Toshiba Corporation은 저비용으로 환경 영향이 낮은 리튬 이온 배터리 산화물 양극을 재활용하는 방법을 개발했습니다. 2023년 XNUMX월에 발효된 EU 배터리 규정은 제품 수명 주기 전반에 걸쳐 탄소 발자국(CFP)을 선언하고 높은 수준의 환경 고려 사항을 의무화하여 전 세계 기업의 신속한 대응이 필요합니다. Toshiba는 간단한 열처리 공정을 통해 고출력, 장수명 산화물 양극 리튬 이온 배터리를 재활용할 수 있는 직접 재활용 방법을 개발했으며 이 방법의 효과를 입증했습니다.
이 방법은 안정된 결정 구조를 가진 산화물 활성 물질의 특성을 활용하고, 활성 물질을 그대로 재활용하고 화학 원소로 환원시키지 않는 직접 재활용을 활용합니다. 활성 물질은 전류 수집 호일이라고 하는 얇은 금속판에 코팅됩니다. 이 재활용 방법은 활성 물질 구조의 안정성을 활용하고 간단한 열처리를 수행하여 활성 물질을 그 상태에서 음극의 전류 수집 호일에서 분리할 수 있습니다.
활성 물질의 구조가 안정적이기 때문에 복잡한 재활성화 공정이 필요 없으므로 저렴한 비용으로 활성 물질을 재사용할 수 있습니다. 또한 기존의 전극 재활용 방법과 비교하여 이 방법은 더 낮은 온도에서 수행될 수 있으므로 환경 영향을 줄일 수 있습니다. 이 방법을 사용하여 재활용된 재료를 전혀 사용되지 않은 처녀 재료와 비교할 때 Toshiba는 탄소 발자국(CFP)이 최대 85% 감소할 것으로 추정합니다.
또한 Toshiba는 이 방법을 회사에서 개발한 니오븀 티타늄 산화물(NTO) 양극 전지에 적용했습니다. 재활용 전극으로 만든 전지의 성능 평가 결과, 전극이 새 전극과 비슷한 97% 이상의 용량을 유지하는 것으로 확인되었습니다. 또한 전지는 새 전지와 동일한 긴 수명을 보였습니다.
이러한 결과는 저널에 게재되었습니다. 지속 가능한 소재 및 기술.
배경. 코발트, 니켈 등이 함유된 양극재의 재활용은 수요 증가로 인해 진전되었지만, 리튬 이온 배터리의 대표적인 양극재인 흑연의 재활용은 구조적 변화와 장기 사용에 따른 분해로 인해 재활용에 필요한 공정이 복잡하여 상당한 비용적 문제가 발생하여 진전이 없었습니다.
그러나 양극과 마찬가지로 양극은 명확한 CFP를 가지고 있으며 재활용을 통해 이를 줄여야 할 필요성이 있어 더 간단한 재활용 방법 개발에 대한 요구가 생겨났습니다. Toshiba는 미래에 전기화될 것으로 예상되는 상용차에 적합한 산화물 양극을 사용한 배터리를 개발하여 흑연 양극을 사용한 배터리보다 더 높은 전력과 더 긴 수명을 제공합니다. Toshiba는 흑연에 비해 재활용하기 쉬운 산화물 양극의 특성을 활용한 재활용 방법을 개발했습니다.
배터리의 활성 물질을 재활용하는 방법에는 활성 물질의 구조를 그대로 유지한 채 재활용하는 직접 재활용과, 활성 물질을 원소로 분해하여 회수한 후 재합성하는 방법이 있다. 활성 물질을 화학 원소로 분해하는 재활용은 재합성하여 사용하기 위해 에너지를 필요로 하는 반면, 직접 재활용은 재합성이 필요 없어 비용과 환경 영향을 모두 줄일 수 있어 최근 몇 년 동안 연구 개발이 활발해지고 있다.
기술의 특징 이러한 필요성에 따라 Toshiba는 고출력, 장수명 산화물 양극 전지를 위한 직접 재활용 기술을 개발했습니다. 이 기술은 활성 물질의 구조와 특성을 유지하면서 산화물 양극 전극의 전류 수집 호일에서 활성 물질을 분리하여 직접 재사용할 수 있다는 것이 검증되었습니다.
재활용 공정 동안 활성 물질의 구조적 안정성을 유지하는 것은 직접 재활용을 달성하는 데 중요합니다. 산화물 애노드 재료 중에서 Toshiba가 개발한 니오븀 티타늄 산화물(NTO) 애노드는 안정적인 활성 물질 구조를 가지고 있습니다. Toshiba는 이러한 특성을 활용하여 열처리를 통해 애노드 내에서 NTO를 고정하는 바인더 성분을 분해하여 전류 수집 호일에서 벗겨내고 쉽게 분리하고 회수할 수 있는 방법을 개발했습니다.
더욱이 이 방법은 전극 재활용에 일반적으로 사용되는 열처리에 비해 낮은 온도에서 처리하는 것이 가능하고, 회수된 활물질은 불순물을 제거한 직후에 바로 재사용할 수 있습니다.
토시바는 배터리 제조 공정 중 생성된 모의 전극 폐기물과 수명이 다할 때까지 모의 열화가 발생한 배터리에서 재활용된 NTO를 사용하여 전극을 제조했습니다. 배터리에서의 성능을 평가한 결과, 활성 물질 성능의 지표인 활성 물질 용량이 새 배터리와 비슷한 97% 이상의 성능을 유지하는 것으로 확인되었습니다.
더불어, 이러한 재활용 배터리는 충전과 방전을 반복한 후에도 새 배터리와 동등한 용량을 유지하여 장수명이 보장되는 것으로 확인되었습니다.
미래의 발전. 첫째, Toshiba는 공장에서 생산되는 전극 스크랩과 같은 폐기물을 대상으로 재활용 방법을 확립하는 데 주력할 것입니다. Toshiba는 사용 후 배터리가 시장에서 수거되는 단계를 앞두고 재활용 소재를 제품에 통합하기 위한 프레임워크를 확립하고 시장에서 NTO 애노드 셀을 회수하여 재활용하기 위한 재활용 계획을 개발할 계획입니다.
출처 녹색 자동차 의회
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