Hocheffizientes Recycling von Lithium-Ionen-Aktivmaterialien aus Rund- und Knopfzellen

Das Projekt adressiert einerseits eine deutliche Verbesserung beim Recyclingprozess von Rundzellen und der Aufbereitung der daraus zurückgewonnenen Aktivmaterialien ohne Erzeugung von Schwarzmasse. Außerdem soll die Rückführung der Aktivmaterialien in neue Batteriezellen demonstriert werden. Andererseits wird ein Prozess basierend auf Schwarzmasse aus Knopfzellen überarbeitet und optimiert, sodass auch das enthaltene Lithium-Metall zurückgewonnen werden kann.

Rundzellen, die überwiegend aus Produktionsausschuss stammen, werden zunächst demontiert und die enthaltenen Anoden und Kathoden sortenrein getrennt. Nach dem Ablösen der Aktivmaterialien von den Elektrodenfolien werden diese in weiteren Schritten gereinigt und ggf. aufbereitet. Die Eigenschaften dieses recycelten Materials sollen vergleichbar mit Frischmaterial sein, was durch den Aufbau neuer Zellen mit einem Rezyklatanteil und deren anschließender Charakterisierung gezeigt werden soll. Begleitend werden die gewonnenen Erkenntnisse mit Hilfe eines Hybridmodells in ein Batteriezellmodell überführt, sodass am Ende des Projektes ein Modell für Rezyklatzellen als Auslegungshilfe vorliegt.

Entlang der Prozesskette des Batterierecyclings sollen hierzu im Rahmen des Projekts insgesamt drei Prozessschritte explizit weiterentwickelt und in Demonstratoren bis auf ein Technology Readiness Level (TRL) 7 umgesetzt werden. Erstens soll ein neuartiges Verfahren zur Demontage von Rundzellen entwickelt werden, mit Hilfe dessen Batteriezellen automatisiert geöffnet und definiert in ihre Zellbestandteile zerlegt werden können. Gegenüber den heute eingesetzten mechanischen Zerkleinerungsverfahren (z. B. Schreddern) soll hierdurch eine frühzeitige Vermischung der Materialfraktionen umgangen werden. Endprodukt des zu entwickelnden Demontageprozesses sind zerlegte und von organischen Bestandteilen (Elektrolyt und Binder) weitestgehend befreite Elektrodenfolien, getrennt nach Anode und Kathode.

Die zweite Neuentwicklung im Projekt umfasst das mechanische Separieren der Anoden- und Kathodenmaterialien von den entsprechenden Elektrodenfolien sowie deren nachgelagerte hydro-mechanische Aufbereitung. Für die Entwicklung dieses direkten Recyclingverfahrens sind verschiedene mechanische Separationsverfahren zu untersuchen und bzgl. ihrer Effizienz und Skalierbarkeit zu bewerten. Die so zurückgewonnenen Anoden- und Kathodenmaterialien sind nachgelagert und unter bestmöglicher Bewahrung von Struktur und mit weitestgehender Wiederherstellung der elektrochemischen Eigenschaften für den Wiedereinsatz in der Produktion von Lithium-Ionen-Zellen über die Beimischung in Anoden- und Kathodenslurries aufzubereiten.

Die dritte Neuentwicklung umfasst die Weiterentwicklung bestehender hydrometallurgischer Verfahren mit dem Ziel die Recyclingeffizienz bei der Rückgewinnung von Lithium auf mehr als 90 Prozent zu steigern. Erreicht werden soll diese Effizienzsteigerung durch eine Lithium-Selektivlaugung bzw. Erhöhung der Aktivität der Schwarzmasse zu Beginn des Prozesses, welche auch den Säurebedarf für die nachfolgenden Laugungsschritte weiterer Wertmetalle deutlich reduziert.

Quelle: https://www.ise.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/reaktiv.html (jüngster Zugriff: 17.02.2026)