L'extraction de l'électrolyte, aussi appelée séchage, stripping ou évaporation, évapore les solvants volatils piégés dans les batteries lithium-ion broyées et les récupère par condensation. L'évaporateur continu de Revtech est conçu pour cette étape précise, qui commence par comprendre ce que contient une batterie.
Cette solution fait partie de la gamme de traitement thermique en continu de Revtech pour l’industrie chimique.
Évaporateur continu pour l'extraction et la revalorisation de l'électrolyte
des batteries lithium-ion
Qu'est-ce qu'une batterie lithium-ion ?
Une batterie lithium-ion (LIB) n’est pas un matériau unique : c’est un assemblage de nombreux matériaux, compactés ensemble à l’intérieur de chaque cellule. En fin de vie, ou lorsqu’elle arrive sous forme de chutes de production d’une gigafactory, la batterie est broyée, et cet assemblage se transforme en un mélange complexe qu’il faut séparer pour récupérer chaque matériau individuellement.
Après broyage, une LIB se sépare en deux fractions:
Fraction solide
- Plastiques : plastiques rigides du boîtier et films séparateurs polymères fins
- Cuivre et aluminium : les feuillards collecteurs de courant
- Métaux ferreux : boîtiers et pièces de structure
- Black mass : la fraction la plus valorisable : une fine poudre sombre combinant le graphite (de l’anode) et des oxydes métalliques riches en cobalt, nickel, manganèse et lithium (de la cathode)
Fraction liquide
- L’électrolyte : un mélange de solvants organiques qui doit être retiré avant tout traitement en aval
Qu'est-ce que l'électrolyte et à quoi sert-il ?
L’électrolyte est le milieu qui transporte les ions lithium d’un bord à l’autre, entre l’anode et la cathode, à chaque charge et décharge de la batterie : c’est lui qui fait fonctionner la cellule. Dans une LIB, il s’agit généralement d’un sel de lithium (le plus souvent le LiPF₆) dissous dans un mélange de solvants carbonates organiques, comme le carbonate d’éthylène (EC), le carbonate d’éthyle et de méthyle (EMC) et le carbonate de diméthyle (DMC). Ces mêmes solvants sont volatils, inflammables et, s’ils sont mal gérés lors du recyclage, représentent un réel danger en matière de sécurité et d’émissions. C’est précisément pour cette raison que leur extraction et leur revalorisation constituent une première étape critique.
Pourquoi recycler les batteries lithium-ion ?
De plus en plus de batteries arrivent en fin de vie chaque année, portées par les véhicules électriques, le stockage d’énergie et les chutes de production des gigafactories. Chacune est à la fois un danger à maîtriser et une ressource à récupérer.
- Environnement et sécurité
Les batteries usagées n’ont leur place ni en décharge ni en incinération : leurs électrolytes sont volatils et inflammables, et des cellules mal manipulées présentent des risques d’incendie et d’émissions. Le recyclage neutralise ces dangers à un stade industriel maîtrisé.
- Matières premières critiques
Le cobalt, le nickel, le lithium et le graphite contenus dans chaque batterie sont des matériaux stratégiques, en grande partie importés. Les récupérer crée une source locale et secondaire, qui allège la pression sur l’extraction minière et renforce la résilience de la chaîne d’approvisionnement.
- Réglementation
Le règlement européen sur les batteries (2023/1542) fixe des objectifs de récupération de 50 % pour le lithium d’ici 2027 et 80 % d’ici 2031, et 90 % pour le cobalt, le cuivre et le nickel d’ici 2027, portés à 95 % d’ici 2031, ainsi que des obligations de contenu recyclé à partir de 2031. Les atteindre efficacement est désormais une contrainte commerciale directe pour les recycleurs.
Historiquement, les procédés pyrométallurgiques ont été la méthode privilégiée pour recycler les batteries en fin de vie (EoL). Le procédé pyrométallurgique consiste à traiter les batteries en fin de vie à haute température pour brûler les composants organiques de la matrice et ne récupérer que les métaux à haut point d’ébullition. L’industrie recherche toutefois aujourd’hui des procédés plus efficaces sur le plan atomique et moins énergivores. Des procédés alternatifs ont ainsi émergé, reposant sur une étape de prétraitement suivie d’un procédé hydrométallurgique.
Quelles sont les différentes étapes du procédé de recyclage ?
Le prétraitement est la phase initiale du recyclage des LIB. Il vise à récupérer les fractions qui n’entrent pas dans le procédé hydrométallurgique (plastiques, cuivre, métaux ferreux et non ferreux, électrolyte organique) et à préparer une black mass en vue du traitement hydrométallurgique ultérieur. Il comprend généralement les étapes suivantes :
- Broyage : les LIB sont broyées pour être décomposées en leurs différents constituants.
- Extraction des solvants de l’électrolyte (parfois appelée « séchage », « dévolatilisation », « stripping » ou « évaporation ») : l’électrolyte organique, composé de solvants inflammables et volatils, est évaporé (puis récupéré par condensation) afin de garantir la sécurité des étapes de traitement suivantes.
- Tri des matériaux : une fois broyés, les matériaux sont triés en différents flux. On obtient une fine poudre appelée « black mass », contenant du graphite et des oxydes métalliques valorisables tels que le cobalt, le nickel, le manganèse et le lithium. Par ailleurs, une fraction grossière constituée de séparateurs plastiques, de feuilles de cuivre, d’aluminium et de matériaux ferreux est séparée en vue d’une récupération ultérieure.
Quels systèmes sont disponibles sur le marché ?
Deux familles d’équipements sont aujourd’hui utilisées pour traiter l’électrolyte des batteries broyées.
Fours à haute température (voie pyrométallurgique)
Comme décrit plus haut, ils traitent la matière à haute température et brûlent les composants organiques. Ils récupèrent les métaux à haut point d'ébullition, mais l'électrolyte, le graphite et le lithium sont perdus au passage, et la demande énergétique est élevée.
Évaporateurs sous vide discontinus (ou « sécheurs »)
C'est l'approche devenue la référence du marché pour l'étape dédiée d'extraction des solvants. Comme la matrice broyée contient des plastiques qui se ramollissent à température modérée, ces systèmes fonctionnent sous vide : abaisser la pression abaisse le point d'ébullition des solvants, qui peuvent ainsi être évaporés sans atteindre une température qui endommagerait la matière. Ils existent en configurations horizontale et verticale, se distinguant surtout par la façon dont la matière est contenue et agitée.
En pratique, cette approche « discontinu et sous vide » s’accompagne toutefois de quelques contraintes structurelles :
- Fonctionnement discontinu:
Travailler par lots successifs allonge les temps de cycle et complique le séquencement avec les étapes continues de broyage et de tri situées en amont et en aval.
- Cycles longs, débit limité:
Chauffer un lit de matière épais à travers la paroi de la cuve est lent : les cycles peuvent durer plusieurs heures, ce qui plafonne le débit qu’une seule unité peut fournir.
- Poudre fine sous vide:
Charger et décharger une matière fine et poussiéreuse contenant des éléments plus gros, comme des pièces métalliques, des fragments de plastique et d’autres débris de plusieurs centimètres, tout en maintenant un vide étanche, est exigeant sur le plan opérationnel et tend à imposer une maintenance fréquente.
Ce sont précisément les contraintes qu’un évaporateur continu est conçu pour lever, et c’est là que l’approche Revtech se distingue.
Pourquoi choisir Revtech pour vos projets de prétraitement LIB ?
Revtech s’est associé à un acteur majeur de l’industrie du recyclage pour co-développer et commercialiser l’un des rares procédés de prétraitement entièrement continus, couvrant toute la séquence du broyage au tri, pour des opérations fluides, fiables et optimisées.
Comment fonctionne l'évaporateur continu Revtech
Au lieu de traiter la matière par lots, un évaporateur Revtech l’alimente en continu dans une spire chauffante hélicoïdale, où une vibration douce la fait progresser en une couche mince et régulière. Cette couche mince est la clé : elle assure un transfert thermique excellent et uniforme sur l’ensemble du flux, et maintient un traitement constant et reproductible du début à la fin.
Deux paramètres sont alors contrôlés très finement :
- la température de la spire est surveillée et corrigée en temps réel (à ±1 °C près)
- la matière s’écoule en écoulement piston (sans zones mortes), de sorte que chaque particule connaît le même temps de séjour, bien défini (à ±1 minute près).
C’est aussi ce qui permet au système d’extraire l’électrolyte sans recourir au vide.
Plutôt que d’abaisser le point d’ébullition des solvants en tirant un vide, Revtech fait circuler un gaz inerte dans la spire : ce gaz balaie les solvants évaporés et abaisse leur pression partielle, de sorte que même les solvants à point d’ébullition plus élevé se dégagent à une température qui reste sans danger pour les plastiques de la matrice. Des points d’injection et d’extraction de gaz répartis le long du réacteur maintiennent cette atmosphère inerte et gardent le procédé sous contrôle précis d’un bout à l’autre.
Ce même environnement inerte et maîtrisé garde la chimie sous contrôle : maintenir la bonne température et évacuer les vapeurs de façon régulière contribue à limiter la formation de HF (acide fluorhydrique), un produit de dégradation bien connu associé au LiPF₆, et le flux gazeux extrait est traité en aval. Et parce que les solvants sont aspirés puis condensés plutôt que brûlés, l’électrolyte est récupéré à une qualité qui permet sa revalorisation, transformant un déchet à éliminer en un flux qui mérite d’être valorisé.
Principaux avantages de l'évaporateur Revtech
- Continu, pas discontinu. Le procédé s’intègre sans rupture entre le broyage et le tri, sans séquencement par lots à gérer, et un seul système traite des débits allant jusqu’à 2 t/h.
- Production homogène. Un traitement homogène et reproductible garantit une qualité de black mass constante, lot après lot.
- Électrolyte revalorisé, pas perdu. Les solvants sont récupérés par condensation plutôt que détruits, ce qui ouvre un flux valorisable au lieu d’un déchet à traiter.
- Éprouvé et peu exigeant en maintenance. La technologie affiche plus de 25 ans de références industrielles, une longue durée de vie et une conception pensée pour un fonctionnement fiable et peu de maintenance.
- Flexible. Elle s’adapte aux différentes chimies de batteries comme aux flux de chutes de production et de fin de vie.
- Compact et clé en main. Une faible emprise au sol, même lorsque plusieurs lignes sont nécessaires pour des débits plus élevés, et une approche clé en main pour une installation et une mise en service rapides.
Une alternative continue aux sécheurs sous vide discontinus
| Sécheur sous vide | Évaporateur continu Revtech | |
|---|---|---|
| Mode de fonctionnement | Généralement discontinu (batch) | Continu |
| Cycle / temps de séjour | Plusieurs heures par cycle | Temps de séjour < 30 min |
| Débit par unité | Limité par un transfert thermique lent à travers un lit épais | Jusqu'à 2 t/h sur une seule ligne |
| Intégration à la ligne | Séquencement par lots entre des étapes continues | S'insère en continu entre broyage et tri |
| Extraction des solvants | Sous vide, pour abaisser le point d'ébullition des solvants | Stripping au gaz inerte, sans vide requis |
| Consommation de N₂ | Faible consommation de N₂ | Consommation de N₂ légèrement plus élevée, du fait du flux de N₂ continu |
| Contrôle du procédé | Dépend du lit et de la cuve | Température en temps réel (±1 °C), temps de séjour uniforme (±1 min) |
| CAPEX | Forte hausse du CAPEX à la montée en capacité, du fait de la parallélisation des lignes | Hausse non linéaire du CAPEX avec le débit |
| Emprise au sol | Emprise au sol importante : équipements surdimensionnés pour maintenir le débit en discontinu | Conception compacte grâce à la géométrie du réacteur ; emprise au sol indépendante du débit |
| Durée de vie de l'équipement | Un faible débit d'azote entraîne une forte concentration de HF, qui peut réduire la durée de vie de l'équipement | Faible concentration de HF grâce à la dilution dans le flux d'azote continu, durée de vie prolongée |
| Maintenance | Maintenance élevée, du fait des contraintes d'étanchéité au vide | Faible maintenance ; plus de 25 ans de références industrielles |
La même technologie continue et vibratoire est aussi au cœur de notre calcinateur continu, une alternative précise aux fours rotatifs pour les poudres chimiques.
Parlez-nous de votre projet pour organiser un essai sur la ligne pilote.
Tout savoir sur le procédé de prétraitement des LIB
Quelle est la teneur initiale maximale en solvant qu'un évaporateur Revtech peut traiter ?
La technologie Revtech est flexible et conçue pour s’adapter aussi bien aux chutes de production qu’aux flux de fin de vie. Certains flux, en particulier ceux issus de chutes de production, peuvent contenir jusqu’à 20 % en masse de solvants organiques et être traités efficacement avec l’évaporateur Revtech.
Le procédé Revtech peut-il traiter un flux de broyat de batteries issu d'un broyage humide ?
Oui. La technologie peut aussi éliminer l’eau des matières broyées par voie humide, tant que la teneur en eau libre permet encore d’acheminer la matière dans le système vibratoire. Le débit diminue à mesure que l’humidité augmente, puisqu’une part plus importante de l’énergie sert à évaporer l’eau ; pour les flux très humides, nous recommandons donc une étape de déshydratation mécanique préalable (centrifugeuse, filtre-presse).
Jusqu'à quel débit de matière la technologie Revtech peut-elle être utilisée comme sécheur ?
Une seule ligne traite jusqu’à 2 t/h. Des capacités supérieures sont atteintes en faisant fonctionner plusieurs lignes en parallèle.
Quel taux de solvant résiduel peut-on atteindre ?
Il est ajustable. L’équipement (généralement la longueur de la spire) est dimensionné en fonction de votre objectif. En configuration standard, la technologie atteint des teneurs en solvant résiduel jusqu’à 1 % en masse pour les flux de fin de vie et 3 % en masse pour les chutes de production.
Quel temps de séjour peut-on obtenir avec un Revtech ?
Généralement 15 à 30 minutes en configuration standard, et il peut être allongé en rallongeant la spire ou en plaçant des spires en série. Comme la matière forme un lit très mince, le temps de séjour est bien plus court que dans les systèmes conventionnels ; les comparaisons directes entre technologies ne sont donc pas toujours pertinentes.
Disposez-vous de références en exploitation dans l'industrie ?
Le recyclage des LIB est encore un marché émergent : nous ne pouvons donc pas encore communiquer de références à l’échelle industrielle. La technologie peut toutefois être démontrée sur une ligne pilote dédiée, sur le site de notre partenaire en France : un procédé de prétraitement entièrement continu (broyage, évaporation, tri) dimensionné pour 1 t/h.
Comment savoir si mon procédé est adapté et en évaluer les performances ?
Tester avant de s’engager sur une nouvelle technologie est essentiel. Avec notre partenaire, nous avons mis en place une unité pilote où votre flux peut être traité dans des conditions représentatives, avec l’accompagnement complet des deux équipes et des options telles que l’analyse de gaz en ligne. Notre expert procédé peut également fournir des estimations préliminaires de CAPEX et d’OPEX pour une ligne industrielle, à partir de votre cas.
Proposez-vous des services au-delà de la fourniture de l'équipement ?
Oui. Pour l’évaporateur lui-même, nous proposons un ensemble clé en main : conception et ingénierie, assemblage, essais de réception en usine (FAT), puis démontage et préparation à l’expédition. Le transport, la supervision de l’installation, la mise en service, le démarrage et la formation des opérateurs sont disponibles sur demande. Et si vous avez besoin d’une ligne de prétraitement complète (broyage, évaporation, tri) plutôt que du seul évaporateur, notre partenaire intégrateur gère l’intégration complète : raccordements inter-étapes, utilités, conception et fourniture du traitement des gaz.
