Recyclage des batteries au lithium

Les batteries lithium-ion sont à l’heure actuelle les accumulateurs électrochimiques d’énergie les plus utilisés, particulièrement dans les domaines de l’électronique et des véhicules électriques. Leur densité d’énergie massique et volumique élevées ainsi que leur très bonne tenue en cyclage en font les systèmes les plus appropriés pour fournir de l’énergie mobile au coût le plus faible.

Leur consommation va décupler dans les dix prochaines années à cause du développement des véhicules électriques. Mais ceci pose la question de la disponibilité des matières premières qui implique un recyclage obligatoire pour ne pas épuiser toutes les ressources mondiales. Le développement d’usines de fabrication de batteries en Europe pose aussi le problème de l’approvisionnement local en ressources. Le recyclage des batteries au lithium représente un enjeu majeur de notre développement industriel pour les années à venir car il diminue le risque d’approvisionnement.

Malheureusement, le recyclage de ces produits peut s’avérer dangereux en raison notamment des risques d’explosion ou d’incendie, de la toxicité des métaux traités. On s’est d’abord limité à des méthodes simples comme la pyrométallurgie permettant d’éliminer les déchets tout en récupérant seulement les métaux les plus coûteux (cobalt, nickel) et les plus facilement récupérables pour les ré-injecter dans l’industrie de la métallurgie. Mais, ces méthodes sont gourmandes en énergie et d’autres éléments voient leur valeur fortement augmenter. Également le flux croissant de batteries usagées rend économiquement viable l’émergence d'un recyclage en boucle fermée (de batteries pour refaire des batteries). Les contraintes seront donc de recycler plus de batteries en nombre, d’améliorer le taux de recyclage de chaque batterie en récupérant de façon exhaustive tous les éléments pour les réutiliser dans de nouvelles batteries. Or, la fabrication de batteries nécessite des produits de grande pureté dont les séquences de séparation-purification et refabrication devront s’adapter pour obtenir un cycle complètement fermé. Enfin, la standardisation permettra des séquences de recyclages complexes et robotisés incluant la récupération des éléments pièce par pièce pour les réparer ou les régénérer avant de les réinjecter dans les nouvelles batteries (recyclage direct).

Il est donc nécessaire de comprendre les risques et les particularités du recyclage des batteries et les voies offertes pour effectuer un recyclage plus vertueux, moins coûteux en énergie, en émissions et plus exhaustif.

Cet article discutera la constitution des batteries au lithium puis passera en revue les techniques complémentaires de démantèlement, de traitements thermiques (pyrométallurgie) et les voies de séparations en solution (hydrométallurgie). L’objectif futur est de concevoir des batteries aisément recyclables avec une récupération exhaustive de tous les éléments et les méthodes de récupération par séparations et régénérations sans totalement détruire les matériaux (recyclage direct) seront finalement présentées en tant que perspectives.