JP2011154833A - アルミニウム箔と正極活物質の分離方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リチウムイオン二次電池に使用されるアルミニウム箔付正極材からアルミニウム箔と正極活物質を簡単に固体のまま分離することを目的とする。
【解決手段】 リチウムイオン電池の有価物回収において、
アルミニウム箔と正極活物質からなる正極材を切断し、アルカリ溶液中に浸漬撹拌することにより、アルミニウム箔と正極活物質を固体のまま分離回収するアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
【選択図】図１
【解決手段】 リチウムイオン電池の有価物回収において、
アルミニウム箔と正極活物質からなる正極材を切断し、アルカリ溶液中に浸漬撹拌することにより、アルミニウム箔と正極活物質を固体のまま分離回収するアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
【選択図】図１
Description
本発明は、リチウムイオン２次電池等の本体から有価金属を回収する方法に関するものであり、より詳しく述べるならば、リチウムイオン２次電池に含まれる正極材からアルミニウム箔を分離し、有価金属を含む正極活物質とアルミニウム箔を回収する技術に関する。
リチウムイオン２次電池はハイブリッド自動車用として急速に用途が広がっており、更にユニットの高容量化により大型のものの生産量が急増することが予想される。また、リチウムイオン２次電池の需要拡大に対して、リチウムイオン２次電池からの有価金属回収方法の確立が求められている。
このリチウムイオン２次電池は主に正極、負極、セパレーター、筐体からなっており、正極はアルミニウム箔の集電体上にＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｌｉを含む正極活物質とカーボンブラック等の導電剤をフッ素系等のバインダーに混練、塗布した構造となっている。正極材は厚み１５ミクロン程度のアルミニウム箔と正極活物質を含むバインダー層からなっており、外観はアルミニウム箔上に黒色の正極活物質が塗布されている。
リチウムイオン２次電池から有価金属を回収するためには正極材の正極活物質とアルミニウム箔を分離する必要がある。正極材からアルミニウム箔を剥離させる方法としては、例えば特開平０８−２２８４６（特許文献１）に記載の方法では、正極材を乾式処理して正極活物質を回収しているが、得られる正極活物質に不純物が混入する可能性がある欠点があった。
一方で、湿式処理による場合では、例えば特開２００６−４８８３（特許文献２）に開示されているようにシュウ酸溶液を用いた方法や、特開２００７−１２２８８５（特許文献３）に開示されている硫酸溶液を用いて正極材からアルミニウム箔を剥離する方法がある。また、特開平１０−２５５８６２（特許文献４）によると、酸性溶液、アルカリ金属の水酸化物溶液、アルカリ金属のアルコール溶液若しくは有機溶媒のうちのいずれかに浸漬することにより、電極材と活物質が分離可能だとしているが、実施例４の記載を見るとアルミニウムを完全に溶解してしまい好ましい処理方法ではない。
リチウムイオン２次電池からの有価金属回収では、例えば、特開２００９−１９３７７８（特許文献５）に記載されるように、正極材から分離した正極活物質は硫酸や過酸化水素で溶解し、有価金属を浸出させる。この時、正極活物質中にアルミニウム箔などの不純物が含まれていれば残渣が増加する原因となり、また、浸出液中にアルミニウムが溶け出せば、有価金属を回収する工程の前にアルミニウムを取り除く工程が必要となる。
本発明は、水酸化ナトリウム水溶液を繰り返し用いてリチウムイオン２次電池等の正極材からアルミニウム箔を分離させ、正極活物質とアルミニウム箔を短時間で効率よく分離回収する方法を提供する。
上記目的を達成するために、以下の本発明を提供する。
（１） リチウムイオン電池の有価物回収において、
アルミニウム箔と正極活物質からなる正極材を切断し、アルカリ溶液中に浸漬撹拌することにより、アルミニウム箔と正極活物質を固体のまま分離回収するアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
（１） リチウムイオン電池の有価物回収において、
アルミニウム箔と正極活物質からなる正極材を切断し、アルカリ溶液中に浸漬撹拌することにより、アルミニウム箔と正極活物質を固体のまま分離回収するアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
（２）上記（１）において、使用するアルカリ溶液中のアルカリ剤濃度が３０〜７０g/Lであるアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
（３）上記（１）から（２）の何れかにおいて、投入動力が０．１〜１．０W/Lであるアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
（４）上記（１）から（３）の何れかにおいて、正極材の切断において、
０．５から５ｃｍ角に切断するアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
（５）上記（１）から（４）の何れかにおいて、使用するアルカリ剤がＮａＯＨであるアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
（６）上記（１）から（５）の何れかにおいて、浮上したアルミニウム箔を網状物により回収することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
（７）上記（１）から（５）の何れかにおいて、使用するアルカリ剤を繰り返し使用することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
（４）上記（１）から（３）の何れかにおいて、正極材の切断において、
０．５から５ｃｍ角に切断するアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
（５）上記（１）から（４）の何れかにおいて、使用するアルカリ剤がＮａＯＨであるアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
（６）上記（１）から（５）の何れかにおいて、浮上したアルミニウム箔を網状物により回収することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
（７）上記（１）から（５）の何れかにおいて、使用するアルカリ剤を繰り返し使用することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
本発明により、
（１）リチウムイオン２次電池のアルミニウム箔付き正極材から短時間で効率よくアルミニウム箔と正極活物質を分離回収することができる。
（２）アルミニウムを完全に溶解せずに、箔で回収できるためアルカリ剤の使用量が少なくて済み、且つアルミニウムの除去が、極めて効率的にできる。
（１）リチウムイオン２次電池のアルミニウム箔付き正極材から短時間で効率よくアルミニウム箔と正極活物質を分離回収することができる。
（２）アルミニウムを完全に溶解せずに、箔で回収できるためアルカリ剤の使用量が少なくて済み、且つアルミニウムの除去が、極めて効率的にできる。
本発明によるリチウムイオン２次電池のアルミニウム箔付き正極材から正極活物質とアルミニウム箔を分離回収する方法を以下に説明する。
リチウムイオン2次電池を解体して得られるアルミニウム箔付き正極材は、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液に浸漬・攪拌させることによって、アルミニウム箔から正極活物質を剥離して分離する。
これは、水酸化ナトリウム水溶液中の水酸化物イオンがアルミニウムと反応し、アルミニウムの水酸化物イオンとなって一部溶解することにより、正極活物質がアルミニウム箔から剥離されるためである。
これは、水酸化ナトリウム水溶液中の水酸化物イオンがアルミニウムと反応し、アルミニウムの水酸化物イオンとなって一部溶解することにより、正極活物質がアルミニウム箔から剥離されるためである。
使用する水酸化ナトリウム水溶液の濃度としては、３０ｇ/Ｌより低い濃度では正極活物質の剥離が難しいため、３０ｇ/Ｌ以上で行うと良い。また、濃度が７０g/Ｌより高い濃度になると、水酸化ナトリウム溶液とアルミニウムとの反応による水素ガスの発生が激しく、アルミニウムの溶解も速いため、好ましくは水酸化ナトリウム水溶液濃度３０〜７０ｇ/Ｌの範囲とする。
リチウムイオン２次電池等を解体すると正極材は巻芯に巻かれており、この正極材を切断して水酸化ナトリウム水溶液に投入する。投入する切断された正極材の面積が大きすぎると、アルミニウム箔が小さく丸まり、正極材がうまく剥離されない。従って、予め1辺の長さを1〜３ｃｍ角程度に切断しておくことが好ましい。
水酸化ナトリウム水溶液に対する正極材の投入量は１０〜４０ｇ/Ｌが適当である。また、投入動力は０．１〜１．０W/Lの範囲とする。尚、正極材からの正極活物質の剥離に要する時間は、水酸化ナトリウム水溶液の濃度によって異なるが、概ね5分程度である。
正極材を０．５から５ｃｍ角より好ましくは、０．８から２ｃｍ角程度に切断することにより、３０〜７０g／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液の濃度範囲において、アルミニウムの溶解により発生した気泡によって分離できる。
水酸化ナトリウムの濃度は、より好ましくは、５０〜７０g/Ｌである、アルミニウム箔の分離が容易なためである。
上記の大きさにすることにより、意外にも剥離されたアルミニウム箔は水酸化ナトリウム水溶液中で浮上し、剥離した正極活物質は底に沈む。
浮上したアルミニウム箔は適当なメッシュの網等ですくい上げることにより回収する。
また、水酸化ナトリウム水溶液中に残った正極活物質は濾過することにより回収できる。
このことにより、アルミニウムの除去が極めて簡易にでき、アルカリ剤の使用量も少なくて、除去費用も極めて安価で処理可能である。
水酸化ナトリウムの濃度は、より好ましくは、５０〜７０g/Ｌである、アルミニウム箔の分離が容易なためである。
上記の大きさにすることにより、意外にも剥離されたアルミニウム箔は水酸化ナトリウム水溶液中で浮上し、剥離した正極活物質は底に沈む。
浮上したアルミニウム箔は適当なメッシュの網等ですくい上げることにより回収する。
また、水酸化ナトリウム水溶液中に残った正極活物質は濾過することにより回収できる。
このことにより、アルミニウムの除去が極めて簡易にでき、アルカリ剤の使用量も少なくて、除去費用も極めて安価で処理可能である。
正極活物質の剥離に使用した水酸化ナトリウム水溶液の濾液は、そのまま次の剥離操作に繰り返し使用できる。繰り返し使用できる回数は水酸化ナトリウム水溶液の濃度によるが、濃度が３０ｇ/Ｌで３回程度、６０ｇ/Ｌで8回程度である。
水酸化ナトリウム水溶液を繰り返し使用することで、水溶液中にアルミニウムとリチウムの複合水酸化物の沈殿が生成されるが、この沈殿も濾過することにより、その濾液は正極材のアルミニウム箔分離に使用できる。
（実施例１）
リチウムイオン２次電池を解体して得られた正極材２１．０gを１〜３cm角に切断し、６２．４g/Ｌの水酸化ナトリウム水溶液1Ｌ投入し、投入動力０．３〜１．０W/Lで撹拌した。投入後すぐに分離されたアルミニウム箔が浮上し、約３分で正極活物質が剥離した。浮上したアルミニウム箔は網で回収し、底に沈んだ正極活物質は濾過により回収した。この時得られた濾液に再び切断した正極材約２０gを投入し、アルミニウム箔を分離させた。同様の操作を繰り返した結果、１０回までアルミニウム箔の分離が可能であった。
リチウムイオン２次電池を解体して得られた正極材２１．０gを１〜３cm角に切断し、６２．４g/Ｌの水酸化ナトリウム水溶液1Ｌ投入し、投入動力０．３〜１．０W/Lで撹拌した。投入後すぐに分離されたアルミニウム箔が浮上し、約３分で正極活物質が剥離した。浮上したアルミニウム箔は網で回収し、底に沈んだ正極活物質は濾過により回収した。この時得られた濾液に再び切断した正極材約２０gを投入し、アルミニウム箔を分離させた。同様の操作を繰り返した結果、１０回までアルミニウム箔の分離が可能であった。
上記の試験で剥離した正極活物質の分析結果を表１に示す。この結果から、正極材から剥離した正極活物質にはアルミニウムがほとんど含まれておらず、うまく分離ができていることが分かる。
次に、上記の試験で繰り返し使用した水酸化ナトリウム水溶液の分析結果を表２に示す。この結果から、水酸化ナトリウム水溶液中にはリチウムとアルミニウムが溶出することが分かる。また、水酸化ナトリウム水溶液中に溶解するアルミニウムは１０％程度であった。また、下記のデータから攪拌時間は、３から５分程度で充分のことが把握された。
回収されたアルミニウム箔は元の重量の約８０％を有しており、大部分のアルミニウム箔が回収可能であることが確認できた。
回収されたアルミニウム箔は元の重量の約８０％を有しており、大部分のアルミニウム箔が回収可能であることが確認できた。
（実施例２）
リチウムイオン２次電池を解体して得られた正極材１０．３gを１〜３cm角に切断し、３０．０g/Ｌの水酸化ナトリウム水溶液1Ｌに投入し、投入動力０．５W/Lで撹拌した。投入後すぐに分離されたアルミニウム箔が浮上し、約５分で正極活物質が剥離した。
浮上したアルミニウム箔は網で回収し、底に沈んだ正極活物質は濾過により回収した。この時得られた濾液に再び切断した正極材約１０gを投入し、アルミニウム箔を分離させた。同様の操作を繰り返した結果、４回までアルミニウム箔の分離が可能であった。
リチウムイオン２次電池を解体して得られた正極材１０．３gを１〜３cm角に切断し、３０．０g/Ｌの水酸化ナトリウム水溶液1Ｌに投入し、投入動力０．５W/Lで撹拌した。投入後すぐに分離されたアルミニウム箔が浮上し、約５分で正極活物質が剥離した。
浮上したアルミニウム箔は網で回収し、底に沈んだ正極活物質は濾過により回収した。この時得られた濾液に再び切断した正極材約１０gを投入し、アルミニウム箔を分離させた。同様の操作を繰り返した結果、４回までアルミニウム箔の分離が可能であった。
上記の試験で剥離した正極活物質の分析結果を表３に示す。この結果から、実施例１の６２．４ｇ/Ｌの水酸化ナトリウム水溶液を使用した場合と同様に、正極材から剥離した正極活物質にはアルミニウムがほとんど含まれておらず、３０．０ｇ/Ｌの水酸化ナトリウム水溶液でもうまく分離ができていることが分かる。
次に、上記の試験で繰り返し使用した水酸化ナトリウム水溶液の分析結果を表４に示す。この結果から、実施例１と同様に水酸化ナトリウム水溶液中にはリチウムとアルミニウムが溶出することが分かる。
また、水酸化ナトリウムの濃度が、３０．０ｇ/Ｌであり、実施例１の６２．４ｇ/Ｌよりも薄いため、剥離に要する時間は長くなり、水酸化ナトリウム溶液の繰り返し回数も少なくなる。水酸化ナトリウム水溶液中に溶解するアルミニウムは１０〜２０％程度であった。
また、水酸化ナトリウムの濃度が、３０．０ｇ/Ｌであり、実施例１の６２．４ｇ/Ｌよりも薄いため、剥離に要する時間は長くなり、水酸化ナトリウム溶液の繰り返し回数も少なくなる。水酸化ナトリウム水溶液中に溶解するアルミニウムは１０〜２０％程度であった。
Claims (7)
- リチウムイオン電池の有価物回収において、
アルミニウム箔と正極活物質からなる正極材を切断し、アルカリ溶液中に浸漬撹拌することにより、アルミニウム箔と正極活物質を固体のまま分離回収することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。 - 請求項１において、使用するアルカリ溶液中のアルカリ剤濃度が３０〜７０g/Lであることを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
- 請求項１から請求項２の何れかにおいて、投入動力が０．１〜１．０W/Lであることを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
- 請求項１から請求項３の何れかにおいて、正極材の切断において、
０．５から５ｃｍ角に切断することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。 - 請求項１から請求項４の何れかにおいて、使用するアルカリ剤がＮａＯＨであることを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
- 請求項１から請求項５の何れかにおいて、浮上したアルミ二ウム箔を網状物により回収することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
- 請求項１から請求項６の何れかにおいて、使用するアルカリ剤を繰り返し使用することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
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