Lithium-ion batterijen: opslag, levensduur en recycleren

Aangezien hun samenstelling momenteel als de meest ideale wordt beschouwd, zullen lithium-ion batterijen een steeds grotere rol gaan spelen in onze toekomst. Tijd dus om ze wat beter te leren kennen!

Ontdek in dit artikel:

Wat het verschil is tussen lithium en lithium-ion batterijen;
Hoe de opslag van lithium-ion batterijen op een veilige manier gebeurt;
Wat hun levensduur is; en
Hoe ze nu precies gerecycleerd worden.

Zowel lithium als lithium-ion batterijen voorzien onze elektrische toestellen van draagbare energie. Maar wat is nu eigenlijk het verschil tussen beide? Dat de ene batterij het woordje ‘ion’ in haar naam draagt en de andere niet, wijst alvast op een verschil in de complexe chemische samenstelling, maar voor gebruikers komt het in principe hierop neer: lithium-ion batterijen zijn herlaadbaar en lithium batterijen niet.

Lithium batterijen zijn al een halve eeuw op de markt, en staan erom bekend dat ze een grote energiecapaciteit hebben, waardoor ze lang meegaan. Bovendien kunnen ze lang in inactieve toestand bewaard worden zonder hun lading te verliezen.

Maar ondanks die voordelen was er toch nood aan een ander type batterij. Het grootste nadeel van traditionele lithium batterijen is dat we ze maar één keer kunnen gebruiken. Wanneer ze leeg zijn, zijn ze niet meer op te laden. Daarom kwam er in 1991 de lithium-ion batterij, met een andere samenstelling en dus een aantal aangepaste eigenschappen.

Lithium-ion batterijen hebben een secundaire celconstructie (in tegenstelling tot de primaire van lithium batterijen). Daardoor gaan ze - bij éénmalig gebruik - vaak minder lang mee, maar kunnen ze wel frequent opgeladen worden. Dat maakt lithium-ion batterijen ideaal voor apparaten die veel energie gebruiken, en dus regelmatig oplaadbeurten nodig hebben, zoals de laptop, smartphone en nu ook steeds vaker allerlei soorten elektrische voertuigen.

Lithium-ion batterijen moeten soms een tijdje opgeslagen worden, bijvoorbeeld als ze moeten wachten op transport. Dat vraagt om een aantal veiligheidsoverwegingen.

Moet je zelf lithium-ion batterijen opslaan? Dan zijn dit enkele algemene regels die je best in acht neemt:

Bewaar de cellen in een droge, goed verluchte ruimte, op de aanbevolen temperatuur. Zo verleng je de houdbaarheid van de batterijen.
Zorg ervoor dat de contacten van de batterijen geen kortsluiting kunnen veroorzaken. Bedek ze met tape of met de afdekking van de fabrikant.
Voorkom sterke vibraties.
Zorg ervoor dat de batterijen niet worden blootgesteld aan extreme weersomstandigheden en temperatuurschommelingen.
Plaats geen zware voorwerpen op dozen die lithium-ion batterijen bevatten.
Sla lithium-ion cellen op in containers die daarvoor zijn voorzien, zoals de containersoorten die in de ADR staan opgelijst.
Bewaar de cellen niet bij brandbare, licht ontvlambare of explosieve materialen.
Bewaar geen grote hoeveelheden batterijen als dat niet nodig is.
Hou beschadigde en nieuwe cellen gescheiden.
Hou een brandblusapparaat voor lithium-ion batterijen in de buurt van de batterijen.
Vraag de brandweer om advies rond brandpreventie, om de risico’s in je opslagruimte tot een minimum te beperken.
Zorg ervoor dat je omgevingsvergunning de opslag van batterijen toelaat, en stem dit af met je verzekeringsmaatschappij.

Eén van de grootste bezorgdheden van zowel verdelers als gebruikers van lithium-ion batterijen is: hoe lang gaat ze nu eigenlijk mee? Het is moeilijk om daar een sluitend antwoord op te geven, gezien de levensduur afhankelijk is van veel verschillende factoren, maar de gemiddelden kunnen ons een idee geven.

Een gemiddelde batterij in een elektrische wagen heeft een levensduur van ongeveer 8 jaar. (Lees ook: ‘Wat is de levensduur van de batterij van een elektrische auto?’.) De meeste constructeurs geven een garantie dat de gemiddelde capaciteit niet meer dan 20% zal afnemen in de periode van 8 jaar, maar ze hopen op een langere gemiddelde levensduur van 10-12 jaar.

In kleinere toestellen, zoals de smartphone en de laptop, zie je vaak al eerder tekenen van batterij slijtage. Smartphonebatterijen kunnen na een jaar al een verminderde capaciteit hebben.

Elektrische wagen	8 - 12 jaar
Elektrische bus	10 - 15 jaar
Elektrische fiets	4 - 6 jaar
Smartphone	2 - 4 jaar
Laptop	4 - 6 jaar

Wat kan je zelf doen om de levensduur van lithium-ion batterijen te verlengen?

Vermijd hoge temperaturen. Lange blootstelling aan warmte verkort de levensduur van de batterij.
Laad de batterij nooit volledig op en zorg ervoor dat ze niet volledig leeg gaat. Ga niet boven de 90% of onder de 20%. De volledig opgeladen (100%) en volledig lege (0%) toestanden leggen immers meer druk op de batterij. Gelukkig zit er meestal wel een zogenaamde buffercapaciteit voorgeprogrammeerd in de (interne) lader van de batterij, waardoor te hoge druk op de batterij automatisch vermeden wordt.
Vermijd frequent snelladen. Voor de elektrische wagen komen er steeds meer snellaadpunten. Dat is handig voor wie lange afstanden moet reizen en onderweg moet opladen, maar het hoge voltage legt wel meer druk op de batterij. Soms raadt de fabrikant aan om de lader op maximum 80% te zetten, om zo een kleiner deel van de batterij te gebruiken en ze langer te laten meegaan.

Als je met lithium-ion batterijen werkt en bekommerd bent om duurzaamheid, dan is het interessant om te weten hoe ze precies gerecycleerd worden en welke grondstoffen eruit herwonnen worden. Hier is het ook belangrijk om te vermelden dat lithium-ion batterijen eigenlijk 1 grote familie zijn met verschillende broers en zussen, tantes en nonkels en het lithium de gemeenschappelijke factor is, maar de andere bestanddelen van de batterijen helemaal kunnen verschillen in hoeveelheid en zelfs in soort en type. Zo hebben de meeste lithium-ion batterijen die vandaag op de markt komen bijvoorbeeld veel minder kobalt dan vroeger, of zelfs helemaal geen kobaltaandeel. Voor een recycler bepaalt de exacte inhoud en de potentiële waarde ook in grote mate de prijs die hij zal vragen aan de aanbieder van de batterijen die moeten gerecycleerd worden.

Afhankelijk van het bedrijf dat de batterijen recycleert, kan het recyclageproces er lichtjes anders uitzien, maar in het algemeen onderscheiden we drie grote stappen.

Stap 1: De batterij ontmantelen om risico’s te beperken

Na ophaling van je grote lithium-ion batterijen, komen ze eerst bij de ontmanteling terecht. Een team van high-voltage experts bereidt de batterij voor door ze in verschillende kleinere onderdelen zoals modules of cellen te ontleden. Daarna gaan ze naar de recycler, die ze verder opsplitst in kleinere onderdelen: behuizing, kathode, anode, elektroliet, separator en binder. De onderdelen worden gedeactiveerd om de risico’s op reacties tijdens het recyclageproces tot een minimum te beperken.

In dit stadium van ‘mechanische verwerking’ worden ijzer, koperfolie, aluminiumfolie, de separator en de coating materialen gewonnen, maar er is nog verdere verfijning nodig door pyro- en hydrometallurgie.

Stap 2: De waardevolle materialen herwinnen

De volgende stap is waar het echte werk gebeurt. Hier worden de waardevolle materialen uit de batterijcomponenten onttrokken door verschillende behandelingen:

Pyrometallurgie: De recycler haalt de transitiemetalen uit de batterij, zoals nikkel, kobalt en koper, door de batterijcomponenten op hoge temperatuur vloeibaar te maken. Lithium en aluminium blijven in de slak achter. Om lithium te herwinnen zijn verdere (kostelijke) stappen vereist.

Hydrometallurgie: De recycler herwint pure metalen dankzij een proces met chemische oplosmiddelen.

Ieder recyclagebedrijf heeft zijn eigen unieke proces. Sommige gebruiken beide methoden in combinatie met de mechanische verwerking uit de eerste stap, terwijl andere er slechts één gebruiken. De aanpak die ze kiezen hangt af van de materialen die ze willen herwinnen en welke recyclage-efficiëntie ze willen behalen.

Vaak doet één recycler de eerste stap en worden de restmaterialen verder gestuurd naar andere recyclagebedrijven voor verdere bewerking en ontleding.

Stap 3: Materialen zuiveren

De materialen uit pyrometallurgische verwerking zijn afgezonderde fracties van ijzer, aluminium of koper. Maar wanneer die uit het proces komen, is dat niet in hun 100% pure vorm, wat wel nodig is voor hergebruik. Daarom is er nog een laatste stap nodig: zuivering. In dit stadium worden materialen behandeld door gespecialiseerde smelters, die alle elementen kunnen terugbrengen naar hun meest pure vorm.