Une autre technologie écologique et peu coûteuse pour le recyclage des cathodes des batteries lithium-ion est dévoilée.
| Jerry Huang
Note de la rédaction : Le développement rapide de l’électronique grand public, des véhicules électriques et du stockage de l’énergie sur le réseau a engendré une demande considérable en batteries lithium-ion (LIB). Or, avec une durée de vie de seulement 6 à 8 ans, plus de 11 millions de tonnes de batteries devraient être hors d’usage d’ici 2030, provoquant une pression sans précédent sur les ressources, des risques environnementaux et des difficultés économiques majeures. Actuellement, les efforts de recyclage se concentrent sur les matériaux de cathode recyclés (notamment les oxydes métalliques stratifiés, LMO), contenant des éléments de grande valeur comme le lithium, le cobalt, le nickel et le manganèse.
Voici une autre approche présentée par l'équipe de Quanquan Pang (PKU) en collaboration avec l'équipe de Jiashen Meng (WUT) sur le recyclage des cathodes usagées de batteries lithium-ion, notamment les LMO. Un grand merci à tous les chercheurs.
Il convient de noter que cette approche LTMS-ECR traite directement les cathodes usagées encore fixées aux collecteurs de courant en aluminium, sans l'étape de broyage des électrodes en « poudre noire », ce qui simplifie considérablement les étapes de prétraitement.
La technologie LTMS-ECR est présentée comme ayant le potentiel d'atteindre une rentabilité élevée de 1,86 $/kg dans le recyclage des batteries usagées grâce à son utilisation d'électrolytes de sels fondus réutilisables et peu coûteux et de Li2O, ainsi que de sous-produits à haute valeur ajoutée Co3O4 et LiCl, ce qui représente une amélioration de près de dix fois par rapport aux technologies pyrométallurgiques et hydrométallurgiques.
Les analyses d'impact technique, économique et environnemental démontrent que le procédé LTMS-ECR présente une remarquable faisabilité économique et une forte durabilité carbone. Son rendement de récupération élevé, sa faible consommation d'énergie et son caractère écologique en font une voie chimique révolutionnaire pour le recyclage des matériaux de cathode.
Abstrait
Le recyclage électrochimique (REC) offre une stratégie prometteuse exploitant les énergies renouvelables pour déconstruire les oxydes métalliques lamellaires (OML) usés. Cependant, les approches REC actuelles sont limitées à un fonctionnement à haute température (jusqu'à 750 °C) utilisant des bains fondus de carbonate ou de chlorure alcalin comme électrolytes, ce qui entraîne une forte consommation d'énergie pour le chauffage. Cette étude propose un électrolyte fondu de chloroaluminate alcalin à bas point de fusion, composé d'AlCl₃–LiCl, permettant l'électrolyse REC à une température aussi basse que 150 °C. Grâce à la forte solubilité des porteurs de charge O₂⁻ dans le bain fondu de chloroaluminate alcalin, la cathode d'OML subit une déstructuration électrochimique réductrice pour produire des métaux de transition élémentaires et du chlorure de lithium (LiCl). Il est important de noter que deux produits sont insolubles dans le bain fondu additionné de Li₂O et peuvent être séparés par un simple traitement de lixiviation à l'eau. Notamment, l'incorporation d'une anode inerte en TiN permet d'éliminer les émissions de CO₂ pendant l'électrolyse en générant à la place de l'O₂, contribuant ainsi à la neutralité carbone. L'approche ECR à électrolyte de sel fondu à basse température (LTMS-ECR) permet d'atteindre un taux de récupération du cobalt de 97,3 % pour le LiCoO₂. Les analyses technico-économiques prévoient que cette technologie réduit la consommation d'énergie et les émissions de CO₂ d'environ 20 % et est près de dix fois plus rentable que les méthodes conventionnelles. Cette approche représente une alternative révolutionnaire pour un recyclage écoénergétique, durable et économiquement viable des batteries lithium-ion usagées.
Références
https://doi.org/10.1002/adma.202512984