Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus verschiedenen Metallen wie Lithium, Nickel, Mangan, Kobalt und Aluminium. Der Abbau dieser Metalle kann umweltschädlich sein. Einige dieser Metalle wie Lithium und Kobalt sind nur in begrenzten Mengen verfügbar. Daher dürfte die weitverbreitete Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien deren Preise in die Höhe treiben. Darüber hinaus sind sie oft giftig und können Boden und Grundwasser verunreinigen, wenn sie am Ende ihrer Nutzungsdauer auf Deponien landen.

Durch das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien wird nicht nur die Entsorgung dieser giftigen Abfälle auf Mülldeponien vermieden, sondern es werden auch mehr Rohstoffe zur Verfügung gestellt, um eine nachhaltige Batterie-Wertschöpfungskette zu schaffen. Damit sie recycelt werden können, muss jedoch erst die chemische Zusammensetzung der Batterien ermittelt werden. Unsere röntgenbasierten Lösungen können Ihnen dabei helfen, wirtschaftlich rentable Recyclingoptionen zu erschließen, indem sie Einblicke in die chemische Zusammensetzung Ihrer Altbatterien ermöglichen.

Wie kann ich Metalle effizient aus recycelten Batterien zurückgewinnen?

Nachdem Batterien vorverarbeitet und behandelt wurden, sind die beiden wichtigsten Methoden zur Rückgewinnung ihrer wertvollen Metalle die Pyrometallurgie, die auf starker Hitze basiert, und die Hydrometallurgie, bei der Chemikalien zum Einsatz kommen. Effizientere Recyclingmethoden umfassen häufig hybride Ansätze, bei denen die Pyrometallurgie mit der Hydrometallurgie kombiniert wird. 

Das Erreichen dieser Stufe beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) kann jedoch eine Herausforderung darstellen – teilweise weil Lithium-Ionen-Batterien nicht alle gleich sind. Insbesondere Kathodenmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien bestehen typischerweise neben anderen Metallen wie Kobalt, Nickel, Mangan, Aluminium und Eisen aus Lithium. Kobalt und Nickel sind die gängigsten Materialien, die in modernen Batterien zum Einsatz kommen, es werden aber auch häufig andere Zusammensetzungen verwendet.
 
Diese variable chemische Zusammensetzung bedeutet, dass es beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien oft nur eine begrenzte Kontrolle über die eingehenden Batterietypen gibt. Daher muss jeder Vorbehandlungsprozess beim Recycling von Batterien eine Bewertung der chemischen Zusammensetzung der eingehenden Batterien umfassen. Dies ist zudem für die genaue Beurteilung und Sortierung nach Klassen der eingehenden Batterien wichtig. Unsere röntgenbasierten Lösungen können Sie bei diesem Prozess unterstützen – sowohl bei der Bestimmung der chemischen Zusammensetzung als auch bei der Analyse kristalliner Phasen.

Chemische Zusammensetzung: Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist eine Alternative zur Spektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma. Sie kann die Änderungen der chemischen Zusammensetzung und Verunreinigungen von Anoden- und Kathodenmaterialien analysieren – von nur wenigen ppm bis zu 100 %.

In der Tat bietet die RFA für Hauptelemente bei niedrigen Prozentwerten eine einfachere und genauere Methode zur Messung der Elementzusammensetzung als die Spektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma, da sie weder Probenverdünnung noch Säureaufschluss erfordert. Viele führende Batteriehersteller verwenden unser Benchtop-RFA-Spektrometer E4 oder unser WDRFA-Spektrometer Zetium zur Analyse von Kathoden- und Vormaterialien. 

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Abb. 1: Eine typische Batterieprobenanalyse mit unserem RFA-Spektrometer Epsilon 4: Mangan von 0 bis 100 % in LFMP-Proben. Omnian zur standardfreien Analyse erfordert keine Kalibrierstandards und liefert genaue Ergebnisse durch ein schnelles Screening.   

Kristalline Phase: Der Vorbehandlungsprozess des Recyclings von Batterien kann auch von der kristallinen Phase der Batteriematerialien beeinflusst werden. Und bei der Analyse kristalliner Phasen ist die Röntgendiffraktion die Methode der Wahl. Insbesondere kann unser kompaktes Röntgendiffraktometer Aeris – ein einfach zu bedienendes Gerät mit hervorragender Datenqualität – zur genauen Analyse der Zusammensetzung der kristallinen Phase in Batteriematerialien verwendet werden.

Unsere Lösungen

Weiterführende Literatur

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