Bientôt un moyen efficace de récupérer le lithium des batteries Li-ion usagées ?

Toray Industries travaille sur un procédé permettant de récupérer et de traiter le lithium des batteries Li-ion usagées pour le réutiliser dans la production de batteries. Potentiellement moins onéreuse et moins polluante que les procédés de production de lithium, cette méthode n’est toutefois pas encore industrialisée.

Avec le déploiement important des véhicules électriques ces dernières années se pose le défi du recyclage des batteries Li-ion mais aussi celui de l’approvisionnement en lithium dont la production est coûteuse et dont les ressources ne sont pas inépuisables. Le géant japonais de l’industrie chimique Toray Industries pourrait avoir mis le doigt sur une solution technologique permettant de surmonter ce double défi.

Le groupe industriel travaille en effet au développement d’une innovation qui permettrait de récupérer de manière efficace et à l’échelle industrielle le lithium contenu dans les batteries Li-ion usagées pour le réutiliser dans la fabrication de batteries. Et cela à des coûts inférieurs à ceux des procédés de production conventionnels du lithium.

Le lithium est généralement produit selon deux procédés : le procédé des bassins d’évaporation qui consiste à pomper la saumure d’un lac salé, à la concentrer au soleil pendant six à douze mois et à la raffiner, et le procédé de traitement du minerai brut qui le prépare, le torréfie, le lave et l’affine pour en extraire le lithium. Mais ces deux procédés ne sont pas sans défaut : un rendement limité pour le premier et un processus long et à base d’un traitement thermique à haute température générant des émissions élevées de dioxyde de carbone et des coûts importants, pour le second.

Encore au stade de R&D, le procédé de récupération du lithium dans les batteries usagées mis en œuvre par Toray repose sur des membranes de nanofiltration qui permettent de séparer sélectivement les ions multivalents dissous et la matière organique. Déjà utilisée pour filtrer la dureté de l’eau souterraine et fluviale et les produits chimiques agricoles ou pour dessaler et purifier certains éléments dans l’industrie agroalimentaire et les biotechnologies, cette méthode n’est pas non plus exempte de défauts (vulnérabilité aux solutions très acides, sélectivité insuffisante pour les ions multivalents). Mais Toray affirme les avoir gommés pour appliquer le procédé à la récupération du lithium dans les batteries usagées.

Le Japonais a pour cela développé une membrane polymère réticulée associant une configuration hautement résistante aux acides et une structure de pores de précision inférieure au nanomètre, en combinant ses compétences en synthèse organique, chimie des polymères et nanotechnologie, et après un gros travail d’analyse de la dégradation de la membrane par les acides et de la structure optimale des pores pour une séparation sélective efficace.

Résultat : la résistance aux acides de cette membrane est environ cinq fois supérieure à celle des membranes de nanofiltration conventionnelles, et sa sélectivité pour les ions multivalents accrue de 50 %. Toray entend peaufiner cette méthode pour l’industrialiser (mais il n’a pas précisé de date) et permettre de récupérer du lithium de haute pureté avec des rendements élevés. Le Japonais précise que les émissions de dioxyde de carbone provenant de la récupération de 1 kg de lithium à travers sa membrane de nanofiltration sont inférieures de près des deux tiers à celles du processus de traitement du minerai.

Le groupe nippon collaborera avec les constructeurs automobiles, les fabricants de batteries et de matériaux de batterie, les entreprises de recyclage et d’autres acteurs pour établir une approche de recyclage du lithium à partir de cette technologie et ainsi aider à la réalisation d’une économie neutre en carbone et limiter les risques de pénuries de lithium qui pourraient devenir une préoccupation importante avec la prolifération à venir des véhicules électriques.