연구를 수행한 한국지질자원연구원 김병수(가운데) 박사 연구팀 [한국지질자원연구원 제공]

국내 연구진이 전기자동차에 사용되는 리튬인산철(LFP) 배터리를 친환경적으로 재활용할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다.

한국지질자원연구원(KIGAM·지질연)은 자원활용연구본부의 김병수 박사 연구팀이 저온 건식 재활용 기술을 적용한 ‘리튬인산철(LFP) 폐 리튬이온배터리 재활용 기술’ 개발에 성공했다고 8일 밝혔다.

김 박사 연구팀이 개발한 이 기술은 방전된 폐 리튬이온 배터리를 선별 공정 없이 단순 파쇄 후 1200도 이하의 온도에서 부분 용융해 블랙매스와 흑연을 분리 회수(80% 이상)할 수 있는 세계 최초의 친환경 저온 건식재활용 기술이다.

현재 폐배터리 재활용 기술은 대부분 NMC(니켈·코발트·망간) 또는 NCA(니켈·코발트·알루미늄) 배터리 계열에 적용된다. 특히 기계적 습식공정을 거치거나 질소 또는 대기분위기에서 1400도 이상의 건식공정 처리 후 습식공정을 통해 재활용하고 있다.

김 박사 연구팀이 개발한 친환경 저온 건식재활용 기술은 폐배터리의 선별 공정 없이 단순 파쇄만 하는 장점이 있다. 질소가 아닌 일반적인 대기분위기 1200도 이하에서 부분용융해 흑연 함유량을 대폭줄인 블랙매스와 흑연의 분리회수가 가능하다. 특히 화학물질을 사용하지 않아 슬래그가 배출되지 않으며, 기존 기술보다 200도 이상 공정 온도를 낮춰 CO₂(이산화탄소) 배출을 획기적으로 저감한 환경 친화형 건식공정 기술이다.

연구팀의 기술은 집전체인4 알루미늄, 구리, 알루미늄-구리 합금의 녹는점이 비교적 낮다는 특성을 이용해 NCM·NCA배터리에도 적용이 가능하다. 또 현재 상용 중인 용융환원 공정보다 에너지 집약적 용해과정이 필요하지 않아 운용이 매우 쉽고 저온으로 시설 투자비가 저렴한 장점도 있다.

연구팀은 이번 기술 개발로 재활용 공정의 단순화와 운영비 절감 등을 통해 국내 재활용 기업이 친환경·저비용의 리튬, 코발트, 니켈 화합물 등을 회수할 수 있는 원천기술과 인프라를 제공하는 한편, 다양한 사업화를 통한 친환경 자원 재활용 선순환 체계 구축에도 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

김 박사는 “이번 기술개발은 세계 최초로 시도된 친환경 리튬인산철 배터리 재활용 기술로, 기존 상용화된 기술의 복잡한 공정은 물론 환경적 문제점을 보완하고 개선한 혁신적인 기술”이라고 했다. 이어 “앞으로 친환경 폐배터리 재활용 기술의 고도화를 통해 관련 기업에 기술 이전을 확대하고 국가 자원 사업 경쟁력 확보를 위해 최선을 다하겠다”고 강조했다.

구본혁 기자