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폐 이차전지로부터 효율적 리튬회수 및 리튬이차전지 리튬소재화기술 개발에 대한 연구
서장현 ( Jang-hyun Seo ),김민찬 ( Min-chan Kim ),박지윤 ( Ji-yoon Park ),박건용 ( Geon-yong Park ),류태공 ( Tae-gong Ryu ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2020 No.-
전 세계적인 이차전지 산업의 급진적인 발달과 수요에 따라 국내의 관련 산업분야는 세계적 수준의 기술력을 바탕으로 매년 기하급수적으로 원료의 수요 및 부산물의 발생이 상승하고 있으며, 이에 따라 폐이차전지에 대한 재활용 기술의 개발이 요구되는 상황이다. 현재까지 국내에서 개발된 폐이차전지의 재활용 기술은 건식파쇄 및 소성 또는 습식 용매추출법에 국한되어 적용되어오고 있으며, 일부 고가의 유가금속의 회수에 집중되어 있다. 해당 기술들은 과도한 공정 에너지를 소모하고 이에 따른 공정운영 비용이 매우 고가이며, 공정에서 발생하는 폐기물을 최종 처분해야 하는 근본적인 문제를 포함하고 있어, 저비용 고효율의 친환경적인 재활용공정 개발이 매우 필요한 실정이다. 본 연구에서는 폐 리튬이차전지로부터 리튬과 기타 유가금속을 분리하여 회수하는 습식 공정을 개발하여 99% 이상의 고순도 소재로 재자원화하는 연구를 수행하였다. 폐이차전지를 파쇄 및 분쇄하여 얻어진 스크랩 분말을 주원료로 하여 정량(ICP-OES), 정성(X-ray Fluorescence analysis)분석을 수행하였으며 주요 성분은 리튬 6%, 니켈 32% 코발트, 망간은 각 10% 로 분석되었다. 리튬을 습식 분리하기 위해 무기산을 사용하여 산농도와 반응온도 등의 변수에 따라 최적 습식 분리조건을 산정하였고. 이때 리튬 및 유가금속(니켈, 코발트 등)의 농도는 IPC-OES를 통해 확인하였다. 본 실험을 통해 효율적인 분리는 염산(HCl, 0.07M)을 사용한 경우에, 고액비(Liqiud/Solid) 100, 80℃의 반응조건에서 가장 우수하였다. 리튬추출액은 농축하여 탄산화반응을 통해 탄산리튬으로 리튬을 분리 및 소재화하였고, 이때 반응 가능한 리튬추출액의 농도는 8,000ppm 이상이었다. 분리된 분말은 황산침출 및 pH 조절을 통해 니켈, 코발트 망간등의 유가금속을 재자원화가 가능하다. 특히 철, 알루미늄, 구리 등 불순물은 수산화침전을 통해 제거되어, 99% 이상 순도의 니켈-코발-망간 복합염의 리튬이차전지 양극재 원료 제조가 가능함을 확인하였다. 본 연구를 통해 니켈수소 폐이차전지에 존재하는 리튬과 기타 유가금속을 분리 회수하여 소재화하는 저비용의 친환경 공정기술을 개발하고 수입자원의 해외 의존도를 최소화하여 친환경 자원 선순환 기술을 확보할 것으로 기대된다.
서장수(Jang-Soo Suh),홍재희(Jai-Hee Hong),윤성도(Sung-Do Young),노희숙(Hee-Sook Noh),양동철(Dong-Cheol Yang),양일신(Il-Shin Yang),전정현(Jung-Hyun Jun),김재국(Jae-Kook Kim) 대한전기학회 2012 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2012 No.10
리튬이차전지용 양극소재를 제조하는 다양한 공정들의 단점을 개선시키기 위하여 본 연구에서는 분무 열 합성법을 연구하였다. 분무 열 합성법은 화염내의 화학적 활성이 높은 열에너지를 이용하여 분체를 제조하는 기술이다. 본 기술로서 얻어지는 분체는 표면장력에 의해 구형의 나노입자를 얻을 수 있다. 또한, 기존의 제조공정에 비하여 공정이 간단하고 미립자 조절, 산화와 환원, 표면개짙 등이 동시에 이루어진다는 장점을 가지고 있다. 또한 본 기술은 다른 양극소재와 음극소재, 세라믹 제조에도 폭 넓게 응용될 수 있을 것으로 기대된다.