Récupération de lithium de haute pureté à partir de batteries lithium-ion usagées à l’aide de membranes nanofiltration commerciales : évaluation comparative des performances

Pourquoi les vieilles batteries comptent encore

Des millions de batteries lithium‑ion alimentent nos téléphones, ordinateurs portables et voitures électriques, et la plupart finiront un jour à la poubelle. À l’intérieur de chaque batterie « morte », toutefois, subsistent du lithium et d’autres métaux précieux qui pourraient être réutilisés plutôt qu’extraits de la terre. Cette étude examine une méthode de filtration aqueuse capable d’extraire du lithium de haute pureté des déchets de batteries, contribuant à transformer les appareils d’hier en matières premières pour l’énergie propre de demain.

Des batteries usées à un liquide utile

Lorsqu’une batterie lithium‑ion arrive en fin de vie, elle ne passe pas directement par une membrane. D’abord, ses composants riches en métaux sont traités à l’acide lors d’une étape appelée lixiviation. Cela produit un mélange liquide concentré contenant du lithium ainsi que plusieurs métaux plus lourds tels que le nickel, le cobalt, le manganèse, l’aluminium et le fer. Dans les usines de recyclage réelles, ce liquide est sale et chargé de poudres fines ; les chercheurs ont donc créé une « lixiviat synthétique » plus propre avec la même combinaison de métaux dissous. Cela leur a permis d’étudier, dans des conditions contrôlées et réalistes, l’efficacité des différents filtres pour séparer le lithium.

Utiliser des filtres intelligents plutôt que des étapes agressives

L’équipe a testé quatre membranes de nanofiltration commerciales. Ce sont des feuilles minces, semblables à du plastique, parcourues de minuscules passages d’eau qui font à la fois office de tamis et de barrières électriquement chargées. L’eau et les petites particules monovalentes comme les ions lithium peuvent traverser plus facilement, tandis que les ions métalliques plus gros ou davantage chargés sont majoritairement retenus. Les chercheurs ont mesuré avec soin l’épaisseur, la rugosité et l’affinité pour l’eau de chaque membrane, puis ont poussé le lixiviat synthétique à travers elles dans un montage de laboratoire similaire à ce qui pourrait être utilisé en industrie. Ils ont aussi vérifié l’état des membranes après usage, afin de s’assurer qu’elles ne craquaient pas et ne se désintégraient pas.

Laisser passer le lithium, retenir les métaux lourds

Les quatre membranes ont présenté le même comportement général : le lithium, petit et monovalent, était faiblement rejeté et passait majoritairement, tandis que les métaux plus lourds, divalents ou trivalents, étaient fortement bloqués. Deux des membranes « plus lâches » ont laissé passer le plus de lithium, n’en rejetant qu’environ un cinquième, tout en retenant néanmoins environ 80 à 90 % des métaux multivalents. Les membranes « plus serrées » étaient plus sélectives dans l’autre sens : elles rejetaient plus de 90 % du nickel, du cobalt, du manganèse, de l’aluminium et du fer, mais arrêtaient aussi une part plus importante du lithium. Lorsque tous les métaux étaient présents simultanément, le blocage des métaux lourds s’accentuait en raison d’un encombrement électrique à la surface de la membrane, tandis que le lithium continuait à traverser en quantités significatives.

Concevoir le meilleur assemblage de filtres

En comparant les quatre membranes côte à côte, les chercheurs ont établi une règle simple pour le choix des filtres en usine de recyclage. Si l’objectif principal est d’obtenir le maximum de lithium dans le liquide pur situé du côté filtrat, une membrane plus ouverte est préférable, car elle offre une faible résistance au lithium tout en capturant la plupart des métaux plus lourds. Si un procédé doit éliminer les métaux lourds aussi complètement que possible, une membrane plus serrée est recommandée, même si cela réduit le passage du lithium. L’étude a aussi montré comment des caractéristiques telles que la rugosité de surface, l’angle de contact avec l’eau (facilité avec laquelle l’eau s’étale sur la surface) et la composition chimique interagissent pour contrôler les ions qui passent et ceux qui restent.

Ce que cela signifie pour la vie quotidienne

Pour les non‑spécialistes, l’idée essentielle est que des filtres simples et commerciaux peuvent déjà contribuer à transformer des batteries usées en une source secondaire fiable de lithium, réduisant la pression sur les mines et sur les zones sensibles comme les salars. En choisissant la bonne combinaison de membranes, les entreprises de recyclage pourraient à la fois récupérer du lithium de haute pureté pour de nouvelles batteries et empêcher que des métaux lourds toxiques ne contaminent l’environnement. Autrement dit, ce travail ouvre la voie à un avenir où les batteries de nos appareils font partie d’une boucle circulaire — renaissant sous forme de nouvelles batteries plutôt que de finir en déchets dangereux.

Citation: Alam, M., Bruggen, B.V.d., Ahsan Khan, M. et al. High purity lithium recovery from spent lithium-ion batteries using commercial nanofiltration membranes: a comparative performance assessment. Sci Rep 16, 6129 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36924-1

Mots-clés: recyclage du lithium, batteries usagées, nanofiltration, ségrégation par membrane, économie circulaire