Reciclagem de baterias de íon-lítio: uma proposta de rota tecnológica sustentável
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Data
2026-03-10
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Resumo
A reciclagem de baterias de íon-lítio (LIBs) tem se consolidado como alternativa estratégica frente à crescente demanda por dispositivos eletrônicos e veículos elétricos, bem como à escassez de matériasprimas críticas como lítio, cobalto e níquel. Este trabalho investigou rotas sustentáveis para o descarregamento, desmontagem, separação e reaproveitamento de componentes catódicos e anódicos das LIBs do tipo prismático. Na etapa de descarga, apresentou-se o uso de água de coco industrializada, incluindo amostras vencidas em até 45 dias, como eletrólito verde alternativo. A solução apresentou condutividade elétrica média de 4,45 mS·cm-1 e taxa de variação de tensão (ΔV/Δt) de 1,57 mV·min-1 ao longo de 28 horas, assegurando descarga gradual e segura. O desempenho da água de coco foi superior à obtida com soluções binárias de NaCl e KCl na mesma concentração molar. A separação do material ativo dos eletrodos foi realizada por meio das técnicas de Lavagem Sequencial Ultrassônica (ânodo) e Termo-Lavagem Sequencial Ultrassônica (cátodo), alcançando eficiências de recuperação de 97% e 82%, respectivamente. Na etapa de lixiviação ácida, foram testados quatro ácidos: cítrico (C₆H₈O₇), sulfúrico (H₂SO₄), nítrico (HNO3) e água régia. O C₆H₈O₇, o H₂SO₄ e a água régia atingiram extrações superiores a 90% para Co, Ni, Mn e Li. No entanto, apenas os dois primeiros foram selecionados para continuidade dos testes, com base em critérios combinados de eficiência de lixiviação e viabilidade ambiental, sendo a água régia descartada devido à sua elevada agressividade química e restrições ambientais. O H₂SO₄ apresentou maior rendimento, enquanto o C₆H₈O₇ destacou-se pela seletividade e menor impacto ambiental. Para as baterias apreendidas pela Receita Federal do Brasil (RFB), foi validado um método de reciclagem direta com relitiação do pó catódico em solução de LiOH (2 mol L -1 ), seguida de secagem e tratamento térmico. As análises por DRX confirmaram a reestruturação do composto NMC, evidenciando o potencial de reuso funcional do material. Os resultados consolidam um protocolo seguro, tecnicamente eficiente e ambientalmente sustentável para o reaproveitamento de LIBs.
Resumen
El reciclaje de baterías de ion-litio (LIBs) se ha consolidado como una alternativa estratégica frente a la creciente demanda de dispositivos electrónicos y vehículos eléctricos, así como a la escasez de materias primas críticas como litio, cobalto y níquel. Este trabajo investigó rutas sostenibles para la descarga, el desensamblaje, la separación y el reaprovechamiento de componentes catódicos y anódicos de LIBs prismáticas. En la etapa de descarga, se introdujo el uso de agua de coco industrializada, incluidas muestras vencidas hasta por 45 días, como electrolito verde alternativo. La solución presentó una conductividad eléctrica promedio de 4,45 mS·cm⁻¹ y una tasa de variación de voltaje (ΔV/Δt) de 1,57 mV·min⁻¹ durante 28 horas, asegurando una descarga gradual y segura. El desempeño del agua de coco fue superior al obtenido con soluciones binarias de NaCl y KCl en la misma concentración molar. La separación de los materiales activos de los electrodos se realizó mediante Lavado Secuencial Ultrasónico (ánodo) y Termo-Lavado Secuencial Ultrasónico (cátodo), alcanzando eficiencias de recuperación de 97% y 82%, respectivamente. En la etapa de lixiviación ácida se evaluaron cuatro ácidos: cítrico (C₆H₈O₇), sulfúrico (H₂SO₄), nítrico (HNO₃) y agua regia. El C₆H₈O₇, el H₂SO₄ y el agua regia lograron extracciones superiores al 90% para Co, Ni, Mn y Li. Sin embargo, solo los dos primeros fueron seleccionados para la continuidad de los ensayos, con base en criterios combinados de eficiencia de lixiviación y viabilidad ambiental, mientras que el agua regia fue descartada por su alta agresividad química y restricciones ambientales. El H₂SO₄ presentó mayor rendimiento global, mientras que el C₆H₈O₇ se destacó por su selectividad y menor impacto ambiental. Para las baterías incautadas por la Receita Federal de Brasil, se validó un método de reciclaje directo mediante relitiación del polvo catódico en solución de LiOH (2 mol·L⁻¹), seguida de secado y tratamiento térmico. Los análisis de DRX confirmaron la reestructuración del compuesto NMC, evidenciando su potencial de reúso funcional. Los resultados consolidan un protocolo seguro, técnicamente eficiente y ambientalmente sostenible para el reaprovechamiento de LIBs.
Abstract
The recycling of lithium-ion batteries (LIBs) has consolidated as a strategic alternative in response to the growing demand for electronic devices and electric vehicles, as well as the scarcity of critical raw materials such as lithium, cobalt, and nickel. This work investigated sustainable routes for the discharge, disassembly, separation, and reuse of cathodic and anodic components of prismatic LIBs. In the discharge stage, industrialized coconut water, including samples expired for up to 45 days, was introduced as a green alternative electrolyte. The solution exhibited an average electrical conductivity of 4.45 mS·cm-1 and a voltage variation rate (ΔV/Δt) of 1.57 mV·min-1 over 28 hours, ensuring a gradual and safe discharge. The performance of coconut water was superior to that obtained with binary NaCl and KCl solutions at the same molar concentration. The separation of active electrode materials was carried out using Sequential Ultrasonic Washing (anode) and Thermo-Sequential Ultrasonic Washing (cathode), achieving recovery efficiencies of 97% and 82%, respectively. In the acid leaching stage, four acids were tested: citric (C₆H₈O₇), sulfuric (H₂SO₄), nitric (HNO₃), and aqua regia. The C₆H₈O₇, H₂SO₄, and aqua regia achieved extraction rates above 90% for Co, Ni, Mn, and Li. However, only citric and sulfuric acids were selected for further testing, based on combined criteria of leaching efficiency and environmental feasibility, while aqua regia was discarded due to its high chemical aggressiveness and environmental restrictions. H₂SO₄ provided the highest overall yield, while C₆H₈O₇ stood out for its selectivity and lower environmental impact. For batteries seized by the Brazilian Federal Revenue (RFB), a direct recycling method was validated using relithiation of the cathode powder in LiOH solution (2 mol·L-1 ), followed by drying and thermal treatment. XRD analyses confirmed the restructuring of the NMC compound, highlighting its potential for functional reuse. The results consolidate a safe, technically efficient, and environmentally sustainable protocol for the recovery of LIBs.
Descrição
Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Doutor em Energia e Sustentabilidade.
Palavras-chave
água-de-coco, sustentabilidade, reciclagem de baterias, resíduos industriais - lixiviação