Le recyclage des batteries lithium-ion génère des matériaux et résidus complexes, dont la composition peut varier selon la technologie de batterie, les procédés de traitement utilisés et l’origine des matières premières. La caractérisation chimique de ces matériaux recyclés constitue ainsi une étape essentielle pour connaître leur composition, identifier les éléments présents et évaluer leur potentiel de valorisation. Qu’il s’agisse de black mass, de poudres issues du traitement des batteries ou de résidus de procédés, FILAB accompagne les industriels dans leur caractérisation analytique.
Pourquoi caractériser les matériaux issus du recyclage des batteries ?
Les matériaux récupérés lors du recyclage peuvent contenir différents éléments métalliques, notamment du cobalt (Co), du nickel (Ni), du manganèse (Mn), du lithium (Li), du cuivre (Cu) ou encore de l’aluminium (Al), ainsi que des éléments non métalliques comme le carbone ou le fluor.
La caractérisation permet notamment de :
- déterminer la composition élémentaire d’un matériau recyclé ;
- quantifier les éléments valorisables ;
- identifier la présence d’éléments minoritaires ou d’impuretés ;
- comparer plusieurs lots de matières recyclées ;
- contrôler la qualité d’une matière première secondaire ;
- accompagner l’optimisation d’un procédé de recyclage ;
- disposer de données analytiques pour orienter les étapes de valorisation.
Une caractérisation adaptée permet ainsi de mieux comprendre la matière obtenue et de vérifier son adéquation avec les objectifs du procédé de recyclage.
Quelles analyses pour caractériser ces matériaux ?
La stratégie analytique est définie en fonction de la matrice, des éléments recherchés et du niveau de caractérisation attendu.
Option 1 : analyse élémentaire ciblée
Pour une première caractérisation, FILAB peut réaliser une analyse de 8 éléments par ICP-AES, selon une méthode interne non validée. Cette approche peut notamment être adaptée à des résidus présentant majoritairement du cobalt, du nickel et du manganèse. L’ICP-AES permet ainsi d’obtenir une première cartographie de la composition élémentaire du matériau et de quantifier les éléments recherchés.
Option 2 : caractérisation élémentaire élargie
Une caractérisation plus complète peut associer plusieurs techniques :
- détermination de la teneur en carbone (C) par analyseur élémentaire ; cette analyse est actuellement réalisée par un laboratoire du réseau partenaire et est en cours d’internalisation chez FILAB ;
- analyse de 12 éléments par ICP-AES, selon une méthode interne non validée ;
- dosage du fluor par Chromatographie Liquide Ionique (CLI) après combustion.
Cette combinaison permet de caractériser à la fois la fraction métallique et certains éléments non métalliques présents dans les matériaux issus du recyclage.
Option 3 : caractérisation élémentaire complète
Pour une caractérisation plus large, FILAB peut proposer :
- la détermination de la teneur en carbone (C) par analyseur élémentaire, actuellement réalisée par un laboratoire du réseau partenaire et en cours d’internalisation chez FILAB ;
- l’analyse de 22 éléments par ICP-AES ;
- l’analyse du mercure (Hg) par amalgameur ;
- le dosage du fluor par Chromatographie Liquide Ionique (CLI) après combustion.
Cette approche permet d’obtenir un profil élémentaire étendu du matériau et de rechercher notamment certains éléments susceptibles d’influencer sa valorisation ou son utilisation ultérieure.
Option 4 : dosage élémentaire ciblé
Lorsque la problématique porte sur un élément spécifique, une analyse ciblée peut également être réalisée par ICP. Cette option permet de répondre à une question analytique précise sans nécessairement mettre en œuvre une caractérisation élémentaire complète.
Une stratégie analytique adaptée à chaque matériau
Le choix de l’option analytique dépend notamment de la nature du matériau, de son origine, de sa composition présumée et des objectifs de l’étude. Dans le cas d’une black mass, par exemple, une analyse ciblée des principaux métaux peut constituer une première étape. Une caractérisation plus large peut ensuite être mise en œuvre afin de rechercher d’autres éléments, notamment des impuretés ou des éléments susceptibles de pénaliser les étapes de recyclage et de valorisation. Les résultats peuvent également être comparés entre différents lots afin d’identifier les variations de composition et de contrôler la régularité d’une matière recyclée.
FILAB, laboratoire d’analyse des matériaux issus du recyclage
FILAB accompagne les acteurs du recyclage des batteries lithium-ion dans la caractérisation chimique et élémentaire de leurs matières recyclées. Selon les besoins, le laboratoire adapte la stratégie analytique et combine différentes techniques afin de fournir des données exploitables sur la composition des matériaux. Cette approche permet notamment de caractériser les matières premières secondaires, quantifier les éléments valorisables, rechercher des impuretés et accompagner le contrôle des procédés de recyclage.
Notre FAQ
L’analyse d’une black mass permet de connaître sa composition et d’évaluer les éléments susceptibles d’être valorisés. Cette matière issue du traitement des batteries peut présenter des compositions variables. Sa caractérisation fournit des données pour comparer les approvisionnements, rechercher des impuretés et orienter les choix de traitement. Découvrir l’analyse de black mass.
Les analyses peuvent notamment porter sur le lithium, le cobalt, le nickel, le manganèse, le cuivre et l’aluminium. Les éléments à doser sont sélectionnés selon l’origine du matériau et l’objectif de l’étude. Un même élément peut représenter une ressource à récupérer ou une impureté à surveiller selon la valorisation envisagée.
Un dosage ciblé répond à une question précise sur un ou plusieurs éléments identifiés. Une caractérisation élargie est utile pour établir un profil de composition plus complet ou rechercher des constituants minoritaires. FILAB définit la stratégie selon la matrice, sa composition présumée et les exigences du procédé de valorisation.
Le bilan métallique décrit seulement une partie de la composition du matériau recyclé. Le dosage du carbone et du fluor apporte des informations complémentaires sur ses constituants non métalliques. L’article présente notamment l’analyse élémentaire du carbone et la chromatographie ionique après combustion pour le fluor ; il précise que l’analyse du carbone est confiée à un laboratoire partenaire.
La comparaison de plusieurs lots repose sur un programme analytique commun, adapté aux critères de qualité recherchés. Elle peut porter sur les teneurs en métaux valorisables, les impuretés et certaines caractéristiques physiques. Les résultats permettent d’identifier des écarts de composition et d’évaluer la régularité des matières destinées au recyclage. Consulter les prestations sur black mass.