JP2005347162A - 廃棄電池の放電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 充電済みの廃棄電池の安全な放電方法を提供する。
【解決手段】 充電された廃棄電池の少なくとも正極端子と負極端子とを、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属弱酸塩を溶解した水溶液中に浸漬して放電する廃棄電池の放電方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、使用済みで廃棄が必要となった電池、あるいは電池製造時に充電工程の後に異常が発見されて廃棄が必要となった電池を処理する方法に関するものであり、電池を廃棄処理して有価物を回収する際に、電池を安全に放電させる方法に関するものである。

リチウムイオン電池等の電池はリサイクルが行なわれており、回収された電池の解体を行なって電池活物質をはじめ各種の有価物を回収するとともに、廃棄物を安全に処理することが行われている。また、電池製造時に充電工程の後に廃棄が必要となった場合に安全に廃棄して有価物を回収することが行われており、廃棄電池の処理方法には、各種の方法が提案されている。
例えば、廃棄電池をそのまま焙焼して含まれている各種の金属成分を分離回収する方法が知られている（特許文献１）。この方法では、金属成分の回収は可能であるが、有機電解液電池に使用されている有機電解液、あるいはセパレータ等として使用されている合成樹脂等は燃焼処理されるので、可燃性の有価物の回収は不可能であるとともに、リサイクル化率を高めるという点からは問題があった。

また、廃棄電池を解体し、有機電解液をはじめとした各種の部材の回収可能な廃棄電池の処理方法も提案されている。
この方法では、廃棄電池の解体時に残存容量を有していると解体作業時に短絡が生じ、発火、あるいは爆発等が生じる危険性があった。特に、リチウムイオン電池等の高エネルギー密度電池においては、活物質量も多く、その危険性も大きなものであった。
こうした問題点を解決するために、電池の解体前に、残存容量を放電する各種の方法が提案されている。
例えば、電池の正極端子と負極端子に抵抗体を接続して放電する方法、あるいは電池電解液と同種の電解液を収容した液体中において放電する方法が提案されている（特許文献２）。
しかしながら、抵抗体を接続して放電する方法は、大量の小型の電池に適用する場合には効率的な作業とは言えず、またリチウムイオン電池等の有機電解液を使用した電池を有機電解液中に浸漬して放電する場合には、有機電解液中の揮発成分の漏洩対策、あるいは放電工程の後に有機電解液の処理操作等の作業が必要であった。

また、廃棄電池を希硫酸等の酸や水酸化ナトリウム水溶液等の電解液中に浸漬して放電する方法も考えられるが、希硫酸等の酸では、電池容器等が腐蝕して廃棄物の量が増加するおそれがあり、また水酸化ナトリウム水溶液を使用した場合にも、電池外装缶として使用するアルミニウムが溶解する等の問題点があった。更に、これらの酸や水酸化ナトリウム水溶液は腐食性等が大きく取り扱いに注意を要するという問題点があった。

また、電池容器を開口した後に、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウムから選択される少なくとも一つを電解質として含有する水溶液中に浸漬して電池を放電する方法が提案されている（特許文献３）。
ところが、この方法では、電池活物質等に放電工程で用いた塩類が混入することとなり、後の処理工程において塩化物イオン、硫酸イオン、アンモニウムイオンの除去工程が必要となった。また、塩化ナトリウムは取り扱いは容易であるもの、金属の腐蝕等のおそれがあり、工程中においてその対策が必要であった。
特開平８−２８７９６７号公報 特開平１０−２５５８６１号公報 特開平１０−２２３２６４号公報

本発明は、廃棄電池から有価物を回収するとともに、廃棄物を適切に処理するために電池容器の開口前に電池の放電を確実に実行することを課題とするものであり、また放電処理においては、電池缶の腐蝕の問題が生じることがなく、また放電後の洗浄等による廃棄物の量が増加することはなく、取り扱いが容易で安全な電池の放電方法を提供することを課題とするものである。

本発明の課題は、廃棄電池の放電方法において、充電された廃棄電池を少なくとも正極端子と負極端子とをアルカリ金属弱酸塩を溶解した水溶液中に浸漬して放電する廃棄電池の放電方法によって解決することができる。
また、アルカリ金属弱酸塩が、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムの少なくともいずれか一種である前記の廃棄電池の放電方法である。
このように、本発明の廃棄電池の放電方法においては、放電すべき廃棄電池の全体、あるいは少なくとも電池の両端子を浸漬する電解質として、アルカリ金属の炭酸塩、またはアルカリ金属の炭酸水素塩等のアルカリ金属弱酸塩を用いたので、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属水酸化物水溶液等に比べて取り扱いが容易である。また、アルカリ金属水酸化物水溶液に比べてモル伝導率が小さい、すなわち電解質の電気抵抗が大きいので、急激な放電を抑制することができるので発熱等を抑制した安全な放電が可能となる。

本発明の廃棄電池の放電方法は、充電された電池を浸漬する電解質として、アルカリ金属炭酸塩、あるいはアルカリ金属炭酸水素塩等のアルカリ金属弱酸塩を溶解した電解質を用いたものである。これらの電解質は、酸、アルカリに比べて電気伝導度が小さく、取り扱いも容易な水溶液であり、大電流放電による電池の急激な発熱等を伴うことなく、安全に廃棄電池を放電することが可能となる。

本発明は、充電された廃棄電池の放電方法において、電解液中での放電時に鉄、あるいはアルミニウム等の電池容器が腐蝕して内容物が流出したり、あるいは急激な放電時の発熱等による危険がない電解質について検討した結果、電池容器をはじめとする電池の構成部材に対して穏やかな性質を有し、取り扱いが容易であって電解質としても適度な伝導度を有するものとして、アルカリ金属弱酸塩の水溶液に着目したものである。
特に、アルカリ金属弱酸塩のなかでも、炭酸塩、炭酸水素塩等の残存する陰イオンの除去が容易な物質を選ぶことによって安全な放電が可能であることを見出したものである。

廃棄電池の放電を電解液中で行うことは提案されているが、これまで提案されている電解液は、硫酸等の酸あるいは水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液、食塩等のアルカリ金属強酸塩の水溶液であった。
これらの液は、電気伝導度が大きな液として知られている。例えば、０．１ｍｏｌ／ｄｍ^-3の濃度のモル伝導率（Ｓｃｍ²ｍｏｌ^-1）は、以下のとおりである。
硫酸 ＮａＯＨ水 食塩水
２５０．８ ２２１．５ １０６．７

したがって、放電用の電解液として硫酸、水酸化ナトリウム水溶液等を使用すると、導電性が大きいために大きな電流が流れ、電池の発熱、電池端子を兼ねた電池容器が電気化学的に溶解して開孔が形成される等の現象が生じる。更に、硫酸、水酸化ナトリウム水溶液は、腐食性が大きな液体であるので、その取り扱いには注意を払うことが必要である。
また、食塩水は、人体等に対する影響は小さいものの、塩化物イオンが含まれているので、放電中には遊離の塩素、あるいは次亜塩素酸イオン等による大きな腐食作用が生じて水酸化ナトリウムを用いた場合と同様に、電池構成部材の腐蝕が問題となる。

これに対して、アルカリ金属の弱酸塩は、電解質としての特性を有している点では相違はないが、０．１ｍｏｌ／ｄｍ^-3の濃度のモル伝導率（Ｓｃｍ²ｍｏｌ^-1） は、以下のとおりであって、水酸化ナトリウム水溶液等に比べて小さな値を示す。
炭酸ナトリウム 炭酸水素ナトリウム リン酸二水素ナトリウム
８５．３ ７６．１ ６４．４
このように、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属弱酸塩の水溶液からなる電解液は、同一のモル濃度の水溶液に比べて、１／３程度の値であって、放電時の電流値は小さなものとなる。

アルカリ金属弱酸塩の水溶液としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属弱酸塩水溶液が入手も容易で好ましいが、カリウム塩等であっても良い。
弱酸塩としては、炭酸塩、炭酸水素塩に限らずリン酸塩等を用いても良いが、使用後の電解液の処理工程は、炭酸塩、炭酸水素塩等の方が簡単なものとなるので好ましい。
これらのなかでも、入手が容易で、機器、人体に対しても穏やかな性質を有する炭酸水素ナトリウムが好ましい。

廃棄電池の放電の際にはアルカリ金属弱酸塩の水溶液中で水の電気分解が起こり、液中からは水素と酸素が発生するのみであって、他の有害な気体成分は生じない。水素と酸素による爆発の防止のために生成気体を安全に放散する対策が必要とはなるが、格別の除害設備は不要である。

また、放電の終了とともに、電池を浸漬したアルカリ金属弱酸塩の水溶液の温度上昇、あるいは気体発生が停止するので、電池を浸漬した水溶液の温度変化、あるいは発生気体の有無を確認することにより放電の終了を知ることができる。
放電が完了した電池は、アルカリ金属弱酸塩中から取り出して水洗を行うのみで良い。
また、その後の処理は、電池の解体後に各部材を取り出して分別して各成分を回収することができる。
以下に本発明の実施例を示し、本発明を説明する。

内容積２ｍ³ の容器に水０．８ｍ³ を入れ、水中に炭酸水素ナトリウムを０．３ｋｇ加えて良く撹拌して電池放電用の電解液を調製した。
次いで、電池放電用の電解液に廃棄電池１００００個を投入した。投入した電池の正極端子および負極端子から通電されて、水の電気分解が進み、電池放電用の電解液からは、水素と酸素が発生したので強制的に排気を行った。
また、容器内の温度は、電池投入前に比べて上昇したが、３０℃以上には上昇しなかった。時間の経過とともに発生気体量は減少したが、充分な放電が完了するように１週間放電を続けた。
１週間後に取り出した廃棄電池から１００個を取り出して水洗後に電池端子電圧を測定したところ完全に放電が完了しているのが確認できた。また、いずれの電池も電池外装缶に穴が生じる等の問題は生じなかった。
また、放電用の電解液については外観上の変化はなかったが、若干ｐＨが高くなっていたが問題が生じるようなものではなく、再度電池の放電用の電解液利用することが可能なものであった。

本発明の廃棄電池の放電方法は、電池の放電を個々の電池に抵抗体を接続することに代えて、充電された電池を、アルカリ金属炭酸塩、あるいはアルカリ金属炭酸水素塩等のアルカリ金属弱酸塩を溶解した電解液に浸漬したので、各種の無機酸、アルカリ金属水酸化物水溶液に比べて電気伝導度がそれ程大きくはなく、しかも取り扱いも容易であるので、電池の急激な発熱等を伴うことなく、安全に廃棄電池を放電することが可能となる。

Claims (2)

1. 廃棄電池の放電方法において、充電された廃棄電池の少なくとも正極端子と負極端子とをアルカリ金属弱酸塩を溶解した水溶液中に浸漬して放電することを特徴とする廃棄電池の放電方法。
2. アルカリ金属弱酸塩が、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムの少なくともいずれか一種であることを特徴とする請求項１記載の廃棄電池の放電方法。