Recycling von Lithium-Ionen-Batterien Aufbereitung von Produktionsabfällen und Batteriezellen zur Rückgewinnung und Wiederverwertung des

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1 Aufbereitung von Produktionsabfällen und Batteriezellen zur Rückgewinnung und Wiederverwertung des Aktivmaterials

2 Agenda 1. Einleitung 2. Aufbau von Lithium-Ionen-Batterien 3. Stand der Technik im Batterierecycling 4. Recycling von Produktionsabfällen 5. Recycling von Lithium-Ionen-Batteriezellen 6. Ausblick

3 1. Einleitung Einsatzbereiche von Lithium-Ionen-Batterien Alltagsgegenstände Industrieprodukte Speicherlösungen Elektromobilität Bilder: MAB Recycling

4 2. Aufbau von Lithium-Ionen-Batterien Typen und Zusammensetzung Kathodenmaterial: m% Anodenmaterial: m% Quelle: VDE/DKE, Kompendium: Li Ionen Batterien, Grundlagen, Bewertungskriterien, Gesetze und Normen,

5 2. Aufbau von Lithium-Ionen-Batterien Rohstoffspezifischer Wert von Batterien (pro Tonne) Quelle: Duncan Kushnir, Lithium Ion Battery Recycling Technology 2015, Chalmers University of Technology

6 3. Stand der Technik im Batterierecycling Batterierecyclingprozesse Rohstoff stoffliches Recycling (Co, Ni, Cu) Batteriefertigung Anwendung (Re-use) Sammlung/Transport Batterierecycling Pyrometallurgische Prozesse Hydrometallurgische Prozesse Mechanische Prozesse

7 3. Stand der Technik im Batterierecycling Batterierecyclingprozesse Rohstoff stoffliches Recycling (Co, Ni, Cu) Batteriefertigung Anwendung (Re-use) Sammlung/Transport funktionelles Recycling (Batteriematerial) Batterierecycling Pyrometallurgische Prozesse Hydrometallurgische Prozesse Mechanische Prozesse

8 4. Recycling von Produktionsabfällen Fertigungsprozess Quelle:

9 4. Recycling von Produktionsabfällen Produktionsabfälle

10 4. Recycling von Produktionsabfällen Mechanischer Aufbereitungsprozess Vorzerkleinerung Mechanik Sortierung NMC 2 Al-Rest NMC 1 direkter Wiedereinsatz in Batterieproduktion möglich Bilder: ImpulsTec

11 4. Recycling von Produktionsabfällen Schema des Entladekreises Funkenstrecke Impulskondensator Hochspannungsladegerät Zerkleinerungsreaktor Bilder: ImpulsTec

12 4. Recycling von Produktionsabfällen Selektivität auf mechanische Eigenschaften homogene Einkopplung von Druckwellen in das Mahlgut Brüche vorzugsweise an mechanisch schwächster Stelle Selektivität auf akustische Eigenschaften Materialien mit verschiedenen akustischen Eigenschaften Phaseninversion (Reflexion am festen Ende) oder Überlagerung mit einlaufender Welle (Reflexion am losen Ende) Selektivität auf elektrische Eigenschaften vorrangige Energieeinkopplung in leitfähigen Komponenten EHZ weist eine hohe Selektivität auf Materialgrenzflächen auf

13 4. Recycling von Produktionsabfällen Aufbereitungsprozess mittels Schockwellen Schockwellenbehandlung von beschichteter Kathodenfolien nachgelagerte Siebklassierung zur Trennung der Stromleiterfolie und der aktivmaterialhaltigen Feinfraktion Elektrodenfolie im Reaktor zurückgewonnene Beschichtung Bilder: ImpulsTec

14 4. Recycling von Produktionsabfällen Aufbereitungsprozess mittels Schockwellen Vorzerkleinerung Schockwellen Sortierung NMC Al-Rest direkter Wiedereinsatz in Batterieproduktion möglich Bilder: ImpulsTec

15 5. Pouchzelle

16 5. Pouchzelle Schockwellenbehandlung Bilder: ImpulsTec

17 % Original Zusammensetzung Gehäuse Anodenfolie Graphit Glas (96 Glas %) (95 %) Kathodenmaterial (44,1 %) Anodenmaterial (29,5 %) Gehäuse (Aluminium) (2,3%) Separator (14,4 %) Elektrolyt (9,6 %) aufgerissenes Gehäuse Reinheit > 95 % Reinheit > 90 % Bilder: ImpulsTec

18 % Original Zusammensetzung Separator Kathodenfolie Aktivmaterial Glas (96 Glas %) (95 %) Kathodenmaterial (44,1 %) Anodenmaterial (29,5 %) Gehäuse (Aluminium) (2,3%) Separator (14,4 %) Elektrolyt (9,6 %) abgetrennte Separatorfolie Reinheit > 90 % Reinheit > 95 % Bilder: ImpulsTec

19 5. Umsetzung im Pilotmaßstab Partner für Skalierung des schockwellenbasierten Batterierecyclingprozesses Kapazität t/a Vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten für Verbundwerkstoffe Bilder: ImpulsTec

20 6. Ausblick Weiterer FuE Bedarf Optimierung/Kombination von Recyclingprozessen, um höhere Rückgewinnungsquoten zu erreichen Etablierung des Einsatzes von recyceltem Batteriematerial Vorsortierung von Batterien für sortenreine Stoffströme Automatisierung der Demontageprozesse bis auf Zellebene Veredelung von End-of-life Batteriematerial Rückführung von End-of-life Batteriematerial in Zellfertigung

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bilder: ImpulsTec Separation of valuable composites by shock waves from high voltage discharges