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Jul 29, 2023

Drei Technologien dominieren Lithium

CAMBRIDGE, England – Da die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien weiter steigt, wird es immer wichtiger, deren Nachhaltigkeit über den gesamten Lebenszyklus, einschließlich des Lebensendes, zu verwalten

CAMBRIDGE, England – Da die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien weiter steigt, wird die Notwendigkeit, deren Nachhaltigkeit über den gesamten Lebenszyklus, einschließlich des Lebensendes, zu verwalten, immer wichtiger. Die Batterien können recycelt werden, um wertvolle Metalle wie Kobalt, Lithium und Nickel wiederzugewinnen.

Abhängig von der verwendeten Recyclingtechnik müssen die aus diesen Prozessen gewonnenen Materialien möglicherweise weiter veredelt oder verarbeitet werden, um ihre Wiedereinführung in die Herstellung neuer Batterien zu ermöglichen.

„Batteriehersteller sind daran interessiert, Materialien aus Recycling zu beziehen, um schwankenden Metallpreisen entgegenzuwirken und die Materialversorgung zu domestizieren“, sagt Conrad Nichols, Technologieanalyst bei IDTechEx. „Da die Menge an ausgedienten Lithium-Ionen-Batterien weiter zunimmt, werden Recycler ihre Recyclingkapazitäten durch den Bau neuer Anlagen weiter ausbauen, um den Recyclingbedarf zu decken.“

Ein neuer Bericht von IDTechEx analysiert die drei derzeit verwendeten Schlüsseltechnologien: mechanisches, pyrometallurgisches und hydrometallurgisches Recycling.

Die mechanische Bearbeitung ist die einfachste Technik. Es wird von vielen Akteuren weltweit eingesetzt und ist typischerweise der erste Schritt beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien. Dies beginnt häufig mit einem Demontageschritt, der aufgrund der Unterschiede im Design der Elektrofahrzeug-Batteriepakete manuell durchgeführt wird. Dafür sind jedoch qualifizierte Arbeitskräfte erforderlich.

Typische Schritte nach der Demontage sind das Zerkleinern, Mahlen und Zerkleinern. Dabei werden die hochwertigen Materialien zerkleinert und von Folien und Hüllen getrennt. Dieser Recyclingschritt muss in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden. Häufig wird durch Sieben größere Fragmente von Stromkollektoren, Gehäusen und Separatoren aus Elektrodenmaterialien, die aus sehr feinen Pulvern bestehen, abgetrennt.

„Dadurch entsteht schwarze Masse, die durch hydrometallurgische oder pyrometallurgische Verarbeitung weiter veredelt werden muss, um Metallsalze in Batteriequalität herzustellen“, erklärt Nichols. „Die Mehrheit der Akteure in Europa und Nordamerika verfügt derzeit nur über Kapazitäten für mechanisches Recycling. Daher sind die meisten dieser Recycler nicht in der Lage, Materialien in Batteriequalität herzustellen, die für die Herstellung neuer Batterien geeignet sind. Diese schwarze Masse wird typischerweise zu Recyclern im asiatisch-pazifischen Raum transportiert, die über diese Fähigkeiten verfügen.“

Unter Pyrometallurgie versteht man die Nutzung von Wärme zur Gewinnung von Batteriematerialien. Dieser Prozess wird typischerweise in einem Lichtbogen- oder Schachtofen durchgeführt und erfordert nur wenig Vorbehandlung. Darüber hinaus ist diese Art des Recyclings unabhängig von der Batteriechemie. Es kann verschiedene metallhaltige Abfallströme als Ausgangsmaterial aufnehmen, beispielsweise Nickel-Metallhydrid-, Nickel-Cadmium- und Lithium-Ionen-Batterien.

„Der Prozess erfordert jedoch einen hohen Kapitalbedarf und ist außerdem energieintensiv und erfordert eine Abgasreinigung“, betont Nichols. „Pyrometallurgie erzeugt eine gemischte Metalllegierung sowie einen Schlackenstrom, der Lithium, Mangan und Aluminium enthält. Daher wäre noch eine weitere hydrometallurgische Verarbeitung erforderlich, wenn alle wertvollen Metalle wieder in Batteriequalität gewonnen werden könnten.“

Hydrometallurgische Techniken können verwendet werden, um schwarze Masse direkt zu recyceln oder durch Pyrometallurgie hergestellte Legierungen zu veredeln, um Metallsalze in Batteriequalität zu bilden. Diese Salze können wieder in die Herstellung neuer Kathodenvorläufer eingesetzt werden und sind daher von höherem Wert als schwarze Masse, die durch mechanisches Recycling entsteht. Beim hydrometallurgischen Recycling können Laugungs-, Lösungsmittelextraktions- oder Fällungsschritte eingesetzt werden, um Metalle wie Nickel und Kobalt selektiv aus der durch mechanisches Recycling erzeugten schwarzen Masse in Form von Salzen in Batteriequalität zu extrahieren.

„Der Hauptvorteil des hydrometallurgischen Recyclings besteht darin, dass mehr wertvolle Metalle zurückgewonnen werden können und es weniger energieintensiv ist als das pyrometallurgische Recycling“, sagt Nichols. „Auch die Kosten für Reagenzien und der hohe Wasserverbrauch bringen einige Nachteile mit sich. Einige Recycler [behaupten] jedoch, dass sie Wasser mehrmals durch den Recyclingprozess führen können, um seine Effizienz zu maximieren.

„Derzeit befindet sich der Großteil der hydrometallurgischen Recyclingkapazitäten im asiatisch-pazifischen Raum, darunter wichtige Akteure wie SungEel HiTech, Exigo Recycling und ACE Green Recycling“, fügt Nichols hinzu. „Aber Akteure in Europa und den Vereinigten Staaten erkennen die Vorteile der hydrometallurgischen Verarbeitung und sind dabei, ihre Kapazitäten zu erweitern.“

Fortum Battery Recycling hat kürzlich den kommerziellen Betrieb seiner hydrometallurgischen Anlage in Harjavalta, Finnland, aufgenommen. In Nordamerika plant Li-Cycle Holding Corp. die Errichtung einer eigenen hydrometallurgischen Anlage im kommerziellen Maßstab.