Untersuchung der Fluorverteilung und -abtrennung in hydrometallurgischen Recyclingprozessen von Lithium-Ionen-Batterien

Die steigende Nachfrage auf dem Gebiet der Lithium-Ionen-Batterien (LIBs), insbesondere im Bereich der Elektromobilität, führt zu einem zunehmenden Bedarf an effizienten und nachhaltigen Recyclingverfahren. Neben der Rückgewinnung strategisch wichtiger Metalle wie Lithium, Nickel, Kobalt und Mangan stellt der Fluorgehalt eine Herausforderung dar. Fluor gelangt vor allem über das Leitsalz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) sowie über fluorhaltige Bindemittel wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) in das Batteriesystem. Im Rahmen des hydrometallurgischen Recyclings kann Fluor in die Laugungslösung übergehen und dort durch die Bildung stabiler Fluoride die Metallrückgewinnung sowie die Produktqualität negativ beeinflussen. Des Weiteren besitzt dieses Halogen gesundheits- sowie umweltgefährdende Eigenschaften. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Fluorverteilung sowie der Einfluss verschiedener Defluorierungsstrategien auf hydrometallurgische Recyclingprozesse von End-of-Life Lithium-Ionen-Batterien. Zu diesem Zweck werden zwei verschiedene Schwarzmassen analysiert, eine pyrolysierte und eine unpyrolysierte Probe. Als Defluorierungsverfahren findet eine mechanochemische Behandlung mit Kalziumoxid in einer Planetenmühle sowie eine nasschemische Defluorierung in alkoholischer Kaliumhydroxidlösung Anwendung. Nach der Vorbehandlung startet der hydrometallurgische Recyclingprozess der Schwarzmassen durch eine Laugung mit Schwefelsäure unter Zusatz von Wasserstoffperoxid als Reduktionsmittel. Die aus der Laugung resultierenden, mit Wertmetallen angereichten, Lösungen werden anschließend mittels mehrstufiger Fällungsprozesse verarbeitet, um Nickel, Kobalt, Mangan und Lithium selektiv aus der Lösung zu extrahieren. Im Rahmen der experimentellen Untersuchung wird die Fluorverteilung in den einzelnen Prozessströmen analysiert, um die Effekte der jeweiligen Vorbehandlung auf die Fluorverteilung zu evaluieren.