A study on the leaching of leaching of lithium from waste saggar for synthesizing cathode active materials of lithium-ion battery

Abstract

The rising demand for lithium-ion batteries raises the cost of battery materials. To stabilize the price, the battery material supply chain must be expanded. 1–3 wt% of lithium, which is a high-grade lithium ore level, is present in the waste saggar due to corrosion. The waste saggar is composed of 26.26 (0.60 as Li) wt% of LiAlSi4O10, 6.34 (1.47) wt% of Li4SiO4, 0.79 (0.13) wt% of LiOH∙H2O, and 0.03 (0.01) wt% of Li2CO3. Among them, LiOH∙H2O, Li2CO3, and Li4SiO4 are soluble in water. To recover lithium from LiAlSi4O10, it was leached using three additives: NaOH, Ca(OH)2 and H2SO4 by changing the temperature. As a result, it was confirmed that Ca(OH)2 and H2SO4 improved their leaching efficiency as the temperature increases, and thus, efficiency was 88.5% and 90.4% at 95°C, respectively. However, NaOH showed the highest efficiency of 93.3% at 80°C, and then the efficiency dropped sharply at 95°C, due to the formation of zeolite Y. Applying a two-step method to suppress the formation of zeolite, the leaching efficiencies of NaOH, Ca(OH)2, increased to 96.8% and 92.5% at 95°C and H2SO4 did not change as 90.4%.|최근 이차전지 기술이 급격히 발전함에 따라 과거 소형으로 전자기기들에서 사용되던 리튬이온전지가 자동차와 전력 저장 장치(ESS)와 같은 중대형으로 발전하고 있으며 그 수요 또한 급증하고 있다. 이런 갑작스러운 수요의 증가는 공급량 수급 부족에 의해 원자재의 종류에 따라서는 적게는 2~3배에서 많게는 10배에 가까운 가격 폭등을 야기했으며 전지 제조 회사들은 안정적인 원자재 수급을 위하여 자원이 풍부한 국가에 공장을 새로 설립하고 있다. 우리나라는 배터리 제조 기술을 선두하고 있는 나라임에도 불구하고 매장된 자원의 양이 부족하여 안정적인 원자재 수급망을 갖추지 못한다면 자원이 풍부한 배터리 산업 경쟁 국가인 중국에게 가격경쟁력이 많이 떨어질 수 밖에 없고 최근 자원을 무기화하는 공격적인 중국의 정책상 산업 전반이 위기를 맞을 수도 있다. 이에 국내 연구진들은 폐배터리로부터 자원을 회수하는 기술이나 다른 폐기물들로부터 자원을 회수하는 기술을 활발히 연구하고 있다. 본 연구에서는 배터리 제조 공정 스크랩 중 하나인 폐 내화갑으로부터 리튬을 회수하기 위한 침출 연구를 진행하였다. 폐 내화갑 속 리튬 함유량은 1~3% 정도로 탐사와 채광의 과정을 거치지 않고 수집할 수 있다는 점과 비교적 약한 산이나 염기로 침출이 가능하다는 점에서 리튬 광물보다 경제적이라고 할 수 있다. 폐 내화갑 내 리튬의 성상과 그에 따른 침출 특성은 본문에서 자세히 다루고자 한다.