폐배터리 재활용(Recycling) : 대표 공정 3가지

폐배터리 재활용 업계를 이해하기 위해 꼭 알아야 하는 공정

건식, 습식, 직접 공정을 각 업체마다 달리 채택하고 있기 때문

안녕하세요! WAB입니다.
오늘은 폐배터리 재활용(Recycle) 공정에 관해서 살펴보겠습니다.

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폐배터리 재활용/재사용 분야에서 사용되는 용어

폐배터리 재활용/재사용 분야에서 새로 사용되는 용어들이 있습니다. 함께 알아보시죠.

• Reuse : 재사용이라는 뜻으로, 일정 성능이나 등급 이상의 전기차 폐배터리를 ESS 등의 전원으로 재사용하는 것
• Recycling : 재활용이라는 뜻으로, 폐배터리를 분해하여 유가금속 등의 자원을 추출하는 것
• 회수율 :  배터리 내 유가금속 함량 대비 재활용을 통해 회수된 유가금속의 비율
• 블랙 매스(Black mass) : 전처리 공정을 거쳐 양극활물질이 농축된 배터리 파쇄 분말, 블랙 파우더라고도 함
• 스크랩(scrap) : 배터리 제조공정에서 발생되는 양극활물질, 양극 극판, 배터리 불량품 등
• 분쇄 : 고체 입자에 힘을 가해 작게 부수어 작은 입자로 만드는 과정
• 파쇄 : 물질의 파편이 충격이나 압박으로 인해 그 본체에서 떨어져 나가는 것

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폐배터리 재활용 공정

우선 폐배터리를 재활용하기 위해서는 배터리에 남아있는 에너지를 모두 다 소모시켜야 합니다. 즉 방전과정이 꼭 선행되어야 하죠.
폐배터리 재활용 공정에는 크게 건식과 습식 과정이 있는데, 추가로 근래에는 직접 원재료를 회수하는 방법인 direct recovery라는 방식도 많이 연구되고 있습니다.

폐배터리 재활용 공정 모식도

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1. 건식 공정 (Pyrometallurgy process)

고온에서 용융시켜 유가 금속을 추출하는 방법입니다.

건식 공정 장점

1. 단순한 공정 = 공정 자유도가 높음
2. SO2 가스 발생이 안 됨
3. 상업적 생산이 가능한 수준

건식 공정 단점

1. Co, Ni 이외의 금속 회수가 어려움
2. 반응이 높은 온도임 = 높은 에너지 = 돈..!
3. 가스 처리필요
4. 높은 투자비

1번에 나와 있듯이 Li의 경우 건식 공정 중간에서 대부분 휘발되기 때문에 회수하기 어렵다는 게 가장 큰 단점이죠.

관련 업체

이러한 건식방식을 사용하는 폐배터리 재활용 업체로는 Umicore (벨기에, 중국), Glencore (캐나다, 노르웨이), Accurec (독일), Valdi (프랑스), Inmetco (미국) 가 있습니다.

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2. 습식 공정 (Hydrometallurgy process)

유가금속을 산으로 녹인 후 화학반응에 의해 유가 금속을 추출하는 방법입니다.

습식 공정 장점

1. 상대적으로 낮은 투자비
2. 낮은 온도 = 낮은 에너지
3. 고순도 product
4. Li, Mn 물질 회수 가능
5. LFP 배터리에 사용 가능성 있음

습식 공정 단점

1. Black powder로 전처리 필요
2. 불순물 제거를 위해 산성도를 높이지만, 산성도가 너무 높으면 모든 것이 녹아버
3. 폐수 정화시설이 필요

폐수 정화시설이.. 아주 골치 아픈 항목입니다. 지자체와 주민들 반발이 심하죠..
아 참고로, 성일하이텍은 '26년부터 이 방식을 사용해서 LFP 재활용을 한다고 합니다!

성일하이텍, LFP 배터리도 재활용한다…파일럿 라인 내년 1분기 가동

관련 업체

이러한 습식방식을 사용하는 폐배터리 재활용 업체로는 Brunp (중국), GEM High-Tech (중국), 화유코발트 (중국), Cycle (캐나다, 미국), 성일하이텍 (한국), Retreieve (캐나다, 미국)이 있습니다.

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3. 직접 회수 공정 (Direct Recovery process)

양극재와 같은 특정 물질만 직접적으로 회수하여 재사용하는 방법입니다.

직접 회수 공정 장점

1. 최소한의 공정으로 재료회수 가능
2. 낮은 온도 사용 = 낮은 에너지
3. 양극구조가 파괴되지 않음

직접 회수 공정 단점

1. 한 가지 양극재료에 적합 = 배터리 분류 작업이 선행되어야 함 = 돈..!
2. 재공정된 제품의 질이 불확실함

관련 업체

듣기로는 작게 Lab scale에서는 많은 곳들이 하고 있다고는 하는데,
양극구조도 파괴시키지 않고 잘 재활용할 수 있다면 굉장히 효율적인 기술입니다.

Direct recovery process 모식도

 

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다음 시간에는..

폐배터리를 재활용하는 과정에는
배터리를 물리적으로 분해 후 블랙파우더를 제조하는 물리적 처리 공정과 블랙파우더로 유가금속을 추출하는 화학적 처리 공정이 있습니다.

다음 시간에는 이러한 공정에 대해 좀 더 자세히 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

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