Abstract
A sequential process that composed of thermal treatments, shredding, calcination, leaching, and precipitation steps was proposed to recycle spent lithium ion batteries (LIB). Electrode materials from LIB was shredded and thermally treated at $500\;^{\circ}C$ in air. The cathodic active material, $LiCoO_2$ powder from the electrode materials, was concentrated by calcination at $800\;^{\circ}C$ for 2 h. At 2 M sulfuric acid and $75\;^{\circ}C$, in the absence of a reducing agent, the extraction of cobalt was less than 40% while the lithium recovery reached almost 100%. When excess of 20 vol% of hydrogen peroxide was added as a reductant, the extraction of both metals exceeded 95%. The extraction of both Co and Li increased by increasing $H_2SO_4$ concentration, temperature, and amount of hydrogen peroxide, but it decreased with the pulp density. With a neutralization step, where LiOH was added to the leach liquor, at pH 7, the cobalt recovery improved to more than 95%.
폐리튬이온전지의 재활용 일환으로 열처리-절단-분급-침출-침전 등으로 이루어진 공정을 제안하였다. 단위공정별로 실험한 결과, $500\;^{\circ}C$에서의 열처리로 분말상의 전극물질을 분리할 수 있었으며, $800\;^{\circ}C$에서의 하소로 양극활물질인 $LiCoO_2$ 분말을 농축할 수 있었다. 농축 분말로부터 코발트와 리튬을 회수하기 위하여 황산침출을 수행하였다. 황산 2M용액, $75\;^{\circ}C$ 조건에서 환원제를 첨가하지 않은 경우, $LiCoO_2$로부터 Li가 거의 100% 침출되는 반면에 Co는 같은 조건에서 40% 이하의 침출율을 보였다. 환원제로 20 vol% 이상의 과산화수소를 첨가하였을 때, Co와 Li의 침출율은 모두 95% 이상이었다. 황산농도, 온도, 과산화수소 첨가량이 증가함에 따라 Co와 Li의 침출율은 증가한 반면에 초기 광액농도가 증가할수록 Co와 Li의 침출율은 감소하였다. 또한 침출액으로부터 코발트와 리튬을 회수하기 위한 중화침전 공정을 제안하였으며, pH 7에서 Co를 95% 이상 회수할 수 있었다.