KR20210124305A - 고체 금속 리튬을 포함하는 전기 배터리로부터 리튬을 추출하는 방법 - Google Patents

고체 금속 리튬을 포함하는 전기 배터리로부터 리튬을 추출하는 방법 Download PDF

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KR20210124305A
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Abstract

본 발명은 리튬-금속-고분자 배터리와 같은 고체 금속 리튬을 포함하는 전기 배터리의 하나 이상의 전지의 어셈블리로부터 리튬을 추출하는 방법(300)에 관한 것으로, 상기 방법(300)은 하기 단계를 포함하는 추출 단계(306)를 포함한다:
- 하나 이상의 음극 또는 전극들이 연장되는 상기 어셈블리의 제1 가장자리는 상기 제1 가장자리 반대편에 있고(112), 하나 이상의 양극 또는 전극들이 연장되는 상기 어셈블리의 제2 가장자리 아래에 위치되는 방향으로 상기 어셈블리를 위치시키는(308) 단계; 및
- 상기 고체 금속 리튬의 용융 온도 이상인, 처리 온도라 불리는 온도로 상기 어셈블리를 가열하는 단계(310).
또한 이러한 방법을 구현하는 설비와 관련이 있다.

Description

고체 금속 리튬을 포함하는 전기 배터리로부터 리튬을 추출하는 방법
본 발명은 고체 금속 리튬을 포함하는 배터리로부터 리튬을 추출하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 분야는 고체 금속 리튬을 기반으로 하는 배터리들, 특히 리튬-금속-고분자 배터리들, 더욱 더 구체적으로 이러한 배터리들의 재활용 분야이다.
고체 금속 리튬을 기반으로 하는 배터리들, 예를 들어 리튬-금속-고분자(LMP®) 배터리들이 알려져 있다. 이러한 배터리들은 예를 들어 전기 자동차(vehicle) 또는 전기 충전소에서 점점 더 많이 사용된다. 따라서, LMP® 배터리들의 수는 몇 년 동안 지속적으로 증가하고 있다.
LMP® 배터리들의 수명은 무한하지 않으며 이러한 배터리들을 재활용해야 한다. 이제, 수명이 다한 후에도, LMP® 배터리는 여전히 다른 배터리 또는 다른 분야에서 재사용할 수 있는 고체 금속 리튬으로 구성되어 있으며, 그 가치는 그다지 중요하지 않다.
그러나, 현재로서는 배터리로부터 고체 금속 리튬을 만족스럽게 회수하는 것을 가능하게 하는 기술이 없다.
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 극복하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 하나 이상의 전기 에너지 저장 전지(cell)의 어셈블리(assembly)로부터 고체 금속 리튬을 회수하는 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 간단한 방식으로, 하나 이상의 전기 에너지 저장 전지의 어셈블리로부터 고체 금속 리튬을 회수하는 방법을 제안하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 재활용 중에 잠재적인 단락(short-circuit)의 영향을 제한하고 관리하는 동안 효율적인 방식으로, 하나 이상의 전기 에너지 저장 전지의 어셈블리로부터 고체 금속 리튬을 회수하는 방법을 제안하는 것이다.
본 발명에서 제안하는 첫 번째 솔루션
첫 번째 해결책에 따르면, 본 발명은 리튬-금속-고분자 배터리와 같은 고체 금속 리튬을 포함하는 하나 이상의 전기 배터리의 전지의 어셈블리로부터 리튬을 추출하는 방법에 의해 이들 목적 중 적어도 하나를 달성하는 것을 가능하게 하고, 상기 방법은 다음 단계를 추출 단계(phase)를 포함한다:
- 하나 이상의 음극 또는 전극들(electrodes)이 연장되는 상기 어셈블리의 제1 가장자리는 상기 제1 가장자리(edge) 반대편에 있고, 하나 이상의 양극 또는 전극들이 연장되는 상기 어셈블리의 제2 가장자리(edge) 아래에 위치되는 방향으로 상기 어셈블리를 위치시키는 단계.
- 상기 고체 금속 리튬의 용융 온도 이상인, 처리 온도라 불리는 온도로 상기 어셈블리를 가열하는 단계(310).
본 발명에 따른 방법은 상기 배터리를 구성하는 전지들을 개별적으로 또는 함께 처리함으로써, 고체 리튬을 포함하는 배터리로부터 리튬을 회수하는 것을 제안한다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 고체 금속 리튬의 용융 온도보다 높은 처리 온도로 상기 전지(들)의 어셈블리를 가열함으로써, 리튬이 액체 상태에 있는 하나 이상의 전지의 어셈블리로부터 금속 리튬, 바람직하게는 고체를 회수하는 것을 제안한다. 일단 용융되면, 금속 리튬은 중력의 영향으로, 전체 또는 부분적으로, 각 전지에서 자연적으로 배출된다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 고체 금속 리튬의 간단하고 복잡하지 않은 회수를 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 음극이 연장되는 제1 가장자리가 제1 가장자리의 반대편에 있고, 양극이 연장되는 제2 가장자리의 높이(level) 아래에 위치하도록 각 전지에 대한 특정 배향을 제안하고, 후자(latter)는 최소 기울기를 갖는다. 각 전지의 이러한 배향은 한편으로는 중력에 의해 전지 밖으로 용융된 리튬의 흐름을 용이하게 하고, 다른 한편으로는 용융된 리튬과 양극 또는 양극의 집전 장치 사이의 접촉을 피할 수 있게 하고, 이러한 접촉은 전기적 단락 또는 전기 아크(electric arc)를 일으킬 수 있고, 이러한 단락(short-circuit)은 화재를 일으킬 수 있다.
본 출원에서, "전기 에너지 저장 전지(electrical energy storage cell)"는 적어도 다음을 포함하는 어셈블리를 의미한다:
- 고체 금속 리튬 층에 의해 형성되거나, 이를 포함하는 음극;
- 양극,
- 양극과 음극 사이에 배열된, 특히 리튬 염을 포함하는 고체 전해질, 및
- 양극 측면(side)의 집전 장치.
본 출원에서, "고체 금속 리튬(solid metallic lithium)"은 다음을 포함할 수 있다:
- 순수 금속 리튬; 또는
- 하나 이상의 금속성 리튬 합금의 조합; 또는
- 순수한 금속 리튬과 하나 이상의 금속 리튬 합금의 조합.
"고체 금속 리튬"이 상이한 용융 온도를 갖는, 상기 나타낸 것과 같은, 상이한 형태의 리튬의 조합을 포함하는 경우, 그 다음 가열 단계는 전지(들)의 어셈블리를 다음의 처리 온도 이상으로 가열하는 단계를 수행한다:
- 상기 상이한 용융 온도 중 가장 낮은 온도; 및
- 우선적으로, 상기 상이한 용융 온도 중 가장 높은 온도.
비-제한적인 실시예에 따르면, 처리 온도는 180.5℃ 이상이다.
일 구체 실시예에 따르면, 처리 온도는 최대 온도, 예를 들어 300℃ 이하이다.
어셈블리는 하나의 단일 또는 유일한 전지를 포함할 수 있다.
어셈블리는 어셈블리 방향으로, 조립되거나, 특히 적층된 여러 전지를 포함할 수 있다. 어셈블리 방향은 각 전지에 의해 형성된 평면에 수직일 수 있다.
특히, 어셈블리는 전지들이 직렬로 연결된 배터리에 해당할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 위치 결정 단계는 제1 가장자리가 아래쪽으로 위치되는 전지(들)의 어셈블리의 수직 위치 설정을 수행할 수 있다.
따라서, 각 전지의 용융된 리튬의 중력 흐름이 개선된다.
또한, 용융된 리튬과 양극 또는 전극들 사이의 접촉의 위험이 감소하거나 0이다.
바람직하게는, 전지(들)의 어셈블리를 가열하는 단계는 불활성 기체 하에 수행될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 사고의 위험, 특히, 화재 위험을 감소시킨다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 리튬을 추출하는 동안 원치 않거나 제어되지 않는 물리-화학적 반응에 의해 생성될 수 있는 오염 화합물의 형성을 방지할 수 있다.
비-제한적인 예에 따르면, 불활성 가스는 다음 가스 중 어느 하나일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다: 헬륨(He, helium), 네온(Ne, neon), 아르곤(Ar, argon), 크립톤(Kr, krypton), 크세논(Xe, xenon) 및 라돈(Rn, radon).
다른 실시 예에 따르면, 전지(들)의 어셈블리를 가열하는 단계는 진공 하에 수행될 수 있다.
특히 유리한 특성에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 추출 단계 전에, 전지(들)의 어셈블리의 전기 충전 단계를 또한 포함할 수 있으며, 상기 추출 단계는 상기 충전된 어셈블리에 적용된다.
전지 또는 전지들을 전기적으로 충전하고, 전기적으로 충전된 전지 상에서 추출 단계를 수행한다는 사실은 리튬 추출 수율(yield)을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 실제로, 회수 가능한 리튬의 양이 증가되도록 허용하는 전지의 전기적 충전은 리튬 이온을 음극으로 이동시키는 것을 가능하게 한다.
각 전지는 개별적으로, 또는 전지(들)의 어셈블리의 전기 충전에 의해 충전될 수 있다.
특히 유리한 실시양태에 따르면, 추출 단계는 전지(들)의 어셈블리를 압축하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
따라서, 용융된 리튬이 각 전지 밖으로 강제로 배출되어 회수되는 리튬의 양이 증가한다.
압축 단계는 추출 단계 전반에 걸쳐 연속적으로 수행될 수 있다. 이 경우, 각 전지는 추출 단계의 전체 기간 동안, 부분적으로 또는 전체적으로, 압축을 받는다.
대안적으로, 압축 단계는 추출 단계 동안, 별도로, 한 번 또는 여러 번, 수행될 수 있다. 이 경우, 추출 단계는 전지(들)의 어셈블리가 압축되지 않는 순간을 포함한다.
유리하게, 압축 단계는 제2 가장자리부터 제1 가장자리로 상기 어셈블리의 표면을 쓸어냄으로써(sweeping) 전지(들)의 어셈블리의 표면에 압축을 가할 수 있다. 따라서, 용융된 리튬은 하나 이상의 음극 또는 전극들이 연장되는 제1 가장자리를 향해 점진적으로 운반/유도되며, 이는 회수된 리튬의 양을 증가시키고 리튬과 양극 또는 전극들 사이의 접촉 위험을 감소시킨다.
예를 들어, 압축 단계는 2개의 롤러 사이에 전지(들)의 어셈블리를 통과시켜 수행할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 압축 단계는 베어링(bearing) 표면 가까이(against) 전지(들)의 어셈블리를 압축하는 압축 롤러에 의해 수행될 수 있다.
압축은 연속적인 통과(pass)에 의해 적용될 수 있으며, 각 통과는 제2 가장자리에서 시작하여 제1 가장자리로, 전지(들)의 어셈블리의 표면을 쓸어낸다.
압축 롤러들 사이, 각각 압축 롤러와 베어링 표면 사이의 격차(gap)는 전지(들)의 어셈블리의 두께에서 고체 금속 리튬 층 또는 층들의 두께를 뺀 값에 해당할 수 있다. 이것은 고체 리튬이 전지(들) 어셈블리에 남아 있는 동안, 압축을 적용하는 것을 가능하게 한다.
2개의 압축 롤러들 사이, 또는 각각 압축 롤러와 베어링 표면 사이의 격차는 연속적인 통과로 감소될 수 있으므로, 여전히 전지(들)의 어셈블리에 압축을 적용할 수 있다.
압축 롤러들, 압축 롤러의 각각 사이의 통과 속도, 및 보다 일반적으로 쓸어내는(sweeping) 속도는 초당 수 mm 및 수십 mm로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 추출 단계 전에, 하나 이상의 전지로부터 "크림프 커넥터(crimp connector)"로도 알려진, 하나 이상의 전기 커넥터를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
이것은 전지(들)의 어셈블리의 처리를 용이하게 하는 것을 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 추출 단계 전에, 적어도 하나, 특히 각각의, 전지(들)의 어셈블리의 가장자리의 높이(level)에서 과잉 물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
동일한 발명의 또 다른 측면에 따르면, 리튬-금속-고분자 배터리와 같은 고체 금속 리튬을 포함하는 전기 배터리의 하나 이상의 전지의 어셈블리로부터 리튬을 추출하기 위한 설비가 제안되고, 상기 설비는 다음을 포함한다:
- 하나 이상의 음극(들)이 연장되는 상기 어셈블리의 제1 가장자리가 상기 제1 가장자리 반대편에 있고, 하나 이상의 양극 또는 전극들이 연장되는 상기 어셈블리의 제2 가장자리 아래에 위치되는 방향으로 상기 어셈블리를 위치시키기 위한 수단; 및
- 상기 어셈블리를 상기 고체 금속 리튬의 용융 온도 이상의 처리 온도로 가열하도록 구성되는 가열 수단.
일반적으로, 설비는 간략함을 위해 여기에서 상세하게 설명하지 않는, 상기 설명된 특성들 중 하나 이상의 임의의 조합을 구현하도록 구성된 수단을 포함한다.
특히, 가열 수단은 오븐을 포함할 수 있다.
유리하게, 오븐은 불활성 기체로 채워지거나, 진공 하에 놓일 수 있다.
본 발명에 따른 설비는 전지(들)의 어셈블리를 압축하기 위한 수단을 또한 포함할 수 있다.
압축 수단은 하나 이상의 롤러를 포함할 수 있다.
특히, 압축 수단은 베어링 표면 가까이 전지(들)의 어셈블리를 압축하는 단일 롤러를 포함할 수 있다. 베어링 표면은 전지(들)의 어셈블리의 온도 상승을 가속화하기 위해 가열할 수 있다.
대안적으로, 압축 수단은 전지(들)의 어셈블리가 통과하는 사이에 2개의 롤러(two rollers between which the assembly of cell(s) is passed)를 포함할 수 있다.
일반적으로, 압축 수단은 추출 단계에 걸쳐 연속 압축을 적용하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 압축 수단은 추출 단계 동안, 한 번 또는 여러 번 시간이 지남에 따라 불연속적으로 압축을 적용하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 추출 단계는 전지(들)의 어셈블리가 압축되지 않는 순간을 포함한다.
유리하게, 압축 단계는 일정하거나 가변적인 값으로 압축을 적용하도록 구성될 수 있으며, 점진적으로 또는 전지(들)의 어셈블리의 표면을 쓸어냄으로써 제2 가장자리에서 제1 가장자리로 이동할 수 있다. 따라서, 용융된 리튬은 낮은 위치에 위치한 제1 가장자리를 향해 점진적으로 이송/유도되며, 이는 회수된 리튬의 양을 증가시키고 리튬과 양극 또는 전극들 사이의 접촉 위험을 감소시킨다.
하나 또는 두 개의 압축 롤러를 사용하는 경우, 연속적인 통과를 통해 전지의 어셈블리에 압축을 가할 수 있다. 각각의 통과는 제2 가장자리에서 제1 가장자리로 전지의 어셈블리의 표면을 쓸어냄으로서 압축을 적용한다. 각각의 통과가 끝날 때, 롤러를 빼거나 베어링 표면에서 롤러를 빼내어, 압축을 중지하고 새로운 통과를 시작하기 위해 제2 가장자리로 돌아갈 수 있다.
롤러들 사이, 압축 롤러와 베어링 표면 각각 사이의 거리는 연속적인 통과, 특히 두 개의 연속적인 통과 사이에서 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 전지(들)의 여러 어셈블리들, 특히 배터리 팩을 형성하는 전지들의 여러 어셈블리들을 처리하도록 구현될 수 있고, 상기 배터리 팩 내에서 병렬로 함께 연결될 수 있다.
두 개 이상의 전지(들)의 어셈블리들이 중첩 없이, 예를 들어 제1 가장자리에 평행한 방향으로 나란히 정렬될 수 있다.
이 경우, 압축은 하나 및 동일한 압축 수단, 즉 롤러 세트, 또는 베어링 표면과 협력하는 하나의 롤러에 의해 두 개 이상의 전지(들)의 어셈블리들에 적용될 수 있다.
본 발명에서 제안하는 두 번째 솔루션
두 번째 솔루션에 따르면, 본 발명은 리튬-금속-고분자 배터리와 같은 고체 금속 리튬을 포함하는 전기 배터리의 하나 이상의 전지의 어셈블리로부터 리튬을 추출하는 방법에 의해 이들 목적 중 하나 이상을 달성하는 것을 가능하게 하며, 상기 방법은 다음 단계를 포함하는 추출 단계를 포함한다:
- 하나 이상의 음극이 연장되는 상기 어셈블리의 제1 가장자리는 상기 제1 가장자리 반대편에 있고, 하나 이상의 양극 또는 전극들이 연장되는 상기 어셈블리의 제2 가장자리 위에 위치되는 방향으로 상기 어셈블리를 위치시키는 단계.
- 액체 리튬보다 밀도가 높고 전기적으로 절연된 액체에 전지(들)의 어셈블리를 담그는 단계; 및
- 상기 어셈블리를 상기 고체 금속 리튬의 용융 온도 이상인, 처리 온도라 불리는 온도로 가열하는 단계.
본 발명에 따른 방법은 상기 배터리를 구성하는 전지를 개별적으로 또는 함께 처리함으로써, 리튬을 포함하는 배터리로부터 리튬을 회수하는 것을 제안한다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 상기 전지(들)의 어셈블리를 고체 금속 리튬의 용융 온도이상의 처리 온도로 가열함으로써, 리튬이 액체 상태로 된 하나 이상의 전지의 어셈블리로부터 금속성 리튬을 회수하는 것을 제안한다. 일단 용융되면, 금속 리튬은 밀도 차이의 영향으로 각 전지에서 자연적으로 배출된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 고체 금속 리튬의 간단하고 복잡하지 않은 회수를 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 음극이 연장되는 제1 가장자리가 제1 가장자리의 반대편에 있고, 양극이 연장되는 제2 가장자리의 높이 위에 위치하도록 각 전지에 대한 특정 배향을 제안하고, 후자는 최소 기울기를 갖는다. 각 전지의 이러한 배향은 한편으로는 밀도의 차이에 의해 전지 밖으로 용융된 리튬의 흐름을 용이하게 하고, 다른 한편으로는 용융된 리튬과 양극 또는 양극의 집전 장치 사이의 접촉을 피할 수 있게 하고, 이러한 접촉은 전기적 단락을 일으킬 수 있고, 이러한 단락(short-circuit)은 화재를 일으킬 수 있다. 또한, 액체에 전지(들)의 어셈블리를 담그면 특히 단락(short-circuit) 동안, 전지로부터의 칼로리의 소산을 개선할 수 있으므로, 그 효과를 크게 제한할 수 있다.
본 출원에서, "전기 에너지 저장 전지(electrical energy storage cell)"는 적어도 다음을 포함하는 어셈블리를 의미한다:
- 고체 금속 리튬 층에 의해 형성되거나 이를 포함하는 음극;
- 양극,
- 양극과 음극 사이에 배열된, 특히 리튬 염을 포함하는 고체 전해질, 및
- 양극 측면의 집전 장치.
본 출원에서, "밀도(density)"는 해당 액체의 질량 밀도와 물의 질량 밀도 사이의 비율을 의미한다.
본 출원에서, "고체 금속 리튬(solid metallic lithium)"은 다음을 포함할 수 있다:
- 순수 금속 리튬; 또는
- 하나 이상의 금속 리튬 합금의 조합; 또는
- 순수한 금속 리튬과 하나 이상의 금속 리튬 합금의 조합.
"고체 금속 리튬"이 상이한 용융 온도를 갖는, 상기 나타낸 것과 같은 상이한 형태의 리튬의 조합을 포함하는 경우, 그 다음 가열 단계는 전지(들)의 어셈블리를 다음과 같은 처리 온도 이상으로 가열하는 단계를 수행한다:
- 상기 상이한 용융 온도 중 가장 낮은 온도; 또는 우선적으로, 상기 상이한 용융 온도 중 가장 높은 온도, 또는
- 다른 온도, 예를 들어, 또는 제1 가장자리에서 제2 가장자리로 확장되는 온도 구배(gradient)를 통한 조합.
비-제한적인 실시예에 따르면, 순수 금속 리튬을 이용하는 경우, 처리 온도는 180.5℃ 이상이다.
일 구체 실시예에 따르면, 처리 온도는 최대 온도, 예를 들어 300℃ 이하이다.
어셈블리는 하나의 단일 또는 유일한 전지를 포함할 수 있다.
어셈블리는 어셈블리 방향으로, 조립되거나, 특히 적층된 여러 전지를 포함할 수 있다. 조립 방향은 각 전지에 의해 형성된 평면에 수직일 수 있다.
특히, 어셈블리는 전지들이 직렬로 연결된 배터리에 해당할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 위치 결정 단계는 제1 가장자리가 위쪽으로 위치되는 전지(들)의 어셈블리의 수직 위치 설정을 수행할 수 있다.
따라서, 밀도의 차이에 의해, 각 전지 밖으로 용융된 리튬의 흐름이 개선된다.
또한, 용융된 리튬과 양극 또는 전극들 사이의 접촉의 위험이 감소하거나 0이다.
바람직하게는, 침지 단계(immersion step)는 전지(들)의 어셈블리를 액체에 완전히 침지함으로써 수행된다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 사고의 위험, 특히 화재 위험을 감소시킨다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 특히 리튬 또는 리튬 합금만이 추출될 수 있도록 처리 온도 및 액체의 밀도를 제어함으로써, 리튬을 추출하는 동안 원치 않거나 제어되지 않는 물리-화학적 반응에 의해 생성될 수 있는 오염 화합물의 형성을 방지할 수 있다.
특히 유리한 특성에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 또한 추출 단계 전에, 전지(들)의 어셈블리의 전기 충전 단계를 포함할 수 있으며, 상기 추출 단계는 상기 충전된 어셈블리에 적용된다.
전지 또는 전지들을 전기적으로 충전하고 전기적으로 충전된 전지 상에서 추출 단계를 수행한다는 사실은 리튬 추출 수율을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 실제로, 전지의 충전은 리튬 이온을 음극으로 이동시키는 것을 가능하게 하여 회수 가능한 리튬의 양이 증가되도록 한다.
각각의 전지는 개별적으로 또는 전지(들)의 어셈블리의 전기 충전에 의해 충전될 수 있다.
특히 유리한 실시 예에 따르면, 추출 단계는 또한 전지(들)의 어셈블리를 압축하는 단계를 포함할 수 있다.
따라서, 용융된 리튬은 각각의 전지 밖으로 강제로 배출되어 회수된 리튬의 양과 공정의 속도가 증가한다.
압축 단계는 추출 단계 전반에 걸쳐 연속적으로 수행될 수 있다. 이 경우, 각 전지는 추출 단계의 전체 기간 동안 부분적으로 또는 전체적으로 압축을 받는다.
대안적으로, 압축 단계는 추출 단계 동안 한 번 또는 여러 번 별도로 수행될 수 있다. 이 경우, 추출 단계는 전지의 어셈블리가 압축되지 않는 순간을 포함한다.
유리하게, 압축 단계는 상기 어셈블리의 표면을 제2 가장자리에서 제1 가장자리로 쓸어냄으로써 전지(들)의 어셈블리의 표면에 압축을 가할 수 있다. 따라서, 용융된 리튬은 하나 이상의 음극이 연장되는 제1 가장자리를 향해 점진적으로 운반/유도되며, 이는 회수된 리튬의 양을 증가시키고 리튬과 양극 또는 전극들 사이의 접촉 위험을 감소시킨다.
예를 들어, 압축 단계는 2개의 롤러 사이에 전지(들)의 어셈블리를 통과시켜 수행할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 압축 단계는 베어링(bearing) 표면 가까이(against) 전지(들)의 어셈블리를 압축하는 압축 롤러에 의해 수행될 수 있다.
압축은 연속적인 통과에 의해 적용될 수 있으며, 각 통과는 제2 가장자리에서 시작하여 제1 가장자리로, 전지(들)의 어셈블리의 표면을 쓸어낸다.
압축 롤러들 사이, 압축 롤러와 베어링 표면 각각 사이의 격차(gap)는 전지(들)의 어셈블리의 두께에서 고체 금속 리튬 층 또는 층들의 두께를 뺀 값에 해당할 수 있다. 이렇게 하면 고체 리튬이 전지(들)의 어셈블리에 남아 있는 동안, 압축을 적용할 수 있다.
압반(platen)이라고도 하는, 두 개의 압축 롤러들 사이, 압축 롤러와 베어링 표면 각각 사이의 격차는 연속적인 통과로 감소될 수 있으므로, 여전히 전지(들)의 어셈블리에 압축을 적용할 수 있다.
압축 롤러들, 또는 압반과 협력하는 각각의 압축 롤러 사이의 통과 속도, 및 보다 일반적으로 쓸어내는(sweeping) 속도는 초당 수 mm 내지 수십 mm로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 추출 단계 전에, 하나 이상의 전지로부터 "크림프 커넥터(crimp connector)"로도 알려진, 하나 이상의 전기 커넥터를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
이것은 전지(들)의 어셈블리의 처리를 용이하게 하는 것을 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 방법은 추출 단계 전에, 적어도 하나, 특히 각각의, 전지(들)의 어셈블리의 가장자리의 수준에서 과잉 물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
동일한 발명의 또 다른 측면에 따르면, 리튬-금속-고분자 배터리와 같은 고체 금속 리튬을 포함하는 하나 이상의 전기 배터리 전지의 어셈블리로부터 리튬의 추출을 위한 설비가 제안되고, 상기 설비는 다음을 포함한다:
- 하나 이상의 음극 또는 전극들이 연장되는 상기 어셈블리의 제1 가장자리가 상기 제1 가장자리 반대편에 있고, 하나 이상의 양극 또는 전극들이 연장되는 상기 어셈블리의 제2 가장자리 위에 위치하는 방향으로 상기 어셈블리를 위치시키기 위한 수단;
- 액체 리튬보다 밀도가 높고 전기적으로 절연된 액체로 채워진 오븐; 및
- 상기 어셈블리를 상기 고체 금속 리튬의 용융 온도 이상의 처리 온도로 가열하도록 구성된 가열 수단.
일반적으로, 설비는 간략함을 위해 여기에서 상세하게 설명하지 않는, 위에서 설명된 특성들 중 하나 이상의 임의의 조합을 구현하도록 구성된 수단을 포함한다.
액체는 다음 물리-화학적 특성을 포함하는 천연 또는 합성 오일일 수 있다:
● 리튬에 대해 소수성 및 비-반응성,
● 전기 절연,
● 리튬보다 밀도가 더 크고,
● 리튬의 용융 온도, 즉 180.5℃ 이상에서 열적으로 안정함,
● 가능한 한 높은 인화점 및 자체 발화점.
본 발명에 따른 설비는 또한 전지(들)의 어셈블리를 압축하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
압축 수단은 하나 이상의 롤러를 포함할 수 있다.
특히, 압축 수단은 베어링 표면에 대해 전지(들)의 어셈블리를 압축하는 단일 롤러를 포함할 수 있다. 베어링 표면을 가열하여 전지의 어셈블리의 온도 상승을 가속화할 수 있다.
대안적으로, 압축 수단은 전지(들)의 어셈블리가 통과하는 2개의 롤러를 포함할 수 있다.
일반적으로, 압축 수단은 추출 단계 전체에 걸쳐 연속 압축을 적용하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 압축 수단은 추출 단계 동안 한 번 또는 여러 번 시간이 지남에 따라 압축을 불연속적으로 적용하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 추출 단계는 전지(들)의 어셈블리가 압축되지 않는 순간을 포함한다.
유리하게, 압축 수단은 일정하거나 가변적인 값으로 압축을 적용하도록 구성될 수 있으며, 점진적으로 또는 전지(들)의 어셈블리의 표면을 쓸어냄으로써 제2 가장자리에서 제1 가장자리로 이동할 수 있다. 따라서, 용융된 리튬은 낮은 위치에 위치한 제1 가장자리를 향해 점진적으로 이송/유도되며, 이는 회수된 리튬의 양을 증가시키고 리튬과 양극 또는 전극들 사이의 접촉 위험을 감소시킨다.
하나 또는 두 개의 압축 롤러를 사용하는 경우, 연속적인 통과를 통해 전지의 어셈블리에 압축을 가할 수 있다. 각각의 통과는 제2 가장자리에서 제1 가장자리로 전지의 어셈블리의 표면을 쓸어냄으로써 압축을 적용한다. 각각의 패스가 끝날 때, 롤러를 빼거나 베어링 표면에서 롤러를 빼내어 압축을 중지하고 새로운 통과를 시작하기 위해 제2 가장자리로 돌아갈 수 있다.
롤러들 사이, 압축 롤러와 베어링 표면 각각의 사이의 거리는 연속적인 통과, 그리고 특히 두 개의 연속적인 통과 사이에서 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 전지(들)의 여러 어셈블리, 특히 배터리 팩을 형성하고 상기 배터리 팩 내에서 병렬로 함께 연결된 전지의 여러 어셈블리를 처리하도록 구현될 수 있다.
2개 이상의 전지(들)의 어셈블리가 중첩 없이, 예를 들어 제1 가장자리에 평행한 방향으로 나란히 정렬될 수 있다.
이 경우, 압축은 하나의 동일한 압축 수단, 즉 롤러 세트 또는 베어링 표면과 협력하는 하나의 롤러에 의해 두 개 이상의 전지(들)의 어셈블리에 적용될 수 있다.
[도면의 간단한 설명]
다른 이점 및 특징은 제한적이지 않은 실시예의 상세한 설명을 검토하고 첨부된 도면으로부터 명백해질 것이다:
- 도 1은 본 발명의 의미 내에서 전지의 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다;
- 도 2는 본 발명의 의미 내에서 전지들의 어셈블리의 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다;
- 도 3은 제안된 제1 솔루션에 따른, 본 발명에 따른 방법의 제1 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다;
- 도 4는 제안된 제1 솔루션에 따른, 본 발명에 따른 방법의 제2 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다; 그리고
- 도 5는 제안된 제1 솔루션에 따른, 본 발명에 따른 설비의 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다;
- 도 6은 제안된 제2 솔루션에 따른, 본 발명에 따른 방법의 제1 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다;
- 도 7은 제안된 제2 솔루션에 따른, 본 발명에 따른 방법의 제2 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다;
- 도 8은 제안된 제2 솔루션에 따른, 본 발명에 따른 설비의 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다;
이하에서 설명될 실시예들은 결코 제한적이지 않다는 것이 잘 이해된다. 본 발명의 변형은 이러한 특성의 선택이 기술적 이점을 부여하거나 선행 기술의 상태와 관련하여 본 발명을 차별화하기에 충분한 경우, 설명된 다른 특성과 별개로, 이하 설명된 특성의 선택만을 포함하는 것으로 예상할 수 있다. 이 선택은 구조적 세부 사항이 없는 적어도 하나의, 바람직하게는 기능적 특성을 포함하거나, 이 부분만으로도 기술 이점을 부여하거나 선행 기술의 상태와 관련하여 본 발명을 차별화하기에 충분한 경우 구조적 세부 사항의 일부만 포함한다.
도면에서, 여러 도면에 공통적인 요소는 동일한 참조를 유지한다.
본 출원에서, "밀도(density)"는 해당 액체의 질량 밀도와 물의 질량 밀도 사이의 비율을 의미한다.
액체는 다음의 물리-화학적 특성을 포함하는, 천연 또는 합성 오일일 수 있다:
● 리튬에 대하여 소수성 및 비-반응성,
● 전기 절연,
● 리튬보다 밀도가 더 크고,
● 리튬의 용융 온도 이상에서 열적으로 안정함, 즉, 180.5℃,
● 가능한 한 높은 인화점 및 자체 발화점.
도 1은 2개의 제안된 솔루션 중 어느 것이 구현되는지에 관계없이, 본 발명의 의미 내에서 전지의 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다.
도 1에 도시된 전지(100)는 고체 금속 리튬 층에 의해 형성되거나 이를 포함하는 음극(102)을 포함한다.
전지(100)는 또한 양극(104)을 포함한다. 양극(104)은 일반적으로 고분자 및 활성 물질을 기반으로 하는 복합물의 층에 의해 형성된다.
고체 전해질 층(106)은 음극(102)과 양극(104) 사이에 배열된다. 이 고체 전해질 층(106)은 예를 들어 리튬 염을 포함할 수 있다.
전지(100)는 또한 양극(104)의 측면에 집전 장치(108)를 포함한다. 집전 장치(108)는 일반적으로 알루미늄으로 제조된다.
통상적으로, 전지(100)의 음극(102)은 전지(100)의 제1 가장자리(110)의 측면에서 전지(100)의 다른 요소들을 넘어 연장되고, 여기서 도면의 우측; 전지(100)의 양극(104) 및/또는 컬렉터(108)(상기 컬렉터(108)는 양극(104)에 연결됨)는 제1 가장자리(110)의 반대쪽에 있는, 제2 가장자리(112)의 측면에서 전지(100)의 다른 요소 너머로 연장된다. 도시된 예에서, 컬렉터(108)만이 제2 가장자리(112) 상의 어셈블리(100) 너머로, 여기서는 도면의 좌측으로 연장된다. 다른 예에서, 연장은 양극(104)만을 포함하거나, 양극(104) 및 집전 장치(108)도 포함할 수 있다.
물론, 도 1에 도시된 전지(100)는 비-제한적인 예시에 의해 주어진 구현의 매우 단순화된 버전이다. 본 발명의 의미 내에서 전지는 표시된 것 이외의 층, 또는 그 이상의 층, 또는 그 조성이 비-제한적인 예로서 여기에 제공된 조성과 상이한 층을 포함할 수 있다.
도 2는 2개의 제안된 솔루션 중 어느 것이 구현되는지에 관계없이, 본 발명의 의미 내에서 전지(들)의 어셈블리의 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다.
도 2에 도시된 전지 어셈블리(200)는 본 발명의 의미 내에서 하나 이상의 전지를 포함한다.
특히, 전지 어셈블리(200)는 각 전지(100i)의 층의 평면에 수직인 방향(202)으로 조립된 몇 개의 동일한 전지(1001-100n)를 포함한다.
각 전지(100i)는 도 1의 전지(100)과 동일할 수 있다.
또한, i<n인 두 개의 인접한 전지(100i-100i+1) 사이에는 양극(204i) 및 이에 연결된 집전 장치(206i)가 배열된다.
제안된 첫 번째 솔루션에 따른 실시예
도 3은 제안된 제1 솔루션에 따른, 본 발명에 따른 방법의 제1 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다;
도 3에 도시된 방법(300)은 전지(들) 어셈블리의 전기 커넥터, 특히 "크림프 커넥터(crimp connectors)"로도 알려진 집전 장치가 제거되는 제1, 선택적인, 단계(302)를 포함한다.
선택적인 단계(304) 동안, 전지(들)의 어셈블리의 각 측면 가장자리의 높이(level)에서 과잉 물질(excess material), 특히 고체 금속 리튬이 제거된다.
그 다음, 방법(300)은 전지로부터 금속 리튬을 추출하는 단계(306)를 포함한다.
추출 단계(306)는 음극 또는 전극들이 연장되는 제1 가장자리가 양극 또는 전극들 및 집전 장치(collector)들이 연장되는 제2 가장자리보다 낮은 높이에 위치하는 배향으로 전지(들) 어셈블리를 위치시키는 단계(308)를 포함한다. 특히, 단계(308)는 수직 배향, 즉 중력 벡터에 평행한 전지(들)의 어셈블리를 음극 또는 전극들이 아래쪽으로 연장하는 가장자리와 함께 위치시킨다. 우선적으로, 그러나 제한적이지 않은 방식으로, 전지(들)의 어셈블리는 전체 추출 단계(306)에 걸쳐 이러한 방향으로 유지된다.
추출 단계(306)는 또한 전지(들)의 조립체에 존재하는 고체 금속 리튬의 용융 온도 이상, 예를 들어 180.5℃의 처리 온도로 전지(들)의 조립체를 가열하는 단계(310)를 포함한다. 이 온도는 고체 금속 리튬의 용융 및 중력의 영향 하에 자연 배수에 의해 각 전지로부터의 추출을 야기할 것이다. 우선적으로, 그러나 제한적이지 않은 방식으로, 전지(들)의 조립은 전체 추출 단계(306)에 걸쳐 이 온도에서 유지된다.
유리하게, 가열 단계는 불활성 기체로 채워진 폐쇄된 인클로저(enclosure)에서 수행된다.
추출 단계(306)는 또한 용융된 리튬을 각 전지 밖으로 플러싱하기 위해 전지(들)의 어셈블리를 압축하는 선택적인 단계(312)를 포함할 수 있다. 압축은 추출 단계(306)의 전체 또는 일부에 걸쳐 연속적으로 수행될 수 있다. 대안적으로, 압축 단계(312)는 추출 단계(306) 동안 여러 번 불연속적으로 반복될 수 있다. 우선적으로, 압축 단계(312)는 양극 또는 전극들이 연장되는 제2 가장자리에서 시작하여, 음극 또는 전극들이 연장되는 제1 가장자리를 향해 이동면서 점진적으로 또는 전지(들)의 어셈블리의 표면을 쓸어냄(sweeping)으로써, 압축의 적용을 수행한다.
도 4는 제안된 제1 솔루션에 따른, 본 발명에 따른 방법의 다른 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다.
도 4에 도시된 방법(400)은 도 3의 방법(300)의 모든 단계를 포함한다.
방법(400)은 또한 방법(300)의 단계 이전에, 처리된 전지(들)의 전기적 재충전을 수행하는 단계(402)를 포함한다.
각 전지는 부분적으로 또는 완전히 재충전될 수 있다.
각 전지를 전기적으로 충전한다는 사실은 전기 재충전이 전지의 음극으로 리튬 이온의 이동을 유발하기 때문에, 추출에 사용할 수 있는 리튬의 양을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
도 5는 제안된 제1 솔루션에 따른, 본 발명에 따른 설비의 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다.
도 5에 도시된 설비(500)는 본 발명에 따른 방법, 특히 도 3 및 4의 방법(300 및 400)을 구현하는데 사용될 수 있다.
설비(500)는 예를 들어 도 1의 전지(100)와 같은 고체 금속 리튬을 포함하는 배터리 전지로부터 또는 도 2의 어셈블리(200)와 같은 전지의 어셈블리로부터 리튬의 일부 또는 전부를 추출 및 회수하는 것을 가능하게 한다.
설비(500)는 불활성 가스로 채워지거나 진공 하에 배치된 오븐(502)을 포함하며, 전지에 존재하는 고체 금속 리튬의 용융 온도, 예를 들어 180.5℃ 또는 181℃ 이상의 처리 온도로 전지를 가열하도록 구성된다.
설비(500)는 제1 가장자리(110)가 제2 가장자리(112)의 높이 아래에 위치되는 수직 또는 적어도 경사진 위치에서 전지(100) 또는 전지 어셈블리(200)를 유지하기 위한 한 쌍의 조(jaw)(504)를 포함한다. 각 조(504)는 수직 레일(506) 상에 이동 가능하게 장착되어 전지 또는 전지의 어셈블리(200)를 수직으로 변위시킨다.
설비(500)는 또한 한 쌍의 롤러(508)를 포함하며, 그 사이에 전지(100) 또는 전지의 어셈블리(200)의 두께에서, 금속 리튬의 고체 층(들)의 두께를 뺀 두께에 대응하는 격차를 갖는다. 한 쌍의 롤러는 조(504)가 위쪽으로 변위될 때 전지(100), 각각 전지의 어셈블리(200)가 제2 가장자리(112)에서 시작하여 롤러(508) 사이를 통과하도록 위치된다. 따라서, 롤러는 제2 가장자리(112)로부터 시작하여 제1 가장자리(110)를 향해 이동하면서 점진적으로 전지 어셈블리(200)에 각각 전지(100)에 압축을 가한다.
설비는 또한 중력의 영향 하에 각 전지 밖으로 흐르는 용융된 금속 리튬을 회수하기 위한 리셉터클(receptacle)(510)을 포함한다. 리셉터클(510)은 리튬에 대해 불활성이어야 한다.
제안된 두 번째 솔루션에 따른 실시예
도 6은 제안된 제2 솔루션에 따른, 본 발명에 따른 방법의 비-제한적인 실시예의 도식화된 표현이다;
도 6에 도시된 방법(600)은 각각의 배터리 전지의 "크림프 커넥터"로도 알려진 전기 커넥터가 제거되는 제1, 선택적인, 단계(602)를 포함한다.
선택적 단계(604) 동안, 전지 어셈블리의 각 측면 가장자리의 높이(level)에서 과잉 물질이 제거된다.
그 다음, 방법(600)은 전지로부터 금속 리튬을 추출하는 단계(606)를 포함한다.
추출 단계(606)는 음극 또는 전극들(102)이 연장되는 제1 가장자리(110)가 양극 또는 전극들(104) 및 집전 장치들이 연장되는 제2 가장자리 보다 수직 방향으로 더 높은 높이에 위치하는 배향으로 전지(들)의 어셈블리를 위치시키는 단계(608)를 포함한다. 특히, 단계(608)는 음극 또는 전극들(102)이 위쪽으로 연장되는 가장자리를 갖는 수직 배향, 즉 중력 벡터에 평행한 전지(들)의 어셈블리를 위치시킨다. 우선적으로, 그러나 제한적이지 않은 방식으로, 전지(들)의 어셈블리는 전체 추출 단계(606)에 걸쳐 이러한 방향으로 유지된다.
추출 단계(606)는 액체(850)에 전지(들)의 어셈블리를 침지하는 단계(609)를 포함한다(도 8 참조). 예를 들어, 도 8에 도시된 실시예에서, 액체(850)는 다음의 물리-화학적 특성을 포함하는 천연 또는 합성 오일, 예를 들어 파라핀 오일이다:
● 리튬에 대하여 소수성 및 비-반응성,
● 전기 절연,
● 리튬보다 밀도가 더 크고,
● 리튬의 용융 온도, 즉, 180.5℃ 이상에서 열적으로 안정적이며,
● 가능한 한 높은 인화점 및 자체 발화점, 예를 들어, 600℃보다 높은 온도, 및 최소한 전지의 처리 온도보다 높은 온도.
침지 단계(609)는 액체(850)가 전지(들)(200)의 집합체를 완전히 덮도록 액체(850)에 전지(들)(200)의 집합체를 침지함으로써 수행된다.
이 침지 단계(609)는 전지와 액체(850) 사이의 상당한 열 교환을 촉진하는 데 특히 유리하며, 이는 전지의 과열 위험 및 단락(short-circuit) 동안 생성된 칼로리 배출을 제한하고 가열 동역학을 개선한다.
추출 단계(606)는 또한 전지(들)의 어셈블리에 존재하는 고체 금속 리튬의 용융 온도, 예를 들어 180.5℃ 이상의 처리 온도로 전지(들)의 어셈블리를 가열하는 단계(610)를 포함한다. 제시된 실시예에서, 액체(850)는 오븐에 의해 가열되고 열을 전지(들)의 어셈블리로 전달한다. 일단 리튬의 용융 온도보다 높으면, 그 온도는 고체 금속 리튬의 용융을 유발하고 중력의 영향 하에 자연 배수에 의해 각 전지로부터 이를 추출한다. 우선적으로, 그러나 제한적이지 않은 방식으로, 전지(들)의 조립은 전체 추출 단계(606)에 걸쳐 이 온도에서 유지된다. 처리 온도는 액체(850)가 분해되는 이상으로, 각각의 액체(850)에 특정한, 액체(850)의 분해 온도를 초과해서는 안 된다. 다시 말해서, 액체(850)는 임계 온도를 초과할 때 전술한 특성이 더 이상 충족되지 않도록 특성을 변경할 것이다. 이상적으로, 액체의 분해 온도는 리튬의 용융 온도와 관련하여 +40℃(및 예를 들어, +60℃와 +60℃ 사이)보다 높아야 한다.
따라서, 배터리로부터 리튬을 추출하는 방법은 음극 또는 전극들(102)이 연장되는 제1 가장자리(110)를 통해 리튬이 흐르게 함으로써 단락 전위의 영향을 제한하고 리튬과 반응하지 않는 액체에 전지(들)의 어셈블리를 침지하고 특히 단락 동안에 전지(들)의 어셈블리로부터 칼로리 소실을 개선함으로써 단락을 제어하는 것을 가능하게 한다.
추출 단계(606)는 또한 각 전지로부터 용융된 리튬의 추출을 가속화하기 위해 전지(들)의 어셈블리를 압축하는 선택적 단계(612)를 포함할 수 있다. 압축은 추출 단계(606)의 전체 또는 일부에 걸쳐 연속적으로 수행될 수 있다. 대안적으로, 압축 단계(612)는 추출 단계(606) 동안 여러 번 불연속적으로 반복될 수 있다. 우선적으로, 압축 단계(612)는 양극 또는 전극들(104)이 연장되는 제2 가장자리(112)에서 시작하고 음극 또는 전극들(102)이 연장되는 제1 가장자리(110)를 향해 이동하면서, 점진적으로 또는 전지(들) 어셈블리의 표면을 청소함으로써 압축의 적용을 수행한다.
도 7은 제안된 제2 솔루션에 따른, 본 발명에 따른 방법의 다른 비-제한적인 실시예의 개략도이다;
도 7에 도시된 방법(700)은 도 6의 방법(600)의 모든 단계를 포함한다.
방법(700)은 또한 방법(600)의 단계 이전에, 처리된 전지 또는 전지들의 전기적 재충전을 수행하는 단계(702)를 포함한다.
각 전지는 부분적으로 또는 완전히 재충전될 수 있다.
각 전지를 전기적으로 충전한다는 사실은 전기 재충전이 리튬 이온을 전지의 음극으로 이동시키기 때문에, 추출에 사용할 수 있는 리튬의 양을 늘릴 수 있으며, 이를 통해 추출된 리튬의 양은 물론 작동 동력학도 개선된다.
도 8은 제안된 제2 솔루션에 따른, 본 발명에 따른 설비의 비-제한적인 실시예의 개략도이다.
도 8에 도시된 설비(800)는 본 발명에 따른 방법, 특히 도 6 및 7의 방법(600 및 700)을 구현하는데 사용될 수 있다.
설비(800)는 예를 들어 도 1의 전지(100)와 같은 고체 금속 리튬을 포함하는 배터리 전지 또는 도 2의 어셈블리(200)와 같은 전지의 어셈블리로부터 리튬의 일부 또는 전부를 추출 및 회수하는 것을 가능하게 한다.
설비(800)는 전지에 존재하는 고체 금속 리튬의 용융 온도 이상, 예를 들어 180.5℃ 또는 181℃의 처리 온도로 전지를 가열하도록 구성되는 액체(850)로 채워진 오븐(802)을 포함한다. 개시된 실시예에서, 액체(850)는 오븐(802)에 의해 가열되고, 열을 전지(들)의 어셈블리로 전달한다.
설비(800)는 제1 가장자리(110)가 제2 가장자리(112)의 높이(level) 위에 위치되는 수직 또는 적어도 경사진 위치에서 전지(100) 또는 전지 어셈블리(200)를 유지하기 위한 한 쌍의 조(jaw)(804)를 포함한다. 각 조(jaw)(804)는 수직 레일(806)에 이동 가능하게 장착되어 전지(100) 또는 전지(200)의 어셈블리를 수직으로 변위시킨다.
액체(850)는 전지(들)의 어셈블리를 완전히 덮고, 따라서 제1 가장자리(110)는 액체(850)의 높이 아래에 위치된다.
설비(800)는 또한 그 사이에 전지(100) 또는 전지(200)의 어셈블리의 두께에서 금속 리튬의 고체 층 또는 층들의 두께를 뺀 두께에 대응하는 갭을 갖는, 한 쌍의 롤러(808)를 포함한다. 조(804)가 위쪽으로 변위될 때 전지(100), 각각의 전지(들)의 어셈블리(200)가 제2 가장지리(112)에서 시작하여 롤러(808) 사이를 통과하도록 한 쌍의 롤러는 위치된다. 따라서, 롤러는 제2 가장자리(112)로부터 시작하여 제1 가장자리(110)를 향해 이동하면서 점진적으로 전지 어셈블리(200)에 각각 전지(100)에 압축을 가한다.
물론, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않는다.
예를 들어, 고체 금속 리튬을 포함하는 전기 배터리 전지의 구성은 도 1에 표시된 것과 다를 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 설비는 도 5 및 7에 도시된 것 이외의 장치, 예를 들어 전지로부터 전기 커넥터를 차단하기 위한 수단, 가장자리의 하나 또는 각각의 초과 부분을 차단하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 따르면, 각각의 조(504 및 804)는 고정될 수 있고, 각각의 롤러(508 및 808)는 이동할 수 있고 아래에서 위로 각각 전지(들)의 어셈블리를 압축할 수 있다.
또한, 단일 오븐과 하나의 전지 또는 전지들의 어셈블리에 전용으로 여러 쌍의 롤러를 사용할 수 있다.
한 쌍의 롤러는 인접한 여러 전지(들)의 어셈블리를 동시에 처리하기 위해 작동할 수 있다.
예를 들어, 단계(609)는 전지(100) 또는 전지(들)의 어셈블리(200)를 액체(850)에 담그거나, 오븐(802)을 액체(850)로 채워서, 액체(850)가 전지(들)의 어셈블리(200), 각각의 전지(100)를 덮도록 함으로써 수행될 수 있다.
하나 이상의 음극 또는 전극들(102)이 연장되는 어셈블리의 제1 가장자리(110)의 방향은 전지(100) 또는 전지들의 어셈블리(200)가 침지되는 유체 밀도의 함수라는 점에 유의해야 한다. 유체가 본 발명에 의해 제안된 제1 솔루션에 의해 덮인 기체인 경우, 가스는 리튬보다 밀도가 낮기 때문에, 제1 가장자리(110)는 하나 이상의 양극(들)이 연장되는 제2 가장자리(112) 아래에 위치될 것이다. 유체가 본 발명에 의해 제안된 제2 용액에 의해 덮인 리튬보다 밀도가 높은 액체인 경우, 제1 가장자리(110)는 제2 가장자리(112) 위에 위치할 것이다.
유체가 리튬보다 밀도가 낮은 액체인 경우, 제1 실시예에 도시된 바와 같이 제1 가장자리(110)의 배향은 제2 가장자리(112) 아래에 있을 것이다.
또한, 각각의 롤러들(508,808)에 의한 전지(100)의 압축 방향은 제2 가장자리(112)에서 제1 가장자리(110)로 전지를 압축하는 데 더 유리하다. 따라서 유체의 밀도에 따라, 압축은 도면 5 및 8의 예에서 볼 수 있듯이 동일하지 않는다.
제1 가장자리(110)는 그것이 액체 상태에 있을 때 리튬이 흘러야 하는 측면을 정의한다는 사실에 의해 특징지어질 수 있다.

Claims (12)

  1. 리튬-금속-고분자 배터리와 같은 고체 금속 리튬을 포함하는 전기 배터리의 하나 이상의 전지(100)의 어셈블리(200)로부터 리튬을 추출하는 방법(300; 400)으로, 하기 단계를 포함하는 추출 단계(306)를 포함하는 상기 방법(300, 400);
    - 하나 이상의 음극 또는 전극들(102)이 연장되는 상기 어셈블리(200)의 제1 가장자리(110)는 상기 제1 가장자리(110) 반대편에 있고(112), 하나 이상의 양극(들)(104)이 연장되는 상기 어셈블리(200)의 제2 가장자리(112) 아래에 위치되는 방향으로 상기 어셈블리(200)를 위치시키는(308) 단계; 및
    - 상기 고체 금속 리튬의 용융 온도 이상인, 처리 온도라 불리는 온도로 상기 어셈블리를 가열하는 단계(310).
  2. 앞선 항에 있어서, 위치 결정 단계(308)는 전지(들)의 어셈블리(200)의 수직 위치 설정을 수행하며, 여기서 제1 가장자리(110)는 아래쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는, 방법(300; 400).
  3. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 전지(들)의 어셈블리(200)를 가열하는 단계(310)는 불활성 기체 하에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법(300; 400).
  4. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 전지(들)의 어셈블리(200)를 가열하는 단계(310)는 진공 하에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법(300; 400).
  5. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 추출 단계(306) 전에, 전지(들)의 어셈블리(200)의 전기 충전 단계(402)를 또한 포함하고, 상기 추출 단계(306)는 상기 충전된 어셈블리(200)에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법(400).
  6. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 추출 단계(306)는 전지(들)의 어셈블리(200)를 압축하는 단계(312)를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 방법(300; 400).
  7. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 압축 단계(312)는 제2 가장자리(112)부터 제1 가장자리(110)로 어셈블리(200)의 표면을 쓸어냄으로써(sweeping) 어셈블리(200)의 표면에 압축을 가하는 것을 특징으로 하는 방법(300; 400).
  8. 앞선 항 중 어느 한 항에 있어서, 추출 단계(306) 전에, 하나 이상의 전지로부터 하나 이상의 전기 커넥터를 제거하는 단계(302)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법(300; 400).
  9. 리튬-금속-고분자 배터리와 같은 고체 금속 리튬을 포함하는 전기 배터리의 하나 이상의 전지(100)의 어셈블리(200)로부터 리튬을 추출하기 위한 설비(500)로, 다음을 포함하는 상기 설비(500):
    - 하나 이상의 음극 또는 전극들(102)이 연장되는 상기 어셈블리(200)의 제1 가장자리(110)는 상기 제1 가장자리(110) 반대편에 있고, 하나 이상의 양극 또는 전극들(104)이 연장되는 상기 어셈블리의 제2 가장자리(112) 아래에 위치되는 방향으로 상기 어셈블리를 위치시키기 위한 수단(504); 및
    - 상기 어셈블리(200)를 상기 고체 금속 리튬의 용융 온도 이상의 처리 온도로 가열하도록 구성되는 가열 수단(502).
  10. 앞선 항에 있어서, 가열 수단이 불활성 가스로 채워진 오븐(502)을 포함하는 것을 특징으로 하는 설비(500).
  11. 제9항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 전지(들)의 어셈블리(200)의 압축 수단(508)을 포함하는 것을 특징으로 하는 설비(500).
  12. 앞선 항에 있어서, 압축 수단은 전지(들)의 어셈블리를 통과하는 사이에 2개의 롤러(508)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(500).
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