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Agile Prozesskette zum Direkten Recycling von Lithium-Ionen-Batterien und Regeneration der Aktivmaterialien

Weber Ultrasonics AG

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Bundesministerium für Bildung und Forschung

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Referat 511: Neue Werkstoffe, Nanotechnologie; KIT

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Referat 523: Werkstoffinnovationen, Batterie; Hereon, KIT

Bundesministerium für Bildung und Forschung
Referat 525: Batterieforschung; KIT

Bundesministerium für ­Forschung, Technologie und Raumfahrt
Referat 525: Batterieforschung; KIT

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Referat T15: Batterieforschung; KIT

Bundesministerium für­ Forschung, Technologie und Raumfahrt Referat T15: Batterieforschung; KIT

Bundesministerium für­ Forschung, Technologie und Raumfahrt

Ultraschallunterstützte Entschichtung von Anoden und Kathoden und Teilaspekte der Aufbereitung von Aktivmaterialien

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Arbeitseinheit NMT: Neue Materialien und Chemie

Projektträger Jülich Arbeitseinheit NMT: Neue Materialien und Chemie

Projektträger Jülich

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[verbundprojekt]

[Verbundprojekt]

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Umicore AG & Co. KG

Kommunikation

Aktuelle Recyclingtechnologien für das hydrometallurgische Recycling der Metalle der Aktivmaterialien beruhen auf der Zerkleinerung von Batteriemodulen, was zu erheblichen Verunreinigungen der Schwarzmasse führen kann und eine aufwendige mechanische Aufbereitung nach sich zieht. 
Für das Ziel des direkten Recyclings und der Funktionserhaltung der partikulären Struktur von Aktivmaterialien der LIB sind Verunreinigungen durch Gehäuseteile und der Ableiterfolien unerwünscht, da die Art der Verunreinigung den Einsatz der Rezyklate erheblich einschränken kann. Ein Weg die Zerkleinerung zu umgehen ist die Etablierung einer vollautomatisierten Demontage von der Pack- auf die Zellebene, was jedoch aufgrund der Vielzahl von unterschiedlichen Geometrien der Batteriepacks nicht ohne weiteres möglich ist.
Dieses Teilvorhaben setzt sich das Ziel eine agile Prozesskette für das direkte Recycling von Produktionsausschüssen und EoL-LIB zu entwickeln, um störende Verunreinigungen auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Hier für ist neben der Entwicklung der robotergestützten Demontage von EoL, auch die Erforschung von Apparaten für die Fraktionierung der Aktivmaterialien notwendig. In einem letzten Schritt folgt die hydrothermale Regeneration der Materialien.

An diesem Teilprojekt arbeiten die Lehrstühle MVM, wbk, TFT und AGW-EGG des KIT gemeinsam an einer agilen Prozesskette für das direkte Recycling von Produktionsausschüsse sowie End-of-Life Lithium-Ionen-Batterien und deren Regeneration für den direkten Einsatz für die Batteriezellfertigung. Das Ziel ist es hierbei eine lineare und skalierbare Prozesskette zu etablieren, um die anfallenden Produktionsausschüssen möglichst mit geringem apparatetechnischem Aufwand wieder in den Produktionskreislauf zurückzuführen. Hier stehen Aktivmaterialien wie NMC811, aber auch andere Zellchemien im Fokus der Untersuchungen. Die Arbeitsschwerpunkte teilen sich wie folgt auf:

KIT-wbk: Vollautomatisierte Demontage von Pack- auf Zelleebene sowie Entwicklung einer Entstappelungseinheit für die Zellen
KIT-TFT: Erforschung der Rückgewinnung des Elektrolyten
KIT-MVM: Mechanische Aufbereitung der Schwarzmasse aus EoL-LIB sowie deren Produktionsausschüssen unter Funktionserhaltung der partikulären Struktur 
KIT-AGW-EGG: Analytik der gewonnenen Rezyklate, Beurteilung von Verunreinigungen, sowie Regeneration der Aktivmaterialien

Die erzielten Forschungsergebnisse ermöglichen es erstmalig den Weg von Produktionsausschüssen der LIB-Fertigung sowie EoL-LIB entlang der gesamten Prozesskette zu beurteilen und Einflussfaktoren gezielt zu erfassen. Daraus lassen sich für die industrielle Umsetzung wertvolle Erkenntnisse sammeln, um die Umsetzung und den Scale-up in das industrielle Umfeld zu erreichen. Durch das agile Apparatekonzept ist außerdem eine Übertragung auf weitere Zellchemien ohne erhebliche Verzögerungen möglich.

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Universitätsaufgaben, Campus Süd

Karlsruher Institut für Technologie Universitätsaufgaben, Campus Süd

Karlsruher Institut für Technologie

Agile Prozesskette für das direkte Recycling von Produktionsausschüssen sowie EoL-LIB und deren Regeneration

Lehrstuhl für Verfahrenstechnische Maschinen

Karlsruher Institut für Technologie Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik Lehrstuhl für Verfahrenstechnische Maschinen

Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik

Herr Prof. Dr. Hermann Nirschl

Prof. Dr.

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Thin Film Technology

Karlsruher Institut für Technologie Materialwissenschaftliches Zentrum für Energiesysteme Thin Film Technology

Duration	01/10/2023 - 30/09/2026
Project management	Weber
City	Karlsbad
Project participants	CEPA FLT Automation KIT • MVM • VM PowerCo • Abt. K-K-21-O/E SCHUNK Umicore
Amount of funding	2.931.698,00 €
Total budget	no information
Sponsor	BMFTR

Project

DiRecReg

Agile Prozesskette zum Direkten Recycling von Lithium-Ionen-Batterien und Regeneration der Aktivmaterialien

Project partners

Sub-project 1

Duration:

Funding code:

Weber Ultrasonics AG

Sub-project 2

Duration:

Funding code:

Umicore AG & Co. KG

Sub-project 3

Duration:

Funding code:

Lehrstuhl für Verfahrenstechnische Maschinen

Sub-project 4

Duration:

Funding code:

FLT Automation GmbH

Sub-project 5

Duration:

Funding code:

Carl Padberg Zentrifugenbau GmbH

Sub-project 6

Duration:

Funding code:

SCHUNK SE & Co. KG

Sub-project 7

Duration:

Funding code:

Abteilung Prozessentwicklung Batterie Recycling

Funding

This project is part of the funding initiative

Joint-project management

Weber Ultrasonics AG

Joint-project coordinator