Untersuchungen zur mechanischen Entschichtung von Elektroden aus Lithium-Ionen-Altbatterien

Der weltweite zunehmende Einsatz von LIB führt auch zu einer steigenden Menge von Produktions- und Konsumptionsrückständen, die unter Berücksichtigung der ökologischen und wirtschaftlichen Nachhaltigkeit entsorgt werden müssen. Idealerweise werden die Materialien aus den Neuschrotten oder Altbatterien in die Produktion neuer Batterien zurückgeführt. LIBs enthalten werthaltige Metalle, wie Aluminium, Eisen, Kupfer, Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan. Diese Metalle, ausgenommen Eisen, bilden hauptsächlich die Stromleiterfolien und Beschichtungen der Elektroden. Aktuell werden Lithium-Ionen-Batterien industriell in Recyclingverfahren behandelt, die auf energie- und kostenintensiven pyrometallurgischen oder hydrometallurgischen Prozessen mit begrenzten Kapazitäten, niedrigen Recyclingraten und einer wirtschaftlichen Abhängigkeit von Kobalt und Nickel als Kathodenmaterialien basieren. Bei diesen Prozessen werden vornehmlich Kobalt, Nickel und Kupfer zurückgewonnen, wohingegen Lithium, Aluminium und Mangan in der Schlacke verbleiben und durch Verfüllung verwertet werden. In Zukunft wird angestrebt, die gesetzliche Recyclingeffizienz von 50 Masseprozent zu erhöhen, und speziell die Kathodenbeschichtungsmaterialien aus Produktionsrückständen direkt für neue Batterieanwendungen wiederzuverwenden (Werner et al. 2020).

Die Entwicklung und Nachfrage von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) verursachen zukünftig eine steigende und wirtschaftlich interessante Abfallmenge. Li-thium-Ionen-Altbatteriezellen bestehen zu ungefähr der Hälfte ihrer Masse aus Elektroden, einem Materialverbund aus einer Stromleiterfolie und einem darauf aufgebrachten Aktivmaterial. Bei der Entsorgung von Produktionsabfällen oder Altbatterien sind die Elektroden aufgrund ihres intrinsischen Wertgehalts, gesetzlicher Vorgaben und der allgemein guten Rezyklierbarkeit der Metalle die Zielkomponenten. Für einen erfolgreichen Wiedereinsatz sind diese Materialverbunde aufzuschließen und in entsprechende Stoffklassen zu trennen. Im Rahmen des Vortrags wird der Einsatz verschiedener Prallmühlen (Hammer- und Feinprallmühle) verglichen. Durch die Beanspruchung werden die Stromleiterfolien zum einen zerkleinert, zum anderen auch entschichtet. Ausgehend von den erzeugten Produktqualitäten wird eine Handlungsempfehlung zur Aufbereitung eines Elektrodengemischs mit Blick auf veränderte und zukünftige Elektrodenbeschichtungen abgeleitet.



Copyright: © Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben
Quelle: Recy & Depotech 2020 (November 2020)
Seiten: 6
Preis: € 3,00
Autor: Denis M. Werner
Sebastian Schrader
Dr.-Ing. Thomas Mütze
Professor Dr.-Ing. Urs Alexander Peuker
 
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