Recycling of Lithium Iron Phosphate (LFP) Batteries

Thumbnail Image

Files

Kella_Martin_2025.pdf (1.14 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-05-26

Department

Major/Subject

Kemian tekniikka ja prosessit

Mcode

CHEM3050

Degree programme

Kemiantekniikan kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

38

Series

Abstract

The use of lithium iron phosphate (LFP) batteries has increased considerably in electric vehicles, due to their safety, thermal stability, and cost-effectiveness of the battery. There is a paramount of importance to recycling as these batteries reach to the end of their service life. This bachelor’s thesis is a literature review that investigates the recycling of LFP batteries, focusing specifically on the processes of pre-treatment, pyrometallurgy and hydrometallurgy. In addition, this thesis reviews the economic feasibility of the battery and the environmental issues that arise during recycling. Pre-treatment processes such as discharging, dismantling, shredding, and material separation play a crucial role in ensuring safety, minimizing material loss, and facilitating the recovery of valuable metals. Pyrometallurgy offers a relatively simple and established method for recycling but is associated with the loss of lithium. In contrast, hydrometallurgy enables the efficient recovery of lithium and other metals through leaching, solvent extraction, precipitation, and ion exchange methods. Although these processes are often more complex and may involve hazardous chemicals, they typically produce fewer greenhouse gas emissions and allow more selective material recovery. Economically, the recycling of LFP batteries is challenging due to the absence of high-value metals such as cobalt and nickel. Nevertheless, lithium and other components can make the process viable when appropriate methods and technologies are used. Environmental considerations are also critical. Pyrometallurgical processes tend to have a higher carbon and sulfur dioxide foot-print, while hydrometallurgical processes generate chemical waste but can be more energy efficient. Emerging technologies such as direct recycling, bioleaching, and microwave-assisted pyrolysis are also explored. These approaches show promise in enhancing cost-efficiency and reducing the environmental footprint. Direct recycling, for instance, aims to restore battery components to a virgin state with minimal energy and chemical input. While still in development, these innovations may improve the overall sustainability of battery recycling. The findings of this literature review emphasize that efficient and environmentally conscious re-cycling of LFP batteries is essential for achieving circular economy goals and ensuring long-term sustainability in the battery industry. Further research and development are required to optimize current recycling methods and to advance new technologies for broader industrial implementation.

Litium-rautafosfaattiakkujen (LFP, lithium iron phosphate) käyttö sähköautoissa on lisääntynyt huomattavasti akkujen turvallisuuden, tasapainon sekä kustannustehokkuuden ansiosta. Akkujen käyttöiän päättyessä niiden kierrätys nousee keskeiseksi kysymykseksi niin materiaalien uudelleenkäytön kuin ympäristönsuojelun kannalta. Tämä kandidaatintyö on kirjallisuuskatsaus, jossa tarkastellaan litium-rautafosfaattiakkujen kierrätystä erityisesti ensikäsittelyn, pyrometallurgian sekä hydrometallurgian näkökulmista. Lisäksi kirjallisuuskatsauksessa käydään läpi myös akun kierrätyksen taloudellista kannattavuutta, siihen liittyviä ympäristöongelmia sekä uusia, kehitteillä olevia kierrätysmenetelmiä. Esikäsittelyprosessit, kuten purkaminen, materiaalien erottelu ja murskaus ovat keskeisiä kierrätyksen onnistumiselle. Esikäsittelyvaiheessa pyritään varmistamaan turvallisuus, minimoimaan materiaalihäviöt sekä helpottamaan arvometallien talteenottoa. Pyrometallurgia on laajasti käytetty menetelmä, joka tarjoaa nopean ja yksinkertaisen tavan kierrättää akkuja. Kuitenkin pyrometallurgian menetelmät johtavat usein arvokkaiden materiaalien, kuten litiumin menetykseen. Hydrometallurgia puolestaan mahdollistaa arvometallien, erityisesti litiumin tehokkaamman talteenoton. Hydrometallurgiset prosessit ovat yleisesti monimutkaisempia sekä voivat vaatia vaarallisten kemiallisten aineiden käyttöä. LFP-akkujen kierrätys on taloudellisesti haastavaa, koska ne eivät sisällä arvokkaita metalleja, kuten kobolttia tai nikkeliä. Litiumin, koboltin ja nikkelin kaltaiset arvometallit tekevät akkuteollisuudessa kierrättämisestä kannattavaa. Tällä hetkellä kierrätyksen suurimmat kompastuskivet johtuvat kierrätyskustannuksista. Energian ja kemikaalien käyttö sekä jätevedenkäsittely kasvattavat kokonaiskuluja merkittävästi. Ympäristönäkökulmasta pyrometallurgiset prosessit aiheuttavat merkittäviä hiilidioksidi- ja rikkioksidipäästöjä korkean energiankulutuksen seurauksena, mikä kasvattaa niiden ilmastovaikutusta ja happamoitumisriskiä. Hydrometallurgia puolestaan kuluttaa vähemmän energiaa ja tuottaa vähemmän kasvihuonekaasupäästöjä, mutta aiheuttaa kemikaalipohjaisia ympäristöriskejä. Suora kierrätys ja bioliuotus ovat esimerkkejä tulevaisuuden teknologioista, joiden kehityksellä voi olla merkittävä rooli kierrätysprosessien parantamisessa. Näiden uusien menetelmien odotetaan parantavan kierrätyksen kustannustehokkuutta ja pienentävän ympäristöjalanjälkeä. Erityisesti suora kierrätys voisi mahdollistaa akkumateriaalien palauttamisen käyttökelpoiseen tilaan vähäisemmällä kemikaalien käytöllä ja energiankulutuksella. LFP-akkujen kierrätyksen tulokset korostavat sen merkitystä kiertotalouden ja kestävän kehityksen tavoitteiden saavuttamisessa. Tehokkaan ja ympäristöystävällisen kierrätyksen varmistamiseksi on tarpeen lisätä tutkimusta prosessien optimoinnista sekä uusien teknologioiden kehittämisestä ja käyttöönotosta. LFP-akkujen kierrätyksen edistäminen tukee siirtymistä kohti vähäpäästöistä ja resurssitehokasta yhteiskuntaa.

Description

Supervisor

Aromaa, Jari

Thesis advisor

Hesampour, Mehrdad

Keywords

lithium iron phosphate battery, battery recycling, pyrometallurgy, hydrometallurgy, pre-treatment processes

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202506104392

Collections

[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM