IDTechEx erörtert die Schlüsseltechnologien, die Akteure beim Recycling von Li-Ionen-Batterien einsetzen

EV (electric vehicle) Li-Ion battery concept. distant view. 3d rendering
Li-Ionen-Batterien sind auf verschiedenen Märkten weit verbreitet, z. B. in der Unterhaltungselektronik, in Elektrofahrzeugen (EVs) und in der stationären Energiespeicherung. Da die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien jedoch weiter steigt, wird es immer wichtiger, ihre Nachhaltigkeit während ihres gesamten Lebenszyklus, einschließlich des End-of-Life (EOL), zu verwalten. Am Ende ihres Lebenszyklus können Li-Ionen-Batterien recycelt werden, um die darin enthaltenen wertvollen Metalle wie Nickel, Kobalt und Lithium wiederzugewinnen. Je nach eingesetzter Recyclingtechnik müssen die Produkte aus diesen Prozessen möglicherweise weiter veredelt oder verarbeitet werden, damit sie wieder in die Herstellung neuer Batterien einfließen können. In ihrem neuesten Bericht "Markt für das Recycling von Li-Ionen-Batterien 2023-2043" erörtert und analysiert IDTechEx drei wichtige Recyclingtechnologien, die von den Marktteilnehmern eingesetzt werden, darunter mechanisches, hydrometallurgisches und pyrometallurgisches Recycling.
 
Mechanisches Recycling
 
Die mechanische Aufbereitung ist die einfachste Technik, die von vielen Akteuren weltweit angewandt wird und in der Regel der erste Schritt beim Recycling von Li-Ionen-Batterien ist. Sie beginnt häufig mit einer Demontage, die aufgrund der unterschiedlichen Konstruktionen von EV-Batterien manuell durchgeführt wird und qualifizierte Arbeitskräfte erfordert. Typische Schritte danach sind Schreddern, Mahlen und Zerkleinern. Dabei werden die hochwertigen Materialien zerkleinert und von den Folien und dem Gehäuse getrennt, was in einer inerten Atmosphäre geschieht. Oft wird gesiebt, um größere Fragmente von Stromabnehmern, Gehäusen und Separatoren von den Elektrodenmaterialien zu trennen, die aus sehr feinen Pulvern bestehen. Das Ergebnis ist eine schwarze Masse, die durch hydrometallurgische oder pyrometallurgische Verfahren weiter aufbereitet werden muss, um Metallsalze in Batteriequalität zu erhalten. Die Mehrheit der Akteure in Europa und Nordamerika verfügt derzeit nur über mechanische Recyclingkapazitäten. Daher sind die meisten dieser Recycler derzeit nicht in der Lage, batteriegerechte Materialien zu produzieren, die für die Herstellung neuer Batterien verwendet werden können. Diese schwarze Masse wird in der Regel zu Recyclern im asiatisch-pazifischen Raum transportiert, die über diese Möglichkeiten verfügen.
 
Pyrometallurgisches Recycling
 
Pyrometallurgie bezieht sich auf die Nutzung von Wärme zur Gewinnung von Batteriematerialien, die in der Regel bei hohem Durchsatz in einem Lichtbogen- oder Schachtofen erfolgt. Zu den Vorteilen des Verfahrens gehören die geringen Anforderungen an die Vorbehandlung und die Tatsache, dass es unabhängig von der Batteriechemie ist und daher verschiedene metallhaltige Abfallströme als Ausgangsmaterial verwendet werden können, z. B. NiMH-, Ni-Cd- und Li-Ionen-Batterien. Das Verfahren ist jedoch sehr kapitalintensiv, energieaufwendig und erfordert eine Abgasreinigung. Bei der Pyrometallurgie entsteht eine gemischte Metalllegierung sowie ein Schlackenstrom, der Lithium, Mangan und Aluminium enthält. Daher wäre auch hier eine weitere hydrometallurgische Verarbeitung erforderlich, wenn alle wertvollen Metalle in Batteriequalität wiedergewonnen werden sollen.
 
Ein Beispiel für das pyrometallurgische Recyclingverfahren für Altbatterien. Quelle: IDTechEx
 
Hydrometallurgisches Recycling
 
Hydrometallurgische Verfahren können eingesetzt werden, um schwarze Masse direkt zu recyceln oder durch Pyrometallurgie hergestellte Legierungen zu Metallsalzen in Batteriequalität zu veredeln. Diese Salze können in die Herstellung neuer Kathodenvorläufer eingebracht werden und sind daher von höherem Wert als die aus dem mechanischen Recycling stammende schwarze Masse. Beim hydrometallurgischen Recycling können durch Auslaugung, Lösungsmittelextraktion oder Ausfällung selektiv Metalle wie Nickel und Kobalt aus der durch mechanisches Recycling erzeugten schwarzen Masse in Form von Batteriesalzen gewonnen werden. Die Hauptvorteile des hydrometallurgischen Recyclings bestehen darin, dass ein größerer Teil der wertvollen Metalle zurückgewonnen werden kann und dass es weniger energieintensiv ist als das pyrometallurgische Recycling. Die Kosten für die Reagenzien und der hohe Wasserverbrauch stellen jedoch einige Nachteile dar. In Gesprächen mit IDTechEx haben einige Recycler jedoch erklärt, dass sie in der Lage sind, Wasser mehrmals durch den Recyclingprozess zu leiten, um dessen Effizienz zu maximieren.
 
Gegenwärtig befindet sich der Großteil der hydrometallurgischen Recyclingkapazitäten im asiatisch-pazifischen Raum, darunter wichtige Akteure wie SungEel HiTech, Exigo Recycling und ACE Green Recycling. Allerdings haben auch Akteure in Europa und den USA die Vorteile der hydrometallurgischen Verarbeitung erkannt und sind dabei, ihre hydrometallurgischen Kapazitäten zu erweitern. Fortum hat kürzlich den kommerziellen Betrieb seiner hydrometallurgischen Anlage in Harjavalta, Finnland, aufgenommen. Dies ist die erste kommerzielle Anlage in Europa für hydrometallurgisches Recycling. In den USA plant Li-Cycle ebenfalls die Errichtung einer eigenen hydrometallurgischen Anlage im kommerziellen Maßstab.
 
Andere Techniken
 
Dies sind im Allgemeinen die drei am weitesten entwickelten Verfahren, die von den Akteuren des Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden, aber es werden auch andere Wege erforscht. Beim direkten Recycling handelt es sich um eine Technik, die eine mechanische Vorbehandlung und Komponententrennung umfasst, gefolgt von einer Reaktivierung des Batteriematerials, um die während des Zyklus verlorene Kapazität wiederherzustellen, ohne jedoch die Kristallstruktur des Kathodenmaterials zu zerstören. Dabei handelt es sich jedoch um eine vorkommerzialisierte Technologie, die von Forschungseinrichtungen eher im Labormaßstab untersucht wird.
 
Schlussbemerkungen
 
Die Batteriehersteller sind sehr daran interessiert, aus dem Recycling stammende Materialien zu beziehen, um schwankende Metallpreise auszugleichen und die Materialversorgung zu sichern. Da das Volumen der ausgedienten Li-Ionen-Batterien weiter zunimmt, werden die Recycler ihre Recyclingkapazitäten durch den Bau neuer Anlagen weiter ausbauen, um die Recyclingnachfrage zu decken. Durch das Recycling von Li-Ionen-Batterien mittels hydrometallurgischer Aufbereitung können die Recycler Metallsalze in Batteriequalität herstellen, die für die Herstellung neuer Batterien verwendet werden können. Sowohl die hydrometallurgischen als auch die mechanischen Recyclingkapazitäten werden in Nordamerika, Europa und im asiatisch-pazifischen Raum wachsen. Die Recycler in Europa und Nordamerika werden damit beginnen, hydrometallurgische Recyclinganlagen im kommerziellen Maßstab zu errichten, um höherwertige Metallsalze für die Batterieherstellung zu produzieren, anstatt der schwarzen Masse, die sie in der Regel und in der Vergangenheit produziert haben. Dies wird den Batterieherstellern in diesen Regionen die Möglichkeit bieten, ihre Materialversorgung für die Herstellung neuer Batterien selbst in die Hand zu nehmen und gleichzeitig die Risiken im Zusammenhang mit der Rohstoffversorgung und schwankenden Kosten zu verringern.
Weitere Informationen zu Technologien, Hauptakteuren, Politik, Wirtschaft und detaillierten 20-Jahres-Prognosen für den Recyclingmarkt finden Sie im neuesten IDTechEx-Bericht "Markt für das Recycling von Li-Ionen-Batterien 2023-2043".