Instituto Tecnológico de la Energía, (ITE)

El proyecto RECILION, liderado por Centro Tecnológico de la Energía (ITE), tiene como objetivo desarrollar un reciclado integral de baterías de ion litio centrado en la recuperación tanto del ánodo (grafito) como del cátodo (metales de transición).

El crecimiento exponencial de la movilidad eléctrica y el almacenamiento estacionario ha impulsado la demanda de baterías de ion-litio (LIBs, por sus siglas en inglés), lo que a su vez ha generado preocupaciones sobre la disponibilidad de materias primas críticas y la gestión de residuos al final de su vida útil. Europa depende en gran medida de la importación de materiales como el litio, el níquel, el cobalto y el grafito, fundamentales para estas tecnologías, lo que la hace vulnerable a fluctuaciones del mercado y restricciones de suministro. Ante este desafío, el reciclado de baterías de ion-litio se presenta como una estrategia clave para cerrar el ciclo de materiales, minimizar el impacto ambiental y reducir la dependencia de recursos externos. En este contexto, surge el Reglamento (UE) 2023/1542 sobre baterías y residuos de baterías que establece requisitos de sostenibilidad, seguridad y circularidad a lo largo de todo el ciclo de vida de las baterías, incluyendo objetivos mínimos de contenido reciclado para metales como níquel, cobalto o litio, así como tasas de recogida y eficiencia de reciclado.

Ante este escenario nace el proyecto RECILION, liderado por Centro Tecnológico de la Energía (ITE), cuyo objetivo es desarrollar un reciclado integral de baterías de ion litio centrado en la recuperación tanto del ánodo (grafito) como del cátodo (metales de transición). El proyecto se enfoca específicamente en baterías con química NMC (níquel-manganeso-cobalto), dado que representan una de las formulaciones más extendidas en aplicaciones de movilidad eléctrica y contienen elevadas concentraciones de metales críticos como el níquel y el cobalto, cuya recuperación resulta prioritaria en el contexto europeo. Este enfoque permite maximizar la tasa de recuperación de materiales y reducir la dependencia de materias primas importadas, avanzando hacia un modelo de economía circular.

En la Figura 1 se ilustra de forma esquemática la secuencia de etapas que conforman el enfoque de RECILION: desde el pretratamiento de las baterías al final de su vida útil y la separación de sus componentes clave, hasta la reformulación de materiales que puedan ser reintroducidos en la cadena de valor.

El proyecto cuenta con el apoyo financiero del Instituto Valenciano de Competitividad e Innovación (IVACE+i) y la Unión Europea, a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), bajo el expediente IMDEEA/2024/72.

Figura 1 Esquema del proceso de reciclado de baterías de ion litio en RECILION

Propuesta de valor
Los procesos industriales actuales de reciclado de LIBs suelen centrarse en la recuperación de metales del cátodo mediante técnicas pirometalúrgicas o hidrometalúrgicas, con altos costes energéticos y un impacto ambiental significativo. RECILION propone un enfoque más sostenible, combinando técnicas avanzadas de pretratamiento mecánico con procesos electro-hidrometalúrgicos optimizados, abordando el reciclado desde una perspectiva integral:

1. Recuperación del grafito: se emplean técnicas avanzadas de separación y purificación para obtener un material reutilizable en nuevas baterías, reduciendo la necesidad de utilizar grafito virgen.
2. Recuperación de materiales catódicos: se optimizan procesos electro-hidrometalúrgicos para extraer litio, cobalto, níquel y manganeso de forma selectiva y con menor impacto ambiental.
3. Validación y aplicabilidad: evaluación electroquímica del grafito recuperado y pruebas de reformulación del material catódico a través de los precursores obtenidos, para garantizar su reinserción en la cadena de producción de baterías.
4. Alineación con el marco regulatorio europeo: la validación de los materiales se llevará a cabo en componentes anódicos y catódicos con distintos porcentajes de contenido reciclado, en línea con las exigencias del Reglamento (UE) 2023/1542.

El objetivo final es desarrollar una tecnología de reciclado escalable y eficiente que pueda ser implementada por la industria, maximizando la recuperación de materiales y reduciendo el impacto ambiental.

Caso de estudio
Tradicionalmente, el reciclado de baterías de ion-litio ha estado enfocado en la recuperación de los materiales catódicos, como el litio, el cobalto o el níquel, debido a su alto valor y su papel esencial en la fabricación de nuevas baterías. Sin embargo, el ánodo de grafito también representa un recurso clave en este proceso, ya que supone entre un 12% y 21% en peso del total de la celda, siendo su recuperación necesaria. La Unión Europea ha clasificado el grafito como una materia prima crítica, lo que resalta la necesidad de reducir la dependencia de su importación y fomentar su reutilización. Además, el nuevo reglamento de baterías establece objetivos específicos para la tasa de recuperación de materiales, lo que obliga a recuperar otras fracciones además del cátodo.

En este contexto, el proyecto RECILION ha explorado diversas estrategias para recuperar el grafito del ánodo con el objetivo de mejorar la eficiencia del proceso, reducir su impacto ambiental y minimizar la degradación estructural. Una de las vías investigadas se basa en la separación del grafito mediante disolución del aglutinante, utilizando disolventes más sostenibles que permiten eliminar el ligante polimérico sin comprometer la integridad del grafito. Para optimizar este proceso, se han evaluado diferentes condiciones experimentales, combinando agitación mecánica, agitación magnética y ultrasonidos.

La Figura 2 muestra un análisis termogravimétrico comparativo entre dos muestras: el electrodo virgen y el electrodo tras haber sido deslaminado mediante la disolución del aglutinante. Este ensayo no solo permitió lograr el deslaminado del electrodo y la separación del colector de corriente y el grafito, sino que también demostró una reducción del 55% en la cantidad de aglutinante presente.

Figura 2 Análisis termogravimétrico del electrodo virgen y tras el tratamiento con disolventes

Otra estrategia clave ha sido el uso de tratamientos térmicos controlados con sales fundidas, para la eliminación del aglutinante orgánico. Este enfoque permite descomponer y eliminar eficazmente la matriz polimérica, manteniendo la integridad estructural del grafito. Además, presenta una ventaja significativa respecto a la pirólisis convencional, ya que en los ensayos realizados, se ha conseguido reducir la temperatura de operación desde los 400ºC hasta valores inferiores a 200ºC, lo que supone un menor consumo energético y mayor sostenibilidad del proceso.

La Figura 3 presenta dos imágenes del electrodo después del tratamiento con sales fundidas. En la primera imagen se observa el electrodo cubierto de dichas sales, mientras que en la segunda se aprecia un deslaminado completo del electrodo tras su inmersión en agua, lo que permite recuperar tanto el grafito del ánodo como el colector de corriente de cobre.

Figura 3 Electrodo tras el tratamiento con sales fundidas

Actualmente, la investigación sigue en curso y se está llevando a cabo la validación electroquímica del grafito recuperado, con el fin de determinar si sus propiedades son adecuadas para su uso en aplicaciones de baterías. Los resultados obtenidos permiten evaluar la eficacia del proceso de recuperación y, en caso necesario, introducir ajustes en el mismo para mejorar la calidad del material. Paralelamente, se está trabajando en la reformulación del material catódico a partir de los metales críticos obtenidos mediante procesos electro-hidrometalúrgicos, con el objetivo de valorar su viabilidad para la fabricación de nuevos electrodos. Esta fase de validación es clave para cerrar el ciclo de los materiales activos desde una perspectiva técnica y operativa.

Estas estrategias representan avances significativos en la recuperación de materiales estratégicos, en particular del grafito, cobalto, níquel y litio, y se alinean con los objetivos de sostenibilidad y economía circular promovidos por la Unión Europea. La implementación de estos procesos no solo contribuirá al cumplimiento de la nueva regulación, sino que también favorecerá una industria de baterías más eficiente, resiliente y menos dependiente de materias primas críticas importadas.

Conclusiones
El proyecto RECILION demuestra que es posible desarrollar un proceso de reciclado integral de baterías de ion-litio, enfocado en la recuperación tanto del grafito del ánodo como de los metales de transición del cátodo. Este enfoque no solo contribuye a disminuir la dependencia de materias primas críticas importadas, sino que también se alinea con los nuevos objetivos regulatorios y de sostenibilidad impulsados por la Unión Europea.

En particular, los avances en la recuperación del grafito destacan el potencial de metodologías innovadoras, como la separación del aglutinante mediante disolventes sostenibles y el uso de tratamientos térmicos controlados con sales fundidas. Estas técnicas permiten, además, reducir significativamente la temperatura de operación, lo que se traduce en un menor consumo energético y una mayor sostenibilidad del proceso.

RECILION sienta las bases para la implementación de una tecnología de reciclado escalable y eficiente, que maximice la recuperación de materiales valiosos y minimice el impacto ambiental. Estos resultados refuerzan la importancia de continuar investigando en soluciones innovadoras que promuevan la economía circular y garanticen la resiliencia del sector de las baterías en el contexto de la transición energética.