초록 ▼

연구개요
최근 발생하고 있는 자동차용 폐이차전지를 친환경적으로 재생하기 위한 전반적인 기술에 관한 연구로서 특히, 고부가가치의 양극활물질에 포함된 유효 금속들을 회수하여 재생하는 기술에 관한 것이다. 기존에는 양극활물질을 강산인 황산에 녹여서 재생한 것에 반하여 본 기술은 친환경적인 젖산에 녹여 재생하고, 사용된 젖산은 증류하여 재생함으로서 폐수 발생이 없고, 인체에 노출 시 위험성이 적은 친환경적 재생 기술에 전반적인 프로세스를 연구하였다.

연구 목표대비 연구결과
이차전지의 핵심소재인 양극재 제조기술에서 다

연구개요
최근 발생하고 있는 자동차용 폐이차전지를 친환경적으로 재생하기 위한 전반적인 기술에 관한 연구로서 특히, 고부가가치의 양극활물질에 포함된 유효 금속들을 회수하여 재생하는 기술에 관한 것이다. 기존에는 양극활물질을 강산인 황산에 녹여서 재생한 것에 반하여 본 기술은 친환경적인 젖산에 녹여 재생하고, 사용된 젖산은 증류하여 재생함으로서 폐수 발생이 없고, 인체에 노출 시 위험성이 적은 친환경적 재생 기술에 전반적인 프로세스를 연구하였다.

연구 목표대비 연구결과
이차전지의 핵심소재인 양극재 제조기술에서 다양한 전이금속들을 원하는 비율로 원자단위의 균일한 배열을 갖는 화학적 원자배치 기술을 개발하고자 하였다. 이와같은 목표를 달성하기 위하여 기존의 물리적인 혼합방법을 지양하고, 화학적으로 2종 이상의 전이금속을 활용한 복합금속 결정구조로 합성함으로서 고효율 이차전지 양극활물질의 제조 기술에 관한 원천 기술을 개발하였다. 또한, 양극활물질의 오염원으로 작용하는 Al, Zr, S, Fe, Al, Ca, Mg, Na, B, P을 효율적으로 제거하기 위한 연구를 수행하였다.
최근 발생하는 망간을 다량 함유한 자동차용 폐이차전지를 대상으로 시험하였으며, 양극재를 분리-소성-용해-필터-재생과정을 거쳐 친환경적으로 재생하는 과정을 연구하였다. 양극재를 젖산으로 완전히 용해시켜 전이금속들을 이온화시키고 원하는 농도로 조정하여 이온화 상태에서 용매를 제거하고 소성과정을 거침으로서 원자상태의 배열을 갖는 양극활물질을 합성하였다.
이 과정에서 환경친화성과 경제성을 고려하여 양극재를 녹일 때 황산을 젖산으로 대체하고 젖산용매를 회수하여 재활용하기 위하여 감압 증류 기술을 적용하였다. 또한, 최근 발생하는 폐이차전지 중 망간을 다량 함유한 양극재에서 망간만을 선택적으로 일부 제거하기 위한 방법을 적용하여 최종적으로 기존과 동일한 양극활물질을 합성하여 특허출원을 하였다. 새로 합성한 양극활물질 특성을 분석한 결과, 기존의 특성과 유사함을 확인할 수 있었다.
새로 합성한 양극활물질을 이용한 파우치 형태의 전지를 제조하여 전지실험까지 계획하였으나 전지실험을 위한 기반구축의 어려움과 한정된 연구비로 전지 시제품을 제작하여 성능 테스트까지 하기 에는 현실적인 어려움이 있어 향후 연구로 진행하고자 한다.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
폐이차전지 양극활물질의 재생방법에 의하면 폐양극활물질을 녹이기 위하여 황산과 같은 위험한 강산을 사용하지 않고, 친환경적 유기산인 젖산을 사용함으로써, 작업자의 안전성 확보와 사고로 인한 자연계 유출 시에도 위험성 낮아 환경친환적인 공법으로 활용할 수 있다. 미립자 알루미늄을 제거하기 위하여 산화 후, 필터만으로 제거할 수 있어 기존의 pH 조정으로 침전시키는 공정에 비하여 경제적이며, 제거 효율성이 우수하다. 특히, 고농도 망간만을 선택적으로 침전-제거시켜 리튬, 코발트, 니켈, 망간의 비율을 재조합시킴으로, 양극활물질 재생공정을 간소화시켜 생산비용 절감에 따른 경제적 효과를 기대할 수 있다.
양극활물질과 미반응 젖산은 감압-가열을 통하여 회수하여 재활용함으로 젖산을 중화시키는 공정이 불필요하여 공정 간소화 효과가 있다. 감압-가열 후 바로 소성하여 양극활물질을 재생시킴으로써, 기존에 황산을 중화시키기 위한 가성소다와 같은 과량의 알칼리성 물질 사용이 필요 없다. 알칼리성 물질 사용공정이 없음에 따라 세척과정도 불필요하여 폐수 발생도 없다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 31