Lithium gilt als Schlüsselelement der modernen Batterietechnologie. Mit steigendem Volumen an gefertigten Lithium-Ionen-Zellen – insbesondere für Elektrofahrzeuge und stationäre Energiespeicher – wächst zwangsläufig auch das Aufkommen an Altbatterien, Produktionsausschuss und Fertigungsabfällen. Die Fähigkeit, Lithium aus diesen Materialströmen wirtschaftlich und in ausreichender Reinheit zurückzugewinnen, entscheidet zunehmend darüber, wie unabhängig sich Batteriehersteller und Zulieferer von Primärrohstoffmärkten positionieren können. Recycling ist damit längst kein reines Entsorgungsthema mehr, sondern ein integraler Bestandteil der Produktionsstrategie.
Der Recyclingprozess für Lithium-Ionen-Zellen gliedert sich in mehrere aufeinanderfolgende Stufen, die jeweils eigene anlagentechnische und qualitative Anforderungen mit sich bringen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen mechanischen Vorbehandlungsschritten, pyrometallurgischen Verfahren, hydrometallurgischen Prozessen sowie direkten Recyclingansätzen. Jeder dieser Wege liefert unterschiedliche Ausbeuten, Reinheitsgrade und Materialformen – und ist daher für unterschiedliche Weiterverarbeitungspfade geeignet.
Vorbehandlung: Entladung, Demontage und mechanische Aufbereitung
Vor jeder chemischen Weiterverarbeitung müssen Altbatterien sicher entladen, demontiert und mechanisch aufbereitet werden. Die Tiefentladung auf definierte Spannungsniveaus – typischerweise unter 2 Volt – dient der sicherheitstechnischen Konditionierung und reduziert das Brandrisiko bei der anschließenden Zerkleinerung. Für die Entladung kommen sowohl elektrische Verfahren als auch Salzlösungsbäder zum Einsatz, wobei letztere bei großformatigen Zellen wegen Korrosionsgefahr und Elektrolytkontamination zunehmend durch kontrollierte elektrische Entladung ersetzt werden.
Die mechanische Aufbereitung umfasst Shreddern, Sieben und Klassieren. Ergebnis dieser Schritte ist die sogenannte Schwarzmasse – ein Gemisch aus Aktivmaterial, Leitruß und Bindemittel –, die neben Lithium auch Nickel, Kobalt, Mangan und weitere Bestandteile enthält. Gehäusematerialien wie Aluminium und Kupfer werden in dieser Phase weitgehend abgetrennt. Die Qualität der Schwarzmasse und die Effizienz der Vorsortierung entscheiden maßgeblich über die nachgelagerten Prozessschritte und die erzielbaren Ausbeuten.
Pyrometallurgie: Schmelzprozesse und ihre Grenzen für Lithium
Bei der Pyrometallurgie wird die Schwarzmasse bei sehr hohen Temperaturen – in der Regel zwischen 1.400 und 1.500 Grad Celsius – eingeschmolzen. Der Prozess eignet sich gut für die Rückgewinnung von Kobalt, Nickel und Kupfer, die sich als Metalllegierung abscheiden lassen. Lithium hingegen reichert sich überwiegend in der Schlacke an und ist von dort nur mit erheblichem zusätzlichem Aufwand und unter Reinheitsverlusten rückgewinnbar. Die pyrometallurgische Route war lange Zeit der industrielle Standard, gilt für die Lithiumrückgewinnung aber als ineffizient: Die Ausbeute liegt deutlich unter den Werten hydrometallurgischer Verfahren, und der Energieaufwand ist erheblich.
