In den letzten zehn Jahren lag der Schwerpunkt der wissenschaftlichen und industriellen Entwicklung bei Lithium-Ionen-Batterien auf einer Erhöhung der Energiedichte bei gleichzeitiger Senkung der Kosten. Mit zunehmendem Erfolg der Elektromobilität und der Massenproduktion der Batterien rückt nun auch die End-of-Life-Diskussion (Recycling) in den Vordergrund. Diese Diskussion ist getrieben durch gesetzliche Rahmenbedingungen, die abhängig von der jeweiligen Region oder Land eine Recyclingquote von bis zu 80 % bei der Verschrottung von (Elektro)-Pkw fordern. Die Entwicklung von Recyclingtechnologien, mit denen Rohstoffe in ausgedienten Batterien möglichst vollständig rückgewonnen werden, kann entscheidend zu einer nachhaltigen Rohstoffversorgung führen und den Material- und Energiebedarf für neue Zellen erheblich reduzieren.
Die in der Lithium-Ionen-Batterie eingesetzten Materialien sind viel zu wertvoll, um nicht wiederverwertet zu werden. Obwohl sie keinerlei Edelmetalle enthalten, so sind es die Massen an Buntmetallen (Kupfer, Nickel, Kobalt), Aluminium und das Lithium in einer Batterie, welche das Recycling bereits aufgrund dieser Metallwerte lukrativ machen: So enthält eine Tonne nickelhaltiges Gestein aus einer Nickelmine nur ca. 20 kg Nickel. In der Batterie eines Tesla-Model 3 sind hingegen bereits 60 kg Nickel enthalten. Bei einem Batteriegewicht von 500 kg entspricht dies einer fünffachen Anreicherung dieses Metalls im Vergleich zur Mine. Bei Lithium ist dieser Faktor noch viel höher: 6 kg Lithium in einer Batterie ersparen beim erfolgreichen Recycling das Aufarbeiten mehrerer Tausend Kubikmeter an Li-haltiger Salzlösung.
Für das Recycling von Wertstoffen aus Lithiumbatterien gibt es unterschiedliche Methoden. Stand der Technik für großtechnische Verfahren ist das Einschmelzen kompletter Batterien oder Zellen mit nachfolgender aufwändiger Aufbereitung der Schmelz- und Schlackenprodukte. Recyclingunternehmen nutzen diese Verfahren kommerziell. Die Hochtemperaturprozesse führen jedoch durch die Schlackenbildung zu Verlusten an Wertmetallen wie Kobalt, Nickel und Kupfer. Ebenso werden Komponenten wie Lithium, Mangan oder Aluminium nicht zurückgewonnen. Das gleiche gilt für eine Reihe alternativer Verfahren, die auch über mehrere Hochtemperaturprozesse laufen oder mit hydrometallurgischen Prozessen gekoppelt sind – auch sie liefern nur eine relativ geringe Ausbeute an Wertstoffen. Die Machbarkeitsstudie „Kathoden- und Anodenmaterialien aus recycelten Lithium-Ionen-Batterien (RecycleMat)“ soll einen effizienteren Recyclingprozess beschreiben, der unter anderem auch Lithium, Nickel, Kobalt und Naturgrafit aus ausgemusterten Batterieelektroden wiederaufbereitet. Mit dem Projekt untersuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des ZSW in Ulm, wie Komponenten aus Altbatterien herausgelöst und das Elektrodenmaterial so aufbereitet werden kann, dass es direkt in neuen Lithium-Ionen-Batterien oder als Zwischenprodukt für die Batteriematerialsynthese wiederverwendet werden kann.