Uni Münster entwickelt Recyclingverfahren für trockenprozessierte Lithium-Ionen-Batterien

Am MEET Batterieforschungszentrum der Universität Münster ist ein Verfahren entstanden, um Produktionsabfälle aus dem Trockenherstellungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien zu recyceln.

In der herkömmlichen Batteriefertigung werden aktive Kathodenmaterialien in Lösungsmitteln verteilt und als Paste auf den Aluminiumstromabnehmer aufgetragen. Dabei kommen das Lösungsmittel N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) sowie Polyvinylidenfluorid (PVdF) als Bindemittel zum Einsatz. Anschließend muss die beschichtete Elektrode energieintensiv getrocknet und das verdampfte Lösungsmittel aufwendig zurückgewonnen werden.

Beim Trockenprozess hingegen wird Polytetrafluorethylen (PTFE) als Bindemittel genutzt, ganz ohne Lösungsmittel. Das spart Trocknungsschritte und reduziert Kosten. Allerdings fällt bei diesem Verfahren prozessbedingt mehr Abfall an. Zum einen, weil beim Skalieren einer neuen Technologie naturgemäß mehr Verschnitt anfällt, zum anderen, weil besonders beim Trockenprozess ungleichmäßige Kanten nach dem Glätten der Kathodenschicht entstehen, die beschnitten werden müssen. Da die Kathodenschicht das Teuerste an einer Batterie ist, müssen die Verschnitte möglichst kostengünstig recycelt werden.

Das nun entwickelte Recyclingverfahren setzt auf trockene, mechanische Aufbereitung. „Das Recycling kann trockenmechanisch durch den Einsatz von Mühlen erfolgreich umgesetzt und skaliert werden“, erklärt Maike Michelle Gnutzmann, Doktorandin am MEET und an der internationalen Forschungsschule BACCARA. In der Mühle wird das Kathodenkomposit schonend vom Stromabnehmer gelöst und granuliert, bei niedriger Drehzahl, um die Struktur des Aktivmaterials nicht zu beschädigen.

Das Ergebnis ist ein Pulver, das Aktivmaterial, PTFE-Binder und Leitruß in ihrer ursprünglichen Form enthält. Es kann ohne weitere Aufbereitung erneut für die Elektrodenbeschichtung verwendet werden. Auf den Einsatz von hohen Temperaturen, Lösungsmitteln oder giftigen Chemikalien wird vollständig verzichtet. Eine Lebenszykluskostenanalyse im Rahmen der Studie bestätigt die Wirtschaftlichkeit des Ansatzes.

Die Forschungsergebnisse wurden im Fachjournal Advanced Energy Materials unter dem Titel „A Dry-mechanical Approach for Scrap Recycling of Dry-processed Lithium-ion Battery Cathodes“ veröffentlicht.