Recycling von Lithium- Ionen Batterien

Transkript

1 Umicore Excellence in Battery Materials and Battery Recycling Recycling von Lithium- Ionen Batterien End of Life Management and Recycling of Rechargeable of Lithium Ion, Lithium-Polymer and Nickel Metal Hydride Batteries : An industrial award-wining Comprehensive Solution Dr. Christian Hagelüken, Frank Treffer, Umicore

2 Smaller but smarter - the Lithium-Ion battery (LIB) is an enabler of a success story Past: 1985 Today: 2015 Source: Telekom Source: Samsung 2

3 Various applications using LIB 3 3

4 Große Vielfalt bei LIB- Kathodenmaterial, - individuelle Eigenschaften maßgeblich für Anwendung Beispiel- Anwendungen 4

5 Ni/Co-haltige Kathodenmaterialien (NCA, NCM) bleiben dominierend für E-Mobilität, tendenziell sinkender Co-Anteil Quelle: NPE, Roadmap integrierte Zell- und Batterieproduktion in Deutschland, März

6 Kobalt Nachfrage nach Anwendungen - derzeit 40% für LIB, Anteil & Gesamtnachfrage ansteigend Global Cobalt - Resources: 13 Mt - Reserves: 7.1 Mt Source: CDI & Umicore estimates Source: CRU, USGS 6

7 Versorgungsengpässe Co & Li für LIB? Quelle: NPE, Roadmap integrierte Zell- und Batterieproduktion in Deutschland, März 2016 Co-Versorgung sehr kritisch: Hohe Abhängigkeit von DR Kongo und China beim Bergbau bzw. bei Raffinadeproduktion mit gleichzeitig hohen Länderrisiken. Angebotsdefizit aufgrund steigender Batterienachfrage schon vor 2020 möglich. Leichtes Marktdefizit für xev-batteriespezifische Nachfrage in 2020 (115% der prognostizierten Produktion in 2020), für 2025 ist höheres Defizit wahrscheinlich Li-Versorgung leicht kritisch mit abnehmender Tendenz: Derzeit hohe, zukünftig mittlere Länderkonzentration, jedoch unbedenkliches Länderrisiko. Marktnachfrage stark durch Batterieproduktion geprägt. Neue Projekte sind sehr kapitalintensiv. Für Produktion von xev-spezifischem Lithium-Carbonate-Equivalent (LCE) sind aufgrund der hohen Qualitätsanforderungen Engpässe möglich. Aufgrund verfügbarer Kapazitäten ist für 2020 kein Marktdefizit zu erwarten (Nachfrage 85% der prognostizierten Produktion 2020). In 2025 leichtes Marktdefizit für Raffinadeproduktion möglich, kann aber durch rechtzeitige Investitionen ausgeschlossen werden Quelle: NPE, Roadmap integrierte Zell- und Batterieproduktion in Deutschland, März

8 Umicore Rechargeable Battery Materials - A leading player in the industry Market characteristics Umicore offering Li-ion battery technology is established reference for Portables and Automotive applications Cathode material is important to performance and cost of a Li-ion battery A broad spectrum of metalbased materials used in Li-ion batteries (various NMC and LCO) Umicore is a leading cathode material supplier with a large industrial footprint. We have produced enough cathode materials to: Provide a smartphone to every person on the planet Power more than 1 million EVs Technology leadership and a proven quality track record combined with a strong application know-how are key for business success 8

9 Umicore in the LIB value chain Umicore closed materials loop for Li-Ion batteries based on innovative technology 9

10 Anforderungen an das LIB-Recycling Technische Basisanforderungen: Hohe effektive Recyclingraten marktfähiger, wieder (LIB-) einsatzfähiger Metallrohstoff Umweltgerechte & energieeffiziente Recyclingverfahren entlang der Kette Hohe Sicherheit beim Umgang mit Batteriesystemen und Recyclingmaterialien ( elektr. Restladungen, Elektrolytsubstanzen) Kosteneffizienz & Massenstromeignung sind auschlaggebend für Markterfolg: Umgang mit großen Volumenströmen im industriellen Maßstab Flexibilität im Umgang mit unterschiedlichen Batterietypen und chemischen Zusammensetzungen 10

11 Umicore Battery Recycling

12 Innovative technology for metal recovery Experience based on recycling of precious metals bearing materials (circuit boards, catalysts, industrial residues) Focus is on recovering valuable and critical metals in a sustainable way Same focus remained in developing a battery recycling process 12

13 Development of innovative LIB recycling technology at Umicore Recycling of Li-ion and NiMH batteries Umicore Ultra High Temperature (UHT) technology 2004: start R&D process development 2011: operational plant at Hoboken, investment 25 M 13

14 UHT-Technology at Umicore Hoboken, Belgium Capacity: 7000 t (scalable to larger industrial needs) 250 Mio mobile phone batteries ( 30 gr) 200,000 HEVs ( 35 kg) 35,000 EVs ( 200 kg) High metals recovery rate: Co Ni Cu Slag recovery: NiMH: rare earth concentrate (Ce, La, ) Li-Ion: use in construction + future potential for recovery Li Unique gas cleaning technology: No VOC formation All dust removal Controlled separation of F High energy efficiency: use energy of battery (electrolyte, metals, plastics) to obtain high temperature. Umicore Battery Recycling Technology 14

15 (H)EV Battery Drop-Off-Point & Dismantling- Service in Hanau, Germany Pre-treatment necessary = dismantling to module/cell level Dismantling of xev- Battery-Packs to Module or Cell-level for further processing Activity of Umicore Hanau: advice & support in Logistics operative Drop-off-Point in Germany state of the art safe dismantling individual dismantling reports & Eco design recommendations 15

16 Dismantling activities at Umicore Hanau Dismantling needed for: mechanical concentration reduce (high)voltage, safety handling, storage and transportation size reduction: for direct treatment / feeding advantage: direct treatment of battery modules reduces dismantling efforts components / pack material are well separated for preferred recycling paths Powered by Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation, Building and Nuclear Safety - Berlin Battery pack dismantling Material Recycling Outlet Pack Material (Steel, Cu, Al, plastics,..) Battery Modules / Cells Electronic Components Existing certified recycling paths Umicore Battery Recycling Umicore Precious Metal Recycling 16

17 Recycling process Feeding equipment / batteries handling No breaking, no crushing Safe for workers Safe for Environment Cost efficient For any size of batteries Small electronic appliances Industrial batteries HEV/ EV batteries 17

18 Recycling process Smelting batteries & hydrometallurgical treatment of metal alloy Specially designed furnace Intellectual property of Umicore Products Alloy Slags 18 18

19 Fazit Leistungsfähige Recycling Prozesse für Li-Ionen Batterien sind bereits im industriellen Maßstab im Einsatz Kombination aus pyro- und hydrometallurgischen Recyclingprozessen sinnvoll: Pyrometallurgie als energieeffizienter Eingangsschritt, um flexibel mit unterschiedlichen LIB- Zusammensetzungen umgehen zu können Hydrometallurgischer Aufschluss der Metalllegierung, Raffination der Metalle Co, Ni, Cu und Herstellung von Metallsalzen, die Einsatz in neuen LIBs finden können Bei attraktiven Li-Preisen ist Li-Separation aus Schlacke und Herstellung von Li-Carbonat darstellbar, bis dahin Verwendung der Schlacke als mineralischer Zuschlag für Fertigbeton (H)EV Batterien müssen vor Metallurgie bis auf Modul-/Zellebene professionell demontiert werden. Für wirtschaftlichen Betrieb ist neben Bereitstellung einer kritischen Masse an Altbatterien die Entwicklung einer automatisierten Zerlegung entscheidend. Geschäftsmodelle und Logistiksysteme entwickeln, um hohe Erfassungsraten von Alt- LIBs zu gewährleisten und gesammelten Systeme in geeignete (BAT)-Recycling- Prozessketten einzusteuern. 2nd life von LIBs kein Widerspruch zum Recycling, solange diese am Ende des 2nd life den Weg ins Qualitätsrecycling finden. 19

20 Umicore Excellence in Battery Materials and Battery Recycling We are Committed to Close the Loop End of Life Management and Recycling of Rechargeable of Lithium Ion, Lithium-Polymer and Nickel Metal Hydride Batteries : An industrial award-wining Comprehensive Solution Christian.hagelueken@eu.umicore.com Frank.treffer@eu.umicoe.com