Valorisation d'un broyat noir (black mass) pour en extraire les métaux de valeur (Li, Ni, Co, Mn, Al) et fabriquer de nouveaux matériaux de cathode

1. Résumé du projet

Le nombre de véhicules électriques sur les routes du Québec suit une tendance à la hausse depuis plusieurs années. Cette utilisation croissante des véhicules électriques pose un défi d’approvisionnement en lithium et autres métaux (Ni, Co), et aussi pour le recyclage des batteries. Ainsi, il faut immédiatement inclure le recyclage des batteries à la chaîne d’approvisionnement et développer les technologies propres requises pour produire les matériaux de cathode à haute pureté recherchés par l’industrie.

Objectifs

Le projet de recherche proposé vise donc à récupérer des batteries au lithium usagées pour en extraire les métaux de valeur présents dans les cathodes, conformément au concept de minage urbain. Le défi consiste ensuite à séparer et purifier le Li, Ni, Mn, Co et Al des cathodes NMCA en fin de vie, avec une haute pureté, dans le but principal de fabriquer de nouveaux matériaux de cathode NMCA à partir de ces produits recyclés. Plus spécifiquement, les objectifs du projet touchent la lixiviation des métaux de valeur du broyat noir (« black mass ») des cathodes en fin de vie, leur séparation et purification suivant une voie innovatrice par cristallisation, et la synthèse directe de nouveaux matériaux de cathode NMCA.

Résultats attendus et retombées escomptées

Les résultats attendus concernent autant le procédé d’extraction, de séparation et de purification des métaux de valeur Li, Ni, Mn, Co et Al des cathodes NMCA en fin de vie, que celui de synthèse de nouveaux matériaux de cathode NMCA et les produits (poudres) qui en résulteront. Ainsi, les essais aux échelles laboratoire et mini-pilote permettront d’établir les conditions d’opération qui maximiseront le rendement et la sélectivité (pureté des produits) du procédé, de même que la performance électrochimique des matériaux de cathode NMCA synthétisés. Ces essais sont cruciaux en vue d’une mise à l’échelle industrielle ultérieure.

Les résultats et avancées technologiques qui résulteront du projet seront bénéfiques tant pour le partenaire impliqué que pour le Québec:

• Du personnel hautement qualifié (2 PhD, 1 MScA et 1 technicien) développera une expertise unique dans l’hydrométallurgie et le recyclage des cathodes des batteries au lithium;
• Le minage urbain, en particulier celui des batteries au lithium en fin de vie, constitue la mine du futur. Ainsi, le développement d’un procédé permettant de récupérer les métaux de valeurs issus de ces batteries s’inclut dans l’activité minière du Québec des prochaines décennies;
• Le Québec fermera la boucle du cycle de vie des batteries au lithium avec la valorisation locale des matériaux stratégiques du broyat noir, plutôt que de les envoyer à l’étranger;
• La synthèse d’un matériau de cathode au Québec est indispensable à la vision du Québec de construire une usine québécoise de batteries utilisant des matières premières québécoises.

Les organismes impliqués dans ce projet sont l’Université de Sherbrooke (expériences en laboratoire), le Centre d’innovation minière de la MRC des Sources (CIMMS) (essais mini-pilotes) et le Centre d’excellence en électrification des transports et en stockage d’énergie d’Hydro-Québec.

2. Équipe de recherche

Équipe de recherche

3. Appel de propositions

Le projet est d’une durée de 3 ans et le montant total octroyé est de 300 000 $.