ReAGraph - Rückgewinnung von sphärischen Graphiten aus Anoden von Li-Ionen-Traktionsakkus und Aufbereitung für den Wiedereinsatz in Recycling-Zellen und weiteren innovativen industriellen Anwendungen

Abstract

In den kommenden Jahren ist sowohl durch die weitere Entwicklung der Elektromobilität als auch aufgrund neuer Anwendungsfelder mit einem kontinuierlichen Anstieg des globalen Graphitbedarfs zu rechnen. Damit gewinnen Verfahren zur Rückgewinnung von Graphiten aus Massenanwendungen, wie z. B. Anodengraphit aus Lithium-Ionen-Batterien, wirtschaftlich an Bedeutung. Herkömmliche pyrolytische Recycling-Verfahren sind hierfür ungeeignet, weshalb von den Projektpartnern im Projekt ReAGraph ein funktionserhaltendes Verfahren entwickelt wurde. Potenzielle Anwendungen für das rückgewonnene Graphitrecyclat wurden ausgehend von dessen chemischen und physikalischen Eigenschaften ermittelt. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung einer innovativen und umwelteffizienten Verfahrenstechnik und der begleitenden analytischen Prozesse für die Rückgewinnung und Aufarbeitung von Graphitbeschichtungen der Anoden aus End-of-Life-Lithium-Traktionsbatterien auf einem Qualitätsniveau, welches als Second-use-Material für industrielle Anwendungen einsetzbar ist. Im Ergebnis des Projektes war eine effiziente, umweltfreundliche und kostengünstige Verfahrensentwicklung darzustellen, mit der die Gra-phite einer hochwertigen Sekundärnutzung zugeführt werden können. Dabei sollten praktikable Arbeitsschritte und Technologien zum Einsatz kommen, mit denen eine unkomplizierte Überführung in eine spä-tere industrielle technische Anwendung möglich ist. Es wurden im Projektverlauf unterschiedliche Zellentypen verschiedener Hersteller verarbeitet, die von verschiedenen Recyclingunternehmen zur Verfügung gestellt wurden. Die Einzelkomponenten konnten aus allen Zellentypen in guter Qualität zurückgewonnen werden. Durch mechanische bzw. chemisch-physikalische Aufbereitungsschritte konnte u. a. mit der vom Projektpartner Reelements GmbH (ehe-mals MAB Recycling GmbH) betriebenen elektrohydraulischen Zerkleinerung und weiterer Aufreinigung eine separierende Rückgewinnung der Anodengraphite aus verschiedenen Bauformen von Li-Ionen-Batterien erfolgen. Im Projektverlauf konnte gezeigt werden, dass mit verschiedenen Aufbereitungstechnologien und -kombinationen die Separation von Anodengraphit sowohl aus demontierten Li-Ionenzellen als auch aus sog. Schwarzmasse wiederverwendbare Sekundärgraphite hergestellt werden können. Die aufbereiteten Recyclate eignen sich in eingeschränktem Maße für die Wiederverwendung als Anodenbe-schichtung in neuen Li-Zellen (begrenzte Zumischrate) und insbesondere für vielfältige alternative Anwendungen, wie z. B. in Niedervolt-Heizungen, als Coating für Bipolarplatten oder für Korrosionsschutzzwecke. Die Bearbeitung des Projektes erfolgte im Verbund der beiden Unternehmen Reelements GmbH (ehem. MAB Recycling GmbH) und H.C. Carbon mit den Fachgebieten Physikalische Chemie und Prozess- und Anlagentechnik (ehem. Aufbereitungstechnik) der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg sowie für einzelne Versuche und Tests mit weiteren Unternehmen als assoziierte Partner. Die Projektergebnisse stellen eine belastbare Basis für weitergehende F/E-Arbeiten und die Kreislaufwirtschaft wertvoller Ressourcen dar. Das Vorhaben stärkt die Kompetenz und das Know-how der Partner in den Bereichen „Ressourceneffizienz“ und „Nachhaltige Wirtschaft“ sowie speziell im Bereich der Materialien für die Elektromobilität.