Einfluss von Schlackenbildner auf die Legierungsqualität und das Schmelzverhalten von Schwarzmasse von Lithium-Ionen-Batterien im pyrometallurgischen InduMelt-Recyclingprozess

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

In dieser Masterarbeit wird einerseits untersucht, ob und in welchem Ausmaß die Zugabe von Schlackenbildnern einen positiven Einfluss auf die Schmelzfähigkeit von Schwarzmasse aus Lithium-Ionen-Batterien (LIB) hat. Anderseits wird untersucht, ob dabei die Rückgewinnungsrate von Nickel (Ni), Mangan (Mn) und Kobalt (Co) in der erhaltenen Metallphase erhöht und die Verschlackung von Lithium (Li) dennoch niedrig gehalten werden kann. Dabei wird untersucht, inwiefern sich der Transferkoeffizient von Lithium in die Gasphase verändert. Die Ausbringung von gasförmigem Lithium während eines pyrometallurgischen Recyclingprozesses für Lithium-Ionen-Batterien ist das Alleinstellungsmerkmal des InduRed-Reaktorkonzeptes, welches am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik an der Montanuniversität Leoben entwickelt wurde. Genauer wurden in dieser Arbeit die Kathodenmaterialien LiNi8Mn1Co1O2 (NMC811), LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA) und LiCoO2 (LCO) an der InduMelt-Anlage, der Batch-Version des InduRed-Reaktorkonzeptes, untersucht. Um zusätzlich die Robustheit des InduMelt-Recyclingverfahrens gegen Verunreinigungen zu untersuchen, wurden der LIB-Schwarzmasse Kupfer-, Aluminium- und Eisenanteile beigesetzt. Die Schlackenbildner wurden in die zwei Schlackensysteme CaO-SiO2-MgO (40-45-15) und Al2O3-CaO-SiO2 (15-25-60) zusammengefasst. Die Analyseergebnisse der einzelnen Versuchsreihen wurden mittels Diagrammen ausführlich gegenübergestellt und diskutiert. Als wichtigste Erkenntnis dieser Arbeit geht hervor, dass die Zugabe von Schlackenbildnern eine negative Auswirkung auf die Rückgewinnung von Nickel, Mangan und Kobalt hat, den Lithiumtransferkoeffizient in die Gasphase verringert und zudem zu einem Sicherheitsrisiko für die verwendeten MgO-Tiegeln führt.

Details

Titel in ÜbersetzungInfluence of slag formers on the alloy quality and melting behaviour of black mass of lithium-ion batteries in the pyrometallurgical InduMelt recycling process
OriginalspracheDeutsch
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung18 Okt. 2024
StatusVeröffentlicht - 2024