Badania recyklatu Li-Ion

Wykonujemy badania chemiczne produktów recyklingu akumulatorów litowo-jonowych według know-how CorRecBat z zastosowaniem metody mikroskopii korelacyjnej (LM-SEM-EDS).

Identyfikujemy i oznaczamy składniki w następujących rodzajach recyklatów:
- czarna masa,
- proszek katodowy,
- proszek anodowy,
- folie Co-Li, Cu, Al, polimerowe oraz ich kombinacje.

Zdjęcie "czarnej masy" z akumulatora Li-ion.

Recyklat i recykling LIBs stan wiedzy

1. Recyklat Li-ion to materiał odzyskany ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych (Li-ion batteries, LIBs), który może zostać ponownie wykorzystany do produkcji nowych ogniw.
Wyróżniamy następujące produkty recyklingu LIBs:

„Czarna masa” (ang. black mass). Najważniejszy rodzaj recyklatu. To drobny proszek zawierający mieszaninę materiałów aktywnych z katody i anody, zwykle: Li, Ni, Co, Mn, grafit, resztki przewodników, spoiw, dodatków. To z czarnej masy odzyskuje się najcenniejsze pierwiastki. Po procesach hydrometalurgicznych można z niej uzyskać siarczany, węglany lub fosforany metali, które nadają się do ponownej syntezy katod.

Oczyszczone sole i związki metali 
Z czarnej masy powstają recyklaty „wyższego rzędu”: siarczan niklu (NiSO₄), siarczan kobaltu (CoSO₄), węglan litu (Li₂CO₃), wodorotlenek litu (LiOH), siarczan manganu (MnSO₄). To już surowce gotowe do ponownego wejścia w łańcuch produkcyjny baterii.

Recyklat metaliczny 
Odzyskiwane są też inne surowce: miedź (z kolektora anody), aluminium (z kolektora katody), stal z obudów, folie i polimery (jako recyklat niższego sortu).

Recyklat grafitowy 
Coraz częściej rafinuje się grafit z anod, bo jego udział w masie ogniwa jest duży, a koszt wydobycia grafitu rośnie. Może być używany ponownie po oczyszczeniu i sferoidyzacji.

 ---

"Dostęp do litu i kobaltu najmocniej dyktuje koszty i politykę surowcową przemysłu bateryjnego."

Zdjęcie głównych składników akumulatora Li-ion: katoda (4), kolektor katody (5), anoda (3), kolektor anody (1, 2), separator (7), obudowa baterii (6).

---

2. Recykling baterii to odzyskiwanie surowców ze zużytych ogniw i akumulatorów. Głównie metali i innych związków chemicznych, które są cenne lub niebezpieczne dla środowiska.

Cele:
- Ograniczenie zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi i elektrolitami.
- Zamknięcie obieg materiałów i obniżenie kosztów produkcji nowych baterii.
- Pozyskiwanie trudno dostępnych surowców naturalnych np. kobalt, lit.

Obecnie wśród nowoczesnych akumulatorów dominują litowo-jonowe w kilku odmianach, różniących się składem chemicznym katody (NMC, LFP, LCO, NCA, LMO, LTO*). Do ich produkcji potrzebne są następujące surowce:

Katoda. W zależności od zastosowanych materiałów do konstrukcji akumulatora, odzyskuje się następujące pierwiasatki:
Lit – podstawa każdej katody Li-ion,
Nikiel – w NMC (LiNiMnCoO₂), NCA (LiNiCoAlO₂). 
Kobalt – w LCO (LiCoO₂), NMC, NCA.
Mangan – w NMC, LMO (LiMn₂O₄).
Żelazo + fosfor – w LFP (LiFePO₄).
Tytan - w LTO (Li₄Ti₅O₁₂)
Aluminium – w NCA.

Anoda 
Grafit naturalny lub syntetyczny.
Krzem lub krzemionka (SiOₓ).
Li, Ti w LTO (Li₄Ti₅O₁₂)

Elektrolit 
Sole litu, głównie LiPF₆ (najpopularniejsza), rzadziej LiBF₄, LiTFSI.
Rozpuszczalniki organiczne (węglany: EC, DMC, DEC, EMC*, ewentualnie dodatki stabilizujące SEI* (VC, FEC* itd.)

Separator 
Polietylen (PE) lub polipropylen (PP), czasem stosowane są powłoki ceramiczne na separatorze (Al₂O₃).

Obudowy i kolektory prądowe 
Aluminium – kolektor dla katody (folia Al).
Miedź – kolektor dla anody (folia Cu).
Stal lub aluminium – jako obudowy ogniw.

*NMC Nickel-Manganese-Cobalt Oxide, LFP Lithium-Iron Phosphate, LCO Lithium-Cobalt Oxide, NCA Nickel-Cobalt-Aluminum Oxide, LMO Lithium-Manganese Oxide, LTO Lithium-Titanium Oxide. 
EC Ethylene Carbonate, DMC Dimethyl Carbonate, DEC Diethyl Carbonate, EMC Ethyl Methyl Carbonate.
SEI (ang. Solid Electrolyte Interphase) warstwa graniczna stałego elektrolitu, czyli pasywacyjna warstwa, która samorzutnie tworzy się na powierzchni elektrody (głównie anody) podczas pierwszych cykli ładowania i rozładowania baterii w wyniku elektrochemicznego rozkładu elektrolitu. 
VC Vinylene Carbonate, FEC Fluoroethylene Carbonate.

Opracował: Grzegorz Trykowski przy pomocy ChatGPT-5.2, data 14.12.2025