Li-ion-batterier är viktiga för bärbara datorer, mobiltelefoner och elfordon, men de resurser som behövs för att producera dem är begränsade och deras utvinning involverar miljö- och sociala frågor. Att återvinna dessa batterier är svårt, men en högpresterande Li-ion-återvinningsledning är nödvändig för att återvinna värdefulla material som koppar, kobolt, mangan och litium vid högsta möjliga renhet.

Återvinning av litiumjonbatterier är avgörande för att förhindra föroreningar och återvinna värdefullt material. För närvarande återvinns endast cirka 50% Li-ion-batterier globalt, vilket understryker behovet av förbättringar återvinningsprocesser och öka deras effektivitet.

I Rumänien finns det initiativ som finansieras av EU:s icke-återbetalningsbara medel för att öppna några återvinningsfabriker för litiumjonbatterier, vilket kan bidra väsentligt till hanteringen av avfall och återvinning av material som behövs för produktion av lionbatterier.

cylindriska återvinningsbatterier

Li-ion batterier med hårt fodral

Litiumjonbatterier med mjukt fodral

Positiva/negativa plattor

Huvudstegen i återvinningsprocessen av Li-ion-batterier

Återvinning av litiumjonbatterier är ett viktigt steg för återvinning av värdefulla material och minskad miljöpåverkan. Processen omfattar flera steg, från batteriuppsamling och urladdning, till demontering, fragmentering, separation och rening. Varje steg är utformat för att maximera återvinningen av ädelmetaller som litium, kobolt, nickel och mangan, samtidigt som processen säkerställer säkerheten och hållbarheten.

Batteriuppsamling och urladdning

• Använda litiumjonbatterier samlas in från olika källor, såsom elektroniska enheter, elektriska fordon eller energilagringssystem.
• Batterierna inspekteras för att identifiera möjliga skador eller läckage.
• Batterierna är helt urladdade för att minska risken för kemiska eller termiska reaktioner under bearbetning. Detta steg kan uppnås genom elektrisk urladdning, kryogen frost eller nedsänkning i vattenlösningar.

Ta bort batterierna

• Batterierna tas isär manuellt eller automatiskt för att separera enskilda celler från andra komponenter såsom fodral, kablar och batterihanteringssystem.
• Demonterade komponenter kan återanvändas eller återvinnas separat, beroende på deras skick.

fragmentering och separation

• Battericellerna krossas mekaniskt till ett fint granulat.
• Granulerna separeras i olika fraktioner genom mekaniska processer, såsom raffinering, magnetisk separation eller användning av virvelströmmar.
• Separata fraktioner innehåller material som koppar, aluminium, plast och „svart massa” (som består av aktiva material från elektroder som nickel, magnesium, kobolt, litium, grafit).

vidare bearbetning

• Den svarta massan utsätts för ytterligare processer, såsom pyrometallurgi (termisk behandling) eller hydrometallurgi (en process som involverar sura eller alkaliska lösningar), för att extrahera och separera värdefulla metaller, såsom litium, kobolt, nickel och mangan.
• Återvunna metaller kan användas för produktion av nya litiumjonbatterier eller i andra industriella tillämpningar.

rening och erhållande av slutprodukter

• De extraherade metallerna renas ytterligare för att uppfylla de erforderliga kvalitetsstandarderna.
• De slutliga produkterna som erhålls inkluderar metaller som litium, kobolt, nickel, koppar och aluminium, som kan återinföras i produktionscykeln.

Det är viktigt att notera att vissa stadier, såsom pyrometallurgisk eller hydrometallurgisk behandling av den svarta massan, kan variera beroende på den specifika teknik som används av varje återvinningsanläggning. 

Återvunnet aluminium från Li-ion-batterier

Koppar återvunnen från Li-ion-batterier

Svart massa återvunnen från Li-ion-batterier

Separera material från återvinning av Li-ion-batterier

Hur utvinns värdefulla material från Li-ion-batterier?

pyrometallurgi

Pyrometallurgi innebär värmebehandling av batterier för att separera värdefulla metaller. Processen inkluderar följande steg:

• Batteriförstöring: Batterierna strimlas i en hammarkvarn för att få små fragment.
• Smältning: Fragmenten smälts vid höga temperaturer i en ugn, där metallerna separeras från andra material.
• Metallåtervinning: Värdefulla metaller som kobolt, nickel och koppar utvinns från smält massa.

Pyrometallurgi är effektiv för metallåtervinning, men den förbrukar mycket energi och producerar utsläpp av växthusgaser.

Hydmetalurgin

Hydmetallurgy använder kemiska lösningar för att lösa upp metaller i batterier. Stadierna inkluderar:

• Strimlade batterier är nedsänkta i sura pooler eller andra kemiska lösningar för att lösa upp metaller.
• Upplösta metaller fälls ut av lösningen genom att tillsätta kemiska reagens.
• De utfällda metallerna renas för att erhålla högkvalitativa produkter.

Hydrometallurgi är mindre energimässigt intensiv än pyrometallurgi, men innebär användning av farliga kemikalier.

ultraljudsteknik

Ultraljudsteknik använder högfrekventa ljudvågor för att påskynda kemiska extraktionsprocesser. Stadierna inkluderar:

• Batterierna utsätts för ultraljudsvågor i en kemisk lösning, vilket förbättrar upplösningen av metaller.
• Upplösta metaller utvinns med standardkemiska metoder.

Ultraljudsteknik är effektiv och kan minska tiden det tar för metallutvinning.

Li-ion batterier återvinningslinje – behövliga maskiner och produktionslayout

Maskiner som behövs i en komplett ström för en Li-ion-batteriåtervinningslinje:

• Den första hackningsprocessen utförs av en 2-axelhackare från vilken hackade material med en storlek på 50 x 100-150 mm kommer ut
• Det strimlade materialet i den första hackaren bärs på en remsa till raffinören för en mycket finare sekundär hackning, vilket kommer att minska storleken till cirka 15 mm
• Det hackade materialet torkas och matas in i en luftavskiljare för att separera tungt material, järnhaltiga och icke-järnmetaller från det lätta materialet, mestadels plast och svart massa
• pastan och svart substans förs in i en mellansilo och hackas sedan i pulverform
• Järnmetaller är åtskilda av en levande magnetisk trumskärm och icke-järnmetaller med hjälp av en virvelströmsseparator
• Materialet matas till en raffinör, den fina fraktionen består av svart massa (i proportionen 50-80 %) och fylls i de stora påsarna. Överdimensionerat material separeras i lätt material och tungt material till en sicksackraffinör. Det tunga materialet samlas upp i ett tråg under raffinören.
• Det lätta materialet, å andra sidan, bringas till en enhetlig storlek med hjälp av en hammarkvarn och delas upp i fem fraktioner av en siktmaskin: det underdimensionerade materialet bildas av den svarta massan, och de tre separationsenheterna bildas av koppar/aluminiumfraktioner, plaster och järnmetaller