KR20240040270A - Method for rcycling cathode active material and rycycled cathode active material - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극 활물질의 재생 방법 및 이로부터 재생된 양극 활물질에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집전체와 이에 코팅된 양극 활물질층을 포함하는 폐 양극을 산소 분위기 하에서 열처리하여 양극 활물질을 회수하는 단계 및 회수한 양극 활물질을 세척액으로 세척한 후 여과하여 고형분과 1차 여액으로 분리하는 단계를 포함하는 양극 활물질의 재생방법으로서, 회수한 일부 양극 활물질을 상기 1차 여액으로 세척한 후 여과하여 고형분과 2차 여액으로 분리하는 단계를 포함하는 양극 활물질의 재생 방법. 및 이로부터 재생된 양극 활물질 등에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분을 소량의 세척액과 그 여액으로 다단 세척하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 세척 시간을 크게 단축하여 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가를 최소화하며, 산을 이용하지 않아 친환경적이고, 이에 따른 중화 및 폐수 처리가 필요 없으므로 공정비가 절감되며, 양극 활물질을 분해하지 않고 그대로 재생하여 버려지는 금속 원소가 없고, 집전체를 용해하지 않아 이의 회수가 가능하며, 유기용매를 사용하지 않아 유독가스의 발생 또는 폭발 위험성이 없고, 열처리나 침강 등의 관리가 쉬운 공정을 이용하여 대량 생산에 적합한 양극 활물질의 재생 방법 및 이로부터 재생되어 전기화학적 성능, 저항 특성 및 용량 특성이 우수한 양극 활물질 등을 제공하는 효과가 있다.
The present invention relates to a method for regenerating a positive electrode active material and a positive electrode active material recovered therefrom. More specifically, the present invention relates to a method of recovering the positive electrode active material by heat treating a waste positive electrode including a current collector and a positive electrode active material layer coated thereon under an oxygen atmosphere; A method of regenerating a positive electrode active material comprising the step of washing the recovered positive electrode active material with a washing solution, filtering it, and separating it into solids and a primary filtrate, wherein some of the recovered positive electrode active material is washed with the primary filtrate and then filtered to produce solids and 2. A method of regenerating a positive electrode active material comprising the step of separating it into a secondary filtrate. and a positive electrode active material recycled therefrom.
According to the present invention, the F component remaining on the surface of the recycled positive electrode active material is washed in multiple stages with a small amount of washing liquid and its filtrate, thereby significantly reducing the generation of wastewater and greatly shortening the washing time, resulting in loss of Li and increase in fine particles in the functional coating layer and lattice. It is environmentally friendly because it does not use acid, and process costs are reduced because there is no need for neutralization and wastewater treatment. There are no discarded metal elements because the cathode active material is recycled without decomposition, and it is recovered because the current collector is not dissolved. is possible, and there is no risk of toxic gas generation or explosion as it does not use organic solvents, and a method of regenerating positive electrode active materials suitable for mass production using easy-to-manage processes such as heat treatment or sedimentation, and electrochemical performance, electrochemical performance, and It has the effect of providing a positive electrode active material with excellent resistance and capacity characteristics.
Description
본 발명은 양극 활물질의 재생 방법 및 이로부터 재생된 양극 활물질 등에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분을 소량의 세척액과 그 여액으로 다단 세척하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 세척 시간을 크게 단축하여 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가를 최소화하며, 산을 이용하지 않아 친환경적이고, 이에 따른 중화 및 폐수 처리가 필요 없으므로 공정비가 절감되며, 양극 활물질을 분해하지 않고 그대로 재생하여 버려지는 금속 원소가 없고, 집전체를 용해하지 않아 이의 회수가 가능하며, 유기용매를 사용하지 않아 유독가스의 발생 또는 폭발 위험성이 없고, 열처리나 침강 등의 관리가 쉬운 공정을 이용하여 대량 생산에 적합한 양극 활물질의 재생 방법 및 이로부터 재생되어 전기화학적 성능, 저항 특성 및 용량 특성이 우수한 양극 활물질 등에 관한 것이다. The present invention relates to a method for regenerating a cathode active material and a cathode active material regenerated therefrom. More specifically, the present invention relates to a method for greatly reducing the generation of wastewater by washing the F component remaining on the surface of the regenerated cathode active material in multiple stages with a small amount of washing liquid and its filtrate. At the same time, the cleaning time is greatly shortened to minimize the loss of Li and the increase in fine particles in the functional coating layer and lattice. It is eco-friendly because it does not use acid, and the process cost is reduced because there is no need for neutralization and wastewater treatment, and it does not decompose the positive electrode active material. There are no metal elements that are discarded as they are recycled, recovery is possible because the current collector does not dissolve, there is no risk of toxic gases or explosions because no organic solvents are used, and by using processes that are easy to manage such as heat treatment or precipitation, It relates to a method for regenerating a positive electrode active material suitable for mass production and a positive electrode active material regenerated from the same with excellent electrochemical performance, resistance characteristics, and capacity characteristics.
리튬 이차전지는 크게 양극 활물질층이 알루미늄 등의 금속 호일에 코팅된 양극, 음극 활물질층이 구리 등의 금속 호일에 코팅된 음극, 양극과 음극이 서로 섞이지 않도록 막아주는 분리막, 및 양극과 음극 사이에서 리튬 이온을 이동할 수 있게 하는 전해액 등으로 이루어진다. Lithium secondary batteries largely consist of a positive electrode whose positive active material layer is coated on a metal foil such as aluminum, a negative electrode whose negative active material layer is coated on a metal foil such as copper, a separator that prevents the positive electrode and negative electrode from mixing with each other, and between the positive electrode and the negative electrode. It consists of an electrolyte solution that allows lithium ions to move.
상기 양극 활물질층은 활물질로 주로 리튬계 산화물을 사용하고 상기 음극 활물질층은 활물질로 주로 탄소재를 사용하는데, 상기 리튬계 산화물에는 일반적으로 코발트, 니켈 또는 망간 등과 같은 희소 금속이 함유되어 있어, 사용 후 폐기되는 리튬 이차전지의 양극 또는 리튬 이차전지 제조 공정에서 발생하는 양극 스크랩 등(이하, '폐 양극'이라 함)으로부터 희소 금속을 회수해 재활용하는 연구가 많이 진행되고 있다. The positive electrode active material layer mainly uses lithium-based oxide as an active material, and the negative electrode active material layer mainly uses carbon material as an active material. The lithium-based oxide generally contains rare metals such as cobalt, nickel, or manganese, and is used. Much research is being conducted to recover and recycle rare metals from the anodes of lithium secondary batteries that are discarded or from the anode scraps generated during the lithium secondary battery manufacturing process (hereinafter referred to as 'waste anodes').
폐 양극으로부터 희소 금속을 회수하는 종래 기술은 폐 양극을 염산, 황산 또는 질산 등으로 용해시킨 후 코발트, 망간, 니켈 등을 유기용매로 추출하여 다시 양극 활물질 합성을 위한 원료로 사용하는 방법이 대부분이다. Most conventional techniques for recovering rare metals from waste anodes include dissolving the waste anode in hydrochloric acid, sulfuric acid, or nitric acid, then extracting cobalt, manganese, nickel, etc. with an organic solvent and using them as raw materials for synthesizing positive electrode active materials. .
하지만 산을 이용한 희소 금속의 추출법은 환경 오염의 문제가 있고 중화 공정과 폐수처리 공정이 반드시 필요하여 공정 비용이 크게 상승하며, 양극 활물질의 주요 금속인 리튬을 회수할 수 없는 단점을 가진다. However, the extraction method of rare metals using acid has the problem of environmental pollution, requires a neutralization process and a wastewater treatment process, which significantly increases the process cost, and has the disadvantage of not being able to recover lithium, the main metal of the positive electrode active material.
이러한 단점을 해소하고자 최근에는 폐 양극에서 양극 활물질을 분해하지 않고 바로 양극 활물질로 재생하는 방법(direct recycled method)이 연구되고 있고, 이러한 방법으로 크게 소성(calcination), 용매 용해(solvent dissolution), 알루미늄 호일 용해(Al foil dissolution), 파쇄 및 스크린(crushing & screening) 등 4가지 정도가 소개되고 있다. In order to overcome these shortcomings, a direct recycling method has recently been studied in which waste cathodes are directly recycled into cathode active materials without decomposing the cathode active materials. This method largely involves calcination, solvent dissolution, and aluminum recycling. About four types are being introduced, including foil dissolution, crushing and screening.
그러나, 상기 소성 방법은 공정은 단순하나, 재생 양극 활물질 표면에 전지의 출력 성능 등을 떨어뜨리는 LiF 등과 같은 이물질이 생성되고 폐가스가 발생하며 에너지 소비가 크다는 단점이 있다. 특히 LiF 등과 같은 이물질을 제거하기 위해서는 과량의 세척수를 사용할 수밖에 없는데, 이 경우 동량의 폐수 발생뿐만 아니라 세척으로 인한 재생 양극 활물질의 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자의 증가가 큰 문제로 나타난다. However, although the above firing method is a simple process, it has the disadvantage of generating foreign substances such as LiF, which reduces the output performance of the battery, on the surface of the recycled positive electrode active material, generating waste gas, and consuming large amounts of energy. In particular, in order to remove foreign substances such as LiF, there is no choice but to use an excessive amount of washing water. In this case, not only the same amount of waste water is generated, but also the loss of Li in the functional coating layer and lattice of the recycled positive electrode active material and the increase in fine particles due to washing appear to be a major problem.
또한, 상기 용매 용해 방법은 비교적 표면이 깨끗한 재생 양극 활물질을 얻을 수 있으나, 바인더를 녹이기 위해 사용하는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등의 용매가 유독가스이면서 폭발 위험성이 있어 안정성이 열악하고, 고가로 용매 회수 공정이 필요하다는 단점이 있다. In addition, the solvent dissolution method can obtain a recycled positive electrode active material with a relatively clean surface, but the solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) used to dissolve the binder is a toxic gas and has the risk of explosion, so its stability is low. It has the disadvantage of requiring a poor and expensive solvent recovery process.
또한, 상기 알루미늄 호일 용해 방법은 공정 안정성이 좋고 공정 비용이 낮으며 바인더 제거가 용이하나, 재생 양극 활물질 표면에 제거가 어려운 이물질이 생성되고, 알루미늄 호일의 제거 과정에서 수소 가스가 발생하여 폭발 위험성이 있다는 단점이 있다. In addition, the aluminum foil dissolution method has good process stability, low process cost, and easy binder removal, but foreign substances that are difficult to remove are generated on the surface of the recycled positive electrode active material, and hydrogen gas is generated during the removal of the aluminum foil, raising the risk of explosion. There is a downside to this.
마지막으로, 상기 파쇄 및 스크린 방법은 가장 단순한 공정에 의한다는 장점이 있으나, 완벽하게 집전체와 양극 활물질을 분리하기가 어렵고, 파쇄 과정에서 양극 활물질의 입도 분포가 달라지며 바인더가 잔류하여 재생 양극 활물질의 전지 특성이 퇴화한다는 단점이 있다. Lastly, the crushing and screen method has the advantage of being the simplest process, but it is difficult to completely separate the current collector and the positive electrode active material, and the particle size distribution of the positive electrode active material changes during the crushing process and the binder remains, resulting in recycled positive electrode active material. There is a disadvantage that the battery characteristics deteriorate.
따라서, 폐 양극으로부터 버려지는 금속 원소 없이, 출력 성능이 개선된 양극 활물질을, 적은 비용과 친환경적으로 안전하게 재생하는 방법의 개발이 시급한 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop a method for safely recycling positive electrode active materials with improved output performance at low cost and in an environmentally friendly manner, without discarding metal elements from waste positive electrodes.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분을 소량의 세척액과 그 여액으로 다단 세척하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 세척 시간을 크게 단축하여 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가를 최소화하며, 산을 이용하지 않아 친환경적이고, 이에 따른 중화 및 폐수 처리가 필요 없으므로 공정비가 절감되며, 양극 활물질을 분해하지 않고 그대로 재생하여 버려지는 금속 원소가 없고, 집전체를 용해하지 않아 이의 회수가 가능하며, 유기용매를 사용하지 않아 유독가스의 발생 또는 폭발 위험성이 없고, 열처리나 침강 등의 관리가 쉬운 공정을 이용하여 대량 생산에 적합한 양극 활물질의 재생 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention greatly reduces the generation of wastewater by multi-step washing the F component remaining on the surface of the recycled positive electrode active material with a small amount of washing liquid and the filtrate, and at the same time greatly shortens the washing time to form a functional coating layer. It minimizes the loss of Li and the increase in fine particles in the lattice, and is environmentally friendly because it does not use acid. Process costs are reduced because there is no need for neutralization and wastewater treatment. The positive electrode active material is recycled without decomposition, so there are no discarded metal elements. , recovery is possible because the current collector is not dissolved, there is no risk of toxic gas generation or explosion because it does not use organic solvents, and it is a method of regenerating positive electrode active materials suitable for mass production by using easy-to-manage processes such as heat treatment or sedimentation. The purpose is to provide.
또한, 본 발명은 전기화학적 성능, 출력 성능, 저항 특성 및 용량 특성이 우수한 양극 활물질 및 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Additionally, the present invention aims to provide a positive electrode active material and secondary battery with excellent electrochemical performance, output performance, resistance characteristics, and capacity characteristics.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can all be achieved by the present invention described below.
상기의 목적을 달성하기 위하여, I) 본 발명은 집전체와 이에 코팅된 양극 활물질층을 포함하는 폐 양극을 산소 분위기 하에서 열처리하여 양극 활물질을 회수하는 단계 및 회수한 양극 활물질을 세척액으로 세척한 후 여과하여 고형분(residue)과 1차 여액(filtrate)으로 분리하는 단계를 포함하는 양극 활물질의 재생방법으로서, 회수한 일부 양극 활물질을 상기 1차 여액으로 세척한 후 여과하여 고형분과 2차 여액으로 분리하는 단계를 포함하는 양극 활물질의 재생방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention includes the steps of recovering the positive electrode active material by heat treating a waste positive electrode including a current collector and a positive electrode active material layer coated thereon under an oxygen atmosphere, and washing the recovered positive electrode active material with a cleaning solution. A method of regenerating a positive electrode active material that includes the step of filtering and separating into a solid content and a primary filtrate. Some of the recovered positive electrode active material is washed with the primary filtrate and then filtered to separate it into a solid content and a secondary filtrate. Provided is a method for regenerating a positive electrode active material including the step of:
II) 상기 I)에 있어서, 상기 양극 활물질의 재생방법은 회수한 일부 다른 양극 활물질을 상기 2차 여액으로 세척한 후 여과하여 고형분과 3차 여액을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. II) In I), the method for regenerating the positive electrode active material may further include the step of washing some of the other recovered positive electrode active materials with the secondary filtrate and then filtering them to separate the solid content and the tertiary filtrate.
III) 상기 I) 내지 II)에 있어서, 상기 양극 활물질의 재생방법은 세척액 및 여액으로 세척한 후 얻은 각각의 고형분을 섞는 단계를 포함할 수 있다. III) In I) to II), the method of regenerating the positive electrode active material may include mixing the respective solids obtained after washing with a washing liquid and a filtrate.
IV) 상기 I) 내지 III)에 있어서, 상기 세척액은 회수한 양극 활물질 중량의 3 내지 9 배의 중량일 수 있다. IV) In I) to III), the washing liquid may have a weight of 3 to 9 times the weight of the recovered positive electrode active material.
V) 상기 I) 내지 IV) 상기 세척액은 상온 또는 상온보다 높은 온도일 수 있다. V) The washing liquid in I) to IV) may be at room temperature or at a temperature higher than room temperature.
VI) 상기 I) 내지 V)에서, 상기 세척액은 물, 염기성의 리튬 화합물 수용액 또는 염 수용액일 수 있다. VI) In I) to V), the washing liquid may be water, a basic lithium compound aqueous solution, or a salt aqueous solution.
VII) 상기 I) 내지 VI)에서, 상기 세척은 회수한 양극 활물질과 세척액 또는 여액을 20 내지 40 분간 교반하는 것을 포함할 수 있다. VII) In I) to VI), the washing may include stirring the recovered positive electrode active material and the washing liquid or filtrate for 20 to 40 minutes.
VIII) 상기 I) 내지 VI)에서, 상기 세척액 및 여액으로 세척한 후 얻은 고형분은 불소(F) 제거율 평균이 10% 이상일 수 있다. VIII) In I) to VI), the solid content obtained after washing with the washing liquid and the filtrate may have an average fluorine (F) removal rate of 10% or more.
IX) 상기 I) 내지 VIII)에서, 상기 폐 양극은 사용 후 폐기된 리튬 이차전지로부터 분리된 양극, 리튬 이차전지 제조 공정에서 발생하는 불량 양극 시트, 또는 양극 시트에서 양극판을 타발하고 남은 양극 스크랩일 수 있다. IX) In I) to VIII), the waste positive electrode is a positive electrode separated from a discarded lithium secondary battery after use, a defective positive electrode sheet generated in the lithium secondary battery manufacturing process, or positive electrode scrap remaining after punching out the positive plate from the positive electrode sheet. You can.
X) 상기 I) 내지 IX)에서, 상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물; 리튬 망간 산화물; 인산철 화합물; 리튬 니켈 코발트 산화알루미늄; 리튬 니켈 산화물; 상기 리튬 니켈 산화물에서 니켈(Ni)의 일부를 망간(Mn)으로 치환한 니켈 망간계 리튬 복합금속 산화물; 및 상기 리튬 니켈 산화물에서 니켈(Ni)의 일부를 망간(Mn)과 코발트(Co)로 치환한 NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. X) In I) to IX), the positive electrode active material is lithium cobalt oxide; lithium manganese oxide; iron phosphate compounds; Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide; lithium nickel oxide; A nickel-manganese-based lithium composite metal oxide in which part of the nickel (Ni) in the lithium nickel oxide is replaced with manganese (Mn); and an NCM-based lithium composite transition metal oxide in which a portion of nickel (Ni) in the lithium nickel oxide is replaced with manganese (Mn) and cobalt (Co).
XI) 상기 I) 내지 X)에서, 상기 열처리는 300 내지 650 ℃에서 수행할 수 있다. XI) In I) to X), the heat treatment may be performed at 300 to 650 ° C.
XII) 상기 I) 내지 XI)에서, 상기 양극 활물질의 재생 방법은 상기 고형분을 건조하는 단계를 포함할 수 있다. XII) In I) to XI), the method of regenerating the positive electrode active material may include drying the solid content.
XIII) 상기 I) 내지 XII)에서, 상기 고형분에 리튬 전구체를 첨가하고 공기 중에서 400 내지 1000 ℃로 어닐링하는 단계를 포함할 수 있다. XIII) In I) to
XIV) 상기 I) 내지 XIII)에서, 상기 리튬 전구체는 LiOH, Li2CO3, LiNO3 및 Li2O로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. XIV) In I) to XIII), the lithium precursor may be one or more selected from the group consisting of LiOH, Li 2 CO 3 , LiNO 3 and Li 2 O.
XV) 상기 I) 내지 XIV)에서, 상기 리튬 전구체는 최소한 상기 양극 활물질 층의 양극 활물질 내 리튬의 몰비에서 감소된 양만큼 첨가할 수 있다. XV) In I) to
XVI) 상기 I) 내지 XV)에서, 상기 어닐링 온도는 상기 리튬 전구체의 녹는점을 초과하는 온도일 수 있다. XVI) In I) to XV), the annealing temperature may be a temperature exceeding the melting point of the lithium precursor.
XVII) 상기 I) 내지 XVI)에서, 상기 양극 활물질의 재생 방법은 어닐링한 양극 활물질을 금속 또는 탄소를 함유한 코팅제로 코팅한 후 100 내지 1200 ℃에서 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. XVII) In I) to
또한, XVIII) 본 발명은 상기 I) 내지 XVII)에 따른 양극 활물질의 재생 방법으로 제조됨을 특징으로 하는 재생 양극 활물질을 제공한다. In addition,
또한, XIX) 본 발명은 리튬 코발트 산화물; 리튬 망간 산화물; 인산철 화합물; 리튬 니켈 코발트 산화알루미늄; 리튬 니켈 산화물; 상기 리튬 니켈 산화물에서 니켈(Ni)의 일부를 망간(Mn)으로 치환한 니켈 망간계 리튬 복합금속 산화물; 및 상기 리튬 니켈 산화물에서 니켈(Ni)의 일부를 망간(Mn)과 코발트(Co)로 치환한 NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 입도분포도에서 D50이 2 내지 20 ㎛이고, D90이 8 내지 80 ㎛이며, D10이 1 내지 10 ㎛이고, 표면 잔류 LiOH 및 Li2CO3 함량이 각각 0.5 중량% 이하인 재생 양극 활물질을 제공한다. Additionally, XIX) the present invention relates to lithium cobalt oxide; lithium manganese oxide; iron phosphate compounds; Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide; lithium nickel oxide; A nickel-manganese-based lithium composite metal oxide in which part of the nickel (Ni) in the lithium nickel oxide is replaced with manganese (Mn); and at least one selected from the group consisting of NCM-based lithium composite transition metal oxides in which part of nickel (Ni) in the lithium nickel oxide is replaced with manganese (Mn) and cobalt (Co), and D50 is 2 in the particle size distribution chart. to 20 ㎛, D90 is 8 to 80 ㎛, D10 is 1 to 10 ㎛, and the surface residual LiOH and Li 2 CO 3 contents are each 0.5% by weight or less.
XX) 상기 I) 내지 XIX)에서, 상기 재생 양극 활물질은 하기 화학식 1 XX) In I) to XIX), the regenerated positive electrode active material has the following formula (1)
[화학식 1] [Formula 1]
LiaNixMnyCozMwO2 +δ Li a Ni x Mn y Co z M w O 2 + δ
(상기 화학식 1에서, M은 B, W, Al, Ti 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, 1<a≤1.1, 0<x<0.95, 0<y<0.8, 0<z<1.0, 0≤w≤0.1, -0.02≤δ≤0.02, x+y+z+w=1이다.)로 표시되는 화합물일 수 있다. (In Formula 1, M includes one or more selected from the group consisting of B, W, Al, Ti, and Mg, 1<a≤1.1, 0<x<0.95, 0<y<0.8, 0< It may be a compound expressed as z<1.0, 0≤w≤0.1, -0.02≤δ≤0.02, x+y+z+w=1.
XXI) 상기 I) 내지 XX)에서, 상기 재생 양극 활물질은 수분 함량이 200 ppm 이하이고, MgO 또는 MgF2를 포함할 수 있다. XXI) In I) to XX), the regenerated positive electrode active material has a moisture content of 200 ppm or less and may include MgO or MgF 2 .
XXII) 상기 I) 내지 XXI)에서, 상기 재생 양극 활물질은 표면이 금속 또는 탄소를 함유한 코팅제로 코팅될 수 있다. XXII) In I) to XXI), the surface of the recycled positive electrode active material may be coated with a coating agent containing metal or carbon.
또한, XXIII) 본 발명은 상기 I) 내지 XXII) 중 어느 하나의 양극 활물질을 포함하는 이차 전지를 제공한다. Additionally, XXIII) the present invention provides a secondary battery including the positive electrode active material of any one of I) to XXII) above.
본 발명에 따르면, 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분을 소량의 세척액과 그 여액으로 다단 세척하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 세척 시간을 크게 단축하여 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가를 최소화하며, 산을 이용하지 않아 친환경적이고, 이에 따른 중화 및 폐수 처리가 필요 없으므로 공정비가 절감되며, 양극 활물질을 분해하지 않고 그대로 재생하여 버려지는 금속 원소가 없고, 집전체를 용해하지 않아 이의 회수가 가능하며, 유기용매를 사용하지 않아 유독가스의 발생 또는 폭발 위험성이 없고, 열처리나 침강 등의 관리가 쉬운 공정을 이용하여 대량 생산에 적합한 양극 활물질의 재생 방법 및 이로부터 재생되어 전기화학적 성능, 저항 특성 및 용량 특성이 우수한 양극 활물질 등을 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, the F component remaining on the surface of the recycled positive electrode active material is washed in multiple stages with a small amount of washing liquid and its filtrate, thereby significantly reducing the generation of wastewater and greatly shortening the cleaning time, resulting in loss of Li and increase in fine particles in the functional coating layer and lattice. It is environmentally friendly because it does not use acid, and process costs are reduced because there is no need for neutralization and wastewater treatment. There are no discarded metal elements because the cathode active material is recycled without decomposition, and it is recovered because the current collector is not dissolved. It is possible to use organic solvents, so there is no risk of toxic gas generation or explosion, and a method of regenerating positive electrode active materials suitable for mass production using easy-to-manage processes such as heat treatment or sedimentation, and electrochemical performance, electrochemical performance, and It has the effect of providing a positive electrode active material with excellent resistance and capacity characteristics.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은 양극 시트에서 전극판을 절단한 후 폐기되는 양극 스크랩을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 하나의 실시예로 양극 활물질의 재생 공정에 대한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하나의 실시예로, 회수된 양극 활물질의 세척 단계 및 어닐링 단계에 대한 모식도이다.
도 4는 실시예 1에서 수득한 재생 양극 활물질과 대조예(Comparison group)에서 수득한 재생 양극 활물질을 각각 사용하여 제조한 코인 하프셀을 평가한 결과로 0.2C/0.2C, 0.5C/0.5C 및 0.5/2C에서의 방전 용량을 비교한 그래프이다.
도 5는 실시예 1에서 수득한 재생 양극 활물질을 입도분석기로 측정하여 얻은 PSD(Particle Size Distribution) 그래프이다.
도 6은 실시예 1에서 수득한 재생 양극 활물질을 X선 광전자 분광법(XPS; X-ray Photoelectron Spectroscopy)으로 측정하여 얻은 스펙트럼이다.
도 7은 실시예 1에서 수득한 재생 양극 활물질을 19F-NMR로 측정하여 얻은 스펙트럼이다.
The following drawings attached to this specification illustrate embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description described later. Therefore, the present invention is limited to the matters described in these drawings. It should not be interpreted.
Figure 1 is a diagram showing positive electrode scrap discarded after cutting the electrode plate from the positive electrode sheet.
Figure 2 is a flowchart of a regeneration process of a positive electrode active material in one embodiment according to the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram of the washing step and annealing step of the recovered positive electrode active material in one embodiment according to the present invention.
Figure 4 shows the results of evaluating coin half-cells manufactured using the recycled positive electrode active material obtained in Example 1 and the recycled positive electrode active material obtained in the comparison group, respectively, showing 0.2C/0.2C and 0.5C/0.5C. This is a graph comparing the discharge capacity at 0.5/2C.
Figure 5 is a PSD (Particle Size Distribution) graph obtained by measuring the recycled positive electrode active material obtained in Example 1 using a particle size analyzer.
Figure 6 is a spectrum obtained by measuring the recycled positive electrode active material obtained in Example 1 using X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS).
Figure 7 is a spectrum obtained by measuring the recycled positive electrode active material obtained in Example 1 by 19 F-NMR.
본 발명자들은 폐 양극에서 양극 활물질을 분해하지 않고 바로 양극 활물질로 재생하는 방법(direct recycled method)에서 재생 양극 활물질의 전기화학적 성능, 저항 특성 및 용량 특성을 저하시키지 않으면서도 세척수와 세척 시간을 크게 줄일 수 있는 방법을 연구하던 중, 회수한 일부 양극 활물질을 소정의 여액으로 세척하는 단계를 소정의 방법으로 포함하는 경우, 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분을 소량의 세척액으로도 세척이 가능하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 세척 시간을 크게 단축하여 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실을 줄이고 미립자 증가를 최소화함으로써 재생된 양극 활물질의 전지 특성 등이 개선되는 것을 확인하고, 이를 토대로 더욱 연구에 매진하여 본 발명을 완성하게 되었다. The present inventors have proposed a method of directly recycling a waste cathode into a cathode active material without decomposing the cathode active material (direct recycling method), which significantly reduces the amount of washing water and cleaning time without deteriorating the electrochemical performance, resistance characteristics, and capacity characteristics of the recycled cathode active material. While researching a possible method, it was found that when a predetermined method includes the step of washing some of the recovered positive electrode active material with a predetermined filtrate, the F component remaining on the surface of the regenerated positive active material can be washed with a small amount of cleaning solution. By significantly reducing the generation of wastewater and at the same time greatly shortening the cleaning time, we have confirmed that the loss of Li in the functional coating layer and lattice and the increase in particulates have been minimized, improving the battery characteristics of the recycled positive electrode active material. Based on this, we have devoted ourselves to further research. This invention has been completed.
이하 본 기재의 양극 활물질의 재생 방법 및 이로부터 재생된 양극 활물질 등을 단계 별로 나누어 상세하게 설명한다.Hereinafter, the method for regenerating the positive electrode active material of the present invention and the positive active material recovered therefrom will be described in detail step by step.
다만, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석될 수 없고, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있고, 다양한 다른 구성들로 배열, 대체, 조합, 분리 또는 디자인될 수 있음을 이해하여야 한다.However, terms or words used in this specification and claims cannot be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor must appropriately define the concept of terms in order to explain his or her application in the best way. It must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done. Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one embodiment of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, so various equivalents and modifications that can replace them are provided. It should be understood that they can be arranged, replaced, combined, separated or designed into various different configurations.
본 기재에서 사용된 모든 기술적 과학적 용어들은 별도로 정의되어 있지 않는 이상 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해되는 바와 같은 의미를 가진다.All technical and scientific terms used in this description, unless otherwise defined, have the same meaning as commonly understood by those skilled in the art to which the present invention pertains.
양극 활물질의 재생 방법Method for recycling positive electrode active material
본 발명의 양극 활물질의 재생 방법은 a) 집전체와 이에 코팅된 양극 활물질층을 포함하는 폐 양극을 산소 분위기 하에서 열처리하여 양극 활물질을 회수하는 단계 및 b) 회수한 양극 활물질을 세척액으로 세척한 후 여과하여 고형분과 1차 여액으로 분리하는 단계를 포함하는 양극 활물질의 재생방법으로서, 회수한 일부 양극 활물질을 상기 1차 여액으로 세척한 후 여과하여 고형분과 2차 여액으로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 이 경우 일부 재생 양극 활물질을 소량의 여액으로 세척하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 세척 시간을 크게 단축하여 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가를 최소화하며, 산을 이용하지 않아 친환경적이고, 이에 따른 중화 및 폐수 처리가 필요 없으므로 공정비가 절감되며, 양극 활물질을 분해하지 않고 그대로 재생하여 버려지는 금속 원소가 없고, 집전체를 용해하지 않아 이의 회수가 가능하며, 유기용매를 사용하지 않아 유독가스의 발생 또는 폭발 위험성이 없고, 열처리나 침강 등의 관리가 쉬운 공정을 이용하여 대량 생산에 적합한 이점이 있다. The method for regenerating a positive electrode active material of the present invention includes the steps of a) heat treating a waste positive electrode including a current collector and a positive electrode active material layer coated thereon under an oxygen atmosphere to recover the positive electrode active material, and b) washing the recovered positive electrode active material with a cleaning solution. A method of regenerating a positive electrode active material comprising the step of filtering and separating into solid content and a primary filtrate, comprising the step of washing some of the recovered positive electrode active material with the primary filtrate and then filtering it to separate it into solid content and a secondary filtrate. In this case, some recycled positive electrode active materials are washed with a small amount of filtrate, which greatly reduces the generation of wastewater and at the same time greatly shortens the cleaning time, minimizing the loss of Li and the increase in fine particles within the functional coating layer and lattice. It is environmentally friendly and does not require neutralization and wastewater treatment, thus reducing process costs. The cathode active material is recycled without decomposition, so there are no discarded metal elements, and recovery is possible because the current collector is not dissolved. Organic solvents are not used. There is no risk of toxic gas generation or explosion, and it has the advantage of being suitable for mass production by using easy-to-manage processes such as heat treatment or sedimentation.
(a) 폐 양극으로부터 양극 활물질을 회수하는 단계(a) Recovering the positive electrode active material from the waste positive electrode
본 발명에 따른 (a) 폐 양극으로부터 양극 활물질을 회수하는 단계는 바람직하게는 집전체와 이에 코팅된 양극 활물질층을 포함하는 폐 양극을 공기 중에서 300 내지 650 ℃로 열처리하여 양극 활물질을 회수하는 단계일 수 있고, 이 경우 공정이 간단하면서도 바인더, 도전재 및 집전체를 깨끗하게 제거하는 효과가 있다. The step (a) of recovering the positive electrode active material from the waste positive electrode according to the present invention preferably includes recovering the positive electrode active material by heat treating the waste positive electrode including the current collector and the positive electrode active material layer coated thereon in air at 300 to 650 ° C. It may be, and in this case, the process is simple and has the effect of cleanly removing the binder, conductive material, and current collector.
상기 폐 양극은 바람직하게는 사용 후 폐기된 리튬 이차전지로부터 분리된 양극, 리튬 이차전지 제조 공정에서 발생하는 불량 양극 시트 또는 양극 스크랩 등일 수 있고, 보다 바람직하게는 양극 시트에서 양극판을 타발하고 남은 양극 스크랩일 수 있다. The waste positive electrode may preferably be a positive electrode separated from a discarded lithium secondary battery after use, a defective positive electrode sheet or positive electrode scrap generated during the lithium secondary battery manufacturing process, and more preferably a positive electrode remaining after punching out the positive plate from the positive electrode sheet. It could be scrap.
상기 (a) 단계의 양극 활물질층은 바람직하게는 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다. The positive electrode active material layer in step (a) may preferably include a positive electrode active material, a binder, and a conductive material.
상기 양극 활물질은 바람직하게는 LiCoO2(이하, 'LCO'라 함) 등과 같은 리튬 코발트 산화물; LiMnO2 또는 LiMn2O4 등과 같은 리튬 망간 산화물; LiFePO4 등과 같은 리튬 인산철 화합물; 리튬 니켈 코발트 산화알루미늄(NCA; lithium nickel cobalt aluminum oxide); LiNiO2 등과 같은 리튬 니켈 산화물; 상기 리튬 니켈 산화물에서 니켈(Ni)의 일부를 망간(Mn)으로 치환한 니켈 망간계 리튬 복합금속 산화물; 및 상기 리튬 니켈 산화물에서 니켈(Ni)의 일부를 망간(Mn)과 코발트(Co)로 치환한 NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 니켈 망간계 리튬 복합금속 산화물, NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물 또는 이들의 혼합이며, 이 경우 가역 용량 및 열안정성이 우수한 효과가 있다. The positive electrode active material is preferably lithium cobalt oxide such as LiCoO 2 (hereinafter referred to as 'LCO'); Lithium manganese oxide such as LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 ; Lithium iron phosphate compounds such as LiFePO 4 ; lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA); Lithium nickel oxide such as LiNiO 2 ; A nickel-manganese-based lithium composite metal oxide in which part of the nickel (Ni) in the lithium nickel oxide is replaced with manganese (Mn); and an NCM-based lithium composite transition metal oxide in which a portion of nickel (Ni) in the lithium nickel oxide is replaced with manganese (Mn) and cobalt (Co), and more preferably, a nickel-manganese-based oxide. It is a lithium composite metal oxide, an NCM-based lithium composite transition metal oxide, or a mixture thereof, and in this case, it has excellent reversible capacity and thermal stability.
또 다른 구체적인 예로, 상기 양극 활물질은 하기 화학식 1 As another specific example, the positive electrode active material has the following formula 1:
[화학식 1] [Formula 1]
LiaNixMnyCozMwO2 +δ Li a Ni x Mn y Co z M w O 2 + δ
(상기 화학식 1에서, M은 B, W, Al, Ti 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, 1<a≤1.1, 0<x<0.95, 0<y<0.8, 0<z<1.0, 0≤w≤0.1, -0.02≤δ≤0.02, x+y+z+w=1이다.)로 표시되는 화합물일 수 있다. (In Formula 1, M includes one or more selected from the group consisting of B, W, Al, Ti, and Mg, 1<a≤1.1, 0<x<0.95, 0<y<0.8, 0< It may be a compound expressed as z<1.0, 0≤w≤0.1, -0.02≤δ≤0.02, x+y+z+w=1.
상기 도전재는 일례로 탄소계 도전재일 수 있고, 바람직하게는 카본블랙, CNT 또는 이들의 혼합일 수 있다.The conductive material may be, for example, a carbon-based conductive material, and preferably may be carbon black, CNT, or a mixture thereof.
상기 바인더는 일례로 고분자 바인더일 수 있고, 바람직하게는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVdF), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR) 또는 이들의 혼합일 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리비닐리덴 플루오라이드일 수 있다. The binder may be, for example, a polymer binder, preferably polyvinylidene fluoride (PVdF), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), or a mixture thereof, more preferably polyvinylidene. It may be fluoride.
상기 열처리 온도는 바람직하게는 400 내지 600 ℃, 보다 바람직하게는 500 내지 600 ℃, 더욱 바람직하게는 530 내지 580 ℃일 수 있고, 이 범위 내에서 집전체는 녹지 않고 바인더 등만 제거되어 집전체로부터 양극 활물질이 쉽게 분리되는 이점이 있다. The heat treatment temperature may be preferably 400 to 600°C, more preferably 500 to 600°C, and even more preferably 530 to 580°C. Within this range, the current collector does not melt and only the binder, etc. is removed from the current collector. There is an advantage that the positive electrode active material is easily separated.
상기 열처리 시간은 바람직하게는 10분 내지 5시간, 보다 바람직하게는 30분 내지 5시간, 더욱 바람직하게는 30분 내지 2시간, 보다 더 바람직하게는 30분 내지 1시간일 수 있고, 이 범위 내에서 집전체는 녹지 않고 바인더 등만 제거되어 집전체로부터 양극 활물질이 쉽게 분리되는 이점이 있다. The heat treatment time may be preferably 10 minutes to 5 hours, more preferably 30 minutes to 5 hours, even more preferably 30 minutes to 2 hours, even more preferably 30 minutes to 1 hour, and is within this range. There is an advantage that the positive electrode active material is easily separated from the current collector because only the binder, etc. is removed without melting.
본 기재에서 열처리 시간은 해당 열처리 온도에서 처리되는 시간으로 해당 열처리 온도에 도달하는 시간은 계산하지 않는다. In this description, the heat treatment time is the time treated at the relevant heat treatment temperature, and the time to reach the relevant heat treatment temperature is not calculated.
하기 도 1은 양극 시트에서 양극판을 절단한 후 폐기되는 양극 스크랩을 나타낸다. Figure 1 below shows positive electrode scrap discarded after cutting the positive electrode plate from the positive electrode sheet.
도 1을 참조하면, 긴 시트형 양극 집전체인 알루미늄 호일(10)에 양극 활물질, 도전재, 바인더 등을 포함하는 양극 활물질층(20)을 코팅하여 양극 시트(30)를 제조한 다음, 이를 일정한 사이즈로 타발하여 양극판(40)을 생산하고, 이후에 남은 부분으로 양극 스크랩(50)이 발생한다. 상기 타발은 양극 시트를 절단하는 하나의 수단이다. Referring to FIG. 1, a positive electrode sheet 30 is manufactured by coating a positive electrode active material layer 20 containing a positive electrode active material, a conductive material, a binder, etc. on aluminum foil 10, which is a long sheet-shaped positive electrode current collector, and then manufacturing the positive electrode sheet 30. The positive electrode plate 40 is produced by punching to size, and positive electrode scrap 50 is generated from the remaining portion. The punching is one means of cutting the positive electrode sheet.
또한, 상기 양극 활물질층(20)은 양극 활물질, 도전재, 바인더 및 용매 등이 혼합된 슬러리를 알루미늄 호일(10)에 코팅하여 형성되는 것으로 슬러리가 온도 등과 같은 환경에 매우 민감하여 코팅 조건을 잡기가 여간 어려운 것이 아니어서, 소정의 테스트를 통해 원하는 품질의 양극 시트(30)가 제조되는 조건을 찾기까지 폐 양극 시트가 발생한다. In addition, the positive electrode active material layer 20 is formed by coating a slurry mixed with a positive active material, a conductive material, a binder, and a solvent on the aluminum foil 10. The slurry is very sensitive to the environment such as temperature, so it is difficult to set coating conditions. Since this is not difficult at all, waste anode sheets are generated until conditions for manufacturing the anode sheet 30 of the desired quality are found through a predetermined test.
참고로, 하기 실시예에서는 폐 양극으로 양극 스크랩을 사용하였다.For reference, in the following examples, positive electrode scrap was used as a waste positive electrode.
(b) 양극 활물질을 세척하는 단계(b) washing the positive electrode active material
본 발명에 따른 (b) 양극 활물질을 세척하는 단계는 바람직하게는 회수한 일부 양극 활물질을 상기 여액으로 세척한 후 여과하여 고형분과 2차 여액으로 분리하는 단계를 포함할 수 있고, 이 경우 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분을 소량의 세척액과 그 여액으로 깨끗이 제거하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 전지의 출력 성능을 크게 개선시키는 효과가 있다. 참고로, 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분은 대부분 양극 활물질의 Li 원소와 결합하여 LiF로 존재한다. 표면에 잔류하는 LiF는 표면보호층으로 작용하여 전지 안정성을 향상시킬 수는 있으나, 전기전도성을 낮추어 과전압 충전을 일으킬 수 있는 문제가 있다. 이에 LiF를 일부 또는 전부 제거하는 세척 단계를 거칠 수밖에 없는데, LiF의 용해도가 증류수 100g 당 약 0.13g으로 매우 낮아서 종래에는 재생 양극 활물질로부터 완전히 용출시키기 위해 과량의 증류수를 사용하였고, 따라서 동량의 폐액이 발생하는 단점이 있었다. Step (b) of washing the positive electrode active material according to the present invention may preferably include washing some of the recovered positive electrode active material with the filtrate and then filtering it to separate it into solids and secondary filtrate. In this case, the recycled positive electrode is The F component remaining on the surface of the active material is completely removed with a small amount of washing liquid and its filtrate, which has the effect of greatly reducing wastewater generation and greatly improving the output performance of the battery. For reference, most of the F component remaining on the surface of the recycled positive electrode active material is combined with the Li element of the positive electrode active material and exists as LiF. LiF remaining on the surface can act as a surface protection layer and improve battery stability, but it has the problem of lowering electrical conductivity and causing overvoltage charging. Therefore, it is inevitable to go through a washing step to remove some or all of LiF. Since the solubility of LiF is very low at about 0.13 g per 100 g of distilled water, an excessive amount of distilled water was used in the past to completely elute it from the recycled positive electrode active material, so the same amount of waste liquid was used. There was a downside.
상기 (b) 양극 활물질을 세척하는 단계는 바람직하게는 회수한 또 다른 일부 양극 활물질을 상기 2차 여액으로 세척한 후 여과하여 고형분과 3차 여액을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이 경우 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분을 소량의 세척액으로 깨끗이 제거하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 전지의 출력 성능을 크게 개선시키는 효과가 있다. The step (b) of washing the positive electrode active material may further include washing some of the recovered positive electrode active material with the secondary filtrate and then filtering it to separate the solid content and the tertiary filtrate. In this case, By completely removing the F component remaining on the surface of the recycled positive electrode active material with a small amount of cleaning solution, the generation of wastewater is greatly reduced and the output performance of the battery is greatly improved.
상기 (b) 양극 활물질을 세척하는 단계는 바람직하게는 세척액 및 그 여액으로 세척한 후 얻은 각각의 고형분을 섞는 단계를 포함할 수 있고, 이 경우 재현성 및 전지의 출력 성능이 모두 우수한 효과가 있다. The step (b) of washing the positive electrode active material may preferably include mixing the respective solids obtained after washing with the washing liquid and the filtrate. In this case, both reproducibility and battery output performance are excellent.
상기 여액은 바람직하게는 1회 내지 5회 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 1회 내지 3회 사용할 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 2회 사용하는 것이고, 이 범위 내에서 경제성, 친환경성 및 전지의 출력 성능이 모두 우수한 효과가 있다. 여기에서 여액을 1회 사용하는 경우 세척 단계를 2단 세척으로 지칭할 수 있고, 여액을 2회 사용하는 경우 세척 단계를 3단 세척으로 지칭할 수 있다. The filtrate can preferably be used 1 to 5 times, more preferably 1 to 3 times, and even more preferably 2 times. Within this range, it is economical, environmentally friendly, and battery-friendly. The output performance is all excellent. Here, when the filtrate is used once, the washing step can be referred to as a two-stage washing, and when the filtrate is used twice, the washing step can be referred to as a three-stage washing.
상기 세척액은 바람직하게는 세척하고자 하는 양극 활물질 중량의 3 내지 9 배의 중량으로 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 4 내지 7 배의 중량으로 사용할 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 4 내지 6 배의 중량으로 사용할 수 있고, 이 범위 내에서 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분을 소량의 세척액 및 그 여액으로 깨끗이 제거하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 전지의 출력 성능을 크게 개선시키는 효과가 있다. 참고로, 폐 양극의 열처리 시, 양극 활물질로 유입되는 F 함량은 폐 양극에 함유된 바인더의 양에 비례하며, 열처리 조건에 따라 잔류량이 상이할 수 있지만 약 50 내지 90%의 F가 양극 활물질로 유입되는 것으로 보인다. 이렇게 유입된 F는 대부분 LiF 형태로 존재하며, 이를 세척 공정으로 완전히 제거하기 위해서는 LiF의 이론 용해도를 고려하면 양극 활물질의 중량 대비 약 10 배수 내외의 증류수가 필요할 것으로 계산되나, 실제 실험적으로는 공통이온 및 다른 이온들의 간섭으로 인하여 용해속도 및 용해도 저하와 함께 물질전달 속도 등과도 연관이 있어, 약 30 배 이상의 증류수가 필요하다. 그러나 본 발명의 양극 활물질의 재생 방법은 표면에 잔류하는 F 성분을 소량의 세척액(예로, 증류수)으로 깨끗이 제거하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 특히 여액을 정제하지 않고 그대로 사용하여 매우 경제적이고, 세척 시간이 짧아 출력 성능 등에 불이익이 없는 이점이 있다. The washing liquid can preferably be used in a weight of 3 to 9 times the weight of the positive electrode active material to be cleaned, more preferably in a weight of 4 to 7 times, and even more preferably in a weight of 4 to 6 times. It can be used, and within this range, the F component remaining on the surface of the recycled positive electrode active material is completely removed with a small amount of washing liquid and its filtrate, which has the effect of greatly reducing the generation of wastewater and at the same time greatly improving the output performance of the battery. For reference, during heat treatment of a waste cathode, the F content flowing into the cathode active material is proportional to the amount of binder contained in the waste cathode. Although the residual amount may vary depending on the heat treatment conditions, approximately 50 to 90% of F is converted into the cathode active material. It appears to be flowing in. Most of the F introduced in this way exists in the form of LiF, and in order to completely remove it through the cleaning process, considering the theoretical solubility of LiF, it is calculated that about 10 times the weight of the positive electrode active material will require distilled water. However, in actual experiments, the common ion It is related to the rate of dissolution and solubility as well as the rate of mass transfer due to interference from other ions, so about 30 times more distilled water is required. However, the method for regenerating the cathode active material of the present invention cleanly removes the F component remaining on the surface with a small amount of washing liquid (e.g., distilled water), thereby greatly reducing the generation of waste water. In particular, the filtrate is used as is without purification, making it very economical and clean. Since the time is short, there is no disadvantage in output performance, etc.
상기 세척액은 바람직하게는 상온 또는 상온보다 높은 온도일 수 있고, 구체적인 예로 20 내지 100 ℃일 수 있으며, 또 다른 예로 20 내지 60℃, 20 내지 50℃, 20 내지 45℃, 30 내지 60℃ 또는 35 내지 60℃일 수 있고, 이 범위 내에서 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분을 소량의 세척액으로 깨끗이 제거하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 전지의 출력 성능을 크게 개선시키는 효과가 있다. The washing liquid may preferably be at room temperature or above room temperature, and as a specific example, it may be 20 to 100°C, and as another example, 20 to 60°C, 20 to 50°C, 20 to 45°C, 30 to 60°C, or 35°C. It can be from 60°C, and within this range, the F component remaining on the surface of the recycled positive electrode active material is completely removed with a small amount of washing liquid, which has the effect of greatly reducing the generation of wastewater and greatly improving the output performance of the battery.
본 기재에서 상온은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 상온으로 정의되는 온도인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 20 내지 25 ℃ 내의 일 온도일 수 있다. In this description, room temperature is not particularly limited as long as it is a temperature commonly defined as room temperature in the technical field to which the present invention pertains, and may be, for example, a temperature within 20 to 25°C.
본 기재에서 세척액의 온도 조절 방법은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용하는 온도 조절 방법인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 자켓형 교반조 또는 이중자켓형 교반조 등을 이용함으로써 세척액의 온도를 쉽게 조절할 수 있다. In the present disclosure, the temperature control method of the washing liquid is not particularly limited as long as it is a temperature control method commonly used in the technical field to which the present invention pertains. For example, the temperature of the washing liquid can be adjusted by using a jacket-type stirring tank or a double-jacket-type stirring tank. It can be easily adjusted.
상기 세척액은 바람직하게는 물, 염기성의 리튬 화합물 수용액 또는 염 수용액일 수 있고, 보다 바람직하게는 물 또는 염기성의 리튬 화합물 수용액이며, 더욱 바람직하게는 물이고, 보다 더 바람직하게는 증류수 또는 탈이온수이며, 이 경우 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분을 소량의 세척액으로 깨끗이 제거하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 전지의 출력 성능을 크게 개선시키는 효과가 있다. The washing liquid may preferably be water, a basic aqueous lithium compound solution, or an aqueous salt solution, more preferably water or a basic aqueous lithium compound solution, even more preferably water, and even more preferably distilled water or deionized water. In this case, the F component remaining on the surface of the recycled positive electrode active material is completely removed with a small amount of cleaning solution, which has the effect of greatly reducing wastewater generation and greatly improving the output performance of the battery.
상기 염기성의 리튬 화합물 수용액은 바람직하게는 염기성 리튬 화합물을 0 중량% 초과 내지 15 중량% 이하로 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 염기성 리튬 화합물을 0 중량% 초과 내지 10 중량% 이하로 포함할 수 있으며, 이 범위 내에서 앞선 열처리 과정에서 양극 활물질의 표면에 형성된 LiF 등이 제거되는 표면 개질 효과가 우수하다. The basic lithium compound aqueous solution may preferably contain more than 0% by weight to 15% by weight or less of the basic lithium compound, and more preferably contains more than 0% by weight to 10% by weight or less of the basic lithium compound. Within this range, the surface modification effect is excellent in removing LiF, etc., formed on the surface of the positive electrode active material during the previous heat treatment process.
상기 (b) 양극 활물질을 세척하는 단계는 바람직하게는 회수한 양극 활물질을 상기 세척액과 함께 교반하여 세척하는 단계일 수 있고, 이 경우 앞선 열처리 과정에서 양극 활물질 표면에 발생한 LiF 등의 이물질을 제거하여 재생 양극 활물질의 표면을 개질하는 효과가 있다. The step (b) of washing the positive electrode active material may preferably be a step of washing the recovered positive electrode active material by stirring it with the cleaning solution. In this case, foreign substances such as LiF generated on the surface of the positive electrode active material in the previous heat treatment process are removed. It has the effect of reforming the surface of the recycled positive electrode active material.
상기 세척은 바람직하게는 20분 내지 40분간 교반을 포함하고, 바람직하게는 20분 내지 35분간, 25분 내지 40분간, 및 25분 내지 35분간 교반을 포함하며, 이 범위 내에서 양극 활물질 표면에 발생한 LiF 등의 이물질이 모두 제거되고, 그럼에도 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실이 적고 미립자 증가가 최소화되어, 방전용량 특성이 우수한 이점이 있다. 참고로, 양극 활물질은 수분 및 CO2에 취약하므로, 세척 단계는 가능하면 짧게 진행되는 것이 바람직하다.The washing preferably includes stirring for 20 minutes to 40 minutes, preferably includes stirring for 20 minutes to 35 minutes, 25 minutes to 40 minutes, and 25 minutes to 35 minutes, and within this range is applied to the surface of the positive electrode active material. All foreign substances such as LiF are removed, and the loss of Li in the functional coating layer and the lattice is small and the increase in fine particles is minimized, which has the advantage of excellent discharge capacity characteristics. For reference, since the positive electrode active material is vulnerable to moisture and CO 2 , it is preferable that the cleaning step be as short as possible.
상기 고형분은 바람직하게는 어닐링하기 전에 건조할 수 있고, 이 경우 리튬 전구체 첨가 공정, 즉 어닐링 단계를 최적화하는 효과가 있다. The solid content can preferably be dried before annealing, which has the effect of optimizing the lithium precursor addition process, that is, the annealing step.
상기 건조는 바람직하게는 70 내지 200 ℃, 보다 바람직하게는 20 내지 130 ℃ 하에서 중량 변화가 더 이상 없을 때까지 실시할 수 있으며, 일례로 1 내지 24 시간 동안 실시할 수 있고, 이 범위 내에서 세척한 양극 활물질에 포함된 수분을 효율적으로 제거하는 효과가 있다. The drying can be preferably carried out at 70 to 200 ℃, more preferably 20 to 130 ℃, until there is no further change in weight, for example, for 1 to 24 hours, and washing within this range It is effective in efficiently removing moisture contained in a positive electrode active material.
상기 세척액 및 여액으로 세척한 후 얻은 고형분은 바람직하게는 불소(F) 제거율 평균이 10% 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 12% 이상, 더욱 바람직하게는 13% 이상, 보다 더 바람직하게는 15% 이상일 수 있으며, 이 범위 내에서 양극 활물질 표면에 발생한 LiF 또는 금속 불화물 등의 이물질이 모두 제거되고, 그럼에도 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실을 줄이고 미립자 증가를 최소화하여 방전용량 특성이 우수한 이점이 있다. The solid content obtained after washing with the washing liquid and filtrate preferably has an average fluorine (F) removal rate of 10% or more, more preferably 12% or more, even more preferably 13% or more, and even more preferably 15%. It may be more than this, and within this range, all foreign substances such as LiF or metal fluoride generated on the surface of the positive electrode active material are removed, and yet, there is an advantage of excellent discharge capacity characteristics by reducing the loss of Li in the functional coating layer and the lattice and minimizing the increase in fine particles.
(c) 양극 활물질에 리튬 전구체를 첨가한 후 (c) After adding lithium precursor to the positive electrode active material 어닐링하는Annealing 단계 step
본 발명에 따른 (c) 양극 활물질에 리튬 전구체를 첨가한 후 어닐링하는 단계는 바람직하게는 세척한 양극 활물질에 리튬 전구체를 첨가하고 공기 중에서 400 내지 1000 ℃로 어닐링하는 단계일 수 있고, 이 경우 결정성 증가 또는 결정구조 회복 등과 같이 결정성을 개선하여 재생 양극 활물질의 전지 특성을 향상시키는 효과가 있다. The step (c) of adding a lithium precursor to the positive electrode active material and then annealing according to the present invention may preferably be a step of adding a lithium precursor to the washed positive electrode active material and annealing at 400 to 1000° C. in air. In this case, the decision It has the effect of improving the battery characteristics of the recycled positive electrode active material by improving crystallinity, such as increasing crystallinity or recovering crystal structure.
상기 (c) 단계의 리튬 전구체는 바람직하게는 LiOH, Li2CO3, LiNO3 및 Li2O로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. The lithium precursor in step (c) is preferably one or more selected from the group consisting of LiOH, Li 2 CO 3 , LiNO 3 and Li 2 O.
상기 (c) 단계의 리튬 전구체는 바람직하게는 세척한 양극 활물질 내 리튬의 양을 기준으로 최소한 상기 (a) 단계의 양극 활물질 내 리튬의 몰비에서, 감소된 양만큼 첨가할 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 (a) 단계의 양극 활물질 내 리튬의 몰비에 대하여 0.0001 내지 0.2의 리튬의 몰비가 되는 양으로 첨가할 수 있으며, 이 범위 내에서 재생 양극 활물질 내 부족한 리튬이 보충되어 결정성 증가 또는 결정구조 회복 등과 같이 결정성을 개선하여 재생 양극 활물질의 전지 특성이 향상되는 이점이 있다. The lithium precursor in step (c) may be preferably added in a reduced amount, at least in the molar ratio of lithium in the positive electrode active material in step (a), based on the amount of lithium in the washed positive electrode active material. It can be added in an amount that provides a molar ratio of lithium of 0.0001 to 0.2 relative to the molar ratio of lithium in the positive electrode active material in step (a), and within this range, insufficient lithium in the recycled positive electrode active material is supplemented to increase crystallinity or crystal structure. There is an advantage that the battery characteristics of the recycled positive electrode active material are improved by improving crystallinity, such as recovery.
상기 (c) 단계의 리튬 전구체는 바람직하게는 상기 (a) 단계의 양극 활물질 내 리튬 총 100 mol%를 기준으로 1 내지 40 mol%에 해당하는 리튬을 제공할 수 있는 양으로 첨가될 수 있고, 보다 바람직하게는 1 내지 15 mol%에 해당하는 리튬을 제공할 수 있는 양으로, 더욱 바람직하게는 7 내지 11 mol%에 해당하는 리튬을 제공할 수 있은 양으로 첨가될 수 있으며, 이 범위 내에서 재생 양극 활물질에 저항을 증가시킬 수 있는 잔류 전구체가 남지 않아 전지 특성 향상에 매우 유용하다. The lithium precursor in step (c) may be preferably added in an amount capable of providing 1 to 40 mol% of lithium based on the total 100 mol% of lithium in the positive electrode active material in step (a), More preferably, it can be added in an amount capable of providing lithium corresponding to 1 to 15 mol%, and more preferably in an amount capable of providing lithium corresponding to 7 to 11 mol%, within this range. It is very useful in improving battery characteristics as no residual precursors that can increase resistance are left in the recycled positive electrode active material.
상기 (c) 단계의 어닐링 온도는 리튬 전구체의 녹는점에 따라 제한된 범위 내에서 조절이 가능한데, 예를 들어 Li2CO3의 경우 녹는점이 723 ℃로 바람직하게는 700 내지 900 ℃, 보다 바람직하게는 710 내지 780 ℃에서 어닐링할 수 있고, LiOH의 경우 녹는점이 462 ℃로 바람직하게는 400 내지 600 ℃, 보다 바람직하게는 450 내지 480 ℃로 어닐링할 수 있으며, 이 범위 내에서 결정 구조가 회복되어 전지의 출력 성능이 우수한 효과가 있다. The annealing temperature in step (c) can be adjusted within a limited range depending on the melting point of the lithium precursor. For example, in the case of Li 2 CO 3 , the melting point is 723 ° C, preferably 700 to 900 ° C, more preferably It can be annealed at 710 to 780 ℃, and in the case of LiOH, the melting point is 462 ℃, preferably 400 to 600 ℃, more preferably 450 to 480 ℃, and within this range, the crystal structure is recovered and the battery It has excellent output performance.
상기 (c) 단계의 어닐링 온도는 바람직하게는 상기 리튬 전구체의 녹는점을 초과하는 온도일 수 있고, 다만 1000 ℃를 초과하는 경우 양극 활물질의 열분해가 발생하여 전지의 성능 저하가 발생할 수 있다. The annealing temperature in step (c) may preferably be a temperature that exceeds the melting point of the lithium precursor, but if it exceeds 1000°C, thermal decomposition of the positive electrode active material may occur, resulting in a decrease in battery performance.
(d) 코팅제로 코팅한 후 열처리하는 단계(d) heat treatment after coating with a coating agent
본 발명의 양극 활물질 재사용 방법은 (d) 세척한 양극 활물질을 표면 코팅하여 재사용 가능한 양극 활물질을 얻는 단계를 포함하고, 이 경우 양극 활물질 자체의 성질을 그대로 유지하면서도 구조적 안정성과 전기화학적 성능을 개선하는 효과가 있다. The method for reusing a positive electrode active material of the present invention includes the step of (d) coating the surface of the cleaned positive electrode active material to obtain a reusable positive electrode active material, in which case the structural stability and electrochemical performance are improved while maintaining the properties of the positive electrode active material itself. It works.
상기 표면 코팅은 바람직하게는 금속, 유기 금속 및 탄소성분 중 1종 이상을 포함하는 코팅제를 고상 또는 액상 방식으로 표면에 코팅한 후 100 내지 1200 ℃에서 열처리하는 것이고, 이 경우 양극 활물질 자체의 성질을 그대로 유지하면서도 구조적 안정성과 전기화학적 성능을 개선하는 효과가 있다. The surface coating is preferably performed by coating the surface with a coating agent containing at least one of metal, organometallic, and carbon components in a solid or liquid manner and then heat treating it at 100 to 1200 ° C. In this case, the properties of the positive electrode active material itself are changed. It has the effect of improving structural stability and electrochemical performance while maintaining the same structure.
상기 금속을 포함하는 코팅제는 바람직하게는 B, W, Al, Ti, Mg, Ni, Co, Mn, Si, Zr, Ge, Sn, Cr, Fe, V 및 Y로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 코팅제이고, 보다 바람직하게는 B, W, Al, Ti 및 Mg로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 코팅제이며, 더욱 바람직하게는 보론(B), 텅스텐(W) 또는 이들의 혼합을 포함하는 코팅제일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 텅스텐(W) 및 붕소(B)를 함유한 코팅제일 수 있고, 구체적인 예로는 텅스텐 보라이드(tungsten boride; WB)를 함유한 코팅제이며, 이 경우 저항 특성 및 수명 특성 등이 향상되는 효과가 있다. The coating agent containing the metal is preferably at least one selected from the group consisting of B, W, Al, Ti, Mg, Ni, Co, Mn, Si, Zr, Ge, Sn, Cr, Fe, V and Y. It is a coating agent containing, more preferably, a coating agent containing at least one selected from the group consisting of B, W, Al, Ti, and Mg, and even more preferably boron (B), tungsten (W), or a mixture thereof. It may be a coating agent containing, and more preferably, a coating agent containing tungsten (W) and boron (B), and a specific example is a coating agent containing tungsten boride (WB), in this case. There is an effect of improving resistance characteristics and life characteristics.
상기 금속을 포함하는 코팅제는 일례로 상기 금속을 분자 내 원소로 포함하는 산화물, 산 등일 수 있다. For example, the coating agent containing the metal may be an oxide or acid containing the metal as an element in the molecule.
상기 유기 금속을 포함하는 코팅제는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되고 상기 금속을 함유하는 유기 금속 화합물을 포함하는 코팅제인 경우라면 특별히 제한되지 않고, 구체적인 예로 금속 알콕사이드 등일 수 있다. The coating agent containing the organic metal is not particularly limited as long as it is commonly used in the technical field to which the present invention pertains and is a coating agent containing an organometallic compound containing the metal, and a specific example may be a metal alkoxide.
상기 탄소성분을 포함하는 코팅제는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 탄소성분을 포함하는 코팅제인 경우 특별히 제한되지 않고, 구체적인 예로 수크로스 등과 같은 당류일 수 있다. The coating agent containing the carbon component is not particularly limited as long as it is a coating agent containing the carbon component commonly used in the technical field to which the present invention pertains, and a specific example may be a saccharide such as sucrose.
상기 코팅제는 일례로 용매를 제외한 실제 양극 활물질 표면에 코팅되는 성분을 기준으로, 코팅 처리 전 양극 활물질 내 금속 1 몰%에 대하여 0.001 내지 0.3 몰%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.01 내지 0.3 몰%로 포함될 수 있고, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.15 몰%로 포함되며, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.1 몰%로 포함되며, 보다 더 바람직하게는 0.01 내지 0.05 몰%이고, 이 범위 내에서 양극 활물질 자체의 성질을 그대로 유지하면서도 구조적 안정성과 전기화학적 성능을 개선하는 효과가 있다. For example, the coating agent may be included in an amount of 0.001 to 0.3 mol%, preferably 0.01 to 0.3 mol%, based on 1 mol% of metal in the positive electrode active material before coating treatment, based on the components coated on the surface of the actual positive electrode active material excluding the solvent. may be included, more preferably 0.01 to 0.15 mol%, more preferably 0.01 to 0.1 mol%, even more preferably 0.01 to 0.05 mol%, and within this range, the positive electrode active material itself It has the effect of improving structural stability and electrochemical performance while maintaining the same properties.
상기 열처리 온도는 바람직하게는 100 내지 1000 ℃, 보다 바람직하게는 200 내지 1000 ℃, 더욱 바람직하게는 200 내지 500 ℃일 수 있고, 이 범위 내에서 양극 활물질의 열분해로 인한 성능 저하가 발생하지 않으면서 구조적 안정성과 전기화학적 성능을 개선하는 효과가 있다. The heat treatment temperature may be preferably 100 to 1000 ℃, more preferably 200 to 1000 ℃, and even more preferably 200 to 500 ℃, and within this range, without performance degradation due to thermal decomposition of the positive electrode active material. It has the effect of improving structural stability and electrochemical performance.
상기 열처리 시간은 바람직하게는 1 내지 16 시간 동안, 보다 바람직하게는 3 내지 7 시간 동안 실시할 수 있고, 이 범위 내에서 양극 활물질 자체의 성질을 그대로 유지하면서도 구조적 안정성과 전기화학적 성능을 개선하는 효과가 있다. The heat treatment time is preferably 1 to 16 hours, more preferably 3 to 7 hours, and within this range, structural stability and electrochemical performance are improved while maintaining the properties of the positive electrode active material itself. There is.
상기 코팅 방법은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 이용하는 코팅 방법인 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 액상의 코팅제를 제조하여 양극 활물질과 혼합하는 액상법, 볼 밀링의 높은 기계적 에너지를 이용하는 기계화학적 방법, 유동층 코팅법, 분무건조법, 수용액 상태에서 코팅제를 양극 활물질 표면으로 침전시키는 침전법, 기상의 코팅제와 양극 활물질과의 반응을 활용하는 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 법 등일 수 있다. The coating method is not particularly limited as long as it is a coating method commonly used in the technical field to which the present invention pertains. For example, a liquid method of preparing a liquid coating and mixing it with a positive electrode active material, a mechanochemical method using high mechanical energy of ball milling, It may be a fluidized bed coating method, a spray drying method, a precipitation method in which the coating agent is precipitated onto the surface of the positive electrode active material in an aqueous solution, a method using the reaction between the gaseous coating agent and the positive electrode active material, or a sputtering method.
상기 금속, 유기 금속 및 탄소성분은 일례로 구형, 판상형, 각형 또는 침상형일 수 있고, 이러한 형상은 제조 과정에서 공정 조건 등을 변화시켜 조절할 수 있으며, 각각의 형상에 대한 정의는 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 인정되는 정의를 따르는 한 특별히 제한되지 않는다. For example, the metal, organometallic, and carbon component may be spherical, plate-shaped, square-shaped, or needle-shaped, and these shapes can be adjusted by changing process conditions during the manufacturing process. The definition of each shape is defined in the technology to which the present invention pertains. There are no particular restrictions as long as it follows definitions commonly accepted in the field.
상기 코팅제는 바람직하게는 평균 직경이 1 내지 1000 nm이고, 비표면적이 10 내지 100 ㎡/g일 수 있고, 보다 바람직하게는 평균 직경이 10 내지 100 nm이고, 비표면적이 20 내지 100 ㎡/g일 수 있으며, 이 범위 내에서 양극 활물질의 표면에 균일하게 부착하여, 양극 활물질의 구조적 안정성을 부여하여 양극 활물질의 격자 변형이나 결정 구조의 붕괴로 인한 수명 특성 및 전기화학적 성능 저하 문제를 개선할 수 있다. The coating agent preferably has an average diameter of 1 to 1000 nm and a specific surface area of 10 to 100 m2/g, and more preferably has an average diameter of 10 to 100 nm and a specific surface area of 20 to 100 m2/g. It can be uniformly attached to the surface of the positive electrode active material within this range, providing structural stability to the positive active material, thereby improving the problems of lifespan characteristics and electrochemical performance degradation due to lattice deformation or collapse of the crystal structure of the positive active material. there is.
본 기재에서 평균 직경은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 측정방법으로 측정할 수 있고, 일례로 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있으며, 구체적으로 양극 활물질의 입자를 분산매 중에 분산시킨 후, Microtrac MT 3000 등과 같은 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치에 도입하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사하고, 측정 장치에 있어서의 입자 직경 분포의 50% 기준에서의 평균 입자 직경(D50)을 산출할 수 있다. In the present disclosure, the average diameter can be measured by a measurement method commonly used in the technical field to which the present invention pertains. For example, it can be measured using a laser diffraction method, and specifically, the particles of the positive electrode active material can be measured. After dispersing in a dispersion medium, it is introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring device such as Microtrac MT 3000, and irradiated with ultrasonic waves at about 28 kHz with an output of 60 W, and the average particle diameter (based on 50% of the particle diameter distribution in the measuring device) is measured. D50) can be calculated.
본 기재에서 비표면적은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 측정방법으로 측정할 수 있고, 일례로 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 법에 의해 측정할 수 있으며, 구체적으로는 BEL Japan사 BELSORP-mino II를 이용하여 액체 질소 온도 하(77K)에서의 질소가스 흡착량으로부터 산출할 수 있다. In this description, the specific surface area can be measured by a measurement method commonly used in the technical field to which the present invention pertains, for example, by the BET (Brunauer-Emmett-Teller) method, and specifically by BELSORP of BEL Japan. -mino II can be used to calculate the amount of nitrogen gas adsorption under liquid nitrogen temperature (77K).
하기 도 2는 본 발명에 따른 하나의 실시예로 양극 활물질의 재생 공정에 대한 순서도이고, 하기 도 3은 본 발명에 따른 하나의 실시예로, 회수된 양극 활물질의 세척 단계 및 어닐링 단계에 대한 모식도이다.Figure 2 below is a flowchart of a regeneration process of a positive electrode active material as an embodiment of the present invention, and Figure 3 below is a schematic diagram of a washing step and annealing step of a recovered positive electrode active material as an embodiment of the present invention. am.
도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저 양극 스크랩을 준비한다(단계 S10). 예를 들어, NCM계 또는 LCO계 리튬 복합 전이금속 산화물, 카본블랙 및 폴리비닐리덴 플루오라이드에, NMP(N-methyl pyrrolidone)를 첨가해 혼합 제조한 슬러리를 알루미늄 호일 상에 코팅하고, 120℃ 정도의 진공 오븐에서 건조하여 양극 시트를 제조한다. 이로부터 일정 크기의 양극판을 타발하고 나면, 남은 양극 스크랩을 준비할 수 있다.Referring to Figures 2 and 3, first prepare positive electrode scrap (step S10). For example, a slurry prepared by mixing NCM-based or LCO-based lithium composite transition metal oxide, carbon black, and polyvinylidene fluoride with NMP (N-methyl pyrrolidone) was coated on aluminum foil and incubated at about 120°C. A positive electrode sheet is manufactured by drying in a vacuum oven. After punching out a positive electrode plate of a certain size, the remaining positive electrode scrap can be prepared.
상기 양극 스크랩은 알루미늄 호일 상에 양극 활물질층을 갖고, 양극 활물질층은 용매 휘발 후 양극 활물질과 도전재를 바인더가 결합해주는 구조가 된다. 따라서, 바인더를 제거하면 알루미늄 호일로부터 양극 활물질이 분리된다.The positive electrode scrap has a positive electrode active material layer on aluminum foil, and the positive electrode active material layer has a structure in which a binder binds the positive electrode active material and the conductive material after solvent volatilization. Therefore, when the binder is removed, the positive electrode active material is separated from the aluminum foil.
다음으로, 준비한 양극 스크랩을 적당한 크기로 파쇄한다(단계 S20). 여기에서 파쇄는 양극 스크랩을 취급이 용이한 크기로 절단 또는 슈레딩(shredding)하는 것을 포함한다. 구체적인 예로, 파쇄한 양극 스크랩은 1cm x 1cm의 크기일 수 있다. 상기 파쇄는 일례로 핸드-밀, 핀-밀, 디스크-밀, 커팅-밀, 해머-밀과 같은 다양한 건식 분쇄 장비를 이용할 수도 있고, 생산성을 높이기 위해 고속절단기를 이용할 수도 있다.Next, the prepared positive electrode scrap is shredded to an appropriate size (step S20). Here, crushing includes cutting or shredding the positive electrode scrap into a size that is easy to handle. As a specific example, shredded positive electrode scrap may be 1 cm x 1 cm in size. For example, the crushing may use various dry crushing equipment such as a hand-mill, pin-mill, disk-mill, cutting-mill, and hammer-mill, or a high-speed cutter may be used to increase productivity.
상기 파쇄는 바람직하게는 양극 스크랩의 취급과 이후 공정에서 이용하는 장비에서 요구하는 특성을 고려하여 실시 여부나 조각의 크기 등을 결정할 수 있는데, 예를 들어 연속적인 처리가 가능한 장비를 이용하는 경우라면 유동성이 좋아야 하므로 양극 스크랩을 보다 작은 조각으로 파쇄해야 한다.The crushing can preferably be performed or the size of the pieces in consideration of the handling of the anode scrap and the characteristics required for the equipment used in the subsequent process. For example, if equipment capable of continuous processing is used, fluidity is It must be good, so the anode scrap must be shredded into smaller pieces.
다음으로, 양극 스크랩을 공기 중 열처리한다(단계 S30). 여기에서 열처리는 활물질층 안의 바인더를 열분해하기 위해 실시하는 것이다.Next, the anode scrap is heat treated in air (step S30). Here, heat treatment is performed to thermally decompose the binder in the active material layer.
상기와 같은 공기 중 열처리를 통해 활물질층 안의 바인더와 도전재가 CO2와 H2O로 열분해되어 제거된다. 바인더가 제거되기 때문에 집전체로부터 양극 활물질이 분리되고, 분리된 양극 활물질은 쉽게 분말 형태로 선별된다. 따라서, 단계 S30만으로도 활물질층을 집전체로부터 분리하고, 나아가 활물질층 안의 양극 활물질을 분말 형태로 회수할 수가 있다.Through the heat treatment in air as described above, the binder and conductive material in the active material layer are thermally decomposed into CO 2 and H 2 O and removed. Because the binder is removed, the positive electrode active material is separated from the current collector, and the separated positive active material is easily selected into powder form. Therefore, in step S30 alone, the active material layer can be separated from the current collector, and the positive electrode active material in the active material layer can be recovered in powder form.
상기 열처리는 공기 중에서 수행하는 것이 중요한데, 환원 기체 또는 비활성 기체 분위기에서 열처리를 수행하면 바인더와 도전재가 열분해되지 않고 탄화된다. 탄화되면 탄소 성분이 양극 활물질 표면에 남게 되어 재사용 양극 활물질의 성능이 저하된다. 그러나 공기 중에서 열처리를 하면 바인더와 도전재 중의 탄소 성분이 산소와 반응하여 CO, CO2 등의 가스로 사라지기 때문에 바인더와 도전재가 모두 제거된다.It is important that the heat treatment is performed in air. When the heat treatment is performed in a reducing gas or inert gas atmosphere, the binder and the conductive material are carbonized rather than thermally decomposed. When carbonized, carbon components remain on the surface of the positive electrode active material, deteriorating the performance of the reused positive electrode active material. However, when heat treatment is performed in air, both the binder and the conductive material are removed because the carbon component in the binder and conductive material reacts with oxygen and disappears into gases such as CO and CO 2 .
상기 열처리는 바람직하게는 300 내지 650 ℃에서 수행하고, 구체적인 예로 550 ℃에서 수행하는데, 300 ℃ 미만에서는 바인더의 제거가 어려워 집전체를 분리해 낼 수 없고, 650 ℃ 초과에서는 집전체가 녹아 집전체를 분리할 수 없는 문제가 발생한다.The heat treatment is preferably performed at 300 to 650 ℃, and as a specific example, at 550 ℃. Below 300 ℃, it is difficult to remove the binder, so the current collector cannot be separated, and above 650 ℃, the current collector melts and the current collector melts. A problem arises where the cannot be separated.
상기 열처리는 바람직하게는 온도 상승 속도가 1 내지 20 ℃/min, 보다 바람직하게는 온도 상승 속도가 3 내지 10 ℃/min이고, 구체적인 예로는 5 ℃/min인데, 이 범위 내에서 열처리 장비에 무리가 가지 않으면서 구현이 가능하고, 양극 스크랩에 열충격 등을 발생시키지 않는 이점이 있다.The heat treatment preferably has a temperature increase rate of 1 to 20 ℃/min, more preferably 3 to 10 ℃/min, a specific example is 5 ℃/min, but within this range, it is unreasonable for heat treatment equipment. It can be implemented without causing damage and has the advantage of not causing thermal shock to the anode scrap.
상기 열처리는 일례로 바인더가 충분히 열분해될 수 있을 정도의 시간 동안 수행할 수 있고, 바람직하게는 30분 이상, 보다 바람직하게는 30분 내지 5시간 동안 수행하며, 구체적인 예로는 30분 내외인데, 이 범위 내에서 바인더가 충분히 열분해되고 또한 열분해 효율이 우수한 효과가 있다.For example, the heat treatment may be performed for a period of time sufficient for the binder to be sufficiently thermally decomposed, preferably for 30 minutes or more, more preferably for 30 minutes to 5 hours, and a specific example is around 30 minutes. Within this range, the binder is sufficiently thermally decomposed and the thermal decomposition efficiency is excellent.
상기 열처리는 일례로 다양한 형태의 퍼니스(furnace)를 이용하여 수행하고, 예를 들어, 박스 타입 퍼니스로 수행하며, 생산성을 고려하면 연속적인 처리가 가능한 로터리 킬른(rotary kiln)으로 수행한다.The heat treatment is performed using various types of furnaces, for example, a box-type furnace, and considering productivity, it is performed using a rotary kiln that allows continuous processing.
상기 열처리 후에는 대기 중에서 서냉 또는 급냉할 수 있다.After the heat treatment, it can be slowly cooled or rapidly cooled in the air.
다음으로, 열처리를 거쳐 회수된 양극 활물질을 세척액으로 세척한다(단계 S40, S40', S40" 및 S40"'). Next, the positive electrode active material recovered through heat treatment is washed with a cleaning solution (steps S40, S40', S40", and S40"').
상기 세척은 열처리 단계(S30) 중 양극 활물질 표면에 생성될 수 있는 이물질을 적은 양의 세척액을 가지고 효과적으로 제거하여 재생 양극 활물질 표면에 이물질이 남지 않도록 한다.The cleaning effectively removes foreign substances that may be generated on the surface of the positive electrode active material during the heat treatment step (S30) using a small amount of cleaning solution, so that no foreign substances remain on the surface of the recycled positive electrode active material.
상기 세척은 구체적인 예로 상온 내지 40 ℃로 조절된 세척액을 사용하여 세척할 수 있는데, 이 경우 세척액의 양을 크게 절감하면서도 양극 활물질 표면에 형성된 이물질이 효과적으로 제거되는 이점이 있다.As a specific example, the cleaning may be performed using a cleaning solution adjusted to room temperature to 40° C. In this case, there is an advantage in that the amount of cleaning solution is greatly reduced while foreign substances formed on the surface of the positive electrode active material are effectively removed.
상기 세척액으로 중성의 물이나 염기성의 리튬 화합물 수용액 또는 염 수용액을 사용하는 것도 중요한데, 만일 황산이나 염산 수용액을 사용한다면 양극 활물질 표면의 불소(F) 화합물 등과 같은 이물질을 세척할 수는 있겠지만 양극 활물질에 존재하는 Co, Mg 등의 전이금속을 과량으로 용출시켜 재생 양극 활물질의 성능을 저하시킨다. It is also important to use neutral water, basic lithium compound aqueous solution, or salt aqueous solution as the cleaning solution. If sulfuric acid or hydrochloric acid aqueous solution is used, foreign substances such as fluorine (F) compounds on the surface of the positive electrode active material can be cleaned, but Excessive elution of existing transition metals such as Co and Mg deteriorates the performance of the recycled positive electrode active material.
그러나, 상기 중성의 물이나 염기성의 리튬 화합물 수용액 등은 안전하고 저렴하면서도 단계 S30의 열분해 후에도 혹시 미량 남겨져 있을 수도 있는 바인더 등을 다른 원소의 손실없이 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 양극 활물질에 존재하는 전이금속을 용출시키지 않고, 또한 염기성의 리튬 화합물 수용액의 경우 세척 과정에서 용출될 수 있는 리튬의 양을 보충할 수 있는 역할도 병행할 수 있다.However, the neutral water or basic lithium compound aqueous solution is safe and inexpensive, and not only removes trace amounts of binder that may remain after the thermal decomposition in step S30 without loss of other elements, but also removes the transition present in the positive electrode active material. It does not elute the metal, and in the case of a basic lithium compound aqueous solution, it can also play a role in replenishing the amount of lithium that can be eluted during the washing process.
상기 염기성의 리튬 화합물 수용액은 일례로 0% 초과 내지 15% 이하로 염기성 리튬 화합물을 함유하고, 이를 초과하는 고농도의 리튬 화합물 수용액은 세척 성능이 다소 떨어지고, 세척 이후 활물질 표면에 과량의 리튬 화합물을 잔류시킬 수 있어 향후 어닐링 공정에 악영향을 끼친다.For example, the basic lithium compound aqueous solution contains a basic lithium compound in an amount of more than 0% to 15% or less, and a lithium compound aqueous solution with a high concentration exceeding this has somewhat poor cleaning performance and leaves an excessive amount of lithium compound on the surface of the active material after cleaning. This can have a negative impact on the future annealing process.
상기 세척은 구체적인 예로 세척할 양극 활물질의 중량 대비 4.5 내지 5.5 배 중량의 세척액을 사용할 수 있다.As a specific example, the cleaning may use a cleaning solution with a weight of 4.5 to 5.5 times the weight of the positive electrode active material to be cleaned.
상기 리튬 화합물은 바람직하게는 LiOH이다.The lithium compound is preferably LiOH.
본 기재에서 %는 별도로 정의하지 않는 이상 중량%를 의미한다.In this description, % means weight% unless otherwise defined.
상기 세척은 일례로 회수된 양극 활물질과 세척액 또는 여액을 교반하여 혼합하는 방법으로 실시한다. 여기에서 교반은 특별히 제한되지 않으나 기계적 교반 또는 초음파 교반일 수 있다.For example, the washing is performed by mixing the recovered positive electrode active material and the washing liquid or filtrate by stirring. Here, stirring is not particularly limited, but may be mechanical stirring or ultrasonic stirring.
상기 세척은 구체적인 예로 25분 내지 35분 동안 실시하는데, 이 범위 내에서 리튬의 과다 용출로 인한 전지의 용량 저하를 방지하는 효과가 있다. As a specific example, the washing is performed for 25 to 35 minutes, and within this range, it is effective in preventing a decrease in battery capacity due to excessive elution of lithium.
본 기재에서 회수된 양극 활물질을 중성의 물이나 염기성의 리튬 화합물 수용액 등으로 세척하는 이유는 회수된 양극 활물질의 표면에 존재할 수도 있는 LiF 등을 제거하는 표면 개질을 하기 위해서이다. 단계 S30의 열처리 동안에는 활물질층 안의 바인더와 도전재가 CO2와 H2O가 되면서 기화되어 제거되는데, 이 과정에서 CO2와 H2O가 양극 활물질 표면의 리튬과 반응하여 Li2CO3, LiOH가 형성되기도 하고, PVdF와 같은 바인더에 존재하던 F가 양극 활물질을 구성하는 리튬이나 이외 금속 원소와 반응하여 LiF 또는 금속 불화물이 형성되기도 한다. 이러한 LiF 또는 금속 불화물이 양극 활물질 표면에 남아 있으면 재사용시 전지 특성이 열화될 수 있다.The reason for washing the positive electrode active material recovered in this substrate with neutral water or a basic lithium compound aqueous solution is to perform surface modification to remove LiF, etc., which may be present on the surface of the recovered positive active material. During the heat treatment of step S30, the binder and conductive material in the active material layer are vaporized and removed as CO 2 and H 2 O. During this process, CO 2 and H 2 O react with lithium on the surface of the positive electrode active material to form Li 2 CO 3 and LiOH. LiF or metal fluoride may be formed when F present in a binder such as PVdF reacts with lithium or other metal elements that make up the positive electrode active material. If such LiF or metal fluoride remains on the surface of the positive electrode active material, battery characteristics may deteriorate upon reuse.
상기 회수된 양극 활물질과 중성의 물 또는 염기성의 리튬 화합물 수용액의 교반 또는 혼합이 끝나면, 이로부터 형성된 양극 활물질 슬러리를 여과하여 고형분의 양극 활물질과 1차 여액을 수득한다.After stirring or mixing the recovered positive electrode active material and neutral water or basic lithium compound aqueous solution, the positive electrode active material slurry formed therefrom is filtered to obtain a solid positive electrode active material and a primary filtrate.
상기 수득한 고형분의 양극 활물질은 건조하는 것이 바람직한데, 구체적인 예로 진공 오븐(convection type)을 이용하여 공기 중에서 100 내지 120 ℃ 하에 건조할 수 있다.It is preferable to dry the obtained solid positive electrode active material. As a specific example, it can be dried in the air at 100 to 120 ° C. using a vacuum oven (convection type).
도 3을 참조하면, 열처리 단계(S30)에서 회수한 일부 양극 활물질 50 g에 세척액으로 증류수 250 g을 투입하고 30분 동안 교반한 후, 이를 2.5 ㎛ 여과지를 통과시켜 고형분(#4)과 1차 여액으로 분리한다(S40' 단계 참조). 상기 1차 여액 전량을 열처리 단계(S30)에서 회수한 다른 양극 활물질 50 g에 투입하고 30분 동안 교반한 후, 이를 2.5 ㎛ 여과지를 통과시켜 고형분(#5)과 2차 여액으로 분리한다(S40" 단계 참조). 또한, 상기 2차 여액 전량을 열처리 단계(S30)에서 회수한 또 다른 양극 활물질 50 g에 투입하고 30분 동안 교반한 후, 이를 2.5 ㎛ 여과지를 통과시켜 고형분(#6)과 3차 여액으로 분리한다(S40"' 단계 참조). 여기에서 고형분(#4, #5 및 #6)은 각각 진공 오븐을 이용하여 건조하고, 여액은 총 2회 사용하며 3차 여액은 배출하여 폐기할 수 있다. 상기 고형분(#4, #5 및 #6)은 어닐링(단계 S50')하기 전 혼합할 수 있고, 이때 이의 불소(F) 제거율 평균은 바람직하게는 15% 이상일 수 있다.Referring to FIG. 3, 250 g of distilled water was added as a washing liquid to 50 g of some positive electrode active material recovered in the heat treatment step (S30), stirred for 30 minutes, and then passed through a 2.5 ㎛ filter paper to remove solid content (#4) and primary Separate into filtrate (see step S40'). The entire amount of the primary filtrate is added to 50 g of the other positive electrode active material recovered in the heat treatment step (S30) and stirred for 30 minutes, then passed through a 2.5 ㎛ filter paper and separated into solid content (#5) and secondary filtrate (S40) (see step "). In addition, the entire amount of the secondary filtrate was added to 50 g of another positive electrode active material recovered in the heat treatment step (S30) and stirred for 30 minutes, and then passed through a 2.5 ㎛ filter paper to remove solid content (#6) and Separate into a third filtrate (see step S40"'). Here, the solids (#4, #5, and #6) are each dried using a vacuum oven, the filtrate is used a total of two times, and the third filtrate can be discharged and discarded. The solid contents (#4, #5, and #6) can be mixed before annealing (step S50'), and at this time, the average fluorine (F) removal rate thereof may preferably be 15% or more.
다음으로, 세척한 양극 활물질에 리튬 전구체를 첨가하고 어닐링한다(단계 S50).Next, a lithium precursor is added to the washed positive electrode active material and annealed (step S50).
앞의 단계 S30 및 S40을 거치는 동안 양극 활물질 안의 리튬의 손실이 발생하기 때문에, 단계 S50에서는 그러한 리튬 손실량을 보충해 준다. 뿐만 아니라, 앞의 단계를 거치는 동안 양극 활물질 표면에 변형구조(예로, LCO 활물질의 경우 Co3O4)가 나타날 수 있기 때문에, 단계 S50에서는 어닐링을 통해 양극 활물질의 결정구조를 회복해 재생 양극 활물질의 특성을 개선하거나 신생 양극 활물질 수준으로 회복시킨다. 여기에서 '신생'은 '재생'에 반대되는 개념으로, 처음 만들어진 것을 의미하고, 실시예에서 사용한 '원재료' 등과 같은 말이다.Since lithium in the positive electrode active material is lost during steps S30 and S40, the lithium loss is compensated for in step S50. In addition, since a deformed structure (e.g., Co 3 O 4 in the case of LCO active material) may appear on the surface of the positive electrode active material during the previous step, the crystal structure of the positive electrode active material is recovered through annealing in step S50 to produce a recycled positive electrode active material. Improve the properties of or restore them to the level of new cathode active materials. Here, 'new' is the opposite of 'regeneration', meaning something that was created for the first time, and is the same as 'raw materials' used in the examples.
상기 리튬 전구체로는 구체적인 예로 LiOH를 사용한다.As a specific example, LiOH is used as the lithium precursor.
상기 리튬 전구체는 상기 양극 활물질층에 사용된 신생 양극 활물질 안의 리튬과 다른 금속의 몰비를 대비해서 손실된 리튬 몰비만큼 첨가하는 것이 바람직하다. 손실된 리튬 양 보다 너무 과량의 리튬 전구체의 첨가는 미반응 리튬 전구체를 재생 양극 활물질에 남기게 되고, 이는 저항을 증가시키는 역할을 하게 되므로, 적절한 양의 리튬 전구체 투입이 필요하다. 일례로, 신생 양극 활물질 내 리튬과 다른 금속의 몰비가 1일 경우 리튬이 0.001 내지 0.4 몰비가 되는 양의 리튬 전구체를 첨가할 수 있고, 바람직하게는 리튬이 0.01 내지 0.2 몰비가 되는 양의 리튬 전구체를 첨가할 수 있다. The lithium precursor is preferably added in an amount equal to the molar ratio of the lost lithium compared to the molar ratio of lithium and other metals in the new positive electrode active material used in the positive electrode active material layer. Addition of an excessive amount of lithium precursor compared to the amount of lithium lost leaves unreacted lithium precursor in the regenerated positive electrode active material, which serves to increase resistance, so it is necessary to add an appropriate amount of lithium precursor. For example, when the molar ratio of lithium and other metals in the new positive electrode active material is 1, a lithium precursor in an amount of lithium in a molar ratio of 0.001 to 0.4 can be added, preferably in an amount of lithium in an amount of 0.01 to 0.2 molar ratio. can be added.
구체적인 예로, 리튬 전구체를 ICP 분석 결과를 토대로 신생 양극 활물질 내 리튬 함량 대비 손실된 비율인 0.09 내지 0.1 몰비(리튬 금속 기준)로 첨가하면 신생 양극 활물질과 동등 수준까지 용량 개선 효과를 보인다. 여기에서 ICP 분석 결과는 ±0.02 정도의 오차값을 가진다. As a specific example, based on the results of ICP analysis, adding a lithium precursor at a molar ratio of 0.09 to 0.1 (based on lithium metal), which is the ratio lost compared to the lithium content in the new cathode active material, shows a capacity improvement effect to the same level as that of the new cathode active material. Here, the ICP analysis result has an error value of approximately ±0.02.
상기 어닐링은 일례로 400 내지 1000 ℃ 조건 하에 공기 중에서 수행하고, 바람직하게는 600 내지 900 ℃ 조건 하에서 수행하며, 이 온도는 리튬 전구체의 종류에 따라 제한된 범위 내에서 변화하여야 한다.For example, the annealing is performed in air under conditions of 400 to 1000° C., and is preferably performed under conditions of 600 to 900° C., and this temperature should vary within a limited range depending on the type of lithium precursor.
상기 어닐링 온도는 리튬 전구체의 녹는점을 초과하는 온도가 바람직하다. 다만, 1000℃를 초과하는 온도에서는 양극 활물질의 열분해가 발생하여 성능 저하가 발생하기 때문에 1000℃를 넘지 않도록 한다. 이에 리튬 전구체로 Li2CO3를 사용하는 경우 어닐링 온도는 700 내지 900 ℃가 적절하며, 더 바람직하게는 710 내지 780℃이고, 가장 바람직하게는 750 내지 780 ℃일 수 있다. 또한, 리튬 전구체로 LiOH를 사용하는 경우 어닐링 온도는 400 내지 600 ℃가 적절하며, 더 적절하게는 450 내지 480 ℃이고, 가장 적절하게는 470 내지 480 ℃일 수 있다.The annealing temperature is preferably higher than the melting point of the lithium precursor. However, at temperatures exceeding 1000°C, thermal decomposition of the positive electrode active material occurs and performance deteriorates, so the temperature should not exceed 1000°C. Accordingly, when Li 2 CO 3 is used as a lithium precursor, the annealing temperature may be appropriately 700 to 900°C, more preferably 710 to 780°C, and most preferably 750 to 780°C. In addition, when using LiOH as a lithium precursor, the annealing temperature may be suitably 400 to 600 °C, more suitably 450 to 480 °C, and most suitably 470 to 480 °C.
상기 어닐링 시간은 일례로 1시간 이상으로 하는 것이 좋고, 바람직하게는 15 시간 이하이며, 보다 바람직하게는 4 내지 6 시간이다. 어닐링 시간이 길면 결정구조 회복이 충분히 이루어질 수 있으나, 장시간 어닐링한다고 해도 성능에 큰 영향을 주지는 않는다. 이때 어닐링 장비는 열처리 단계 S30에서와 동일 또는 유사한 장비를 사용할 수 있다.The annealing time is preferably 1 hour or more, preferably 15 hours or less, and more preferably 4 to 6 hours. If the annealing time is long, the crystal structure can be sufficiently recovered, but even if annealing for a long time, it does not have a significant effect on performance. At this time, the annealing equipment may be the same or similar to that used in heat treatment step S30.
상기 어닐링 단계는 안전하고 저렴하면서도 결정 구조 회복, 즉 결정성을 개선하여 재생 양극 활물질의 전지 특성을 회복시킨다.The annealing step restores the battery characteristics of the recycled positive electrode active material by recovering the crystal structure, that is, improving crystallinity, while being safe and inexpensive.
이상과 같은 양극 활물질 재생 단계를 통해 얻어진 재생 양극 활물질은 신생 양극 활물질과 유사한 입도 분포를 가지고, 표면에 바인더나 도전재의 탄화로 생기는 탄소 성분이 잔류하지 않아, 별도의 추가 처리없이 100% 그대로 또는 신생 활물질과 혼합해서 양극 제조에 사용 가능하다.The regenerated cathode active material obtained through the above cathode active material regeneration step has a particle size distribution similar to that of the new cathode active material, and no carbon component resulting from carbonization of the binder or conductive material remains on the surface, so it can be 100% intact or new without any additional processing. It can be used to manufacture positive electrodes by mixing with active materials.
다음으로, 선택적인 단계로서, 어닐링한 양극 활물질에 표면 코팅을 더 수행할 수 있다(S60).Next, as an optional step, surface coating may be further performed on the annealed positive electrode active material (S60).
상기 표면 코팅은 일례로 금속 또는 탄소를 함유한 코팅제를 고상 또는 액상 방식으로 표면에 코팅한 후 100 내지 1200 ℃에서 열처리하는 것인데, 열처리 온도가 100 ℃ 미만인 경우 표면 코팅을 통하여 이종 금속에 의한 표면 보호층이 형성되지 않고, 1200 ℃를 넘는 경우 양극 활물질의 열분해로 인하여 전지의 성능이 저하된다. The surface coating is, for example, coating a surface with a coating containing metal or carbon in a solid or liquid form and then heat-treating it at 100 to 1200 ℃. If the heat treatment temperature is less than 100 ℃, the surface is protected by a different metal through surface coating. If a layer is not formed and the temperature exceeds 1200°C, battery performance deteriorates due to thermal decomposition of the positive electrode active material.
구체적으로 B, W, B-W 등의 금속 산화물을 양극 활물질에 코팅한 후 열처리하면 활물질 표면에 리튬보로옥사이드층을 형성할 수 있고, 이것이 표면 보호층 역할을 한다.Specifically, when metal oxides such as B, W, and B-W are coated on a positive electrode active material and then heat treated, a lithium borooxide layer can be formed on the surface of the active material, which acts as a surface protection layer.
상기 표면 코팅의 고상 또는 액상 방식은 구체적인 예로 혼합(mixing), 밀링(milling), 분무 건조(spray drying) 또는 그라인딩(grinding) 등의 방법에 의해 수행한다.The solid-phase or liquid-phase method of the surface coating is specifically performed by methods such as mixing, milling, spray drying, or grinding.
참고로, 앞의 어닐링 단계 S50에서 리튬 : 양극 활물질 내 다른 금속 몰비가 1 : 1이 되도록 하였을 경우, 양극 활물질 내 리튬이 코팅제와 반응하여 리튬 : 양극 활물질 내 다른 금속 몰비가 1 : 1 미만으로 감소하게 되면, 전지의 용량 발현을 100%할 수 없다. 그러므로 앞선 단계 S50에서 부족해진 리튬을 첨가해 리튬 : 양극 활물질 내 다른 금속 몰 비가 1 : 1이 되도록 할 뿐 아니라, 양극 활물질 내 다른 금속 대비 리튬이 0.0001 내지 0.1 몰비 더 많이 포함되도록, 과량을 첨가하는 것이다. 그러면 단계 S60의 표면 코팅시 리튬 : 양극 활물질 내 다른 금속 몰 비가 1 : 1이 되면서, 나아가 표면 보호층까지 형성하게 된다.For reference, in the preceding annealing step S50, when the molar ratio of lithium to other metals in the positive electrode active material is set to 1:1, the lithium in the positive electrode active material reacts with the coating agent, reducing the molar ratio of lithium to other metals in the positive electrode active material to less than 1:1. If this happens, the capacity of the battery cannot be achieved at 100%. Therefore, not only is the lithium that was lacking in the previous step S50 added to ensure that the lithium:other metal molar ratio in the positive electrode active material is 1:1, but an excess amount is added so that lithium is included in a molar ratio of 0.0001 to 0.1 more than the other metals in the positive electrode active material. will be. Then, during the surface coating in step S60, the molar ratio of lithium to other metals in the positive electrode active material becomes 1:1, further forming a surface protective layer.
구체적으로 단계 S50에서 0.0001 내지 0.1 몰비 정도 과량 첨가한 리튬이 단계 S60에서 B, W, B-W 등의 금속 산화물과 반응하고, 리튬 : 양극 활물질 내 다른 금속 몰 비가 1 : 1 이 되어 전지 용량 저하가 발생하지 않는다.Specifically, the lithium added in excess at a molar ratio of about 0.0001 to 0.1 in step S50 reacts with metal oxides such as B, W, and B-W in step S60, and the molar ratio of lithium to other metals in the positive electrode active material becomes 1:1, resulting in a decrease in battery capacity. I never do that.
재생 양극 활물질Regenerated positive electrode active material
본 발명의 재생 양극 활물질은 상술한 양극 활물질의 재생 방법으로 제조됨을 특징으로 하고, 이 경우 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분이 적으며, 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가가 최소화하여 출력 성능(rate performance) 등이 크게 개선되는 효과가 있다. The regenerated positive electrode active material of the present invention is characterized in that it is manufactured by the above-described regeneration method of the positive electrode active material. In this case, the F component remaining on the surface of the regenerated positive active material is small, and the loss of Li and the increase in fine particles in the functional coating layer and lattice are minimized. This has the effect of greatly improving output performance (rate performance).
또한, 본 발명의 재생 양극 활물질은 바람직하게는 LiCoO2(이하, 'LCO'라 함) 등과 같은 리튬 코발트 산화물; LiMnO2 또는 LiMn2O4 등과 같은 리튬 망간 산화물; LiFePO4 등과 같은 리튬 인산철 화합물; 리튬 니켈 코발트 산화알루미늄(NCA; lithium nickel cobalt aluminum oxide); LiNiO2 등과 같은 리튬 니켈 산화물; 상기 리튬 니켈 산화물에서 니켈(Ni)의 일부를 망간(Mn)으로 치환한 니켈 망간계 리튬 복합금속 산화물; 및 상기 리튬 니켈 산화물에서 니켈(Ni)의 일부를 망간(Mn)과 코발트(Co)로 치환한 NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 입도분포도에서 D50이 2 내지 20 ㎛이고, D90이 8 내지 80 ㎛이며, D10이 1 내지 10 ㎛이고, 표면 잔류 LiOH 및 Li2CO3 함량이 각각 0.5 중량% 이하인 것을 특징으로 하고, 이 경우 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분이 적으며, 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가가 최소화하여 전지의 출력 성능(rate performance) 등이 크게 개선되는 효과가 있다. In addition, the recycled positive electrode active material of the present invention is preferably lithium cobalt oxide such as LiCoO 2 (hereinafter referred to as 'LCO'); Lithium manganese oxide such as LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 ; Lithium iron phosphate compounds such as LiFePO 4 ; lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA); Lithium nickel oxide such as LiNiO 2 ; A nickel-manganese-based lithium composite metal oxide in which part of the nickel (Ni) in the lithium nickel oxide is replaced with manganese (Mn); and at least one selected from the group consisting of NCM-based lithium composite transition metal oxides in which part of nickel (Ni) in the lithium nickel oxide is replaced with manganese (Mn) and cobalt (Co), and D50 is 2 in the particle size distribution chart. to 20 ㎛, D90 is 8 to 80 ㎛, D10 is 1 to 10 ㎛, and the surface residual LiOH and Li 2 CO 3 contents are each 0.5% by weight or less, and in this case, the residual LiOH and Li 2 CO 3 contents on the surface of the recycled positive electrode active material are each 0.5% by weight or less. The F component is small, and the loss of Li and increase in fine particles within the functional coating layer and lattice are minimized, which has the effect of greatly improving the rate performance of the battery.
상기 재생 양극 활물질은 바람직하게는 하기 화학식 1 The recycled positive electrode active material preferably has the following formula (1)
[화학식 1] [Formula 1]
LiaNixMnyCozMwO2 +δ Li a Ni x Mn y Co z M w O 2 + δ
(상기 화학식 1에서, M은 B, W, Al, Ti 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, 1<a≤1.1, 0<x<0.95, 0<y<0.8, 0<z<1.0, 0≤w≤0.1, -0.02≤δ≤0.02, x+y+z+w=1이다.)로 표시되는 화합물일 수 있다. (In Formula 1, M includes one or more selected from the group consisting of B, W, Al, Ti, and Mg, 1<a≤1.1, 0<x<0.95, 0<y<0.8, 0< It may be a compound expressed as z<1.0, 0≤w≤0.1, -0.02≤δ≤0.02, x+y+z+w=1.
상기 재생 양극 활물질은 바람직하게는 입도분포도에서 D50이 5 내지 20 ㎛이고, D90이 15 내지 80 ㎛이며, D10이 2 내지 10 ㎛이고, 보다 바람직하게는 입도분포도에서 D50이 10 내지 20 ㎛이고, D90이 20 내지 80 ㎛이며, D10이 3 내지 10 ㎛이고, 더욱 바람직하게는 입도분포도에서 D50이 15 내지 20 ㎛이고, D90이 30 내지 80 ㎛이며, D10이 4 내지 10 ㎛이고, 이 범위 내에서 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분이 적으며, 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가가 최소화하여 전지의 출력 성능 등이 크게 개선되는 효과가 있다. The recycled positive electrode active material preferably has a D50 of 5 to 20 ㎛, a D90 of 15 to 80 ㎛, and a D10 of 2 to 10 ㎛, more preferably, a D50 of 10 to 20 ㎛ in the particle size distribution, D90 is 20 to 80 ㎛, D10 is 3 to 10 ㎛, more preferably, in the particle size distribution chart, D50 is 15 to 20 ㎛, D90 is 30 to 80 ㎛, and D10 is 4 to 10 ㎛, within this range. There is less F component remaining on the surface of the recycled positive electrode active material, and the loss of Li and increase in fine particles within the functional coating layer and lattice are minimized, resulting in a significant improvement in battery output performance.
상기 재생 양극 활물질은 바람직하게는 입도분포도에서 D5가 1 내지 10 ㎛이고, 보다 바람직하게는 2 내지 9 ㎛이며, 더욱 바람직하게는 3 내지 8 ㎛이고, 보다 더 바람직하게는 4 내지 7 ㎛이며, 이 범위 내에서 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분이 적으며, 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가가 최소화하여 전지의 출력 성능 등이 크게 개선되는 효과가 있다. The regenerated positive electrode active material preferably has D5 in the particle size distribution diagram of 1 to 10 ㎛, more preferably 2 to 9 ㎛, even more preferably 3 to 8 ㎛, and even more preferably 4 to 7 ㎛, Within this range, the F component remaining on the surface of the recycled positive electrode active material is small, and the loss of Li and the increase in fine particles in the functional coating layer and lattice are minimized, which has the effect of greatly improving the output performance of the battery.
구체적인 예로, 상기 리튬 코발트 산화물은 바람직하게는 입도분포도에서 D50이 16 내지 20 ㎛이고, D90이 25 내지 50 ㎛이며, D10이 2 내지 10 ㎛이고, 보다 바람직하게는 입도분포도에서 D50이 16 내지 19 ㎛이고, D90이 25 내지 40 ㎛이며, D10이 3 내지 10 ㎛이고, 더욱 바람직하게는 입도분포도에서 D50이 16 내지 18 ㎛이고, D90이 25 내지 35 ㎛이며, D10가 4 내지 10 ㎛이고, 보다 더 바람직하게는 입도분포도에서 D50이 16 내지 17 ㎛이고, D90이 25 내지 30 ㎛이며, D10가 5 내지 10 ㎛이고, 이 범위 내에서 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분이 적으며, 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가가 최소화하여 전지의 출력 성능(rate performance) 등이 크게 개선되는 효과가 있다. As a specific example, the lithium cobalt oxide preferably has D50 of 16 to 20 ㎛, D90 of 25 to 50 ㎛, D10 of 2 to 10 ㎛, and more preferably D50 of 16 to 19 in the particle size distribution. ㎛, D90 is 25 to 40 ㎛, D10 is 3 to 10 ㎛, more preferably, in the particle size distribution chart, D50 is 16 to 18 ㎛, D90 is 25 to 35 ㎛, and D10 is 4 to 10 ㎛, More preferably, in the particle size distribution, D50 is 16 to 17 ㎛, D90 is 25 to 30 ㎛, and D10 is 5 to 10 ㎛, and within this range, the F component remaining on the surface of the recycled positive electrode active material is small, The loss of Li and the increase in fine particles within the functional coating layer and the lattice are minimized, thereby significantly improving the rate performance of the battery.
본 기재에서 평균 직경(D5, D10, D50 및 D90 등)은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 사용되는 측정방법으로 측정하는 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있으며, 구체적으로 양극 활물질의 입자를 분산매 중에 분산시킨 후, Microtrac MT 3000 등과 같은 시판되는 레이저 회절 입도 측정 장치에 도입하여 약 28kHz의 초음파를 출력 60W로 조사하고, 측정 장치에 있어서의 입자 직경 분포의 5%, 10%, 50% 및 90% 기준에서의 평균 입자 직경을 산출할 수 있다. In this description, the average diameter (D5, D10, D50 and D90, etc.) is not particularly limited when measured by a measurement method commonly used in the technical field to which the present invention pertains, for example, using a laser diffraction method. Specifically, the particles of the positive electrode active material are dispersed in a dispersion medium, then introduced into a commercially available laser diffraction particle size measuring device such as Microtrac MT 3000, irradiated with an ultrasonic wave of about 28 kHz with an output of 60 W, and the measurement device The average particle diameter can be calculated based on 5%, 10%, 50%, and 90% of the particle diameter distribution.
상기 재생 양극 활물질은 바람직하게는 표면 잔류 LiOH 및 Li2CO3 함량이 각각 0.3 중량% 이하이고, 보다 바람직하게는 각각 0.1 중량% 이하이며, 더욱 바람직하게는 각각 0.02 중량% 이하 및 0.07 중량% 이하이고, 보다 더 바람직하게는 0.01 중량% 이하 및 0.05 중량% 이하이며, 매우 바람직하게는 각각 0.008 중량% 이하 및 0.03 중량% 이하이고, 가장 바람직하게는 각각 0.006 중량% 이하 및 0.03 중량% 이하이며, 이 범위 내에서 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분이 적으며, 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가가 최소화하여 전지의 출력 성능 등이 크게 개선되는 효과가 있다. The recycled positive electrode active material preferably has a surface residual LiOH and Li 2 CO 3 content of 0.3 wt% or less, more preferably 0.1 wt% or less, and even more preferably 0.02 wt% or less and 0.07 wt% or less, respectively. and even more preferably 0.01% by weight or less and 0.05% by weight or less, very preferably 0.008% by weight or less and 0.03% by weight or less, respectively, and most preferably 0.006% by weight or less and 0.03% by weight or less, respectively, Within this range, the F component remaining on the surface of the recycled positive electrode active material is small, and the loss of Li and the increase in fine particles in the functional coating layer and lattice are minimized, which has the effect of greatly improving the output performance of the battery.
본 기재에서 표면 잔류 LiOH 및 Li2CO3 함량은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용하는 측정방법에 의하는 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 적정장치(titration)에 의하여 측정할 수 있다. In this substrate, the surface residual LiOH and Li 2 CO 3 contents are not particularly limited by measurement methods commonly used in the technical field to which the present invention pertains, and can be measured by, for example, titration.
상기 재생 양극 활물질은 바람직하게는 수분 함량이 100 ppm 이하이고, 보다 바람직하게는 50 ppm 이하이며, 더욱 바람직하게는 30 ppm 이하이고, 이 범위 내에서 재생 양극 활물질의 안정성 및 출력 성능이 우수한 이점이 있다. The recycled positive electrode active material preferably has a moisture content of 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, and even more preferably 30 ppm or less, and within this range, the stability and output performance of the recycled positive electrode active material are excellent. there is.
본 기재에서 수분 함량은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적으로 수분 함량을 측정하는 방법이나 장치에 의하는 경우 특별히 제한되지 않고, 일례로 수분측정장비를 이용할 수 있으며, 구체적인 예로는 칼 피셔 수분측정기를 이용할 수 있다. In this description, the moisture content is not particularly limited as long as it is used by a method or device for measuring moisture content commonly used in the technical field to which the present invention pertains. For example, moisture measuring equipment may be used, and a specific example is a Karl Fischer moisture meter. Available.
상기 재생 양극 활물질은 바람직하게는 표면이 금속 또는 탄소를 함유한 코팅제로 코팅될 수 있고, 이 경우 양극 활물질 자체의 화학적 및 물리적 변화 없이 양극 활물질의 구조적 안정성이 개선되어 출력 성능, 수명 특성, 용량 등의 전기화학적 특성이 향상되고, 양극 활물질의 표면에서 이종 원소로 치환되어 잔류 리튬량 감소 및 pH 감소의 효과로 물리화학적 특성 또한 개선된다. The surface of the recycled positive electrode active material may preferably be coated with a coating containing metal or carbon. In this case, the structural stability of the positive electrode active material is improved without chemical or physical changes in the positive electrode active material itself, such as output performance, life characteristics, capacity, etc. The electrochemical properties of the cathode active material are improved, and the physicochemical properties are also improved due to the effect of reducing the amount of residual lithium and decreasing the pH by substitution of heterogeneous elements on the surface of the positive electrode active material.
상기 재생 양극 활물질은 바람직하게는 플루오린(F)의 함량이 600 ppm 이하, 보다 바람직하게는 200 ppm 이하, 더욱 바람직하게는 100 ppm 이하, 보다 더 바람직하게는 50 ppm 이하, 가장 바람직하게는 30 ppm 이하일 수 있고, 이 범위 내에서 우수한 저항 특성 및 용량 특성이 구현되는 효과가 있다. The recycled positive electrode active material preferably has a fluorine (F) content of 600 ppm or less, more preferably 200 ppm or less, even more preferably 100 ppm or less, even more preferably 50 ppm or less, and most preferably 30 ppm or less. It can be ppm or less, and within this range, excellent resistance characteristics and capacitance characteristics are achieved.
본 발명의 재생 양극 활물질은 상술한 양극 활물질의 재생 방법의 내용을 모두 포함할 수 있다. 따라서 여기에서는 그에 대한 중복 기재를 생략한다.The recycled positive electrode active material of the present invention may include all of the contents of the above-described positive electrode active material recycling method. Therefore, redundant description thereof is omitted here.
이차 전지secondary battery
본 발명의 이차 전지는 상기 양극 활물질을 포함하고, 이 경우 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분이 적으며, 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가가 최소화하여 초기 방전 용량, 출력 성능, 용량 특성 및 저항 특성이 우수하며, 또한 양극 활물질의 회수 및 재생 공정에서 산과 유기용매를 이용하지 않아 친환경적이고, 특히 여액을 정제하지 않고 그대로 사용하여 경제성 및 생산성이 우수한 효과가 있다.The secondary battery of the present invention includes the above positive electrode active material, and in this case, the F component remaining on the surface of the regenerated positive active material is small, and the loss of Li and increase in fine particles in the functional coating layer and lattice are minimized to improve initial discharge capacity, output performance, and It has excellent capacity and resistance characteristics, and is environmentally friendly as it does not use acids and organic solvents in the recovery and regeneration process of the positive electrode active material. In particular, it has excellent economic efficiency and productivity by using the filtrate as is without purification.
본 발명의 이차 전지는 상술한 양극 활물질 및 이의 재생 방법의 내용을 모두 포함할 수 있다. 따라서 여기에서는 그에 대한 중복 기재를 생략한다.The secondary battery of the present invention may include all of the above-described positive electrode active material and its regeneration method. Therefore, redundant description thereof is omitted here.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid understanding of the present invention. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and it is clear to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope and spirit of the present invention. It is natural that such variations and modifications fall within the scope of the attached patent claims.
[실시예][Example]
실시예Example 1 One
양극판 타발 후 버려진 양극 스크랩(집전체: 알루미늄 호일, 양극 활물질: LCO계 리튬 복합 전이금속 산화물)을 파쇄하고, 이를 공기 중에서 550 ℃ 하에 30 분 동안 열처리하여 바인더와 도전재를 제거하고 집전체와 양극 활물질을 분리한 후 양극 활물질을 회수하였다. 여기에서 열처리 온도에 도달하기까지 온도 상승 속도는 5 ℃/min이었고, 회수한 양극 활물질 내 F 함량은 4240 ppm이었다.After punching the positive plate, the discarded positive electrode scrap (current collector: aluminum foil, positive electrode active material: LCO-based lithium composite transition metal oxide) is shredded, heat treated in air at 550°C for 30 minutes to remove the binder and conductive material, and the current collector and positive electrode are removed. After separating the active material, the positive electrode active material was recovered. Here, the temperature increase rate until reaching the heat treatment temperature was 5 °C/min, and the F content in the recovered positive electrode active material was 4240 ppm.
회수한 양극 활물질(이하, 'LCO 파우더'라 함) 150 g을 50 g씩 분취하여 준비하였다(#1 50g, #2 50g, #3 50g).150 g of the recovered positive electrode active material (hereinafter referred to as 'LCO powder') was prepared by dividing into 50 g portions (#1 50g, #2 50g, #3 50g).
#1 LCO 파우더 50 g과 증류수 250 g을 혼합한 후 400 rpm으로 30 분간 교반하였다. 상기 교반 후 2.5 ㎛ pore size를 갖는 여과지로 감압 여과을 진행하여 고형분(residue)과 1차 여액(filtrate)으로 분리하였다. 여과지에 남은 고형분(#4)은 100℃ 진공오븐에서 6 시간 동안 건조하였다. 그리고 1차 여액은 전량 회수하여, #2 LCO 파우더 50 g과 혼합한 후 #1 LCO 파우더와 동일한 조건으로 교반 및 여과하였고, 이후 여과지에 남은 고형분(#5)은 100 ℃ 진공오븐에서 6 시간 동안 건조하였다. 그리고 2차 여액은 전량 회수하여 다시 #3 LCO 파우더 50 g과 혼합한 후 동일한 조건으로 교반 및 여과하였고, 이후 여과지에 남은 고형분(#6)은 100 ℃ 진공오븐에서 6 시간 동안 건조하였다. 그리고 3차 여액은 전량 폐기하였다.#1 50 g of LCO powder and 250 g of distilled water were mixed and stirred at 400 rpm for 30 minutes. After the stirring, reduced pressure filtration was performed using filter paper with a pore size of 2.5 ㎛ to separate solids (residue) and primary filtrate (filtrate). The solid content (#4) remaining on the filter paper was dried in a vacuum oven at 100°C for 6 hours. The entire amount of the primary filtrate was recovered, mixed with 50 g of #2 LCO powder, stirred and filtered under the same conditions as for #1 LCO powder, and the solid content (#5) remaining on the filter paper was placed in a vacuum oven at 100°C for 6 hours. It was dried. Then, the entire amount of the secondary filtrate was recovered, mixed again with 50 g of #3 LCO powder, stirred and filtered under the same conditions, and the solid content (#6) remaining on the filter paper was dried in a vacuum oven at 100°C for 6 hours. And the entire third filtrate was discarded.
앞서 건조한 LCO 파우더 3종(#4, #5 및 #6)을 10g씩 분취하여 균일하게 혼합한 뒤, 원재료 LCO계 리튬 복합 전이금속 산화물 몰수 대비 3 mol%에 해당하는 Li을 Li2CO3로 추가하여 믹서를 이용하여 고상 혼합하였다. 이후 고상 혼합된 LCO 파우더를 알루미나 도가니 넣고, 750℃ 및 5 시간 조건 하에서 어닐링하여 최종 평가용 LCO 파우더를 제조하였다. 여기에서 양극 활물질 안의 리튬과 다른 금속의 몰비는 ICP 분석을 통해 측정하였다.The three types of previously dried LCO powders (#4, #5, and #6) were aliquoted at 10 g each and mixed evenly, and Li corresponding to 3 mol% of the mole number of the raw material LCO-based lithium complex transition metal oxide was converted to Li 2 CO 3 In addition, the solid phase was mixed using a mixer. Afterwards, the solid-phase mixed LCO powder was placed in an alumina crucible and annealed under conditions of 750°C and 5 hours to prepare LCO powder for final evaluation. Here, the molar ratio of lithium and other metals in the positive electrode active material was measured through ICP analysis.
실시예Example 2 2
상기 실시예 1에서 증류수 및 여액의 온도를 상온에서 40 ℃로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 재생 양극 활물질을 제조하였다.A recycled positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that the temperature of distilled water and filtrate was changed from room temperature to 40°C.
실시예Example 3 3
상기 실시예 1에서 증류수를 300 g을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 재생 양극 활물질을 제조하였다.A recycled positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that 300 g of distilled water was used in Example 1.
실시예Example 4 4
상기 실시예 1에서 교반을 60 분 진행한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 재생 양극 활물질을 제조하였다.A recycled positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that stirring was performed for 60 minutes.
비교예Comparative example 1 One
상기 실시예 1에서 LCO 파우더 150 g을 분취하지 않고 전량 증류수 250 g과 한 번에 혼합, 교반 및 여과한 것과 여액을 재사용하지 않고 폐기한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 재생 양극 활물질을 제조하였다.A regenerated positive electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that 150 g of LCO powder was mixed, stirred, and filtered at once with 250 g of distilled water without aliquoting, and the filtrate was discarded without reuse. The active material was prepared.
비교예Comparative example 2 2
상기 비교예 1에서 교반 시간을 30분에서 60분으로 변경한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 재생 양극 활물질을 제조하였다.A recycled positive electrode active material was manufactured in the same manner as Comparative Example 1, except that the stirring time was changed from 30 minutes to 60 minutes.
비교예Comparative example 3 3
상기 실시예 1에서 LCO 파우더 150 g을 분취하지 않고 전량 증류수 600 g과 한 번에 혼합, 교반 및 여과한 것과 여액을 재사용하지 않고 폐기한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 재생 양극 활물질을 제조하였다.A regenerated positive electrode was produced in the same manner as in Example 1, except that 150 g of LCO powder was mixed, stirred, and filtered at once with 600 g of distilled water instead of aliquoting, and the filtrate was discarded without being reused. The active material was prepared.
비교예Comparative example 4 4
상기 실시예 2에서 LCO 파우더 150 g을 분취하지 않고 전량 40 ℃ 증류수 250 g과 한 번에 혼합, 교반 및 여과한 것과 여액을 재사용하지 않고 폐기한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 재생 양극 활물질을 제조하였다.In the same manner as in Example 2, except that 150 g of LCO powder was mixed, stirred, and filtered at once with 250 g of distilled water at 40°C without aliquoting, and the filtrate was discarded without reuse. A recycled positive electrode active material was manufactured.
대조예Control example
상기 실시예 1에서 LCO 파우더 50 g만을 증류수 250 g과 혼합, 교반 및 여과한 것과 여액을 재사용하지 않고 폐기한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 재생 양극 활물질을 제조하였다.A recycled positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1, except that only 50 g of LCO powder was mixed with 250 g of distilled water, stirred, and filtered, and the filtrate was discarded rather than reused.
[시험예][Test example]
상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 내지 4 및 대조예에서 얻은 재생 양극 활물질의 특성을 하기의 방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기의 표 1 및 도 4 내지 도 7에 나타내었다.The properties of the recycled positive electrode active materials obtained in Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 to 4, and Control Examples were measured by the following method, and the results are shown in Table 1 and Figures 4 to 7 below.
* ICP 분석: ICP 분석장치를 이용하여 LiF 잔존량, 활물질 내 리튬과 다른 금속의 비율, 및 F 등과 같은 특정 원소의 함량(mg/kg)을 측정하였다. 이때 실험실에서 많이 사용하는 일반적인 ICP 분석장치로 측정할 수 있으나, 측정 장치나 방법에 따른 편차는 없다.* ICP analysis: Using an ICP analysis device, the remaining amount of LiF, the ratio of lithium to other metals in the active material, and the content of specific elements such as F (mg/kg) were measured. At this time, it can be measured with a general ICP analysis device widely used in laboratories, but there is no deviation depending on the measurement device or method.
* 코인 하프셀 C-rate 평가: 재생 양극 활물질 96 중량%, 도전재 2 중량% 및 바인더 2 중량%를 칭량하고, 이들을 유기용매에 혼합해 슬러리를 만들었다. 이를 알루미늄 호일에 코팅하여 양극을 제조한 후 셀(Coin Half Cell, CHC)을 제조하고, 전압 3 내지 4.55V 및 25 ℃ 조건에서 평가하였다.* Coin half-cell C-rate evaluation: 96% by weight of recycled positive electrode active material, 2% by weight of conductive material, and 2% by weight of binder were weighed and mixed with an organic solvent to create a slurry. This was coated on aluminum foil to manufacture a positive electrode, and then a cell (Coin Half Cell, CHC) was manufactured and evaluated under the conditions of a voltage of 3 to 4.55V and 25°C.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 재생 양극 활물질의 재생방법(실시예 1 내지 4)은 소량의 증류수 및 그 여액으로 재생 양극 활물질의 표면에 잔류하는 F 성분을 효과적으로 제거하여 폐수 발생을 크게 줄임과 동시에 세척 시간을 크게 단축하여 기능성 코팅층과 격자 내 Li의 소실 및 미립자 증가를 최소화함을 확인할 수 있었다.As shown in Table 1, the regeneration method of the regenerated positive electrode active material according to the present invention (Examples 1 to 4) effectively removes the F component remaining on the surface of the regenerated positive electrode active material with a small amount of distilled water and its filtrate, thereby reducing the generation of wastewater. It was confirmed that the loss of Li and the increase in fine particles within the functional coating layer and lattice were minimized by significantly shortening the cleaning time.
그러나, 본 발명에 따른 재생 양극 활물질의 재생방법과는 달리 여액을 사용하지 않는 비교예 1 내지 4에 있어서, 실시예 1 내지 4와 동량의 증류수를 사용하는 경우(비교예 1) F 제거율이 현저히 낮았고, 교반 시간을 늘리거나(비교예 2) 증류수를 2.5배 증량하거나(비교예 3) 세척 온도를 높이는 경우(비교예 4)에도 실시예 1 내지 4의 F 제거율과 동등 또는 그 이하의 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다.However, unlike the method for regenerating the recycled positive electrode active material according to the present invention, in Comparative Examples 1 to 4 in which no filtrate is used, when the same amount of distilled water as in Examples 1 to 4 is used (Comparative Example 1), the F removal rate is significantly lower. It was low, and even when the stirring time was increased (Comparative Example 2), the amount of distilled water was increased by 2.5 times (Comparative Example 3), or the washing temperature was increased (Comparative Example 4), the value was equal to or lower than the F removal rate of Examples 1 to 4. I was able to confirm that I had it.
하기 도 4는 실시예 1에서 수득한 재생 양극 활물질과 대조예(Comparison group)에서 수득한 재생 양극 활물질을 각각 사용하여 제조한 코인 하프셀을 평가한 결과로 0.2C/0.2C, 0.5C/0.5C 및 0.5/2C에서의 방전 용량을 비교한 그래프이다. Figure 4 below shows the results of evaluating the coin half-cell manufactured using the recycled positive electrode active material obtained in Example 1 and the recycled positive electrode active material obtained in the comparison group, respectively, showing 0.2C/0.2C, 0.5C/0.5. This is a graph comparing the discharge capacity at C and 0.5/2C.
도 4를 참조하면, 실시예 1은 LCO 파우더 150g 수세척을 위하여 단지 250g의 증류수를 사용한 반면, 대조예는 LCO 파우더 50g 수세척을 위하여 250g의 증류수를 사용하여 실시예 1 대비 증류수를 3배 더 많이 사용하였음에도, 실시예 1과 대조예 간 잔류 F 함량 차이가 크지 않고, 코인 하프셀 C-rate 평가 결과, 실시예 1과 대조예의 방전 용량이 유사 수준임을 확인할 수 있었다. Referring to Figure 4, Example 1 used only 250 g of distilled water to wash 150 g of LCO powder, while the control example used 250 g of distilled water to wash 50 g of LCO powder, using three times more distilled water than Example 1. Even though it was used extensively, the difference in residual F content between Example 1 and the control example was not large, and as a result of coin half-cell C-rate evaluation, it was confirmed that the discharge capacities of Example 1 and the control example were at a similar level.
하기 도 5는 실시예 1에서 수득한 재생 양극 활물질을 입도분석기로 측정하여 얻은 PSD(Particle Size Distribution) 그래프이다. Figure 5 below is a PSD (Particle Size Distribution) graph obtained by measuring the recycled positive electrode active material obtained in Example 1 using a particle size analyzer.
도 5를 참조하면, 실시예 1에서 수득한 재생 양극 활물질은 미립자가 적고, D50이 1 내지 20이며, Dmax인 D90이 80 이하이고, Dmin인 D5가 1 이상으로, 입도가 균일한 것을 확인할 수 있었고, 초기 방전 용량, 출력 성능, 용량 특성 및 저항 특성 등이 우수함을 예상할 수 있었다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the recycled positive electrode active material obtained in Example 1 has few fine particles, D50 is 1 to 20, Dmax (D90) is 80 or less, and Dmin (D5) is 1 or more, so the particle size is uniform. It was expected that the initial discharge capacity, output performance, capacity characteristics, and resistance characteristics were excellent.
하기 도 6은 실시예 1에서 수득한 재생 양극 활물질을 X선 광전자 분광법(XPS; X-ray Photoelectron Spectroscopy)으로 측정하여 얻은 스펙트럼이고, 하기 도 7은 실시예 1에서 수득한 재생 양극 활물질을 19F-NMR로 측정하여 얻은 스펙트럼이다. Figure 6 below shows a spectrum obtained by measuring the regenerated positive electrode active material obtained in Example 1 using -This is a spectrum obtained by measuring with NMR.
도 6 및 도 7을 참조하면, XPS 스펙트럼에서 결합 에너지(Binding energy) 50 내지 51 부근에서 Mg 피크가 관찰되며, atomic %가 3 내지 20 % 범위인 MgO(6.6 %), MgF2(12.4 %) 피크를 확인할 수 있었고, 실시예 1의 세척 단계 전과 후의 19F-NMR 스펙트럼 대비를 통해 증류수 세척 후 MgF2 피크는 크게 변하지 않았으나 LiF 피크가 크게 감소한 것을 확인할 수 있었다.Referring to Figures 6 and 7, in the XPS spectrum, the Mg peak is observed around the binding energy of 50 to 51, and MgO (6.6%) and MgF 2 (12.4%) with atomic % in the range of 3 to 20%. The peak could be confirmed, and through the comparison of the 19F-NMR spectra before and after the washing step of Example 1, it was confirmed that the MgF 2 peak did not change significantly after washing with distilled water, but the LiF peak decreased significantly.
10: 집전체
20: 활물질층
30: 양극 시트
40: 양극판
50: 양극 스크랩
10: Current collector
20: Active material layer
30: anode sheet
40: positive plate
50: Anode scrap
Claims (23)
회수한 일부 양극 활물질을 상기 1차 여액으로 세척한 후 여과하여 고형분과 2차 여액으로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생방법. A waste positive electrode including a current collector and a positive electrode active material layer coated thereon is heat treated under an oxygen atmosphere to recover the positive electrode active material, and the recovered positive electrode active material is washed with a washing solution and then filtered to separate it into solids and primary filtrate. As a method of regenerating a positive electrode active material,
Characterized in that it includes the step of washing some of the recovered positive electrode active material with the primary filtrate and then filtering it to separate it into solids and secondary filtrate.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 양극 활물질의 재생방법은 회수한 일부 다른 양극 활물질을 상기 2차 여액으로 세척한 후 여과하여 고형분과 3차 여액을 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생방법. According to paragraph 1,
The method of regenerating the positive electrode active material further includes the step of washing some of the other recovered positive electrode active materials with the secondary filtrate and then filtering them to separate the solid content and the tertiary filtrate.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 양극 활물질의 재생방법은 세척액 및 여액으로 세척한 후 얻은 각각의 고형분을 섞는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생방법. According to claim 1 or 2,
The method of regenerating the positive electrode active material includes the step of mixing the respective solids obtained after washing with a washing liquid and a filtrate.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 세척액은 회수한 양극 활물질 중량의 3 내지 9 배의 중량인 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생방법. According to claim 1 or 2,
The washing liquid is characterized in that the weight is 3 to 9 times the weight of the recovered positive electrode active material.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 세척액은 상온 또는 상온보다 높은 온도인 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생방법. According to claim 1 or 2,
The cleaning solution is characterized in that it is at room temperature or at a temperature higher than room temperature.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 세척액은 물, 염기성의 리튬 화합물 수용액 또는 염 수용액인 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생방법. According to claim 1 or 2,
The cleaning solution is water, a basic lithium compound aqueous solution, or a salt aqueous solution.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 세척은 회수한 양극 활물질과 세척액을 20 내지 40 분간 교반하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생방법. According to claim 1 or 2,
The cleaning includes stirring the recovered positive electrode active material and the cleaning solution for 20 to 40 minutes.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 세척액 및 여액으로 세척한 후 얻은 고형분은 불소(F) 제거율 평균이 10% 이상인 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생방법. According to claim 1 or 2,
The solid content obtained after washing with the washing liquid and filtrate is characterized in that the average fluorine (F) removal rate is 10% or more.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 폐 양극은 사용 후 폐기된 리튬 이차전지로부터 분리된 양극, 리튬 이차전지 제조 공정에서 발생하는 불량 양극 시트, 또는 양극 시트에서 양극판을 타발하고 남은 양극 스크랩인 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생 방법. According to claim 1 or 2,
The waste positive electrode is a positive electrode separated from a discarded lithium secondary battery after use, a defective positive electrode sheet generated in the lithium secondary battery manufacturing process, or positive electrode scrap remaining after punching out the positive plate from the positive electrode sheet.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물; 리튬 망간 산화물; 인산철 화합물; 리튬 니켈 코발트 산화알루미늄; 리튬 니켈 산화물; 상기 리튬 니켈 산화물에서 니켈(Ni)의 일부를 망간(Mn)으로 치환한 니켈 망간계 리튬 복합금속 산화물; 및 상기 리튬 니켈 산화물에서 니켈(Ni)의 일부를 망간(Mn)과 코발트(Co)로 치환한 NCM계 리튬 복합 전이금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생 방법. According to claim 1 or 2,
The positive electrode active material is lithium cobalt oxide; lithium manganese oxide; iron phosphate compounds; Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide; lithium nickel oxide; A nickel-manganese-based lithium composite metal oxide in which part of the nickel (Ni) in the lithium nickel oxide is replaced with manganese (Mn); And at least one selected from the group consisting of NCM-based lithium composite transition metal oxides in which a portion of nickel (Ni) in the lithium nickel oxide is replaced with manganese (Mn) and cobalt (Co).
Method for recycling positive electrode active material.
상기 열처리는 300 내지 650 ℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생 방법. According to claim 1 or 2,
The heat treatment is characterized in that performed at 300 to 650 ° C.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 양극 활물질의 재생 방법은 상기 고형분을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생 방법. According to claim 1 or 2,
The method of regenerating the positive electrode active material includes the step of drying the solid content.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 고형분에 리튬 전구체를 첨가하고 공기 중에서 400 내지 1000 ℃로 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생 방법. According to claim 1 or 2,
Characterized by adding a lithium precursor to the solid content and annealing at 400 to 1000 ° C in air.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 리튬 전구체는 LiOH, Li2CO3, LiNO3 및 Li2O로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생 방법. According to clause 13,
The lithium precursor is characterized in that at least one selected from the group consisting of LiOH, Li 2 CO 3 , LiNO 3 and Li 2 O.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 리튬 전구체는 최소한 상기 양극 활물질 층의 양극 활물질 내 리튬의 몰비에서 감소된 양만큼 첨가하는 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생 방법. According to clause 13,
The lithium precursor is added at least in an amount reduced by the molar ratio of lithium in the positive electrode active material of the positive electrode active material layer.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 어닐링 온도는 상기 리튬 전구체의 녹는점을 초과하는 온도인 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생 방법. According to clause 13,
The annealing temperature is characterized in that it exceeds the melting point of the lithium precursor.
Method for recycling positive electrode active material.
상기 양극 활물질의 재생 방법은 어닐링한 양극 활물질을 금속 또는 탄소를 함유한 코팅제로 코팅한 후 100 내지 1200 ℃에서 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
양극 활물질의 재생 방법. According to clause 13,
The method of regenerating the positive electrode active material includes coating the annealed positive electrode active material with a coating agent containing metal or carbon and then heat treating it at 100 to 1200 ° C.
Method for recycling positive electrode active material.
재생 양극 활물질. Characterized in that it is manufactured by the method of recycling the positive electrode active material according to claim 1 or 2.
Regenerated positive electrode active material.
재생 양극 활물질. lithium cobalt oxide; lithium manganese oxide; iron phosphate compounds; Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide; lithium nickel oxide; A nickel-manganese-based lithium composite metal oxide in which part of the nickel (Ni) in the lithium nickel oxide is replaced with manganese (Mn); and at least one selected from the group consisting of NCM-based lithium composite transition metal oxides in which part of nickel (Ni) in the lithium nickel oxide is replaced with manganese (Mn) and cobalt (Co), and D50 is 2 in the particle size distribution chart. to 20 ㎛, D90 is 8 to 80 ㎛, D10 is 1 to 10 ㎛, and the surface residual LiOH and Li 2 CO 3 contents are each 0.5% by weight or less.
Regenerated positive electrode active material.
상기 재생 양극 활물질은 하기 화학식 1
[화학식 1]
LiaNixMnyCozMwO2 +δ
(상기 화학식 1에서, M은 B, W, Al, Ti 및 Mg로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, 1<a≤1.1, 0<x<0.95, 0<y<0.8, 0<z<1.0, 0≤w≤0.1, -0.02≤δ≤0.02, x+y+z+w=1이다.)로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는
재생 양극 활물질. According to clause 19,
The recycled positive electrode active material has the following formula 1:
[Formula 1]
Li a Ni x Mn y Co z M w O 2 + δ
(In Formula 1, M includes one or more selected from the group consisting of B, W, Al, Ti and Mg, 1<a≤1.1, 0<x<0.95, 0<y<0.8, 0< characterized in that it is a compound expressed as z<1.0, 0≤w≤0.1, -0.02≤δ≤0.02, x+y+z+w=1.
Regenerated positive electrode active material.
상기 재생 양극 활물질은 수분 함량이 200 ppm 이하이고, MgO 또는 MgF2를 포함하는 것을 특징으로 하는
재생 양극 활물질. According to clause 19,
The recycled positive electrode active material has a moisture content of 200 ppm or less and contains MgO or MgF 2 .
Regenerated positive electrode active material.
상기 재생 양극 활물질은 표면이 금속 또는 탄소를 함유한 코팅제로 코팅된 것을 특징으로 하는
재생 양극 활물질. According to clause 19,
The recycled positive electrode active material is characterized in that the surface is coated with a coating containing metal or carbon.
Regenerated positive electrode active material.
이차 전지.
Characterized by comprising the positive electrode active material of any one of claims 19 to 22.
Secondary battery.
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