CN103370829A - 从电池废料中回收活性物质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种从电池废料中直接回收活性物质的方法,其不需要在由活性物质的原料制造活性物质时所需的制造成本、制造能耗,并且在从电池废料中回收活性物质时不使用有机溶剂。本发明的从电池废料中回收活性物质的方法包含:(1)电极复合材料回收工序,从电池废料中分离电极,并从该电极中回收包含活性物质、导电材料以及粘结材料的电极复合材料;(2)活化处理剂混合工序,在回收到的电极复合材料中混合含有1种或两种以上碱金属化合物的活化处理剂;(3)活化处理工序,将得到的混合物加热到上述活化处理剂的熔融起始温度以上的保持温度,使该混合物中含有的活性物质活化;以及(4)活性物质回收工序,在活化处理工序后进行冷却,从得到的混合物中回收活化后的活性物质。

Description

从电池废料中回收活性物质的方法
技术领域
本发明涉及从电池废料中回收活性物质的方法。
背景技术
电池的活性物质中含有钴、镍、锰、锂等稀有金属成分,特别是在非水电解质二次电池的正极活性物质中利用以上述稀有金属成分为主要成分的化合物。为了保护稀有金属成分的资源,寻求从二次电池的电池废料中回收稀有金属成分的方法。
作为此前提出的从电池废料中回收并再利用稀有金属的方法,存在如下方法:将由集电体和电极复合材料构成的电极、或者从集电体剥离的电极复合材料浸渍到用来溶解上述稀有金属成分的溶液中,使稀有金属提取到溶液中,从得到的溶液中过滤去除不溶成分,再通过调整含有稀有金属成分的溶液的pH值,而使稀有金属的氢氧化物、碳酸盐析出并且对其回收,由此回收活性物质的原料(例如参照专利文献1)。
利用此方法回收的稀有金属成分的氢氧化物、碳酸盐、氯化物可以再度作为活性物质的原料来再利用。
但是,为了溶解稀有金属成分并使其析出,需要能够溶解稀有金属成分的溶液以及用于使该稀有金属成分析出的药剂。此外,在工业上难以使在水溶液中溶解度大的锂析出。进而,当为了使过渡金属成分析出而添加含有钠、钾等其它碱金属元素的药剂来调整pH值时,在工业上难以使该碱金属元素和锂分离。因此,实际中在工业上难以分离并且回收锂。进而,由于使用过的溶液以及药剂会产生废液,因此需要对其进行处理。此外,为了将回收到的活性物质的原料作为活性物质再利用,除了从电池废料中回收活性物质的原料的工序以外,还需要由该活性物质的原料制造活性物质的工序。因此,为了由活性物质的原料制造活性物质而需要制造成本、制造能耗,从经济性和节能的观点来看成为问题。
另一方面,提出了一种从电池废料中直接回收活性物质的方法,其无需经过由活性物质的原料来制造活性物质的工序。
例如,专利文献2中公开了如下方法:将电极浸渍到作为只对构成电极的活性物质、导电材料、粘结材料中的粘结材料具有溶解作用的溶剂的、N-甲基-2-吡咯烷酮(以下有时称作NMP。)、含有NMP的混合溶剂等溶剂中,使粘结材料溶解于溶剂中,并从集电体中分离回收活性物质和导电材料的混合物,再对该混合物进行烧成而燃烧导电材料,由此回收活性物质,并将该活性物质再度作为二次电池的活性物质来再利用。
如果可以直接回收并以活性物质的形式进行再利用而并非使活性物质溶解而以含有各构成元素的溶液的形式进行再利用,则由于可以对活性物质直接回收,因此不需要由活性物质的原料制造活性物质的工序所需的制造成本、制造能耗,因而,比以往提出的从电池废料中回收活性物质的原料、并由该活性物质的原料制造活性物质来进行再利用的方法更有利。
但是,在专利文献2的从电池废料中回收并再利用活性物质的方法中,为了溶解粘结材料,需要用于浸渍电极的有机溶剂,并且需要对使用过的有机溶剂的废液进行处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第3676926号公报
专利文献2:日本特开2010-34021号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述情况下,本发明的目的在于提供一种从电池废料中回收活性物质的方法,其特征在于,从电池废料中直接回收活性物质,而不需要由活性物质的原料制造活性物质所需的制造成本、制造能耗,并且在从电池废料中回收活性物质时不使用有机溶剂。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题,本发明人反复进行了深入研究,结果发现下述方案符合上述目的,以至完成本发明。
即,本发明涉及以下方案。
<1>一种从电池废料中回收活性物质的方法,其包括下述工序:
(1)电极复合材料回收工序,从电池废料中分离电极,并从该电极中回收包含活性物质、导电材料以及粘结材料的电极复合材料;
(2)活化处理剂混合工序,在回收到的电极复合材料中混合含有1种或两种以上碱金属化合物的活化处理剂;
(3)活化处理工序,将得到的混合物加热到上述活化处理剂的熔融起始温度以上的保持温度,使该混合物中含有的活性物质活化;以及
(4)活性物质回收工序,在活化处理工序后进行冷却,从得到的混合物中回收活化后的活性物质。
<2>根据上述<1>所述的活性物质的回收方法,其中,上述活性物质为正极活性物质。
<3>根据上述<2>所述的活性物质的回收方法,其中,上述正极活性物质为非水二次电池的正极活性物质。
<4>根据上述<2>或<3>所述的活性物质的回收方法,其中,上述活性物质为含有从下述元素组1中选出的1种以上元素和从元素组2中选出的1种以上元素的复合氧化物。
元素组1:Ni、Co、Mn、Fe、Al、P
元素组2:Li、Na、Ca、Sr、Ba、Mg
<5>根据上述<4>所述的活性物质的回收方法,其中,上述从元素组2中选出的元素为Li。
<6>根据上述<1>~<5>中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,上述正极活性物质的比表面积为5m2/g以上且100m2/g以下。
<7>根据上述<1>~<6>中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,构成上述活化处理剂中含有的碱金属化合物的碱金属元素与构成上述活性物质的碱金属元素相同。
<8>根据上述<1>~<7>中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,上述活化处理剂中含有的碱金属化合物的至少一种为溶解于水时呈碱性的碱金属化合物。
<9>根据上述<8>所述的活性物质的回收方法,其中,上述溶解于水时呈碱性的碱金属化合物为选自碱金属的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、氧化物、过氧化物及超氧化物中的一种以上。
<10>根据上述<1>~<9>中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,上述电极复合材料中含有的导电材料为炭系导电材料,并且,
上述活化处理剂中含有的碱金属化合物的至少一种为具有在活化处理工序的保持温度下将所述炭系导电材料氧化分解的氧化力的碱金属化合物。
<11>根据上述<10>所述的活性物质的回收方法,其中,上述具有氧化力的碱金属化合物为选自碱金属的过氧化物、超氧化物、硝酸盐、硫酸盐、钒酸盐以及钼酸盐中的至少一种。
<12>根据上述<1>~<11>中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,在活化处理剂混合工序中,上述活化处理剂的添加量相对于上述电极复合材料中含有的活化处理前的活性物质的重量为0.001~100倍。
<13>根据上述中<1>~<12>中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,上述电极复合材料中含有的导电材料仅由比表面积为30m2/g以上的炭系导电材料构成。
<14>根据上述<13>所述的活性物质的回收方法,其中,所述炭系导电材料为乙炔黑。
<15>根据上述<1>~<14>中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,活性物质回收工序包括:
向活化处理工序后得到的混合物中加入溶剂而制成浆料的浆料化工序;
将该浆料分离为固相和液相的固液分离工序;以及
将固液分离后的固相干燥的干燥工序。
<16>根据上述<15>所述的活性物质的回收方法,其还包括从固液分离后得到的液相中回收氟成分的工序。
<17>根据上述<15>或<16>所述的活性物质的回收方法,其还包括从固液分离后得到的液相中回收碱金属成分的工序。
<18>根据上述<1>~<14>中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,活性物质回收工序是如下工序:利用加热使活性物质以外的成分气化而从活化处理工序后得到的混合物中去除活性物质以外的成分,由此回收活性物质。
<19>根据上述<18>所述的活性物质的回收方法,其中,在活性物质回收工序中,使活性物质以外的成分气化的温度高于活性物质回收工序中的保持温度。
<20>根据上述<18>或<19>所述的活性物质的回收方法,其还包含如下工序:向对使活性物质以外的成分气化生成的气体进行冷却而获得的成分中加入溶剂,从所得的溶液中回收氟成分。
<21>根据上述<20>所述的活性物质的回收方法,其还包括从回收氟成分后的上述溶液中回收碱金属成分的工序。
发明效果
根据本发明的方法,无需使用有机溶剂即可从电池废料中直接回收活性物质。进而,利用本发明的方法可以在不使活性物质失活的前提下从电池废料中回收该活性物质,再对被回收到的活性物质实施活化处理,由此得到具有与未利用活性物质相匹敌的电池性能的活性物质。
附图说明
图1所示为表示用于将碳氧化所需的氧化力和碱金属化合物(钠化合物)所具有的氧化力之间关系的氧势(log[P(O2)])的温度依赖性的图。
图2所示为表示用于将碳氧化所需的氧化力和碱金属化合物(过氧化物、超氧化物)所具有的氧化力之间关系的氧势(log[P(O2)])的温度依赖性的图。
图3所示为表示用于将碳氧化所需的氧化力和碱金属化合物(硫酸盐)所具有的氧化力之间关系的氧势(log[P(O2)])的温度依赖性的图。
具体实施方式
本发明涉及一种从电池废料中回收活性物质的方法,其包括下述工序。
(1)电极复合材料回收工序,从电池废料中分离电极,并从该电极中回收包含活性物质、导电材料以及粘结材料的电极复合材料
(2)活化处理剂混合工序,在回收到的电极复合材料中混合含有1种或两种以上碱金属化合物的活化处理剂
(3)活化处理工序,将得到的混合物加热到上述活化处理剂的熔融起始温度以上的保持温度,使该混合物中含有的活性物质活化
(4)活性物质回收工序,在活化处理工序后进行冷却,从得到的混合物中回收活化后的活性物质
通常,就活性物质而言,当与电极复合材料中含有的导电材料及粘结材料一同高温加热时,存在由于导电材料及粘结材料中含有的碳、氟等成分的作用而失活的倾向。
在工序(3)中,对回收到的电极复合材料和上述活化处理剂的混合物进行加热时,该混合物中含有的活化处理剂熔解而形成液相,形成该液相的熔解后的碱金属化合物会与活性物质接触。
熔解后的碱金属化合物提供使具有活性的活性物质变得稳定的熔融反应场(reaction field),即使将活性物质与导电材料及粘结材料一同进行加热,也可以避免其失活。结果得到具有与未利用过的活性物质相匹敌的电池性能的活性物质。
进而,熔解后的碱金属化合物具有促进导电材料、粘结材料中含有的炭材料和含碳化合物分解的作用。
此外,当电极复合材料中包含来自作为含氟高分子化合物的粘结材料、含有氟代磷酸盐的电解液的氟化物时,可能会因加热而产生氟化氢等腐蚀性气体,但是在工序(3)中,即使与上述活化处理剂一同加热到上述熔融起始温度以上的保持温度,上述氟化物也会以稳定的形态被引入到熔解的碱金属化合物中,因此可以抑制有害的氟化氢气体等腐蚀性气体的产生。
此外,在本发明的方法中,可以不将电极复合材料中含有的活性物质分解成含有其构成元素的活性物质的原料化合物,而直接以活性物质本身进行再利用,而且不使用用于从电池废料中回收活性物质的有机溶剂,也无需对其废液进行处理,因此,与由活性物质的原料化合物制造活性物质时相比,能够降低成本和制造能耗。
此外,在锂二次电池的电池废料的情况下,通过从电池废料中直接回收活性物质,从而除了可以回收作为活性物质的钴、镍、锰等过渡金属以外,还可以回收作为活性物质的锂。
以下,对从电池废料中回收活性物质的方法中的各个工序进行详细说明。
工序(1):<电极复合材料回收工序>
作为工序(1)的电极复合材料回收工序是如下工序:从电池废料中分离电极,并从该电极中回收含有活性物质、导电材料及粘结材料的电极复合材料。
在本发明中,“电池废料”是指在将电池废弃的过程或电池制造的过程中产生的废弃物,其至少含有活性物质。例如有被废弃后的已经使用过的电池、不合格的电池及其拆解中产生的电极、在电池的制作过程中产生的电极的端部或多余的电极复合材料、不适合制作电池的不合格的电极或电极复合材料等。
在工序(1)中,首先,从电池废料中将含有作为回收目标物的活性物质的电极进行分离,接下来,回收被分离出的电极复合材料。
另外,作为从由电极复合材料和集电体构成的电极中分离电极复合材料的方法,例如有将电极复合材料从集电体机械性剥离的方法(例如从集电体将电极复合材料刮落的方法);使溶剂渗透到电极复合材料与集电体的界面而使电极复合材料从集电体剥离的方法;使用碱性或酸性的水溶液将集电体溶解并且分离电极复合材料的方法等。优选将电极复合材料从集电体机械性剥离的方法。
另外,在工序(1)中,从电池废料中分离的电极既可以是正极也可以是负极,通过从这些电极中回收正极复合材料或负极复合材料并且供于后续的工序,从而可以回收正极活性物质或负极活性物质中的任一种。
这里,本发明的活性物质的回收方法适合应用于活性物质为正极活性物质的情况。
在正极活性物质中,优选非水二次电池的正极活性物质。
以下,对作为工序(1)的回收对象的电极复合材料及其构成成分进行说明。
<电极复合材料>
构成电池的电极为电极复合材料涂敷在作为集电体的铝箔、铜箔等金属箔上而成的结构,电极复合材料由活性物质、导电材料和粘结材料构成。
作为从电池废料中分离的电极所含的活性物质、导电材料及粘结材料(以下有时分别称作“活化处理前活性物质”、“活化处理前导电材料”及“活化处理前粘结材料”),具体而言,可以列举例如伴随已经使用过的电池的拆解而产生的电极和电极复合材料中含有的活性物质、导电材料及粘结材料;在电池的制作工序中产生的电极、电极复合材料、电极复合材料浆料所含的活性物质、导电材料及粘结材料;不适合制作电池的不合格的电池、电极、电极复合材料、电极复合材料浆料所含的活性物质、导电材料及粘结材料。
<活性物质>
在电池废料中含有的活性物质(活化处理前活性物质)中,作为正极活性物质,可以列举以锂、氧、氟、钠、镁、铝、硅、磷、硫、钾、钙、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、钇、铌、钼、银、铟、钨等为构成元素的复合化合物。
此外,作为负极活性物质,可以列举以锂、氧、氟、钠、镁、铝、硅、磷、硫、钾、钙、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、钇、铌、钼、银、铟、钨等为构成元素的复合化合物。
另外,活性物质(活化处理前活性物质)可以是单一的化合物,也可以由多种化合物构成。
作为成为本发明优选对象的正极活性物质,可以列举以锂、氧、钠、钠、镁、铝、磷、硫、钒、锰、铁、镍、铜、钴、镓、钼、铟、钨等为构成元素的复合化合物。
此外,作为成为本发明优选对象的非水二次电池的正极活性物质,可以列举含有从下述元素组1中选出的1种以上元素和从元素组2中选出的1种以上金属的复合氧化物。
元素组1:Ni、Co、Mn、Fe、Al、P
元素组2:Li、Na、Ca、Sr、Ba、Mg
其中,优选元素组1为选自Ni、Co、Mn、Fe及P中的至少一种元素且元素组2为Li的锂过渡金属复合氧化物,或者元素组1为选自Ni、Co、Mn、Fe及P中的至少一种元素且元素组2为Na的钠过渡金属复合氧化物,特别优选锂过渡金属复合氧化物。
具体而言,作为锂过渡金属复合氧化物,可以列举LiCoO2、LiNiO2、Li(Ni,Co)O2、Li(Ni,Mn)O2、Li(Ni,Mn,Co)O2、LiMn2O4、Li(Mn,Fe)2O4、Li2MnO3、Li2NiO3、Li2(Ni,Mn)O3、LiFePO4、LiMnPO4等,这些复合氧化物可以使用1种或混合使用两种以上。
作为钠过渡金属复合氧化物,具体而言,可以列举NaCoO2、NaNiO2、Na(Ni,Co)O2、Na(Ni,Mn)O2、Na(Ni,Mn,Co)O2、NaMn2O4、Na(Mn,Fe)2O4、NaFePO4、NaMnPO4等,这些复合氧化物可以使用1种或混合使用两种以上。
作为活性物质的上述复合氧化物的晶体结构没有特别的限制,作为优选的晶体结构,可以列举层状结构。进一步优选为六方晶型或单斜晶型的晶体结构。
上述六方晶型的晶体结构归属于选自P3、P31、P32、R3、P-3、R-3、P312、P321、P3112、P3121、P3212、P3221、R32、P3ml、P31m、P3cl、P31c、R3m、R3c、P-31m、P-31c、P-3m1、P-3c1、R-3m、R-3c、P6、P61、P65、P62、P64、P63、P-6、P6/m、P63/m、P622、P6122、P6522、P6222、P6422、P6322、P6mm、P6cc、P63cm、P63mc、P-6m2、P-6c2、P-62m、P-62c、P6/mmm、P6/mcc、P63/mcm以及P63/mmc中的任一空间群。
上述单斜晶型的晶体结构归属于选自P2、P21、C2、Pm、Pc、Cm、Cc、P2/m、P21/m、C2/m、P2/c、P21/c以及C2/c中的任一空间群。
进一步优选归属于六方晶型的晶体结构中含有的R-3m或在单斜晶型的晶体结构中含有的C2/m的空间群。
另外,活化处理前活性物质的晶体结构由利用以CuKα射线作为射线源的粉末X射线衍射测定而得到的粉末X射线衍射图来进行鉴定。
在本发明中成为回收对象的活性物质的比表面积通常为0.01~200m2/g。另外,本发明的方法可以优选应用于比表面积为5~100m2/g的活性物质。比表面积是指使用氮气的BET比表面积。
对在本发明中成为回收对象的活性物质的粒径没有特别的限制。通常,电池废料中含有的活化处理前活性物质的粒径为0.001~100μm左右。另外,活化处理前活性物质的一次粒子的粒径可以利用电子显微镜照片进行测定。
<导电材料>
作为电池废料中含有的导电材料(活化处理前导电材料),可以列举金属粒子等金属系导电材料、由炭材料构成的炭系导电材料,通常为炭系导电材料。
作为炭系导电材料,具体而言,可以列举石墨粉末、炭黑(例如乙炔黑)及纤维状炭材料(例如石墨化炭纤维、碳纳米管)。
另外,炭系导电材料可以是单一的炭材料,也可以由多种炭材料构成。
此外,作为炭系导电材料使用的炭材料的比表面积通常为0.1~500m2/g。从提高炭系导电材料的氧化处理速度的观点以及在更低温度下实施氧化处理的观点出发,炭系导电材料的比表面积为30m2/g以上时更优选应用本发明的方法。
另外,通过使用后述的含有带氧化力的碱金属化合物的活化处理剂,从而可以提高炭系导电材料的氧化处理速度。此外,即使是比表面积小的炭材料,也可以进行氧化处理。
<粘结材料>
作为电池废料中含有的粘结材料(活化处理前粘结材料),可以列举热塑性树脂,具体而言,可以列举聚偏氟乙烯(以下有时称作PVdF。)、聚四氟乙烯(以下有时称作PTFE。)、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯系共聚物、六氟丙烯-偏氟乙烯系共聚物及四氟丙烯-全氟乙烯基醚系共聚物等氟树脂;聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂;苯乙烯-丁二烯共聚物(以下有时称作SBR。),有时也将这些物质的两种以上混合使用。
作为电极复合材料中的活性物质、导电材料、粘结材料的配合量,虽然不能一概而言,但是一般情况下作为粘结剂的配合量,相对于正极活性物质100重量份通常为0.5~30重量份左右、优选为2~30重量份左右;作为导电剂的配合量,相对于正极活性物质100重量份通常为1~50重量份左右、优选为1~30重量份左右;作为溶剂的配合量,相对于正极活性物质100重量份通常为50~500重量份左右、优选为100~200重量份左右。
工序(2):<活化处理剂混合工序>
工序(2)是如下工序:向工序(1)中回收到的电极复合材料中混合含有1种或两种以上碱金属化合物的活化处理剂。
工序(1)中回收到的电极复合材料和活化处理剂的混合可以是干式混合、湿式混合中的任一种,此外,也可以是这些方式的组合,其混合顺序也没有特别限制。
在混合时,使用装有珠粒等混合媒介的混合装置,优选经过进行粉碎混合的工序,由此可以提高混合效率。
从可以更简便地进行混合的观点出发,优选干式混合。在干式混合中可以使用V型混合机、W型混合机、带式混合机、滚筒式混合机、内置搅拌叶片的粉体混合机、球磨机、振动磨机或者这些装置的组合。
作为适合的粉体混合装置的内置搅拌叶片的粉体混合机,具体而言,可以列举MATSUBO Co.,Ltd.制造的LODIGE MIXER(MATSUBO Co.,Ltd.制)。
以下,对本工序中使用的活化处理剂进行详细说明。
<活化处理剂>
活化处理剂含有1种或两种以上碱金属化合物。
碱金属化合物可以通过与活性物质接触而使活性物质活化。特别是通过使含有熔融部分的活化处理剂中的碱金属化合物与活性物质接触,从而可以提高使活性物质活化的效果。
特别是,为了进一步提高活化的效果,优选使构成上述活化处理剂中含有的碱金属化合物的碱金属元素与构成上述活性物质的碱金属元素相同。例如,在含有锂作为构成活性物质的碱金属元素时,优选使构成活化处理剂中含有的碱金属化合物的碱金属元素为锂。
此外,通过使含有碱金属化合物的熔解后的活化处理剂与炭系导电材料接触,从而具有提高炭系导电材料的氧化处理速度的效果。
进而,通过使含有碱金属化合物的熔解后的活化处理剂与来自粘结材料、电解液的含氟化合物接触,从而使氟成分成为碱金属氟化物而稳定化,发挥出防止产生氟化氢等腐蚀性气体的效果。氟化氢会降低活性物质的活性,因此也期望防止氟化氢的产生。
活化处理剂中的碱金属化合物的比例通常为活化处理剂总重量的50重量%以上,优选为70重量%以上。
关于活化处理前混合物中的活化处理剂的添加量,活化处理前混合物中的活化处理剂的比例优选相对于活化处理前活性物质的重量为0.001~100倍。更优选为0.05~1倍。
通过适当地控制活化处理前混合物中的活化处理剂的比例,可以减少从电池废料中回收活性物质所需的费用,提高炭系导电材料、粘结材料的氧化分解处理速度,提高防止活化处理工序中产生腐蚀性气体的效果,可以进一步提高得到的活性物质的电极特性。
另外,在活化处理剂中也可以含有碱金属化合物以外的化合物。
例如可以列举含有镁、钙、钡等碱土金属元素的碱土金属化合物。为了控制活化处理剂的熔融起始温度,而使碱土金属化合物与碱金属化合物共同包含于活化处理剂中。
此外,活化处理剂中的碱金属化合物以外的化合物的含量在不显著抑制由上述熔融后的碱金属化合物带来的效果的范围内进行选择,通常为小于活化处理剂总重量的50重量%。
作为构成活化处理剂成分的碱金属化合物,可以列举碱金属的氢氧化物、硼酸盐、碳酸盐、氧化物、过氧化物、超氧化物、硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、氯化物、钒酸盐、溴酸盐、钼酸盐、钨酸盐。这些碱金属化合物可以单独或组合多种而作为活化处理剂的成分来使用。
作为构成碱金属化合物的碱金属元素,只要是碱金属元素即可,优选锂、钠及钾。另外,当含有两种以上碱金属化合物作为活化处理剂成分时,也可以是含有不同碱金属元素的碱金属化合物。
作为适合的碱金属化合物的具体示例,可以列举LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH等氢氧化物;
LiBO2、NaBO2、KBO2、RbBO2、CsBO2等硼酸盐;
Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、RbCO3、CsCO3等碳酸盐;
Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O等氧化物;
Li2O2、Na2O2、K2O2、Rb2O2、Cs2O2等过氧化物;
LiO2、NaO2、KO2、RbO2、CsO2等超氧化物;
LiNO3、NaNO3、KNO3、RbNO3、CsNO3等硝酸盐;
Li3PO4、Na3PO4、K3PO4、Rb3PO4、Cs3PO4等磷酸盐;
Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、Rb2SO4、Cs2SO4等硫酸盐;
LiCl、NaCl、KCl、RbCl、CsCl等氯化物;
LiBr、NaBr、KBr、RbBr、CsBr等溴化物;
LiVO3、NaVO3、KVO3、RbVO3、CsVO3等钒酸盐;
Li2MoO4、Na2MoO4、K2MoO4、Rb2MoO4、CsMoO4等钼酸盐;
Li2WO4、Na2WO4、K2WO4、Rb2WO4、CsWO4等钨酸盐。
在上述物质中,尤其在活性物质为Li复合氧化物时,优选锂化合物,特别优选为LiOH、LiBO2、Li2CO3、Li2O、Li2O2、LiO2、LiNO3、Li3PO4、Li2SO4、LiCl、LiVO3、LiBr、Li2MoO4、Li2WO4
此外,尤其在活性物质为Na复合氧化物时,优选钠化合物,特别优选为NaOH、NaBO2、Na2CO3、Na2O、Na2O2、NaO2、NaNO3、Na3PO4、Na2SO4、NaCl、NaVO3、NaBr、Na2MoO4、Na2WO4
另外,活化处理剂优选为所含有的碱金属化合物的至少一种为溶解于水时呈碱性的碱金属化合物的活化处理剂(以下有时称作“碱性的活化处理剂”)。所谓“碱性的活化处理剂”是指将该化合物溶解于纯水中时该溶液的pH值大于7的活化处理剂。
在本发明中,通过使用碱性的活化处理剂,从而特别有效地发挥提高防止活化处理工序(3)中产生腐蚀性气体的效果,可以进一步提高得到的活性物质的电极特性,还可以提高炭系导电材料、粘结材料的处理速度。
作为碱性的活化处理剂,可以列举含有碱金属的氢氧化物、碳酸盐、氧化物、过氧化物、超氧化物的活化处理剂。
优选含有碱金属的氢氧化物、碳酸盐、氧化物、过氧化物、超氧化物的活化处理剂。这些物质可以是1种或两种以上。
具体而言,可以列举LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH;Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、RbCO3、CsCO3;Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O;Li2O2、Na2O2、K2O2、Rb2O2、Cs2O2;LiO2、NaO2、KO2、RbO2、CsO2
此外,在回收到的电极复合材料中含有的导电材料为炭系导电材料时,优选所含有的碱金属化合物的至少一种为具有在活化处理工序的保持温度下将上述炭系导电材料氧化分解的氧化力的碱金属化合物的活化处理剂(以下有时称作“具有氧化力的活化处理剂”)。
在使用具有这样的氧化力的活化处理剂时,对于促进作为炭材料的导电材料氧化成二氧化碳和促进作为烃材料的粘结材料氧化成二氧化碳和水蒸气尤其发挥效果,可以进一步提高得到的活性物质的电极特性,还可以提高在活化处理工序中防止产生腐蚀性气体的效果。
作为具有使炭系导电材料及烃氧化成二氧化碳和水蒸气所需要的氧化力的碱金属化合物,可以列举碱金属的过氧化物、超氧化物、硝酸盐、硫酸盐、钒酸盐、钼酸盐。这些物质可以单独使用1种或将两种以上混合使用。
具体而言,可以列举Li2O2、Na2O2、K2O2、Rb2O2、Cs2O2;LiO2、NaO2、KO2、RbO2、CsO2;LiNO3、NaNO3、KNO3、RbNO3、CsNO3;Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、Rb2SO4、Cs2SO4;LiVO3、NaVO3、KVO3、RbVO3、CsVO3;Li2MoO4、Na2MoO4、K2MoO4、Rb2MoO4、CsMoO4
用于使作为炭材料的导电材料氧化成二氧化碳的氧化力和活化处理剂所具有的氧化力可以用氧势(1og[P(O2)])进行推定。
以下,显示关于它们的关系的理论。
(i)使导电材料氧化所需要的氧化力
对用于使碳氧化成二氧化碳所需要的氧化力进行说明。使碳氧化成二氧化碳的平衡如下所示。
CO2=C+O2···平衡(a)
平衡(a)的平衡常数(Keq(a))存在下述式(1)的关系。
[数学式1]
K eq ( a ) = 1 P ( CO 2 ) &CenterDot; P ( O 2 ) ···式(1)
此外,平衡(a)的氧势(log[P(O2)])如下所示。
[数学式2]
log[P(O2)]=log[Keq(a)]+log[P(CO2)]···式(2)
这里,式(2)的右边第1项log[Keq(a)]表示氧化还原体系中特有的氧势,右边第2项log[P(CO2)]表示由参与此氧化还原体系的物质的浓度引起的氧势的变化。
对各种氧化还原体系的氧势(log[P(O2)])进行比较时,右边第1项log[Keq(a)]比右边第2项log[P(CO2)]变化更大,因此其对氧势(log[P(O2)])的变化产生的影响更大。为此,平衡(a)的氧势(log[P(O2)])只用式(2)的右边第1项log[Keq(a)]来表示。
即,平衡(a)的氧势(log[P(O2)])由式(3)提供。
[数学式3]
log[P(O2)]=log[Keq(a)]···式(3)
这里,log[Keq(a)]可以根据在规定的温度T[℃]下反应的自由能变化ΔrGT°[J/mol]进行计算。
[数学式4]
log [ K eq ( a ) ] = - &Delta;rG T O ( CO 2 / C ) R &times; ( T + 273.15 ) ···式(4)
这里,R是气体常数(8.314[J/(K/mol)])。
自由能变化ΔrGT°[J/mol]可以根据参与反应的物质在规定的温度下的生成自由能ΔfGT°进行计算。在平衡(a)中,可以如下计算。
[数学式5]
Δ.rGT°(eq(a))
=ΔfGT°(C)+ΔfGT°(O2)ΔfGT°(CO2)···式(5)
在式(5)中,各物质的生成自由能ΔfGT°可以从热力学数据库进行查询。此外,ΔfGT°可以利用热力学计算软件进行计算。作为热力学数据库及热力学计算软件,可以使用例如MALT2(著作权人:日本热测定学会、销售商:株式会社科学技术公司)
(ii)添加剂所具有的氧化力
作为添加剂所具有的氧化力的计算示例,示出含有作为碱金属化合物的Na2SO4的添加剂所具有的氧化力。
在含有作为碱金属化合物的Na2SO4的添加剂中,发生平衡(b)所示的Na2SO4/Na2S的氧化还原平衡
0.5Na2SO4=0.5Na2S+O2···平衡(b)
平衡(b)的平衡常数(Keq(b))存在下述关系。
[数学式6]
K eq ( b ) = [ Na 2 S ] 0.5 [ Na 2 SO 4 ] 0.5 &CenterDot; P ( O 2 ) ···式(6)
Na2SO4/Na2S的氧势(log[P(O2)])如下提供。
[数学式7]
log = [ P ( O 2 ) ] = log [ K eq ( b ) ] + log ( [ Na 2 SO 4 ] 0.5 [ Na 2 S ] 0.5 ) ···式(7)
这里,式(7)的右边第1项log[Keq(b)]表示氧化还原体系中特有的氧势(log[P(O2)]),右边第2项log([Na2SO4]0.5/[Na2S]0.5)表示由参与此氧化还原体系的物质的浓度引起的氧势(log[P(O2)])的变化。
对各种氧化还原体系的氧势(log[P(O2)])进行比较时,右边第1项log[Keq(b)]比右边第2项log([Na2SO4]0.5/[Na2S]0.5)变化更大,因此其对氧势(log[P(O2)])的变化产生的影响更大。为此,具有Na2SO4/Na2S的氧化还原平衡的氧势(log[P(O2)])只用式(7)的右边第1项log[Keq(b)]来表示。
即,Na2SO4/Na2S的氧势(log[P(O2)])由式(8)提供。
[数学式8]
log[P(O2)]=log[K(Na2SO4/Na2S)]···式(8)
这里,log[K(Na2SO4/Na2S)]可以根据在规定的温度T[℃]下的反应的自由能变化ΔrGT°[J/mol]进行计算。
[数学式9]
log [ K eq ( b ) ] = - &Delta;rG T O ( Na 2 SO 4 / Na 2 S ) R &times; ( T + 273.15 ) ···式(9)
这里,R是气体常数(8.314[J/(K/mol)])。
[数学式10]
ΔrGT°(eq(b))
=0.5ΔfGT°(Na2S)+ΔfGT°(O2)-0.5ΔfGT°(Na2SO4)
                                               ···式(10)
这里,log[Keq(b)]例如使用热力学数据库软件MALT2进行计算。
作为添加剂所具有的氧化力的计算示例,示出含有作为碱金属化合物的Na2O2的添加剂所具有的氧化力。
含有作为碱金属化合物的Na2O2的添加剂中,发生平衡(c)所示的Na2O2/Na2CO3的氧化还原平衡。
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2···平衡(c)
平衡(c)的平衡常数(Keq(c))存在下述关系。
[数学式11]
K eq ( c ) = [ Na 2 CO 3 ] 2 [ N a 2 O 2 ] 2 &CenterDot; P ( CO 2 ) 2 &CenterDot; P ( O 2 ) ···式(11)
Na2O2/Na2CO3的氧势(log[P(O2)])如下提供。
[数学式12]
log [ P ( O 2 ) ] = log [ K eq ( c ) ] + 2 log [ P ( CO 2 ) ] + log ( [ Na 2 O 2 ] 2 [ Na 2 CO 3 ] 2 ) ···式(12)
这里,式(12)的右边第1项log[Keq(c)]表示氧化还原体系中特有的氧势(log[P(O2)]),右边第2项和右边第3项2log[P(CO2)]+log([Na2O2]2/[Na2CO3]2)表示由参与氧化还原体系的物质的浓度引起的氧势(log[P(O2)])的变化。
对各种氧化还原体系的氧势(log[P(O2)])进行比较时,右边第1项log[Keq(c)]比右边第2项和右边第3项2log[P(CO2)]+log([Na2O2]2/[Na2CO3]2)变化更大,因此其对氧势(log[P(O2)])的变化产生的影响更大。为此,具有Na2O2/Na2CO3的氧化还原平衡的氧势(log[P(O2)])只用式(12)的右边第1项log[Keq(c)]来表示。
即,Na2O2/Na2CO3的氧势(log[P(O2)])由式(13)提供。
[数学式13]
log[P(O2)]=log[K(Na2O2/Na2CO3)]···式(13)
这里,log[K(Na2O2/Na2CO3)]可以根据在规定的温度T[℃]下的反应的自由能变化ΔrGT°[J/mol]进行计算。
[数学式14]
log [ K eq ( c ) ] = - &Delta;rG T 0 ( Na 2 O 2 / Na 2 CO 3 ) R &times; ( T + 273.15 ) ···式(14)
这里,R是气体常数(8.314[J/(K/mol)])。
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2···平衡(c)
[数学式15]
ΔrGT°(eq(c))
=2ΔfGT°(Na2CO3)+ΔfGT°(O2)-2ΔfGT°(Na2O2)
-2ΔfGT°(CO2)···式(15)
这里,log[Keq(c)]例如使用热力学数据库软件MALT2进行计算。
将使碳及烃氧化成二氧化碳和水蒸气所需的氧化力和各种碱金属化合物所具有的氧化力用氧势(log[P(O2)])来表示,其温度依赖性如图1、图2及图3所示。各温度下的碳及烃的氧化力为以碳(C)表示的曲线。当在各温度下氧势(log[P(O2)])均高于该曲线时,表示具有使碳及烃氧化成二氧化碳和水蒸气所需的氧化力。
图1中示出过氧化钠(Na2O2)、超氧化钠(NaO2)、硝酸钠(NaNO3)、钼酸钠(Na2MoO4)、硫酸钠(Na2SO4)、钒酸钠(NaVO3)作为具有使碳及烃氧化成二氧化碳和水蒸气所需的氧化力的碱金属化合物。表示这些碱金属化合物的氧化力的氧势(log[P(O2)])具有比表示使碳及烃氧化成二氧化碳和水蒸气所需的氧化力的氧势(log[P(O2)])更高的温度区域。
即,过氧化钠、超氧化钠、硝酸钠、硫酸钠、钒酸钠及钼酸钠具有使碳氧化成二氧化碳的氧化力。
图2中示出过氧化锂(Li2O2)、过氧化钠(Na2O2)、超氧化钠(NaO2)、过氧化钾(K2O2)、超氧化钾(KO2)作为具有使碳及烃氧化成二氧化碳和水蒸气所需的氧化力的碱金属化合物。表示这些碱金属化合物的氧化力的氧势(log[P(O2)])具有比表示使碳及烃氧化成二氧化碳和水蒸气所需的氧化力的氧势(log[P(O2)])更高的温度区域。
即,碱金属的过氧化物、超氧化物具有使碳氧化成二氧化碳的氧化力。
图3中示出硫酸锂(Li2SO4)、硫酸钠(Na2SO4)、硫酸钾(K2SO4)作为具有使碳及烃氧化成二氧化碳和水蒸气所需的氧化力的碱金属化合物。表示这些碱金属化合物的氧化力的氧势(log[P(O2)])具有比表示使碳及烃氧化成二氧化碳和水蒸气所需的氧化力的氧势(log[P(O2)])更高的温度区域。
即,碱金属的硫酸盐具有使碳氧化成二氧化碳的氧化力。
工序(3):<活化处理工序>
接下来,对工序(3)进行说明。
工序(3):活化处理工序是如下工序:将工序(2)中得到的混合物(以下有时称作“活化处理前混合物”)加热到活化处理剂的熔融起始温度以上的保持温度,使该混合物中含有的活性物质活化。
另外,“活化处理剂的熔融起始温度(Tmp)”是指使活化处理剂的一部分呈液相的最低温度。
在本发明中,活化处理剂的熔融起始温度(Tmp)是指利用差示热测定(DTA)求得的值。即,对上述混合物5mg进行差示热测定(DTA,测定条件:升温速度:10℃/min),将DTA信号出现吸热峰的温度作为熔融起始温度(Tmp)。
在工序(3)中,如上所述将上述混合物加热至活化处理剂的熔融起始温度以上的保持温度,使熔解状态的活化处理剂和活性物质接触,由此可以在不使电极复合材料中的活性物质失活的前提下使其稳定化。
此外,通过使熔解状态的活化处理剂和活性物质与炭系导电材料、粘结材料接触来提高氧化分解的速度,并通过使熔解状态的活化处理剂和活性物质与来自粘结材料、电解液的氟化合物接触,从而使氟成分成为碱金属氟化物而稳定化,能够发挥防止产生作为腐蚀性气体的氟化氢的效果。
活化处理工序的保持温度根据构成电极复合材料的活性物质、导电材料、粘结材料以及活化处理剂中含有的碱金属化合物和其它化合物的各自的种类、组合来设定最佳温度。通常为100~1500℃的范围。
活化处理工序的保持时间根据构成电极复合材料的活性物质、导电材料、粘结材料以及活化处理剂中含有的碱金属化合物和其它化合物的各自的种类、组合来设定最佳时间。通常为10分钟~24小时左右。
活化处理工序的气氛根据构成电极复合材料的活性物质、导电材料、粘结材料以及活化处理剂中含有的碱金属化合物和其它化合物的各自的种类、组合来设定最佳气氛。
从促进活性物质的活化处理、促进来自炭系导电材料等的炭的氧化的观点出发,优选空气等含氧气的氧化性气氛。
进而,上述保持温度优选为高于上述活化处理剂含有的碱金属化合物的熔点的温度。另外,碱金属化合物的熔点有时因混合多种化合物而低于各种化合物单独时的熔点。在活化处理剂含有两种以上碱金属化合物时,以低共熔点(eutectic point)为熔点。
工序(4):<活性物质回收工序>
工序(4):活性物质回收工序是如下工序:在工序(3)的活化处理工序后进行冷却,从得到的混合物(以下有时称作“活化处理后混合物”)中回收活化后的活性物质。
活化处理后混合物中除了活化后的活性物质以外还含有来自活化处理剂的碱金属成分、未分解的导电材料、粘结材料、其它电池废料的未分解物。此外,在电池废料中含有含氟成分电解液时,有时还包含来自电解质的氟成分。
作为从该混合物中分离回收活性物质的方法,可以列举向该混合物中添加水等溶剂使其浆料化之后进行固液分离的浆料化固液分离法;对该混合物加热使活性物质以外的成分气化而分离的气化分离法等。
以下,对作为活性物质回收工序的适合方法的浆料化固液分离法及气化分离法进行详细说明。
<浆料化固液分离法>
首先,对活性物质回收工序的适合方法之一即浆料化固液分离法的各个工序进行说明。
基于浆料化固液分离法的活性物质的回收工序包括:向活化处理工序后得到的混合物中加入溶剂而制成浆料的浆料化工序;将该浆料分离为固相和液相的固液分离工序;以及将固液分离后的固相进行干燥的干燥工序。
此方法是特别适合回收不溶于水的活性物质的方法。
浆料化工序是指向上述活化处理后混合物中加入溶剂而制作浆料的工序。
浆料化工序中使用的溶剂只要是能够将活化处理后混合物中含有的活性物质以外的成分溶解的溶液,则没有特别地限制。作为溶剂,优选价格低廉且工业上易于应用的水。为了提高水溶性成分的溶解度或者提高处理速度,也可以添加水以外的成分来调节pH值。
在浆料化工序中,能够制作由包含活性物质的固相和包含活性物质以外的水溶性成分的液相构成的浆料。另外,液相中含有来自活化处理剂的碱金属成分、来自活化处理前粘结材料、电解液的氟成分。
在活化处理后混合物中添加的溶剂的量考虑活化处理后混合物中含有的活性物质的量和活性物质以外的水溶性成分的量而确定。
在浆料化工序中形成的浆料接下来被供于固液分离工序。
固液分离工序是指将构成上述浆料的液相和固相进行分离的工序。
作为固液分离的方法,可以是以往公知的方法,例如可以列举过滤、离心分离法。
干燥工序是指在固液分离工序后将得到的活性物质进行干燥而去除溶剂(水分)的工序。
作为干燥的保持温度,为了去除溶剂(水分),优选100℃以上。为了充分地去除水分,进一步优选150℃以上。从能够进一步提高得到的活性物质的电池特性的方面出发,特别优选250℃以上的温度。干燥工序中的温度可以是恒定的,也可以使其阶段性或连续性地变化。
另外,在上述的固液分离工序中,液相中含有来自活化处理前粘结材料、电解液的氟成分时,优选包括回收液相中的氟成分的工序。
具体而言,可以通过向在固液分离工序得到的液相中添加沉淀剂、或使溶剂(水分)蒸发来回收氟成分。例如,通过在液相中添加能够产生钙离子的沉淀剂,从而可以将氟成分以氟化钙的形式进行回收。在氟回收工序回收到的氟成分可以作为氟制品的原料进行再利用。
另外,在液相中含有来自活化处理剂的碱金属成分时,在上述固液分离工序中优选包括回收液相中的碱金属成分的工序。
通过使固液分离工序后的液相蒸发或者在氟回收工序中使液相的水分蒸发,从而可以回收碱金属成分。回收到的碱金属成分优选作为工序(2)活化处理混合工序的活化处理剂中含有的碱金属化合物进行再利用。
接下来,对活性物质回收工序的适合方法之一即气化分离法的各个工序进行说明。
基于气化分离法的活性物质回收工序是包括气化分离工序的活性物质回收工序,所述气化分离工序如下:通过对活化处理后混合物进行加热而使活性物质以外的成分气化,从而使活性物质以外的成分与活性物质分离。
通过应用基于气化分离操作的活性物质回收工序,从而可以不使水与活性物质接触而对活性物质进行回收。因此,适合回收因与水接触而导致电池性能劣化的活性物质。
气化分离工序的温度根据活性物质以外的成分的种类进行调整。优选为活化处理剂中含有的碱金属化合物的分解温度或沸点以上。
活化处理工序和气化分离工序可以同时进行,也可以连续进行,还可以分别进行。
更优选为在活化处理工序之后接着实施气化分离工序。此时,优选在比活化处理工序的保持温度更高的温度下实施气化分离工序。通过进行在活化处理工序基础上进一步加热而实施气化分离工序的两阶段处理,从而可以实现高能效、提高防止产生腐蚀性气体的效果、进一步提高得到的活性物质的电池性能。
在气化分离法中优选具有如下工序:对将气化分离工序中生成的气体冷却而得到的、活性物质以外的成分中含有的来自活化处理前的粘结材料、电解质的氟成分进行回收的工序。
气化分离法中的回收氟成分的工序,包括如下工序:向将使活性物质以外的成分气化生成的气体冷却而得到的成分中添加溶剂,从所得的溶液中回收氟成分。
具体而言,利用除雾器(demister)回收在气化分离工序中生成的气体,将其冷却、固化,从而可以回收活化处理后混合物中含有的活性物质以外的成分。将回收到的活性物质以外的成分溶解于水溶液中,添加能够对氟成分进行选择性沉淀的沉淀剂,使氟成分沉淀,利用过滤等方法进行固液分离,由此可以将氟成分作为固相进行回收。
作为溶解活性物质以外的成分的溶剂,只要是能够将活化处理后混合物中含有的活性物质以外的成分溶解的溶剂,则没有特别地限制。作为溶剂,优选价格低廉且工业上易于应用的水。为了提高水溶性成分的溶解度或提高处理速度,也可以调节pH值。
例如,在使用能够产生钙离子的沉淀剂时,可以将氟成分以氟化钙的形式来回收。利用回收氟成分的操作回收到的氟成分可以作为氟制品的原料进行再利用。
另外,在气化分离法中,也优选回收活性物质以外的成分中含有的来自活化处理剂的碱金属成分。
这里,也可是如下方法:利用除雾器回收在气化分离工序中生成的气体,将其冷却、固化,由此回收含有来自活化处理剂的碱金属成分的活性物质以外的成分。特别优选包括从回收氟成分后的上述溶液中回收碱金属成分的工序。具体而言,在以回收氟成分的操作进行固液分离后使得到的液相的水分蒸发,由此可以回收碱金属成分。
回收到的碱金属成分优选作为活化处理剂的碱金属化合物进行利用。
“使用回收到的活性物质的电极的制造”
通过使用本发明的活性物质的回收方法而从电池废料中得到的活性物质,可以与未使用过的活性物质同样地进行再利用。活性物质中的碱金属相对于过渡金属的摩尔比率,优选与活化处理前活性物质中的该摩尔比相同或更大。通过提高碱金属的比率,可以提高得到的活性物质的电池特性。
以下,作为使用回收到的活性物质制造电极复合材料及电极的方法,以制造非水电解质二次电池用的电极复合材料(正极复合材料)及电极(正极)为例进行说明。
<正极>
电极(正极)通过使含有活性物质、导电材料及粘结剂的电极复合材料担载于集电体来进行制造。
作为上述活性物质,只要含有利用从电池废料中回收活性物质的方法得到的活性物质即可。根据需要也可以添加未利用过的活性物质。
作为上述导电材料,可以使用炭材料。作为炭材料,可以列举石墨粉末、炭黑(例如乙炔黑)及纤维状炭材料。通过提高电极中的导电材料的比例,从而可以提高电极的导电性、提高充放电效率及倍率特性。如果电极中的导电材料的比例过大,则有时会使电极复合材料与正极集电体的粘结性降低、内部电阻增大。通常,电极复合材料中的导电材料的比例相对于活性物质100重量份为1~20重量份。
在使用石墨化炭纤维、碳纳米管等纤维状炭材料作为导电材料时,也可以降低其比例。此外,通过在电极复合材料中添加少量炭黑,从而可以提高电极内部的导电性、提高充放电效率及倍率特性。
作为所述粘结剂,可以使用热塑性树脂,具体而言,可以列举聚偏氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(以下有时称为PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯系共聚物、六氟丙烯-偏氟乙烯系共聚物及四氟乙烯-全氟乙烯基醚系共聚物等氟树脂;聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂。
此外,也可以将这些物质中的两种以上混合使用。
此外,作为粘结剂,使用氟树脂及聚烯烃树脂,通过使正极合剂100重量%中含有的该氟树脂的比例为1~10重量%、该聚烯烃树脂的比例为0.1~2重量%,从而可以得到与正极集电体的粘结性优异的正极合剂。
作为上述集电体,可以使用铝、镍、不锈钢等导体。从易于加工成薄膜、价格低廉的观点出发,进一步优选铝(Al)。
作为使电极复合材料担载于集电体的方法,可以列举进行加压成型的方法、使电极复合材料浆料固着的方法。
通过使用活性物质、导电材料、粘结剂及溶剂来制作电极复合材料浆料。将该电极复合材料浆料涂布到集电体上,再在干燥后进行压制等使其固着。
作为该溶剂,可以使用水系溶剂或有机溶剂。
根据需要,也可以在溶剂中添加增稠剂。作为该增稠剂,可以列举羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇及聚乙烯吡咯烷酮。
作为该有机溶剂,可以列举N,N-二甲氨基丙胺,二亚乙基三胺等胺系溶剂;四氢呋喃等醚系溶剂;甲乙酮等酮系溶剂;乙酸甲酯等酯系溶剂;二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮等酰胺系溶剂。
作为将电极复合材料涂布到集电体的方法,可以列举狭缝挤出(slitdie)涂敷法、丝网涂敷法、帘式涂敷法、刮刀涂敷法、凹版涂敷法及静电喷雾法。利用以上列举的方法可以制造非水电解质二次电池用电极。
作为使用上述电极制造非水电解质二次电池的方法,以制造锂二次电池的情况为例进行下述说明。
通过对隔膜(separator)、负极及正极进行层叠及卷绕来制作电极组。将该电极组收纳到电池盒内,使其浸渗电解液,由此制造锂二次电池。
作为上述电极组的形状,可以列举如将该电极组沿与卷绕的轴垂直的方向切断时的断面呈圆形、椭圆形、长方形、倒角后的长方形等形状。此外,作为电池的形状,可以列举纸型、硬币型、圆筒型、角型等形状。
上述负极只要可以在比正极低的电位下掺杂(dope)和脱掺杂锂离子即可,可以列举含有负极活性物质的负极合剂担载于负极集电体而成的电极、或者单独由负极活性物质构成的电极。作为负极活性物质,可以列举炭材料、硫族(chalcogen)化合物(氧化物、硫化物等)、氮化物、金属或合金中可以在比正极低的电位下掺杂和脱掺杂锂离子的材料。也可以将这些负极活性物质混合使用。
<负极>
关于上述负极活性物质,例示如下。
作为上述炭材料,具体而言,可以列举天然石墨、人造石墨等石墨,焦炭类,炭黑、热解炭类、炭纤维及有机高分子化合物烧结体等。
作为上述氧化物,具体而言,可以列举SiO2、SiO等以式SiOx(这里,x为正实数)来表示的硅的氧化物;TiO2、TiO等以式TiOx(这里,x为正实数)来表示的钛的氧化物;V2O5、VO2等以式VOx(这里,x为正实数)来表示的钒的氧化物;Fe3O4、Fe2O3、FeO等以式FeOx(这里,x为正实数)来表示的铁的氧化物;SnO2、SnO等以式SnOx(这里,x为正实数)来表示的锡的氧化物;WO3、WO2等以通式WOx(这里,x为正实数)来表示的钨的氧化物;Li4Ti5O12、LiVO2等含有锂和钛及/或钒的复合金属氧化物。
作为上述硫化物,具体而言,可以列举Ti2S3、TiS2、TiS等以式TiSx(这里,x为正实数)来表示的钛的硫化物;V3S4、VS2、VS等以式VSx(这里,x为正实数)来表示的钒的硫化物;Fe3S4、FeS2、FeS等以式FeSx(这里,x为正实数)来表示的铁的硫化物;Mo2S3、MoS2等以式MoSx(这里,x为正实数)来表示的钼的硫化物;SnS2、SnS等以式SnSx(这里,x为正实数)来表示的锡的硫化物;WS2等以式WSx(这里,x为正实数)来表示的钨的硫化物;Sb2S3等以式SbSx(这里,x为正实数)来表示的锑的硫化物;Se5S3、SeS2、SeS等以式SeSx(这里,x为正实数)来表示的硒的硫化物。
作为上述氮化物,具体而言,可以列举Li3N、Li3-xAxN(这里,A为Ni及/或Co,0<x<3。)等含有锂的氮化物。
这些炭材料、氧化物、硫化物、氮化物可以并用,结晶质和非晶质均可。此外,这些炭材料、氧化物、硫化物、氮化物主要担载于负极集电体而作为电极使用。
此外,作为上述金属,具体而言,可以列举锂金属、硅金属及锡金属。
此外,作为上述合金,也可以列举Li-Al、Li-Ni、Li-Si等锂合金;Si-Zn等硅合金;Sn-Mn、Sn-Co、Sn-Ni、Sn-Cu、Sn-La等锡合金;Cu2Sb、La3Ni2Sn7等合金。
为了使电位均匀度良好、平均放电电位低、循环性良好,而在上述负极活性物质中优选以天然石墨、人造石墨等石墨为主要成分的炭材料。作为炭材料的形状,例如可以是下述任意形状,即像天然石墨那样的薄片状、像中间相碳微球那样的球状、像石墨化碳素纤维那样的纤维状、或微细粉末的凝集体。
根据需要,上述负极复合材料也可以含有粘结剂。作为粘结剂,可以列举热塑性树脂,具体而言,可以列举PVdF、热塑性聚酰亚胺、羧甲基纤维素、聚乙烯及聚丙烯。
作为上述负极集电体,可以列举铜、镍、不锈钢等导体,从难以与锂制作合金的观点、易于加工成薄膜的观点出发,可以使用铜。
作为使负极合剂担载于负极集电体的方法,与正极的情况同样,可以列举进行加压成型的方法、使电极复合材料浆料固着的方法。
<隔膜>
作为上述隔膜,例如可以使用由聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂、氟树脂、含氮芳香族聚合物等材质形成的具有多孔膜、无纺布、织布等形态的材料,此外,也可以使用两种以上上述材料制成隔膜,还可以将上述材料进行层叠。作为隔膜,可以列举例如日本特开2000-30686号公报、日本特开10-324758号公报等中记载的隔膜。关于隔膜的厚度,从提高电池的体积能量密度、减小内部电阻的观点出发,在能够保证机械性强度的范围内越薄越好,通常为5~200μm左右,优选为5~40μm左右。
隔膜优选具有含热塑性树脂的多孔膜。在非水电解质二次电池中,隔膜通常优选具有如下功能:在因正极-负极间短路等而导致电池内流动异常电流时,切断电流而阻止(关闭(shut down))过大电流流动。这里,关闭是在超过通常的使用温度时通过使隔膜上的多孔膜的微孔闭塞来实现的。并且,隔膜优选即使在关闭之后电池内的温度升高到一定程度的高温,也不会因该温度导致破膜,而维持关闭后的状态。作为上述隔膜,可以列举由耐热多孔层和多孔膜层叠而成的层叠膜,通过将该膜作为隔膜来使用,可以进一步提高本发明的二次电池的耐热性。这里,耐热多孔层也可以层叠在多孔膜的两面。
以下,对上述由耐热多孔层和多孔膜层叠而成的层叠膜进行说明。
在上述层叠膜中,耐热多孔层是耐热性比多孔膜高的层,该耐热多孔层既可以由无机粉末形成,也可以含有耐热树脂。耐热多孔层通过含有耐热树脂,可以以涂敷等容易的做法形成耐热多孔层。
作为耐热树脂,可以列举聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、聚缩醛、聚砜、聚苯硫醚、聚醚酮、芳香族聚酯、聚醚砜及聚醚酰亚胺。为了进一步提高耐热性,优选聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚砜及聚醚酰亚胺。更优选为聚酰胺、聚酰亚胺、或聚酰胺酰亚胺。进一步优选为芳香族聚酰胺(对位取向芳香族聚酰胺、间位取向芳香族聚酰胺)、芳香族聚酰亚胺、芳香族聚酰胺酰亚胺等含氮芳香族聚合物。特别优选为芳香族聚酰胺,从制造的角度来看,特别优选对位取向芳香族聚酰胺(以下有时称作“对位芳纶(para aramid)”)。
此外,作为耐热树脂,也可以列举聚-4-甲基1-戊烯、环状烯烃系聚合物。通过使用这些耐热树脂,可以进一步提高层叠膜的耐热性、即层叠膜的热破膜温度。
上述层叠膜的热破膜温度取决于耐热树脂的种类,并根据使用场所、使用目的而选择使用。更具体而言,作为耐热树脂,在使用上述含氮芳香族聚合物时,可以将热破膜温度控制在400℃左右;在使用聚-4-甲基-1-戊烯时,可以将热破膜温度控制在250℃左右;在使用环状烯烃系聚合物时,可以将热破膜温度控制在300℃左右。此外,在耐热多孔层由无机粉末形成时,也可以将热破膜温度控制在500℃以上。
上述对位芳纶是由对位取向芳香族二胺和对位取向芳香族二羧酰卤缩聚而得到的物质,实质上由在芳香环的对位或基于其的取向位(例如像4,4′-联苯、1,5-萘、2,6-萘等那样的沿着相反方向同轴或者平行延伸的取向位)键合有酰胺键的重复单元构成。
具体而言,可以列举聚(对苯二甲酰对苯二胺)、聚(对苯甲酰胺)、聚(4,4′-苯甲酰苯胺对苯二甲酰胺)(poly(4,4′-benzanilideterephthalamide))、聚(对亚苯基-4,4′-联亚苯基苯二羧酰胺)、聚(对亚苯基-2,6-萘二羧酰胺)、聚(2-氯-对亚苯基对苯二甲酰胺)、对亚苯基对苯二甲酰胺/2,6-二氯对亚苯基对苯二甲酰胺共聚物等对位取向型的对位芳纶或具有基于对位取向型结构的对位芳纶。
作为上述芳香族聚酰亚胺,优选通过芳香族的二酸酐和二胺缩聚而制造的全芳香族聚酰亚胺。
作为该二酸酐的具体示例,可以列举均苯四酸二酐、3,3′,4,4′-二苯基砜四羧酸二酐、3,3′,4,4′-二苯甲酮四羧酸二酐、2,2′-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷及3,3′,4,4′-联苯四羧酸二酐。作为该二胺的具体示例,可以列举二氨基二苯醚(oxydianiline)、对苯二胺、二氨基二苯甲酮、3,3′-亚甲基二苯胺、3,3′-二氨基二苯甲酮、3,3′-二氨基二苯砜及1,5-二氨基萘。
此外,可适合使用在溶剂中可溶的聚酰亚胺。作为这样的聚酰亚胺,可以列举3,3′,4,4′-二苯基砜四羧酸二酐和芳香族二胺的缩聚物的聚酰亚胺。
作为上述芳香族聚酰胺酰亚胺,可以列举使用芳香族二羧酸及芳香族二异氰酸酯并由这些物质缩聚得到的芳香族聚酰胺酰亚胺;以及使用芳香族二酸酐及芳香族二异氰酸酯并由这些物质缩聚得到的芳香族聚酰胺酰亚胺。
作为芳香族二羧酸的具体示例,可以列举间苯二甲酸及对苯二甲酸。此外,作为芳香族二酸酐的具体示例,可以列举偏苯三酸酐。
作为芳香族二异氰酸酯的具体示例,可以列举4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、邻甲苯二异氰酸酯及间二甲苯二异氰酸酯。
此外,为了进一步提高离子透过性,耐热多孔层的厚度优选为1~10μm,进一步优选为1~5μm,特别优选为1~4μm。此外,耐热多孔层具有微孔,其孔径通常为3μm以下,优选为1μm以下。
此外,在耐热多孔层含有耐热树脂时,耐热多孔层也可以含有后述的填料。
在上述层叠膜中,多孔膜优选具有微孔、并且具有关闭功能。此时,多孔膜含有热塑性树脂。
多孔膜上的微孔的尺寸通常为3μm以下,优选为1μm以下。
多孔膜的孔隙率通常为30~80体积%,优选为40~70体积%。
在使用含有热塑性树脂的多孔膜的非水电解质二次电池中,一旦超过通常的使用温度,则热塑性树脂发生软化而闭塞微孔。
在上述热塑性树脂中,选择不溶解于非水电解质二次电池的电解液的物质。具体而言,可以列举聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂及热塑性聚氨酯树脂,也可以使用这些物质中的两种以上的混合物。为了在更低温下软化而使其关闭,优选含有聚乙烯。
作为上述聚乙烯,具体而言,可以列举低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线状聚乙烯及分子量为100万以上的超高分子量聚乙烯。
为了进一步提高该膜的穿刺强度,在构成上述多孔膜的热塑性树脂中优选至少含有超高分子量聚乙烯。
此外,在多孔膜的制造方面,有时也优选在热塑性树脂中含有由重均分子量1万以下的低分子量聚烯烃形成的蜡。
此外,层叠膜中的多孔膜的厚度通常为3~30μm,进一步优选为3~25μm。此外,在本发明中,作为层叠膜的厚度,通常为40μm以下,优选为20μm以下。
此外,在将耐热多孔层的厚度设为Aμm、将多孔膜的厚度设为Bμm时,A/B的值优选为0.1以上且1以下。
此外,在耐热多孔层含有耐热树脂时,耐热多孔层可以含有一种以上的填料。填料可以是选自有机粉末、无机粉末或者这些物质的混合物中的任一种。构成填料的粒子的平均粒径优选为0.01~1μm。
作为上述有机粉末,可以列举例如苯乙烯、乙烯基酮(vinyl ketone)、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸甲酯等单独或两种以上的共聚物;聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚偏氟乙烯等氟系树脂;三聚氰胺树脂;尿素树脂;聚烯烃;聚甲基丙烯酸酯。
该有机粉末,既可以单独使用,也可以将两种以上混合使用。
从化学稳定性的观点出发,在这些有机粉末中,优选聚四氟乙烯粉末。
作为上述无机粉末,可以列举例如由金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐等无机物形成的粉末。这些物质中,优选使用由导电性低的无机物形成的粉末。
在具体例示该无机粉末时,可以列举由氧化铝、二样化硅、二氧化钛或碳酸钙形成的粉末。该无机粉末既可以单独使用,也可以将两种以上混合使用。从化学稳定性的观点出发,在这些无机粉末中,优选氧化铝粉末。
更优选使填料仅由氧化铝粒子构成。进一步优选使构成填料的氧化铝粒子的一部分或全部为大致球状。
在耐热多孔层由无机粉末构成时,使用上述例示的无机粉末即可,根据需要也可以混合粘结剂来使用。
在构成填料的粒子全部为氧化铝的情况下,在将耐热多孔层的总重量设为100重量份时,填料的重量通常为5~95重量份,优选为20~95重量份。更优选为30~90重量份。该范围可以根据填料材质的比重适当设定。
关于填料的形状,可以列举大致球状、板状、柱状、针状、晶须状及纤维状,可以使用任一种粒子。进而,从易于形成均匀的孔的方面出发,优选大致球状粒子。作为大致球状粒子,可以列举粒子的长径比(粒子的长径/粒子的短径)为1~1.5的粒子。粒子的长径比可以从电子显微镜照片进行测定。
为了提高离子透过性,利用Gurley法测定的上述隔膜的透气度优选为50~300秒/100cc。进一步优选为50~200秒/100cc。
此外,隔膜的孔隙率通常为30~80体积%,优选为40~70体积%。隔膜也可以是将孔隙率不同的隔膜层叠而成的层叠体。
<电解液及固体电解质>
在二次电池中,电解液通常由电解质及有机溶剂构成。
作为电解质,可以列举以碱金属为阳离子的高氯酸盐、六氟磷酸盐、六氟砷酸盐、六氟锑酸盐、四氟硼酸盐、三氟甲磺酸盐、磺酰胺化合物的三氟甲磺酸盐、硼化合物盐及硼酸盐。此外,也可以使用这些物质中的两种以上的混合物。
以锂盐为例,可以列举LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2CF3)(COCF3)、Li(C4F9SO3)、LiC(SO2CF3)3、Li2B00Cl00、LiBOB(这里,BOB为bis(oxalate)borate(二草酸硼酸)。)、低级脂肪族羧酸锂盐、LiAlCl4等锂盐。作为锂盐,通常使用含有选自上述物质中含氟的LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2及LiC(SO2CF3)3中的至少一种锂盐的物质。
此外,在上述电解液中,作为有机溶剂,可以列举碳酸丙二醇脂、碳酸乙二醇酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、4-三氟甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、1,2-二(甲氧基羰基氧基)乙烷等碳酸酯类;1,2-二甲氧基乙烷、1,3-二甲氧基丙烷、五氟丙基甲基醚、2,2,3,3-四氟丙基二氟甲基醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃等醚类;甲酸甲酯、乙酸甲酯、γ-丁内酯等酯类;乙腈、丁腈等腈类;N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等酰胺类;3-甲基-2-噁唑烷酮等氨基甲酸酯类;环丁砜、二甲基亚砜、1,3-丙磺酸内酯(propane sultone)等含硫化合物。
此外,也可以使用在上述有机溶剂中进一步引入氟取代基后的有机溶剂。
通常,将上述有机溶剂中的两种以上混合使用。
其中,优选含有碳酸酯类的混合溶剂,进一步优选环状碳酸酯和非环状碳酸酯的混合溶剂、或环状碳酸酯和醚类的混合溶剂。
作为环状碳酸酯和非环状碳酸酯的混合溶剂,从工作温度范围广、负荷特性优异并且即使在使用天然石墨、人造石墨等石墨材料作为负极活性物质时也具有难分解性的观点出发,优选含有碳酸乙二醇酯、碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯的混合溶剂。
此外,尤其从具有提高安全性的效果的方面出发,优选使用含有LiPF6等含氟碱金属盐及具有氟取代基的有机溶剂的电解液。
含有五氟丙基甲基醚、2,2,3,3-四氟丙基二氟甲基醚等具有氟取代基的醚类和碳酸二甲酯的混合溶剂,在大电流放电特性方面也具有优异效果,故而优选。
此外,也可以使用固体电解质替代上述电解液。
作为固体电解质,可以使用例如聚环氧乙烷系的高分子化合物、含有聚有机硅氧烷链或聚氧亚烷基链中的至少一种的高分子化合物等有机系高分子电解质。此外,也可以使用在高分子化合物中保持有非水电解液的所谓凝胶型的固体电解质。
此外,也可以使用含有Li2S-SiS2、Li2S-GeS2、Li2S-P2S5、Li2S-B2S3、Li2S-SiS2-Li3PO4、Li2S-SiS2-Li2SO4等硫化物的无机系固体电解质。
有时可以使用这些固体电解质来进一步提高安全性。
此外,当在本发明的非水电解质二次电池中使用固体电解质时,固体电解质有时也起到隔膜的作用,此时,也无需设置隔膜。
实施例
接下来,通过实施例更详细地说明本发明。
活性物质(活化处理前活性物质、或未使用过的活性物质)的物性的测定、使用该活性物质作为正极活性物质的电池的充放电试验如下进行。
(1)组成分析
使试样溶解于盐酸后,使用电感耦合等离子体发射光谱法(以下,有时称作ICP-AES。)(使用SII NanoTechnology Inc.制造的SPS3000)进行组成分析。
(2)粉末X射线衍射测定
使用Rigaku株式会社制造的RINT2500TTR型进行试样的粉末X射线衍射测定。X射线的射线源使用CuKα射线源。将活性物质填充到专用的保持架中,在衍射角2θ=10~90°的范围内进行该测定,得到粉末X射线衍射图。
(3)比表面积的测定
在氮气气氛中将0.5g试样在150℃下干燥15分钟,然后使用Micromeritics制造的FlowSorbII2300测定BET比表面积。将按照上述方法测定的比表面积作为活性物质的比表面积。
(4)活性物质的平均粒径的测定
将0.1g试样粉末投入到50mL0.2wt%六偏磷酸钠水溶液中,并以分散有该试样粉末的分散液作为试样,使用Malvern公司制造的Mastersizer2000(激光衍射散射粒度分布测定装置)对试样的粒度分布进行测定,得到体积基准的累积粒度分布曲线,将从微小粒子侧起累积50%时的粒径(D50)的值作为粉末的平均粒径。
(5)活性物质的平均一次粒径的测定
将粒子状的试样装载到粘贴在样品载物台上的导电性片上,使用日本电子株式会社制造的JSM-5510,照射加速电压为20kV的电子束,进行SEM观察。从通过SEM观察得到的图像(SEM照片)中任意抽取50个一次粒子,测定各个粒子的粒径,计算出其平均值,由此测定平均一次粒径。
(6)活化处理剂的pH值的测定
在纯水70g中加入活化处理剂3.5g,利用搅拌器充分搅拌,使用带有玻璃电极的pH计测定pH。
(7)利用热重测定(TG)的燃烧性物质的含量的测定
用热重分析装置(TG)对在电极复合材料及活化处理后混合物中得到的活性物质中所含有的燃烧性物质的重量比例进行测定。在下述测定条件下进行测定,以在200~1000℃的温度区域内观察到的重量减少比例作为燃烧性物质的含量。
热重测定(TG)的测定条件
装置:差示热热重同时测定装置(TG/DTA6200)Seiko Instruments Inc.制造
托盘(pan):铂
起始试样量:约5mg
气氛:空气
升温速度:10℃/min
(8)水溶液中含有的氟的测定
如果在活性物质回收工序中使用浆料化固液分离法,则电池废料中含有的来自粘结材料、电解液的氟成分在固液分离工序中被提取到滤液中。使用氟离子计(氟化物离子电极6561-10C、Kasutani-LAB pH值/离子计F-24、均为株式会社崛场制作所制造),按照下述步骤对被在浆料化工序的溶液使用水溶液时的固液分离工序中得到的滤液所回收的氟进行测定。
使用微量移液器采集1mL待测定溶液,加入到50mL的纯水中。搅拌溶液,利用pH计测定溶液的pH值。添加KOH溶液(pH值为12)或HCl溶液(pH值为1),调整溶液的pH值至6~7的范围。再追加纯水达到100mL。
使用氟离子计测定溶液的氟浓度。由溶液的氟浓度换算为滤液中回收到的氟量。
1.电极(正极)的制作
考虑到活性物质的放电容量,而按照下述步骤制作电极(正极)。
在制作电极时,除了使用评价放电容量的活性物质以外,还使用下述导电材料及粘结材料。
(a)活性物质(正极活性物质):规定的活性物质
(b)导电材料:乙炔黑(电气化学工业株式会社制造、产品编号:Denka Black HS100)和石墨(SEC Carbon,Ltd.制造、产品编号:graphitepowder SNO-3)的重量比为9∶1的混合物
(c)粘结材料:PVdF#7300(日本吴羽株式会社制造)
制备上述活性物质、导电材料及粘结剂的溶液,使活性物质:导电材料:粘结剂的重量比分别为87∶10∶3,将其用玛瑙研钵进行混炼,制作正极复合材料浆料。另外,作为粘结剂溶液,使用溶解了作为粘结材料的PVdF的NMP溶液。添加NMP进行调整,使正极复合材料浆料中的活性物质、导电材料和粘结剂的总重量为50重量%。
将1g该正极复合材料浆料涂敷到A1箔集电体(3×5cm)上,使电极复合材料量为9mg/cm2,然后在150℃下真空干燥8小时,得到正极。
2.电池的制作
将正极、电解液、隔膜和负极进行组合,制作非水电解质二次电池(硬币型电池R2032)。另外,电池的组装在氩气气氛的手套箱(glove box)内进行。
作为电解液,使用将作为电解质的LiPF6按照1摩尔/升溶解于按体积比分别为30∶35∶35混合有碳酸乙二醇酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的的混合溶剂中而得的电解液。
作为隔膜,使用在聚乙烯制多孔膜上层叠有耐热多孔层的层叠膜隔膜。
此外,作为负极,使用金属锂。
3.充放电试验
使用制作成的硬币型电池,在保持25℃、以下所示条件下实施充放电试验。充放电试验通过改变放电时的放电电流来测定放电容量。
充电最大电压:4.3V
充电时间:8小时
充电电流:0.2mA/cm2
放电时使放电最小电压固定为2.5V,如下改变各个循环中的放电电流,进行放电。
第1循环的放电(0.2C):放电电流0.2mA/cm2
第2循环的放电(0.2C):放电电流0.2mA/cm2
第3循环的放电(1C):放电电流1.0mA/cm2
第4循环的放电(2C):放电电流2.0mA/cm2
第5循环的放电(5C):放电电流5.0mA/cm2
第6循环的放电(10C):放电电流10mA/cm2
另外,0.2C的放电容量越大,表示得到的额定容量越高;5C的放电容量越大,表示得到的输出特性越高。
<I.来自导电材料仅由乙炔黑构成的正极的活性物质的回收>
<作为电池废料的导电材料仅由乙炔黑构成的正极的制作>
用T.K.HIVIS MIX(谱莱密克司株式会社制造)将活性物质13.5kg、导电材料0.75kg、粘结材料0.75kg和溶剂15kg进行混合,然后使用T.K.FIL MIX56-50型(谱莱密克司株式会社制造)进行分散,然后用T.K.HIVISMIX(谱莱密克司株式会社制造)进行脱泡处理,制作正极复合材料浆料。
作为该活性物质,使用利用ICP发射光谱分析测得的组成为Li1.07Ni0.47Mn0.48Fe0.05O2、利用粉末X射线衍射测定得到的晶体结构为R-3m、BET比表面积为10m2/g、从通过SEM观察得到的图像中测得的平均一次粒径为200nm的正极活性物质。使用活性物质(未利用过的活性物质)作为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C放电容量为138mAh/g,5C放电容量为106mAh/g。
作为该导电材料,使用乙炔黑HS100(电气化学工业株式会社制造)。该乙炔黑的BET比表面积为40m2/g,从通过SEM观察得到的图像测得的平均一次粒径为50nm。
作为该粘结材料和溶剂,在含有5重量%的作为粘结材料的PVdF#7300的NMP溶液(日本吴羽株式会社制造)中进一步追加投入NMP溶液,达到规定的比率。
使用狭缝挤压式二次电池用涂布机将该正极复合材料浆料涂敷到厚度为20μm的锂离子2次电池正极集电体用铝箔1085(日本制箔株式会社制造)上,进行干燥,得到电极。铝箔上的电极复合材料量为15mg/cm2
<来自电极废料的活性物质的回收>
使用上述制作成的导电材料仅由乙炔黑构成的正极,进行以下的实施例及比较例的活性物质的回收。
(1)电极复合材料的回收
从上述制作成的导电材料仅由乙炔黑构成的正极中机械性剥落电极复合材料,使电极复合材料从集电体上剥离。
(2)活化处理剂混合工序
在规定量的电极复合材料中加入规定量的活化处理剂,使用研钵进行混合,制作活化处理前混合物。
(3)活化处理工序
将活化处理前混合物置于铝制烧成容器后,将其设置在电炉中。在空气气氛的电炉中,以规定的保持温度、保持时间进行加热。加热速度设定为200℃/小时,冷却采用自然冷却。冷却到室温之后,回收活化处理后混合物。
(4-1)浆料化工序
将活化处理后混合物粉碎,加入蒸馏水进行浆料化,搅拌后,进行倾析。
(4-2)固液分离工序
通过对该浆料进行过滤,从而将固相分离。
(4-3)干燥工序
将该固相在300℃下干燥6小时,得到活性物质。
(5-1)氟成分的回收
使用氟离子计对在固液分离工序中将固相过滤之后得到的液相中含有的氟离子浓度进行测定。再向液相中加入氯化钙水溶液,对液相中生成的沉淀物进行过滤,由此利用回收氟成分的操作得到回收物。
(5-2)碱金属成分的回收
使在(5-1)氟成分的回收中过滤并回收沉淀物之后的液相在80℃下蒸发水分而使其析出,由此利用回收碱金属成分的操作得到回收物。
比较例1-1:无活化处理剂
不对从导电材料仅由乙炔黑构成的正极中取出的电极复合材料5g混合活化处理剂,在700℃下加热4小时。处理条件如表1-A所示。
回收物的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以回收物为正极活性物质的硬币型电池的充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
回收物为R3-m的晶体结构及含有不同于R3-m结构的晶体结构。2C和5C的放电容量低。
实施例1-1:K2CO3·Na2CO3活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料5g中混合作为活化处理剂的K2CO3和Na2CO3,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理。将回收到的活化处理后混合物浆料化、过滤、干燥,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,与未利用过的活性物质为同等程度。
实施例1-2:Li2CO3·K2CO3活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料5g中混合作为活化处理剂的Li2CO3和K2CO3,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理。将回收到的活化处理后混合物浆料化、过滤、干燥,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,与未利用过的活性物质为同等程度。
实施例1-3:Li2CO3·K2SO4活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料5g中混合作为活化处理剂的Li2CO3和K2SO4,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,与未利用过的活性物质为同等程度。
实施例1-4:NaOH活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料5g中混合作为活化处理剂的NaOH,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔为0.2摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度400℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,与未利用过的活性物质为同等程度。
实施例1-5:NaOH·KOH活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料5g中混合作为活化处理剂的NaOH和KOH,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度400℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,与未利用过的活性物质为同等程度。
实施例1-6:LiOH·KOH活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料5g中混合作为活化处理剂的LiOH和KOH,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度400℃、保持时间4小时的条件下对该活性物质进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。将回收到的活化处理后混合物浆料化、过滤、干燥,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,与利用前的正极活性物质为同等程度。
实施例1-7:LiOH活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料5g中混合作为活化处理剂的LiOH,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔为0.3摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度500℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,与利用前的正极活性物质为同等程度。
利用粉末X射线衍射测定对由回收氟成分的操作得到的回收物进行鉴定,结果含有相当于氟化钙的衍射峰。即,通过回收氟成分的操作,可以回收氟成分。
利用粉末X射线衍射测定对由回收碱金属成分的操作得到的回收物进行鉴定,结果含有相当于氯化锂的衍射峰。即,通过回收氟成分的操作,可以回收作为碱金属成分的锂成分。
实施例1-8:KOH活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料5g中混合作为活化处理剂的KOH,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔为0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度500℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,与利用前的正极活性物质为同等程度。
利用粉末X射线衍射测定对由回收氟成分的操作得到的回收物进行鉴定,结果含有相当于氟化钙的衍射峰。即,通过回收氟成分的操作,可以回收氟成分。
实施例1-9:Li2O2·NaOH活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的Li2O2和NaOH,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔和1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度350℃、保持时间12小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以得到的活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,与未利用过的活性物质为同等程度。
对在固液分离工序中与活性物质分离的滤液中含有的氟离子进行测定,结果在水溶液中可以回收到37mg的氟。这相当于处理前的电极复合材料中含有的氟成分的回收率为63%。
实施例1-10:LiNO3活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的LiNO3,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔为0.2摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度350℃、保持时间12小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以得到的活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,与未利用过的活性物质为同等程度。
实施例1-11:KNO3活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的KNO3,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔为0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度350℃、保持时间12小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以得到的活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,与未利用过的活性物质为同等程度。
实施例1-12:KNO3·KOH活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的KNO3和KOH,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度250℃、保持时间12小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以得到的活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,与未利用过的活性物质为同等程度。
实施例1-13:Li2CO3·Na2CO3活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的Li2CO3和Na2CO3,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以得到的活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,得到比未利用过的活性物质更高的放电容量。
实施例1-14:Li2CO3·Na2CO3·Na2SO4活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的Li2CO3、Na2CO3和Na2SO4,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔、0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度700℃、保持4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以得到的活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,得到比未利用过的活性物质更高的放电容量。
实施例1-15:Li2CO3·Na2CO3·NaVO3活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的Li2CO3、Na2CO3和NaVO3,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔、0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以得到的活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量获得了高于比较例1-1的放电容量。
实施例1-16:Li2CO3·Na2CO3·K2MoO4活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的Li2CO3、Na2CO3和K2MoO4,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔、0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以得到的活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,得到与未利用过的活性物质同等程度的放电容量。
实施例1-17:Li2CO3·Na2CO3·K2PO4活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的Li2CO3、Na2CO3和K2PO4,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔、0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以得到的活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量获得了高于比较例1-1的放电容量。
实施例1-18:Li2CO3·Na2CO3·K2WO4活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的Li2CO3、Na2CO3和K2WO4,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔、0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以得到的活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例1-1,得到比未利用过的活性物质更高的放电容量。
实施例1-19:Li2CO3·Na2CO3·B2O3活化处理剂
在与比较例1-1同样的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的Li2CO3、Na2CO3和B2O3,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔、0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表1-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以得到的活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表1-B所示。
活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量获得了高于比较例1-1的放电容量。
[表1-A]
表1-A从导电材料仅由乙炔黑构成的正极中回收活性物质的处理条件(浆料化固液分离法)
Figure BDA0000366968210000461
括号内的“*”是活化处理剂相对于构成电极合剂的正极材料1摩尔的添加量
[表1-B]
表1-B从导电材料仅由乙炔黑构成的正极中回收到的活性物质的粉体物性和电池特性(浆料化固液分离法)
Figure BDA0000366968210000471
<II.参考例:导电材料和粘结材料各自在活化处理工序中的影响>
在参考例1及参考例2中,研究了导电材料和粘结材料各自在活化处理工序中的影响。
参考例1:导电材料在活化处理工序中的影响
在未利用过的活性物质5g中添加作为导电材料的乙炔黑0.263g,制作正极活性物质和导电材料的混合物。该混合物相当于将电极复合材料浸渍于有机溶剂而使粘结材料溶解后回收的混合物。不对该混合物添加活化处理剂,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下进行加热。
加热处理后的回收物的晶体结构、平均粒径、比表面积、以该回收物为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表2所示。
该回收物的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量与未利用过的活性物质为同等程度。
参考例2:粘结材料对再利用方法的影响
在未利用过的活性物质5g中混合含有5重量%的作为粘结材料的PVdF的NMP溶液5.26g,再在150℃下真空干燥8小时,进行脱溶剂,制作正极活性物质和粘结材料的混合物。不对该混合物添加活化处理剂,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下进行加热。
加热处理后的回收物的晶体结构、平均粒径、比表面积、以该回收物为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表2所示。
该回收物为含有不同于R3-m的结构的晶体结构。0.2C和5C的放电容量低于未利用过的活性物质。
[表2]
表2导电材料和粘结材料对从电池废料中回收到的活性物质的再利用方法的影响
Figure BDA0000366968210000481
<III.来自含有石墨系导电材料的正极的活性物质的回收>
<含有石墨系导电材料的正极的制作>
称量活性物质、导电材料和粘结材料,使其重量比为85∶10∶5,以NMP溶剂调整粘度后,用高速分散机(Dispermat)(VAM-GEZTMANN公司制造)进行混合,制作正极复合材料浆料。
作为该活性物质,使用利用ICP发射光谱分析测得的组成为LiNi0.44Co0.10Mn0.46O2、利用粉末X射线衍射测定得到的晶体结构为R-3m、BET比表面积为8m2/g、从通过SEM观察得到的图像中测得的平均一次粒径为200nm的正极活性物质。另外,以活性物质(未利用过的活性物质)为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C放电容量为153mAh/g、5C放电容量为114mAh/g。
作为该导电材料,含有乙炔黑和石墨系导电材料。将乙炔黑HS100(电气化学工业株式会社制造)、石墨C-NERGY SFG6L(Timcal graphite&carbon公司制造)和石墨C-NERGY KS6L(Timcal graphite&carbon公司制造)以重量比4∶3∶3混合使用。HS100、SFG6L和KS6L的BET比表面积分别为40m2/g、17m2/g和20m2/g,平均一次粒径分别为50nm、3.5μm和3.5μm。
作为该粘结材料和溶剂,在含有5重量%的作为粘结材料的PVdF#7300的NMP溶液(日本吴羽株式会社制造)中进一步追加投入NMP溶液,从而调整粘度。
使用二次电池用涂敷机将该正极复合材料浆料涂敷到厚度20μm的锂离子2次电池正极集电体用铝箔1085(日本制箔株式会社制造)上,进行干燥,得到电极。铝箔上的电极复合材料量为16mg/cm2
<来自电极废料的活性物质的回收>
使用上述制作成的含有石墨系导电材料的正极,进行以下的实施例及比较例的活性物质的回收。
比较例3-1:无活化处理剂
不对从上述含有石墨系导电材料的正极中机械性剥离得到的电极复合材料2g混合活化处理剂,在保持温度600℃、保持时间4小时的条件下进行加热。处理条件如表3-A所示。
回收物的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以回收物为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表3-B所示。
回收物中残留了燃烧性物质。回收物为含有不同于R3-m的结构的晶体结构。0.2C和5C的放电容量低。
实施例3-1:Li2CO3·Na2SO4活化处理剂
在与比较例3-1同样的从含有石墨系导电材料的正极机械性剥离得到的电极复合材料中混合作为活化处理剂的Li2CO3和Na2SO4,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度600℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表3-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表3-B所示。
得到的活性物质中不含有燃烧性物质。活性物质的晶体结构仅为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例3-1。0.2C的放电容量与未利用过的活性物质为同等程度。
[表3-A]
表3-A从含有石墨系导电材料的正极中回收活性物质的处理条件(浆料化固液分离法)
Figure BDA0000366968210000501
括号内的“*”是活化处理剂相对于构成电极复合材料的正极材料1摩尔的活化处理剂的添加量
[表3-B]
表3-B从含有石墨系导电材料的废弃电极中回收到的活性物质的粉体物性和电池特性(浆料化固液分离法)
Figure BDA0000366968210000511
<IV.使用从已经使用过的电池中取出的正极进行的活性物质的回收>
将反复进行充放电循环的已经使用过的电池拆解,取出正极。将从该已经使用过的电池中取出的正极作为电池废料,从该正极回收活性物质。
<从已经使用过的电池中取出的正极的构成>
从已经使用过的电池中取出的正极的构成如下所示。该正极在正极集电体用铝箔1085(日本制箔株式会社)上层叠有电极复合材料。该电极复合材料由以下的活性物质、导电材料、粘结材料构成。
作为构成从已经使用过的电池中取出的正极的活性物质,使用作为未利用过的活性物质时利用ICP发射光谱分析测得的组成为Li1.07Ni0.47Mn0.48Fe0.05O2、利用粉末X射线衍射测定得到的晶体结构为R-3m、BET比表面积为10m2/g、从通过SEM观察得到的图像中测得的平均一次粒径为200nm的正极活性物质。以活性物质(未利用过的活性物质)为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C放电容量为138mAh/g、5C放电容量为106mAh/g。
从已经使用过的电池中取出的正极中,活性物质的组成为Li0.79Ni0.47Mn0.48Fe0.05O2,由于电池的使用而使活性物质的锂的组成减少。此外,应用从已经使用过的电池中回收的正极的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C放电容量为56mAh/g、5C放电容量为15mAh/g,由于电池的使用而使0.2C和5C的放电容量比未利用过的活性物质低。
构成从已经使用过的电池中回收的正极的该导电材料为:乙炔黑HS100(电气化学工业株式会社制造、Denka Black)、石墨SNO-3(SECCarbon,Ltd.制造、graphite powder)、石墨KS15(Timcal graphite&carbon公司制造)和石墨KS4(Timcal graphite&carbon公司制造)的重量比为10∶1.5∶2.0∶1.5的混合物。乙炔黑HS100(电气化学工业株式会社制造、Denka Black)、石墨SNO-3(SEC Carbon,Ltd.制造、graphite powder)、石墨KS15(Timcal graphite&carbon公司制造)和石墨KS4(Timcalgraphite&carbon公司制造)的BET比表面积分别为40m2/g、16m2/g、12m2/g、26m2/g,从通过SEM观察得到的图像中测得的平均一次粒径分别为50nm、3μm、8μm、3μm。
作为该粘结材料,使用PVdF#7300(日本吴羽株式会社制造)。
该电极复合材料的构成比率是活性物质:导电材料:粘结材料的重量比分别为80∶15∶5。
<来自电极废料的活性物质的回收>
使用上述从已经使用过的电池中回收的正极,进行以下的实施例及比较例的活性物质的回收。
比较例4-1:无活化处理剂
不对从上述的从已经使用过的电池中取出的正极机械性剥离的电极复合材料2g混合活化处理剂,在保持温度400℃、保持时间4小时的条件下进行加热。处理条件如表4-1所示。
回收物的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以回收物为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表4-B所示。
观察到回收物具有R3-m和石墨的晶体结构。0.2C和5C的放电容量低。
实施例4-1:LiOH·NaOH活化处理剂
使用与比较例4-1同样的由从已经使用过的电池中取出的正极得到的电极复合材料,向该电极复合材料中混合作为活化处理剂的LiOH和NaOH,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.2摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度400℃、保持时间4小时的条件下对该活性物质进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表4-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表4-B所示。
观察到晶体结构为R3-m和石墨的晶体结构。进行活化处理而得到的活性物质的锂组成,比构成已经使用过的电池的活性物质有所提升。0.2C和5C的放电容量高于比较例4-1。
实施例4-2:LiOH·NaOH活化处理剂
使用与比较例4-1同样地的由从已经使用过的电池中取出的正极得到的电极复合材料,向该电极复合材料中混合作为活化处理剂的LiOH和NaOH,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为1摩尔和1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度400℃、保持时间12小时的条件下对该活性物质进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表4-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表4-B所示。
观察到晶体结构为R3-m和石墨的晶体结构。进行活化处理而得到的活性物质的锂组成,比构成已经使用过的电池的活性物质有所提升。0.2C和5C的放电容量高于比较例4-1。
实施例4-3:LiOH活化处理剂
在与比较例4-1同样的由从已经使用过的电池中取出的正极得到的电极复合材料中混合作为活化处理剂的LiOH,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔为2摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度500℃、保持时间6小时的条件下对该活性物质进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表4-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表4-B所示。
观察到晶体结构仅为R3-m。由于活化处理剂中含有锂,因此锂的组成比构成已经使用过的电池的活性物质有所提升。0.2C和5C的放电容量高于比较例4-1。
[表4-A]
表4-A由从已经使用过的电池中取出的正极回收活性物质的处理条件(浆料化固液分离法)
Figure BDA0000366968210000541
括号内的“*”是活化处理剂相对于构成电极复合材料的正极材料1摩尔的添加量
[表4-B]
表4-B由从已经使用过的电池中取出的正极回收到的活性物质的粉体物性和电池特性(浆料化固液分离法)
Figure BDA0000366968210000542
<V.在活性物质回收工序中使用气化分离法进行的来自正极的活性物质的回收>
使用基于气化分离法的活性物质回收工序,从导电材料仅由乙炔黑构成的正极中回收活性物质。
<作为电池废料的导电材料仅由乙炔黑构成的正极的制作>
使用与实施例1-1同样的、导电材料仅由乙炔黑构成的正极。
<来自电极废料的活性物质的回收>
使用上述制作的正极,进行以下的实施例及比较例的活性物质的回收。
(1)电极复合材料的回收
与实施例1-1同样地,从制作成的电极中机械性剥落电极复合材料,使电极复合材料从集电体上剥离。
(2)活化处理剂混合工序
与实施例1-1同样地,在规定量的电极复合材料中加入规定量的活化处理剂,使用研钵进行混合,制作活化处理前混合物。
(3)活化处理工序
与实施例1-1同样地,将活化处理前混合物置于铝制烧成容器后,将其设置在氧化铝制的管状电炉中。使空气以规定的流量在管内流动,在规定的保持温度、保持时间的条件下进行加热。加热速度设定为200℃/小时。
(4)气化分离工序
活化处理工序后,使电炉的温度升高到规定的值,保持规定的时间。使空气以规定的流量在管内流动。加热速度设定为200℃/小时。然后,自然冷却。冷却到室温之后,回收活性物质。
(5)氟成分的回收
使气化分离工序中从管状电炉中排出的气体通过100mL的纯水,捕集气体中的氟成分。气化分离工序结束之后,使用氟离子计测定溶液中含有的氟离子浓度。
比较例5-1:无活化处理剂
不对从导电材料仅由乙炔黑构成的正极中取出的电极复合材料2g混合活化处理剂,在1L/分钟的空气流量下,在保持温度400℃、保持时间4小时的条件下进行加热。然后,再使温度升高到900℃,加热1小时。然后,将炉内自然冷却,对回收物进行回收。处理条件如表5-A所示。
回收物的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以回收物为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表5-B所示。
0.2C和5C的放电容量低。
实施例5-1:LiNO3活化处理剂
在与比较例5-1同样的电极复合材料中混合作为活化处理剂的LiNO3,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔为0.1摩尔,制作活化处理前混合物。作为活化处理工序,在保持温度400℃、保持时间4小时的条件下进行活化处理。然后,作为气化分离工序,再使温度升高到900℃,加热1小时。然后,自然冷却,回收活性物质。处理条件如表5-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表5-B所示。
晶体结构为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例5-1。
实施例5-2:LiNO3活化处理剂
作为气化分离工序的条件,在700℃下加热1小时,使其它条件与实施例5-1相同,从电极复合材料中回收活性物质。处理条件如表5-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表5-B所示。
晶体结构为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例5-1。
[表5-A]
表5-A在活性物质回收工序中使用气化分离法进行的从正极中回收活性物质的处理条件
Figure BDA0000366968210000571
括号内的“*”是活化处理剂相对于构成电极复合材料的正极材料1摩尔的添加量
[表5-B]
表5-B从废弃电池中回收到的活性物质的粉体物性和电池特性(气化分离法)
Figure BDA0000366968210000572
<VI.来自从已经使用过的电池中回收到的正极的LiCoO2活性物质的回收>
将在活性物质中使用了LiCoO2的电池反复进行充放电循环,作为已经使用过的电池。将该已经使用过的电池拆解,取出正极。将从该已经使用过的电池中取出的电极正极作为电池废料,从该正极中回收LiCoO2活性物质。
“从在活性物质中使用了LiCoO2的已经使用过的电池中回收到的正极的构成”
从在活性物质中使用了LiCoO2的已经使用过的电池中回收到的正极的构成如下所示。该电极在正极集电体用铝箔1085(日本制箔株式会社)上层叠有电极复合材料。该电极复合材料由以下的活性物质、导电材料、粘结材料及增稠剂构成。
作为构成电极复合材料的活性物质,使用作为未利用过的活性物质时利用ICP发射光谱分析测得的组成为LiCoO2、利用粉末X射线衍射测定得到的晶体结构为R-3m、BET比表面积为0.2m2/g、从通过SEM观察得到的图像中测得的平均一次粒径为10μm的正极活性物质。以活性物质(未利用过的活性物质)为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C放电容量为150mAh/g,5C放电容量为101mAh/g。
使用从在活性物质中使用了LiCoO2的已经使用过的电池中取出的正极的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C放电容量为149mAh/g、5C放电容量为5mAh/g。在从已经使用过的电池中回收到的正极中,活性物质的5C放电容量低于未利用过的活性物质。
构成从在活性物质中使用了LiCoO2的已经使用过的电池中回收到的电极的该导电材料,使用乙炔黑HS100(电气化学工业株式会社制造、Denka Black)。乙炔黑的BET比表面积为40m2/g,平均一次粒径为50nm。
作为该粘结材料,使用PTFE。
作为该增稠剂,使用CMC。
该电极复合材料的构成比例是活性物质:导电材料:粘结材料:增稠剂的重量比分别为92∶2.7∶4.55∶0.75。
<来自电极废料的活性物质的回收>
使用上述从已经使用过的电池中回收到的正极,进行以下的实施例及比较例的活性物质的回收。
比较例6-1:无活化处理剂
不对从在活性物质中使用了LiCoO2的已经使用过的电池中取出的电极复合材料混合活化处理剂,在保持温度700℃、处理时间4小时的条件下进行加热,使其它条件与比较例1-1相同,得到回收物。处理条件如表6-A所示。
回收物的晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以回收物为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表6-B所示。
利用回收物的粉末X射线衍射测定,除了观测到R3-m晶体结构以外,还观测到与Co3O4一致的晶体结构。0.2C的放电容量低。
实施例6-1:Li2CO3·Na2SO4活化处理剂
在与比较例6-1同样的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的Li2CO3和Na2SO4,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表6-A所示。
得到的活性物质的组成、晶体结构、平均粒径、比表面积、氟回收量(回收率)及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表6-B所示。
利用回收物的粉末X射线衍射测定,除了观测到R3-m晶体结构以外,还观测到与CoO一致的晶体结构。0.2C和5C的放电容量也高于比较例6-1。
对在固液分离工序中与活性物质分离的滤液中含有的氟离子进行测定,结果在水溶液中可以回收到34mg的氟。这相当于处理前的电极复合材料中含有的氟成分的回收率为49%。
[表6-A]
表6-A由从已经使用过的电池中回收到的正极来回收LiCoO2活性物质的处理条件
Figure BDA0000366968210000591
括号内的“*”是活化处理剂相对于构成电极复合材料的正极材料1摩尔的添加量
[表6-B]
表6-B由从已经使用过的电池中回收到的正极回收的LiCoO2活性物质的粉体物性和电池特性
Figure BDA0000366968210000601
<VII.来自正极的活性物质LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的回收>
<以LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为活性物质的正极的制作>
按照以下所示的方法制作在活性物质中使用了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的正极。
用高速分散机(VAM-GEZTMANN公司制造)将活性物质135g、导电材料7.5g、粘结材料7.5g和溶剂150g混合,由此制作正极复合材料浆料。
作为该活性物质,使用利用ICP发射光谱分析测得的组成为LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、利用粉末X射线衍射测定得到的晶体结构为R-3m、BET比表面积为0.4m2/g、从通过SEM观察得到的图像中测得的平均一次粒径为8μm的正极活性物质。以活性物质(未利用过的活性物质)为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验测得的0.2C放电容量为154mAh/g、5C放电容量为130mAh/g。
作为该导电材料,使用乙炔黑HS100(电气化学工业株式会社制造)。该乙炔黑的BET比表面积为40m2/g,从通过SEM观察得到的图像中测得的平均一次粒径为50nm。
作为该粘结材料和溶剂,在含有5重量%的作为粘结材料的PVdF#7300的NMP溶液(日本吴羽株式会社制造)中进一步追加投入NMP溶液,达到规定的比率。
使用二次电池用涂敷机将该正极复合材料浆料涂敷到厚度为20μm的锂离子2次电池正极集电体用铝箔1085(日本制箔株式会社制造)上,进行干燥,得到电极。铝箔上的电极复合材料量为15mg/cm2
<来自电极废料的活性物质的回收>
使用上述制作成的正极,进行以下的实施例及比较例的活性物质的回收。
比较例7-1:无活化处理剂
从在上述的活性物质中使用了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的正极中机械性地剥离电极复合材料。不对该电极复合材料混合活化处理剂,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下进行加热,使其它条件与比较例1-1相同,得到回收物。处理条件如表7-A所示。
回收物的晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量及以回收物为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表7-B所示。
回收物的晶体结构为R3-m。0.2C和5C的放电容量低。
实施例7-1:Li2CO3·Na2SO4活化处理剂
在与比较例7-1同样的从在活性物质中使用了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的正极中回收到的电极复合材料2g中混合作为活化处理剂的Li2CO3和Na2SO4,使其相对于电极复合材料中的正极活性物质1摩尔分别为0.1摩尔和0.1摩尔,制作活化处理前混合物,在保持温度700℃、保持时间4小时的条件下对该混合物进行活化处理,使其它条件与实施例1-1相同,得到活性物质。处理条件如表7-A所示。
得到的活性物质的晶体结构、平均粒径、比表面积、燃烧性物质的含量、氟回收量(回收率)及以活性物质为正极活性物质的硬币型电池在充放电试验中测得的0.2C和5C的放电容量如表7-B所示。
活性物质的晶体结构为R3-m。0.2C和5C的放电容量高于比较例7-1。0.2C的放电容量与未利用过的活性物质为同等程度。
[表7-A]
表7-A从正极中回收活性物质LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的处理条件(浆料化固液分离法)
Figure BDA0000366968210000621
括号内的“*”是活化处理剂相对于构成电极复合材料的正极材料1摩尔的添加量
[表7-B]
表7-B从正极中回收到的活性物质LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的粉体物性和电池特性(桨料化固液分离法)
产业上的可利用性
根据本发明的方法,可以从电池废料中直接回收活性物质,其不需要在由活性物质的原料制造活性物质时所需的制造成本、制造能耗,并且在从电池废料中回收活性物质时不使用有机溶剂,因此在工业上是值得期待的。

Claims (21)

1.一种从电池废料中回收活性物质的方法,其包括如下工序:
(1)电极复合材料回收工序,从电池废料中分离电极,并从该电极中回收包含活性物质、导电材料以及粘结材料的电极复合材料;
(2)活化处理剂混合工序,在回收到的电极复合材料中混合含有1种或两种以上碱金属化合物的活化处理剂;
(3)活化处理工序,将得到的混合物加热到所述活化处理剂的熔融起始温度以上的保持温度,使该混合物中含有的活性物质活化;以及
(4)活性物质回收工序,在活化处理工序后进行冷却,从得到的混合物中回收活化后的活性物质。
2.根据权利要求1所述的活性物质的回收方法,其中,所述活性物质为正极活性物质。
3.根据权利要求2所述的活性物质的回收方法,其中,所述正极活性物质为非水二次电池的正极活性物质。
4.根据权利要求2或3所述的活性物质的回收方法,其中,所述活性物质为含有从下述元素组1中选出的1种以上元素和从元素组2中选出的1种以上元素的复合氧化物,
元素组1:Ni、Co、Mn、Fe、Al、P;
元素组2:Li、Na、Ca、Sr、Ba、Mg。
5.根据权利要求4所述的活性物质的回收方法,其中,所述从元素组2中选出的元素为Li。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,所述正极活性物质的比表面积为5m2/g以上且100m2/g以下。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,构成所述活化处理剂中含有的碱金属化合物的碱金属元素与构成所述活性物质的碱金属元素相同。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,所述活化处理剂中含有的碱金属化合物的至少一种为溶解于水时呈碱性的碱金属化合物。
9.根据权利要求8所述的活性物质的回收方法,其中,所述溶解于水时呈碱性的碱金属化合物为选自碱金属的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、氧化物、过氧化物及超氧化物中的一种以上。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,所述电极复合材料中含有的导电材料为炭系导电材料,并且,
所述活化处理剂中含有的碱金属化合物的至少一种为具有在活化处理工序的保持温度下将所述炭系导电材料氧化分解的氧化力的碱金属化合物。
11.根据权利要求10所述的活性物质的回收方法,其中,所述具有氧化力的碱金属化合物为选自碱金属的过氧化物、超氧化物、硝酸盐、硫酸盐、钒酸盐以及钼酸盐中的一种以上。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,在活化处理剂混合工序中,所述活化处理剂的添加量相对于所述电极复合材料中含有的活化处理前的活性物质的重量为0.001~100倍。
13.根据权利要求1~12中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,所述电极复合材料中含有的导电材料仅由比表面积为30m2/g以上的炭系导电材料构成。
14.根据权利要求13所述的活性物质的回收方法,其中,所述炭系导电材料为乙炔黑。
15.根据权利要求1~14中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,活性物质回收工序包括:
向活化处理工序后得到的混合物中加入溶剂而制成浆料的浆料化工序;
将该浆料分离为固相和液相的固液分离工序;以及
将固液分离后的固相进行干燥的干燥工序。
16.根据权利要求15所述的活性物质的回收方法,其还包括从固液分离后得到的液相中回收氟成分的工序。
17.根据权利要求15或16所述的活性物质的回收方法,其还包括从固液分离后得到的液相中回收碱金属成分的工序。
18.根据权利要求1~14中任一项所述的活性物质的回收方法,其中,活性物质回收工序是如下工序:利用加热使活性物质以外的成分气化而从活化处理工序后得到的混合物中去除活性物质以外的成分,由此回收活性物质。
19.根据权利要求18所述的活性物质的回收方法,其中,在活性物质回收工序中,使活性物质以外的成分气化的温度高于活性物质回收工序中的保持温度。
20.根据权利要求18或19所述的活性物质的回收方法,其还包括如下工序:向对使活性物质以外的成分气化生成的气体进行冷却而获得的成分中加入溶剂,从所得的溶液中回收氟成分。
21.根据权利要求20所述的活性物质的回收方法,其还包括从回收氟成分后的所述溶液中回收碱金属成分的工序。
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