Evaluation de la voie pyrochimique pour le recyclage des batteries Li-ion

Evaluation of pyrochemistry in molten salts for recycling Li-ion batteries

• Auteur / Autrice : Patricia Nathaly Ruiz Onofre
• Direction : Anne-Laure Rollet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique et chimie analytique
• Date : Soutenance le 01/10/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physicochimie des électrolytes et nanosystèmes interfaciaux (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Hubert Perrot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Virginie Lair, Laurence Croguennec, Delphine Vantelon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Chamelot, Alexandre Chagnes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrométallurgie

Sels fondus

Accumulateurs -- Recyclage

Batteries lithium-ion

Mots clés libres

Batteries Li-ion

Recyclage

Sels fondus

Electrochimie

Spectroscopie

Caractérisation

Li-ion batteries

Recycling

Molten salts

Electrochemistry

Spectroscopy

Characterization

Résumé

Pour pallier la demande croissante de batteries Li-ion, il existe aujourd’hui le besoin urgent de recycler les composants de ces dispositifs. Recycler les matériaux cathodes qui contiennent des oxydes des métaux de transition est stratégique. Ces trois dernières années les recherches dans ce domaine ont augmenté de manière très significative. Dans le contexte du recyclage des batteries, il existe actuellement deux méthodes utilisées dans l’industrie : l’hydrométallurgie et la pyrométallurgie. L’objectif de ce projet a été de proposer une méthode alternative permettant de recycler les composants organiques et inorganique, en utilisant des mélanges de sels fondus comme milieu réactionnel. Les carbonates et chlorures fondus ont été choisis comme solvants pour leur efficacité dans le traitement des déchets. Le cobalt est un des matériaux critiques dans les batteries, rare sur la planète et toxique. Dans ce projet, nous avons étudié la dissolution et récupération du cobalt dans les carbonates et chlorures fondus. Des techniques électrochimiques (voltammetrie cyclique, chronoampérométrie) et la spectroscopie des rayons X ont été utilisés pour mener les investigations. Les résultats montrent une lente et faible dissolution du cobalt dans les carbonates fondus et il est présent sous la forme de Co (II). Les chlorures fondus ont été choisi comme deuxième alternative de solvant. La dissolution du cobalt et sa récupération ont été réussis dans ce milieu en ajoutant des additifs.

To meet the increasing demands of lithium-ion batteries, there is an urgent need to recycle the batteries components. In particular, electrode materials containing transition metal oxides such as LiCoO2, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, and LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 are of strategic importance. Over the last three years, this field research has rocketed. In the frame of batteries recycling, there are two main methods that are used in industry nowadays: hydrometallurgy and pyrometallurgy. The aim of our research project is to propose an alternative method to recycle organic compounds and metals of electrode materials based on molten salts as reactive medium. Molten carbonates and molten chlorides have been chosen for their great efficiency on wastes treatment. Cobalt is one of the critical raw materials in batteries and it is rare on the Earth-crust and toxic for environment. In this work, we study cobalt dissolution and recovery in molten carbonates and chlorides. Electrochemical techniques (cyclic voltammetry, chronoamperometry) and X-Ray spectroscopy have been used for the investigations. Results show that a low and slow dissolution of cobalt is obtained in molten carbonates and in the form of Co (II). Molten chlorides have been used as a second alternative of solvent. Cobalt dissolution increase and its recovery have been achieved in this solvent when using additives.