Thermische Vorbehandlung und Frühzeitige Lithiumrückgewinnung im Kontext Pyrometallurgischer NMC Lithium-Ionen-Batterie Recyclingrouten

Lithium-Ionen-Batterien enthalten eine Vielzahl kritischer und strategischer Rohstoffe, deren Rückgewinnung nach Ende der Nutzungsdauer essenziell, auf Grund der komplexen Materialzusammensetzung jedoch anspruchsvoll ist. In dieser Arbeit wird ein ganzheitliches Recyclingkonzept untersucht, das eine frühzeitige Lithiumrückgewinnung, bestehend aus thermischer Vorbehandlung und selektiver Wasserlaugung, mit verschiedenen pyrometallurgischen Schmelzprozessen kombiniert.Im wissenschaftlichen Fokus der Arbeit steht die thermische Vorbehandlung, die ausgehend von Reinstoffen und einzelnen Batteriekomponenten über industriell zerkleinerte EoL Batterien sowie ganze Zellen bis hin zu Modulen bezüglich ihrer Reaktionsmechanismen und optimalen Prozessparameter untersucht wird. Ziel ist es, das Lithium in wasserlösliche Verbindungen zu überführen, gleichzeitig die Organik auszutragen und Batteriezellen zu deaktivieren. Die Methodik umfasst TGA/DTA Messungen mit simultaner Abgasanalytik, Parameterstudien im Labormaßstab hinsichtlich optimaler Atmosphäre, Additive, Haltezeit und Temperaturführung sowie ein Upscaling in den Modulmaßstab. Nachfolgend werden Konzepte zur Optimierung der Lithiumrückgewinnung in der Wasserlaugung aufgezeigt. Die dabei an Lithium abgereicherte Aktivmasse wird anschließend mit Nickel- und Kupferreststoffen verschnitten und eingeschmolzen. Dabei fungiert der Batteriegraphit als Reduktionsmittel für die Wertmetalle. Thermochemische Simulationen dienen zur Auslegung der Materialverhältnisse und der Schlackensysteme, die anschließend experimentell validiert werden. Durch die Verknüpfung der einzelnen Prozessschritte wird ein integriertes Recyclingkonzept entwickelt und hinsichtlich technischer und wissenschaftlicher Potenziale bewertet.