S²taR - Development of all-solid-state battery recycling processes

Abstract

Im Projekt „S²taR“ wurde in einem nationalen Konsortium aus deutschen Forschungseinrichtungen an Recyclingprozessen für Festkörperbatterien geforscht. Das Ziel war die Herstellung und die ganzheitliche Bewertung der Recyclingfähigkeit unterschiedlicher Festelektrolytklassen (Polymer, Oxid, Sulfid) und den daraus resultierenden Festkörperbatterietypen. Im Rahmen des Projektes konnte eine festgelegte Zahl an repräsentativen Polymer-Festkörperbatterien hergestellt werden, die dann, neben Oxid- und Sulfid-Festkörperbatterien mechanisch recycelt wurden. Hierbei zeigte sich, dass alle drei Festkörperbatterieklassen eine im Vergleich zu konventionellen LIBs abweichende Recycling-Prozessroute benötigen. Im Rahmen der mechanischen Aufbereitung zeigten insbesondere die Oxid- und Sulfid-Festkörperbatterien vorteilhafte intrinsische (physikalische und chemische) Eigenschaften, die eine mechanische Prozessierung vielversprechend erscheinen lassen. Die Rückgewinnung einer aus dem Kathodenaktivmaterial und dem eingesetzten Festelektrolyten bestehenden Zielfraktion, die anschließend hydro- oder pyrometallurgisch weiterverarbeitet werden kann, wurde im Rahmen des Projektes realisiert. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass der Energiebedarf vom Trockenraum in der Zellproduktion ein ökologischer Hotspot ist und auf Materialebene sulfidische und oxidische Elektrolyte aufgrund limitierter Produktion im kleinen Maßstab die höchsten Umweltauswirkungen und Kosten aufzeigten. Das Recycling verursachte vor allem durch den Energiebedarf bei der Kristallisation von Metallsalzen sowie durch den Trockenraum oder inerte Atmosphäre in mechanischen Prozessen. Anhand von existierenden Recyclingrouten wurden spezifische Empfehlungen für die Behandlung unterschiedlicher Zelltypen abgeleitet.

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