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WO2025135713A1 - Battery stabilizer and battery stabilization system - Google Patents

Battery stabilizer and battery stabilization system Download PDF

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Publication number
WO2025135713A1
WO2025135713A1 PCT/KR2024/020450 KR2024020450W WO2025135713A1 WO 2025135713 A1 WO2025135713 A1 WO 2025135713A1 KR 2024020450 W KR2024020450 W KR 2024020450W WO 2025135713 A1 WO2025135713 A1 WO 2025135713A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
temperature
shreds
weight
waste battery
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/KR2024/020450
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
이주승
박종력
김학
김천
신용목
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 WO2025135713A1 publication Critical patent/WO2025135713A1/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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • 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
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

  • the present invention relates to waste batteries, a battery stabilization device and a battery stabilization system.
  • lithium secondary batteries which are the main raw materials of said waste batteries, organic solvents, explosive substances, and heavy metals such as Ni, Co, Mn, and Fe are contained, but in the case of Ni, Co, Mn, and Li, they have high scarcity value as valuable metals, and the recovery and recycling process after the lithium secondary batteries are discarded 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, Mn-containing oxides constituting a cathode material, and graphite utilized as an anode material, and includes a separator separating the cathode material and the anode material, and an electrolyte injected into the separator.
  • the solvent and salt used as the electrolyte are mainly a mixture of carbonate organic substances such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and LiPF 6 is used as a representative salt.
  • waste battery recycling process that crushes the waste batteries to produce intermediate materials such as waste battery shreds or black powder, and then recovers valuable metals through a post-process.
  • the waste battery in the waste battery recycling process, generally has a voltage in the range of 3.0 to 3.2 V in a fully discharged state per cell, and a voltage close to 4 V in a fully charged state, although this may vary depending on the number of times the battery has been used or its condition. Therefore, modules or packs in which tens to hundreds of cells are connected have a considerable amount of energy in this residual voltage, and thus, when physically disassembling the waste battery by applying an external shock, safety related to explosion or electric shock of the battery becomes an issue.
  • the salt used in the brine discharge contains a large amount of substances such as Na, K, Cl, Mg, and Ca.
  • Cl in particular is partially removed during the high-temperature heat treatment process, but the black powder, which is a powder in the form of a mixture of oxides of Ni-Co-Mn-Li-O and C obtained by further processing the shredded material or shredded material of the waste battery to remove Al, Cu, and a part of the separator, contains impurities such as Na, K, and Mg, which causes a problem of reducing the recovery rate during the extraction process using acid leaching in the subsequent process of the battery recycling process.
  • a battery stabilization device that stably removes electrolyte from waste battery shreds, thereby reducing the content of impurities and preventing fire.
  • a battery stabilization system that stably removes electrolyte from waste battery shreds, thereby reducing the content of impurities and preventing fire.
  • a battery stabilization device includes an input unit for inputting a sagger into which waste battery shreds are input, a transport unit for transporting the sagger into which the waste battery shreds are input, a first stabilization unit for stabilizing the waste battery shreds at a temperature of 30° C. or lower, a second stabilization unit for stabilizing the waste battery shreds passing through the first stabilization unit at a temperature of 30 to 150° C., and a discharge unit for discharging the stabilized waste battery shreds, wherein the sagger may include a hot air inlet for supplying heat to the waste battery shreds.
  • the first stabilizing unit may include a compressor. In one embodiment, the first stabilizing unit may include at least one weight and temperature measuring unit for measuring the weight of the waste battery shreds.
  • the weight and temperature measuring unit may include a first weight and temperature measuring unit disposed between the input port and the first stabilizing unit, a second weight and temperature measuring unit disposed between the first stabilizing unit and the second stabilizing unit, and a third weight and temperature measuring unit disposed between the second stabilizing unit and the discharge unit.
  • the second stabilizing unit includes an intermediate stabilizing unit and a high-temperature stabilizing unit, and the intermediate stabilizing unit may heat the waste battery shreds in a range of 30 to 120° C., and the high-temperature stabilizing unit may heat the waste battery shreds in a range of 120 to 150° C.
  • the hot air inlet is arranged in the shape of a cylinder, a triangular prism, a square prism, or a polygonal prism, and can emit heat through the outer surface of the shape.
  • the hot air inlet includes a plurality of hot air inlets, and the spacing between the plurality of hot air inlets can be 35 to 45% based on the horizontal length of the saga.
  • the height of the hot air inlet can be from 25% to 50% of the height of the saga. In one embodiment, the height of the hot air inlet can be from 25% to 50% of the height of the saga.
  • the saga may have a structure with an open upper surface.
  • the saga may include a housing surrounding a side of the saga, and may include a mesh portion and a sealing portion disposed below the mesh portion.
  • a battery stabilization treatment system may include a first step of controlling a tap density of waste battery shreds, a second step of measuring a first weight as an initial weight and a first temperature as an initial temperature of the waste battery shreds, a third step of stabilizing the waste battery shreds at a temperature of 30° C.
  • the first step can control the tap density of the waste battery shreds to 200 to 1,400 kg/m 3 .
  • the fifth step can be performed when the first weight and the first temperature of the waste battery shreds measured in the second step and the second weight and the second temperature of the waste battery shreds measured in the fourth step satisfy the following equations 1 and 2.
  • Second temperature - First temperature ⁇ 25 °C
  • the seventh step can be performed.
  • the size of the unit waste battery shreds based on the long axis, which is the longest axis among the horizontal, vertical, and height directions, is 100 mm or less.
  • Figure 2 illustrates a Sagger according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows the change in voltage of a battery according to cooling temperature according to one embodiment of the present invention.
  • Figures 9a to 9c are photographs showing the temperature measurement process of a waste battery and the temperature trend of the shredded material according to the SOC conditions.
  • FIG. 11 is a graph showing the temperature of waste battery shreds over time in low-temperature stabilization, intermediate stage, and high-temperature stabilization stages according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a graph showing the self-heating of battery waste inside a transport vessel.
  • Figure 14 shows the weight reduction ratio (%) of the electrolyte in the shredded waste according to the heat treatment temperature of 150°C after high-temperature stabilization treatment of the shredded waste battery.
  • Figure 15 shows the temperature and weight reduction according to the tap density of battery shreds.
  • Figure 16 shows a graph of the heating rate according to the spacing of hot air inlets.
  • Figure 17 shows a graph of temperature versus time according to the spacing of the hot air inlet and the spacing of the sealing part.
  • 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.
  • FIG. 1A is a perspective view of a battery stabilization device according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic diagram of a battery stabilization device according to one embodiment of the present invention.
  • a battery stabilization device is a device for stabilizing waste battery waste, and may include an inlet section, a transport section, a first stabilization section, a second stabilization section, a weight and temperature measurement section, and a discharge section.
  • the inlet may be a member into which waste battery shreds are fed.
  • the waste battery shreds may be a result of shredding waste batteries.
  • the transport unit may be a member for transporting the saga into which the waste battery shreds have been inserted within the battery stabilization device.
  • the transport unit may be a member for guiding the saga including the waste battery shreds to be discharged through the first stabilization unit and the second stabilization unit to the discharge unit.
  • the transport unit may be a structure arranged in the form of a conveyor belt, for example.
  • the first stabilizing unit can perform stabilization of the waste battery shreds at a low temperature. Specifically, the first stabilizing unit can perform stabilization of the waste battery shreds by transporting the waste battery shreds while being accommodated in the saga and applying hot air to the saga.
  • the first stable portion may include a first heater portion at the bottom.
  • the first heater portion may supply heat to the bottom of the saga.
  • the first heater portion may supply hot air to the saga to heat the waste battery shreds disposed within the saga.
  • the first stabilizing unit can stabilize the waste battery shreds at a temperature of 30° C. or lower. More specifically, the first stabilizing unit can be a member in which the waste battery shreds self-heat and are stabilized. The first stabilizing unit can prevent a problem in which sudden heat generation occurs and a fire may occur when the SoC (State of Charge), which indicates the remaining capacity of the waste battery shreds, is 30% or higher.
  • SoC State of Charge
  • the first stabilizer may include a high-temperature air dryer for supplying air with minimized moisture.
  • the first stabilizer may be a member that supplies dry air from which moisture has been removed while maintaining a temperature of 5 to 20° C., specifically 5 to 15° C.
  • the heater may be a device that creates dry air.
  • the first stabilizer may include a compressor.
  • the compressor may be a screw compressor for forming dry air.
  • the compressor may form a pressure of less than 10 bar.
  • the first stabilizing unit may further include a first vibrating unit. Specifically, the first vibrating unit may be controlled to vibrate and disperse the battery shreds when the first stabilizing unit applies hot air to the battery shreds, thereby allowing heat to be applied evenly to the battery shreds.
  • the second stabilizing unit can perform stabilization of the waste battery shreds at high temperatures. Specifically, the second stabilizing unit can perform stabilization of the waste battery shreds by transporting the waste battery shreds while being accommodated in the saga, and applying hot air to the saga to volatilize the high-temperature volatile electrolyte that has not been volatilized in the first stabilizing unit.
  • the second stable portion may include a second heater portion at the bottom.
  • the second heater portion may supply heat to the bottom of the saga.
  • the second heater portion may supply hot air to the saga to heat the waste battery shreds disposed within the saga.
  • the second stabilizing member may be a member that stabilizes the waste battery shreds at a temperature of 30 to 150° C.
  • the second stabilizing member heats the waste battery shreds in the aforementioned temperature range, thereby volatilizing the electrolyte in the waste battery shreds, thereby reducing the weight of the waste battery shreds and decreasing the tap density.
  • the second stabilizing unit may include an intermediate stabilizing unit and a high temperature stabilizing unit.
  • the intermediate stabilizing unit may be a step of heating the waste battery shreds at a temperature lower than that of the high temperature stabilizing unit.
  • the intermediate stabilizing unit may be a member that performs stabilization of the waste battery shreds at a temperature of 30 to 120° C. Since the second stabilizing unit includes the intermediate stabilizing unit, the temperature of the waste battery shreds can be gradually increased to stably volatilize the electrolyte within the waste battery shreds.
  • the high-temperature stabilizing unit may be a member that performs stabilization of the waste battery shreds at a temperature of 120 to 150° C. As the high-temperature stabilizing unit is performed in the above-described range, high-temperature heat may be applied to the waste battery shreds that have been stabilized through the low-temperature stabilization treatment step to volatilize the remaining electrolyte.
  • the second stabilizing unit may further include a second vibrating unit.
  • the first vibrating unit may be controlled to vibrate and disperse the battery shreds when the second stabilizing unit applies hot air to the battery shreds, thereby allowing heat to be applied evenly to the battery shreds.
  • first stabilizer and the second stabilizer may be arranged in a horizontal or stacked structure.
  • the second stabilizer may be stacked on the first stabilizer, and may be arranged subsequent to the first stabilizer on the same line.
  • the first stabilizing member and the second stabilizing member can apply heat to the battery shreds placed within the saga as the saga moves.
  • the weight and temperature measuring member can be a member that measures the weight of the waste battery shreds. Specifically, the weight and temperature measuring member can measure the weight and temperature of the waste battery shreds with devices such as a load cell, a TC, and a thermal imaging camera.
  • the battery stabilization device may include a weight and temperature measuring unit.
  • the weight and temperature measuring unit may include a first weight and temperature measuring unit positioned between the inlet and the first stabilizing unit, a second weight and temperature measuring unit positioned between the first stabilizing unit and the second stabilizing unit, and a third weight and temperature measuring unit positioned between the second stabilizing unit and the discharge unit.
  • the first weight and temperature measuring unit can measure the initial weight and tap density of the waste battery shreds.
  • the first weight and temperature measuring unit can measure the initial weight and tap density of the waste battery shreds.
  • the first weight and temperature measuring unit can be a member that measures the initial weight and temperature of the waste battery shreds to determine whether or not to proceed with the subsequent stabilization treatment.
  • the first weight and temperature measuring unit may be a member that determines whether the temperature of the waste battery shreds is -20 to 10° C. and whether the weight of the waste battery shreds is similar to the weight of the waste battery before shredding.
  • the first weight and temperature measuring unit may be a member that determines whether the weight of the waste battery shreds is 31.75 to 32.25 kg.
  • the waste battery shreds When the temperature and weight of the waste battery shreds are within the above-mentioned ranges, the waste battery shreds can be moved to the first stable section along the transport section. When the temperature and weight of the waste battery shreds are outside the above-mentioned ranges, particularly when the temperature decrease is large due to initial heat generation after shredding, the movement of the waste battery shreds to the first stable section can be prevented in consideration of problems such as fire occurrence in the waste battery shreds.
  • the second weight and temperature measuring unit may be a member that measures the temperature and weight of the waste battery shreds that have passed through the first stabilizing unit. Specifically, the second weight and temperature measuring unit may be a member that determines whether the temperature of the waste battery shreds that have passed through the first stabilizing unit is 10 to 35° C. and whether the weight of the waste battery shreds is 30.65 to 31.15 kg. When the temperature and weight of the waste battery shreds are within the above-described ranges, the waste battery shreds may be moved to the second stabilizing unit along the transport unit. When the temperature and weight of the waste battery shreds are outside the above-described ranges, the movement to the second stabilizing unit may be prevented in consideration of problems such as a fire outbreak in the waste battery shreds.
  • the third weight and temperature measuring unit may be a member that measures the temperature and weight of the waste battery shreds that have passed through the second stabilizing unit. Specifically, the third weight and temperature measuring unit may be a member that determines whether the temperature of the waste battery shreds that have passed through the second stabilizing unit is 100° C. or less and whether the weight of the waste battery shreds is 29.85 kg or less. When the temperature and weight of the waste battery shreds are within the above-described range, the waste battery shreds can be discharged through the discharge unit. When the temperature and weight of the waste battery shreds are outside the above-described range, the waste battery shreds can be prevented from being discharged through the discharge unit in consideration of problems such as the occurrence of a fire.
  • the discharge unit may be a member through which the waste battery shreds that have passed through the second stabilization unit are discharged to a subsequent process.
  • the discharge unit may be a member through which the stabilized waste battery shreds are discharged to a subsequent process. More specifically, the discharge unit discharges the battery shreds to a subsequent process, and the receiving unit that receives the shreds discharged by the battery shreds may be returned to the shredder.
  • the ratio of the sealed portion may be 30 to 80%, specifically, 35 to 70%, and more specifically, 60 to 70%, based on 100% of the height of the saga.
  • a battery stabilization system includes a first step of controlling a tap density of waste battery shreds, a second step of measuring a first weight as an initial weight and a first temperature as an initial temperature of the waste battery shreds, a third step of stabilizing the waste battery shreds at a temperature of 30° C.
  • the first step of controlling the tap density of the waste battery shredded material may be a step of controlling the tap density of the waste battery shredded material to 200 to 1,400 kg/m 3 .
  • the first step may be a step of controlling the tap density of the waste battery shredded material to 500 to 1,000 kg/m 3 .
  • the tap density of the unit waste battery shredder calculated by the above-described method is 200 to 600 kg/ m3 . Specifically, the tap density can be 240 to 400 kg/ m3 .
  • the above tap density exceeds the upper limit, there is a risk of fire due to instantaneous heat generation by the short circuit of the densely stacked pieces of shredded material, and there is a problem of reduced stabilization processing capacity due to the narrow space through which the electrolyte can escape to the outside. If the above tap density exceeds the lower limit, there is a problem of many gaps between the shredded material and the volume is large, requiring an additional pressurization process to transport it to the post-process.
  • the method may include a step of controlling the unit waste battery shreds constituting the waste battery shreds to satisfy the following conditions 1 and 2.
  • the above layered structure is a laminated structure having 1 or more layers and 7 or fewer layers.
  • the size of the unit waste battery shreds based on the long axis, which is the longest axis among the horizontal, vertical, and height directions, is 100 mm or less.
  • the above layered structure includes, for example, one of anode-separator-cathode, anode-separator, separator-anode, separator-cathode, and cathode-separator, and for example, anode-separator-cathode-separator-anode-separator-cathode may have a three-layered layered structure.
  • the unit waste battery shredder may have a predetermined thickness in the thickness direction since at least one or more layers are laminated.
  • the above condition 1 may mean that the layered structure of the unit waste battery shredder including a separator having a positive or negative electrode laminated on at least one surface is controlled in the step of shredding into a layered structure of 1 or more layers and 7 or fewer layers.
  • the layered structure may be a laminated structure having 1 or more layers and 7 or fewer layers.
  • the layered structure may be a laminated structure having 1 or more layers and 5 or fewer layers.
  • the temperature rise amount of the shredded material can be minimized and the heating time can be appropriately taken. If the layered structure is laminated thicker than the upper limit of the above range, the temperature rise amount excessively increases and the heating time also increases, which causes a problem of combustion.
  • the size of the unit waste battery shreds may be controlled in the shredding step to be 100 mm or less, specifically 50 mm or less. If the maximum size of the waste battery shreds is greater than 100 mm, the temperature of the heat generated due to instability as the waste battery shreds are shredded may rise to a temperature range of 120° C., which is the average vaporization temperature of the electrolyte, and thus a problem in stability, such as a fire, may occur.
  • the step of crushing the waste battery may be included.
  • the step of controlling the proportion of the unit waste battery crushed material satisfying the above conditions 1 and 2 to be 90% or more, specifically 95% or more, of the total volume of the waste battery crushed material may be further included.
  • this may correspond to controlling the proportion of the unit waste battery crushed material having a laminated structure exceeding 7 layers to be 10% or less of the total volume of the waste battery crushed material.
  • the proportion of the unit waste battery crushed material having a laminated structure exceeding 7 layers may be controlled to be 5% or less of the total volume of the waste battery crushed material.
  • the step of crushing the waste battery 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.
  • the step of crushing the waste battery may refer to a process of crushing the battery, a process of cutting the battery, a process of compressing the battery, and a combination thereof.
  • the step of crushing may include any process that can destroy the battery to obtain small-sized fragments.
  • the step of crushing the battery may include any process of compressing the frozen battery or destroying the battery by applying an external force, such as a shear force or a tensile force.
  • the step of crushing the battery may be performed, for example, using a crusher.
  • the step of crushing the battery 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 the battery can be performed under conditions of supplying an inert gas, carbon dioxide, nitrogen, water, or a combination thereof, or under vacuum conditions of 100 torr or less.
  • an inert gas carbon dioxide, nitrogen, water, or a combination thereof
  • vacuum conditions 100 torr or less.
  • the process of freezing the battery is performed by cooling in a temperature range of -60 to -20° C.
  • the supply of oxygen can be suppressed, preventing the electrolyte from reacting with oxygen, thereby preventing an explosion caused thereby, and vaporization of the electrolyte can be suppressed, so that flammable gases such as ethylene, propylene, or hydrogen cannot be generated.
  • the recovery time required to lower the temperature of the waste battery shreds to a range of 20 to 50° C. in the shredding step may be 200 minutes or less. Specifically, the recovery time required to lower the temperature of the waste battery shreds to a range of 35 to 45° C. may be 200 minutes or less.
  • the second step of measuring the first weight, which is the initial weight of the waste battery shreds, and the first temperature, which is the initial temperature may be a step of measuring the initial weight and the initial temperature of the shredded waste battery shreds.
  • the initial weight of the waste battery shreds may be controlled to 30.65 to 31.15 kg.
  • the initial temperature of the waste battery shreds may be controlled to 10 to 35° C.
  • the surface of the unit waste battery shredder may include a combustion region and a top region.
  • the combustion region means an area where at least a portion of the surface of the unit waste battery shredder is burned, and the top region means a top region on the surface where there are no combustion traces.
  • the area ratio of the combustion portion to the top portion on the surface of the unit waste battery shredded material may be 30% or less.
  • the area ratio of the combustion portion to the top portion may be 30% or less.
  • the waste battery shredder is recovered from a waste battery and includes impurities, and the impurities may include, in weight %, Na, Ca, Mg, and K.
  • the waste battery shredder may be a shred residue or black powder manufactured through a process of recovering and crushing the waste battery, which is a pretreatment process of a waste battery recycling process.
  • the waste battery shredder includes impurities, and the impurities may include, in weight %, Na: 0.4 % or less (excluding 0 %), Ca: 0.03 % or less (excluding 0 %), Mg: 0.02 % or less, and K: 0.02 % or less.
  • Sodium (Na) is a homologous element in the post-process of recovering valuable metals from the spent battery shreds, and has the side effect of lowering the recovery of lithium or increasing the cost in the causticization process by partially reacting sodium instead of lithium in the lithium hydroxide forming process.
  • the spent battery shreds may contain 0.4 wt% or less of sodium, and specifically, may contain 0.1 wt% or less of sodium.
  • the waste battery may include a step of freezing.
  • the step of freezing the waste battery may satisfy the following equation 1.
  • W means the weight of the battery, for example, the weight of a battery pack, a single battery, or a combination thereof.
  • the minimum cooling time means the external cooling temperature, which is the cooling temperature applied to the battery, for example, the target temperature for cooling the electrolyte inside the battery.
  • the step of freezing the waste battery has the advantage of being able to perform subsequent processes stably by cooling the electrolyte inside the battery by performing the step for a time longer than the minimum cooling time.
  • the step of freezing the waste battery has the problem that if the battery is frozen for a time shorter than the minimum cooling time, the electrolyte may not be cooled, which may cause a risk of fire when crushed.
  • the step of freezing the above-mentioned waste battery is performed at a temperature sufficient to freeze the electrolyte contained in the battery.
  • the step of freezing may be performed at a temperature range of, for example, -150 to -20°C. More specifically, the temperature range may be -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 has the advantage of preventing the risk of fire that may occur in the battery crushing process by including a freezing step before crushing a battery such as a lithium secondary battery.
  • the waste battery shreds can be moved to the first stable section along the transport section.
  • the movement to the first stable section can be prevented in consideration of problems such as the occurrence of a fire in the waste battery shreds.
  • the above low-temperature stabilization treatment step may be a step of stabilizing the crushed waste battery fragments at a temperature of 30° C. or lower.
  • the third step of stabilizing the waste battery fragments at a temperature of 30° C. or lower may be a step of slowly transporting the waste battery fragments in a low-temperature state while removing the electrolyte.
  • the low-temperature stabilization treatment step may be a step in which the shredded waste battery shreds self-heat and are stabilized. More specifically, there is a difference in self-heating of the shreds depending on the condition of the SoC (State of Charge) indicating the remaining capacity of the battery.
  • SoC State of Charge
  • the low-temperature stabilization treatment step may be a preliminary step for stabilizing the battery at a temperature of 10° C or lower to minimize the aforementioned fire risk.
  • the third step which is a low-temperature stabilization step, can be performed for 6 to 24 hours. If the low-temperature stabilization treatment step is outside the upper limit of the above-mentioned time range, the fire risk is minimized, but there is a problem that the manufacturing lead time is lengthened and productivity is reduced. If the low-temperature stabilization treatment step is outside the lower limit of the above-mentioned time range, the electrolyte may not be removed sufficiently safely, which may lead to a problem of a post-process fire.
  • the fourth step of measuring the second weight and the second temperature of the waste battery shreds that have gone through the third step is a step of measuring the weight and temperature of the waste battery shreds that have gone through the low-temperature stabilization step.
  • the third step may be a step of determining whether the waste battery shreds that have gone through the low-temperature stabilization are suitable for high-temperature stabilization.
  • the fifth step which is a high-temperature stabilization step, can be performed.
  • the above equations 1 and 2 represent the weight reduction (%) and temperature difference between the low-temperature stabilized waste battery shreds and the initial waste battery shreds. Specifically, the equation 1 represents the weight reduction after the low-temperature stabilization treatment, and the equation 2 represents the temperature difference before and after the low-temperature stabilization.
  • the waste battery shreds have the advantage of not causing a fire and smoothly evaporating the electrolyte even if a high-temperature stabilization step is performed.
  • the waste battery shreds that have undergone a low-temperature stabilization step cannot perform the subsequent high-temperature stabilization step, and the fourth step, which is a low-temperature stabilization step, can be continued until the conditions of the equations 1 and 2 are satisfied.
  • the fifth step of stabilizing the spent battery shreds that have gone through the fourth step at a temperature of 30 to 150° C. may be a high-temperature stabilization step of the spent battery shreds at a temperature higher than that of the low-temperature stabilization step.
  • the high-temperature stabilization step may be a step of applying high-temperature heat to the spent battery shreds that have been stabilized through the low-temperature stabilization step to volatilize the electrolyte within the spent battery shreds.
  • the intermediate stabilization step can be performed at a temperature higher than the low temperature stabilization treatment step and lower than the high temperature stabilization treatment step. In one embodiment, the intermediate stabilization treatment step can be performed at 30 to 120 °C. In one embodiment, the intermediate stabilization treatment step can be performed by a multi-stage heat treatment. The intermediate stabilization treatment steps can be sequentially performed at 30 to 60 °C, 60 to 90 °C, and 90 to 120 °C.
  • the temperature of the spent battery shreds can be gradually increased to stably volatilize the electrolyte within the spent battery shreds.
  • the high temperature stabilization step may be performed at 120 to 150° C.
  • the high temperature stabilization step may be a step of applying high temperature heat to the spent battery shreds stabilized through the low temperature stabilization step to volatilize the electrolyte within the spent battery shreds.
  • the above high-temperature stabilization step exceeds the upper limit of the above-mentioned temperature range, there is a problem of fire occurrence. If the above high-temperature stabilization step exceeds the lower limit of the above-mentioned temperature range, there is a problem of the electrolyte in the waste battery shreds not being sufficiently volatilized.
  • the high temperature stabilization step can be performed for 5 to 12 hours. If the high temperature stabilization step is outside the upper limit of the above-mentioned time range, there is a problem with productivity due to an increase in manufacturing lead time. If the high temperature stabilization step is outside the lower limit of the above-mentioned time range, there is a problem that the electrolyte is not sufficiently removed, which may cause a fire in the subsequent process.
  • the above equations 3 and 4 represent the weight reduction (%) and the temperature difference between the spent battery shreds that have undergone high-temperature stabilization and the spent battery shreds before performing the high-temperature stabilization step.
  • a subsequent process such as a high-temperature reduction process
  • the electrolyte in the spent battery shreds is volatilized
  • a fire does not occur and the subsequent process can be performed with stability.
  • the above equations 3 and 4 are not satisfied, there is a problem in that a fire occurs due to the electrolyte in the spent battery shreds when performing the subsequent process, making it difficult to perform the process.
  • the spent battery shreds can continuously perform the 6th step, which is the high-temperature stabilization step, until the above equations 3 and 4 are satisfied.
  • Figure 4 shows the change in voltage of a battery according to cooling temperature according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship among battery weight, external cooling temperature, and cooling time according to one embodiment of the present invention.
  • a battery processing method can derive a minimum cooling time for cooling a battery in the step of freezing a battery.
  • the minimum cooling time is related to the battery weight, the external cooling temperature, and the target temperature.
  • the target temperature is set to -70° C. and the battery weights are 2.5 kg (A), 10 kg (B), 20 kg (C), and 50 kg (D), respectively.
  • the external cooling temperature and the minimum cooling time are shown.
  • the electrolyte of the battery starts cooling after a predetermined time and the voltage becomes 0 V.
  • a minimum maintenance time is required to sufficiently cool the inside, specifically the electrolyte, when cooling the battery.
  • the battery weight and time for cooling are required.
  • the minimum time required for cooling can be confirmed by using the external cooling temperature for refrigeration, the target temperature, and the battery weight to cool the battery.
  • Table 1 lists the minimum cooling time based on battery weight and external cooling temperature.
  • Table 2 compares the fire occurrence status of the examples and comparative examples according to the same battery weight, external cooling temperature, and minimum freezing time according to 6a to 6d. The determination of the fire occurrence status was made as follows: if fire occurrence was observed after battery crushing, “O”; otherwise, “X”.
  • a standard for stabilizing the shredded material is set by measuring how much the temperature of the shredded material rises.
  • Figure 7 is a graph of temperature over time of a shredded material according to one embodiment of the present invention.
  • the temperature change over time was confirmed. Specifically, after shredding a battery that had gone through a freezing step, the 20 mm-sized shredded materials among the generated shredded materials were placed in the air and the temperature change over time was measured using a cooling method using air. In the case of 20 mm-sized shredded materials, it can be confirmed that the maximum ignition temperature is approximately 65°C. It can be confirmed that this is lower than the average vaporization temperature of the electrolyte, which is 120°C.
  • Table 3 below shows the temperature increase amount measured according to the size of the crushed material.
  • Average shred size (mm) 10 20 50 100 150 Temperature increase [°C] 30 50 65 90 110 140
  • the crushed material was maintained at a room temperature of 30°C for about 3 hours based on an average crushed material size of 20 mm, and at this time, it was confirmed that the increased temperature of the crushed material had dropped to the room temperature level.
  • the stabilization time for fragments less than 100 mm, there is no problem if the holding time is within several minutes, but for fragments greater than 100 mm, the stabilization time must be at least 3 hours.
  • Table 4 below shows the temperature rise according to the layered structure in a unit battery shredder according to one embodiment of the present invention, as measured by a thermal imaging camera.
  • the size of the shredded material was measured based on the long axis among the long and short axes of the shredded material.
  • the battery with SoC 0% was crushed in a frozen state, and the initial temperature started at about -60°C and increased to a maximum temperature of about 30°C, and the battery with SOC 30% was confirmed to rise to 60°C.
  • the maximum temperature trend according to the SOC condition caused a fire during stabilization when it was 80% or higher.
  • the weight loss ratio after reheating the shredded material was confirmed by reheating the unit battery shredded material that had gone through the high-temperature stabilization treatment step to 150 °C and then checking the weight loss ratio before and after heating.
  • Stability was indicated as ⁇ if a fire occurred during the battery crushing process, and ⁇ if no fire occurred.
  • the low-temperature stabilization treatment of the example was performed in the range of 10 to 25°C for 6 to 12 hours, and the high-temperature stabilization treatment was performed in the range of 130 to 150°C for 6 to 12 hours.
  • the weight loss after reheating the shredded material it can be confirmed that it is 1.0% or less, and since the weight loss after reheating the shredded material satisfies 1.0% or less, it was confirmed that the electrolyte reduction amount is large and stability in the post-process is secured.

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Abstract

The present invention relates to a battery stabilizer and a battery stabilization system, and comprises: an input unit for inputting a sagger into which waste battery crushed material has been loaded; a transport unit for transporting the sagger into which the waste battery crushed material has been loaded; a first stabilization unit for stabilizing the waste battery crushed material at a temperature of 30°C or lower; a second stabilization unit for stabilizing, at a temperature of 30°C to 150°C, the waste battery crushed material that has passed through the first stabilization unit; and a discharge unit for discharging the stabilized waste battery crushed material, wherein the sagger includes a hot air inlet for supplying heat to the waste battery crushed material.

Description

배터리 안정화 장치 및 배터리 안정화 시스템Battery stabilization device and battery stabilization system

폐전지에 관한 것으로서, 배터리 안정화 장치 및 배터리 안정화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to waste batteries, a battery stabilization device and a battery stabilization system.

전세계적으로 전기차에 대한 수요가 활발해짐에 따라, 상기 전기차로부터 발생하는 폐배터리 처리 문제가 사회적 문제로 대두되고 있다. 상기 폐배터리의 주된 원료가 되는 리튬 이차전지의 경우, 유기용제, 폭발성 물질, 및 Ni, Co, Mn, 및 Fe와 같은 중금속 물질들이 함유되어 있으나, Ni, Co, Mn, 및 Li의 경우 유가 금속으로서의 희소가치가 크고, 리튬 이차전지가 폐기된 이후의 회수 및 재활용 공정이 중요한 연구 분야로 부상하고 있다.As the demand for electric vehicles increases worldwide, the problem of disposal of waste batteries generated from said electric vehicles is emerging as a social issue. In the case of lithium secondary batteries, which are the main raw materials of said waste batteries, organic solvents, explosive substances, and heavy metals such as Ni, Co, Mn, and Fe are contained, but in the case of Ni, Co, Mn, and Li, they have high scarcity value as valuable metals, and the recovery and recycling process after the lithium secondary batteries are discarded is emerging as an important research field.

구체적으로, 리튬 이차전지는 집전체로 사용되는 구리와 알루미늄, 양극재를 구성하는 Li, Ni, Co, Mn 함유 산화물, 및 음극재로 활용되는 흑연(Graphite)을 주요 구성으로 하고, 상기 양극재와 상기 음극재를 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, 대표적인 염으로 LiPF6를 사용하고 있다.Specifically, a lithium secondary battery mainly consists of copper and aluminum used as a current collector, Li, Ni, Co, Mn-containing oxides constituting a cathode material, and graphite utilized as an anode material, and includes a separator separating the cathode material and the anode material, and an electrolyte injected into the separator. The solvent and salt used as the electrolyte are mainly a mixture of carbonate organic substances such as ethylene carbonate and propylene carbonate, and LiPF 6 is used as a representative salt.

상기 폐배터리를 활용하기 위해, 상기 폐배터리를 분쇄하여 폐배터리 파쇄물 또는 블랙파우더와 같은 중간 물질을 생성한 후, 후공정을 거쳐 유가 금속을 회수하는 폐배터리 재활용 공정에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다.In order to utilize the above-mentioned waste batteries, development is actively underway on a waste battery recycling process that crushes the waste batteries to produce intermediate materials such as waste battery shreds or black powder, and then recovers valuable metals through a post-process.

그러나, 상기 폐배터리 재활용 공정에서, 상기 폐배터리는 배터리 사용 횟수나 상태에 따라 차이가 있지만, 일반적으로 셀단위 완전 방전상태에서 3.0 내지 3.2 V 범위의 전압을 가지며, 완전충전 상태에서 4V에 가까운 전압을 가지고 있어서, 수십개부터 수백개의 셀이 연결된 모듈이나 팩은 이러한 잔류 전압이 상당히 큰 에너지를 가지고 있으므로 폐배터리에 외부 충격을 가하여 물리적으로 분해할 때 배터리의 폭발이나 전기 감전과 관련된 안전성이 문제가 된다.However, in the waste battery recycling process, the waste battery generally has a voltage in the range of 3.0 to 3.2 V in a fully discharged state per cell, and a voltage close to 4 V in a fully charged state, although this may vary depending on the number of times the battery has been used or its condition. Therefore, modules or packs in which tens to hundreds of cells are connected have a considerable amount of energy in this residual voltage, and thus, when physically disassembling the waste battery by applying an external shock, safety related to explosion or electric shock of the battery becomes an issue.

이를 방지하기 위해, 상기 분해 이후, 배터리에 구멍을 생성하여 염수(Salt Water)에서 방전을 실시하고 있다. 상기 방전이 완료된 배터리는 파쇄 단계를 거쳐, 물과 전해액을 제거하기 위해 고온 열처리를 수행하게 된다.To prevent this, after the above disassembly, a hole is created in the battery and the battery is discharged in salt water. The battery after the above discharge is crushed and then subjected to high-temperature heat treatment to remove water and electrolyte.

이때, 상기 염수 방전에 사용되는 염에는 다량의 Na, K, Cl, Mg, 및 Ca 와 같은 물질이 포함되어 있다. 전술한 물질 중 특히 Cl의 경우, 고온 열처리 과정에서 소정 부분 제거가 되나, 상기 폐배터리의 파쇄물이나 파쇄물을 추가 가공하여 Al, Cu, 및 분리막의 일부를 제거한 Ni-Co-Mn-Li-O의 산화물과 C가 혼합되어 있는 가루 형태의 분말인 블랙 파우더(Black Powder)에는 불순물인 Na, K, 및 Mg와 같은 물질을 포함하고 있어 배터리 재활용 공정 중 후 공정에서의 산침출을 이용한 추출 과정에서 회수율을 저하시키는 문제가 있다.At this time, the salt used in the brine discharge contains a large amount of substances such as Na, K, Cl, Mg, and Ca. Among the substances mentioned above, Cl in particular is partially removed during the high-temperature heat treatment process, but the black powder, which is a powder in the form of a mixture of oxides of Ni-Co-Mn-Li-O and C obtained by further processing the shredded material or shredded material of the waste battery to remove Al, Cu, and a part of the separator, contains impurities such as Na, K, and Mg, which causes a problem of reducing the recovery rate during the extraction process using acid leaching in the subsequent process of the battery recycling process.

또한, 폐배터리 파쇄 후 후공정 단계로 안정하게 이송시키기 위해 파쇄물에 포함되어 있는 전해질을 제거를 안정적으로 수행하기 위한 안정화 시스템에 대한 연구가 필요하다. In addition, research is needed on a stabilization system to stably remove the electrolyte contained in the shredded material and transport it stably to the post-processing stage after shredding the used batteries.

본 발명의 일 실시예에 따른, 폐배터리 파쇄물 내 전해질을 안정적으로 제거하여 불순물 함량이 적고, 화재 발생을 방지하는 배터리 안정화 장치를 제공한다.According to one embodiment of the present invention, a battery stabilization device is provided that stably removes electrolyte from waste battery shreds, thereby reducing the content of impurities and preventing fire.

본 발명의 일 실시예에 따른, 폐배터리 파쇄물 내 전해질을 안정적으로 제거하여 불순물 함량이 적고, 화재 발생을 방지하는 배터리 안정화 시스템을 제공한다. According to one embodiment of the present invention, a battery stabilization system is provided that stably removes electrolyte from waste battery shreds, thereby reducing the content of impurities and preventing fire.

본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 안정화 장치는 폐배터리 파쇄물이 투입된 사가(Sagger)를 투입하는 투입부, 상기 폐배터리 파쇄물이 투입된 상기 사가를 운반하는 운반부, 30 ℃ 이하의 온도에서 상기 폐배터리 파쇄물의 안정화를 수행하는 제1 안정부, 상기 제1 안정부를 거친 상기 폐배터리 파쇄물을 30 내지 150 ℃ 온도에서 안정화를 수행하는 제2 안정부, 및 안정화된 상기 폐배터리 파쇄물을 배출하는 배출부를 포함하고, 상기 사가는 상기 폐배터리 파쇄물에 열을 공급하는 열풍 투입구를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a battery stabilization device includes an input unit for inputting a sagger into which waste battery shreds are input, a transport unit for transporting the sagger into which the waste battery shreds are input, a first stabilization unit for stabilizing the waste battery shreds at a temperature of 30° C. or lower, a second stabilization unit for stabilizing the waste battery shreds passing through the first stabilization unit at a temperature of 30 to 150° C., and a discharge unit for discharging the stabilized waste battery shreds, wherein the sagger may include a hot air inlet for supplying heat to the waste battery shreds.

일 실시예에서, 상기 제1 안정부는 압축기를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 폐배터리 파쇄물의 무게를 측정하는 적어도 하나 이상의 무게 및 온도 측정부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the first stabilizing unit may include a compressor. In one embodiment, the first stabilizing unit may include at least one weight and temperature measuring unit for measuring the weight of the waste battery shreds.

일 실시예에서, 상기 무게 및 온도 측정부는, 상기 투입구와 상기 제1 안정부 사이에 배치되는 제1 무게 및 온도 측정부, 상기 제1 안정부와 상기 제2 안정부 사이에 배치되는 제2 무게 및 온도 측정부, 및 상기 제2 안정부와 상기 배출부 사이에 배치되는 제3 무게 및 온도 측정부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제2 안정부는 중간 안정부 및 고온 안정부를 포함하고, 상기 중간 안정부는 상기 폐배터리 파쇄물을 30 내지 120 ℃ 범위로 가열하고, 상기 고온 안정부는 상기 폐배터리 파쇄물을 120 내지 150 ℃ 범위로 가열할 수 있다.In one embodiment, the weight and temperature measuring unit may include a first weight and temperature measuring unit disposed between the input port and the first stabilizing unit, a second weight and temperature measuring unit disposed between the first stabilizing unit and the second stabilizing unit, and a third weight and temperature measuring unit disposed between the second stabilizing unit and the discharge unit. In one embodiment, the second stabilizing unit includes an intermediate stabilizing unit and a high-temperature stabilizing unit, and the intermediate stabilizing unit may heat the waste battery shreds in a range of 30 to 120° C., and the high-temperature stabilizing unit may heat the waste battery shreds in a range of 120 to 150° C.

일 실시예에서, 상기 열풍 투입구는 원통, 삼각 기둥, 사각 기둥, 또는 다각 기둥 형상으로 배치되고, 상기 형상의 외주면을 통해 열을 발산할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 상기 열풍 투입구를 포함하고, 상기 복수의 열풍 투입구 사이 간격은 상기 사가의 수평 방향 길이를 기준으로 35 내지 45 %일 수 있다.In one embodiment, the hot air inlet is arranged in the shape of a cylinder, a triangular prism, a square prism, or a polygonal prism, and can emit heat through the outer surface of the shape. In one embodiment, the hot air inlet includes a plurality of hot air inlets, and the spacing between the plurality of hot air inlets can be 35 to 45% based on the horizontal length of the saga.

일 실시예에서, 상기 열풍 투입구의 높이는 상기 사가의 높이를 기준으로 25 % 내지 50 %일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 열풍 투입구의 높이는 상기 사가의 높이를 기준으로 25 % 내지 50 %일 수 있다.In one embodiment, the height of the hot air inlet can be from 25% to 50% of the height of the saga. In one embodiment, the height of the hot air inlet can be from 25% to 50% of the height of the saga.

일 실시예에서, 상기 사가는 상부 면이 개방된 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 사가는 상기 사가의 측면을 감싸는 하우징을 포함하고, 메쉬(Mesh)부 및 상기 메쉬부 하부에 배치되는 밀폐부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the saga may have a structure with an open upper surface. In one embodiment, the saga may include a housing surrounding a side of the saga, and may include a mesh portion and a sealing portion disposed below the mesh portion.

본 발명의 다른 실시예에 따른, 배터리 안정화 처리 시스템은 폐배터리 파쇄물의 탭밀도를 제어하는 제1 단계, 상기 폐배터리 파쇄물의 초기 무게인 제1 무게 및 초기 온도인 제1 온도를 측정하는 제2 단계, 상기 폐배터리 파쇄물을 30 ℃ 이하의 온도에서 안정화시키는 제3 단계, 제3 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 제2 무게 및 제2 온도를 측정하는 제4 단계, 제4 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물을 30 내지 150 ℃의 온도에서 안정화시키는 제5 단계, 제5 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 제3 무게 및 제3 온도를 측정하는 제6 단계, 및 제6 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물을 배출하는 제7 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a battery stabilization treatment system may include a first step of controlling a tap density of waste battery shreds, a second step of measuring a first weight as an initial weight and a first temperature as an initial temperature of the waste battery shreds, a third step of stabilizing the waste battery shreds at a temperature of 30° C. or lower, a fourth step of measuring a second weight and a second temperature of the waste battery shreds that have undergone the third step, a fifth step of stabilizing the waste battery shreds that have undergone the fourth step at a temperature of 30 to 150° C., a sixth step of measuring a third weight and a third temperature of the waste battery shreds that have undergone the fifth step, and a seventh step of discharging the waste battery shreds that have undergone the sixth step.

일 실시예에서, 상기 제1 단계는 상기 폐배터리 파쇄물의 탭밀도를 200 내지 1,400 kg/m3으로 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제2 단계에서 측정한 상기 폐배터리 파쇄물의 제1 무게 및 제1 온도와 상기 제4 단계에서 측정한 상기 폐배터리 파쇄물의 제2 무게 및 제2 온도가 하기 식 1 및 식 2를 만족할 때, 제5 단계를 수행할 수 있다.In one embodiment, the first step can control the tap density of the waste battery shreds to 200 to 1,400 kg/m 3 . In one embodiment, the fifth step can be performed when the first weight and the first temperature of the waste battery shreds measured in the second step and the second weight and the second temperature of the waste battery shreds measured in the fourth step satisfy the following equations 1 and 2.

<식 1><Formula 1>

제2 무게 - 제1 무게 ≤ 25 %2nd weight - 1st weight ≤ 25%

<식 2><Formula 2>

제2 온도 - 제1 온도 ≤ 25 ℃Second temperature - First temperature ≤ 25 ℃

일 실시예에서, 상기 제4 단계에서 측정한 상기 폐배터리 파쇄물의 제2 무게 및 제2 온도와 상기 제6 단계에서 측정한 상기 폐배터리 파쇄물의 제3 무게 및 제3 온도가 하기 식 3 및 식 4를 만족할 때, 제7 단계를 수행할 수 있다.In one embodiment, when the second weight and the second temperature of the waste battery shreds measured in the fourth step and the third weight and the third temperature of the waste battery shreds measured in the sixth step satisfy the following equations 3 and 4, the seventh step can be performed.

<식 3><Formula 3>

제3 무게 - 제2 무게 ≤ 10 %3rd weight - 2nd weight ≤ 10%

<식 4><Formula 4>

제3 온도 - 제2 온도 ≤ 25 ℃3rd temperature - 2nd temperature ≤ 25 ℃

일 실시예에서, 상기 제5 단계는 다단 열처리로 수행되고, 상기 다단 열처리는 30 내지 120 ℃ 및 120 내지 150 ℃의 온도에서 순차적으로 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 폐배터리 파쇄물의 탭밀도를 제어하는 제1 단계 이전에, 상기 폐배터리 파쇄물을 구성하는 단위 폐배터리 파쇄물은 하기 조건 1 및 조건 2를 만족하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the fifth step is performed by a multi-stage heat treatment, and the multi-stage heat treatment can be performed sequentially at temperatures of 30 to 120° C. and 120 to 150° C. In one embodiment, prior to the first step of controlling the tap density of the waste battery shreds, the unit waste battery shreds constituting the waste battery shreds can include a step of controlling them to satisfy the following conditions 1 and 2.

<조건 1> 상기 층상형 구조는 1 층 이상 내지 7 층 이하의 적층 구조이다. <Condition 1> The above layered structure is a laminated structure having 1 or more layers and 7 or fewer layers.

<조건 2> 가로, 세로, 및 높이 방향 중 가장 긴 축인 장축 기준으로 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 크기는 100 mm 이하이다.<Condition 2> The size of the unit waste battery shreds based on the long axis, which is the longest axis among the horizontal, vertical, and height directions, is 100 mm or less.

일 실시예에서, 제1 단계 이전에, 상기 폐배터리 파쇄물을 냉동하는 단계를 더 포함하고, 상기 냉동하는 단계는 -150℃ 내지 -20℃로 냉각하여 실시할 수 있다.In one embodiment, prior to the first step, the method further comprises a step of freezing the waste battery shreds, wherein the freezing step can be performed by cooling to -150° C. to -20° C.

본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 안정화 장치는 저온 및 고온 안정부를 포함하고 적어도 하나 이상의 무게 및 온도 측정부를 포함하여 폐배터리 파쇄물의 무게 및 온도를 확인함으로써, 불순물 함량이 적고, 화재 발생을 방지하는 배터리 안정화 장치를 제공한다.According to one embodiment of the present invention, a battery stabilization device includes low-temperature and high-temperature stabilization units and at least one weight and temperature measuring unit to check the weight and temperature of waste battery shreds, thereby providing a battery stabilization device having a low impurity content and preventing fire.

본 발명의 다른 실시예에 따른, 배터리 안정화 시스템은 저온 및 고온 안정화 단계를 포함하고, 각 단계에서의 폐배터리 파쇄물의 무게 및 온도를 제어함으로써, 불순물 함량이 적고, 화재 발생을 방지하는 배터리 안정화 시스템을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a battery stabilization system includes low-temperature and high-temperature stabilization steps, and controls the weight and temperature of waste battery shreds at each step, thereby providing a battery stabilization system having a low impurity content and preventing fire occurrence.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 안정화 장치의 사시도이고, 도 1B는 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 안정화 장치의 모식도이다.FIG. 1A is a perspective view of a battery stabilization device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic diagram of a battery stabilization device according to one embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 사가(Sagger)를 나타낸다.Figure 2 illustrates a Sagger according to one embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 안정화 시스템의 순서도이다.FIG. 3 is a flow chart of a battery stabilization system according to one embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각 온도에 따른 배터리의 전압의 변화를 나타낸다.Figure 4 shows the change in voltage of a battery according to cooling temperature according to one embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 무게, 외부 냉각 온도, 냉각 시간의 관계를 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the relationship among battery weight, external cooling temperature, and cooling time according to one embodiment of the present invention.

도 6a 및 6b는 본 발명의 최소 냉각 시간에 따른, 실시예의 사진이고, 도 6c 및 6d는 본 발명의 최소 냉각 시간에 따른, 비교예의 사진이다.FIGS. 6a and 6b are photographs of examples according to the minimum cooling time of the present invention, and FIGS. 6c and 6d are photographs of comparative examples according to the minimum cooling time of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 파쇄물의 시간에 따른 온도 그래프이다.Figure 7 is a graph of temperature over time of a shredded material according to one embodiment of the present invention.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 단위 배터리 파쇄물을 도시한다.FIGS. 8A to 8C illustrate unit battery fragments according to one embodiment and a comparative example of the present invention.

도 9a 내지 도 9c는 폐배터리의 온도 측정 과정과 SOC 조건에 따른 파쇄물 온도 경향에 대한 사진이다.Figures 9a to 9c are photographs showing the temperature measurement process of a waste battery and the temperature trend of the shredded material according to the SOC conditions.

도 10a는 시간에 따른 파쇄물의 온도 경향을 나타내고, 도 10b는 배터리의 SOC % 조건에 따른 파쇄물 온도 상승 경향을 나타내는 그래프이다.Figure 10a shows the temperature trend of the shredded material over time, and Figure 10b is a graph showing the temperature increase trend of the shredded material according to the SOC % condition of the battery.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 저온 안정화, 중간 단계, 및 고온 안정화 단계의 시간에 따른 폐배터리 파쇄물의 온도를 나타낸 그래프이다.FIG. 11 is a graph showing the temperature of waste battery shreds over time in low-temperature stabilization, intermediate stage, and high-temperature stabilization stages according to one embodiment of the present invention.

도 12는 운송함 내부에서의 배터리 파쇄물의 자체 발열을 나타내는 그래프이다.Figure 12 is a graph showing the self-heating of battery waste inside a transport vessel.

도 13은 고온 안정화 단계의 열처리를 위한 구간별 가열 온도를 제어하였을 때, 파쇄물의 온도 변화를 나타낸다.Figure 13 shows the temperature change of the crushed material when the heating temperature was controlled for each section for heat treatment in the high-temperature stabilization stage.

도 14는 폐배터리 파쇄물의 고온 안정화 처리 후, 150 ℃의 열처리 온도에 따른 파쇄물 내 전해질의 무게 감소 비율(%)을 나타낸다.Figure 14 shows the weight reduction ratio (%) of the electrolyte in the shredded waste according to the heat treatment temperature of 150°C after high-temperature stabilization treatment of the shredded waste battery.

도 15는 배터리 파쇄물의 탭밀도에 따른 온도 및 무게 감소량을 나타낸다.Figure 15 shows the temperature and weight reduction according to the tap density of battery shreds.

도 16은 열풍 투입구의 간격에 따른 승온 속도에 대한 그래프를 나타낸다.Figure 16 shows a graph of the heating rate according to the spacing of hot air inlets.

도 17은 열풍 투입구의 간격 및 밀폐부 간격 제어에 따른 시간에 대한 온도 그래프를 나타낸다.Figure 17 shows a graph of temperature versus time according to the spacing of the hot air inlet and the spacing of the sealing part.

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 후술할 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.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 안정화 장치의 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 안정화 장치의 모식도이다.FIG. 1A is a perspective view of a battery stabilization device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic diagram of a battery stabilization device according to one embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1B를 참조하면, 일 실시예에 따른, 배터리 안정화 장치는 폐배터리 파쇄물을 안정화시키기 위한 장치로, 투입부, 운반부, 제1 안정부, 제2 안정부, 무게 및 온도 측정부, 및 배출부를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1A and 1B, a battery stabilization device according to one embodiment is a device for stabilizing waste battery waste, and may include an inlet section, a transport section, a first stabilization section, a second stabilization section, a weight and temperature measurement section, and a discharge section.

투입부는 폐배터리 파쇄물이 투입되는 부재일 수 있다. 폐배터리 파쇄물은 폐배터리를 파쇄시킨 결과물일 수 있다. 상기 폐배터리 파쇄물이 투입된 사가(Sagger)를 투입부를 통해 투입함으로써, 배터리 안정화 장치에 투입될 수 있다.The inlet may be a member into which waste battery shreds are fed. The waste battery shreds may be a result of shredding waste batteries. By feeding the sagger containing the waste battery shreds through the inlet, the sagger may be fed into a battery stabilization device.

운반부는 상기 폐배터리 파쇄물이 투입된 상기 사가를 배터리 안정화 장치 내에서 운반하기 위한 부재일 수 있다. 상기 운반부는 상기 폐배터리 파쇄물을 포함하는 상기 사가가 제1 안정부 및 제2 안정부를 거쳐 배출부로 배출되도록 유도하는 부재일 수 있다. 상기 운반부는 예를 들어, 컨베이어 밸트 형식으로 배치된 구조일 수 있다. The transport unit may be a member for transporting the saga into which the waste battery shreds have been inserted within the battery stabilization device. The transport unit may be a member for guiding the saga including the waste battery shreds to be discharged through the first stabilization unit and the second stabilization unit to the discharge unit. The transport unit may be a structure arranged in the form of a conveyor belt, for example.

제1 안정부는 저온에서 상기 폐배터리 파쇄물의 안정화를 수행할 수 있다. 구체적으로, 제1 안정부는 상기 폐배터리 파쇄물이 상기 사가에 수용된 채 운송되고, 상기 사가에 열풍을 가함으로써, 상기 폐배터리 파쇄물의 안정화를 수행할 수 있다. The first stabilizing unit can perform stabilization of the waste battery shreds at a low temperature. Specifically, the first stabilizing unit can perform stabilization of the waste battery shreds by transporting the waste battery shreds while being accommodated in the saga and applying hot air to the saga.

일 실시예에서, 제1 안정부는 하부에 제1 히터부를 포함할 수 있다. 상기 제1 히터부는 상기 사가의 하부에 열을 공급할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 히터부는 상기 사가에 열풍을 공급하여 상기 사가 내에 배치되는 상기 폐배터리 파쇄물에 열을 가할 수 있다.In one embodiment, the first stable portion may include a first heater portion at the bottom. The first heater portion may supply heat to the bottom of the saga. Specifically, the first heater portion may supply hot air to the saga to heat the waste battery shreds disposed within the saga.

구체적으로, 제1 안정부는 상기 폐배터리 파쇄물을 30 ℃ 이하의 온도에서 안정화시킬 수 있다. 더욱 구체적으로, 제1 안정부는 상기 폐배터리 파쇄물이 자체 발열하며 안정화되는 부재일 수 있다. 제1 안정부는 상기 폐배터리 파쇄물의 잔존용량을 나타내는 SoC(State of Charge)이 30 % 이상일 때, 갑작스러운 발열이 발생하며 화재가 발생할 수 있는 문제를 방지할 수 있다.Specifically, the first stabilizing unit can stabilize the waste battery shreds at a temperature of 30° C. or lower. More specifically, the first stabilizing unit can be a member in which the waste battery shreds self-heat and are stabilized. The first stabilizing unit can prevent a problem in which sudden heat generation occurs and a fire may occur when the SoC (State of Charge), which indicates the remaining capacity of the waste battery shreds, is 30% or higher.

일 실시예에서, 제1 안정부는 습기를 최소화시킨 공기를 공급하기 위한 고온용 에어드라이어가 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 안정부는 온도 5 내지 20℃, 구체적으로 5 내지 15 ℃로 유지하면서 습도가 제거된 건조한 공기를 공급하는 부재일 수 있다. 구체적으로, 상기 히터부는 건조 공기를 만드는 장치일 수 있다.In one embodiment, the first stabilizer may include a high-temperature air dryer for supplying air with minimized moisture. Specifically, the first stabilizer may be a member that supplies dry air from which moisture has been removed while maintaining a temperature of 5 to 20° C., specifically 5 to 15° C. Specifically, the heater may be a device that creates dry air.

일 실시예에서, 제1 안정부는 압축기를 포함할 수 있다. 상기 압축기는 건조한 공기를 형성하기 위한 스크류 콤프레셔일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 압축기는 10 bar 이하의 압력을 형성할 수 있다. In one embodiment, the first stabilizer may include a compressor. The compressor may be a screw compressor for forming dry air. In one embodiment, the compressor may form a pressure of less than 10 bar.

일 실시예에서, 제1 안정부는 제1 진동부를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 진동부는 상기 제1 안정부가 배터리 파쇄물에 열풍을 가할 때, 상기 배터리 파쇄물을 진동시켜 분산시킴으로써, 상기 배터리 파쇄물에 열이 균일하게 가해질 수 있도록 제어할 수 있다.In one embodiment, the first stabilizing unit may further include a first vibrating unit. Specifically, the first vibrating unit may be controlled to vibrate and disperse the battery shreds when the first stabilizing unit applies hot air to the battery shreds, thereby allowing heat to be applied evenly to the battery shreds.

제2 안정부는 고온에서 상기 폐배터리 파쇄물의 안정화를 수행할 수 있다. 구체적으로, 제2 안정부는 상기 폐배터리 파쇄물이 상기 사가에 수용된 채 운송되고, 상기 사가에 열풍을 가함으로써, 제1 안정부에서 휘발되지 않은 고온 휘발성 전해액을 휘발시킴으로써, 상기 폐배터리 파쇄물의 안정화를 수행할 수 있다. The second stabilizing unit can perform stabilization of the waste battery shreds at high temperatures. Specifically, the second stabilizing unit can perform stabilization of the waste battery shreds by transporting the waste battery shreds while being accommodated in the saga, and applying hot air to the saga to volatilize the high-temperature volatile electrolyte that has not been volatilized in the first stabilizing unit.

일 실시예에서, 제2 안정부는 하부에 제2 히터부를 포함할 수 있다. 상기 제2 히터부는 상기 사가의 하부에 열을 공급할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 히터부는 상기 사가에 열풍을 공급하여 상기 사가 내에 배치되는 상기 폐배터리 파쇄물에 열을 가할 수 있다.In one embodiment, the second stable portion may include a second heater portion at the bottom. The second heater portion may supply heat to the bottom of the saga. Specifically, the second heater portion may supply hot air to the saga to heat the waste battery shreds disposed within the saga.

더욱 구체적으로, 제2 안정부는 상기 폐배터리 파쇄물을 30 내지 150 ℃ 온도에서 안정화를 수행시키는 부재일 수 있다. 제2 안정부는 전술한 온도 범위에서 상기 폐배터리 파쇄물을 가열함으로써, 상기 폐배터리 파쇄물 내 전해질을 휘발시켜 폐배터리 파쇄물의 무게를 감소시키고 하고 탭밀도는 감소할 수 있다. More specifically, the second stabilizing member may be a member that stabilizes the waste battery shreds at a temperature of 30 to 150° C. The second stabilizing member heats the waste battery shreds in the aforementioned temperature range, thereby volatilizing the electrolyte in the waste battery shreds, thereby reducing the weight of the waste battery shreds and decreasing the tap density.

일 실시예에서, 제2 안정부는 중간 안정부 및 고온 안정부를 포함할 수 있다. 상기 중간 안정부는 상기 고온 안정부 보다 낮은 온도에서 상기 폐배터리 파쇄물을 가열하는 단계일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 중간 안정부는 상기 폐배터리 파쇄물을 30 내지 120 ℃ 온도에서 안정화를 수행시키는 부재일 수 있다. 제2 안정부가 상기 중간 안정부를 포함함으로써, 상기 폐배터리 파쇄물의 온도를 서서히 상승시켜 안정적으로 상기 폐배터리 파쇄물 내 전해액을 휘발시킬 수 있다.In one embodiment, the second stabilizing unit may include an intermediate stabilizing unit and a high temperature stabilizing unit. The intermediate stabilizing unit may be a step of heating the waste battery shreds at a temperature lower than that of the high temperature stabilizing unit. In one embodiment, the intermediate stabilizing unit may be a member that performs stabilization of the waste battery shreds at a temperature of 30 to 120° C. Since the second stabilizing unit includes the intermediate stabilizing unit, the temperature of the waste battery shreds can be gradually increased to stably volatilize the electrolyte within the waste battery shreds.

일 실시예에서, 상기 고온 안정부는 상기 폐배터리 파쇄물을 120 내지 150 ℃ 온도에서 안정화를 수행시키는 부재일 수 있다. 상기 고온 안정부가 전술한 범위에서 수행됨에 따라 저온 안정화 처리 단계를 거쳐 안정화된 상기 폐배터리 파쇄물에 고온의 열을 가하여 잔존하는 전해액을 휘발시킬 수 있다.In one embodiment, the high-temperature stabilizing unit may be a member that performs stabilization of the waste battery shreds at a temperature of 120 to 150° C. As the high-temperature stabilizing unit is performed in the above-described range, high-temperature heat may be applied to the waste battery shreds that have been stabilized through the low-temperature stabilization treatment step to volatilize the remaining electrolyte.

일 실시예에서, 제2 안정부는 제2 진동부를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 진동부는 상기 제2 안정부가 배터리 파쇄물에 열풍을 가할 때, 상기 배터리 파쇄물을 진동시켜 분산시킴으로써, 상기 배터리 파쇄물에 열이 균일하게 가해질 수 있도록 제어할 수 있다.In one embodiment, the second stabilizing unit may further include a second vibrating unit. Specifically, the first vibrating unit may be controlled to vibrate and disperse the battery shreds when the second stabilizing unit applies hot air to the battery shreds, thereby allowing heat to be applied evenly to the battery shreds.

일 실시예에서, 제1 안정부 및 제2 안정부는 수평 또는 적층 구조로 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 안정부는 제1 안정부 위에 적층될 수 있고, 동일 선상에 제1 안정부에 후행하여 배치될 수도 있다.In one embodiment, the first stabilizer and the second stabilizer may be arranged in a horizontal or stacked structure. Specifically, the second stabilizer may be stacked on the first stabilizer, and may be arranged subsequent to the first stabilizer on the same line.

일 실시예에서, 제1 안정부 및 제2 안정부는 상기 사가가 이동하면서 상기 사가 내에 배치된 상기 배터리 파쇄물에 열을 가할 수 있다. 무게 및 온도 측정부는 상기 폐배터리 파쇄물의 무게를 측정하는 부재일 수 있다. 구체적으로, 무게 및 온도 측정부는 예를 들어, 로드셀 과 TC, 열화상 카메라와 같은 장치로 상기 폐배터리 파쇄물의 무게 및 온도를 측정할 수 있다.In one embodiment, the first stabilizing member and the second stabilizing member can apply heat to the battery shreds placed within the saga as the saga moves. The weight and temperature measuring member can be a member that measures the weight of the waste battery shreds. Specifically, the weight and temperature measuring member can measure the weight and temperature of the waste battery shreds with devices such as a load cell, a TC, and a thermal imaging camera.

일 실시예에서, 배터리 안정화 장치는 무게 및 온도 측정부를 포함할 수 있다. 무게 및 온도 측정부는 투입구와 제1 안정부 사이에 배치되는 제1 무게 및 온도 측정부, 제1 안정부와 제2 안정부 사이에 배치되는 제2 무게 및 온도 측정부, 및 제2 안정부와 배출부 사이에 배치되는 제3 무게 및 온도 측정부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the battery stabilization device may include a weight and temperature measuring unit. The weight and temperature measuring unit may include a first weight and temperature measuring unit positioned between the inlet and the first stabilizing unit, a second weight and temperature measuring unit positioned between the first stabilizing unit and the second stabilizing unit, and a third weight and temperature measuring unit positioned between the second stabilizing unit and the discharge unit.

제1 무게 및 온도 측정부는 상기 폐배터리 파쇄물의 초기 무게 및 탭밀도를 측정할 수 있다. 제1 무게 및 온도 측정부는 상기 폐배터리 파쇄물의 초기 무게 및 탭밀도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 제1 무게 및 온도 측정부는 상기 폐배터리 파쇄물의 초기 무게 및 온도를 측정하여 후속되는 안정화 처리의 합부를 판정하는 부재일 수 있다.The first weight and temperature measuring unit can measure the initial weight and tap density of the waste battery shreds. The first weight and temperature measuring unit can measure the initial weight and tap density of the waste battery shreds. Specifically, the first weight and temperature measuring unit can be a member that measures the initial weight and temperature of the waste battery shreds to determine whether or not to proceed with the subsequent stabilization treatment.

제1 무게 및 온도 측정부는 상기 폐배터리 파쇄물의 온도가 - 20 내지 10 ℃이고, 상기 폐배터리 파쇄물의 무게가 상기 폐배터리의 파쇄 전 무게와 유사 수준인지 판단하는 부재일 수 있다. 예를 들어, 상기 폐배터리 파쇄물의 무게는 31.75 내지 32.25 kg 인지 여부를 판단하는 부재일 수 있다. The first weight and temperature measuring unit may be a member that determines whether the temperature of the waste battery shreds is -20 to 10° C. and whether the weight of the waste battery shreds is similar to the weight of the waste battery before shredding. For example, the first weight and temperature measuring unit may be a member that determines whether the weight of the waste battery shreds is 31.75 to 32.25 kg.

상기 폐배터리 파쇄물의 온도 및 무게가 전술한 범위에 포함될 때, 상기 폐배터리 파쇄물은 이송부를 따라 제1 안정부로 이동할 수 있다. 상기 폐배터리 파쇄물의 온도 및 무게가 전술한 범위를 벗어나는 경우, 특히 파쇄 후 초기 발열에 의해 온도 감소량이 클 경우 상기 폐배터리 파쇄물의 화재 발생과 같은 문제를 고려하여 제1 안정부로의 이동을 방지할 수 있다.When the temperature and weight of the waste battery shreds are within the above-mentioned ranges, the waste battery shreds can be moved to the first stable section along the transport section. When the temperature and weight of the waste battery shreds are outside the above-mentioned ranges, particularly when the temperature decrease is large due to initial heat generation after shredding, the movement of the waste battery shreds to the first stable section can be prevented in consideration of problems such as fire occurrence in the waste battery shreds.

제2 무게 및 온도 측정부는 제1 안정부를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 온도 및 무게를 측정하는 부재일 수 있다. 구체적으로, 제2 무게 및 온도 측정부는 제1 안정부를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 온도가 10 내지 35 ℃이고, 상기 폐배터리 파쇄물의 무게가 30.65 내지 31.15 kg 인지 여부를 판단하는 부재일 수 있다. 상기 폐배터리 파쇄물의 온도 및 무게가 전술한 범위에 포함될 때, 상기 폐배터리 파쇄물은 이송부를 따라 제2 안정부로 이동할 수 있다. 상기 폐배터리 파쇄물의 온도 및 무게가 전술한 범위를 벗어나는 경우, 상기 폐배터리 파쇄물의 화재 발생과 같은 문제를 고려하여 제2 안정부로의 이동을 방지할 수 있다. The second weight and temperature measuring unit may be a member that measures the temperature and weight of the waste battery shreds that have passed through the first stabilizing unit. Specifically, the second weight and temperature measuring unit may be a member that determines whether the temperature of the waste battery shreds that have passed through the first stabilizing unit is 10 to 35° C. and whether the weight of the waste battery shreds is 30.65 to 31.15 kg. When the temperature and weight of the waste battery shreds are within the above-described ranges, the waste battery shreds may be moved to the second stabilizing unit along the transport unit. When the temperature and weight of the waste battery shreds are outside the above-described ranges, the movement to the second stabilizing unit may be prevented in consideration of problems such as a fire outbreak in the waste battery shreds.

제3 무게 및 온도 측정부는 제2 안정부를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 온도 및 무게를 측정하는 부재일 수 있다. 구체적으로, 제3 무게 및 온도 측정부는 제2 안정부를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 온도가 100 ℃ 이하이고, 상기 폐배터리 파쇄물의 무게가 29.85 kg 이하인지 여부를 판단하는 부재일 수 있다. 상기 폐배터리 파쇄물의 온도 및 무게가 전술한 범위에 포함될 때, 상기 폐배터리 파쇄물이 배출부를 통해 배출될 수 있다. 상기 폐배터리 파쇄물의 온도 및 무게가 전술한 범위를 벗어나는 경우, 상기 폐배터리 파쇄물의 화재 발생과 같은 문제를 고려하여 배출부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.The third weight and temperature measuring unit may be a member that measures the temperature and weight of the waste battery shreds that have passed through the second stabilizing unit. Specifically, the third weight and temperature measuring unit may be a member that determines whether the temperature of the waste battery shreds that have passed through the second stabilizing unit is 100° C. or less and whether the weight of the waste battery shreds is 29.85 kg or less. When the temperature and weight of the waste battery shreds are within the above-described range, the waste battery shreds can be discharged through the discharge unit. When the temperature and weight of the waste battery shreds are outside the above-described range, the waste battery shreds can be prevented from being discharged through the discharge unit in consideration of problems such as the occurrence of a fire.

배출부는 제2 안정부를 거친 상기 폐배터리 파쇄물이 후속 공정으로 배출되는 부재일 수 있다. 구체적으로, 배출부는 안정화된 상기 폐배터리 파쇄물이 후속 공정으로 배출되는 부재일 수 있다. 더욱 구체적으로, 배출부는 후공정으로 배터리 파쇄물을 배출시키고, 상기 배터리 파쇄물이 배출시킨 파쇄물을 수납하는 수납부를 다시 파쇄기로 복귀시킬 수 있다.The discharge unit may be a member through which the waste battery shreds that have passed through the second stabilization unit are discharged to a subsequent process. Specifically, the discharge unit may be a member through which the stabilized waste battery shreds are discharged to a subsequent process. More specifically, the discharge unit discharges the battery shreds to a subsequent process, and the receiving unit that receives the shreds discharged by the battery shreds may be returned to the shredder.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 사가(Sagger)를 나타낸다.Figure 2 illustrates a Sagger according to one embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 사가(Sagger)의 사시도를 나타낸다. 일 실시예에서, 상기 사가(Sagger)는 제1 안정부 및 제2 안정부의 하부에 배치된 히터부로부터 상기 폐배터리 파쇄물에 열을 공급하는 적어도 하나의 열풍 투입구 및 상기 사가를 보호하는 하우징을 포함할 수 있다. 구체적으로, 사가(Sagger) 내 적어도 하나의 열풍 투입구를 포함하여, 제1 안정부 및 제2 안정부에 배치된 히터로부터 열이 공급될 때, 상기 열을 상기 사가에 투입시켜, 상기 배터리 파쇄물에 열을 공급할 수 있다. 상기 배터리 파쇄물은 상기 열풍 투입구를 통해 공급되는 열을 통해 안정화될 수 있다. FIG. 2 is a perspective view of a sagger according to one embodiment of the present invention. In one embodiment, the sagger may include at least one hot air inlet for supplying heat to the waste battery shreds from heaters disposed below the first stabilizing portion and the second stabilizing portion, and a housing for protecting the sagger. Specifically, when heat is supplied from the heaters disposed in the first stabilizing portion and the second stabilizing portion, including at least one hot air inlet in the sagger, the heat may be supplied to the sagger, thereby supplying heat to the battery shreds. The battery shreds may be stabilized through the heat supplied through the hot air inlet.

일 실시예에서, 상기 열풍 투입구는 상기 사가(Sagger)의 적어도 일부 영역에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 열풍 투입구는 상기 사가 내부에 열풍을 용이하게 공급시킬 수 있다. 일 실시예에서, 상기 히터부는 상기 사가의 측면부에 배치되어 상기 폐배터리 파쇄물의 가장자리 영역부터 열을 공급할 수도 있다.In one embodiment, the hot air inlet may be arranged in at least a portion of the sagger. Specifically, the hot air inlet may easily supply hot air into the sagger. In one embodiment, the heater unit may be arranged in a side portion of the sagger to supply heat from an edge area of the waste battery shreds.

일 실시예에서, 상기 열풍 투입구는 원통, 삼각 기둥, 사각 기둥, 또는 다각 기둥 형상으로 배치될 수 있다. 상기 열풍 투입구는 전술한 형상의 외주면을 통해 열을 발산할 수 있다. 상기 열풍 투입구는 전술한 형상을 가지며 메쉬(Mesh) 구조를 가질 수 있다. 상기 메쉬 구조는 그물망 형태로, 상기 열풍 투입구로부터 투입되는 열이 용이하게 발산하도록 보조할 수 있다.In one embodiment, the hot air inlet may be arranged in the shape of a cylinder, a triangular column, a square column, or a polygonal column. The hot air inlet may dissipate heat through the outer surface of the aforementioned shape. The hot air inlet may have the aforementioned shape and may have a mesh structure. The mesh structure is in the form of a net and may assist in easily dissipating heat input from the hot air inlet.

상기 열풍 투입구로부터 상기 폐배터리 파쇄물에 열을 공급함으로써, 상기 폐배터리 파쇄물 내 전해액이 휘발되어 상기 폐배터리 파쇄물을 안정화시킬 수 있다. 이와 같이, 상기 폐배터리 파쇄물에 열풍을 공급함으로써, 건식 방법으로 상기 폐배터리 파쇄물을 안정화시킬 수 있다.By supplying heat to the waste battery shreds from the hot air inlet, the electrolyte in the waste battery shreds can be evaporated, thereby stabilizing the waste battery shreds. In this way, by supplying hot air to the waste battery shreds, the waste battery shreds can be stabilized by a dry method.

일 실시예에서, 상기 열풍 투입구는 복수 개 포함할 수도 있다. 상기 열풍투입구는 상기 사가 내에 복수 개가 배치되어 상기 사가 내 폐배터리 파쇄물이 배치된 전역에 열을 균일하게 공급할 수 있다. In one embodiment, the hot air inlet may include a plurality of hot air inlets. The hot air inlets may be arranged in a plurality within the saga to uniformly supply heat to the entire area where the waste battery shreds are arranged within the saga.

일 실시예에서, 상기 열풍 투입구 사이 간격(L2)은 상기 사가의 수평 방향 길이(L1)를 기준으로 35 내지 45 %일 수 있다. 구체적으로, 상기 열풍 투입구의 중심영역들 사이 간격은 상기 사가에 대해 수평면인 X축 및 Y축 면을 기준으로 단면으로 잘랐을 때, 장축의 길이 100 %를 기준으로, 35 내지 45 %일 수 있다. In one embodiment, the spacing (L2) between the hot air inlets may be 35 to 45% based on the horizontal length (L1) of the saga. Specifically, the spacing between the center regions of the hot air inlets may be 35 to 45% based on 100% of the length of the major axis when cut in cross-section based on the X-axis and Y-axis planes, which are horizontal planes for the saga.

상기 복수의 열풍 투입구의 간격이 전술한 범위를 만족함으로써, 상기 사가 내 승온 속도가 높아 상기 배터리 파쇄물에 열을 균일하게 공급할 수 있는 이점이 있다. 상기 복수의 열풍 투입구의 간격이 전술한 범위를 벗어남으로써, 상기 사가 내 승온 속도가 높지 않아, 상기 배터리 파쇄물에 열을 균일하게 공급할 수 없는 문제가 있다.Since the spacing between the plurality of hot air inlets satisfies the above-mentioned range, there is an advantage in that the heating rate within the saga is high, so that heat can be supplied evenly to the battery shreds. Since the spacing between the plurality of hot air inlets exceeds the above-mentioned range, there is a problem in that the heating rate within the saga is not high, so that heat cannot be supplied evenly to the battery shreds.

일 실시예에서, 상기 열풍 투입구의 높이(H2)는 상기 사가의 높이(H1)를 기준으로 25 % 내지 50 % 일 수 있다. 구체적으로, 30 % 내지 40 % 일 수 있다. 상기 열풍 투입구의 높이(H2)는 상기 사가의 높이(H1)를 기준으로 전술한 범위를 만족함으로써, 상기 사가 내 배치되는 배터리 파쇄물을 균일하게 가열할 수 있는 이점이 있다. In one embodiment, the height (H2) of the hot air inlet may be 25% to 50% of the height (H1) of the saga. Specifically, it may be 30% to 40%. Since the height (H2) of the hot air inlet satisfies the above-described range based on the height (H1) of the saga, there is an advantage in that the battery shreds placed in the saga can be uniformly heated.

상기 열풍 투입구의 높이(H2)가 전술한 범위의 상한 값을 벗어나는 경우, 상기 사가 내 배치되는 배터리 파쇄물의 양이 줄어 효율이 저하되고, 상기 배터리 파쇄물에 열풍이 과도하게 공급되는 문제가 있다. 상기 열풍 투입구의 높이(H2)가 전술한 범위의 하한 값을 벗어나는 경우, 상기 배터리 파쇄물에 열이 적절하게 공급되지 못하는 문제가 있다.If the height (H2) of the hot air inlet exceeds the upper limit of the above-mentioned range, the amount of battery shreds placed in the chamber decreases, resulting in a decrease in efficiency, and there is a problem in which excessive hot air is supplied to the battery shreds. If the height (H2) of the hot air inlet exceeds the lower limit of the above-mentioned range, there is a problem in which heat is not supplied appropriately to the battery shreds.

일 실시예에서, 상기 열풍 투입구의 수직면에 따른 단면 형상은 삼각형, 사각형, 원형, 타원형, 및 다각형 중 적어도 하나를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 열풍 투입구의 단면 형상은 상기 사가의 수직면인 X축 및 Z축 면을 기준으로 단면을 잘랐을 때의 형상을 의미한다. 상기 열풍 투입구의 수직면에 따른 단면 형상은 다양한 형상을 가짐으로써, 다양한 형상을 갖는 배터리 파쇄물에 열을 효율적으로 공급할 수 있다.In one embodiment, the cross-sectional shape along the vertical plane of the hot air inlet can satisfy at least one of a triangle, a square, a circle, an oval, and a polygon. Specifically, the cross-sectional shape of the hot air inlet refers to a shape when the cross-section is cut based on the X-axis and Z-axis planes, which are vertical planes of the saga. The cross-sectional shape along the vertical plane of the hot air inlet has various shapes, so that heat can be efficiently supplied to battery shreds having various shapes.

일 실시예에서, 상기 사가는 상부 면에 개구 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 사가는 상부 면이 밀폐되지 않고 개방된 구조를 가질 수 있다. 상기 사가의 상부 면이 개방된 구조를 가짐으로써, 배터리 파쇄물로 발생된 열이 상기 개방된 구조를 통해 배출될 수 있다.In one embodiment, the saga may have an opening shape on its upper surface. Specifically, the saga may have an open structure on its upper surface without being sealed. Since the upper surface of the saga has an open structure, heat generated by the battery shreds can be discharged through the open structure.

일 실시예에서, 상기 사가의 하우징은 적어도 일부 영역의 메쉬(Mesh)부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 메쉬부는 그물 형상을 갖는 것으로 상기 배터리 파쇄물로부터 발생된 열이 용이하게 배출될 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 사가의 측면을 감싸는 4면 중 적어도 하나가 메쉬부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the housing of the saga may include a mesh portion in at least a portion of the area. Specifically, the mesh portion has a net shape so that heat generated from the battery shreds can be easily discharged. More specifically, at least one of the four sides surrounding the side of the saga may include a mesh portion.

일 실시예에서, 상기 사가의 하우징은 적어도 일부 영역의 밀폐부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 밀폐부는 상기 메쉬부의 하부에 배치되어, 상기 열풍 투입구로부터 투입된 열의 효율을 유지시킬 수 있다.In one embodiment, the housing of the saga may include a sealing portion in at least a portion of the area. Specifically, the sealing portion is positioned below the mesh portion to maintain the efficiency of heat input from the hot air inlet.

일 실시예에서, 상기 사가의 높이 100 %를 기준으로, 상기 밀폐부의 비율은 30 내지 80 %, 구체적으로, 35 내지 70 %, 더욱 구체적으로, 60 내지 70 % 일 수 있다. 상기 밀폐부의 비율이 전술한 범위를 만족함으로써, 제1 안정부 또는 제2 안정부의 목표한 온도에 도달하는 시간을 최소화할 수 있다. 상기 밀폐부의 비율이 전술한 범위의 상한 값을 벗어나는 경우, 상기 배터리 파쇄물로부터 배출되는 열이 외부로 용이하게 배출되지 않아, 장치 내부에 부하를 발생시킬 수 있다. 상기 밀폐부의 비율이 전술한 범위의 하한 값을 벗어나는 경우, 상기 목표한 온도에 도달하는 시간을 늘려 공정의 효율을 저하시키는 문제가 있다.In one embodiment, the ratio of the sealed portion may be 30 to 80%, specifically, 35 to 70%, and more specifically, 60 to 70%, based on 100% of the height of the saga. By satisfying the ratio of the sealed portion in the aforementioned range, the time required to reach the target temperature of the first stable portion or the second stable portion can be minimized. If the ratio of the sealed portion is outside the upper limit of the aforementioned range, the heat discharged from the battery shreds is not easily discharged to the outside, which may generate a load inside the device. If the ratio of the sealed portion is outside the lower limit of the aforementioned range, there is a problem that the time required to reach the target temperature is increased, thereby lowering the efficiency of the process.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른, 배터리 안정화 시스템은 폐배터리 파쇄물의 탭밀도를 제어하는 제1 단계, 상기 폐배터리 파쇄물의 초기 무게인 제1 무게 및 초기 온도인 제1 온도를 측정하는 제2 단계, 상기 폐배터리 파쇄물을 30 ℃ 이하의 온도에서 안정화시키는 제3 단계, 제3 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 제2 무게 및 제2 온도를 측정하는 제4 단계, 제4 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물을 30 내지 120 ℃의 온도에서 안정화시키는 제5 단계, 제5 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 제3 무게 및 제3 온도를 측정하는 제6 단계, 및 제6 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물을 배출하는 제7 단계를 포함한다.Referring to FIG. 3, according to one embodiment, a battery stabilization system includes a first step of controlling a tap density of waste battery shreds, a second step of measuring a first weight as an initial weight and a first temperature as an initial temperature of the waste battery shreds, a third step of stabilizing the waste battery shreds at a temperature of 30° C. or lower, a fourth step of measuring a second weight and a second temperature of the waste battery shreds that have undergone the third step, a fifth step of stabilizing the waste battery shreds that have undergone the fourth step at a temperature of 30 to 120° C., a sixth step of measuring a third weight and a third temperature of the waste battery shreds that have undergone the fifth step, and a seventh step of discharging the waste battery shreds that have undergone the sixth step.

폐배터리 파쇄물의 탭밀도를 제어하는 제1 단계는 상기 폐배터리 파쇄물의 탭밀도를 200 내지 1,400 kg/m3으로 제어하는 단계일 수 있다. 구체적으로, 상기 폐배터리 파쇄물의 탭밀도를 500 내지 1,000 kg/m3으로 제어하는 단계일 수 있다.The first step of controlling the tap density of the waste battery shredded material may be a step of controlling the tap density of the waste battery shredded material to 200 to 1,400 kg/m 3 . Specifically, the first step may be a step of controlling the tap density of the waste battery shredded material to 500 to 1,000 kg/m 3 .

탭밀도는 통상 분체 검체를 넣은 측정용용기를 기계적으로 탭하여 얻은 겉보기밀도를 의미한다. 구체적으로, 상기 리튬이온 폐배터리 파쇄물의 탭밀도 특성을 파악하기 위해서, 30 kg의 30개 정도의 셀로 구성된 상용화 배터리모듈을 파쇄기(Crusher)로 파쇄하여, 해당 파쇄물의 안정화를 위해 제작한 케이스(용적: 가로 0.4 m × 세로 0.7 m × 높이 0.44 m)에 담아서 이를 기계적으로 탭하여 겉보기 밀도를 측정하였다. 더욱 구체적으로, 배터리 무게 (M, kg)에 케이스 용적 (V, m3)을 나누어 밀도(ρ= M/V)를 구하였다. 전술한 방법으로 산출된 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 탭밀도는 200 내지 600 kg/m3 이다. 구체적으로, 상기 탭밀도는 240 내지 400 kg/m3 일 수 있다.Tapped density usually refers to the apparent density obtained by mechanically tapping a measuring container containing a powder sample. Specifically, in order to determine the tap density characteristics of the lithium ion waste battery shredder, a commercialized battery module consisting of about 30 cells weighing 30 kg was crushed by a crusher, placed in a case (volume: 0.4 m wide × 0.7 m long × 0.44 m high) manufactured to stabilize the shredder, and mechanically tapped to measure the apparent density. More specifically, the density (ρ = M/V) was obtained by dividing the battery weight (M, kg) by the case volume (V, m3). The tap density of the unit waste battery shredder calculated by the above-described method is 200 to 600 kg/ m3 . Specifically, the tap density can be 240 to 400 kg/ m3 .

상기 탭밀도가 상한 값을 벗어나는 경우, 파쇄물 조각들이 조밀하게 적층되어 있는 파쇄물들의 단선에 의해 순간적으로 열이 발생하여 화재가 발생하는 위험이 있고, 전해질이 외부로 빠져나갈 수 있는 공간이 좁아져 안정화 처리량이 감소하는 문제가 있다. 상기 탭밀도가 하한 값을 벗어나는 경우는 파쇄물 간의 공간에 틈이 많이 생기며 부피를 많이 차지하여 후공정에 이송하기 위해 추가적으로 가압 공정이 요구되는 문제가 있다.If the above tap density exceeds the upper limit, there is a risk of fire due to instantaneous heat generation by the short circuit of the densely stacked pieces of shredded material, and there is a problem of reduced stabilization processing capacity due to the narrow space through which the electrolyte can escape to the outside. If the above tap density exceeds the lower limit, there is a problem of many gaps between the shredded material and the volume is large, requiring an additional pressurization process to transport it to the post-process.

일 실시예에서, 상기 폐배터리 파쇄물의 탭밀도를 제어하는 제1 단계 이전에, 상기 폐배터리 파쇄물을 구성하는 단위 폐배터리 파쇄물은 하기 조건 1 및 조건 2를 만족하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, prior to the first step of controlling the tap density of the waste battery shreds, the method may include a step of controlling the unit waste battery shreds constituting the waste battery shreds to satisfy the following conditions 1 and 2.

<조건 1> 상기 층상형 구조는 1 층 이상 내지 7 층 이하의 적층 구조이다. <Condition 1> The above layered structure is a laminated structure having 1 or more layers and 7 or fewer layers.

<조건 2> 가로, 세로, 및 높이 방향 중 가장 긴 축인 장축 기준으로 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 크기는 100 mm 이하이다.<Condition 2> The size of the unit waste battery shreds based on the long axis, which is the longest axis among the horizontal, vertical, and height directions, is 100 mm or less.

단위 폐배터리 파쇄물은 폐배터리로부터 유가 금속을 회수하기 위한 것으로, 양극 또는 음극이 적어도 일면에 적층된 분리막을 포함하는 층상형 구조이다. 구체적으로, 상기 층상형 구조는 분리막을 기준으로 상기 분리막의 일 표면 또는 양면에 양극 또는 음극이 포함된 구성을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 층상형 구조의 층 수는 분리막의 개수와 대응될 수 있다.The unit waste battery shredder is for recovering valuable metals from waste batteries, and has a layered structure including a separator having a cathode or a positive electrode laminated on at least one surface. Specifically, the layered structure may include a configuration in which the cathode or the positive electrode is included on one surface or both surfaces of the separator based on the separator. More specifically, the number of layers of the layered structure may correspond to the number of separators.

상기 층상형 구조는 예를 들어, 양극-분리막-음극, 양극-분리막, 분리막-양극, 분리막-음극, 음극-분리막 중 어느 하나를 포함하며, 예를 들어, 양극-분리막-음극-분리막-양극-분리막-음극은 3층의 층상형 구조를 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 단위 폐배터리 파쇄물은 적어도 1층 이상의 층상이 적층됨에 따라, 두께방향으로 소정의 두께를 가질 수 있다.The above layered structure includes, for example, one of anode-separator-cathode, anode-separator, separator-anode, separator-cathode, and cathode-separator, and for example, anode-separator-cathode-separator-anode-separator-cathode may have a three-layered layered structure. Specifically, the unit waste battery shredder may have a predetermined thickness in the thickness direction since at least one or more layers are laminated.

상기 조건 1은 양극 또는 음극이 적어도 일면에 적층된 분리막을 포함하는 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 상기 층상형 구조가 1층 이상 내지 7층 이하의 적층 구조로 파쇄하는 단계에서 제어되는 것을 의미할 수 있다.The above condition 1 may mean that the layered structure of the unit waste battery shredder including a separator having a positive or negative electrode laminated on at least one surface is controlled in the step of shredding into a layered structure of 1 or more layers and 7 or fewer layers.

일 실시예에서, 상기 층상형 구조는 1층 이상 내지 7층 이하의 적층 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 층상형 구조는 1층 이상 내지 5층 이하의 적층 구조일 수 있다. 상기 층상형 구조는 상기 범위로 적층됨에 따라, 파쇄물의 온도 상승량을 최소화하고, 승온 시간이 적절하게 소요될 수 있다. 상기 층상형 구조가 상기 범위의 상한 값 보다 두껍게 적층되는 경우, 온도 상승량이 과도하게 증가하고, 승온 시간 또한 증가하여 연소되는 문제가 있다.In one embodiment, the layered structure may be a laminated structure having 1 or more layers and 7 or fewer layers. Specifically, the layered structure may be a laminated structure having 1 or more layers and 5 or fewer layers. As the layered structure is laminated within the above range, the temperature rise amount of the shredded material can be minimized and the heating time can be appropriately taken. If the layered structure is laminated thicker than the upper limit of the above range, the temperature rise amount excessively increases and the heating time also increases, which causes a problem of combustion.

일 실시예에서, 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 크기, 구체적으로 가로, 세로, 및 높이 방향 중 가장 긴 축인 장축 기준으로 100 mm 이하, 구체적으로 50 mm 이하가 되도록 파쇄 단계에서 제어할 수 있다. 상기 폐배터리 파쇄물의 최대 크기가 100 mm 보다 큰 경우, 폐배터리 파쇄물이 파쇄됨에 따라 불안정성에 기인하여 발생하는 발열 온도가 전해액의 평균 기화 온도인 120 ℃ 온도 영역까지 상승하게 되어 화재 발생과 같은 안정성에서의 문제가 발생할 수 있다. In one embodiment, the size of the unit waste battery shreds, specifically, the longest axis among the width, length, and height directions, may be controlled in the shredding step to be 100 mm or less, specifically 50 mm or less. If the maximum size of the waste battery shreds is greater than 100 mm, the temperature of the heat generated due to instability as the waste battery shreds are shredded may rise to a temperature range of 120° C., which is the average vaporization temperature of the electrolyte, and thus a problem in stability, such as a fire, may occur.

일 실시예에서, 상기 조건 1 및 상기 조건 2를 만족시키기 위해, 상기 폐배터리를 파쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 조건 1 및 상기 조건 2를 만족하는 단위 폐배터리 파쇄물의 비율이 상기 폐배터리 파쇄물 전체 부피 내 90 % 이상, 구체적으로 95 % 이상으로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 7층 초과의 적층 구조를 갖는 단위 폐배터리 파쇄물의 비율이 상기 폐배터리 파쇄물 전체 부피 내 10 % 이하가 되도록 제어하는 것과 대응될 수 있다. 구체적으로 7층 초과의 적층 구조를 갖는 단위 폐배터리 파쇄물의 비율이 상기 폐배터리 파쇄물 전체 부피 내 5 % 이하가 되도록 제어할 수 있다. 상기 범위를 만족함으로써, 화재 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.In one embodiment, in order to satisfy the above conditions 1 and 2, the step of crushing the waste battery may be included. Specifically, the step of controlling the proportion of the unit waste battery crushed material satisfying the above conditions 1 and 2 to be 90% or more, specifically 95% or more, of the total volume of the waste battery crushed material may be further included. Specifically, this may correspond to controlling the proportion of the unit waste battery crushed material having a laminated structure exceeding 7 layers to be 10% or less of the total volume of the waste battery crushed material. Specifically, the proportion of the unit waste battery crushed material having a laminated structure exceeding 7 layers may be controlled to be 5% or less of the total volume of the waste battery crushed material. By satisfying the above range, there is an advantage of being able to prevent the occurrence of a fire.

상기 퍠배터리를 파쇄하는 단계는 상기 배터리로부터 상기 배터리의 일부가 떨어져 나가도록 상기 배터리에 충격이나 압박을 가하는 공정을 의미할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 폐배터리를 파쇄하는 단계는 배터리를 분쇄하는 공정, 배터리를 절단하는 공정, 배터리를 압축하는 공정, 및 이들의 조합을 모두 의미할 수 있다. 구체적으로, 파쇄하는 단계는 배터리를 파괴시켜 작은 크기의 파쇄물로 얻어질 수 있는 모든 공정을 포함할 수 있다.The step of crushing the waste battery 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. In one embodiment, the step of crushing the waste battery may refer to a process of crushing the battery, a process of cutting the battery, a process of compressing the battery, and a combination thereof. Specifically, the step of crushing may include any process that can destroy the battery to obtain small-sized fragments.

일 실시예에서, 상기 배터리를 파쇄하는 단계는 냉동된 배터리를 압축하거나, 전단력 또는 인장력과 같은 외력을 가하여 배터리를 파괴하는 공정을 모두 포함할 수 있다. 상기 배터리를 파쇄하는 단계는 예를 들어 파쇄기를 이용하여 실시할 수 있다.In one embodiment, the step of crushing the battery may include any process of compressing the frozen battery or destroying the battery by applying an external force, such as a shear force or a tensile force. The step of crushing the battery may be performed, for example, using a crusher.

일 실시예에서, 상기 배터리를 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 battery may be performed at least once. Specifically, the step of crushing may be performed at least once, either continuously or discontinuously.

일 실시예에서, 배터리를 파쇄하는 단계는 불활성 가스, 이산화탄소, 질소, 물 또는 이들의 조합을 공급하는 조건 또는 100 torr 이하의 진공 분위기 조건 하에서 실시할 수 있다. 예를 들어, 배터리를 냉동시키는 공정을 - 60 내지 - 20 ℃의 온도 범위에서 냉각하여 실시하는 경우, 전술한 조건 하에서 실시할 경우, 산소 공급을 억제하여, 전해질이 산소와 반응하는 것을 방지할 수 있고, 이로 인한 폭발을 방지할 수 있으며, 전해액의 기화를 억제할 수 있어, 에틸렌, 프로필렌, 또는 수소와 같은 가연성 기체를 발생시키지 않을 수 있다.In one embodiment, the step of crushing the battery can be performed under conditions of supplying an inert gas, carbon dioxide, nitrogen, water, or a combination thereof, or under vacuum conditions of 100 torr or less. For example, when the process of freezing the battery is performed by cooling in a temperature range of -60 to -20° C., when performed under the conditions described above, the supply of oxygen can be suppressed, preventing the electrolyte from reacting with oxygen, thereby preventing an explosion caused thereby, and vaporization of the electrolyte can be suppressed, so that flammable gases such as ethylene, propylene, or hydrogen cannot be generated.

일 실시예에서, 상기 파쇄하는 단계에서 상기 폐배터리 파쇄물을 20 내지 50 ℃ 범위로 강하시키는데 소요되는 회복 시간은 200 분 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 폐배터리 파쇄물을 35 내지 45 ℃ 범위로 강하시키는데 소요되는 회복 시간은 200 분 이하일 수 있다.In one embodiment, the recovery time required to lower the temperature of the waste battery shreds to a range of 20 to 50° C. in the shredding step may be 200 minutes or less. Specifically, the recovery time required to lower the temperature of the waste battery shreds to a range of 35 to 45° C. may be 200 minutes or less.

상기 폐배터리 파쇄물의 초기 무게인 제1 무게 및 초기 온도인 제1 온도를 측정하는 제2 단계는 파쇄된 폐배터리 파쇄물의 초기 무게 및 초기 온도를 측정하는 단계일 수 있다. 상기 제2 단계에서 상기 폐배터리 파쇄물의 초기 무게는 30.65 내지 31.15 kg으로 제어할 수 있다. 상기 제2 단계에서 상기 폐배터리 파쇄물의 초기 온도는 10 내지 35 ℃로 제어될 수 있다.The second step of measuring the first weight, which is the initial weight of the waste battery shreds, and the first temperature, which is the initial temperature, may be a step of measuring the initial weight and the initial temperature of the shredded waste battery shreds. In the second step, the initial weight of the waste battery shreds may be controlled to 30.65 to 31.15 kg. In the second step, the initial temperature of the waste battery shreds may be controlled to 10 to 35° C.

일 실시예에서, 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 표면은 연소부 및 정상부를 포함할 수 있다. 상기 연소부는 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 표면의 적어도 일부가 연소된 영역을 의미하며, 상기 정상부는 상기 표면에 연소 흔적이 없는 정상부를 의미한다.In one embodiment, the surface of the unit waste battery shredder may include a combustion region and a top region. The combustion region means an area where at least a portion of the surface of the unit waste battery shredder is burned, and the top region means a top region on the surface where there are no combustion traces.

일 실시예에서, 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 표면에 있어서, 상기 정상부에 대한 상기 연소부의 면적비율은 30 % 이하를 만족할 수 있다. 상기 정상부에 대한 상기 연소부의 면적비율이 30 % 이하를 만족함으로써, 상기 단위 폐배터리 파쇄물이 연소되어 화재가 발생하는 가능성을 방지할 수 있다. 상기 정상부에 대한 상기 연소부의 면적비율이 30 %를 초과하는 경우, 상기 단위 폐배터리 파쇄물은 연소하여 연기를 동반한 화재를 발생시키는 위험이 있다.In one embodiment, the area ratio of the combustion portion to the top portion on the surface of the unit waste battery shredded material may be 30% or less. By satisfying the area ratio of the combustion portion to the top portion to be 30% or less, the possibility of the unit waste battery shredded material being burned and causing a fire can be prevented. If the area ratio of the combustion portion to the top portion exceeds 30%, there is a risk that the unit waste battery shredded material will be burned and cause a fire accompanied by smoke.

일 실시예에서, 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 표면에 있어서, 상기 연소부는 상기 표면 중 가장자리에 배치될 수 있다. 상기 정상부는 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 표면 중 중심부 부근에 배치될 수 있다. 상기 연소부는 상기 정상부와 대비하여 더욱 짙은 색상을 나타내는 영역을 의미한다.In one embodiment, on the surface of the unit waste battery shredder, the combustion portion may be arranged at an edge of the surface. The top portion may be arranged near the center of the surface of the unit waste battery shredder. The combustion portion refers to a region that exhibits a darker color compared to the top portion.

폐배터리 파쇄물은 전술한 단위 폐배터리 파쇄물을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 폐배터리 파쇄물은 적어도 하나 이상의 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 함량이 상기 폐배터리 파쇄물 전체 부피 내 90 % 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 함량은 상기 폐배터리 파쇄물 전체 부피 내 95 % 이상일 수 있다. The waste battery shredder may include at least one of the above-described unit waste battery shredders. In one embodiment, the waste battery shredder may have a content of at least one of the unit waste battery shredders of 90% or more of the total volume of the waste battery shredder. Specifically, the content of the unit waste battery shredder may be at least 95% of the total volume of the waste battery shredder.

구체적으로, 상기 폐배터리 파쇄물은 7층 초과의 적층 구조를 갖는 단위 폐배터리 파쇄물의 비율이 상기 폐배터리 파쇄물 전체 부피 내 10 % 이하, 구체적으로 5 % 이하이거나 장축 기준으로 크기가 100 mm 초과인 적어도 하나 이상의 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 비율이 상기 폐배터리 파쇄물 전체 부피 내 10 % 이하, 구체적으로 5 % 이하일 수 있다는 내용과 대응될 수 있다.Specifically, the above-described waste battery shredder may correspond to the content that the proportion of unit waste battery shredders having a laminated structure exceeding 7 layers may be 10% or less, specifically 5% or less, of the total volume of the waste battery shredder, or that the proportion of at least one unit waste battery shredder exceeding 100 mm in size based on the long axis may be 10% or less, specifically 5% or less, of the total volume of the waste battery shredder.

이와 같이, 폐배터리 파쇄물 전체 부피 내 단위 부피 당 7층 초과의 층상형 구조를 갖는 폐배터리 파쇄물의 비율 또는 장축 기준으로 크기가 100 mm 초과인 단위 폐배터리 파쇄물의 비율이 상기 범위를 만족함으로써, 화재 발생을 방지할 수 있다.In this way, when the proportion of waste battery shreds having a layered structure exceeding 7 layers per unit volume within the total volume of waste battery shreds or the proportion of unit waste battery shreds having a size exceeding 100 mm in the long axis standard satisfies the above range, fire occurrence can be prevented.

일 실시예에서, 상기 폐배터리 파쇄물은 폐배터리로부터 회수된 것으로, 불순물을 포함하며, 상기 불순물은 중량%로, Na, Ca, Mg, 및 K를 포함할 수 있다. 상기 폐배터리 파쇄물은 폐배터리 재활용 공정의 전처리 과정인 상기 폐배터리를 회수하고, 분쇄하는 과정을 거쳐 제조되는 파쇄 잔여물 또는 블랙파우더 일 수 있다.In one embodiment, the waste battery shredder is recovered from a waste battery and includes impurities, and the impurities may include, in weight %, Na, Ca, Mg, and K. The waste battery shredder may be a shred residue or black powder manufactured through a process of recovering and crushing the waste battery, which is a pretreatment process of a waste battery recycling process.

상기 폐배터리 파쇄물은 Na, Ca, Mg, 및 K와 같은 불순물을 포함할 수 있다. 상기 폐배터리 파쇄물은 상기 불순물의 함량을 낮춤으로써, 후공정에서 동족의 유가 금속인 Li의 추출을 용이하게 할 수 있다.The above-mentioned waste battery shreds may contain impurities such as Na, Ca, Mg, and K. The above-mentioned waste battery shreds can facilitate the extraction of Li, a valuable metal of the same group, in a post-process by lowering the content of the impurities.

본 발명의 일 실시예에 따른, 폐배터리 파쇄물은 불순물을 포함하며, 상기 불순물은 중량%로, Na: 0.4 % 이하(0 % 제외), Ca: 0.03 % 이하(0 % 제외), Mg: 0.02 % 이하, 및 K: 0.02 % 이하를 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the waste battery shredder includes impurities, and the impurities may include, in weight %, Na: 0.4 % or less (excluding 0 %), Ca: 0.03 % or less (excluding 0 %), Mg: 0.02 % or less, and K: 0.02 % or less.

이하, 상기 불순물의 함량 한정 이유를 설명한다.Below, the reasons for limiting the content of the above impurities are explained.

Na: 0.4 중량% 이하(0 % 제외)Na: 0.4 wt% or less (excluding 0%)

나트륨(Na)은 상기 폐배터리 파쇄물로부터 유가 금속을 회수하는 후공정에서 동족 원소로써 수산화리튬 형성 공정에서 리튬대신 나트륨이 일부 반응하여 수산화 나트륨을 형성함으로써 리튬의 회수을 낮추거나, 가성화 공정에서 비용을 상승시키는 부작용이 있다. 상기 폐배터리 파쇄물은 상기 나트륨을 0.4 중량% 이하로 포함할 수 있고, 구체적으로, 상기 나트륨은 0.1 중량% 이하로 포함할 수 있다.Sodium (Na) is a homologous element in the post-process of recovering valuable metals from the spent battery shreds, and has the side effect of lowering the recovery of lithium or increasing the cost in the causticization process by partially reacting sodium instead of lithium in the lithium hydroxide forming process. The spent battery shreds may contain 0.4 wt% or less of sodium, and specifically, may contain 0.1 wt% or less of sodium.

상기 나트륨이 상기 범위보다 많은 양을 함유하는 경우, Na가 증가할 시, 침출공정 및 용매 추출 공정 이후의 용매 내 녹아있는 Li의 결정화 과정에서 Na이 Li과 동일한 1족 원소로써 탄산리튬을 생성할 때 필요한 공정에서 실수율이 떨어지는 문제가 있다. When the above sodium is contained in an amount greater than the above range, there is a problem that the yield decreases in the process required to produce lithium carbonate when Na is a Group 1 element identical to Li in the crystallization process of Li dissolved in the solvent after the leaching process and the solvent extraction process when Na increases.

Ca: 0.03 중량% 이하(0 % 제외)Ca: 0.03 wt% or less (excluding 0%)

칼슘(Ca)은 상기 나트륨과 마찬가지로, 상기 폐배터리 파쇄물로부터 유가 금속을 회수하는 후공정에서 유가 금속의 회수율을 낮추는 원소이다. 칼슘은 리튬 알루미네이트를 형성할 때 알루미늄보다 반응성이 좋아 리튬 카시네이트 구조를 형성함으로써, 이후 반응이 유리한 리튬 알루미네이트의 형성을 방해하여 최종 리튬의 회수율을 낮추게 된다. 상기 폐배터리 파쇄물은 상기 칼슘을 0.03 % 이하로 포함할 수 있고, 구체적으로, 상기 칼슘은 0.02 중량 % 이하로 포함할 수 있다.Calcium (Ca), like the sodium, is an element that lowers the recovery rate of valuable metals in the post-process of recovering valuable metals from the waste battery shreds. Calcium is more reactive than aluminum when forming lithium aluminate, and thus forms a lithium cassinate structure, thereby hindering the formation of lithium aluminate, which is advantageous for subsequent reactions, thereby lowering the final lithium recovery rate. The waste battery shreds may contain 0.03% or less of the calcium, and specifically, may contain 0.02 wt% or less of the calcium.

상기 칼슘이 상기 범위보다 많은 양을 함유하는 경우, Ca가 증가할 시 침출공정 이후 불순물 정제 공정인 고액 분리 과정에서 실수율 및 공정시간이 증가하는 문제가 있다. 또한, 상기 칼슘의 함량이 과도하게 많은 경우, 전구체 상태인 니켈, 코발트, 망간 수산화물 및 리튬 수산화물이 합성하여 양극재를 생성할 때, Li[NiCoMn]1-xCax)]O2 로 합성되어, 상기 칼륨이 양극재 산화물 구조를 구성하게 되어, 리튬 이온의 이동을 방해함으로써 전지의 용량이 감소하는 문제가 있다.If the calcium is contained in an amount greater than the above range, there is a problem that the yield and process time increase in the solid-liquid separation process, which is an impurity purification process after the leaching process, when Ca increases. In addition, if the content of calcium is excessively large, when nickel, cobalt, manganese hydroxide and lithium hydroxide, which are precursors, are synthesized to produce a cathode material, they are synthesized as Li[NiCoMn] 1-x Ca x )]O 2 , so that the potassium forms the cathode material oxide structure, which hinders the movement of lithium ions, and there is a problem that the capacity of the battery decreases.

Mg: 0.02 중량% 이하Mg: 0.02 wt% or less

마그네슘(Mg)은 유가 금속 회수 공정에서 산에 의한 침출 시 고상과 액상의 분리를 용이하지 못하게 하는 원소이다. 상기 폐배터리 파쇄물은 상기 마그네슘을 0.02 중량% 이하, 구체적으로, 0.01 중량% 이하로 포함할 수 있다.Magnesium (Mg) is an element that makes it difficult to separate solid and liquid phases during acid leaching in a metal recovery process. The waste battery shreds may contain magnesium in an amount of 0.02 wt% or less, specifically, 0.01 wt% or less.

상기 마그네슘이 상기 범위보다 많은 양을 함유하는 경우, 니켈과 코발트, 리튬 등의 회수 공정에 부하를 주는 문제가 있다. 또한, 마그네슘의 함량이 과도하게 높은 경우, 전구체 상태인 니켈, 코발트, 망간 수산화물 및 리튬 수산화물과 합성하여 양극재를 생성할 때, Li[NiCoMn]1-xMgx)O2 로 합성되어, 양극재 산화물 구조를 형성하여 리튬 이온의 이동을 방해하여 전지의 용량을 감소시키는 문제가 있다.When the above magnesium is contained in an amount greater than the above range, there is a problem of placing a load on the recovery process of nickel, cobalt, lithium, etc. In addition, when the content of magnesium is excessively high, when producing a cathode material by synthesizing with nickel, cobalt, manganese hydroxide and lithium hydroxide, which are precursors, it is synthesized as Li[NiCoMn] 1-x Mg x )O 2 , forming a cathode material oxide structure, which hinders the movement of lithium ions and reduces the capacity of the battery.

K: 0.02 중량 % 이하K: 0.02 wt % or less

칼륨(K) 역시 리튬과 동족 원소로써 리튬이 수산화합물로 생성되는 거동을 방해하는 역할을 하는 원소이다. 상기 폐배터리 파쇄물은 상기 칼륨을 0.02 중량% 이하, 구체적으로, 0.01 중량% 이하로 포함할 수 있다. 상기 칼륨이 상기 범위보다 많은 양을 함유하는 경우, 가성화 공정에서 부하를 일으켜 리튬의 회수율을 떨어뜨리는 문제가 있다.Potassium (K) is also an element of the same group as lithium, and it is an element that plays a role in preventing lithium from being formed into a hydroxide compound. The waste battery shreds may contain potassium in an amount of 0.02 wt% or less, specifically, 0.01 wt% or less. If the potassium is contained in an amount greater than the above range, there is a problem of causing a load in the causticization process, thereby reducing the lithium recovery rate.

일 실시예에서, 제1 단계 이전에, 상기 폐배터리는 냉동시키는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폐배터리를 냉동시키는 단계는 하기 식 1을 만족할 수 있다.In one embodiment, prior to the first step, the waste battery may include a step of freezing. Specifically, the step of freezing the waste battery may satisfy the following equation 1.

<식 1><Formula 1>

최소 냉각 시간(Hr)=A × (W0.33)Minimum cooling time (Hr) = A × (W 0.33 )

(A = 4 × e(-0.02×dT), W = 배터리 무게(Kg), dT= │외부 냉각 온도 - 목표 온도│, ││는 절대값을 의미한다)(A = 4 × e (-0.02 × dT) , W = battery weight (Kg), dT = │external cooling temperature - target temperature│, ││ represents the absolute value)

상기 식 1의 W는 배터리의 무게를 의미하며, 예를 들어, 전지팩, 단일 배터리, 또는 이들의 조합에 대한 무게를 의미한다. 상기 최소 냉각 시간은 상기 배터리에 가해지는 냉각 온도인 외부 냉각 온도로, 예를 들어 상기 배터리 내에 전해액을 냉각시키기 위한 목표 온도를 의미한다.In the above equation 1, W means the weight of the battery, for example, the weight of a battery pack, a single battery, or a combination thereof. The minimum cooling time means the external cooling temperature, which is the cooling temperature applied to the battery, for example, the target temperature for cooling the electrolyte inside the battery.

상기 폐배터리를 냉동시키는 단계는 상기 최소 냉각 시간 이상을 수행함으로써, 상기 배터리 내부의 전해액까지 냉각되어 안정적으로 후속 공정을 수행할 수 있는 이점이 있다. 상기 폐배터리를 냉동시키는 단계는 상기 최소 냉각 시간 보다 적은 시간 동안 상기 배터리를 냉동시킬 경우, 전해액이 냉각되지 않아 파쇄 시 화재의 위험이 발생할 수 있는 문제가 있다.The step of freezing the waste battery has the advantage of being able to perform subsequent processes stably by cooling the electrolyte inside the battery by performing the step for a time longer than the minimum cooling time. The step of freezing the waste battery has the problem that if the battery is frozen for a time shorter than the minimum cooling time, the electrolyte may not be cooled, which may cause a risk of fire when crushed.

상기 폐배터리를 냉동시키는 단계는 상기 배터리 내에 포함된 전해질이 냉동되기에 충분한 온도로 실시하는 것이다. 구체적으로, 상기 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.The step of freezing the above-mentioned waste battery is performed at a temperature sufficient to freeze the electrolyte contained in the battery. Specifically, the step of freezing may be performed at a temperature range of, for example, -150 to -20°C. More specifically, the temperature range may be -150 to -50°C, and more specifically, -80 to -60°C.

상기 폐배터리를 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 waste battery 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, 예를 들어, - 60 ℃ 보다 높은 온도로 냉각하는 경우에는, 전지 내부에 잔존하는 전압이 0 V까지 저하되지 않아, 단락에 의한 전지 반응이 발생될 수 있고, 전해질이 완전하게 냉동되지 않아, 적절하지 않다. 또한 - 150 ℃까지 냉각하면, 전해질이 충분하게 냉동되며, 전지 내부 전압도 0 V까지 저하되므로, 이보다 낮은 온도로 저하할 필요는 없다. 이와 같이, 배터리 처리 방법은 리튬 이차 전지와 같은 배터리를 파쇄하기 전, 냉동시키는 단계를 포함함으로써, 상기 배터리 파쇄 공정에서 발생할 수 있는 화재의 위험을 방지할 수 있는 이점이 있다.If the above freezing process is outside the above temperature range, for example, if it cools to a temperature higher than -60℃, the voltage remaining inside the battery will not be lowered to 0 V, so a battery reaction due to a short circuit may occur, and the electrolyte will not be completely frozen, which is not appropriate. In addition, if it is cooled to -150℃, the electrolyte is sufficiently frozen, and the voltage inside the battery will also be lowered to 0 V, so there is no need to lower it to a lower temperature. In this way, the battery processing method has the advantage of preventing the risk of fire that may occur in the battery crushing process by including a freezing step before crushing a battery such as a lithium secondary battery.

상기 폐배터리 파쇄물의 초기 온도 및 초기 무게가 전술한 범위에 포함될 때, 상기 폐배터리 파쇄물은 이송부를 따라 제1 안정부로 이동할 수 있다. 상기 폐배터리 파쇄물의 온도 및 무게가 전술한 범위를 벗어나는 경우, 상기 폐배터리 파쇄물의 화재 발생과 같은 문제를 고려하여 제1 안정부로의 이동을 방지할 수 있다.When the initial temperature and initial weight of the waste battery shreds are within the above-mentioned ranges, the waste battery shreds can be moved to the first stable section along the transport section. When the temperature and weight of the waste battery shreds are outside the above-mentioned ranges, the movement to the first stable section can be prevented in consideration of problems such as the occurrence of a fire in the waste battery shreds.

상기 저온 안정화 처리 단계는 상기 파쇄된 폐배터리 파쇄물을 30 ℃ 이하의 온도에서 안정화시키는 단계일 수 있다. 상기 폐배터리 파쇄물을 30 ℃ 이하의 온도에서 안정화시키는 제3 단계는 상기 폐배터리 파쇄물을 저온 상태에서 서서히 이송시키며 전해질을 제거하며 운송할 수 있다. The above low-temperature stabilization treatment step may be a step of stabilizing the crushed waste battery fragments at a temperature of 30° C. or lower. The third step of stabilizing the waste battery fragments at a temperature of 30° C. or lower may be a step of slowly transporting the waste battery fragments in a low-temperature state while removing the electrolyte.

구체적으로, 상기 저온 안정화 처리 단계는 상기 파쇄된 폐배터리 파쇄물이 자체 발열하며 안정화되는 단계일 수 있다. 더욱 구체적으로, 배터리의 잔존용량을 나타내는 SoC(State of Charge)의 조건에 따라 파쇄물의 자체 발열에 있어서 차이가 난다. Specifically, the low-temperature stabilization treatment step may be a step in which the shredded waste battery shreds self-heat and are stabilized. More specifically, there is a difference in self-heating of the shreds depending on the condition of the SoC (State of Charge) indicating the remaining capacity of the battery.

더욱 구체적으로 상기 SoC가 30 % 이상일 때, 갑작스러운 발열이 발생하여 화재가 발생할 수 있다. 따라서, 저온 안정화 처리 단계는 전술한 화재 위험성을 최소화하기 위해 10 ℃ 이하의 온도에서 배터리를 안정화시키는 사전 단계일 수 있다.More specifically, when the SoC is 30% or higher, sudden overheating may occur, which may result in a fire. Therefore, the low-temperature stabilization treatment step may be a preliminary step for stabilizing the battery at a temperature of 10° C or lower to minimize the aforementioned fire risk.

일 실시예에서, 저온 안정화 단계인 제3 단계는 6 내지 24 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 저온 안정화 처리 단계가 전술한 시간 범위의 상한 값을 벗어나는 경우 화재위험성은 최소화되나 제조리드타임 길어져 생산성 감소되는 문제가 있다. 상기 저온 안정화 처리 단계가 전술한 시간 범위의 하한 값을 벗어나는 경우, 충분히 안전하게 전해질 제거가 안될 수 있어 후공정 화재발생의 문제가 있다.In one embodiment, the third step, which is a low-temperature stabilization step, can be performed for 6 to 24 hours. If the low-temperature stabilization treatment step is outside the upper limit of the above-mentioned time range, the fire risk is minimized, but there is a problem that the manufacturing lead time is lengthened and productivity is reduced. If the low-temperature stabilization treatment step is outside the lower limit of the above-mentioned time range, the electrolyte may not be removed sufficiently safely, which may lead to a problem of a post-process fire.

제3 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 제2 무게 및 제2 온도를 측정하는 제4 단계는 저온 안정화 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 무게 및 온도를 측정하는 단계이다. 제3 단계는 저온 안정화를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 고온 안정화를 수행하기에 적합한지 여부를 판단하는 단계일 수 있다.The fourth step of measuring the second weight and the second temperature of the waste battery shreds that have gone through the third step is a step of measuring the weight and temperature of the waste battery shreds that have gone through the low-temperature stabilization step. The third step may be a step of determining whether the waste battery shreds that have gone through the low-temperature stabilization are suitable for high-temperature stabilization.

일 실시예에서, 제2 단계에서 측정한 상기 폐배터리 파쇄물의 제1 무게 및 제1 온도와 제4 단계에서 측정한 상기 폐배터리 파쇄물의 제2 무게 및 제2 온도가 하기 식 1 및 식 2를 만족할 때, 고온 안정화 단계인 제5 단계를 수행할 수 있다.In one embodiment, when the first weight and the first temperature of the waste battery shreds measured in the second step and the second weight and the second temperature of the waste battery shreds measured in the fourth step satisfy the following equations 1 and 2, the fifth step, which is a high-temperature stabilization step, can be performed.

<식 1><Formula 1>

제2 무게 - 제1 무게 ≤ 25 %2nd weight - 1st weight ≤ 25%

<식 2><Formula 2>

제2 온도 - 제1 온도 ≤ 25 ℃Second temperature - First temperature ≤ 25 ℃

상기 식 1 및 2는 저온 안정화를 거친 상기 폐배터리 파쇄물과 초기 폐배터리 파쇄물의 무게 감소량(%) 및 온도 차이를 의미한다. 구체적으로, 상기 식 1은 저온 안정화 처리 후, 무게 감소량을 나타내는 것이고, 상기 식 2는 저온 안정화 수행 후와 수행 전의 온도 차이를 의미한다.The above equations 1 and 2 represent the weight reduction (%) and temperature difference between the low-temperature stabilized waste battery shreds and the initial waste battery shreds. Specifically, the equation 1 represents the weight reduction after the low-temperature stabilization treatment, and the equation 2 represents the temperature difference before and after the low-temperature stabilization.

상기 식 1 및 식 2를 만족할 때, 상기 폐배터리 파쇄물은 고온 안정화 단계를 수행하더라도 화재가 발생하지 않고 전해액이 원활하게 휘발되는 이점이 있다. 상기 식 1 및 식 2를 만족하지 못할 경우, 저온 안정화 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물은 후속 공정인 고온 안정화 단계를 수행하지 못하고, 상기 식 1 및 식 2 조건을 만족할 때까지 저온 안정화 단계인 제4 단계를 지속할 수 있다.When the above equations 1 and 2 are satisfied, the waste battery shreds have the advantage of not causing a fire and smoothly evaporating the electrolyte even if a high-temperature stabilization step is performed. When the above equations 1 and 2 are not satisfied, the waste battery shreds that have undergone a low-temperature stabilization step cannot perform the subsequent high-temperature stabilization step, and the fourth step, which is a low-temperature stabilization step, can be continued until the conditions of the equations 1 and 2 are satisfied.

제4 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물을 30 내지 150 ℃의 온도에서 안정화시키는 제5 단계는 저온 안정화 단계 보다 높은 온도에서 상기 폐배터리 파쇄물을 고온 안정화 단계일 수 있다. 구체적으로, 상기 고온 안정화 단계는 상기 저온 안정화 단계를 거쳐 안정화된 폐배터리 파쇄물에 고온의 열을 가하여 상기 폐배터리 파쇄물 내 전해액을 휘발시키는 단계일 수 있다. The fifth step of stabilizing the spent battery shreds that have gone through the fourth step at a temperature of 30 to 150° C. may be a high-temperature stabilization step of the spent battery shreds at a temperature higher than that of the low-temperature stabilization step. Specifically, the high-temperature stabilization step may be a step of applying high-temperature heat to the spent battery shreds that have been stabilized through the low-temperature stabilization step to volatilize the electrolyte within the spent battery shreds.

일 실시예에서, 제5 단계는 다단 열처리로 수행될 수 있다. 구체적으로, 제5 단계는 중간 안정화 단계 및 고온 안정화 단계를 수행할 수 있다. 상기 다단 열처리는 30 내지 120 ℃ 및 120 내지 150 ℃의 온도에서 순차적으로 수행할 수 있다.In one embodiment, the fifth step may be performed as a multi-stage heat treatment. Specifically, the fifth step may perform an intermediate stabilization step and a high-temperature stabilization step. The multi-stage heat treatment may be performed sequentially at temperatures of 30 to 120° C. and 120 to 150° C.

일 실시예에서, 중간 안정화 단계는 저온 안정화 처리 단계 보다 높고, 고온 안정화 처리 단계 보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 중간 안정화 처리 단계는 30 내지 120 ℃에서 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 중간 안정화 처리 단계는 다단 열처리로 수행될 수 있다. 상기 중간 안정화 처리 단계는 30 내지 60 ℃, 60 내지 90 ℃, 및 90 내지 120 ℃에서 순차적으로 수행될 수 있다.In one embodiment, the intermediate stabilization step can be performed at a temperature higher than the low temperature stabilization treatment step and lower than the high temperature stabilization treatment step. In one embodiment, the intermediate stabilization treatment step can be performed at 30 to 120 °C. In one embodiment, the intermediate stabilization treatment step can be performed by a multi-stage heat treatment. The intermediate stabilization treatment steps can be sequentially performed at 30 to 60 °C, 60 to 90 °C, and 90 to 120 °C.

이와 같이, 고온 안정화 처리 단계 이전에 중간 안정화 처리 단계를 수행함으로써, 폐배터리 파쇄물의 온도를 서서히 상승시켜 안정적으로 폐배터리 파쇄물 내 전해액을 휘발시킬 수 있다.In this way, by performing an intermediate stabilization treatment step prior to a high-temperature stabilization treatment step, the temperature of the spent battery shreds can be gradually increased to stably volatilize the electrolyte within the spent battery shreds.

일 실시예에서, 고온 안정화 단계는 120 내지 150 ℃에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 고온 안정화 단계는 상기 저온 안정화 단계를 거쳐 안정화된 폐배터리 파쇄물에 고온의 열을 가하여 상기 폐배터리 파쇄물 내 전해액을 휘발시키는 단계일 수 있다.In one embodiment, the high temperature stabilization step may be performed at 120 to 150° C. Specifically, the high temperature stabilization step may be a step of applying high temperature heat to the spent battery shreds stabilized through the low temperature stabilization step to volatilize the electrolyte within the spent battery shreds.

상기 고온 안정화 단계가 전술한 온도 범위의 상한 값을 벗어나는 경우, 화재발생 문제가 있다. 상기 고온 안정화 단계가 전술한 온도 범위의 하한 값을 벗어나는 경우, 폐배터리 파쇄물 내 전해액이 충분히 휘발되지 않는 문제가 있다.If the above high-temperature stabilization step exceeds the upper limit of the above-mentioned temperature range, there is a problem of fire occurrence. If the above high-temperature stabilization step exceeds the lower limit of the above-mentioned temperature range, there is a problem of the electrolyte in the waste battery shreds not being sufficiently volatilized.

일 실시예에서, 고온 안정화 단계는 5 시간 내지 12 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 고온 안정화 단계가 전술한 시간 범위의 상한 값을 벗어나는 경우, 제조 리드 타임 증가로 생산성에 문제가 있다. 상기 고온 안정화 단계가 전술한 시간 범위의 하한 값을 벗어나는 경우, 전해질이 충분히 제거되지 않아 후공정에 화재를 유발할 수 있는 문제가 있다.In one embodiment, the high temperature stabilization step can be performed for 5 to 12 hours. If the high temperature stabilization step is outside the upper limit of the above-mentioned time range, there is a problem with productivity due to an increase in manufacturing lead time. If the high temperature stabilization step is outside the lower limit of the above-mentioned time range, there is a problem that the electrolyte is not sufficiently removed, which may cause a fire in the subsequent process.

제5 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 제3 무게 및 제3 온도를 측정하는 제6 단계는 고온 안정화 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 무게 및 온도를 측정하는 단계이다. 구체적으로, 제6 단계는 고온 안정화 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물이 후속 공정을 수행하기에 적합한지 판단하는 단계일 수 있다.The sixth step of measuring the third weight and the third temperature of the waste battery shreds that have gone through the fifth step is a step of measuring the weight and temperature of the waste battery shreds that have gone through the high-temperature stabilization step. Specifically, the sixth step may be a step of determining whether the waste battery shreds that have gone through the high-temperature stabilization step are suitable for performing a subsequent process.

일 실시예에서, 제4 단계에서 측정한 상기 폐배터리 파쇄물의 제2 무게 및 제2 온도와 제6 단계에서 측정한 상기 폐배터리 파쇄물의 제3 무게 및 제3 온도가 하기 식 3 및 식 4를 만족할 때, 제7 단계를 수행할 수 있다.In one embodiment, when the second weight and the second temperature of the waste battery shreds measured in the fourth step and the third weight and the third temperature of the waste battery shreds measured in the sixth step satisfy the following equations 3 and 4, the seventh step can be performed.

<식 3><Formula 3>

제3 무게 - 제2 무게 ≤ 10 %3rd weight - 2nd weight ≤ 10%

<식 4><Formula 4>

제3 온도 - 제2 온도 ≤ 25 ℃ 3rd temperature - 2nd temperature ≤ 25 ℃

상기 식 3 및 4는 고온 안정화를 거친 상기 폐배터리 파쇄물과 고온 안정화 단계를 수행하기 전 폐배터리 파쇄물의 무게 감소량(%) 및 온도 차이를 의미한다. 상기 식 3 및 식 4를 만족할 때, 상기 폐배터리 파쇄물 내 전해액이 휘발된 상태로 예를 들어 고온 환원 공정과 같은 후속 공정을 수행하더라도 화재가 발생하지 않고 안정성을 가지며 후속 공정을 수행할 수 있는 이점이 있다. 상기 식 3 및 식 4를 만족하지 못할 경우, 후속 공정 수행 시, 상기 폐배터리 파쇄물 내 전해액에 의해 화재가 발생하여 공정 수행이 어려운 문제가 있다. 상기 식 3 및 식 4를 만족하지 못할 경우, 상기 폐배터리 파쇄물은 상기 식 3 및 식 4를 만족할 때까지 고온 안정화 단계인 제6 단계를 지속적으로 수행할 수 있다.The above equations 3 and 4 represent the weight reduction (%) and the temperature difference between the spent battery shreds that have undergone high-temperature stabilization and the spent battery shreds before performing the high-temperature stabilization step. When the above equations 3 and 4 are satisfied, there is an advantage in that even if a subsequent process, such as a high-temperature reduction process, is performed while the electrolyte in the spent battery shreds is volatilized, a fire does not occur and the subsequent process can be performed with stability. When the above equations 3 and 4 are not satisfied, there is a problem in that a fire occurs due to the electrolyte in the spent battery shreds when performing the subsequent process, making it difficult to perform the process. When the above equations 3 and 4 are not satisfied, the spent battery shreds can continuously perform the 6th step, which is the high-temperature stabilization step, until the above equations 3 and 4 are satisfied.

제6 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물을 배출하는 제7 단계는 전술한 조건을 만족하는 상기 폐배터리 파쇄물을 수행할 수 있다. 저온 및 고온 안정화 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물은 환원 공정과 같은 후속 공정에 투입하기 위해 배출될 수 있다.The seventh step of discharging the waste battery shreds that have gone through the sixth step can be performed on the waste battery shreds that satisfy the conditions described above. The waste battery shreds that have gone through the low-temperature and high-temperature stabilization steps can be discharged for use in a subsequent process such as a reduction process.

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><Experimental example>

<최소 냉동 시간에 따른 배터리 내부 온도><Battery internal temperature according to minimum freezing time>

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각 온도에 따른 배터리의 전압의 변화를 나타낸다Figure 4 shows the change in voltage of a battery according to cooling temperature according to one embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 배터리를 - 80 ℃로 냉동하면서, 전지 전압을 측정하면 전지 팩은 약 40 ℃의 고온, 상온 및 - 60 ℃까지는 거의 동일한 전압을 나타내고 있으므로, 전지 특성을 잃지 않는 것을 확인할 수 있다. 이어서, 온도가 - 60 ℃부터 - 70 ℃로 온도가 저하되는 경우, 전압이 급격하게 저하되어, - 70 ℃ 아래에서는 전압이 0 V가 되는 결과를 확인하였다. 이와 같이, 배터리를 - 60 내지 - 150 ℃로 냉동하는 경우, 단락이 발생하지 않는 것을 확인하였다.Referring to Fig. 4, when the battery is frozen to -80°C and the battery voltage is measured, the battery pack shows almost the same voltage at a high temperature of about 40°C, room temperature, and -60°C, so it can be confirmed that the battery characteristics are not lost. Next, it was confirmed that when the temperature decreases from -60°C to -70°C, the voltage decreases rapidly, and below -70°C, the voltage becomes 0 V. In this way, it was confirmed that a short circuit does not occur when the battery is frozen to -60 to -150°C.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 무게, 외부 냉각 온도, 냉각 시간의 관계를 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the relationship among battery weight, external cooling temperature, and cooling time according to one embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 처리 방법은, 배터리를 냉동하는 단계에 있어서, 배터리를 냉각하기 위한 최소 냉각 시간을 도출할 수 있음을 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 최소 냉각 시간은 배터리 무게, 외부 냉각 온도, 및 목표 온도와 관련 있음을 확인할 수 있다. 구체적으로, 목표 온도를 - 70 ℃로 설정하고, 배터리 무게를 각각 2.5 kg(A), 10 kg(B), 20 kg(C), 및 50 kg(D)로 하였을 때, 외부 냉각 온도 및 최소 냉각 시간을 도시한 것이다. 배터리를 냉각 시, 배터리의 전해액은 소정 시간을 거친 후, 냉각이 시작되어 전압이 0 V가 되는 상태를 확인할 수 있다. 이를 통해, 상기 배터리를 냉각시킴에 있어서, 내부, 구체적으로 전해액까지 충분히 냉각시키기 위한 최소한의 유지 시간이 필요한 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be confirmed that a battery processing method according to an embodiment of the present invention can derive a minimum cooling time for cooling a battery in the step of freezing a battery. Specifically, it can be confirmed that the minimum cooling time is related to the battery weight, the external cooling temperature, and the target temperature. Specifically, when the target temperature is set to -70° C. and the battery weights are 2.5 kg (A), 10 kg (B), 20 kg (C), and 50 kg (D), respectively, the external cooling temperature and the minimum cooling time are shown. When cooling the battery, it can be confirmed that the electrolyte of the battery starts cooling after a predetermined time and the voltage becomes 0 V. Through this, it can be confirmed that a minimum maintenance time is required to sufficiently cool the inside, specifically the electrolyte, when cooling the battery.

구체적으로, 외부로 열을 빼앗기는 냉각을 위한 열전달 상황에서, 배터리 자체의 비열을 고려할 경우, 배터리 무게와 냉각을 위한 시간을 필요로 하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 배터리를 냉각시키기 위해 냉동을 위한 외부 냉각 온도와 목표 온도, 배터리 무게를 이용하여 냉각에 필요한 최소한의 시간을 확인할 수 있다.Specifically, in a heat transfer situation for cooling where heat is taken out to the outside, when considering the specific heat of the battery itself, it can be confirmed that the battery weight and time for cooling are required. In this way, in the present invention, the minimum time required for cooling can be confirmed by using the external cooling temperature for refrigeration, the target temperature, and the battery weight to cool the battery.

하기 표 1 에서는 배터리 무게, 외부 냉각 온도에 따른 최소 냉각 시간을 기재한 것이다.Table 1 below lists the minimum cooling time based on battery weight and external cooling temperature.

배터리 무게[Kg]Battery Weight [Kg] 외부 냉각 온도[℃]External cooling temperature [℃] 목표 온도
[℃]
Target temperature
[℃]
식 1Equation 1 최소 냉각 시간[h]Minimum cooling time [h]
A_1A_1 2.52.5 -120-120 -70-70 1.91.9 1.91.9 A_2A_2 2.52.5 -100-100 -70-70 2.92.9 2.92.9 A_3A_3 2.52.5 -80-80 -70-70 4.44.4 4.44.4 B_1B_1 1010 -120-120 -70-70 3.13.1 3.13.1 B_2B_2 1010 -100-100 -70-70 4.64.6 4.64.6 B_3B_3 1010 -80-80 -70-70 7.07.0 7.07.0 C_1C_1 2020 -120-120 -70-70 3.93.9 3.93.9 C_2C_2 2020 -100-100 -70-70 5.85.8 5.85.8 C_3C_3 2020 -80-80 -70-70 8.88.8 8.88.8 D_1D_1 5050 -120-120 -70-70 5.35.3 5.35.3 D_2D_2 5050 -100-100 -70-70 7.97.9 7.97.9 D_3D_3 5050 -80-80 -70-70 11.911.9 11.911.9

상기 표 1을 살펴보면, 배터리 무게가 작을수록, 냉각의 대상이 되는 배터리의 최소 냉각 시간이 더욱 적게 소요되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 배터리 무게, 외부 냉각 온도, 및 목표 온도에 따른 관계식으로부터 도출되는 식 1의 값을 최소 냉각 시간으로 냉각시켰을 때, 배터리, 구체적으로, 상기 배터리의 전해질까지 냉각되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 식 1의 값 이상의 시간 동안 배터리를 냉각시켰을 때, 후공정인, 배터리 분쇄 과정에서 화재가 발생하지 않는다. 도 6a 및 6b는 본 발명의 최소 냉각 시간에 따른, 실시예의 사진이고, 도 6c 및 6d는 본 발명의 최소 냉각 시간에 따른, 비교예의 사진이다.Looking at the above Table 1, it can be confirmed that the smaller the battery weight, the shorter the minimum cooling time of the battery to be cooled. In addition, it can be confirmed that when the value of Equation 1 derived from the relationship according to the battery weight, the external cooling temperature, and the target temperature is cooled with the minimum cooling time, the battery, specifically, the electrolyte of the battery, is cooled. In addition, when the battery is cooled for a time longer than the value of Equation 1, a fire does not occur in the post-process, the battery crushing process. FIGS. 6a and 6b are photographs of examples according to the minimum cooling time of the present invention, and FIGS. 6c and 6d are photographs of comparative examples according to the minimum cooling time of the present invention.

도 6a 및 6b를 참조하면, 배터리를 냉각함에 있어서, 필요한 최소 냉각 시간 보다 적은 시간동안 냉동시켰을 때의 파쇄물의 화재 발생 상태를 실험한 것이다. 상기 실험에서는 배터리 무게 25 kg, 외부 냉각 온도 - 95 ℃, 및 목표 냉동 온도 - 70 ℃ 일 때, 하기 식 1의 값이 7 시간일 때 상기 식 1의 값 보다 낮은 5 시간 동안 실험을 진행한 것이다.Referring to FIGS. 6a and 6b, the fire occurrence status of shredded material when frozen for a time shorter than the minimum cooling time required for cooling the battery was tested. In the test, when the battery weight was 25 kg, the external cooling temperature was -95°C, and the target freezing temperature was -70°C, the value of Equation 1 below was 7 hours, and the test was performed for 5 hours, which is lower than the value of Equation 1 above.

<식 1><Formula 1>

최소 냉각 시간 = A × (W0.33)Minimum cooling time = A × (W 0.33 )

(A = 4 × e(-0.02×dT), W = 배터리 무게(Kg), dT= │외부 냉각 온도 - 목표 온도│, ││는 절대값을 의미한다)(A = 4 × e (-0.02 × dT) , W = battery weight (Kg), dT = │external cooling temperature - target temperature│, ││ represents the absolute value)

도 6c 및 6d를 참조하면, 배터리를 냉각에 필요한 최소 냉동 시간 이상으로 냉동시켰을 때의 파쇄물의 화재 발생 상태를 실험한 것이다. 상기 실험에서는 하기 표 2와 동일한 배터리 무게, 외부 냉각 온도, 최소 냉동 시간을 7 시간 이상으로 한 경우로 실험한 것이다.Referring to Figures 6c and 6d, the fire occurrence status of the shredded material was tested when the battery was frozen for a minimum freezing time required for cooling. The above experiment was performed with the same battery weight, external cooling temperature, and minimum freezing time of 7 hours or more as shown in Table 2 below.

하기 표 2는 6a 내지 6d에 따른, 동일한 배터리 무게, 외부 냉각 온도, 및 최소 냉동 시간 따른, 실시예 및 비교예의 화재 발생 상태를 비교한 것이다. 상기 화재 발생 상태에 대한 판별은, 배터리 파쇄 후, 화재 발생이 관찰되면 "O", 그렇지 않은 경우 "X"로 하였다.Table 2 below compares the fire occurrence status of the examples and comparative examples according to the same battery weight, external cooling temperature, and minimum freezing time according to 6a to 6d. The determination of the fire occurrence status was made as follows: if fire occurrence was observed after battery crushing, “O”; otherwise, “X”.

배터리 무게[Kg]Battery Weight [Kg] 외부 냉각 온도[℃]External cooling temperature [℃] 목표 온도
[℃]
Target temperature
[℃]
식 1Equation 1 실제 냉각 시간[h]Actual cooling time [h] 화재 발생Fire outbreak
비교예Comparative example 2525 - 95- 95 - 70- 70 7.07.0 55 OO 실시예Example 2525 - 95- 95 - 70- 70 7.07.0 77 XX

상기 표 2를 살펴보면, 최소 냉각 시간에 해당하는 식 1의 값 보다 작은 값으로 배터리를 냉각시킬 경우, 전해질까지 냉각되지 않아, 배터리 파쇄 후 화재가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 식 1의 값을 최소 냉각 시간으로 하여, 배터리를 냉각시킬 경우, 배터리 파쇄 후, 화재 발생 없이 안정적으로 파쇄물을 활용할 수 있음을 확인할 수 있다.Looking at Table 2 above, it can be seen that if the battery is cooled to a value smaller than the value of Equation 1 corresponding to the minimum cooling time, the electrolyte is not cooled, and a fire occurs after the battery is crushed. In this way, it can be seen that if the battery is cooled with the value of Equation 1 as the minimum cooling time, the crushed material can be stably utilized without a fire occurring after the battery is crushed.

<배터리 파쇄 단계 - 파쇄물의 크기><Battery shredding stage - shred size>

냉동 배터리를 파쇄하더라도, 파쇄 중 화재가 발생할 가능성이 낮지만, 배터리 내부에 상기 배터리의 충전 상태에 따라 파쇄물 내에도 전위차를 가지게 된다. 본 발명에서, 파쇄물의 온도가 얼마까지 상승하는지 측정하여 파쇄물을 안정화시키는 기준을 설정하였다.Even if the frozen battery is shredded, there is a low possibility of a fire occurring during the shredding, but the shredded material also has a potential difference depending on the state of charge of the battery inside the battery. In the present invention, a standard for stabilizing the shredded material is set by measuring how much the temperature of the shredded material rises.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 파쇄물의 시간에 따른 온도 그래프이다.Figure 7 is a graph of temperature over time of a shredded material according to one embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 20 mm 크기의 파쇄물을 기준으로 최대 발열 온도를 확인하기 위해, 시간에 따른 온도 변화를 확인한 것이다. 구체적으로, 냉동 단계를 거친 배터리를 파쇄한 후, 생성된 파쇄물 중 20 mm 크기의 파쇄물을 대기에 두고 공기를 이용한 냉각 방법으로 시간에 따른 온도 변화를 측정한 것이다. 20 mm 크기의 파쇄물의 경우, 최대 발화 온도가 약 65 ℃인 것을 확인할 수 있다. 이는 전해액의 평균 기화 온도인 120 ℃ 보다 낮은 것을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 7, in order to confirm the maximum heating temperature based on 20 mm-sized shredded materials, the temperature change over time was confirmed. Specifically, after shredding a battery that had gone through a freezing step, the 20 mm-sized shredded materials among the generated shredded materials were placed in the air and the temperature change over time was measured using a cooling method using air. In the case of 20 mm-sized shredded materials, it can be confirmed that the maximum ignition temperature is approximately 65°C. It can be confirmed that this is lower than the average vaporization temperature of the electrolyte, which is 120°C.

하기 표 3은 파쇄물 크기에 따라 온도 승온량을 측정한 것이다.Table 3 below shows the temperature increase amount measured according to the size of the crushed material.

평균 파쇄물 크기(mm)Average shred size (mm) 11 1010 2020 5050 100100 150150 승온량[℃]Temperature increase [℃] 3030 5050 6565 9090 110110 140140

상기 표 3을 살펴보면, 파쇄물의 크기에 따라, 재승온하는 온도의 차이가 발생함을 확인할 수 있고, 공정 설계를 위한 안정화 온도로, 파쇄물의 평균 크기를 가로, 세로, 및 높이 방향 중 가장 긴 축인 장축이 100 mm 이내로 파쇄되어야 함을 확인하였다.또한, 파쇄물 크기에 따라, 파쇄물은 물리적으로 안정화되는 시간이 필요하다. 파쇄물의 안정화를 위한 방법으로, 120 ℃ 보다 낮은 온도 조건에서 소정의 공정 시간 동안 지속 유지하거나, 대기의 산소와의 접촉을 저감하기 위해 불활성 가스를 투입한 상태에서 소정의 공정 시간 동안 유지가 필요하다.Looking at Table 3 above, it can be confirmed that there is a difference in the re-heating temperature depending on the size of the shredded material, and it was confirmed that the average size of the shredded material should be shredded to within 100 mm in the long axis, which is the longest axis among the horizontal, vertical, and height directions, as the stabilization temperature for process design. In addition, depending on the size of the shredded material, the shredded material requires time to be physically stabilized. As a method for stabilizing the shredded material, it is necessary to continuously maintain it for a predetermined process time under temperature conditions lower than 120 ℃, or to maintain it for a predetermined process time in a state in which an inert gas is introduced to reduce contact with oxygen in the atmosphere.

본 발명에서, 평균 파쇄물 크기 20 mm 기준으로 상온 30 ℃ 수준으로 약 3 시간 정도 유지하였으며, 이때, 상기 파쇄물의 상승되었던 온도가 상온 수준까지 하락한 것을 확인할 수 있다. In the present invention, the crushed material was maintained at a room temperature of 30°C for about 3 hours based on an average crushed material size of 20 mm, and at this time, it was confirmed that the increased temperature of the crushed material had dropped to the room temperature level.

상기 안정화 시간은 100 mm 이하의 파쇄물의 경우, 유지 시간을 수 분 이내로 두어도 문제되지 않으나, 100 mm 초과의 파쇄물의 경우, 최소 3 시간 이상의 안정화 시간을 가져야한다.For the above stabilization time, for fragments less than 100 mm, there is no problem if the holding time is within several minutes, but for fragments greater than 100 mm, the stabilization time must be at least 3 hours.

<배터리 파쇄 단계 - 배터리 파쇄물의 파쇄물 층 제어 단계><Battery shredding stage - Shredder layer control stage of battery shredder>

파쇄물의 최소 냉동시간 이하에서 파쇄를 실시하였을 때, 파쇄물이 극저온 상태에서 취성파단이 발생하지 않아 파쇄물의 크기가 크거나 양극집전체와 음극집전체가 여러 층으로 존재함에 따라 파쇄물의 두께가 두꺼워지는 문제가 발생하였다. 상기 파쇄물의 층 두께가 두꺼워짐에 따라 온도 상승량이 많고 승온 시간이 장시간 소요되는 문제가 있다.When crushing is performed below the minimum freezing time of the crushed material, a problem occurs in that the crushed material is large in size or the thickness of the crushed material increases because brittle fracture does not occur in the cryogenic state or the positive and negative collectors exist in multiple layers. As the thickness of the layers of the crushed material increases, there is a problem in that the temperature increase amount is large and the heating time takes a long time.

하기 표 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 배터리 파쇄물에 있어서, 층상형 구조에 따른 온도 상승량을 열화상 카메라로 측정한 것이다.Table 4 below shows the temperature rise according to the layered structure in a unit battery shredder according to one embodiment of the present invention, as measured by a thermal imaging camera.

하기 표 4를 참조하면, 층상형 구조의 경우, 양극-분리막-음극이 1층을 의미하며, 파쇄물이 다층으로 적층될 경우, 양극-분리막-음극-분리막-양극-분리막-음극… 순으로 배치된 것이다. 구체적으로, 폐배터리 내 양극 또는 상기 음극 사이에 분리막 구조를 1층 구조로 하여 다층으로 배치된 것을 의미한다. 구체적으로, 분리막을 기준으로 상기 분리막의 적어도 일면에 양극 또는 음극이 배치된 것일 수 있다.Referring to Table 4 below, in the case of a layered structure, anode-separator-cathode means 1 layer, and when the shredded materials are laminated in multiple layers, they are arranged in the order of anode-separator-cathode-separator-anode-separator-cathode... Specifically, it means that the separator structure is arranged in multiple layers with the anode or the cathode in the waste battery as a 1-layer structure. Specifically, the anode or cathode may be arranged on at least one side of the separator based on the separator.

하기 표 4에서 파쇄물의 평균 크기는 20 mm로 평가하였으며, 파쇄 후 파쇄물의 층수별 온도 평가와 냉동 온도에서 최대 온도로 상승한 후 다시 40 ℃까지 강하하는데 소요되는 회복 시간을 측정한 것이다.In Table 4 below, the average size of the shredded material was evaluated as 20 mm, and the temperature of each layer of the shredded material after shredding was evaluated and the recovery time required to increase from the freezing temperature to the maximum temperature and then decrease back to 40°C was measured.

이때, 파쇄물의 크기는 파쇄물의 장축 및 단축 중 장축을 기준으로 측정하였다.At this time, the size of the shredded material was measured based on the long axis among the long and short axes of the shredded material.

층상형 구조 층수
[층수]
Layered structure number of floors
[Floor]
파쇄물 크기
[mm]
shred size
[mm]
최대 온도
[℃]
Maximum temperature
[℃]
40 ℃ 이하
회복 시간
[min]
Below 40℃
Recovery time
[min]
비고note
실험예Experimental example 22 2020 6363 110110 실시예Example 실험예Experimental example 33 2020 6464 110110 실시예Example 실험예Experimental example 55 2020 7575 144144 실시예Example 실험예Experimental example 77 2020 105105 200200 실시예Example 실험예Experimental example 1010 100100 연소combustion -- 비교예Comparative example

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 단위 배터리 파쇄물을 도시한다.도 8a를 참조하면, 단위 배터리 파쇄물의 파쇄물 크기 및 층상형 구조 층수에 따른 실시예 및 비교예를 확인할 수 있다.FIGS. 8A to 8C illustrate unit battery shreds according to one embodiment and a comparative example of the present invention. Referring to FIG. 8A, examples and comparative examples can be confirmed according to the shred size and the number of layers of the layered structure of the unit battery shreds.

상기 도 8a 및 상기 표 4를 동시에 살펴보면, 층상형 구조의 층수가 3 층 이하인 경우, 파쇄물의 온도가 110 ℃ 이하로 안정적으로 유지하였으며, 7 층 보다 높은 층수를 갖는 경우, 105 ℃ 보다 높은 온도로 상승한 후, 전해액과 반응하기 때문에 연소가 발생하는 것을 확인하였다.When examining the above FIG. 8a and Table 4 simultaneously, it was confirmed that when the number of layers of the layered structure was 3 or less, the temperature of the shredded material was stably maintained below 110°C, and when the number of layers was higher than 7, the temperature rose to higher than 105°C and combustion occurred because it reacted with the electrolyte.

도 8b를 참조하면, 배터리 파쇄물의 무게 비율에 따른 혼합 비율을 확인할 수 있다. 구체적으로, 층상형 구조가 7층 이하(도 8b의 좌측)인 배터리 파쇄물의 무게는 905 g이고, 층상형 구조가 7층 초과(도 8b의 우측)인 배터리 파쇄물의 무게는 95 g으로 혼합하였다.Referring to Fig. 8b, the mixing ratio according to the weight ratio of the battery shreds can be confirmed. Specifically, the weight of the battery shreds having a layered structure of 7 layers or less (left side of Fig. 8b) was 905 g, and the weight of the battery shreds having a layered structure of more than 7 layers (right side of Fig. 8b) was mixed at 95 g.

상기 배터리 파쇄물의 크기는 1 층의 경우, 최대 100 mm를 넘으면 최대 온도가 105 ℃ 보다 높은 온도로 상승하여 화재가 발생할 가능성이 큰 것을 확인하였다. 또한, 100 mm 이하에서도 층상형 구조의 층수가 10 이상, 구체적으로 7 초과인 경우 화재가 발생할 가능성이 커지는 것을 확인하였다.It was confirmed that the size of the above battery shreds exceeds 100 mm for one layer, and the maximum temperature rises to over 105℃, which increases the possibility of a fire. In addition, it was confirmed that even when the size is less than 100 mm, the possibility of a fire increases when the number of layers of the layered structure is 10 or more, specifically, over 7.

하기 표 5는 본 발명의 배터리 파쇄물에 있어서, 층상형 구조가 7층 초과인 파쇄물의 중량% 비율에 따른 화재 발생 가능성을 나타낸다.Table 5 below shows the possibility of fire occurrence according to the weight % ratio of the battery shreds of the present invention, in which the layered structure exceeds 7 layers.

7층 초과
무게 비율
[%]
Over 7 floors
Weight ratio
[%]
실험 횟수
[횟수]
Number of experiments
[number]
화재 발생 빈도
[횟수]
Frequency of fire occurrence
[number]
화재 발생 여부Whether there is a fire 비고note
실험예Experimental example 2 미만less than 2 1010 00 XX -- 실험예Experimental example 2-52-5 1010 00 XX -- 실험예Experimental example 6-106-10 1010 11 연기 발생Smoke generation 실험예Experimental example 10 초과More than 10 33 33 OO 화재 발생Fire outbreak

상기 표 5를 살펴보면, 1 kg 셀 단위로 파쇄물 내 여러 차례 화재 발생 빈도를 측정한 결과, 층상형 구조의 층수가 7층 초과인 파쇄물의 무게 비율이 포함되더라도 전체 무게 비율 기준으로 10 % 이하 포함되는 경우, 화재 발생이 거의 발생하지 않은 것을 확인하였다.또한, 층상형 구조의 층수가 7층 초과인 파쇄물의 무게 비율이 전체 무게 비율 기준으로 10 % 초과하여 포함되는 경우, 3차례 실험에서 모두 화재가 발생한 것을 확인하였다. 이때, 상기 화재의 발화 위치는 7층 이상의 두꺼운 파쇄물에서 시작되는 것을 확인하였다.이와 같이, 상기 파쇄물의 상기 층상형 구조의 층수가 7층 초과인 파쇄물의 무게 비율이 파쇄물 전체 무게에 대하여 10 % 이하, 구체적으로 5 % 이하로 포함될 경우, 파쇄물의 화재를 방지할 수 있음을 확인하였고, 전체 배터리 파쇄물 중 층상형 구조가 7층 이상인 파쇄물이거나 100 mm 보다 큰 크기를 갖는 파쇄물이 10 % 초과로 포함될 때 화재 발생 빈도가 높아지는 것을 확인하였다.Looking at Table 5 above, the results of measuring the frequency of fire occurrence within the shredded material in units of 1 kg cells several times confirmed that even when the weight ratio of the shredded material with a layered structure exceeding 7 layers was included and was less than 10% based on the total weight ratio, fire occurrence rarely occurred. In addition, when the weight ratio of the shredded material with a layered structure exceeding 7 layers was included and exceeded 10% based on the total weight ratio, fire occurrence was confirmed in all three experiments. At this time, it was confirmed that the ignition location of the fire started from a thick shredded material of 7 layers or more. In this way, it was confirmed that the fire of the shredded material can be prevented when the weight ratio of the shredded material having a layered structure of more than 7 layers is 10% or less, specifically 5% or less, with respect to the total weight of the shredded material. In addition, it was confirmed that the frequency of fire occurrence increases when the shredded material having a layered structure of 7 layers or more or shredded material having a size larger than 100 mm is included in more than 10% of the total battery shredded material.

또한, 하기 표 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 파쇄물의 표면에서 연소 흔적의 비율에 따른 연기 발생 여부를 확인한 것이다.In addition, Table 6 below shows whether smoke was generated according to the ratio of combustion traces on the surface of the shredded material according to one embodiment of the present invention.

연소부 면적/
정상부 면적 비율
[%]
Combustion area/
Top surface area ratio
[%]
연기 발생Smoke generation 비고note
실험예Experimental example 1010 XX 실시예Example 실험예Experimental example 2020 XX 실시예Example 실험예Experimental example 3030 XX 실시예Example 실험예Experimental example 30 초과Over 30 OO 비교예Comparative example

도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 단위 배터리 파쇄물 표면의 연소부 및 정상부를 도시한다.도 8c를 참조하면, 단위 배터리 파쇄물 표면은 고온에 의한 연소 흔적이 없는 정상부위와 고온에 의해 연소 흔적이 있는 파쇄물의 표면을 확인할 수 있다. 연소부위는 고온에 의한 연소 흔적이 있는 부위로, 구체적으로 급가열부위일 수 있으며, 미연소 부분인 정상부위와 대비하여 더욱 짙은 색상을 띄는 영역을 의미한다. 상기 연소부위는 대부분 가장자리가 연소된 것으로 나타난다.FIG. 8C illustrates a combustion area and a top area of a surface of a unit battery shredded material according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8C, the surface of the unit battery shredded material can be identified as a top area without a combustion trace due to high temperature and a surface of the shredded material with a combustion trace due to high temperature. The combustion area is an area with a combustion trace due to high temperature, and may be specifically a rapidly heated area, and means an area that has a darker color compared to the top area, which is an unburned area. The combustion area appears to have mostly burned edges.

도 8c와 상기 표 6을 살펴보면, 상기 단위 배터리 파쇄물의 표면에 고온에 의한 연소 흔적이 거의 없거나, 표면적 내 연소 흔적이 30 % 이하인 경우, 연기 발생 유무를 평가하였을 때, 연소가 되지 않는 것을 확인하였다. 상기 표면적 내 연소 흔적이 30 % 를 초과하는 경우, 연기를 동반한 화재가 발생한 것을 확인하였다.Looking at Fig. 8c and Table 6 above, when there were almost no traces of combustion due to high temperature on the surface of the unit battery shreds or when the traces of combustion within the surface area were 30% or less, it was confirmed that no combustion occurred when evaluating the presence or absence of smoke generation. When the traces of combustion within the surface area exceeded 30%, it was confirmed that a fire accompanied by smoke occurred.

<배터리 안정화 단계: 폐배터리 SOC 조건에 따른 파쇄물 온도 경향><Battery stabilization stage: Temperature trend of shredded material according to SOC condition of used battery>

도 9a 내지 도 9c는 폐배터리의 온도 측정 과정과 SOC 조건에 따른 파쇄물 온도 경향에 대한 사진이다.Figures 9a to 9c are photographs showing the temperature measurement process of a waste battery and the temperature trend of the shredded material according to the SOC conditions.

도 9a 및 도 9b는 배터리 파쇄 전과 파쇄 후의 온도를 측정한 것이고, 도 8c는 폐배터리의 SOC 조건에 따른 파쇄물 온도 경향이다. 도 9a를 참조하면, 폐배터리 파쇄 전의 온도를 측정하기 위해, 배터리 모듈 중앙에 약 30 mm 드릴링(Drilling)으로 구멍을 내고, TC(Thermal Couple)를 설치하여 온도를 측정하였다. 도 8b를 참조하면, 폐배터리 파쇄 후의 파쇄물의 온도를 측정하기 위해, 파쇄물 중앙에 TC(Thermal Couple)를 설치하여 측정하였다.FIG. 9a and FIG. 9b show the temperature measured before and after battery shredding, and FIG. 8c shows the temperature trend of the shredded material according to the SOC condition of the spent battery. Referring to FIG. 9a, in order to measure the temperature before the spent battery was shredded, a hole of about 30 mm was drilled in the center of the battery module, and a TC (Thermal Couple) was installed to measure the temperature. Referring to FIG. 8b, in order to measure the temperature of the shredded material after the spent battery was shredded, a TC (Thermal Couple) was installed in the center of the shredded material to measure the temperature.

도 9c를 참조하면, 배터리의 SoC의 조건 0 % 과 30 %에서 측정된 온도 패턴을 도시한다. 상기 SoC는 'State of Charge'의 약자로, 리튬 이온 배터리의 충전 상태를 의미한다. 구체적으로, 배터리의 잔존 용량을 나타내기 위해 현재 사용할 수 있는 배터리 용량을 전체 용량으로 나누어 백분율(%)로 표현된다. 배터리 냉동파쇄 후, 파쇄물 내부 온도를 측정하기 위하여 파쇄물 중앙에 TC(Thermal Couple)를 설치하여 측정한 그래프이다. Referring to Fig. 9c, it shows the temperature pattern measured at 0% and 30% of the SoC condition of the battery. The SoC is an abbreviation for 'State of Charge' and means the state of charge of a lithium-ion battery. Specifically, in order to indicate the remaining capacity of the battery, the currently usable battery capacity is divided by the total capacity and expressed as a percentage (%). This is a graph measured by installing a TC (Thermal Couple) at the center of the shredded matter to measure the internal temperature of the shredded matter after the battery was cryopreserved.

도 10a는 시간에 따른 파쇄물의 온도 경향을 나타내고, 도 10b는 배터리의 SOC % 조건에 따른 파쇄물 온도 상승 경향을 나타내는 그래프이다.Figure 10a shows the temperature trend of the shredded material over time, and Figure 10b is a graph showing the temperature increase trend of the shredded material according to the SOC % condition of the battery.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 시간이 경과함에 따라 온도가 10 도 이상까지 상승하였다 감소하는 것을 확일할 수 있다. 또한, SoC 0 %의 배터리는 냉동상태에 파쇄되어 초기온도는 약 -60 ℃에서 시작하여 최대온도 약 30 ℃로 상승하는 것을 확인하였고, SOC 30 %의 배터리는 60 ℃까지 상승하는 것을 확인하였다. 이를 통해서 안정화처리시 자체발열로 진행되는 저온안정화 처리가 되는 파쇄물의 SOC 상태를 사전에 확인하는 것이 필요하다. 구체적으로, SOC 조건에 따른 최대온도 경향은 80 % 이상의 경우, 안정화 처리 시 화재가 발생함을 확인하였다.Referring to FIGS. 10A and 10B, it can be confirmed that the temperature rises to more than 10 degrees over time and then decreases. In addition, it was confirmed that the battery with SoC 0% was crushed in a frozen state, and the initial temperature started at about -60°C and increased to a maximum temperature of about 30°C, and the battery with SOC 30% was confirmed to rise to 60°C. Through this, it is necessary to confirm in advance the SOC status of the crushed material that is to be stabilized at low temperature by self-heating during stabilization. Specifically, it was confirmed that the maximum temperature trend according to the SOC condition caused a fire during stabilization when it was 80% or higher.

<배터리 안정화 단계><Battery stabilization stage>

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 저온 안정화, 중간 단계, 및 고온 안정화 단계의 시간에 따른 배터리 파쇄물의 온도를 나타낸 그래프이다.FIG. 11 is a graph showing the temperature of battery shreds over time in the low-temperature stabilization, intermediate stage, and high-temperature stabilization stages according to one embodiment of the present invention.

도 11은 저온 안정화 최대 12 시간, 중간 단계와 고온 안정화를 최대 12 시간 수행하여 최대 총 24 시간의 안정화 처리를 연속적으로 수행하였을 때, 배터리 파쇄물의 온도를 나타내는 그래프이다. 배터리 파쇄물은 저온 안정화 과정을 수행한 후, 중간 단계 및 고온 안정화 단계를 수행함으로써, 배터리의 온도가 급격하게 증가하는 것을 방지하여 안정화된 배터리를 수득할 수 있음을 확인하였다.Figure 11 is a graph showing the temperature of battery shreds when stabilization treatments were continuously performed for up to a total of 24 hours by performing low-temperature stabilization for up to 12 hours, intermediate and high-temperature stabilization for up to 12 hours. It was confirmed that by performing the low-temperature stabilization process on the battery shreds and then performing the intermediate and high-temperature stabilization steps, a rapid increase in the temperature of the battery could be prevented, thereby obtaining a stabilized battery.

도 12는 SOC 30 % 이하 조건의 파쇄물이 담겨진 운송함의 온도 변화를 도시한다. 구체적으로, 도 12의 주변 온도는 상기 운송함의 온도를 의미한다. 저온 안정화 단계 중, 상기 배터리 파쇄물의 운송 시 운송함 내부는 배터리 파쇄물의 자체 발열에 의해 온도가 승온하는 것을 확인할 수 있다. 이 때, 저온 안정화 단계에서 상기 배터리 파쇄물의 온도는 30 ℃ 이하가 되도록 제어되는 것이 바람직한 것을 확인할 수 있다.Fig. 12 illustrates the temperature change of a transport box containing shredded materials with an SOC of 30% or less. Specifically, the ambient temperature in Fig. 12 refers to the temperature of the transport box. During the low-temperature stabilization stage, it can be confirmed that the temperature inside the transport box increases due to self-heating of the battery shredded materials when transporting the battery shredded materials. At this time, it can be confirmed that it is preferable that the temperature of the battery shredded materials be controlled to be 30° C. or lower during the low-temperature stabilization stage.

도 13은 고온 안정화 단계의 열처리를 위한 구간별 가열 온도를 제어하였을 때, 파쇄물의 온도 변화를 나타낸다.Figure 13 shows the temperature change of the crushed material when the heating temperature was controlled for each section for heat treatment in the high-temperature stabilization stage.

도 13을 참조하면, 저온 안정화 단계를 진행한 파쇄물은 고온 안정화 처리 단계를 수행한다. 고온 환원 처리 단계에서, 연속적으로 열처리를 위하여 구간별(6구간) 가열장치의 파워(%)를 조정하여 온도를 제어함으로써, 파쇄물의 온도를 상승시키고, 이에 따라, 파쇄물 내 전해질을 제거하였다. Referring to Fig. 13, the crushed material that has undergone the low-temperature stabilization step undergoes the high-temperature stabilization treatment step. In the high-temperature reduction treatment step, the temperature is controlled by adjusting the power (%) of the heating device for each section (6 sections) for continuous heat treatment, thereby increasing the temperature of the crushed material, and thus removing the electrolyte within the crushed material.

<안정화 처리된 파쇄물의 온도 가열 패턴><Temperature heating pattern of stabilized shredded material>

도 14는 배터리 파쇄물의 고온 안정화 처리 후, 150 ℃의 열처리 온도에 따른 파쇄물 내 전해질의 무게 감소 비율(%)을 나타낸다.Figure 14 shows the weight reduction ratio (%) of the electrolyte in the shredded battery according to the heat treatment temperature of 150°C after high-temperature stabilization treatment of the shredded battery.

도 14를 참조하면, 배터리의 고온 안정화 처리 시, 파쇄물의 열처리 온도를 변경시키며 온도 조건에 따라서 전체 파쇄물에 포함된 전해질의 무게 감소 비율(%)이 온도 조건에 따라 어느정도 감소하는지 나타낸다. 구체적으로, 고온 안정화 처리가 수행된 배터리 파쇄물을 150 ℃까지 가열한 경우, 상기 배터리 파쇄물에 포함된 전해질 양 전체를 100 중량%로 하였을 때, 고온 안정화 처리 후 약 65 중량%까지 감소한 것을 확인하였다. 상기 고온 안정화 처리를 수행한 배터리 파쇄물은 1차 선별이나 건식 고온 처리와 같은 후공정에 배터리 처리 작업을 안전하게 처리할 수 있는 안정화된 리튬이온 파쇄물이다.Referring to FIG. 14, when the high-temperature stabilization treatment of the battery is performed, the heat treatment temperature of the shredded material is changed, and the weight reduction ratio (%) of the electrolyte contained in the entire shredded material is shown to some extent reduced depending on the temperature conditions. Specifically, when the battery shredded material on which the high-temperature stabilization treatment was performed was heated to 150°C, it was confirmed that when the total amount of electrolyte contained in the battery shredded material was 100 wt%, it was reduced to about 65 wt% after the high-temperature stabilization treatment. The battery shredded material on which the high-temperature stabilization treatment was performed is a stabilized lithium-ion shredded material that can safely be subjected to battery processing work in a post-process such as primary sorting or dry high-temperature treatment.

따라서, 냉동파쇄 후 안정화처리된 파쇄물의 주요 특징으로 저온에서 안정화가 수행된 파쇄물은 추가적으로 고온 안정화 처리를 수행함으로써, 안정화 처리가 완료된 배터리 파쇄물을 150 ℃에서 가열하였을 때, 가열 전과 후의 질량 변화량이 매우 낮게 나오는 것을 확인하였다. Therefore, as a major characteristic of the stabilized shredded product after cryo-fracturing, it was confirmed that the shredded product that was stabilized at low temperature was additionally stabilized at high temperature, and when the stabilized battery shredded product was heated at 150°C, the mass change before and after heating was very low.

<탭밀도 변화량><Tap density change>

도 15는 배터리 파쇄물의 탭밀도에 따른 온도 및 무게 감소량을 나타낸다.Figure 15 shows the temperature and weight reduction according to the tap density of battery shreds.

도 15를 참조하면, 저온 안정화 수행 전, 파쇄된 배터리 파쇄물의 탭밀도가 각각 250, 350, 450, 및 550 kg/m3일 때, 상기 배터리 파쇄물이 본 발명의 배터리 안정화 단계를 거쳤을 때의 무게 감소량을 나타낸다. 배터리 파쇄물의 탭밀도가 550 kg/m3 에서 250 kg/m3 으로 순차적으로 낮아질 때, 배터리 파쇄물 내 틈이 형성되어, 전해액의 휘발이 용이하고 배터리 내부의 전해질 무게(100%) 대비 무게 감소량이 증가하는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 15, when the tap densities of the shredded battery shreds were 250, 350, 450, and 550 kg/m 3 before low-temperature stabilization, respectively, the weight reduction amount when the shredded battery shreds went through the battery stabilization step of the present invention is shown. When the tap density of the shredded battery was sequentially reduced from 550 kg/m 3 to 250 kg/m 3 , it was confirmed that a gap was formed in the shredded battery, making it easy for the electrolyte to volatilize, and the weight reduction amount compared to the weight (100%) of the electrolyte inside the battery increased.

<평가예>: 저온 안정화 및 고온 안정화 조건에 따른 데이터<Evaluation Example>: Data according to low temperature stabilization and high temperature stabilization conditions

하기 표 7은 층상형 구조의 단위 배터리 파쇄물이 7 층의 적층 구조를 갖고, 가로, 세로, 및 높이 방향 중 가장 긴 축인 장축 기준으로 상기 단위 배터리 파쇄물의 크기가 20 mm인 배터리 파쇄물을 하기 표 7에 기재된 저온 안정화 처리 및 고온 안정화 처리 단계 조건에서 수행하였을 때, 파쇄물 무게 감소량 및 탭밀도를 나타낸 것이다. Table 7 below shows the weight reduction amount and tap density of the unit battery shreds having a layered structure of seven layers and having a size of 20 mm based on the long axis, which is the longest axis among the horizontal, vertical, and height directions, when the battery shreds were subjected to low-temperature stabilization treatment and high-temperature stabilization treatment step conditions described in Table 7 below.

이때, 저온 안정화 처리 단계와 고온 안정화 처리 단계 사이에 다단의 중간 안정화 처리 단계를 수행하였고, 중간 안정화 처리 단계는 각각 30 내지 60, 60 내지 90, 및 90 내지 120 ℃의 온도 범위에서 연속적으로 열처리가 이루어지며, 앞서 언급한 고온 열처리 시간은 중간 안정화 처리 시간을 모두 포함하여 12 h 수행하였다.At this time, a multi-stage intermediate stabilization treatment step was performed between the low-temperature stabilization treatment step and the high-temperature stabilization treatment step, and the intermediate stabilization treatment steps were heat treated continuously in the temperature ranges of 30 to 60, 60 to 90, and 90 to 120 ℃, respectively, and the high-temperature heat treatment time mentioned above was performed for 12 h including the intermediate stabilization treatment time.

저온 안정화 처리 단계 및 고온 안정화 처리 단계 이후의 파쇄물 무게 감소량은 중량 측정기로 측정하였다.The weight loss of the crushed material after the low-temperature stabilization treatment step and the high-temperature stabilization treatment step was measured using a weight measuring device.

탭밀도는 약 30 kg의 상용화 배터리모듈(셀 30개 구성)을 파쇄기(Crusher) 파쇄하고 안정화 용적 케이스(가로 0.44 m × 세로 0.7 m × 높이 0.5 m)에 담아 이를 기계적으로 탭하여 얻은 겉보기 밀도를 측정하였다. 구체적으로, 배터리 무게(M, kg)에 케이스의 용적(V, m3)을 나누어 밀도(ρ= M/V)를 구한다.The tapping density was measured by mechanically tapping the apparent density obtained by crushing a commercial battery module (consisting of 30 cells) of about 30 kg in a crusher and placing it in a stabilizing volume case (0.44 m long × 0.7 m wide × 0.5 m high). Specifically, the density (ρ = M/V) is obtained by dividing the battery weight (M, kg) by the volume of the case (V, m3).

파쇄물 재가열 후 무게 감소량 비율은 고온 안정화 처리 단계를 거친 단위 배터리 파쇄물을 150 ℃로 재가열한 후 가열 전과 가열 후의 무게 감소량 비율을 확인하였다.The weight loss ratio after reheating the shredded material was confirmed by reheating the unit battery shredded material that had gone through the high-temperature stabilization treatment step to 150 ℃ and then checking the weight loss ratio before and after heating.

안정성은 배터리 파쇄 과정에서 화재가 발생한 경우, ×로 기재하고, 화재가 발생하지 않은 경우, ○로 기재하였다.Stability was indicated as × if a fire occurred during the battery crushing process, and ○ if no fire occurred.

탭밀도
[kg/m3]
Tap Density
[kg/m 3 ]
저온 안정화
처리 단계 조건
Low temperature stabilization
Processing step conditions
저온
안정화 처리
단계
이후
파쇄물 무게
감소량
[%]
Low temperature
Stabilization Processing
step
since
Weight of shredded material
Amount of reduction
[%]
고온 안정화
처리 단계
조건
High temperature stabilization
Processing steps
condition
고온
안정화
처리
단계
이후
파쇄물
무게
감소량[%]
High temperature
stabilization
treatment
step
since
Shredded material
weight
Reduction [%]
파쇄물 재가열 후 무게 감소량 비율
[%]
Percentage of weight loss after reheating of shredded material
[%]
안정성Stability
온도
[℃]
temperature
[℃]
시간
[h]
hour
[h]
온도temperature
[℃][℃]
시간hour
[h][h]
실시예Example 250250 1010 66 3.73.7 150150 1212 9.59.5 0.70.7 실시예Example 250250 1010 99 3.93.9 140140 1212 9.39.3 0.50.5 실시예Example 250250 2020 1212 4.14.1 130130 66 8.58.5 0.90.9 실시예Example 250250 2525 1212 4.44.4 150150 1212 9.69.6 1.01.0 비교예Comparative example 250250 00 2424 2.52.5 100100 55 6.46.4 3.13.1 ×× 비교예Comparative example 250250 4040 33 3.13.1 200200 55 7.37.3 2.22.2 ××

상기 표 7을 참조하면, 실시예의 저온 안정화 처리는 10 내지 25 ℃ 범위에서 6 내지 12 시간 동안 처리되고, 고온 안정화 처리는 130 내지 150 ℃ 범위에서 6 내지 12 시간 동안 처리되었다. 이때, 파쇄물 재가열 후 무게 감소량을 살펴보면, 1.0 % 이하인 것을 확인할 수 있고, 상기 파쇄물 재가열 후 무게 감소량이 1.0 % 이하를 만족함으로써, 전해질 감소량이 커 후공정에서의 안정성이 확보되는 것을 확인하였다.이에 반해, 저온 안정화 처리 공정을 수행하지 않거나, 40 ℃와 같이 높은 온도에서 수행되는 경우, 배터리의 화재 위험성이 있는 문제가 있고, 수득되는 배터리 파쇄물의 무게 감소량이 낮은 것을 확인하였다. 또한, 저온 안정화 처리가 충분히 수행되지 못하고 고온 안정화 처리를 수행하는 경우, 고온 처리 시 저온 휘발성 전해질이 과다하게 발생하여 화재 발생 위험성을 더욱 높이고, 기준 시간 대비 전해질 감소가 충분히 이루어지지 않는 문제가 있다.Referring to Table 7 above, the low-temperature stabilization treatment of the example was performed in the range of 10 to 25°C for 6 to 12 hours, and the high-temperature stabilization treatment was performed in the range of 130 to 150°C for 6 to 12 hours. At this time, when examining the weight loss after reheating the shredded material, it can be confirmed that it is 1.0% or less, and since the weight loss after reheating the shredded material satisfies 1.0% or less, it was confirmed that the electrolyte reduction amount is large and stability in the post-process is secured. In contrast, when the low-temperature stabilization treatment process is not performed or is performed at a high temperature such as 40°C, there is a problem that there is a risk of battery fire, and it was confirmed that the weight loss of the obtained battery shredded material is low. In addition, when the low-temperature stabilization treatment is not sufficiently performed and the high-temperature stabilization treatment is performed, there is a problem that a low-temperature volatile electrolyte is excessively generated during the high-temperature treatment, which further increases the risk of fire, and there is a problem that the electrolyte reduction is not sufficiently achieved compared to the standard time.

<평가예>: 사가(Sagger) 내 열풍 투입구 간격 및 밀폐부 간격에 따른 데이터<Evaluation Example>: Data according to the spacing between hot air inlets and sealing parts in Sagger

하기 표 8은 사가 내 열풍 투입구 사이 간격을 상이하게 하였을 때와 밀폐부와 메쉬부의 간격을 상이하게 하였을 때의 목표 온도 도달 시간을 나타낸 것이다.Table 8 below shows the time it takes to reach the target temperature when the spacing between the hot air inlets in the saga is different and when the spacing between the sealed part and the mesh part is different.

도 16은 열풍 투입구의 간격에 따른 승온 속도에 대한 그래프를 나타낸다.Figure 16 shows a graph of the heating rate according to the spacing of hot air inlets.

도 16을 참조하면, 상기 열풍 투입구의 간격이 사가의 가로 길이 100 %를 기준으로 35 내지 45.0 %를 만족할 때, 분당 승온 속도가 2.0 ℃/분 이상으로 목표한 온도에 빠르게 도달하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 전술한 열풍 투입구의 간격을 유지할 때, 공정 효율이 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 16, when the spacing of the hot air inlets satisfies 35 to 45.0% of the horizontal length of the saga, it can be confirmed that the target temperature is quickly reached at a heating rate of 2.0°C/min or higher. Through this, it can be confirmed that the process efficiency is excellent when the spacing of the hot air inlets described above is maintained.

도 16은 열풍 투입구의 간격 및 밀폐부 간격 제어에 따른 시간에 대한 온도 그래프를 나타낸다.Figure 16 shows a graph of temperature versus time according to control of the gap between the hot air inlet and the gap between the sealing parts.

케이스(Case)Case 사가의
가로(장축)
길이
[mm]
Saga's
Horizontal (long axis)
length
[mm]
열풍 투입구
사이 간격
[mm]
Hot air inlet
gap between
[mm]
사가의
세로(높이)
길이
[]
Saga's
Vertical (height)
length
[]
밀폐부의
높이
[mm]
Sealed part
height
[mm]
120 ℃ 도달 시간Time to reach 120℃
초(sec)Seconds (sec) 분(min)Minutes (min) Case 01Case 01 710710 300300 500500 4040 3,5523,552 59.259.2 Case 02Case 02 710710 300300 500500 170170 3,3263,326 55.4355.43 Case 03Case 03 710710 300300 500500 323.5323.5 1,9971,997 33.1733.17 Case 04Case 04 710710 200200 500500 4040 3,7363,736 62.2762.27 Case 05Case 05 710710 340340 500500 4040 3,6343,634 60.5760.57

상기 표 8 및 도 16을 참조하면, Case 01을 기준으로, Case 02 는 6 % 정도 도달 시간이 감소한 것을 확인할 수 있고, Case 03은 44 % 정도 감소한 것을 확인할 수 있어, 밀폐부의 높이가 적정 높이의 범위를 만족함으로써, 사가의 목표한 온도 범위에 도달하는데 걸리는 시간을 최소화할 수 있다.또한, Case 04 및 Case 05를 살펴보면, 사가의 목표한 온도 범위에 도달하는데 걸리는 시간이 Case 01 기준으로 각각 약 5 % 및 2 % 증가한 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 열풍 투입구 사이 간격 또한 적정 범위를 만족함으로써, 사가의 목표한 온도 범위에 도달하는데 걸리는 시간을 최소화할 수 있다.Referring to Table 8 and FIG. 16 above, it can be seen that the reaching time was reduced by about 6% in Case 02 and about 44% in Case 03 compared to Case 01, so that the time taken to reach the target temperature range of the saga can be minimized by satisfying the appropriate height range of the sealing portion. In addition, looking at Case 04 and Case 05, it can be seen that the time taken to reach the target temperature range of the saga increased by about 5% and 2%, respectively, compared to Case 01. Accordingly, the spacing between the hot air inlets also satisfies the appropriate range, so that the time taken to reach the target temperature range of the saga can be minimized.

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 (19)

폐배터리 파쇄물이 투입된 사가(Sagger)를 투입하는 투입부;An inlet for feeding Sagger containing used battery shreds; 상기 폐배터리 파쇄물이 투입된 상기 사가를 운반하는 운반부;A transport unit transporting the above-mentioned saga into which the above-mentioned waste battery shreds are put; 30 ℃ 이하의 온도에서 상기 폐배터리 파쇄물의 안정화를 수행하는 제1 안정부;A first stabilizing unit for stabilizing the waste battery shreds at a temperature of 30°C or less; 상기 제1 안정부를 거친 상기 폐배터리 파쇄물을 30 내지 150 ℃ 온도에서 안정화를 수행하는 제2 안정부; 및A second stabilizing unit for stabilizing the waste battery fragments that have passed through the first stabilizing unit at a temperature of 30 to 150°C; and 안정화된 상기 폐배터리 파쇄물을 배출하는 배출부를 포함하고,Including a discharge unit for discharging the stabilized waste battery fragments, 상기 사가는 상기 폐배터리 파쇄물에 열을 공급하는 열풍 투입구를 포함하는 배터리 안정화 장치.The above-mentioned battery stabilization device includes a hot air inlet for supplying heat to the waste battery shredder. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 제1 안정부는 압축기를 포함하는 배터리 안정화 장치.The above first stabilizing unit is a battery stabilizing device including a compressor. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 폐배터리 파쇄물의 무게를 측정하는 적어도 하나 이상의 무게 및 온도 측정부를 포함하는 배터리 안정화 장치.A battery stabilization device comprising at least one weight and temperature measuring unit for measuring the weight of the waste battery shreds. 제3 항에 있어서,In the third paragraph, 상기 무게 및 온도 측정부는,The above weight and temperature measuring unit, 상기 투입구와 상기 제1 안정부 사이에 배치되는 제1 무게 및 온도 측정부;A first weight and temperature measuring unit disposed between the above-mentioned inlet and the first stabilizing unit; 상기 제1 안정부와 상기 제2 안정부 사이에 배치되는 제2 무게 및 온도 측정부; 및A second weight and temperature measuring unit disposed between the first stabilizing unit and the second stabilizing unit; and 상기 제2 안정부와 상기 배출부 사이에 배치되는 제3 무게 및 온도 측정부를 포함하는 배터리 안정화 장치.A battery stabilization device including a third weight and temperature measuring unit disposed between the second stabilizing unit and the discharge unit. 제4 항에 있어서, In the fourth paragraph, 상기 제2 안정부는 중간 안정부 및 고온 안정부를 포함하고,The above second stable portion includes an intermediate stable portion and a high temperature stable portion, 상기 중간 안정부는 상기 폐배터리 파쇄물을 30 내지 120 ℃ 범위로 가열하고,The above intermediate stabilizing unit heats the waste battery shreds to a temperature range of 30 to 120°C, 상기 고온 안정부는 상기 폐배터리 파쇄물을 120 내지 150 ℃ 범위로 가열하는 배터리 안정화 장치.The above high temperature stabilizing unit is a battery stabilizing device that heats the waste battery shreds to a range of 120 to 150°C. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 열풍 투입구는 상기 사가(Sagger)의 적어도 일부 영역에 배치되는 배터리 안정화 장치.The above hot air inlet is a battery stabilizing device positioned in at least a part of the above Sagger. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 열풍 투입구는 원통, 삼각 기둥, 사각 기둥, 또는 다각 기둥 형상으로 배치되고,The above hot air inlet is arranged in the shape of a cylinder, a triangular column, a square column, or a polygonal column, 상기 형상의 외주면을 통해 열을 발산하는 배터리 안정화 장치.A battery stabilizing device that dissipates heat through the outer surface of the above shape. 제6 항에 있어서, In Article 6, 복수의 상기 열풍 투입구를 포함하고,Containing a plurality of said hot air inlets, 상기 복수의 열풍 투입구 사이 간격은 상기 사가의 수평 방향 길이를 기준으로 35 내지 45 % 인 배터리 안정화 장치.A battery stabilizing device wherein the spacing between the plurality of hot air inlets is 35 to 45% of the horizontal length of the saga. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 열풍 투입구의 높이는 상기 사가의 높이를 기준으로 25 % 내지 50 %인 배터리 안정화 장치.A battery stabilizing device wherein the height of the hot air inlet is 25% to 50% of the height of the saga. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 열풍 투입구의 높이는 상기 사가의 높이를 기준으로 25 % 내지 50 %인 배터리 안정화 장치.A battery stabilizing device wherein the height of the hot air inlet is 25% to 50% of the height of the saga. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 사가는 상부 면이 개방된 구조를 갖는 배터리 안정화 장치.The above-mentioned battery stabilizing device has a structure with an open upper surface. 제1 항에 있어서,In the first paragraph, 상기 사가는 상기 사가의 측면을 감싸는 하우징을 포함하고, The above saga comprises a housing surrounding the side of the above saga, 메쉬(Mesh)부 및 상기 메쉬부 하부에 배치되는 밀폐부를 포함하는 배터리 안정화 장치.A battery stabilizing device comprising a mesh portion and a sealing portion arranged below the mesh portion. 폐배터리 파쇄물의 탭밀도를 제어하는 제1 단계;Step 1: Controlling the tap density of waste battery shredder; 상기 폐배터리 파쇄물의 초기 무게인 제1 무게 및 초기 온도인 제1 온도를 측정하는 제2 단계;A second step of measuring a first weight, which is an initial weight of the above-mentioned waste battery shreds, and a first temperature, which is an initial temperature; 상기 폐배터리 파쇄물을 30 ℃ 이하의 온도에서 안정화시키는 제3 단계;A third step of stabilizing the above-mentioned waste battery shreds at a temperature of 30°C or lower; 제3 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 제2 무게 및 제2 온도를 측정하는 제4 단계;A fourth step of measuring the second weight and second temperature of the waste battery shreds that have gone through the third step; 제4 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물을 30 내지 150 ℃의 온도에서 안정화시키는 제5 단계;A fifth step of stabilizing the waste battery shreds that have gone through the fourth step at a temperature of 30 to 150°C; 제5 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물의 제3 무게 및 제3 온도를 측정하는 제6 단계; 및 A sixth step of measuring the third weight and third temperature of the waste battery shreds that have gone through the fifth step; and 제6 단계를 거친 상기 폐배터리 파쇄물을 배출하는 제7 단계를 포함하는 배터리 안정화 처리 시스템.A battery stabilization treatment system including a seventh step of discharging the waste battery shreds that have passed through the sixth step. 제13 항에 있어서,In Article 13, 상기 제1 단계는 상기 폐배터리 파쇄물의 탭밀도를 200 내지 1,400 kg/m3으로 제어하는 배터리 안정화 처리 시스템.The above first step is a battery stabilization treatment system that controls the tap density of the waste battery shreds to 200 to 1,400 kg/m 3 . 제13 항에 있어서,In Article 13, 상기 제2 단계에서 측정한 상기 폐배터리 파쇄물의 제1 무게 및 제1 온도와 상기 제4 단계에서 측정한 상기 폐배터리 파쇄물의 제2 무게 및 제2 온도가 하기 식 1 및 식 2를 만족할 때, 제5 단계를 수행하는 배터리 안정화 처리 시스템.A battery stabilization treatment system that performs step 5 when the first weight and the first temperature of the waste battery shreds measured in the second step and the second weight and the second temperature of the waste battery shreds measured in the fourth step satisfy the following equations 1 and 2. <식 1><Formula 1> 제2 무게 - 제1 무게 ≤ 25 %2nd weight - 1st weight ≤ 25% <식 2><Formula 2> 제2 온도 - 제1 온도 ≤ 25 ℃Second temperature - First temperature ≤ 25 ℃ 제13 항에 있어서,In Article 13, 상기 제4 단계에서 측정한 상기 폐배터리 파쇄물의 제2 무게 및 제2 온도와 상기 제6 단계에서 측정한 상기 폐배터리 파쇄물의 제3 무게 및 제3 온도가 하기 식 3 및 식 4를 만족할 때, 제7 단계를 수행하는 배터리 안정화 처리 시스템.A battery stabilization treatment system that performs step 7 when the second weight and the second temperature of the waste battery shreds measured in step 4 and the third weight and the third temperature of the waste battery shreds measured in step 6 satisfy the following equations 3 and 4. <식 3><Formula 3> 제3 무게 - 제2 무게 ≤ 10 %3rd weight - 2nd weight ≤ 10% <식 4><Formula 4> 제3 온도 - 제2 온도 ≤ 25 ℃3rd temperature - 2nd temperature ≤ 25 ℃ 제13 항에 있어서,In Article 13, 상기 제5 단계는 다단 열처리로 수행되고,The above fifth step is performed by multi-stage heat treatment, 상기 다단 열처리는 30 내지 120 ℃ 및 120 내지 150 ℃의 온도에서 순차적으로 수행하는 배터리 안정화 처리 시스템.A battery stabilization treatment system in which the above multi-stage heat treatment is sequentially performed at temperatures of 30 to 120°C and 120 to 150°C. 제13 항에 있어서,In Article 13, 상기 폐배터리 파쇄물의 탭밀도를 제어하는 제1 단계 이전에,Before the first step of controlling the tap density of the above-mentioned waste battery shredder, 상기 폐배터리 파쇄물을 구성하는 단위 폐배터리 파쇄물은 하기 조건 1 및 조건 2를 만족하도록 제어하는 단계를 포함하는 배터리 안정화 처리 시스템.A battery stabilization processing system comprising a step of controlling the unit waste battery shredder constituting the above waste battery shredder to satisfy the following conditions 1 and 2. <조건 1> 상기 층상형 구조는 1 층 이상 내지 7 층 이하의 적층 구조이다. <Condition 1> The above layered structure is a laminated structure having 1 or more layers and 7 or fewer layers. <조건 2> 가로, 세로, 및 높이 방향 중 가장 긴 축인 장축 기준으로 상기 단위 폐배터리 파쇄물의 크기는 100 mm 이하이다.<Condition 2> The size of the unit waste battery shreds based on the long axis, which is the longest axis among the horizontal, vertical, and height directions, is 100 mm or less. 제13 항에 있어서,In Article 13, 제1 단계 이전에, 상기 폐배터리 파쇄물을 냉동하는 단계를 더 포함하고,Prior to the first step, a step of freezing the waste battery shreds is further included, 상기 냉동하는 단계는 -150℃ 내지 -20℃로 냉각하여 실시하는 배터리 처리 시스템.A battery processing system in which the above freezing step is performed by cooling to -150°C to -20°C.
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