지질자원연 '친환경 리튬인산철 폐배터리 재활용 기술' 세계 최초 개발

김병수 박사가 연구를 하고 있는 모습. 지질자원연 제공

전기차 보급 추세 속 2030년이면 리튬인산철 배터리 이용이 55% 이상으로 전망되는 가운데 국내 연구진이 폐배터리 재활용 기술을 전 세계 최초로 개발했다.

한국지질자원연구원(이하 지질자원연)은 원활용연구본부 김병수 박사 연구팀이 세계 최초로 저온 건식 재활용기술을 적용한 리튬인산철 폐배터리 재활용 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

이 기술은 방전된 폐리튬이온 배터리를 선별 공정 없이 단순 파쇄 후 1200℃ 이하의 온도에서 부분 용융해 블랙매스와 흑연을 분리 회수할 수 있는 세계 최초의 친환경 저온 건식재활용 기술이다. 블랙매스는 리튬 95% 이상을 분리하며 흑연은 80% 이상 수준으로 분리 회수할 수 있다.

현재 폐배터리 재활용 기술은 대부분 니켈·코발트·망간 또는 니켈·코발트·알루미늄 배터리 계열에 적용된다. 기계적 파·분쇄와 건조, 물리적 선별, 열 처리 후 습식공정을 거치거나 질소 또는 대기분위기에서 1400℃ 이상의 건식 처리공정 처리 후 습식공정을 통해 재활용하고 있다.

김병수 박사 연구팀이 개발한 기술은 세계 최초로 리튬·인산·철 계열에 적용한 폐배터리 재활용 혁신 기술이다. 폐배터리의 선별 공정 없이 단순 파쇄만 하는 장점이 있으며 질소가 아닌 일반적인 대기 분위기 1200℃ 이하에서 부분용융해 흑연 함유량을 대폭 줄인 블랙매스와 흑연의 분리회수가 가능하다.

또 화학물질을 사용하지 않아 슬래그가 배출되지 않으며 기존 기술보다 200℃ 이상 공정 온도를 낮춰 이산화탄소 배출을 획기적으로 줄인 환경 친화형 건식공정 기술이다.

연구팀의 기술은 집전체인 알루미늄과 구리, 알루미늄-구리 합금의 녹는점이 비교적 낮다는 특성을 이용해 NCM, NCA배터리에도 적용 가능하다. 또 현재 상용 중인 용융환원 공정보다 에너지 집약적 용해 과정이 필요하지 않아 운용이 매우 쉽고 설비 투자비도 저렴한 장점이 있다.

김병수 박사는 "이번 기술 개발은 세계 최초로 시도된 친환경 리튬인산철 배터리 재활용 기술로, 기존 상용화된 기술의 복잡한 공정은 물론 환경적 문제점을 보완하고 개선한 혁신적인 기술"이라며 "앞으로 친환경 폐배터리 재활용 기술의 고도화를 통해 관련 기업에 기술이전을 확대하고 국가 자원사업 경쟁력 확보를 위해 최선을 다하겠다"고 말했다.

이평구 지질자원연 원장은 "전기자동차 배터리 등 리튬이온배터리의 수명 연한이 가까워지는 시점에서 폐배터리 재활용 기술은 혁신기술의 총아가 될 수밖에 없다"며 "친환경 자원재활용 초격차 기술 개발과 국가 핵심광물 확보를 위해 최선을 다하겠다"고 밝혔다. 임효인 기자