Einfluss von Lithium-Eisen-Phosphat auf das Recycling von Lithium-Nickel-Kobalt-Manganoxid-Batterien

Der zunehmende Markthochlauf von Elektrofahrzeugen führt zu einem starken Anstieg der Produktion sowie des Rücklaufs von verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien (LIB) mit unterschiedlichen Kathodenmaterialien, abhängig vom jeweiligen Einsatzbereich. Das nachhaltige End-of-Life-Management dieser Batterien stellt aufgrund wachsender Mengen und heterogener Materialzusammensetzungen eine zentrale Herausforderung dar. Insbesondere gemischte Recyclingströme erhöhen die Komplexität der Prozessführung und erfordern selektive, robuste und skalierbare Recyclingrouten. Hydrometallurgische Verfahren ermöglichen grundsätzlich hohe Produktqualitäten und eine gezielte Metallrückgewinnung, reagieren jedoch sensibel auf Verunreinigungen und wechselnde Stoffströme. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss von Lithium-Eisen-Phosphat-(LFP)-Anteilen auf einen hydrometallurgischen Recyclingprozess für Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-(NMC)-Kathodenmaterial untersucht. Hierzu wurden zwei Laugungssysteme einerseits mit Citronensäure (CIT) und andererseits mit Methansulfonsäure (MSA) und einem dreistufigen Fällungskonzept kombiniert, bestehend aus der Oxalsäure-Fällung der Übergangsmetalle, einer Reinigungsfällung sowie der selektiven Lithiumfällung. Das MSA-System zeigt insgesamt höhere und stabilere Laugungseffizienzen für die Wertmetalle Nickel, Mangan und Kobalt und Lithium, während im CIT-System die starke Komplexierung von Eisen durch Citrat-Komplexe, die Selektivität der nachfolgenden Trennschritte beeinträchtigt. Die Oxalsäure-Fällung weist in beiden Systemen eine hohe Selektivität für Ni, Mn und Co auf. Die Reinigungsfällung zeigt im MSA-System eine deutlich höhere Wirksamkeit, da Eisen bis etwa pH 8 effizient abgetrennt und Phosphate gebunden werden können. Dadurch kommt es zur Begünstigung der anschließenden Lithiumfällung mit einer höheren Produktreinheit. Mit steigendem LFP-Anteil, insbesondere ab etwa 10¿20 %, verstärken sich jedoch Komplexierungseffekte, Mitfällungen sowie die Stabilisierung unerwünschter Metallverbindungen, wodurch die Selektivität der Fällungs- und Reinigungsstufen ohne gezielte Prozessanpassungen sinkt. Auf Grundlage der erzielten Ergebnisse lassen sich prozessseitige Optimierungsansätze ableiten ¿ unter anderem hinsichtlich Säurewahl, pH-Führung, Reaktionszeit, Temperatur und Fällungsmitteltyp, um die Metallrückgewinnung zu maximieren und zugleich die Umweltwirkungen der hydrometallurgischen Prozesskette zu verringern.