Recyclage des batteries lithium-ion respectueux de l’environnement

Le procédé breveté Duesenfeld associe des processus mécaniques, thermodynamiques et hydrométallurgiques. Cette technologie assure un taux de récupération de matériaux maximum avec une faible dépense énergétique. Un tel résultat est obtenu en renonçant aux méthodes de fusion habituellement utilisées dans le recyclage des batteries.

Duesenfeld met en œuvre le seul processus de recyclage qui permette de valoriser non seulement les métaux habituels mais aussi le graphite, l’électrolyte et le lithium. Puisqu’ils sont valorisés, ces matériaux ne seront pas déclarés pour finir, par exemple, dans la construction des routes. Ils sont bien au contraire tous recyclés avec des taux élevés de récupération sous forme de matières premières secondaires de haute qualité ou de matériaux remplissant les critères de qualité requis pour la production de batteries. La production de matières premières secondaires avec le procédé de recyclage Duesenfeld économise 8,1 tonnes de CO2 par tonne de batteries recyclées, par rapport à l’extraction primaire de matières premières1)2). Comparé aux procédés de fusion habi-tuellement utilisés, le processus Duesenfeld économise 4,8 tonnes de CO2 par tonne de batteries recyclées1)3).

Comparaison des économies de CO2
Comparaison des économies de CO21) 2) 3) 4)

Avec le traitement mécanique des batteries lithium-ion, le procédé Duesenfeld parvient à récupérer plus du double des matériaux par rapport aux méthodes de recyclage habi-tuelles. Un recyclage presque complet est possible en complétant ce traitement par des procédés hydrométallurgiques. Le procédé mécanique de recyclage peut être effectué sur site ou à des points de collecte mobiles installés dans des conteneurs de 40 pieds. Généralement, les batteries en fin de vie sont classées comme matières dangereuses et sont transportées dans des conteneurs spéciaux pour batteries. Grâce au traitement mé-canique sur place, l’électrolyte est séparé des autres matières, les produits qui en résul-tent peuvent alors être transportés sans que l’on ait recours à des conteneurs spéciaux pour batteries. Ces produits intermédiaires sont transportés dans des conteneurs stan-dard, ce qui permet d’en transporter 7 fois plus par camion. Cette réduction des trans-ports de matières dangereuses permet d’économiser une grande part des dépenses globales de recyclage des batteries.

Récupération des matériaux avec le recyclage Duesenfeld
Récupération des matériaux avec le recyclage Duesenfeld

Notre objectif est de parvenir à une valorisation aussi complète que possible des maté-riaux contenus dans les batteries. Duesenfeld atteint un taux de recyclage des matériaux de 72 % avec le recyclage mécanique, et parvient à un taux de 91 % en traitant la masse noire par le procédé hydrométallurgie Duesenfeld. Pour l’heure, seules les feuilles de séparation et la fraction à haut point d’ébullition de l’électrolyte ne sont pas récupérées. Duesenfeld va ainsi bien au-delà des exigences actuelles de la directive européenne 2006/66/EC relative aux batteries.

aux de recyclage des matériaux au niveau des cellules de batteries en comparaison sans boîtier de batterie, systèmes de fixation, raccords vissés, câblage et électronique
Taux de recyclage des matériaux au niveau des cellules de batteries en comparaison sans boîtier de batterie, systèmes de fixation, raccords vissés, câblage et électronique

Chaîne de processus innovante pour le recyclage des batteries lithium-ion

La chaîne de processus innovante de Duesenfeld a été développée spécialement pour les batteries lithium-ion et est protégée par un grand nombre de brevets. Unique en son genre, la solution Duesenfelds réalise un circuit fermé complet pour les matériaux de batteries en combinant un traitement mécanique et hydrométallurgique et en renonçant aux processus de hautes températures. Duesenfeld est ainsi le leader technologique dans le domaine du recyclage des batteries lithium-ion.

Traitement mécanique

Le traitement mécanique des batteries lithium-ion constitue un véritable défi technique en raison de l’électrolyte inflammable et des substances dangereuses. Pour que le trai-tement se déroule en toute sécurité, Duesenfeld a conçu et fait breveter un procédé qui supprime les dangers spécifiques dans le processus.

Une fois déchargées et désassemblées, les batteries sont broyées dans une atmosphère inerte et le solvant de l’électrolyte est récupéré à partir du matériel broyé au moyen d’une distillation sous vide. Ce procédé à faible température empêche la formation de gaz toxiques. Le solvant séparé est envoyé dans l’industrie chimique pour des traitements ultérieurs.

Le matériel broyé et séché est trié en différents composants de matériaux sur la base de caractéristiques physiques telles que la taille des grains, la densité, les propriétés ma-gnétiques et électriques, pour être ensuite transformés par procédé métallurgique. Les composants du fer, du cuivre et de l’aluminium sont introduits dans les filières de recy-clage établies. Duesenfeld a développé un procédé hydrométallurgique pour traiter la masse noire, qui contient les matériaux actifs d’électrodes et le sel conducteur. Ce pro-cédé breveté permet de récupérer les métaux cobalt, lithium, nickel et manganèse ainsi que le graphite.

Électrolyte récupéré dans un récipient de collecte
Électrolyte récupéré dans un récipient de collecte

Hydrométallurgie

Dans la plupart des procédés hydrométallurgiques industriels actuellement employés pour traiter la masse noire, seuls le cobalt et le nickel sont récupérés. Le lithium, le man-ganèse et le graphite sont perdus dans ces procédés et sont donc retirés du cycle des matériaux. Duesenfeld a développé et fait breveter son propre procédé qui assure une gestion complète du cycle par la production de matières premières de qualité batterie pour les matériaux actifs des électrodes.

Graphite récupéré
Graphite récupéré

Le sel conducteur fluoré constitue un défi particulier dans le traitement hydrométallur-gique de la masse noire, de l’acide fluorhydrique pouvant se former lors du traitement chimique humide. Pour répondre à cette problématique, Duesenfeld a développé une technologie brevetée spécifique à l’étape de prétraitement qui élimine complètement le fluorure avant la lixiviation et empêche de manière fiable la formation d’acide fluorhy-drique. Après l’élimination des fluorures, les métaux sont lessivés et donc séparés du graphite, qui fait l’objet d’une valorisation par recyclage. Le lithium, le cobalt, le nickel et le manganèse sont séparés les uns des autres par divers procédés d’extraction puis sont purifiés et récupérés sous forme de sels. Les sels servent de matériel de base pour la production de nouveaux matériaux cathodiques actifs.


1) Screening LCA, Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik iWF, Technische Universität Braunschweig, LCA Duesenfeld Prozess, Prof. Dr. Christoph Herrmann

2) Wernet, G., Bauer, C., Steubing, B., Reinhard, J., Moreno-Ruiz, E., and Weidema, B., 2016. The ecoinvent database version 3 (part I) : overview and methodology. The Inter-national Journal of Life Cycle Assessment, [online] 21(9), pp.1218–1230. Disponible sur : http://link.springer.com/10.1007/s11367-016-1087-8 , Version : Ecoinvent 3.6 cut-off

3) Öko-Institut e.V. Ökobilanz LibRi, 2011, Entwicklung eines realisierbaren Recycling-konzepts für die Hochleistungsbatterien zukünftiger Elektrofahrzeuge – LiBRi https://www.oeko.de/uploads/oeko/oekodoc/1499/2011-068-de.pdf

4) Base : afin de garantir la comparabilité des résultats, les calculs ont été effectués en pre-nant 1) les mêmes hypothèses que pour le calcul 3), récupération du lithium et valorisa-tion du boîtier de batterie comprises. Composition générique des batteries selon le groupe LCA Umbrella des projets LiBRi/LithoRec. Les deux procédés de recyclage sont calculés sans « sac-à-dos » de CO2 (principe de la responsabilité première depuis l’extraction des matières premières).