KR20020093684A - 전극코팅용 고분자물질의 제거방법 및 양극산화물의회수방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리튬폴리머 이차전지에 사용되는 금속을 회수하는 방법에 관련되는 것이며, 특히 양극으로 사용되는 양극산화물(Co₃O₄)을 높은 순도로서 재회수하여 자원 재활용을 가능토록하는 기술이며, 이를 위해 본 발명에서는, 리튬폴리머 이차전지에 사용되는 전극 또는 상기 전극의 제조시 발생되는 스크랩을, 벤젠, 톨루엔, 자일렌,아세톤과 같은 유기용매에 침적시켜 상기 전극 및 스크랩에 부착된 고분자 물질을 제거시킴을 특징으로 하는 전극코팅용 고분자물질의 제거방법 및 고분자물질이 제거된 LiCoO₂로부터 Co₃O₄를 얻는 방법에 관한 것이다.

Description

전극코팅용 고분자물질의 제거방법 및 양극산화물의 회수방법{removing method of high molecular substance for coating a pole and recovering method of an anode-oxide}

본 발명은 리튬폴리머 이차전지에 있어서, 폐건전지나 생산공정시에 발생되는 스크랩등으로부터 양극산화물을 회수하는 기술에 관련되는 것이다. 특히, 양극산화물의 회수율을 높일 수 있도록 양극물질을 감싸고 있는 고분자물질을 효과적으로 제거함을 특징으로 한다.

2차전지는 정보화시대의 도래로 보급이 확산되고 있는 휴대용 정보통신기기에 필수적인 에너지원으로서 반도체등과 함께 중요한 위치를 차지하게 되었다.

리튬폴리머 이차전지의 생산공정은 다음과 같다. 음극의 그리드형 구리포일 양면에 흑연 또는 탄소 분말을 톨루엔, 자일렌등의 유기용매를 사용하여 전해질인 고분자물질과 균일하게 혼합하여 도포한 후 건조시키며, 금속 산화물인 LiCoO₂분말을 톨루엔, 자일렌등의 적당한 유기용매를 사용하여 전해질인 고분자 물질과 균일하게 혼합한 후 그리드 형태의 알루미늄 호일에 도포하여 건조시킨다. 건조가 끝난 두 개의 전극판은 별도의 공정을 거쳐 제작된 고분자 전해막을 사용하여 음전극/전해질/양전극의 순서로 배열하고 이들에 열을 가하여 접합시키는 라미네이터로 동시에 접합하여 리튬폴리머 이차전지 단위셀을 제작하게 된다.

최근에는 이와 같은 리튬폴리머 이차전지 단위셀의 문제점을 보완하여 전지용량을 증대시키고 계면의 문제를 해결한 전지가 제공되고 있다.

이러한 개선된 전지 제조 공정을 보면, 양전극판과 음전극판을 제작함에 있어 슬러리 제조 시 고분자 함량을 높여서 고분자가 전극물질 알갱이를 전부 고분자로 감싸도록하며, 상기와 같이 제조된 전극물질 슬러리를 금속그리드의 양면에 도포하여 양극판과 음극판을 제작하게된다. 이와 같이 제작하게되면 전극판 자체가 전해막을 함유한 형태의 전극판이 되고 별도의 고분자 전해막을 제작할 필요도 없게되는 특징이 있다.

언급한 2가지 제조방법에 의한 이차전지 단위셀의 생산공정중에 상당량의 스크랩이 발생하게된다. 대략 생산공정 중에 발생되는 스크랩의 비율은 대략 10%에 달한다고 한다. 현재 이러한 스크랩은 대부분이 재활용되지 못하는 실정이며 수입에 의존하는 알루미늄이나 LiCoO₂의 낭비가 심하다.

한편, 폐기되는 이차전지의 경우에도 이를 회수하여 각종의 금속이나 LiCoO₂를 재활용한다면 경제적으로도 큰 이익이 될 것은 자명하나, 폐전지를 재활용하는 기술의 부족으로 이 또한 큰 걸림돌이 되고있는 실정이다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 리튬폴리머 이차전지 생산공정중에 발생되는 스크랩 및 폐건전지로부터 유용한 금속과 양극산화물을 회수하여 재활용할 수 있도록하는 전극코팅용 고분자물질의 제거방법 및 양극산화물의 회수방법을 제공하고자 한다.

도 1 - 대표적인 리튬폴리머 이차전지의 구조를 보여주는 모식도.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

1 : 음극구리집전체 2 : 양면으로 도포된 음전극

4 : 양극으로 도포된 양전극 5 : 양극알루미늄집전체

6 : 음극물질 7 : 양극물질

8 : 고분자

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 리튬폴리머 이차전지에 사용되는 전극 또는 상기 전극의 제조시 발생되는 스크랩을, 아세톤 용매에 침적시켜 상기 전극 및 스크랩에 부착된 고분자 물질을 제거시킴을 기술적 요지로 하는 전극코팅용 고분자물질의 제거방법에 관한 것이며, 또한 고분자물질이 제거된 양극물질로부터 순도가 99% 이상인 양극산화물을 회수하는 방법에 관련되는 것이다.

본 발명은 리튬폴리머 이차전지에 있어 양극과 음극사이에서 전해막의 역할을 하게되는 고분자물질을 완전히 제거시킴으로서 이후 공정에서 유용한 금속을 순도높게 회수할 수 있도록 한 기술에 관련되는 것이다.

첨부되는 도1은 대표적인 리튬폴리머 이차전지의 구조를 보여주고 있으며,이것은 별도의 전해막없이 양극판과 음극판을 접착시켜 이루어지는 단위셀을 모식화한 것이다.

도시된 것처럼, 음극구리집전체(1)의 주위로 양면으로 도포된 음전극(2)이 형성되며 상기 음전극(2)은 음극물질(탄소 혹은 흑연)(6)이 고분자(8)로 둘러싸여진 것으로 음극구리집전체(1)의 양면으로 도포되어져 있다. 그리고 양극판의 경우를 보면 양극알루미늄집전체(5)의 양면으로 양전극(4)이 도포되는데 상기 양전극은 양극물질(7)이 고분자(8)로 감싸여져 있는 구조를 이룬다.

언급한 바와 같은 구조에서 특히 양극물질의 회수를 위해서는 먼저 양극판과 음극판을 분리시켜야 하며, 이후 알루미늄집전체를 분리시켜야 한다. 양극판과 음극판은 라미네이터에 의해 상호간에 접합되어져 있으며, 따라서 양극판과 음극판을 분리시키기 위해서는 고온의 열을 가해주어 분리시키게된다. 다음으로는 양극판을 이루는 양극물질을 알루미늄집전체로부터 분리시켜야 한다. 이때 양극물질을 감싸는 고분자물질을 먼저 분리시켜야 하는데, 상기 고분자 물질은 약 500℃의 온도에서 분해되는 바 고온으로 가열시켜 분리시킬 수 있음은 공지의 사실이다.

위와 같이 고분자물질을 제거키위해 500℃ 이상으로 가열시키게 되면 알루미늄집전체의 낮은 융점으로 인해 알루미늄도 함께 녹아 양극물질인 LiCoO₂에 알루미늄불순물이 혼입될 가능성이 높으며, 고분자물질의 분해시 발생하는 탄소물질이 양극 산화물인 LiCoO₂입자 표면에 코팅되므로 산성용액에 완전히 용해되지 않는다.

따라서, 본 발명에서는 전극을 구성하는 고분자물질을 간편하면서도 완벽하게 제거시킬 수 있도록함을 기술적 요지로 한다. 즉, 리튬폴리머 이차전지에 사용되는 전극 또는 상기 전극의 제조시 발생되는 스크랩을, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 아세톤등과 같은 유기용매에 침적시켜 상기 전극 및 스크랩에 부착된 고분자 물질을 제거시키고자 한다.

보다 상세한 과정을 보면, 스크랩이나 전극을 환류장치에 넣고 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 아세톤과 같은 유기용매로서 침적되도록한 다음, 공지의 환류장치에 스크랩이나 전극을 넣고 언급한 유기용매의 끊는점 상당의 온도까지 가열하여 양극물질을 감싸고있는 고분자물질을 분리해내게 된다.

제조공정중에 발생되는 스크랩인 경우에는 상기 환류장치를 거치게됨으로서 고분자물질이 완전히 제거된 양극물질인 LiCoO₂가 얻어질 수 있으며, 전극인 경우에는 알루미늄집전체와 분말상의 양극물질 LiCoO₂가 얻어진다. 이어서는, 상기와 같은 방법에 의해 전극이나 스크랩으로부터 고분자물질을 제거한 후 양극산화물인 Co₃O₄를 회수하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 스크랩(코팅 과정에서 발생하는 코팅 페이스트)으로부터 양극산화물을 얻는것에 대해 설명하기로 한다.

언급한 바와 같이, 환류장치를 이용하여 스크랩으로부터 고분자물질을 제거하게되며, 고분자물질이 제거된 분말을 1:1 산성용액에 넣어 LiCoO₂를 용해시키게 된다. 양극물질인 LiCoO₂는 고분자물질로 감싸여져있는 상태에서는 산과의 접촉이 이루어지지않음으로서 원활한 용해가 이루어질 수 없다. 따라서, 상기와 같이 유기용매로서 고분자물질을 제거하게되면 상기 LiCoO₂는 산성용액에 완전히 용해된다.

다음으로는 LiCoO₂가 용해된 산성용액에 NH₄Cl과 NH₄OH를 첨가하게되며 이로인해 [Co(NH₃)₆]ㆍCl₃의 화학식을 갖는 유기금속착체의 침전물이 생기게된다. 상기 침전물을 900℃에서 6시간 열처리함으로서 순도 99%이상인 양극산화물(Co₃O₄)을 회수하게된다.

이상에서는 스크랩으로부터 양극산화물을 회수하는 방법에 대해 설명하였으며, 이하에서는 전극으로부터 양극산화물을 회수하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

양극판은 알루미늄집전체에 LiCoO₂가 고분자물질로 감싸여진 슬러리가 알루미늄집전체의 양면에 도포되어져 있다. 이러한 양극판을 먼저 유기용매로서 고분자물질을 제거시키게 된다.

이어서는 알루미늄집전체와 분말을 분리시키며, 상기 분말을 산성용액에 넣어 LiCoO₂를 용해시키게된다. LiCoO₂가 용해된 용액에 NH₄Cl과 NH₄OH를 첨가하며 이때 생성되는 [Co(NH₃)₆]ㆍCl₃의 화학식을 갖는 유기금속착체의 침전물을 900℃에서 6시간 열처리하므로서 순도 99% 이상의 양극산화물인 Co₃O₄가 얻어진다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 리튬폴리머 이차전지 제조시 발생되는 스크랩을 회수하여 재활용할 수 있는 양극산화물을 회수할 수 있음으로서 수입대체효과가 생기고 자원낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 리튬폴리머 이차전지에 사용되는 전극 또는 상기 전극의 제조시 발생되는 스크랩을, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 및 아세톤과 같은 유기용매에 침적시켜 상기 전극 및 스크랩에 부착된 고분자 물질을 제거시킴을 특징으로 하는 전극코팅용 고분자물질의 제거방법.
2. 리튬폴리머 이차전지에 사용되는 양극산화물(Co₃O₄)을 회수하는 방법에 있어서,

   고분자 물질로 코팅된 LiCoO₂페이스트를 환류장치를 이용하여 벤젠, 톨루엔, 자일렌 및 아세톤등의 유기용매로서 상기 LiCoO₂에 코팅된 고분자 물질을 제거시키는 단계와;

   고분자물질이 제거된 분말을 산성용액에 넣어 LiCoO₂를 용해시키는 단계와;

   NH₄Cl과 NH₄OH를 첨가하여 생성되는 침전물을 900℃에서 6시간 열처리하는 단계;를 포함하여 구성되어 순도가 99% 이상인 양극산화물(Co₃O₄)을 회수함을 특징으로 하는 양극산화물의 회수방법.
3. 리튬폴리머 이차전지에 사용되는 양극산화물(Co₃O₄)을 회수하는 방법에 있어서,

   양극을 이루는 알루미늄집전체에 고분자 물질로 코팅된 LiCoO₂가 도포된 전극을 벤젠, 톨루엔, 자일렌 및 아세톤과 같은 유기용매로서 고분자 물질을 제거시키는 단계와;

   고분자 물질이 제거된 알루미늄집전체와 분말을 분리하는 단계와;

   상기 분말을 산성용액에 넣어 LiCoO₂를 용해시키는 단계와;

   NH₄Cl과 NH₄OH를 첨가하여 생성되는 침전물을 900℃에서 6시간 열처리하는 단계;를 포함하여 구성되어 순도가 99% 이상인 양극산화물(Co₃O₄)을 회수함을 특징으로 하는 양극산화물의 회수방법.