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KR102334865B1 - 폐리튬이차전지 일괄처리시스템 - Google Patents

폐리튬이차전지 일괄처리시스템 Download PDF

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KR102334865B1
KR102334865B1 KR1020210093199A KR20210093199A KR102334865B1 KR 102334865 B1 KR102334865 B1 KR 102334865B1 KR 1020210093199 A KR1020210093199 A KR 1020210093199A KR 20210093199 A KR20210093199 A KR 20210093199A KR 102334865 B1 KR102334865 B1 KR 102334865B1
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KR
South Korea
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heat treatment
unit
module
battery pack
lithium secondary
Prior art date
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Active
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KR1020210093199A
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English (en)
Inventor
신인승
박형석
Original Assignee
에스아이에스 주식회사
신인승
박형석
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 에스아이에스 주식회사, 신인승, 박형석 filed Critical 에스아이에스 주식회사
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

본 발명은 전기자동차에 사용된 팩 상태의 폐리튬이차전지를 일괄적으로 처리함으로써 유해한 전해질을 효과적으로 처리하고 니켈, 코발트, 망간, 리튬의 유가금속과 극판을 구성하는 알루미늄과 구리를 효율적으로 회수할 수 있는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템에 관한 것으로, 복수의 컨베이어와 복수의 로봇을 포함하여 배터리팩을 분해하는 분해처리부; 상기 분해처리부로부터 공급된 모듈이나 셀을 가열처리하여 유해 성분을 제거하는 열처리부; 상기 열처리부에서 배출된 제품들을 공급받아 이를 파쇄하는 파쇄처리부; 상기 파쇄처리부에서 배출된 가루나 알갱이를 크기별로 나누는 분급처리부; 및 상기 분급처리부로부터 이송된 가루 상태의 물질에서 유가금속 성분을 각각 분리하여 회수하는 유가금속 회수처리부;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

폐리튬이차전지 일괄처리시스템{Batch processing system for waste lithium secondary battery}
본 발명은 폐리튬이차전지를 분해하여 일괄적으로 처리하는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기자동차에 사용된 팩 상태의 폐리튬이차전지를 일괄적으로 처리함으로써 유해한 전해질을 효과적으로 처리하고 니켈, 코발트, 망간, 리튬의 유가금속과 극판을 구성하는 알루미늄과 구리를 효율적으로 회수할 수 있는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템에 관한 것이다.
근래에 전기자동차가 급속도로 보급되고 있고 전기자동차에 사용되는 리튬이차전지는 나중에 폐기되는바, 향후 폐기되는 리튬이차전지의 처리 및 재활용을 위한 기술 개발이 시도되고 있다.
일예로, 아래의 특허문헌 1은 폐리튬이온배터리의 재활용 장치에 관한 것으로, 폐배터리가 완전 방전되었는지를 확인하여 완전 방전된 폐배터리가 투입되어 파쇄가 공기 중에서 이루어지는 슈레더 파쇄기; 유입구로 완전 방전이 이루어지지 않은 폐배터리가 투입되면 수중에서 파쇄가 진행되는 수중파쇄부; 상기 수중파쇄부에서 파쇄된 조각들과 상기 슈레더 파쇄기에서 파쇄된 조각들을 조금 더 잘게 파쇄하는 일반파쇄부; 상기 파쇄된 조각들을 건조하는 건조부; 및 상기 건조부에서 건조된 파쇄된 조각들을 분류하여 저장하는 분급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 예로, 아래의 특허문헌 2는 폐 배터리 재활용 장치에 관한 것으로, 폐 포장 배터리의 전해액을 제거하고, 폐 포장 배터리와 폐 벌크 배터리를 분쇄하여 페이스트, 그리드, 합성수지, 세퍼레이터를 각각 분리되게 얻어내는 전처리부와; 상기 그리드와 페이스트를 배출스크류 컨베이어를 통해 제1 스크레이퍼 컨베이어로 투입하고, 분탄, 분철, 소다회를 상기 제1 스크레이퍼 컨베이어에 투입하여 상호 뒤섞으면서 제2 스크레이퍼 컨베이어와 투입 스크류 컨베이어로 배출하는 재료 공급부와; 상기 재료 공급부를 통해 재료를 공급받아 재료를 가열하여 재료를 용해시키는 용해부와; 상기 용해부에서 출탕되는 재료의 슬래그를 제거한 후 재료를 임시 보관하는 케틀과; 케틀의 채워진 재료를 납펌프를 통해 공급받아 납괴를 생산하는 주조기를; 포함하는 것을 특징으로 한다.
등록특허공보 제10-2134719호(2020. 07. 16. 공고) 등록특허공보 제10-1348490호(2014. 01. 09. 공고)
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 전기자동차에 사용된 팩 상태의 폐리튬이차전지를 분해하여 일괄 공정으로 처리함으로써 유해한 전해질을 효과적으로 처리하고 니켈, 코발트, 망간, 리튬의 유가금속과 극판을 구성하는 알루미늄과 구리를 효율적으로 회수할 수 있는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 복수의 컨베이어와 복수의 로봇을 포함하여 배터리팩을 모듈이나 셀 단위까지 분해하는 분해처리부; 상기 분해처리부로부터 공급된 모듈이나 셀을 가열처리하여 유해 성분을 제거하는 열처리부; 상기 열처리부에서 배출된 제품들을 공급받아 이를 파쇄하는 파쇄처리부; 상기 파쇄처리부에서 배출된 가루나 알갱이를 크기별로 나누는 분급처리부; 및 상기 분급처리부로부터 이송된 가루 상태의 물질에서 유가금속 성분을 각각 분리하여 회수하는 유가금속 회수처리부;로 이루어지고, 상기 복수의 컨베이어는 배터리팩이 분해되면서 이동하는 이송컨베이어를 포함하며, 상기 복수의 로봇은 배터리팩의 커버를 분리해내는 배터리팩 로봇과 커버가 오픈된 배터리팩에서 모듈을 분리해내는 모듈 로봇으로 이루어지거나, 배터리팩의 커버를 분리해내는 배터리팩 로봇과 커버가 오픈된 배터리팩에서 모듈을 분리해내는 모듈 로봇과 분해된 모듈로부터 셀을 분리해내는 셀 로봇으로 이루어지고, 상기 모듈 로봇은 모듈을 연결하고 있는 케이블과 부품들을 분리해내며, 상기 분해처리부는 배터리팩 로봇에 의해 분리된 배터리팩의 커버와, 모듈 로봇에 의해 분리된 케이블과 부품들 및 모듈이 분리되고 남아 있는 배터리팩 케이스를 별도의 보관장소로 배출한다.
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또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 열처리부가 상기 분해처리부로부터 배출된 모듈이나 셀이 투입되어 가열되는 회전식 열처리로, 상기 회전식 열처리로에 연결되어 회전식 열처리로 내부에서 증발 및 연소되면서 발생한 유해물질을 제거하는 대기환경설비, 및 상기 회전식 열처리로에서 배출되는 슬러그의 온도를 떨어뜨리는 냉각설비로 이루어진다.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 회전식 열처리로가 분리된 모듈이나 셀이 투입되는 유입구와, 상기 유입구에 연결되어 투입된 모듈이나 셀이 이동하는 통로인 내통과, 상기 내통을 둘러싸되 오일, LPG 또는 히터를 사용한 가열수단이 구비된 외통과, 상기 내통에 연결되어 회전식 열처리로에서 증발 및 연소된 가스가 배출되는 증기배출구와, 상기 내통에 연결되어 회전식 열처리로에서 증발 및 연소되고 남은 제품들이 배출되는 유출구가 구비된다.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 대기환경설비가 상기 회전식 열처리로의 배출구에 연결되는 제1배관과 증기 처리조와 스크러버 사이를 연결하는 제2배관을 포함하고, 상기 제1배관에 연결되어 회전식 열처리로에서 배출되는 가스가 통과하면서 유해물질이 1차적으로 제거되되, 그 내부의 하부에 물이나 오일이 채워져 있고, 그 내부의 상부에 디미스터가 구비되어 있는 증기 처리조가 포함되며, 상기 제2배관에 연결되어 상기 증기 처리조에서 배출된 가스에서 유해물질을 최종적으로 제거하는 스크러버가 포함된다.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 분급처리부가 니켈, 코발트, 망간, 리튬 및 흑연의 가루 상태의 물질과 알루미늄, 구리, 기타 성분의 알갱이 상태의 물질을 분리해내는 초음파 분급기; 상기 초음파 분급기로부터 가루 상태의 물질이 유입되는 호퍼와, 상기 호퍼 하부에 설치되는 밸브와, 상기 밸브 하단에 연결되는 제2 스크류 컨베이어로 이루어지는 가루 처리부; 및 상기 초음파 분급기로부터 알갱이 상태의 물질이 유입되고 와전류를 이용하여 알루미늄 알갱이, 구리알갱이, 기타 알갱이를 각각 분류하는 비철 선별기를 포함하는 알갱이 처리부로 구성된다.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 유가금속 회수처리부가 산성에서 알칼리로 pH 변화를 주면서 산성 액체에 녹아 이온화되어 있는 유가금속을 차례대로 침출시키는 반응조와, 상기 반응조에 황산, 과산화수소, 가성소다를 공급하는 반응액 공급부와, 소정 pH에서 침출된 각각의 유가금속을 회수하는 유가금속 회수부로 이루어진다.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 반응조에 인버터를 이용하여 교반속도를 조절할 수 있는 교반기와, 반응조 내부의 온도를 측정하는 온도센서와, 반응조 내부 용액의 pH를 측정하는 pH 미터가 구비되어 있다.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은, 상기 유가금속 회수부가 반응조로부터 침출액을 유입하여 배출하는 다이어프램 펌프와, 상기 다이어프램 펌프에서 배출된 침출액이 통과하면서 유가금속을 채굴하는 유가금속 분리조를 포함한다.
본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템에 의하면, 배터리팩 로봇, 모듈 로봇 및 셀 로봇의 주변에 진공 흡입설비를 구비함으로써 전기자동차에 사용된 팩 상태의 폐리튬이차전지를 분해하는 과정에서 인체에 유해한 전해질을 효과적으로 처리할 수 있다.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템에 의하면, 배터리팩 로봇, 모듈 로봇 및 셀 로봇을 구비함으로써 배터리팩 케이스, 모듈 케이스 및 기타 부품들을 효율적으로 회수할 수 있다.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템에 의하면, 분급처리부와 유가금속 회수처리부를 구비함으로써 니켈, 코발트, 망간, 리튬의 유가금속과 극판을 구성하는 알루미늄과 구리를 효율적으로 회수할 수 있다.
또한 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템에 의하면, 폐리튬이차전지를 분해하는 단계에서 주요 물질을 수거 및 회수하는 단계까지 일괄적으로 처리할 수 있으므로 시스템의 효용성이 크게 증대된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 분해처리부의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 열처리부의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 파쇄처리부의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 분급처리부의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 유가금속 회수처리부의 확대도이다.
도 7은 도 6의 A 부분의 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 폐리튬이차전지 일괄처리시스템은 분해처리부(100), 열처리부(200), 파쇄처리부(300), 분급처리부(400) 및 유가금속 회수처리부(500)로 이루어진다.
이하, 각 구성별로 본 발명의 구체적인 내용을 설명한다.
상기 분해처리부(100)는 이송컨베이어(111)에 공급된 팩상태의 폐리튬이차전지(이하 "배터리팩"이라 한다)를 셀 단위까지 분해하는 구성으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 컨베이어(110)와 복수의 로봇(130)을 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 폐리튬이차전지는 안전을 위하여 완전히 방전시킨 후 이송컨베이어(111)에 공급되도록 한다.
구체적으로, 상기 컨베이어(110)는 폐리튬이차전지가 분해되면서 이동하는 이송컨베이어(111), 상기 이송컨베이어(111)의 하부에 승강 가능하게 구비되는 복수의 전환컨베이어(113), 및 상기 이송컨베이어(111)에 직각으로 배치되어 전환컨베이어(113)로부터 분해된 부품들을 전달받아 배출시키는 복수의 배출컨베이어(115)로 이루어진다.
그리고 상기 복수의 로봇(130) 각각에 대응되는 이송컨베이어(111)의 일측에는 센터링 장치(120)가 구비되어 있어 폐리튬이차전지의 위치를 정위치에 고정시키게 되고, 이와 같이 정위치에 고정된 상태에서 로봇(130)에 의한 분해작업이 실시된다.
상기 복수의 로봇(130)은 진입측으로부터 배터리팩 로봇(131), 모듈 로봇(133) 및 셀 로봇(135)의 순서대로 구비된다.
상기 배터리팩 로봇(131)은 비젼을 이용하여 배터리팩 종류가 어떤 제조사 및 자동차에서 탈착된 것인지 확인하고 정해진 순서에 따라 분해 작업을 실시한다.
이때, 레이저를 이용하여 배터리팩의 외관을 절단 분리하여 커버를 오픈하거나 툴체인저를 이용하여 툴을 교체해가면서 분해할 수 있으며, 상기 커버는 전환컨베이어(113)와 배출컨베이어(115)를 통해 별도의 보관장소로 배출되고, 커버를 제외한 나머지 배터리팩 부분을 이송컨베이어(111)를 따라 이동시킨다.
상기 모듈 로봇(133)은 커버가 오픈된 배터리팩에서 모듈을 분리해내는 것으로, 상기 배터리팩 로봇(131)과 마찬가지로 비젼을 이용하여 작업할 위치를 확인하고 필요한 공구툴을 사용하여 모듈 분리작업을 실시한다.
구체적으로, 상기 모듈 로봇(133)의 전방에 작업대(125)가 구비되어 있고, 상기 작업대(125)에는 클램핑장치가 구비되어 배터리팩을 파지할 수 있도록 하며, 상기 작업대(125)는 리프팅장치에 의해 승강되도록 한다.
상기 클램핑장치는 배터리팩을 파지한 상태에서 패터리팩을 뒤집을 수 있고, 커버가 분리된 배터리팩을 뒤집은 상태에서 상기 모듈 로봇(133)은 모듈을 연결하고 있는 케이블과 기타 부품들을 분리해내며, 이렇게 분리된 부품들은 낙하하여 작업대(125)에 별도로 마련된 수거통에 수집된다.
그 후, 상기 클램핑장치는 수거통을 전환컨베이어(113) 측으로 옮겨 놓고, 상기 수거통은 전환컨베이어(113)와 배출컨베이어(115)를 통해 별도의 보관장소로 배출된다.
한편, 상기 케이블과 기타 부품들을 분리해내면 다시 배터리팩을 뒤집어 원래 상태로 하고 그 상태에서 모듈 로봇(133)은 배터리팩으로부터 모듈을 분리해내며, 분리된 모듈을 모듈 로봇(133)에 구비된 그립퍼를 이용하여 이송컨베이어(111) 상에 탑재시켜 이송시킨다.
그리고 모듈이 분리되고 남아있는 배터리팩 케이스는 전환컨베이어(113)와 배출컨베이어(115)를 통해 별도의 보관장소로 배출된다.
상기 셀 로봇(135)은 분해된 모듈로부터 셀을 분리해내는 것으로, 전용 툴을 이용하여 모듈에서 셀을 분리하고, 때에 따라서는 절단을 통해 모듈로부터 셀을 분리할 수 있다.
이때, 분리된 셀은 이송컨베이어(111)에 탑재하여 이송시키고 나머지 모듈 부품은 전환컨베이어(113)와 배출컨베이어(115)를 통해 별도의 보관장소로 배출된다.
한편, 필요에 의해 상기 셀 로봇(135)에 의한 셀 분리 작업은 생략할 수도 있다.
본 발명에서는 상기 분해 처리 과정에서 레이저를 이용하여 절단하는 경우 인체에 유해한 전해질이 누출될 수 있으므로 이를 처리하기 위하여 배터리팩 로봇(131), 모듈 로봇(133) 및 셀 로봇(135)의 주변에 진공 흡입설비(150)를 더 구비한다.
상기 진공 흡입설비(150)는 상기 배터리팩 로봇(131), 모듈 로봇(133) 및 셀 로봇(135)의 주변 공기를 진공으로 빨아들이고 빨아들인 공기는 물이 담겨진 증기 처리조(155)로 보내어 증기 처리조(155)에서 누출된 기체 상태의 전해질을 걸러낸 후 깨끗한 공기를 대기중으로 배출시킨다.
그리고 누출된 기체의 농도가 진하면 즉시 센서에 의해 경고 알람을 울릴 수 있도록 구성하여 작업자가 위험한 환경에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 열처리부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 이송컨베이어(111)로부터 공급된 모듈이나 셀을 가열하고 이로부터 일부 물질을 증발 및 연소시켜 유해 성분을 제거하는 구성으로서, 회전식 열처리로(210), 대기환경설비(230) 및 냉각설비(250)로 이루어진다.
구체적으로, 상기 회전식 열처리로(210)는 분리된 모듈이나 셀이 투입되는 유입구(211)와, 상기 유입구(211)에 연결되어 투입된 모듈이나 셀이 이동하며 회전 가능하게 구비되는 내통(212)과, 상기 내통(212)을 둘러싸되 오일, LPG 또는 히터를 사용한 가열수단이 구비된 외통(213)과, 상기 외통(213)에 연결되어 회전식 열처리로(210)에서 증발 및 연소된 가스가 배출되는 증기배출구(214)와, 상기 내통(212)에 연결되어 회전식 열처리로(210)에서 증발 및 연소되고 남은 슬러그가 배출되는 유출구(215)가 구비되어 있다.
상기 회전식 열처리로(210)에 투입된 모듈이나 셀은 고온에 의한 자체 폭발 등으로 자체 분해되고 전해질은 고온에 의해 증발되며, 분리막 등은 200℃ 이상이 되면 연소되고, 400℃ 이상이 되면 극판에 부착되어 있는 활물질이 박리된다.
여기서, 상기 회전식 열처리로(210)는 양극판 소재인 알루미늄, 음극판 소재인 구리, 활물질인 니켈, 코발트, 망간과 같은 유가금속이 융해되지 않을 정도의 온도로 가열된다.
상기 슬러그는 위의 각 물질들이 서로 분리된 상태로 뭉쳐있는 형태가 된다.
상기 대기환경설비(230)는 회전식 열처리로(210) 내부에서 증발 및 연소되면서 발생한 유해물질을 제거하기 위한 것이고, 복수의 배관(231), 증기 처리조(233) 및 스크러버(235)를 포함하여 구성된다.
상기 복수의 배관(231)은 회전식 열처리로(210)의 증기배출구(214)에 연결되는 제1배관(231a)과 증기 처리조(233)와 스크러버(235) 사이를 연결하는 제2배관(231b)을 포함한다.
상기 증기 처리조(233)는 회전식 열처리로(210)에서 배출되는 가스가 통과하면서 유해물질이 1차적으로 제거되는 곳으로서, 그 내부의 하부에 물이나 오일이 채워져있고, 그 내부의 상부에 디미스터(233a)가 구비되어 있다.
즉, 상기 회전식 열처리로(210)에서 배출된 가스는 증기 처리조(233)의 하부로 유입되고, 배출된 가스에 의해 물이나 오일 속에서 버블링이 발생하는바 이 과정에서 가스에 포함된 유해물질이 대부분 제거되며, 상기 버블링시 발생한 기체+액체 상태의 비말이 상부로 올라가 디미스터(233a)에 접촉하게 되며, 디미스터(233a)에서 기체의 일부는 접촉에 의해 액상으로 변하고 이처럼 액상으로 변한 것과 비말 중의 액체가 하부로 다시 낙하하게 되고 기체만 디미스터(233a)를 통과하게 된다.
이때, 디미스터(233a)를 통과한 기체는 온도가 저하된 상태가 되고 이와 같은 상태의 기체가 스크러버(235)에 유입되므로 스크러버(235)에 악영향을 미치지 않게 된다.
한편, 상기 증기 처리조(233) 하부에는 제1 칠러(233b)가 구비되어 있고, 상기 제1 칠러(233b)에 의해 증기 처리조(233) 내의 물이나 오일은 적정한 온도 범위 내로 유지될 수 있게 된다.
상기 스크러버(235)는 증기 처리조(233)에서 배출된 가스에서 유해물질을 최종적으로 제거하는 구성이다.
이와 같이 본 발명은 환경적으로 안전한 시스템을 구축할 수 있게 된다.
상기 냉각설비(250)는 회전식 열처리로(210)의 유출구(215)에서 배출되는 슬러그의 온도를 떨어뜨리는 구성으로서, 냉각통(251)과 제2 칠러(253)를 포함하며, 이는 후속 공정의 안전성을 담보하기 위한 것이다.
구체적으로, 상기 냉각통(251)은 좌광우협 또는 우광좌협의 단면 형상을 갖는 통 형상이고, 단면이 큰 쪽의 상부 일측에 고온의 슬러그가 투입되는 투입구(251a)가, 단면이 작은 쪽의 저부 일측에 냉각된 슬러그가 토출되는 토출구(251b)가 각각 마련되며, 내부에는 구동수단에 의해 회전하는 수평 교반기(미도시)가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 제2 칠러(253)는 냉각통(251)의 외주로 냉각수를 공급하여 냉각통(251)을 냉각시키는 것이고, 상기 제2 칠러(253)는 동일한 기능을 수행하는 다양한 냉각 수단으로 대체될 수 있다.
상기 파쇄처리부(300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 열처리부(200)에서 배출된 고체 상태의 슬러그를 공급받아 이를 파쇄하는 구성이고, 다소 거친 크기로 파쇄하는 해머 밀(310)과 상기 해머 밀(310)에서 파쇄된 것을 다소 미세하게 파쇄하는 크러셔 밀(330)로 구성된다.
이때, 상기 크러셔 밀(330)을 거치면서 고체 상태의 슬러그는 물질의 종류에 따라 가루나 알갱이 상태가 되며 제1 스크류 컨베이어(350)를 통해 다음 공정을 위한 장치로 이송된다.
상기 분급처리부(400)는 도 5에 도시된 바와 같이, 파쇄처리부(300)의 제1 스크류 컨베이어(350)로부터 공급된 가루나 알갱이를 크기별로 나누는 구성으로서, 초음파 분급기(410), 가루 처리부(430) 및 알갱이 처리부(450)로 구성된다.
구체적으로, 상기 초음파 분급기(410)는 가루 상태의 물질 즉, 활물질을 구성하고 있던 니켈, 코발트, 망간, 리튬 및 흑연 성분의 물질과 알갱이 상태의 물질 즉, 알루미늄 알갱이, 구리알갱이, 기타 성분의 물질을 분리해낸다.
상기 가루 처리부(430)는 가루 상태의 물질을 처리하는 곳으로서, 초음파 분급기(410)로부터 가루 상태의 물질이 유입되는 호퍼(431)와, 상기 호퍼(431) 하부에 설치되는 밸브(432)와, 상기 밸브(432) 하단에 연결되는 제2 스크류 컨베이어(433)로 이루어진다.
상기 호퍼(431)에 가루 상태의 물질이 적정 레벨까지 투입되면 밸브(432)를 오픈하여 제2 스크류 컨베이어(433)를 통해 가루 상태의 물질을 적정량만큼 유가금속 회수처리부(500)로 공급한다.
이때 상기 밸브(432)는 자동밸브와 회전밸브로 구성될 수 있고, 상기 제2 스크류 컨베이어(433)의 배출측에는 투입밸브(433a)가 구비되어 있다.
또한, 상기 밸브(432) 하단에 라인 마그네틱 필터(434)를 더 구비함으로써 혹시 있을 줄 모르는 철성분을 최종적으로 제거하는 것이 바람직하다.
상기 알갱이 처리부(450)는 초음파 분급기(410)로부터 알갱이 상태의 물질이 유입되는 비철 선별기(453)를 포함하여 구성된다.
상기 비철 선별기(453)는 와전류를 이용하는 선별기로서 알루미늄 알갱이, 구리알갱이, 기타 알갱이를 각각 분류하여 별도의 톤백에 저장한다.
그리고 이렇게 선별된 알루미늄 알갱이, 구리알갱이, 기타 알갱이들은 추후 필요시 재활용 공정에 투입되어 사용된다.
상기 유가금속 회수처리부(500)는 도 6에 도시된 바와 같이, 가루 상태의 물질에서 유가금속 성분을 각각 분리하여 회수하기 위한 구성으로서, 반응조(510), 반응액 공급부(530) 및 유가금속 회수부(550)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 반응조(510)는 유가금속이 침출되는 반응 용기로서 스테인레스 재질로 이루어지되, 인버터를 이용하여 교반속도를 조절할 수 있는 교반기(511)와, 반응조(510) 내부의 온도를 측정하는 온도센서(512) 및 반응조(510) 내부 용액의 pH를 측정하는 pH 미터(513)가 구비되어 있다.
또한, 상기 반응조(510)는 유가금속의 추출 효율을 높이기 위하여 외부에 구비된 전기히터(520)에 의해 60 ~ 80℃ 정도로 가열되는 것이 바람직하다.
상기 반응액 공급부(530)는 반응조(510) 내부로 황산, 과산화수소, 가성소다를 각각 저장하고 있는 저장탱크(531)와, 각 저장탱크(531)에서 황산, 과산화수소, 가성소다를 반응조(510)로 정량으로 공급하기 위한 정량펌프(532)와, 각 정량펌프()에 연결되어 역류를 방지하는 체크밸브(533)를 포함한다.
또한, 상기 반응액 공급부(530)에는 유량계(534)와 레벨미터(535)가 더 구비되어 있고, 상기 유량계(534)와 레벨미터(535)를 통해 적정량의 황산과 과산화수소가 강산성 상태로 반응조(510)에 저장될 수 있다.
이와 같이 적정량의 황산과 과산화수소가 반응조(510)에 저장된 상태에서 일정량의 가루 상태의 물질이 투입되면 투입밸브(433a)를 폐쇄시키고 교반기()를 작동시킨다.
적정 시간의 교반을 통하여 투입된 가루가 강산성의 액체에 녹아 모두 이온화되었다고 판단되면 교반을 중단하고 가성소다를 투입하여 산성에서 알칼리로 pH 변화를 주면서 산성 액체에 녹아 이온화되어 있는 유가금속을 차례대로 침출시킨다.
즉, 소정 pH로 맞춘 후 교반기를 가동하여 유가금속이 침출되도록 하는 과정을 반복함으로써 니켈, 코발트, 망간, 리튬의 유가금속을 회수할 수 있게 된다.
예를 들어, pH가 5인 경우 니켈이 침출되고, pH가 6인 경우 코발트가 침출되며, pH가 7인 경우 망간이 침출되고, pH가 8인 경우 리튬이 침출되는 방식이다.
여기서, pH의 수치에 따른 침출물의 종류는 단순 예시한 것이다.
상기 유가금속 회수부(550)는 소정 pH에서 침출된 각각의 유가금속을 회수하기 위한 구성으로서, 반응조(510)로부터 침출액을 유입하여 배출하는 다이어프램 펌프(551)와 상기 다이어프램 펌프()에서 배출된 침출액이 통과하면서 유가금속을 채굴하는 유가금속 분리조(553)를 포함한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유가금속 분리조(553)에는 하부로 침출액이 유입되고 상부로 침출액이 유출되도록 하고 중간에 필터(553a)를 구비하여 침출액의 유동 과정에서 유가금속이 채굴되도록 한다.
이때, 유가금속 분리조(553)에서 유출된 침출액은 다시 반응조(510)로 보내어진다.
한편, 유가금속 분리조(553)에서 해당 유가금속이 충분히 채굴되었다고 판단되면 물을 공급하여 유가금속에 묻어 있는 화학성분들을 모두 세척한 후 회수하게 된다.
이러한 유가금속이 회수된 후 반응조(710)에는 흑연이 남아있게 되고 이는 최종적으로 반응조(710) 세척시 물과 함께 외부로 배출되게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
100: 분해처리부
200: 열처리부
300: 파쇄처리부
400: 분급처리부
500: 유가금속 회수처리부

Claims (10)

  1. 복수의 컨베이어와 복수의 로봇을 포함하여 배터리팩을 모듈이나 셀 단위까지 분해하는 분해처리부;
    상기 분해처리부로부터 공급된 모듈이나 셀을 가열처리하여 유해 성분을 제거하는 열처리부;
    상기 열처리부에서 배출된 제품들을 공급받아 이를 파쇄하는 파쇄처리부;
    상기 파쇄처리부에서 배출된 가루나 알갱이를 크기별로 나누는 분급처리부; 및
    상기 분급처리부로부터 이송된 가루 상태의 물질에서 유가금속 성분을 각각 분리하여 회수하는 유가금속 회수처리부;
    로 이루어지고,
    상기 복수의 컨베이어는 배터리팩이 분해되면서 이동하는 이송컨베이어를 포함하며,
    상기 복수의 로봇은 배터리팩의 커버를 분리해내는 배터리팩 로봇과 커버가 오픈된 배터리팩에서 모듈을 분리해내는 모듈 로봇으로 이루어지거나, 배터리팩의 커버를 분리해내는 배터리팩 로봇과 커버가 오픈된 배터리팩에서 모듈을 분리해내는 모듈 로봇과 분해된 모듈로부터 셀을 분리해내는 셀 로봇으로 이루어지고,
    상기 모듈 로봇은 모듈을 연결하고 있는 케이블과 부품들을 분리해내며,
    상기 분해처리부는
    배터리팩 로봇에 의해 분리된 배터리팩의 커버와, 모듈 로봇에 의해 분리된 케이블과 부품들 및 모듈이 분리되고 남아 있는 배터리팩 케이스를 별도의 보관장소로 배출하는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열처리부는
    상기 분해처리부로부터 배출된 모듈이나 셀이 투입되어 가열되는 회전식 열처리로, 상기 회전식 열처리로에 연결되어 회전식 열처리로 내부에서 증발 및 연소되면서 발생한 유해물질을 제거하는 대기환경설비, 및 상기 회전식 열처리로에서 배출되는 슬러그의 온도를 떨어뜨리는 냉각설비로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전식 열처리로는
    분리된 모듈이나 셀이 투입되는 유입구와, 상기 유입구에 연결되어 투입된 모듈이나 셀이 이동하는 통로인 내통과, 상기 내통을 둘러싸되 오일, LPG 또는 히터를 사용한 가열수단이 구비된 외통과, 상기 내통에 연결되어 회전식 열처리로에서 증발 및 연소된 가스가 배출되는 증기배출구와, 상기 내통에 연결되어 회전식 열처리로에서 증발 및 연소되고 남은 제품들이 배출되는 유출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 대기환경설비는
    상기 회전식 열처리로의 배출구에 연결되는 제1배관과 증기 처리조와 스크러버 사이를 연결하는 제2배관을 포함하고,
    상기 제1배관에 연결되어 회전식 열처리로에서 배출되는 가스가 통과하면서 유해물질이 1차적으로 제거되되, 그 내부의 하부에 물이나 오일이 채워져 있고, 그 내부의 상부에 디미스터가 구비되어 있는 증기 처리조가 포함되며,
    상기 제2배관에 연결되어 상기 증기 처리조에서 배출된 가스에서 유해물질을 최종적으로 제거하는 스크러버가 포함되는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분급처리부는
    니켈, 코발트, 망간, 리튬 및 흑연의 가루 상태의 물질과 알루미늄, 구리, 기타 성분의 알갱이 상태의 물질을 분리해내는 초음파 분급기;
    상기 초음파 분급기로부터 가루 상태의 물질이 유입되는 호퍼와, 상기 호퍼 하부에 설치되는 밸브와, 상기 밸브 하단에 연결되는 제2 스크류 컨베이어로 이루어지는 가루 처리부; 및
    상기 초음파 분급기로부터 알갱이 상태의 물질이 유입되고 와전류를 이용하여 알루미늄 알갱이, 구리알갱이, 기타 알갱이를 각각 분류하는 비철 선별기를 포함하는 알갱이 처리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유가금속 회수처리부는
    산성에서 알칼리로 pH 변화를 주면서 산성 액체에 녹아 이온화되어 있는 유가금속을 차례대로 침출시키는 반응조와, 상기 반응조에 황산, 과산화수소, 가성소다를 공급하는 반응액 공급부와, 소정 pH에서 침출된 각각의 유가금속을 회수하는 유가금속 회수부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반응조에는
    인버터를 이용하여 교반속도를 조절할 수 있는 교반기와, 반응조 내부의 온도를 측정하는 온도센서와, 반응조 내부 용액의 pH를 측정하는 pH 미터가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유가금속 회수부는
    반응조로부터 침출액을 유입하여 배출하는 다이어프램 펌프와, 상기 다이어프램 펌프에서 배출된 침출액이 통과하면서 유가금속을 채굴하는 유가금속 분리조를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐리튬이차전지 일괄처리시스템.
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