WO2023106758A1 - 폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법 - Google Patents

폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법 Download PDF

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WO2023106758A1
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lithium
lithium battery
waste
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waste lithium
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정은진
한길수
우광선
김병원
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포스코홀딩스 주식회사
재단법인 포항산업과학연구원
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    • 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
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B26/00—Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
    • C22B26/10—Obtaining alkali metals
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    • 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

Definitions

  • the present embodiments relate to a method for recovering lithium from a waste lithium battery. More specifically, it relates to a method of mixing an additive with a waste lithium battery and recovering a lithium salt under a low-temperature melting condition.
  • Lithium batteries are widely used as secondary batteries because of their excellent charge/discharge performance and high energy density, and are particularly widely used in small electronic products such as mobile phones and laptops. Recently, with the spread of electric vehicles and the like becoming visible, the development of large-capacity lithium batteries is actively progressing.
  • Lithium contained in lithium batteries is a very expensive metal, and it is necessary to recover and reuse lithium from discarded lithium batteries.
  • Conventional methods for extracting or recovering lithium from a lithium battery include a process of separating a cathode material from a waste lithium battery, extracting it with a strong acid and then neutralizing it with an alkali to precipitate cobalt, nickel, etc. as hydroxide, and recovering it in the presence of hydrogen peroxide
  • a wet process in which a cathode material is dissolved with sulfuric acid or nitric acid and then metal is separated and recovered by a neutralization precipitation method has been generally used.
  • the method using hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid requires the use of strong acid during the extraction process, the wet processes have problems such as serious environmental pollution due to evaporation into the atmosphere and, in particular, corrosion of equipment by the acid.
  • a method for recovering lithium from a waste lithium battery includes melting a mixture including a waste lithium battery cell and an additive at a low temperature; and collecting the lithium salt generated in the low-temperature melting step.
  • the low-temperature melting of the mixture including the waste lithium battery cell and the additive may be performed at a temperature in the range of 100 ° C to 1500 ° C, specifically at a temperature in the range of 100 ° C to 1100 ° C, It can be performed for a time ranging from 10 minutes to 5 hours.
  • the additive may be FeCl 3 , and the additive FeCl 3 may be added in a range of 0.5 equivalent to 3 equivalent based on lithium included in the waste lithium battery cell.
  • a step of pre-treating the negative electrode material of the waste lithium battery cell may be performed prior to the low-temperature melting of the mixture including the waste lithium battery cell and the additive.
  • the collected lithium salt may be in liquid, solid, liquid, or a mixture of solid and liquid phases, and high-purity lithium salt may be obtained by washing the collected lithium salt with water.
  • the collected lithium salt is gaseous, and after solidifying the gaseous lithium salt in a cooling zone, it is possible to obtain a high-purity lithium salt by washing with water.
  • lithium in the waste lithium battery can be efficiently recovered by mixing the additive with the waste lithium battery and melting it at a low temperature.
  • FIG. 1 schematically illustrates a method of recovering lithium from a waste lithium battery according to an embodiment.
  • first, second and third are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers and/or sections. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first part, component, region, layer or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.
  • FIG. 1 schematically illustrates a method of recovering lithium from a waste lithium battery according to an embodiment.
  • a method of recovering lithium from a waste lithium battery includes the steps of mixing a waste lithium battery cell and an additive and melting at a low temperature (S1); and collecting the lithium salt obtained in the low-temperature melting step (S2).
  • a step (S1) of mixing and melting the waste lithium battery cell and the additive at a low temperature may be performed.
  • the waste lithium battery cell may be put into the reactor in a state where it is crushed or not crushed.
  • a waste lithium battery cell may be composed of an anode material, a cathode material, and a cell structure.
  • the negative electrode material may include copper and carbon
  • the positive electrode material may include lithium, cobalt, nickel, manganese, aluminum, and iron
  • the cell structure may include copper and aluminum.
  • LiCl a compound that can maximize the vapor pressure of Li compared to Li oxide, to minimize the generation of compounds such as LiAlO 2 , a compound of Al and Li included in the waste lithium battery , LiF, Li 3 PO 4 , Li 2 S, Li 2 SO 4 , LiNO 3 .
  • the additive may be one or more selected from a Cl compound, an F compound, a P compound, a S compound, and an N compound, and specifically, one or more selected from MgCl 2 , FeCl 2 and FeCl 3 , and more Specifically, FeCl 3 It may be.
  • FeCl 3 LiCl can be produced by reacting with Li in a waste lithium battery at a low temperature, thereby solving the problem of requiring a high reaction temperature when additives such as CaCl 2 and MgCl 2 react with chloride.
  • the amount of the additive used may be added in the range of 0.5 equivalent to 3 equivalents of Cl based on the lithium contained in the waste lithium battery cell, and specifically in the range of 1 equivalent to 2 equivalents.
  • the lithium recovery rate may be lowered.
  • the input amount of the additive exceeds the above range, other metal chlorides may be generated.
  • the additive FeCl 3 can be utilized as a trap metal together with the NiMnCo alloy in the spent lithium battery, and some can be converted to FeO.
  • C excessive carbon
  • the Fe remaining after the reaction of the added additive FeCl 3 reacts with C along with some NiCoMn, and can be alloyed into Fe 3 C form.
  • Cl in the injected FeCl 3 reacts with Li to form LiCl, and the remaining Fe becomes Fe 3 C or FeO to float as the resulting slag.
  • oxides such as K 2 O, BaO, and Na 2 O may be additionally added.
  • oxides such as K 2 O, BaO, and Na 2 O may be additionally added.
  • Waste lithium batteries and additives are mixed and used at low temperatures.
  • the low temperature melting temperature may be in the range of 100 °C to 1500 °C, specifically in the range of 100 °C to 1100 °C, and more specifically in the range of 100 °C to 1000 °C. Further, the low temperature melting time may range from 10 minutes to 5 hours.
  • the low-temperature melting temperature is lower than the above temperature range, there is a problem in that the reaction generation driving force is low and the efficiency of converting lithium into lithium salt in the waste lithium battery is lowered.
  • the temperature is higher than the above range, the atmosphere in the reactor is unstable, which may cause a problem in that the quality of the produced lithium is deteriorated, and the operating cost increases due to the temperature rise.
  • a negative electrode pretreatment process may be performed to remove carbon included in the negative electrode material.
  • the negative electrode material pretreatment method may be used as it is without selectively oxidizing carbon or removing the negative electrode material in advance. However, it is not limited thereto.
  • a step (S2) of collecting the lithium salt generated in the low-temperature melting step in the collecting unit may be performed.
  • lithium in the waste lithium battery cell may be converted into a lithium salt, and may be in one or more of gaseous phase, liquid phase, and solid phase depending on the process temperature and cooling environment.
  • the generated lithium salt may be collected in a separately provided collecting unit.
  • the temperature of the reactor is 1000° C. or higher, the produced lithium salt may evaporate and be in the gas phase.
  • gaseous lithium chloride is generated, lithium is solidified in the cooling zone at the rear end and washed with water to recover lithium chloride aqueous solution.
  • the produced lithium salt When the temperature of the reactor is in the range of 600 °C to 1000 °C, the produced lithium salt may be melted and in a liquid phase, and when the temperature of the reactor is in a range of less than 600 °C, the produced lithium salt may be in a solid state.
  • It may be a liquid phase, a solid phase, a liquid phase, or a mixture of solid and liquid phases where the reactor temperature is in the range of 100 °C to 1000 °C.
  • the lithium salt When the lithium salt is in liquid, solid, or a mixture of solid and liquid, the lithium salt can be separated using a separate collection device located at the lower end of the reactor. At this time, after the separated lithium salt is converted into an aqueous lithium salt solution through water washing, a high-purity lithium salt can be obtained.
  • the lithium recovery rate can be calculated through the analysis of the lithium concentration in the obtained lithium salt aqueous solution.
  • the lithium salt when the lithium salt is in a liquid or solid state, a high-temperature reaction furnace is provided at the rear end to evaporate lithium chloride at a high temperature, thereby obtaining high-purity lithium chloride.
  • the temperature of the high-temperature reactor may be 1400° C. or higher.
  • a waste lithium battery cell and FeCl 3 were mixed and heated at a temperature of 1100° C. or less within 1 hour to recover lithium salt.
  • the lithium salt remains as a product in the raw material without being vaporized.
  • Comparative Example 1 CaCl 2 was used instead of FeCl 3 as an additive, and in Comparative Example 2, the lithium salt was recovered in the same manner as in Example 1, except that MgCl 2 was used.
  • the recovery rates of lithium recovered according to Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are shown in Table 1 below.
  • the lithium recovery rate was calculated for the lithium salt recovered by water leaching relative to the total amount of lithium in the waste lithium battery cell.
  • the recovery rate of lithium recovered according to Example 1 was 83.83%, which was superior to 68.99% of Comparative Example 1 and 69.09% of Comparative Example 2.

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Abstract

본 실시예들은 폐리튬 전지셀 및 첨가제를 포함하는 혼합물을 저온용융하는 단계; 및 상기 저온용융 단계에서 생성되는 리튬염을 포집하는 단계;를 포함하는 폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법을 제공할 수 있다.

Description

폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법
본 실시예들은 폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 폐리튬 전지에 첨가제를 혼합하고, 저온 용융 조건에서 리튬염을 회수하는 방법에 관한 것이다.
리튬 전지는 충방전 성능이 우수하고 에너지 밀도가 높기 때문에 이차전지로 널리 사용되고 있으며, 특히 휴대폰 및 노트북 등의 소형 전자제품에 광범위하게 활용되고 있다. 최근 전기자동차 등의 보급이 가시화되면서 대용량 리튬 전지의 개발이 활발하게 진행되고 있다.
리튬 전지에 함유되어 있는 리튬은 매우 고가의 금속으로서, 폐기되는 리튬전지로부터 리튬을 회수하여 재사용하는 것이 필요하다.
리튬전지로부터 리튬을 추출하거나 회수하는 종래의 방법으로는 폐리튬 전지로부터 양극물질을 분리한 후, 강산으로 추출한 다음 알칼리로 중화시켜 코발트, 니켈 등을 수산화물로 침전시켜 회수하는 공정과, 과산화수소 존재 하에서 황산 또는 질산으로 양극물질을 용해시킨 다음 중화 침전법으로 금속을 분리 회수하는 습식공정이 일반적으로 사용되어 왔다. 그러나 상기 습식공정들은 염산, 황산 및 질산을 사용하는 방법은 추출 공정 시에 강산을 사용하여야 하기 때문에 대기 중으로의 증발에 의한 심각한 환경오염과, 특히 산에 의한 설비 부식 등의 문제가 있다.
또한, 상기와 같은 습식공정에서 발생하는 문제를 해결하는 대안으로, 폐리튬 전지에 첨가제를 혼합하고, 용융시켜 리튬을 회수하는 건식공정이 제시되고 있다. 그러나 상기와 같은 용융에 의한 건식공정은 투입되는 CaCl2, MgCl2 및 MnCl2 등 첨가제의 경우, 염화리튬 생성과 함께 CaO, MgO 등이 슬래그로 생성되어, 고온상의 슬래그의 점성 및 유동성을 저하시킬 수 있다. 이와 같은 고온의 슬래그상의 유동성 저하 문제를 해결하기 위해 추가 플럭스의 투입이 불가피하다.
따라서 환경오염 및 설비 부식 문제를 해결하면서 운전이 용이한 기술의 개발이 필요하다.
본 실시예에서는 폐리튬 전지로부터 효율적으로 리튬을 회수할 수 있은 저온 건식 리튬 회수 방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법은, 폐리튬 전지셀 및 첨가제를 포함하는 혼합물을 저온용융하는 단계; 및 상기 저온용융 단계에서 생성되는 리튬염을 포집하는 단계;를 포함할 수 있다.
폐리튬 전지셀 및 첨가제의 혼합물을 저온용융하는 단계; 및 상기 저온용융 단계에서 생성되는 리튬염을 포집하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 폐리튬 전지셀 및 첨가제를 포함하는 혼합물을 저온용융하는 단계는, 100℃ 내지 1500℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있고, 구체적으로 100℃ 내지 1100℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있으며, 10분 내지 5시간 범위의 시간동안 수행될 수 있다.
또한, 상기 첨가제는 FeCl3일 수 있고, 상기 폐리튬 전지셀에 포함되는 리튬 기준으로 Cl 당량이 0.5당량 내지 3당량 범위로 첨가제 FeCl3을 투입할 수 있다.
상기 폐리튬 전지셀 및 첨가제를 포함하는 혼합물을 저온용융하는 단계 이전에, 폐리튬 전지셀의 음극재를 전처리하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 포집된 리튬염은 상기 포집된 리튬염은 액상, 고상, 액상 또는 고상과 액상의 혼합물일 수 있고, 상기 포집된 리튬염을 수세정하여 고순도의 리튬염을 수득할 수 있다.
또한, 상기 포집된 리튬염은 기상인 것으로, 상기 기상 리튬염을 냉각존에서 고상화 후, 수세정하여 고순도의 리튬염을 수득할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 첨가제를 폐리튬 전지와 혼합하여, 저온에서 용융시켜 폐리튬 전지내의 리튬을 효율적으로 회수할 수 있다.
첨가제를 사용하여 저온조건에서 용융함으로써, 설비에 대한 부식 등 문제를 방지할 수 있고, 전체 운전 제어가 용이할뿐만 아니라, 저온 운전에 따른 운전 비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 일 실시예에 따른 폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법은 폐리튬 전지셀과 첨가제를 혼합하고 저온용융하는 단계(S1); 및 상기 저온용융 단계에서 수득된 리튬염을 포집하는 단계(S2);를 포함할 수 있다.
먼저, 폐리튬 전지셀과 첨가제를 혼합하고 저온용융하는 단계(S1)를 수행할 수 있다.
폐리튬 전지셀은 파쇄되거나 파쇄되지 않은 상태에서 반응로에 투입될 수 있다.
폐리튬 전지셀은 음극재, 양극재 및 셀구조체로 이루어질 수 있다. 음극재는 구리, 카본 등을 포함할 수 있고, 양극재는 리튬, 코발트, 니켈, 망간, 알루미늄 및 철을 포함할 수 있으며, 셀구조체는 구리 및 알루미늄을 포함할 수 있다.
폐리튬 전지내의 리튬을 선택적으로 회수하기 위해서는, 폐리튬 전지에 포함되는 Al과 Li의 화합물인LiAlO2와 같은 화합물 생성을 최소화를 위해 Li산화물과 비교하여 Li의 증기압을 최대화할 수 있는 화합물인 LiCl, LiF, Li3PO4, Li2S, Li2SO4, LiNO3와 같은 화합물을 형성하는 것이 유리하다.
본 일 실시예에서는 첨가제는 Cl화합물 또는 F 화합물, P화합물, S 화합물, N 화합물 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 구체적으로 MgCl2, FeCl2 및 FeCl3 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 FeCl3일 수 있다. FeCl3의 경우 저온에서 폐리튬 전지 내 Li과 반응하여 LiCl이 제조 가능하여, CaCl2, MgCl2 등 첨가제가 염화물과 반응시에는 고온의 반응온도가 필요한 문제를 해결할 수 있다.
한편, 상기 첨가제 사용량은, 폐리튬 전지셀에 포함되는 리튬 기준으로 Cl 이 0.5당량 내지 3당량 범위로 투입될 수 있고, 구체적으로 1당량 내지 2당량 범위로 투입될 수 있다.
첨가제의 투입량이 상기 범위보다 적으면, 리튬 회수율이 낮아질 수 있다. 반면, 첨가제의 투입량이 상기 범위를 초과하면, 상기 범위를 초과하면 기타 금속염화물 생성 가능성을 유발할 수 있다.
반응로에서 첨가제 FeCl3는 폐리튬 전지 내의 NiMnCo 합금과 함께 포집금속으로 활용 가능하고, 일부는 FeO로 전환될 수 있다. 여기서, 폐리튬 전지 내의 과량의 카본(C)으로 인해 금속의 포집이 어려울 수 있다. 투입된 첨가제 FeCl3가 반응 후 남은 Fe는 일부 NiCoMn과 함께 C과 반응하여 Fe3C 형태로 합금화 가능하다. 일 예로, 카본함량에 따라 주입한 FeCl3 중 Cl이 Li과 반응하여 LiCl을 형성하고, 남은 Fe는 Fe3C가 되거나 FeO로 되어 생성 슬래그로 부유가능하다
또한, K2O, BaO, Na2O와 같은 산화물을 추가로 투입할 수 있다. 상기 산화물을 투입함으로써, 폐리튬 전지에 포함되는 Al과 Li의 화합물인LiAlO2와 같은 화합물 생성을 저하시키는데 유리하다.
폐리튬 전지와 첨가제는 혼합되어 저온용용된다.
저온용융 온도는 100℃ 내지 1500℃ 범위일 수 있고, 구체적으로 100℃ 내지 1100℃ 범위일 수 있으며, 보다 구체적으로 100℃ 내지 1000℃ 범위일 수 있다. 또한, 저온용융 시간은 10분 내지 5시간 범위일 수 있다.
저온용융 온도가 상기 온도범위보다 낮을 경우, 반응생성 구동력이 낮고, 폐리튬 전지 내 리튬이 리튬염으로 전환되는 효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 상기 온도범위보다 높을 경우, 반응로 내 분위기가 불안정하여 생성되는 리튬의 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 온도 상승에 따른 운전비용이 증가하는 문제가 있다.
한편, 폐리튬 전지셀을 반응로에 투입하기 전에 음극재에 포함되는 카본을 제거하기 위한 음극제 전처리 과정을 수행할 수 있다. 상기 음극재 전처리 방법은 카본을 선택적으로 산화시키거나 음극재를 사전 제거하지 않고 그대로 활용할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다.
상기 음극재 전처리를 통하여 음극재 내의 카본을 음극재 내 카본을 처리하게 되면 환원 합금의 용융 및 포집이 안정화될 수 있다. 이는 리튬 회수 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
그다음, 저온용융 단계에서 생성되는 리튬염을 포집부에서 포집하는 단계(S2)를 수행할 수 있다.
저온용융 단계에서 폐리튬 전지셀 내의 리튬은 리튬염으로 전환될 수 있고, 공정 온도 및 냉각 환경에 따라 기상, 액상 및 고상 중 한가지 이상의 상태일 수 있다.
또한, 생성된 리튬염은 별도로 구비된 포집부에서 포집될 수 있다. 반응로 온도가 1000℃ 이상 일 때, 생성된 리튬염은 증발되어 기상일 수 있다. 기상의 염화리튬이 생성되면 후단부에 냉각존에서 리튬을 고상화하고 수세정하여 염화리튬 수용액으로 회수한다.
반응로 온도가 600℃ 내지 1000℃ 범위일 때, 생성된 리튬염은 용융되어 액상일 수 있고, 반응로 온도가 600℃ 미만인 범위일 때, 생성된 리튬염은 고상일 수 있다.
반응로 온도가 100℃ 내지 1000℃ 범위일 액상, 고상, 액상 또는 고상과 액상의 혼합물일 수 있다.
리툼염이 액상, 고상 또는 고상과 액상의 혼합물 일 경우, 상기 반응로 하단부에 위치하는 별도의 포집장치를 이용하여 리튬염을 분리할 수 있다. 이때, 분리된 리튬염은 수세정을 통하여 리튬염 수용액으로 전환된 후, 고순도의 리튬염을 수득할 수 있다.
상기 수득된 리튬염 수용액 내의 리튬 농도 분석을 통하여 리튬 회수율을 계산할 수 있다.
한편, 상기 리튬염이 액상 또는 고상일 경우, 후단에 고온 반응로를 구비하여, 염화리튬을 고온에서 증발시켜, 고순도의 염화리튬을 수득할 수 있다. 이때, 고온 반응로 온도는 1400℃ 이상일 수 있다.
이 하, 본 발명의 실시예, 비교예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
실시예 1
폐리튬 전지셀과 FeCl3을 혼합하여, 1100℃ 이하의 온도에서 1시간 이내로 가열하여 리튬염을 회수하였다. 리튬염은 기화되지 않고 원료 내 생성물로 잔존하여 있다.
비교예 1 및 2
비교예 1은 첨가제를 FeCl3을 대신 CaCl2를 사용하고, 비교예 2는 MgCl2를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬염을 회수하였다.
실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2따라 회수된 리튬의 회수율은 하기 표 1에 나타내었다. 회수율은 폐리튬 전지셀 내의 리튬 총량 대비 수침출로 회수된 리튬염을 리튬 회수율을 산정하였다.
구분 Li 회수율
실시예 1 83.83%
비교예 1 68.99%
비교예 2 69.09%
상기 표 1을 참고하면, 실시예 1에 따라 회수된 리튬의 회수율은 83.83%로, 비교예 1의 68.99% 및 비교예 2의 69.09%보다 우수한 것으로 나타났다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 폐리튬 전지셀 및 첨가제를 포함하는 혼합물을 열처리하는 단계; 및
    상기 열처리 단계에서 생성되는 리튬염을 포집하는 단계;를 포함하는
    폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐리튬 전지셀 및 첨가제를 포함하는 혼합물을 열처리하는 단계는,
    100℃ 내지 1500℃ 범위의 온도에서 수행되는 것인,
    폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폐리튬 전지셀 및 첨가제를 포함하는 혼합물을 열처리하는 단계는,
    100℃ 내지 1100℃ 범위의 온도에서 수행되는 것인,
    폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폐리튬 전지셀 및 첨가제를 포함하는 혼합물을 열처리하는 단계는,
    10분 내지 5시간 범위의 시간동안 수행되는 것인,
    폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 첨가제는 Cl 화합물 또는 F 화합물, P화합물, S 화합물, N 화합물 중에서 선택되는 1종 이상인 것인,
    폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 첨가제는 첨가제는 Cl 화합물은,
    MgCl2, FeCl2 및 FeCl3 중에서 선택되는 1종 이상인 것인,
    폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 폐리튬 전지셀에 포함되는 리튬 기준으로,
    Cl 당량이 0.5당량 내지 3당량 범위로 상기 첨가제를 투입하는 것인,
    폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폐리튬 전지셀 및 첨가제를 포함하는 혼합물을 열처리하는 단계; 이전에,
    폐리튬 전지셀의 음극재를 전처리하는 단계를 수행하는 것인,
    폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 포집된 리튬염은 액상, 고상, 액상 또는 고상과 액상의 혼합물일 수 있고,
    상기 포집된 리튬염을 수세정하여 고순도의 리튬염을 수득하는 것인,
    폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 포집된 리튬염은 기상인 것으로,
    상기 기상 리튬염을 냉각존에서 고상화 후, 수세정하여 고순도의 리튬염을 수득하는 것인,
    폐리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 방법.
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KR20210131258A (ko) * 2020-04-23 2021-11-02 김문성 폐리튬전지로부터 리튬을 포함하는 유가금속을 회수하는 방법

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