기계화학적 방법을 통한 폐 리튬 이온 배터리로부터의 리튬 회수

초록

최근 전기차(EV) 시장의 급성장으로 인해, 리튬 이온 배터리의 수요가 증가함에 따라 생산에 필요한 자원인 리튬, 니켈, 망간, 코발트 등의 가격이 상승하였고 이에 따라 폐 리튬 이온 배터리로부터 자원을 회수하는 기술의 중요성도 함께 대두되었다. 현재 주로 사용하는 재활용 공정인 건식 공정의 경우 전처리가 필요하지 않지만, 고온을 사용하여 많은 에너지가 소모되며 유해가스가 발생하고, 리튬을 얻기에는 어려운 공정이라는 단점이 있다. 다른 주된 공정인 습식 공정의 경우 리튬과 전이 금속을 모두 회수할 수 있으나 공정이 복잡하다. 또한, 산성 용액을 이용하기 때문에 반응 후 폐 산을 처리하여야 하고, 이에 따라 추가적인 공정이 필요하다는 단점이 있다. 본 연구에서는 기존 폐 리튬 이온 배터리 재활용 공정의 단점을 보완하기 위해, 기계화학적 방법을 도입하여 유해가스 배출이나 산성 용액의 사용 없이 리튬을 선제적으로 회수하는 방법을 연구하였다. 리튬 이온 배터리를 분해하여 Ball milling을 통해 기계화학적 방법으로 반응시킨 후, carbonatization 반응을 거친다. 이후 Filtration을 진행하여 폐 리튬 이온 배터리로부터 리튬 염을 선제적으로 얻었다. 수득한 리튬 염은 X선 회절(XRD)과 X선 광전자 분광기(XPS)를 사용하여 정성 분석을 진행하였고, 유도결합 플라즈마 분광 분석기(ICP-OES)를 사용하여 만들어진 시료의 순도를 정량적으로 분석하였다.