[논문]탄산리튬으로부터 수산화리튬 전환을 위하여 탄산리튬의 열분해에 대한 연구

박재은; 박민화; 서형준; 김태성; 김대원; 김보람; 최희락

doi:10.6111/jkcgct.2021.31.2.089

탄산리튬으로부터 수산화리튬 전환을 위하여 탄산리튬의 열분해에 대한 연구
A study on the pyrolysis of lithium carbonate for conversion of lithium hydroxide from lithium carbonate 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.31 no.2, 2021년, pp.89 - 95

박재은 (부경대학교 재료공학과) , 박민화 (부경대학교 재료공학과) , 서형준 (부경대학교 재료공학과) , 김태성 (부경대학교 재료공학과) , 김대원 (고등기술연구원) , 김보람 (고등기술연구원) , 최희락 (부경대학교 재료공학과)

초록
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현재 리튬이온 배터리에 사용되는 고니켈계 양극재의 수요 증대에 따라 수산화리튬(LiOH) 제조 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 탄산리튬(Li2CO3)으로부터 수산화리튬의 제조를 위하여, 탄산리튬의 열분해를 통한 산화리튬(Li2O)의 전환 공정에 대해 연구하였다. 열처리 시 탄산리튬과 알루미나, 석영 그리고 흑연 도가니 사용에 따른 반응 메커니즘을 확인하였으며, 흑연 도가니를 사용했을 경우 온전한 산화리튬 분말을 얻었다. TG 분석 결과를 바탕으로 열처리 온도를 700℃, 900℃ 그리고 1100℃로 설정하였으며 유지시간 및 분위기를 제어하여 시약급 탄산리튬의 열처리를 진행하였다. XRD 분석 결과, 제조된 산화리튬은 질소 분위기에서 1시간 동안 1100℃의 온도로 열처리를 하였을 때 높은 결정성을 보였다. 또한 수산화리튬으로 전환하기 위해 시약급 산화리튬을 100℃에서 수반응하였다. XRD 분석을 통해 수산화리튬(LiOH)과 수산화리튬 일수화물(LiOH·H2O)이 생성됨을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Research on the production of lithium hydroxide (LiOH) has been actively conducted in response to the increasing demand for high nickel-based positive electrode materials for lithium-ion batteries. Herein we studied the conversion of lithium oxide (Li2O) through thermal decomposition of lithium carbonate for the production of lithium hydroxide from lithium carbonate (Li2CO3). The reaction mechanism of lithium carbonate with alumina, quartz and graphite crucible during heat treatment was confirmed. When graphite crucible was used, complete lithium oxide powder was obtained. Based on the TG analysis results, reagent-grade lithium carbonate was heat-treated at 700℃, 900℃ and 1100℃ for various time and atmosphere conditions. XRD analysis showed the produced lithium oxide showed high crystallinity at 1100℃ for 1 hour in a nitrogen atmosphere. In addition, several reagent-grade lithium oxides were reacted at 100℃ to convert to lithium hydroxide. XRD analysis confirmed that lithium hydroxide (LiOH) and lithium hydroxide monohydrate (LiOH·H2O) were produced.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Forecast of demand for cathod material of the lithium ion battery.
그림 Fig. 2. Crucibles used in the heat treatment.
그림 Fig. 3. Flow chart for production of lithium hydroxide from lithium carbonate.
그림 Fig. 4. XRD patterns and SEM images of lithium carbonate powder; (a) SEM image (4N Reagent grade), and (b) XRD pattern (4N Reagent grade).
그림 Fig. 5. TG results for lithium carbonate in air (10 ºC/min).
그림 Fig. 6. XRD patterns of powders obtained by heat treatment with the alumina crucible at 1100 ºC in air.
그림 Fig. 7. XRD patterns of powders obtained by heat treatment with the quartz crucible at 1100 ºC in air.
표 Table 1 Reactions between lithium carbonate and crucibles
그림 Fig. 8. XRD patterns of prepared powders with the various heat treatment conditions at 1100 ºC in air and N₂ gas.
그림 Fig. 9. XRD patterns of prepared powders with the various heat treatment conditions for 0.5 hrs in N₂ gas.
그림 Fig. 10. XRD patterns of obtained powders via water reaction at 100 ºC.

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