Toshiba Corporation a développé une méthode de recyclage des anodes d'oxyde de batterie lithium-ion à faible coût et avec un faible impact environnemental. Le règlement européen sur les batteries, entré en vigueur en août 2023, impose la déclaration de l'empreinte carbone (CFP) et des niveaux élevés de considération environnementale tout au long du cycle de vie du produit, ce qui nécessite une réponse rapide de la part des entreprises du monde entier. Toshiba a développé une méthode de recyclage direct qui permet le recyclage des batteries lithium-ion à anodes d'oxyde de haute puissance et de longue durée de vie grâce à un simple processus de traitement thermique, et a démontré l'efficacité de cette méthode.
La méthode exploite les caractéristiques des matériaux actifs à base d'oxydes avec des structures cristallines stables et utilise le recyclage direct, qui recycle les matériaux actifs tels quels et sans les transformer en élément chimique. Le matériau actif est recouvert d'une fine feuille métallique appelée feuille collectrice de courant. Cette méthode de recyclage utilise la stabilité de la structure du matériau actif et permet de séparer le matériau actif de la feuille collectrice de courant de l'électrode négative dans cet état en effectuant un simple traitement thermique.
La structure du matériau actif étant stable, il n'est pas nécessaire de recourir à des processus de réactivation complexes, ce qui permet de réutiliser les matériaux actifs à moindre coût. De plus, par rapport aux méthodes de recyclage des électrodes classiques, la méthode peut être mise en œuvre à des températures plus basses, ce qui réduit l'impact environnemental. En comparant les matériaux recyclés selon cette méthode à des matériaux vierges qui n'ont jamais été utilisés, Toshiba estime que l'empreinte carbone (CFP) peut être réduite jusqu'à 85 %.
De plus, Toshiba a appliqué cette méthode aux batteries à anode en oxyde de niobium et de titane (NTO) développées par l'entreprise. Les évaluations de performance des batteries fabriquées avec des électrodes recyclées ont confirmé que les électrodes conservent plus de 97 % de leur capacité, ce qui est comparable à celui des électrodes neuves. Les batteries ont également montré la même durée de vie que les batteries neuves.
Ces résultats ont été publiés dans la revue Matériaux et technologies durables.
Contexte. Le recyclage des matériaux cathodiques contenant du cobalt et du nickel a progressé en raison de la demande croissante, mais le recyclage du graphite, un matériau d'anode de batterie lithium-ion courant, n'a pas progressé en raison de la complexité des processus requis pour le recyclage, qui résultent de changements structurels et de dégradation après une utilisation à long terme, présentant des défis de coûts importants.
Cependant, comme les cathodes, les anodes ont un CFP défini et il est nécessaire de le réduire grâce au recyclage, ce qui donne lieu à une demande de développement d'une méthode de recyclage plus simple. Toshiba a développé des batteries avec des anodes en oxyde qui conviennent aux véhicules commerciaux qui devraient être électrifiés à l'avenir, offrant une puissance plus élevée et une durée de vie plus longue que les batteries avec des anodes en graphite. Toshiba a développé une méthode de recyclage qui tire parti des caractéristiques des anodes en oxyde, qui sont plus faciles à recycler que celles en graphite.
Pour recycler les matières actives des batteries, il existe des méthodes telles que le recyclage direct, qui réutilise la matière active tout en conservant sa structure, et des méthodes qui resynthétisent les matières actives après les avoir décomposées en leurs éléments et récupérées. Le recyclage qui consiste à décomposer la matière active en éléments chimiques nécessite de l'énergie pour la resynthétiser en vue de son utilisation, tandis que le recyclage direct ne nécessite pas de resynthèse, ce qui réduit à la fois les coûts et l'impact environnemental, ce qui a stimulé la recherche et le développement ces dernières années.
Caractéristiques de la technologie. Pour répondre à ces besoins, Toshiba a développé une technologie de recyclage direct pour les batteries à anodes en oxyde de haute puissance et de longue durée de vie. Il a été prouvé que cette technologie permet de séparer le matériau actif de la feuille collectrice de courant des électrodes d'anode en oxyde tout en conservant la structure et les propriétés du matériau actif, ce qui permet une réutilisation directe.
Le maintien de la stabilité structurelle du matériau actif pendant le processus de recyclage est important pour obtenir un recyclage direct. Parmi les matériaux d'anode en oxyde, l'anode en oxyde de niobium et de titane (NTO) développée par Toshiba présente une structure de matériau actif stable. Profitant de cette caractéristique, Toshiba a développé une méthode par laquelle le traitement thermique décompose le composant liant qui fixe le NTO dans l'anode, permettant ainsi le décapage de la feuille collectrice de courant et une séparation et une récupération faciles.
De plus, cette méthode permet un traitement à des températures plus basses par rapport aux traitements thermiques généralement utilisés dans le recyclage des électrodes, et le matériau actif récupéré peut être réutilisé directement après élimination des impuretés.
Toshiba a fabriqué des électrodes en utilisant du NTO recyclé à partir de déchets d'électrodes simulés produits lors des processus de fabrication de batteries ainsi que de batteries avec dégradation simulée jusqu'à leur fin de vie. Après avoir évalué leurs performances dans les batteries, il a été confirmé que la capacité du matériau actif, un indicateur de performance du matériau actif, maintient une performance supérieure à 97 %, comparable à celle d'une batterie neuve.
De plus, il a été confirmé que même après des charges et décharges répétées, ces batteries recyclées conservent une capacité équivalente à celle des batteries neuves, garantissant une longue durée de vie.
Développements futurs. Toshiba va tout d’abord se concentrer sur la mise en place de méthodes de recyclage ciblant les déchets tels que les déchets d’électrodes produits dans les usines. En prévision de la phase où les batteries usagées seront récupérées sur le marché, Toshiba souhaite établir un cadre pour l’intégration de matériaux recyclés dans les produits et développer un système de recyclage pour la récupération et le recyclage des cellules anodiques NTO du marché.
Source à partir de Congrès des voitures vertes
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