JP2004079393A - 廃二次電池からの有価物回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃乾電池を缶体ごと破砕する方法を採用せずに、廃二次電池の外装缶を解体でき、容易に外装缶と電池内容物とを、また電池内容物から正極及び負極等を容易に分離回収できる廃二次電池からの有価物回収方法を提供すること。
【解決手段】本発明の回収方法は、正極板、負極板及びセパレータを巻回した構造を有する電池内容物と、該電池内容物を収容する外装缶と、該外装缶を密閉する蓋部とを有し、該外装缶には、外装缶と蓋部とを接続固定する環状のかしめ部が設けられた廃二次電池から有価物を回収する方法であって、環状のかしめ部及び外装缶底部の所定の２点を通り、且つ前記かしめ部の環状を切断するように外装缶の厚さ以上の深度を少なくとも有する切れ目を、２本以上設ける工程（Ａ）を含む。
【選択図】　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極板、負極板及びセパレータを巻回した構造を有する電池内容物と、該電池内容物を収容する外装缶と、該外装缶を密閉する蓋部とを有し、該外装缶には、外装缶と蓋部とを接続固定する環状のかしめ部が設けられた廃二次電池から有価物を効率良く回収することが可能な有価物回収方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パソコン、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話等の携帯用電子機器又は電気自動車、ハイブリット自動車、電動機付自転車等の輸送手段の普及に伴い、これらの駆動用電源として、各種電池の需要が増大している。電池としては、マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池、リチウム電池等の１次電池と、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池が知られている。これら電池の電極材料には、ニッケル、コバルト、希土類金属等の高価な金属が多く含まれており、資源面、また公害防止の観点から、それらの有価金属を回収し、再利用することは重要である。
ところで、前記各種電池の形態としては、プラスチック製の箱体に電池内容物を収容した箱体の形態や、金属製薄板を外装缶とした乾電池形態、ボタン電池形態等が知られている。
従来、前記プラスチック製の箱体形態の電池から有価物を回収する方法として、このような廃電池の箱体における蓋部分と箱部分とを水平方向に切断して分離し、電池内容物を取り外した後に、負極板、正極板、セパレーターを分離する方法等が提案されている（特許第３１８３６１９号公報）。
このような方法を、展性を示す金属製薄板を外装缶に採用した乾電池において実施した場合、即ち、廃乾電池の外装缶を、蓋部又は底部を分離するために、蓋面又は底面に対し平行となる水平方向に切断し、蓋面又は底面を有する部分を分離して電池内容物を取り外そうとした場合、切断部分の外装缶縁部が内側に折れ曲がり、電池内部物質が切断部分に引っ掛かるため取り外しが困難となり、工業的に電池内容物を取り外すことができないという問題がある。
そこで、このような廃乾電池から有価物を回収する方法としては、廃乾電池を缶体ごと破砕し、風力選別、篩分、比重差分離等の手段により、外装缶、集電体等から正極及び負極の混合活物質を分離し、更に比重差分離により、正極活物質と負極活物質とを分離・回収する方法が提案されている。
しかし、上記廃乾電池を缶体ごと破砕する方法では、正極及び負極の混合活物質から正極活物質と負極活物質とを高純度で分離・回収することは困難であり、しかも工程が煩雑で効率が低いという問題がある。
更に、乾電池は、通常、電池内容物を収容する外装缶と蓋部とを接続固定し、外装缶を密閉するために環状のかしめ部が設けられている。該かしめ部は、分解が困難であるため、上記廃乾電池を缶体ごと破砕する方法を採用しなければ有価物の回収ができないと考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
本発明の目的は、廃乾電池を缶体ごと破砕する方法を採用せずに、実質的に簡便な１工程により、廃二次電池の外装缶を解体でき、容易に外装缶と電池内容物とを分離することが可能であって、分離された電池内容物から正極及び負極等を容易に分離回収でき、各活物質を高純度、且つ高収率で回収しうる廃二次電池からの有価物回収方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した。まず、乾電池を解体するために困難とされているかしめ部の分解について、様々な切断方法等を検討した。しかし、工程数を少なくし、且つ工業的にも利用可能な方法の探索は極めて困難であった。
ところで、二次電池においては、電極面積を広くして高電池容量を確保するために、通常、正極板、負極板及びセパレータがシート状を成して巻回された電池内容物が外装缶内に収容した構造を有している。前記電池内容物における各シート状の板の巻回は、容積効率を向上させるためにできるだけきつく巻き上げられている。
そして、このような構造を有する二次電池の環状のかしめ部及び外装缶底部の所定の２点を通り、且つ前記かしめ部の環状を切断するように外装缶の厚さ以上の深度を少なくとも有する切れ目を、複数本以上設けることにより、分解が困難であると考えられているかしめ部が驚くことに容易に解体でき、簡単に、且つ破砕等を行わずに電池内容物を外装缶から取り外すことが可能であることを見出した。特に、前記切れ目を特定本数以上略均等に設けることにより、電池内容物である前記巻回した構造物が、該巻回に対する反力の作用により、切断された外装缶側面が押し広げられ、その力によりかしめ部が分解されると共に、電池内容物と外装缶とが分離可能状態となることを見出し本発明を完成した。
【０００５】
すなわち本発明によれば、正極板、負極板及びセパレータを巻回した構造を有する電池内容物と、該電池内容物を収容する外装缶と、該外装缶を密閉する蓋部とを有し、該外装缶には、外装缶と蓋部とを接続固定する環状のかしめ部が設けられた廃二次電池から有価物を回収する方法であって、
前記環状のかしめ部及び外装缶底部の所定の２点を通り、且つ前記かしめ部の環状を切断するように外装缶の厚さ以上の深度を少なくとも有する切れ目を２本以上設ける工程（Ａ）と、工程（Ａ）により切断した外装缶と、前記電池内容物とを分離する工程（Ｂ）と、工程（Ｂ）で分離した電池内容物から正極及び／又は負極を分離する工程（Ｃ）とを含む廃二次電池からの有価物回収方法が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明を更に詳細に説明する。
本発明の回収方法において実施対象となる廃二次電池は、通常の正極板、負極板及びセパレータを巻回した構造を有する電池内容物と、該電池内容物を収容する外装缶と、該外装缶を密閉する蓋部とを有し、該外装缶には、外装缶と蓋部とを接続固定する環状のかしめ部が設けられた二次電池であれば特に限定されない。
このような二次電池としては、例えば、図１に示す構造の二次電池を挙げることができる。図１において、二次電池１０は、底部１１ｂを有する外装缶１１と、蓋部となる封口板１２と、負極板１３ｄ、セパレータ（１３ａ、１３ｃ）及び正極板１３ｂが巻回された電池内容物１３とから基本的に構成される。そして、外装缶１１には、該外装缶１１及び封口板１２を接続固定するための環状のかしめ部１１ａが設けられている。以下に図１を参照して本発明の回収方法を説明する。
【０００７】
本発明の回収方法では、まず、前記環状のかしめ部１１ａ及び外装缶底部１１ｂの所定の２点を通り、且つ前記かしめ部１１ａの環状を切断するように外装缶の厚さ以上の深度を少なくとも有する切れ目を、２本以上設ける工程（Ａ）を行う。
前記切れ目は、２本以上であることが必要であるが、次工程における外装缶１１と電池内容物１３との分離を容易にし、且つ電池内容物１３を構成する各板の巻回物（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄ）が、切れ目により開放され、該巻回に対する反力が外装缶側面に作用し、切断された外装缶側面を押し広げ、該外装缶側面が外側に向かって放射状に広がると共に自動的にかしめ部が分解されるよう、切れ目の本数は多い方が好ましい。好ましくは３本以上、更に好ましくは６〜１０本であって、このように切れ目を設けることにより外装缶側面が帯状となる。また、各切れ目の間隔は略均等となることが好ましい。
【０００８】
前記切れ目の深度は、外装缶１１の厚さ以上であれば良いが、電池内容物１３をなるべく原形を留めて外装缶１１から分離し、有価物の回収を効率良く行うために、電池内用物１３の外装缶１１内面に接する最外周に位置する極板又はセパレータ、ここではセパレータ１３ａを切断する深度又は該深度よりも浅い深度とすることが好ましい。
また、前記切れ目の方向は、必ずしも垂直方向でなくても良く、前記環状のかしめ部１１ａ及び外装缶底部１１ｂの所定の２点を通れば良い。
前記切れ目を設ける手段としては、例えば、カッター、鋸、高圧水切断、レーザー切断、プラズマ切断及びガス切断等からなる群より選択される手段等が挙げられる。例えば、図２に示す治具２０を使用して切れ目を設けることができる。
【０００９】
図２において、治具２０は、筒状形態となっており、廃二次電池の挿入口２１と、挿入した廃二次電池を取出す出口２３とを有し、筒内面中間部には、８本の切れ目を設けるためのカッター２２が均等間隔で設けられている。また、出口２３には、廃二次電池の少なくとも外装缶がカッター２２により切断された際に生じる切れ目の隆起部が出口２３に引っかかり取出しが困難となることを防止するための８箇所の凹部溝２３ａが設けられている。
治具２０の使用は、廃二次電池のかしめ部が設けられた側から廃二次電池を治具２０の挿入口２１から挿入し、出口２３から取出すという簡単な方法で使用できる。この際、治具２０を固定して使用した場合には、廃二次電池に設けられる切れ目は垂直方向に形成される。また、治具２０若しくは廃二次電池を回転させながら該廃二次電池を通過させることにより螺旋状の切れ目が形成される。そして、このような治具２０を使用することにより、出口２３から取出される廃二次電池は、かしめ部が解体された状態で取出され、該取出しと略同時に電池内容物と外装缶とが分離された状態で得られるので、工程（Ａ）と後述する工程（Ｂ）とを連続して実施することができる。
【００１０】
本発明の回収方法では、次に、工程（Ａ）により切断した外装缶１１と、前記電池内容物１３とを分離する工程（Ｂ）を行う。
前述の治具２０を用いた例のように、この工程（Ｂ）は工程（Ａ）から連続して行うことができる他、自動的にかしめ部１１ａが解体されない場合や電池内容物１３が自動的に分離されない場合であっても、電池内容物１３を構成する各板の巻回物（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄ）が切れ目により開放され、切断された外装缶側面を押し広げるように作用しているので、容易に電池内容物１３を外装缶１１から分離することができる。この際、必要に応じて、ペンチ、クランプ等の工具を用いて外装缶を広げ、電池内容物１３を分離しても良い。
【００１１】
本発明の回収方法では、次いで、工程（Ｂ）で分離した電池内容物１３から正極及び／又は負極を分離する工程（Ｃ）を行う。
工程（Ｂ）により外装缶から分離された電池内容物１３は、正極板、負極板、セパレータ、蓋部、ガスケット、絶縁板等が略製造時の形態で分離されるため、正極及び／又は負極の分離を容易に行うことができる。廃二次電池の状態により、負極活物質がセパレータや、外装缶に付着している場合もあるが、正極活物質とは混合されていないので分離に大きな問題はない。また、電極と蓋面がリード部で接続されている場合には、リード部をこの時点で切り離すことができる。
【００１２】
本発明の回収方法では、前述の工程（Ａ）〜（Ｃ）を含んでおれば良いが、更に、工程（Ｃ）で分離した正極及び／又は負極より、公知の方法等によりそれぞれ正極活物質、負極活物質を回収する工程、負極活物質がセパレータ、外装缶に付着している場合は、セパレータ、外装缶からも負極活物質を回収する工程等を行うこともできる。例えば、極板の破砕を行わず、水流により負極、セパレータ、外装缶から負極活物質、正極から正極活物質をそれぞれ別に回収することが好ましい。その際、振動篩機、超音波洗浄機等を用いると効果的である。回収した活物質に、バインダー、導電材、分別されていない活物質が混入している場合、篩分、比重差分離を行うと良い。分別されていない活物質の混入はあっても僅かであるので、この作業により大きく回収率が下がることはない。または分別・回収した負極、正極をそれぞれ別に破砕・解砕を行い、篩分して活物質を回収し、必要であれば上述のとおり、更に不純物を篩分、比重分離で除去しても良い。その他、工程（Ａ）〜（Ｃ）を行った後に、酸、アルカリ等に活物質を溶解し、化学的な沈澱法により回収することも可能である。
本発明の回収方法では、従来の廃二次電池を缶体ごと破砕する方法を採用しないので、正極及び／又は負極の活物質を高純度、高収率に回収し、再利用することが可能になる。また、この方法により分別された外装缶、集電体等も再利用が可能である。更に、回収された活物質は、そのままの状態で又は溶解し、母合金とした後、再溶解し、必要量の元素を添加し、組成を調整して、再び活物質として使用することが可能となる。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが本発明はこれらに限定されない。
実施例 １
廃二次電池として、ＡＡサイズのニッケル−水素電池を使用した。この電池の負極は、活物質として希土類−ニッケル系の水素吸蔵合金８．７ｇ、集電体としてパンチングメタルを、正極は、活物質として水酸化ニッケル６．３ｇ、集電体として発泡ニッケルを、セパレータとしてポリプロピレン不織布を、外装缶、蓋面はスチール製が用いられている。
上述した図２に示す治具２０を固定し、廃二次電池を前述のとおり通過させることによって、廃二次電池を外装缶、封口板及び電池内容物に分離した。該電池内容物の分離は、切断された外装缶のかしめ部を手で軽く開くことにより容易に行うことができた。また、この際、正極と電池蓋面を接続しているリード部を切断した。
次いで、巻回積層された正極板、セパレータ及び負極板を手で解くようにして、正極及び負極を取り出した。正極は活物質層が大きく崩落することもなく綺麗に取り出せた。負極活物質は、一部がセパレータ、外装缶に付着した状態であったので、該付着した負極活物質も水洗することにより回収した。集まった正極及び負極は、それぞれ水洗することにより、集電体と活物質に分離・回収した。以上の操作を合計１００個の廃二次電池において行った。
その結果、電池１個平均、水素吸蔵合金は８．２ｇ、水酸化ニッケルは６．０ｇ、また発泡ニッケルは１．６ｇそれぞれ回収できた。
【００１４】
比較例 １
実施例１と同じＡＡサイズのニッケル−水素電池１００個を使用し、一軸粉砕機を用いて１ｃｍ以下の塊状に破砕した。この破砕物を湿式で篩分した。篩の上側には細かく砕けない正極の集電体である発泡ニッケルと、それに付着する形で正極活物質、負極の集電体であるパンチングメタル、他にセパレータの屑や外装缶、絶縁用のプラスチックなどが集められた。篩網を通ったものは、パンチングメタルから剥がれ落ちた負極活物質と発泡ニッケルから剥がれた正極活物質とであった。この段階での回収粉は、負極活物質が約６０％、正極活物質が約４０％の組成比であった。この回収粉を、水を張った容器内で十分に撹拌し、比重差分離によって負極活物質と正極活物質に分離した。この回収粉の中には、負極活物質が約９５％、正極活物質が約５％含まれていた。
以上の結果、電池１個平均、水素吸蔵合金は約６．５ｇ（但し、約０．３５ｇの水酸化ニッケルとの混合粉）得られた。また、水酸化ニッケル、発泡ニッケル及び外装缶は、上述の通り有効に分別されなかった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の回収方法では、特に、前述の工程（Ａ）を採用するので、廃二次電池を缶体ごと破砕する方法を採用せずに、実質的に簡便な１回の切断工程により、廃二次電池の外装缶を解体でき、容易に外装缶と電池内容物とを分離することができる。また、前記分離される電池内容物は、製造時の状態と略同様な状態で得られるので、正極及び負極等を容易に分離回収でき、各活物質を分別して高純度且つ高収率で回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる廃二次電池の構造を説明するための断面図である。
【図２】本発明の回収方法に用いることができる治具を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１０：廃二次電池
１１：外装缶
１１ａ：かしめ部
１１ｂ：外装缶底部
１２：封口板
１３：電池内容物
１３ａ、１３ｃ：セパレータ
１３ｂ：正極板
１３ｄ：負極板
２０：治具
２２：カッター

Claims (5)

1. 正極板、負極板及びセパレータを巻回した構造を有する電池内容物と、該電池内容物を収容する外装缶と、該外装缶を密閉する蓋部とを有し、該外装缶には、外装缶と蓋部とを接続固定する環状のかしめ部が設けられた廃二次電池から有価物を回収する方法であって、
   前記環状のかしめ部及び外装缶底部の所定の２点を通り、且つ前記かしめ部の環状を切断するように外装缶の厚さ以上の深度を少なくとも有する切れ目を２本以上設ける工程（Ａ）と、
   工程（Ａ）により切断した外装缶と、前記電池内容物とを分離する工程（Ｂ）と、
   工程（Ｂ）で分離した電池内容物から正極及び／又は負極を分離する工程（Ｃ）とを含む廃二次電池からの有価物回収方法。
2. 工程（Ａ）において、各切れ目の間隔を略均等とし、且つ切れ目を３本以上設けることを特徴とする請求項１記載の回収方法。
3. 工程（Ａ）における切れ目の深度を、電池内容物の外装缶内面に接する最外周に位置する極板又はセパレータを切断する深度又は該深度よりも浅い深度とすることを特徴とする請求項１又は２記載の回収方法。
4. 工程（Ａ）において、各切れ目を、カッター、鋸、高圧水切断、レーザー切断、プラズマ切断及びガス切断からなる群より選択される手段により設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の回収方法。
5. 工程（Ｃ）により得られた正極及び負極から、極板を破砕することなく、活物質を分離することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の回収方法。

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