KR20230110485A - 리튬 이온 배터리 재활용 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 하나 이상의 금속을 추출하기 위해 리튬 이온 배터리를 방전 및 처리하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 추출된 금속은 분말 형태로 존재하며, 이는 제2 스테이지 처리 시설에서 재사용할 수 있다. 추출된 금속 분말은 리튬과 코발트, 니켈, 망간 및 탄소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

Description

리튬 이온 배터리 재활용 방법, 장치 및 시스템
관련 출원
[0001] 본 출원은 2020년 8월 17일에 출원된 미국 가출원 번호 63/066,629에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용은 전체적으로 참조로 본원에 포함된다.
배경
[0002] 휴대용 소비자 전자 장치 및 전기 자동차(EV)용 리튬 이온(Li-이온) 배터리의 생산 및 사용이 계속해서 증가하고 있다. 이들은 더 높은 비용에도 불구하고 더 긴 배터리 수명을 발생시키는 더 높은 충전 밀도로 인해 다른 배터리 유형과 차별화된다. Li-이온 배터리의 내용물은 대부분의 다른 배터리 유형보다 독성이 적지만 리튬 금속은 반응성이 높은 원소이다. Li-이온 배터리는 가연성 전해질과 가압된 내용물을 가지고 있으며, 특히 여름철에 외부에서 가해지는 압력이나 열로 인해 Li-이온 배터리가 스파크를 일으켜 화재를 일으킬 수 있다. 사용된 비-작동 셀에서 코발트와 니켈 금속의 상업적으로 유용한 양은 이를 코발트와 니켈 및 철, 리튬, 망간, 알루미늄, 구리 및 플라스틱을 포함한 기타 상업적으로 유용한 물질을 추출하는 데 이상적이게 한다. 재활용 시설은 상업적으로 유용한 물질을 추출하기 위해 안전하고 효율적인 방식으로 리튬 배터리를 적절하게 방전시키고 처리하는 데 있어 기술적인 문제에 직면해 있다.
일부 예시적인 구현예
[0003] 따라서, Li-이온 배터리에서 상업적으로 유용한 물질의 추출 효율을 높이기 위한 접근이 필요하다. 추출된 생성물은 제2 스테이지 처리 시설에서 재사용될 수 있다.
[0004] 일 구현예에 따르면, 방법은 리튬(Li), 및 알칼라인, 니켈 금속 수소화물(Ni-MH) 및 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 중 하나 이상을 포함하는 배터리의 혼합된 화학 물질의 분류를 포함한다. Li-이온 배터리는 추가 처리를 위해 다른 배터리 유형으로부터 분류된다. Li-이온 셀을 수용하는 플라스틱 포장 또는 케이스는 리튬 이온 셀이 플라스틱 포장 또는 케이스로부터 분리될 수 있도록 크러쉬(crush)된다. 그 후, 분류된 Li-이온 배터리는 식염수에서 방전되어 건조된다. Li-이온 배터리를 조각으로 파쇄하고, 자력 선별을 거쳐 철을 포함한 금속을 제거한다. 공기 분리를 사용하여 혼합된 금속 분말로부터 알루미늄과 구리를 제거할 수 있다. 공기 분리는 Li, 및 코발트, 니켈, 망간 및 탄소 중 적어도 하나를 포함하는 혼합된 금속 분말을 함유하는 더 작은 크기의 입자를 분리한다.
[0005] 또 다른 구현예에 따르면, 방법은 Li 및 알칼라인, Ni-MH 및 Ni-Cd 중 하나 이상을 포함하는 배터리의 혼합된 화학 물질의 분류를 포함한다. Li-이온 배터리는 추가 처리를 위해 다른 배터리 유형으로부터 분류된다. Li-이온 셀을 수용하는 플라스틱 포장 또는 케이스는 Li-이온 셀이 플라스틱 포장 또는 케이스로부터 분리될 수 있도록 크러쉬된다. 그 후, 분류된 Li-이온 배터리는 오븐이나 킬른에서 가열에 의해 방전된다. 혼합된 금속 물질을 생성하기 위해 두 번째 가열을 수행하고 선택적으로 냉각시킨다. 혼합된 금속 물질을 조각으로 파쇄하고 자력 선별로 처리하여 철을 제거한다. 공기 분리를 사용하여 혼합된 금속 분말로부터 알루미늄과 구리를 제거할 수 있다. 공기 분리는 Li, 및 코발트, 니켈, 망간 및 탄소 중 적어도 하나를 포함하는 혼합된 금속 분말을 함유하는 더 작은 크기의 입자를 분리한다. 환경 영향을 줄이기 위해 흄 저감이 선택적으로 수행될 수 있다.
[0006] 또 다른 추가의 구현예에서, 방법은 모듈 또는 셀에 의해 EV 배터리를 방전하기 위해 레지스터 및 퓨즈로 EV 배터리를 방전시키는 단계를 포함한다. 이 방법에는 EV 배터리를 분해하여 모듈 또는 셀 내로 분리하는 것이 포함된다. 셀 또는 모듈은 조각으로 전단, 칩 또는 파쇄된다. 혼합된 금속 물질을 조각으로 파쇄하고 자력 선별하여 철을 제거한다. 공기 분리를 사용하여 혼합된 금속 분말로부터 알루미늄과 구리를 제거할 수 있다. 공기 분리는 Li, 및 코발트, 니켈, 망간 및 탄소 중 적어도 하나를 포함하는 혼합된 금속 분말을 함유하는 더 작은 크기의 입자를 분리한다. 환경 영향을 줄이기 위해 흄 저감을 선택적으로 수행할 수 있다.
[0007] 추가의 구현예에 따르면, 방법은 Li 및 알칼라인, Ni-MH 및 Ni-Cd 중 하나 이상을 포함하는 배터리의 혼합된 화학 물질을 분류하는 단계를 포함한다. Li-이온 배터리는 추가 처리를 위해 다른 배터리 유형으로부터 분류된다. 리튬 이온 셀을 수용하는 플라스틱 포장 또는 케이스는 리튬 이온 셀이 플라스틱 포장 또는 케이스로부터 분리될 수 있도록 분쇄된다. 케이싱이 크러싱에 의한 화재 발생시 물 스프링클러 시스템이 사용될 수 있다. 그 후, 분류된 Li-이온 배터리는 오븐이나 킬른에서 가열에 의해 방전된다. 셀 또는 모듈은 조각으로 전단, 칩핑 또는 파쇄된다. 혼합된 금속 물질을 조각으로 파쇄하고 자력 선별을 거쳐 철을 제거한다. 공기 분리를 사용하여 혼합된 금속 분말로부터 알루미늄과 구리를 제거할 수 있다. 공기 분리는 Li, 및 코발트, 니켈, 망간 및 탄소 중 적어도 하나를 포함하는 혼합된 금속 분말을 함유하는 더 작은 크기의 입자를 분리한다.
[0008] 추가의 구현예에 따르면, 방법은 Li, 및 알칼라인, Ni-MH 및 Ni-Cd 중 하나 이상을 포함하는 배터리의 혼합된 화학물질을 분류하는 단계를 포함한다. Li-이온 배터리는 추가 처리를 위해 다른 배터리 유형으로부터 분류된다. 리튬 이온 셀을 수용하는 플라스틱 포장 또는 케이스는 리튬 이온 셀이 플라스틱 포장 또는 케이스로부터 분리될 수 있도록 크러싱된다. Li-이온 셀은 구멍을 뚫은 다음 물이 담긴 욕조에 넣어 화재나 흄을 저감시킨다. 그 후, 분류된 Li-이온 배터리는 오븐이나 킬른에서 가열에 의해 방전된다. 셀 또는 모듈은 조각으로 전단, 칩핑 또는 파쇄된다. 혼합된 금속 물질을 조각으로 파쇄하고 자력 선별을 거쳐 철을 제거한다. 공기 분리를 사용하여 혼합된 금속 분말로부터 알루미늄과 구리를 제거할 수 있다. 공기 분리는 Li, 및 코발트, 니켈, 망간 및 탄소 중 적어도 하나를 포함하는 혼합된 금속 분말을 함유하는 더 작은 크기의 입자를 분리한다.
[0009] 본 발명의 또 다른 양태, 특징 및 이점은 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 최선의 모드를 포함하여 여러 특정 구현예 및 실현을 단순히 예시함으로써 다음의 상세한 설명으로부터 쉽게 명백해진다. 본 발명은 또한 다른 구현예 및 상이한 구현예가 가능하며, 모두 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 여러 가지 세부 사항이 다양한 명백한 측면에서 수정될 수 있다. 따라서, 도면 및 설명은 본질적으로 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다.
도면의 간단한 설명
[0010] 본 발명의 구현예는 첨부된 도면에 제한이 아니라 예로서 예시된다:
[0011] 도 1은 일 구현예에 따른, Li-이온 배터리를 방전 및 처리하기 위한 통합 재활용 단지를 제공하기 위한 공정의 흐름도이다.
[0012] 도 2는 일 구현예에 따른, 도 1의 분류 공정의 흐름도이다.
[0013] 도 3은 일 구현예에 따른, 도 1의 분류 공정을 위한 하드웨어의 예시이다.
[0014] 도 4는 일 구현예에 따른, 도 2의 수동 및 치수 분류 공정의 다이어그램이다.
[0015] 도 5는 일 구현예에 따른, 도 2의 프로그램-분류 라인 공정의 다이어그램이다.
[0016] 도 6은 일 구현예에 따른, 도 1의 플라스틱 제거 공정을 위한 하드웨어의 예시이다.
[0017] 도 7은 일 구현예에 따른, 도 1의 방전 공정의 예시이다.
[0018] 도 8은 일 구현예에 따른, 도 1의 파쇄 및 분리 공정을 위한 하드웨어의 예시이다.
[0019] 도 9는 일 구현예에 따른, 최종 처리된 금속 물질의 예시이다.
[0020] 도 10a는 또 다른 구현예에 따른, Li-이온 배터리를 방전 및 처리하기 위한 통합 재활용 단지를 제공하기 위한 공정의 흐름도이다.
[0021] 도 10b는 일 구현예에 따른, 도 10a의 공정 흐름에 사용되는 사전-파쇄기 펀칭 밀(mill)의 다이어그램이다.
[0022] 도 11은 일 구현예에 따른, 도 10a의 공정 흐름을 나타내는 다이어그램이다.
[0023] 도 12는 일 구현예에 따른, 도 10a의 방전 킬른 공정의 다이어그램이다.
[0024] 도 13은 일 구현예에 따른, 도 10a의 배터리 방전 공정을 위한 하드웨어의 예시이다.
[0025] 도 14는 일 구현예에 따른, 도 10a의 회전식 킬른 및 냉각 레토르트 공정을 예시한 다이어그램이다.
[0026] 도 15는 일 구현예에 따른, 도 10a의 회전식 킬른 및 냉각 레토르트공정을 위한 하드웨어의 예시이다.
[0027] 도 16은 일 구현예에 따른, 흄 저감 시스템을 위한 하드웨어의 예시이다.
[0028] 도 16a 및 16b는 일 구현예에 따른, 흄 저감 시스템의 레이아웃 다이어그램이다.
[0029] 도 17은 또 다른 구현예에 따른 EV Li-이온 배터리를 방전 및 처리하기 위한 통합 재활용 단지를 제공하기 위한 공정의 흐름도이다.
[0030] 도 18은 일 구현예에 따른, 도 17의 EV Li-이온 배터리의 방전 공정을 도시한 다이어그램이다.
[0031] 도 19는 일 구현예에 따른, 도 17의 수동 해체 공정을 도시한 다이어그램이다.
[0032] 도 20은 일 구현예에 따른, 도 17의 전단, 칩핑 또는 파쇄 공정을 위한 하드웨어의 예시이다.
[0033] 도 21은 또 다른 구현예에 따른, Li-이온 배터리를 방전 및 처리하기 위한 통합 재활용 단지를 제공하기 위한 공정의 흐름도이다.
[0034] 도 22a는 일 구현예에 따른, 도 21의 연속 방전 공정을 위한 연속 방전 킬른의 예시이다.
[0035] 도 22b는 일 구현예에 따르면, 도 21의 방전 공정을 위한 대안적인 하드웨어의 예시이다.
일부 구현예의 설명
[0036] Li-이온 배터리를 방전시키고 처리하기 위한 통합 재활용 단지를 제공하기 위한 방법, 장치 및 시스템의 예가 개시된다. 다음의 설명에서, 설명 상 본 발명의 구현예의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 본 발명의 구현예가 이들 특정 세부사항 없이 또는 등가의 배열로 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다. 다른 경우에, 잘 알려진 구조 및 장치는 본 발명의 구현예를 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 블록도 형태로 도시된다.
[0037] 도 1은 Li-이온 배터리를 방전시키고 처리하기 위한 통합 재활용 단지를 제공하기 위한 공정의 흐름도이다. 공정은 분류 단계(101); 플라스틱 제거 단계(103); 식염수에의 방전 단계(105); 건조 단계; 및 크러싱 및 분쇄 단계(109)를 포함한다. 이 구현예에서, Li-이온 배터리는 식염수 또는 염수 용액에서 방전되고, 건조된 다음 선별기 파쇄기에서 파쇄되어 본원에서 "검은 모래"라고 하는 최종 생성물을 생성한다. 이 최종 생성물은 Umicore®, Sungeel®, Glencore® 또는 기타 물질 기술 및 재활용 프로세서와 같은 제2 스테이지 프로세서에 의한 추가 처리에 이상적인 고농축 금속을 가진 가공된 물질이다. 본 발명의 방법은 높은 금속 농도의 Li 및 코발트, 니켈 및 망간 중 적어도 하나를 갖는 "검은 모래"를 효율적으로 생성한다. "검은 모래"와는 별도로 생성물 스트림은 알루미늄, 구리, 플라스틱 및 철 중 하나 이상을 함유하는 제2 생성물 스트림이 있다. 본원에 설명된 공정은 배터리 컨테이너가 검은 모래의 컨테이너로 축소될 때 절반으로 줄어들기 때문에 배터리 운송 비용을 절반으로 줄인다.
[0038] 도 1의 분류 단계(101)는 배터리의 혼합된 화학 물질의 분류를 포함한다. 배터리의 여러 화학 물질이 분류되어, 적절한 다운스트림 프로세서로 전송된다. 배터리 유형에는 Li-이온, 알칼라인, Ni-MH 및 Ni-Cd가 포함되지만 이에 제한되지 않는다. 혼합된 화학 배터리는 재활용 시설에 수용되어, 도 2에 도시된 바와 같이 일련의 분류 단계를 거칠 수 있다. 일단 재활용 시설에 수령되면 혼합된 화학 배터리의 수동 분류(201)가 발생할 수 있다. 자동화된 치수 분류(203) 및 자동화된 공급기 단계는 도 4를 참조하여 아래에서 추가로 논의된다. 자동화된 화학 조성 분류(207)는 도 5를 참조하여 아래에서 논의된다. 알칼라인 및 Ni-Cd 파쇄(209) 및 자력 선별(211)은 도 6을 참조하여 아래에서 논의된다.
[0039] 도 3은 혼합된 화학 배터리를 광학적으로 분류하도록 구성되고 각각의 배터리 유형을 수용하기 위한 복수의 빈을 포함하는 하드웨어의 예이다. 하드웨어(305)에 도시된 광학 분류 스캐너는 광학 특징의 데이터베이스로부터 대상 배터리의 화학 물질을 검출한다. 배터리는 빈(309)에 적재되고 일관된 방식으로 이동하도록 정렬되고, 하드웨어(305)에서 광학 스캐닝에 의해 화학적으로 분류되고 화학 작용에 기초하여 빈(301) 및 빈들(303)에 증착된다.
[0040] 도 4는 재활용 시설에서 혼합된 화학 배터리(401)의 유입물을 수용하고 수동 분류 스테이션(403)으로 보내지는 또 다른 예이며, 여기에서 재활용 시설의 복수의 작업자는 혼합된 화학 배터리(401)를 수동으로 분류하고, 이는 수동 분류 스테이션(403)을 통해 혼합된 배터리(401)를 들어올려 운반하는 컨베이어 벨트에 의해 전달된다. 이 예에서, 2차 배터리(405)는 수동으로 분리되며, "검은 모래" 공장(407)에서 추가 처리를 위해 보내지는 Ni-MH, 전동 도구 등을 포함할 수 있다. 알칼라인 및 Ni-Cd 배터리 유형(409)은 수동으로 분류된 다음 치수 분류 스테이션(411)에서 추가 처리를 위해 진행된다. 치수 분류는 배터리 유형에 기초하여 별도의 빈(414)에서 알칼라인 및 Ni-Cd 배터리를 분리한다. 예를 들어, 알칼라인 및 Ni-Cd 배터리(411)는 AAA, AA, A, C 및 D 유형 배터리(413)를 개별 빈 또는 용기(414) 내로 분리하는 자동 치수 분류 유닛(415)에 의해 AAA, AA, A, C 또는 D 유형 배터리(413)로 분리될 수 있다. 자동 치수 분류기(415)는 AAA, AA, A, C, D형 배터리(413)를 쉐이킹 메커니즘을 통해 크기별로 분리하도록 구성된다. 예를 들어, 쉐이킹 메커니즘은 더 큰 C 및 D 유형 배터리를 더 작은 AAA, AA 및 A 배터리로부터 분리하고, 각 배터리 유형이 이의 각 빈에서 크기별로 분리될 때까지 계속 쉐이킹된다. 그 후, 치수적으로 분류된 AAA, AA, A, C 및 D 유형 배터리(413)는 도 5에서 추가로 설명되는 프로그램 분류 라인(417)으로 이송된다. 수동 분류 스테이션(403)에서 수동으로 분리되는 Li-이온 배터리는 제1 단계 처리에 공급된다.
[0041] 도 5에서, 부품 공급기(501)는 프로그램 분류기를 위한 알칼라인 및 Ni-Cd 배터리(411)를 정렬한다. 프로그램 분류기(503)는 크기, 중량 및 자기 공명 스캐너를 사용하여 알칼라인 및 Ni-Cd 배터리(411)의 화학적 조성을 식별하여 알칼라인 배터리용 빈(505) 및 Ni-Cd 배터리용 빈(507)에서 서로 분리될 수 있도록 한다. 프로그램 분류는 배터리를 크기별로 식별하기 위한 레이저(503a); 배터리를 이들의 개별 중량으로 분리하기 위한 중량 분류기(503b); 및 배터리가 알칼라인인지 Ni-Cd인지 판단하기 위해 각 배터리의 내부를 관찰함으로써 Ni-Cd 배터리로부터 알칼라인 배터리의 화학적 조성을 구별할 수 있는 자기 공명 스캐너(503c)를 포함한다. 그 후, 분리된 알칼라인 및 Ni-Cd 배터리는 도 6에 추가로 설명되는 파쇄 및 자력 선별 스테이션(509)에서 추가 처리를 위해 보내진다.
[0042] 도 6은 배터리로부터 셀을 분리하기 위해 배터리의 파쇄 및 자력 선별을 위해 구성된 하드웨어의 예를 도시한다. 이 스테이션에서 받은 배터리 팩은 일반적으로 플라스틱 케이스 또는 하우징과 함께 제공되는데 이들은 내부 셀에 접근할 수 있도록 크러싱된다. 셀과 플라스틱을 함유하는 금속을 분리하기 위해 자력 선별 공정에 의해 셀을 검색한다. 플라스틱 포장 제거 장치의 예는 약 반톤 0.5 톤/시간 용량을 포함한다. 플라스틱 포장 배터리는 이 기계의 원료 또는 투입 물질로 간주되며, 철 케이스 배터리와 플라스틱 잔해는 최종 생성물 출력이다. 장치(601)는 플라스틱 포장된 배터리를 수용하고 운반하기 위한 투입 슈트 및 컨베이어를 포함하는 전체 강철 구조이다. 해머 크러셔는 내부 셀에 접근할 수 있도록 외부 플라스틱 하우징을 크러싱하는 데 사용된다. 금속 함유 내부 셀은 자력 선별기에 의해 플라스틱 잔해로부터 분리된다. 출력 컨베이어는 하우징으로부터 남은 플라스틱 조각을 제거하는 데 사용된다.
[0043] 도 7은 일 구현예에 따른 도 1의 방전 공정(105)의 예시이다. 하우징이나 케이스로부터 분리된 배터리 셀에는 식염수 또는 염수 용액이 제공된다. 배터리 셀(701)은 식염수 또는 염수 용액에 담가진다. 식염수 또는 염수 용액은 염화나트륨(NaCl), 황산나트륨(NaSO4), 황산철(FeSO4) 또는 황산아연(ZnSO4)의 수용액일 수 있다. 식염수 또는 염수 용액은 배터리 셀을 효과적으로 방전시킨다. 배터리 셀에 금속 입자가 존재하면 전기화학적 방전 반응이 현저하게 향상된다. 배터리 셀은 교반과 같은 진탕의 존재 또는 부재하에 며칠 동안 식염수 또는 염수 용액을 함유하는 빈(703)에 침지될 수 있다. 배터리 셀은 식염수 또는 염수 용액으로부터 제거되며, 도 8을 참조하여 아래에서 설명되는 파쇄 및 분별 처리 전에 건조될 수 있다.
[0044] 도 8은 일 구현예에 따른 도 1의 파쇄 및 분리(예를 들어, 크러싱 및 분쇄) 공정(109)을 위한 설비의 예시이다. 크러싱 및 분쇄 설비(801)는 거의 1 톤, 예를 들어 0.7 톤/시간의 용량을 갖는다. 방전된 배터리 셀과 같은 전극 스크랩은 크러싱 및 분쇄되어 Cu 칩 및 탄소 분말이 생성물로서 추출될 수 있다. 크러셔 및 분쇄기는 파쇄기, 절단 크러셔, 해머 크러셔 및 사이클론 및 회전식 밸브 진동 스크린을 포함한다. 절단 크러셔는 더 작은 부품과 더 작은 분말을 보장한다. 전극 스크랩은 여러 파쇄기를 통과한다. 한 예에서, 제1 파쇄기는 배터리 셀 물질을 큰 조각 또는 덩어리로 찢는다. 그런 다음 제2 파쇄기는 절단 밀(mill)을 사용한다. 절단 밀에는 제1 파쇄기로부터의 큰 조각의 크기를 줄이기 위해 고정 칼과 회전 이동식 칼 조합이 포함된다. 해머 크러셔는 또한 조각의 크기를 추가로 줄이기 위해 사용된다. 그런 다음 파쇄된 물질은 혼합된 금속 분말의 적절한 크기를 보장하기 위해 비제한적으로 크기 40 메쉬와 같은 메쉬를 통과한다. 다음으로, 혼합된 금속 분말이 자력 선별을 통과하여 철 물질을 추출한다. 혼합된 금속 분말로부터 철이 제거되면 에어 테이블을 사용하여 사이클론 분리 기술을 통해 분말로부터 알루미늄과 구리를 분리할 수 있다. 사이클론 분리는 질량으로 인해 입자가 원심력의 결과로서 외부 가장자리로 밀리는 원심 분리기를 사용한다. 다양한 크기의 메쉬 스크린과 사이클론 분리를 포함한 이 분리 기술은 코발트, 니켈, 망간, 리튬 및 탄소를 포함하는 고농도의 귀중한 물질을 함유하는 농축된 "검은 모래"를 구성하는 더 작은 크기의 입자를 분리한다. 도 9는 제2 스테이지 프로세서에 의해 추가로 사용될 수 있는 코발트, 니켈, 망간, 리튬 및 탄소를 포함하는 고농축의 귀중한 물질인 "검은 모래"(901)- 최종 생성물의 예시이다. "검은 모래"에 있는 물질 각각의 농도 비율은 소스 물질의 금속 함량에 의존적이며, 코발트 5-40%, 니켈 5-40%, 망간 5-20%, 리튬 5-10% 및 탄소 20-40% 범위의 범위이다.
[0045] 전극 분말의 포장에는 분말 포장기를 사용할 수 있다. 기계의 용량은 약 0.75 톤/4.5 시간/1 배치이다. 분배부에는 호퍼, 진동기, 스크류 컨베이어 및 롤러형 작업대가 포함된다. 다른 시설로의 배송을 위해 분말을 포장하기 위한 포장기도 제공된다. 포장기는 투입 테이블과 제1 및 제2 해머 크러셔를 포함한다. 분말 포장기는 하기 도 16b의 레이아웃에 도시되어 있다.
[0046] 도 10a는 Li-이온 배터리를 방전 및 처리하기 위한 통합 재활용 복합체를 제공하기 위한 또 다른 공정의 흐름도이다. 분류 단계(1001) 및 플라스틱 패키지 제거 단계(1003)는 도 1과 관련하여 전술한 바와 실질적으로 동일하다. 방전 킬른 전에, 사전-파쇄 단계(1004)는 배터리를 펀칭하거나 천공한 다음 용액에 떨어뜨린다. 그 후, 펀칭/구멍이 있는 생성물은 컨베이어에 부딪혀 물 밖으로 방전 킬른 또는 기타 킬른 공정으로 서서히 이동한다. 사전-파쇄기는 배터리에 구멍을 뚫거나 이를 펀칭시키는 펀치 밀 또는 크러셔에 배터리를 공급하고, 이들을 식염수 또는 물 용액에 떨어뜨린다. 배터리를 펀칭하여 방전 킬른에서 전해질이 건조되게 하기 위해, 배터리는 배터리를 펀칭하고 수용액에 떨어뜨리는 사전-파쇄기를 통과한다. 물은 펀칭에서 발생하는 모든 화염 또는 배출을 소화시키지만, 배터리는 여전히 킬른을 통해 처리되어 열 하에 완전히 방전되고, 전해질을 증발시킨다. 천공 또는 피어싱은 방전 킬른의 방전 공정 속도를 증가시키며, 그렇지 않으면 열 하에 배터리를 개봉하는 데 추가 시간이 걸릴 것이다.
[0047] 도 10b는 도 10a의 공정 흐름에 사용되는 사전-파쇄기 펀칭 밀의 상면도 및 측면도를 제공한다. 배터리는 공급기와 롤 브러쉬에 놓여지고, 방전 킬른에서 전해질이 더 빨리 건조되도록 각 배터리에 구멍을 뚫거나 펀칭시키는 펀칭 어셈블리로 운반된다. 물 탱크는 펀칭/피어싱된 배터리를 수용한다. 탱크에는 물 또는 식염수가 포함될 수 있다. 물 순환 시스템은 탱크에 제공된다. 그 후, 메쉬 벨트와 컨베이어는 물 탱크 밖으로 배터리를 운반한다. 배터리는 에어 스프레이와 진동 컨베이어에 노출된 후 압착 롤과 스피드 공급기로 이동된다. 또한, 배터리 결합이 수행된 후 배터리는 킬른 또는 오븐으로 운반되어 열 하에 완전히 방전되고, 전해질을 증발시킬 수 있다.
[0048] 도 10a의 방전 단계(1005)는 킬른 또는 오븐에서 수행된다. 그 후, 플라스틱 하우징 또는 케이싱으로부터 분리된 배터리 셀은 그 후 방전 킬른으로 옮겨진다. 배터리 셀은 150-180℃에서 약 1시간 내에 완전히 방전될 수 있다. 다른 온도와 방전 시간은 방전되는 배터리 셀의 수에 따라 달라질 수 있다. 이 구현예에서, 열은 배터리 셀의 전해질을 건조시키고 방전된 배터리를 발생시킨다. 특정 구현예에서, 전체 EV 모듈은 수동 해체 없이 열 방전될 수 있어 수동 노동 비용을 줄이고 효율성을 증가시킨다.
[0049] 도 10a의 공정 흐름은 효율적이며, 기존 공정의 처리 시간을 최대 75%까지 크게 단축한다. 도 10a의 공정 흐름은 약 1시간 안에 완료될 수 있다. 따라서, 시작 배터리로부터 완성된 검은 모래까지 현재 공정 흐름을 완료하는 데 약 1시간이 소요될 것이다. 방전 킬른, 회전식 킬른, 냉각 레토르트 및 파쇄기는 각각 완료하는 데 약 15분이 소요된다. 현재 공정 흐름으로 처리되는 물질의 양과 관련하여 다음과 같은 양이 달성된다: 100 kg/15분 = 400 kg/hr; 400 kg x 8시간 = 3.2 톤/일; 3.2 톤/일 x 20 일 = 64 톤/월(예를 들어, 1교대에 한 달에 약 3개의 컨테이너). 특정 구현예에서, 100-200 kgs/15분이 달성 가능하다.
[0050] 도 11은 "검은 모래" 재활용 시설을 위한 레이아웃의 예이다. 시설의 예는 적어도 20,000 평방피트(흄 저감부 제외)이다. 시설이 클수록 대상 생성물을 더 많이 생산할 수 있다. 이 예에서, 재활용은 분류 컨베이어(1101)를 포함하는데, 여기서 혼합된 화학 배터리의 수동 분류는 도 4에 대해 전술한 것과 유사하게 재활용 시설에서 컨베이어를 따라 배터리를 운반하고 작업자에 의한 수동 분리로 수행된다. 플라스틱 포장 처리기(1103)는 도 6에 대해 전술한 것과 유사하게 배터리 셀을 둘러싸는 외장 플라스틱 하우징 또는 케이싱을 제거하도록 구성된다. 크러싱 및 분쇄 유닛(1115)은 파쇄 및 분리를 수행하도록 구성된다(예를 들어, 도 10a의 단계 1009). 방전 킬른(1105)은 열에 의해 배터리 셀을 방전하여 배터리 셀에 함유된 전해질을 탈수하도록 제공된다.
[0051] 도 11에서, 회전식 킬른(1107) 및 선택적인 냉각 레토르트(1109)는 배터리 물질을 코어 금속으로 환원시키기 위해 고온에서 방전된 배터리 셀을 가열하기 위해 제공된다. 회전식 킬른(1107)은 금속 회수 공정의 순도와 효율성을 보장한다. 회전식 킬른의 용량은 약 1 톤/시간이다. 약 1시간 동안 500℃ 초과의 처리 온도로 고온 하소를 제공한다. 다른 예에서, 처리 온도는 900℃까지 도달할 수 있다. 구동 메커니즘에는 스크류 블레이드가 있는 드럼 회전식 연속 킬른이 포함된다. 회전식 킬른(1107)은 드럼 회전부, 세라믹 단열 구조물, 환기 장치, 히터(예를 들어, 복사관형 히터) 및 사용자 제어 패널을 포함하는 전체 철 구조물이다. 하소된 생성물을 냉각 레토르트(1109)로 이송하기 위해 컨베이어가 제공된다.
[0052] 제1 연소(1111) 및 제2 연소(1113) 장치는 방전 킬른(단계 1005) 및 회전식 킬른 및 냉각 레토르트 공정(단계 1007) 동안 공정 배출 제어와 함께 사용된다. 제1 연소 장치(1111), 제2 연소 장치(1113) 및 습식 스크러버(1121)를 포함하는 진공 덕트 시스템은 방전 킬른(단계 1005) 및 회전식 킬른 및 냉각 레토르트 공정(단계 1007) 동안 공정 배출물을 제거하도록 구성된다. 제2 연소 장치(1113)로부터 연장된 열교환기는 연소 장치(1113)로부터 사이클론 분리기(1117)로 열을 교환하도록 구성된다. 사이클론 분리기(1117)는 입자의 질량에 기초하여 입자를 분리하기 위해 원심력을 발생시키도록 구성된다. 다른 물질은 각각의 질량에 기초하여 분리될 것이다. 도 11의 재활용 레이아웃 예는 크러싱 및 분쇄 단계(예를 들어, 도 10a의 단계 1009)로부터 금속 분진을 수집하는 진공 덕트 시스템을 채용하는 금속 분진 집진기를 추가로 포함한다. 에어 백 필터(1119)는 금속 분진을 회수하여 재사용할 수 있게 한다.
[0053] 도 12는 방전 킬른의 다이어그램이다. 배터리 셀은 플라스틱 케이싱/하우징을 제거한 이전 공정으로부터 킬른(1203)에 수용된다. 킬른(1203)은 열을 발생시켜 배터리 셀 내의 전해질을 건조시키고 배터리 셀을 효과적으로 방전하도록 구성된다. 배터리 셀은 150-300℃의 온도 범위에서 약 1시간 내에 완전히 방전될 수 있다. 다른 온도와 방전 시간은 방전되는 배터리 셀의 수에 따라 시행될 수 있다. 그 후, 방전된 배터리 셀은 회전식 킬른 및 냉각 레토르트(1205)로 전달된다.
[0054] 냉각 레토르트(1205)는 컨베이어를 통해 방전 킬른(1203)으로부터 수용된 배터리를 냉각시키기 위해 사용되는 전체 철 구조물이다. 냉각 레토르트의 용량은 약 1 톤/시간이다. 배터리는 약 1시간 안에 50℃ 미만의 온도로 냉각된다. 이중 재킷 챔버 내에서 회전식 드럼 장치가 사용된다. 냉각 레토르트(1205)는 환기 장치, 물 냉각기 및 사용자 제어 패널을 추가로 포함한다. 물 냉각기는 회전식 드럼에 냉각수 분무를 제공하고 물 순환 장치를 추가로 포함한다.
[0055] 방전 킬른(1203)은 추가 처리 전에 배터리를 방전하는 데 사용된다. 방전 킬른(1203)의 예는 1 톤/시간 용량을 갖는다. 킬른에 들어가는 원료는 사용된 Li-이온 배터리를 방전하기 위한 것이다. 킬른(1105)의 산출물은 방전시킨 사용된 Li-이온 배터리이다. 킬른(1203)은 모터로 구동되는 스테인리스 강철 메쉬 벨트가 있는 전체 강철 구조물이다. 킬른(1203)의 부품으로 세라믹 전열 구조물, 가스 히터 및 변압기, 환기 장치, 내부 챔버 및 사용자 제어 패널이 포함된다. 방전 킬른(1203)은 배터리 셀에 함유된 전해질을 탈수시키기에 충분한 150℃ 내지 300℃의 열처리로 배터리 셀을 방전시키기 위해 제공된다. 도 13은 방전 킬른 설비(1203)의 예시이다.
[0056] 도 13의 방전 킬른은 효율성을 보장하고 인건비를 줄이기 위한 자동화 공정이다. 컨베이어 벨트 시스템은 자동화에 사용된다. 다양한 배터리 유형에 대해 가장 우수한 방전 온도를 적용하기 위해 오븐을 여러 개의 독립적으로 제어되는 가열 영역으로 나눌 수 있다. 온도 영역의 예는 약 섭씨 200 내지 250도이다. 가열하는 동안, 배터리가 부풀어 오르고 내부 전해질이 손실되기 시작할 것이다. 일부 전해질 연소가 가능하다. 특정 예에서, Li-이온 배터리는 메쉬 컨베이어로 이동하고 30-60분 동안 150-180℃ 온도의 오븐에 들어간다. 열은 Li-이온 배터리를 방전시키기에 충분하다. 질소 가스 주입기는 화재 시 안전 장치로 사용될 수 있다. 질소 가스는 모든 화재를 진압할 것이다.
[0057] 도 14는 일 구현예에 따른, 도 10a의 회전식 킬른 및 냉각 레토르트 공정(1007)을 예시한 다이어그램이다. 배터리 셀은 회전식 킬른(1401)에서 가열되고, 선택적인 냉각 레토르트(1403)는 이 예에서 회전식 킬른(1401) 아래에 위치된다. 회전식 킬른(1401)은 방전 킬른(1203)으로부터 배터리 물질을 수령한다. 특정 예에서, 배터리 물질은 드럼에서 회전하고, 약 400℃ 온도의 열을 공급한다. 이 온도는 배터리 물질을 코어 금속으로 환원시키기에 충분하다. 코어 금속을 생성하는 결과를 얻기 위해 다른 온도 범위가 사용될 수 있다. 코어 금속 물질은 냉각 레토르트(1403)에 의해 선택적으로 냉각될 수 있다. 코어 금속 물질은 추가 처리 전에 코어 금속 물질을 냉각시키기 위해 냉각 레토르트(1403)의 열교환기에 의해 냉각된다. 냉각된 코어 금속 물질은 그 후 추가 처리를 위한 파쇄 및 분리(즉, 크러싱 및 분쇄) 스테이션으로 이송된다. 파쇄 및 분리 스테이션은 도 1 및 도 8의 단계 109에 대해 전술한 것과 실질적으로 동일하다. 도 15는 회전식 킬른(1401) 아래에 배치된 냉각 레토르트(1403)가 없는 회전식 킬른(1401)의 예시이다. 코어 금속 물질의 온도가 코어 금속 물질의 추가 처리를 위해 충분한 수준에 도달할 때까지 코어 금속 물질을 그대로 둘 수 있다.
[0058] 회전식 킬른은 배터리를 연소시키고, 남아있는 모든 전해질, 유기 물질, 플라스틱 덮개, 불순물 및 라벨을 제거한다. 배터리 상태에 따라 350C 내지 650C의 작동 온도를 사용할 수 있다. 배터리는 연소되고, 금속과 탄소는 남게 될 것이다. 탄소 이외의 유기물이 제거된다. 공정은 자동화되어 효율성을 보장하고 인건비를 절감한다.
[0059] 도 16은 본 구현예의 Li-이온 배터리 재활용 공정의 환경적 영향을 감소시키도록 설계된 흄 저감 시스템(1601)의 예시이다. 아래 나열된 표는 재활용 시설에서 발생하는 화학 반응과 이러한 반응에서 발생하는 가스 배출에 대한 개요를 제공한다. 재활용 시설의 현재 구현예에 따르면, 방전 공정 및 회전식 킬른 공정으로부터의 총 가스 배출은 환경에 유독하지 않으며 폐수가 생성되지 않는다.
[0060] 도 16a는 도 16의 흄 저감 시스템(1601)의 레이아웃의 예이다. 시스템(1601)의 구성요소 중 일부는 열 교환기(1603), 습식 전기 집진기(1605), 사전-켄처(1607); 습식 스크러버(1609), 수응축기(1611), 수처리 탱크(1613), 침전 탱크(1615), 제2 버너(1617), 산화칼륨 흡수 탱크(1619)를 포함한다.
[0061] 특정 예에서, 흄 저감 시스템을 통한 배출 가스의 공정 흐름은 액체 프로판 가스(LPG) 버너, 열교환기, 켄처, 제1 스크러버, 정전형 집진기, 제2 스크러버, 열교환기 및 이후 배출 스택을 포함한다. LPG 버너는 배출 가스 중의 휘발성 유기 화합물을 연소시킨다. 열 교환기는 가스 온도를 낮추어 시설을 보호한다. 공정 전반에 걸친 온도 범위에는 450℃의 배출 가스, 800℃의 버너, 350℃의 열교환기 이후의 가스 및 약 60℃의 켄처 후의 가스를 포함한다. 제1 스크러버는 KOH 또는 NaOH와 혼합하여 KF로서 침전물 F를 만들고 가스의 pH를 감소시킨다. 정전형 집진기는 약 15킬로 볼트의 전기를 사용하여 작은 먼지 입자를 제거한다. 제2 스크러버는 제1 스크러버와 실질적으로 유사한 방식으로 작동한다. 열 교환기는 배출물이 외부 공기로 방출되기 전에 최종 가스 온도를 낮춘다.
[0062] 도 16b는 본원에서 논의된 방전 킬른(1621), 회전식 킬른(1623), 냉각 레토르트(1625), 배터리용 크러셔 및 분쇄기(1627) 및 셔틀카형 전기 배치로(batch furnace)(629) 및 분말 포장기(1631)와 조합된 흄 저감 시스템(1601)의 레이아웃의 예이다. 개별 기계로부터의 흄 또는 가스 배출은 환기 도관을 통해 흄 저감 시스템(1601)으로 전달될 수 있다. 아래의 표 2는 도 16b의 여러 구성 요소의 단계를 처리하는 것으로부터의 산출물을 설명한다.
[0063] 표 1은 일반적인 Li-이온 배터리 화학 조성을 요약한 것이다. 배터리의 각 구성 요소(예를 들어, 애노드, 캐소드, 분리막 및 전해질)의 금속 및 유기 성분. 캐소드 성분은 가장 많은 금속 백분율을 함유하고, 애노드는 가장 많은 백분율의 유기물을 함유한다.
표 1
[0064] 표 2는 도 10a의 공정 흐름으로부터의 각 단계로부터의 산출물을 기술한다. 가스 산출물, 물질 산출물 및 물질 중량 손실은 표 2에 나열되어 있다.
표 2:
[0065] 표 3은 제1 환경 보호 시설(EPF)에서 제2 연소 장치(1113)에서의 유기 물질(전해질 및 결합제) 분해를 나열한다. 제2 연소 장치는 액체 프로판 가스(LPG) 또는 액체 천연 가스(LNG) 버너를 사용한다. 전해질 공정 흐름은 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)를 생성한다. 결합제 공정 흐름은 습식 스크러버에 의해 추가로 처리되는 이산화탄소와 불화수소(HF)를 생성한다(표 4).
표 3
[0066] 표 4는 제2 환경 보호 시설(EPF)의 습식 스크러버에서 유기물 분해를 요약한 것이다. 리튬염 전해질은 습식 스크러버에서 중화되고, 무독성 불화칼슘(CaF2)으로 분해된다. 표 3의 결합제 분해로 생성된 HF는 물과 CaF2로 환원된다. 아산화질소 가스는 아질산나트륨(NaNO2)과 물로 분해된다.
표 4
[0067] 표 5, 표 6 및 표 7은 방전 킬른 및 제2 연소 동안 발생된 가스 총량을 기술한다. 본원에 기술된 공정으로, 전체 중량의 10%가 가스로 손실되는 것으로 추정된다. 특정 예에서, 본원에 기술된 공정은 1 톤/시간으로 처리되어 100 kg/hr의 가스를 생성할 것으로 예상된다. 유기물 대 리튬 염 비율은 유기물 90 kg/hr 및 Li 염 10 kg/hr로 9:1이다. 방전 킬른 온도는 약 200℃에서 작동하고, 제2 연소 시설은 1000℃에서 작동한다.
표 5
표 6
표 7
[0068] 표 8에서 방전 킬른 및 제2 연소 장치에 의해 발생하는 가스를 하기 표 8에 기재하였다. 공정은 전체 중량의 10%를 가스로서 소실할 것으로 예상된다. 1 톤/시간을 처리하여 가스 100 kg/hr을 발생시킬 예상된다. 유기물 대 리튬 염 비율 = 9:1 → 유기물 90 kg/hr, Li-염 10 kg/hr. 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)의 양이 너무 적어 무시된다. 회전식 킬른 온도는 약 300-500℃에서 실행된다. 제2 연소 시설은 약 1000℃의 온도에서 실행된다.
[0069] 총 배출은 총 123 m3/hr + 550 m3/hr(방전 공정으로부터) + 400 m3/hr + 650 m3/hr(회전식 킬른 공정으로부터) = 1,723 m3/hr 가스를 발생시켰으나, 가스는 유해하거나 독성이 아니다. 또한, 폐수가 발생하지 않는다.
표 8.
[0070] 도 17은 EV Li-이온 배터리를 방전 및 처리하기 위한 통합 재활용 복합체를 제공하기 위한 또 다른 공정의 흐름도이다. 도 17에서, 로드 뱅크(1701)를 이용한 EV 배터리의 방전이 수행된다. 도 18은 로드 뱅크를 갖는 도 17의 EV Li-이온 배터리의 방전 과정을 도시한 다이어그램이다. 배터리 셀은 배터리가 취할 수 있는 가장 작은 패키지 형태이며, 모듈에는 일반적으로 직렬 또는 병렬로 연결된 여러 셀이 포함된다.
[0071] EV 배터리 모듈(1801)은 레지스터를 로드 뱅크로서 사용하고 모듈 또는 셀별로 배터리를 저전압으로 방전하기 위한 인라인 퓨즈를 사용하여 벤치에 배치된다. 로드 뱅크는 전기 부하를 발생시키고, 4X EV 배터리 모듈(1801)과 같은 전력 소스에 부하를 인가하고 소스의 결과적인 전력 출력을 변환하거나 소멸시키는 부하 인터페이스(1802)를 포함하는 장치이다. 로드 뱅크는 작동에 필요한 보호, 제어, 계량, 문제 해결 및 액세서리 장치가 있는 로드 요소(1803)를 포함한다. 저항 로드 뱅크의 부하는 그리드 레지스터와 같은 고전력 레지스터를 통해 전기 에너지를 열로 변환함으로써 생성된다. 이 열은 공기와 같은 테스트 (UUT) 냉각 하의 유닛(1805)에 의해 또는 물, 강제 수단 또는 대류에 의해 로드 뱅크로부터 발산되어야 한다. 가열, 환기 및 공기 조화(HVAC) (1807)는 모듈 처리 벤치의 온도 제어를 유지하기 위해 제공된다.
[0072] 도 17의 단계 1703은 이전에 방전된 팩을 모듈 또는 셀로 수동 해체하기 위한 공정 흐름도이다. 도 19는 모듈의 분해를 설명한다. 모듈 케이스가 제공되고(1901), 강철 또는 금속 케이스가 노출된다(1903). 보호 장치(1905)와 와이어(1907)가 제거된다. 해체(1911) 동안 배터리 모듈을 지지하기 위한 해체 플랫폼이 제공된다(1909). 셀 팩이 해체되고(1913), 셀은 분리된다(1915).
[0073] 도 20은 배터리의 전단, 칩핑 또는 파쇄(1705)(도 17)를 위한 이중 샤프트 전단 파쇄기(2001) 설비의 예이다. 파쇄기(2001)는 높은 토크와 낮은 샤프트 속도의 역회전 커터 디스크와 함께 수력을 사용한다. 파쇄기(2001)는 셀 또는 모듈의 크기를 더 작은 조각 또는 덩어리로 줄이도록 구성된다. 조각의 크기는 조정될 수 있지만, 약 3" x 3"의 조각이 다음 스테이지의 파쇄 및 분리 단계(1707)에 이상적이다. 파쇄 및 분리 스테이션은 도 1 및 도 8의 단계 109에 대해 상술된 것과 실질적으로 동일하다.
[0074] 도 21은 Li-이온 배터리를 방전시키고 처리하기 위한 통합 재활용 복합체를 제공하기 위한 또 다른 공정의 흐름도이다. 분류 단계(2101), 플라스틱 포장 제거(2103) 및 파쇄 및 분리 단계(2107)는 도 1과 관련하여 전술한 바와 실질적으로 동일한 단계이며, 여기서는 반복되지 않는다. 연속 방전 킬른 단계(2105)는 가스를 사용하는 직접 연소 장치이다.
[0075] 도 22a는 배터리 수송을 위해 제공되는 셔틀카 레일 시스템(2203)을 갖는 연속 방전 킬른(2202)의 예이다. 배터리를 연속 방전 킬른(2202)으로 수송하기 위한 엘리베이터가 제공된다. 연속 방전 킬른은 300 내지 400℃에서 작동하고, 셔틀카 레일 시스템(2203)은 킬른의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 작동한다. 연속 방전 킬른(2202)은 현재 시간의 약 1/4로 처리 시간을 현저하게 줄인다. 이 공정은 귀금속의 고동로로 인해 물질에 가치를 더한다.
[0076] 도 22b의 배치로(2201)는 배터리 셀 또는 모듈을 방전하도록 구성된 설비의 또 다른 예이다. 배터리는 약 300℃에서 배치로(2201)에 배치된다. 온도와 시간이 배터리를 효과적으로 방전시키기 위해 셀에 함유된 전해질을 건조하기에 충분한 경우 다른 온도 범위 사용될 수 있다. 이 예에서 전체 EV 모듈은 수동 해체 없이 배치로(2201)에서 배출할 수 있어 수작업을 줄이고 처리 효율성을 향상시킨다. 도 21a의 공정 흐름은 처리 시간을 현저하게 줄인다. 현재 시간의 1/4만 걸린다. 이 공정은 고농도의 귀금속이 회수될 수 있기 때문에 물질에 가치를 더한다.
[0077] 배치로(2201)(도 22b)는 전극 분말 스크랩 하소를 위해 구성된다. 0.75 톤/1 배치의 용량을 가질 수 있다. 소성을 위한 작동 온도는 약 4-5시간 동안 약 500-650℃이다. 배치로(2201)는 셔틀카와 경첩형 도어를 포함하는 전체 철 구조물이다. 연소 시설, 세라믹 단열, 히터(예를 들어, 복사관식 히터), 환기장치, 및 사용자 조작 패널이 또한 제공된다. 셔틀카는 배치로(2201)를 통해 물질을 운반한다. 배치로는 많은 양의 물질을 취급할 수 있기 때문에 이상적이다. 먼저 해체하거나 방전하지 않고 폭발 위험 없이 EV 크기의 배터리를 부하시킬 수 있기 때문에 배치로를 사용하여 처리 단계를 줄일 수 있다.
[0078] 본 개시내용의 구현예는 제2 스테이지 프로세서 또는 다른 물질 기술 및 재활용 프로세서에 의한 추가 처리에 이상적인 고농도 금속을 갖는 최종 생성물인 "검은 모래"의 생산을 포함하는 여러 기술적 효과를 달성할 수 있다. 본 개시내용의 구현예는 다양한 재활용 또는 재료 응용 분야에서 유용성을 향유한다. 따라서, 본 개시내용은 리튬을 포함하는 귀금속을 분리할 수 있고, 이러한 금속이 유해한 독성 물질로서 매립되는 것을 방지할 수 있는, 다양한 유형의 배터리 재활용 시설에서 산업적 이용가능성을 향유한다.
[0079] 본원에 제시된 본 발명의 많은 수정 및 다른 구현예는 전술한 설명 및 관련 도면에 제시된 교시의 이점을 갖는 이들 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에게 떠오를 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 구현예에 제한되지 않고, 변형 및 다른 구현예가 첨부된 청구 범위 내에 포함되는 것으로 의도됨을 이해해야 한다. 또한, 전술한 설명 및 관련 도면이 요소 및/또는 기능의 특정한 예시적인 조합과 관련하여 예시적인 구현예를 설명하지만, 요소 및/또는 기능의 상이한 조합이 첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않고 대안적인 구현예에 의해 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 이와 관련하여, 예를 들어 첨부된 청구범위 중 일부에서 제시될 수 있는 바와 같이 위에서 명시적으로 설명된 것과는 다른 요소 및/또는 기능의 조합도 고려된다. 본원에서 특정 용어가 사용되더라도, 이들은 일반적이고 설명적인 의미로 사용되며 제한의 목적으로 사용되지 않는다.

Claims (21)

  1. 리튬 이온(Li-ion) 배터리와 알칼라인, 니켈 금속 수소화물(Ni-MH) 및 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 배터리 중 하나 이상을 포함하는 배터리의 혼합된 화학 물질을 분류하여 Li-이온 배터리를 알칼라인, Ni-MH 및 Ni-Cd 배터리 중 하나 이상으로부터 분리하는 단계;
    Li-이온 배터리로부터 포장을 제거하여 Li-이온 배터리의 Li-이온 셀을 노출시키는 단계;
    Li-이온 셀을 방전시키는 단계;
    Li-이온 셀을 조각으로 파쇄하는 단계;
    파쇄편으로부터 철(Fe)을 제거하는 단계; 및
    남은 파쇄편을 Li와 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 탄소(C)로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 혼합된 분말로 분쇄하는 단계를 포함하는, 배터리 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, Li-이온 셀을 염용액에서 방전시킨 후 방전된 Li-이온 셀을 건조시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 자력 선별에 의해 파쇄편으로부터 Fe를 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, Li-이온 셀을 수용하는 외장 플라스틱 포장을 크러싱하여 Li-이온 배터리로부터 포장을 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 혼합된 분말을 공기 분리하여 혼합된 분말로부터 알루미늄(Al)과 구리(Cu)를 분리하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 가열에 의해 Li-이온 셀을 방전시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 전기차(EV) 배터리를 방전시키는 단계;
    방전된 EV 배터리를 해체하여 모듈 또는 셀로 분리하는 단계;
    모듈 또는 셀을 혼합된 금속편으로 파쇄하는 단계;
    혼합된 금속편으로부터 철(Fe)을 자력으로 분리하는 단계; 및
    혼합된 금속편을 혼합된 금속 분말로 분쇄하는 단계를 포함하는, 배터리 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서, 혼합된 분말을 공기 분리하여 혼합된 금속 분말로부터 알루미늄(Al)과 구리(Cu)를 분리하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    Li-이온 셀에 구멍을 뚫는 단계;
    화재 또는 흄 저감을 위해 구멍이 뚫린 Li-이온 셀을 물에 침전시키는 단계; 및
    방전 킬른에서 열에 의해 Li-이온 셀을 방전시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 조각으로 파쇄하는 단계 전에 방전된 Li-이온 셀을 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. 리튬 이온(Li-이온) 배터리와 알칼라인, 니켈 금속 수소화물(Ni-MH) 및 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 배터리 중 하나 이상을 포함하는 배터리의 혼합된 화학 물질을 분류하여 Li-이온 배터리를 알칼라인, Ni-MH 및 Ni-Cd 배터리 중 하나 이상으로부터 빈(bin) 내로 분리시키기 위한 분류기;
    Li-이온 배터리로부터 포장을 제거하여 Li-이온 배터리의 Li-이온 셀을 노출시키기 위한 포장 제거 장치;
    Li-이온 셀을 방전시키기 위한 방전 킬른 또는 염조;
    Li-이온 셀을 조각으로 파쇄하기 위해 파쇄기;
    파쇄편으로부터 철(Fe)을 제거하기 위한 자력 설별기; 및
    남은 파쇄편을 Li와 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 탄소(C)로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 혼합된 분말로 분쇄하기 위한 분쇄기를 포함하는, 배터리 처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 혼합된 분말로부터 알루미늄(Al)과 구리(Cu)를 분리하기 위한 공기 분리기를 추가로 포함하는, 배터리 처리 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 염조가 Li-이온 셀을 방전하기 위한 염화나트륨(NaCl), 황산나트륨(NaSO4), 황산철(FeSO4) 또는 황산아연(ZnSO4)의 수용액을 포함하는, 배터리 처리 시스템.
  14. 제11항에 있어서, Li-이온 셀을 파쇄할 소성된 금속 생성물로 환원시키기 위한 방전 킬른 하류에 회전식 킬른 및 냉각 레토르트를 추가로 포함하는, 배터리 처리 시스템.
  15. 제11항에 있어서, 액체 프로판 가스(LPG) 버너, 열 교환기, 켄처, 하나 이상의 스크러버, 정전형 집진기 및 배출 스택 중 하나 이상을 포함하는 흄 저감 시스템을 추가로 포함하는, 배터리 처리 시스템.
  16. 전기 자동차(EV) 모듈 처리를 위한 통합 재활용 시스템으로서, 시스템이
    EV 모듈을 가열에 의해 방전하기 위한 방전 킬른;
    방전된 EV 모듈을 조각으로 파쇄하는 파쇄기;
    플라스틱 잔해로부터 금속-함유 내부 셀을 분리하기 위한 자력 선별기;
    금속-함유 내부 셀을 혼합된 금속 분말로 분쇄하는 분쇄기를 포함하는, 통합 재활용 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 액체 프로판 가스(LPG) 버너, 열 교환기, 켄처, 하나 이상의 스크러버, 정전형 집진기 및 배출 스택 중 하나 이상을 포함하는 흄 저감 시스템을 추가로 포함하는, 통합 재활용 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 혼합된 금속 분말이 리튬(Li)과 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 망간(Mn) 중 적어도 하나를 포함하는, 통합 재활용 시스템.
  19. 제16항에 있어서,셀 팩을 분해하여 EV 모듈로부터 셀을 분리하는 분해 스테이션을 추가로 포함하는, 통합 재활용 시스템.
  20. 제16항에 있어서, 파쇄기가 유압 이중 샤프트 파쇄기를 포함하는, 통합 재활용 시스템.
  21. 제16항에 있어서, 방전 킬른이 연속식 직접 가스 연소 장치를 포함하는, 통합 재활용 시스템.
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