Recycling von Automobil-Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation zum Wiedereinsatz für elektromobile und stationäre Anwendungen

Mechanische Recyclingverfahren für end-of-life-Lithium-Ionen-Batterien gewinnen immer mehr Bedeutung. Diese Verfahren basieren auf der mechanischen Zerkleinerung kompletter bzw. teildemontierter Akkus unter Inertgasatmosphäre, verschiedenen thermischen Schritten und einer anschließenden mechanischen Separation in unterschiedliche Fraktionen, von denen die „black mass“ die Zielfraktion darstellt. Die Zielfraktion neben dem Kathodenmaterial auch Graphit und Binder von der Anode und von den jeweiligen Prozessbedingungen abhängige Restgehalte an Aluminium, Kupfer, Leitsalzreste, Separatorenreste und Reste der keramischen Separatorenbeschichtung. Die Qualität des Recyclates hängt jedoch stark von den konkret eingesetzten Maschinen und den gewählten Prozessparametern, so dass auf dem Markt sehr unterschiedliche Qualitäten von „black mass“ zu unterschiedlichen Preisen existieren. Im Sinne einer gesteigerten Wirtschaftlichkeit wäre es wünschenswert, die Qualität der „black mass“ Fraktion im Recyclingprozess und/oder durch nachträgliche Prozessschritte weiter zu erhöhen, um beispielsweise die Restgehalte an Metallen, Kunststoffen, Leitsalzen, Anodengraphit und Binder zu verringern.

1. Die umfassende chemisch-analytische Charakterisierung einer bestehenden Recyclinganlage hinsichtlich der entstandenen Stoffströme und eine Optimierung innerhalb der möglichen Prozessparameter, um die Qualität der „black mass“ Fraktion zu erhöhen.

2. Optimierung des Verfahrens hinsichtlich Zerkleinerungs- und Trenntechnologie und Erprobung neuer technischer Lösungsansätze.

3. Untersuchung von Degradationsprozessen während des Recyclinsprozesses, welche zur Beeinträchtigung der Materialqualität führen kann.

4. Die Entwicklung von Nachbehandlungsschritten für die gewonnenen Recyclate, um den Anteil an Kathodenmaterial in der Zielfraktion weiter zu erhöhen und um Degradationserscheinungen zu minimieren.

5. Kontinuierlicher Einsatz der Materialanalytik mit chemischen, mikroskopischen und spektroskopischen Methoden im gesamten Projektverlauf.

Für die BTU steht die wissenschaftliche Verwertung der Projektergebnisse im Vordergrund. Hierzu zählt primär, die Erkenntnisse und Ergebnisse zum vorliegenden Einzelvorhaben sowie zum daraus entstehenden Gesamtkreislauf in Fachjournalen sowie in Form von Fachbeiträgen gemeinsam mit den Projektpartnern auf nationalen und internationalen Tagungen/ Konferenzen zu veröffentlichen und ein Promotionsvorhaben nach Projektende erfolgreich zu beenden. Die wissenschaftliche Verwertung der Ergebnisse ist dabei im Kontext mit der wirtschaftlichen Verwertung zu betrachten, indem im laufenden Projekt die Patentwürdigkeit der Entwicklungen fortlaufend zu prüfen und im Falle deren Eignung Schutzmaßnahmen für das geistige Eigentum auszulösen sind. Zur wissenschaftlichen Verwertung zählt ebenso, die im Projekt entwickelten methodischen Vorgehensweisen und erzielten Projektergebnisse in die praxisnahe Ausbildung des Nachwuchses in den ingenieur- und naturwissenschaftlichen Studiengängen zu integrieren. Durch den Einsatz von Studierenden (z. B. Studien- und Abschlussarbeiten) wird die optimale Verbindung von Ausbildung, Forschung und praktischer Anwendung erreicht und hochqualifizierter wissenschaftlicher Nachwuchs für Wirtschaft und Forschung ausgebildet.

Vom Projekt und seinen Erkenntnissen erwartet sich die BTU eine weitere Schärfung ihres Profils als forschungsorientierte und leistungsstarke Universität, speziell auf dem Gebiet der Lithium-Ionen-Batterien. ReLiBat dient damit als eine weitere Referenz, sich als wertvoller Partner für die Beteiligung an weiteren Forschungsvorhaben zu empfehlen, um so an der Weiterentwicklung der Batterietechnologie mitzuwirken und so die wissenschaftlich-technische Anschlussfähigkeit herzustellen.