Avec la généralisation des véhicules électriques, le nombre de batteries lithium-ion usagées est en forte augmentation. Ces batteries contiennent des métaux précieux tels que le nickel, le cobalt et le lithium, mais les méthodes de recyclage actuelles détruisent souvent la structure cristalline complexe qui leur permet de fonctionner efficacement. Aujourd’hui, des chercheurs de l’université des sciences et technologies de Huazhong ont mis au point une nouvelle technique à base de sels fondus qui restaure la structure et les performances des matériaux cathodiques à haute teneur en nickel usagés, offrant ainsi une solution plus écologique et plus efficace pour le recyclage des batteries.
L’étude, publiée dans Energy & Environment Nexus, présente une stratégie de régénération directe qui utilise un mélange spécial de sels fondus pour réparer les cathodes dégradées des batteries en fin de vie. Au lieu de décomposer les matériaux en composants métalliques comme le font les méthodes conventionnelles, cette approche restaure le matériau lui-même afin qu’il puisse être réutilisé dans de nouvelles batteries.
« Le recyclage traditionnel permet de récupérer les métaux, mais il ne peut pas rétablir la structure atomique d’origine du matériau », commente Yang Yang, auteur correspondant. « Notre méthode permet à la cathode dégradée de renaître, en retrouvant son ordre cristallin et sa haute capacité. »
L’équipe s’est concentrée sur le LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2, ou NCM811, un matériau haute performance largement utilisé dans les véhicules électriques pour sa densité énergétique élevée. Au fil du temps, le NCM811 perd du lithium et développe des défauts structurels qui réduisent sa capacité à retenir la charge. Pour réparer ces défauts, les chercheurs ont conçu un sel fondu ternaire composé d’hydroxyde de lithium, de nitrate de lithium et de salicylate de lithium. Lorsqu’il est chauffé, le sel fondu se transforme en un liquide qui permet aux ions lithium de se déplacer librement et de pénétrer dans le matériau endommagé, tout en aidant les atomes à se réorganiser dans leur structure d’origine.
Des analyses microscopiques et spectroscopiques ont montré que le matériau régénéré avait retrouvé une structure monocristalline uniforme, la couche superficielle indésirable de « sel gemme » ayant été complètement éliminée. La cathode régénérée a atteint une capacité de décharge initiale de 196 milliampères-heure par gramme et a conservé 76 % de cette capacité après 200 cycles de charge-décharge, surpassant ainsi la plupart des méthodes de recyclage existantes.
« Ce processus répare efficacement les dommages internes et superficiels du matériau cathodique », a déclaré le premier auteur, Fangshu He. « Il remplace non seulement le lithium perdu, mais restaure également la structure stratifiée ordonnée qui est essentielle à la longue durée de vie de la batterie. »
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Comme le système de sel fondu fonctionne à des températures relativement basses et évite l’utilisation d’acides forts ou de solvants toxiques, il est à la fois économe en énergie et respectueux de l’environnement. Les chercheurs estiment que leur méthode pourrait servir de base à un recyclage en boucle fermée, dans lequel les batteries usagées seraient directement converties en matériaux de haute qualité pour en fabriquer de nouvelles.
Bien que les expériences actuelles aient été menées à l’échelle du laboratoire, l’équipe prévoit d’optimiser le processus pour des applications industrielles et de réaliser une analyse du cycle de vie complet afin d’évaluer son impact environnemental. Cette approche pourrait contribuer à réduire à la fois la charge environnementale et le coût du recyclage, rapprochant ainsi le monde d’une production durable de batteries et d’un stockage d’énergie durable.
Journal reference: He F, Lv Y, Wu J, Zhang Q, Hao S, et al. 2025. Molten salt regeneration of single-crystal LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 from end-of-life cathodes. Energy & Environment Nexus 1: e007 – DOI : 1048130/een-0025-0004
Source : Shenyang Agricultural University
