Recyclage des batteries Li/Li ion : un nouveau concept basé sur la solubilité et la valorisation (electro)chimique des matériaux en milieu sels fondus – RELIABLE

Pour déterminer l’intérêt de la pyrochimie pour le recyclage des batteries Li/Li ion, il faut sélectionner la famille de sels la plus adéquate. Parmi toutes les familles possibles, le projet RELiABLE s’est concentré sur les sels fondus « oxygénés » et plus particulièrement les carbonates, les hydrogénosulfates et pyrosulfates, et les hydroxydes. Le projet a été scindé en deux grands axes d’étude : I) la transformation des matériaux d’électrodes dans les sels fondus choisis et la récupération sélective des métaux, II) la transformation des composés organiques et les produits résiduels obtenus. Les études expérimentales combinent des caractérisations ex situ et post-mortem à des analyses in situ, appuyées sur des développements techniques spécifiques. L’objectif n’est pas de développer un procédé mais de décrypter les mécanismes réactionnels associés aux différentes familles de composés chimiques des batteries et aux différentes familles de sels fondus.

-Les différentes familles sels fondus sélectionnées dans le projet RELiABLE présentent des schémas réactionnels plus variés qu’attendu, aussi bien pour les matériaux d’électrodes des batteries que pour les parties organiques (pièces plastiques et électrolytes). En ce qui concerne les matériaux d’électrodes, une phase de réduction des métaux se passe en phase solide pouvant aller jusqu’au degré d’oxydation 0 et dont le mécanisme réactionnel est spécifique à chaque sel fondu. De façon similaire, les composés organiques sont segmentés soit par oxydation, soit par réduction, pouvant parfois se recombiner pour former de nouveaux composés.

Les outils permettant de comprendre la dissolution des matériaux de cathode de batterie au lithium dans les sels fondus ont été développés. Il sera désormais possible de caractériser les mécanismes d'évolution de l'état d'oxydation des métaux et leur dissolution dans des sels fondus sélectionnés. Cela aidera à concevoir la méthode la plus appropriée pour récupérer les métaux critiques des déchets.
La variété des mécanismes réactionnels observés dans ce projet permet d’envisager la pyrochimie comme un procédé rentable pour le recyclage des batteries Li/Li ion. L’introduction dans le sel des déchets est un élément clé à maitriser et des développements dans le domaine des procédés sont à mener.

A la soumission du rapport, deux thèses ont été soutenues, un papier a été publié, un deuxième a été soumis, et trois autres en cours de rédaction. Un brevet est à l’étude.

RELIABLE se penche sur le recyclage des batteries au lithium par voie pyrochimique. Il s’agit d’utiliser des sels fondus comme solvant pour dissoudre les batteries, en particulier les cathodes, et récupérer sélectivement les différents métaux. Le sel sélectionné est un mélange eutectique de carbonates d’alcalin mais d’autres sels oxydants seront aussi étudiés. Le projet est de construire la base de connaissance nécessaire au développement d’un procédé et d’un pilote de laboratoire. Dans un premier temps, la solubilité des différentes espèces métalliques et de la spéciation des espèces dans le bain seront déterminées en fonction de plusieurs paramètres tels que l’oxo-acidité du bain et des espèces additionnelles – type phosphate. Dans un deuxième temps, les différentes de voies de récupération des métaux seront explorées, en particulier l’électrodéposition. Des études électrochimiques approfondies seront donc menées sur ces systèmes. Enfin un pilote de laboratoire sera proposé.