KR20230109901A - Dry discharge method to completely remove electrolyte from secondary battery - Google Patents
Dry discharge method to completely remove electrolyte from secondary battery Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230109901A KR20230109901A KR1020220005712A KR20220005712A KR20230109901A KR 20230109901 A KR20230109901 A KR 20230109901A KR 1020220005712 A KR1020220005712 A KR 1020220005712A KR 20220005712 A KR20220005712 A KR 20220005712A KR 20230109901 A KR20230109901 A KR 20230109901A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- secondary battery
- discharge
- battery
- dry
- dry discharge
- 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
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/54—Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 사용된 이차전지 배터리의 안전한 분해를 위해 내부에 존재하는 전해액을 제거하고, 불연화될 수 있도록 하는 건식 방전방법에 관한 것이다. The present invention relates to a dry discharge method for removing an electrolyte solution present therein for safe disassembly of a used secondary battery and making it nonflammable.
제품군에 따른 적용이 용이하고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점과 함께, 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 현재 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.Secondary batteries, which are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density, are commonly applied to electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by electric driving sources as well as portable devices. These secondary batteries are currently attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that they do not generate any by-products due to the use of energy, along with the primary advantage of reducing the use of fossil fuels.
이차전지에 대한 수요는 지속적으로 증가하는 반면 아직까지 폐 배터리 처리방법에 대해서는 연구가 부족하다. 즉 배터리 사용 후 폐기되거나 재 처리되는 배터리에 대한 관리가 되고 있지 않다. While the demand for secondary batteries continues to increase, there is still a lack of research on waste battery disposal methods. That is, management of batteries that are discarded or reprocessed after use is not being conducted.
리튬이온 배터리와 같은 이차전지는 열에 취약하고 발화가 쉬울 뿐 아니라 유기용매와 산화금속을 함유하고 있어 소화기나 물에 의한 화재진압이 어렵고, 배터리 셀 하나에서 단락이 발생하면 연쇄폭발로 이어져 사고 규모가 커질 수 있다. 또 외부 충격에 의해 배터리 셀이 분열될 경우에 대한 안전성 확보는 현재 어려운 상황이다. 이 경우 이차전지를 사용하는 스마트 폰, 변전소 및 발전소의 ESS에서도 폭발사고가 발생할 수 있다.Secondary batteries such as lithium-ion batteries are vulnerable to heat and easily ignited, and contain organic solvents and metal oxides, making it difficult to extinguish fires with fire extinguishers or water. In addition, it is currently difficult to secure safety in case a battery cell is split by an external impact. In this case, an explosion accident may also occur in smartphones, substations, and ESSs of power plants using secondary batteries.
그래서 이차전지를 폐기하거나 재 사용하기 위하여 배터리 팩 또는 배터리 셀의 수리 및 점검이 필요하며, 따라서 이차전지의 배터리 잔량을 적정 수준까지 방전할 필요가 있다. 이차전지의 배터리 방전은 재사용을 위하여 셀 당 3.2V ~ 3.5V까지 방전하는 안전방전, 그리고 재활용을 위하여 셀 당 0V까지 불능화시키는 완전방전으로 나눌 수 있다. 이차전지의 배터리 잔량이 적정 수준을 넘어 존재할 경우에는 화재 및 폭발의 위험성이 있기 때문이다. 또한 폐기나 재처리를 위해 이송하는 경우도 있는데 배터리내의 잔여전압이 일정 수준 이상일 경우 폭발의 위험성도 있다. 이송시 요구되는 안전사항으로 배터리 충전상태(SOC)는 20% 미만이어야 하는데, 작업시간 등의 이유로 30% 이상인 상태에서 이송하는 경우도 적지 않다. Therefore, in order to discard or reuse the secondary battery, it is necessary to repair and inspect the battery pack or battery cell, and accordingly, it is necessary to discharge the remaining battery capacity of the secondary battery to an appropriate level. The battery discharge of the secondary battery can be divided into a safe discharge that discharges up to 3.2V to 3.5V per cell for reuse, and a complete discharge that disables up to 0V per cell for recycling. This is because there is a risk of fire and explosion when the remaining battery level of the secondary battery is present beyond an appropriate level. In addition, in some cases, they are transported for disposal or reprocessing, and there is a risk of explosion if the residual voltage in the battery exceeds a certain level. As a safety requirement for transportation, the state of charge (SOC) of the battery should be less than 20%, but for reasons such as working hours, it is not uncommon for the battery to be transported in a state of more than 30%.
종래에 배터리 잔량을 방전하는 방법으로 전자 부하기를 이용한 방법, 염수방전방식을 이용한 방법 등이 있다. 그러나 상기한 방법은 방전 후에도 소정 레벨 이상의 최소 전압이 남아 있어 완전하게 불능화시키지 못하거나, 환경오염을 초래하는 문제 등이 있었다.Conventionally, as a method of discharging the remaining amount of a battery, there is a method using an electronic load, a method using a salt water discharge method, and the like. However, the above method has problems such as inability to completely disable it because a minimum voltage of a predetermined level or higher remains even after discharging, or to cause environmental pollution.
이에 본 출원인은 2021년 10월 25일자로 '안전한 이송, 보관, 분해를 위한 이차전지 배터리의 건식 방전방법 및 장치(10-2021-0142633)' 기술을 출원한 바 있다. 상기 선행기술은 이차전지 배터리를 원하는 에너지 준위(SOC 0% 또는 물리적 불능화 상태인 OV)가 될 때까지 효율적으로 방전시킬 수 있는 방법이다.Accordingly, on October 25, 2021, the present applicant has applied for the 'dry discharge method and device (10-2021-0142633) of a secondary battery for safe transportation, storage, and disassembly' technology. The prior art is a method for efficiently discharging a secondary battery until it reaches a desired energy level (SOC 0% or OV, which is a physically disabled state).
그러나, 선행기술의 저항 건식방전은 이차전지 배터리를 불능화 상태로 방전할 수 있지만 내부의 전해액을 완전하게 제거할 수는 없었다. 전해액은 위험물질로 분류되고 있어, 이차전지 배터리의 분해 시에는 아직까지 별도의 폐기시설에서 전해액을 제거하고 있는 실정이다. 그러지 않을 경우, 이차전지 배터리의 분해 시 외부로 그대로 노출되기 때문에 위험한 상황에 직면하는 문제를 초래한다. However, the resistance dry discharge of the prior art can discharge the secondary battery in a disabled state, but cannot completely remove the electrolyte therein. Since the electrolyte is classified as a hazardous material, the electrolyte is still removed in a separate disposal facility when the secondary battery is disassembled. Otherwise, when the secondary battery is disassembled, it is exposed to the outside as it is, resulting in a problem facing a dangerous situation.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사용한 이차전지 배터리의 안전한 분해를 위해 전해액을 완전하게 제거하도록 하는 이차전지 배터리의 전해액 및 화학적 안정화를 통하여 불연화를 위한 건식 방전방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention has been made to solve the above problems, and to provide a dry discharge method for nonflammability through the electrolyte and chemical stabilization of a secondary battery to completely remove the electrolyte for safe decomposition of a used secondary battery.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차전지 배터리의 건식 방전방법은, 이차전지 배터리의 방전장치가, 사용 후 이차전지 배터리에 남아있는 제1 잔존전력을 일정 전력까지 제1 건식방전으로 방전하는 1차 방전단계; 상기 1차 방전 후 남아있는 제2 잔존전력을 제2 건식방전으로 원하는 에너지 준위가 될 때까지 완전 방전하는 2차 방전단계; 및 상기 2차 방전된 이차전지 배터리를 차등 역전압 방식으로 소정 시간 동안 숙성하여 상기 이차전지 배터리의 전해액을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a dry discharge method of a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a first discharge step in which a discharge device of a secondary battery discharges first residual power remaining in the secondary battery after use to a predetermined power by first dry discharge; a second discharge step of completely discharging the second residual power remaining after the first discharge until a desired energy level is reached through a second dry discharge; and removing the electrolyte of the secondary battery by aging the secondary battery that has been discharged for a predetermined time using a differential reverse voltage method.
상기 숙성시간은 23 ~ 25 시간(h)이다. The aging time is 23 to 25 hours (h).
상기 숙성시간 동안, 상기 이차전지 배터리의 분리막에 코팅된 잔류 리튬이 상기 이차전지 배터리의 양극에 흡수되면서 상기 전해액이 완전하게 제거된다.During the aging time, residual lithium coated on the separator of the secondary battery is absorbed into the positive electrode of the secondary battery, and the electrolyte is completely removed.
상기 제1 건식방전과 제2 건식방전은 내부회로로 전류를 환류하는 방전방식이고, 상기 에너지 준위는 충전상태(SOC)가 0% 또는 물리적 불능화 상태인 OV 인 것을, 특징으로 한다.The first dry discharge and the second dry discharge are discharge methods in which a current is refluxed to an internal circuit, and the energy level is characterized in that the state of charge (SOC) is 0% or OV, which is a physically disabled state.
상기 제1 건식방전 및 제2 건식방전은 저항방전일 수 있고, 방전을 위한 저항소자의 값은 서로 다르다.The first dry discharge and the second dry discharge may be resistance discharges, and the values of resistance elements for discharge are different from each other.
상기 제1 방전 단계가 진행되는 도중, 상기 이차전지 배터리의 방전장치는 이차전지 배터리의 전력이 일정 전력 이하가 되면 상기 제2차 방전단계로 절환하여 진행한다. While the first discharging step is in progress, the secondary cell battery discharging device switches to the second discharging step when the power of the secondary cell battery becomes less than a certain level of power.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 이차전지 배터리의 건식 방전방법은, 이차전지 배터리 방전장치가, 사용 후 이차전지 배터리를 제1 저항 값을 가지는 저항소자를 이용하여 1차 방전하는 단계; 상기 제1 저항 값보다 낮은 제2 저항 값을 가지는 저항소자를 이용하여 상기 이차전지 배터리를 원하는 에너지 준위인 충전상태 SOC 0% 또는 물리적 불능화 상태인 OV로 방전하는 2차 방전하는 단계; 및 상기 2차 방전된 이차전지 배터리를 차등역전압 상태에서 24시간 동안 숙성하여 상기 이차전지 배터리의 전해액을 제거하는 것을 특징으로 한다. A dry discharge method of a secondary battery according to another embodiment of the present invention includes, in a secondary battery discharge device, firstly discharging the secondary battery after use using a resistance element having a first resistance value; discharging the secondary battery to a desired energy level, SOC 0%, or a physically disabled state, OV, by using a resistance element having a second resistance value lower than the first resistance value; and aging the secondarily discharged secondary battery in a differential reverse voltage state for 24 hours to remove the electrolyte of the secondary battery.
상기 이차전지 배터리 셀(cell)에 역전압을 인가하여 강제로 리튬이온을 양극으로 이송하여 산화시킨다.Reverse voltage is applied to the secondary battery cell to forcibly transfer lithium ions to the anode and oxidize them.
상기 24시간의 숙성시간 동안, 상기 이차전지 배터리의 분리막에 코팅된 잔류 리튬이 상기 이차전지 배터리의 양극에 흡수되면서 상기 전해액이 완전하게 제거된다.During the aging period of 24 hours, the electrolyte solution is completely removed as residual lithium coated on the separator of the secondary battery is absorbed into the positive electrode of the secondary battery.
이와 같은 본 발명에 따르면, 폐 이차전지 배터리의 잔존전력을 2단계의 저항방전을 통해 0V까지 완전하게 방전할 수 있음은 물론, 이차전지 배터리에 있는 전해액 모두를 완전하게 제거하고 있다. 따라서 폐 이차전지 배터리의 재처리 시 발생되었던 각종 위험 요소들을 최소화할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, the residual power of the waste secondary battery can be completely discharged to 0V through a two-step resistance discharge, and all of the electrolyte in the secondary battery is completely removed. Therefore, there is an effect of minimizing various risk factors that occurred during reprocessing of the waste secondary cell battery.
본 발명에 따르면, 전해액을 휘발 방식으로 제거하고 있어 친환경적이며, 전해액 제거를 위한 폐기시설이 필요하지 않기 때문에, 전해액 제거에 들어가는 각종 제반 비용 등을 절감할 수 있음으로써, 종래보다 경제성을 확보할 수 있는 효과도 기대할 수 있다. According to the present invention, since the electrolyte is removed in a volatilization method, it is environmentally friendly, and since a waste facility for removing the electrolyte is not required, various costs involved in removing the electrolyte can be reduced, thereby securing economic feasibility than before. The effect of securing can also be expected.
본 발명에 따르면, 이차전지 배터리의 음극재에 함유된 리튬이온을 완전하게 제거하고 모두 양극제로 이송시켜 안정된 화합물로 변화시킴으로써, 물리/화학적인 추가 반응이 일어나지 않기 때문에, 이차전지 배터리를 절단하거나 발화, 타공하더라도 화재나 폭발 가능성을 완전하게 방지할 수 있다. 그리고 이차전지 배터리를 다시 재활용할 경우 유기금속의 회수가 용이하며 추출비용을 절감할 수 있는 효과도 있다.According to the present invention, lithium ions contained in the negative electrode material of the secondary battery are completely removed and transferred to the positive electrode to be converted into stable compounds, so that no additional physical/chemical reaction occurs, so even if the secondary battery is cut, ignited, or punched, the possibility of fire or explosion can be completely prevented. In addition, when the secondary battery is recycled again, it is easy to recover the organic metal and there is an effect of reducing the extraction cost.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 리튬이온 배터리의 구성도이다.
도 2는 도 1의 리튬이온 배터리의 충방전 작동 원리를 설명한 도면이다.
도 3은 본 발명의 건식 방전방법을 설명하기 위한 이차전지 배터리의 건식 방전장치의 전체 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이차전지 배터리의 전해액 완전 제거를 위한 건식 방전방법을 나타낸 흐름도이다. 1 is a configuration diagram of a lithium ion battery for explaining the present invention.
FIG. 2 is a diagram explaining the charging/discharging operating principle of the lithium ion battery of FIG. 1 .
3 is an overall configuration diagram of a dry discharge device for a secondary battery for explaining the dry discharge method of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a dry discharge method for completely removing electrolyte from a secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, it should be understood that this is not intended to limit the specific embodiments of the present invention, and includes all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but it should be understood that the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not excluded in advance.
공간적으로 상대적인 용어인 아래(below, beneath, lower), 위(above, upper) 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관 관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 아래(below, beneath)로 기술된 소자는 다른 소자의 위(above, upper)에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 아래는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.Spatially relative terms such as below, beneath, lower, above, upper, etc. may be used to easily describe a correlation between one element or component and another element or component, as shown in the drawings. Spatially relative terms should be understood as encompassing different orientations of elements in use or operation in addition to the orientations shown in the figures. For example, when an element shown in the drawing is turned over, an element described as below or beneath another element may be placed above or above the other element. Accordingly, the exemplary term below may include both directions of down and above. Elements may also be oriented in other orientations, and thus spatially relative terms may be interpreted according to orientation.
본 발명에서 사용되는 “부” 또는 “부분” 등의 일부분을 나타내는 표현은 해당 구성요소가 특정 기능을 포함할 수 있는 장치, 특정 기능을 포함할 수 있는 소프트웨어, 또는 특정 기능을 포함할 수 있는 장치 및 소프트웨어의 결합을 나타낼 수 있음을 의미하나, 꼭 표현된 기능에 한정된다고 할 수는 없으며, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.An expression indicating a part such as “part” or “part” used in the present invention means that a corresponding component may indicate a device that may include a specific function, software that may include a specific function, or a combination of a device and software that may include a specific function. However, it cannot be said that it is necessarily limited to the expressed function, and this is only provided to help a more general understanding of the present invention, and various modifications and variations from this description can be made by those skilled in the art in the field to which the present invention belongs.
또한, 본 발명에서 사용되는 모든 전기 신호들은 일 예시로서, 본 발명의 회로에 반전기 등을 추가적으로 구비하는 경우 이하 설명될 모든 전기 신호들의 부호가 반대로 바뀔 수 있음을 유의해야 한다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 신호의 방향에 한정되지 않는다.In addition, it should be noted that all electrical signals used in the present invention, as an example, can be reversed in signs of all electrical signals to be described below when an inverter or the like is additionally provided in the circuit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the direction of the signal.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be determined, and all things equivalent or equivalent to the claims as well as the following claims belong to the scope of the present invention.
이하에서는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the embodiments shown in the drawings.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 리튬이온 배터리의 구성도, 도 2는 도 1의 리튬이온 배터리의 충방전 작동 원리를 설명한 도면이다. FIG. 1 is a configuration diagram of a lithium ion battery for explaining the present invention, and FIG. 2 is a diagram explaining the charging and discharging operation principle of the lithium ion battery of FIG. 1 .
도 1에서 보듯이 리튬이온 배터리는 양극재(+전극) 및 음극재(-전극), 양극재와 음극재 사이에 분리막(separator), 그리고 전해액(또는 전해질) 등으로 구성되며, 외형은 원통형, 각형, 커피-백 등 다양한 구조로 생산된다.As shown in FIG. 1, a lithium ion battery is composed of a positive electrode material (+ electrode) and a negative electrode material (- electrode), a separator between the positive electrode material and the negative electrode material, and an electrolyte solution (or electrolyte).
여기서 분리막은 약 10 ~ 35㎛ 두께의 폴리에틸렌(PE; Polyethylene) 및 폴리프로필렌(PP; Polypropylene)의 다공성 박막을 사용할 수 있다.Here, as the separator, a porous thin film of polyethylene (PE) and polypropylene (PP) having a thickness of about 10 to 35 μm may be used.
그리고 전해액은 수분을 포함하지 않은 비양자성(aportic) 용액일 수 있다. 이러한 전해액은 배터리 내부의 +전극과 -전극 사이에서 리튬이온이 이동할 수 있도록 매개체 역할을 한다고 보면 된다. And the electrolyte may be an aportic solution that does not contain water. It can be seen that this electrolyte serves as a medium for lithium ions to move between the + and - electrodes inside the battery.
도 2를 참조하면, 리튬이온 배터리는 충전될 때는 'LiXXO2'가 'Li'와 'XXO2'로 분리되며(XX; N, CO, Al, Mn), 이때 처음 충전할 때 분리막에 전해액이 코팅되는 SEI(Solid Electrolyte Interface, 부동태 피막) 현상이 발생한다. 방전할 때는 충전할 때의 역반응이다. Referring to FIG. 2, when the lithium ion battery is charged, 'LiXXO 2 'is separated into 'Li' and 'XXO 2 '(XX; N, CO, Al, Mn), and at this time, the electrolyte is coated on the separator when first charged. SEI (Solid Electrolyte Interface, passivation film) phenomenon occurs. Discharging is the reverse reaction to charging.
도 2에서 리튬이온 배터리의 충전 동작이 진행될 때, 음극재에 있는 전자를 양극으로 강제로 보내면 음극재에 있는 리튬이온이 전해질을 통하여 양극재로 이동하여 양극활 물질과 반응하여 안정된 상태로 변환되며, 그렇기 때문에 이후에는 물리적 및 화학적인 추가 반응이 일어나지 않게 되어 화재나 폭발 가능성이 없게 된다. 즉 리튬이온 배터리의 화재나 폭발은 음극재에 흡수된 리튬이온의 보호막이 파괴되면서 리튬이온이 산화 되거나 전자를 흡수하는 화학반응을 일으켜 화재나 폭발을 야기하기 때문에, 본 발명은 음극재에 이온화 된 리튬이온을 완전 제거하고 모두 양극재로 이송하여 이차전지 배터리를 안정화시키는 것이라 할 것이다. 2, when the charging operation of the lithium ion battery proceeds, when electrons in the negative electrode material are forcibly sent to the positive electrode, the lithium ions in the negative electrode material move to the positive electrode material through the electrolyte and react with the positive electrode active material to be converted into a stable state. Therefore, additional physical and chemical reactions do not occur thereafter, so there is no possibility of fire or explosion. That is, a fire or explosion of a lithium ion battery causes a fire or explosion by causing a chemical reaction that oxidizes lithium ions or absorbs electrons as the protective film of lithium ions absorbed in the negative electrode material is destroyed.
도 3은 본 발명의 건식 방전방법을 설명하기 위한 이차전지 배터리의 건식 방전장치의 전체 구성도이다. 3 is an overall configuration diagram of a dry discharge device for a secondary battery for explaining the dry discharge method of the present invention.
도 3에 도시한 바와 같이 방전 대상인 이차전지 배터리(100)가 제공되며, 이차전지 배터리(100)는 도 1에서 설명한 충방전 가능한 리튬이온 배터리일 수 있고, 1개 또는 복수 개의 리튬이온 배터리를 모두 포함할 수 있다. 복수개의 리튬이온 배터리일 경우 배터리들을 적재할 수 있는 적재장치(미도시)가 제공될 수 있다.As shown in FIG. 3, a
본 발명은 이차전지 배터리(100)의 잔존전력을 1차 방전하고, 1차 방전된 후의 나머지 잔존전력을 2차 방전하여 불능화시킨 후, 이차전지 배터리(100)를 소정 시간(예컨대 24시간 정도) 동안 차등역전압을 가하여 전해액을 완전하게 휘발시켜 Li+ 이온을 완벽하게 제거하는 것이다. 도 3에서는 이차전지 배터리(100)를 방전시키기 위한 구성만이 도시되었다고 할 수 있다. 여기서 차등역전압은 배터리의 전해 상태에 따라 역전압을 차등하게 인가하여 양극으로 전자를 강제로 이송하면, 음극에 이온화 되어있는 리튬이온(Li+)이 음극에서 전해질을 통하여 전량 양극으로 이동하여 산화되게 하는 것을 말한다.In the present invention, the remaining power of the
상기 1차 방전 및 2차 방전 모두 저항방전방식을 이용한다. 즉 1차 방전은 잔존전력에서 일정전력 범위까지 방전하는 것이고, 2차 방전은 불능화를 위해 1차 방전 후 남아있는 잔존전력을 원하는 에너지 준위인 충전상태 SOC 0% 또는 물리적 불능화 상태인 OV까지 완전 방전하는 상태로 방전하는 것이다. 이렇게 완전 방전하는 이유는 이차 전지 배터리를 안전하게 이송, 보관 및 분해하기 위함이다. Both the first discharge and the second discharge use a resistive discharge method. That is, the 1st discharge is to discharge from the remaining power to a certain power range, and the 2nd discharge is to completely discharge the remaining power remaining after the 1st discharge to the desired energy level, SOC 0%, or OV, which is a physically disabled state. The reason for this complete discharge is to safely transport, store, and disassemble the secondary battery.
상기 1차 방전 및 2차 방전을 위해 제1 저항소자(110), 제2 저항소자(120)가 제공된다. 여기서 제1 저항소자(110)의 저항 값이 제2 저항소자(120)의 저항 값보다 더 크다.A
그리고 제1 저항소자(110)와 제2 저항소자(120)를 선택하는 절환부(SW1~SW4)와, 절환부(SW1~SW4)를 턴-온/턴-오프 조작하는 제어부(130)가 포함된다. 제어부(130)는 1차 방전에 따라 이차전지 배터리(100)가 일정 전력 범위까지 방전이 되면 자동으로 2차 방전이 수행되도록 한다. 예를 들면, 방전 시작 전의 잔존전력을 100%으로 봤을 때 1차 방전은 약 90%일 수 있고, 2차 방전은 나머지 10%을 방전하는 것으로 볼 수 있다. 따라서 1차, 2차 방전으로 잔존전력 100%을 완전하게 방전시킬 수 있는 것이다. 여기서 제어부(130)는 이차전지 배터리(100)를 지속적으로 모니터링 하면서 2차 방전의 개시 시점을 확인하고 절환부(SW1 ~ SW4)를 동작시켜 2차 방전이 계속 수행되게 제어하는 것도 가능하다. Switching units (SW1 to SW4) for selecting the
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이차전지 배터리의 건식 방전방법을 설명하는 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating a dry discharge method of a secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
사용된 이차전지 배터리를 폐기하거나 재활용을 위하여 방전 또는 불능화 과정이 필요하다. 일반적으로 이차전지 배터리를 방전시킨다 하더라도 기존의 방법으로는 리튬이온 배터리의 셀 전압은 3.2V까지 방전이 가능하고 그 이하는 방전이 불가능하다.In order to dispose of or recycle used secondary batteries, a discharging or disabling process is required. In general, even if the secondary battery is discharged, the cell voltage of the lithium ion battery can be discharged up to 3.2V in the conventional method, and discharge below that voltage is impossible.
도 4를 보면, 먼저 완전 방전을 위해 적어도 하나의 이차전지 배터리를 적재장치 등에 적재한다. 이후 방전 개시 명령이 전달된다(S100).Referring to FIG. 4 , first, at least one secondary battery is loaded on a loading device or the like for complete discharge. Thereafter, a discharge start command is transmitted (S100).
그러면 제어부(130)는 이차전지 배터리(100)를 제1 저항소자(110)와 연결되도록 절환부(SW1, SW2)를 턴-온 시킨다. 이때 절환부 SW3, SW4는 턴 오프 상태이다. 이에 이차전지 배터리들(100)에 남아있는 잔존 전력은 저항으로 바꾸면서 열로 손실되는 1차 방전과정이 수행된다(S110). 이때 1차 방전과정동안 열이 발생하는데, 열은 적재장치 등에 마련된 팬(fan)(미도시) 구동으로 식힐 수 있을 것이다. Then, the
이러한 1차 방전과정으로 인해 방전과정 전의 잔존전력의 약 90% 정도를 방전시킬 수 있다. Due to this first discharge process, about 90% of the remaining power before the discharge process can be discharged.
제어부(130)는 이차전지 배터리(100)의 잔존 전력량을 계속 체크한다(S120). 그리고 체크 결과 일정 전력 이하(즉 유효전력 이하)가 될 경우(S130), 즉 약 90%까지 방전되면 제어부(130)는 절환부(SW1, S2W)를 턴-오프 시키고, 절환부(SW3, SW4)턴 온 시킨다. 그러면 이차전지 배터리(100)와 제2 저항소자(120)가 연결되고, 이러한 제2 저항소자(120)를 이용한 제2 방전동작이 수행된다(S140). 그리고 제2 방전동작은 이차전지 배터리가 원하는 준위(SOC 0%) 또는 물리적 불능화(OV) 상태로 0V가 될 때까지 수행된다(S150).The
상기 제2 방전동작까지 수행되면, 이차전지 배터리(100)에 남아있는 전압은 0V까지 방전될 것이고, 이차전지 배터리(100)을 불능화시킬 수 있다.When the second discharging operation is performed, the voltage remaining in the
다음에, 불능화된 이차전지 배터리(100)에 역전압을 인가시킨다(S160). 상기 차등역전압 방식은 이차전지 배터리(100)의 전류 이동 통로를 인위적으로 생성되게 하여, 이차전지 배터리(100) 내부의 리튬이온을 산화시키기 위한 것이라 할 수 있다.Next, a reverse voltage is applied to the disabled secondary battery 100 (S160). The differential reverse voltage method can be said to be for oxidizing lithium ions inside the
본 발명에 따르면, 이차전치 배터리(100)을 역전압을 가한 다음 약 24시간 동안 그 역전압 상태를 차등 유지하도록 한다(S170). 역전압 상태 동안 전류 이동 통로가 없어지면 안된다. 그러면 첫 충전시 분리막에 코팅되었던 잔류 리튬들이 강제로 +극(양극)으로 이송된 전자를 따라 Li+ 이온이 양극으로 이동하게 된다. 따라서 상기 24시간 동안 + 전극에 흡수되면서 전해액이 소멸되게 된다. 이러한 과정에 따라 불능화 상태의 이차전지 배터리에 있는 전해액을 모두 제거할 수 있는 것이다. According to the present invention, after applying a reverse voltage to the
실험에 따르면 약 24시간이 경과하는 시점에 전해액이 모두 제거되고 불연화되었음을 알 수 있었다. 즉 차등역전압 상태에서 24시간 후 절단기를 이용하여 이차전지 배터리를 전달하여 확인한 결과, 전해액이 모두 휘발되어 소멸되었음을 알 수 있었다.According to the experiment, it was found that all of the electrolyte was removed and nonflammable after about 24 hours. That is, as a result of checking the secondary battery by using a cutter after 24 hours in the differential reverse voltage state, it was found that the electrolyte was all volatilized and disappeared.
이처럼 본 발명은 1차 및 2차 방전에 의해 불능화된 이차전지 배터리를 차등역전압 상태로 24시간 동안 숙성시킴으로써, 이차전지 배터리 내부의 전해액을 모두 제거하는 것이다.As described above, the present invention removes all of the electrolyte inside the secondary battery by aging the secondary battery disabled by the primary and secondary discharge in a differential reverse voltage state for 24 hours.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although described with reference to the illustrated embodiments of the present invention as described above, these are merely examples, and those skilled in the art to which the present invention pertains will clearly appreciate that various modifications, changes, and equivalent other embodiments are possible without departing from the gist and scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
100: 이차전지 배터리
110: 제1 저항소자
120: 제2 저항소자
130: 제어부
SW1 ~ SW4: 스위치100: secondary cell battery
110: first resistance element
120: second resistance element
130: control unit
SW1 ~ SW4: switch
Claims (9)
사용 후 재활용 대상인 이차전지배터리들에 남아있는 제1 잔존전력을 일정 전력까지 제1 건식방전으로 방전하는 1차 방전단계;
상기 1차 방전 후 남아있는 제2 잔존전력을 제2 건식방전으로 원하는 에너지 준위가 될 때까지 완전 방전하는 2차 방전단계; 및
상기 2차 방전된 이차전지 배터리를 차등역전압 상태에서, 소정 시간 동안 숙성하여 상기 이차전지 배터리의 전해액을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이차전지 배터리의 건식 방전방법.A secondary battery battery discharge device,
a first discharge step of discharging first residual power remaining in secondary cells to be recycled after use to a certain power by first dry discharge;
a second discharge step of completely discharging the second residual power remaining after the first discharge until a desired energy level is reached through a second dry discharge; and
A dry discharge method of a secondary battery, characterized in that it comprises the step of removing the electrolyte solution of the secondary battery by aging the secondary battery for a predetermined time in a differential reverse voltage state.
상기 숙성시간은 23 ~ 25 시간(h)인, 이차전지 배터리의 건식 방전방법.According to claim 1,
The aging time is 23 to 25 hours (h), a dry discharge method of a secondary battery.
상기 숙성시간 동안, 상기 이차전지 배터리의 분리막에 코팅된 잔류 리튬이 상기 이차전지 배터리의 양극에 흡수되면서 상기 전해액이 완전하게 제거되는, 이차전지 배터리의 건식 방전방법.According to claim 1,
During the aging time, the electrolyte solution is completely removed while the residual lithium coated on the separator of the secondary battery is absorbed by the positive electrode of the secondary battery.
상기 제1 건식방전과 제2 건식방전은 내부회로로 전류를 환류하는 방전방식이고, 상기 에너지 준위는 충전상태(SOC)가 0% 또는 물리적 불능화 상태인 OV 인 것을 특징으로 하는, 이차전지 배터리의 건식 방전방법.According to claim 1,
The first dry discharge and the second dry discharge are discharge methods in which a current is refluxed to an internal circuit, and the energy level is a state of charge (SOC) of 0% or a physically disabled state of OV. Dry discharge method of a secondary battery, characterized in that.
상기 제1 건식방전 및 제2 건식방전은 저항방전일 수 있고,
방전을 위한 저항소자의 값은 서로 다른, 이차전지 배터리의 건식 방전방법.According to claim 1,
The first dry discharge and the second dry discharge may be resistive discharge,
A dry discharge method of a secondary cell battery in which the values of resistance elements for discharging are different.
상기 제1 방전 단계가 진행되는 도중,
상기 이차전지 배터리의 방전장치는 이차전지 배터리의 전력이 일정 전력 이하가 되면 상기 제2차 방전단계로 절환하여 방전을 계속 수행하는, 이차전지 배터리의 건식 방전방법.According to claim 1,
During the first discharge step,
The dry discharge method of the secondary cell battery, wherein the discharge device of the secondary cell battery switches to the secondary discharge step when the power of the secondary cell battery becomes less than a certain power and continues to discharge.
사용 후 이차전지 배터리를 제1 저항 값을 가지는 저항소자를 이용하여 1차 방전하는 단계;
상기 제1 저항 값보다 낮은 제2 저항 값을 가지는 저항소자를 이용하여 상기 이차전지 배터리를 원하는 에너지 준위인 충전상태 SOC 0% 또는 물리적 불능화 상태인 OV로 방전하는 2차 방전하는 단계; 및
상기 2차 방전된 이차전지 배터리를 차등역전압 상태에서 24시간 동안 숙성하여, 상기 이차전지 배터리의 전해액을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이차전지 배터리의 건식 방전방법.A secondary battery battery discharge device,
firstly discharging the secondary battery after use using a resistance element having a first resistance value;
discharging the secondary battery to a desired energy level, SOC 0%, or a physically disabled state, OV, by using a resistance element having a second resistance value lower than the first resistance value; and
The dry discharge method of a secondary battery, characterized in that it comprises the step of removing the electrolyte solution of the secondary battery by aging the secondary battery for 24 hours in a differential reverse voltage state.
상기 이차전지 배터리 셀(cell)에 역전압을 인가하여 강제로 리튬이온을 양극으로 이송하여 산화시키는, 이차전치 배터리의 건식 방전방법.According to claim 7,
A dry discharge method of a secondary pre-battery, wherein a reverse voltage is applied to the secondary battery cell to forcibly transfer lithium ions to an anode and oxidize them.
상기 24시간의 숙성시간 동안, 상기 이차전지 배터리의 분리막에 코팅된 잔류 리튬이 상기 이차전지 배터리의 양극에 흡수되면서 상기 전해액이 완전하게 제거되는, 이차전지 배터리의 건식 방전방법. According to claim 7,
During the aging time of 24 hours, the electrolyte solution is completely removed while the residual lithium coated on the separator of the secondary battery is absorbed by the positive electrode of the secondary battery.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220005712A KR20230109901A (en) | 2022-01-14 | 2022-01-14 | Dry discharge method to completely remove electrolyte from secondary battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220005712A KR20230109901A (en) | 2022-01-14 | 2022-01-14 | Dry discharge method to completely remove electrolyte from secondary battery |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230109901A true KR20230109901A (en) | 2023-07-21 |
Family
ID=87430020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220005712A Pending KR20230109901A (en) | 2022-01-14 | 2022-01-14 | Dry discharge method to completely remove electrolyte from secondary battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230109901A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2847215C1 (en) * | 2024-11-29 | 2025-10-01 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Method of dry discharge of lithium current sources |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210142633A (en) | 2019-03-26 | 2021-11-25 | 소니그룹주식회사 | wavelength conversion element |
-
2022
- 2022-01-14 KR KR1020220005712A patent/KR20230109901A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210142633A (en) | 2019-03-26 | 2021-11-25 | 소니그룹주식회사 | wavelength conversion element |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2847215C1 (en) * | 2024-11-29 | 2025-10-01 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Method of dry discharge of lithium current sources |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Koehler | General overview of non-lithium battery systems and their safety issues | |
| Lisbona et al. | A review of hazards associated with primary lithium and lithium-ion batteries | |
| CN115668613B (en) | Battery box, battery, electric equipment, and method and device for preparing box | |
| JP3248851B2 (en) | Battery protection device | |
| Garche et al. | Electrochemical power sources: fundamentals, systems, and applications: Li-battery safety | |
| KR20220012943A (en) | Battery case body, battery, power use device, battery manufacturing method and device | |
| KR102751197B1 (en) | Electric vehicle battery recycling method | |
| KR102426579B1 (en) | Discharge system of medium-large wasted battery | |
| JPWO2014057538A1 (en) | In-vehicle power storage device and control method thereof | |
| CN118402114A (en) | Waste battery discharge treatment method | |
| JP7234485B2 (en) | How to recycle lithium ion batteries | |
| DE102011082187B4 (en) | Method and device for comminuting batteries containing lithium hexafluorophosphate (LiPF6) | |
| Maghsoudi et al. | Advantages, Limitations, and Industrial Applications of Lithium‐Ion Batteries | |
| McDowall | A guide to lithium-ion battery safety | |
| KR20230058878A (en) | Method and apparatus for discharging the battery by recovering and generating energy in the pretreatment process of the secondary battery | |
| KR20230109901A (en) | Dry discharge method to completely remove electrolyte from secondary battery | |
| KR20230149326A (en) | Method for detecting lithium precipitation in battery packs, computer readable storage media and electrical devices | |
| US20240339738A1 (en) | Battery pack, safety control method therefor, and electric apparatus | |
| KR20230058877A (en) | Dry discharge method and device for secondary battery for safe transport, storage and disassembly | |
| KR102811000B1 (en) | Eco friendly battery recycling method | |
| EP4184694A1 (en) | Battery cell, battery, electric device, and method and device for manufacturing battery cell | |
| Al AWANA | Lithium-polymer batteries SWOT analysis | |
| JP7406870B2 (en) | Charging control circuit | |
| KR20250051895A (en) | Dry regenerative discharge process for recycling waste batteries | |
| EP4542724A1 (en) | Battery discharge apparatus, battery discharge system, and battery discharge method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109 |
|
| PA0201 | Request for examination |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201 |
|
| PG1501 | Laying open of application |
St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501 |
|
| P22-X000 | Classification modified |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P22-nap-X000 |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902 |
|
| E13-X000 | Pre-grant limitation requested |
St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000 |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
| D21 | Rejection of application intended |
Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-1-2-D10-D21-EXM-PE0902 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE) |
|
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902 |
|
| P11 | Amendment of application requested |
Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-2-2-P10-P11-NAP-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE) |
|
| P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |