폐 리튬 이온 배터리에서 NCM 양극 활물질 회수 및 재활용

초록

최근 화석연료로 인한 온실가스 배출량을 줄이기 위해 전기자동차(Electric Vehicle; EV) 및 에너지 저장 장치(Energy Storage System; ESS) 시장이 빠르게 성장하고 있다. 이에 따라 리튬 이온 배터리 수요가 증가하여, 폐 리튬 이온 배터리의 처리 문제가 부각되고 있다. 폐 리튬 이온 전지에서 리튬 및 전이금속을 추출하는 기존 방법들은 공정 과정이 복잡하고 에너지를 많이 소모하며 온실가스 및 부식성 기체를 방출한다는 단점을 가지고 있어 새로운 공정 개발 및 연구의 필요성이 부각되고 있다. 본 연구에서는 폐 리튬 이온 배터리로부터 회수한 NCM 양극 활물질을 효율적으로 회수 및 재활용할 수 있는 공정을 개발하였다. 우선 전기화학적 공정을 통해 회수한 폐 NCM 전극에서 NCM 슬러리와 알루미늄 집전체를 손쉽게 분리하였다. 폐 NCM 전극에 양전압을 가하면 알루미늄 양극 산화에 의한 부피 팽창 및 산소 발생반응으로 인해 수백 초 이내에 집전체와 슬러리를 분리할 수 있음을 확인하였다. 이후 수열 합성법을 통해 손실된 리튬 및 NCM 결정 구조를 회복하여 배터리 충·방전 과정에서 열화된 NCM의 물성을 회복하였다. 회복된 NCM의 물리적 특성은 X-ray 회절분석법(XRD), X선 광전자 분광법(XPS)로 비교 분석하였다.