자원 효율성 향상 및 순환 경제를 위한 리튬 이온 배터리 구성 요소의 재활용 및 새활용 기술

초록

다양한 산업 분야에서 리튬 이온 배터리(LIBs)의 사용이 증가함에 따라 폐배터리의 발생과 누적이 심화되고 있어, 지속 가능한 재활용 방법이 필수적으로 요구되고 있다. 본 발표에서는 자원 순환에 중점을 둔 LIB 구성 요소의 재활용 및 새활용 방법을 제시한다. 우리는 니켈-코발트-망간 산화물(NCM) 양극을 재활용하기 위한 간편한 전기화학적 박리 방법을 연구하였다. 이 공정은 양극 산화를 통해 알루미늄 집전체로부터 NCM 층을 효율적으로 분리하며, 이어지는 수열 반응 및 소결 처리를 통해 NCM 양극의 결정구조를 복원하여 100회 사이클 후 143.6 mAh g?1의 가역 용량을 달성하였다. 또한, 폐 LIB의 흑연 음극과 철 외장재를 새활용하여 고용량 음극을 제작하는 방법을 조사하였다. 새활용 공정을 통해 얻어진 산화철 나노입자와 환원된 그래핀 산화물 복합체 음극은 900회 충방전 사이클 이후에도 534 mAh g?1의 용량을 유지하였다. 이 방법은 기존의 실리콘 기반 전극에 비해 동일 용량의 배터리 설계 시 제조 비용을 크게 절감할 수 있음을 입증하였다. 추가로, 음극 소재의 용량 및 수명 특성을 개선하기 위해 폐플라스틱을 전구체로 사용하는 비정질 탄소층 코팅 방법을 연구하였다. 이러한 연구들은 LIB의 지속 가능성, 경제적 실현 가능성 및 성능을 향상시키는 고급 재활용 기술을 제시하며, LIB의 보다 넓은 응용과 지속 가능한 발전을 위한 아이디어를 제공한다.