Separação do material catódico e anódico de baterias de íon lítio

Abstract

A demanda por Baterias de Íon Lítio (LIBs, do inglês Lithium-Ion Battery) tem aumentado exponencialmente, devido às suas características desejáveis de alta densidade de energia, longa vida útil, volume pequeno, peso leve, não possuir efeito memória, aplicação em ampla faixa de temperaturas. Além disso, as LIBs possuem aplicabilidades em produtos eletrônicos de consumo, armazenamento de energia estacionária e, especialmente, na eletromobilidade. Para atender a essa demanda crescente, a reciclagem torna-se essencial, uma vez que, além de reduzir o impacto ambiental negativo que seria gerado se essas baterias fossem descartadas e na extração de matéria-prima virgem, minimiza os desafios da escassez de lítio e outros metais valiosos, como o cobalto, níquel e manganês e gera retorno econômico para o setor industrial. Alguns processos de reciclagem de LIBs estão em operação pelo mundo, a maioria baseada em processos pirometalúrgicos, alguns hidrometalúrgicos, mas sempre visando apenas a recuperação de alguns metais valiosos, descartando materiais constituintes valiosos e tendo como base de separação dos materiais catódicos e anódicos por meio de cominuição. Este trabalho de pesquisa visou desenvolver uma técnica de separação e recuperação dos materiais constituintes das LIBs. Teve-se como foco principal os componentes dos eletrodos, fazendo uso de um método não destrutivo, que seja aplicável à diferentes óxidos metálicos e encapsulamentos das baterias, culminando na reciclagem e fechamento do ciclo de vida do produto. O método desenvolvido foi aplicado em baterias do tipo LCO (LiCoO2) e NMC (LiNixCoyMnzO2) e obteve-se altas taxas de recuperação de material, com 80% de recuperação do material catódico das LIBs LCO e 90% de recuperação do material catódico de LIBs NMC. A tecnologia proposta também demonstra potencial de escalabilidade industrial, com baixos custos operacionais, baixa complexidade e risco laboral e baixo potencial de impacto ambiental.

The demand for Lithium-Ion Battery (LIBs) has been increasing exponentially due to their desirable characteristics of high energy density, long lifespan, small volume, light weight, no memory effect, wide application. temperature range. In addition, LIBs have applicability in consumer electronics, stationary energy storage, and especially in electromobility. To meet this growing demand, recycling becomes essential, since, in addition to reducing the negative environmental impact that would be generated if these batteries were discarded and in the extraction of virgin raw material, it minimizes the challenges of lithium shortages and other valuable metals, such as cobalt, nickel and manganese, and generates economic returns for the industrial sector. Some LIB recycling processes are in operation around the world, most of them based on pyrometallurgical processes, some hydrometallurgical, but always aiming only at the recovery of some valuable metals, discarding valuable constituent materials and based on the separation of cathodic and anodic materials through of comminution. This research work aimed to develop a technique for separating and recovering the constituent materials of LIBs. The main focus was on the components of the electrodes, making use of a non-destructive method, which is applicable to different metallic oxides and battery packaging, culminating in recycling and closing the product's life cycle. The developed method was applied to LCO (LiCoO2) and NMC (LiNixCoyMnzO2) batteries and high material recovery rates were obtained, with 80% recovery of cathodic material from LCO LIBs and 90% recovery of cathodic material from LIBs NMC. The proposed technology also demonstrates potential for industrial scalability, with low operating costs, low complexity and labor risk, and low potential for environmental impact.