Accumulateurs Lithium-Ion Portables
Les accumulateurs Lithium-ion portables peuvent être de composition différente et utilisés dans de nombreuses applications (batteries d’ordinateur, téléphone portable, équipements nécessitant de l’énergie pour fonctionner en toute autonomie).
Ils sont composés de différents matériaux plus ou moins complexes. Les éléments de base sont du plastique, des connecteurs et des métaux. On peut donc retrouver du cobalt, du manganèse, du nickel de l’aluminium, du cuivre et du phosphate de fer. On les trouve dans la littérature avec les abréviations suivantes :
- LCO (base Co)
- LMO (base Mn)
- LNMC (base Ni-Mn-Co)
- LNCA (base Ni-Co-Al)
- LiFePO ou LFPO (Li-Fe-phosphates)
Caractéristiques techniques de ces accumulateurs
Les accumulateurs sont composés, entre autre, de deux électrodes et d’une solution électrolytique :
- l’anode sur support de cuivre recouvert de divers types de carbone,
- la cathode sur support en aluminium en général recouvert d’un co-oxyde de lithium et de métaux comme le cobalt, le nickel, le manganèse ou l’aluminium. Ces oxydes métalliques sont soit :
- mono métallique : Co, Ni ou Mn
- polymétallique : Co, Ni et M, Co, Ni et Al…
Il existe aussi des associations de lithium avec des sels comme le sulfate de fer sans présence d’autre métaux.
- La solution électrolytique permet la migration du lithium entre les deux électrodes, elle peut être composée de plusieurs composés chimiques (solvants et sels organiques) qui sont généralement inflammables et contiennent des substances dangereuses pour l’environnement.
De nouveaux couples électrochimiques continuent à apparaitre sur le marché très régulièrement.
Les producteurs cherchent avant tout à augmenter les performances des accumulateurs lithium pour obtenir :
- une meilleure capacité énergétique (Wh/kg),
- plus de puissance disponible à la décharge (W/kg),
- un poids toujours plus faible,
- une plus grande vitesse de charge,
- une durée de vie plus importante.
Mais ils cherchent également à réduire le coût de fabrication des accumulateurs en réduisant la présence des métaux, notamment celle des métaux chers (Ni, Co…).
En raison de l’appauvrissement des accumulateurs en métaux riches, le coût de traitement du Lithium-ion Portable devrait vraisemblablement augmenter dans les prochaines années.
ORIGINE DU GISEMENT
La majorité des accumulateurs lithium sont incorporés dans des équipements électriques ou électroniques. Nous les retrouvons, en générale, dans la collecte des DEEE en fin de vie. Ils sont, dans ce cas, séparés dans produits électroniques au cours du pré-démantèlement des DEEE, soit récupérer en sortie d’unité automatisé comme par exemple la technologie du smatcher, qui éclate les DEEE ce qui permet de récupérer les accumulateurs Li-ion dans les fractions concassées.
TABLEAU DE SYNTHESE DES IMPACTS
Les batteries portables Li-ion en fin de vie peuvent générer différents impacts.
Au niveau de la sécurité, ces batteries associant énergie/éléments inflammables peuvent être réactives en fonction de leur état, elles doivent être gérées dans un souci d’éviter tout potentiel court-circuit. Ce risque entraine donc d’être vigilant lors de la collecte et après le tri lors du stockage de ces batteries en fin de vie.
Au niveau de l’environnement, les éléments présents, classés comme toxiques pour l’environnement, doivent être gérés dans des unités dédiées, dimensionnées et adaptées à la non-dissémination dans l’environnement de substances toxiques. Ces outils permettent de garantir une prise en charge de toutes les typologies quelques soient les couples chimiques utilisés.
Au niveau du rendement de recyclage et des coûts associés, si la composition du couple électrochimique à peu d’importance sur le coût de traitement (hors gestion des potentielles substances polluantes), la présence ou non de certains métaux dans les co-oxydes est déterminante dans la valorisation des extrants du procédé. Il y a de l’ordre de 20% de métaux autre que le Lithium dans un accumulateur Li-ion.
Prenons par exemple plusieurs cas avec des valeurs moyennes de métaux suivantes : un cobalt à 25 €/kg, le nickel à 10 €/kg, l’aluminium à 1,5 €/kg et le manganèse à 0,9 €/kg, afin de calculer la valeur intrinsèque en métal.
S’il y a 18% de cobalt sa valeur dans l’accumulateur sera environ : 1,8 €/kg d’accumulateur,
S’il y a 18% de manganèse sa valeur dans l’accumulateur sera environ : 0,12 €/kg,
S’il y a un mélange à égalité de Co, Ni et Mn, la valeur sera environ : 0,90 €/kg.
Ces calculs sont basés sur la valeur des métaux pris de manière isolés et purs. Il est important de noter que la variabilité des cours des métaux peut entrainer des variations très importantes au cours du temps.
Afin de résumer les différents impacts associés au recyclage de ces batteries, le tableau ci-dessous reprend les différents points.
AVIS GÉNÉRAL
Dans l’état actuel des équipements et techniques de collecte, tri et traitement utilisés en France par les adhérents du SFRAP, les différentes technologies d’accumulateurs lithium peuvent suivre la chaîne du recyclage.
Des précautions et des outils de recyclage adaptés doivent cependant être utilisés pour garantir une sécurité optimale et un impact dans l’environnement le plus faible possible.
Il est important de noter, pour les metteurs sur le marché, que les technologies n’intégrant des métaux à faible valeur vont devoir supporter une éco-contribution nettement supérieure.
Une étude est en cours pour connaitre, en permanence, l’évolution des couples électrochimiques des accumulateurs lithium dans les principaux usages de ceux-ci.