Le prix final des batteries au Lithium reste élevé en comparaison de celles au plomb. Les métaux rares qui entrent dans leur composition, lithium, cobalt, nickel, voient leur cours atteindre des sommets.

De nouvelles technologies de conservation de l'énergie ont beau apparaître régulièrement, les batteries au plomb conservent une immense part de marché.

Pourquoi alors ne pas recycler les batteries au lithium ?

Une demande colossale

Les batteries au lithium sont partout, smartphones, montres connectées, automobiles systèmes hors réseau, transport, nautisme...

Les principaux producteurs de lithium sont l'Australie (42 000 tonnes) en 2020, suivie du Chili (18 000 tonnes), de la Chine (14 000 tonnes), l’Argentine (6 200 tonnes) et l'Europe avec... 0 tonne.

La demande pour cette chimie connaît une augmentation stratosphérique. Les spécialistes attendent une augmentation x 40 à l'horizon 2040.

Problème : les ressources naturelles ne sont pas à la hauteur. Le prix du lithium minerai à vu son prix se multiplier par cinq au cours de l'année 2022.

Pour ne rien arranger, le terme de batterie au lithium rassemble des accumulateurs de différentes chimies, il existe des batteries lithium-métal-polymère (LMP), lithium-polymère (Li-Po) , lithium-cobalt (LCO), nickel-manganèse-cobalt (NMC), lithium-manganèse (LMO), lithium-fer-phosphate (LFP/LiFePO4), ou encore nickel-cobalt-aluminium (NCA)utilisant chacun de nombreux autres minerais plus ou moins rares...

Ces minerais entrent pour beaucoup dans l'équation, car moins de 2 % de lithium composent ces batteries. Ainsi, une batterie de BMW I3, comporte poins de 5 kg de lithium pour 230 kg au total.

Un écart de prix substantiel

Ce n'est pas un secret, les niveaux de prix des batteries à base de cellules au lithium sont nettement plus élevés que celui de celles au plomb. À l'échelle mondiale, rapportée à la tonne métrique, les technologies lithium coûtent 7 fois plus cher que le plomb.

Même en intégrant le fait que les batteries au lithium bénéficient d'une capacité utilisable supérieure de près de 50 % à celles au plomb, le facteur de différence de prix demeure élevé, entre 3 et 4 en la faveur du plomb.

En janvier 2022, la tonne de Lithium minera à dépassé les 45 000 € tandis que celle de plomb dépasse rarement les 2500 €.

Des leçons à tirer du plomb 

Plus de 2 milliards de tonnes de plomb ont servi à la fabrication de batteries plomb-acide en 2020 contre moins de 90 millions de tonnes de Lithium.

D'où provient une telle disparité ? On déclare la technologie plomb-acide obsolète et moribonde depuis une décennie et elle reste largement majoritaire, principalement pour une raison de coût.

C'est que, pour atteindre un prix si peu élevé, les batteries plomb-acide se recyclent facilement. Nous en avons tous fait l'exemple, que ce soit avec un bateau ou une automobile, lors de l'achat de batteries neuves, le fournisseur les récupère avec plaisir.

Plus de 99 % de la production mondiale de batteries plomb-acide finit recyclée contre seulement 1 % de leurs homologues au lithium.

Le recyclage des batteries

La récupération du plomb contenu dans les batteries plomb-acide ne présente pas de grande difficulté, une fois vidées et débarrassées de leur caisse, les plaques sont facilement accessibles. Le recyclage est facilement automatisable et les rendements élevés. La fonte du plomb requiert peu d'énergie et le cycle de vie des batteries de cette technologie est remarquablement circulaire.

Celui des batteries au lithium est nettement plus complexe, elles comportent différents composants intéressants et difficiles à recycler.

La pyrométallurgie

Cette technique de recyclage consiste à fondre les batteries usagées. Elle produit des alliages et des cendres où se trouvent le lithium. Elle consomme beaucoup d'énergie et nécessite un second traitement pour purifier les métaux récupérés. On peut traiter tous les types de batteries lithium, mais le rapport coût/bénéfice n'est pas intéressant.

L'hydrométallurgie  

Ici, on décompose par traitement chimique les cellules. Ceci impose une chimie fine, dosée pour chaque type de chimie et type de cellule, des dosages qui limite le développement de cette méthode de recyclage dans les filières de recyclages "tout venant" classiques.

Le recyclage direct

L'espoir se trouve au niveau de la déconstruction de ces objets. Une méthode consistant à ouvrir les ensembles de cellules, séparer ces dernières pour en séparer les composants et disposer de métaux quasiment purs à recycler.

La difficulté majeure se situait dans la grande hétérogénéité des cellules lithium allant de celle d'une pile AAA à un bloc de plusieurs dizaines de kilogrammes.

L'automatisation du process de déconstruction doit permettre une adaptation à chaque modèle de chimie, type et cellule mises au rebut.

American Battery Technology Company (ABTC), une société fondée et dirigée par un ancien cadre de Tesla, chargé de la conception des batteries, fait figure de pionnier dans ce métier. ABTC réalise une étude du process de fabrication d'un type donné de batterie et imagine une déconstruction jusqu'au stade de la cellule avant de traiter les cellules par hydrométallurgie.

Cette méthode limite fortement le type de cellules à traiter et ouvre la voie à des partenariats avec les fabricants de véhicules électriques. 

La généralisation de ces procédés de recyclage compte parmi les enjeux majeurs de la filière lithium.