Les batteries lithium-ion commerciales actuelles contiennent principalement des oxydes ou phosphates de métaux de transition, de l’aluminium, du cuivre, du graphite, des électrolytes organiques contenant des sels de lithium nocifs, et d’autres produits chimiques. Par conséquent, le recyclage et la réutilisation des batteries lithium-ion usagées ont reçu de plus en plus d’attention de la part de nombreux chercheurs.
Cependant, en raison de la forte densité énergétique, de la sécurité élevée et du faible prix des batteries lithium-ion, qui présentent de grandes différences et de diversité, le recyclage des batteries lithium-ion usées présente de grandes difficultés.
Outre le matériau qui peut être régénéré par recyclage, l’électrolyte contenu dans les LIB contient également des substances nocives, telles que des solvants organiques et des sels de lithium contenant du fluor, qui peuvent causer de graves dommages à l’environnement.
Par conséquent, si les libéraux dépensés sont directement mis en place dans l’environnement, cela provoquera une catastrophe environnementale irréversible. De plus, les métaux à prix élevé contenus dans les LIB, tels que Li, Co, Ni, Cu et Al, ont également une bonne valeur en ressources
Compte tenu des raisons ci-dessus, le recyclage des libéraux dépensés présente une perspective considérable et est respectueux de l’environnement, il est donc impératif d’établir un système de recyclage raisonnable et de développer des technologies de recyclage associées.
En général, un Lib comprend une cathode, une anode, un séparateur, un électrolyte et une boîte avec une fonction de scellement.
L’image ci-dessous explique les différents composants, dont les plus importants à recycler et à régénérer sont :
Le matériau actif cathodique et le matériau actif de l’anode
Les méthodes de récupération des batteries lithium-ion
Le recyclage pour les LIB implique généralement à la fois des processus physiques et chimiques. En raison du processus d’assemblage complexe des LIB et de la grande variété d’électrodes, cela représente un grand danger pour la récupération de la batterie. L’explosion, la combustion et les gaz toxiques provoqués dans le processus de récupération peuvent facilement causer des victimes.
Pour réduire ce risque, les LIBs usagées doivent généralement être déchargées avant d’être recyclées. Les processus physiques incluent généralement le prétraitement et la récupération directe des matériaux d’électrodes. Ces procédés incluent généralement le démontage, le broyage, le tamisage, la séparation magnétique, le lavage, le traitement thermique, etc.
D’abord, les piles doivent être démontées
Le démontage a généralement lieu avec des déchiqueteurs pour décomposer les batteries et séparer la masse noire, qui est ensuite filtrée, lavée et séchée pour récupérer des matières premières précieuses, telles que le lithium, le cobalt ou le graphite.
Il est très important de comprendre que recycler ces matières premières, au lieu de simplement jeter de vieilles batteries sur les sites de décharge, sauve notre environnement.
L’un des procédés de recyclage les plus courants des composants actifs est le procédé hydrométallurgique. Ce processus implique généralement la lixiviation, la séparation, l’extraction et la précipitation chimique/électrochimique.
Procédé hydrométallurgique
De nos jours, l’hydrométallurgie est généralement utilisée pour récupérer les LIB après un prétraitement. Selon les propriétés physiques des matériaux dans les LIB usés, y compris la morphologie, la densité, le magnétisme, etc. Les boîtiers de batterie traités, électrodes et membranes contenant des électrolytes seront traités séparément afin d’améliorer la sécurité et le taux de récupération des procédés hydrométallurgiques et de réduire la consommation d’énergie lors de l’utilisation de matériaux d’électrodes de récupération hydrométallurgiques ou pyrométallurgiques.
Le procédé hydrométallurgique est considéré comme la méthode la plus adaptée pour le recyclage des batteries lithium-ion usées. Un procédé plus flexible et universel sera nécessaire à l’avenir pour la récupération de différents types de batteries lithium-ion usées. Outre les matériaux actifs cathodiques, les autres composants des batteries lithium-ion usées, y compris les électrolytes et les matériaux d’anode, doivent également être récupérés en raison de leurs risques environnementaux potentiels.
L’hydrométallurgie peut être définie comme une méthode de récupération des métaux utilisée pour obtenir des métaux à partir de minerais et de matières résiduelles à l’aide de milieux aqueux, en combinant eau, oxygène et autres réactifs chimiques avec ou sans l’utilisation d’un environnement sous pression.
Étapes clés du processus
Schéma du processus de recyclage à l’échelle industrielle, basé sur les principes du recyclage direct. L’emballage des cellules des Lib est d’abord retiré avant que toute la pile de cellules ne soit traitée en solution sans séparation supplémentaire des composants. Les solides et les liquides sont ensuite séparés et récupérés pour une régénération directe via un recuit thermique pour l’électrolyte solide et une relithiation directe pour la cathode.
En ce qui concerne la lixiviation
L’hydrométallurgie implique la lixiviation et la réduction. Elle est généralement divisée en lixiviation acide et lixiviation biologique selon la méthode de lixiviation.
L’image ci-dessous montre l’application de lixiviation à l’acide oxalique pour régénérer les cathodes Li(Ni 1/3Co1/3Mn1/3)O 2 (NCM) à partir de LIB utilisés.
Avec la dissolution du lithium dans la solution, les métaux de transition se transforment en précipités oxalate et se déposent à la surface des cathodes NCM usées, séparant le lithium et les métaux de transition en une seule étape. Après mélange avec un agitateur approprié, une certaine quantité de Li2CO3, les précipitations d’oxalate ainsi que le NCM non réagi sont directement calcinés en nouvelles cathodes NCM. Ce processus s’appelle : Régénération.
Le NCM régénéré présente les meilleures performances électrochimiques, offrant la capacité de décharge spécifique initiale la plus élevée de 168 mA h g–1 à 0,2°C et 153,7 mA h g–1 après 150 cycles avec une capacité de rétention élevée de 91,5 %. Les excellentes performances électrochimiques sont attribuées aux particules submicrométriques et aux vides après calcination, ainsi qu’à la proportion optimale d’éléments. Ce procédé permet de tirer le meilleur parti des métaux précieux des cathodes usées, avec >98,5 % de Ni, Co et Mn recyclés. C’est simple et efficace, et il offre une perspective novatrice sur le recyclage des cathodes provenant de LIBs dépensés.
Jongia Mixing Technology a participé à de nombreux projets de recyclage de Lib et a fourni avec succès de nombreux agitateurs et mélangeurs pour ces applications.
Cela s’explique par les longues expériences que Jongia a acquises auprès de nombreuses parties du recyclage et de la régénération. Une fois que les fluides sont présents dans le processus, qu’il s’agisse d’applications courantes ou d’applications dangereuses avec des réacteurs, de hautes températures et de pressions, la fiabilité est très importante. C’est pourquoi l’industrie du recyclage et de la régénération a choisi Jongia pour concevoir et construire l’agitateur adapté à leur procédé.
Dans les exemples de séparation des matériaux cathodiques, de lixiviation et de production de boues pour de nouveaux matériaux actifs, Jongia Mixing Technology a sélectionné des éléments de mélange tels que des hydroptères, des hélices et d’autres combinaisons d’éléments de mélange afin de concevoir le mélangeur le plus optimisé pour les volumes demandés, les capacités matérielles et les alliages de matériaux sélectionnés à partir desquels les mélangeurs sont produits sur le site de production de Jongia à Leeuwarden, Les Pays-Bas.
Jongia Mixing Technology est toujours en mesure d’aider dans la sélection de la configuration de l’agitateur. Il suffit de contacter Jongia et de demander de l’aide.
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