Comment sont recyclées les batteries au lithium-ion ?

Avant de décortiquer les enjeux de ce marché du recyclage, il est important de faire un état des lieux de la situation. Le recyclage est au centre des préoccupations environnementales. Mais où en est-on sur ce recyclage bien spécifique ?

Le nombre de véhicules électriques était estimé en France en 2019 à 200 000. Avec 162 106 immatriculations de véhicules électriques en France en 2021, à comparer aux 12 immatriculations de 2009, le nombre de véhicules électriques en fonctionnement a bondi !

Selon un rapport de l’ADEME de 2019 sur les piles et accumulateurs, 667 tonnes de batteries lithium ont été traitées par les opérateurs en 2019, sur un total de 1060 tonnes reçues. Sur un total traité de 1322 tonnes, 895 tonnes ont été recyclées, 90 tonnes ont été valorisées énergétiquement, 208 tonnes ont été éliminées, ce qui représente un taux de recyclage des batteries au lithium de 68 % en France.

Des travaux ont été réalisés par le Comité Stratégique de la Filière Mines et Métallurgie sur le développement d’une filière intégrée de recyclage des batteries au lithium. Le rapport de février 2020 met en exergue la nécessité, dans le cadre des enjeux environnementaux, de développer une filière de recyclage des batteries lithium ion, française ou européenne, de manière à sécuriser les matières premières. En effet, compte tenu de l’augmentation des besoins, le rapport estime que les opérateurs de recyclage français et européens seront très insuffisants dès 2027. Ils devront à cet horizon avoir triplé leurs capacités.

Bien que la rentabilité de l’activité de recyclage de batteries lithium soit faible, les filières doivent développer une offre indispensable à l’accroissement du nombre de véhicules électriques en France.

La SNAM (Société nouvelle d'affinage des métaux) est aujourd’hui le leader en Europe du recyclage des métaux des batteries en fin de vie. Elle ouvre en 2022 dans l’Aveyron une usine de batteries fabriquées avec des composants recyclés de batteries usées.

L’Europe et ses objectifs volontaristes de diminution des émissions de dioxyde de carbone ont conduit à une augmentation massive de l’achat de voitures électriques. Cependant, côté législation, la réglementation concernant le recyclage des batteries lithium ion n’a pas progressé aussi vite.

La Directive européenne 2006/66/CE relative aux piles et accumulateurs ainsi qu'à leurs déchets définit les rendements minimaux de recyclage dans son annexe III (Partie B). Elle impose que le processus de recyclage atteigne un rendement minimum de recyclage d’au moins 50 % du poids moyen des autres déchets de piles et d'accumulateurs. Cette même directive européenne identifie le fabricant des batteries comme responsable de leur recyclage. Ainsi, selon cette directive Batteries 2006/66/EC, le fabricant doit collecter les batteries à ses frais (Art 8), les recycler en liaison avec un opérateur de recyclage dont le procédé garantit 50 % de recyclage (Art 7 et 12).

Des normes sont par ailleurs envisagées pour massifier et réglementer le recyclage : la Commission européenne souhaite imposer aux producteurs l’intégration d’un minimum de matières recyclées dans les batteries à partir de 2030, à hauteur de 4% de lithium afin de le rendre rentable et éveiller l’intérêt des opérateurs du recyclage.

Lorsqu’elles arrivent en fin de vie, les batteries sont recyclées par différentes méthodes. Le fabricant EA Elektro-Automatik est un acteur incontournable du recyclage des batteries lithium-ion.

Décharge complète et stabilisation

Les batteries doivent être déchargées totalement en vue du recyclage. Le procédé utilisé est une solution saline ou une résistance. La solution saline est peu utilisée du fait du dégagement d’hydrogène et de chlore. Le fabricant EA Elektro-Automatik sait vérifier leurs capacités résiduelles ou effectuer une décharge complète des batteries en fin de vie.

Pré-traitement par démontage et broyage

Les différents modules sont isolés et démontés. Le démontage permet de récupérer les cathodes et leur matériau constitutif. Toutes les parties non réutilisables sont broyées et séparées selon leurs propriétés.

Pyrométallurgie

Le passage dans trois fours différents permet la récupération des métaux ferreux.

• L’évaporation des solvants s’effectue par préchauffage inférieur à 300 °C ;
• L’incinération des plastiques et de l’électrolyte est faite par pyrolyse à 700 °C ;
• La fonte des oxydes de métaux en alliages nécessite des températures jusqu’à 1475 °C.

Hydrométallurgie

Ce procédé permet de récupérer des métaux, purifiés au contact de différents solvants, par différentes techniques de traitement chimique.

Le remplacement des batteries lithium-ion dans les véhicules électriques s’effectue tous les 7 à 8 ans, dès lors qu’elles ne délivrent plus que 70% de leur capacité initiale. Elles ont alors la chance de pouvoir disposer d’une seconde vie dans le stockage de l’énergie renouvelable.

L’intérêt du stockage de l’électricité est avéré, que ce soit pour alimenter son véhicule électrique ou pour accompagner l’autoconsommation électrique chez les particuliers, en complément par exemple de la fourniture photovoltaïque.

Le stockage stationnaire tend à devenir stratégique dans la mesure où il permet d’équilibrer la production et la consommation d’électricité. L’énergie est stockée en périodes de forte production, afin de pouvoir la réutiliser ultérieurement lorsque la production sera moindre.

Le fabricant EA Elektro-Automatik peut par exemple adapter les batteries lithium-ion au stockage d’énergie pour la puissance solaire ou l’énergie éolienne.