Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Das Recycling von Lithiumionen-Batterien und Produktionsabfällen ist ein wesentlicher Faktor für die künftige Rohstoffsicherung und somit der technologischen Souveränität Deutschlands. Bisherige Aktivitäten fokussieren sich dabei weitestgehend auf die Rückgewinnung von Nickel und Kobalt aus NCM- und NCA-Kathodenmaterialen. Im Verbundprojekt »DiLiRec« werden dagegen nachhaltige Recyclingprozesse für das Kathodenmaterial Lithiumeisenphosphat (LFP) auf Basis einer optimierten Schwarzmasse-Gewinnung entwickelt. Insbesondere die LFP-Kathoden großformatiger Rundzellen bieten ein hohes Recyclingpotenzial.
Mit Hilfe einer effizienten Batteriezellsortierung, -demontage und Elektrodenentschichtung sowie einer systematischen Erfassung von Stoff- und Prozessdaten in den Teilprozessen des Batterie-Recyclings werden die Voraussetzungen für ein kostengünstiges LFP-Recycling geschaffen. Zusätzlich steuert Künstliche Intelligenz (KI) die semantische Datenerfassung und unterstützt das gesamte Design der Prozesskette im Sinne der Wirtschaftlichkeit.
Im Verbundprojekt »DiLiRec« werden zwei Methoden zur Rückgewinnung von Lithiumeisenphosphat aus zylindrischen Zellen untersucht. Im Direktrecycling wird angestrebt, das LFP als Aktivmaterial vollständig zurückzugewinnen und in aufbereiteter Form wiederzuverwenden. Im Standard-Recyclingverfahren sollen Vorstufen der LFP-Synthese isoliert und als Sekundärrohstoffe genutzt werden. Im Gegensatz zu anderen Batteriezellchemien wie NCM und NCA können für die Rückgewinnung des Lithiums aus LFP weniger aufwendige und energieintensive hydrometallurgische Schritte eingesetzt werden. Darüber hinaus erscheint ein Direktrecycling von LFP aufgrund dessen Materialeigenschaften vielversprechend.
Ein Schwerpunkt des Fraunhofer IKTS im Projekt liegt in der Definition der Anforderungen an die Schwarzmasse und die möglichen Rezyklate hinsichtlich ihrer Reinheit und Eigenschaften. Darüber hinaus nutzt das Fraunhofer IKTS seine umfassenden Kompetenzen im Bereich der Charakterisierung, um Rezyklate, Schwarzmasse und Nebenprodukte aus der hydrometallurgischen und mechanischen Aufbereitung chemisch und morphologisch zu untersuchen. Um den Einfluss möglicher Verunreinigungen auf die elektrochemische Performance zu bestimmen, werden sowohl etablierte Methoden – ICP-OES, RFA, XRD und REM-EDX – als auch elektrochemische Methoden angewendet. Mit Kenntnis tolerierbarer Kontaminationen lassen sich so gegebenenfalls vorgelagerte Prozesse hinsichtlich des Energie- und Materialeinsatzes anpassen.
Des Weiteren wird das IKTS einen Technologievergleich für die unterschiedlichen Verfahrenswege durchführen. Mit den erhobenen Stoffdaten werden Material- und Energieströme bilanziert und der Umwelteinfluss der verschiedenen Verwertungsszenarien ökologisch bewertet (Ökobilanzierung, LCI, LCA). Zudem identifiziert und bewertet das IKTS Verwertungsmöglichkeiten für Nebenproduktströme, wie Eisen(III)phoshat, damit möglichst wenig Material den Stoffkreislauf entzogen und somit ein Beitrag zu einer Circular Economy geleistet wird.
