La présente invention concerne le domaine des accumulateurs électrochimiques, et plus particulièrement à des accumulateurs métal-ion.The present invention relates to the field of electrochemical accumulators, and more particularly to metal-ion accumulators.
L’invention vise principalement à proposer une solution fiable et aisée d’extraction du faisceau électrochimique d’accumulateurs en fin de vie, à l’échelle de l’accumulateur ou d’un module ou d’un pack-batterie, et ce en vue de leur recyclage .The invention mainly aims to propose a reliable and easy solution for extracting the electrochemical bundle from end-of-life accumulators, at the scale of the accumulator or a module or a battery pack, with a view to their recycling.
Bien que décrite en référence à un accumulateur Lithium-ion, l’invention s’applique à tout accumulateur électrochimique métal-ion, c’est-à-dire également les accumulateurs sodium-ion, Magnésium-ion, Aluminium-ion…ou de manière plus générale à tout accumulateur électrochimique, notamment les accumulateurs NiCd, Pb, ….Although described with reference to a Lithium-ion accumulator, the invention applies to any metal-ion electrochemical accumulator, i.e. also sodium-ion, Magnesium-ion, Aluminium-ion accumulators, etc., or more generally to any electrochemical accumulator, in particular NiCd, Pb, etc. accumulators.
Un accumulateur ou module ou pack-batterie en fin de vie, concerné par le procédé selon l’invention peut avoir été embarqué ou stationnaire. Par exemple, les domaines des transports électriques et hybrides et les systèmes de stockage connectés au réseau peuvent être envisagés dans le cadre de l’invention.An end-of-life accumulator or module or battery pack, concerned by the method according to the invention, may have been on-board or stationary. For example, the fields of electric and hybrid transport and network-connected storage systems may be considered within the scope of the invention.
Par « faisceau électrochimique » on entend ici et dans le cadre de l’invention, le cœur électrochimique d’un accumulateur comprenant au moins une cellule électrochimique constituée d'un constituant d'électrolyte, le cas échéant imprégnant un séparateur isolant électronique et conducteur ionique, entre une électrode positive ou cathode et une électrode négative ou anode, un collecteur de courant connecté à la cathode, un collecteur de courant connecté à l'anode.By "electrochemical beam" is meant here and within the framework of the invention, the electrochemical core of an accumulator comprising at least one electrochemical cell consisting of an electrolyte constituent, where appropriate impregnating an electronic insulating and ionic conducting separator, between a positive electrode or cathode and a negative electrode or anode, a current collector connected to the cathode, a current collector connected to the anode.
Actuellement, les accumulateurs électrochimiques au lithium sont utilisés et préconisés dans de nombreuses applications embarquées, comme les véhicules dits tout électriques et hybrides, les véhicules électriques dits légers (vélo, trottinette, etc.) ou encore les applications nomades (ordinateurs, téléphonie, caméscopes, appareil photographique, systèmes de positionnement par satellite (GPS)…).Currently, lithium electrochemical accumulators are used and recommended in many on-board applications, such as so-called all-electric and hybrid vehicles, so-called light electric vehicles (bicycles, scooters, etc.) or even portable applications (computers, telephony, camcorders, cameras, satellite positioning systems (GPS) etc.).
Le marché des accumulateurs Li-ion est aujourd’hui en forte croissance en raison des nouvelles applications liées principalement à l’émergence et au développement des véhicules hybrides, des véhicules tout électriques, et à la poursuite du développement des appareils électroportatifs.The Li-ion battery market is currently experiencing strong growth due to new applications linked mainly to the emergence and development of hybrid vehicles, all-electric vehicles, and the continued development of portable electrical devices.
Les contraintes environnementales croissantes, notamment la directive 2006/66/CE du 6 septembre 2006, obligent les producteurs d’accumulateurs à assumer le recyclage des accumulateurs en fin de vie, qu’ils ont commercialisé.Increasing environmental constraints, in particular Directive 2006/66/EC of 6 September 2006, oblige battery producers to take responsibility for recycling end-of-life batteries that they have sold.
Une attention toute particulière est portée à la problématique des ressources nécessaires aux technologies en développement, en particulier des ressources rares et stratégiques.Particular attention is paid to the issue of resources needed for developing technologies, particularly rare and strategic resources.
Le recyclage des piles et accumulateurs est donc un enjeu majeur pour la transition et l’indépendance énergétique en France, en Europe et dans le monde, les accumulateurs arrivés en fin de vie représentant une source importante de matériaux d’intérêts, tels que Co, Ni, Li, etc., communément appelée mine urbaine. Autrement dit, parmi les stratégies de fin de vie des batteries lithium-ion, le recyclage des batteries usagées est une solution pour réaliser le développement durable et la pollution minimale de l'environnement.The recycling of batteries and accumulators is therefore a major issue for the transition and energy independence in France, Europe and worldwide, with end-of-life accumulators representing a significant source of interesting materials, such as Co, Ni, Li, etc., commonly called urban mining. In other words, among the end-of-life strategies for lithium-ion batteries, the recycling of used batteries is a solution for achieving sustainable development and minimal environmental pollution.
Dans cette optique, le parlement européen a validé en Juin 2023 une mise à jour de la directive 2006/66/CE visant notamment à imposer des niveaux miniums de cobalt, plomb, lithium issus de la valorisation des déchets dans des accumulateurs nouvellement fabriqués.With this in mind, the European Parliament validated in June 2023 an update of Directive 2006/66/EC aimed in particular at imposing minimum levels of cobalt, lead and lithium from waste recovery in newly manufactured accumulators.
Telle qu’illustrée schématiquement en figures 1 et 2, une batterie ou accumulateur lithium-ion comporte usuellement un faisceau électrochimique comprenant au moins une cellule électrochimique constituée d'un constituant d'électrolyte 1, qui peut être imprégné dans un séparateur isolant électronique et conducteur ionique, entre une électrode positive ou cathode 2 et une électrode négative ou anode 3, un collecteur de courant 4 connecté à la cathode 2, un collecteur de courant 5 connecté à l'anode 3 et enfin, un emballage 6 agencé pour contenir la cellule électrochimique avec étanchéité tout en étant traversé par une partie des collecteurs de courant 4, 5.As illustrated schematically in Figures 1 and 2, a lithium-ion battery or accumulator usually comprises an electrochemical bundle comprising at least one electrochemical cell consisting of an electrolyte constituent 1, which may be impregnated in an electronic insulating and ionic conducting separator, between a positive electrode or cathode 2 and a negative electrode or anode 3, a current collector 4 connected to the cathode 2, a current collector 5 connected to the anode 3 and finally, a packaging 6 arranged to contain the electrochemical cell with sealing while being crossed by a part of the current collectors 4, 5.
L'architecture des batteries lithium-ion conventionnelles comporte une anode, une cathode et un électrolyte. Plusieurs types de géométrie d'architecture conventionnelle sont connus :Conventional lithium-ion battery architecture consists of an anode, a cathode, and an electrolyte. Several types of conventional architecture geometry are known:
- une géométrie cylindrique telle que divulguée dans la demande de brevet US2006/0121348;- a cylindrical geometry as disclosed in patent application US2006/0121348;
- une géométrie prismatique telle que divulguée dans les brevets US 7348098, US 7338733;- a prismatic geometry as disclosed in US patents 7348098, US 7338733;
- une géométrie en empilement telle que divulguée dans les demandes de brevet US 2008/060189, US 2008/0057392, et brevet US 7335448.- a stacking geometry as disclosed in US patent applications 2008/060189, US 2008/0057392, and US patent 7335448.
Ces différents types de géométrie sont également décrits dans la publication [1]These different types of geometry are also described in the publication [1]
Le constituant d'électrolyte 1 peut être de forme solide, liquide ou gel. Sous cette dernière forme, le constituant peut comprendre un séparateur en polymère, en céramique ou en composite microporeux imbibé d'électrolyte (s) organique (s) ou de type liquide ionique qui permet le déplacement de l'ion Lithium de la cathode à l'anode pour une charge et inversement pour une décharge, ce qui génère le courant. L'électrolyte est en général constitué d'un mélange de solvants organiques, non aqueux et de sels de lithium, ainsi que d'additifs permettant d’améliorer les performances, tels que la formation et la croissance des interfaces électrodes/électrolyte (SEI), la limitation des réactions secondaires, etc. Les électrolytes peuvent être composés de mélange binaire ou ternaire à base de carbonates cycliques (carbonate d’éthylène, carbonate de propylène, butylène de carbonate), linéaire ou ramifié (carbonate de diméthyle, carbonate de di-éthyle, carbonate d’éthyle méthyle, diméthoxyéthane) en proportions diverses dans lequel sont dissouts un ou plusieurs sels de lithium, tels que LiPF6, LiCF3SO3, LiFSI, LiTDI, LiDFOB, LiBF4, LiClO4, etc.The electrolyte component 1 may be in solid, liquid, or gel form. In the latter form, the component may comprise a polymer, ceramic, or microporous composite separator soaked with organic or ionic liquid electrolyte(s) that allows the movement of the lithium ion from the cathode to the anode for charging and vice versa for discharging, thereby generating the current. The electrolyte generally consists of a mixture of organic, non-aqueous solvents and lithium salts, as well as additives for improving performance, such as the formation and growth of electrode/electrolyte interfaces (SEIs), limiting side reactions, etc. The electrolytes can be composed of a binary or ternary mixture based on cyclic carbonates (ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate), linear or branched (dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dimethoxyethane) in various proportions in which one or more lithium salts are dissolved, such as LiPF6 , LiCF3 SO3 , LiFSI, LiTDI, LiDFOB, LiBF4 , LiClO4 , etc.
L'électrode positive ou cathode 2 est constituée de matériaux d'insertion du cation Lithium qui sont en général composite, comme le phosphate de fer lithié LiFePO4, l’oxyde de cobalt lithié LiCoO2, l’oxyde de manganèse lithié, éventuellement substitué, LiMn2O4ou d’oxyde de métaux de transition, comme les matériaux lamellaires par exemple, un matériau à base de LiNixMnyCozO2avec x+y+z = 1, tel que LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2ou LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2,, ou un matériau à base de type oxyde de nickel cobalt aluminium LiNixCoyAlzO2 avec x+y+z = 1, tel que LiNi0.8Co0.15Al0.05O2.The positive electrode or cathode 2 is made of lithium cation insertion materials which are generally composite, such as lithium iron phosphate LiFePO4 , lithium cobalt oxide LiCoO2 , lithium manganese oxide, possibly substituted, LiMn2 O4 or transition metal oxide, such as lamellar materials for example, a material based on LiNixMnyCozO2 with x+y+z = 1, such as LiNi0.33 Mn0.33 Co0.33 O2 or LiNi0.8 Mn0.1 Co0.1 O2 ,, or a material based on nickel cobalt aluminum oxide type LiNixCoyAlzO2 with x+y+z = 1, such as LiNi0.8 Co0.15 Al0.05 O2 .
L'électrode négative ou anode 3 est très souvent constituée de carbone graphite ou en Li4TiO5O12(matériau titanate), éventuellement également à base de silicium ou de composite formé à base de silicium. Cette électrode négative tout comme l’électrode positive peut également contenir des additifs conducteurs électroniques ainsi que des additifs polymères qui lui confèrent des propriétés mécaniques et des performances électrochimiques appropriées à l'application batterie lithium-ion ou à son procédé de mise en œuvre.The negative electrode or anode 3 is very often made of graphite carbon or Li4 TiO5 O12 (titanate material), possibly also based on silicon or a composite formed from silicon. This negative electrode, like the positive electrode, can also contain electronically conductive additives as well as polymer additives which give it mechanical properties and electrochemical performances appropriate to the lithium-ion battery application or its implementation process.
L’anode et la cathode en matériau d’insertion du Lithium peuvent être déposées en continu selon une technique usuelle sous la forme d’une couche active sur une feuille ou feuillard métallique constituant un collecteur de courant.The anode and cathode made of lithium insertion material can be continuously deposited using a standard technique in the form of an active layer on a metal sheet or foil constituting a current collector.
Le collecteur de courant 4 connecté à l'électrode positive est en général en aluminium.The current collector 4 connected to the positive electrode is generally made of aluminum.
Le collecteur de courant 5 connecté à l'électrode négative est en général en cuivre, en cuivre nickelé ou en aluminium. Plus précisément, l’aluminium est utilisé pour les collecteurs de courant communs à des électrodes positive et négative de titanate Li4Ti5O12. Le cuivre est plutôt pour les électrodes négatives de graphite (Cgr), de silicium (Si) ou de composite silicium (Si-C).The current collector 5 connected to the negative electrode is generally made of copper, nickel-plated copper or aluminum. Specifically, aluminum is used for current collectors common to positive and negative electrodes of titanate Li4 Ti5 O12 . Copper is rather for negative electrodes of graphite (Cgr), silicon (Si) or silicon composite (Si-C).
Une batterie ou accumulateur lithium-ion peut comporter bien évidemment une pluralité de cellules électrochimiques qui sont empilées les unes sur les autres.A lithium-ion battery or accumulator can obviously comprise a plurality of electrochemical cells which are stacked on top of each other.
Traditionnellement, une batterie ou accumulateur Li-ion utilise un couple de matériaux à l’anode et à la cathode lui permettant de fonctionner à un niveau de tension élevé, typiquement 1,5 et 4,2 Volt.Traditionally, a Li-ion battery or accumulator uses a pair of materials at the anode and cathode allowing it to operate at a high voltage level, typically 1.5 and 4.2 Volts.
Selon le type d’application et/ou du procédé de réalisation visé(s), on cherche à réaliser soit un accumulateur lithium-ion fin et flexible soit un accumulateur rigide : l’emballage est alors soit souple soit rigide et constitue dans ce dernier cas en quelque sorte un boitier.Depending on the type of application and/or the production process targeted, the aim is to produce either a thin and flexible lithium-ion accumulator or a rigid accumulator: the packaging is then either flexible or rigid and in the latter case constitutes a sort of case.
Les emballages souples appelés couramment « pouch » sont usuellement fabriqués à partir d’un matériau composite multicouches, constitué d’un empilement de couches d’aluminium recouvertes par un ou plusieurs film(s) en polymère laminés par collage.Flexible packaging commonly called “pouch” is usually made from a multi-layer composite material, consisting of a stack of aluminum layers covered by one or more polymer films laminated by bonding.
Les emballages rigides (boitiers d’accumulateur) sont usuellement fabriqués à partir d’un matériau métallique, typiquement un alliage d’aluminium ou en acier inoxydable ou d’un polymère rigide comme l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS).Rigid packaging (battery cases) is usually made from a metallic material, typically an aluminum alloy or stainless steel, or a rigid polymer such as acrylonitrile butadiene styrene (ABS).
La géométrie des boitiers rigides d’emballages d’accumulateurs Li-ion peut être cylindrique, car la plupart des cellules électrochimiques des accumulateurs sont enroulées par bobinage selon une géométrie cylindrique autour d’un mandrin cylindrique. Des formes prismatiques de boitiers sont également réalisées par bobinage applati.The geometry of rigid Li-ion battery packaging cases can be cylindrical, as most electrochemical cells in batteries are wound by winding in a cylindrical geometry around a cylindrical mandrel. Prismatic case shapes are also produced by flattened winding.
Un des types de boitier rigide de forme cylindrique, usuellement fabriqué pour un accumulateur Li-ion de forte capacité, est illustré en
Un boitier rigide de forme prismatique est également montré en
Le boitier 6 comporte une enveloppe latérale cylindrique 7, un fond 8 à une extrémité, un couvercle 9 à l’autre extrémité, le fond 8 et le couvercle 9 étant assemblés à l’enveloppe 7. Le couvercle 9 est en général serti au niveau d’une gorge de sertissage 60. Il peut également être soudé. Le couvercle 9 supporte les pôles ou bornes de sortie du courant 4, 5. Une des bornes de sortie (pôles), par exemple la borne négative 5 est soudée sur le couvercle 9 tandis que l’autre borne de sortie, par exemple la borne positive 4, passe à travers le couvercle 9 avec interposition d’un joint non représenté qui isole électriquement la borne positive 4 du couvercle.The housing 6 comprises a cylindrical side casing 7, a base 8 at one end, a cover 9 at the other end, the base 8 and the cover 9 being assembled to the casing 7. The cover 9 is generally crimped at a crimping groove 60. It can also be welded. The cover 9 supports the current output poles or terminals 4, 5. One of the output terminals (poles), for example the negative terminal 5 is welded to the cover 9 while the other output terminal, for example the positive terminal 4, passes through the cover 9 with the interposition of a seal not shown which electrically insulates the positive terminal 4 from the cover.
Une autre configuration possible est qu’une des bornes de sortie (pôles), par exemple la borne positive 4 est reliée au faisceau électrochimique F de l’accumulateur par la languette formant un collecteur 40 et fait saillie et passe à travers le couvercle 9 avec interposition d’un joint non représenté qui isole électriquement la borne positive 4 du couvercle. L’autre borne de sortie, par exemple la borne négative 5, est constituée par le fond et donc l’enveloppe latérale du boitier 6 qui est connectée électriquement.Another possible configuration is that one of the output terminals (poles), for example the positive terminal 4 is connected to the electrochemical beam F of the accumulator by the tab forming a collector 40 and projects and passes through the cover 9 with the interposition of a seal not shown which electrically insulates the positive terminal 4 from the cover. The other output terminal, for example the negative terminal 5, is formed by the bottom and therefore the lateral envelope of the housing 6 which is electrically connected.
Cette configuration illustrée à la
Pour chacun des trois types de géométrie d’accumulateurs, ces derniers peuvent être assemblés et reliés entre eux pour former des batteries d’accumulateurs (aussi appelées batteries), et ce afin d’augmenter l’énergie stockée sous forme électrochimique.For each of the three types of accumulator geometry, the latter can be assembled and connected together to form accumulator batteries (also called batteries), in order to increase the energy stored in electrochemical form.
Un assemblage de plusieurs accumulateurs est généralement appelé module de batterie ou module. Et en assemblant plusieurs modules, on obtient un pack-batterie, aussi appelé pack.An assembly of several accumulators is generally called a battery module or module. And by assembling several modules, we obtain a battery pack, also called a pack.
Un pack batterie est ainsi constitué d’un nombre variable d’accumulateurs pouvant atteindre plusieurs milliers qui sont reliés électriquement en série et/ou en parallèle entre eux et généralement par des barres de connexion, appelées usuellement busbars.A battery pack is thus made up of a variable number of accumulators which can reach several thousand which are electrically connected in series and/or in parallel with each other and generally by connection bars, usually called busbars.
On pourra se référer à la publication [2] pour les constitutions de modules et pack-batteries.Reference may be made to publication [2] for the constitution of modules and battery packs.
Dans l’ensemble des accumulateurs assemblés ou non sous la forme de modules et de pack-batteries, la majeure partie des matériaux d’intérêt pour un recyclage sont situés dans le faisceau électrochimique des accumulateurs.In all accumulators, whether assembled or not in the form of modules and battery packs, the majority of materials of interest for recycling are located in the electrochemical bundle of the accumulators.
Plusieurs procédés sont possibles pour libérer ces matériaux d’intérêts. Les procédés les plus utilisés actuellement sont les traitements thermiques notamment par pyrolyse, et mécaniques, notamment par broyage. Ces procédés sont suivis par d’autres procédés permettant le recyclage des matériaux d’intérêt.Several processes are possible to release these materials of interest. The most commonly used processes currently are thermal treatments, particularly by pyrolysis, and mechanical treatments, particularly by grinding. These processes are followed by other processes allowing the recycling of the materials of interest.
L’inconvénient majeur des procédés existants est de mélanger le faisceau électrochimique avec les autres composants d’accumulateurs et plus particulièrement le boitier.The major drawback of existing processes is mixing the electrochemical beam with the other battery components and more particularly the casing.
Ce mélange complexifie alors les étapes suivantes du procédé de recyclage. Ce mélange est d’autant plus complexe lorsqu’il est réalisé sur des modules ou pack-batteries en entier, qui par définition intègrent de nombreux autres composant, tels que les busbars, les couches de boitier, …This mixture then complicates the following steps of the recycling process. This mixture is even more complex when it is carried out on entire modules or battery packs, which by definition integrate many other components, such as busbars, casing layers, etc.
Les matériaux d’intérêt sont alors mélangés dans les matériaux de ces autres composants, rendant plus complexe et couteux le recyclage.The materials of interest are then mixed into the materials of these other components, making recycling more complex and expensive.
Il existe actuellement différentes méthodes visant à libérer et à séparer le faisceau électrochimique d’un accumulateur de boitier ou de manière plus générale de son emballage. Parmi ces méthodes, la majorité consiste en une étape de découpe, permettant d’accéder au faisceau électrochimique, suivie d’une étape d’extraction qui permet de séparer le faisceau de son boitier. Cette extraction permet d’augmenter les rendements de récupération des matériaux d’intérêt et de faciliter la réalisation d’un procédé de recyclage direct, la matière dite active pouvant être directement régénérée sous forme d’oxyde métallique sans retourner au stade de sels métalliques.There are currently various methods for releasing and separating the electrochemical bundle from a battery case or, more generally, from its packaging. Among these methods, the majority consist of a cutting step, allowing access to the electrochemical bundle, followed by an extraction step which allows the bundle to be separated from its case. This extraction increases the recovery yields of the materials of interest and facilitates the implementation of a direct recycling process, the so-called active material being able to be directly regenerated in the form of metal oxide without returning to the metal salt stage.
Le brevet CN213782085 divulgue un procédé libération et la séparation du faisceau électrochimique pour des accumulateurs cylindriques. La première étape consiste en une découpe permettant d’accéder au faisceau au cours de laquelle les deux faces planes d’extrémité du boitier d’accumulateur sont découpées simultanément par des roues coupantes, le boitier de l’accumulateur étant maintenu via des mors qui serrent le boitier en épousant sa surface extérieure. La deuxième étape consiste alors à extraire le faisceau du reste du boitier par un dispositif de poussée à piston et élément cylindrique mobile, sous la forme d’un embout en contact avec le faisceau, pendant que le reste du boitier est maintenu serré par les mors. La séparation entre le faisceau et le boitier est alors bien réalisée.Patent CN213782085 discloses a method for releasing and separating the electrochemical bundle for cylindrical accumulators. The first step consists of a cut allowing access to the bundle during which the two flat end faces of the accumulator casing are cut simultaneously by cutting wheels, the accumulator casing being held via jaws which clamp the casing by matching its external surface. The second step then consists of extracting the bundle from the rest of the casing by a pushing device with a piston and a movable cylindrical element, in the form of a tip in contact with the bundle, while the rest of the casing is held clamped by the jaws. The separation between the bundle and the casing is then well achieved.
Bien que le procédé selon ce brevet soit simple à la fois en nombre d’étapes nécessaires et d’outillage mis en œuvre et qu’il permette de conserver le faisceau intègre, il présente plusieurs inconvénients.Although the process according to this patent is simple both in terms of the number of steps required and the tools used and it allows the beam to be kept intact, it has several drawbacks.
Tout d’abord, l’embout du dispositif de poussée doit nécessairement être adapté en fonction du diamètre de l’accumulateur concerné.First of all, the tip of the pushing device must necessarily be adapted according to the diameter of the accumulator concerned.
Ensuite, les deux coupes réalisées sont contraignantes, car :Then, the two cuts made are restrictive, because:
- elles peuvent altérer la cohésion mécanique de l’accumulateur,- they can alter the mechanical cohesion of the accumulator,
- pour certains types d’accumulateurs, les mors ne sont alors plus suffisants pour maintenir l’accumulateur immobile et l’étape d’extraction proprement dite ne peut plus être réalisée,- for certain types of accumulators, the jaws are then no longer sufficient to hold the accumulator still and the actual extraction step can no longer be carried out,
- elles peuvent être réalisées au sein même du faisceau et augmenter les pertes de matière active liées à cette étape.- they can be carried out within the beam itself and increase the losses of active material linked to this stage.
Enfin, ce procédé n’est pas réalisable pour des accumulateurs à emballage pouch et il n’a pas été démontré que ce procédé puisse être mis en œuvre à l’échelle d’un module ou d’un pack-batterie.Finally, this process is not feasible for pouch-packaged accumulators and it has not been demonstrated that this process can be implemented on the scale of a module or a battery pack.
Une méthode similaire appliquée à des accumulateurs prismatiques est décrite dans le brevet CN110299576. La première étape consiste en une découpe permettant d’accéder au faisceau au cours de laquelle deux faces latérales du boitier d’accumulateur sont découpées simultanément sur toute leur longueur par des lames. La deuxième étape consiste alors à extraire le faisceau du reste du boitier par un dispositif de poussée contre une lame fixe de l’ensemble constitué par le reste du boitier avec le faisceau qui vient entailler le boitier pour libérer les contraintes mécaniques. Au bout de la lame fixe, un racleur permet d’élargir l’entaille. Un piston vient alors pousser le faisceau électrochimique hors du boitier. La séparation entre le faisceau et le boitier est alors bien réalisée. Les avantages et inconvénients de ce procédé sont les mêmes que ceux du brevet CN213782085 précité.A similar method applied to prismatic accumulators is described in patent CN110299576. The first step consists of a cut allowing access to the bundle during which two lateral faces of the accumulator casing are cut simultaneously along their entire length by blades. The second step then consists of extracting the bundle from the rest of the casing by a pushing device against a fixed blade of the assembly consisting of the rest of the casing with the bundle which cuts into the casing to release the mechanical constraints. At the end of the fixed blade, a scraper widens the cut. A piston then pushes the electrochemical bundle out of the casing. The separation between the bundle and the casing is then well achieved. The advantages and disadvantages of this process are the same as those of the aforementioned patent CN213782085.
Le brevet CN207009601 décrit un procédé de libération et de séparation du faisceau électrochimique d’accumulateurs prismatiques. La première étape consiste en une découpe permettant d’accéder au faisceau au cours de laquelle la face supérieure du boitier d’accumulateur, qui supporte les connectiques de sortie, est découpée par une lame, le boitier de l’accumulateur étant maintenu via des mors qui serrent le boitier dans le sens de sa longueur. La deuxième étape consiste alors à extraire le faisceau du reste du boitier par une pince qui saisit les deux côtés du faisceau au sein du boitier, dans le sens de la largeur actif. Cette pince exerce ensuite une force de traction pour extraire le faisceau. La séparation entre le faisceau et le boitier est alors bien réalisée.Patent CN207009601 describes a method for releasing and separating the electrochemical bundle of prismatic accumulators. The first step consists of a cut to access the bundle during which the upper face of the accumulator casing, which supports the output connectors, is cut by a blade, the accumulator casing being held via jaws which clamp the casing in its length direction. The second step then consists of extracting the bundle from the rest of the casing by a clamp which grips both sides of the bundle within the casing, in the active width direction. This clamp then exerts a pulling force to extract the bundle. The separation between the bundle and the casing is then successfully achieved.
Ce procédé est avantageux en qu’une seule face est découpée, ce qui permet de limiter la perte de matière active ainsi que la perte de cohésion de l’accumulateur.This process is advantageous in that only one side is cut, which limits the loss of active material as well as the loss of cohesion of the accumulator.
Néanmoins, il présente plusieurs inconvénients.However, it has several drawbacks.
Tout d’abord, il est nécessaire que le faisceau électrochimique présente une tenue mécanique importante afin de pouvoir tirer dessus.First of all, it is necessary for the electrochemical beam to have significant mechanical strength in order to be able to pull on it.
Dans le cas d’accumulateurs dégradés par des phénomènes de vieillissement, les contraintes mécaniques supplémentaires induites, notamment par les électrodes cassantes, des couches de dégradation qui augmente l’adhésion entre faisceau et boitier, peuvent empêcher le pincement du faisceau.In the case of accumulators degraded by aging phenomena, the additional mechanical constraints induced, in particular by brittle electrodes, degradation layers which increase the adhesion between the bundle and the casing, can prevent the bundle from being pinched.
Enfin, ce procédé n’est pas réalisable pour des accumulateurs à emballage pouch et il n’a pas été démontré que ce procédé puisse être mis en œuvre à l’échelle d’un module ou d’un pack-batterie.Finally, this process is not feasible for pouch-packaged accumulators and it has not been demonstrated that this process can be implemented on the scale of a module or a battery pack.
L’invention présente une nouvelle méthode de libération et de séparation du ou des cœurs actifs. Elle permet leur séparation des autres composants pour tous types de batteries (cellules, modules et packs) quel que soit le format de cellule (pouch, prismatiques et cylindriques).The invention presents a new method for releasing and separating the active core(s). It allows their separation from other components for all types of batteries (cells, modules and packs) regardless of the cell format (pouch, prismatic and cylindrical).
Il existe donc un besoin pour améliorer les solutions de séparation entre les faisceaux électrochimiques et les autres composants d’accumulateurs hors d’usage et/ou en fin de vie, notamment pour tous les types de géométrie (prismatique, cylindrique), d’emballage (souple (« pouch ») ou rigide (boitier), et dont leur assemblage initial est au sein d’un module de batterie ou d’un pack-batterie.There is therefore a need to improve the solutions for separating electrochemical bundles from other components of end-of-life and/or end-of-life accumulators, particularly for all types of geometry (prismatic, cylindrical), packaging (flexible ("pouch") or rigid (case), and whose initial assembly is within a battery module or battery pack.
Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin.The aim of the invention is to meet at least part of this need.
Pour ce faire, l’invention concerne, sous l’un de ses aspects, un procédé d’extraction d’un faisceau électrochimique hors de l’emballage d’un accumulateur électrochimique hors d’usage et/ou en fin de vie, en vue de son recyclage, l’accumulateur étant intégré à un module de batterie et/ou à un pack-batterie comprenant une pluralité d’accumulateurs électrochimiques, l’accumulateur comportant initialement un faisceau électrochimique comprenant au moins une cellule électrochimique constituée d'un constituant d'électrolyte pouvant être imprégné dans un séparateur isolant électronique et conducteur ionique, entre une cathode et une anode, un collecteur de courant connecté à la cathode, un collecteur de courant connecté à l'anode et, un emballage agencé pour contenir le faisceau électrochimique avec étanchéité tout en étant traversé par une partie des collecteurs de courant en formant les bornes de sortie, le procédé comprenant les étapes suivantes :To this end, the invention relates, in one of its aspects, to a method for extracting an electrochemical bundle from the packaging of an electrochemical accumulator that is no longer in use and/or at the end of its life, with a view to recycling it, the accumulator being integrated into a battery module and/or a battery pack comprising a plurality of electrochemical accumulators, the accumulator initially comprising an electrochemical bundle comprising at least one electrochemical cell consisting of an electrolyte constituent that can be impregnated in an electronic insulating and ion-conducting separator, between a cathode and an anode, a current collector connected to the cathode, a current collector connected to the anode and, a packaging arranged to contain the electrochemical bundle in a sealed manner while being crossed by a portion of the current collectors, forming the output terminals, the method comprising the following steps:
i/ découpe d’une section d’extrémité de l’emballage,i/ cutting an end section of the packaging,
ii/ ajout d’au moins un moyen de renfort mécanique adapté pour garantir une cohésion physique entre les accumulateurs du module et/ou du pack-batterie,ii/ addition of at least one suitable means of mechanical reinforcement to guarantee physical cohesion between the accumulators of the module and/or the battery pack,
iii/ découpe de l’autre section d’extrémité de l’emballage, opposée à la section découpée selon l’étape i/,iii/ cutting the other end section of the packaging, opposite the section cut according to step i/,
iv/ mise en appui du module et/ou du pack-batterie contre un support comprenant au moins une ouverture traversante,iv/ resting the module and/or the battery pack against a support comprising at least one through opening,
v/ insertion, à travers une ouverture délimitée par une section découpée de l’emballage, puis mise en butée d’au moins un outil de poussée à une extrémité du faisceau électrochimique,v/ insertion, through an opening delimited by a cut-out section of the packaging, then placing at least one pushing tool against one end of the electrochemical bundle,
vi/ extraction du faisceau électrochimique hors de l’emballage découpé et à travers l’ouverture traversante du support, par poussée de l’outil en butée contre l’extrémité du faisceau.vi/ extraction of the electrochemical bundle from the cut packaging and through the through opening of the support, by pushing the tool against the end of the bundle.
Selon une variante avantageuse, les étapes i/ et iii/ et le cas échéant les étapes et v/ à vi/ sont réalisées simultanément ou séquentiellement pour au moins une partie, le cas échéant la totalité, des accumulateurs du module et/ou du pack. On optimise en termes de coût et de rapidité si on réalise simultanément la séparation de plusieurs faisceaux électrochimiques d’accumulateurs de leurs emballages respectifs.According to an advantageous variant, steps i/ and iii/ and where appropriate steps v/ to vi/ are carried out simultaneously or sequentially for at least some, where appropriate all, of the accumulators of the module and/or the pack. Optimization in terms of cost and speed is achieved if several electrochemical bundles of accumulators are separated from their respective packaging simultaneously.
Lorsqu’on extrait un faisceau électrochimique d’un accumulateur qui est implanté au sein d’un module et/ou d’un pack-batterie, cela peut entrainer une diminution des contraintes mécaniques sur les accumulateurs adjacents et ainsi faciliter leur extraction. On peut donc avantageusement choisir l’ordre d’extraction des différents faisceaux électrochimiques afin de réduire les contraintes mécaniques et minimiser les coûts énergétiques qui en découlent.When an electrochemical bundle is extracted from a battery that is installed within a module and/or a battery pack, this can lead to a reduction in mechanical stresses on adjacent batteries and thus facilitate their extraction. It is therefore advantageous to choose the order of extraction of the different electrochemical bundles in order to reduce mechanical stresses and minimize the resulting energy costs.
De plus, pour réduire le temps de mise en œuvre du procédé, la séparation des faisceaux électrochimiques d’accumulateurs hors d’usage et/ou en fin de vie peut être réalisée simultanément au sein d’un même module et/ou pack-batterie, au moyen d’une pluralité d’outils de poussée et d’équipements réalisant cette/ces poussée(s) simultanée(s).In addition, to reduce the implementation time of the process, the separation of the electrochemical bundles of used and/or end-of-life accumulators can be carried out simultaneously within the same module and/or battery pack, by means of a plurality of pushing tools and equipment carrying out this/these simultaneous pushing(s).
Selon une première configuration avantageuse de l’invention, l’emballage est rigide sous la forme d’un boitier, les étapes i/ et iii/ consistant en une étape de découpe d’une face d’extrémité du boitier.According to a first advantageous configuration of the invention, the packaging is rigid in the form of a box, steps i/ and iii/ consisting of a step of cutting out an end face of the box.
Selon cette configuration, la découpe de la face d’extrémité est de préférence réalisée de sorte à découper la liaison électrique entre le faisceau électrochimique et au moins une des bornes de sortie, de préférence les deux bornes de sortie agencées sur la face d’extrémité.According to this configuration, the cutting of the end face is preferably carried out so as to cut the electrical connection between the electrochemical bundle and at least one of the output terminals, preferably the two output terminals arranged on the end face.
De préférence encore, la découpe de la face d’extrémité est réalisée sans découpe du faisceau électrochimique.More preferably, the cutting of the end face is carried out without cutting the electrochemical beam.
Avantageusement, lorsque l’accumulateur est de format cylindrique, la découpe est réalisée perpendiculairement à l’axe central (X) du boitier cylindrique.Advantageously, when the accumulator is cylindrical in format, the cut is made perpendicular to the central axis (X) of the cylindrical case.
Selon une deuxième configuration avantageuse de l’invention, l’emballage est souple de type pouch, l’étape i/ comprenant au moins une étape de découpe du côté de l’emballage par lequel les bornes de sortie sous la forme de languettes traversent.According to a second advantageous configuration of the invention, the packaging is flexible of the pouch type, step i/ comprising at least one step of cutting the side of the packaging through which the output terminals in the form of tabs pass.
Selon une variante avantageuse, le moyen de renfort mécanique de l’étape ii/ est intégré au support de l’étape iv/.According to an advantageous variant, the mechanical reinforcement means of step ii/ is integrated into the support of step iv/.
Avantageusement, le support étant un cadre ouvert avec un des bords périphériques de moindres dimensions que l’autre bord de sorte à délimiter l’ouverture traversante à travers laquelle le(s) faisceau(x) d’accumulateur(s) du module et/ou du pack-batterie est(sont) extrait(s) par poussée.Advantageously, the support being an open frame with one of the peripheral edges of smaller dimensions than the other edge so as to delimit the through opening through which the accumulator bundle(s) of the module and/or the battery pack is/are extracted by pushing.
Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comprend une étape de maintien de l’emballage pendant l’étape i/. On peut utiliser un équipement de maintien mécanique standard, par exemple un étau, un ensemble de sangles ou de lanières ou encore un ensemble de vis. Ce maintien garantit la tenue mécanique du faisceau lors de sa découpe et/ou de l’insertion de l’outil d’ancrage et/ou de l’extraction du faisceau. On veille bien entendu à ce que le maintien laisse accessible la partie de l’emballage à découper, un chemin d’accès pour l’outil de poussée et un chemin de dégagement pour l’extraction du faisceau.According to an advantageous embodiment, the method comprises a step of holding the packaging during step i/. Standard mechanical holding equipment can be used, for example a vice, a set of straps or thongs or even a set of screws. This holding guarantees the mechanical holding of the bundle during its cutting and/or the insertion of the anchoring tool and/or the extraction of the bundle. It is of course ensured that the holding leaves accessible the part of the packaging to be cut, an access path for the pushing tool and a clearance path for the extraction of the bundle.
L’invention a également pour objet un procédé de recyclage d’un faisceau électrochimique extrait selon l’étape iii/ du procédé tel que décrit précédemment.The invention also relates to a method for recycling an electrochemical beam extracted according to step iii/ of the method as described previously.
Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comprend, au préalable d’une ou plusieurs étapes de traitement chimique, une ou plusieurs étapes de séparation de la matière électrochimique active des autres composants du faisceau extrait.According to an advantageous embodiment, the method comprises, prior to one or more chemical treatment steps, one or more steps of separation of the active electrochemical material from the other components of the extracted beam.
L’invention a également pour objet un faisceau électrochimique d’un accumulateur électrochimique extrait selon le procédé tel que décrit précédemment.The invention also relates to an electrochemical beam of an electrochemical accumulator extracted according to the method as described previously.
Ainsi, l’invention consiste essentiellement en un procédé de séparation d’un faisceau électrochimique de son emballage (boitier ou souple) d’un accumulateur hors d’usage et/ou en fin de vie, qui est intégré au sein d’un module et/ou d’un pack-batterie, comprenant la découpe successive des deux sections d’extrémité d’emballage, le renfort mécanique du module entre les deux découpes afin d’assurer la cohésion mécanique entre les accumulateurs, la mise en appui contre un support, l’insertion d’un outil de poussée dédié dans le faisceau électrochimique puis à extraire ce dernier par poussée hors de l’emballage.Thus, the invention essentially consists of a method for separating an electrochemical bundle from its packaging (case or flexible) of an unused and/or end-of-life accumulator, which is integrated within a module and/or a battery pack, comprising the successive cutting of the two end sections of the packaging, the mechanical reinforcement of the module between the two cuts in order to ensure mechanical cohesion between the accumulators, the pressing against a support, the insertion of a dedicated pushing tool into the electrochemical bundle and then extracting the latter by pushing out of the packaging.
Le renfort mécanique peut être un étau, un ensemble de sangles ou de lanières, un ensemble de vis, un cadre rigide placé autour du module et/ou du pack-batterie ou encore une plaque de renfort pour éviter les phénomènes de cisaillement entre accumulateurs, ou une combinaison de ces différents moyens. Le renfort mécanique est nécessaire pour assurer la cohésion mécanique de l’ensemble après la deuxième découpe.Mechanical reinforcement can be a vice, a set of straps or thongs, a set of screws, a rigid frame placed around the module and/or the battery pack or a reinforcement plate to avoid shearing phenomena between accumulators, or a combination of these different means. Mechanical reinforcement is necessary to ensure the mechanical cohesion of the assembly after the second cut.
On précise qu’au préalable de la mise en œuvre du procédé, on procède de préférence à la désactivation électrique de chaque accumulateur concerné, de préférence rapide et sécurisée (décharge électrique, immersion en eau salée ou tout autre procédé permettant la décharge). L’accumulateur ne présente donc plus de risque électrique. De préférence, l’état de charge (SOC, acronyme anglo-saxon de « State Of Charge ») de la batterie, après désactivation, est inférieur ou égal à 0%.It should be noted that prior to implementing the process, each accumulator concerned is preferably electrically deactivated, preferably quickly and safely (electrical discharge, immersion in salt water or any other process allowing discharge). The accumulator therefore no longer presents an electrical risk. Preferably, the state of charge (SOC, an English acronym for "State Of Charge") of the battery, after deactivation, is less than or equal to 0%.
Un état de charge entre 0 et 100% correspond au fonctionnement classique d’un accumulateur. Lors d’une décharge profonde pour mettre en sécurité l’accumulateur, on vient décharger celui-ci sous la plage classique de fonctionnement donc sous un SOC égal à 0%. En fonction du type d’accumulateur, on peut aller jusqu’à -20% généralement, ce qui a pour effet de dégrader les matériaux de la batterie.A state of charge between 0 and 100% corresponds to the typical operation of a battery. During a deep discharge to ensure the battery is safe, it is discharged below the typical operating range, i.e. below a SOC equal to 0%. Depending on the type of battery, it can generally go down to -20%, which has the effect of degrading the battery materials.
Au final, l’invention apporte de nombreux avantages par rapport aux procédés selon l’état de l’art, parmi lesquels on peut citer:
Lorsque le faisceau électrochimique extrait est celui d’un accumulateur Li-ion:
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d’exemples de mise en œuvre de l’invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes.Other advantages and characteristics of the invention will become more apparent upon reading the detailed description of examples of implementation of the invention given for illustrative and non-limiting purposes with reference to the following figures.
Les figures 1 à 5 sont relatives à des exemples différents d’accumulateur Li-ion, d’emballages souples et boitiers d’accumulateurs ainsi qu’un pack-batterie selon l’état de l’art.Figures 1 to 5 relate to different examples of Li-ion accumulators, flexible packaging and accumulator cases as well as a battery pack according to the state of the art.
Ces figures 1 à 5 ont déjà été commentées en préambule et ne le sont donc pas plus ci-après.These figures 1 to 5 have already been commented on in the preamble and are therefore not commented on further below.
Par souci de clarté, les mêmes références désignant les mêmes éléments selon l’état de l’art et selon l’invention sont utilisées pour toutes les figures 1 à 15.For the sake of clarity, the same references designating the same elements according to the state of the art and according to the invention are used for all figures 1 to 15.
Par souci de clarté également, seuls quelques accumulateurs A1 à A9 sont représentés dans un module de batterie M sur lequel est mis en œuvre le procédé selon l’invention.For the sake of clarity, only a few accumulators A1 to A9 are shown in a battery module M on which the method according to the invention is implemented.
Dans l’ensemble de la présente demande, les termes « inférieur », « supérieur », « bas », « haut », « dessous » et « dessus » sont à comprendre par référence par rapport à des boitiers d’accumulateurs Li-ion agencés à la verticale.Throughout this application, the terms "lower", "upper", "bottom", "top", "below" and "above" are to be understood by reference to vertically arranged Li-ion battery cases.
On a représenté en figures 6A à 6C, un exemple de module M d’un pack-batterie d’accumulateurs Li-ion, A1, A2,…,A9….. An.Figures 6A to 6C show an example of a module M of a Li-ion accumulator battery pack, A1, A2,…,A9….. An.
Dans les exemples illustrés, les accumulateurs A1-A9… illustrés sont à boitiers 6 de format cylindrique, typiquement de format 18650 ou 21700.In the examples illustrated, the accumulators A1-A9… illustrated are in cylindrical format 6 cases, typically 18650 or 21700 format.
Les accumulateurs A1-A9.. An sont agencés parallèles les uns aux autres.Accumulators A1-A9.. An are arranged parallel to each other.
Le module M peut comprendre initialement un ensemble monobloc de bridage mécanique et de connexion électrique non représenté, qui peut être démonté avant de réaliser les étapes du procédé selon l’invention. Cet ensemble de bridage peut également être laissé lors des étapes.The module M may initially comprise a single-piece mechanical clamping and electrical connection assembly, not shown, which may be dismantled before carrying out the steps of the method according to the invention. This clamping assembly may also be left during the steps.
Etape i/:on réalise une découpe simultanée de l’ensemble des accumulateurs du module avec un axe de coupe orthogonal à l’axe central (X) des accumulateurs, soit avantageusement à l’horizontal, selon une première ligne de découpe L1.Step i/: a simultaneous cutting of all the accumulators of the module is carried out with a cutting axis orthogonal to the central axis (X) of the accumulators, i.e. advantageously horizontally, along a first cutting line L1.
Comme montré aux figures 6A et 7A, cette première découpe d’une face d’extrémité des accumulateurs est réalisée selon une ligne L1 au niveau de la face d’extrémité constituant le fond du boitier 6 des accumulateurs. Le plan de coupe de cette ligne L1 est choisi de sorte à ouvrir les boitiers 6 tout en restant le plus proche possible du fond d’origine, afin d’éviter les pertes de matière active.As shown in Figures 6A and 7A, this first cut of an end face of the accumulators is made along a line L1 at the end face constituting the bottom of the housing 6 of the accumulators. The cutting plane of this line L1 is chosen so as to open the housings 6 while remaining as close as possible to the original bottom, in order to avoid losses of active material.
Etape ii/:on ajoute au moins un moyen de renfort mécanique 11 adapté pour garantir une cohésion physique entre les accumulateurs A1, A2,…,A9….. An du module M. Cette cohésion mécanique est nécessaire pour les étapes ultérieures comme expliqué ci-après.Step ii/: at least one mechanical reinforcement means 11 is added, suitable for ensuring physical cohesion between the accumulators A1, A2,…,A9….. An of the module M. This mechanical cohesion is necessary for the subsequent steps as explained below.
Dans l’exemple illustré aux figures 6B et 7B, ce moyen de renfort mécanique 11 peut être une sangle qui fait le tour de l’enveloppe du module en serrant les accumulateurs A1, A2,…,A9…..In the example illustrated in figures 6B and 7B, this mechanical reinforcement means 11 can be a strap which goes around the casing of the module, tightening the accumulators A1, A2,…,A9…..
Etapeiii/:on réalise une découpe simultanée de l’ensemble des accumulateurs du module avec un axe de coupe orthogonal à l’axe central (X) des accumulateurs, soit avantageusement à l’horizontal, selon une deuxième ligne de découpe L2.Stepiii/: a simultaneous cutting of all the accumulators of the module is carried out with a cutting axis orthogonal to the central axis (X) of the accumulators, i.e. advantageously horizontally, along a second cutting line L2.
Comme montré aux figures 6C et 7C, cette deuxième ligne de découpe L2 est dans l’espace vide E de sorte à découper la liaison électrique entre le faisceau électrochimique F, au niveau du collecteur de courant 40 et la borne de sortie 4. Cet espace vide E est usuellement dénommé « ciel gazeux » car il constitue le volume libre dans lequel les gaz issus des réactions électrochimiques sont présents. Ainsi, avec cette ligne de découpe L2, il n’y a pas de découpe du faisceau électrochimique F en tant que tel.As shown in Figures 6C and 7C, this second cutting line L2 is in the empty space E so as to cut the electrical connection between the electrochemical bundle F, at the current collector 40 and the output terminal 4. This empty space E is usually called “gaseous sky” because it constitutes the free volume in which the gases resulting from the electrochemical reactions are present. Thus, with this cutting line L2, there is no cutting of the electrochemical bundle F as such.
La découpe selon la ligne L1 ou L2 peut être réalisée au moyen d’un ou plusieurs outils standards, comme une lame, une meule, un fil, une scie à ruban ou encore une scie circulaire.Cutting along line L1 or L2 can be done using one or more standard tools, such as a blade, a grinding wheel, a wire, a band saw or even a circular saw.
Etape iv/:A la suite de ces découpes L1, L2 et mise en place du renfort mécanique 11, le module M est mis en appui contre un support 12 comprenant au moins une ouverture traversante 120 en regard du ou des accumulateurs A1,..An dont on souhaite extraire le faisceau électrochimique F.Step iv/: Following these cuts L1, L2 and installation of the mechanical reinforcement 11, the module M is placed in abutment against a support 12 comprising at least one through opening 120 opposite the accumulator(s) A1,..An from which the electrochemical bundle F is to be extracted.
Tel qu’illustré à la
La ou les ouvertures 120 du support 12 peut être de dimensions égales ou supérieurs au diamètre d’un accumulateur ou de plusieurs accumulateurs.The opening(s) 120 of the support 12 may be of dimensions equal to or greater than the diameter of an accumulator or of several accumulators.
Le module M peut être mobile par rapport au support 12 ou repositionnable sur ce dernier afin d’aligner les faisceaux F à extraire avec la ou les ouvertures traversantes 120 du support.The module M can be movable relative to the support 12 or repositionable on the latter in order to align the beams F to be extracted with the through opening(s) 120 of the support.
Etapev/:On réalise alors l’insertion, à travers une ouverture délimitée par une face d’extrémité de l’emballage, préalablement enlevée, puis une mise en butée d’au moins un outil de poussée à une extrémité longitudinale du faisceau électrochimique F.Stepv/: The insertion is then carried out, through an opening delimited by an end face of the packaging, previously removed, then at least one pushing tool is placed against a longitudinal end of the electrochemical bundle F.
Etapevi/:On applique une force de poussée P qui peut être manuelle ou robotisée au moyen d’un équipement de poussée 13, afin d’extraire le ou les faisceaux électrochimiques F de leurs boitiers 6, comme montré à l’échelle individuelle d’un faisceau à la
Dans l’étape i/, on peut maintenir le module M par un moyen de maintien qui peut être standard, tel qu’un étau.In step i/, the module M can be held by a holding means which can be standard, such as a vice.
Les inventeurs ont réalisés un essai expérimental, sur un module de batterie M comprenant un nombre n de 1058 accumulateurs cylindriques, dont le poids total est 87kg et qui présente des dimensions égales à 100x330x1700 cm.The inventors carried out an experimental test on a battery module M comprising a number n of 1058 cylindrical accumulators, whose total weight is 87 kg and which has dimensions equal to 100 x 330 x 1700 cm.
Lors de cet essai expérimental, l’étape ii/ de mise en place d’un renfort mécanique n’a pas été mise en œuvre. Autrement dit, aucun moyen de renfort mécanique n’est ajouté autour des accumulateurs.During this experimental test, step ii/ of installing mechanical reinforcement was not implemented. In other words, no means of mechanical reinforcement are added around the accumulators.
La ligne de découpe L1 est réalisée de manière à découper toutes les faces d’extrémité des accumulateurs cylindriques A1-An présents dans le module M pour avoir accès à chacun des faisceaux électrochimiques F. A la suite de cette découpe L1, tout le module M est en un seul bloc, comme montré à la
La ligne de découpe L2 est réalisée dans le ciel gazeux E présent entre le faisceau électrochimique F et la borne positive 4 de chaque accumulateur.The cutting line L2 is made in the gaseous sky E present between the electrochemical beam F and the positive terminal 4 of each accumulator.
A la suite des deux découpes L1 et L2, chaque faisceau F est accessible par ses deux extrémités longitudinales.Following the two cuts L1 and L2, each beam F is accessible by its two longitudinal ends.
On constate, que lors de l’étape de la découpe L2, du fait de l’absence de renfort mécanique, le module s’est décomposé en différents agglomérats d’accumulateurs comme montré à la
Cette décomposition en différents agglomérats est problématique pour une industrialisation du procédé car il est alors nécessaire de réaliser l’extraction de la matière active sur chacun des agglomérats au lieu d’un unique bloc.This decomposition into different agglomerates is problematic for industrialization of the process because it is then necessary to carry out the extraction of the active material on each of the agglomerates instead of a single block.
L’extraction est donc démultipliée si l’intégrité physique du module après découpe des accumulateurs ne peut être conservée.The extraction is therefore multiplied if the physical integrity of the module after cutting the accumulators cannot be preserved.
Cet essai expérimental permet donc de valider la nécessité de l’étape ii/ d’ajout d’un renfort mécanique entre les deux étapes de découpe du procédé, sur un module à accumulateurs cylindriques.This experimental test therefore makes it possible to validate the need for step ii/ of adding mechanical reinforcement between the two cutting steps of the process, on a cylindrical accumulator module.
Par ailleurs, quand bien même il y a des agglomérats d’accumulateurs, l’essai expérimental a permis de prouver l’efficacité du procédé de l’invention pour extraire par poussée des faisceaux électrochimiques F d’accumulateurs cylindriques au sein d’un module de batterie M, comme montré à la
Avantageusement, le support ouvert 12 utilisé pour la mise en œuvre de l’étape iv/ peut avoir été au préalable mis en œuvre en tant que renfort mécanique 11 au cours de l’étape ii/. Cette double fonction du support ouvert 11, 12 peut permettre d’optimiser un procédé en utilisant un seul moyen pour deux fonctions différentes, comme cela est schématisé en
En lieu et place d’une sangle de renfort mécanique 11, on peut utiliser d’autres moyens de maintien mécanique comme un étau 11’ illustré à la
La ou les ouvertures traversantes dans le support 12 peuvent prendre différentes formes, agencements et dimensions, en fonction du type d’accumulateurs. Comme montré à la
Comme mentionné précédemment, le renfort mécanique 11 mis en œuvre selon l’étape ii/ peut avantageusement combiner la fonction de cohésion mécanique et de support ouvert 12 pour permettre l’extraction. On peut par exemple combiner les deux fonctions en utilisant un contenant qui a pour fonctions d’une part de permettre le cerclage du module M pour en assurer la cohésion mécanique et d’autre part de permettre l’extraction selon l’étape vi/ par son ouverture traversante 120.As mentioned previously, the mechanical reinforcement 11 implemented according to step ii/ can advantageously combine the function of mechanical cohesion and open support 12 to allow extraction. For example, the two functions can be combined by using a container which has the functions of, on the one hand, allowing the strapping of the module M to ensure its mechanical cohesion and, on the other hand, allowing extraction according to step vi/ through its through opening 120.
Un tel support 12 est montré à la
Avec un tel support 12 de la
Le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre pour des accumulateurs A de format prismatique, notamment utilisés dans des véhicules électriques.The method according to the invention can be implemented for prismatic format A accumulators, notably used in electric vehicles.
Comme montré à la
La découpe de l’étape iii/ est effectuée entre l’extrémité du faisceau F et le fond du boitier prismatique 6.The cutting of step iii/ is carried out between the end of the beam F and the bottom of the prismatic housing 6.
L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits ; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.The invention is not limited to the examples which have just been described; in particular, it is possible to combine characteristics of the examples illustrated within non-illustrated variants.
D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention.Other variations and improvements may be envisaged without departing from the scope of the invention.
Si dans les exemples illustrés, la borne de sortie 4 en saillie à une extrémité longitudinale d’un boitier 6 d’accumulateur est la borne positive et la borne de sortie 5 constituée par un fond de boitier 6 est la borne négative, on peut bien évidemment mettre en œuvre l’invention avec des bornes inversées, i.e. la borne 4 en tant que borne négative et la borne 5 en tant que borne positive.If in the examples illustrated, the output terminal 4 projecting at a longitudinal end of an accumulator case 6 is the positive terminal and the output terminal 5 constituted by a case base 6 is the negative terminal, the invention can obviously be implemented with reversed terminals, i.e. terminal 4 as the negative terminal and terminal 5 as the positive terminal.
Si dans les exemples illustrés, les étapes du procédé sont réalisées pour des accumulateurs avec un boitier 6 soit de forme cylindrique, soit de forme prismatique, on peut mettre en œuvre l’intégralité du procédé sur des accumulateurs à enveloppe souple (« pouch »), l’étape i/ de découpe ayant lieu de préférence sur le côté de l’enveloppe d’où émergent les languettes formant les bornes de sortie.If in the examples illustrated, the steps of the method are carried out for accumulators with a casing 6 either of cylindrical shape or of prismatic shape, the entire method can be implemented on accumulators with a flexible casing (“pouch”), the cutting step i/ preferably taking place on the side of the casing from which the tabs forming the output terminals emerge.
[1]: Diekmann, J., Rothermel, S., Nowak, S., & Kwade, “Recyclingof Lithium-Ion Batteries:TheLithoRecProcess” A. (2018). The LithoRec Way, pages 33-38.[1]: Diekmann, J., Rothermel, S., Nowak, S., & Kwade, “Recyclingof Lithium-Ion Batteries:TheLithoRecProcess ” A. (2018). The LithoRec Way, pages 33-38.
[2]: Harper, G., Sommerville, R., Kendrick, E., Driscoll, L., Slater, P., Stolkin, R., ... & Anderson, P, “Recycling lithium-ion batteries from electric vehicles”. Nature, (2019). 575(7781), pages 75-86.
[2]: Harper, G., Sommerville, R., Kendrick, E., Driscoll, L., Slater, P., Stolkin, R., ... & Anderson, P, “Recycling lithium-ion batteries from electric vehicles ”. Nature, (2019). 575(7781), pages 75-86.
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|---|---|---|---|
| FR2313564AFR3156246A1 (en) | 2023-12-05 | 2023-12-05 | Process for the extraction by pushing of electrochemical bundles from disused and/or end-of-life electrochemical accumulators, assembled by battery module or by battery pack, with a view to their recycling. |
| PCT/EP2024/084555WO2025119923A1 (en) | 2023-12-05 | 2024-12-03 | Method for removing, by pushing, electrochemical bundles from out-of-use and/or end-of-life electrochemical storage cells, assembled into a battery module or battery pack, with a view to recycling same |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2313564 | 2023-12-05 | ||
| FR2313564AFR3156246A1 (en) | 2023-12-05 | 2023-12-05 | Process for the extraction by pushing of electrochemical bundles from disused and/or end-of-life electrochemical accumulators, assembled by battery module or by battery pack, with a view to their recycling. |
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| Date | Code | Title | Description |
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