ERA-MIN-Verbundvorhaben: RecyLIB - Direktes Recycling von Lithium-Ionen-Batterien; TP 1: Auftrennung, Regeneration und Charakterisierung von Batteriekomponenten; TP 2: Entwicklung selektiver Recyclingkonzepte

Abstract

Das RecyLIB-Projekt hatte zum Ziel, eine Prozesskette für die Herstellung und das direkte Recycling von Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln. Zunächst wurden Kathoden mit frischem LiFePO4 (LFP) und LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622) mithilfe eines PFAS-freien Schmelzelektroden-Herstellungsprozesses gefertigt. Nach der Assemblierung und elektrochemischen Alterung dieser Kathoden wurde festgestellt, dass die spezifische Entladekapazität der Zellen mit RecyLIB-Kathoden mit konventionell verarbeiteten Kathoden vergleichbar war. Die gealterten RecyLIB-Zellen wurden für die Entwicklung eines Direktrecycling-Prozesses verwendet, wobei die Zellen zunächst durch Schockwellentechnologie geöffnet und die Elektroden entschichtet wurden. Die Charakterisierung der gewonnenen Schwarzmassen zeigte eine erfolgreiche Vorkonzentration in kathoden- und anodenreiche Fraktionen. Für die weitere Aufreinigung kamen Zentrifugation und Schwerflüssigkeiten zum Einsatz. Eine hydrothermale Behandlung in Lithium-reicher Lösung regenerierte die Kathodenmaterialien erfolgreich. Recycelte und regenerierte Materialien wurden in neue Elektroden integriert, wobei Zellen mit bis zu 25 Massen-% regeneriertem Material über 90 % der Kapazität von Zellen mit 100 % frischem Material erreichten.

The RecyLIB project aimed to develop a process chain for the manufacturing and direct recycling of lithium-ion batteries. Initially, cathodes were produced using fresh LiFePO4 (LFP) and LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622) through a PFAS-free melt electrode manufacturing process. After assembly and electrochemical aging of these cathodes, it was found that the specific discharge capacity of the cells with RecyLIB cathodes was comparable to that of conventionally processed cathodes. The aged RecyLIB cells were used to develop a direct recycling process, where the cells were first opened using shock wave technology. Characterization of the resulting black mass showed successful pre-concentration into cathode-rich and anode-rich fractions. For further purification, centrifugation and heavy liquids were employed. A hydrothermal treatment in a lithium-rich solution successfully regenerated the cathode materials. Recycled and regenerated materials were reintegrated into new electrodes, with cells containing up to 25 weight-% regenerated material achieving over 90% of the capacity of cells containing 100 % fresh material.