DE102023110308A1

DE102023110308A1 - Batteriebehandlungsverfahren

Info

Publication number: DE102023110308A1
Application number: DE102023110308.3A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Isomura; Kenichiro Muramatsu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2023-04-24
Publication date: 2023-11-23
Also published as: US20230378516A1; JP2023169619A; CN117080599A

Abstract

Ein Batteriebehandlungsverfahren umfasst: einen Vorbereitungsschritt (S10, S10A) zum Vorbereiten eines pulverisierten Materials, das ein Elektrodensubstrat und eine Aktivmaterialschicht enthält, wobei die Aktivmaterialschicht eine Harzkomponente enthält und auf dem Elektrodensubstrat vorgesehen ist; einen Erwärmungsschritt (S20) zum Erwärmen des pulverisierten Materials auf eine Temperatur nicht niedriger als eine Abbaubeginntemperatur der Harzkomponente und niedriger als eine Abbauspitzentemperatur der Harzkomponente; und einen Pulverisierungsschritt (S30) zum Pulverisieren des pulverisierten Materials, wobei die Harzkomponente in dem Erwärmungsschritt erweicht wird, und das pulverisierte Material in dem Pulverisierungsschritt in einem Zustand, in dem die Harzkomponente erweicht wurde, pulverisiert wird, wodurch die Aktivmaterialschicht von dem Elektrodensubstrat abgelöst wird.

Description

Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2022 - 080848 , eingereicht beim Japanischen Patentamt am 17. Mai 2022, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme enthalten ist.
HINTERGRUND
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Behandlung bzw. Be- oder Verarbeitung von Batterien, hierin kurz Batteriebehandlungsverfahren, das das Ablösen einer Aktivmaterialschicht von einem Elektrodensubstrat umfasst.
Beschreibung des Standes der Technik
Sekundärbatterien, bei denen eine Elektrolytlösung und eine Batterieelement in einem Gehäuse untergebracht sind, werden häufig als Energiequelle für elektronische Vorrichtungen wie etwa Videokameras, Laptops und Mobiltelefone, Elektro- und Hybridfahrzeuge verwendet. Daher wird das Rückgewinnen von recycelbaren Materialien wie etwa wertvollen Metallen aus gebrauchten Sekundärbatterien, ausrangierten unbenutzten Sekundärbatterien oder dergleichen unter dem Gesichtspunkt einer effektiven Nutzung von Ressourcen sehr ernst genommen.
Als ein Verfahren zur Batteriebehandlung zur Rückgewinnung von recycelbaren Materialien wie etwa wertvollen Metallen offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-195073 ein Verfahren, in dem eine Sekundärbatterie pulverisiert wird, um einen Separator zu entfernen, und dann das pulverisierte Material, das ein Elektrodensubstrat und eine Aktivmaterialschicht enthält, auf eine Temperatur im Bereich von 400°C bis 550°C erwärmt wird, gefolgt von einer weiteren Pulverisierung des so erwärmten pulverisierten Materials.
KURZDARSTELLUNG
Jedoch wird in dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-195073 offenbarten Batteriebehandlungsverfahren zum Abbau bzw. Zersetzung des in der Aktivmaterialschicht enthaltenen Binders eine Erwärmung bzw. Erhitzen auf 400°C bis 550°C durchgeführt, wodurch eine große Menge an Wärmeenergie verbraucht wird. Ferner wird durch dieses Verfahren eine große Menge an Binder zersetzt, wobei tendenziell Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird. Dies stellt somit eine große Umweltbelastung dar.
Die vorliegende Offenbarung ist angesichts der oben beschrieben Probleme gemacht worden, und es ist Aufgabe der Offenbarung, ein Batteriebehandlungsverfahren bereitzustellen, das dazu geeignet ist, eine Aktivmaterialschicht von einem Elektrodensubstrat mit reduzierter Umweltbelastung abzulösen.
Ein Batteriebehandlungsverfahren bzw. Batteriebearbeitungs- oder Verarbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: einen Vorbereitungsschritt zum Vorbereiten eines pulverisierten Materials, das ein Elektrodensubstrat und eine Aktivmaterialschicht enthält, wobei die Aktivmaterialschicht eine Harzkomponente enthält und auf dem Elektrodensubstrat vorgesehen ist; einen Erwärmungsschritt zum Erwärmen des pulverisierten Materials auf eine Temperatur nicht niedriger als eine Abbaubeginntemperatur der Harzkomponente und niedriger als eine Abbauspitzentemperatur der Harzkomponente; und einen Pulverisierungsschritt zum Pulverisieren des pulverisierten Materials, wobei die Harzkomponente in dem Erwärmungsschritt erweicht wird, und das pulverisierte Material in dem Pulverisierungsschritt in einem Zustand, in dem die Harzkomponente erweicht wurde, pulverisiert wird, wodurch die Aktivmaterialschicht von dem Elektrodensubstrat abgelöst wird.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration wird das pulverisierte Material auf eine Temperatur nicht niedriger als die Abbaubeginntemperatur der Harzkomponente und niedriger als die Abbauspitzentemperatur der Harzkomponente erwärmt, und als Ergebnis kann die Harzkomponente bei einer niedrigen Temperatur mit geringerem Wärmeenergieverbrauch erweicht werden. Ferner kann der Abbau bzw. die Zersetzung der Harzkomponente reduziert werden, und als Ergebnis kann auch Kohlenstoffdioxidemission verringert werden. Da ferner das pulverisierte Material in einem Zustand pulverisiert wird, in dem die Harzkomponente erweicht wurde, kann die Aktivmaterialschicht von dem Elektrodensubstrat abgelöst werden. Auf diese Weise kann das Ablösen der Aktivmaterialschicht von dem Elektrodensubstrat bei reduzierter Umweltbelastung erreicht werden.
In dem Batteriebehandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung können Fragmente des Elektrodensubstrats, von dem die Aktivmaterialschicht abgelöst wurde, eine Partikelfläche von 400 mm² bis 1000 mm² haben, wenn die Fragmente flach ausgebreitet sind, und eine Ablöserate der Aktivmaterialschicht von dem Elektrodensubstrat mindestens 80% beträgt.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann selbst dann, wenn die Fragmente des Elektrodensubstrats, von dem die Aktivmaterialschicht abgelöst wurde, relativ groß sind, die Aktivmaterialschicht effizient von dem Elektrodensubstrat abgelöst werden.
In dem Batteriebehandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung können der Erwärmungsschritt und der Pulverisierungsschritt gleichzeitig ausgeführt werden.
Da mit der oben beschriebenen Konfiguration die Erwärmung und Pulverisierung gleichzeitig ausgeführt werden, ist es nicht notwendig, das erwärmte pulverisierte Material nach dem Erwärmen dem Pulverisierungsschritt zuzuführen, was die Verarbeitung einfacher macht.
In dem Batteriebehandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung können der Erwärmungsschritt und der Pulverisierungsschritt wiederholt ausgeführt werden.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann die Harzkomponente, die in der Aktivmaterialschicht enthalten ist, die an den Fragmenten des pulverisierten Elektrodensubstrats anhaftet, weiter erweicht werden, wodurch die Aktivmaterialschicht weiter von den Fragmenten des Elektrodensubstrats abgelöst werden kann.
In dem Batteriebehandlungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst in dem Vorbereitungsschritt das so vorbereitete pulverisierte Material vorzugsweise einen Separator, und in dem Pulverisierungsschritt werden der Separator, das Elektrodensubstrat und die Aktivmaterialschicht vorzugsweise voneinander getrennt.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann das pulverisierte Material bei einer niedrigen Temperatur erwärmt werden, und als Ergebnis kann ein Schmelzen und Kleben des Separators an der Aktivmaterialschicht verhindert werden, und selbst wenn das pulverisierte Material einen Separator umfasst, kann die Aktivmaterialschicht von der Elektrodenplatte getrennt werden. Daher ist es nicht notwendig, den Separator im Voraus zu entfernen, was die Verarbeitung einfacher macht.
Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der Offenbarung werden ersichtlicher aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Batteriebehandlungsverfahrens gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
2 ist eine schematische Ansicht eines Erwärmungsschritts, um ein pulverisiertes Material gemäß Ausführungsform 1 zu erwärmen.
3 ist eine schematische Ansicht eines Pulverisierungsschritts gemäß Ausführungsform 1.
4 ist eine schematische Ansicht, die ein Batteriebehandlungsverfahren gemäß einer Modifikation zeigt, wobei ein Erwärmungsschritt zum Erwärmen eines pulverisierten Materials und ein Pulverisierungsschritt zu dessen Pulverisieren gleichzeitig ausgeführt werden.
5 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Batteriebehandlungsverfahrens gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
6 zeigt Bedingungen und Ergebnisse eines Experiments, das mit einem Batteriebehandlungsverfahren gemäß Beispielen und mit einem Batteriebehandlungsverfahren gemäß Vergleichsbeispielen durchgeführt wurde.
7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Partikelfläche und der Ablöserate in den einzelnen in 6 gezeigten Vergleichsbeispielen 1 bis 8 und Beispielen 1 bis 2 zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend sind Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen sind die gleichen oder gemeinsame Elemente mit den gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnet, und deren Beschreibung ist nicht wiederholt.
(Ausführungsform 1)
1 ist ein Flussdiagramm, das Schritte eines Batteriebehandlungsverfahrens gemäß Ausführungsform 1 zeigt. Das Batteriebehandlungsverfahren gemäß Ausführungsform 1 ist nachfolgend mit Bezug auf 1 beschrieben.
Das Batteriebehandlungsverfahren gemäß Ausführungsform 1 ist ein Verfahren zum Auffangen einer Aktivmaterialschicht, die ein wertvolles Material und/oder dergleichen enthält.
Die durch das Batteriebehandlungsverfahren zu behandelnde Batterie ist eine Sekundärbatterie wie etwa eine Lithium-Ionen-Batterie. Die Sekundärbatterie umfasst ein Batterieelement, eine Elektrolytlösung und ein äußeres Gehäuse, in dem das Batterieelement und die Elektrolytlösung untergebracht bzw. aufgenommen sind.
Das Batterieelement ist durch Stapeln einer positiven Elektrode, kurz Positivelektrode, und einer negativen Elektrode, kurz Negativelektrode, mit einem zwischen beiden angeordneten Separator gebildet.
Die Positivelektrode umfasst ein plattenförmiges Element als ein Elektrodensubstrat sowie eine Positivelektroden-Aktivmaterialschicht. Das plattenförmige Element besteht aus einer Metallfolie wie etwa Aluminiumfolie. Die Positivelektroden-Aktivmaterialschicht kann auf beiden Seiten des plattenförmigen Elements gebildet sein. Die Positivelektroden-Aktivmaterialschicht umfasst ein Positivelektroden-Aktivmaterial sowie einen Binder, der eine Harzkomponente ist.
Die Positivelektroden-Aktivmaterial ist typischerweise ein Lithium (Li) enthaltendes Metalloxid. Insbesondere ist das Positivelektroden-Aktivmaterial zum Beispiel vom Lithium-Cobalt-Oxid-Typ, Lithium-Mangan-Oxid-Typ und/oder Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Oxid-Typ.
Der Binder kann zum Beispiel Carboxymethylcellulose (CMC), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Polyacrylsäue (PAA) und/oder dergleichen sein.
Die Negativelektrode umfasst ein plattenförmiges Element und eine Negativelektroden-Aktivmaterialschicht. Das plattenförmige Element besteht aus einer Metallfolie wie etwa Kupferfolie. Die Negativelektroden-Aktivmaterialschicht kann auf beiden Seiten des plattenförmigen Elements gebildet sein.
Die Negativelektroden-Aktivmaterialschicht umfasst ein Negativelektrode-Aktivmaterial und einen Binder. Das Negativelektrode-Aktivmaterial kann zum Beispiel ein Negativelektrode-Aktivmaterial auf Kohlenstoffbasis wie etwa Grafit, weicher Kohlenstoff und/oder harter Kohlenstoff sein oder kann ein Negativelektroden-Aktivmaterial auf Legierungsbasis sein, das Silizium (Si), Zinn (Sn) und/oder dergleichen enthält.
Ähnlich der obigen Beschreibung kann der Binder zum Beispiel Carboxymethylcellulose (CMC), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Polyacrylsäue (PAA) und/oder dergleichen sein.
Der Separator ist ein elektrisch isolierender poröser Film. Der Separator besteht aus einem Harz wie etwa Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP). Der Separator kann lediglich aus einem porösen PE-Film oder aus einer Kombination aus einem porösen PE-Film und einem porösen PP-Film bestehen. Zum Beispiel kann der Separator durch Stapeln eines porösen PP-Films, eines porösen PE-Films und eines porösen PP-Films in dieser Reihenfolge gebildet sein. Zum Beispiel kann der Separator durch Stapeln eines porösen PE-Films und eines porösen PP-Films gebildet sein.
Als die Elektrolytlösung kann ein Lithiumsalz wie etwa Lithiumhexafluorphosphat (LiPF₆), das in einem gemischten Lösungsmittel wie etwa Ethylencarbonat (EC)-Dimethylcarbonat (DMC) gelöst ist, verwendet werden. Aber solche mit anderer Zusammensetzungen können ebenfalls verwendet werden. Das äußere Gehäuse besteht aus einem Metall wie etwa Aluminium.
Wie es in 1 gezeigt ist, wird zur Implementierung des Batteriebehandlungsverfahrens gemäß Ausführungsform 1 in einem Schritt (S10) zuerst ein pulverisiertes Material vorbereitet.
Zur Implementierung von Schritt (S10) wird in einem Schritt (S11) zuerst die Sekundärbatterie deaktiviert. Insbesondere wird die Sekundärbatterie entladen und/oder dergleichen, um ihre Spannung so weit zu reduzieren, dass sie höchstens einen vorbestimmten Wert hat, so dass die Batterie ihre Funktion als Batterie verliert.
Anschließend wird die Sekundärbatterie in einem Schritt (S12) pulverisiert. Zum Beispiel kann die Sekundärbatterie unter Verwendung einer einachsigen Scher-Zerkleinerungsmaschine, einer zweiachsigen Scher-Zerkleinerungsmaschine oder dergleichen oder einer Hammermühle bzw. eines Hammerbrechers oder einer anderen Zerkleinerungsmaschine zerkleinert werden.
Anschließend wird die Elektrolytlösung in einem Schritt (S13) aufgefangen. Insbesondere wird das in Schritt (S12) gewonnene pulverisierte Material unter vermindertem Druck erwärmt, um die Elektrolytlösung zu destillieren. Zu diesem Zeitpunkt wird ein in der Elektrolytlösung enthaltenes Lösungsmittel wie etwa DMC und/oder EMC (Ethylmethylcarbonat), das einen relativ niedrigen Siedepunkt von etwa 90°C bis etwa 110°C besitzt, leicht aufgefangen, und ein in der Elektrolytlösung enthaltenes Lösungsmittel wie etwa EC, das einen relativ hohen Siedepunkt von etwa 240°C besitzt, kann zurückbleiben, ohne aufgefangen zu werden.
Durch die oben beschriebenen Schritte wird ein pulverisiertes Material 1, das das plattenförmige Element und auch die Aktivmaterialschicht, die den Binder enthält und auf dem plattenförmigen Element vorgesehen ist, enthält (siehe 2), vorbereitet. Insbesondere werden ein pulverisiertes Material 1, das das Positivelektroden-Aktivmaterial enthält, und ein Plattenelement zur Verwendung als Positivelektrode vorbereitet. Das pulverisierte Material 1 kann einen Separator enthalten. In Ausführungsform 1 ist das so vorbereitete pulverisierte Material 1 ein primär pulverisiertes Material, das ein pulverisiertes Produkt der Sekundärbatterie ist.
2 ist eine schematische Ansicht eines Erwärmungsschritts zum Erwärmen eines pulverisierten Materials gemäß Ausführungsform 1. Wie es in 1 und 2 gezeigt ist, wird in einem Schritt (S20) anschließend das pulverisierte Material 1 auf eine Temperatur nicht niedriger als die Abbaubeginntemperatur des Binders, aber niedriger als die Abbauspitzentemperatur des Binders erhitzt. Die Abbaubeginntemperatur des Binders beträgt zum Beispiel etwa 120°C, und die Abbauspitzentemperatur des Binders beträgt zum Beispiel etwa 400°C.
In Schritt (S20) beträgt zum Zweck des Erweichens des Binders mit einer relativ geringen Wärmeenergie, der Temperaturbereich zum Erwärmen des pulverisierten Materials vorzugsweise etwa 120°C bis etwa 180°C. Wenn das pulverisierte Material einen Separator umfasst, liegt zum Zweck des Erweichens, war das Schmelzen des Separators verhindert, der Temperaturbereich vorzugsweise zwischen etwa 120°C und 160°C, noch besser zwischen etwa 120°C und etwa 140°C. Wenn das pulverisierte Material 1 einen Separator enthält, ist es noch vorteilhafter, das pulverisierte Material 1 auf eine Temperatur nicht niedriger als die Abbaubeginntemperatur des Binders und nicht höher als der Schmelzpunkt des Separators zu erwärmen.
Das pulverisierte Materials 1 wird zum Erwärmen in einer Heizkammer 10 angeordnet und mit Hilfe einer Heizquelle 20 wie etwa einem Heizgerät erwärmt. Das Erwärmen des pulverisierten Materials 1 ist nicht auf ein Erwärmen mit einem Heizgerät beschränkt, sondern es können/kann ein geeignetes Heizverfahren wie etwa Konvektionsheizen, Ferninfrarotheizen und/oder Dampfheizen verwendet werden. Die Heizdauer beträgt etwa eine Stunde.
Wenn das pulverisierte Material 1 auf eine Temperatur innerhalb des oben beschriebenen Bereichs erwärmt wird, wird der Binder erweicht und die Aktivmaterialschicht dadurch leicht von dem plattenförmigen Element getrennt.
3 ist eine schematische Ansicht eines Pulverisierungsschritts gemäß Ausführungsform 1. Wie es in 1 und 3 gezeigt ist, wird anschließend in einem Schritt (S30) das so erhitzte pulverisierte Material 1 pulverisiert. Insbesondere wird das so erhitzte pulverisierte Material 1 in einer Pulverisierungskammer 30 angeordnet und mit Hilfe zum Beispiel einer Pulverisierungsmaschine 40 pulverisiert. Als Pulverisierungsmaschine 40 kann eine geeignete Pulverisierungsmaschine wie etwa eine Hammermühle verwendet werden. Wenn eine Hammermühle verwendet wird, kann eine größere Reibung auf das pulverisierte Material 1 übertragen werden.
In Schritt (S30) wird das pulverisierte Material 1 in einem Zustand pulverisiert, in dem der Binder erweicht wurde, war dazu führt, dass die Aktivmaterialschicht mit dem auf das pulverisierte Material 1 ausgeübten Schlag von dem plattenförmigen Element abgelöst wird.
Obwohl die obige Beschreibung auf einen Fall gerichtet ist, in dem Schritt (S30) nach Schritt (S20) ausgeführt wird, können Schritt (S20) und Schritt (S30) gleichzeitig ausgeführt werden, wie es in einer Modifikation beschrieben ist. Da in einem solchen Fall die Erwärmung des pulverisierten Materials 1 und dessen Pulverisierung gleichzeitig ausgeführt werden, ist es nicht notwendig, nach dem Erhitzen des pulverisierten Materials 1 das erhitzte pulverisierte Material 1 in den Pulverisierungsschritt überzuführen, was die Verarbeitung vereinfacht.
4 ist eine schematische Ansicht, die ein Batteriebehandlungsverfahren gemäß einer Modifikation zeigt, in der ein Erwärmungsschritt zum Erwärmen eines pulverisierten Materials und ein Pulverisierungsschritt zu dessen Pulverisieren gleichzeitig ausgeführt werden. Wenn der Erwärmungsschritt zum Erwärmen eines pulverisierten Material und der Pulverisierungsschritt zu dessen Pulverisieren gleichzeitig ausgeführt werden, wird eine Heizquelle 20 wie etwa ein Heizgerät in der Pulverisierungskammer 30 angeordnet, wie es in 4 dargestellt ist, und das pulverisierte Material 1 wird mit der Pulverisierungsmaschine 40 pulverisiert, während das pulverisierte Material 1 erwärmt wird. Ähnlich wie in der obigen Beschreibung ist das Erwärmen des pulverisierten Materials 1 nicht auf ein Erwärmen mit einem Heizgerät beschränkt, sondern es können/kann ein Heizverfahren wie etwa Konvektionsheizen, Ferninfrarotheizen und/oder Dampfheizen verwendet werden.
Anschließend wird in einem Schritt (S35) überprüft, ob Schritt (S20) und Schritt (S30) eine vorbestimmte Anzahl von Malen ausgeführt wurden oder nicht. Die vorbestimmte Anzahl von Malen kann eins oder zwei oder mehr sein.
Wenn Schritt (S20) und Schritt (S30) die vorbestimmte Anzahl von Malen ausgeführt wurden (Schritt (S35) JA), wird ein Schritt (S40) ausgeführt.
Wenn Schritt (S20) und Schritt (S30) nicht die vorbestimmte Anzahl von Malen ausgeführt wurden (Schritt (S35) NEIN), werden Schritt (S20) und Schritt (S30) wiederholt, bis die vorbestimmte Anzahl von Malen erreicht ist.
Wenn so Schritt (S20) und Schritt (S30) wiederholt wurden, wird die Harzkomponente, die in der Aktivmaterialschicht enthalten ist, die an den Fragmenten des pulverisierten Elektrodensubstrats anhaftet, weiter erweicht ist, und die Fragmente werden in diesem Zustand pulverisiert, und als Ergebnis kann die Aktivmaterialschicht von den Fragmenten des Elektrodensubstrats abgelöst werden.
Anschließend wird in Schritt (S40) das so pulverisierte Material 1 aussortiert. Insbesondere wird ein Sieb und/oder dergleichen verwendet to separate das plattenförmige Element von der Aktivmaterialschicht. Zu diesem Zeitpunkt werden nicht nur das plattenförmige Element und die Aktivmaterialschicht, sondern auch der Separator, die Komponenten des äußeren Gehäuses und dergleichen getrennt. Das in Ausführungsform 1 aussortiert pulverisierte Material 1 ist ein sekundäres pulverisiertes Material, das aus der Pulverisierung des primären pulverisierten Materials resultiert, und in Schritt (S40) wird dieses sekundäre pulverisierte Material aussortiert.
Wie es oben beschrieben ist, wird das pulverisierte Material in dem Batteriebehandlungsverfahren gemäß Ausführungsform 1 auf eine Temperatur nicht niedriger als die Abbaubeginntemperatur der Harzkomponente und niedriger als die Abbauspitzentemperatur der Harzkomponente erwärmt, und als Ergebnis kann die in der Aktivmaterialschicht enthaltene Harzkomponente bei einer niedrigen Temperatur mit reduziertem Wärmeenergieverbrauch erweicht werden. Ferner kann der Abbau der Harzkomponente reduziert werden, und als Ergebnis kann die Kohlenstoffdioxidemission verringert werden. Ferner kann die Aktivmaterialschicht, da das pulverisierte Material in einem Zustand pulverisiert wird, in dem die Harzkomponente erweicht wurde, von dem Elektrodensubstrat abgelöst werden. Auf diese Weise kann ein Ablösen der Aktivmaterialschicht von dem Elektrodensubstrat mit reduzierter Umweltbelastung erreicht werden.
Vorzugsweise haben die Fragmente des plattenförmigen Elements (ein plattenförmiges Element zur Verwendung als Positivelektrode), von dem die Aktivmaterialschicht (insbesondere die Positivelektroden-Aktivmaterialschicht) abgelöst wurde, eine Partikelfläche von 400 mm² bis 1000 mm², wenn die Fragmente flach ausgebreitet sind, und die Ablöserate der Aktivmaterialschicht von dem plattenförmigen Element beträgt mindestens 80%.
Die Partikelfläche der oben beschriebenen Fragmente kann folgendermaßen berechnet werden. Zuerst werden in Schritt (S40) mehrere Fragmente (Partikel) des plattenförmigen Elements, von dem die Aktivmaterialschicht abgelöst wurde, als Probe entnommen, und diese Fragmente des plattenförmigen Elements werden flach ausgebreitet. Dann werden die so ausgebreiteten Fragmente des plattenförmigen Elements mittels der Bildanalysesoftware WinROOF (hergestellt durch MITANI CORPORATION) berechnet.
Zum Beispiel kann die Partikelfläche (mm²) durch Dividieren der Fläche (Projektionsfläche) der einzelnen Partikel durch die Gesamtanzahl (der mehreren Partikel und anschließendes Berechnen der Summe aus den so gewonnenen Werten gewonnen werden. Insbesondere lässt sie sich durch folgende Gleichung (1) berechnen: $\begin{array}{l} Partikelfl \ddot{a} che (m m^{2}) = \sum_{i = 1}^{n} (Partikell \ddot{a} nge a von Partikel Xi (mm) \times \\ (Partikelbreite b von Partikel Xi (mm)) / (Gesamtanzahl von n Partikeln)) \end{array}$
Ferner kann die Ablöserate durch Berechnen der Gesamtfläche der Aktivmaterialschicht, die auf den Fragmenten (Partikeln) des plattenförmigen Elements verbleibt, mittels der oben erwähnten Bildanalysesoftware und der anschließenden Anwendung der folgenden Gleichung (2) bestimmt werden. $\begin{array}{l} Die Abl \ddot{o} serate (%) = ((Gesamtfl \ddot{a} che von mehreren (n) Partikeln) - (Gesamtfl \ddot{a} che \\ der Aktivmaterialschicht, die auf den mehreren (n) Partikeln verbleibt)) / (Gesamtfl \ddot{a} che \\ von mehreren Partikeln) \times 100 \end{array}$
(Ausführungsform 2)
5 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte eines Batteriebehandlungsverfahrens gemäß Ausführungsform 2 zeigt. Das Batteriebehandlungsverfahren gemäß Ausführungsform 2 ist nachfolgend mit Bezug auf 5 beschrieben.
Wie es in 5 gezeigt ist, unterscheidet sich das Batteriebehandlungsverfahren gemäß Ausführungsform 2 von dem Batteriebehandlungsverfahren gemäß Ausführungsform 1 im Hinblick auf einen Vorbereitungsschritt (S10A) zur Vorbereitung eines pulverisierten Materials. Die weiteren Schritte sind im Wesentlichen die gleichen.
Zur Implementierung des Batteriebehandlungsverfahrens gemäß Ausführungsform 2 wird zuerst in Schritt (S10A) ein pulverisiertes Material vorbereitet. Zur Implementierung des Schritt (S10A) werden die Schritte (S11) bis (S13) im Wesentlichen auf gleiche Weise wie in Ausführungsform 1 ausgeführt.
Anschließend wird in Schritt (S14) die so pulverisierte Sekundärbatterie weiter pulverisiert. Insbesondere wird das aus Schritt (S13) resultierende primäre pulverisierte Material pulverisiert. In Schritt (S14) wird das primäre pulverisierte Material mit Hilfe einer geeigneten Pulverisierungsmaschine pulverisiert.
Anschließend wird in einem Schritt (S15) die in Schritt (S14) pulverisierte Sekundärbatterie aussortiert. Insbesondere wird ein sekundäres pulverisiertes Material, das von der Pulverisierung des primären pulverisierten Materials resultiert, aussortiert. Auf diese Weise wird ein pulverisiertes Material, das das plattenförmige Element und auch die Aktivmaterialschicht, die den Binder umfasst und auf dem plattenförmigen Element vorgesehen ist, enthält, vorbereitet. Somit ist das in Ausführungsform 2 vorbereitete pulverisierte Material das Plattenelement, das von dem sekundären pulverisierten Material getrennt und mit dem Aktivmaterialschicht versehen ist. Das plattenförmige Element ist vorzugsweise ein Plattenelement zur Verwendung als Positivelektrode, und die Aktivmaterialschicht ist vorzugsweise eine Positivelektroden-Aktivmaterialschicht, die einen Binder enthält. Das so vorbereitete pulverisierte Material kann den Separator enthalten.
Anschließend werden Schritt (S20) bis Schritt (S40) im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie in Ausführungsform 1 ausgeführt. Wenn das Batteriebehandlungsverfahren gemäß Ausführungsform 2 in der oben beschriebenen Weise implementiert ist, gewinnt man im Wesentlichen den gleichen Effekt wie in Ausführungsform 1. In den Schritten (S20) bis (S40) wird, wie es oben beschrieben ist, das mit der Aktivmaterialschicht versehene Plattenelement als das pulverisierte Material verwendet, und daher wird in Schritt (S40) das Plattenelement von der Aktivmaterialschicht getrennt.
(Verifizierungsexperiment)
6 zeigt Bedingungen und Ergebnisse von Experimenten, die unter Verwendung eines Batteriebehandlungsverfahrens gemäß den Beispielen und eines Batteriebehandlungsverfahrens gemäß den Vergleichsbeispielen durchgeführten wurden. 7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Partikelfläche und der Ablöserate der in 6 gezeigten Vergleichsbeispiele 1 bis 8 und Beispiele 1 bis 2 zeigt. Das Verifizierungsexperiment ist nachfolgend mit Bezug auf 6 und 7 beschrieben.
Wie es in 6 gezeigt ist, wurde in Vergleichsbeispiel 1 bis Vergleichsbeispiel 6, verglichen mit den oben beschriebenen Schritten des Batteriebehandlungsverfahrens gemäß Ausführungsform 1 der Erwärmungsschritt (S20) weggelassen und das in dem Vorbereitungsschritt (S10) vorbereitete pulverisierte Material in dem Pulverisierungsschritt (S30) ohne Erwärmen pulverisiert. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 6 wurden die Pulverisierungsbedingungen geändert, so dass Fragmente (Partikel) mit unterschiedlichen Partikelflächen gewonnen werden konnten. Nach der Pulverisierung wurde das plattenförmige Element (das plattenförmige Element zur Verwendung als Positivelektrode) von der Aktivmaterialschicht (die Positivelektroden-Aktivmaterial) unter Verwendung eines Siebs und/oder dergleichen getrennt, und durch das oben beschriebenen Berechnungsverfahren wurden die Partikelfläche der Fragmente des plattenförmigen Elements und die Ablöserate der Aktivmaterialschicht berechnet.
In den Vergleichsbeispielen 7 und 8 wurde, verglichen mit den oben beschriebenen Schritten des Batteriebehandlungsverfahrens gemäß Ausführungsform 1 die Temperatur zum Erwärmen das pulverisierte Material im Erwärmungsschritt (S20) auf 110°C geändert, welche niedriger als die Abbaubeginntemperatur der Harzkomponente (des Binders) war, und das so auf 110°C erhitzte pulverisierte Material im Pulverisierungsschritt (S30) pulverisiert. In den Vergleichsbeispielen 7 und 8 wurden die Pulverisierungsbedingungen so geändert, dass Fragmente (Partikel) unterschiedlicher Partikelfläche gewonnen werden konnten. Nach der Pulverisierung wurde das plattenförmige Element mit Hilfe eines Siebs und/oder dergleichen von der Aktivmaterialschicht getrennt, und durch das oben beschriebene Berechnungsverfahren wurden die Partikelfläche der Fragmente des plattenförmigen Elements und die Ablöserate der Aktivmaterialschicht berechnet.
In den Beispielen 1 und 2 wurde die Batteriebehandlung durch die oben beschriebenen Schritte des Batteriebehandlungsverfahrens gemäß Ausführungsform 1 ausgeführt. In diesem Fall wurde die Temperatur zum Erwärmen des pulverisierten Materials im Erwärmungsschritt (S20) auf 180°C und 300°C geändert. Beide Temperaturen sind nicht niedriger als die Abbaubeginntemperatur der Harzkomponente und niedriger als die Abbauspitzentemperatur der Harzkomponente.
Das so auf 180°C und 300°C erhitzte pulverisierte Material wurde im Pulverisierungsschritt (S30) pulverisiert. Nach der Pulverisierung wurde das plattenförmige Element mit Hilfe eines Siebs und/oder dergleichen von der Aktivmaterialschicht getrennt, und durch das oben beschriebene Berechnungsverfahren wurden die Partikelfläche der Fragmente des plattenförmigen Elements und die Ablöserate der Aktivmaterialschicht berechnet.
Wie es in 6 und 7 gezeigt ist, war die Ablöserate, wenn die Partikelfläche gleich oder nahe bei 149,3 mm² war, wie in Vergleichsbeispiel 2, gleich oder nahe bei 87,4%. Jedoch war durch die zur Reduzierung der Partikelfläche beabsichtigte Pulverisierung der Aktivmaterialschicht mit dem Material des äußeren Gehäuses, Kupfer der Negativelektrode oder dergleichen kontaminiert, und eine Abtrennung der Aktivmaterialschicht davon war schlecht.
Wenn die Partikelfläche wie in den Vergleichsbeispielen 1 und 3 bis 6 vergrößert wurde zur Verringerung der Kontamination in der Aktivmaterialschicht keine Erwärmung ausgeführt, wodurch die Aktivmaterialschicht sehr klebrig wurde, und mit zunehmender Partikelfläche nahm die Ablöserate tendenziell ab. Insbesondere wenn die Partikelfläche 380 mm² überstieg, lag die Ablöserate unter 50%.
Wenn die Partikelfläche gleich oder nahe bei 140,7 mm² lag, wie in Vergleichsbeispiel 7, lag die Ablöserate gleich oder nahe bei 81,8%. Jedoch war die Aktivmaterialschicht durch die reduzierte Partikelfläche mit dem Material des äußeren Gehäuses, Kupfer der Negativelektrode oder dergleichen kontaminiert, und eine Trennung der Aktivmaterialschicht davon war schlecht.
Wenn die Partikelfläche wie in Vergleichsbeispiel 8 größer war, um die Kontamination in der Aktivmaterialschicht zu reduzieren, war die Ablöserate niedriger als in Vergleichsbeispiel 8, und die Ablöserate lag gleich oder nahe bei 59,0%.
Hingegen war n Beispiel 1 die Partikelfläche gleich oder nahe bei 404,6 mm², und die Ablöserate lab bei 88,6%, was höher war als in den Vergleichsbeispielen 1 bis 8. Ähnlich war in Beispiel 2 die Partikelfläche gleich oder nahe bei 909,5 mm², und die Ablöserate lag bei 95,2%, was höher war als in den Vergleichsbeispielen 1 bis 8.
Ferner war in den Beispielen 1 und 2 die Partikelfläche relativ groß, so dass eine Kontamination der Aktivmaterialschicht mit dem Material des äußeren Gehäuses, Kupfer der Negativelektrode oder dergleichen reduziert war.
Wie es oben beschrieben ist, wurde experimentell auch verifiziert, dass durch Erwärmen des pulverisierten Materials auf eine Temperatur nicht niedriger als die Abbaubeginntemperatur der Harzkomponente und niedriger als die Abbauspitzentemperatur der Harzkomponente, Reduzieren des Wärmeenergieverbrauchs, Erweichen der Harzkomponente in der Aktivmaterialschicht bei einer niedrigen Temperatur und Pulverisieren des pulverisierten Materials die Aktivmaterialschicht mit reduzierter Umweltbelastung von dem plattenförmigen Element abgelöst werde kann.
Obwohl oben die Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben sind, sind die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft und in keiner Weise einschränkend. Der Schutzbereich der Offenbarung ist durch den Wortlaut der Ansprüche definiert und soll alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung des Schutzbereichs äquivalent zum Wortlaut der Ansprüche umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2022 [0001]
JP 080848 [0001]

Claims

Batteriebehandlungsverfahren, das umfasst: einen Vorbereitungsschritt (S10, S10A) zum Vorbereiten eines pulverisierten Materials, das ein Elektrodensubstrat und eine Aktivmaterialschicht enthält, wobei die Aktivmaterialschicht eine Harzkomponente enthält und auf dem Elektrodensubstrat vorgesehen ist; einen Erwärmungsschritt (S20) zum Erwärmen des pulverisierten Materials auf eine Temperatur nicht niedriger als eine Abbaubeginntemperatur der Harzkomponente und niedriger als eine Abbauspitzentemperatur der Harzkomponente; und einen Pulverisierungsschritt (S30) zum Pulverisieren des pulverisierten Materials, wobei die Harzkomponente in dem Erwärmungsschritt erweicht wird, und das pulverisierte Material in dem Pulverisierungsschritt in einem Zustand, in dem die Harzkomponente erweicht wurde, pulverisiert wird, wodurch die Aktivmaterialschicht von dem Elektrodensubstrat abgelöst wird.
Batteriebehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei Fragmente des Elektrodensubstrats, von dem die Aktivmaterialschicht abgelöst wurde, eine Partikelfläche von 400 mm² bis 1000 mm² haben, wenn die Fragmente flach ausgebreitet sind, und eine Ablöserate der Aktivmaterialschicht von dem Elektrodensubstrat mindestens 80% beträgt.
Batteriebehandlungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Erwärmungsschritt (S20) und der Pulverisierungsschritt (S30) gleichzeitig ausgeführt werden
Batteriebehandlungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Erwärmungsschritt (S20) und der Pulverisierungsschritt (S30) wiederholt ausgeführt werden.
Batteriebehandlungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Vorbereitungsschritt (S10, S10A) das so vorbereitete pulverisierte Material einen Separator umfasst, und in dem Pulverisierungsschritt (S30) der Separator, das Elektrodensubstrat und die Aktivmaterialschicht voneinander getrennt werden.