지질자원연, 전기차 폐배터리에서 고순도 희소금속 재활용 한다

폐배터리셀(왼쪽)에서 분리 추출한 탄산리튬(흰색), 황산니켈(청록색), 황산코발트(붉은색)
원료

전 세계적인 친환경 에너지로의 전환에 따른 전기차 보급이 빠르게 확산되면서 전기차 배터리 원료광물의 수요와 관심이 높아지고 있는 가운데, 초기 단계에 머무르고 있는 국내외 폐배터리 재활용 기술개발 고도화의 필요성이 증대되고 있다.
한국지질자원연구원(원장 이평구, KIGAM)은 순환자원연구센터 배터리재활용연구단 김홍인 센터장 연구팀이 폐배터리 재활용 혁신기술을 적용해 전기차 폐배터리에서 순도 높은 리튬·니켈·코발트 등 핵심원료를 추출, 재활용하는데 성공했다고 4월 28일 밝혔다.
폐배터리 재활용 기술은 희유금속 분리 정제 공정 원천 기술을 바탕으로 전기차 폐배터리에서 리튬이온전지의 원료물질(탄산리튬·황산니켈·황산코발트 등)을 다시 제조하는 혁신적인 연구기술 개발이다. 즉, 배터리 원료인 전구체로 만들어 ESS 및 전기차용 양극재로 활용된다.
추출 과정에서 양극과 음극을 분리해 침출잔사(불순물)가 발생하는 음극을 미리 분리, 배터리 분리 공정의 효율성을 높였다. 특히 폐배터리 셀 기준 98% 이상의 희소금속을 회수해 재활용할 수 있는 선도 기술로 소형 리튬이온전지와 전기차용 배터리 재활용 공정 개선에 효과적으로 적용될 것으로 기대하고 있다.
전기차용 폐배터리 재활용 사업은 아직까지 핵심 유가금속 추출 대비 높은 해체.추출비용으로 수익성이 떨어지며, 국내뿐만 아니라 해외에서도 기술개발 단계가 초기 연구에 머무르고 있다.
한국지질자원연구원은 2016년부터 수행한 ‘전기차용 고전압 고용량 리튬이온전지팩의 안전한 방전-해체-파쇄-선별 공정연구’를 통해 친환경적이고 효율적인 전기차 폐배터리 재활용 기술을 개발, 고도화하고 있다.
이번 기술의 적용으로 전량 수입되고 있는 리튬이차전지 원료의 대체 효과는 물론, 향후 대용량 폐 리튬이차전지 자원순환 공정 기술로 발전시켜 리튬이차전지 원료 분야를 선도할 수 있는 기반을 마련했다. 또한, SK이노베이션, ㈜동우화인켐 등 국내외 기업을 대상으로 기술이전(4건 완료, 1건 진행)이 진행되고 있어 폐배터리 민간 기업과의 전략적 협력을 통한 기술 효과성이 더욱 높아질 것으로 기대하고 있다.
김홍인 센터장은 “폐배터리 재활용 혁신기술은 전기차용 고전압 고용량 폐 리튬이온전지팩의 안전한 방전과 해체, 파쇄, 선별 등 전주기적 자원순환기술의 집합체다”며 “폐배터리 민간전문기업과의 전략적 기술협력을 통해 리튬이차전지 원료 소재 분야를 선도할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 밝혔다.
한국지질자원연구원 이평구 원장은 “전기차 배터리의 핵심광물인 리튬의 공급이 수요를 감당하지 못하고 있고, 1세대 전기차 배터리의 수명 연한이 다가오는 시점에서, 리튬·니켈·코발트·망간 등을 재사용할 수 있는 리튬이온배터리 재활용 기술개발은 매우 의미 있고 중요하다”며 “앞으로 폐배터리 재활용 기술과 더불어 희소금속의 탐사·개발, 다양한 공급망 확보를 통해 핵심광물의 안정적 확보에 기여할 수 있도록 지원을 아끼지 않겠다”고 밝혔다.