La demande de véhicules électriques s’accélérant au niveau mondial, le besoin croissant de batteries au lithium-ion (Li-ion) de haute performance se fait également sentir. Même si les batteries Li-ion jouent un rôle important dans la transition vers des sources d’énergie plus durables, elles doivent être gérées de manière responsable à la fin de leur vie utile.
Figure 1 – Batterie de voiture au lithium-ion usée
Le recyclage approprié des batteries favorise une économie circulaire dans laquelle on conserve les matériaux des batteries pour réduire les déchets et la pollution. Les matériaux extraits peuvent réutilisés dans de nouvelles batteries ou employés pour d’autres applications, ce qui réduit le besoin de matières premières dans les nouvelles productions.
Cette note d’application discute de l’intérêt de recycler les batteries Li-ion, explique le processus de recyclage des batteries et indique comment les analyseurs à fluorescence X (XRF) portables contribuent à la récupération efficace des métaux précieux contenus dans les déchets de batteries.
L’importance du recyclage des batteries Li-ion pour un avenir plus vert
Le recyclage des batteries au lithium-ion est un processus important dans la quête d’un avenir plus durable. De l’alimentation des véhicules électriques jusqu’au stockage de l’énergie renouvelable, ces batteries jouent un rôle central dans la société moderne.
Toutefois, l’élimination inappropriée des batteries pose des problèmes en matière d’environnement et de ressources. Le recyclage des batteries Li-ion a une importance cruciale, car il permet la récupération des métaux précieux comme le lithium (Li), le cobalt* (Co) et le nickel (Ni), laquelle réduit le besoin d’extraction minière des ressources et favorise une économie circulaire. Le recyclage des batteries atténue également l’impact environnemental de ces dernières en empêchant les matières dangereuses qu’elles contiennent de s’infiltrer dans le sol et les sources d’eau, ainsi qu’en réduisant les émissions de gaz à effet de serre associées à la fabrication de nouvelles batteries.
Grâce aux pratiques de recyclage responsables, le cycle de vie des batteries est prolongé, ce qui maximise leur valeur économique et environnementale. Le recyclage des batteries est une pratique essentielle pour créer un paysage énergétique durable, pour préserver les ressources naturelles et pour réduire au minimum les dommages causés à l’environnement.
Le processus de recyclage des batteries Li-ion
Pour parvenir à une récupération efficace des ressources et réduire l’impact environnemental des batteries, plusieurs étapes doivent être suivies dans le processus de recyclage :
- D’abord, les batteries usées sont collectées à différents endroits, notamment dans des agences de recyclage et des installations de collecte de déchets électroniques. Pour éviter toute contamination croisée, elles sont classées en fonction de leur composition chimique, de leur taille et de leur type.
- Ensuite, les batteries passent par une étape de prétraitement au cours de laquelle les électrolytes et les boîtiers ou emballages externes sont retirés. Elles sont complètement déchargées avant la transformation pour éliminer le risque de combustion spontanée. Elles sont préparées pour la transformation, puis mécaniquement déchiquetées ou broyées en petits morceaux. Les composants internes de la batterie étant exposés, on peut extraire et séparer plus efficacement les composants précieux.
- Plusieurs procédés spécialisés sont utilisés pour extraire divers métaux précieux des batteries, notamment le lithium (Li), le cobalt (Co), le nickel (Ni), le plomb (Pb) et le cadmium (Cd) (voir la figure 1). Puisque ces métaux peuvent être recyclés et utilisés pour fabriquer de nouvelles batteries ou d’autres produits, la quantité de ressources devant être extraites des mines est moins grande.
- La récupération des composants en plastique est un autre objectif du recyclage des batteries. Les éléments en plastique peuvent être recyclés ou utilisés comme carburant après avoir été séparés des fragments de batteries, ce qui ouvre la porte à une autre occasion de préservation des ressources.
- L’électrolyte de certaines batteries, comme la cathode des batteries Li-ion (connue sous le nom de « masse noire » ou de « poudre noire »), peut être récupéré à l’aide d’un certain nombre de procédés exclusifs et réutilisé ou traité pour une élimination appropriée. Les composés potentiellement dangereux sont correctement gérés grâce à ce procédé. La cathode des batteries Li-ion (masse noire), qui nécessite un réusinage lors de la fabrication des batteries, peut être récupérée, testée et réutilisée.
- Les réglementations environnementales sont strictement respectées tout au long du processus de recyclage des batteries. Cela se traduit par la réduction au minimum de tout dommage potentiel à l’environnement et à la santé humaine grâce à une élimination appropriée des déchets dangereux, au traitement des eaux usées et au contrôle des émissions.
- La dernière étape consiste à éliminer correctement tous les déchets restants qui ne peuvent être recyclés ou récupérés tout en respectant les lois et réglementations en vigueur.
Figure 2 – Processus de recyclage des batteries au lithium-ion usées
(BAUM, Zachary J., BIRD, Robert E., YU, Xiang et MA, Jia. ACS Energy Letters, 2022 7 [2], 712-719)
Le recyclage des batteries au lithium-ion permet de préserver les ressources rares et de réduire la demande de matières premières, et encourage l’adoption d’une méthode de fabrication et d’élimination des batteries plus respectueuse de l’environnement. Ces efforts de recyclage contribuent à une économie circulaire où les matériaux des batteries restent en circulation le plus longtemps possible.
La façon dont les analyseurs XRF portables contribuent au processus de recyclage des batteries Li-ion
L’utilisation d’un analyseur XRF portable, comme ceux de la série Vanta™ (figure 3), facilite le recyclage des batteries au lithium-ion en permettant aux opérateurs d’analyser la composition élémentaire des échantillons à différentes étapes du processus de recyclage des batteries. Fournissant les résultats sur place, l’analyseur Vanta peut identifier les éléments et les métaux contenus dans les batteries Li-ion, comme le lithium (Li), le cobalt (Co) et le nickel (Ni), et ce, pendant le processus de démontage et de séparation des matériaux, de même que pendant le processus de précipitation. Cette analyse permet de séparer et de classer rapidement différents types de batteries pour que ceux-ci suivent les processus de recyclage appropriés.
Figure 3 – Analyseur XRF à main Vanta
Les analyseurs XRF à main Vanta peuvent également identifier certaines impuretés qui sont nocives pour la santé des consommateurs et pour l’environnement, comme le plomb (Pb) ou le mercure (Hg). Ils fournissent également des résultats de type « acceptation/rejet » et ont des limites de détection basses pour les éléments réglementés afin de faciliter le contrôle de la conformité. De plus, les fonctionnalités optionnelles de caméra et de connectivité sans fil simplifient le processus d’archivage des données. Les analyseurs Vanta sont donc des outils utiles pour évaluer la qualité et la pureté des déchets de batteries Li-ion usées conformément aux réglementations et normes en vigueur. Ainsi, l’utilisation d’analyseurs XRF portables pendant le processus de recyclage des batteries peut améliorer la productivité, faire progresser la durabilité et faciliter la gestion efficace des déchets.
Les résultats d’un analyseur XRF portable pour un échantillon de déchets de batteries Li-ion
La figure 4 montre les résultats fournis par un analyseur XRF Vanta pour un échantillon de déchets de batteries Li-ion (masse noire). Ces résultats montrent que l’analyseur Vanta peut analyser des métaux comme le nickel (Ni), le cobalt (Co), l’aluminium (Al) et le manganèse (Mn) dans la masse noire.
Figure 4 – Résultats chimiques et spectre pour un échantillon de déchets de batteries Li-ion (masse noire)
Cette analyse non destructive engendre rapidement des résultats exacts et ne nécessite qu’une préparation minimale des échantillons. Doté d’une interface utilisateur intuitive et d’un logiciel personnalisable, l’analyseur Vanta est facile comprendre et à utiliser, ce qui se traduit par une haute cadence d’analyses et une productivité accrue.
* Evident est déterminée à rendre la vie des gens plus saine et plus sûre. Nous nous engageons à exercer nos activités de manière responsable et à servir nos marchés conformément aux principes directeurs relatifs aux droits de la personne et des entreprises énoncés par les Nations Unies.
