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

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.