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WO2025135674A1 - Battery processing method - Google Patents

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Publication number
WO2025135674A1
WO2025135674A1 PCT/KR2024/020207 KR2024020207W WO2025135674A1 WO 2025135674 A1 WO2025135674 A1 WO 2025135674A1 KR 2024020207 W KR2024020207 W KR 2024020207W WO 2025135674 A1 WO2025135674 A1 WO 2025135674A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
module
battery
processing method
discharge
charge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/KR2024/020207
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
한상우
박중길
박종력
김완이
이주승
박준용
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Posco Holdings Inc
Original Assignee
Posco Holdings Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Posco Holdings Inc filed Critical Posco Holdings Inc
Publication of WO2025135674A1 publication Critical patent/WO2025135674A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/40Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless involving thermal treatment, e.g. evaporation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/54Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B2101/00Type of solid waste
    • B09B2101/15Electronic waste
    • B09B2101/16Batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/52Mechanical processing of waste for the recovery of materials, e.g. crushing, shredding, separation or disassembly
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84Recycling of batteries or fuel cells

Definitions

  • It relates to waste batteries, and more specifically, to methods of disposing of batteries.
  • Waste batteries use lithium ion batteries and contain organic solvents, explosive materials, and heavy metals such as Ni, Co, Mn, Fe, and P, as well as carbon and other electrolyte materials.
  • Ni, Co, Mn, Fe, P, and Li have high scarcity value as valuable metals, and the recovery and recycling process after the lithium secondary battery is disposed of is emerging as an important research field.
  • a lithium secondary battery mainly consists of copper and aluminum used as a current collector, Li, Ni, Co, and Mn-containing oxides forming a cathode, and graphite forming a cathode, a separator separating the cathode and the anode, and an electrolyte injected into the separator.
  • the solvent used as the solvent and salt forming the electrolyte is mainly a mixture of carbonate organic substances such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and for example, LiPF 6 is used.
  • the waste batteries including the above lithium secondary batteries have technical issues that require safe dismantling.
  • the waste batteries may be produced as process scraps during battery manufacturing, or may be discharged from electric vehicles or energy storage devices after use.
  • the waste batteries exist in units of cells, modules, or packs, and it is common to check the voltage by unit of pack or module. In the case of the above waste batteries, there are many cases where they are produced as waste batteries due to the end of their lifespan, but in some cases, they are produced due to short-circuiting of electrodes.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a battery processing method that safely discharges a battery even if it contains short-circuited cells and reduces the risk of fire when crushing the discharged battery.
  • a battery processing method may include a step of preparing a waste battery having a pack unit including a plurality of modules or two or more modules, a step of measuring a charge and discharge rate of the waste battery having the pack unit including the plurality of modules or two or more modules to measure an average charge and discharge time, a step of measuring the charge and discharge rate of the waste battery having the module unit to measure an average charge and discharge time of the waste battery having the module unit and comparing the measured charge and discharge time with the average charge and discharge time, and a step of determining a normal module or a defective module based on whether the average charge and discharge time of the waste battery having the pack unit and the charge and discharge time of the waste battery having the module unit satisfy the following Equation 1.
  • t aver means the average charge and discharge time of a pack unit including multiple modules or the number of waste batteries per module unit having two or more modules
  • t module means the charge and discharge time of a waste battery per module unit/the number of cells.
  • the step of electrically discharging a normal module satisfying the above formula 1 to 0.1 V or less may be included.
  • the step of grounding the normal module may be included.
  • the step of crushing the normal module that has performed the electric discharge may be included. In one embodiment, the step of crushing the normal module may be performed in an inert gas.
  • the step of crushing the normal module may be performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 3% or less. In one embodiment, after the step of crushing the normal module, the step of drying the crushed result at a temperature of 200° C. or less may be included. In one embodiment, the step of measuring the charge and discharge rates of the waste battery to determine an average charge and discharge rate may be performed by charging and discharging the waste battery at a constant voltage or constant current.
  • a battery processing method may include a step of preparing a waste battery in a module unit including a plurality of cells, a step of measuring a charge and discharge rate of the waste battery, a step of evaluating a temperature of a cell unit within the module, and a step of determining a normal module or a defective module based on whether a temperature deviation of the cell unit satisfies 3° C. or less.
  • the method may include a step of electrically discharging the normal module to 0.1 V or less. In one embodiment, the method may include a step of crushing the normal module, which has undergone the electrical discharge, in an atmosphere having an oxygen concentration of 0.5% or less. In one embodiment, the method may include a step of drying the crushed result at a temperature of 200° C. or less after the step of crushing the normal module. In one embodiment, the method may include a step of freeze-crushing the defective module.
  • a battery processing method includes the steps of preparing a waste battery having a pack unit including a plurality of modules or two or more modules, measuring a charge and discharge rate of the waste battery having the pack unit including the plurality of modules or two or more modules to measure an average charge and discharge time, measuring the charge and discharge rate of the module-unit waste battery to measure the charge and discharge time of the module-unit waste battery and comparing the measured charge and discharge time with the average charge and discharge time, determining a normal module or a defective module of the module-unit waste battery, crushing the normal module or the defective module, and drying the crushed resultant at a temperature of 200°C or less, wherein the dried resultant can satisfy the following Equation 2.
  • w 1 and w 2 represent the initial weight (Kg) of the crushed result and the weight (Kg) of the dried result, respectively)
  • the step of measuring the charge and discharge rates of each module and comparing them with the average charge and discharge rates to determine whether the module is normal or defective may include a step of determining whether the following Equation 1 is satisfied.
  • the step of electrically discharging a normal module satisfying Equation 1 to 0.1 V or less may be included.
  • the step of freezing a defective module not satisfying Equation 1 may be performed in a temperature range of -20° C. or less.
  • a battery processing method which safely discharges a battery even if it includes a short-circuited cell by checking whether a cell is short-circuited through electrical discharge and safely performing a shredding process, and reduces the risk of fire when shredding the discharged battery.
  • Figure 1 is a drawing showing the temperature of the battery module itself of the present invention measured using a thermal imaging camera.
  • Figures 2a and 2b are graphs of temperature rise before and during battery crushing.
  • first, second, and third, etc. are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers, and/or sections. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer, or section from another part, component, region, layer, or section. Thus, a first part, component, region, layer, or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer, or section without departing from the scope of the present invention.
  • a battery processing method may include a step of preparing a waste battery in the form of a module including a plurality of cells or a pack including a plurality of modules, and a step of determining a normal module or a defective module.
  • the battery processing method of the present invention may be a battery processing method that safely discharges a battery and reduces the risk of fire when the battery is crushed by determining a normal module or a defective module by measuring a charge/discharge rate of a battery in the form of a module or a pack.
  • the step of preparing a module including a plurality of cells, a pack including a plurality of modules including a plurality of modules, or a spent battery having two or more modules may be a lithium secondary battery separated from an automobile, a secondary battery separated from an electronic device such as a mobile phone, a camera, or a laptop, specifically a lithium secondary battery.
  • the lithium secondary battery may be a battery in a module unit including a plurality of cells, or a spent battery in a pack unit including a plurality of modules.
  • the spent battery may include a normal module having a voltage of about 2.0 to 4.5 V on a cell basis and a defective module that is short-circuited and thus difficult to measure the voltage.
  • a step of measuring an average charge and discharge rate by measuring a charge and discharge rate of the waste battery may be included.
  • the step of measuring the average charge and discharge rate by measuring the charge and discharge rate of the waste battery may be performed using a constant-voltage discharge (CVD) or a constant-current discharge (CDC) so that charging and discharging are performed uniformly.
  • CVD constant-voltage discharge
  • CDC constant-current discharge
  • the waste battery in the pack unit can be disassembled into module units. Specifically, it can be a preprocessing step for disassembling the waste battery in the pack unit arranged into a plurality of module units to calculate the charge and discharge rate of each module.
  • a step is included in which the spent batteries in the above-mentioned pack unit are disassembled into modules, and then the charging and discharging speeds are measured for each module, and the charging and discharging times of the spent batteries in the above-mentioned module unit are measured and compared with the average charging and discharging time. Specifically, it may be a step of comparing the charging and discharging times of a plurality of the spent batteries in the above-mentioned module unit with the average charging and discharging time of the spent batteries in the above-mentioned pack unit.
  • Equation 1 It can be determined whether the average charge and discharge time of a waste battery having a pack unit including a plurality of modules or two or more modules and the charge and discharge time of the waste battery in the module unit satisfy the following Equation 1. Specifically, if the average charge and discharge time of a waste battery having a pack unit including a plurality of modules or two or more modules and the charge and discharge time of the waste battery in the module unit satisfy the following Equation 1, it can be determined as a normal module, and if it does not satisfy Equation 1, it can be determined as a short-circuited module in which a short circuit occurs and charging and discharging are not performed smoothly.
  • t aver means the average charge and discharge time of a pack unit including multiple modules or the number of waste batteries per module unit having two or more modules
  • t module means the charge and discharge time of a waste battery per module unit/the number of cells.
  • Satisfying the above equation 1 means that the difference between the average charge and discharge time of the waste battery in the pack unit and the charge and discharge time of the waste battery in the module unit is divided by the average charge and discharge time of the waste battery in the pack unit, which is less than the fraction of the number of cells in the waste battery in the module unit, and this can be an indicator of determining that the module is normal.
  • not satisfying the above equation 1 means that the difference between the average charge and discharge time of the waste battery in the pack unit and the charge and discharge time of the waste battery in the module unit is greater than the fraction of the number of cells in the waste battery in the module unit, which means that at least one of the cells in the module is defective due to a short circuit, etc.
  • the present invention measures the charging and discharging speed of a waste battery to calculate the charging and discharging time, thereby easily determining whether a module in the waste battery is normal or defective.
  • the step of electrically discharging a normal module satisfying the above formula 1 to 0.1 V or less may be included.
  • the normal module satisfying the above formula 1 is a module whose voltage may be lowered by electrical discharge, and the voltage of the module may be lowered to 0.1 V or less, specifically, 0.8 V or less, and more specifically, 0.5 V or less, based on a cell, by performing electrical discharge.
  • sparks do not occur and smoke or fire do not occur in the post-process step of crushing cells, so that the process can be performed safely.
  • a safety issue may be caused in performing the process.
  • a defective module that does not satisfy the above equation 1 may include a step of freezing.
  • the defective module is a module that has a problem such as a short circuit, and has a problem in that the reference voltage of the cells within the module cannot be lowered through electric discharge. By freezing the defective module, the module can be easily discharged without generating waste water like a salt water discharge.
  • the step of freezing the defective module can be performed at a temperature range of -20° C. or lower. In one embodiment, the step of freezing the defective module is performed at a temperature sufficient to freeze an electrolyte included in the battery. Specifically, the step of freezing the defective module can be performed at a temperature range of, for example, -150 to -20° C. More specifically, the temperature range can be performed at a temperature range of -150 to -50° C., and more specifically, -80 to -60° C.
  • the voltage remaining slightly inside the battery for example, about 2 V to 3 V, is lowered to close to 0 V, so that even if a short circuit occurs in which the positive and negative electrodes are in direct contact, a battery reaction does not occur, so the battery temperature does not increase, and gas generation and combustion of the electrolyte do not occur.
  • the electrolyte since the electrolyte is in a frozen state or a state in which vaporization is suppressed, the mobility of lithium ions is very low, so that the conduction characteristics according to the movement of lithium ions can be significantly reduced, and since vaporization of the electrolyte does not occur, flammable gases such as ethylene, propylene, and hydrogen can not be generated.
  • the battery processing method includes a step of freezing a defective module before crushing a battery such as a lithium secondary battery, thereby having the advantage of easily discharging a defective module that is difficult to discharge electricity, thereby preventing the risk of fire that may occur during the battery crushing process.
  • the step of freezing the defective module can be performed for 15 to 36 hours.
  • the step of freezing the defective module can be performed for 20 to 30 hours, specifically, 22 to 27 hours. Since the step of freezing the defective module is performed within the above-described time range, battery stabilization can easily proceed, and when the battery is shredded, a fire can be prevented from occurring from the battery.
  • step of freezing the above-mentioned defective module takes excessively longer than the above-mentioned time, there is a problem of uneconomical efficiency. If the step of freezing the above-mentioned defective module is performed for excessively shorter than the above-mentioned time, there is a problem of battery stabilization not being easily performed.
  • the battery processing method may include a step of grounding the normal module after the step of discharging the electric charge.
  • the (+) pole and the (-) pole of the waste battery for example, the module, which has performed the electric discharge, may be grounded to continuously maintain the discharge state.
  • the step of grounding the voltage of the waste battery may be prevented from being recovered by the standard reduction potential difference.
  • the step of grounding the normal module may be performed for 6 hours or more. Specifically, the step of grounding the module may be performed for 8 hours or more.
  • the battery processing method may include a step of crushing the normal module that has performed the electric discharge or the defective module that has performed the freezing step. Specifically, it may refer to a process of applying an impact or pressure to the battery so that a part of the battery falls off from the battery, which is a normal module that has performed the electric discharge or a defective module that has performed the freezing step.
  • the step of crushing the normal or defective module may refer to a process of crushing the battery, a process of cutting the battery, a process of compressing the battery, and any combination thereof.
  • the step of crushing may include any process that can destroy the battery, which is a normal or defective module, to obtain small-sized fragments.
  • the step of crushing the normal or defective module may include any process of compressing the battery, which is the normal or defective module, or applying an external force, such as a shear force or a tensile force, to destroy the battery.
  • the step of crushing the normal or defective module may be performed, for example, using a crusher.
  • the step of crushing the normal or defective module may be performed at least once. Specifically, the step of crushing may be performed at least once, either continuously or discontinuously.
  • the step of crushing a normal or defective module can be performed under conditions of supplying an inert gas, carbon dioxide, nitrogen, water, or a combination thereof, or under a vacuum atmosphere of 100 torr or less. Since the step of crushing a normal or defective module is performed under the aforementioned gas atmosphere, the process can be performed safely compared to when performed in the atmosphere.
  • the step of crushing the normal or defective module can be performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 3%% or less. Specifically, the step of crushing the normal or defective module can have an oxygen concentration of 3% or less by volume, more specifically, 0.1% or less. In one embodiment, the step of crushing the normal or defective module can be performed within 6 hours.
  • the concentration of the oxygen satisfies the above-mentioned range, the safety problem in the process can be solved, and if the concentration of the oxygen is excessively high, exceeding 6%, there is a problem that a fire may occur by reacting with the electrolyte when a spark occurs in the waste battery.
  • a step of drying the crushed result at a temperature of 200° C. or lower may be included.
  • the drying step may be a step for removing the electrolyte within the crushed result.
  • the drying step may utilize hot air. Specifically, hot air using gas may be applied to the crushed result to remove the electrolyte within the crushed result.
  • the gas for the hot air may be an inert gas.
  • the inert gas may be carbon dioxide, nitrogen, argon, helium, or a combination thereof.
  • the drying step may be performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% or less.
  • the possibility of smoke or fire generation may be reduced.
  • some of the cut battery shreds may recover voltage over time, and at this time, smoke may be generated as they react with the electrolyte that has been evaporated.
  • the possibility of smoke generation from the battery shreds may be significantly reduced.
  • the drying step can be performed within 6 hours, specifically, within 4 hours.
  • the inert gas is used in the drying step, if the oxygen concentration is outside the above-mentioned range, a problem of reduced safety in performing the process may occur.
  • the dried result obtained through the drying step may satisfy the following equation 2.
  • w 1 and w 2 represent the initial weight (Kg) of the crushed result and the weight (Kg) of the dried result, respectively)
  • the above equation 2 refers to the weight change amount when the crushed result is dried, and may be an indicator of the volatilization of the electrolyte.
  • the equation 2 may satisfy 10% or less, specifically, 2.0 to 8.0%, and more specifically, 3.8 to 7.8%.
  • the electrolyte in the crushed result may be volatilized by 40% or more, thereby obtaining a post-stabilized crushed product.
  • the electrolyte may not be easily removed, which may cause safety issues or reduce process efficiency.
  • a battery processing method may provide a method for processing a module-based battery including a plurality of cells.
  • the battery processing method may include a step of preparing a module-based waste battery including a plurality of cells, a step of measuring a charge and discharge rate of the module-based waste battery, a step of evaluating a temperature of a cell unit within the module, and a step of determining a normal module or a defective module based on whether a temperature deviation of the cell unit satisfies 3° C. or less.
  • the step of measuring the charge and discharge rates of the waste battery in the module unit including the plurality of cells can be performed in the same manner as the method of measuring the charge and discharge rates of the waste battery in the module unit in the battery processing method of the waste battery in the pack unit including the plurality of modules described above.
  • a normal module satisfying the above formula 3 may include a step of discharging electricity, a step of crushing, and a step of drying, similar to the method of processing a battery from a unit-of-pack waste battery described above.
  • a defective module not satisfying the above formula 3 may include a step of freezing, a step of crushing, and a step of drying, similar to the method of processing a battery from a unit-of-pack waste battery described above, and a detailed description thereof may be referred to the above-mentioned contents within the scope that is not contradictory.
  • a battery module including a plurality of cells and a battery pack including a plurality of the modules are prepared.
  • the above battery pack was charged and discharged. At this time, when charging and discharging the battery, constant-voltage discharge (CVD) or constant-current discharge (CDC) was used to uniformly charge and discharge. Since multiple modules are arranged in the pack, when the time taken to charge and discharge the entire pack is divided by the number of modules, the average charge and discharge time of the modules is obtained. Thereafter, disassembly is performed for each module. After disassembly for each module, charging and discharging is performed for each module, and this is performed using the same value of constant-voltage discharge or constant-current discharge used in the pack.
  • CVD constant-voltage discharge
  • CDC constant-current discharge
  • the average charge/discharge time (taver) and the specific time above were calculated using the following relationship.
  • the module is judged to be normal.
  • the difference between the average charge/discharge time of the pack and the average discharge time of the module is greater than the fraction of the number of cells in the module, there is a high possibility that at least one cell is defective due to a short circuit, etc., and the module is judged to be defective.
  • An electric discharge was performed on a normal module, where the above average charge/discharge and the above specific time satisfied the above-mentioned relationship.
  • the electric discharge was performed several times to crush the cell according to the voltage, and whether sparks occurred and whether smoke and fire occurred were measured.
  • the + and - poles of the module were grounded to ensure continuous discharge and prevent voltage recovery due to the standard reduction potential difference. At this time, the grounding standard was performed for more than 6 hours.
  • Table 1 below shows the results of measuring whether sparks occur and whether smoke or fire occurs according to voltage when performing an electric discharge.
  • Spark occurrence Using a thermal imaging camera, check whether the temperature rises by more than 20 degrees when measuring. If the temperature is more than 20 degrees, a spark is indicated by ⁇ , if it is between 10 and 20 degrees, it is indicated by ⁇ , and if the temperature does not rise below 10 degrees, a spark is indicated by ⁇ .
  • Smoke and fire occurrence was confirmed by visually observing smoke or fire when performing an electric discharge. If smoke or fire occurred, it was marked with ⁇ , and if no smoke or fire occurred, it was marked with ⁇ .
  • FIGS. 2a and 2b are graphs of temperature rise before and after battery crushing.
  • Figure 2a is a graph of temperature rise before shredding
  • Figure 2b is a graph of temperature rise when the battery is shredded. It was confirmed that no temperature rise occurred before the battery was shredded, and that a temperature rise peak occurred when a spark occurred during the battery shredding.
  • the above battery was shredded using a shredder. At this time, since additional fire may occur inside the shredder, inert gases such as nitrogen, argon, and carbon dioxide were injected to maintain the oxygen content below 1 wt%. In addition, since the shredded material maintains the structure of the battery even when shredded, the size of the shredded material was adjusted to be within 100 mm based on the long axis of the shredded material.
  • the above-mentioned shredded material was supplied with hot air to remove the electrolyte in the above-mentioned shredded material.
  • the atmosphere or nitrogen (N 2 ) gas which is an inert gas, was used as the gas for the hot air.
  • N 2 nitrogen
  • the temperature of the hot air was set to 120°C, and drying was performed for 12 hours.
  • Table 2 shows whether smoke is generated when hot air is supplied to the above-mentioned shredded material, depending on the atmospheric and inert gas conditions.
  • Smoke generation Whether or not the shredded material generated smoke was determined by placing the shredded material on a rotatable table and slowly rotating it at 10 rpm for 4 hours. If smoke was generated, it was marked as ⁇ . If no smoke was generated, but a burning smell or a mist was generated, it was marked as ⁇ . If no smell or mist was generated at all, i.e. no smoke was generated, it was marked as ⁇ .
  • Table 3 below shows the change in weight of the shredded material over time when nitrogen gas was used as hot air in the step of drying the electrolyte and the temperature of the hot air was set to 120°C.
  • the weight of the shredded material was measured using the method below.
  • Weight of shredded material The weight of the shredded material was measured using a scale. The initial weight is the weight of the shredded material measured within 1 minute after shredding in the pre-drying stage. The weight after drying is the weight of the shredded material after the hot air drying stage. The weight change rate is the change rate of the weight after drying calculated based on the initial weight of the shredded material.
  • the battery module may be configured to have a parallel structure using two cells, or may be configured to have a parallel structure of three to four cells. This varies depending on the module design of the battery.
  • heat is generated due to the movement of charges.
  • a thermal imaging camera can find a short-circuited cell with only the temperature difference.
  • the amount of heat generated increases based on the standard potential of the ternary battery at 2.5 V. Below 2.5 V, the internal structure deforms and the amount of heat generated increases.
  • Figure 1 is a drawing showing the temperature of the battery module itself of the present invention measured using a thermal imaging camera.
  • charging and discharging are distinguished separately, and when discharging, the temperature deviation between individual modules is measured using a thermal imaging camera with the external case removed.
  • the figure below shows the temperature deviation in the module, and if there is a short circuit in the center, the temperature rise is slow. It was confirmed that there was an internal short circuit when the temperature deviation was 3°C or more compared to the surroundings. It was confirmed that in most cases of normal cells, the temperature deviation occurred at 3°C or less.

Landscapes

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Abstract

The present invention relates to a battery processing method, and the method comprises the steps of: preparing waste batteries; measuring an average charging and discharging time of the waste batteries; measuring an average charging and discharging time of module-unit waste batteries among the waste batteries, and comparing the measured value with the average charging and discharging time of the waste batteries; and depending on whether an average charging and discharging time of pack-unit waste batteries and a charging and discharging time of a module-unit waste battery satisfy equation 1 according to the present specification, determining whether a corresponding module is normal.

Description

배터리 처리 방법How to dispose of batteries

폐전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 처리 방법에 관한 것이다.It relates to waste batteries, and more specifically, to methods of disposing of batteries.

환경적 문제로 인해 수요와 공급이 급증하고 있는 전기차는 배터리 기술이 핵심적 요소이다. 상기 전기차로부터 발생하는 폐배터리는 상기 폐배터리의 처리 문제가 사회적으로 문제되고 있다. 상기 전기차로부터 발생하는 폐배터리 처리 문제가 사회적 문제로 대두되고 있다. 상기 폐배터리는 리튬 이온 배터리가 사용되고 있으며, 유기용제, 폭발성 물질, 및 Ni, Co, Mn, Fe 및 P와 같은 중금속 물질과 카본(Carbon) 및 기타 전해질 물질들이 함유되어 있으나, 이 중, Ni, Co, Mn, Fe, P 및 Li의 경우 유가 금속으로의 희소가치가 크고, 리튬 이차전지가 폐기된 이후의 회수 및 재활용 공정이 중요한 연구 분야로 부상하고 있다.Electric vehicles, the supply and demand of which are rapidly increasing due to environmental issues, require battery technology as a key element. The disposal of waste batteries generated from said electric vehicles has become a social problem. The disposal of waste batteries generated from said electric vehicles has become a social problem. The waste batteries use lithium ion batteries and contain organic solvents, explosive materials, and heavy metals such as Ni, Co, Mn, Fe, and P, as well as carbon and other electrolyte materials. Among these, Ni, Co, Mn, Fe, P, and Li have high scarcity value as valuable metals, and the recovery and recycling process after the lithium secondary battery is disposed of is emerging as an important research field.

구체적으로, 리튬 이차전지는 집전체로 사용되는 구리와 알루미늄, 양극을 구성하는 Li, Ni, Co, 및 Mn 함유 산화물과 음극을 구성하는 흑연(Graphite)을 주요 구성으로 하고, 상기 양극과 상기 음극을 분리하는 분리판과 상기 분리판에 주입되는 전해액을 포함한다. 상기 전해액을 구성하는 용매(Solvent)와 염(Salt)으로 사용되는 용매는 주로 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate), 프로필렌 카보네이트(Propylene Carbonate)와 같은 카보네이트 유기물을 혼합하여 사용하며, 예를 들어, LiPF6를 사용하고 있다.Specifically, a lithium secondary battery mainly consists of copper and aluminum used as a current collector, Li, Ni, Co, and Mn-containing oxides forming a cathode, and graphite forming a cathode, a separator separating the cathode and the anode, and an electrolyte injected into the separator. The solvent used as the solvent and salt forming the electrolyte is mainly a mixture of carbonate organic substances such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and for example, LiPF 6 is used.

상기 리튬 이차전지를 포함하는 폐배터리는 안전한 해체를 거쳐야하는 기술적 이슈가 있다. 상기 폐배터리는 배터리를 제조할 때 생성되는 공정 스크랩, 과 사용 후 전기차, 또는 에너지 저장 장치로부터 배출될 수 있다. 상기 폐배터리는 셀 단위에서 모듈이나 팩단위로 존재하며, 일반적으로 팩이나 모듈단위로 전압을 체크하는 것이 일반적이다. 상기 폐배터리의 경우 수명을 다하여 폐배터리로 발생되는 경우가 다수이나, 일부 폐배터리의 경우, 전극이 단락되어 발생되는 경우도 있다.The waste batteries including the above lithium secondary batteries have technical issues that require safe dismantling. The waste batteries may be produced as process scraps during battery manufacturing, or may be discharged from electric vehicles or energy storage devices after use. The waste batteries exist in units of cells, modules, or packs, and it is common to check the voltage by unit of pack or module. In the case of the above waste batteries, there are many cases where they are produced as waste batteries due to the end of their lifespan, but in some cases, they are produced due to short-circuiting of electrodes.

상기 폐배터리가 전극이 단락되어 발생되는 경우, 전기적 방전이 불가능하기 때문에 이를 구분하는 것이 중요하다. 그러나, 하나의 팩은 셀을 수 백여개로 직렬 또는 병렬로 연결한 구조이기 때문에, 병렬 구조에서 단락된 셀을 찾기 용이하지 않아 전기적 방전을 수행하기 어려운 실정이다.In the case where the above-mentioned waste battery is caused by a short circuit in the electrodes, it is important to distinguish it because electrical discharge is impossible. However, since one pack is structured with hundreds of cells connected in series or parallel, it is difficult to find a short-circuited cell in the parallel structure, making it difficult to perform electrical discharge.

이러한 문제를 해결하기 위해, 폐배터리를 셀 단위로 분리하고 외피를 절개한 후, 물이나 염수에 담궈 방전시키는 수방전법이 활용되고 있으나, 상기 수방전법은 폐수 또는 염수의 나트륨과 염소가 후공정에서 다양한 문제를 야기시킬 수 있다.To solve these problems, a water discharge method is being utilized in which waste batteries are separated into cell units, the outer shell is cut open, and the batteries are immersed in water or salt water to discharge them. However, the sodium and chlorine in the waste water or salt water can cause various problems in the subsequent process.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리 내 단락된 셀을 포함하더라도 안전하게 배터리를 방전시키고, 방전된 상기 배터리를 파쇄 시 화재의 위험성을 감소시킨 배터리 처리 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a battery processing method that safely discharges a battery even if it contains short-circuited cells and reduces the risk of fire when crushing the discharged battery.

본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 처리 방법은 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리를 준비하는 단계, 상기 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리의 충전 및 방전 속도를 측정하여 평균 충전 및 방전 시간을 측정하는 단계, 상기 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 속도를 측정하여 모듈 단위 폐배터리의 평균 충전 및 방전 시간을 측정하고 상기 평균 충전 및 방전 시간과 비교하는 단계, 및 상기 팩 단위 폐배터리의 평균 충전 및 방전 시간과 상기 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간은 하기 식 1을 만족하는지 여부에 따라 정상 모듈 또는 불량 모듈을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a battery processing method may include a step of preparing a waste battery having a pack unit including a plurality of modules or two or more modules, a step of measuring a charge and discharge rate of the waste battery having the pack unit including the plurality of modules or two or more modules to measure an average charge and discharge time, a step of measuring the charge and discharge rate of the waste battery having the module unit to measure an average charge and discharge time of the waste battery having the module unit and comparing the measured charge and discharge time with the average charge and discharge time, and a step of determining a normal module or a defective module based on whether the average charge and discharge time of the waste battery having the pack unit and the charge and discharge time of the waste battery having the module unit satisfy the following Equation 1.

<식 1><Formula 1>

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(상기 식 1에서 taver는 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리의 평균 충전 및 방전 평균 시간/모듈 단위 폐배터리의 수를 의미하고, tmodule은 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간/셀 수를 의미한다)(In the above equation 1, t aver means the average charge and discharge time of a pack unit including multiple modules or the number of waste batteries per module unit having two or more modules, and t module means the charge and discharge time of a waste battery per module unit/the number of cells.)

일 실시예에서, 상기 식 1을 만족하는 정상 모듈을 0.1 V 이하로 전기 방전하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 전기 방전하는 단계 이후, 상기 정상 모듈을 접지하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of electrically discharging a normal module satisfying the above formula 1 to 0.1 V or less may be included. In one embodiment, after the electrically discharging step, the step of grounding the normal module may be included.

일 실시예에서, 상기 전기 방전을 수행한 상기 정상 모듈을 파쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 정상 모듈을 파쇄하는 단계는 불활성 가스에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the step of crushing the normal module that has performed the electric discharge may be included. In one embodiment, the step of crushing the normal module may be performed in an inert gas.

일 실시예에서, 상기 정상 모듈을 파쇄하는 단계는 산소 농도가 3 % 이하인 분위기에서 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 정상 모듈을 파쇄하는 단계 이후, 파쇄된 결과물을 200 ℃ 이하의 온도로 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 폐배터리에 충전 및 방전 속도를 측정하여 평균 충전 및 방전 속도를 측정하는 단계는 정전압 또는 정전류로 상기 폐배터리를 충전 및 방전을 수행할 수 있다.In one embodiment, the step of crushing the normal module may be performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 3% or less. In one embodiment, after the step of crushing the normal module, the step of drying the crushed result at a temperature of 200° C. or less may be included. In one embodiment, the step of measuring the charge and discharge rates of the waste battery to determine an average charge and discharge rate may be performed by charging and discharging the waste battery at a constant voltage or constant current.

본 발명의 다른 실시예에 따른, 배터리 처리 방법은 복수의 셀을 포함하는 모듈 단위의 폐배터리를 준비하는 단계, 상기 폐배터리에 충전 및 방전 속도를 측정하는 단계, 상기 모듈 내 셀 단위의 온도를 평가하는 단계, 및 상기 셀 단위의 온도 편차가 3 ℃ 이하를 만족하는지 여부에 따라 정상 모듈 또는 불량 모듈을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a battery processing method may include a step of preparing a waste battery in a module unit including a plurality of cells, a step of measuring a charge and discharge rate of the waste battery, a step of evaluating a temperature of a cell unit within the module, and a step of determining a normal module or a defective module based on whether a temperature deviation of the cell unit satisfies 3° C. or less.

일 실시예에서, 상기 정상 모듈을 0.1 V 이하로 전기 방전하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 전기 방전을 수행한 상기 정상 모듈을 산소 농도가 0.5 % 이하인 분위기에서 파쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 정상 모듈을 파쇄하는 단계 이후, 파쇄된 결과물을 200 ℃ 이하의 온도로 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 불량 모듈을 냉동 파쇄하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the method may include a step of electrically discharging the normal module to 0.1 V or less. In one embodiment, the method may include a step of crushing the normal module, which has undergone the electrical discharge, in an atmosphere having an oxygen concentration of 0.5% or less. In one embodiment, the method may include a step of drying the crushed result at a temperature of 200° C. or less after the step of crushing the normal module. In one embodiment, the method may include a step of freeze-crushing the defective module.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 배터리 처리 방법은 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리를 준비하는 단계, 상기 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리의 충전 및 방전 속도를 측정하여 평균 충전 및 방전 시간을 측정하는 단계, 상기 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 속도를 측정하여 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간을 측정하고 상기 평균 충전 및 방전 시간과 비교하는 단계, 상기 모듈 단위 폐배터리의 정상 모듈 또는 불량 모듈을 판단하는 단계, 상기 정상 모듈 또는 불량 모듈을 파쇄하는 단계, 및 상기 파쇄된 결과물을 200 ℃ 이하의 온도로 건조하는 단계를 포함하고, 상기 건조된 결과물은 하기 식 2를 만족할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a battery processing method includes the steps of preparing a waste battery having a pack unit including a plurality of modules or two or more modules, measuring a charge and discharge rate of the waste battery having the pack unit including the plurality of modules or two or more modules to measure an average charge and discharge time, measuring the charge and discharge rate of the module-unit waste battery to measure the charge and discharge time of the module-unit waste battery and comparing the measured charge and discharge time with the average charge and discharge time, determining a normal module or a defective module of the module-unit waste battery, crushing the normal module or the defective module, and drying the crushed resultant at a temperature of 200°C or less, wherein the dried resultant can satisfy the following Equation 2.

<식 2><Formula 2>

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(상기 식 2에서 w1 및 w2는 각각 파쇄된 결과물의 초기 무게(Kg)와 건조된 결과물의 무게(Kg)를 의미한다)(In the above formula 2, w 1 and w 2 represent the initial weight (Kg) of the crushed result and the weight (Kg) of the dried result, respectively)

일 실시예에서, 상기 모듈 단위로 충전 및 방전 속도를 측정하여 상기 평균 충전 및 방전 속도와 비교하여 정상 모듈 또는 불량 모듈을 판단하는 단계는 하기 식 1을 만족하는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of measuring the charge and discharge rates of each module and comparing them with the average charge and discharge rates to determine whether the module is normal or defective may include a step of determining whether the following Equation 1 is satisfied.

<식 1><Formula 1>

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일 실시예에서, 상기 모듈 단위로 충전 및 방전 속도를 측정하여 상기 평균 충전 및 방전 속도와 비교하는 단계 이후, 상기 식 1을 만족하는 정상 모듈을 0.1 V 이하로 전기 방전하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 모듈 단위로 충전 및 방전 속도를 측정하여 상기 평균 충전 및 방전 속도와 비교하는 단계 이후, 상기 식 1을 만족하지 않는 불량 모듈을 냉동시키는 단계는 - 20 ℃ 이하의 온도 범위에서 수행할 수 있다.In one embodiment, after the step of measuring the charge and discharge rates for each module and comparing them with the average charge and discharge rates, the step of electrically discharging a normal module satisfying Equation 1 to 0.1 V or less may be included. In one embodiment, after the step of measuring the charge and discharge rates for each module and comparing them with the average charge and discharge rates, the step of freezing a defective module not satisfying Equation 1 may be performed in a temperature range of -20° C. or less.

본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 처리 방법은 전기적 방전을 통해 셀 단위의 단락 여부를 확인하고, 안전하게 파쇄 공정을 수행함으로써, 단락된 셀을 포함하더라도 안전하게 배터리를 방전시키고, 방전된 상기 배터리를 파쇄 시 화재의 위험성을 감소시킨 배터리 처리 방법을 제공한다.According to one embodiment of the present invention, a battery processing method is provided, which safely discharges a battery even if it includes a short-circuited cell by checking whether a cell is short-circuited through electrical discharge and safely performing a shredding process, and reduces the risk of fire when shredding the discharged battery.

도 1은 본 발명의 배터리 모듈 자체에 대해 열화상 카메라로 온도를 측정한 도면이다.Figure 1 is a drawing showing the temperature of the battery module itself of the present invention measured using a thermal imaging camera.

도 2a 및 도 2b는 배터리 파쇄 전과 파쇄 시 온도 상승에 대한 그래프이다.Figures 2a and 2b are graphs of temperature rise before and during battery crushing.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.The terms first, second, and third, etc. are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers, and/or sections. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer, or section from another part, component, region, layer, or section. Thus, a first part, component, region, layer, or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer, or section without departing from the scope of the present invention.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise. The word "comprising," as used herein, specifies particular features, regions, integers, steps, operations, elements, and/or components, but does not exclude the presence or addition of other features, regions, integers, steps, operations, elements, and/or components.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.When a part is referred to as being "on" or "on" another part, it may be directly on or above the other part, or there may be other parts intervening. In contrast, when a part is referred to as being "directly on" another part, there are no other parts intervening.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms, including technical and scientific terms, used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries are additionally interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the presently disclosed content, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술한 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, these are presented as examples, and the present invention is not limited thereby, and the present invention is defined only by the scope of the claims described below.

본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 처리 방법은 복수의 셀을 포함하는 모듈 또는 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위의 폐배터리를 준비하는 단계 및 정상 모듈 또는 불량 모듈을 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 배터리 처리 방법은 모듈 또는 팩 단위의 배터리에 충방전 속도를 측정함으로써, 정상 모듈 또는 불량 모듈을 판단하여 배터리를 안전하게 방전시키고 배터리 파쇄 시 화재 위험을 감소시키는 배터리 처리 방법일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a battery processing method may include a step of preparing a waste battery in the form of a module including a plurality of cells or a pack including a plurality of modules, and a step of determining a normal module or a defective module. Specifically, the battery processing method of the present invention may be a battery processing method that safely discharges a battery and reduces the risk of fire when the battery is crushed by determining a normal module or a defective module by measuring a charge/discharge rate of a battery in the form of a module or a pack.

복수의 셀을 포함하는 모듈 또는 복수의 모듈을 포함하는 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리를 준비하는 단계는 자동차에서 분리된 리튬 이차 전지, 휴대폰, 카메라 또는 노트북과 같은 전자 기기로부터 분리된 2차 전지 배터리, 구체적으로 리튬 이차 전지일 수 있다. 상기 리튬 이차 전지는 복수의 셀을 포함하는 모듈 단위의 배터리이거나, 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위의 폐배터리 일 수 있다. 상기 폐배터리는 셀 기준으로 2.0 내지 4.5 V 정도의 전압을 갖는 정상 모듈과 단락되어 상기 전압 측정이 용이하지 못한 불량 모듈을 포함할 수 있다.The step of preparing a module including a plurality of cells, a pack including a plurality of modules including a plurality of modules, or a spent battery having two or more modules may be a lithium secondary battery separated from an automobile, a secondary battery separated from an electronic device such as a mobile phone, a camera, or a laptop, specifically a lithium secondary battery. The lithium secondary battery may be a battery in a module unit including a plurality of cells, or a spent battery in a pack unit including a plurality of modules. The spent battery may include a normal module having a voltage of about 2.0 to 4.5 V on a cell basis and a defective module that is short-circuited and thus difficult to measure the voltage.

상기 폐배터리를 준비하는 단계에서, 상기 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리인 경우, 상기 폐배터리에 충전 및 방전 속도를 측정하여 평균 충전 및 방전 속도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폐배터리에 충전 및 방전 속도를 측정하여 평균 충전 및 방전 속도를 측정하는 단계는 정전압 방전(Constant-Voltage Discharge/Recharge)이나 정전류 방전(Constant-Current Discharge/Recharge)를 사용하여 균일하게 충전과 방전이 되도록 수행할 수 있다. 이는 팩에 배치된 복수의 모듈에 대하여, 팩 전체의 충방전 시 걸리는 시간을 모듈의 수로 나누게 되면 모듈의 평균 충전 및 방전 시간을 산출할 수 있다.In the step of preparing the waste battery, if the waste battery is a pack unit including the plurality of modules or has two or more modules, a step of measuring an average charge and discharge rate by measuring a charge and discharge rate of the waste battery may be included. Specifically, the step of measuring the average charge and discharge rate by measuring the charge and discharge rate of the waste battery may be performed using a constant-voltage discharge (CVD) or a constant-current discharge (CDC) so that charging and discharging are performed uniformly. For a plurality of modules arranged in the pack, if the time taken to charge and discharge the entire pack is divided by the number of modules, the average charge and discharge time of the modules can be calculated.

복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리에 충전 및 방전 속도를 측정하여 평균 충전 및 방전 속도를 측정하는 단계 이후, 상기 팩 단위의 폐배터리를 모듈 단위로 해체할 수 있다. 구체적으로, 복수의 모듈 단위로 배치된 상기 팩 단위의 폐배터리를 해체하여 각각의 모듈의 충 방전 속도를 산출하기 위한 전처리 단계일 수 있다.After the step of measuring the charge and discharge rates of a waste battery having a pack unit including a plurality of modules or two or more modules to measure an average charge and discharge rate, the waste battery in the pack unit can be disassembled into module units. Specifically, it can be a preprocessing step for disassembling the waste battery in the pack unit arranged into a plurality of module units to calculate the charge and discharge rate of each module.

상기 팩 단위의 폐배터리를 모듈 단위로 해체한 후, 상기 모듈 단위로 충전 및 방전 속도를 측정하여 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간을 측정하여 상기 평균 충전 및 방전 시간과 비교하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 복수의 상기 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간과 팩 단위 폐배터리의 평균 충전 및 방전 시간을 비교하는 단계일 수 있다.A step is included in which the spent batteries in the above-mentioned pack unit are disassembled into modules, and then the charging and discharging speeds are measured for each module, and the charging and discharging times of the spent batteries in the above-mentioned module unit are measured and compared with the average charging and discharging time. Specifically, it may be a step of comparing the charging and discharging times of a plurality of the spent batteries in the above-mentioned module unit with the average charging and discharging time of the spent batteries in the above-mentioned pack unit.

복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리의 평균 충전 및 방전 시간과 상기 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간은 하기 식 1을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리의 평균 충전 및 방전 시간과 상기 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간은 하기 식 1을 만족하는 경우, 정상 모듈로 판단하고, 상기 식 1을 만족하지 않는 경우, 단락이 생겨 충전 및 방전이 원활하게 수행되지 않는 단락된 모듈을 판단할 수 있다.It can be determined whether the average charge and discharge time of a waste battery having a pack unit including a plurality of modules or two or more modules and the charge and discharge time of the waste battery in the module unit satisfy the following Equation 1. Specifically, if the average charge and discharge time of a waste battery having a pack unit including a plurality of modules or two or more modules and the charge and discharge time of the waste battery in the module unit satisfy the following Equation 1, it can be determined as a normal module, and if it does not satisfy Equation 1, it can be determined as a short-circuited module in which a short circuit occurs and charging and discharging are not performed smoothly.

<식 1><Formula 1>

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(상기 식 1에서 taver는 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리의 평균 충전 및 방전 시간/모듈 단위 폐배터리의 수를 의미하고, tmodule은 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간/셀 수를 의미한다)(In the above equation 1, t aver means the average charge and discharge time of a pack unit including multiple modules or the number of waste batteries per module unit having two or more modules, and t module means the charge and discharge time of a waste battery per module unit/the number of cells.)

상기 식 1을 만족하는 것은 팩 단위 폐배터리의 평균 충전 및 방전 시간과 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간의 차이 값을 팩 단위 폐배터리의 평균 충전 및 방전 시간으로 나눈 값이 모듈 단위 폐배터리에 있는 셀 수의 분율 보다 작은 것을 의미하며 이는 정상 모듈임을 판단하는 지표일 수 있다. 이에 반해, 상기 식 1을 만족하지 못하는 것은 팩 단위 폐배터리의 평균 충전 및 방전 시간과 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간의 차이 값을 팩 단위 폐배터리의 평균 충전 및 방전 시간으로 나눈 값이 모듈 단위 폐배터리에 있는 셀 수의 분율 보다 큰 값을 갖는 것으로, 모듈 내 셀 중 적어도 하나가 단락 등으로 인해 불량인 것을 포함하는 것을 의미한다.Satisfying the above equation 1 means that the difference between the average charge and discharge time of the waste battery in the pack unit and the charge and discharge time of the waste battery in the module unit is divided by the average charge and discharge time of the waste battery in the pack unit, which is less than the fraction of the number of cells in the waste battery in the module unit, and this can be an indicator of determining that the module is normal. In contrast, not satisfying the above equation 1 means that the difference between the average charge and discharge time of the waste battery in the pack unit and the charge and discharge time of the waste battery in the module unit is greater than the fraction of the number of cells in the waste battery in the module unit, which means that at least one of the cells in the module is defective due to a short circuit, etc.

이와 같이, 본 발명은 폐배터리의 충전 및 방전 속도를 측정하여 충전 및 방전 시간을 산출하고 이를 통해 폐배터리 내 모듈의 정상 또는 불량 여부를 용이하게 판단할 수 있다.In this way, the present invention measures the charging and discharging speed of a waste battery to calculate the charging and discharging time, thereby easily determining whether a module in the waste battery is normal or defective.

일 실시예에서, 상기 식 1을 만족하는 정상 모듈을 0.1 V 이하로 전기 방전하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 식 1을 만족하는 정상 모듈은 전기 방전에 의해 전압이 저하될 수 있는 모듈로, 전기 방전을 수행하여 모듈의 전압을 셀 기준으로 0.1 V 이하, 구체적으로, 0.8 V 이하, 더욱 구체적으로, 0.5 V 이하로 저하시킬 수 있다. 상기 정상 모듈을 전술한 범위로 전기 방전시킬 경우, 후공정인 셀을 분쇄하는 단계에서 스파크가 발생하지 않고, 연기 또는 화재가 발생하지 않아 안전하게 공정을 수행할 수 있다. 이에 반해, 전술한 범위를 벗어나는 경우, 공정 수행에 있어서 안전 문제를 유발할 수 있다.In one embodiment, the step of electrically discharging a normal module satisfying the above formula 1 to 0.1 V or less may be included. Specifically, the normal module satisfying the above formula 1 is a module whose voltage may be lowered by electrical discharge, and the voltage of the module may be lowered to 0.1 V or less, specifically, 0.8 V or less, and more specifically, 0.5 V or less, based on a cell, by performing electrical discharge. When the normal module is electrically discharged within the above-described range, sparks do not occur and smoke or fire do not occur in the post-process step of crushing cells, so that the process can be performed safely. In contrast, when it is outside the above-described range, a safety issue may be caused in performing the process.

일 실시예에서, 상기 식 1을 만족하지 않는 불량 모듈은 냉동시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 불량 모듈은 단락과 같은 문제를 포함하는 모듈로, 전기 방전을 통해 모듈 내 셀 기준 전압을 낮출 수 없는 문제가 있다. 상기 불량 모듈을 냉동시킴으로써, 염수 방전과 같이 폐수를 발생시키지 않으며 모듈을 용이하게 방전시킬 수 있다.In one embodiment, a defective module that does not satisfy the above equation 1 may include a step of freezing. The defective module is a module that has a problem such as a short circuit, and has a problem in that the reference voltage of the cells within the module cannot be lowered through electric discharge. By freezing the defective module, the module can be easily discharged without generating waste water like a salt water discharge.

일 실시예에서, 상기 불량 모듈을 냉동시키는 단계는 - 20 ℃ 이하의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 불량 모듈을 냉동시키는 단계는 상기 배터리 내에 포함된 전해질이 냉동되기에 충분한 온도로 실시하는 것이다. 구체적으로, 상기 불량 모듈을 냉동시키는 단계를 예를 들어, - 150 내지 - 20 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 온도 범위는 - 150 내지 - 50 ℃, 더욱 구체적으로, - 80 내지 - 60 ℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the step of freezing the defective module can be performed at a temperature range of -20° C. or lower. In one embodiment, the step of freezing the defective module is performed at a temperature sufficient to freeze an electrolyte included in the battery. Specifically, the step of freezing the defective module can be performed at a temperature range of, for example, -150 to -20° C. More specifically, the temperature range can be performed at a temperature range of -150 to -50° C., and more specifically, -80 to -60° C.

상기 불량 모듈을 상기 온도 범위에서 냉동시키는 경우, 배터리 내부에 미세하게 남아있는 전압, 예를 들어 약 2 V 내지 3 V의 전압이, 0 V에 가깝게 저하되며, 이에 양극 및 음극이 직접 접촉하는 단락이 발생하더라도, 전지 반응이 발생하지 않기 때문에, 전지 온도가 증가하지 않아, 전해질의 가스 발생 및 연소가 발생하지 않게 된다. 또한, 전해질이 냉동 상태 또는 기화 발생이 억제된 상태이기 때문에, 리튬 이온의 이동도가 매우 낮아, 상기 리튬 이온 이동에 따른 통전 특성이 현저하게 감소될 수 있고, 전해액의 기화가 발생하지 않으므로, 에틸렌, 프로필렌, 및 수소의 가연성 기체를 발생시키지 않을 수 있다.When the above-mentioned defective module is frozen in the above-mentioned temperature range, the voltage remaining slightly inside the battery, for example, about 2 V to 3 V, is lowered to close to 0 V, so that even if a short circuit occurs in which the positive and negative electrodes are in direct contact, a battery reaction does not occur, so the battery temperature does not increase, and gas generation and combustion of the electrolyte do not occur. In addition, since the electrolyte is in a frozen state or a state in which vaporization is suppressed, the mobility of lithium ions is very low, so that the conduction characteristics according to the movement of lithium ions can be significantly reduced, and since vaporization of the electrolyte does not occur, flammable gases such as ethylene, propylene, and hydrogen can not be generated.

상기 냉동 공정이 상기 온도 범위를 벗어나는 경우, 전지 내부에 잔존하는 전압이 0 V까지 저하되지 않아, 단락에 의한 전지 반응이 발생될 수 있고, 전해질이 완전하게 냉동되지 않아, 적절하지 않다. 이와 같이, 배터리 처리 방법은 리튬 이차 전지와 같은 배터리를 파쇄하기 전, 불량 모듈을 냉동시키는 단계를 포함함으로써, 전기 방전이 어려운 불량 모듈을 용이하게 방전시켜 배터리 파쇄 공정에서 발생할 수 있는 화재의 위험을 방지할 수 있는 이점이 있다.If the above freezing process is outside the above temperature range, the voltage remaining inside the battery may not be lowered to 0 V, which may cause a battery reaction due to a short circuit, and the electrolyte may not be completely frozen, which is not appropriate. In this way, the battery processing method includes a step of freezing a defective module before crushing a battery such as a lithium secondary battery, thereby having the advantage of easily discharging a defective module that is difficult to discharge electricity, thereby preventing the risk of fire that may occur during the battery crushing process.

일 실시예에서, 상기 불량 모듈을 냉동시키는 단계는 15 내지 36 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 불량 모듈을 냉동시키는 단계는 20 내지 30 시간, 구체적으로, 22 내지 27 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 불량 모듈을 냉동시키는 단계가 전술한 시간 범위에서 수행됨으로써, 배터리 안정화가 용이하게 진행되어, 상기 배터리를 파쇄할 경우, 상기 배터리로부터 화재가 발생하는 것을 방지할 수 있다.In one embodiment, the step of freezing the defective module can be performed for 15 to 36 hours. The step of freezing the defective module can be performed for 20 to 30 hours, specifically, 22 to 27 hours. Since the step of freezing the defective module is performed within the above-described time range, battery stabilization can easily proceed, and when the battery is shredded, a fire can be prevented from occurring from the battery.

상기 불량 모듈을 냉동시키는 단계는 상기 시간 보다 과도하게 많은 시간 소요될 경우, 경제성이 없는 문제가 있다. 상기 불량 모듈을 냉동시키는 단계는 상기 시간 보다 과도하게 낮은 시간 동안 수행될 경우, 배터리 안정화가 용이하게 수행되지 않는 문제가 있다.If the step of freezing the above-mentioned defective module takes excessively longer than the above-mentioned time, there is a problem of uneconomical efficiency. If the step of freezing the above-mentioned defective module is performed for excessively shorter than the above-mentioned time, there is a problem of battery stabilization not being easily performed.

일 실시예에서, 배터리 처리 방법은 상기 전기 방전하는 단계 이후, 상기 정상 모듈을 접지하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 전기 방전을 수행한 폐배터리, 예를 들어 모듈의 (+) 극과 (-) 극을 접지하여 지속적으로 방전 상태를 유지할 수 있다. 상기 접지하는 단계를 포함함으로써, 상기 폐배터리의 전압이 표준환원 전위차에 의해 회복되는 것을 방지할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 정상 모듈을 접지하는 단계는 6 시간 이상 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 모듈을 접지하는 단계는 8 시간 이상 수행될 수 있다.In one embodiment, the battery processing method may include a step of grounding the normal module after the step of discharging the electric charge. Specifically, the (+) pole and the (-) pole of the waste battery, for example, the module, which has performed the electric discharge, may be grounded to continuously maintain the discharge state. By including the step of grounding, the voltage of the waste battery may be prevented from being recovered by the standard reduction potential difference. In one embodiment, the step of grounding the normal module may be performed for 6 hours or more. Specifically, the step of grounding the module may be performed for 8 hours or more.

일 실시예에서, 배터리 처리 방법은 상기 전기 방전을 수행한 상기 정상 모듈 또는 냉동시키는 단계를 수행한 상기 불량 모듈을 파쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전기 방전을 수행한 정상 모듈 또는 냉동시키는 단계를 수행한 불량 모듈인 배터리로부터 상기 배터리의 일부가 떨어져 나가도록 상기 배터리에 충격이나 압박을 가하는 공정을 의미할 수 있다. 상기 정상 또는 불량 모듈을 파쇄하는 단계는 배터리를 분쇄하는 공정, 배터리를 절단하는 공정, 배터리를 압축하는 공정, 및 이들의 조합을 모두 의미할 수 있다. 구체적으로, 파쇄하는 단계는 정상 또는 불량 모듈인 배터리를 파괴시켜 작은 크기의 파쇄물로 얻어질 수 있는 모든 공정을 포함할 수 있다.In one embodiment, the battery processing method may include a step of crushing the normal module that has performed the electric discharge or the defective module that has performed the freezing step. Specifically, it may refer to a process of applying an impact or pressure to the battery so that a part of the battery falls off from the battery, which is a normal module that has performed the electric discharge or a defective module that has performed the freezing step. The step of crushing the normal or defective module may refer to a process of crushing the battery, a process of cutting the battery, a process of compressing the battery, and any combination thereof. Specifically, the step of crushing may include any process that can destroy the battery, which is a normal or defective module, to obtain small-sized fragments.

일 실시예에서, 상기 정상 또는 불량 모듈을 파쇄하는 단계는 상기 정상 또는 불량 모듈인 배터리를 압축하거나, 전단력 또는 인장력과 같은 외력을 가하여 배터리를 파괴하는 공정을 모두 포함할 수 있다. 상기 정상 또는 불량 모듈을 파쇄하는 단계는 예를 들어 파쇄기를 이용하여 실시할 수 있다.In one embodiment, the step of crushing the normal or defective module may include any process of compressing the battery, which is the normal or defective module, or applying an external force, such as a shear force or a tensile force, to destroy the battery. The step of crushing the normal or defective module may be performed, for example, using a crusher.

일 실시예에서, 상기 정상 또는 불량 모듈을 파쇄하는 단계는 적어도 1회 이상 수행할 수 있다. 구체적으로 상기 파쇄하는 단계는 연속적 또는 비연속적으로 적어도 1회 이상 수행될 수 있다.In one embodiment, the step of crushing the normal or defective module may be performed at least once. Specifically, the step of crushing may be performed at least once, either continuously or discontinuously.

일 실시예에서, 정상 또는 불량 모듈을 파쇄하는 단계는 불활성 가스, 이산화탄소, 질소, 물 또는 이들의 조합을 공급하는 조건 또는 100 torr 이하의 진공 분위기 조건 하에서 실시할 수 있다. 상기 정상 또는 불량 모듈을 파쇄하는 단계가 전술한 가스 분위기 하에 수행됨에 따라, 대기에서 수행되는 것과 대비하여 안전성을 가지며 공정을 수행할 수 있다.In one embodiment, the step of crushing a normal or defective module can be performed under conditions of supplying an inert gas, carbon dioxide, nitrogen, water, or a combination thereof, or under a vacuum atmosphere of 100 torr or less. Since the step of crushing a normal or defective module is performed under the aforementioned gas atmosphere, the process can be performed safely compared to when performed in the atmosphere.

일 실시예에서, 정상 또는 불량 모듈을 파쇄하는 단계는 산소 농도가 3 %% 이하인 분위기에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 정상 또는 불량 모듈을 파쇄하는 단계는 산소 농도가 체적 기준 3 % 이하, 더욱 구체적으로, 0.1 % 이하일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 정상 또는 불량 모듈을 파쇄하는 단계는 6 시간 이내에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the step of crushing the normal or defective module can be performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 3%% or less. Specifically, the step of crushing the normal or defective module can have an oxygen concentration of 3% or less by volume, more specifically, 0.1% or less. In one embodiment, the step of crushing the normal or defective module can be performed within 6 hours.

상기 파쇄하는 단계에서 상기 산소의 농도가 전술한 범위를 만족함으로써, 공정 상의 안전성 문제를 해결할 수 있고, 상기 산소의 농도가 과도하게 많은 경우, 6%이상이 되면 폐배터리의 스파크 발생시, 전해액과 반응하여 화재가 발생하는 문제가 있다.In the above crushing step, if the concentration of the oxygen satisfies the above-mentioned range, the safety problem in the process can be solved, and if the concentration of the oxygen is excessively high, exceeding 6%, there is a problem that a fire may occur by reacting with the electrolyte when a spark occurs in the waste battery.

일 실시예에서, 상기 정상 또는 불량 모듈을 파쇄하는 단계 이후, 파쇄된 결과물을 200 ℃ 이하의 온도로 건조하는 단계로 포함할 수 있다. 상기 건조하는 단계는 파쇄된 결과물 내 전해액을 제거하기 위한 단계일 수 있다.In one embodiment, after the step of crushing the normal or defective module, a step of drying the crushed result at a temperature of 200° C. or lower may be included. The drying step may be a step for removing the electrolyte within the crushed result.

일 실시예에서, 상기 건조하는 단계는 열풍을 이용할 수 있다. 구체적으로, 상기 파쇄된 결과물에 기체를 이용한 열풍을 가하여 상기 파쇄된 결과물 내 전해액을 제거할 수 있다. In one embodiment, the drying step may utilize hot air. Specifically, hot air using gas may be applied to the crushed result to remove the electrolyte within the crushed result.

일 실시예에서, 열풍을 위한 상기 기체는 불활성 가스일 수 있다. 예를 들어, 상기 불활성 가스는 이산화탄소, 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 열풍을 위한 기체로 불활성 가스를 사용함으로써, 화재 예방 측면에서 유리한 이점이 있다.In one embodiment, the gas for the hot air may be an inert gas. For example, the inert gas may be carbon dioxide, nitrogen, argon, helium, or a combination thereof. By using an inert gas as the gas for the hot air, there is an advantage in terms of fire prevention.

일 실시예에서, 상기 건조하는 단계는 산소 농도가 5 % 이하인 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 건조하는 단계에서 상기 산소의 농도가 전술한 범위를 만족함으로써, 연기 또는 화재 발생 가능성이 낮아질 수 있다. 구체적으로, 절단된 배터리 파쇄물의 일부는 시간이 지남에 따라 전압이 회복될 수 있고, 이때, 정노 휘발된 전해액과 반응함에 따라 연기가 발생할 수 있다. 이때, 전술한 산소 농도 범위에서 건조를 수행함에 따라, 배터리 파쇄물로부터 연기가 발생할 가능성을 현저히 낮출 수 있다. In one embodiment, the drying step may be performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% or less. By ensuring that the oxygen concentration in the drying step satisfies the above-described range, the possibility of smoke or fire generation may be reduced. Specifically, some of the cut battery shreds may recover voltage over time, and at this time, smoke may be generated as they react with the electrolyte that has been evaporated. At this time, by performing the drying in the above-described oxygen concentration range, the possibility of smoke generation from the battery shreds may be significantly reduced.

일 실시예에서, 상기 건조하는 단계는 6 시간 이내, 구체적으로, 4 시간 이내에서 수행될 수 있다. 상기 건조하는 단계에서 상기 불활성 가스를 사용할 때, 산소 농도가 전술한 범위를 벗어나는 경우, 공정 수행에 있어서 안전성이 저하되는 문제를 야기할 수 있다.In one embodiment, the drying step can be performed within 6 hours, specifically, within 4 hours. When the inert gas is used in the drying step, if the oxygen concentration is outside the above-mentioned range, a problem of reduced safety in performing the process may occur.

일 실시예에서, 상기 건조 단계를 거친 건조된 결과물은 하기 식 2를 만족할 수 있다. In one embodiment, the dried result obtained through the drying step may satisfy the following equation 2.

<식 2><Formula 2>

Figure PCTKR2024020207-appb-img-000005
Figure PCTKR2024020207-appb-img-000005

(상기 식 2에서 w1 및 w2는 각각 파쇄된 결과물의 초기 무게(Kg)와 건조된 결과물의 무게(Kg)를 의미한다)(In the above formula 2, w 1 and w 2 represent the initial weight (Kg) of the crushed result and the weight (Kg) of the dried result, respectively)

상기 식 2는 파쇄된 결과물을 건조시켰을 때의 무게 변화량을 의미하는 것으로 전해액의 휘발에 대한 지표일 수 있다. 상기 식 2는 10 % 이하, 구체적으로, 2.0 내지 8.0 %, 더욱 구체적으로, 3.8 내지 7.8 %를 만족할 수 있다. 상기 식 2가 전술한 범위를 만족함으로써, 파쇄된 결과물 내 전해액이 40 % 이상 휘발되어 후 안정화된 파쇄물을 수득할 수 있다. 상기 식 2가 전술한 범위를 벗어나는 경우, 전해액이 용이하게 제거되지 못하여 안전성이 문제되거나 공정 효율이 저하되는 문제가 있다.The above equation 2 refers to the weight change amount when the crushed result is dried, and may be an indicator of the volatilization of the electrolyte. The equation 2 may satisfy 10% or less, specifically, 2.0 to 8.0%, and more specifically, 3.8 to 7.8%. When the equation 2 satisfies the above-mentioned range, the electrolyte in the crushed result may be volatilized by 40% or more, thereby obtaining a post-stabilized crushed product. When the equation 2 is out of the above-mentioned range, the electrolyte may not be easily removed, which may cause safety issues or reduce process efficiency.

본 발명의 다른 실시예 따른 배터리 처리 방법은 복수의 셀을 포함하는 모듈 단위의 배터리를 처리하는 방법을 제공할 수 있다. 상기 배터리 처리 방법은 복수의 셀을 포함하는 모듈 단위의 폐배터리를 준비하는 단계, 상기 폐배터리에 충전 및 방전 속도를 측정하는 단계, 상기 모듈 내 셀 단위의 온도를 평가하는 단계, 및 상기 셀 단위의 온도 편차가 3 ℃ 이하를 만족하는지 여부에 따라 정상 모듈 또는 불량 모듈을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.A battery processing method according to another embodiment of the present invention may provide a method for processing a module-based battery including a plurality of cells. The battery processing method may include a step of preparing a module-based waste battery including a plurality of cells, a step of measuring a charge and discharge rate of the module-based waste battery, a step of evaluating a temperature of a cell unit within the module, and a step of determining a normal module or a defective module based on whether a temperature deviation of the cell unit satisfies 3° C. or less.

상기 복수의 셀을 포함하는 모듈 단위의 상기 폐배터리에 충전 및 방전 속도를 측정하는 단계는 전술한 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위의 폐배터리의 배터리 처리 방법에서 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 속도를 측정하는 방법과 동일한 방법으로 수행될 수 있다.The step of measuring the charge and discharge rates of the waste battery in the module unit including the plurality of cells can be performed in the same manner as the method of measuring the charge and discharge rates of the waste battery in the module unit in the battery processing method of the waste battery in the pack unit including the plurality of modules described above.

상기 식 3을 만족하는 정상 모듈은 전술한 팩 단위 폐배터리로부터 배터리를 처리하는 방법과 마찬가지로, 전기 방전하는 단계, 파쇄하는 단계, 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 식 3을 만족하지 않는 불량 모듈은 전술한 팩 단위 폐배터리로부터 배터리를 처리하는 방법과 마찬가지로, 냉동시키는 단계, 파쇄하는 단계, 및 건조하는 단계를 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 모순되지 않는 범위에서 전술한 내용을 참조할 수 있다.A normal module satisfying the above formula 3 may include a step of discharging electricity, a step of crushing, and a step of drying, similar to the method of processing a battery from a unit-of-pack waste battery described above. A defective module not satisfying the above formula 3 may include a step of freezing, a step of crushing, and a step of drying, similar to the method of processing a battery from a unit-of-pack waste battery described above, and a detailed description thereof may be referred to the above-mentioned contents within the scope that is not contradictory.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

<실험예 1>: 배터리 팩 내 정상 모듈에 대한 판단 및 처리 방법<Experimental Example 1>: Method for judging and processing normal modules in a battery pack

배터리 준비 단계Battery Preparation Steps

본 발명에서 배터리는 복수의 셀을 포함하는 모듈, 상기 모듈을 복수개 포함하는 배터리 팩을 준비하였다. In the present invention, a battery module including a plurality of cells and a battery pack including a plurality of the modules are prepared.

배터리 내 단락 여부 판단Determining if there is a short circuit in the battery

상기 배터리 팩에 충전과 방전을 실시하였다. 이때, 배터리 충방전 시, 정전압 방전(Constant-Voltage Discharge/Recharge)이나 정전류 방전(Constant-Current Discharge/Recharge)을 사용하여 균일하게 충전과 방전을 수행하였다. 이는 팩 내 복수의 모듈이 배치되고, 상기 팩 전체의 충방전 시 걸리는 시간을 모듈 수로 나누게 되면 모듈의 평균 충방전 시간이 나오게 된다. 이후, 모듈 단위로 해체를 실시한다. 모듈 단위 해체 후 모듈 단위로 충방전을 실시하는데 이는 팩에서 사용하던 정전압 방전 또는 정전류 방전 중 동일한 값을 사용하여 실시한다. The above battery pack was charged and discharged. At this time, when charging and discharging the battery, constant-voltage discharge (CVD) or constant-current discharge (CDC) was used to uniformly charge and discharge. Since multiple modules are arranged in the pack, when the time taken to charge and discharge the entire pack is divided by the number of modules, the average charge and discharge time of the modules is obtained. Thereafter, disassembly is performed for each module. After disassembly for each module, charging and discharging is performed for each module, and this is performed using the same value of constant-voltage discharge or constant-current discharge used in the pack.

이때, 팩에서 모듈 수량을 나누면 모듈의 평균 충방전 시간(taver)이 나온다. 분리된 모듈의 충방전 속도를 비교하여 분리된 모듈이 충방전 속도가 특정 시간 이상 차이가 나면 단락이 발생한 모듈을 판단할 수 있다.At this time, if you divide the number of modules in the pack, you get the average charge/discharge time (taver) of the module. By comparing the charge/discharge speeds of the separated modules, you can determine which module has a short circuit if the charge/discharge speeds of the separated modules differ by more than a certain amount of time.

평균 충방전 시간(taver)과 상기 특정 시간은 하기 관계식을 통해 산출하였다.The average charge/discharge time (taver) and the specific time above were calculated using the following relationship.

<평균 충방전 시간(traver)><Average charge/discharge time (traver)>

Figure PCTKR2024020207-appb-img-000006
Figure PCTKR2024020207-appb-img-000006

<특정 시간><Specific time>

Figure PCTKR2024020207-appb-img-000007
Figure PCTKR2024020207-appb-img-000007

상기 식을 통해, 팩의 충방전 평균시간과 모듈의 평균 방전시간의 차이 값에서 모듈에 있는 셀수의 분율보다 작으면 정상 모듈로 판단한다. 상기 식에서 팩의 충방전 평균시간과 모듈의 평균 방전시간의 차이 값이 모듈에 있는 셀수의 분율보다 클 경우, 적어도 하나의 셀이 단락 등으로 인해 불량인 가능성이 커져 불량 모듈로 판단하게 된다.Through the above formula, if the difference between the average charge/discharge time of the pack and the average discharge time of the module is less than the fraction of the number of cells in the module, the module is judged to be normal. In the above formula, if the difference between the average charge/discharge time of the pack and the average discharge time of the module is greater than the fraction of the number of cells in the module, there is a high possibility that at least one cell is defective due to a short circuit, etc., and the module is judged to be defective.

정상인 모듈에 대한 전기 방전 수행Performing electrical discharge on a normal module

상기 평균 충방전과 상기 특정 시간이 전술한 관계식을 만족하여 정상인 모듈에 대해 전기 방전을 수행하였다. 상기 전기 방전은 여러 차례 전압에 따라서 셀을 분쇄하면서 스파크(Spark) 발생 여부와 연기 및 화재 발생 여부를 측정하였다.An electric discharge was performed on a normal module, where the above average charge/discharge and the above specific time satisfied the above-mentioned relationship. The electric discharge was performed several times to crush the cell according to the voltage, and whether sparks occurred and whether smoke and fire occurred were measured.

방전 이후, 모듈의 +극과 -극을 접지하여 지속적으로 방전이 유지될 수 있도록 하였으며, 표준환원전위차에 의한 전압회복을 방지시켰다. 이때, 접지 기준은 6 시간이상 수행하였다.After discharge, the + and - poles of the module were grounded to ensure continuous discharge and prevent voltage recovery due to the standard reduction potential difference. At this time, the grounding standard was performed for more than 6 hours.

하기 표 1은 전기 방전 수행 시, 전압에 따른 스파크 발생 여부와 연기 및 화재 발생 여부를 측정한 것이다.Table 1 below shows the results of measuring whether sparks occur and whether smoke or fire occurs according to voltage when performing an electric discharge.

상기 스파크 발생 여부와 연기 및 화재 발생 여부는 아래의 방법으로 측정하였다.The occurrence of sparks and the occurrence of smoke and fire were measured using the following methods.

스파크 발생 여부: 열화상카메라를 사용하여 측온 시 온도가 20도이상 상승하는지를 확인하여 20도 이상인 경우 스파크가 발생한 경우를 ○로 표시하고, 10~20도 사이인 한 경우를 △로 표시하며, 10도이하로 승온이 되지 않았을 때는 스파크가 발생하지 않은 경우로 하여 ×로 표시하였다. Spark occurrence : Using a thermal imaging camera, check whether the temperature rises by more than 20 degrees when measuring. If the temperature is more than 20 degrees, a spark is indicated by ○, if it is between 10 and 20 degrees, it is indicated by △, and if the temperature does not rise below 10 degrees, a spark is indicated by ×.

연기 및 화재 발생 여부: 연기 및 화재 발생 여부는 전기 방전을 수행할 때, 육안으로 연기 또는 불이 붙는 것을 확인하였고, 연기 또는 화재가 발생한 경우를 ○로 표시하며, 연기 또는 화재가 발생하지 않은 경우를 ×로 표시하였다. Smoke and fire occurrence : Smoke and fire occurrence was confirmed by visually observing smoke or fire when performing an electric discharge. If smoke or fire occurred, it was marked with ○, and if no smoke or fire occurred, it was marked with ×.

번호number 방전 시
전압
[V]
When discharging
voltage
[V]
스파크
(Spark)
발생
Spark
(Spark)
generation
연기
발생
performance
generation
화재
발생
fire
generation
비고note
실험예Experimental example 44 비교예Comparative example 실험예Experimental example 3.53.5 비교예Comparative example 실험예Experimental example 33 ×× 비교예Comparative example 실험예Experimental example 2.52.5 ×× 비교예Comparative example 실험예Experimental example 22 ×× 비교예Comparative example 실험예Experimental example 1.51.5 ×× ×× 비교예Comparative example 실험예Experimental example 1.01.0 ×× ×× 비교예Comparative example 실험예Experimental example 0.80.8 ×× ×× 실시예Example 실험예Experimental example 0.50.5 ×× ×× ×× 실시예Example 실험예Experimental example 0.20.2 ×× ×× ×× 실시예Example 실험예Experimental example 0.10.1 ×× ×× ×× 실시예Example

상기 표 1을 살펴보면, 직병렬 구조로 된 모듈 내 셀 기준으로 1.0 V 보다 낮은 전압에서 전기 방전을 수행하였을 때, 스파크가 발생하지 않았고, 2.0 V 보다 낮은 전압으로 전기 방전을 수행하였을 때, 연기가 발생하지 않는 것을 확인하였다.도 2a 및 도 2b는 배터리 파쇄 전과 파쇄 시 온도 상승에 대한 그래프이다.Looking at Table 1 above, it was confirmed that when electric discharge was performed at a voltage lower than 1.0 V based on cells in a module with a series-parallel structure, no spark occurred, and when electric discharge was performed at a voltage lower than 2.0 V, no smoke occurred. Figures 2a and 2b are graphs of temperature rise before and after battery crushing.

도 2a는 파쇄 전 온도 상승에 대한 그래프이고, 도 2b는 배터리 파쇄 시 온도 상승에 대한 그래프이다. 배터리 파쇄전에는 온도 상승이 발생하지 않는 것을 확인하였고, 배터리 파쇄 시, 스파크가 발생하였을 때, 승온 피크가 발생하는 것을 확인하였다.Figure 2a is a graph of temperature rise before shredding, and Figure 2b is a graph of temperature rise when the battery is shredded. It was confirmed that no temperature rise occurred before the battery was shredded, and that a temperature rise peak occurred when a spark occurred during the battery shredding.

배터리 파쇄Battery shredding

상기 배터리를 파쇄기를 이용하여 파쇄하였다. 이때, 파쇄기 내부에 추가적인 화재가 발생할 수 있기 때문에, 산소량이 1 wt% 이하로 유지되도록 불활성 가스인 질소, 알곤, 이산화탄소 등을 투입한다. 그리고, 파쇄물은 파쇄가 되더라도 전지의 구조를 유지하고 있기 때문에, 파쇄물의 크기가 상기 파쇄물의 장축을 기준으로 100 mm 이내가 되도록 조절하였다.The above battery was shredded using a shredder. At this time, since additional fire may occur inside the shredder, inert gases such as nitrogen, argon, and carbon dioxide were injected to maintain the oxygen content below 1 wt%. In addition, since the shredded material maintains the structure of the battery even when shredded, the size of the shredded material was adjusted to be within 100 mm based on the long axis of the shredded material.

파쇄물 내 전해액 제거Removal of electrolyte from shredded material

상기 파쇄물에 열풍을 공급하여 상기 파쇄물 내 전해액을 제거하였다. 상기 열풍을 위한 기체로 대기를 사용하거나, 불활성 기체인 질소(N2) 가스를 사용하였다. 이때, 상기 기체가 대기인 경우, 산소 농도를 21 % 정도로 유지하였고, 상기 기체가 불활성 기체인 경우. 산소 농도를 5 % 이하로 유지하였다. 이후, 시간에 따라 연기 발생 여부를 판단하였다. 이때, 열풍의 온도는 120 ℃로 세팅하였고, 12시간 동안 건조를 수행하였다.The above-mentioned shredded material was supplied with hot air to remove the electrolyte in the above-mentioned shredded material. The atmosphere or nitrogen (N 2 ) gas, which is an inert gas, was used as the gas for the hot air. At this time, when the gas was the atmosphere, the oxygen concentration was maintained at about 21%, and when the gas was an inert gas, the oxygen concentration was maintained at 5% or less. Thereafter, whether smoke was generated was determined over time. At this time, the temperature of the hot air was set to 120°C, and drying was performed for 12 hours.

하기 표 2는 상기 파쇄물에 열풍을 공급하였을 때, 대기와 불활성 기체 조건에 따라 연기가 발생하는지 여부를 나타낸다.Table 2 below shows whether smoke is generated when hot air is supplied to the above-mentioned shredded material, depending on the atmospheric and inert gas conditions.

연기 발생 여부: 파쇄물의 연기 발생 여부는 상기 파쇄물을 회전이 가능한 테이블에 배치시킨 후, 10 rpm으로 4 시간 동안 천천히 회전시키며 연기 발생 여부를 판단하였고, 연기가 발생하는 경우, ○로 표시하고, 연기가 발생하지는 않으나, 타는 듯한 냄새가 나거나, 아지랑이가 발생하는 경우, △로 표시하며, 상기 냄새나 아지랑이가 전혀 발생하지 않는 상태 즉 연기가 발생하지 않은 경우, ×로 표시하였다.Smoke generation: Whether or not the shredded material generated smoke was determined by placing the shredded material on a rotatable table and slowly rotating it at 10 rpm for 4 hours. If smoke was generated, it was marked as ○. If no smoke was generated, but a burning smell or a mist was generated, it was marked as △. If no smell or mist was generated at all, i.e. no smoke was generated, it was marked as ×.

처리 시간Processing time 연기 발생 여부Whether smoke occurs 불활성 기체
(산소함량:
5 % 이하)
Inert gas
(Oxygen content:
5% or less)
대기
(산소함량:
21 %)
atmosphere
(Oxygen content:
21%)
11 ×× ×× 22 ×× ×× 33 ×× 44 ×× 66 88 1212 1616 2020 2424 4848

상기 표 2를 살펴보면, 상기 파쇄물에 열풍을 가할 때, 대기 조건에서는 2 시간 이내의 시간 동안 처리하였을 때, 연기가 발생하지 않았고, 불활성 기체 조건에서는 6 시간 이내 시간 동안 처리하였을 때, 연기가 발생하지 않아 화재의 위험성이 없음을 확인하였다.Looking at Table 2 above, when hot air was applied to the shredded material, no smoke was generated when treated for less than 2 hours under atmospheric conditions, and no smoke was generated when treated for less than 6 hours under inert gas conditions, confirming that there was no risk of fire.

파쇄물의 무게 측정 테스트Weight measurement test of shredded material

하기 표 3은 전해액을 건조시키는 단계에서 열풍으로 질소 가스를 사용하고, 열풍의 온도를 120 ℃로 세팅하였을 때, 시간에 따른 파쇄물의 무게 변화를 나타낸다. 상기 파쇄물의 무게는 아래 방법으로 측정하였다.Table 3 below shows the change in weight of the shredded material over time when nitrogen gas was used as hot air in the step of drying the electrolyte and the temperature of the hot air was set to 120°C. The weight of the shredded material was measured using the method below.

파쇄물의 무게: 파쇄물의 무게는 저울을 이용하여 측정하였고, 초기 무게는건조 전 단계에서 파쇄를 하자마자 1분내 측정한 파쇄물의 무게이고, 건조 후 무게는 열풍으로 건조하는 단계를 거친 후 파쇄물의 무게이며, 무게 변화율은 파쇄물의 초기 무게를 기준으로 건조 후 무게의 변화율을 환산한 것이다. Weight of shredded material : The weight of the shredded material was measured using a scale. The initial weight is the weight of the shredded material measured within 1 minute after shredding in the pre-drying stage. The weight after drying is the weight of the shredded material after the hot air drying stage. The weight change rate is the change rate of the weight after drying calculated based on the initial weight of the shredded material.

건조 시간Drying time 무게 측정 테스트Weight Measurement Test 회전테스트Rotation test 비고note 초기 무게
[Kg]
Initial weight
[Kg]
건조 후
무게
[Kg]
After drying
weight
[Kg]
무게 변화율
[%]
Weight change rate
[%]
연기 발생Smoke generation
20분20 minutes 1.011.01 0.990.99 22 비교예Comparative example 30분30 minutes 1.021.02 1.001.00 1.91.9 비교예Comparative example 1시간1 hour 1.051.05 1.11.1 3.83.8 ×× 실시예Example 1시간30분1 hour and 30 minutes 1.011.01 0.970.97 3.93.9 ×× 실시예Example 2시간2 hours 1.031.03 0.970.97 5.85.8 ×× 실시예Example 3시간3 hours 1.021.02 0.960.96 5.95.9 ×× 실시예Example 4시간4 hours 1.011.01 0.950.95 5.95.9 ×× 실시예Example 6시간6 hours 1.031.03 0.960.96 6.86.8 ×× 실시예Example 12시간12 hours 1.021.02 0.940.94 7.87.8 ×× 실시예Example

상기 표 2를 살펴보면, 파쇄물의 무게 변화율이 2 % 이하의 값을 가질 때, 상기 파쇄물에서 연기가 발생하는 것을 확인하였다. 그러나, 상기 파쇄물의 무게 변화율이 3 % 이상을 만족할 때, 연기가 발생하지 않는 것을 확인하였다. 상기 파쇄물에서 무게 비중으로 약 6 %가 변화한 것은 이론적으로 전체 전해액이 약 12 내지 13 %의 무게 비중으로 포함되기 때문에, 전해액이 40 % 이상 저하된 것을 의미할 수 있다.Looking at Table 2 above, it was confirmed that smoke was generated from the shredded material when the weight change rate of the shredded material had a value of 2% or less. However, it was confirmed that smoke was not generated when the weight change rate of the shredded material satisfied 3% or more. Since the weight specific gravity of the shredded material changed by about 6%, theoretically, the total electrolyte is included at a weight specific gravity of about 12 to 13%, it can mean that the electrolyte was reduced by 40% or more.

<실험예 2>: 배터리 팩 내 불량 모듈에 대한 판단 및 처리 방법<Experimental Example 2>: Method for judging and handling defective modules in battery packs

실험예 1에서 배터리 내 단락 여부를 기준으로, 불량인 모듈을 판단하고, 상기 불량인 모듈은 별도의 전기 방전 없이 냉동하는 단계를 수행하였다. 내부 단락의 경우에는 전기방전을 실시하더라도 방전이 되지 않기 때문에 냉동으로 무해화를 실시하였다. 구체적으로, 상기 불량인 모듈에 대해 - 60 ℃에서 24 시간 동안 극저온 처리를 수행하였다. In Experimental Example 1, a defective module was determined based on whether there was a short circuit inside the battery, and the defective module was frozen without a separate electric discharge. In the case of an internal short circuit, since discharge does not occur even if an electric discharge is performed, neutralization was performed by freezing. Specifically, the defective module was subjected to cryogenic treatment at -60°C for 24 hours.

이후, 극저온 처리를 수행한 배터리를 일반 파쇄 장치를 통해 파쇄하였고, 배터리 파쇄 단계 및 이후 건조 단계는 실험예 1과 동일하게 수행하였다. 냉동 파쇄시 냉동 온도는 폐배터리의 충전량에 따라서 차이를 가지게 된다. 충전량이 셀 기준으로 3V이하의 경우 냉동 온도는 - 50 ℃이하에서 실시하며, 3.5V이하에서는 - 70 ℃이하에서 실시한다. 3.5V이상에서는 - 90 ℃에서 실시하게 된다. Thereafter, the batteries that underwent cryogenic treatment were crushed using a general crusher, and the battery crushing step and the subsequent drying step were performed in the same manner as in Experimental Example 1. The freezing temperature during cryo-crushing varies depending on the charge amount of the waste battery. When the charge amount is 3 V or less based on the cell, the freezing temperature is -50 ° C or lower, and when it is 3.5 V or lower, it is -70 ° C or lower. When it is 3.5 V or higher, it is -90 ° C or lower.

파쇄 후에는 안정화 시스템에서 회전을 시키지 않고 보관이 필요하며, 이때 자체 발열에 대한 승온이 진행된다. 파쇄물의 파쇄 조건은 10~50mm이내가 가장 좋으며, 평균 파쇄 크기는 10~30mm 가장 좋다. 더 크면 화재 발생이 높아지며, 10mm보다 작으면 파쇄하는데 파쇄날사이에 끼이는 어려움이 발생한다.After shredding, it is necessary to store it without rotating it in the stabilization system, and at this time, the temperature rises due to self-heating. The shredding condition of the shredded material is best within 10~50mm, and the average shredding size is best within 10~30mm. If it is larger, the risk of fire increases, and if it is smaller than 10mm, it is difficult to shred it because it gets caught between the shredding blades.

<실험예 3>: 배터리 모듈 자체에 대한 판단 및 처리 방법<Experimental Example 3>: Judgment and processing method for the battery module itself

실험예 1의 배터리를 준비하는 단계에서, 배터리 팩이 아닌 복수의 셀을 포함하는 배터리 모듈을 준비하였다. 배터리 모듈은 2개의 셀을 이용하여 병렬 구조를 만들거나, 3~4개까지 병렬구조를 설정하는 경우도 있다. 이는 배터리의 모듈 설계에 따라서 다르게 된다. 배터리를 충방전할 때는 전하의 이동으로 인해 열이 발생하게 되는데, 외부에서 보이는 케이스의 경우 열화상 카메라에서 온도 편차만 가지고도 단락된 셀을 찾을 수 있게된다. 충방전시에는 삼원계 배터리의 표준전위에 의한 2.5V 기준으로 열발생량이 커지게 된다. 2.5V이하부터는 내부 구조가 변형되면서 열발생량이 많아지게 된다. In the step of preparing the battery of Experimental Example 1, a battery module including multiple cells, not a battery pack, was prepared. The battery module may be configured to have a parallel structure using two cells, or may be configured to have a parallel structure of three to four cells. This varies depending on the module design of the battery. When charging and discharging the battery, heat is generated due to the movement of charges. In the case of a case visible from the outside, a thermal imaging camera can find a short-circuited cell with only the temperature difference. During charging and discharging, the amount of heat generated increases based on the standard potential of the ternary battery at 2.5 V. Below 2.5 V, the internal structure deforms and the amount of heat generated increases.

도 1은 본 발명의 배터리 모듈 자체에 대해 열화상 카메라로 온도를 측정한 도면이다.Figure 1 is a drawing showing the temperature of the battery module itself of the present invention measured using a thermal imaging camera.

도 1을 참조하면, 본 발명에서는 충전과 방전할때는 별도로 구분하였으며, 방전할때는 외부 케이스를 제거한 상태에서 열화상 카메라를 통해서 개별 모듈들 간에 온도 편차를 측정하게 된다. 하기의 그림은 모듈에서 온도 편차를 보여주고 있으며, 중앙부에 단락된 경우 온도 상승이 더디게 나타나게 된다. 온도 편차는 약 주변대비 3 ℃ 이상 차이가 발생했을 때 내부 단락이 있는 것을 확인하였다. 대부분 정상 셀의 경우 3 ℃이하에서 온도 편차가 발생하는 것을 확인하였다.Referring to Figure 1, in the present invention, charging and discharging are distinguished separately, and when discharging, the temperature deviation between individual modules is measured using a thermal imaging camera with the external case removed. The figure below shows the temperature deviation in the module, and if there is a short circuit in the center, the temperature rise is slow. It was confirmed that there was an internal short circuit when the temperature deviation was 3℃ or more compared to the surroundings. It was confirmed that in most cases of normal cells, the temperature deviation occurred at 3℃ or less.

이상 바람직한 실시예들에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concepts defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.

Claims (20)

복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리를 준비하는 단계;A step of preparing a pack unit including a plurality of modules or a waste battery having two or more modules; 상기 폐배터리의 충전 및 방전 속도를 측정하여 평균 충전 및 방전 시간을 측정하는 단계;A step of measuring the charging and discharging speed of the above-mentioned waste battery to measure the average charging and discharging time; 상기 폐배터리 내 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 속도를 측정하여 모듈 단위 폐배터리의 평균 충전 및 방전 시간을 측정하고 상기 평균 충전 및 방전 시간과 비교하는 단계; 및A step of measuring the charging and discharging speed of the module-based waste battery in the above waste battery, measuring the average charging and discharging time of the module-based waste battery, and comparing it with the average charging and discharging time; and 상기 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리의 평균 충전 및 방전 시간과 상기 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간은 하기 식 1을 만족하는지 여부에 따라 정상 모듈 또는 불량 모듈을 판단하는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A battery processing method comprising a step of determining a normal module or a defective module based on whether the average charge and discharge time of a waste battery having a pack unit including the plurality of modules or two or more modules and the charge and discharge time of the waste battery in module units satisfy the following Equation 1. <식 1><Formula 1>
Figure PCTKR2024020207-appb-img-000008
Figure PCTKR2024020207-appb-img-000008
(상기 식 1에서 taver는 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리의 평균 충전 및 방전 평균 시간/모듈 단위 폐배터리의 수를 의미하고, tmodule은 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간/셀 수를 의미한다)(In the above equation 1, t aver means the average charge and discharge time of a pack unit including multiple modules or the number of waste batteries per module unit having two or more modules, and t module means the charge and discharge time of a waste battery per module unit/the number of cells.)
제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 식 1을 만족하는 정상 모듈을 0.1 V 이하로 전기 방전하는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A battery processing method comprising a step of electrically discharging a normal module satisfying the above formula 1 to 0.1 V or less. 제2 항에 있어서,In the second paragraph, 상기 전기 방전하는 단계 이후, 상기 정상 모듈을 접지하는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A battery processing method comprising a step of grounding the normal module after the above electric discharging step. 제2 항에 있어서,In the second paragraph, 상기 전기 방전을 수행한 상기 정상 모듈을 파쇄하는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A battery processing method comprising the step of crushing the normal module that has performed the above electric discharge. 제4 항에 있어서,In the fourth paragraph, 상기 정상 모듈을 파쇄하는 단계는 불활성 가스에서 수행되는 배터리 처리 방법.A battery processing method wherein the step of crushing the above normal modules is performed in an inert gas. 제4 항에 있어서,In the fourth paragraph, 상기 정상 모듈을 파쇄하는 단계는 산소 농도가 3 % 이하인 분위기에서 수행되는 배터리 처리 방법.A battery processing method wherein the step of crushing the above normal module is performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 3% or less. 제3 항에 있어서,In the third paragraph, 상기 정상 모듈을 파쇄하는 단계 이후,After the step of crushing the above normal module, 파쇄된 결과물을 200 ℃ 이하의 온도로 건조하는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A battery processing method comprising a step of drying the crushed result at a temperature of 200° C or less. 제7 항에 있어서,In Article 7, 상기 건조하는 단계는 산소 농도가 5 % 이하인 분위기에서 수행되는 배터리 처리 방법.A battery processing method wherein the above drying step is performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% or less. 제1 항에 있어서, In the first paragraph, 상기 불량 모듈을 냉동시키는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A method for processing a battery, comprising the step of freezing the defective module. 제9 항에 있어서,In Article 9, 상기 불량 모듈을 냉동시키는 단계는 - 20 ℃ 이하의 온도 범위에서 수행하는 배터리 처리 방법.A battery processing method in which the step of freezing the above defective module is performed at a temperature range of -20°C or lower. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 폐배터리에 충전 및 방전 속도를 측정하여 평균 충전 및 방전 속도를 측정하는 단계는 정전압 또는 정전류로 상기 폐배터리를 충전 및 방전을 수행하는 배터리 처리 방법.A step of measuring the average charge and discharge speed by measuring the charge and discharge speed of the above-mentioned waste battery is a battery processing method in which the above-mentioned waste battery is charged and discharged with a constant voltage or constant current. 복수의 셀을 포함하는 모듈 단위의 폐배터리를 준비하는 단계;A step for preparing a waste battery in a modular unit including multiple cells; 상기 폐배터리에 충전 및 방전 속도를 측정하는 단계;A step of measuring the charging and discharging speed of the above-mentioned waste battery; 상기 모듈 내 셀 단위의 온도를 평가하는 단계; 및A step of evaluating the temperature of each cell within the module; and 상기 셀 단위의 온도의 편차가 3 ℃ 이하인지 여부에 따라 정상 모듈 또는 불량 모듈을 판단하는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A battery processing method comprising a step of determining a normal module or a defective module based on whether the temperature deviation of the above cell unit is 3℃ or less. 제12 항에 있어서,In Article 12, 상기 정상 모듈을 0.1 V 이하로 전기 방전하는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A battery processing method comprising the step of electrically discharging the above normal module to 0.1 V or less. 제13 항에 있어서,In Article 13, 상기 전기 방전을 수행한 상기 정상 모듈을 산소 농도가 0.5 % 이하인 분위기에서 파쇄하는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A battery processing method comprising the step of crushing the normal module that has undergone the above electric discharge in an atmosphere having an oxygen concentration of 0.5% or less. 제14 항에 있어서,In Article 14, 상기 정상 모듈을 파쇄하는 단계 이후,After the step of crushing the above normal module, 파쇄된 결과물을 200 ℃ 이하의 온도로 건조하는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A battery processing method comprising a step of drying the crushed result at a temperature of 200° C or less. 제12 항에 있어서,In Article 12, 상기 불량 모듈을 냉동 파쇄하는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A method for processing a battery, comprising the step of cryo-crushing the defective module. 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리를 준비하는 단계;A step of preparing a pack unit including a plurality of modules or a waste battery having two or more modules; 상기 폐배터리의 충전 및 방전 속도를 측정하여 평균 충전 및 방전 시간을 측정하는 단계; A step of measuring the charging and discharging speed of the above-mentioned waste battery to measure the average charging and discharging time; 상기 복수의 모듈을 포함하는 팩 단위 또는 2 개 이상의 모듈을 갖는 폐배터리 내 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 속도를 측정하여 상기 모듈 단위 폐배터리의 충전 및 방전 시간을 측정하고 상기 평균 충전 및 방전 시간과 비교하는 단계;A step of measuring the charge and discharge speed of a module-based waste battery in a pack unit including the plurality of modules or a waste battery having two or more modules, thereby measuring the charge and discharge time of the module-based waste battery and comparing it with the average charge and discharge time; 상기 모듈 단위 폐배터리의 정상 모듈 또는 불량 모듈을 판단하는 단계;A step for determining whether the above module unit waste battery is a normal module or a defective module; 상기 정상 모듈 또는 불량 모듈을 파쇄하는 단계; 및A step of crushing the above normal module or defective module; and 상기 파쇄된 결과물을 200 ℃ 이하의 온도로 건조하는 단계를 포함하고,Comprising a step of drying the above crushed result at a temperature of 200 ℃ or less, 상기 건조된 결과물은 하기 식 2를 만족하는 배터리 처리 방법.The above dried result is a battery processing method satisfying the following equation 2. <식 2><Formula 2>
Figure PCTKR2024020207-appb-img-000009
Figure PCTKR2024020207-appb-img-000009
(상기 식 2에서 w1 및 w2는 각각 파쇄된 결과물의 초기 무게(Kg)와 건조된 결과물의 무게(Kg)를 의미한다)(In the above formula 2, w 1 and w 2 represent the initial weight (Kg) of the crushed result and the weight (Kg) of the dried result, respectively)
제17 항에 있어서,In Article 17, 상기 모듈 단위로 충전 및 방전 속도를 측정하여 상기 평균 충전 및 방전 속도와 비교하여 정상 모듈 또는 불량 모듈을 판단하는 단계는 하기 식 1을 만족하는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A battery processing method comprising a step of measuring the charge and discharge rates of each module and comparing them with the average charge and discharge rates to determine whether a module is normal or defective, wherein the step of determining whether the step satisfies the following Equation 1 is included. <식 1><Formula 1>
Figure PCTKR2024020207-appb-img-000010
Figure PCTKR2024020207-appb-img-000010
제18 항에 있어서,In Article 18, 상기 모듈 단위로 충전 및 방전 속도를 측정하여 상기 평균 충전 및 방전 속도와 비교하는 단계 이후,After the step of measuring the charge and discharge speed for each module and comparing it with the average charge and discharge speed, 상기 식 1을 만족하는 정상 모듈을 0.1 V 이하로 전기 방전하는 단계를 포함하는 배터리 처리 방법.A battery processing method comprising a step of electrically discharging a normal module satisfying the above formula 1 to 0.1 V or less. 제17 항에 있어서,In Article 17, 상기 모듈 단위로 충전 및 방전 속도를 측정하여 상기 평균 충전 및 방전 속도와 비교하는 단계 이후,After the step of measuring the charge and discharge speed for each module and comparing it with the average charge and discharge speed, 상기 식 1을 만족하지 않는 불량 모듈을 냉동시키는 단계는 - 20 ℃ 이하의 온도 범위에서 수행하는 배터리 처리 방법.A battery processing method in which the step of freezing a defective module that does not satisfy the above formula 1 is performed in a temperature range of -20°C or less.
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