Batterie-Recycling: Führende Forscher und Industrie-Experten stellen Stand der Technik vor

Autor: Die Redaktion

Veröffentlicht am: 03.09.2021

Die Batterieexperten des Lehrstuhls „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen, der „Battery LabFactory Braunschweig“ und des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) haben eine Übersicht zur Aufbereitung und Wiederverwendung von Lithium-Ionen-Batterien veröffentlicht.

Die Lithium-Ionen-Batterie als Rohstoffquelle
Die Autoren des Berichts erwarten, dass die Menge verbrauchter Lithium-Ionen-Batterien in den kommenden Jahren weltweit deutlich steigt. Dies erzeuge die Notwendigkeit, sich mit nachhaltigen Rückgewinnungsmethoden auseinanderzusetzen. Darüber hinaus sei die Aufbereitung von Lithium-Ionen-Batterien wirtschaftlich von großem Interesse: 72 Prozent der Batteriezellgesamtkosten seien auf Materialkosten zurückzuführen. Von diesem Anteil entfielen wiederum 44 Prozent auf die teuren Bestandteile der Kathode.

Im Fokus der Kathodenchemie stehen NMC-, NCA-, LCO- und LMO-Chemien, die allesamt auf Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan basieren – und damit auf Rohstoffen, die derzeit in aller Welt gefördert werden, jedoch eher selten in der Erdkruste vorhanden und dadurch oftmals schwierig zu gewinnen sind. Vor allem für den europäischen Markt entstehe somit eine Abhängigkeit von Zulieferern ohne ein effektives Recycling. Eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft hingegen könne Rohstoffabhängigkeiten durchbrechen und Kosten für die Entsorgung von Batterien reduzieren.

Sammeln und testen
Mit dem steigenden Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen werde es immer mehr Akkus am sogenannten End-of-Life-Status geben. An diesem Punkt seien die Batterien ein Gefahrenpotenzial für Sammelstellen, da die Akkus noch Energie enthalten können. Deswegen müsse sichergestellt werden, dass die betreffenden Batterien korrekt transportiert und in entsprechenden Brandschutzbereichen eingelagert werden. Durch eine fachliche Prüfung biete sich anschließend die Möglichkeit der Analyse, ob eine Batterie recycelt werden muss oder sich doch noch einmal weiterverwenden lässt. Dazu ließen sich etwa elektrische Testmethoden nutzen, mit deren Hilfe die Batterien klassifiziert werden können.

Demontieren und recyceln
Soll ein Batteriesystem recycelt werden, steht die Demontage auf Pack- und Modulebene bis hin zur Freilegung der Batteriezellen auf dem Plan. Dafür müssen die Batteriesysteme zunächst entladen und Restströme ins Netz gespeist oder zwischengespeichert werden. Anschließend sollen Komponenten wie Kabel, elektronische Bauteile, Kühlsysteme und metallische Gehäuseteile wiedergewonnen werden. Lassen sich die Bestandteile der Batterie durch die Demontage nicht mehr weiter zerkleinern, sollen mechanische Verfahren und sogenannte pyro- sowie hydrometallurgische Prozesse zum Einsatz kommen. Durch die mechanische Aufarbeitung sollen sich beispielsweise Kupfer- und Aluminiumbestandteile als Stromableiter der Batteriezellen zurückgewinnen lassen.

Wertstoffrückgewinnung dank Hydrometallurgie
Nach einem mechanischen Recycling bleiben zudem meist Shreddergut, Separatorfolie und Schwarzmasse übrig. Letztgenannte besteht aus den Aktivmaterialien der Kathode und der Anoden. Die Bestandteile dieser Masse enthalten somit die wertvollen Rohstoffe der Batteriezelle: Lithium, Nickel, Kobalt und Mangan. Durch den Aufschluss mittels Basen und Säuren mittels hydrometallurgischer Prozesse sollen sich die wertvollen Metalle wiedergewinnen lassen.

Bericht fasst alle aktuell genutzten Verfahren zusammen
Abseits der genannten Prozesse basiert das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien auf zahlreichen weiteren Verfahren. Der Bericht „Recycling von Lithium-Ionen-Batterien“ hält eine Zusammenfassung sämtlicher Prozesse bereit. Das Dokument steht unter den folgenden Links zum Download in deutscher und in englischer Sprache bereit:

Deutsch:
Batterie-Recycling-Bericht

English:
Battery Recycling Report