In einem Forschungsprojekt entwickelt das Fraunhofer IPA gemeinsam mit Industriepartnern neue Wege, um wertvolle Kathodenmaterialien aus Produktionsausschüssen und Recyclingprozessen effizient zurückzugewinnen. Ziel ist es, Lithiumionen-Batterien nachhaltiger zu machen, Kosten zu senken und die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen zu verringern – ein entscheidender Schritt in Sachen Nachhaltigkeit in der Batterieproduktion.
Im Projekt ReLIBscale (Skalierung von Prozessen zur Rückführung von Kathodenmaterialien aus Produktionsausschüssen von Lithium-Ionen-Batterien und zur Rückgewinnung kritischer Rohstoffe im Recyclingprozess) arbeitet das Projektteam daran, Batteriematerialien effizient zurückzugewinnen und wieder in die Produktion zu bringen. Im Fokus stehen dabei zwei Kathodenmaterialien, Lithium Eisenphosphat (LFP) und Nickel Mangan Kobalt-Oxide (NMC).
Warum ist das wichtig?
Der Bedarf an Batterien wächst stark. Gleichzeitig sind die dafür nötigen Rohstoffe knapp und teuer. Heute fallen in neuen Fabriken viele Produktionsreste an, die oft nur grob zerkleinert und aufwendig weiterbehandelt werden. Zudem nimmt der Anteil von LFP-Batterien zu. Deren Material hat einen geringeren Marktwert, wodurch herkömmliches Recycling häufig nicht wirtschaftlich ist.
Das Projekt verfolgt zwei Wege
Erstens sollen Elektrodenbeschichtungen schonend von der Metallfolie gelöst, gereinigt und so aufbereitet werden, dass sie direkt wieder in der Zellfertigung eingesetzt werden können. Dazu werden verschiedene Verfahren erprobt, zum Beispiel mechanische und laserbasierte Ablösungen, anschließende Reinigung und Wärmebehandlung. Ziel ist der Nachweis, dass Zellen mit einem Anteil an Rezyklat ohne spürbaren Leistungsnachteil funktionieren.
Zweitens wird ein Verfahren entwickelt, um aus sogenannter Schwarzmasse von LFP-Batterien gezielt Lithium in hoher Reinheit zurückzugewinnen. Schwarzmasse ist das gemischte Pulver, das beim Zerkleinern von Zellen entsteht. Dieses Lithium soll anschließend in der Industrie weiterverwendet werden können.
Alle Schritte werden mit Ökobilanz und Kostenanalysen bewertet. Dadurch lässt sich zeigen, wo Ressourcen, Emissionen und Kosten eingespart werden. Das Konsortium plant zudem die Überführung in den Pilotmaßstab und bereitet eine industrielle Umsetzung vor.
Der erwartete Nutzen
Das Projekt reduziert die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen und trägt zu einer stabileren Versorgungskette bei. Gleichzeitig sinkt der CO2-Fußabdruck durch effizientere Prozesse und die direkte Wiederverwendung von Materialien. Kürzere Prozessketten senken die Kosten und machen Recycling wirtschaftlicher. Darüber hinaus leistet ReLIBscale einen direkten Beitrag zur Umsetzung der EU-Batterieverordnung und unterstützt die Ziele der Energiewende.
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