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WO2025125752A1 - Methods for purifying and regenerating battery-electrode active materials - Google Patents

Methods for purifying and regenerating battery-electrode active materials Download PDF

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Publication number
WO2025125752A1
WO2025125752A1 PCT/FR2024/051637 FR2024051637W WO2025125752A1 WO 2025125752 A1 WO2025125752 A1 WO 2025125752A1 FR 2024051637 W FR2024051637 W FR 2024051637W WO 2025125752 A1 WO2025125752 A1 WO 2025125752A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
active material
aluminum
impurities
copper
purified
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/FR2024/051637
Other languages
French (fr)
Inventor
Emmanuel BILLY
Sandrine BARTHELEMY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orano SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Orano SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Orano SA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of WO2025125752A1 publication Critical patent/WO2025125752A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/54Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B15/00Obtaining copper
    • C22B15/0063Hydrometallurgy
    • C22B15/0065Leaching or slurrying
    • C22B15/0078Leaching or slurrying with ammoniacal solutions, e.g. ammonium hydroxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00Obtaining aluminium
    • C22B21/0015Obtaining aluminium by wet processes
    • C22B21/0023Obtaining aluminium by wet processes from waste materials
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    • C22B3/04Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes by leaching
    • C22B3/12Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes by leaching in inorganic alkaline solutions
    • C22B3/14Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes by leaching in inorganic alkaline solutions containing ammonia or ammonium salts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84Recycling of batteries or fuel cells

Definitions

  • the invention is particularly interesting because it makes it possible to obtain an active material free of impurities and with an intact crystallographic structure.
  • the material can be directly reused.
  • the electrolyte consists of lithium salts (LiPFe, LiBF4, UCF3SO3, LiCIO J solubilized in an organic base consisting of mixtures of binary or ternary solvents based on cyclic carbonates (ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate), linear or branched (dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dimethoxyethane) in various proportions.
  • Thermal methods are based on pyrometallurgical processes that involve heating residues to high temperatures to separate metals in the form of slag or alloys. These processes are energy-intensive, requiring temperatures as high as 1400°C. While they are highly effective at separating cobalt, nickel, and copper, it is difficult to recover manganese and lithium.
  • document CN 104 157 926 A describes a process for recycling a lithium battery, not an active electrode material. This process involves two stages of alkaline leaching using soda, followed by a stage in which a sulfuric acid solution is added to recover the aluminum. However, copper is not recovered selectively but together with the aluminum, during the recovery of cobalt.
  • US 2016/049700 A1 describes a method for removing copper and aluminum from an electrode material, the method being intended to simultaneously achieve complete dissolution of the copper and aluminum from the recycled electrode material, while preserving the chemical and physical state of the active electrode material.
  • This method involves a reaction step with an aqueous solution having a pH greater than 10 and comprising a base such as sodium hydroxide, an oxidizing agent such as oxygen, and a complexing agent such as ammonium hydroxide.
  • An aim of the present invention is to propose a method for recycling active materials (metal oxide type) from battery or accumulator electrodes, in particular Li-ion type batteries or accumulators, and in particular a method for removing metal impurities (Al, Cu) from these materials, without dissolution or structural damage to the mixed oxides.
  • the present invention provides a method for purifying an active battery electrode material comprising the following steps: a) providing an active material to be purified comprising a metal oxide, aluminum impurities and copper impurities, b) dissolving the aluminium impurities by immersing the active material to be purified in a sodium hydroxide solution at a concentration chosen at an effective value to obtain a dissolution of the aluminium impurities, whereby an active material free of aluminium impurities is obtained, and c) dissolving the copper impurities by immersing the active material to be purified in an ammonia solution at a pH having an effective value to obtain a dissolution of the copper impurities, whereby an active material free of copper impurities is obtained, whereby a purified active material is obtained.
  • the invention differs fundamentally from the prior art, not only by the implementation of two distinct stages of selective dissolution of impurities originating essentially from the current collectors, but also by the nature of the chemistry and the operating conditions implemented during these stages.
  • the metallic impurities of aluminum and copper are dissolved in ionic and soluble form while the metal oxide is not dissolved or crystallographically modified.
  • the active material in solid form, free of aluminum impurities and free of copper impurities, is thus easily recovered.
  • the active material thus purified can then be reused in a new battery or accumulator.
  • the temperature is between 20 and 80°C, preferably between 40 and 60°C.
  • the ammonia solution is buffered with carbonates, preferably ammonium carbonates.
  • carbonates are stable in the pH range of step c).
  • hydrogen peroxide is added to the ammonia solution.
  • the method allows recycling one or more active materials from battery electrodes, preferably active materials from Li-ion batteries.
  • these are positive electrode active materials.
  • they could be negative electrode active materials.
  • the active material(s) are metal oxides which may be lithiated metal oxides, such as lithiated metal oxides selected from LiFePO4 (LFP), LiCoO? (lithium cobalt oxide (LCO)), LiMnOz, LiNiOz, LiNiCoAIOz (nickel-cobalt-aluminum (NCA)) and LiNi x Mn y Co z Oz (NMC (nickel-manganese-cobalt)).
  • the NMC material may have different ratios of nickel, cobalt and manganese. For example, the ratio may be 1/1/1, 5/3/2, 6/2/2, 8/1/1 or 9/0.5/0.5.
  • the metal oxide is chosen from NMC, LFP and NCA.
  • the invention also relates to a method for regenerating a used battery electrode active material.
  • Relithiation step (2) corresponds to step d) mentioned above and typically comprises one or more heat treatments, at least one of the heat treatments being carried out in the presence of a lithium source.
  • FIG. 1 is a graph showing the atomic percentage of elements Mn, Co, Ni and Al as a function of the distance from the external surface of a cathode particle of type NMC 8/1/1 (shown in the image in the inset of Figure 1); the values are obtained by energy dispersive X-ray microanalysis with a scanning transmission electron microscope (STEM-EDX),
  • FIG. 2A represents a snapshot obtained using a scanning transmission electron microscope of an NMC 8/1/1 particle after treatment
  • Figure 2B, Figure 2C and Figure 2D are elemental analyses, respectively of the elements Ni, Mn, and Co, carried out on the particle of Figure 2A and obtained by dark field annular imaging.
  • DETAILED DESCRIPTION OF SPECIFIC EMBODIMENTS are elemental analyses, respectively of the elements Ni, Mn, and Co, carried out on the particle of Figure 2A and obtained by dark field annular imaging.
  • this is a material for inserting lithium ions. More specifically, it can be a lithiated metal oxide, such as a UMO2 type lamellar oxide, a LiMP ⁇ 4 phosphate with an olivine structure or a spinel compound LiMn2O4, with M representing a transition metal.
  • a positive electrode made of UC0O2, LiMnO?, LiNiO?, LiNiCoAIOz, LisNiMnCoOe, LiNixCoi-x O2 (with 0 ⁇ x ⁇ l) or LiFePO/i will be chosen.
  • the purification process includes a step of selective dissolution of aluminum and then a step of selective dissolution of copper (or vice versa). These two steps ensure the dissolution of the impurity elements (Al and Cu). Preferably, all impurities are dissolved.
  • the duration of this step is, for example, between 5 minutes and 1 hour. It is preferably carried out at room temperature (typically between 20 and 25°C).
  • the particles are spherical.
  • the atomic composition of an NMC particle with an atomic ratio of 8/1/1 has been characterized ( Figure 1).
  • Such particles contain about 2 at% aluminum.
  • the aluminum is distributed homogeneously between the outer surface and the core of the particle.
  • the particles do not have a surface coating.
  • the aluminum acts as a dopant.
  • Such doping is common in the field of Li-ion batteries.
  • the presence of aluminum as a structural component is a fundamental element that must be taken into account in the analysis of the chemical processing. This aluminum as a dopant is not an impurity unlike the aluminum from the current collector.
  • the aluminum (0.856% by mass) comes from the aluminum collectors (0.685% by mass) and doping (the remainder, 0.171% by mass).
  • the aluminum from the aluminum collectors must be selectively removed from the metal oxide.
  • the purification process is carried out on this mixture of metal oxides including aluminum impurities and copper impurities.
  • the process includes the steps in the following order:
  • the purification process does not aim to remove the aluminum constituting the structure of the cathode material (doping aluminum), but only to remove the aluminum impurities from the collectors (0.685% by mass of aluminum).
  • the material is treated in a 2 mol/L sodium hydroxide solution, with a solid/liquid ratio of 10% by mass.
  • the reaction takes place for 1 h, at a temperature of 50 °C, with stirring at 400 rpm.
  • Stirring is carried out using a 4-blade inclined turbine equipped with a PTFE scraper.
  • the reactor is equipped with PTFE counter-blades to increase turbulence.

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Abstract

The invention relates to a method for purifying a battery-electrode active material, comprising the following steps: a) providing an active material to be purified, wherein the active material to be purified comprises a metal oxide, aluminum impurities and copper impurities, b) dissolving the aluminum impurities by immersing the active material to be purified in a soda solution at a concentration selected at an effective value to achieve dissolution of the aluminum impurities, and c) dissolving the copper impurities by immersing the active material to be purified in an ammonia solution having an effective value to achieve dissolution of the copper impurities, whereby a purified active material is obtained. The invention also relates to a method for regenerating a spent battery-electrode active material that employs this purification method.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION

PROCEDES DE PURIFICATION ET DE REGENERATION DE MATERIAUX ACTIFS D'ELECTRODES DE BATTERIE METHODS FOR PURIFYING AND REGENERING ACTIVE MATERIALS OF BATTERY ELECTRODES

DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL FIELD

La présente invention se rapporte au domaine général du recyclage des accumulateurs ou batteries, en particulier des accumulateurs ou batteries Li-ion. The present invention relates to the general field of recycling accumulators or batteries, in particular Li-ion accumulators or batteries.

L'invention concerne un procédé permettant de purifier et/ou de régénérer les matériaux actifs de type oxyde mixte métallique de tels dispositifs. The invention relates to a method for purifying and/or regenerating the mixed metal oxide active materials of such devices.

L'invention est particulièrement intéressante puisqu'elle permet d'obtenir un matériau actif dépourvu d'impuretés et ayant une structure cristallographique intacte. Le matériau peut être directement réutilisé. The invention is particularly interesting because it makes it possible to obtain an active material free of impurities and with an intact crystallographic structure. The material can be directly reused.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE STATE OF THE PRIOR ART

Le marché des accumulateurs (ou batteries), en particulier de type Li-ion, est aujourd'hui en forte croissance notamment avec le développement des applications nomades ("smartphone", outillage électroportatif...) et avec l'émergence des véhicules électriques et hybrides. The market for accumulators (or batteries), particularly Li-ion batteries, is currently experiencing strong growth, particularly with the development of mobile applications ("smartphones", portable power tools, etc.) and with the emergence of electric and hybrid vehicles.

Les accumulateurs lithium-ion comprennent une électrode négative, une électrode positive, un séparateur, un électrolyte et un boîtier ("casing") qui peut être une poche en polymère, ou un emballage métallique. L'électrode négative comprend généralement du graphite, mélangé à un liant de type carboxyméthylcellulose (CMC) ou polyfluorure de vinylidène (PVDF), et déposé sur une feuille de cuivre jouant le rôle de collecteur de courant. L'électrode positive est un matériau d'insertion d'ions lithium, typiquement un oxyde mixte de lithium (par exemple, LiCoO?, LiMnO?, LisNiMnCoOe, LiFePO/i), mélangé à un liant de type polyfluorure de vinylidène, et déposé sur une feuille d'aluminium jouant le rôle de collecteur de courant. L'électrolyte est constitué de sels de lithium (LiPFe, LiBF4, UCF3SO3, LiCIO J solubilisés dans une base organique constituée de mélanges de solvants binaires ou ternaires à base de carbonates cycliques (carbonate d'éthylène, carbonate de propylène, carbonate de butylène), linéaires ou ramifiés (carbonate de diméthyle, carbonate de diéthyle, carbonate d'éthyle méthyle, diméthoxyéthane) en proportions diverses. Lithium-ion batteries comprise a negative electrode, a positive electrode, a separator, an electrolyte and a casing which can be a polymer pouch, or a metal wrapper. The negative electrode generally comprises graphite, mixed with a binder such as carboxymethylcellulose (CMC) or polyvinylidene fluoride (PVDF), and deposited on a copper foil acting as a current collector. The positive electrode is a lithium ion insertion material, typically a lithium mixed oxide (e.g., LiCoO?, LiMnO?, LisNiMnCoOe, LiFePO/i), mixed with a binder such as polyvinylidene fluoride, and deposited on an aluminum foil acting as a current collector. The electrolyte consists of lithium salts (LiPFe, LiBF4, UCF3SO3, LiCIO J solubilized in an organic base consisting of mixtures of binary or ternary solvents based on cyclic carbonates (ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate), linear or branched (dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dimethoxyethane) in various proportions.

Le fonctionnement est le suivant : lors de la charge, le lithium se désintercale du matériau actif de l'électrode positive et s'insère dans le matériau actif de l'électrode négative. Lors de la décharge, le processus est inversé. The way it works is as follows: when charging, the lithium deintercalates from the active material of the positive electrode and inserts itself into the active material of the negative electrode. When discharging, the process is reversed.

Étant donné les enjeux environnementaux, économiques et stratégiques en approvisionnement de certains métaux présents dans les batteries, il est nécessaire de recycler au moins 50 % des matériaux contenus dans les piles Li-ion et accumulateurs (directive 2006/66/CE). En effet, les batteries arrivées en fin de vie représentent une source importante de matériaux d'intérêts (Co, Ni, Li, etc.) communément appelée mine urbaine. Ces éléments sont essentiellement présents dans les électrodes et plus particulièrement dans les matériaux d'électrode positive des batteries Li-ion. Given the environmental, economic and strategic challenges in the supply of certain metals present in batteries, it is necessary to recycle at least 50% of the materials contained in Li-ion batteries and accumulators (Directive 2006/66/EC). Indeed, end-of-life batteries represent a significant source of materials of interest (Co, Ni, Li, etc.) commonly called urban mining. These elements are mainly present in the electrodes and more particularly in the positive electrode materials of Li-ion batteries.

Actuellement, il existe une grande variété d'approches pour recycler le contenu des batteries. Les industriels utilisent en général une combinaison de méthodes physiques, thermiques et chimiques pour récupérer séparément les éléments de valeurs. Currently, there are a wide variety of approaches for recycling battery contents. Manufacturers typically use a combination of physical, thermal, and chemical methods to separately recover valuable components.

Les méthodes physiques consistent, notamment, à démanteler, broyer et tamiser les batteries. Physical methods include dismantling, crushing and screening batteries.

Les méthodes thermiques sont basées sur des procédés pyrométallurgiques consistant à chauffer les résidus à haute température pour séparer les métaux sous forme de scories ou d'alliages. Ces procédés sont énergivores, exigeant des températures pouvant atteindre 1400 °C. Même s'ils sont très efficaces pour séparer le cobalt, le nickel et le cuivre, il est difficile de valoriser le manganèse et le lithium. Thermal methods are based on pyrometallurgical processes that involve heating residues to high temperatures to separate metals in the form of slag or alloys. These processes are energy-intensive, requiring temperatures as high as 1400°C. While they are highly effective at separating cobalt, nickel, and copper, it is difficult to recover manganese and lithium.

La mise en œuvre des procédés chimiques est ensuite nécessaire pour récupérer les éléments de valeurs sous une forme pure. Les procédés chimiques sont des procédés hydrométallurgiques qui reposent sur l'utilisation de réactifs en phase liquide pour dissoudre ou faire précipiter les métaux. La lixiviation traditionnelle utilise généralement de puissants acides. Ensuite, diverses méthodes et différents réactifs chimiques peuvent être utilisés pour la séparation des différents éléments, l'objectif étant de séparer individuellement les éléments présents pour pouvoir ensuite les recycler. Les différents éléments et matériaux récupérés doivent avoir un haut degré de pureté, et donc être exempts de métaux contaminants. Les contaminants peuvent être de l'aluminium et du cuivre provenant des collecteurs de courant ainsi que du fer pouvant provenir du boîtier lorsque celui-ci est en acier ou de pollutions résultant des procédés de recyclage. En effet, si ces éléments ne sont pas éliminés, ils auront un impact négatif sur les performances de cyclage et la densité énergétique du produit recyclé. Chemical processes are then required to recover the valuable elements in a pure form. Chemical processes are hydrometallurgical processes that rely on the use of liquid-phase reagents to dissolve or precipitate metals. Traditional leaching typically uses strong acids. Various methods and chemical reagents can then be used to separate the various elements, with the goal of individually separating the elements present for subsequent recycling. The various recovered elements and materials must have a high degree of purity, and therefore be free of contaminating metals. Contaminants can include aluminum and copper from current collectors, as well as iron from the casing when it is made of steel, or pollution resulting from recycling processes. Indeed, if these elements are not eliminated, they will have a negative impact on the cycling performance and energy density of the recycled product.

Le fer peut être facilement éliminé en exploitant ses propriétés magnétiques. Iron can be easily removed by exploiting its magnetic properties.

Concernant l'aluminium et le cuivre, la manière la plus efficace d'isoler ces éléments des oxydes métalliques (NMC, LFP, etc.) est de les dissoudre sélectivement vis-à- vis de ces oxydes métalliques, étant entendu que l'ensemble des étapes doit être réalisé en gardant la structure cristallographique du matériau actif. Concerning aluminum and copper, the most efficient way to isolate these elements from metal oxides (NMC, LFP, etc.) is to dissolve them selectively with respect to these metal oxides, it being understood that all the steps must be carried out while maintaining the crystallographic structure of the active material.

Par exemple, le document CN 104 157 926 A décrit un procédé de recyclage d'une batterie au lithium, et non d'un matériau actif d'électrode. Ce procédé met en œuvre deux étapes de lixiviation alcaline au moyen de soude puis une étape au cours de laquelle on ajoute une solution d'acide sulfurique pour récupérer l'aluminium. Par contre, le cuivre n'est pas récupéré sélectivement mais conjointement avec l'aluminium, lors de la récupération du cobalt. For example, document CN 104 157 926 A describes a process for recycling a lithium battery, not an active electrode material. This process involves two stages of alkaline leaching using soda, followed by a stage in which a sulfuric acid solution is added to recover the aluminum. However, copper is not recovered selectively but together with the aluminum, during the recovery of cobalt.

Le document US 2016/049700 Al décrit un procédé d'élimination du cuivre et de l'aluminium d'un matériau d'électrode visant à obtenir simultanément la dissolution complète du cuivre et de l'aluminium à partir du matériau d'électrode recyclé, tout en préservant l'état chimique et physique du matériau actif d'électrode. Ce procédé met en œuvre une étape de réaction avec une solution aqueuse qui présente un pH supérieur à 10 et qui comprend une base telle que de la soude, un agent oxydant tel que l'oxygène et un agent complexant tel que l'hydroxyde d'ammonium. US 2016/049700 A1 describes a method for removing copper and aluminum from an electrode material, the method being intended to simultaneously achieve complete dissolution of the copper and aluminum from the recycled electrode material, while preserving the chemical and physical state of the active electrode material. This method involves a reaction step with an aqueous solution having a pH greater than 10 and comprising a base such as sodium hydroxide, an oxidizing agent such as oxygen, and a complexing agent such as ammonium hydroxide.

Le brevet US 10,103,413 B2 décrit un procédé pour éliminer le cuivre et l'aluminium d'un matériau d'électrode provenant de batteries lithium-ion usagées. Le procédé comprend une étape au cours de laquelle le matériau actif d'électrode comprenant du cuivre et de l'aluminium à éliminer est mis en contact avec une solution aqueuse contenant une base (de type LiOH, NaOH, KOH ou Ca(OH)z), un agent oxydant de type dioxygène (O2), et un agent complexant (de type NH4OH à une concentration allant de 1 à 10 mol.L -1). La solution est à un pH supérieur à 10 et préférentiellement supérieur à 11. US Patent 10,103,413 B2 describes a method for removing copper and aluminum from an electrode material from used lithium-ion batteries. The method comprises a step in which the electrode active material comprising copper and aluminum to be removed is brought into contact with an aqueous solution containing a base (such as LiOH, NaOH, KOH or Ca(OH)z), an oxidizing agent of dioxygen type (O2), and a complexing agent (NH4OH type at a concentration ranging from 1 to 10 mol.L -1 ). The solution is at a pH greater than 10 and preferably greater than 11.

Cependant, d'une part, la durée du traitement est très longue (12 heures dans les exemples) et, d'autre part, l'aluminium et le cuivre sont dissous simultanément, ce qui nécessite des étapes de séparation ultérieures pour récupérer individuellement ces éléments et impacte donc les coûts du procédé. However, on the one hand, the treatment time is very long (12 hours in the examples) and, on the other hand, aluminum and copper are dissolved simultaneously, which requires subsequent separation steps to recover these elements individually and therefore impacts the process costs.

La demande internationale WO 2021/161316 Al décrit un procédé hydrométallurgique de récupération du lithium et des métaux de transition contenus dans une électrode positive de batteries Li-ion. Le procédé comprend une phase de dissolution du lithium présent dans le matériau d'électrode au moyen d'une solution alcaline (avec NaOH et NH4OH) à un pH supérieur à 12. International application WO 2021/161316 A1 describes a hydrometallurgical process for recovering lithium and transition metals contained in a positive electrode of Li-ion batteries. The process comprises a phase of dissolving the lithium present in the electrode material by means of an alkaline solution (with NaOH and NH4OH) at a pH greater than 12.

Cependant, dans de telles conditions, l'aluminium se dissout également. Une étape de prétraitement est donc mise en œuvre. Cette étape de prétraitement consiste à mettre en contact le matériau d'électrode avec solution acide (acide chlorhydrique) afin de rendre plus facilement accessible le lithium. However, under such conditions, aluminum also dissolves. A pretreatment step is therefore implemented. This pretreatment step consists of bringing the electrode material into contact with an acid solution (hydrochloric acid) in order to make the lithium more easily accessible.

Les exemples montrent l'absence de dissolution de Co, Mn et Ni. Cependant, ce document ne mentionne pas la présence d'impuretés de cuivre, ni la structure cristallographique du matériau actif obtenu. The examples show the absence of dissolution of Co, Mn and Ni. However, this document does not mention the presence of copper impurities, nor the crystallographic structure of the active material obtained.

EXPOSÉ DE L'INVENTION STATEMENT OF THE INVENTION

Un but de la présente invention est de proposer un procédé permettant de recycler les matériaux actifs (de type oxyde métallique) des électrodes de batteries ou accumulateurs, notamment de batteries ou accumulateurs de type Li-ion, et en particulier un procédé permettant d'éliminer les impuretés métalliques (Al, Cu) de ces matériaux, sans dissolution, ni endommagement structural des oxydes mixtes. An aim of the present invention is to propose a method for recycling active materials (metal oxide type) from battery or accumulator electrodes, in particular Li-ion type batteries or accumulators, and in particular a method for removing metal impurities (Al, Cu) from these materials, without dissolution or structural damage to the mixed oxides.

Pour cela, la présente invention propose un procédé de purification d'un matériau actif d'électrode de batterie comprenant les étapes suivantes : a) fournir un matériau actif à purifier comprenant un oxyde métallique, des impuretés d'aluminium et des impuretés de cuivre, b) dissoudre les impuretés d'aluminium en plongeant le matériau actif à purifier dans une solution de soude à une concentration choisie à une valeur efficace pour obtenir une dissolution des impuretés d'aluminium, moyennant quoi on obtient un matériau actif dépourvu d'impuretés d'aluminium, et c) dissoudre les impuretés de cuivre en plongeant le matériau actif à purifierdans une solution d'ammoniaque à un pH présentant une valeur efficace pour obtenir une dissolution des impuretés de cuivre, moyennant quoi on obtient un matériau actif dépourvu d'impuretés de cuivre, moyennant quoi un matériau actif purifié est obtenu. For this, the present invention provides a method for purifying an active battery electrode material comprising the following steps: a) providing an active material to be purified comprising a metal oxide, aluminum impurities and copper impurities, b) dissolving the aluminium impurities by immersing the active material to be purified in a sodium hydroxide solution at a concentration chosen at an effective value to obtain a dissolution of the aluminium impurities, whereby an active material free of aluminium impurities is obtained, and c) dissolving the copper impurities by immersing the active material to be purified in an ammonia solution at a pH having an effective value to obtain a dissolution of the copper impurities, whereby an active material free of copper impurities is obtained, whereby a purified active material is obtained.

Les étapes b) et c) peuvent être réalisées dans l'ordre b) puis c) ou dans l'ordre c) puis b). Steps b) and c) can be performed in the order b) then c) or in the order c) then b).

Le procédé de purification selon l'invention peut, en outre, comprendre une étape additionnelle de rinçage entre les étapes b) et c) ou entre les étapes c) et b) et/ou une étape additionnelle de rinçage à l'issue de l'étape c) ou à l'issue de l'étape b). The purification process according to the invention may, in addition, comprise an additional rinsing step between steps b) and c) or between steps c) and b) and/or an additional rinsing step at the end of step c) or at the end of step b).

L'invention se distingue fondamentalement de l'art antérieur, non seulement par la mise en œuvre de deux étapes distinctes de dissolution sélective des impuretés provenant essentiellement des collecteurs de courant, mais aussi par la nature de la chimie et des conditions opératoires mises en œuvre lors de ces étapes. The invention differs fundamentally from the prior art, not only by the implementation of two distinct stages of selective dissolution of impurities originating essentially from the current collectors, but also by the nature of the chemistry and the operating conditions implemented during these stages.

Avec un tel procédé, les impuretés métalliques d'aluminium et de cuivre sont dissoutes sous forme ionique et soluble tandis que l'oxyde métallique n'est pas dissous, ni modifié sur le plan cristallographique. With such a process, the metallic impurities of aluminum and copper are dissolved in ionic and soluble form while the metal oxide is not dissolved or crystallographically modified.

Le matériau actif, sous forme solide, dépourvu d'impuretés d'aluminium et dépourvu d'impuretés de cuivre, est ainsi facilement récupéré. The active material, in solid form, free of aluminum impurities and free of copper impurities, is thus easily recovered.

Le matériau actif ainsi purifié peut ensuite être réutilisé dans une nouvelle batterie ou un nouvel accumulateur. The active material thus purified can then be reused in a new battery or accumulator.

Le matériau actif soumis au procédé de purification selon l'invention peut être un matériau actif, c'est-à-dire un matériau actif d'électrode de batterie usagée. Ce matériau actif peut également provenir d'un déchet ("scrap") ou encore d'un matériau neuf considéré comme un rebut. Dans une variante avantageuse, et notamment lorsque le matériau actif est un matériau actif d'électrode de batterie usagée, en particulier du type lithium-ion et, par exemple, un oxyde métallique lithié, le procédé de purification selon l'invention comporte, après la mise en œuvre des étapes b) puis c), ou c) puis b), une étape d) de relithiation du matériau actif purifié par chauffage de celui-ci en présence d'une source de lithium, moyennant quoi on obtient un matériau actif régénéré. The active material subjected to the purification process according to the invention may be an active material, i.e. an active material from a used battery electrode. This active material may also come from waste ("scrap") or from a new material considered as waste. In an advantageous variant, and in particular when the active material is an active material of a used battery electrode, in particular of the lithium-ion type and, for example, a lithiated metal oxide, the purification method according to the invention comprises, after the implementation of steps b) then c), or c) then b), a step d) of relithiation of the purified active material by heating it in the presence of a lithium source, whereby a regenerated active material is obtained.

Un tel matériau actif ainsi régénéré présente de bonnes propriétés électrochimiques, comparables à celle d'un matériau neuf. Such an active material thus regenerated has good electrochemical properties, comparable to those of a new material.

Avantageusement, lors de l'étape b), la solution de soude a une concentration comprise entre 1 et 4 mol/L. Advantageously, during step b), the sodium hydroxide solution has a concentration of between 1 and 4 mol/L.

Avantageusement, lors de l'étape b), le rapport solide/liquide, qui correspond au rapport entre la masse de matériau actif à purifier (kg) et le volume de solution de soude (L), est compris entre 5 et 30 %, de préférence entre 10 et 20 %. Advantageously, during step b), the solid/liquid ratio, which corresponds to the ratio between the mass of active material to be purified (kg) and the volume of sodium hydroxide solution (L), is between 5 and 30%, preferably between 10 and 20%.

Avantageusement, lors de l'étape b), la température est comprise entre 20 et 80 °C, de préférence entre 40 et 60 °C. Advantageously, during step b), the temperature is between 20 and 80°C, preferably between 40 and 60°C.

Avantageusement, l'étape c) est réalisée à un pH compris entre 8,5 et 9,9, avantageusement compris entre 9 et 9,7, de préférence entre 9 et 9,5. Advantageously, step c) is carried out at a pH between 8.5 and 9.9, advantageously between 9 and 9.7, preferably between 9 and 9.5.

Avantageusement, la solution d'ammoniaque est tamponnée avec des carbonates, de préférence des carbonates d'ammonium. Les carbonates sont stables dans la gamme de pH de l'étape c). Advantageously, the ammonia solution is buffered with carbonates, preferably ammonium carbonates. The carbonates are stable in the pH range of step c).

Avantageusement, lors de l'étape c), le rapport solide/liquide est compris entre 5 et 30 %, de préférence entre 10 et 20 %. Le rapport solide/liquide correspond au rapport entre la masse de matériau traité (kg) et le volume de solution d'ammoniaque (L). Advantageously, during step c), the solid/liquid ratio is between 5 and 30%, preferably between 10 and 20%. The solid/liquid ratio corresponds to the ratio between the mass of treated material (kg) and the volume of ammonia solution (L).

Avantageusement, du peroxyde d'hydrogène est ajouté dans la solution d'ammoniaque. Advantageously, hydrogen peroxide is added to the ammonia solution.

Le procédé permet de recycler un ou plusieurs matériaux actifs des électrodes de batterie, de préférence les matériaux actifs des batteries Li-ion. De préférence, il s'agit de matériaux actifs d'électrode positive. Selon une autre variante, il pourrait s'agir de matériaux actifs d'électrode négative. Le ou les matériaux actifs sont des oxydes métalliques pouvant être des oxydes métalliques lithiés, tels que des oxydes métalliques lithiés choisis parmi LiFePO4 (LFP), LiCoO? (oxyde de cobalt lithié (LCO)), LiMnOz, LiNiOz, LiNiCoAIOz (nickel-cobalt- aluminium (NCA)) et LiNixMnyCozOz (NMC (nickel-manganèse-cobalt)). Le matériau NMC peut présenter différents rapports en nickel, cobalt et manganèse. Par exemple, le rapport peut être 1/1/1, 5/3/2, 6/2/2, 8/1/1 ou 9/0, 5/0, 5. The method allows recycling one or more active materials from battery electrodes, preferably active materials from Li-ion batteries. Preferably, these are positive electrode active materials. Alternatively, they could be negative electrode active materials. The active material(s) are metal oxides which may be lithiated metal oxides, such as lithiated metal oxides selected from LiFePO4 (LFP), LiCoO? (lithium cobalt oxide (LCO)), LiMnOz, LiNiOz, LiNiCoAIOz (nickel-cobalt-aluminum (NCA)) and LiNi x Mn y Co z Oz (NMC (nickel-manganese-cobalt)). The NMC material may have different ratios of nickel, cobalt and manganese. For example, the ratio may be 1/1/1, 5/3/2, 6/2/2, 8/1/1 or 9/0.5/0.5.

Avantageusement, l'oxyde métallique est choisi parmi NMC, LFP et NCA.Advantageously, the metal oxide is chosen from NMC, LFP and NCA.

Comme indiqué ci-dessus, l'invention se rapporte également à un procédé de régénération d'un matériau actif d'électrode de batterie usagée. As indicated above, the invention also relates to a method for regenerating a used battery electrode active material.

Selon l'invention, ce procédé de régénération comprend les étapes (1) et (2) suivantes : According to the invention, this regeneration method comprises the following steps (1) and (2):

(1) la purification du matériau actif par le procédé tel que défini ci-dessus, et(1) the purification of the active material by the process as defined above, and

(2) la relithiation du matériau actif purifié à l'étape (1), moyennant quoi un matériau actif régénéré est obtenu. (2) relithiating the active material purified in step (1), whereby a regenerated active material is obtained.

L'étape (2) de relithiation correspond à l'étape d) mentionnée ci-dessus et comprend typiquement un ou plusieurs traitements thermiques, l'un au moins des traitements thermiques étant réalisé en présence d'une source de lithium. Relithiation step (2) corresponds to step d) mentioned above and typically comprises one or more heat treatments, at least one of the heat treatments being carried out in the presence of a lithium source.

Les procédés de purification et de régénération selon l'invention présentent de nombreux avantages : The purification and regeneration processes according to the invention have numerous advantages:

- avoir un faible coût de traitement, - have a low processing cost,

- avoir un faible impact environnemental (car un très faible volume d'effluents est formé), - have a low environmental impact (because a very low volume of effluent is formed),

- éviter la formation de sels métalliques, - avoid the formation of metallic salts,

- obtenir une dissolution sélective du cuivre (absence de co-élément comme l'aluminium) : le cuivre est ainsi récupéré sous une forme pure à forte valeur ajoutée, - obtain a selective dissolution of copper (absence of co-element such as aluminum): the copper is thus recovered in a pure form with high added value,

- une cinétique rapide de dissolution du cuivre à température ambiante avec des conditions de pH et des conditions oxydantes adaptées, - utiliser une solution tampon présentant une bonne stabilité, ce qui évite de mettre en œuvre un asservissement du pH, facilitant ainsi la mise en place d'un tel procédé en milieu industriel, - rapid kinetics of copper dissolution at room temperature with suitable pH and oxidizing conditions, - use a buffer solution with good stability, which avoids implementing pH control, thus facilitating the implementation of such a process in an industrial environment,

- obtenir facilement et sans traitement additionnel des matériaux actifs ayant une grande pureté et la structure cristallographique souhaitée, permettant une régénération ultérieure en tant que matériau de batterie. - easily obtain active materials with high purity and the desired crystallographic structure without additional processing, allowing subsequent regeneration as battery material.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront du complément de description qui suit. Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the additional description which follows.

Il va de soi que ce complément de description n'est donné qu'à titre d'illustration de l'objet de l'invention et ne doit en aucun cas être interprété comme une limitation de cet objet. It goes without saying that this additional description is given only as an illustration of the subject of the invention and must in no case be interpreted as a limitation of this subject.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : The present invention will be better understood by reading the description of exemplary embodiments given for purely indicative and non-limiting purposes with reference to the appended drawings in which:

- la figure 1 est un graphique représentant le pourcentage atomique d'éléments Mn, Co, Ni et Al en fonction de la distance par rapport à la surface externe d'une particule de cathode de type NMC 8/1/1 (représentée sur le cliché dans l'encart de la figure 1) ; les valeurs sont obtenues par microanalyse à rayons X dispersive en énergie avec un microscope électronique en transmission à balayage (STEM-EDX),- Figure 1 is a graph showing the atomic percentage of elements Mn, Co, Ni and Al as a function of the distance from the external surface of a cathode particle of type NMC 8/1/1 (shown in the image in the inset of Figure 1); the values are obtained by energy dispersive X-ray microanalysis with a scanning transmission electron microscope (STEM-EDX),

- la figure 2A représente un cliché obtenu au microscope électronique à transmission à balayage d'une particule NMC 8/1/1 après traitement, et- Figure 2A represents a snapshot obtained using a scanning transmission electron microscope of an NMC 8/1/1 particle after treatment, and

- les figure 2B, figure 2C et figure 2D sont des analyses élémentaires, respectivement des éléments Ni, Mn, et Co, réalisées sur la particule de la figure 2A et obtenues par imagerie annulaire en champ noir obtenue. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS - Figure 2B, Figure 2C and Figure 2D are elemental analyses, respectively of the elements Ni, Mn, and Co, carried out on the particle of Figure 2A and obtained by dark field annular imaging. DETAILED DESCRIPTION OF SPECIFIC EMBODIMENTS

Nous allons maintenant décrire plus en détail le procédé de purification d'un matériau actif d'une électrode de batterie. We will now describe in more detail the process of purifying an active material from a battery electrode.

Même si la description fait particulièrement référence à une batterie Li-ion, le procédé pourrait également être utilisé pour purifier un matériau actif d'une électrode de batterie Na-ion. Although the description refers specifically to a Li-ion battery, the method could also be used to purify an active material from a Na-ion battery electrode.

Le terme batterie est utilisé, étant entendu que ce terme peut être remplacé par générateur électrochimique, accumulateur ou pile. The term battery is used, with the understanding that this term can be replaced by electrochemical generator, accumulator or cell.

Le matériau actif à purifier est, de préférence, un matériau actif de cathode (électrode positive). The active material to be purified is preferably a cathode (positive electrode) active material.

Pour un accumulateur Li-ion, il s'agit d'un matériau d'insertion d'ions lithium. Il peut s'agir, plus spécifiquement, d'un oxyde métallique lithié, tel qu'un oxyde lamellaire de type UMO2, d'un phosphate LiMPÛ4 de structure olivine ou encore d'un composé spinelle LiMn2O4, avec M représentant un métal de transition. On choisira par exemple, une électrode positive en UC0O2, LiMnO?, LiNiO?, LiNiCoAIOz, LisNiMnCoOe, LiNixCoi-x O2 (avec 0<x<l) ou LiFePO/i. For a Li-ion battery, this is a material for inserting lithium ions. More specifically, it can be a lithiated metal oxide, such as a UMO2 type lamellar oxide, a LiMPÛ4 phosphate with an olivine structure or a spinel compound LiMn2O4, with M representing a transition metal. For example, a positive electrode made of UC0O2, LiMnO?, LiNiO?, LiNiCoAIOz, LisNiMnCoOe, LiNixCoi-x O2 (with 0<x<l) or LiFePO/i will be chosen.

Dans le cas d'un accumulateur Na-ion, il pourrait s'agir d'un matériau d'insertion d'ions sodium. Il peut s'agir d'un matériau du type oxyde sodé comprenant au moins un élément métallique de transition, d'un matériau du type phosphate ou sulfate sodé comprenant au moins un élément métallique de transition ou encore d'un matériau du type fluorure sodé. In the case of a Na-ion battery, this could be a sodium ion insertion material. This could be a sodium oxide type material comprising at least one transition metal element, a sodium phosphate or sulfate type material comprising at least one transition metal element, or a sodium fluoride type material.

Le collecteur de courant d'une électrode positive est en aluminium, par exemple une feuille d'aluminium. The current collector of a positive electrode is made of aluminum, for example aluminum foil.

Le matériau actif pourrait être un matériau actif d'anode (électrode négative). Il peut également s'agir d'un oxyde mixte de lithium comme le titanate de lithium Li4TisOi2 (LTO) pour un accumulateur Li-ion ou d'un oxyde mixte de sodium comme le titanate de sodium pour un accumulateur Na-ion. Classiquement, le collecteur de courant des électrode négative est en cuivre (une feuille de cuivre par exemple). The active material could be an anode (negative electrode) active material. It could also be a lithium mixed oxide such as lithium titanate Li4TisOi2 (LTO) for a Li-ion battery or a sodium mixed oxide such as sodium titanate for a Na-ion battery. Conventionally, the current collector of the negative electrode is made of copper (a copper foil for example).

Le matériau actif contient des impuretés de cuivre et des impuretés d'aluminium. Le matériau actif peut contenir des impuretés de graphite en plus des impuretés en aluminium et en cuivre. Ces impuretés de graphite, tout comme celles de PVDF, peuvent être éliminées par la mise en œuvre d'un traitement thermique, tel que celui envisagé dans le procédé de régénération selon l'invention. The active material contains copper impurities and aluminum impurities. The active material may contain graphite impurities in addition to aluminum and copper impurities. These graphite impurities, like those of PVDF, can be eliminated by implementing a heat treatment, such as that envisaged in the regeneration process according to the invention.

Dans le procédé de purification, il est possible de traiter un seul matériau actif ou un mélange de plusieurs autres matériaux actifs. Il est possible de traiter un mélange de matériaux actifs d'électrode positive et/ou de matériaux actifs d'électrode négative. In the purification process, it is possible to treat a single active material or a mixture of several other active materials. It is possible to treat a mixture of positive electrode active materials and/or negative electrode active materials.

Le matériau actif peut provenir d'une batterie usagée, d'un déchet ("scrap") ou encore d'un matériau neuf considéré comme un rebut. Le matériau peut être un broyât, c'est-à-dire un matériau sous formes particulaires. The active material can come from a used battery, scrap, or a new material considered waste. The material can be a shredded material, that is, a material in particulate form.

Le broyât de batteries ou éléments de batteries lithium-ion peut être obtenu, par exemple, selon les étapes suivantes : The shredded lithium-ion batteries or battery elements can be obtained, for example, according to the following steps:

- mise en sécurité et démantèlement des batteries ou éléments de batteries, - securing and dismantling of batteries or battery elements,

- broyage des batteries ou éléments de batteries. - crushing of batteries or battery elements.

De préférence, avant de mettre en œuvre le procédé de purification, une étape est mise en œuvre pour obtenir un concentré d'oxydes métalliques. Ainsi on obtient une fraction riche en matériau actif (au moins 50 % massique). Preferably, before implementing the purification process, a step is implemented to obtain a concentrate of metal oxides. This produces a fraction rich in active material (at least 50% by mass).

Le procédé de purification comprend une étape de dissolution sélective de l'aluminium puis une étape de dissolution sélective du cuivre (ou inversement). Ces deux étapes assurent la mise en solution des éléments d'impuretés (Al et Cu). De préférence, toutes les impuretés sont mises en solution. The purification process includes a step of selective dissolution of aluminum and then a step of selective dissolution of copper (or vice versa). These two steps ensure the dissolution of the impurity elements (Al and Cu). Preferably, all impurities are dissolved.

Nous allons décrire plus en détail un procédé mettant en œuvre une étape de dissolution de l'aluminium puis une étape de dissolution du cuivre. Comme mentionné précédemment, l'ordre des étapes pourrait être inversé. We will describe in more detail a process involving an aluminum dissolution step followed by a copper dissolution step. As mentioned earlier, the order of the steps could be reversed.

Lors de l'étape de dissolution sélective de l'aluminium, le matériau est traité dans une solution de soude à une concentration, par exemple, comprise entre 1 et 4 mol/L, préférentiellement à 2M. Le rapport solide sur liquide est compris, par exemple, entre 5 et 30 % et préférentiellement entre 20 et 10 %. La durée de la réaction peut être comprise entre 30 minutes et 6 heures. La température peut être comprise entre 20 et 80 °C, préférentiellement entre 40 et 60 °C. La solution est, avantageusement, agitée. L'agitation peut être réalisée au moyen d'une turbine, par exemple une turbine à 4 pâles inclinées munies d'un racleur. La vitesse peut être comprise entre 50 et 2000 tours/min (rpm) et préférentiellement entre 100 et 400 tours/min (rpm). Le réacteur peut être équipé de contre-pâles, par exemple, en polytétrafluoroéthylène (PTFE), afin d'augmenter les turbulences. In the step of selective dissolution of aluminum, the material is treated in a sodium hydroxide solution at a concentration, for example, between 1 and 4 mol/L, preferably 2M. The solid to liquid ratio is, for example, between 5 and 30% and preferably between 20 and 10%. The reaction time can be between 30 minutes and 6 hours. The temperature can be between 20 and 80 °C, preferably between 40 and 60 °C. The solution is advantageously stirred. Stirring can be carried out using a turbine, for example a turbine with 4 inclined blades equipped with a scraper. The speed can be between 50 and 2000 revolutions/min (rpm) and preferably between 100 and 400 revolutions/min (rpm). The reactor can be equipped with counter-blades, for example, made of polytetrafluoroethylene (PTFE), in order to increase turbulence.

Après dissolution de l'aluminium, la solution est filtrée. Un filtrat riche en aluminium est ainsi récupéré. After dissolving the aluminum, the solution is filtered. An aluminum-rich filtrate is thus recovered.

Un solide d'oxydes métalliques contenant encore des impuretés de cuivre est obtenu à l'issue de cette première étape. A solid of metal oxides still containing copper impurities is obtained at the end of this first stage.

L'étape de dissolution sélective du cuivre est ensuite mise en œuvre, le cas échéant, après une étape de rinçage du solide d'oxydes métalliques tel qu'obtenu à l'issue de cette première étape. Le matériau actif à purifier est traité dans une solution d'ammoniaque. La concentration est, par exemple, de 0,5 mol/L. The step of selective dissolution of copper is then implemented, if necessary, after a step of rinsing the solid of metal oxides as obtained at the end of this first step. The active material to be purified is treated in an ammonia solution. The concentration is, for example, 0.5 mol/L.

Le pH de la solution est compris, avantageusement, entre 8,5 et 9,9 et préférentiellement entre 9 et 9,7 et plus préférentiellement entre 9 et 9,5. The pH of the solution is advantageously between 8.5 and 9.9 and preferably between 9 and 9.7 and more preferably between 9 and 9.5.

La solution peut être tamponnée avec des carbonates. De préférence, il s'agit de carbonate d'ammonium. À titre illustratif, un pH de 9,6 correspond à une concentration de 0,5 mol/L de carbonates d'ammonium. L'utilisation d'un autre sel d'ammonium est possible (hydrogénocarbonate d'ammonium, sulfate d'ammonium). The solution can be buffered with carbonates. Preferably, this is ammonium carbonate. For illustration purposes, a pH of 9.6 corresponds to a concentration of 0.5 mol/L of ammonium carbonates. The use of another ammonium salt is possible (ammonium hydrogen carbonate, ammonium sulfate).

Le rapport solide/liquide est compris entre 5 % et 30 % et préférentiellement entre 10 % et 20 %. The solid/liquid ratio is between 5% and 30% and preferably between 10% and 20%.

Du peroxyde d'hydrogène peut être ajouté à la solution. Par exemple, on pourra choisir un rapport de 1 % volumique par rapport au volume total de la solution lorsque le rapport solide/liquide est de 10 %. La quantité de peroxyde d'hydrogène est choisie en fonction de la quantité de solide à traiter par unité de volume. Hydrogen peroxide can be added to the solution. For example, a ratio of 1% by volume to the total volume of the solution can be chosen when the solid/liquid ratio is 10%. The amount of hydrogen peroxide is chosen based on the amount of solid to be treated per unit volume.

La durée de cette étape est, par exemple, comprise entre 5 minutes et 1 heure. De préférence, elle est réalisée à température ambiante (typiquement entre 20 et 25 °C). The duration of this step is, for example, between 5 minutes and 1 hour. It is preferably carried out at room temperature (typically between 20 and 25°C).

De préférence, la solution est agitée lors de cette étape. Une dissolution rapide du cuivre est obtenue et un complexe ammoniacal soluble et stable est formé. Preferably, the solution is stirred during this step. Rapid dissolution of copper is achieved and a soluble and stable ammoniacal complex is formed.

Le mélange est ensuite, avantageusement, filtré. Un filtrat riche en cuivre est récupéré. Le filtrat peut être valorisé. Un solide riche en oxydes métalliques dépourvu d'impuretés d'aluminium et de cuivre est également obtenu. Après la mise en œuvre d'une étape optionnelle de rinçage, le solide peut être réutilisé, en particulier, dans le domaine des batteries. illustratifs et non limitatifs d'un mode de réalisation The mixture is then advantageously filtered. A copper-rich filtrate is recovered. The filtrate can be recycled. A solid rich in metal oxides, free of aluminum and copper impurities, is also obtained. After implementing an optional rinsing step, the solid can be reused, in particular in the battery field. illustrative and non-limiting of an embodiment

Dans cet exemple, le broyât de batteries ou d'éléments de batteries lithium- ion est obtenu après mise en sécurité et le démantèlement de batteries usagées, puis mise en en œuvre de différentes étapes de séparations physiques (comme le broyage, le tamisage, etc.). In this example, the crushed lithium-ion batteries or battery elements are obtained after securing and dismantling used batteries, then implementing different physical separation steps (such as crushing, screening, etc.).

Le procédé est mis en œuvre sur différents matériaux de cathode de type NMC en mélange. Le mélange comprend : The process is carried out on different NMC type cathode materials in mixture. The mixture includes:

- des particules de NMC 8/1/1 polycristallines, et - polycrystalline 8/1/1 NMC particles, and

- des particules monolithiques NMC 5/3/2. - NMC 5/3/2 monolithic particles.

Les particules sont sphériques. The particles are spherical.

La composition atomique d'une particule NMC de rapport atomique 8/1/1 a été caractérisé (figure 1). De telles particules contiennent de l'aluminium à environ 2 %at. L'aluminium est réparti de manière homogène entre la surface externe et le cœur de la particule. Les particules ne comportent pas de revêtement en surface. L'aluminium joue ici le rôle de dopant. Un tel dopage est fréquent dans le domaine des batteries Li-ion. La présence d'aluminium comme composant de la structure est un élément fondamental dont il faut tenir compte dans l'analyse du traitement chimique. Cet aluminium en tant que dopant n'est pas une impureté à la différence de l'aluminium provenant du collecteur de courant. The atomic composition of an NMC particle with an atomic ratio of 8/1/1 has been characterized (Figure 1). Such particles contain about 2 at% aluminum. The aluminum is distributed homogeneously between the outer surface and the core of the particle. The particles do not have a surface coating. The aluminum acts as a dopant. Such doping is common in the field of Li-ion batteries. The presence of aluminum as a structural component is a fundamental element that must be taken into account in the analysis of the chemical processing. This aluminum as a dopant is not an impurity unlike the aluminum from the current collector.

Le tableau 1 suivant répertorie la composition massique du déchet de batteries Li-ion.

Figure imgf000015_0001
The following Table 1 lists the mass composition of Li-ion battery waste.
Figure imgf000015_0001

Tableau 1 Table 1

L'aluminium (0,856 % massique) provient des collecteurs d'aluminium (0,685 % massique) et du dopage (le reste, soit 0,171 % massique). L'aluminium provenant des collecteurs d'aluminium doit être retiré sélectivement de l'oxyde métallique. The aluminum (0.856% by mass) comes from the aluminum collectors (0.685% by mass) and doping (the remainder, 0.171% by mass). The aluminum from the aluminum collectors must be selectively removed from the metal oxide.

Le procédé de purification est mis en œuvre sur ce mélange d'oxydes métalliques comprenant des impuretés d'aluminium et des impuretés de cuivre. The purification process is carried out on this mixture of metal oxides including aluminum impurities and copper impurities.

Le procédé comprend les étapes dans l'ordre suivant : The process includes the steps in the following order:

- dissolution sélective de l'aluminium, - selective dissolution of aluminum,

- dissolution sélective du cuivre. - selective dissolution of copper.

Il est entendu que le procédé de purification ne vise pas à retirer l'aluminium constitutif de la structure du matériau de cathode (aluminium de dopage), mais seulement à retirer les impuretés d'aluminium provenant des collecteurs (0,685 % massique d'aluminium). It is understood that the purification process does not aim to remove the aluminum constituting the structure of the cathode material (doping aluminum), but only to remove the aluminum impurities from the collectors (0.685% by mass of aluminum).

La matière est traitée dans une solution de soude à 2 mol/L, avec un rapport solide/liquide de 10 % massique. La réaction se déroule pendant 1 h, à une température de 50 °C, sous une agitation de 400 tours/min. L'agitation est réalisée au moyen d'une turbine à 4 pâles inclinées munies d'un racleur en PTFE. Le réacteur est équipé de contre-pâles en PTFE afin d'augmenter les turbulences. The material is treated in a 2 mol/L sodium hydroxide solution, with a solid/liquid ratio of 10% by mass. The reaction takes place for 1 h, at a temperature of 50 °C, with stirring at 400 rpm. Stirring is carried out using a 4-blade inclined turbine equipped with a PTFE scraper. The reactor is equipped with PTFE counter-blades to increase turbulence.

Après le traitement, le mélange est filtré sous vide grâce à un support en verre fritté et un filtre papier de 5-13 pm de porosité. L'analyse chimique par spectrométrie à plasma à couplage inductif (ou ICP pour "Inductively Coupled Plasma") de la solution lixiviante confirme la dissolution intégrale de l'aluminium provenant des collecteurs ; c'est- à-dire que 100 % des impuretés d'aluminium ont été retirées. Le solide obtenu est récupéré. Pour éliminer le cuivre, le matériau récupéré à l'étape précédente est traité dans une solution d'ammoniaque à une concentration de 0,5 mol/L, tamponnée avec des carbonates d'ammonium également à 0,5 mol/L. La solution est à un pH de 9,6. Le rapport solide/liquide est de 10 %. Du peroxyde d'hydrogène à 30 % volumique est ajouté dans un rapport de 1 % volumique, ce qui conduit à la formation d'un complexe de cuivre ammoniacal soluble et stable. L'agitation est de 400 tours/min. L'agitation est obtenue grâce à une turbine à 4 pâles inclinées munies d'un racleur en PTFE. Le réacteur est équipé de contre-pâles en PTFE afin d'augmenter les turbulences. La réaction est très rapide (quelques minutes) à température ambiante. After treatment, the mixture is vacuum filtered through a sintered glass support and a 5-13 µm porosity filter paper. Chemical analysis by inductively coupled plasma (ICP) spectrometry of the leaching solution confirms the complete dissolution of the aluminum from the collectors; i.e., 100% of the aluminum impurities have been removed. The resulting solid is recovered. To remove the copper, the material recovered in the previous step is treated in an ammonia solution at a concentration of 0.5 mol/L, buffered with ammonium carbonates also at 0.5 mol/L. The solution has a pH of 9.6. The solid/liquid ratio is 10%. Hydrogen peroxide at 30% by volume is added in a ratio of 1% by volume, which leads to the formation of a soluble and stable ammoniacal copper complex. Stirring is 400 rpm. Stirring is achieved using a 4-blade inclined turbine equipped with a PTFE scraper. The reactor is equipped with PTFE counter-blades to increase turbulence. The reaction is very rapid (a few minutes) at room temperature.

L'analyse chimique ICP de la solution lixiviante révèle une dissolution efficace et quasi-intégrale du cuivre provenant des collecteurs. Une quantité de cuivre inférieure à 0,2% atomique a été observée, ce qui correspond à quelques atomes résiduels. Cette quantité peut provenir de la limite de l'analyse chimique et/ou de la présence de quelques atomes de cuivre au sein de la structure NMC qui ont pu migrer durant la phase d'usage de la batterie. ICP chemical analysis of the leaching solution revealed efficient and near-complete dissolution of copper from the collectors. A copper content of less than 0.2 atomic percent was observed, which corresponds to a few residual atoms. This amount may be due to the limitation of the chemical analysis and/or the presence of a few copper atoms within the NMC structure that may have migrated during the battery usage phase.

À la fin du procédé de purification, la matière est donc dépourvue des impuretés d'aluminium et des impuretés de cuivre provenant des collecteurs. Les figures 2B, 2C et 2D confirment par ailleurs que la matière traitée correspond bien à un matériau de type NMC : les particules sphériques présentent une composition chimique homogène en nickel, cobalt et manganèse. At the end of the purification process, the material is therefore free of aluminum impurities and copper impurities from the collectors. Figures 2B, 2C and 2D also confirm that the treated material corresponds to an NMC type material: the spherical particles have a homogeneous chemical composition of nickel, cobalt and manganese.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de purification d'un matériau actif d'électrode de batterie par dissolution sélective des impuretés d'aluminium et de cuivre que ce matériau contient, ce procédé comprenant les étapes suivantes dont deux étapes distinctes de dissolution sélective de l'aluminium, d'une part, et du cuivre, d'autre part : a) fournir un matériau actif à purifier comprenant un oxyde métallique, des impuretés d'aluminium et des impuretés de cuivre, b) dissoudre les impuretés d'aluminium en plongeant le matériau actif à purifier dans une solution de soude à une concentration comprise entre 1 et 4 mol/L pour obtenir une dissolution des impuretés d'aluminium, et c) dissoudre les impuretés de cuivre en plongeant le matériau actif à purifier dans une solution d'ammoniaque à un pH compris entre 8,5 et 9,9, les étapes b) et c) étant réalisées dans l'ordre b) puis c), ou c) puis b), pour obtenir une dissolution des impuretés de cuivre, moyennant quoi un matériau actif purifié et conservant sa structure cristallographique est obtenu. 1. A method for purifying an active battery electrode material by selectively dissolving the aluminum and copper impurities contained in the material, said method comprising the following steps, including two separate steps of selectively dissolving aluminum, on the one hand, and copper, on the other hand: a) providing an active material to be purified comprising a metal oxide, aluminum impurities and copper impurities, b) dissolving the aluminum impurities by immersing the active material to be purified in a sodium hydroxide solution at a concentration of between 1 and 4 mol/L to dissolve the aluminum impurities, and c) dissolving the copper impurities by immersing the active material to be purified in an ammonia solution at a pH of between 8.5 and 9.9, steps b) and c) being carried out in the order b) then c), or c) then b), to dissolve the copper impurities, whereby a purified active material retaining its crystallographic structure is obtained. 2. Procédé de purification selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre : 2. Purification method according to claim 1, characterized in that it further comprises: - une étape additionnelle de rinçage entre les étapes b) et c) ou entre les étapes c) et b), et/ou - an additional rinsing step between steps b) and c) or between steps c) and b), and/or - une étape additionnelle de rinçage à l'issue de l'étape c) ou à l'issue de l'étape b). - an additional rinsing step at the end of step c) or at the end of step b). 3. Procédé de purification selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape c) est réalisée à un pH compris entre 9 et 9,7 et, de préférence, compris entre 9 et 9,5. 3. Purification process according to claim 1 or 2, characterized in that step c) is carried out at a pH between 9 and 9.7 and, preferably, between 9 and 9.5. 4. Procédé de purification selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la solution d'ammoniaque est tamponnée avec des carbonates, de préférence des carbonates d'ammonium. 4. Purification process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ammonia solution is buffered with carbonates, preferably ammonium carbonates. 5. Procédé de purification selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de l'étape c), le rapport solide/liquide est compris entre 5 et 30%, de préférence entre 10 et 20%. 5. Purification process according to any one of the preceding claims, characterized in that, during step c), the solid/liquid ratio is between 5 and 30%, preferably between 10 and 20%. 6. Procédé de purification selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que du peroxyde d'hydrogène est ajouté dans la solution d'ammoniaque. 6. Purification process according to any one of the preceding claims, characterized in that hydrogen peroxide is added to the ammonia solution. 7. Procédé de purification selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de l'étape b), le rapport solide/liquide est compris entre 5 et 30%, de préférence entre 10 et 20%. 7. Purification process according to any one of the preceding claims, characterized in that during step b), the solid/liquid ratio is between 5 and 30%, preferably between 10 and 20%. 8. Procédé de purification selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de l'étape b), la température est comprise entre 20 et 80°C, de préférence entre 40 et 60°C. 8. Purification process according to any one of the preceding claims, characterized in that during step b), the temperature is between 20 and 80°C, preferably between 40 and 60°C. 9. Procédé de purification selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'oxyde métallique est choisi parmi LiFePO4 (LFP), LiCoO2 (LCO), LiMnO2, LiNiO2, LiNiCoAIO2 (NCA) et LiNixMnyCozO2 (NMC). 9. Purification method according to any one of the preceding claims, characterized in that the metal oxide is chosen from LiFePO4 (LFP), LiCoO 2 (LCO), LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiNiCoAIO 2 (NCA) and LiNi x Mn y Co z O 2 (NMC). 10. Procédé de régénération d'un matériau actif d'électrode de batterie usagée, ledit procédé comprenant les étapes (1) et (2) suivantes : 10. A method for regenerating a used battery electrode active material, said method comprising the following steps (1) and (2): (1) la purification du matériau actif par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, et (1) purification of the active material by the method according to any one of claims 1 to 9, and (2) la relithiation du matériau actif purifié à l'étape (1), moyennant quoi un matériau actif régénéré est obtenu. (2) relithiation of the active material purified in step (1), whereby a regenerated active material is obtained.
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