한국원자력연구원은 전기차에 사용한 리튬인산철(LFP) 배터리를 친환경적으로 재활용할 수 있는 공정을 개발했다고 10일 밝혔다.

전기차의 전력원인 리튬이온 배터리의 양극 소재로는 삼원계 니켈·코발트·망간(NCM), 리튬인산철(LFP) 등이 쓰인다. LFP 리튬이온 배터리는 산소 배출을 억제하는 화학적 특성 덕분에 NCM 배터리보다 화재·폭발 가능성이 작아 최근 전기차 배터리로 많이 사용되고 있다. 지난해 기준 LFP 배터리의 글로벌 전기차 시장 점유율이 40%를 넘어선 것으로 나타났다.

다만 산성 용액으로 처리하는 기존 LFP 배터리 재활용 방식으로는 리튬밖에 회수할 수 없어 경제성이 낮다는 한계가 있다. 또 다량의 폐산성 용액이 발생해 환경이 오염되는 문제도 있다.

중성자과학부 김형섭 박사 연구팀은 염소 기체를 활용해 LFP 배터리의 양극 소재인 리튬인산철을 경제적이고 친환경적으로 추출하는 공정을 개발했다. 

LFP 폐배터리를 분해하면 나오는 분말 형태의 양극 소재를 염소 기체와 200도의 고온에서 10분간 반응시키면 리튬이 염화리튬 형태로 추출된다. 염화리튬은 상용화된 기존 변환 공정을 통해 탄산리튬이나 수산화리튬으로 전환해 새로운 LFP 배터리 원료로 다시 사용할 수 있다. 기존 산성 용액 처리 방법으로는 재활용이 어려웠던 인산철도 구조 손상이 거의 없어 재합성이 가능하다. 재활용 공정에서 발생하는 부산물은 소금물 형태여서 친환경적이라는 장점도 있다. 연구팀이 연구용 원자로인 하나로의 중성자 회절 분석 장치를 이용해 소재를 정밀 분석한 결과 LFP 배터리에 있던 리튬 99.8%가 추출됐으며, 추출된 리튬의 순도도 98.8%로 매우 높은 것으로 나타났다. 연구원은 이번 기술에 대한 국내 특허 등록을 완료했다.

정영욱 하나로양자과학연구소장은 "LFP 배터리의 시장 점유율이 높아짐에 따라 이번 재활용 기술은 파급 효과가 상당할 것"이라며 "기술 이전을 추진, 기업과 공동 연구를 통해 상용화할 계획"이라고 말했다.