리튬 2차전지 폐기물로 다시 2차전지 소재 뽑아냈다

류태공 한국지질자원연구원 책임연구원 연구

리튬2차전지 폐기물과 폐기물에서 추출한 유가자원. 한국지질자원연구원 제공

국내 연구진이 전기차 등에 사용되는 리튬 2차전지를 제조하는 과정에서 나오는 폐기물을 다시 2차전지 소재로 활용할 수 있는 기술을 개발했다.

한국지질자원연구원은 류태공 자원활용연구본부 책임연구원 연구팀이 리튬 2차전지 제조공정에서 생산되는 리튬 폐액과 폐 반응용기 폐기물에서 고순도 양극재 원료를 뽑아내고 활용하는 친환경 자원순환 기술 개발에 성공했다고 2일 밝혔다.

연구팀은 자체 개발한 친환경 습식 전환 기술을 통해 리튬 2차전지를 제조하고 남은 폐 반응용기에서 니켈‧코발트‧망간(NCM) 전구체, 탄산리튬, 수산화리튬 등 유가금속과 제올라이트 함유 물질을 회수하는 데 성공했다. 제올라이트는 흡착제나 산업촉매로 활용되는 광물이다. 

폐 반응용기에 남아 있는 잔류 양극재 분말에선 니켈‧코발트‧망간 전구체와 탄산리튬을 확보했다. 또 폐 반응용기 분말을 세척과 분리한 뒤 이온 분리 농축(MCDI))과 수산화침전을 거쳐 마그네슘‧알루미늄‧칼슘 등 리튬폐액의 불순물을 제거하고 수산화리튬을 회수했다.
    
이어 폐 반응용기 분말의 황산화 반응을 통해 추출된 리튬함유 용액을 습식전환 과정을 통해 탄산리튬으로 회수했다. 이 과정에서 용해되지 않은 찌꺼기 등 잔류물질은 알칼리 산도 조절을 실시해 제올라이트성 함유 물질을 확인했다.

연구팀은 또 폐 반응용기에서 회수되는 리튬용액 또는 양극재 제조과정에서 배출되는 리튬폐액을 반도체 산업에서 나오는 불화물 폐액과의 혼합·분리를 통해 불화리튬을 제조하는 데 성공했다. 불화리튬은 광학유리, 용융제 및 리튬2차전지 전해액 원료로 사용된다. 

연구팀은 리튬2차전지를 제조한 뒤 남는 폐기물에서 양극재 원료로 제조 및 사용될 수 있는 99.5% 이상의 고순도 물질을 회수할 수 있음이 확인됐다고 설명했다.

류태공 책임연구원은 “리튬2차전지 제조 산업에서 배출되는 다양한 폐기물의 처리 문제와 환경오염를 고민하며 이번 연구기술을 개발했다”며 “버려진 폐기물도 소중한 자원으로 생각하며 고도화된 친환경 자원 선순환 기술을 개발할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 밝혔다.

 
이평구 한국지질자원연구원 원장은 “광물자원 개발에는 친환경이라는 수식어가 필수적으로 들어가야한다”며 “모두가 안심하고 활용할 수 있는 친환경 자원재활용 기술 개발과 국가전략 핵심광물 확보를 위해 지원을 아끼지 않겠다”고 말했다.

리튬이차전지 폐 반응용기에서 유가자원을 회수하는 과정. 한국지질자원연구원 제공

[박정연 기자 hesse@donga.com]