Abstract
Demand for lithium-based secondary batteries is greatly increasing with the explosive growth of related industries, such as mobile devices and electric vehicles. In Korea, there are several top-rated global lithium-ion battery manufacturers accounting for 40% of the global secondary battery business. Most discarded lithium secondary batteries are recycled as scrap to recover valuable metals, such as Nickel and Cobalt, but residual wastes are disposed of according to the residual lithium-ion concentration. Furthermore, there has not been an attempt on the possibility of water discharge system contamination due to the concentration of lithium ions, and the effluent water quality standards of public sewage treatment facilities are becoming stricter year after year. In this study, the as-received waste water generated from the cathode electrode coating process in the manufacturing of high-nickel-based NCM cathode material used for high-performance and long-term purposes was analyzed. We suggested a facile recycling process chart for waste water treatment. We revealed a correlation between lithium-ion concentration and pH effect according to the proposed waste water of each recycling process through analyzing standard water quality tests and daphnia ecological toxicity. We proposed a realistic waste water treatment plan for lithium electrode manufacturing plants via comparison with other industries' ecotoxicology.
리튬계 이차전지의 수요는 휴대전화 및 전기자동차 등의 관련 산업의 폭발적인 성장과 더불어 크게 증가하고 있으며, 한국은 전 세계 이차전지 사업의 40%를 점유하는 리튬 이차전지 제조 강국이다. 폐기된 리튬 이차전지의 경우 대부분은 스크랩 형태로 유가금속 회수 차원에서 재활용되고 있으나, 코발트와 니켈 등 유가금속 회수 후 폐액은 잔류 리튬 농도에 따라 일부 폐기되고 있으며, 제조 공정 시 발생하는 폐액에 관한 연구는 전무하다. 뿐만 아니라 리튬 이온 농도에 의한 수계 오염 가능성에 관한 연구는 시도되지 않았으며 해마다 공공하수처리시설의 방류수 수질기준은 엄격해지고 있다. 본 연구에서는 고성능 장시간 목적으로 사용되는 고니켈계 NCM 양극재 제조 공정에서 전극 코팅을 위한 공정에서 발생하는 폐액에 대하여 분석하고, 폐액 처리공정에 대한 과정을 제시하였다. 제안한 제조 공정 폐액 처리 공정별 리튬 이온의 농도 및 pH 영향에 따른 수질오염 척도인 생태독성과의 연관성에 대하여 수질검사와 함께 물벼룩 생태독성 시험을 통해 상관관계를 분석하였다. 또한, 다른 산업군의 생태독성 시험과의 비교를 통해 향후 리튬 공장 폐액에 대한 현실적인 처리 방안에 대하여 서술하였다.
