DE-102024132442-A1 - Verfahren, Vorrichtung Computerprogramm und computerlesbares Speichermedium zur Trennung einer Aktivmaterialschicht von einer Kathodenelektrodenfolie

Abstract

Bei einem Verfahren zur Trennung einer Aktivmaterialschicht von einer Kathodenelektrodenfolie wird eine zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie bereitgestellt, wobei die zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie einen Binder und eine Aktivmaterialschicht aufweist. Die zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie wird in einem Plasmaofen mittels eines Plasmagases behandelt zum Zersetzen des Binders der zerkleinerten Kathodenelektrodenfolie. Die zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie wird während der Behandlung mittels des Plasmagases zusätzlich mechanisch bearbeitet zur Abtrennung der Aktivmaterialschicht von der zerkleinerten Kathodenelektrodenfolie.

Inventors

• Simon Woelfl
• Thomas Schlegl
• Michael Wagner

Assignees

• BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241107

Claims (7)

1. Verfahren zur Trennung einer Aktivmaterialschicht von einer Kathodenelektrodenfolie, bei dem - eine zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie bereitgestellt wird, wobei die zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie einen Binder und eine Aktivmaterialschicht aufweist, - die zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie in einem Plasmaofen mittels eines Plasmagases behandelt wird zum Zersetzen des Binders der zerkleinerten Kathodenelektrodenfolie, - die zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie während der Behandlung mittels des Plasmagases zusätzlich mechanisch bearbeitet wird zur Abtrennung der Aktivmaterialschicht von der zerkleinerten Kathodenelektrodenfolie.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Plasmaofen eine Drehtrommel umfasst und die mechanische Bearbeitung eine Bearbeitung mittels der Drehtrommel umfasst.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mechanische Bearbeitung ein Sieben und/oder Sichten umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Plasmagas Argon und/oder Sauerstoff umfasst.
5. Vorrichtung zur Trennung einer Aktivmaterialschicht von einer Kathodenelektrodenfolie, wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit und einen Plasmaofen umfasst, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
6. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mittels eines Plasmaofens auszuführen.
7. Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mittels eines Plasmaofens auszuführen.

Description

Es wird ein Verfahren zur Trennung einer Aktivmaterialschicht von einer Kathodenelektrodenfolie angegeben. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung zur Trennung einer Aktivmaterialschicht von einer Kathodenelektrodenfolie angegeben. Darüber hinaus wird ein Computerprogramm angegeben. Darüber hinaus wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben. Recycling von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) ist von entscheidender Bedeutung, um die wachsende Nachfrage nach seltenen und kostbaren Rohstoffen zu bewältigen und die Umweltauswirkungen des Batterie-Lebenszyklus zu minimieren. Directrecycling bietet gegenüber herkömmlichen hydro- und pyrometallurgischen Verfahren mehrere Vorteile, wie Energieeffizienz, Kosteneffizienz, Umweltfreundlichkeit und höhere Recycle Raten. Hierfür ist die Ablösung von Elektrodenbeschichtung von den Ableiterfolien notwendig, um eine sortenreine Trennung zu erzielen. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, dazu beizutragen eine Aktivmaterialschicht von einer Kathodenelektrodenfolie zu trennen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Implementierungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Patentansprüche. Zunächst wird das Verfahren zur Trennung einer Aktivmaterialschicht von einer Kathodenelektrodenfolie erläutert. Bei dem Verfahren wird eine zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie bereitgestellt, wobei die zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie einen Binder und eine Aktivmaterialschicht aufweist. Die Kathodenelektrodenfolie wird beispielsweise durch ein Shreddern zerkleinert. Der Binder umfasst insbesondere Polyvinylidenfluorid (PVDF). Die Aktivmaterialschicht umfasst beispielsweise Lithium-Cobaltdioxid (z.B. LiCoO2), Lithium-Mangan (z.B. LiMnO2 / LiMn2O4), Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt (z.B. LiNixMnyCozO2), Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium (z.B. LiNixCoyAlzO2), Lithium-Eisenphosphat (z.B. LiFePO4) und/oder Lithium-Mangan-Eisenphosphat (z.B. LiMnxFeyPO4). Die zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie wird in einem Plasmaofen mittels eines Plasmagases behandelt zum Zersetzen des Binders der zerkleinerten Kathodenelektrodenfolie. Die zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie wird während der Behandlung mittels des Plasmagases zusätzlich mechanisch bearbeitet zur Abtrennung der Aktivmaterialschicht von der zerkleinerten Kathodenelektrodenfolie. Um ein Directrecycling von Elektroden umzusetzen, muss unter anderem die Beschichtung von Elektroden abgelöst und von den Stromableitern getrennt werden. Hierbei soll der Grad der metallischen Verunreinigungen in der abgelösten Beschichtung minimiert werden und gleichzeitig eine Nebenreaktion mit enthaltenen Materialien vermieden werden. Bei thermischen Verfahren zur Zersetzung des enthaltenen Binders wird Fluorwasserstoff (HF) in Form von Gas frei und führt zu unerwünschten Nebenreaktionen. Bei rein mechanischen Prozessen, ohne Binderzersetzung werden jedoch geringere Ablösegrade erzielt begleitet von erhöhten metallischen Verunreinigungen. Gemäß der Erfindung wird sowohl eine Plasmabehandlung als auch eine mechanische Behandlung durchgeführt. Durch die Verwendung eines plasmagestützten Ablöseprozesses kann bei niedriger thermischer Belastung des Materials durch die Erzeugung von Radikalen die Entfernung der H und F Atome in der PVDF Kette ermöglicht werden. Diese können beispielsweise durch kontinuierliches Spülen abtransportiert werden. Dies ermöglicht die Zersetzung des Binders und infolgedessen eine vereinfachte Ablösung des Materials mittels der mechanischen Behandlung bei minimierter Reaktion von HF mit dem Aktivmaterial. Somit kann mittels des Verfahrens eine große Ausbeute beim Recycling erzielt werden und direkt wieder einem Elektroden-Produktionsprozess zugeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Plasmaofen eine Drehtrommel und die mechanische Bearbeitung umfasst eine Bearbeitung mittels der Drehtrommel. Gerade mittels einer Drehtrommel kann eine Plasmabehandlung auf einfache Weise mit einer mechanischen Behandlung kombiniert werden. Die Drehtrommel umfasst insbesondere einen drehbaren teilweise zylinderförmigen und/oder kugelförmigen Körper, in den die zerkleinerte Kathodenelektrodenfolie geschüttet werden kann und in dem diese durch Drehung der Drehtrommel mechanisch bearbeitet werden kann. Der Körper umfasst weiterhin insbesondere einen oder mehrere Siebe, um die Bestandteile der Kathodenelektrodenfolie voneinander zu trennen. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die mechanische Bearbeitung ein Sieben und/oder Sichten. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Plasmagas Argon und/oder Sauerstoff. Gerade Argon und/oder Sauerstoff sind geeignete Plasmagase um die Entfernung der H und F Atome in der PVDF Kette zu ermöglichen und somit den Binder zu zerstören. Die Erfindung zeichnet sich des Weiteren aus durch eine Vorrichtung, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, das beschriebene Verfahren