WO2020161339A1 - Procede d'extraction de lithium d'une batterie electrique comprenant du lithium metallique solide - Google Patents

Procede d'extraction de lithium d'une batterie electrique comprenant du lithium metallique solide Download PDF

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lithium
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compression
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Vincent BODENEZ
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Definitions

  • the present invention relates to a process for extracting lithium from a battery comprising solid metallic lithium.
  • the field of the invention is the field of batteries based on solid metallic lithium, and in particular of Lithium-Metal-Polymer batteries, and even more particularly the field of recycling these batteries.
  • LMP ® Lithium-Metal-Polymer
  • LMP ® batteries The lifespan of LMP ® batteries is not infinite and it seems necessary to recycle these batteries. However, even at the end of its life, an LMP ® battery still contains solid metallic lithium, which can be reused in other batteries or in other fields, and whose value is not negligible.
  • Another object of the invention is to provide a method for recovering solid metallic lithium in an assembly of at least one electrical energy storage cell, in an efficient manner by limiting and controlling the effect of potential short circuits. during recycling.
  • the invention makes it possible to achieve at least one of these aims by a process for extracting lithium from an assembly of at least one electric battery cell comprising solid metallic lithium, such as a Lithium-Metal-Polymer battery, said method comprising an extraction phase comprising the following steps:
  • the method according to the invention proposes to recover the lithium from a battery comprising solid lithium, by treating the cells making up said battery individually or together.
  • the method according to the invention proposes to recover the metallic lithium, preferably solid, from an assembly of at least one cell whose lithium is in the liquid state, by heating said assembly of cell (s) to a treatment temperature above the melting point of solid metallic lithium.
  • the metallic lithium once melted, is evacuated, all or part, naturally from each cell, under the effect of the force of gravity.
  • the method according to the invention proposes a specific orientation of each cell, the latter being at least inclined, so that the first border from which protrudes the negative electrode is located below the level of the second border, opposite at the first edge, from which protrudes the positive electrode.
  • Such an orientation of each cell makes it possible, on the one hand, to facilitate the flow of the molten lithium out of the cell by gravity, and on the other hand to avoid contact between the molten lithium and the positive electrode or the current collector. of the positive electrode, such contact being able to cause an electric short-circuit or an electric arc, such a short-circuit being able to cause a fire.
  • electrical energy storage cell an assembly comprising, at least:
  • a negative electrode formed by, or comprising, a layer of solid metallic lithium
  • the “solid metallic lithium” can comprise:
  • the heating step achieves heating of the cell assembly (s) to a temperature. treatment greater than or equal to:
  • the treatment temperature is greater than or equal to 180.5 ° C.
  • the treatment temperature is less than or equal to a maximum temperature, for example 300 ° C.
  • the assembly can comprise a single or a single cell.
  • the assembly can comprise several cells assembled, or in particular stacked, in an assembly direction.
  • the assembly direction can be perpendicular to the plane formed by each cell.
  • the assembly can correspond to a battery in which the cells are connected in series.
  • the positioning step can achieve a vertical positioning of the assembly of cells (s), in which the first border is downwards.
  • the step of heating the assembly of cell (s) can be carried out under inert gas.
  • the method according to the invention reduces the risks of accidents, in particular the risks of fire.
  • the process according to the invention makes it possible to avoid the formation of polluting compounds which may be generated by unwanted, or even uncontrolled, physicochemical reactions during the extraction of lithium.
  • the inert gas can be, or comprise, any one of the following gases: helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr) , xenon (Xe) and radon (Rn).
  • the step of heating the assembly of cell (s) can be carried out under vacuum.
  • the method according to the invention can also comprise, before the extraction phase, a step of electrically charging the assembly of cells (s), said extraction phase being applied to said charged assembly.
  • Each cell can be charged individually, or by electrically charging the entire cell (s).
  • the extraction phase may further comprise a step of compressing the assembly of cell (s).
  • the molten lithium is forced to drain out of each cell, which increases the amount of lithium recovered.
  • the compression step can be carried out continuously throughout the extraction phase.
  • each cell is subjected to compression, in part or in whole, throughout the duration of the extraction phase.
  • the compression step can be performed discretely, one or more times, during the extraction phase.
  • the extraction phase includes times when the set of cells (s) is not subjected to compression.
  • the compression step can apply compression to the surface of the assembly of cells (s) by sweeping the surface of said assembly from the second border towards the first border.
  • the molten lithium is brought / guided progressively towards the first edge from which protrudes one (or more) negative electrode (s), which increases the quantity of lithium recovered and reduces the risk of contact between the lithium and the positive electrode (s).
  • the compression step can be carried out by passing the assembly of cell (s) between two rollers.
  • the compression step can be carried out by a compression roller compressing the assembly of cells (s) against a bearing surface.
  • Compression may be applied in successive passes, each pass sweeping the surface of the cell assembly (s) starting with the second border towards the first border.
  • the space between the compression rollers, respectively between the compression roller and the bearing surface, may correspond to the thickness of the cell assembly (s) minus the thickness of the layer (s) ) solid metallic lithium (s). This allows compression to be applied, as long as solid lithium remains in the cell assembly (s).
  • the space between the two compression rollers, respectively between the compression roller and the bearing surface, can be reduced over successive passes, so as to always apply compression to the cell assembly (s ).
  • the speed of passage between the compression rollers, respectively of the compression roller, and more generally the scanning speed, may be between a few mm to a few tens of mm, per second.
  • the method according to the invention can comprise, before the extraction phase, a step of removing at least one electrical connector from at least one cell, also called “crimp” in English.
  • the method according to the invention can comprise, before the extraction phase, a step of removing material overflows from at least one, and particularly from each, edge of the cell assembly (s ).
  • a heating means configured to heat said assembly to a treatment temperature greater than or equal to the melting temperature of said solid metallic lithium.
  • the installation comprises means configured to implement any combination of at least one of the characteristics described above, and which are not repeated here in detail for the sake of brevity.
  • the heating means can comprise an oven.
  • the oven can be filled with an inert gas, or be placed under vacuum.
  • the installation according to the invention may further comprise a means of compressing the assembly of cell (s).
  • the compression means can comprise at least one roller.
  • the compression means may comprise a single roller compressing the assembly of cell (s) against a bearing surface.
  • the bearing surface can be heated to accelerate the temperature rise of the cell assembly (s).
  • the compression means may comprise two rollers between which the assembly of cell (s) is passed.
  • the compression means can be configured to apply continuous compression, throughout the extraction phase.
  • the compression means can be configured to apply compression discretely over time, one or more times, during the extraction phase.
  • the extraction phase includes times when the set of cells (s) is not subjected to compression.
  • the compression means can be configured to apply a compression, of constant or variable value, in a progressive manner or by scanning on the surface of the set of cells (s), from the second border towards the first border.
  • a compression of constant or variable value
  • the compression can be applied to the set of cells by successive passes.
  • Each pass applies sweeping compression to the surface of the cell assembly (s), from the second border to the first border.
  • the compression can be stopped, by moving the rollers aside or by moving the roller away from the bearing surface, to return to the second border in order to start a new pass.
  • the distance between the rollers, respectively between the compression roller and the bearing surface, can be reduced as the passages go, and in particular between two successive passages.
  • the method according to the invention can be implemented to treat several sets of cell (s), in particular several sets of cells forming a battery pack and connected together in parallel within said battery pack.
  • At least two sets of cell (s) can be aligned side by side, without overlapping, for example in a direction parallel to the first border.
  • the compression can be applied to at least two sets of cell (s) by the same compression means, namely a set of rollers, or a roller cooperating with a bearing surface.
  • the invention makes it possible to achieve at least one of these aims by a process for extracting lithium from an assembly of at least one electric battery cell comprising solid metallic lithium, such as a Lithium-Metal-Polymer battery, said method comprising an extraction phase comprising the following steps:
  • the method according to the invention proposes to recover the lithium from a battery comprising lithium, by treating the cells making up said battery individually or together.
  • the method according to the invention proposes to recover the metallic lithium from an assembly of at least one cell, the lithium of which is brought to the liquid state, by heating said assembly of cell (s) to a treatment temperature. greater than the melting point of solid metallic lithium.
  • the metallic lithium once melted, is partially evacuated naturally from each cell, under the effect of the difference in density.
  • the process according to the invention allows simple and uncomplicated recovery of solid metallic lithium.
  • the method according to the invention proposes a specific orientation of each cell, the latter being at least inclined, so that the first border from which protrudes the negative electrode is above the level of the second border, opposite to the first border, from which protrudes the positive electrode.
  • Such an orientation of each cell makes it possible on the one hand to facilitate the flow of molten lithium out of the cell by density difference, and on the other hand to avoid contact between the molten lithium and the positive electrode or the collector. current of the positive electrode, such contact being able to cause an electrical short-circuit, such a short-circuit being able to cause a fire.
  • the immersion of the assembly of cell (s) in a liquid makes it possible to improve the dissipation of heat from the cell, in particular during a short-circuit and therefore to greatly limit the effect thereof.
  • electrical energy storage cell an assembly comprising, at least:
  • a negative electrode formed by, or comprising, a layer of solid metallic lithium
  • the term “density” is understood to mean the ratio between the density of the liquid considered and the density of water.
  • the “solid metallic lithium” can comprise:
  • the heating step achieves heating of the cell assembly (s) to a temperature. treatment greater than or equal to: the lowest of said different melting temperatures; or preferably, the highest of said different melting temperatures, or
  • the treatment temperature is, in the case of using pure metallic lithium, greater than or equal to 180.5 ° C.
  • the treatment temperature is less than or equal to a maximum temperature, for example 300 ° C.
  • the assembly can comprise a single or a single cell.
  • the assembly can comprise several cells assembled, or in particular stacked, in an assembly direction.
  • the assembly direction can be perpendicular to the plane formed by each cell.
  • the assembly can correspond to a battery in which the cells are connected in series.
  • the positioning step can achieve a vertical positioning of the assembly of cells (s), in which the first border is upwards.
  • the immersion step is carried out by immersing the assembly of cell (s) completely in the liquid.
  • the method according to the invention reduces the risks of accidents, in particular the risks of fire.
  • the process according to the invention makes it possible to avoid the formation of polluting compounds which may be generated by unwanted, or even uncontrolled, physicochemical reactions during the extraction of lithium, in particular by controlling the treatment temperature and the density of the liquid so that only lithium or lithium alloy can be extracted.
  • the method according to the invention can further comprise, before the extraction phase, a step of electrically charging the assembly of cells (s), said extraction phase being applied to said charged assembly.
  • Each cell can be charged individually, or by electrically charging the entire cell (s).
  • the extraction phase may further comprise a step of compressing the assembly of cell (s).
  • the molten lithium is forced to evacuate out of each cell, which increases the quantity of lithium recovered and the kinetics of the process.
  • the compression step can be carried out continuously throughout the extraction phase.
  • each cell is subjected to compression, in part or in whole, throughout the duration of the extraction phase.
  • the compression step can be performed discretely, one or more times, during the extraction phase.
  • the extraction phase includes times when the set of cells (s) is not subjected to compression.
  • the compression step can apply compression to the surface of the assembly of cells (s) by sweeping the surface of said assembly from the second border towards the first border. So, the molten lithium is gradually brought / guided towards the first edge from which protrudes one (or more) negative electrode (s), which increases the quantity of lithium recovered and reduces the risk of contact between the lithium or lithium alloy and the positive electrode (s).
  • the compression step can be carried out by passing the assembly of cell (s) between two rollers.
  • the compression step can be carried out by a compression roller compressing the assembly of cells (s) against a bearing surface.
  • Compression can be applied in successive passes, each pass sweeping the surface of the cell assembly (s) starting with the second border towards the first border.
  • the space between the compression rollers, respectively between the compression roller and the bearing surface, may correspond to the thickness of the cell assembly (s) minus the thickness of the layer (s) ) solid metallic lithium (s). This allows compression to be applied, as long as solid lithium remains in the cell assembly (s).
  • the space between the two compression rollers, or respectively between the compression roller and the bearing surface, also called the bearing table, can be reduced over successive passes, so as to always apply compression. on the cell set (s).
  • the speed of passage between the compression rollers, or respectively of the compression roller cooperating with a support table, and more generally the scanning speed, may be between a few mm and a few tens of mm, per second.
  • the method according to the invention can comprise, before the extraction phase, a step of removing at least one electrical connector from the cell, also called “crimp” in English.
  • the method according to the invention can comprise, before the extraction phase, a step of removing material overflows at the level at least one, and particularly each, border of the set of cell (s).
  • an installation for extracting lithium from an assembly of at least one electric battery cell comprising solid metallic lithium, such as a Lithium-Metal-Polymer battery, said battery. installation including:
  • a heating means configured to heat said assembly to a treatment temperature greater than or equal to the melting temperature of said solid metallic lithium.
  • the installation comprises means configured to implement any combination of at least one of the characteristics described above, and which are not repeated here in detail for the sake of brevity.
  • the liquid can be a natural or synthetic oil, having the following physicochemical properties:
  • the installation according to the invention may further comprise a means of compressing the assembly of cell (s).
  • the compression means can comprise at least one roller.
  • the compression means may comprise a single roller compressing the assembly of cell (s) against a bearing surface.
  • the bearing surface can be heated to accelerate the temperature rise of the cell assembly (s).
  • the compression means may comprise two rollers between which the assembly of cell (s) is passed.
  • the compression means can be configured to apply continuous compression, throughout the extraction phase.
  • the compression means can be configured to apply compression discretely over time, in one or more times, during the extraction phase.
  • the extraction phase includes times when the set of cells (s) is not subjected to compression.
  • the compression means can be configured to apply a compression, of constant or variable value, in a progressive manner or by scanning on the surface of the set of cells (s), from the second edge towards the first edge.
  • a compression of constant or variable value
  • the compression can be applied to the set of cells by successive passes.
  • Each pass applies sweeping compression to the surface of the cell assembly (s), from the second border to the first border.
  • the compression can be stopped, by moving the rollers aside or by moving the roller away from the bearing surface, to return to the second border in order to start a new pass.
  • the distance between the rollers, respectively between the compression roller and the bearing surface can be reduced as the passages go, and in particular between two successive passages.
  • the method according to the invention can be implemented to treat several sets of cell (s), in particular several sets of cells forming a battery pack and connected together in parallel within said battery pack.
  • At least two sets of cell (s) can be aligned side by side, without overlapping, for example in a direction parallel to the first border.
  • the compression can be applied to at least two sets of cell (s) by the same compression means, namely a set of rollers, or a roller cooperating with a bearing surface.
  • FIGURE 1 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a cell within the meaning of the present invention
  • FIGURE 2 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a set of cells within the meaning of the present invention
  • FIGURE 3 is a schematic representation of a first non-limiting exemplary embodiment of a method according to the invention, in accordance with the first proposed solution;
  • FIGURE 4 is a schematic representation of a second exemplary embodiment of a method according to the invention, in accordance with the first proposed solution
  • FIGURE 5 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of an installation according to the invention, in accordance with the first proposed solution
  • FIGURE 6 is a schematic representation of a first non-limiting exemplary embodiment of a method according to the invention, in accordance with the second proposed solution;
  • FIGURE 7 is a schematic representation of a second non-limiting exemplary embodiment of a method according to the invention, in accordance with the second proposed solution;
  • FIGURE 8 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of an installation according to the invention, in accordance with the second proposed solution.
  • variants of the invention comprising only a selection of characteristics described below, isolated from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from state of the prior art.
  • This selection comprises at least one preferably functional characteristic without structural detail, or with only part of the structural details if this part is only sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • the term “density” is understood to mean the ratio between the density of the liquid considered and the density of water.
  • the liquid can be a natural or synthetic oil, having the following physicochemical properties:
  • FIGURE 1 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a cell within the meaning of the present invention, regardless of the solution implemented among the two solutions proposed.
  • Cell 100 shown in FIGURE 1, comprises a negative electrode 102 formed by, or comprising, a layer of solid metallic lithium.
  • the cell 100 further comprises a positive electrode 104.
  • the positive electrode 104 is generally formed by a layer of composite based on polymer and on active material.
  • a solid electrolyte layer 106 is placed between the negative electrode 102 and the positive electrode 104.
  • This solid electrolyte layer 106 may for example comprise lithium salt.
  • Cell 100 further includes a current collector 108 on the side of positive electrode 104.
  • Current collector 108 is generally made of aluminum.
  • the negative electrode 102 of the cell 100 protrudes from the other elements of the cell 100 on the side of a first border 110 of the cell 100, here to the right of the figure; and the positive electrode 104 and / or the collector 108 of the cell 100 (which collector 108 is connected to the positive electrode 104) protrudes from the other elements of the cell 100 on the side of a second border 112, opposite to the first edge 110.
  • the protrusion could relate to the single positive electrode 104 or also to the positive electrode 104 and the collector 108.
  • the cell 100 shown in FIGURE 1 is a very simplified version of embodiment, given by way of illustration in no way limiting.
  • the cell within the meaning of the present invention may comprise other layers than those indicated, or more layers, or layers whose composition is different from the composition given here by way of non-limiting example.
  • FIGURE 2 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a set of cell (s) within the meaning of the present invention, regardless of the solution implemented among the two solutions proposed.
  • the cell assembly 200 shown in FIGURE 2, comprises one or more cells within the meaning of the present invention.
  • the cell assembly 200 comprises several cells 100-100n, identical, assembled in a direction 202 perpendicular to the plane of the layers of each cell 100i.
  • Each cell 100i can be identical to the cell 100 of FIGURE 1.
  • a positive electrode 204 between two adjacent cells 100i-100i + i, with i ⁇ n, are arranged a positive electrode 204, and a current collector 206i which is connected to it. .
  • FIGURE 3 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a method according to the invention, in accordance with the first proposed solution.
  • the method 300 comprises a first optional step 302, during which the electrical connectors, and in particular the current concentrators also called “crimps” in English, of the set of cell (s), are removed.
  • step 304 overflows of material, and in particular of solid metallic lithium, at each side edge of the assembly of cell (s) are removed.
  • the method 300 comprises a phase 306 of extracting the metallic lithium from the cells.
  • the extraction phase 306 comprises a step 308 of positioning the assembly of cell (s) in an orientation in which the first border from which protrudes the negative electrode (s) is (s). found at a level lower than the second border from which protrudes the positive electrode (s) and the collectors.
  • step 308 positions the cell assembly (s) in a vertical orientation, that is to say parallel to the gravity vector, with the border from which protrudes the electrode (s). (s) negative (s) down.
  • the set of cell (s) is maintained in this orientation throughout the extraction phase 306.
  • the extraction phase 306 further comprises a step 310 of heating the assembly of cell (s) to a treatment temperature greater than or equal to the melting temperature of the solid metallic lithium present in the assembly of cell (s). , for example a temperature of 180.5 ° C. This temperature will cause the solid metallic lithium to melt and extract it from each cell by natural flow under the effect of gravity. Preferably, but in no way limiting, the assembly of cell (s) is maintained at this temperature throughout the extraction phase 306.
  • the heating step is carried out in a closed chamber filled with inert gas.
  • the extraction phase 306 may further comprise an optional step 312 of compressing the assembly of cells in order to expel the molten lithium from each cell.
  • the compression can be carried out continuously over all or part of the extraction phase 306.
  • the compression step 312 can be repeated discretely several times during the extraction phase 306.
  • the compression step 312 effects an application of the compression in a progressive manner, or by sweeping, on the surface of the assembly of cell (s), starting with the second border from which protrudes the (or s) ) positive electrode (s) and going towards the first border from which protrudes the negative electrode (s).
  • FIGURE 4 is a schematic representation of another non-limiting exemplary embodiment of a method according to the invention, in accordance with the first proposed solution.
  • Process 400 shown in FIGURE 4, includes all of the steps of process 300 of FIGURE 3.
  • the method 400 further comprises, prior to the steps of the method 300, a step 402 carrying out an electrical recharging of the treated cell (s).
  • Each cell can be partially or fully recharged.
  • FIGURE 5 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of an installation according to the invention, in accordance with the first proposed solution.
  • the installation 500 shown in FIGURE 5, can be used to implement the method according to the invention, and in particular the methods 300 and 400 of FIGURES 3 and 4.
  • the installation 500 makes it possible to extract and recover part or all of the lithium from a battery cell comprising solid metallic lithium, such as for example the cell 100 of FIGURE 1, or from a set of cells such as than the assembly 200 of FIGURE 2.
  • the installation 500 comprises an oven 502, filled with an inert gas or placed under vacuum, configured to heat the cell to a treatment temperature greater than or equal to the melting temperature of the solid metallic lithium present in the cells, for example. 180, 5 ° C or 181 ° C.
  • Installation 500 includes a pair of clamps 504 for holding cell 100, or cell assembly 200, in an upright, or at least tilted, position in which the first rim 110 is positioned below the level of the second rim. 112.
  • Each clamp 504 is movably mounted on a vertical rail 506 so as to move the cell, or the set of cells 200, vertically.
  • the installation 500 further comprises a pair of rollers 508, having between them a spacing corresponding to the thickness of the cell. 100, or the set of cells 200, minus the thickness of the solid layer (s) of metallic lithium.
  • the pair of rollers is positioned so that, as the grippers 504 are moved upward, the cell 100, respectively the cell assembly (s) 200, passes between the rollers 508 starting with the second edge 112.
  • the rollers apply compression to the cell 100, respectively to the cell assembly 200, progressively starting with the second border 112 and working towards the first border 110.
  • the installation further comprises a receptacle 510 for recovering the molten metallic lithium which flows out of each cell under the effect of gravity.
  • the receptacle 510 must be inert towards lithium.
  • FIGURE 6 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a method according to the invention, in accordance with the second proposed solution.
  • the method 600 shown in FIGURE 6, comprises a first optional step 602, in which the electrical connectors, also called “crimps" in English, of each battery cell are removed.
  • step 604 material overflows at each side edge of the set of cells are removed.
  • the method 600 comprises a phase 606 for extracting the metallic lithium from the cells.
  • the extraction phase 606 comprises a step 608 of positioning the assembly of cell (s) in an orientation in which the first border 110 from which protrudes the negative electrode (s). 102 is located at a higher level, in a vertical direction, than the second edge 112 from which protrudes the positive electrode (s) 104 and the collectors.
  • step 608 positions the cell assembly (s) in a vertical orientation, i.e. parallel to the gravity vector, with the border from which protrudes the electrode (s). (s) negative (s) 102 up.
  • the set of cell (s) is maintained in this orientation throughout the extraction phase 606.
  • the extraction phase 606 comprises a step 609 of immersing the assembly of cell (s) in a liquid 850 (see FIGURE 8).
  • the liquid 850 is a natural or synthetic oil, for example a paraffin oil, having the following physicochemical properties:
  • a flash point as well as an auto-ignition point, as high as possible, for example a temperature above 600 ° C, and at least above the treatment temperature of the cell.
  • the immersion step 609 is performed by immersing the assembly 200 of cell (s) in the liquid 850 so that the liquid 850 completely covers the assembly 200 of the cell (s).
  • This immersion step 609 is particularly advantageous by promoting significant heat exchange between the cell and the liquid 850, which limits the risks of the cell overheating and the evacuation of the heat generated during a short circuit and improves the heating kinetics.
  • the extraction phase 606 further comprises a step 610 of heating the assembly of cell (s) to a treatment temperature greater than or equal to the melting temperature of the solid metallic lithium present in the assembly of cell (s). , for example a temperature of 180.5 ° C.
  • the liquid 850 is heated by the oven, and transfers heat to the cell assembly (s).
  • the temperature once higher than the melting temperature of lithium, causes the solid metallic lithium to melt and extract it from each cell by natural flow under the effect of gravity.
  • the set of cell (s) is maintained at this temperature throughout the extraction phase 606.
  • the treatment temperature must not exceed a degradation temperature of the liquid 850, specific to each liquid 850, beyond which the liquid 850 degrades.
  • the liquid 850 on exceeding a threshold temperature, would change its property so that the properties stated above are no longer satisfied.
  • the degradation temperature of the liquid should be + 40 ° C (and for example between + 60 ° C and + 60 ° C) higher than the lithium melting temperature.
  • the process of extracting lithium from a battery makes it possible to limit the effects of potential short circuits by allowing the lithium to flow through the first edge 110 from which protrudes the negative electrode (s) ( s) 102, and to control short circuits by immersing the assembly of cell (s) in a liquid that does not react with lithium and improving the dissipation of calories from the assembly of cell (s), in particular during short -circuit.
  • the extraction phase 606 may further comprise an optional step 612 of compressing the set of cells in order to accelerate the extraction of the molten lithium out of each cell.
  • the compression can be carried out continuously over all, or part, of the extraction phase 606.
  • the compression step 612 can be repeated discretely several times during the extraction phase 606.
  • the compression step 612 effects an application of the compression in a progressive manner, or by sweeping, on the surface of the set of cells (s), starting with the second border 112 from which protrudes the (or the) positive electrode (s) 104 and going towards the first edge 110 from which protrudes the negative electrode (s) 102.
  • FIGURE 7 is a schematic representation of another non-limiting exemplary embodiment of a method according to the invention, in accordance with the second proposed solution.
  • Process 700 shown in FIGURE 7, includes all of the steps of process 600 of FIGURE 6.
  • the method 700 further comprises, prior to the steps of the method 600, a step 702 carrying out an electrical recharging of the treated cell (s).
  • Each cell can be partially or fully recharged.
  • each cell makes it possible to increase the quantity of lithium available for its extraction because the electric recharging causes a migration of lithium ions towards the negative electrode of the cell, which improves the quantity of lithium thus extracted. than the kinetics of the operation.
  • FIGURE 8 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of an installation according to the invention, in accordance with the second proposed solution.
  • the installation 800 shown in FIGURE 8, can be used to implement the method according to the invention, and in particular the methods 600 and 700 of FIGURES 6 and 7.
  • the installation 800 makes it possible to extract and recover part or all of the lithium from a battery cell comprising solid metallic lithium, such as for example the cell 100 of FIGURE 1, or from a set of cells such as than the assembly 200 of FIGURE 2.
  • the installation 800 comprises an oven 802, filled with a liquid 850, configured to heat the cell to a treatment temperature greater than or equal to the melting point of the solid metallic lithium present in the cells, for example 180.5 ° C or 181 ° C.
  • liquid 850 is heated by oven 802, and transfers heat to the cell assembly (s).
  • Installation 800 includes a pair of clamps 804 for holding cell 100, or cell assembly 200, in an upright, or at least tilted, position in which the first rim 110 is positioned above the level of the second. edge 112.
  • Each clamp 804 is movably mounted on a vertical rail 806 so as to move the cell 100, or the set of cells 200, vertically.
  • Liquid 850 completely covers the cell assembly (s), so that the first border 110 is below the level of liquid 850.
  • the installation 800 further comprises a pair of rollers 808, having between them a spacing corresponding to the thickness of the cell 100, or of the set of cells 200, minus the thickness of the layer (s) ) metallic lithium solid (s).
  • the pair of rollers is positioned so that, as the grippers 804 are moved upward, the cell 100, respectively the cell assembly (s) 200, passes between the rollers 808 starting with the second edge 112.
  • the rollers apply compression to the cell 100, respectively to the cell assembly 200, progressively starting with the second border 112 and working towards the first border 110.
  • composition of an electric battery cell comprising solid metallic lithium may be different from that shown in FIGURE 1.
  • the installation according to the invention can comprise devices other than those shown in FIGURES 5 and 7, such as for example means for cutting the electrical connectors of the cell, means for cutting out overflows on the cell. one, or on each, of the borders.
  • the grippers can be fixed, and it is the rollers, respectively 508 and 808, which can be mobile and which can compress the assembly of cells from top to bottom, respectively. bottom to top, depending on the embodiment.
  • a pair of rollers can work to simultaneously process multiple sets of adjacent cell (s).
  • step 609 can be carried out by immersing the cell 100 or the set 200 of cell (s) in the liquid 850, or by filling the oven 802 with the liquid 850, so that the liquid 850 covers the set 200 of cell (s), respectively cell 100.
  • the orientation of the first border 110 of the assembly from which protrudes one or more negative electrodes 102 is a function of the density of the fluid in which the cell 100, or the assembly 200 of cells, is submerged.
  • the fluid is a gas, which is covered by the first solution proposed by the present invention
  • the first edge 110 will be located below the second edge 112 from which protrudes one or more positive electrodes 104, since gas has a lower density than lithium.
  • the first border 110 will be located above the second border 112.
  • the orientation of the first border 110 would be below the second border 112, as shown in the first embodiment.
  • the direction of compression of the cell 100, by the rollers 508, respectively 808, is more advantageous for compressing the cell from the second edge 112 to the first edge 110. Therefore, depending on the density of the fluid, the direction of compression n 'is not identical, as can be seen in the examples illustrated in FIGURES 5 and 8.
  • the first border 110 can be characterized by the fact that it defines the side through which the lithium, once in the liquid state, must flow.

Abstract

L'invention concerne un procédé (300) d'extraction de lithium d'un ensemble d'au moins une cellule de batterie électrique comprenant du lithium métallique solide, telle qu'une batterie Lithium-Métal-Polymère, ledit procédé (300) comprenant une phase (306) d'extraction comprenant les étapes suivantes: -positionnement (308) dudit ensemble dans une orientation dans laquelle une première bordure dudit ensemble d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) négative(s) se trouve en dessous d'une deuxième bordure dudit ensemble, opposée à ladite première bordure, et d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) positive(s); et -chauffage (310) dudit ensemble à une température de traitement supérieure ou égale à la température de fusion dudit lithium métallique solide. Elle concerne également une installation mettant en œuvre un tel procédé.

Description

DESCRIPTION
Titre : Procédé d'extraction de lithium d'une batterie électrique comprenant du lithium métallique solide.
La présente invention concerne un procédé d'extraction de lithium d'une batterie comprenant du lithium métallique solide.
Le domaine de l'invention est le domaine des batteries à base de lithium métallique solide, et en particulier des batteries Lithium-Métal-Polymère, et encore plus particulièrement le domaine du recyclage de ces batteries.
État de la technique
On connaît des batteries à base de lithium métallique solide, telles que par exemple les batteries Lithium-Métal-Polymère (LMP®). Ces batteries sont de plus en plus utilisées, par exemple dans des véhicules électriques ou dans des stations d'alimentation électrique. Ainsi, le nombre de batteries LMP® augmente sans cesse depuis plusieurs années.
La durée de vie des batteries LMP® n'est pas infinie et il parait nécessaire de recycler ces batteries. Or, même en fin de vie, une batterie LMP® comprend encore du lithium métallique solide, qui peut être réutilisé dans d'autres batteries ou dans d'autres domaines, et dont la valeur est non négligeable.
Cependant, il n'existe actuellement aucune technique permettant de récupérer de manière satisfaisante le lithium métallique solide dans une batterie.
Un but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de récupération du lithium métallique solide dans un ensemble d'au moins une cellule de stockage d'énergie électrique. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de récupération du lithium métallique solide dans un ensemble d'au moins une cellule de stockage d'énergie électrique, de manière simple.
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de récupération du lithium métallique solide dans un ensemble d'au moins une cellule de stockage d'énergie électrique, de manière efficace en limitant et en maîtrisant l'effet de potentiels courts-circuits lors du recyclage.
Exposé de l'invention
Première solution proposée par l'invention
Suivant une première solution, l'invention permet d'atteindre au moins l'un de ces buts par un procédé d'extraction de lithium d'un ensemble d'au moins une cellule de batterie électrique comprenant du lithium métallique solide, telle qu'une batterie Lithium-Métal-Polymère, ledit procédé comprenant une phase d'extraction comprenant les étapes suivantes :
- positionnement dudit ensemble dans une orientation dans laquelle une première bordure dudit ensemble d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) négative(s) se trouve en dessous d'une deuxième bordure dudit ensemble, opposée à ladite première bordure, et d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) positive(s) ; et
- chauffage dudit ensemble à une température, dite de traitement, supérieure ou égale à la température de fusion dudit lithium métallique solide.
Le procédé selon l'invention propose de récupérer le lithium d'une batterie comprenant du lithium solide, en traitant les cellules composant ladite batterie individuellement ou ensemble.
De plus, le procédé selon l'invention propose de récupérer le lithium métallique, de préférence solide, d'un ensemble d'au moins une cellule dont le lithium est à l'état liquide, en chauffant ledit ensemble de cellule(s) à une température de traitement supérieure à la température de fusion du lithium métallique solide. Le lithium métallique, une fois fondu, s'évacue, tout ou en partie, naturellement de chaque cellule, sous l'effet de la force de gravité. Ainsi, le procédé selon l'invention permet une récupération simple et peu complexe du lithium métallique solide.
En outre, le procédé selon l'invention propose une orientation spécifique de chaque cellule, cette dernière étant au minimum inclinée, de sorte que la première bordure d'où dépasse l'électrode négative se trouve en dessous du niveau de la deuxième bordure, opposée à la première bordure, d'où dépasse l'électrode positive. Une telle orientation de chaque cellule permet d'une part de faciliter l'écoulement du lithium fondu hors de la cellule par gravité, et d'autre part d'éviter un contact entre le lithium fondu et l'électrode positive ou le collecteur de courant de l'électrode positive, un tel contact pouvant provoquer un court-circuit électrique ou un arc électrique, un tel court-circuit pouvant provoquer un incendie.
Dans la présente demande, par « cellule de stockage d'énergie électrique » on entend un ensemble comprenant, au moins :
- une électrode négative formée par, ou comprenant, une couche de lithium métallique solide ;
- une électrode positive,
- un électrolyte solide, en particulier comprenant du sel de lithium, disposée entre l'électrode positive et l'électrode négative, et
- un collecteur de courant du côté de l'électrode positive.
Dans la présente demande, le « lithium métallique solide » peut comprendre :
- du lithium métallique pur ; ou
- une combinaison d'au moins un alliage de lithium métallique ; ou
- une combinaison de lithium métallique pur et d'au moins un alliage de lithium métallique.
Lorsque le « lithium métallique solide » comprend une combinaison de différentes formes de lithium, telles que celles indiquées ci-dessus, présentant différentes températures de fusion, alors l'étape de chauffage réalise un chauffage de l'ensemble de cellule(s) une température de traitement supérieure ou égale à :
- la plus basse desdites différentes températures de fusion ; et - préférentiellement, la plus haute desdites différentes températures de fusion.
Suivant un exemple de réalisation non limitatif, la température de traitement est supérieure ou égale à 180.5°C.
Suivant un exemple de réalisation, la température de traitement est inférieure ou égale à une température maximale, par exemple de 300 °C.
L'ensemble peut comprendre une seule ou unique cellule.
L'ensemble peut comprendre plusieurs cellules assemblées, ou en particulier empilées, suivant une direction d'assemblage. La direction d'assemblage peut être perpendiculaire au plan formé par chaque cellule.
En particulier, l'ensemble peut correspondre à une batterie dans laquelle les cellules sont reliées en série.
Suivant un mode de réalisation préféré, l'étape de positionnement peut réaliser une mise en position verticale de l'ensemble de cellule(s), dans laquelle la première bordure se trouve vers le bas.
Ainsi, l'écoulement du lithium fondu hors de chaque cellule, par gravité, est amélioré.
De plus, le risque de contact entre le lithium fondu et la (ou les) électrode(s) positive(s) est diminué, voire nul.
Préférentiellement, l'étape de chauffage de l'ensemble de cellule(s) peut être réalisée sous gaz inerte.
Ainsi, le procédé selon l'invention diminue des risques d'accidents, en particulier les risques d'incendie.
De plus, le procédé selon l'invention permet d'éviter la formation de composés polluants pouvant être générée par des réactions physico chimiques non désirées, voire non contrôlées, lors de l'extraction du lithium.
Suivant un exemple de réalisation non limitatif, le gaz inerte peut être, ou comprendre, l'un quelconque des gaz suivants : l'hélium (He), le néon (Ne), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe) et le radon (Rn). Suivant un autre mode de réalisation, l'étape de chauffage de l'ensemble de cellule(s) peut être réalisée sous vide. Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse, le procédé selon l'invention peut en outre comprendre, avant la phase d'extraction, une étape de chargement électrique de l'ensemble de cellule(s), ladite phase d'extraction étant appliquée audit ensemble chargé.
Le fait de charger électriquement la ou les cellules, et de réaliser la phase d'extraction sur les cellules électriquement chargées, permet d'augmenter le rendement d'extraction de lithium. En effet, le chargement électrique d'une cellule permet de déplacer les ions de lithium vers l'électrode négative, ce qui permet d'augmenter la quantité de lithium récupérable.
Chaque cellule peut être chargée de manière individuelle, ou par chargement électrique de l'ensemble de cellule(s).
Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, la phase d'extraction peut en outre comprendre une étape de compression de l'ensemble de cellule(s).
Ainsi, le lithium fondu est forcé à s'évacuer hors de chaque cellule, ce qui augmente la quantité de lithium récupérée.
L'étape de compression peut être réalisée, de manière continue, tout au long de la phase d'extraction. Dans ce cas, chaque cellule est soumise à une compression, en partie ou en totalité, pendant toute la durée de la phase d'extraction.
Alternativement, l'étape de compression peut être réalisée de manière discrète, une ou plusieurs fois, pendant la phase d'extraction. Dans ce cas, la phase d'extraction comporte des moments où l'ensemble de cellule(s) n'est pas soumis à une compression.
Avantageusement, l'étape de compression peut appliquer une compression sur la surface de l'ensemble de cellule(s) en balayant la surface dudit ensemble depuis la deuxième bordure vers la première bordure. Ainsi, le lithium fondu est amené/guidé progressivement vers la première bordure d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) négative(s), ce qui augmente la quantité de lithium récupérée et diminue le risque de contact entre le lithium et la (ou les) électrode(s) positive(s).
Par exemple, l'étape de compression peut être réalisée par passage de l'ensemble de cellule(s) entre deux rouleaux.
Suivant un autre exemple, l'étape de compression peut être réalisée par un rouleau de compression venant comprimer l'ensemble de cellule(s) contre une surface d'appui.
La compression peut être appliquée par passages successives, chaque passage balayant la surface de l'ensemble de cellule(s) en commençant par la deuxième bordure vers la première bordure.
L'espace entre les rouleaux de compression, respectivement entre le rouleau de compression et la surface d'appui, peut correspondre à l'épaisseur de l'ensemble de cellule(s) moins l'épaisseur de la, ou des, couche(s) de lithium métallique solide(s). Cela permet d'appliquer une compression, tant qu'il reste du lithium solide dans l'ensemble de cellule(s).
L'espace entre les deux rouleaux de compression, respectivement entre le rouleau de compression et la surface d'appui, peut être diminué au fur et à mesure des passages successifs, de sorte à toujours appliquer une compression sur l'ensemble de cellule(s).
La vitesse de passage entre les rouleaux de compression, respectivement du rouleau de compression, et plus généralement la vitesse de balayage, peut être comprise entre quelques mm à quelques dizaines de mm, par seconde.
En outre, le procédé selon l'invention peut comprendre, avant la phase d'extraction, une étape d'enlèvement d'au moins un connecteur électrique d'au moins une cellule, également appelée « crimp » en anglais.
Cela permet de faciliter le traitement de l'ensemble de cellule(s).
En outre, le procédé selon l'invention peut comprendre, avant la phase d'extraction, une étape d'enlèvement des débordements de matière au niveau d'au moins une, et particulièrement de chaque, bordure de l'ensemble de cellule(s). Suivant un autre aspect de la même invention, il est proposé une installation d'extraction de lithium d'un ensemble d'au moins une cellule de batterie électrique comprenant du lithium métallique solide, telle qu'une batterie Lithium-Métal-Polymère, ladite installation comprenant :
- un moyen de positionnement dudit ensemble dans une orientation dans laquelle une première bordure dudit ensemble d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) négative(s) se trouve en dessous d'une deuxième bordure dudit ensemble, opposée à ladite première bordure, et d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) positive(s) ; et
- un moyen de chauffage configuré pour chauffer ledit ensemble à une température de traitement supérieure ou égale à la température de fusion dudit lithium métallique solide..
De manière générale, l'installation comprend des moyens configurés pour mettre en œuvre une combinaison quelconque d'au moins une des caractéristiques décrites plus haut, et qui ne sont pas reprises ici en détail par souci de concision.
En particulier, le moyen de chauffage peut comprendre une étuve.
Avantageusement, l'étuve peut être remplie d'un gaz inerte, ou être mise sous vide. L'installation selon l'invention peut comprendre en outre un moyen de compression de l'ensemble de cellule(s).
Le moyen de compression peut comprendre au moins un rouleau.
En particulier, le moyen de compression peut comprendre un unique rouleau venant comprimer l'ensemble de cellule(s) contre une surface d'appui. La surface d'appui peut être chauffée pour accélérer la montée en température de l'ensemble de cellule(s).
Alternativement, le moyen de compression peut comprendre deux rouleaux entre lesquels est passé l'ensemble de cellule(s). De manière générale, le moyen de compression peut être configuré pour appliquer une compression continue, tout au long de la phase d'extraction.
Alternativement, le moyen de compression peut être configuré pour appliquer une compression de manière discrète dans le temps, une ou plusieurs fois, pendant la phase d'extraction. Dans ce cas, la phase d'extraction comporte des moments où l'ensemble de cellule(s) n'est pas soumis à une compression.
Avantageusement, le moyen de compression peut être configuré pour appliquer une compression, de valeur constante ou variable, de manière progressive ou par balayage sur la surface de l'ensemble de cellule(s), depuis la deuxième bordure vers la première bordure. Ainsi, le lithium fondu est amené/guidé progressivement vers la première bordure se trouvant en position basse, ce qui augmente la quantité de lithium récupérée et diminue le risque de contact entre le lithium et la ou les électrode(s) positive(s).
Dans le cas de l'utilisation d'un ou de deux rouleaux de compression, alors la compression peut être appliquée sur l'ensemble de cellules par passages successifs. Chaque passage applique une compression par balayage sur la surface de l'ensemble de cellule(s), depuis la deuxième bordure vers la première bordure. A la fin de chaque passage, la compression peut être arrêtée, en écartant les rouleaux ou en écartant le rouleau de la surface d'appui, pour revenir à la deuxième bordure en vue de recommencer un nouveau passage.
La distance entre les rouleaux, respectivement entre le rouleau de compression et la surface d'appui, peut être diminuée au fur et à mesure des passages, et en particulier entre deux passages successifs.
Le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre pour traiter plusieurs ensembles de cellule(s), en particulier plusieurs ensembles de cellules formant un pack batterie et connectés entre eux en parallèle au sein dudit pack batterie.
Au moins deux ensembles de cellule(s) peuvent être alignées côte à côte, sans se recouvrir, par exemple dans une direction parallèle à la première bordure. Dans ce cas, la compression peut être appliquée à au moins deux ensembles de cellule(s) par un même moyen de compression, à savoir un ensemble de rouleaux, ou un rouleau coopérant avec une surface d'appui.
Deuxième solution proposée par l'invention
Suivant une deuxième solution, l'invention permet d'atteindre au moins l'un de ces buts par un procédé d'extraction de lithium d'un ensemble d'au moins une cellule de batterie électrique comprenant du lithium métallique solide, telle qu'une batterie Lithium-Métal-Polymère, ledit procédé comprenant une phase d'extraction comprenant les étapes suivantes :
- positionnement dudit ensemble dans une orientation dans laquelle une première bordure dudit ensemble, d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) négative(s), se trouve au-dessus d'une deuxième bordure dudit ensemble, opposée à ladite première bordure, et d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) positive(s) ;
- une étape d'immersion de l'ensemble de cellule(s) dans un liquide plus dense que le lithium liquide et électriquement isolant ; et
- chauffage dudit ensemble à une température, dite de traitement, supérieure ou égale à la température de fusion dudit lithium métallique solide.
Le procédé selon l'invention propose de récupérer le lithium d'une batterie comprenant du lithium, en traitant les cellules composant ladite batterie individuellement ou ensemble.
De plus, le procédé selon l'invention propose de récupérer le lithium métallique d'un ensemble d'au moins une cellule dont le lithium est amené à l'état liquide, en chauffant ledit ensemble de cellule(s) à une température de traitement supérieure à la température de fusion du lithium métallique solide. Le lithium métallique, une fois fondu, s'évacue en partie naturellement de chaque cellule, sous l'effet de la différence de densité. Ainsi, le procédé selon l'invention permet une récupération simple et peu complexe du lithium métallique solide.
En outre, le procédé selon l'invention propose une orientation spécifique de chaque cellule, cette dernière étant au minimum inclinée, de sorte que la première bordure d'où dépasse l'électrode négative se trouve au-dessus du niveau de la deuxième bordure, opposée à la première bordure, d'où dépasse l'électrode positive. Une telle orientation de chaque cellule permet d'une part de faciliter l'écoulement du lithium fondu hors de la cellule par différence de densité, et d'autre part d'éviter un contact entre le lithium fondu et l'électrode positive ou le collecteur de courant de l'électrode positive, un tel contact pouvant provoquer un court-circuit électrique, un tel court-circuit pouvant provoquer un incendie. De plus, l'immersion de l'ensemble de cellule(s) dans un liquide permet d'améliorer la dissipation des calories de la cellule, notamment lors d'un court-circuit et donc d'en limiter fortement l'effet.
Dans la présente demande, par « cellule de stockage d'énergie électrique » on entend un ensemble comprenant, au moins :
- une électrode négative formée par, ou comprenant, une couche de lithium métallique solide ;
- une électrode positive,
- un électrolyte solide, en particulier comprenant du sel de lithium, disposée entre l'électrode positive et l'électrode négative, et
- un collecteur de courant du côté de l'électrode positive.
Dans la présente demande, par « densité » on entend le rapport entre la masse volumique du liquide considéré et la masse volumique de l'eau.
Dans la présente demande, le « lithium métallique solide » peut comprendre :
- du lithium métallique pur ; ou
- une combinaison d'au moins un alliage de lithium métallique ; ou
- une combinaison de lithium métallique pur et d'au moins un alliage de lithium métallique.
Lorsque le « lithium métallique solide » comprend une combinaison de différentes formes de lithium, telles que celles indiquées ci-dessus, présentant différentes températures de fusion, alors l'étape de chauffage réalise un chauffage de l'ensemble de cellule(s) une température de traitement supérieure ou égale à : la plus basse desdites différentes températures de fusion ; ou préférentiellement, la plus haute desdites différentes températures de fusion, ou
une combinaison des différentes températures, par exemple ou travers d'un gradient de température qui s'étend de la première bordure vers la deuxième bordure
Suivant un exemple de réalisation non limitatif, la température de traitement est, dans le cas d'une utilisation de lithium métallique pur, supérieure ou égale à 180, 5°C.
Suivant un exemple de réalisation, la température de traitement est inférieure ou égale à une température maximale, par exemple de 300 °C.
L'ensemble peut comprendre une seule ou unique cellule.
L'ensemble peut comprendre plusieurs cellules assemblées, ou en particulier empilées, suivant une direction d'assemblage. La direction d'assemblage peut être perpendiculaire au plan formé par chaque cellule.
En particulier, l'ensemble peut correspondre à une batterie dans laquelle les cellules sont reliées en série.
Suivant un mode de réalisation préféré, l'étape de positionnement peut réaliser une mise en position verticale de l'ensemble de cellule(s), dans laquelle la première bordure se trouve vers le haut.
Ainsi, l'écoulement du lithium fondu hors de chaque cellule, par différence de densité, est amélioré.
De plus, le risque de contact entre le lithium fondu et la (ou les) électrode(s) positive(s) est diminué, voire nul.
Préférentiellement, l'étape d'immersion est réalisée en immergeant l'ensemble de cellule(s) complètement dans le liquide.
Ainsi, le procédé selon l'invention diminue les risques d'accidents, en particulier les risques d'incendie. De plus, le procédé selon l'invention permet d'éviter la formation de composés polluants pouvant être générée par des réactions physico chimiques non désirées, voire non contrôlées, lors de l'extraction du lithium, notamment en contrôlant la température de traitement et la densité du liquide de sorte que seul le lithium ou l'alliage de lithium puisse être extrait.
Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse, le procédé selon l'invention peut en outre comprendre, avant la phase d'extraction, une étape de chargement électrique de l'ensemble de cellule(s), ladite phase d'extraction étant appliquée audit ensemble chargé.
Le fait de charger électriquement la ou les cellules, et de réaliser la phase d'extraction sur les cellules électriquement chargées, permet d'augmenter le rendement d'extraction de lithium. En effet, le chargement électrique d'une cellule permet de déplacer les ions de lithium vers l'électrode négative, ce qui permet d'augmenter la quantité de lithium récupérable.
Chaque cellule peut être chargée de manière individuelle, ou par chargement électrique de l'ensemble de cellule(s).
Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, la phase d'extraction peut en outre comprendre une étape de compression de l'ensemble de cellule(s).
Ainsi, le lithium fondu est forcé à s'évacuer hors de chaque cellule, ce qui augmente la quantité de lithium récupérée et la cinétique du procédé.
L'étape de compression peut être réalisée, de manière continue, tout au long de la phase d'extraction. Dans ce cas, chaque cellule est soumise à une compression, en partie ou en totalité, pendant toute la durée de la phase d'extraction.
Alternativement, l'étape de compression peut être réalisée de manière discrète, une ou plusieurs fois, pendant la phase d'extraction. Dans ce cas, la phase d'extraction comporte des moments où l'ensemble de cellule(s) n'est pas soumis à une compression.
Avantageusement, l'étape de compression peut appliquer une compression sur la surface de l'ensemble de cellule(s) en balayant la surface dudit ensemble depuis la deuxième bordure vers la première bordure. Ainsi, le lithium fondu est amené/guidé progressivement vers la première bordure d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) négative(s), ce qui augmente la quantité de lithium récupérée et diminue le risque de contact entre le lithium ou alliage de lithium et la (ou les) électrode(s) positive(s).
Par exemple, l'étape de compression peut être réalisée par passage de l'ensemble de cellule(s) entre deux rouleaux.
Suivant un autre exemple, l'étape de compression peut être réalisée par un rouleau de compression venant comprimer l'ensemble de cellule(s) contre une surface d'appui.
La compression peut être appliquée par passages successifs, chaque passage balayant la surface de l'ensemble de cellule(s) en commençant par la deuxième bordure vers la première bordure.
L'espace entre les rouleaux de compression, respectivement entre le rouleau de compression et la surface d'appui, peut correspondre à l'épaisseur de l'ensemble de cellule(s) moins l'épaisseur de la, ou des, couche(s) de lithium métallique solide(s). Cela permet d'appliquer une compression, tant qu'il reste du lithium solide dans l'ensemble de cellule(s).
L'espace entre les deux rouleaux de compression, ou respectivement entre le rouleau de compression et la surface d'appui, également appelé table d'appui, peut être diminué au fur et à mesure des passages successifs, de sorte à toujours appliquer une compression sur l'ensemble de cellule(s).
La vitesse de passage entre les rouleaux de compression, ou respectivement du rouleau de compression coopérant avec une table d'appui, et plus généralement la vitesse de balayage, peut être comprise entre quelques mm et quelques dizaines de mm, par seconde.
En outre, le procédé selon l'invention peut comprendre, avant la phase d'extraction, une étape d'enlèvement d'au moins un connecteur électrique de la cellule, également appelée « crimp » en anglais.
Cela permet de faciliter le traitement de l'ensemble de cellule(s).
En outre, le procédé selon l'invention peut comprendre, avant la phase d'extraction, une étape d'enlèvement des débordements de matière au niveau d'au moins une, et particulièrement de chaque, bordure de l'ensemble de cellule(s).
Suivant un autre aspect de la même invention, il est proposé une installation d'extraction de lithium d'un ensemble d'au moins une cellule de batterie électrique comprenant du lithium métallique solide, telle qu'une batterie Lithium-Métal-Polymère, ladite installation comprenant :
- un moyen de positionnement dudit ensemble dans une orientation dans laquelle une première bordure dudit ensemble, d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) négative(s), se trouve au- dessus d'une deuxième bordure dudit ensemble, opposée à ladite première bordure, et d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) positive(s) ;
- une étuve remplie d'un liquide plus dense que le lithium liquide et électriquement isolant ; et
- un moyen de chauffage configuré pour chauffer ledit ensemble à une température de traitement supérieure ou égale à la température de fusion dudit lithium métallique solide.
De manière générale, l'installation comprend des moyens configurés pour mettre en œuvre une combinaison quelconque d'au moins une des caractéristiques décrites plus haut, et qui ne sont pas reprises ici en détail par souci de concision.
Le liquide peut être une huile naturelle ou de synthèse, comportant les propriétés physico-chimiques suivantes :
• hydrophobe et non réactif vis-à-vis du lithium,
• isolant électrique,
• ayant une densité supérieure à celle du lithium,
• thermiquement stable au-delà de la température de fusion du lithium, c'est-à-dire 180,5 °C,
• un point éclair, ainsi qu'un point d'auto-inflammation, aussi élevés que possible. L'installation selon l'invention peut comprendre en outre un moyen de compression de l'ensemble de cellule(s).
Le moyen de compression peut comprendre au moins un rouleau. En particulier, le moyen de compression peut comprendre un unique rouleau venant comprimer l'ensemble de cellule(s) contre une surface d'appui. La surface d'appui peut être chauffée pour accélérer la montée en température de l'ensemble de cellule(s).
Alternativement, le moyen de compression peut comprendre deux rouleaux entre lesquels est passé l'ensemble de cellule(s).
De manière générale, le moyen de compression peut être configuré pour appliquer une compression continue, tout au long de la phase d'extraction.
Alternativement, le moyen de compression peut être configuré pour appliquer une compression de manière discrète dans le temps, en une ou plusieurs fois, pendant la phase d'extraction. Dans ce cas, la phase d'extraction comporte des moments où l'ensemble de cellule(s) n'est pas soumis à une compression.
Avantageusement, le moyen de compression peut être configuré pour appliquer une compression, de valeur constante ou variable, de manière progressive ou par balayage sur la surface de l'ensemble de cellule(s), depuis la deuxième bordure vers la première bordure. Ainsi, le lithium fondu est amené/guidé progressivement vers la première bordure se trouvant en position basse, ce qui augmente la quantité de lithium récupérée et diminue le risque de contact entre le lithium et la ou les électrode(s) positive(s).
Dans le cas de l'utilisation d'un ou de deux rouleaux de compression, alors la compression peut être appliquée sur l'ensemble de cellules par passages successifs. Chaque passage applique une compression par balayage sur la surface de l'ensemble de cellule(s), depuis la deuxième bordure vers la première bordure. A la fin de chaque passage, la compression peut être arrêtée, en écartant les rouleaux ou en écartant le rouleau de la surface d'appui, pour revenir à la deuxième bordure en vue de recommencer un nouveau passage. La distance entre les rouleaux, respectivement entre le rouleau de compression et la surface d'appui, peut être diminuée au fur et à mesure des passages, et en particulier entre deux passages successifs. Le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre pour traiter plusieurs ensembles de cellule(s), en particulier plusieurs ensembles de cellules formant un pack batterie et connectés entre eux en parallèle au sein dudit pack batterie.
Au moins deux ensembles de cellule(s) peuvent être alignés côte à côte, sans se recouvrir, par exemple dans une direction parallèle à la première bordure.
Dans ce cas, la compression peut être appliquée à au moins deux ensembles de cellule(s) par un même moyen de compression, à savoir un ensemble de rouleaux, ou un rouleau coopérant avec une surface d'appui.
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :
- la FIGURE 1 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'une cellule au sens de la présente invention ;
- la FIGURE 2 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un ensemble de cellules au sens de la présente invention ;
- la FIGURE 3 est une représentation schématique d'un premier exemple de réalisation non limitatif d'un procédé selon l'invention, conformément à la première solution proposée ;
- la FIGURE 4 est une représentation schématique d'un deuxième exemple de réalisation d'un procédé selon l'invention, conformément à la première solution proposée ; et - la FIGURE 5 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'une installation selon l'invention, conformément à la première solution proposée ;
- la FIGURE 6 est une représentation schématique d'un premier exemple de réalisation non limitatif d'un procédé selon l'invention, conformément à la deuxième solution proposée ;
- la FIGURE 7 est une représentation schématique d'un deuxième exemple de réalisation non limitatif d'un procédé selon l'invention, conformément à la deuxième solution proposée ;
- la FIGURE 8 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'une installation selon l'invention, conformément à la deuxième solution proposée.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite, isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détail structurel, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Dans la présente demande, par « densité » on entend le rapport entre la masse volumique du liquide considéré et la masse volumique de l'eau.
Le liquide peut être une huile naturelle ou de synthèse, comportant les propriétés physico-chimiques suivantes :
• hydrophobe et non réactif vis-à-vis du lithium,
• isolant électrique,
• ayant une densité supérieure à celle du lithium, • thermiquement stable au-delà de la température de fusion du lithium, c'est-à-dire 180,5 °C,
• un point éclair, ainsi qu'un point d'auto-inflammation, aussi élevés que possible.
La FIGURE 1 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'une cellule au sens de la présente invention, quelle que soit la solution mise œuvre parmi les deux solutions proposées.
La cellule 100, représentée sur la FIGURE 1, comprend une électrode négative 102 formée par, ou comprenant, une couche de lithium métallique solide.
La cellule 100 comprend en outre une électrode positive 104. L'électrode positive 104 est généralement formée par une couche de composite à base de polymère et de matière active.
Une couche 106 d'électrolyte solide est disposée entre l'électrode négative 102 et l'électrode positive 104. Cette couche d'électrolyte solide 106 peut par exemple comprendre du sel de lithium.
La cellule 100 comprend en outre un collecteur de courant 108 du côté de l'électrode positive 104. Le collecteur de courant 108 est généralement réalisé en aluminium.
De manière classique, l'électrode négative 102 de la cellule 100 dépasse des autres éléments de la cellule 100 du côté d'une première bordure 110 de la cellule 100, ici vers la droite de la figure ; et l'électrode positive 104 et/ou le collecteur 108 de la cellule 100 (lequel collecteur 108 est connecté à l'électrode positive 104) dépasse(nt) des autres éléments de la cellule 100 du côté d'une deuxième bordure 112, opposée à la première bordure 110. Dans l'exemple représenté, seul le collecteur 108 dépasse de l'ensemble 100 sur sa deuxième bordure 112, ici vers la gauche de la figure. Dans d'autres exemples, le dépassement pourrait porter sur la seule électrode positive 104 ou aussi sur l'électrode positive 104 et le collecteur 108.
Bien entendu, la cellule 100 représentée sur la FIGURE 1, est une version de réalisation très simplifiée, donnée à titre d'illustration nullement limitative. La cellule au sens de la présente invention peut comprendre d'autre couches que celles indiquées, ou des couches plus nombreuses, ou des couches dont la composition est différente de la composition donnée ici à titre d'exemple non limitatif.
La FIGURE 2 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un ensemble de cellule(s) au sens de la présente invention, quelle que soit la solution mise œuvre parmi les deux solutions proposées.
L'ensemble de cellule 200, représenté sur la FIGURE 2, comprend une ou plusieurs cellules au sens de la présente invention.
En particulier, l'ensemble de cellule 200 comprend plusieurs cellules 100i- 100n, identiques, assemblées suivant une direction 202 perpendiculaire au plan des couches de chaque cellule 100i.
Chaque cellule 100i peut être identique à la cellule 100 de la FIGURE 1. De plus, entre deux cellules adjacentes 100i-100i+i, avec i < n, sont disposés une électrode positive 204, et un collecteur de courant 206i qui lui est connecté.
Exemples de réalisation selon la première solution proposée
La FIGURE 3 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un procédé selon l'invention, conformément à la première solution proposée.
Le procédé 300, représenté sur la FIGURE 3, comprend une première étape 302, optionnelle, lors de laquelle les connecteurs électriques, et en particulier les concentrateurs de courants également appelés « crimps » en anglais, de l'ensemble de cellule(s), sont enlevés.
Lors d'une étape 304, optionnelle, des débordements de matière, et en particulier de lithium métallique solide, au niveau de chaque bordure latérale de l'ensemble de cellule(s) sont enlevés.
Ensuite, le procédé 300 comprend une phase 306 d'extraction du lithium métallique des cellules.
La phase d'extraction 306 comprend une étape 308 de positionnement de l'ensemble de cellule(s) dans une orientation dans laquelle la première bordure d'où dépasse(nt) la (ou les) électrode(s) négative(s) se trouve à un niveau plus bas que la deuxième bordure d'où dépasse(nt) la (ou les) électrode(s) positive(s) et les collecteurs. En particulier, l'étape 308 positionne l'ensemble de cellule(s) dans une orientation verticale, c'est-à-dire parallèle au vecteur de gravité, avec la bordure d'où dépasse(nt) la (ou les) électrode(s) négative(s) vers le bas. Préférentiellement, mais de manière nullement limitative, l'ensemble de cellule(s) est maintenu dans cette orientation pendant toute la phase d'extraction 306.
La phase d'extraction 306 comprend en outre une étape 310 de chauffage de l'ensemble de cellule(s) à une température de traitement supérieure ou égale à la température de fusion du lithium métallique solide présent dans l'ensemble de cellule(s), par exemple une température de 180, 5°C. Cette température va causer la fusion du lithium métallique solide et son extraction de chaque cellule par écoulement naturel sous l'effet de la gravité. Préférentiellement, mais de manière nullement limitative, l'ensemble de cellule(s) est maintenu à cette température pendant toute la phase d'extraction 306.
Avantageusement, l'étape de chauffage est réalisée dans une enceinte fermée remplie de gaz inerte.
La phase d'extraction 306 peut en outre comprendre une étape optionnelle 312 de compression de l'ensemble de cellule(s) afin de chasser le lithium fondu hors de chaque cellule. La compression peut être réalisée de manière continue sur toute, ou partie, de la phase d'extraction 306. Alternativement, l'étape de compression 312 peut être réitérée de manière discrète à plusieurs reprises lors de la phase d'extraction 306. Préférentiellement, l'étape de compression 312 réalise une application de la compression de manière progressive, ou par balayage, sur la surface de l'ensemble de cellule(s), en commençant par la deuxième bordure d'où dépasse(nt) la (ou les) électrode(s) positive(s) et en allant vers la première bordure d'où dépasse(nt) la (ou les) électrodes négatives.
La FIGURE 4 est une représentation schématique d'un autre exemple de réalisation non limitatif d'un procédé selon l'invention, conformément à la première solution proposée. Le procédé 400, représenté sur la FIGURE 4, comprend toutes les étapes du procédé 300 de la FIGURE 3.
Le procédé 400 comprend en outre, préalablement aux étapes du procédé 300, une étape 402 réalisant un rechargement électrique de la (ou des) cellule(s) traitée(s).
Chaque cellule peut être rechargée partiellement ou totalement.
Le fait de charger électriquement chaque cellule permet d'augmenter la quantité de lithium disponible en vue de son extraction car le rechargement électrique provoque une migration des ions de lithium vers l'électrode négative de la cellule.
La FIGURE 5 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'une installation selon l'invention, conformément à la première solution proposée.
L'installation 500, représentée sur la FIGURE 5, peut être utilisée pour mettre en œuvre le procédé selon l'invention, et en particulier les procédés 300 et 400 des FIGURES 3 et 4.
L'installation 500 permet d'extraire et de récupérer une partie ou la totalité du lithium d'une cellule de batterie comprenant du lithium métallique solide, telle que par exemple la cellule 100 de la FIGURE 1, ou d'un ensemble de cellules tel que l'ensemble 200 de la FIGURE 2.
L'installation 500 comprend une étuve 502, remplie d'un gaz inerte ou mise sous vide, configurée pour chauffer la cellule à une température de traitement, supérieure ou égale à la température de fusion du lithium métallique solide présent dans les cellules, par exemple 180, 5°C ou 181°C.
L'installation 500 comprend une paire de pinces 504 pour maintenir la cellule 100, ou l'ensemble de cellule 200, dans une position verticale, ou au moins inclinée, dans laquelle la première bordure 110 est positionnée en dessous du niveau de la deuxième bordure 112. Chaque pince 504 est montée mobile sur un rail vertical 506 de sorte à déplacer la cellule, ou l'ensemble de cellules 200, verticalement.
L'installation 500 comprend en outre une paire de rouleaux 508, présentant entre eux un écartement correspondant à l'épaisseur de la cellule 100, ou de l'ensemble de cellules 200, moins l'épaisseur de la (ou des) couche(s) solide(s) de lithium métallique. La paire de rouleaux est positionnée de sorte que, lorsque les pinces 504 sont déplacées vers le haut, la cellule 100, respectivement l'ensemble de cellule(s) 200, passe entre les rouleaux 508 en commençant par la deuxième bordure 112. Ainsi, les rouleaux appliquent une compression sur la cellule 100, respectivement sur l'ensemble de cellule 200, progressivement en commençant par la deuxième bordure 112 et en allant vers la première bordure 110.
L'installation comprend en outre un réceptacle 510 pour récupérer le lithium métallique fondu qui s'écoule hors de chaque cellule sous l'effet de la gravité. Le réceptacle 510 doit être inerte vis-à-vis du lithium.
Exemples de réalisation selon la deuxième solution proposée
La FIGURE 6 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un procédé selon l'invention, conformément à la deuxième solution proposée.
Le procédé 600, représenté sur la FIGURE 6, comprend une première étape 602, optionnelle, lors de laquelle les connecteurs électriques, également appelés « crimps » en anglais, de chaque cellule de batterie sont enlevés.
Lors d'une étape 604, optionnelle, des débordements de matière au niveau de chaque bordure latérale de l'ensemble de cellules sont enlevés.
Ensuite, le procédé 600 comprend une phase 606 d'extraction du lithium métallique des cellules.
La phase d'extraction 606 comprend une étape 608 de positionnement de l'ensemble de cellule(s) dans une orientation dans laquelle la première bordure 110 d'où dépasse(nt) la (ou les) électrode(s) négative(s) 102 se trouve à un niveau plus haut, selon une direction verticale, que la deuxième bordure 112 d'où dépasse(nt) la (ou les) électrode(s) positive(s) 104 et les collecteurs. En particulier, l'étape 608 positionne l'ensemble de cellule(s) dans une orientation verticale, c'est-à-dire parallèle au vecteur de gravité, avec la bordure d'où dépasse(nt) la (ou les) électrode(s) négative(s) 102 vers le haut. Préférentiellement, mais de manière nullement limitative, l'ensemble de cellule(s) est maintenu dans cette orientation pendant toute la phase d'extraction 606.
La phase d'extraction 606 comprend une étape 609 d'immersion de l'ensemble de cellule(s) dans un liquide 850 (voir FIGURE 8). Par exemple dans le mode de réalisation représenté sur la FIGURE 8, le liquide 850 est une huile naturelle ou de synthèse, par exemple une huile de paraffine, comportant les propriétés physico-chimiques suivantes :
• hydrophobe et non réactif vis-à-vis du lithium,
• isolant électrique,
• une densité supérieure à celle du lithium,
• thermiquement stable au-delà de la température de fusion du lithium, c'est-à-dire 180,5 °C, et
• un point éclair, ainsi qu'un point d'auto-inflammation, aussi élevés que possible, par exemple une température supérieure à 600°C, et au minimum supérieur à la température de traitement de la cellule.
L'étape 609 d'immersion est réalisée en immergeant l'ensemble 200 de cellule(s) dans le liquide 850 de sorte que le liquide 850 recouvre complètement l'ensemble 200 de cellule(s).
Cette étape 609 d'immersion est particulièrement avantageuse en favorisant l'échange thermique important entre la cellule et le liquide 850, ce qui limite les risques de surchauffe de la cellule et l'évacuation des calories générées lors d'un court-circuit et améliore la cinétique de chauffage.
La phase d'extraction 606 comprend en outre une étape 610 de chauffage de l'ensemble de cellule(s) à une température de traitement supérieure ou égale à la température de fusion du lithium métallique solide présent dans l'ensemble de cellule(s), par exemple une température de 180, 5°C. Dans le mode de réalisation présenté, le liquide 850 est chauffé par l'étuve, et transfère de la chaleur à l'ensemble de cellule(s). La température, une fois supérieure à la température de fusion du lithium, provoque la fusion du lithium métallique solide et son extraction de chaque cellule par écoulement naturel sous l'effet de la gravité. Préférentiellement, mais de manière nullement limitative, l'ensemble de cellule(s) est maintenu à cette température pendant toute la phase d'extraction 606. La température de traitement ne doit pas excéder une température de dégradation du liquide 850, propre à chaque liquide 850, au-delà de laquelle le liquide 850 se dégrade. En d'autres termes le liquide 850, en dépassant une température seuil, changerait de propriété de sorte que les propriétés énoncées ci-dessus ne soient plus satisfaites. Idéalement la température de dégradation du liquide doit être supérieure de +40°C (et par exemple entre +60°C et +60°C) par rapport à la température de fusion du lithium.
Ainsi le procédé d'extraction de lithium d'une batterie permet de limiter les effets de potentiels courts-circuits en faisant écouler le lithium par la première bordure 110 d'où dépasse(nt) la (ou les) électrode(s) négative(s) 102, et de maîtriser les courts-circuits en immergeant l'ensemble de cellule(s) dans un liquide ne réagissant pas avec le lithium et améliorant la dissipation des calories de l'ensemble de cellule(s), notamment lors de court-circuit.
La phase d'extraction 606 peut en outre comprendre une étape optionnelle 612 de compression de l'ensemble de cellule(s) afin d'accélérer l'extraction du lithium fondu hors de chaque cellule. La compression peut être réalisée de manière continue sur toute, ou partie, de la phase d'extraction 606. Alternativement, l'étape de compression 612 peut être réitérée de manière discrète à plusieurs reprises lors de la phase d'extraction 606. Préférentiellement, l'étape de compression 612 réalise une application de la compression de manière progressive, ou par balayage, sur la surface de l'ensemble de cellule(s), en commençant par la deuxième bordure 112 d'où dépasse(nt) la (ou les) électrode(s) positive(s) 104 et en allant vers la première bordure 110 d'où dépasse(nt) la (ou les) électrodes négatives 102.
La FIGURE 7 est une représentation schématique d'un autre exemple de réalisation non limitatif d'un procédé selon l'invention, conformément à la deuxième solution proposée.
Le procédé 700, représenté sur la FIGURE 7, comprend toutes les étapes du procédé 600 de la FIGURE 6. Le procédé 700 comprend en outre, préalablement aux étapes du procédé 600, une étape 702 réalisant un rechargement électrique de la (ou des) cellule(s) traitée(s).
Chaque cellule peut être rechargée partiellement ou totalement.
Le fait de charger électriquement chaque cellule permet d'augmenter la quantité de lithium disponible en vue de son extraction car le rechargement électrique provoque une migration des ions de lithium vers l'électrode négative de la cellule, ce qui améliore la quantité de lithium extraite ainsi que la cinétique de l'opération.
La FIGURE 8 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'une installation selon l'invention , conformément à la deuxième solution proposée.
L'installation 800, représentée sur la FIGURE 8, peut être utilisée pour mettre en œuvre le procédé selon l'invention, et en particulier les procédés 600 et 700 des FIGURES 6 et 7.
L'installation 800 permet d'extraire et de récupérer une partie ou la totalité du lithium d'une cellule de batterie comprenant du lithium métallique solide, telle que par exemple la cellule 100 de la FIGURE 1, ou d'un ensemble de cellules tel que l'ensemble 200 de la FIGURE 2.
L'installation 800 comprend une étuve 802, remplie d'un liquide 850, configurée pour chauffer la cellule à une température de traitement, supérieure ou égale à la température de fusion du lithium métallique solide présent dans les cellules, par exemple 180, 5°C ou 181°C. Dans le mode de réalisation présenté, le liquide 850 est chauffé par l'étuve 802, et transfert la chaleur à l'ensemble de cellule(s).
L'installation 800 comprend une paire de pinces 804 pour maintenir la cellule 100, ou l'ensemble de cellule 200, dans une position verticale, ou au moins inclinée, dans laquelle la première bordure 110 est positionnée au- dessus du niveau de la deuxième bordure 112. Chaque pince 804 est montée mobile sur un rail vertical 806 de sorte à déplacer la cellule 100, ou l'ensemble de cellules 200, verticalement. Le liquide 850 recouvre complètement l'ensemble de cellule(s), de sorte que la première bordure 110 se situe en dessous du niveau du liquide 850.
L'installation 800 comprend en outre une paire de rouleaux 808, présentant entre eux un écartement correspondant à l'épaisseur de la cellule 100, ou de l'ensemble de cellules 200, moins l'épaisseur de la (ou des) couche(s) solide(s) de lithium métallique. La paire de rouleaux est positionnée de sorte que, lorsque les pinces 804 sont déplacées vers le haut, la cellule 100, respectivement l'ensemble de cellule(s) 200, passe entre les rouleaux 808 en commençant par la deuxième bordure 112. Ainsi, les rouleaux appliquent une compression sur la cellule 100, respectivement sur l'ensemble de cellule 200, progressivement en commençant par la deuxième bordure 112 et en allant vers la première bordure 110.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples détaillés ci- dessus.
Par exemple, la composition de cellule de batterie électrique comprenant du lithium métallique solide peut être différente de celle indiquée en FIGURE 1.
De plus, l'installation selon l'invention peut comprendre d'autres dispositifs que ceux représentés sur les FIGURE 5 et 7, tels que par exemple des moyens pour découper les connecteurs électriques de la cellule, des moyens de découpe des débordements sur l'une, ou sur chacune, des bordures.
Par exemple, les pinces, respectivement 504 et 804, peuvent être fixes, et ce sont les rouleaux, respectivement 508 et 808, qui peuvent être mobiles et qui peuvent venir comprimer l'ensemble de cellule(s) de haut en bas, respectivement de bas en haut, selon le mode de réalisation.
De plus, il est possible d'utiliser une seule étuve et plusieurs paires de rouleaux dédiées à une cellule ou un ensemble de cellules.
Une paire de rouleaux peut travailler afin de traiter simultanément plusieurs ensembles de cellule(s) adjacents. A titre d'exemple, l'étape 609 peut être réalisée en plongeant la cellule 100 ou l'ensemble 200 de cellule(s) dans le liquide 850, ou en remplissant l'étuve 802 avec le liquide 850, de sorte que le liquide 850 recouvre l'ensemble 200 de cellule(s), respectivement la cellule 100.
Il est à noter que l'orientation de la première bordure 110 de l'ensemble d'où dépasse une ou plusieurs électrodes négatives 102, est fonction de la densité du fluide dans lequel la cellule 100, ou l'ensemble 200 de cellules, est immergée. Dans le cas où le fluide est un gaz, ce qui est couvert par la première solution proposée par la présente invention, alors la première bordure 110 se situera au-dessous de la deuxième bordure 112 d'où dépasse un ou plusieurs électrodes positives 104, puisque le gaz a une densité plus faible que le lithium. Dans le cas où le fluide est un liquide plus dense que le lithium, ce qui est couvert par la deuxième solution proposée par la présente invention, alors la première bordure 110 se situera au-dessus de la deuxième bordure 112.
Dans le cas où le fluide serait un liquide moins dense que le lithium alors l'orientation de la première bordure 110 serait au-dessous de la deuxième bordure 112, comme représenté dans le premier mode de réalisation.
De plus, le sens de compression de la cellule 100, par les rouleaux 508, respectivement 808, est plus avantageux pour compresser la cellule de la deuxième bordure 112 vers la première bordure 110. Donc selon la densité du fluide, le sens de compression n'est pas identique, comme on peut le constater dans les exemples illustrés aux FIGURES 5 et 8.
La première bordure 110 peut être caractérisée par le fait qu'elle définit le côté par lequel le lithium, une fois à l'état liquide, doit s'écouler.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé (300;400) d'extraction de lithium d'un ensemble (200) d'au moins une cellule (100) de batterie électrique comprenant du lithium métallique solide, telle qu'une batterie Lithium-Métal-Polymère, ledit procédé (300;400) comprenant une phase (306) d'extraction comprenant les étapes suivantes :
- positionnement (308) dudit ensemble (200) dans une orientation dans laquelle une première bordure (110) dudit ensemble (200) d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) négative(s) (102) se trouve en dessous d'une deuxième bordure (112) dudit ensemble (200), opposée (112) à ladite première bordure (110), et d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) positive(s) (104) ; et
- chauffage (310) dudit ensemble à une température, dite de traitement, supérieure ou égale à la température de fusion dudit lithium métallique solide.
2. Procédé (300;400) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de positionnement (308) réalise une mise en position verticale de l'ensemble (200) de cellule(s), dans laquelle la première bordure (110) se trouve vers le bas.
3. Procédé (300;400) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de chauffage (310) de l'ensemble (200) de cellule(s) est réalisée sous gaz inerte.
4. Procédé (300;400) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de chauffage (310) de l'ensemble (200) de cellule(s) est réalisée sous vide.
5. Procédé (400) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, avant la phase d'extraction (306), une étape (402) de chargement électrique de l'ensemble (200) de cellule(s), ladite phase d'extraction (306) étant appliquée audit ensemble (200) chargé.
6. Procédé (300;400) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase d'extraction (306) comprend en outre une étape (312) de compression de l'ensemble (200) de cellule(s).
7. Procédé (300;400) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de compression (312) applique une compression sur la surface de l'ensemble (200) en balayant la surface de l'ensemble (200) depuis la deuxième bordure (112), vers la première bordure (110).
8. Procédé (300;400) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, avant la phase d'extraction (306), une étape (302) d'enlèvement d'au moins un connecteur électrique d'au moins une cellule (100).
9. Installation (500) d'extraction de lithium d'un ensemble (200) d'au moins une cellule (100) de batterie électrique comprenant du lithium métallique solide, telle qu'une batterie Lithium-Métal-Polymère, ladite installation (500) comprenant :
- un moyen (504) de positionnement dudit ensemble dans une orientation dans laquelle une première bordure (110) dudit ensemble (200) d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) négative(s) (102) se trouve en dessous d'une deuxième bordure (112) dudit ensemble, opposée à ladite première bordure (110), et d'où dépasse(nt) une (ou des) électrode(s) positive(s) (104) ; et
- un moyen de chauffage (502) configuré pour chauffer ledit ensemble (200) à une température de traitement supérieure ou égale à la température de fusion dudit lithium métallique solide.
10. Installation (500) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moyen de chauffage comprend une étuve (502) remplie de gaz inerte.
11. Installation (500) selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce qu'il comprend un moyen de compression (508) de l'ensemble (200) de cellule(s).
12. Installation (500) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moyen de compression comprend deux rouleaux (508) entre lesquels est passé l'ensemble de cellule(s).
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