Extraction sélective du lithium à partir de lixiviats chlorurés acides de batteries usagées

Pourquoi les vieilles batteries comptent encore

Les batteries lithium-ion alimentent nos téléphones, ordinateurs portables et voitures électriques, mais le lithium qu’elles contiennent est difficile à récupérer une fois les batteries en fin de vie. Aujourd’hui, une grande partie de ce lithium est perdue ou n’est récupérée qu’après de nombreuses étapes coûteuses. Cette étude explore une voie plus simple pour extraire le lithium dès le départ à partir du liquide acide produit quand on dissout chimiquement des batteries déchiquetées, dans le but d’économiser de l’énergie, des produits chimiques et des métaux précieux.

Transformer les cellules déchiquetées en liquide utile

Le recyclage moderne des batteries commence souvent par la « black mass », une poudre sombre obtenue en broyant les cellules usagées. Cette poudre est riche en lithium mais aussi en nickel, cobalt, manganèse et autres métaux. Une approche courante consiste à dissoudre la black mass dans de l’acide chlorhydrique, produisant un liquide salin qui contient presque tous les métaux en même temps. Le défi est que les méthodes de récupération existantes se concentrent généralement d’abord sur les métaux les plus précieux, laissant le lithium en fin de chaîne, quand il est dilué, partiellement perdu et mélangé à de nombreuses impuretés. Extraire le lithium plus tôt à partir du même lixiviat acide serait plus efficace, mais cela exige un matériau capable d’attraper sélectivement le lithium sans entraîner les autres métaux.

Un liquide sur mesure qui préfère le lithium

Les chercheurs ont conçu un liquide organique spécial qui agit comme un filtre au niveau moléculaire. Il combine trois ingrédients : des ions fer, un solvant industriel courant appelé phosphate de tributyle, et une molécule promotrice acide connue sous le nom de P507. Lorsque cette phase organique est mélangée au lixiviat acide de batterie, les ions lithium migrent dans le liquide organique beaucoup plus facilement que le nickel, le cobalt ou le manganèse. L’équipe a ajusté avec soin le rapport entre P507 et le fer pour que le liquide puisse à la fois capter le lithium depuis le lixiviat et ensuite le relâcher dans de l’eau propre, tout en maintenant le fer enfermé dans la phase organique pour une réutilisation.

Étape par étape : de la soupe mixte au lithium pur

Deux schémas de procédé légèrement différents ont été testés. Dans le premier, la phase organique était chargée en lithium directement depuis le lixiviat de batterie, puis on ajoutait P507 après coup pour stabiliser le système. Dans le second, le fer était d’abord préchargé dans la phase organique à l’aide d’une solution mère simple, puis ce liquide était mis en contact avec le lixiviat réel. Les deux voies étaient suivies de trois étapes clés : le lavage pour éliminer les impuretés traces, le désorption pour transférer le lithium de la phase organique vers l’eau, et la régénération pour préparer la phase organique à un nouveau cycle. Avec un rapport de mélange approprié entre les phases organique et aqueuse et un ratio P507/fer d’environ 1,5 à 1,7, le procédé a extrait plus de 90 % du lithium sur plusieurs contacts tout en laissant le nickel et le cobalt presque entièrement dans la solution d’origine.

Maintenir le système stable et réutilisable

L’équipe a utilisé des mesures infrarouge et ultraviolet-visible pour confirmer comment le fer et les molécules organiques interagissent à l’intérieur du filtre liquide. Ces tests ont montré que le fer reste lié sous une forme qui demeure dans la phase organique même lorsque le taux de chlorure diminue lors du rinçage à l’eau. Par conséquent, le même solvant peut être réutilisé pendant plusieurs cycles sans perte significative de fer ni de performance d’extraction. Sur six cycles répétés, l’extraction du lithium en une seule étape est restée proche de 65 %, et le flux d’eau final riche en lithium contenait 11 à 14 grammes de lithium par litre tandis que les niveaux de nickel et de cobalt étaient sous le seuil de détection et le manganèse presque absent.

Ce que cela signifie pour un recyclage des batteries plus propre

Pour un non-spécialiste, le résultat clé est que le lithium peut être extrait tôt d’un lixiviat de batterie salin et agressif en utilisant un filtre liquide recyclable et uniquement de l’eau pour l’étape finale de récupération. Cela évite de chauffer la black mass à haute température, réduit l’ajout d’acides et de bases, et empêche l’introduction d’impuretés métalliques supplémentaires. Dans une usine de recyclage industrielle, le lixiviat nettoyé pourrait ensuite être traité par des méthodes existantes pour récupérer le nickel, le cobalt et le manganèse, tandis que le flux d’eau riche en lithium pourrait être transformé en sels de lithium de qualité batterie. Ensemble, ces étapes offrent une manière plus efficace et potentiellement plus durable de boucler la boucle du lithium dans les batteries rechargeables.

Citation: Saleem, U., Buvik, V., Bandyopadhyay, S. et al. Selective extraction of lithium from acidic chloride leachates of spent batteries. Sci Rep 16, 14984 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43332-y

Mots-clés: recyclage du lithium, lixiviat de batterie, extraction par solvant, black mass, hydrométallurgie