Yu Haijun et Xie Yinghao

Les méthodes traditionnelles de recyclage des batteries lithium-ion, en particulier de recyclage des matériaux de cathodes d'oxydes de lithium, de nickel, de cobalt et de manganèse (NCM) sont énergivores et nécessitent l'utilisation de nombreux produits chimiques. Ces procédés décomposent les batteries en composants de base et demandent de grandes quantités d'eau, d'acides, d'alcaline et de ressources en énergie, tout en générant des déchets secondaires. Les matériaux récupérés sont souvent de moins bonne qualité, ce qui rend leur utilisation impossible dans la production de nouvelles batteries.

L'équipe de Brunp Recycling a mis au point une autre méthode de recyclage, davantage sélective. Leur méthode de "positionnement inversé" réutilise la structure existante des cellules élémentaires des matériaux de la batterie, notamment l'élément en aluminium de l'électrode positive, comme une ressource active plutôt qu'un déchet. La technologie débute par le démantèlement physique des batteries usagées pour extraire les languettes des électrodes positives, qui sont ensuite mélangées avec un agent scorifiant spécial et l'aluminium résiduel avant de subir une réaction activée thermiquement. Cela produit un état d'alliage spécial de nickel-cobalt-manganèse, qui est broyé et traité pour obtenir une poudre à la structure poreuse. Mélangé à l'élément de lithium et fritté, cet alliage devient un matériau de cathode de grande qualité.

L'entreprise indique avoir atteint un taux de récupération de métaux quasi parfait (99,6 % pour le nickel, le cobalt et le manganèse et 96,5 % pour le lithium). L'utilisation d'acides et d'alcalins chute de 73 % et le procédé est plus de 18 % plus court que les méthodes d'hydrométallurgie traditionnelles, ce qui permet des rendements plus élevés et une mise à l'échelle méga-industrielle plus pratique. Le recyclage du nickel, du cobalt et du lithium émet environ 80 % de gaz à effet de serre de moins que l'extraction de ces matériaux. Alors que les installations mondiales de batteries pour véhicules électriques dépassent les 1 000 GWh et que 190 GWh de déchets ont déjà été accumulés, la récupération des matériaux des batteries usagées peut réduire la nécessité de nouvelles extractions.

Déployer un modèle d'économie circulaire

L'invention doit son existence à des expériences pratiques dans les domaines de la fabrication de batteries et de la gestion des déchets. Au début des années 2000, l'équipe a observé qu'il était de plus en plus difficile de gérer les batteries usagées et que la Chine était dépendante aux importations de matières premières. Cela l'a conduit à fonder Brunp Recycling et a déployé sur le long terme des efforts de recherche dans le domaine des technologies de recyclage évolutives. Yu Haijun a rejoint l'entreprise en 2006 et Xie Yinghao en 2013. Ils effectuent des recherches dans le domaine du recyclage des batteries et des technologies d'utilisation depuis de longues années. Ils jouent un rôle clé dans les efforts d'innovation de l'entreprise. 

Chaque étape du développement de technologies visant à récupérer les matériaux des batteries usagées présentait des défis. Comme Xie Yinghao le rappelle : "Notre premier défi était la conduite des expériences. Nous avons beaucoup essayé et beaucoup échoué avant d'obtenir les résultats escomptés. Un autre défi était celui de la conversion des résultats expérimentaux en production réelle."

L'année 2009 a marqué un tournant capital pour l'entreprise : Yu Haijun a proposé Reverse Product Positioning Design (RPPD ou conception par positionnement inversé du produit) et Directed Recycling Technologies (DRT ou technologies de recyclage ciblé), cherchant à passer d'un traitement chimique destructif à la préservation et la récupération dirigée des matériaux essentiels, et atteignant par cette avancée technologique une efficacité élevée et une réduction des coûts. En 2012, l'équipe avait mis au point la première génération de DRT pour les cathodes de batteries ternaires. 

Après que Brunp ait rejoint Contemporary Amperex Technology Co. Limited (CATL) en 2015, l'équipe a appliqué le système DRT avancé sur la chaîne d'approvisionnement de CATL. En 2019, après avoir analysé des milliers d'échantillons, l'équipe a réussi à surmonter des défis de longue date en matière de régénération de matériaux NCM et a créé la deuxième génération de DRT, produisant des matériaux offrant des performances élevées, une sécurité accrue et une empreinte carbone moindre. "Grâce à nos taux très élevés de récupération, des performances de matériaux supérieures et des coûts de traitement exceptionnellement bas, nous réduisons notre dépendance à des millions de tonnes de minerai vierge de nickel, de cobalt et de lithium, ce qui constitue une avancée considérable en faveur du développement durable", explique Yu Haijun.

À propos des inventeurs

Dr Yu Haijun est un chercheur universitaire du Centre de recherche national et local d'ingénierie pour le recyclage des batteries de puissance des véhicules à énergies nouvelles, il est le directeur du principal laboratoire de la province du Guangdong pour le recyclage des batteries et également le fondateur du concept de RPPD. Il a contribué à l'élaboration de 153 normes chinoises et règles de la technique et a été récompensé à 43 reprises pour ses travaux de recherche. Xie Yinghao est le Directeur de Brunp. C'est un chercheur reconnu qui a rédigé 75 articles scientifiques et a contribué à l'élaboration de 110 normes chinoises et règles de la technique.