Weitergehende mechanische Aufbereitung von Lithium-Ionen-Batterien

• Merle Zorn
• Prof. Dr.-Ing. Sabine Flamme
• Sigrid Hams

Zukünftig werden große Mengen an End-of-Life Lithium-Ionen-Batterien (LIB) in das Recycling geführt. Gegenwärtig konzentrieren sich die Verwertungsverfahren hauptsächlich auf eine hohe Rückgewinnungsrate der Schwarzmasse und ihrer wertgebenden Bestandteile – wie Nickel und Kobalt – was jedoch zu hohen Verlusten anderer in Batterien enthaltener Materialien, wie z. B. Aluminium führt. Durch eine mechanische Aufbereitung können Materialien wie Kupfer, Eisen und Aluminium frühzeitig aus dem Stoffstrom entfernt und spezifischen Recyclingwegen zugeordnet werden. Dies wurde in dem vom BMBF geförderten Projekt DemoSens (FKZ 03XP0314A) an einem realen, thermisch vorbehandelten Stoffstrom erprobt. Fokus lag dabei auf der Sortierung mittels Sensortechnik, wofür insbesondere die massiven Metalle aus der Zell- und Modulperipherie ab einer Korngröße > 4 mm geeignet waren (ca. 16 % der Batterie). Getestet wurde die Aufbereitung mittels Windsichtung, Fe-Scheider, Wirbelstromscheider und Sensortechnik. Letztere wurde eingesetzt, um Störstoffe wie Kupfer aus Eisen- und Edelstahlfraktionen mittels Röntgenfluoreszenzsortierung und Aluminium aus kupferhaltigen Partikeln mittels Röntgenfluoreszenz- und Röntgentransmissionssortierung abzutrennen. Die Sortierung zeigte, dass eine Nachreinigung und eine Sortierung von Metallfraktionen aus LIB möglich ist. Inwieweit eine Nachreinigung aus metallurgischer Sicht notwendig ist und wie sich eine sensorgestützte Sortierung wirtschaftlich auf die Aufbereitung auswirkt, ist im weiteren Verlauf zu untersuchen.

In the future, large quantities of end-of-life lithium-ion batteries (LIB) will be sent for recycling. Currently, recycling processes focus on high recovery rates of the black mass and its value-added components such as nickel and cobalt, but this results in high losses of other materials contained in the batteries, such as aluminum. Mechanical treatment can remove materials such as copper, iron and aluminum from the material flow at an early stage and assign them to specific recycling routes. This was tested in the BMBFfunded DemoSens project (funding code 03XP0314A) on a real, thermally pretreated material flow. The focus was on sorting by sensor technology, for which the solid metals from the cell and module periphery with a grain size > 4 mm (approx. 16 % of the battery) were particularly suitable. Processing was tested using air separation, Fe-separators, eddy current separators and sensor-based sorting. The latter was used to separate impurities such as copper from iron and stainless-steel fractions by X-ray fluorescence sorting and aluminum from copper-containing particles by X-ray fluorescence and X-ray transmission sorting. The sorting showed that post-purification and sorting of metal fractions from LIB is possible. The extent to which post-purification is necessary from a metallurgical point of view and the economic impact of sensor-based sorting on processing remain to be investigated.