KR102488124B1 - Method for recovering metals from lithium battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고주파 펄스 리버스 전류를 이용하여 리튬 전지로부터 고순도의 금속을 회수하는 방법에 관한 것으로, 리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 단계, 리튬이 회수된 폐리튬 전지를 산 수용액에 침출시키는 단계, 및 산침출 수용액에 전극을 설치하고, 펄스 리버스 전류를 인가하여 니켈 및 코발트를 포함하는 금속 화합물을 회수하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for recovering high-purity metal from a lithium battery using a high-frequency pulse reverse current, comprising the steps of recovering lithium from a lithium battery, leaching a waste lithium battery from which lithium is recovered into an aqueous acid solution, and and installing an electrode in the leaching solution and applying a pulsed reverse current to recover metal compounds including nickel and cobalt.
Description
본 발명은 고주파 펄스 리버스 전류를 이용하여 리튬 전지로부터 고순도의 금속을 회수하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for recovering high-purity metal from a lithium battery using high-frequency pulse reverse current.
본 발명은 아래의 연구개발과제를 지원받아 개발되었다.The present invention was developed with the support of the following R&D projects.
- 부처명: 부산광역시(지자체 전액지원) - Ministry name: Busan Metropolitan City (full support from local governments)
- 과제관리(전문)기관명: 부산산업과학혁신원- Project management (specialized) organization name: Busan Institute of Industrial Science and Innovation
- 연구사업명: 지역특화기술 개발확산 개방형연구실 운영사업- Research Project Name: Regionally Specialized Technology Development and Expansion Open Research Lab Operation Project
- 연구과제명: 사용 후 이차전지 내 리튬, 유가금속 회수 및 고순도 기초소재화- Title of research project: Recovery of lithium and valuable metals from used secondary batteries and high-purity basic materials
- 기여율: 100 %- Contribution rate: 100%
- 과제수행기관명(주관기관): 부경대학교- Name of the organization performing the project (hosting organization): Pukyong National University
- 연구기간: 2020.04.01 ~ 2020.12.31- Research period: 2020.04.01 ~ 2020.12.31
충전이 가능한 이차전지가 수명이 다해 발생하는 폐기물인 폐전지는 니켈, 코발트, 망간, 리튬, 구리 등의 유가금속들이 포함되어 있어, 유한한 자원을 효율적으로 재활용하기 위해서는 폐전지 재활용 기술 개발이 요구된다.Waste batteries, which are waste generated from rechargeable secondary batteries at the end of their lifespan, contain valuable metals such as nickel, cobalt, manganese, lithium, and copper. To efficiently recycle finite resources, the development of waste battery recycling technology is required. .
이러한 금속 자원을 지속적이고 안정적으로 확보하기 위해서는, 국내 순환 자원에서 발생하는 순환자원 혼합전지(일차전지 및 이차전지) 의 수거의 수월성 등을 고려하여 리튬, 코발트, 망간, 니켈, 아연, 구리 등을 재활용하는 기술의 개발이 중요하다.In order to continuously and stably secure these metal resources, lithium, cobalt, manganese, nickel, zinc, copper, etc. are selected in consideration of the ease of collection of circulating resource mixed batteries (primary and secondary batteries) generated from domestic circulating resources. Developing recycling technologies is important.
1,2차 소형 혼합전지 순환자원 재활용 기술이 발전하면, 전략 광물자원인 리튬, 코발트, 망간, 니켈, 아연, 구리 등을 국내에서 원료 확보가 가능한 이점이 있고, 금속스크랩으로 인한 환경오염문제를 해결하여 전지 산업의 활성화 및 ?내 제조 산업의 경쟁력을 높일 수 있다.If the primary and secondary small-sized mixed battery recycling resource recycling technology develops, there is an advantage in securing raw materials for strategic mineral resources such as lithium, cobalt, manganese, nickel, zinc, copper, etc. in Korea, and environmental pollution problems caused by metal scraps. By solving the problem, the battery industry can be revitalized and the competitiveness of the manufacturing industry can be increased.
일반적으로 알려진 폐리튬 전지로부터 유가금속을 회수하는 기술은 선별기술, 용해기술, 분리정제기술로 대별된다. 선별공정은 폐전지를 선별, 해체, 절단, 분쇄시키는 단계이고, 용해공정은 분쇄된 스크랩을 산 등에 녹여서 금속을 분리 및 농축시키는 단계이며, 분리정제공정은 유가금속을 다른 불순물로부터 분리하여 회수하는 단계이다. 선별공정은 선별, 해체, 절단, 분쇄, 하소 등을 거치는 것이 일반적이며, 용해공정은 대부분 황산이나 염산과 같은 무기산에 과산화수소 등의 환원제를 추가하여 침출시키는 방법이 제시되어 있다. 분리정제공정은 직류 전류를 이용한 전해채취법, 침전법, 용매추출법 등이 제시되어 있다.Generally known technologies for recovering valuable metals from waste lithium batteries are classified into screening technologies, dissolution technologies, and separation and purification technologies. The sorting process is a step of sorting, disassembling, cutting, and crushing waste batteries, the melting process is a step of dissolving the pulverized scrap in acid to separate and concentrate metals, and the separation and refining process is a step of separating and recovering valuable metals from other impurities. to be. It is common for the sorting process to go through sorting, dismantling, cutting, grinding, calcining, etc., and for the dissolution process, a method of leaching by adding a reducing agent such as hydrogen peroxide to an inorganic acid such as sulfuric acid or hydrochloric acid is suggested. As for the separation and purification process, electrolytic sampling method using direct current, precipitation method, solvent extraction method, etc. are suggested.
그러나, 종래 방법들은 회수되는 금속의 화학 조성의 제어가 어려워, 일관된 조성의 금속 화합물을 회수하기 어려운 문제점이 있다.However, conventional methods have a problem in that it is difficult to control the chemical composition of the recovered metal, making it difficult to recover a metal compound with a consistent composition.
본 발명의 일 목적은 고주파 펄스 리버스 전류를 이용하여 리튬 전지로부터 얻고자 하는 다양한 화학 조성의 금속을 회수하는 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for recovering metals having various chemical compositions to be obtained from a lithium battery using a high-frequency pulse reverse current.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 전지로부터 금속을 회수하는 방법은, 리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 단계(S 100), 리튬이 회수된 폐리튬 전지를 산 수용액에 침출시키는 단계(S 200), 및 산침출 수용액에 전극을 설치하고, 펄스 리버스 전류를 인가하여 니켈 및 코발트를 포함하는 금속 화합물을 회수하는 단계(S 300)를 포함할 수 있다.A method for recovering metal from a lithium battery according to an embodiment of the present invention includes recovering lithium from the lithium battery (S 100), leaching the lithium-recovered waste lithium battery into an aqueous acid solution (S 200), and installing an electrode in the acid leach solution and applying a pulsed reverse current to recover metal compounds including nickel and cobalt (S300).
일 실시예에서, 상기 펄스 리버스 전류의 인가는, 정전류를 전류밀도 120 내지 130 mA/cm2 및 50㎲ 내지 50 ㎳ 의 시간으로 인가한 후, 역전류를 전류밀도 20 내지 30 mA/cm2 및 50㎲ 내지 50 ㎳ 의 시간으로 인가하는 것을 하나의 패턴으로 하여, 상기 패턴을 1회 이상 반복하여 실시하는 것이 바람직하다.In one embodiment, the application of the pulse reverse current, after applying a constant current at a current density of 120 to 130 mA/cm 2 and a time of 50 μs to 50 ms, and then applying a reverse current at a current density of 20 to 30 mA/cm 2 and It is preferable to apply the pattern for a period of 50 μs to 50 ms as one pattern, and repeat the pattern one or more times.
일 실시예에서, 상기 펄스 리버스 전류의 인가를, 정전류를 전류밀도 125 mA/cm2 및 50㎳ 의 시간으로 인가한 후, 역전류를 전류밀도 25 mA/cm2 및 50㎳ 의 시간으로 인가하는 것을 하나의 패턴으로 하여, 상기 패턴을 1회 이상 반복하여 실시하는 경우, 총 중량 대비 니켈이 58wt% 이상, 코발트가 39wt% 이상으로 함유된 금속 화합물을 회수할 수 있다.In one embodiment, in the application of the pulse reverse current, a constant current is applied at a current density of 125 mA/cm 2 and a time of 50 ms, and then a reverse current is applied at a current density of 25 mA/cm 2 and a time of 50 ms. When the above pattern is repeated one or more times with one pattern, it is possible to recover a metal compound containing 58wt% or more of nickel and 39wt% or more of cobalt based on the total weight.
일 실시예에서, 상기 펄스 리버스 전류의 인가를, 정전류를 전류밀도 125 mA/cm2 및 5㎳ 의 시간으로 인가한 후, 역전류를 전류밀도 25 mA/cm2 및 5㎳ 의 시간으로 인가하는 것을 하나의 패턴으로 하여, 상기 패턴을 1회 이상 반복하여 실시하는 경우, 총 중량 대비 니켈이 60wt% 이상, 코발트가 37wt% 이상으로 함유된 금속 화합물을 회수할 수 있다.In one embodiment, in the application of the pulse reverse current, a constant current is applied at a current density of 125 mA/cm 2 and a time of 5 ms, and then a reverse current is applied at a current density of 25 mA/cm 2 and a time of 5 ms. When the above pattern is repeated one or more times, a metal compound containing 60 wt% or more of nickel and 37 wt% or more of cobalt based on the total weight can be recovered.
일 실시예에서, 상기 펄스 리버스 전류의 인가를, 정전류를 전류밀도 125 mA/cm2 및 500㎲의 시간으로 인가한 후, 역전류를 전류밀도 25 mA/cm2 및 500㎲ 의 시간으로 인가하는 것을 하나의 패턴으로 하여, 상기 패턴을 1회 이상 반복하여 실시하는 경우, 총 중량 대비 니켈이 62wt% 이상, 코발트가 34wt% 이상으로 함유된 금속 화합물을 회수할 수 있다.In one embodiment, in the application of the pulse reverse current, a constant current is applied at a current density of 125 mA/cm 2 and a time of 500 μs, and then a reverse current is applied at a current density of 25 mA/cm 2 and a time of 500 μs. When the above pattern is repeated one or more times with one pattern, it is possible to recover a metal compound containing 62 wt% or more of nickel and 34 wt% or more of cobalt based on the total weight.
일 실시예에서, 상기 펄스 리버스 전류의 인가를, 정전류를 전류밀도 125 mA/cm2 및 50㎲의 시간으로 인가한 후, 역전류를 전류밀도 25 mA/cm2 및 50㎲ 의 시간으로 인가하는 것을 하나의 패턴으로 하여, 상기 패턴을 1회 이상 반복하여 실시하는 경우, 총 중량 대비 니켈이 65wt% 이상, 코발트가 32wt% 이상으로 함유된 금속 화합물을 회수할 수 있다.In one embodiment, in the application of the pulse reverse current, a constant current is applied at a current density of 125 mA/cm 2 and a time of 50 μs, and then a reverse current is applied at a current density of 25 mA/cm 2 and a time of 50 μs. When the above pattern is repeated one or more times, a metal compound containing 65 wt% or more of nickel and 32 wt% or more of cobalt based on the total weight can be recovered.
일 실시예에서, 상기 산 수용액은 35%(v/v) 염산 수용액인 것이 바람직하다.In one embodiment, the aqueous acid solution is preferably a 35% (v/v) aqueous hydrochloric acid solution.
일 실시예에서, 상기 전극은 양극으로 흑연 또는 백금을 사용하고, 음극으로 타이타늄을 사용할 수 있다.In one embodiment, the electrode may use graphite or platinum as an anode and titanium as a cathode.
일 실시예에서, 상기 회수하는 단계에서, 산침출 수용액의 온도는 50 내지 70℃ 로 유지하는 것이 바람직하다.In one embodiment, in the recovering step, the temperature of the acid leach solution is preferably maintained at 50 to 70°C.
일 실시예에서, 상기 리튬 전지는 리튬이차천지 또는 리튬일차전지와 리튬이차전지의 혼합물일 수 있다.In one embodiment, the lithium battery may be a mixture of a lithium secondary battery or a lithium primary battery and a lithium secondary battery.
본 발명에 따르면, 폐전지의 유효 자원을 산 수용액에 침출시켜 이온화시킨 후, 펄스 리버스 전류를 인가함으로써 직류 전류를 인가하였을 경우와 다르게 얻고자 하는 다양한 화학 조성의 금속을 회수할 수 있다.According to the present invention, after leaching the effective resource of a waste battery into an aqueous acid solution to ionize it, it is possible to recover metals having various chemical compositions to be obtained differently from the case of applying a direct current by applying a pulse reverse current.
또한, 본 발명은 펄스 리버스 전류의 정전류 및 역전류의 크기 및 주파수를 제어하여 일관된 조성의 금속을 회수하는 것이 가능하다.In addition, according to the present invention, it is possible to recover a metal having a consistent composition by controlling the magnitude and frequency of the constant current and reverse current of the pulse reverse current.
도 1은 펄스 리버스 전류의 파형을 나타낸다.Figure 1 shows the waveform of the pulse reverse current.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention may have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features or steps However, it should be understood that it does not preclude the possibility of existence or addition of operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 전지로부터 금속을 회수하는 방법은, 리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 단계(S 100), 리튬이 회수된 폐리튬 전지를 산 수용액에 침출시키는 단계(S 200), 및 산침출 수용액에 전극을 설치하고, 펄스 리버스 전류를 인가하여 니켈 및 코발트를 포함하는 금속 화합물을 회수하는 단계(S 300)를 포함할 수 있다.A method for recovering metal from a lithium battery according to an embodiment of the present invention includes recovering lithium from the lithium battery (S 100), leaching the lithium-recovered waste lithium battery into an aqueous acid solution (S 200), and installing an electrode in the acid leach solution and applying a pulsed reverse current to recover metal compounds including nickel and cobalt (S300).
먼저, 리튬 전지로부터 리튬을 회수하는 단계(S 100)를 수행한다.First, a step of recovering lithium from the lithium battery (S 100) is performed.
일 실시예에서, 상기 리튬 전지는 리튬이차전지 또는 리튬일차전지와 리튬이차전지의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 리튬 전지는 Ni, Co 및 Li 을 포함하고, Si, Al, Ca, Mg, Na, K, Mn, P 및 Zr 중에서 선택된 하나 이상의 금속을 추가로 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the lithium battery may be a lithium secondary battery or a mixture of a lithium primary battery and a lithium secondary battery. In addition, the lithium battery may further include at least one metal selected from Si, Al, Ca, Mg, Na, K, Mn, P, and Zr, including Ni, Co, and Li.
일 실시예에서, 상기 S 100 단계는 리튬 전지를 열처리로에 주입하고, 불활성 가스의 존재 하에 열처리하여 수행될 수 있다. 열처리 후 리튬 전지의 리튬은 분리 가능한 화합물의 형태로 전환되며, 이를 분쇄하고, 수세 공정 등의 추가 공정을 통해 분리 회수할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것이 아니라, 공지된 다양한 기술을 사용하여 리튬을 회수할 수 있다.In one embodiment, the step S 100 may be performed by injecting the lithium battery into a heat treatment furnace and performing heat treatment in the presence of an inert gas. After heat treatment, lithium in the lithium battery is converted into a separable compound, which can be separated and recovered through an additional process such as pulverization and washing. However, it is not limited thereto, and lithium may be recovered using various known techniques.
일 실시예에서, 상기 S 100 단계 후에 얻어진 리튬이 회수된 폐리튬 전지는 총 중량 대비 5wt% 이하의 Li 금속을 함유할 수 있다.In one embodiment, the waste lithium battery from which the lithium obtained after the step S 100 is recovered may contain Li metal of 5 wt% or less based on the total weight.
다음으로, 리튬이 회수된 폐리튬 전지를 산 수용액에 침출시키는 단계(S 200)를 수행한다.Next, a step of leaching the waste lithium battery from which lithium is recovered into an aqueous acid solution (S200) is performed.
구체적으로, 상기 산 수용액에 리튬이 회수된 폐리튬 전지를 침지시키면 폐리튬 전지에 포함된 유가금속(니켈, 코발트, 망간 등)이 이온화되게 된다. 이때, 리튬이 회수된 폐리튬 전지에 포함된 물질에 따라 침출 후 얻어진 산침출 수용액의 이온 농도는 달라지게 된다.Specifically, when the waste lithium battery from which lithium is recovered is immersed in the aqueous acid solution, valuable metals (nickel, cobalt, manganese, etc.) included in the waste lithium battery are ionized. At this time, the ion concentration of the acid leach solution obtained after leaching varies depending on the material included in the spent lithium battery from which lithium is recovered.
일 실시예에서, 상기 산 수용액은 강산 수용액을 사용할 수 있고, 바람직하게는 35%(v/v) 염산 수용액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the acid aqueous solution may be a strong acid aqueous solution, preferably a 35% (v / v) hydrochloric acid aqueous solution, but is not limited thereto.
다음으로, 산침출 수용액에 전극을 설치하고, 펄스 리버스 전류를 인가하여 니켈 및 코발트를 포함하는 금속화합물을 회수하는 단계(S 300)를 수행한다.Next, an electrode is installed in the acid leach solution, and a step of recovering a metal compound including nickel and cobalt by applying a pulsed reverse current (S300) is performed.
펄스 리버스 전류는 도 1에 나타난 것처럼, 정전류와 역전류를 주기적으로 교번하여 공급하는 전류를 의미한다.As shown in FIG. 1 , the pulse reverse current refers to a current supplied by periodically alternating a constant current and a reverse current.
상기 정전류를 인가하면 산침출 수용액에 용해된 금속 이온이 금속으로 환원되는 반응이 일어나고, 역전류를 인가하면 환원된 금속이 다시 이온화되는 반응이 일어나게 된다. 따라서, 이러한 정전류 및 역전류의 전류밀도/시간(주파수)을 제어하면, 직류 전류를 인가하였을 경우와 다르게 니켈 및 코발트를 얻고자 하는 화학 조성으로 포함하는 금속 화합물을 회수할 수 있다.When the constant current is applied, a reaction in which metal ions dissolved in the acid leach solution are reduced to metal occurs, and when a reverse current is applied, a reaction in which the reduced metal is ionized again occurs. Therefore, by controlling the current density/time (frequency) of the constant current and reverse current, it is possible to recover a metal compound including nickel and cobalt in a desired chemical composition, unlike when a direct current is applied.
구체적으로, 본 발명에서 펄스 리버스 전류의 인가는, 정전류를 전류밀도(IF) 120 내지 130 mA/cm2 및 50㎲ 내지 50 ㎳ 의 시간(tF)으로 인가한 후, 역전류를 전류밀도(IR) 20 내지 30 mA/cm2 및 50㎲ 내지 50 ㎳ 의 시간(tR)으로 인가하는 것을 하나의 패턴으로 하여, 상기 패턴을 1회 이상 반복하여 실시하는 것이 바람직하다.Specifically, the application of the pulse reverse current in the present invention, after applying a constant current at a current density (I F ) of 120 to 130 mA/cm 2 and a time (t F ) of 50 μs to 50 ms, reverse current is applied at the current density ( IR ) 20 to 30 mA/cm 2 and 50 μs to 50 ms of time (t R ) are applied as one pattern, and it is preferable to repeat the pattern one or more times.
상기 패턴으로 펄스 리버스 전류를 인가하여 얻어진 금속 화합물은 니켈 및 코발트를 포함하며, 상기 패턴에 따라 총 중량 대비 니켈이 58 wt% 이상, 코발트가 32wt% 이상으로 함유되고, 니켈 및 코발트의 중량비가 1.4 - 2.1 : 1 인 금속 화합물을 다양하게 회수할 수 있다.The metal compound obtained by applying the pulse reverse current in the pattern includes nickel and cobalt, and according to the pattern, nickel is 58 wt% or more and cobalt is 32 wt% or more based on the total weight, and the weight ratio of nickel and cobalt is 1.4 - 2.1 : 1 phosphorus metal compounds can be recovered in various ways.
일 실시예에서, 상기 펄스 리버스 전류의 인가를, 정전류를 전류밀도 125 mA/cm2 및 50㎳ 의 시간으로 인가한 후, 역전류를 전류밀도 25 mA/cm2 및 50㎳ 의 시간으로 인가하는 것을 하나의 패턴으로 하여, 상기 패턴을 1회 이상 반복하여 실시하는 경우, 총 중량 대비 니켈이 58wt% 이상, 코발트가 39wt% 이상으로 함유된 금속 화합물을 회수할 수 있다.In one embodiment, in the application of the pulse reverse current, a constant current is applied at a current density of 125 mA/cm 2 and a time of 50 ms, and then a reverse current is applied at a current density of 25 mA/cm 2 and a time of 50 ms. When the above pattern is repeated one or more times with one pattern, it is possible to recover a metal compound containing 58wt% or more of nickel and 39wt% or more of cobalt based on the total weight.
일 실시예에서, 상기 펄스 리버스 전류의 인가를, 정전류를 전류밀도 125 mA/cm2 및 5㎳ 의 시간으로 인가한 후, 역전류를 전류밀도 25 mA/cm2 및 5㎳ 의 시간으로 인가하는 것을 하나의 패턴으로 하여, 상기 패턴을 1회 이상 반복하여 실시하는 경우, 총 중량 대비 니켈이 60wt% 이상, 코발트가 37wt% 이상으로 함유된 금속 화합물을 회수할 수 있다.In one embodiment, in the application of the pulse reverse current, a constant current is applied at a current density of 125 mA/cm 2 and a time of 5 ms, and then a reverse current is applied at a current density of 25 mA/cm 2 and a time of 5 ms. When the above pattern is repeated one or more times, a metal compound containing 60 wt% or more of nickel and 37 wt% or more of cobalt based on the total weight can be recovered.
일 실시예에서, 상기 펄스 리버스 전류의 인가를, 정전류를 전류밀도 125 mA/cm2 및 500㎲의 시간으로 인가한 후, 역전류를 전류밀도 25 mA/cm2 및 500㎲ 의 시간으로 인가하는 것을 하나의 패턴으로 하여, 상기 패턴을 1회 이상 반복하여 실시하는 경우, 총 중량 대비 니켈이 62wt% 이상, 코발트가 34wt% 이상으로 함유된 금속 화합물을 회수할 수 있다.In one embodiment, in the application of the pulse reverse current, a constant current is applied at a current density of 125 mA/cm 2 and a time of 500 μs, and then a reverse current is applied at a current density of 25 mA/cm 2 and a time of 500 μs. When the above pattern is repeated one or more times with one pattern, it is possible to recover a metal compound containing 62 wt% or more of nickel and 34 wt% or more of cobalt based on the total weight.
일 실시예에서, 상기 펄스 리버스 전류의 인가를, 정전류를 전류밀도 125 mA/cm2 및 50㎲의 시간으로 인가한 후, 역전류를 전류밀도 25 mA/cm2 및 50㎲ 의 시간으로 인가하는 것을 하나의 패턴으로 하여, 상기 패턴을 1회 이상 반복하여 실시하는 경우, 총 중량 대비 니켈이 65wt% 이상, 코발트가 32wt% 이상으로 함유된 금속 화합물을 회수할 수 있다.In one embodiment, in the application of the pulse reverse current, a constant current is applied at a current density of 125 mA/cm 2 and a time of 50 μs, and then a reverse current is applied at a current density of 25 mA/cm 2 and a time of 50 μs. When the above pattern is repeated one or more times, a metal compound containing 65 wt% or more of nickel and 32 wt% or more of cobalt based on the total weight can be recovered.
위와 같이, 본 발명은 폐전지의 유효 자원을 산 수용액에 침출시켜 이온화시킨 후, 펄스 리버스 전류를 다양한 패턴으로 인가함으로써 직류 전류를 인가하였을 경우와 다르게 얻고자 하는 다양한 화학 조성의 금속 화합물을 회수할 수 있다.As described above, the present invention is capable of recovering metal compounds of various chemical compositions to be obtained differently from the case of applying a direct current by applying a pulse reverse current in various patterns after leaching and ionizing the effective resource of a waste battery in an aqueous acid solution. can
뿐만 아니라, 리튬이 회수된 폐리튬 전지에 포함된 물질에 따라 침출 후 얻어진 산침출 수용액의 이온 농도는 달라지게 되는데, 상기 펄스 리버스 전류의 전류밀도, 주파수, 패턴 등을 제어함으로써 일관된 조성의 금속을 회수할 수 있다.In addition, the ion concentration of the acid leach solution obtained after leaching varies depending on the materials included in the waste lithium battery from which lithium is recovered. By controlling the current density, frequency, pattern, etc. can be recovered
한편, 상기 전극은 양극으로 흑연 또는 백금을 사용하고, 음극으로 타이타늄을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 역전류가 인가될 때 전극에 손상이 발생하지 않도록 하여 역전류의 효과를 제대로 활용하고, 금속화합물의 전착층이 균일하게 성장하도록 하기 위함이다.On the other hand, the electrode preferably uses graphite or platinum as an anode and titanium as a cathode, which prevents damage to the electrode when reverse current is applied, properly utilizing the effect of reverse current, and metal compound This is to ensure that the electrodeposition layer of is uniformly grown.
또한, 상기 회수하는 단계에서, 산침출 수용액의 온도는 50 내지 70℃ 로 유지하는 것이 바람직하다. 50℃ 미만으로 유지하는 경우, 이온의 이동도가 낮아 높은 전압이 발생하게 되고, 70℃ 를 초과하는 경우 과도한 수분의 증발로 이온 농도의 제어가 어려워지는 문제점이 발생하게 된다.Also, in the recovering step, the temperature of the acid leach solution is preferably maintained at 50 to 70°C. When the temperature is maintained at less than 50° C., the mobility of ions is low, resulting in high voltage, and when the temperature exceeds 70° C., control of the ion concentration becomes difficult due to excessive moisture evaporation.
이하 본 발명의 다양한 실시예들 및 실험예들에 대해 상술한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 일부 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, various embodiments and experimental examples of the present invention will be described in detail. However, the following examples are merely some examples of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to the following examples.
[실시예][Example]
리튬 이차전지를 공지된 열처리 방법을 사용하여 리튬을 회수한 후, 리튬이 회수된 폐전지 고체의 화학 조성을 하기 표 1에 나타냈다.After recovering lithium from the lithium secondary battery using a known heat treatment method, the chemical composition of the solid waste battery from which lithium was recovered is shown in Table 1 below.
다음으로, 상기 리튬이 회수된 폐전지 고체를 35%(v/v) 염산 수용액에 넣고, 이온화 침출시켰다. 산침출 수용액의 금속 이온 농도(mg/L)는 하기 표 2에 나타냈다.Next, the waste battery solid from which lithium was recovered was put into a 35% (v/v) aqueous hydrochloric acid solution and ionized and leached. The metal ion concentration (mg/L) of the acid leach solution is shown in Table 2 below.
이후, 산침출 수용액을 60℃ 로 유지하고, 수용액에 음극으로 타이타늄판, 양극으로 백금망을 설치한 후, 펄스 리버스 인가 전류의 형태를 하기 표 3 및 도 1 의 조건으로 달리하여 수용액에 용해된 코발트 및 니켈을 1시간 동안 전해채취하였다.Then, the acid leaching aqueous solution was maintained at 60 ° C, a titanium plate was installed as a cathode and a platinum net was installed as an anode in the aqueous solution, and then the form of pulse reverse applied current was changed according to the conditions shown in Table 3 and FIG. Cobalt and nickel were electro-harvested for 1 hour.
[비교예 1][Comparative Example 1]
펄스 리버스 전류 대신에, 50mA/cm2 의 직류 전류(DC)를 인가하여 수용액에 용해된 코발트 및 니켈을 1시간 동안 전해채취하였다.Instead of a pulsed reverse current, a direct current (DC) of 50 mA/cm 2 was applied to electrolytically collect cobalt and nickel dissolved in an aqueous solution for 1 hour.
[비교예 2][Comparative Example 2]
펄스 리버스 전류 대신에, 100mA/cm2 의 펄스 정전류만을 인가하여 수용액에 용해된 코발트 및 니켈을 1시간 동안 전해채취하였다.Instead of a pulse reverse current, only a pulse constant current of 100 mA/cm 2 was applied to electrolytically collect cobalt and nickel dissolved in an aqueous solution for 1 hour.
실시예, 비교예 1 및 2의 구체적인 실험 조건 및 회수된 금속 화합물의 코발트 및 니켈 농도를 하기 표 3에 나타냈다.The specific experimental conditions of Examples and Comparative Examples 1 and 2 and the cobalt and nickel concentrations of the recovered metal compounds are shown in Table 3 below.
전류밀도Average
current density
(비교예1)DC
(Comparative Example 1)
(비교예2)case 1
(Comparative Example 2)
(실시예)case 2
(Example)
표 3을 보면, 펄스 리버스 전류를 인가한 실시예(case 2)의 경우, 전류밀도 및 주파수에 따라 상이한 조성의 금속 화합물이 회수됨을 확인할 수 있고, 직류 전류를 인가한 경우와 다른 화학 조성의 금속 화합물이 회수됨을 확인할 수 있다. Referring to Table 3, in the case of the example (case 2) in which the pulse reverse current was applied, it could be confirmed that metal compounds of different compositions were recovered according to the current density and frequency, and metals having a different chemical composition than those in the case of applying a direct current It can be confirmed that the compound is recovered.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that you can.
Claims (10)
리튬이 제거된 폐리튬 전지를 산 수용액에 침출시키는 단계; 및
산침출 수용액에 전극을 설치하고, 정전류와 역전류를 주기적으로 교번하여 공급하는 펄스 리버스 전류를 인가하여 니켈 및 코발트를 포함하는 금속화합물을 회수하는 단계;를 포함하고,
상기 펄스 리버스 전류의 인가를, 정전류를 전류밀도 120 내지 130 mA/cm2 및 50㎲ 내지 50 ㎳ 의 시간으로 인가한 후, 역전류를 전류밀도 20 내지 30 mA/cm2 및 50㎲ 내지 50 ㎳ 의 시간으로 인가하는 것을 하나의 패턴으로 하여, 상기 패턴을 1회 이상 반복하여 실시하여,
총 중량 대비 니켈이 58wt% 이상, 코발트가 39wt% 이상으로 함유된 제1 금속 화합물; 니켈이 60wt% 이상, 코발트가 37wt% 이상으로 함유된 제2 금속 화합물; 니켈이 62wt% 이상, 코발트가 34wt% 이상으로 함유된 제3 금속 화합물; 및 니켈이 65wt% 이상, 코발트가 32wt% 이상으로 함유된 제4 금속 화합물 중에서 선택된 어느 하나의 금속 화합물을 회수하는 것을 특징으로 하는,
리튬 전지로부터 니켈 및 코발트의 조성이 일정한 금속화합물을 회수하는 방법.
recovering lithium from the lithium battery;
Leaching the waste lithium battery from which lithium is removed in an aqueous acid solution; and
Recovering a metal compound including nickel and cobalt by installing an electrode in an acid leach solution and applying a pulse reverse current that periodically alternates between a constant current and a reverse current to recover a metal compound including nickel and cobalt,
After applying the pulse reverse current, a constant current was applied at a current density of 120 to 130 mA/cm 2 and a time of 50 μs to 50 ms, and then a reverse current was applied at a current density of 20 to 30 mA/cm 2 and 50 μs to 50 ms Applying at a time of is one pattern, and the pattern is repeated one or more times,
A first metal compound containing 58wt% or more of nickel and 39wt% or more of cobalt based on the total weight; a second metal compound containing 60 wt% or more of nickel and 37 wt% or more of cobalt; a third metal compound containing 62 wt% or more of nickel and 34 wt% or more of cobalt; and a fourth metal compound containing 65 wt% or more of nickel and 32 wt% or more of cobalt.
A method for recovering a metal compound having a constant composition of nickel and cobalt from a lithium battery.
상기 산 수용액은 35%(v/v) 염산 수용액인 것을 특징으로 하는,
리튬 전지로부터 니켈 및 코발트의 조성이 일정한 금속화합물을 회수하는 방법.
According to claim 1,
Characterized in that the aqueous acid solution is a 35% (v / v) aqueous hydrochloric acid solution,
A method for recovering a metal compound having a constant composition of nickel and cobalt from a lithium battery.
상기 전극은 양극으로 흑연 또는 백금을 사용하고, 음극으로 타이타늄을 사용함을 특징으로 하는,
리튬 전지로부터 니켈 및 코발트의 조성이 일정한 금속화합물을 회수하는 방법.
According to claim 1,
Characterized in that the electrode uses graphite or platinum as an anode and titanium as a cathode,
A method for recovering a metal compound having a constant composition of nickel and cobalt from a lithium battery.
상기 회수하는 단계에서, 산침출 수용액의 온도는 50 내지 70℃ 로 유지함을 특징으로 하는,
리튬 전지로부터 니켈 및 코발트의 조성이 일정한 금속화합물을 회수하는 방법.
According to claim 1,
In the recovering step, the temperature of the acid leach solution is maintained at 50 to 70 ° C.
A method for recovering a metal compound having a constant composition of nickel and cobalt from a lithium battery.
상기 리튬 전지는 리튬이차천지 또는 리튬일차전지와 리튬이차전지의 혼합물임을 특징으로 하는,
리튬 전지로부터 니켈 및 코발트의 조성이 일정한 금속화합물을 회수하는 방법.According to claim 1,
Characterized in that the lithium battery is a mixture of a lithium secondary battery or a lithium primary battery and a lithium secondary battery,
A method for recovering a metal compound having a constant composition of nickel and cobalt from a lithium battery.
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