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Lithium-Ionen-Batterien: Recycling von Wertstoffen

 

Wo immer heute Lithium-Ionen-Batterien entwickelt werden, spielt die Frage des effizienten Recyclings eine entscheidende Rolle. Es geht um gute Trennbarkeit am Ende der Nutzungsdauer. Alle Wertstoffe sollen in hoher Reinheit zurückgewonnen werden.

Schon bei der Neuentwicklung hat effizientes Recycling höchste Priorität. Nur eine effiziente Kreislaufwirtschaft kann der Rohstoffknappheit entgegenwirken. Herstellung, Nutzung und Recyclingprozesse müssen eine gute CO2-Bilanz aufweisen.

Die Prozessrouten für die Primärrohstoffgewinnung und das Recycling von Batterieaktivmaterialien waren zunächst ähnlich. Es werden mehrfach pyro- und hydrometallurgische Verfahren nacheinander eingesetzt. An diesen Themen wird weltweit mit Hochdruck geforscht.

Nach neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen scheinen viele Aufreinigungsverfahren auf Basis der Hydrometallurgie effizienter zu sein. Dies hat Vorteile hinsichtlich des Energieeinsatzes. Auch der Anfall prozessbegleitender Schadstoffe ist deutlich geringer.

 

Pilotierung im industriellen Maßstab

 

amixon® bietet Testmöglichkeiten im industriellen Maßstab und geht weit über den Labormaßstab hinaus. Im amixon®-Technikum können Chargengrößen von 100 Litern, 200 Litern, 400 Litern bis zu 3000 Litern realisiert werden. Damit ist amixon® in der Lage, praxisnahe Pilotversuche durchzuführen.

  • Der amixon® Vakuumtrockner kann wie eine Vakuumdestille eingesetzt werden. Die exakte Temperatur- und Druckregelung ermöglicht eine hohe Trennschärfe. So können die Fluide in hoher Reinheit zurückgewonnen werden. Beispielsweise können Elektrolyte aus zerkleinerten Lithium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen verdampft und rekondensiert werden.
     
  • Ein amixon® Testapparat kann im Vakuumbetrieb sogar bis zu einer Betriebstemperatur von 350°C eingesetzt werden. Insofern wäre zu prüfen, ob nicht auch das hochsiedende Polyvinylidenfluorid (Schmelzpunkt 175°C, Siedepunkt ab 300°C) im amixon®-Trockner isoliert werden kann. Polyvinylidenfluorid dient als Bindemittel in der Lithium-Ionen-Batterie.
     
  • Die Beschichtung aller produktberührten Teile mit extrem harter Hochleistungskeramik ist nach Absprache möglich.
     
  • Ein anderer amixon® -Testreaktor für 200-Liter-Chargen kann für Hochdruckreaktionen eingesetzt werden. Bei einer Temperatur von 250°C beträgt der zulässige Betriebsüberdruck 25 bar.

amixon® Technikum. Drei neue Synthesereaktoren/ Vakuum-Mischtrockner.

Die thermische Fest-Flüssig-Trennung steht am Ende vieler Prozessschritte

 

Die Lösungsmittel des Flüssigelektrolyten können im amixon®-Vakuumtrockner bei niedrigen Temperaturen verdampft werden. Im Vakuum-Mischtrockner kann ein Vakuum von bis zu 5 mbar erreicht werden. Die Kondensation kann bei -20 °C erfolgen.

Auf diese Weise können Lösungsmittel wie Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat und Diethylcarbonat getrennt voneinander zurückgewonnen werden.

Die Aufbereitung der aktiven Elektrodenmaterialien soll vorzugsweise im Nassverfahren bei niedrigen Temperaturen erfolgen.  Nach der Trennung müssen die Wertstoffe Lithium, Kobalt, Mangan, Nickel und Graphit getrocknet werden. Dabei kommen verschiedene Trocknungsverfahren zum Einsatz, die in der Regel chargenweise durchgeführt werden.

Die Vakuum-Kontakttrocknung von amixon® mit totraumfreier Vermischung aller Komponenten ermöglicht die Trocknung in einem geschlossenen System mit hoher Reinheit und hervorragender Trocknungseffizienz.

Nur bei homogenen Massen ist ein effizientes Recycling möglich

 

Lithium-Ionen-Batterien werden im Automobilsektor eine immer wichtigere Rolle spielen. Für die Aufbereitung der Rohstoffe und das Recycling der Kathoden- und Anodenaktivmaterialien werden immer größere Anlagen gebaut. Je nach Lithium-Ionen-Batterietyp werden sich unterschiedliche Prozessrouten etablieren. Diese lassen sich umso präziser umsetzen, je homogener die Ausgangsmaterialien sind. Die großvolumige Homogenisierung ist eine wichtige Voraussetzung.

amixon® bietet hierfür hervorragende Lösungen. Ein Beispiel ist der Gyraton® Mischer, der große Schüttgutmengen technisch optimal homogenisieren kann. Und das mit ein und derselben Maschine, wahlweise kontinuierlich oder diskontinuierlich. Gyraton® Mischer benötigen nur sehr kleine Antriebsmotoren.

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