Comment recycle-t-on les batteries électriques ?

Si le recyclage des batteries n’est pas nouveau, depuis des décennies les entreprises de recyclage traitent les batteries et autres déchets des appareils électroniques. Le recyclage des batteries [LR1] lithium utilisées dans les voitures électriques consiste dans le traitement de la « black mass », c’est-à-dire la poudre noire issue du broyage, qui concentre l’essentiel des matériaux critiques. 

Quelles sont les étapes de recyclage des batteries?

Depuis la publication d’une directive par le Parlement européen en 2006, les constructeurs doivent s’assurer qu’au moins 50 % des composants de batteries de voitures électriques [LR2] sont recyclables. Aujourd’hui, les industriels arrivent à recycler 60 % du poids des batteries. Ce chiffre pourrait monter à l’avenir à 90%. De son côté, la Commission européenne a entériné mi-décembre une proposition de règlement pour imposer aux fabricants d’intégrer un minimum de matériaux recyclés dans la fabrication des batteries, à partir de 2030, à hauteur de 12 % de cobalt, 4 % de lithium et 4 % de nickel.

Le recyclage dans les usines de traitement se fait en plusieurs étapes :

-La batterie est d’abord déchargée ;

-Son enveloppe plastique, électronique, ainsi que l’aluminium sont ensuite retirés ;

-Les cellules retenues dans les cœurs de la batterie sont broyées en une poudre appelée « black mass », qui représente 50 % de la masse d’une batterie ;

-Les différents métaux contenus dans cette poudre sont enfin extraits et triés.

Les méthodes principales de recyclage d’une batterie

On distingue trois méthodes principales de recyclage : la pyrométallurgie, l’hydrométallurgie et le recyclage direct. Seules les deux premières sont à ce jour à des stades matures de développement commercial.

• La pyrométallurgie est aujourd’hui encore la méthode de recyclage de batterie la plus simple et la plus répandue. Elle est notamment utilisée dans le recyclage de batteries de produits électroniques. Il s’agit d’un procédé à haute température (800 à 1 500 °C), où les différents métaux sont fondus dans un four et récupérés sous forme d’alliages (cuivre, cobalt, nickel et fer). Cette technologie présente deux inconvénients majeurs qui la rendent peu adaptée au traitement des batteries pour véhicules électriques. Elle produit les émissions de CO₂ les plus élevées et la plus faible fraction de composants de batterie réutilisables. Ce procédé donne la priorité à la récupération du cobalt (Co), du nickel (Ni)  et du cuivre (Cu), au détriment du graphite (C) d’une part, qui finit brûlé et du lithium (Li), du manganèse (Mn) et de l’aluminium (Al) d’autre part, qui terminent dans les scories, vendues la plupart du temps à l’industrie cimentière.

• L’hydrométallurgie est un procédé mature qui repose sur le principe de la dissolution et de la séparation des matériaux de la batterie à basse température par des réactions chimiques dans des solutions aqueuses (lixiviation ou « solvent extraction »). La plupart des techniques de lixiviation utilisent des solutions acides pour séparer les métaux. L’hydrométallurgie permet de récupérer la plupart des matériaux présents dans les cathodes, génère moins de déchets et émet moins de CO₂ que la pyrométallurgie. Il s’agit toutefois d’un procédé complexe qui nécessite qu’un minimum de matériaux externes (électrolyte, plastique, collecteurs, graphite) soient présents dans la solution pour être rentable.

• Le recyclage direct vise à restaurer les propriétés initiales et la capacité électrochimique des matériaux actifs des cathodes (CAM) sans les décomposer. Les CAM sont ensuite regénérés et réincorporés directement dans une nouvelle cellule au moyen de traitement mécaniques, thermiques, chimiques et/ou électrochimiques. En termes économiques, le recyclage direct représente la meilleure opportunité de conserver la valeur intrinsèque des matériaux critiques tout en minimisant les déchets. Il nécessite toutefois des étapes extrêmement complexes de tri et de prétraitement des batteries.

Rappelons que le recyclage des batteries [LR3] va devenir l’enjeu numéro 1 de la filière automobile. Les quantités de batteries à recycler en Europe, vont en effet monter en puissance. A horizon de 2030, elles pourraient atteindre 500 kt, contre moins de 40 kt aujourd’hui.