폐 리튬이온 배터리 흑연 음극 소재의 전기화학적 처리를 통한 재사용

초록

리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도 및 장 수명 특성으로 인해 1991년 상용화 이후 휴대용 전자기기에서 전기자동차(EV) 및 에너지저장시스템의 에너지 저장장치(ESS)로의 수요 증가로 그 시장이 크게 확대되고 있다. 이러한 수요 증가에 맞추어 점진적으로 엄청난 양의 폐배터리가 배출되고 이는 곧 경제 및 환경적인 문제와 직면하므로, 폐 배터리를 재사용 또는 재활용하여 세컨드 라이프를 부여하기 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있다. 그러나 이러한 처리 과정에서 추가적으로 발생하는 비용 및 환경 오염 역시 새로운 문제로 대두되고 있다. 본 연구에서는 폐 배터리로부터 발생한 흑연 음극 활물질을 산성 용액 및 유기 물질을 사용하지 않고 전기화학적인 처리 방법을 통해 리튬이온 배터리의 음극으로 재사용하는 연구를 수행하였다. 배터리 열화이후 회수된 흑연과 전기화학적 처리 후의 흑연의 표면 및 조성을 주사전자현미경(SEM) 및 X선 회절 분석기(XRD)을 통해 확인하였다. 또한, 배터리 열화과정 중에 발생한 불순물의 제거를 통해 순도가 증가하였음을 X선 광전자 분광법(XPS), 유도 결합 플라즈마 발광 분석법(ICP-OES), 열 중량 분석기 (TGA)를 통하여 확인하였으며, Half-cell 성능 평가를 통해 리튬이온전지 음극으로서의 전기화학적 성능을 평가하였다