KR20230122835A - Secondary battery waste sludge recycling process - Google Patents

Secondary battery waste sludge recycling process Download PDF

Info

Publication number
KR20230122835A
KR20230122835A KR1020220019560A KR20220019560A KR20230122835A KR 20230122835 A KR20230122835 A KR 20230122835A KR 1020220019560 A KR1020220019560 A KR 1020220019560A KR 20220019560 A KR20220019560 A KR 20220019560A KR 20230122835 A KR20230122835 A KR 20230122835A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
secondary battery
waste sludge
battery waste
organic solvent
electrode material
Prior art date
Application number
KR1020220019560A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
송재하
장진성
서현승
홍관희
Original Assignee
송재하
장진성
서현승
홍관희
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 송재하, 장진성, 서현승, 홍관희 filed Critical 송재하
Priority to KR1020220019560A priority Critical patent/KR20230122835A/en
Publication of KR20230122835A publication Critical patent/KR20230122835A/en

Links

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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
    • C02F11/15—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by treatment with electric, magnetic or electromagnetic fields; by treatment with ultrasonic waves
    • 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

Abstract

본 발명은 이차전지 폐슬러지 재활용 공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이차전지 폐슬러지를 전극 소재 및 유기용매로 분리시켜 이차전지 제조에 활용될 수 있도록 하는 이차전지 폐슬러지 재활용 공정에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정은 폐슬러지를 본래의 전극활물질과 유기용매(NMP)로 분리시켜 다시 이차전지 제조공정에 재활용할 수 있도록 함으로써 이산화탄소 배출저감 등과 같은 환경에 대한 문제를 해결할 수 있고, 자원재활용분야에 또 다른 시장창출을 기여할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정은 이차전지 Li계 양극활물질, 탄소계 음극소재, 실리콘계 음극소재, Li계 음극소재 등이 재활용이 될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정은 고온(NMP 인하점 195도 이하, 설정기체온도 198도 이하)기체의 챔버내의 와류식으로 밀도차에 의한 분리 공정으로 활물질과 유기용매의 분리됨은 각각의 재료를 다시 순도높은 이차전지 재료로 공급이 가능하고 공정의 단순화와 시설의 공간제약에 있어 유리하게 작용할 뿐만 아니라, 생산성에서도 비약적으로 개선된다.
특히 밀폐된 챔버 내에 분리된 분체는 고형분의 함량이 높아 후단의 용매추출공정에 추출을 진행하였을 때 높은 수율의 유가금속을 획득할 수 있다.
또한, 분무건조장치를 이용하여 공급속도, 건조온도, 분무건조장치에 투입되는 슬러지의 상태(입자크기)의 조건을 최적화하여 활물질분말과 유기용매(NMP)의 제거를 용이하게 할 수 있다.
또한, 연속식 비활성가스를 채용없이 유기용매가 기화되는 과정에서 발생할 수 있는 여지가 없고, 시설들의 밀폐성으로 작업자의 유독가스에 대한 안전성도 확보할 수 있다.The present invention relates to a secondary battery waste sludge recycling process, and more particularly, to a secondary battery waste sludge recycling process that separates secondary battery waste sludge into an electrode material and an organic solvent so that it can be used in manufacturing a secondary battery.
The secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention separates the waste sludge into the original electrode active material and organic solvent (NMP) so that it can be recycled again in the secondary battery manufacturing process, thereby solving environmental problems such as reducing carbon dioxide emissions. It has the advantage of contributing to the creation of another market in the field of resource recycling.
In the secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention, secondary battery Li-based cathode active material, carbon-based negative electrode material, silicon-based negative electrode material, Li-based negative electrode material, and the like can be recycled.
The secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention is a separation process by density difference in a vortex type in a chamber of high temperature (NMP cut-off point of 195 degrees or less, set gas temperature of 198 degrees or less). Separation of active material and organic solvent is respectively It is possible to supply the material again as a high-purity secondary battery material, and it not only works advantageously in terms of simplifying the process and space constraints of the facility, but also dramatically improves productivity.
In particular, the powder separated in the closed chamber has a high solid content, so that a high yield of valuable metals can be obtained when extraction is performed in the solvent extraction process at the later stage.
In addition, it is possible to easily remove the active material powder and the organic solvent (NMP) by optimizing the supply speed, drying temperature, and conditions (particle size) of the sludge introduced into the spray drying device using the spray drying device.
In addition, there is no room for occurrence in the process of vaporization of organic solvents without employing continuous inert gas, and the safety of workers against toxic gases can be secured due to the airtightness of the facilities.

Description

이차전지 폐슬러지 재활용 공정{Secondary battery waste sludge recycling process}Secondary battery waste sludge recycling process

본 발명은 이차전지 폐슬러지 재활용 공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이차전지 폐슬러지를 전극 소재 및 유기용매로 분리시켜 이차전지 제조에 활용될 수 있도록 하는 이차전지 폐슬러지 재활용 공정에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery waste sludge recycling process, and more particularly, to a secondary battery waste sludge recycling process that separates secondary battery waste sludge into an electrode material and an organic solvent so that it can be used in manufacturing a secondary battery.

오늘날 리튬이온 이차전지는 휴대폰 및 노트북과 같은 휴대용 IT기기 뿐만 아니라, 전기자동차, 에너지 저장장치(ESS) 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 그 시장 역시 점점 더 확대되고 있다. 리튬이온 이차전지에 포함되는 핵심 원료 중 하나인 리튬은 전략적인 금속자원으로서, 전 세계 리튬 매장량은 약 1300만톤으로 알려져 있다. Today, lithium ion secondary batteries are used in various fields such as electric vehicles and energy storage systems (ESS) as well as portable IT devices such as mobile phones and laptops, and their markets are also gradually expanding. Lithium, one of the key raw materials included in lithium-ion secondary batteries, is a strategic metal resource, and lithium reserves around the world are known to be about 13 million tons.

특히 리튬은 일부 남미 국가에 자원이 편중되어 있어 확보 경쟁이 치열하며, 경제성과 희소성이 있는 금속에 해당한다.Lithium, in particular, is a metal with economic feasibility and scarcity, with fierce competition to secure it as resources are concentrated in some South American countries.

또한, 리튬이온 이차전지의 필수 구성 중 하나인 양극재에는 양극활물질로서, 니켈, 망간 및 코발트 등의 유가금속 산화물이 널리 사용되는데, 우리나라는 이러한 고가의 유가금속들을 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다.In addition, valuable metal oxides such as nickel, manganese, and cobalt are widely used as positive electrode active materials in cathode materials, which are one of the essential components of lithium ion secondary batteries. .

한편, 리튬이온 이차전지의 사용이 확대됨에 따라 이미 사용이 끝난 폐 리튬이온 이차전지의 처리가 문제되고 있는 상황이며, 리튬이온 이차전지를 제조하는 공정 중 발생하게 되는 스크랩 등의 처리 역시 문제되고 있어, 폐기물로 버려지는 리튬 또는 유가금속을 회수하여, 자원화하는 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. On the other hand, as the use of lithium ion secondary batteries expands, the treatment of already used waste lithium ion secondary batteries is becoming a problem, and the treatment of scrap generated during the manufacturing process of lithium ion secondary batteries is also a problem. , Research on how to recover lithium or valuable metals discarded as waste and turn them into resources is being actively conducted.

한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0117024호와 같은 문헌에서는 폐 양극재에서 유가금속을 회수하는 방법이 개시되어 있으나, 이러한 종래기술에 따르면, 특정 유가금속을 회수할 수 있을 뿐, 폐전지 혹은 스크랩에 포함된 나머지 음극재, 분리막, 전해질을 온전히 회수하기 어렵고, 일련의 공정에서 모든 종류의 유가금속을 완전히 회수하기는 어렵다는 단점을 가지고 있으며, 나아가 폐 리튬 이차전지를 온전히 자원화하여 재활용하기는 어려워 이차 폐기물이 많이 발생하는 문제점이 존재하였다. On the other hand, a method for recovering valuable metals from waste cathode materials is disclosed in documents such as Korean Patent Publication No. 10-2011-0117024, but according to such prior art, only specific valuable metals can be recovered, and waste batteries Alternatively, it is difficult to fully recover the remaining anode materials, separators, and electrolytes included in the scrap, and it is difficult to completely recover all types of valuable metals in a series of processes. Furthermore, it is difficult to completely recycle waste lithium secondary batteries as resources. It is difficult and there is a problem that a lot of secondary waste is generated.

한편, 21세기 들어 최대의 환경 이슈는 대기 중 온실가스의 농도 증가로 인한 기후 변화이며, 이는 인류 생존의 문제로까지 인식되고 있다. 특히 이산화탄소의 경우 온실가스의 주된 요소로서 온실효과를 일으켜, 지구의 빙하를 녹이고, 지구의 평균 기온을 증가시키는 문제를 야기하고 있어 문제된다.On the other hand, the biggest environmental issue in the 21st century is climate change due to the increase in the concentration of greenhouse gases in the atmosphere, which is recognized as a problem for human survival. In particular, in the case of carbon dioxide, as a major component of greenhouse gases, it causes a greenhouse effect, melts the glaciers of the earth, and causes a problem of increasing the average temperature of the earth.

대한민국 10-2001-0040256Republic of Korea 10-2001-0040256 대한민국 10-2016-0032700Republic of Korea 10-2016-0032700 대한민국 10-2016-0032700Republic of Korea 10-2016-0032700

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 이차전지로부터 활물질과 유기용매를 분리함으로써 양품의 폐활물질 분말을 제조하고, 유가금속 추출공정으로 이동하도록 함으로써 활물질의 불순물을 제거하는 공정을 연속적으로 할 수 있는 이차전지 폐슬러지 재활용 공정을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, and a process of removing impurities from the active material by separating the active material and the organic solvent from the secondary battery to prepare waste active material powder of good quality and moving it to a valuable metal extraction process The purpose is to provide a secondary battery waste sludge recycling process that can be performed continuously.

또한, 본 발명은 폐슬러지가 분리장치를 통과하면서 활물질과 유기용매 분리시켜 유기용매를 제거하는 과정을 거쳐 폐활물질 분말을 유가금속 추출하여 이차전지 원료로 재사용할 수 있도록 하고, 폐활물질의 중화를 위한 추가적인 용액첨가나 희석을 통한 여과장치가 필요없는 이차전지 폐슬러지 재활용 공정을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention separates the active material and the organic solvent while the waste sludge passes through a separator to remove the organic solvent, and extracts valuable metals from the waste active material powder so that it can be reused as a raw material for a secondary battery, neutralizing the waste active material The purpose is to provide a secondary battery waste sludge recycling process that does not require additional solution addition or dilution for filtering.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정은 이차전지 폐슬러지를 이차전지 폐슬러지 탱크에 보관하는 보관단계; 상기 이차전지 폐슬러지 탱크 내에 보관된 이차전지 폐슬러지를 교반기를 이용하여 교반하는 교반단계; 상기 교반단계에서 교반된 이차전지 폐슬러지를 이송관을 통해 배출시키는 배출단계; 상기 이송관을 따라 이송되는 이차전지 폐슬러지에 초음파발생장치를 이용하여 초음파를 인가하는 초음파인가단계; 상기 이송관을 따라 이송되는 이차전지 폐슬러지를 고온 및 고압 분위기가 조성된 챔버 내부로 공급하여 이차전지 폐슬러지를 전극소재분체와 유기용매로 각각 분리시키는 분리단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.The secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention for achieving the above object includes a storage step of storing the secondary battery waste sludge in a secondary battery waste sludge tank; An agitation step of agitating the secondary battery waste sludge stored in the secondary battery waste sludge tank using an agitator; a discharge step of discharging the secondary battery waste sludge stirred in the stirring step through a transfer pipe; Applying ultrasonic waves to the secondary battery waste sludge transported along the transfer pipe by using an ultrasonic generator; and a separation step of supplying the secondary battery waste sludge transferred along the transfer pipe into a chamber in which a high-temperature and high-pressure atmosphere is created to separate the secondary battery waste sludge into electrode material powder and an organic solvent, respectively.

본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정은 폐슬러지를 본래의 전극활물질과 유기용매(NMP)로 분리시켜 다시 이차전지 제조공정에 재활용할 수 있도록 함으로써 이산화탄소 배출저감 등과 같은 환경에 대한 문제를 해결할 수 있고, 자원재활용분야에 또 다른 시장창출을 기여할 수 있는 장점이 있다.The secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention separates the waste sludge into the original electrode active material and organic solvent (NMP) so that it can be recycled again in the secondary battery manufacturing process, thereby solving environmental problems such as reducing carbon dioxide emissions. It has the advantage of contributing to the creation of another market in the field of resource recycling.

본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정은 이차전지 Li계 양극활물질, 탄소계 음극소재, 실리콘계 음극소재, Li계 음극소재 등이 재활용이 될 수 있다.In the secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention, secondary battery Li-based cathode active material, carbon-based negative electrode material, silicon-based negative electrode material, Li-based negative electrode material, and the like can be recycled.

본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정은 고온(NMP 인하점 195도 이하, 설정기체온도 198도 이하)기체의 챔버내의 와류식으로 밀도차에 의한 분리 공정으로 활물질과 유기용매의 분리됨은 각각의 재료를 다시 순도높은 이차전지 재료로 공급이 가능하고 공정의 단순화와 시설의 공간제약에 있어 유리하게 작용할 뿐만 아니라, 생산성에서도 비약적으로 개선된다. The secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention is a separation process by density difference in a vortex type in a chamber of high temperature (NMP cut-off point of 195 degrees or less, set gas temperature of 198 degrees or less). Separation of active material and organic solvent is respectively It is possible to supply the material again as a high-purity secondary battery material, and it not only works advantageously in terms of simplifying the process and space constraints of the facility, but also dramatically improves productivity.

특히 밀폐된 챔버 내에 분리된 분체는 고형분의 함량이 높아 후단의 용매추출공정에 추출을 진행하였을 때 높은 수율의 유가금속을 획득할 수 있다. In particular, the powder separated in the closed chamber has a high solid content, so that a high yield of valuable metals can be obtained when extraction is performed in the solvent extraction process at the later stage.

또한, 분무건조장치를 이용하여 공급속도, 건조온도, 분무건조장치에 투입되는 슬러지의 상태(입자크기)의 조건을 최적화하여 활물질분말과 유기용매(NMP)의 제거를 용이하게 할 수 있다. In addition, it is possible to easily remove the active material powder and the organic solvent (NMP) by optimizing the supply speed, drying temperature, and conditions (particle size) of the sludge introduced into the spray drying device using the spray drying device.

또한, 연속식 비활성가스를 채용없이 유기용매가 기화되는 과정에서 발생할 수 있는 여지가 없고, 시설들의 밀폐성으로 작업자의 유독가스에 대한 안전성도 확보할 수 있다.In addition, there is no room for occurrence in the process of vaporization of organic solvents without employing continuous inert gas, and the safety of workers against toxic gases can be secured due to the airtightness of the facilities.

도 1은 본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정을 위한 이차전지 폐슬러지 재활용 장치를 나타낸 도면.1 is a view showing a secondary battery waste sludge recycling device for a secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a secondary battery waste sludge recycling process according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에는 본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정은 이차전지 폐슬러지를 이차전지 폐슬러지 탱크에 보관하는 보관단계; 상기 이차전지 폐슬러지 탱크 내에 보관된 이차전지 폐슬러지를 교반기를 이용하여 교반하는 교반단계; 상기 교반단계에서 교반된 이차전지 폐슬러지를 이송관을 통해 배출시키는 배출단계; 상기 이송관을 따라 이송되는 이차전지 폐슬러지에 초음파발생장치를 이용하여 초음파를 인가하는 초음파인가단계; 상기 이송관을 따라 이송되는 이차전지 폐슬러지를 고온 및 고압 분위기가 조성된 챔버 내부로 공급하여 이차전지 폐슬러지를 전극소재분체와 유기용매로 각각 분리시키는 분리단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.1 shows a secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention. 1, the secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention includes a storage step of storing the secondary battery waste sludge in a secondary battery waste sludge tank; An agitation step of agitating the secondary battery waste sludge stored in the secondary battery waste sludge tank using an agitator; a discharge step of discharging the secondary battery waste sludge stirred in the stirring step through a transfer pipe; Applying ultrasonic waves to the secondary battery waste sludge transported along the transfer pipe by using an ultrasonic generator; and a separation step of supplying the secondary battery waste sludge transferred along the transfer pipe into a chamber in which a high-temperature and high-pressure atmosphere is created to separate the secondary battery waste sludge into electrode material powder and an organic solvent, respectively.

본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정은 이차전지 폐슬러지 탱크(10), 공급수단(20), 초음파발생장치(미도시) 컴프레서(30), 히터(40), 제트 밀(50), 전극 소재 회수부(60) 및 유기용매 회수부(70)를 이용한다.The secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention includes a secondary battery waste sludge tank 10, a supply means 20, an ultrasonic generator (not shown), a compressor 30, a heater 40, a jet mill 50, an electrode The material recovery unit 60 and the organic solvent recovery unit 70 are used.

이차전지 폐슬러지는 이차전지 제조 공정 중 믹싱, 필터, 탈포 및 안정화 공정에서 발생되거나 사용 후 폐기처리된 이차전지에서 주로 발생된다. Secondary battery waste sludge is mainly generated in the mixing, filtering, defoaming, and stabilization processes of secondary battery manufacturing processes, or in secondary batteries that are disposed of after use.

이차전지는 양극재, 음극재, 분리막 및 전해질을 포함하여 구성될 수 있으며, 제조 공정 또는 사용 후의 이차전지의 폐슬러지는 양극 소재, 음극 소재 및 고체 전해질 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. A secondary battery may include a cathode material, an anode material, a separator, and an electrolyte, and waste sludge of a secondary battery after a manufacturing process or use may include any one or more of a cathode material, an anode material, and a solid electrolyte.

양극 소재는 리튬을 삽입 및 방출할 수 있는 양극 활물질을 포함하고 있으며, 양극 활물질은 LCO(LiCoO2), NCM(Li[NiCoMn]O2), NCA(Li[NiCoAl]O2), LMO(LiMn2O4), LFP(LiFePO4) 및 기타 리튬을 삽입 및 방출할 수 있는 리튬계 산화물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The cathode material includes a cathode active material capable of intercalating and releasing lithium, and the cathode active material is LCO (LiCoO 2 ), NCM (Li[NiCoMn]O 2 ), NCA (Li[NiCoAl]O 2 ), LMO (LiMn 2 O 4 ), LFP (LiFePO 4 ) and other lithium-based oxides capable of intercalating and releasing lithium.

음극 소재는 리튬 이온을 받아들일 수 있는 음극 활물질을 포함하고 있으며, 음극 활물질은 탄소계(흑연, 그래핀, CNT 등), 실리콘계, 리튬계, 전이금속산화물계 및 기타 리튬을 받아들일 수 있는 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The anode material includes an anode active material capable of accepting lithium ions, and the anode active material includes carbon-based (graphite, graphene, CNT, etc.), silicon-based, lithium-based, transition metal oxide-based, and other lithium-accepting compounds. Any one or more of them may be included.

고체 전해질은 전고체 전지에서 분리막 대신 사용하는 소재로 고체 상태에서 큰 이온전도를 보이는 산화지르코늄, 나트륨 β-알루미나, 황화물계, 산화물계 등의 무기 고체 전해질과 고분자를 포함하는 유기 고체 전해질 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.A solid electrolyte is a material used instead of a separator in an all-solid-state battery, and is any one of inorganic solid electrolytes such as zirconium oxide, sodium β-alumina, sulfide-based, and oxide-based organic solid electrolytes including polymers, which show high ionic conductivity in a solid state. may contain more than

여기서, 양극 소재와 음극 소재의 경우 양극 활물질과 음극 활물질을 각각 양극판과 음극판에 집전시키기 위한 바인더 조성물로 PVDF(polyvinylidene fluoride), SBR(styrene-butadiene rubber)/CMC(carboxy methyl cellulose) 및 기타 고분자 바인더 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. Here, in the case of the cathode and anode materials, PVDF (polyvinylidene fluoride), SBR (styrene-butadiene rubber) / CMC (carboxy methyl cellulose) and other polymeric binders are used as a binder composition for collecting the cathode and anode active materials on the cathode and anode plates, respectively. Any one or more of the compounds may be included.

이차전지 전극 제조 공정에서 바인더를 전극판에 집전시키기 위해서는 유기용매를 사용하여 전극 활물질과 바인더를 전극판에 부착해야 한다. In order to charge the binder to the electrode plate in the manufacturing process of the secondary battery electrode, the electrode active material and the binder must be attached to the electrode plate using an organic solvent.

여기서 사용되는 유기용매는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone), DMA(N,N-dimethylacetamide), PC(propylene carbonate), EC(ethylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DPC(dipropyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), GBL(gamma-butyrolactone), FEC(fluoroethylene carbonate), DMSO(dimethyl sulfoxide), ACN(acetonitrile), DME(dimethoxyethane), THF(tetrahydrofuran), 카보네이트류(carbonates), 글리콜 에테르류(glycol ethers) 포름산류(formic acids), 아세트산류(acetic acids) 및 프로피온산류(propionic acids) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 NMP가 사용될 수 있다.The organic solvent used here is NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), DMA (N,N-dimethylacetamide), PC (propylene carbonate), EC (ethylene carbonate), DEC (diethyl carbonate), DMC (dimethyl carbonate), DPC (dipropyl carbonate), EMC (ethyl methyl carbonate), GBL (gamma-butyrolactone), FEC (fluoroethylene carbonate), DMSO (dimethyl sulfoxide), ACN (acetonitrile), DME (dimethoxyethane), THF (tetrahydrofuran), carbonates ( carbonates), glycol ethers, formic acids, acetic acids, and propionic acids, and preferably NMP.

이차전지 폐슬러지는 이차전지 폐슬러지 탱크(10)에 보관될 수 있다. The secondary battery waste sludge may be stored in the secondary battery waste sludge tank 10 .

이차전지 폐슬러지 탱크(10)에 보관된 이차전지 폐슬러지는 교반장치에 의해 지속적으로 교반될 수 있다.Secondary battery waste sludge stored in the secondary battery waste sludge tank 10 may be continuously stirred by an agitator.

이차전지 폐슬러지 탱크(10)에 보관된 이차전지 폐슬러지는 공급수단(20)에 의해 챔버 더욱 상세하게는 제트 밀(50)에 공급될 수 있다.The secondary battery waste sludge stored in the secondary battery waste sludge tank 10 may be supplied to the chamber, more specifically, to the jet mill 50 by the supply means 20 .

공급수단(20)은 이차전지 폐슬러지를 분체 밀(50)로 공급할 수 있는 수단 중 어느 하나가 선택될 수 있다. 바람직하게는 펌프, 스크류 및 롤러를 통하여 이차전지 폐슬러지를 제트 밀(50)에 공급할 수 있다.As the supply means 20, any one of means capable of supplying the secondary battery waste sludge to the powder mill 50 may be selected. Preferably, the secondary battery waste sludge may be supplied to the jet mill 50 through a pump, a screw, and a roller.

공급수단을 통해 이차전지 폐슬러지가 분체 밀(50)로 공급되기 전에 이송관을 따라 흐르는 이차전지 폐슬러지에 초음파를 인가할 수 있다.Ultrasound may be applied to the secondary battery waste sludge flowing along the transfer pipe before the secondary battery waste sludge is supplied to the powder mill 50 through the supply means.

이차전지 폐슬러지가 제트 밀(50) 내부로 공급되면 컴프레서(30)를 통해 압축 공기를 제트 밀(50)로 공급한다. When secondary battery waste sludge is supplied into the jet mill 50, compressed air is supplied to the jet mill 50 through the compressor 30.

컴프레서(30)는 대기를 압축하여 압축 공기를 생성할 수 있다. The compressor 30 may compress atmospheric air to generate compressed air.

컴프레서(30)는 대기를 0.7 Mpa의 압력으로 압축하여 압축 공기를 생성하고, 0.7 Nm3/min의 속도로 압축 공기를 공급할 수 있다. The compressor 30 may generate compressed air by compressing atmospheric air to a pressure of 0.7 Mpa, and supply the compressed air at a rate of 0.7 Nm 3 /min.

여기서 컴프레서(30)는 수분제거필터가 장착되어 대기 중의 수증기를 제거할 수 있다. 따라서, 컴프레서(30)를 통해 제공되는 압축 공기는 수증기가 제거된 드라이 에어(dry air)이며, 드라이 에어가 제트 밀(50)에 공급될 수 있다. Here, the compressor 30 is equipped with a water removal filter to remove water vapor in the atmosphere. Therefore, the compressed air provided through the compressor 30 is dry air from which water vapor has been removed, and the dry air can be supplied to the jet mill 50 .

드라이 에어는 이차전지 폐슬러지가 전극 소재 분체 및 유기용매로 분리될 때 전극 소재 분체의 수분을 제거할 수 있고, 제트 밀(50) 배출구의 온도도 감소시킬 수 있다.Dry air can remove moisture from the electrode material powder when secondary battery waste sludge is separated into electrode material powder and organic solvent, and can also reduce the temperature of the outlet of the jet mill (50).

또한, 컴프레서(30)에 의해 생성된 압축 공기는 제트 밀(50)에 공급되기 전에 히터(40)에 의해 가열될 수 있다. Also, the compressed air generated by the compressor 30 may be heated by the heater 40 before being supplied to the jet mill 50 .

히터(40)는 압축 공기가 통과하며 압축 공기를 설정한 온도까지 가열하고, 압축 공기에 잔존하는 수분을 제거할 수 있다. 바람직하게는 압축 공기를 160 ℃로 가열하여 잔존하는 수분을 효과적으로 제거할 수 있다.The heater 40 may pass compressed air, heat the compressed air to a set temperature, and remove moisture remaining in the compressed air. Preferably, the remaining moisture can be effectively removed by heating the compressed air to 160 °C.

제트 밀(50)에 공급된 이차전지 폐슬러지는 전극 소재 분체 및 유기용매로 분리될 수 있다.Secondary battery waste sludge supplied to the jet mill 50 may be separated into electrode material powder and organic solvent.

제트 밀(50) 하부는 컴프레서(30) 및 히터(40)와 연결된 에어노즐이 하나 이상 형성되어 압축 공기를 제트 밀(50) 내부로 제공해줄 수 있다. One or more air nozzles connected to the compressor 30 and the heater 40 may be formed in the lower part of the jet mill 50 to provide compressed air to the inside of the jet mill 50.

제트 밀(50)은 선회 기류식 제트 밀, 제트·오·밀, 충돌식 제트 밀 및 커런트 제트 밀 중 어느 하나가 선택될 수 있다. 바람직하게는 선회 기류식 제트 밀이 선택될 수 있다. As the jet mill 50, any one of a swirling air jet mill, a jet O-mill, a collision-type jet mill, and a current jet mill may be selected. Preferably, a swirling air jet mill may be selected.

선회 기류식 제트 밀 내부로 압축 공기가 분출되면 고속 선회 기류가 발생되고, 이에 따라 이차전지 폐슬러지를 구성하는 전극 소재 분체 및 유기용매가 밀도 차이로 인하여 서로 분리될 수 있다. 여기서 압축 공기로 드라이 에어를 공급해주면 전극 소재 분체의 수분이 제거되어 추후 수행되는 전극 소재 분체 회수 단계에서 전극 소재 분체의 금속 추출이 용이해질 수 있다. 또한 고속 선회 기류가 발생되어 이차전지 폐슬러지를 분리하므로 비활성 가스 주입이 필요 없어 공정이 단순해지는 효과가 발생할 수 있다.When compressed air is ejected into the swirling air jet mill, a high-speed swirling airflow is generated, and accordingly, the electrode material powder and the organic solvent constituting the secondary battery waste sludge may be separated from each other due to a difference in density. Here, when dry air is supplied as compressed air, moisture in the electrode material powder is removed, and metal extraction from the electrode material powder can be facilitated in the electrode material powder recovery step to be performed later. In addition, since a high-speed whirling airflow is generated to separate the secondary battery waste sludge, an effect of simplifying the process may occur because an inert gas injection is not required.

제트밀 내에서 전극 소재 분체 및 유기용매는 각각 전극 소재 분체 회수부(60) 및 유기용매 회수부(70)로 회수될 수 있다. In the jet mill, the electrode material powder and the organic solvent may be recovered to the electrode material powder recovery unit 60 and the organic solvent recovery unit 70, respectively.

상대적으로 밀도가 큰 전극 소재 분체는 제트 밀(50) 하부로 분리되어 회수할 수 있고, 상대적으로 밀도가 작은 기화된 유기용매는 제트 밀(50) 상부로 분리되어 회수할 수 있다. 이 때 전극 소재 분체가 제트 밀(50) 상부로 이동하지 못하도록 제트 밀(50) 내부 임의의 공간에 필터를 장착하여 입자가 큰 전극 소재 분체가 유입되지 않도록 방지할 수 있다.Electrode material powder with a relatively high density can be separated and recovered from the lower part of the jet mill 50, and vaporized organic solvent with a relatively lower density can be separated and recovered from the upper part of the jet mill 50. At this time, a filter may be installed in an arbitrary space inside the jet mill 50 to prevent the electrode material powder from moving to the upper part of the jet mill 50 to prevent inflow of electrode material powder having large particles.

전극 소재 분체의 금속은 전극 소재 분체 회수부(60)에서 금속 추출 공정을 통해 전극 소재 분체에서 금속을 추출하여 회수할 수 있다. 전극 소재 분체 회수부(60)는 제트 밀(50) 하단 일측에 연결되어 제트 밀(50) 하부에서 분리된 전극 소재 분체를 회수할 수 있다. The metal of the electrode material powder may be recovered by extracting the metal from the electrode material powder through a metal extraction process in the electrode material powder recovery unit 60 . The electrode material powder recovery unit 60 is connected to one side of the lower end of the jet mill 50 to recover electrode material powder separated from the lower part of the jet mill 50 .

회수된 전극 소재 분체는 금속 추출 공정을 통해 전극 소재 분체에 함유된 금속인 리튬, 코발트, 니켈, 망간, 알루미늄, 철, 티타늄, 실리콘 및 기타 전이금속 등을 추출할 수 있다. The recovered electrode material powder can extract lithium, cobalt, nickel, manganese, aluminum, iron, titanium, silicon and other transition metals, which are metals contained in the electrode material powder, through a metal extraction process.

전극 소재 분체는 금속 추출 공정 시 유기용매를 제거하기 위한 추가적인 용액 공정, 희석 공정 및 여과 공정 등을 수행하지 않기 때문에 공정 효율이 향상될 수 있다. 전극 소재 분체의 금속 추출 공정은 침지법, 전해법, 이온교환법, 용매추출법 등의 습식 금속 추출 공정 또는 열처리, 전기처리, 자기처리, 플라즈마처리 등의 건식 금속 추출 공정 중 회수하려는 금속 특성에 맞는 공정을 선택하여 금속을 회수할 수 있다.Process efficiency can be improved because the electrode material powder does not undergo an additional solution process, dilution process, filtration process, etc. to remove the organic solvent during the metal extraction process. The metal extraction process of electrode material powder is a process suitable for the characteristics of the metal to be recovered among wet metal extraction processes such as dipping, electrolysis, ion exchange, and solvent extraction, or dry metal extraction processes such as heat treatment, electric treatment, magnetic treatment, and plasma treatment You can recover the metal by selecting

유기용매는 유기용매 회수부(70)에서 액체 상태의 유기용매를 회수할 수 있다. 유기용매는 가열된 압축 공기에 의해 기체 상태로 분리된다. 기체 유기용매는 제트 밀(50) 상단 일측에 연결된 유기용매 회수부(70)로 이동될 수 있다. 이 때 기체 유기용매의 이동 경로상에 냉각수단을 지나치게 되고, 이에 따라 기체 상태가 액체 상태로 상전이되어 유기용매 회수부(70)에서 액체 유기용매로 회수할 수 있다. 여기서, 냉각수단의 온도는 유기용매의 끓는점보다 낮은 온도로 설정하여 기체 상태의 유기용매를 액체 상태로 상전이시켜 액체 유기용매를 회수할 수 있다.As for the organic solvent, the organic solvent in a liquid state may be recovered in the organic solvent recovery unit 70 . The organic solvent is separated into a gaseous state by heated compressed air. The gaseous organic solvent may be moved to the organic solvent recovery unit 70 connected to one side of the upper end of the jet mill 50 . At this time, the gaseous organic solvent passes through the cooling means on the moving path, and as a result, the gaseous state is phase-transformed into the liquid state, and the organic solvent recovery unit 70 can recover the liquid organic solvent. Here, the temperature of the cooling means may be set to a temperature lower than the boiling point of the organic solvent to perform phase transition of the organic solvent in gaseous state to liquid state, thereby recovering the liquid organic solvent.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정은 교반중이던 이차전지 폐슬러지를 제트밀에 공급하면, 탱크의 내측 벽면에서 폐슬러지가 건조되면서 건조된 전극소재분체는 전극소재회수부에서 회수되고, 기화가 된 NMP는 유기용매회수부에서 회수된다.As described above, in the secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention, when the secondary battery waste sludge being stirred is supplied to the jet mill, the waste sludge is dried on the inner wall of the tank, and the dried electrode material powder is recovered from the electrode material recovery unit and vaporized NMP is recovered in the organic solvent recovery unit.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 이차전지 폐슬러지 재활용 공정은 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. The secondary battery waste sludge recycling process according to the present invention described above has been described with reference to the accompanying drawings, but this is only exemplary, and various modifications and other equivalent embodiments may be made by those skilled in the art. You will understand that it is possible.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.Therefore, the scope of true technical protection of the present invention should be determined only by the technical spirit of the appended claims.

10 : 폐슬러지 탱크
20 : 공급수단
30 : 컴프레서
40 : 히터
50 : 제트 밀
60 : 전극소재회수부
70 : 유기용매회수부10: waste sludge tank
20: means of supply
30: Compressor
40: heater
50: jet mill
60: electrode material recovery unit
70: organic solvent recovery unit

Claims (1)

이차전지 폐슬러지를 이차전지 폐슬러지 탱크에 보관하는 보관단계;
상기 이차전지 폐슬러지 탱크 내에 보관된 이차전지 폐슬러지를 교반기를 이용하여 교반하는 교반단계;
상기 교반단계에서 교반된 이차전지 폐슬러지를 이송관을 통해 배출시키는 배출단계;
상기 이송관을 따라 이송되는 이차전지 폐슬러지에 초음파발생장치를 이용하여 초음파를 인가하는 초음파인가단계;
상기 이송관을 따라 이송되는 이차전지 폐슬러지를 고온 및 고압 분위기가 조성된 챔버 내부로 공급하여 이차전지 폐슬러지를 전극소재분체와 유기용매로 각각 분리시키는 분리단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 폐슬러지 재활용 공정.
A storage step of storing the secondary battery waste sludge in a secondary battery waste sludge tank;
An agitation step of agitating the secondary battery waste sludge stored in the secondary battery waste sludge tank using an agitator;
a discharge step of discharging the secondary battery waste sludge stirred in the stirring step through a transfer pipe;
Applying ultrasonic waves to the secondary battery waste sludge transported along the transfer pipe by using an ultrasonic generator;
A separation step of supplying the secondary battery waste sludge transferred along the transfer pipe into a chamber in which a high temperature and high pressure atmosphere is created to separate the secondary battery waste sludge into electrode material powder and an organic solvent, respectively. Battery waste sludge recycling process.
KR1020220019560A 2022-02-15 2022-02-15 Secondary battery waste sludge recycling process KR20230122835A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220019560A KR20230122835A (en) 2022-02-15 2022-02-15 Secondary battery waste sludge recycling process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220019560A KR20230122835A (en) 2022-02-15 2022-02-15 Secondary battery waste sludge recycling process

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230122835A true KR20230122835A (en) 2023-08-22

Family

ID=87799649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220019560A KR20230122835A (en) 2022-02-15 2022-02-15 Secondary battery waste sludge recycling process

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230122835A (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010040256A (en) 1997-09-30 2001-05-15 에엠에프 97 엘렉트로-마쉬넨-페어트리브-마그네트테크니크-운트 포르슝스-게엠베하 Reluctance motor
KR20160032700A (en) 2014-09-16 2016-03-24 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 Resin, resist composition and method for producing resist pattern

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010040256A (en) 1997-09-30 2001-05-15 에엠에프 97 엘렉트로-마쉬넨-페어트리브-마그네트테크니크-운트 포르슝스-게엠베하 Reluctance motor
KR20160032700A (en) 2014-09-16 2016-03-24 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 Resin, resist composition and method for producing resist pattern

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gao et al. Direct recovery of LiCoO2 from the recycled lithium-ion batteries via structure restoration
Fujita et al. Reduction, reuse and recycle of spent Li-ion batteries for automobiles: A review
CN111799522B (en) Method for recovering positive electrode material, positive electrode material obtained by the method, and use of the positive electrode material
CN110635191A (en) Method for cleanly recovering all components of waste power lithium battery
CN105428745A (en) Method for comprehensive harmless recovery and utilization of waste lithium ion power battery
CN103825064A (en) Demonstration process for recovering waste and old dynamic lithium iron phosphate cell in environmental protection mode
CN102208707A (en) Method for repair and regeneration of waste lithium iron phosphate battery cathode material
CN110620278A (en) Method for recovering anode material of waste lithium iron phosphate battery
CN111430832B (en) Full resource recovery method for waste ternary lithium ion battery without discharge pretreatment
CN111430831B (en) Method for recovering waste lithium ion battery negative electrode material
CN108288738A (en) A method of lithium-ion battery electrolytes are recycled using supercritical carbon dioxide fluid
AU2021103810A4 (en) Device and method for integrated recycling and regeneration of full components of graphite anode of waste lithium battery
CN111088430A (en) Recovery processing method of waste slurry of lithium battery positive electrode
CN113437378A (en) Method for recycling and reusing anode and cathode of waste battery
CN110620276A (en) Method for recycling waste lithium ion battery electrolyte
CN110092398A (en) A kind of method of waste and old lithium ion battery baking tail gases resource utilization
CN110649344A (en) Method for separating and recycling electrolyte in waste power lithium battery by using ultrasonic enhanced extraction method
Liu et al. Pyrometallurgically regenerated LiMn2O4 cathode scrap material and its electrochemical properties
US20230062492A1 (en) Method for reusing active material by using positive electrode scrap
CN113381088B (en) Method for separating positive active material and aluminum current collector in waste lithium ion battery in a transcritical fluid strengthening way
CN110176646A (en) A kind of recovery and treatment method of used Li ion cell electrolyte
CN115210935A (en) Apparatus for recovering active material and method of reusing active material using the same
KR20230122835A (en) Secondary battery waste sludge recycling process
WO2023155557A1 (en) Method for desorption of recycled active materials from waste battery
CN114420921B (en) Method for regenerating lithium ion battery anode material by microwave