JP2010277737A

JP2010277737A - リチウム電池の処理方法

Info

Publication number: JP2010277737A
Application number: JP2009127087A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimizu; 浩清水; Tamefumi Ebihara; 為文海老原; Masahiro Muroya; 正廣室屋; Takamasa Takahashi; 隆昌高橋
Original assignee: JFE Kankyo Corp
Current assignee: JFE Kankyo Corp
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2010-12-09

Abstract

【課題】使用済みリチウム電池の放電を容易かつ安価に行い、リチウム電池を不活性化する、リチウム電池の処理方法を提供すること。
【解決手段】リチウム電池３を溶液１中に侵漬して、放電させて不活性化することを特徴とするリチウム電池の処理方法を用いる。塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、塩化カリウムの中から選択される少なくとも１つを電解質とする水溶液を用いること、水溶液の濃度が０．５〜５ｍａｓｓ％であること、溶液１として海水を用いることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、使用済みリチウム電池を安全に放電させて不活性化するリチウム電池の処理方法に関する。

リチウム電池はリチウムの優れた特性を活用しており、金属のうち最大のイオン化傾向を持ち、非常に低い電位を持つ為、これを負極として用いると、正極との電位差が開き、高い電圧が得られる。用いる有機溶媒に水よりも融点の低い溶媒を選んで用いる為、低温でも使用可能である。最も使用の多い二酸化マンガンリチウム電池は、正極に二酸化マンガン、負極に金属リチウム、電解液には、有機溶媒にリチウム塩を溶解させたものを用いている。

電解液に有機溶媒を使うのは、リチウムは水分と速やかに反応して水素を発生するからである。プロピレンカーボネートやγ-ブチロラクトン、ジメトキシエタン等が多く用いられるがいずれも可燃性であるため、ショートによる異常放電により火災発生の要因の一つである。また、リチウムはアルカリ金属の一つであり、乾いた空気中ではほとんど変化しないが、水分があると常温でも窒素と反応し窒化リチウム（Ｌｉ₃Ｎ）を生ずる。また、熱すると燃焼して酸化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）になる特性を持つため、リチウムの露出による火災発生の可能性があり、取り扱いに注意が必要とされる。

以上のような特徴をもつため、使用済みリチウム電池の保管、搬送を行う場合は、使用済みであっても完全に放電されていない場合にはショートによる火災発生の危険性が多大である。

このため、日本電池工業会マニュアルでは、使用済みリチウム電池には、下記（ａ）〜（ｃ）等の指摘があり、ハンドリングする際の注意が必要とされている。
（ａ）ショートさせないこと（重なり合って、ごちゃ混ぜ状態にしないこと）。
（ｂ）使用済み電池でも、＋／−極が接触しないようにビニールテープ等で絶縁すること。
（ｃ）水の侵入防止のためポリ袋で梱包すること。

このようなリチウム電池について、開口後に溶液中に侵漬させるまたは溶液中で開口させることにより電池中の電解質を含む有機溶媒を溶液中に浸出させることで不活性化する、使用済みリチウム−コバルト二次電池の不活性化方法、使用済みリチウム−コバルト二次電池からのコバルト回収法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−２２３２６４号公報

しかしながら、特許文献１のような方法でリチウム電池を不活性化するにしても、使用済みリチウム電池を回収して、その不活性化処理を行う場所まで搬送し、保管する必要がある。使用済みとして廃棄される電池の中には、放電が完了しておらず、充電状態の電池も含まれている。このため、使用済み電池を、重なりあって、ごちゃ混ぜに保管した状態で、ショートによる火災発生の危険性を常に抱えていることが現状である。また、リチウム電池の容器が損傷されて、リチウムの露出があると水分と反応して発火にいたる可能性は否定できない。一方で、上記の日本電池工業会マニュアルに示すように＋／−極が接触しないようにビニールテープ等で絶縁処理を行うことは、労力が多大にかかり、そのための労務費が必要となるためコスト高である。

これらの問題を回避するためには、使用済みリチウム電池の放電を完了させ不活性化を図ることが必要である。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、使用済みリチウム電池の放電を容易かつ安価に行い、リチウム電池を不活性化する、リチウム電池の処理方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）リチウム電池を溶液中に侵漬して、放電させて不活性化することを特徴とするリチウム電池の処理方法。
（２）塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、塩化カリウムの中から選択される少なくとも１つを電解質とする水溶液を用いることを特徴とする（１）に記載のリチウム電池の処理方法。
（３）水溶液の濃度が０．５〜５ｍａｓｓ％であることを特徴とする（２）に記載のリチウム電池の処理方法。
（４）リチウム電池を浸漬する溶液として海水を用いることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載のリチウム電池の処理方法。

本発明によれば、リチウム電池の放電が安価な方法ですみやかに可能となる。これにより、リチウム電池を放電後の不活性化された状態で保管・搬送でき、ショートによる火災発生の危険度を大幅に低減できる。

本発明の一実施形態を示す概略図である。リチウム電池の電圧と海水浸漬後経過日数との関係を示すグラフである。（実施例１）リチウム電池の電圧と塩化ナトリウム水溶液浸漬後経過日数との関係を示すグラフである。（実施例２）

本発明では、使用済みリチウム電池を溶液中に侵漬することにより、すみやかに放電を完了させ、これによりリチウム電池を不活性化することを特徴とする
リチウム電池を侵漬する溶液としては、電流を通すものである必要があり、電解質溶液を用いることが好ましい。

電解質としては、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ₄）、塩化カリウム（ＫＣｌ）の中から選択される少なくとも１つ以上を用いることが好ましい。これらの電解質は安価で入手が容易であるため、廃棄物の処理に好適である。

塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、塩化カリウムの中から選択される少なくとも１つ以上を電解質とする水溶液の濃度は、０．５〜５ｍａｓｓ％であることが好ましい。したがってリチウム電池を浸漬する溶液としては、たとえば、塩化ナトリウムを０．５ｍａｓｓ％〜５ｍａｓｓ％添加した水溶液を用いることができる。水溶液の濃度が０．５ｍａｓｓ％未満であると、リチウム電池の放電完了までに時間を要する。水溶液の濃度が増加すると、放電に要する時間は短縮するが、水溶液の濃度が５ｍａｓｓ％を超えても、放電時間にあまり変化は無く、その効果は飽和する。

リチウム電池を浸漬する溶液には、海水を使用することが特に好ましい。海水の構成成分は、水：９６．６ｍａｓｓ％、塩分：３．４ｍａｓｓ％であり、この内、塩分は塩化ナトリウム：７７．９ｍａｓｓ％、塩化マグネシウム：９．６ｍａｓｓ％、硫酸マグネシウム：６．１ｍａｓｓ％、硫酸カルシウム：４ｍａｓｓ％、塩化カリウム：２．１ｍａｓｓ％であり、臨海地域等では容易に安価に入手できるため、放電を行うための溶液として好適である。

図１を用いて本発明の一実施形態を説明する。ドラム缶等の大型の容器２に溶液１を満たし、この中に回収された使用済みのリチウム電池３を浸漬して所定期間放置する。容器２にリチウム電池３を投入し、容器２に溶液１を満たすことでリチウム電池３を浸漬することも可能である。リチウム電池３の浸漬時間は、処理するリチウム電池について、規格電圧まで充電されている場合に完全に放電するまでにかかる時間を目安とすることが好ましい。これによりリチウム電池の放電は完了し、不活性化される。その後、リチウム電池３を容器２から取り出し、乾燥させた後、安全に保管等を行なうことができる。乾燥方法としては、例えばブロワによる発生気流を、放電した電池に当てることにより行うことができる。

図１に示すものと同様の試験装置を用いて、リチウム電池の処理試験を行った。予め１８０Ｌの海水１を満たしたドラム缶２に、廃棄物として入手した使用済みリチウム電池３を１０ｋｇ投入し、海水１に侵漬させて、浸漬後の電圧の変化を測定した。リチウム電池３としてはＮｏ．１〜３の３種類を用いた。Ｎｏ．１は型式ＣＲ２０２５、規格電圧３．００Ｖであり、Ｎｏ．２は型式ＤＬ１／３Ｎ、規格電圧３．００Ｖ、Ｎｏ．３は型式ＴＬ−２２００、規格電圧３．６０Ｖである。各リチウム電池の電圧の測定結果を表１および図２に示す。

表１、図２に示すように、廃棄物として入手したにもかかわらずＮｏ．１〜３のリチウム電池の初期の電圧は規格値とほぼ同等の電圧で、充電状態であり、このような充電状態のまま、多数の電池をショートさせた（重なり合って、ごちゃ混ぜ）状態で、すなわち過大な電流が流れた状態で保管、運搬等を行うと、発熱、発火の危険が多大である。

侵積後の日数の経過に従い電圧は低下し、浸漬後６日〜７日後には放電完了となり安全に保管、運搬が可能となったことが分かる。

実施例１と同様にして、海水の替わりに塩化ナトリウム水溶液を用い、塩化ナトリウム水溶液の濃度を変化させてリチウム電池の処理試験を行った。塩化ナトリウム水溶液の濃度は５〜７０ｇ／Ｌ（０．５〜６．５ｍａｓｓ％）の範囲で変化させた。リチウム電池としては型式ＣＲ１２３Ａ、規格電圧３．０Ｖのものを用いた。それぞれの場合について、リチウム電池の電圧の測定結果を表２および図３に示す。

表２、図３に示すように、侵積後経過日数に従いリチウム電池の電圧は低下するが、水溶液の濃度が増加すると、放電に要する時間も短縮する。一方で、水溶液の濃度が５ｍａｓｓ％を超えても、放電時間にあまり変化は無く、放電時間の短縮効果は飽和することが分かる。

１溶液（海水）
２容器（ドラム缶）
３使用済みリチウム電池

Claims

リチウム電池を溶液中に侵漬して、放電させて不活性化することを特徴とするリチウム電池の処理方法。
塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、塩化カリウムの中から選択される少なくとも１つを電解質とする水溶液を用いることを特徴とする請求項１に記載のリチウム電池の処理方法。
水溶液の濃度が０．５〜５ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項２に記載のリチウム電池の処理方法。
リチウム電池を浸漬する溶液として海水を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のリチウム電池の処理方法。