Pure Battery Technologies (PBT) hat gemeinsam mit der University of Queensland zwei neuartige Verfahren zur Produktion von Nickel-Mangan-Kobalt-Material entwickelt, das für E-Auto-Batterien verwendet wird. Die neuen Verfahren sollen umweltfreundlich und kostengünstig sein.
Lithium-Ionen-Akkus sind der meistverwendete Batterietyp in Elektroautos. Sie bestehen aus einer Anode, einer Kathode sowie einem Leitmedium. Die Kathode ist eine der teuersten und wichtigsten Komponenten in einer E-Auto (EV)-Batterie. Aufbau, Beschichtung und Qualität der Kathode bestimmen die Energiedichte der gesamten Batterie und damit die Leistungsfähigkeit des E-Autos. In leistungsstarken EV-Batterien werden Nickel-Mangan-Kobalt-Oxide (NMC) als Kathodenmaterial verwendet. Vor allem Nickel und Kobalt werden absehbar immer knapper und teurer. Zugleich steigt der Absatz an E-Autos (EV) und Fahrzeugen mit Hybridantrieb (PHEV) sprunghaft an. Für die Automobil- und Batteriewirtschaft ist die sichere Versorgung mit aktivem Vorläuferkathodenmaterial pCAM daher von entscheidender Bedeutung. Neue Quellen für die Versorgung mit Primärrohstoffen und zugleich das Recycling von Altmaterial werden dabei langfristig eine zentrale Rolle spielen.
In den herkömmlichen Raffinerieprozessen von Metallrohstoffen oder -abfällen, der sogenannten Black Mass, werden die drei Metalle voneinander getrennt, von Unreinheiten befreit und erneut zusammengeführt. Das erfordert Energie, erzeugt CO2 und ist teuer. An diesem Punkt setzen die Verfahren Selective Acid Leaching (SAL) und Combined Leaching (CL) an.
Verfahren der Wahl
In zwei Schritten werden aus den Metallkonzentraten die Verunreinigungen gelöst und gefiltert. Für diese Prozesse kommen geringe Mengen von gängigen und unschädlichen Oxidations- und Reduktionsmitteln zum Einsatz; diese werden am Ende als harmlose Salze wiedergewonnen. Aus dem Nickel- und Kobaltkonzentrat wird dann die passende Mischung für aktives Vorläuferkathodenmaterial pCAM produziert. Dieses kann kundenspezifisch angepasst werden.
Die bisherige Metalltrennung sowie Wiederzusammenführung entfallen und es wird erheblich Energie eingespart. Diese sowie die entfallenen Prozessschritte reduzieren die Kosten und Dauer der Produktion des aktiven Vorläuferkathodenmaterials pCAM.
Verfahren für alle Metallrohstoffe und Metallabfälle geeignet
Die entwickelten Prozesse sind sowohl für die Neuproduktion von Kathodenmaterial geeignet als auch für das Recycling der Black Mass, also dem aus alten Batterien zurückgewonnenen Kathodenabfall. Auch für die meisten künftigen Batterien, die auf der Lithium-Ionen-Technologie basieren, sind die Verfahren einsetzbar.
Vorteile der SAL- und CL-Verfahren in Zahlen
Energie-Einsparung:
Je nach Qualität des Vorprodukts 50% bis 80% weniger Energieverbrauch zur Herstellung von aktivem Vorläuferkathodenmaterial (pCAM). Diese Einsparungen entsprechen circa 4–6 kWh pro kg Nickel.
Niedrigere Prozesskosten:
Der vereinfachte Prozess senkt die Produktionskosten von pCAM erheblich. Kostenreduktion für das batteriefertige Vorläuferkathodenmaterial von US$ 2,50 pro kWh oder circa 5% der Gesamtprozesskosten einer Batteriezelle. Im Recycling eine Kostenreduktion von US$ 2,50 pro kWh oder circa 5% der Gesamtprozesskosten einer Batteriezelle.
Verringerter CO2-Ausstoß:
- 70% bis 85% weniger CO2-Ausstoß bei der Erzeugung von pCAM aus primären Rohstoffen.
- 55% bis 60% weniger CO2 bei der Verarbeitung von Black Mass der Metallabfälle zu pCAM.
- 960 kg weniger CO2-Ausstoß für die Umwandlung von Rohmaterial in batteriefähiges Vorläuferkathodenmaterial für eine 80 kWh-Batterie, die z. B. in einem SUV eingesetzt wird.
- 10% weniger zusätzlicher CO2-Ausstoß im Herstellungsprozess eines E-Autos.
- 30–80% der Batterieemissionen stammen aus der Rohstoffgewinnung.
- 20–30% weniger CO2-Emissionen in der gesamten Wertschöpfungskette.
