• 한국분말재료학회지
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• 제21권4호
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• pp.286-293
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• 2014

The electrochemical properties of cells assembled with the $LiNiO_2$ (LNO) recycled from cathode materials of waste lithium secondary batteries ($Li[Ni,Co,Mn]O_2$), were evaluated in this study. The leaching, neutralization and solvent extraction process were applied to produce high-purity $NiSO_4$ solution from waste lithium secondary batteries. High-purity NiO powder was then fabricated by the heat-treatment and mixing of the $NiSO_4$ solution and $H_2C_2O_4$. Finally, $LiNiO_2$ as a cathode material for lithium ion secondary batteries was synthesized by heat treatment and mixing of the NiO and $Li_2CO_3$ powders. We assembled the cells using the $LiNiO_2$ powders and evaluated the electrochemical properties. Subsequently, we evaluated the recycling possibility of the cathode materials for waste lithium secondary battery using the processes applied in this work.

• 자원리싸이클링
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• 제28권4호
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• pp.30-36
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• 2019

본 연구는 폐 리튬이온전지의 양극활물질인 LNO($Li_2NiO_2$) 공정부산물로부터 $CO_2$ 열반응 공정을 통하여 Li 분말을 회수하였다. Li 분말을 회수하는 공정은 $CO_2$ 주입량이 300 cc/min인 분위기에서 $600^{\circ}C$, 1 min 유지하여 $Li_2NiO_2$ 상을 $Li_2CO_3$상과 NiO상으로 상분리 시켰다. 이 후 회수한 시료:증류수 = 1:50 무게비로 수 침출 후 감압 여과를 통해 용액에서 $Li_2CO_3$, 여과지에서 NiO 분말을 회수하였다. Ni 순도를 높이기 위해 $H_2$ 분위기에서 3시간 유지하여 NiO에서 Ni로 환원하였다. 위와 같은 공정을 통해 회수한 탄산리튬 용액의 Li의 농도 2290 ppm, Li의 회수율은 92.74%를 달성하였고 Ni은 최종적으로 순도는 90.1%, 회수율 92.6%의 분말을 제조하였다.

• 자원리싸이클링
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• 제31권4호
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• pp.26-33
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• 2022

리튬이온배터리의 수요가 증가함에 따라 향후 발생할 폐리튬이온배터리 중의 유가금속 회수가 필요하다. 대량의 폐리튬이온배터리 리사이클링에는 건식제련이 적합하지만 Li이 슬래그나 분진으로 손실되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 폐리튬이온배터리의 NCM계 양극재로부터 Li을 회수하기 위해 그라파이트 첨가에 따른 탄산화 배소와 수침출 거동에 대해 조사하였다. 그라파이트를 10 wt% 첨가 시, Ar 및 CO₂ 분위기에서 승온 중 약 850 K에서 급격한 무게 감소와 함께 CO 및 CO₂ 가스가 배출되었다. 급격한 무게 감소 후 NCM은 금속 산화물 및 순금속으로 분해되고 환원되었다. 따라서 블랙파우더(NCM+그라파이트)의 탄산화 배소에서는 NCM의 분해에 의해 O₂가 발생하면서 Li₂O, NiO 등의 산화물이 생성되고, 이어서 Li₂O가 CO₂와 반응하여 Li₂CO₃를 생성하며, NiO의 일부는 그라파이트에 의해 환원되어 금속 Ni을 생성한다. 그리고 탄산화 배소 후 수침출에 의해 약 99.95 % 순도의 Li₂CO₃를 최대 94.5 %까지 회수하였다.

• 자원리싸이클링
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• 제33권1호
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• pp.15-21
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• 2024

전기차용 리튬이온배터리의 수요가 증가함에 따라 향후 발생할 폐리튬이온배터리 중의 유가금속 회수가 필요하다. 본 연구에서는 리튬이온배터리의 NCM계 양극재를 수소환원과 수침출에 의해 리튬을 수산화리튬으로 회수할 때의 회수율에 미치는 반응온도의 영향을 조사하였다. 반응온도가 상승함에 따라 수소에 의한 NiO, CoO의 환원에 의해 무게 감소율이 반응초기부터 급격하게 증가하였으며 동시에 H₂O 발생량도 증가하였다. 602 ℃ 이상에서는 양극재 중의 Ni, Co가 전부 환원되어 금속상으로 존재하였다. 그리고 수소환원 온도의 상승과 함께 Li 회수률도 증가하였으나 704 ℃ 이상에서는 약 92 % 이상의 유사한 수준을 나타내었다. 따라서 폐Li이온 배터리의 전처리로 수소환원하는 것에 의해 리튬만 사전에 회수하고 잔사를 재처리하면 효율적으로 유가금속을 분리하여 회수할 수 있을 것으로 기대된다.

• Environmental Engineering Research
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• 제25권1호
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• pp.88-95
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• 2020

An investigation of rare metals recovery from LiNi_xCo_yMn_zO₂ cathode material of the end-of-life lithium-ion batteries is presented. To determine the influence of reductant on the leach process, the cathode material (containing Li 7.6%, Co 20.4%, Mn 19.4%, and Ni 19.3%) was leached in H₂SO₄ solutions either with or without H₂O₂. The optimal process parameters with respect to acid concentration, addition dosage of H₂O₂, temperature, and the leaching time were found to be 2.0 M H₂SO₄, 4 vol.% H₂O₂, 70℃, and 150 min, respectively. The yield of metal values in the leach liquor was > 99%. The leach liquor was subsequently treated by precipitation techniques to recover nickel as Ni(C₄H₇N₂O₂)₂ and lithium as Li₂CO₃ with stoichiometric ratios of 2:1 and 1.2:1 of dimethylglyoxime:Ni and Na₂CO₃:Li, respectively. Cobalt was recovered by solvent extraction following a 3-stage process using Na-Cyanex 272 at pH_eq ~5.0 with an organic-to-aqueous phase ratio (O/A) of 2/3. The loaded organic phase was stripped with 2.0 M H₂SO₄ at an O/A ratio of 8/1 to yield a solution of 114 g/L CoSO₄; finally recovered CoSO₄.xH₂O by crystallization. The process economics were analyzed and found to be viable with a margin of $476 per ton of the cathode material.

• 자원리싸이클링
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• 제21권6호
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• pp.58-64
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• 2012

리튬이온전지 양극활물질의 황산침출액으로부터 니켈과 리튬을 분리 회수를 위하여 PC88A를 사용하여 니켈 및 리튬의 용매추출 연구를 실시하였다. 수용액상의 pH, 추출제의 농도 및 상비 변화 등 니켈과 리튬의 추출에 영향을 미칠 수 있는 인자들에 대한 추출 실험을 실시하였다. 실험 결과 평형 pH가 증가할 수록 니켈 및 리튬의 추출율 및 분리계수값이 증가하였고, pH 8.5에서 25% PC88A에 의해 니켈의 경우 99.4%, 리튬의 경우 28.7%의 최대 추출율을 보였다. 이 경우 분리인자값은 411.6을 나타내었다. McCabe-thiele 도표 분석 결과로 부터 니켈의 경우 상비(A/O) 1.5에서 3단으로 99%이상 추출이 가능하였다. 한편 탈거액으로 황산을 사용하였고, 최적의 Ni의 탈거를 위해서 필요한 황산농도는 50-60 g/L 이었다.

• 자원리싸이클링
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• 제28권6호
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• pp.79-86
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• 2019

최근, 전기차 증가에 따른 리튬 전지의 사용량 증가로 리튬 가격 증가 및 폐리튬전지 발생량이 증가하고 있다. 이러한 이유로 폐리튬전지 내 리튬 회수에 대한 연구가 진행되고있다. 본 연구에서는 폐전기차 셀분말의 열처리 조건에 따른 선택적 리튬 침출에 관한 연구를 진행하였다. 셀 분말(LiNi_xCo_yMn_zO₂, LiCoO₂)로부터 선택적 리튬 침출을 위해서는 환원을 통한 상변화 및 분리가 필요하다. 폐전기차 셀분말 내 탄소는 고온에서 산소와 반응하여 환원제 역할을 한다. 적정 온도를 알고자 대기/질소 분위기에서 TG-DSC 분석 및 550 ~ 850 ℃ 열처리 후, XRD 분석을 하였다. 열처리 된 분말은 ICP 분석을 위해 D.I water에서 1:10 비율로 침출 후 분석하였다. XRD 분석결과, 700 ℃에서 Li₂CO₃ 피크가 확인되었다. 850 ℃ 열처리 시 Li₂O의 피크가 확인되었는데, 이는 Li₂CO₃가 723 ℃ 이상의 온도에서 Li₂O와 CO₂로 분해되었기 때문이다. 또한 Li₂O와 Al₂O₃와 반응으로 LiAlO₂가 확인되었다. 850 ℃에서 열처리 시 Li 침출율이 낮아졌는데 이는 LiAlO₂가 D.I water에서 침출하지 않기 때문으로 판단된다. 리튬 침출율의 경우 열처리의 조건에 따라 달라지며, 질소 분위기 중 700 ℃로 열처리 시 약 45 %의 리튬침출이 확인되었다. 침출 용액을 고-액분리 후증발농축하여 XRD 분석을 실시한 결과, Li₂CO₃의 피크를 확인하였다.

• 자원리싸이클링
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• 제21권5호
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• pp.79-87
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• 2012

리튬이온전지의 대형화와 범용화에 따라 경제성과 안정성 관점에서 정극재료의 개발은 중요한 과제로 대두되고 있다. 18650 원통형 전지의 에너지 밀도는 발매 초기인 1991년 230Wh/l에서 2005년 2배 이상의 500Wh/l로 증가하였으며, 제품 대부분의 에너지용량은 450~500 Wh/l, 150~190Wh/kg이고 안전성, 제조비 절감 및 장 수명을 중점적으로 개발하고 있다. $LiCoO_2$ 정극활물질 중의 Co가 고가이므로 Co 사용량을 줄이면서 에너지 용량을 향상시키기 위하여 $LiMn_2O_4$, $LiCo_{1/3}N_{i1/3}Mn_{1/3}O_2$, $LiNi_{0.8}Co_{0.15}Al_{0.05}O_2$, $LiFePO_4$-C복합체 (167 mA/g)등이 개발되고 있다. 전동자전거용 전지는 출력밀도 500 Wh/kg, 전동공구용 1,500Wh/kg, EV나 PHEV용으로는 4,000~5,000Wh/kg의 대용량 출력밀도를 요구하고 있으므로 배터리 소재의 성능을 향상시키려고 많은 연구가 진행되고 있다. 최근 Graphene-sulfur 복합체정극활물질 600 Ah/kg, 2차전지용 분자클러스터(molecular cluster) 320 Ah/kg 등의 새로운 정극활물질이 연구 개발되고 있으므로 실용화가 기대된다.

• 자원리싸이클링
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• 제23권4호
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• pp.21-29
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• 2014

폐리튬이온전지 NCM($Li(Ni_xCo_yMn_z)O_2$)양극활물질 내에는 코발트(15 ~ 20%), 니켈(25 ~ 30%), Mn(10 ~ 15%) 및 리튬(5 ~ 10%) 등의 유가금속이 존재한다. 본 연구에서는 폐리튬이온전지 NCM 양극활물질로부터 친환경 유기산인 말릭산을 이용한 유가금속 침출 공정을 연구하였다. 주요공정인자는 말릭산 농도, 과산화수소 농도, 고액비, 반응온도 등이었으며, 침출액 내 금속농도는 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma Optic Emission Spectrometer)를 통해 분석하였다. 환원제($H_2O_2$) 첨가로 인해 유가금속의 침출율이 상승하는 효과를 얻었으며, 최적공정인자는 말릭산 2 M, 과산화수소 5 vol.%, 고액비(solid/liquid ratio) 5 wt.%, 반응온도 $80^{\circ}C$이었으며, 침출율은 코발트 99.10%, 니켈 99.80%, 리튬 99.75%이었다.

• 자원리싸이클링
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• 제24권6호
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• pp.9-16
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• 2015

폐리튬이차전지 양극재 재활용기술에 있어 침출과정을 통해 회수된 유가금속을 다시 원하는 조성의 전구체로 재합성하는 공침공정은 필수적이다. 본 연구에서는 고용량 특성의 Ni-rich 조성인 $LiNi_{0.6}Co_{0.2}Mn_{0.2}O_2$ (NCM 622) 양극재의 전구체 재합성 시 암모니아가 불순물로서 미치는 영향을 확인하는 공침실험을 수행하였다. SEM 및 EDS 분석결과 양극재 전구체 최적 합성조건(금속염 용액 농도 2 M 기준 암모니아수 농도 1 M)에서 암모니아 농도가 증가할수록 원하는 조성의 전구체가 제조되지 않음을 확인하였다. Ni의 설계함량인 60 mol%를 기준하여 암모니아수 농도 1 M ~ 4 M 조건에서 각각 100%, 98%, 95%, 87%에 해당하는 공침효율을 보여주었다. 또한 제조된 전구체 입자들의 구형화도, 균일도 및 크기분포특성 등의 형상학적 특징을 확인하였다.