 분리막 제거시 다량의 가스가 발생하는 현상을 억제할 수 있어 바람직하다.When the classification step is further included, the firing efficiency of the firing step is increased, and a phenomenon in which a large amount of gas is generated when removing the separation membrane can be suppressed, which is preferable.

구체적으로 상기 분급 단계는 상기 소성 단계 이전에 수행될 수 있으며, 이 경우 분리막, 케이스, 양극/음극 집전체와 양극활물질이 우선적으로 분리되어 상기 다단 소성 단계에서 발생할 수 있는 불순물을 저감할 수 있는 이점이 있어 바람직하다.Specifically, the classification step may be performed before the firing step, in which case the separation membrane, the case, the positive electrode/cathode current collector and the positive electrode active material are preferentially separated to reduce impurities that may occur in the multi-stage firing step. This is preferred.

더욱 구체적으로, 상기 분급은 상기 분쇄된 분쇄물을 기계적인 분리 방법, 예컨대 공기 분급화 등을 이용한 비중 차이 또는 체거름 분리법에 의하여 분리막, 극판, 음극 물질, 전극 복합체, 집전체와 양극활물질을 분리할 수 있다.More specifically, the classification separates the separator, the electrode plate, the negative electrode material, the electrode composite, the current collector and the positive electrode active material by a mechanical separation method using a mechanical separation method, such as air classification, or the separation of the sieve. can do.

필요에 따라 상기 분급하는 단계는 상기 파쇄된 파쇄물을 분리하는 단계와 연속적으로 수행될 수 있으며, 이 경우 예컨대 분쇄 공정 동안 분쇄된 물질을 분리할 부품들로부터 연속적으로 분리하는 밀(mill)을 이용하여 수행될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.If necessary, the classification may be performed continuously with the step of separating the crushed crushed material, in this case, for example, by using a mill continuously separating the crushed material from parts to be separated during the crushing process. It may be performed, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 분급하는 단계는 공기 비중분리 단계를 포함하는 제1 분급 단계; 및 체거름 분리 단계를 포함하는 제2 분급 단계;를 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the classifying step includes a first classifying step comprising an air specific gravity separation step; And a second classification step including a sieve separation step.

구체적으로, 상기 제2 분급 단계는 체거름(sieving)분리 하는 단계일 수 있다. 상기 분쇄물을 체거름하는 경우 체의 메쉬는 50 내지 500, 바람직하게는 100 내지 400, 더욱 바람직하게는 200 내지 300일 수 있다.Specifically, the second classification step may be a step of separating the sieve. When sieving the pulverized material, the mesh of the sieve may be 50 to 500, preferably 100 to 400, and more preferably 200 to 300.

분급시 상부에 걸려진 분리막, 케이스, 양극판, 음극판은 필요시에 따라 재분리할 수도 있다. 체거름하여 분급된 분말에는 대부분이 양극활물질이지만, 소량의 양극바인더, 바인더, 음극활물질, 양극판, 음극판이 혼재 될 수도 있다.Separation membranes, cases, anode plates, and cathode plates hung on the top during classification may be re-separated if necessary. Most of the powder classified by sieving is a positive electrode active material, but a small amount of a positive electrode binder, a binder, a negative electrode active material, a positive electrode plate, and a negative electrode plate may be mixed.

구체적으로, 상기 분급하는 단계는 분리막, 케이스, 극판과 전극물질을 분리하는 제1 분급 단계와 케이스, 극판, 집전체, 분리막을 분리하는 제2 분급 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제2 분급 단계는 후술할 자력 선별 단계 이후에 수행될 수도 있으나 이에 한정되지는 않는다.Specifically, the classifying step may include a first classifying step of separating the separator, the case, the electrode plate and the electrode material, and a second classifying step of separating the case, the electrode plate, the current collector, and the separator, and the second classifying step. May be performed after the magnetic force selection step, which will be described later, but is not limited thereto.

상기 분급 단계가 상기 제1 분급 단계 및 상기 제2 분급 단계를 포함하는 경우 양극활물질의 회수 효율이 높아지는 이점이 있어 바람직하다.When the classifying step includes the first classifying step and the second classifying step, it is preferable because there is an advantage in that the recovery efficiency of the positive electrode active material is increased.

자력선별 단계Magnetic selection stage

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 리튬이차전지 폐기물이 SUS를 포함하고, 상기 분급된 파쇄물을 자력선별(magnetic separation)하여 상기 SUS를 제거하는 자력선별 단계;를 더 포함할 수 있다. In yet another embodiment of the present invention, the lithium secondary battery waste includes SUS, and a magnetic separation step of removing the SUS by magnetic separation (magnetic separation) of the classified debris; may further include a.

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 자력선별 단계의 자석세기는 500 가우스 내지 30,000 가우스, 바람직하게는 1,000 가우스 내지 20,000 가우스, 더욱 바람직하게는 5,000 가우스 내지 15,000 가우스일 수 있다. 상기 자석세기가 상기 범위 내인 경우 SUS 제거가 효과적이므로 바람직하다.In another embodiment of the present invention, the magnet strength of the magnetic separation step may be 500 Gauss to 30,000 Gauss, preferably 1,000 Gauss to 20,000 Gauss, and more preferably 5,000 Gauss to 15,000 Gauss. When the magnet strength is within the above range, removal of SUS is effective and is preferable.

자력선별은 연속식으로 SUS를 제거할 수 있으나 이 방법으로 한정되지 않는다. 구체적으로 본 발명에 있어서, 상기 자력선별 단계는 연속식 공정일 수 있다.Magnetic sorting can remove the SUS in a continuous manner, but is not limited to this method. Specifically, in the present invention, the magnetic force selection step may be a continuous process.

구체적으로, 상기 리튬이차전지 폐기물이 스테인레스 스틸(SUS)을 추가로 포함할 경우 자력선별(magnetic separation)에 의해 SUS를 제거할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.Specifically, when the lithium secondary battery waste further includes stainless steel (SUS), the SUS can be removed by magnetic separation, but is not limited thereto.

상기 자력선별은 상기 1차 분급된 분쇄물을 자력선별하여 SUS를 제거할 수도 있고, 2차 분급 후 자력선별하여 SUS를 제거할 수도 있다. 바람직하게는, 2차 분급 후 자력선별하는 것이 양극활물질의 손실을 줄이고 스틸(SUS)만을 효과적으로 제거할 수 있으므로 바람직하다. The magnetic separation may remove the SUS by magnetically separating the primary classified pulverized material, or remove the SUS by magnetically separating after the secondary classification. Preferably, magnetic separation after the second classification is preferable because it reduces loss of the positive electrode active material and can effectively remove only steel (SUS).

본 발명에 따른 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법은, 기존의 복잡한 공정 대신 다단 소성공정만으로도 효율적으로 양극활물질 분말을 얻을 수 있는 이점이 있다. 또한, 배치식이 아닌 연속식 공정이 가능하며, 배치 간에 발생하는 분말 로스를 억제할 수 있는 이점이 있으며, 황산과 같은 유해한 용매를 사용하지 않기 때문에 폐수처리에 따라 발생하는 문제를 억제할 수 있다.The pre-treatment method for a lithium secondary battery regeneration process according to the present invention has an advantage of efficiently obtaining a positive electrode active material powder by using only a multi-stage firing process instead of a conventional complicated process. In addition, it is possible to perform a continuous process rather than a batch type, and has an advantage of suppressing powder loss occurring between batches, and since no harmful solvent such as sulfuric acid is used, it is possible to suppress a problem caused by wastewater treatment.

이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지는 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, examples will be described in detail to specifically describe the present specification. However, the embodiments according to the present specification may be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not interpreted to be limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more fully describe the present specification to those skilled in the art.

본 발명에 따른 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법을 수행하되, 이때 제1 소성 단계, 제2 소성 단계 및 제3 소성 단계에 따른 다단 소성의 profile을 도 2에 나타내었으며, 이렇게 진행한 실시예와 기존 공정에 따른 비교예를 비교하여 하기 표 1에 나타내었다.The pretreatment method for the lithium secondary battery regeneration process according to the present invention is performed, wherein the profile of the multi-stage firing according to the first firing step, the second firing step and the third firing step is shown in FIG. It is shown in Table 1 below by comparing the comparative examples according to the existing process.

한편, 도 3은 전처리 과정 중, 분급 후 이미지(좌: 분급된 분리막, 케이스, 극판, 우: 양극활물질)이고, 도 4는 다단 소성이 완료된 후의 양극활물질 이미지이다.Meanwhile, FIG. 3 is a post-classification image (left: classified separator, case, electrode plate, right: positive electrode active material) during the pretreatment process, and FIG. 4 is a positive electrode active material image after multi-stage firing is completed.

비교예
(기존 공정)
Comparative example
(Existing process)
실시예
(다단소성)
Example
(Multistage plasticity)
시간time 24 시간 이상More than 24 hours 12시간 이하12 hours or less 공정fair 전해질/분리막/박리공정 등 3개이상
음극재는 별도분리無
3 or more such as electrolyte/separator/peeling process
Cathode materials are not separated
전해질/분리막 150℃
음극재 : 700℃
박리 : 900℃
Electrolyte/Separator 150℃
Cathode material: 700℃
Peeling: 900℃
공정 수Process number 3개 공정 이상More than 3 processes 1개 공정1 process 침출후 잔존 메탈Metal remaining after leaching Cu : 11.2 mg/L
Al : 734 mg/L
Fe : 22.9 mg/L
Cu: 11.2 mg/L
Al: 734 mg/L
Fe: 22.9 mg/L
Cu : 16.3 mg/L
Al : 521 mg/L
Fe : < 0.1 mg/L
Cu: 16.3 mg/L
Al: 521 mg/L
Fe: <0.1 mg/L

상기 표 1을 보면 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법은, 다단 소성공정에 해당되는 기존 공정시간의 단축이 가능하고, 전해질/분리막/박리 공정 등 3개 이상의 공정을 다단소성의 1개의 공정으로 저감할 수 있어, 생산성 및 효율이 우수한 것을 알 수 있다.As can be seen by looking at Table 1, the pretreatment method for the lithium secondary battery regeneration process according to the present invention can shorten the existing process time corresponding to the multi-stage firing process, and three or more processes such as electrolyte/separation membrane/peeling process. Can be reduced in one step of multi-stage firing, and it can be seen that the productivity and efficiency are excellent.

또한, 소성한 폐양극활물질 분말을 2M H2SO4, 5vol% H2O2 용액에 녹여 ICP 분석을 통하여 침출 후 Ni, Co, Mn 이외의 잔존 메탈(Cu, Al, Fe)을 비교할 때, 기존 공정 대비 동등 이상의 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.In addition, the calcined waste cathode active material powder is 2M H 2 SO 4 , 5vol% H 2 O 2 When dissolved in the solution and leached through ICP analysis, when comparing the remaining metals (Cu, Al, Fe) other than Ni, Co, Mn, it can be seen that it exhibits an effect equal to or greater than that of the existing process.

Claims (11)

리튬이차전지 폐기물을 방전시키는 단계;
상기 방전된 리튬이차전지 폐기물을 파쇄하는 단계;
상기 파쇄된 파쇄물을 분쇄하는 단계; 및
상기 분쇄물을 소성하는 단계;
를 포함하고,
상기 소성하는 단계는 제1 소성 단계, 제2 소성 단계 및 제3 소성 단계를 포함하는,
리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법.
Discharging the lithium secondary battery waste;
Crushing the discharged lithium secondary battery waste;
Crushing the crushed crushed material; And
Calcining the pulverized material;
Including,
The firing step includes a first firing step, a second firing step and a third firing step,
Pre-treatment method for lithium secondary battery recycling process.
제1항에 있어서,
상기 제1 소성 단계는 100℃ 내지 200℃의 온도에서 수행되고,
상기 제2 소성 단계는 500℃ 내지 750℃의 온도에서 수행되며,
상기 제3 소성 단계는 800℃ 내지 1,000℃의 온도에서 수행되는 것인,
리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법.
According to claim 1,
The first firing step is carried out at a temperature of 100 ℃ to 200 ℃,
The second firing step is carried out at a temperature of 500 ℃ to 750 ℃,
The third firing step is carried out at a temperature of 800 ℃ to 1,000 ℃,
Pre-treatment method for lithium secondary battery recycling process.
제2항에 있어서,
상기 제1 소성 단계는 0.1시간 내지 10시간 동안 수행되고,
상기 제2 소성 단계는 0.1시간 내지 10시간 동안 수행되며,
상기 제3 소성 단계는 0.1시간 내지 10시간 동안 수행되는 것인,
리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법.
According to claim 2,
The first firing step is performed for 0.1 to 10 hours,
The second firing step is performed for 0.1 to 10 hours,
The third firing step is performed for 0.1 to 10 hours,
Pre-treatment method for lithium secondary battery recycling process.
제1항에 있어서,
상기 분쇄된 분쇄물을 분급하는 단계;를 더 포함하는 것인 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법.
According to claim 1,
Classifying the pulverized pulverized material; a pretreatment method for a lithium secondary battery recycling process further comprising a.
제1항에 있어서,
상기 분쇄물은 크기가 0.1mm 내지 10mm 로 분쇄된 것인 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법.
According to claim 1,
The pulverized product is a pre-treatment method for a lithium secondary battery regeneration process that is crushed to a size of 0.1 mm to 10 mm.
제1항에 있어서,
상기 리튬이차전지 폐기물은 전해질, 분리막, 전극 복합체 및 집전체로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 것인 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법.
According to claim 1,
The lithium secondary battery waste is a pretreatment method for a lithium secondary battery regeneration process comprising at least one selected from the group consisting of an electrolyte, a separator, an electrode composite, and a current collector.
제1항에 있어서,
상기 리튬이차전지 폐기물은 폐리튬이차전지 및 리튬이차전지의 생산과정에서 발생하는 공정 스크랩(scrap) 중 1 이상을 포함하는 것인 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법.
According to claim 1,
The lithium secondary battery waste is a pre-treatment method for a lithium secondary battery recycling process that includes at least one of the process scrap (scrap) generated in the production process of the waste lithium secondary battery and lithium secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 방전은 상기 리튬이차전지를 천공; 또는,
염수(NaCl) 또는 증류수를 포함하는 방전 용액으로 부식시키는 것인 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법.
According to claim 1,
The discharge perforates the lithium secondary battery; or,
A pretreatment method for a lithium secondary battery regeneration process that is corroded with a discharge solution containing brine (NaCl) or distilled water.
제4항에 있어서,
상기 분급하는 단계는 공기 비중 분리 단계를 포함하는 제1 분급 단계; 및 체거름 분리 단계를 포함하는 제2 분급 단계;를 포함하는 것인 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법.
According to claim 4,
The classifying step includes a first classifying step including an air specific gravity separation step; And a second classification step including a sieve separation step.
제1항에 있어서,
상기 리튬이차전지 폐기물은 SUS를 포함하고,
상기 분급된 파쇄물을 자력선별(magnetic separation)하여 상기 SUS를 제거하는 자력선별 단계;를 더 포함하는 것인 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법.
According to claim 1,
The lithium secondary battery waste contains SUS,
A pre-treatment method for a lithium secondary battery regeneration process further comprising; a magnetic separation step of removing the SUS by magnetic separation of the classified crushed material.
제10항에 있어서,
상기 자력선별 단계의 자석의 세기는 500 내지 30,000 가우스인 것인 리튬이차전지 재생공정을 위한 전처리 방법.
The method of claim 10,
The magnet strength of the magnetic separation step is 500 to 30,000 Gauss, the pre-treatment method for the lithium secondary battery regeneration process.
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