폐 리튬 이차전지로부터 회수된 황산코발트 제조 및 이를 이용해 합성된 산화리튬코발트 양극활물질의 전기화학적 특성 A Synthesis of LiCoO2 using the CoSO4 Recovered from Cathode Material Scrap and its Electrochemical Properties원문보기
본 연구에서는 폐 리튬이차전지의 스크랩으로부터 순도 높은 황산코발트($CoSO_4$) 용액을 회수하고, 회수된 용액을 이용하여 리튬이차전지의 양극활물질인 $LiCoO_2$를 제조하여 전기화학적 특성을 평가하였다. 황산코발트의 제조는 황산과 과산화수소수를 이용하여 원료물질로부터 금속물질을 녹여내기 위한 침출단계, 가성소다를 이용한 pH 조절로 1차 불순물을 제거하기 위한 중화공정 및 D2EHPA와 $CYANEX^{(R)}272$를 이용하여 2차 불순물을 제거하기 위한 용매추출공정을 거쳐 고순도의 용액을 회수한다. 회수된 황산코발트는 증류수와 희석하여 6 wt.% 황산코발트 용액으로 만들고, 다시 옥살산과 혼합 및 교반 후 건조, 하소 및 리튬의 원료가 되는 $Li_2CO_3$ 분말과 혼합 후 합성 공정을 거쳐 이차전지의 양극활물질인 $LiCoO_2$를 제조하였다. 이를 이용하여 전극을 조립하고, 전기화학적 특성을 평가하였다. 전기화학적 특성은 본 실험에서 합성된 $LiCoO_2$와 상업용 $LiCoO_2$(Aldrich사)를 비교하였으며, 결과는 유사하거나 혹은 합성된 $LiCoO_2$가 더 우수한 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 실험을 통해 양극활물질의 재활용 가능성을 확인하였다.
본 연구에서는 폐 리튬이차전지의 스크랩으로부터 순도 높은 황산코발트($CoSO_4$) 용액을 회수하고, 회수된 용액을 이용하여 리튬이차전지의 양극활물질인 $LiCoO_2$를 제조하여 전기화학적 특성을 평가하였다. 황산코발트의 제조는 황산과 과산화수소수를 이용하여 원료물질로부터 금속물질을 녹여내기 위한 침출단계, 가성소다를 이용한 pH 조절로 1차 불순물을 제거하기 위한 중화공정 및 D2EHPA와 $CYANEX^{(R)}272$를 이용하여 2차 불순물을 제거하기 위한 용매추출공정을 거쳐 고순도의 용액을 회수한다. 회수된 황산코발트는 증류수와 희석하여 6 wt.% 황산코발트 용액으로 만들고, 다시 옥살산과 혼합 및 교반 후 건조, 하소 및 리튬의 원료가 되는 $Li_2CO_3$ 분말과 혼합 후 합성 공정을 거쳐 이차전지의 양극활물질인 $LiCoO_2$를 제조하였다. 이를 이용하여 전극을 조립하고, 전기화학적 특성을 평가하였다. 전기화학적 특성은 본 실험에서 합성된 $LiCoO_2$와 상업용 $LiCoO_2$(Aldrich사)를 비교하였으며, 결과는 유사하거나 혹은 합성된 $LiCoO_2$가 더 우수한 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 실험을 통해 양극활물질의 재활용 가능성을 확인하였다.
The electrochemical properties using the cells assembled with the synthesized $LiCoO_2$(LCO) were evaluated in this study. The LCO was synthesized from high-purity cobalt sulfate($CoSO_4$) which is recovered from the cathode scrap in the wastes lithium ion secondary battery(LIB...
The electrochemical properties using the cells assembled with the synthesized $LiCoO_2$(LCO) were evaluated in this study. The LCO was synthesized from high-purity cobalt sulfate($CoSO_4$) which is recovered from the cathode scrap in the wastes lithium ion secondary battery(LIB). The leaching process for dissolving the metallic elements from the LCO scrap was controlled by the quantities of the sulfuric acid and hydrogen peroxide. The metal precipitation to remove the impurities was controlled by the pH value using the caustic soda. And also, D2EHPA and $CYANEX^{(R)}272$ were used in the solvent extraction process in order to remove the impurities again. The high-purity $CoSO_4$ solution was recovered by the processes mentioned above. We made the 6 wt.% $CoSO_4$ solution mixed with distilled water. And the 6 wt.% $CoSO_4$ solution was mixed with oxalic acid by the stirring method and dried in oven. $LiCoO_2$ as a cathode material for LIB was formed by the calcination after the drying and synthesis with the $Li_2CO_3$ powder. We assembled the cells using the $LiCoO_2$ powders and evaluated the electrochemical properties. And then, we confirmed possibility of the recyclability about the cathode materials for LIBs.
The electrochemical properties using the cells assembled with the synthesized $LiCoO_2$(LCO) were evaluated in this study. The LCO was synthesized from high-purity cobalt sulfate($CoSO_4$) which is recovered from the cathode scrap in the wastes lithium ion secondary battery(LIB). The leaching process for dissolving the metallic elements from the LCO scrap was controlled by the quantities of the sulfuric acid and hydrogen peroxide. The metal precipitation to remove the impurities was controlled by the pH value using the caustic soda. And also, D2EHPA and $CYANEX^{(R)}272$ were used in the solvent extraction process in order to remove the impurities again. The high-purity $CoSO_4$ solution was recovered by the processes mentioned above. We made the 6 wt.% $CoSO_4$ solution mixed with distilled water. And the 6 wt.% $CoSO_4$ solution was mixed with oxalic acid by the stirring method and dried in oven. $LiCoO_2$ as a cathode material for LIB was formed by the calcination after the drying and synthesis with the $Li_2CO_3$ powder. We assembled the cells using the $LiCoO_2$ powders and evaluated the electrochemical properties. And then, we confirmed possibility of the recyclability about the cathode materials for LIBs.
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문제 정의
(LCO)를 제조하여 전기화학적 특성을 평가하였다. 또한, 전기화학적 특성 평가를 통해 이차전지 양극활물질의 재활용 가능성을 제시한다.
따라서, 최적의 침출 시간은 4시간으로 보여진다. 본 실험에서 환원제를 투입하지 않고 황산만으로 침출률 시험을 진행한 목적은 황산으로 최대한의 코발트 금속을 침출하고, 침출되지 못한 나머지 양에 대해서 환원제인 과산화수소의 정확한 투입량을 계산 후 첨가하여 침출되는 효율을 올리고자 함이다.
제안 방법
16) 불순물에 대한 성분 분석은 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 이용하였다. 상기와 같은 공정을 통하여 고순도의 황산코발트 용액을 회수할 수 있었으며, 이 용액을 이용하여 LiCoO2를 합성하는 과정은 다음과 같다.
Cyanex®272와 EXXSOL을 무게비로 1:9로 희석하여 Organic를 만들고, Organic과 코발트가 포함된 용액인 Aqueous를 3:1 무게비로 교반하여 용매추출공정을 진행하였다.
코발트와 니켈의 분리도가 뛰어나서 코발트 정제에 가장 효율적으로 사용된다. D2EHPA 용매추출 테스트를 진행하기 위해 먼저 D2EHPA와 ExxonMobil Chemical 사의 EXXSOL(탄화수소계 용제)을 무게비로 1:9로 희석하여 Organic를 만들었다. 그리고 Organic과 코발트가 포함된 용액인 Aqueous를 3:1 무게비로 교반하여 용매추출 시험을 진행하였다.
6과 같은 실험을 하였다. 교반시간과 pH 농도를 45분과 5.5로 고정시키고, 온도를 상온 23℃와 50℃ 그리고, 가성소다 농도를 12.5%와 25%로 설정하였다. 코발트 공침률은 상온의 교반온도에서 가성 소다 12.
2와 같은 분말을 얻는다. 그 후 ICP를 이용하여 LiCoO2 스크랩의 성분을 분석하였다. 이 결과는 Table 1에서 나타내었으며, 코발트 55.
D2EHPA 용매추출 테스트를 진행하기 위해 먼저 D2EHPA와 ExxonMobil Chemical 사의 EXXSOL(탄화수소계 용제)을 무게비로 1:9로 희석하여 Organic를 만들었다. 그리고 Organic과 코발트가 포함된 용액인 Aqueous를 3:1 무게비로 교반하여 용매추출 시험을 진행하였다. 실험조건은 상온에서 5분간 교반을 했으며, 추출률은 ICP를 이용해 분석하였으며, 결과는 Fig.
다음은 용매추출단계로서 상기 중화공정단계에서 공침된 물질을 제거하고 남은 용액에 D2EHPA(Di-(2- ethylhexyl)phosphoric acid; C16H35O4P)와 CYTEC사의 CYANEX®272(bis-(2,4,4-trimethylpentyl)phosphinic acid; C16H35O2P) 추출용 용제를 차례로 이용하여 불순물을 추출하였다.
2% 공침되었지만, 대부분의 불순물이 공침되어 제거할 수 있었다. 단, Ni의 공침율이 0.8%밖에 공침되지 않았기 때문에 다음 단계를 통해 Ni과 남아있는 미량의 불순물을 제거하여, 용매추출공정을 실시하였다.
이 실험을 통해 Table 2에서 계산된 약 152 g의 황산량에서 가장 우수한 결과가 도출된 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 황산량은 152 g으로 설정하고, 과산화수소량의 변화와 과산화수소의 투입 시점을 달리하여 최적의 침출률을 조사하였다. 이 결과는 Fig.
본 연구를 통해 제조된 LiCoO2와 현재 시중에서 판매되고 있는 상업용 LiCoO2와의 비교를 위해 두 양극 활물질을 동일한 조건으로 전극을 제조하여 전기화학적 특성을 평가하였다. Fig.
본 연구에서는 폐 리튬이차전지의 스크랩으로부터 순도 높은 황산코발트(CoSO4) 용액을 회수하고, 회수된 용액을 이용하여 리튬이차전지의 양극활물질인 LiCoO2(LCO)를 제조하여 전기화학적 특성을 평가하였다. 또한, 전기화학적 특성 평가를 통해 이차전지 양극활물질의 재활용 가능성을 제시한다.
먼저 재활용을 위해 폐 리튬이온 이차전지의 집전체에서 양극물질이 도포된 부분을 분리한 다음, 물리적인 방법으로 양극물질을 집전체로부터 탈리시키고, 탈리된 양극물질을 분쇄 및 진동을 통하여 분말형태로 얻는다. 분말형태의 양극물질에서 금속을 용해시키기 위하여 황산을 투입하며, 이 때 황산의 투입량은 양극물질에 포함되어 있을 것으로 예상되는 여러 가지 금속물질이 황산과 반응했을 때의 반응식을 이용하여 결정하였다. 황산을 이용하여 금속산화물을 침출시키기 위한 최적의 조건을 도출하기 위한 변수로는 황산농도, 반응온도, 반응시간, 광액농도와 과산화수소(H2O2)의 농도이다.
상기 계산에 의한 황산 152 g, 원료 100 g과 물 300 cc를 투입하고 95℃의 온도에서 침출 시간 1, 2, 3, 4와 8시간 교반하여 금속산화물을 침출하였으며, 그 결과는 Fig. 3에서 나타내었다. 침출시간이 증가할수록 코발트의 침출률은 증가하는 경향을 보였으며, 침출률은 시간이 1, 2, 3, 4와 8시간일 때 각각 29.
얻어진 분말을 산소 분위기에서 350℃로 5시간 하소(Calcination) 공정을 거치게 되며, 이 때 합성되는 분말은 Co3O4가 된다. 순수한 Co3O4를 제조하여야만 최종 양극활물질인 고순도의 LiCoO2를 얻을 수 있기 때문에 X-선 회절분석을 통해 Co3O4제조 여부를 확인하였고, 코발트 원료가 되는 Co3O4 분말과 리튬의 원료가 되는 Li2CO3 분말을 섞은 후 산소 분위기에서 900℃로 10시간 동안 합성을 하여 최종적으로 본 연구에서 양극활물질로 사용하게 될 LiCoO2 분말을 합성한다. 순수한 LiCoO2 분말이 합성되었는지를 확인하기 위해 X-선 회절분석을 하였으며, 최종적으로 상기에서 합성된 LiCoO2를 이용하여 전기화학적 특성을 평가하였다.
순수한 Co3O4를 제조하여야만 최종 양극활물질인 고순도의 LiCoO2를 얻을 수 있기 때문에 X-선 회절분석을 통해 Co3O4제조 여부를 확인하였고, 코발트 원료가 되는 Co3O4 분말과 리튬의 원료가 되는 Li2CO3 분말을 섞은 후 산소 분위기에서 900℃로 10시간 동안 합성을 하여 최종적으로 본 연구에서 양극활물질로 사용하게 될 LiCoO2 분말을 합성한다. 순수한 LiCoO2 분말이 합성되었는지를 확인하기 위해 X-선 회절분석을 하였으며, 최종적으로 상기에서 합성된 LiCoO2를 이용하여 전기화학적 특성을 평가하였다.
그리고 Organic과 코발트가 포함된 용액인 Aqueous를 3:1 무게비로 교반하여 용매추출 시험을 진행하였다. 실험조건은 상온에서 5분간 교반을 했으며, 추출률은 ICP를 이용해 분석하였으며, 결과는 Fig. 7에서 나타내었다. pH가 증가할수록 Zn, Al, Cu, Mn과 같은 불순물들이 많이 추출되는 것을 확인하였으며, 코발트도 일부 용매추출되는 것이 관찰되었으나, 이 용액은 여러 차례의 재활용을 통해 다시 얻을 수 있다.
따라서, 황산량은 152 g으로 설정하고, 과산화수소량의 변화와 과산화수소의 투입 시점을 달리하여 최적의 침출률을 조사하였다. 이 결과는 Fig. 5에서 나타내었으며, 과산화수소의 양은 34 g, 52 g과 60 g이고, 과산화수소의 투입 시점은 황산 침출 4시간 후 과산화수소 침출 4시간과 처음부터 황산과 과산화수소를 동시에 투입하여 8시간 동안 침출할 때로 구분하였다. 과산화수소를 중간에 투입하였을 때, 과산화수소 34 g, 52 g과 60 g에 대한 침출률은 각각 92.
중화공정에서 가장 중요한 것은 용매추출 전에 불순물을 최대한 제거하고, 코발트의 공침을 최소화하는 것이다. 이를 위해 교반 시간 및 온도, 가성소다 농도 등을 변수로 두었다.
분리막은 Celgard 2400을 사용했으며, 음극은 리튬금속을 사용하였다. 전지 조립의 모든 공정은 아르곤 분위기의 글러브 박스 내에서 실시되었고, Cut-off 전압은 3.0~4.3 V이고, 전류밀도는 0.5와 1의 C-rate로 실시하였다.
대상 데이터
D2EHPA 용매추출과 마찬가지로 Cyanex®272를 이용하여 용매추출 시험을 진행하였다.
중화공정은 용매추출전 침출액 속의 Fe, Cu, Al, Cu와 Zn 등의 불순물을 수산화물 형태로 침전시켜 용매추출 시 공정 부하를 최소화하는데 목적이 있다. 모액은 Table 3과 같은 Co 5.8%, Ni 0.3%와 기타 불순물 Al과 Cu 등이 혼합되어 있는 용액을 사용하였다. 교반온도 및 가성소다 농도에 따른 불순물 제거 효율과 코발트 공침률을 확인하기 위해 Fig.
본 연구에서 제조된 LiCoO2의 전기화학적 특성평가를 위한 전지(cell) 조립은 반쪽전지(2032 coin type cell)로 제작되었으며, 작동전극은 질량비 80%의 상업용 및 제조된 LiCoO2, 10%의 Ketjen Black과 10%의 PVdF를 혼합하였고, 볼밀링을 이용하여 섞은 후 슬러리를 10 × 10 mm 크기의 알루미늄 호일에 고르게 도포하였다.
전해질로는 1:1 체적비를 갖는 Ethylene Carbonate(EC)와 Ethyl Methyl Carbonate(EMC) 안에 1 mol의 LiPF6 리튬 염을 용해시켜 사용하였다. 분리막은 Celgard 2400을 사용했으며, 음극은 리튬금속을 사용하였다. 전지 조립의 모든 공정은 아르곤 분위기의 글러브 박스 내에서 실시되었고, Cut-off 전압은 3.
%농도로 맞추고 실험을 하였다. 실험 방법에서 언급된 교반, 건조와 하소를 통해 활물질의 코발트 원료인 Co3O4 분말을 제조한다. 또한, Co3O4 분말과 리튬의 원료가 되는 Li2CO3 분말을 혼합하여 산소 분위기에서 900ºC로 10시간 동안 합성을 하여, LiCoO2 분말을 합성하였다.
, 10%의 Ketjen Black과 10%의 PVdF를 혼합하였고, 볼밀링을 이용하여 섞은 후 슬러리를 10 × 10 mm 크기의 알루미늄 호일에 고르게 도포하였다. 전해질로는 1:1 체적비를 갖는 Ethylene Carbonate(EC)와 Ethyl Methyl Carbonate(EMC) 안에 1 mol의 LiPF6 리튬 염을 용해시켜 사용하였다. 분리막은 Celgard 2400을 사용했으며, 음극은 리튬금속을 사용하였다.
이론/모형
황산을 이용하여 금속산화물을 침출시키기 위한 최적의 조건을 도출하기 위한 변수로는 황산농도, 반응온도, 반응시간, 광액농도와 과산화수소(H2O2)의 농도이다. 과산화수소의 량은 과산화수소와 산화코발트의 반응식을 통해 결정하였다.15)
성능/효과
7에서 나타내었다. pH가 증가할수록 Zn, Al, Cu, Mn과 같은 불순물들이 많이 추출되는 것을 확인하였으며, 코발트도 일부 용매추출되는 것이 관찰되었으나, 이 용액은 여러 차례의 재활용을 통해 다시 얻을 수 있다. D2EHPA 용매추출과 마찬가지로 Cyanex®272를 이용하여 용매추출 시험을 진행하였다.
8에서 나타내었다. pH에 따라 코발트도 추출되었지만, 상기의 공정에서 완전히 제거되지 않았던 Mg와 Ni가 제거되는 것을 확인하였다. 용매추출 결과에서 낮은 pH에서는 코발트와 니켈의 분리도가 낮지만, pH 4.
5% 가성소다로 중화할 때, 25% 가성소다보다 국부적으로 공침되는 코발트가 적게 발생하여 공침률이 감소하는 것으로 판단된다. 그리고 Fe, Al, Zn, Cu는 교반 온도에 크게 상관없이 공침율이 상당히 높았으며, Mn은 공침율이 매우 낮았다. 따라서, 중화공정의 최적 조건은 pH 5.
그리고 Fe, Al, Zn, Cu는 교반 온도에 크게 상관없이 공침율이 상당히 높았으며, Mn은 공침율이 매우 낮았다. 따라서, 중화공정의 최적 조건은 pH 5.5로 45분 교반 시에 온도 50℃와 가성소다 12.5% 였다. 이 때의 전체 원소에 대한 공침율은 Co 1.
교반온도가 높을수록 코발트 공침률은 감소했으며, 이유는 교반 온도가 증가할수록 가성소다와 금속 반응성이 증가하였기 때문이라 사료된다. 또한 같은 교반온도에서는 가성소다의 농도가 낮을수록 코발트 공침률은 감소했으며, 그 이유로는 12.5% 가성소다로 중화할 때, 25% 가성소다보다 국부적으로 공침되는 코발트가 적게 발생하여 공침률이 감소하는 것으로 판단된다. 그리고 Fe, Al, Zn, Cu는 교반 온도에 크게 상관없이 공침율이 상당히 높았으며, Mn은 공침율이 매우 낮았다.
상업용 LiCoO2의 경우 초기 비가역 용량은 많이 줄었지만 사이클이 진행됨에 따라 용량이 많이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 반면에 제조된 전극의 경우, 사이클이 증가하여도 용량감소가 현저히 줄어든 것을 확인할 수 있었으며, 약 25 사이클 이후의 용량은 본 연구에서 얻은 양극 활물질이 더 높은 용량을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본 연구에서 얻은 LiCoO2의 전기화학적 특성이 상업용으로 정제된 LiCoO2와 비교하여 비슷하거나, 혹은 더 우수함을 확인할 수 있었다.
9(d)는 Aldrich사에서 판매되는 상업용 LiCoO2 분말의 XRD 결과를 나타내고 있다. 분석결과 순수한 Co3O4와 LiCoO2가 합성된 것을 확인할 수 있었으며, 합성된 LiCoO2 분말이 상업용 분말과 아주 유사함을 확인할 수 있었다. Fig.
1%였다. 상기의 결과들을 통해 코발트 침출공정에 있어서 최적의 조건은 황산 152 g, 온도 95℃와 과산화수소 60 g을 황산 침출 4시간 후에 투입해야 한다는 것을 알 수 있었다.
11(b)와 (c)는 각각 상업용과 합성된 LiCoO2를 활물질로 사용한 전극의 충·방전 결과이다. 상업용 LiCoO2로 제조된 전극의 경우, 전체적으로 용량은 본 연구에서 얻은 전극보다 다소 높으나, 초기 비가역이 큰 것을 확인할 수 있었고, 사이클 수가 증가함에 따라 두 시편 모두 용량감소가 많이 발생하는 것을 확인할 수 있다. Fig.
12(b)와 (c)는 각각 상업용과 합성된 LiCoO2를 활물질로 사용한 전극의 충·방전 결과이다. 상업용 LiCoO2의 경우 초기 비가역 용량은 많이 줄었지만 사이클이 진행됨에 따라 용량이 많이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 반면에 제조된 전극의 경우, 사이클이 증가하여도 용량감소가 현저히 줄어든 것을 확인할 수 있었으며, 약 25 사이클 이후의 용량은 본 연구에서 얻은 양극 활물질이 더 높은 용량을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 최적의 침출 조건은 화학반응식만큼의 반응재를 투입하여 침출률을 효율적으로 높이는 것이라 판단된다. 이 실험을 통해 Table 2에서 계산된 약 152 g의 황산량에서 가장 우수한 결과가 도출된 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 황산량은 152 g으로 설정하고, 과산화수소량의 변화와 과산화수소의 투입 시점을 달리하여 최적의 침출률을 조사하였다.
이미 수명이 끝난 폐 리튬이차전지로부터 희유금속 중 하나인 코발트를 본 연구의 공정에 의해 회수하여 고순도의 황산코발트 용액 및 이를 이용한 LiCoO2 활물질을 제조하였고, 전기화학적 특성 측면에서 상업용과 유사하거나 더 우수하다는 것을 확인했다. 본 연구를 통해서 주요한 결론은 다음과 같다.
반면에 제조된 전극의 경우, 사이클이 증가하여도 용량감소가 현저히 줄어든 것을 확인할 수 있었으며, 약 25 사이클 이후의 용량은 본 연구에서 얻은 양극 활물질이 더 높은 용량을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본 연구에서 얻은 LiCoO2의 전기화학적 특성이 상업용으로 정제된 LiCoO2와 비교하여 비슷하거나, 혹은 더 우수함을 확인할 수 있었다.
3에서 나타내었다. 침출시간이 증가할수록 코발트의 침출률은 증가하는 경향을 보였으며, 침출률은 시간이 1, 2, 3, 4와 8시간일 때 각각 29.4%, 36.5%, 39.6%, 43.1%와 46.5%이며, 4시간 이상에서는 코발트 침출률의 증가가 미미하였다. 따라서, 최적의 침출 시간은 4시간으로 보여진다.
10(a)와 (b)는 각각 Aldrich사와 본 연구에서 합성된 LiCoO2 분말을 나타낸다. 합성된 분말은 Aldrich사 분말에 비해 입자가 미세하며, 막대형상을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
폐 리튬이온 이차전지의 재활용에서 가장 중요한 것은?
1-4) 이러한 리튬이온 이차전지의 폭발적인 수요와 소형디지털 가전의 사용주기 단축으로 폐 전지의 배출량이 급증하고 있어 리튬이온 이차전지의 처리 및 재활용에 대한 국내외의 관심이 증가하고 있다.5-8) 폐 리튬이온 이차전지의 재활용은 구성성분 중 많은 함량을 차지하는 유가금속을 회수하는 기술에 초점이 맞추어져 있으며 우선적으로 양극 활물질에 함유되어 있는 고가의 코발트를 회수하는 것이 경제성을 좌우하는 요인이다. 리튬이온전지는 제조사에 따라 성분의 차이는 있지만 코발트가 5~15%, 니켈이 5~10%와 리튬이 2~7% 정도로 유가 성분이 함유되어 있으며,9) 약 15%의 유기용액과 약 7%의 플라스틱으로 구성되어 있다.
코발트 및 니켈 등의 유가 금속을 회수하는 것의 의의는?
폐 전지로부터 희유금속을 회수하는 기술은 코발트, 니켈, 망간, 바나듐, 리튬 등을 분리 및 회수하여 금속 및 금속화합물로 재탄생시킬 수 있다. 또한 대부분 수입에 의존하고 있는 전지의 핵심 소재를 국내에서 안정적으로 공급할 수 있는 점에서 그 중요성이 높은 분야이다.11) 더욱이 재활용 기술은 친환경 녹색기술이어서 최근 환경과 무역을 연계한 세계적 정책흐름에 부합되는 기술이기도 하다. 폐 전지의 안전한 처리는 환경적 부가가치뿐만 아니라 리튬이온 이차전지 속에 포함되어있는 여러 가지 희유금속을 재활용할 수 있다. 이는 자원이 빈약한 우리나라 실정에서 주요하게 금속을 획득할 수 있는 방법이므로 자원 확보 및 자원안보 측면에서 아주 중요하다. 리튬이차전지에 포함되어 있는 알루미늄, 구리, 코발트, 니켈, 망간 및 리튬 등의 금속은 순도가 높은 금속형태로 전지에 존재하므로 재활용 시에는 광물로부터 회수하는 과정보다 월등히 저렴하게 회수할 수 있으므로, 자원획득 가격뿐만 아니라, 금속 획득과정의 단순화를 통해서 CO2 배출량 감축에도 기여를 할 수 있다. 아울러 그 자원량이 제한적인 코발트 및 리튬에 대해서는 벌써부터 국제적인 자원확보의 경쟁이 진행되고 있으며, 자원의 확보가 보장되지 않는다면, 리튬이차전지의 산업 경쟁력을 담보할 수가 없다.
리튬이온전지를 구성하는 성분은 무엇이 있는가?
5-8) 폐 리튬이온 이차전지의 재활용은 구성성분 중 많은 함량을 차지하는 유가금속을 회수하는 기술에 초점이 맞추어져 있으며 우선적으로 양극 활물질에 함유되어 있는 고가의 코발트를 회수하는 것이 경제성을 좌우하는 요인이다. 리튬이온전지는 제조사에 따라 성분의 차이는 있지만 코발트가 5~15%, 니켈이 5~10%와 리튬이 2~7% 정도로 유가 성분이 함유되어 있으며,9) 약 15%의 유기용액과 약 7%의 플라스틱으로 구성되어 있다.10) 따라서 리튬전지 스크랩을 재활용하면 코발트 및 니켈 등의 유가 금속을 회수할 수 있다.
참고문헌 (16)
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