친환경 리튬인산철 폐배터리 재활용 기술 세계 첫 개발

한국지질자원연구원(KIGAM)은 자원활용연구본부 김병수 박사 연구팀이 저온 건식 재활용 기술을 적용한 '리튬 인산철(LFP) 폐 리튬이온 배터리 재활용 기술'을 개발했다고 밝혔습니다.

방전된 폐 리튬이온 배터리를 선별 공정 없이 파쇄한 후 1천200℃ 이하 온도에서 부분 용융해 블랙 매스((black mass·리튬 95% 이상 분리, 흑연 함유량 3% 이하)와 흑연을 분리 회수(80% 이상)할 수 있는 세계 최초의 친환경 저온 건식재활용 기술입니다.

2030년에는 전 세계에서 전기자동차에 사용되는 리튬 인산철 배터리가 55% 이상일 것으로 예상됨에 따라 환경·자원적 측면에서 폐 LFP 배터리 재활용 기술 개발이 필요한 시점입니다.

현재 폐배터리 재활용 기술은 대부분 NMC(니켈·코발트·망간)나 NCA(니켈·코발트·알루미늄) 배터리 계열에 적용됩니다.

특히 기계적 파·분쇄→건조→물리적 선별→열처리 후 습식공정을 거치거나 질소 또는 대기 중에서 1천400℃ 이상의 건식공정 처리 후 습식공정을 통해 재활용하고 있습니다.

연구팀이 개발한 기술은 리튬 인산철 계열에 적용한 폐배터리 재활용 혁신 기술로 폐배터리 선별 공정 없이 단순 파쇄만 하는 장점이 있습니다.

질소가 아닌 일반적인 대기 1천200℃ 이하에서 부분 용융해 흑연 함유량을 대폭 줄인 블랙 매스와 흑연의 분리 회수가 가능합니다.

특히 화학물질을 사용하지 않아 찌꺼기인 슬래그가 배출되지 않고, 기존 기술보다 200℃ 이상 공정 온도를 낮춰 이산화탄소(CO₂) 배출을 획기적으로 저감한 환경 친화형 건식공정 기술입니다.

집전체인 알루미늄과 구리, 알루미늄-구리 합금의 녹는점이 비교적 낮다는 특성을 이용해 NCM, NCA 배터리에도 적용이 가능하다고 연구팀은 설명했습니다.

에너지 집약적 용해 과정이 필요하지 않아 현재 상용 중인 용융 환원 공정보다 운용이 매우 쉽고 저온으로 시설 투자비가 저렴한 장점도 있습니다.

연구팀은 재활용 공정 단순화, 운영비 절감 등을 통해 친환경·저비용의 리튬, 코발트, 니켈 화합물 등을 회수할 수 있는 원천기술과 인프라를 제공하고, 다양한 사업화를 통한 친환경 자원 재활용 선순환 체계 구축에도 기여할 것으로 기대하고 있습니다.

김병수 박사는 기존 상용화 기술의 복잡한 공정은 물론 환경적 문제점을 보완하고 개선한 혁신적인 기술이라며 기술 고도화를 통해 관련 기업에 기술이전을 확대할 계획이라고 말했습니다.

(사진=한국지질자원연구원 제공, 연합뉴스)