JP2012022969A - Method for regenerating electrode of lithium ion battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン電池(以下、単にLIBとも略記する)の電極再生方法に関する。 The present invention relates to a method for regenerating an electrode of a lithium ion battery (hereinafter also simply referred to as LIB).
従来のLIBのリサイクル技術は、電池を完全に破壊し、強酸などを用いて電極活物質層を集電体から剥がし、希少金属元素などを鉱物として回収する技術に限られていた。 Conventional LIB recycling technology is limited to a technology that completely destroys a battery, peels off an electrode active material layer from a current collector using a strong acid or the like, and collects a rare metal element or the like as a mineral.
この方法では多大な工数と薬品代、専用の処理槽などを要するため、回収される有価物のコストは、これらのコストが含まれるために思うように下がらず、原料にもよるが正極活物質の場合で、新規に鉱石から精錬する場合に比べて半分から1/3程度にしかならない。そのため、コストメリットがあるのはCo、Cu、Liなどに限られている。 This method requires a large amount of man-hours, chemical costs, and dedicated processing tanks. Therefore, the cost of recovered valuables does not drop as expected because these costs are included. In this case, it is only about half to 1/3 of the case of newly refining from ore. Therefore, the cost merit is limited to Co, Cu, Li and the like.
また、バインダは酸や熱処理で劣化するため低分子量化が進行し、もはやバインダとしての再利用は不可能である。 In addition, since the binder is deteriorated by acid or heat treatment, the molecular weight is reduced, and the binder can no longer be reused.
集電体も強酸を用いる場合は、酸で溶解してしまうか少なくとも著しく劣化するため、電子導通は期待できず、精錬しなおす必要が生じる。 When the current collector also uses a strong acid, the current collector is dissolved by an acid or at least remarkably deteriorates, so that electronic conduction cannot be expected and refining is required.
特許文献1には、電池を完全に破壊せずに、電極(正極)を水かアルコールで洗浄後、pH0〜3の硫酸水溶液中で浸漬撹拌することより正極集電体と活物質とを分離回収する方法が提案されている。 In Patent Document 1, the electrode (positive electrode) is washed with water or alcohol without completely destroying the battery, and then the positive electrode current collector and the active material are separated by immersion and stirring in an aqueous sulfuric acid solution having a pH of 0 to 3. A collection method has been proposed.
しかしながら、特許文献1に記載の方法でも、正極活物質層を粉々に破壊してから、正極活物質に用いた希少金属元素などを鉱物として再利用するものになっている。即ち、特許文献1を含む従来技術では、塗工された電極(集電体に塗工・形成された電極活物質層)として再利用できないため、リサイクルの観点からして、コスト的、環境負荷的に有利ではないといった問題があった。 However, even in the method described in Patent Document 1, after the positive electrode active material layer is broken into pieces, a rare metal element or the like used in the positive electrode active material is reused as a mineral. That is, in the prior art including Patent Document 1, since it cannot be reused as a coated electrode (electrode active material layer coated / formed on a current collector), from the viewpoint of recycling, cost and environmental impact There was a problem that it was not advantageous.
そこで、本発明は、使用済みLIBを、塗工された電極の形態を保持したまま、その電極を再生・再利用して再生電池を得ることのできるLIBの電極再生方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an LIB electrode regeneration method in which a regenerated battery can be obtained by regenerating and reusing a used LIB while maintaining the form of a coated electrode. And
上記目的は、使用済みLIBの電極を極性溶媒で洗浄し、該電極の容量劣化の主成分である活物質粒子表面に付着したLiを含む劣化物を洗い流し、十分乾燥して洗浄溶媒を揮散させ乾燥した電極を有する電池に再注液するLIBの電極再生方法により達成される。 The purpose of the above is to wash the used LIB electrode with a polar solvent, wash away the deteriorated material containing Li adhering to the surface of the active material particles, which is the main component of capacity deterioration of the electrode, and dry it sufficiently to evaporate the washing solvent. This is achieved by the LIB electrode regeneration method of re-injecting a battery having a dry electrode.
本発明によれば、電極(特に活物質粒子)表面に存在するSEI(solid electrolyte interface)に代表される堆積物を極性溶媒で処理する(洗浄する)ことにより、電極をそのまま再生することがでる。そのため、電極を破壊することも強酸、強アルカリを用いることもないので、固体廃棄物も発生しないため環境負荷が低く、安価な再生電池を供給できる。 According to the present invention, the electrode can be regenerated as it is by treating (washing) the deposit represented by SEI (solid electrolyte interface) present on the surface of the electrode (especially active material particles) with a polar solvent. . For this reason, the electrode is not destroyed, and no strong acid or strong alkali is used. Therefore, no solid waste is generated, and the environmental load is low and an inexpensive rechargeable battery can be supplied.
以下、本発明のリチウムイオン電池の電極再生方法の代表的な実施形態につき、図面を用いて詳しく説明する。 Hereinafter, typical embodiments of a method for regenerating an electrode of a lithium ion battery of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[I]実施形態全体に共通するリチウムイオン電池の全体構造及び外観について
以下に説明するいずれの実施形態にも適用し得る使用済みのLIBとして、再生・再利用が可能な代表的なLIBの全体構造及び外観につき、図面を用いて簡単に説明する。
[I] Overall Structure and Appearance of Lithium Ion Batteries Common to All Embodiments As a used LIB that can be applied to any of the embodiments described below, the entire typical LIB that can be recycled and reused The structure and appearance will be briefly described with reference to the drawings.
(1)電池の全体構造について
再生・再利用が可能なLIBとしては、特に制限されるものではない。例えば、LIBを形態・構造で区別した場合には、巻回型(円筒型)電池、積層型(扁平型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。
(1) Overall structure of battery The LIB that can be regenerated and reused is not particularly limited. For example, when the LIB is distinguished by its form / structure, it can be applied to any conventionally known form / structure, such as a wound (cylindrical) battery or a stacked (flat) battery.
以下の図面を用いた説明では、代表的なLIBである積層型の扁平なリチウムイオン電池を例に挙げて説明する。ただし、本実施形態の技術的範囲は下記の形態のみに制限されない。 In the following description using the drawings, a description will be given by taking a laminated flat lithium ion battery as a typical LIB as an example. However, the technical scope of the present embodiment is not limited to the following forms.
図1は、以下に示すいずれの実施形態にも適用し得る使用済みのLIBとして、再生利用が可能な積層型の扁平なリチウムイオン電池(単に積層型電池ともいう)の基本構成を示す概略図である。図1に示すように、再生・再利用が可能な積層型電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装体であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、負極集電体11の両面に負極活物質層13が配置された負極と、電解質層17と、正極集電体12の両面に正極活物質層15が配置された正極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの負極活物質層13とこれに隣接する正極活物質層15とが、電解質層17を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a stacked flat lithium ion battery (also simply referred to as a stacked battery) that can be recycled as a used LIB that can be applied to any of the following embodiments. It is. As shown in FIG. 1, in the rechargeable / reusable stacked
これにより、隣接する負極、電解質層および正極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、積層型電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層負極集電体には、いずれも片面のみに負極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図1とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面または両面に正極活物質層が配置されているようにしてもよい。
Thereby, the adjacent negative electrode, electrolyte layer, and positive electrode constitute one
負極集電体11および正極集電体12は、各電極(負極および正極)と導通される負極タブ25および正極タブ27がそれぞれ取り付けられ、ラミネートシート29の端部に挟まれるようにしてラミネートシート29の外部に導出される構造を有している。負極タブ25および正極タブ27はそれぞれ、必要に応じて負極リードおよび正極リード(図示せず)を介して、各電極の負極集電体11および正極集電体12に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。
The negative electrode
また再生・再利用の観点からは、巻回型(円筒型)よりも積層型(扁平型)電池10の方が、解体せずに電池のまま、あるいは半解体した電極(集電体+電極活物質層)のまま、比較的簡単に取り扱うことができる点で有利である。
Further, from the viewpoint of recycling and reuse, the stacked (flat)
なお、再生・再利用が可能なLIBを構成する各部材については、特に制限されるものではなく、従来公知のものが利用可能である。以下、各部材につき説明する。 The members constituting the LIB that can be reproduced and reused are not particularly limited, and conventionally known members can be used. Hereinafter, each member will be described.
(a)集電体
正負極集電体12、11は、導電性材料から構成される。正負極集電体12、11の大きさは、LIBの使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型のLIBに用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。正負極集電体12、11の厚さについても特に制限はない。正負極集電体12、11の厚さは、通常は1〜100μm程度である。
(A) Current collector The positive and negative electrode
正負極集電体12、11を構成する材料に特に制限はない。例えば、金属や、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂が採用されうる。具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅などが挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、またはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス、銅が好ましい。
There is no restriction | limiting in particular in the material which comprises the positive /
また、導電性高分子材料としては、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾールなどが挙げられる。かような導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または集電体の軽量化の点において有利である。 Examples of the conductive polymer material include polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polyacrylonitrile, and polyoxadiazole. Since such a conductive polymer material has sufficient conductivity without adding a conductive filler, it is advantageous in terms of facilitating the manufacturing process or reducing the weight of the current collector.
非導電性高分子材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレン−ブタジエンゴム、ポリアクリロニトリル、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデンまたはポリスチレンなどが挙げられる。かような非導電性高分子材料は、優れた耐電位性または耐溶媒性を有しうる。 Non-conductive polymer materials include, for example, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyether nitrile, polyimide, polyamideimide, polyamide, polytetrafluoroethylene, styrene-butadiene rubber, polyacrylonitrile, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, Examples thereof include polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, and polystyrene. Such a non-conductive polymer material may have excellent potential resistance or solvent resistance.
上記の導電性高分子材料または非導電性高分子材料には、必要に応じて導電性フィラーが添加されうる。特に、集電体の基材となる樹脂が非導電性高分子のみからなる場合は、樹脂に導電性を付与するために必然的に導電性フィラーが必須となる。導電性フィラーは、導電性を有する物質であれば特に制限なく用いることができる。例えば、導電性、耐電位性、またはリチウムイオン遮断性に優れた材料として、金属および導電性カーボンなどが挙げられる。金属としては、特に制限はないが、Ni、Ti、Al、Cu、Pt、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Sb、およびKからなる群から選択される少なくとも1種の金属もしくはこれらの金属を含む合金または金属酸化物を含むことが好ましい。また、導電性カーボンとしては、特に制限はないが、アセチレンブラック、バルカン、ブラックパール、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーンおよびフラーレン等が挙げられる。導電性フィラーの添加量は、正負極集電体12、11に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。
A conductive filler may be added to the conductive polymer material or the non-conductive polymer material as necessary. In particular, when the resin used as the base material of the current collector is made of only a non-conductive polymer, a conductive filler is inevitably necessary to impart conductivity to the resin. The conductive filler can be used without particular limitation as long as it is a substance having conductivity. For example, metals, conductive carbon, etc. are mentioned as a material excellent in electroconductivity, electric potential resistance, or lithium ion barrier | blocking property. The metal is not particularly limited, but at least one metal selected from the group consisting of Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb, and K, or these metals It is preferable to contain an alloy or metal oxide containing. The conductive carbon is not particularly limited, and examples thereof include acetylene black, vulcan, black pearl, carbon nanofiber, ketjen black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanoballoon, and fullerene. The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it can provide sufficient conductivity to the positive and negative electrode
また最外層集電体の材質としては、例えば、金属や導電性高分子が採用されうる。電気の取り出しやすさの観点からは、好適には金属材料が用いられる。具体的には、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などの金属材料が挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性、電池作動電位という観点からは、アルミニウム、銅が好ましい。 Moreover, as a material of the outermost layer current collector, for example, a metal or a conductive polymer can be adopted. From the viewpoint of ease of taking out electricity, a metal material is preferably used. Specifically, metal materials, such as aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper, are mentioned, for example. In addition to these, a clad material of nickel and aluminum, a clad material of copper and aluminum, or a plating material of a combination of these metals can be preferably used. Moreover, the foil by which aluminum is coat | covered on the metal surface may be sufficient. Of these, aluminum and copper are preferable from the viewpoints of electron conductivity and battery operating potential.
(b)活物質層
正負極活物質層15、13は、活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
(B) Active material layer The positive and negative electrode active material layers 15 and 13 contain an active material, and further contain other additives as required.
正極活物質層15は、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、Li(Ni−Co−Mn)O2、LiFePO4およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
The positive electrode
負極活物質層13は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、天然黒鉛、MCMB(メソフェーズカーボンマイクロビーズ)型黒鉛、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、Li4Ti5O12)、Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、Znなどのリチウムと合金化する材料、リチウム合金系負極材料などが挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物またはリチウムと合金化する材料が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
The negative electrode
正負極活物質層15、13に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されなく0.1〜100μm程度であればよいが、高出力化の観点からは、好ましくは1〜20μmである。 The average particle diameter of each of the active materials contained in the positive and negative electrode active material layers 15 and 13 is not particularly limited and may be about 0.1 to 100 μm, but preferably 1 to 20 μm from the viewpoint of high output. is there.
正極活物質層15および負極活物質層13は、バインダを含む。
The positive electrode
正負極活物質層15、13に用いられるバインダとしては、特に限定されないが、例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルボキシメチルセルロース、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニル等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム、ビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位双方に安定であり活物質層に使用が可能となる。これらのバインダは、1種単独で用いてもよいし、2種併用してもよい。 Although it does not specifically limit as a binder used for the positive / negative electrode active material layers 15 and 13, For example, the following materials are mentioned. Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyether nitrile, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, carboxymethyl cellulose, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyvinyl chloride, styrene / butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber , Thermoplastic polymers such as ethylene / propylene / diene copolymers, styrene / butadiene / styrene block copolymers and their hydrogenated products, styrene / isoprene / styrene block copolymers and their hydrogenated products, polyvinylidene fluoride ( PVdF), polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether Copolymers, ethylene / tetrafluoroethylene copolymers, polychlorotrifluoroethylene, ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymers, fluororesins such as polyvinyl fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluororubber, vinylidene fluoride Ride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber, vinylidene fluoride-based fluororubber, epoxy resin and the like. Among these, polyvinylidene fluoride, polyimide, styrene / butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide are more preferable. These suitable binders are excellent in heat resistance, have a very wide potential window, are stable at both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and can be used for the active material layer. These binders may be used alone or in combination of two.
正負極活物質層15、13中に含まれるバインダ量は、活物質を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは活物質層に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。 The amount of the binder contained in the positive and negative electrode active material layers 15 and 13 is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the active material, but preferably 0.5% with respect to the active material layer. It is -15 mass%, More preferably, it is 1-10 mass%.
正負極活物質層15、13に含まれうるその他の添加剤としては、例えば、導電助剤、電解質塩(リチウム塩)、イオン伝導性ポリマー等が挙げられる。 Examples of other additives that can be included in the positive and negative electrode active material layers 15 and 13 include a conductive additive, an electrolyte salt (lithium salt), and an ion conductive polymer.
導電助剤とは、正極活物質層15、負極活物質層13の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。
The conductive assistant refers to an additive that is blended in order to improve the conductivity of the positive electrode
電解質塩(リチウム塩)としては、Li(C2F5SO2)2N、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiBETI等が挙げられる。 Examples of the electrolyte salt (lithium salt) include Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , and LiBETI.
イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)系およびポリプロピレンオキシド(PPO)系のポリマーが挙げられる。 Examples of the ion conductive polymer include polyethylene oxide (PEO) -based and polypropylene oxide (PPO) -based polymers.
正極活物質層および負極活物質層中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。各活物質層の厚さについても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、各活物質層の厚さは、2〜100μm程度である。 The compounding ratio of the components contained in the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer is not particularly limited. The blending ratio can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion batteries. The thickness of each active material layer is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be appropriately referred to. For example, the thickness of each active material layer is about 2 to 100 μm.
(c)電解質層(電解液含浸セパレータ)
電解質層17を構成する電解質としては、電解液(液体電解質)が用いられうる。
(C) Electrolyte layer (electrolyte impregnated separator)
As the electrolyte constituting the
液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)等のカーボネート類が例示される。また、支持塩(リチウム塩)としては、LiBETI等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。 The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent that can be used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, and diethyl carbonate (DEC). Further, as the supporting salt (lithium salt), a compound that can be added to the active material layer of the electrode, such as LiBETI, can be similarly employed.
なお、電解質層17を構成するセパレータ16の具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。また、不織布セパレータなどを用いることもできる。さらに、表面に有機樹脂または無機粒子からなる耐熱層を設けたセパレータを用いることもできる。
In addition, as a specific form of the
(d)電極タブおよびリード
電池外部に電流を取り出す目的で、電極タブ27、25を用いてもよい。電極タブは集電体や集電板に電気的に接続され、電池外装材であるラミネートシートの外部に取り出される。
(D) Electrode tabs and leads
電極タブを構成する材料は、特に制限されず、LIB用の電極タブとして従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。電極タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい。なお、正極タブ27と負極タブ25とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。
The material which comprises an electrode tab is not restrict | limited in particular, The well-known highly electroconductive material conventionally used as an electrode tab for LIB may be used. As a constituent material of the electrode tab, for example, metal materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel, and alloys thereof are preferable, and aluminum, copper, and the like are more preferable from the viewpoint of light weight, corrosion resistance, and high conductivity. . Note that the same material may be used for the
正極端子リードおよび負極端子リード(共に図示せず)に関しても、必要に応じて使用する。正極端子リードおよび負極端子リードの材料は、公知のLIBで用いられる端子リードを用いることができる。なお、電池外装材29から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。
A positive terminal lead and a negative terminal lead (both not shown) are also used as necessary. As the material of the positive terminal lead and the negative terminal lead, a terminal lead used in a known LIB can be used. It should be noted that the part taken out from the battery
(e)電池外装材
電池外装材29としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。
(E) Battery exterior material As the
(2)電池の外観について
図2は、以下に示すいずれの実施形態にも適用し得る使用済みのLIBとして、再生利用が可能な積層型の扁平なリチウムイオン電池の外観を模式的に表した斜視図である。図2に示すように、再生・再利用が可能な積層型電池10は、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための負極タブ25、正極タブ27が引き出されている。発電要素21は、電池10の外装体29によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素21は負極タブ25および正極タブ27を引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素21は、図1に示す積層型電池10の発電要素21に相当し、負極活物質層13、電解質層17および正極活物質層15で構成される単電池層19が複数積層されたものである。
(2) Appearance of Battery FIG. 2 schematically shows the appearance of a laminated flat lithium ion battery that can be recycled as a used LIB that can be applied to any of the following embodiments. It is a perspective view. As shown in FIG. 2, the regenerative and reusable stacked
なお、再生・再利用が可能なLIBは、図1、2に示すような扁平な形状(積層型)のものに制限されるわけではない。例えば、巻回型のLIBでは、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよい。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートシートを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよく、特に制限はない。好ましくは、発電要素(電池要素)がアルミニウムラミネートフィルムで外装される。当該形態により、軽量化、および本実施形態の電極再生法の適用が容易である。 The recyclable / reusable LIB is not limited to a flat shape (stacked type) as shown in FIGS. For example, the wound type LIB may have a cylindrical shape, or may be a flattened rectangular shape by deforming such a cylindrical shape. In the cylindrical shape, a laminate sheet or a conventional cylindrical can (metal can) may be used as the exterior material, and there is no particular limitation. Preferably, the power generation element (battery element) is covered with an aluminum laminate film. With this configuration, weight reduction and the application of the electrode regeneration method of the present embodiment are easy.
また、図2に示す電極タブ25、27の取り出しに関しても、特に制限されず、負極タブ25と正極タブ27とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし負極タブ25と正極タブ27をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出すようにしてもよい。また、巻回型のLIBでは、電極タブに代えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。
Further, the extraction of the
再生・再利用が可能なLIBは、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池車やハイブリッド燃料電池自動車などの車両駆動用電源や補助電源に好適に利用された使用済み電池を用いることができる。 The recyclable / reusable LIB can be a used battery suitably used for a power source for driving a vehicle and an auxiliary power source of an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, and a hybrid fuel cell vehicle.
(3)組電池
組電池は、上記リチウムイオン二次電池を複数個接続して構成したものである。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
(3) Assembled battery An assembled battery is configured by connecting a plurality of the lithium ion secondary batteries. Specifically, at least two or more are used, and are configured by serialization, parallelization, or both. Capacitance and voltage can be freely adjusted by paralleling in series.
組電池は、リチウムイオン二次電池が複数、直列に又は並列に接続して装脱着可能な小型の組電池を形成する。この装脱着可能な小型の組電池をさらに複数、直列に又は並列に接続して、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池を形成することもできる。作製した装脱着可能な小型の組電池は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池は接続治具を用いて複数段積層される。何個のリチウムイオン電池を接続して組電池を作製するか、また、何段の組電池を積層して組電池を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。 The assembled battery forms a small assembled battery in which a plurality of lithium ion secondary batteries are connected in series or in parallel to be detachable. By connecting a plurality of these detachable battery packs in series or in parallel, a large capacity and high output suitable for vehicle drive power supplies and auxiliary power supplies that require high volume energy density and high volume output density. An assembled battery can also be formed. The small assembled batteries that can be attached and detached are connected to each other using an electrical connection means such as a bus bar, and the assembled batteries are stacked in a plurality of stages using a connection jig. How many lithium-ion batteries are connected to make an assembled battery and how many stages of assembled batteries are stacked to make an assembled battery depends on the battery capacity and output of the vehicle (electric vehicle) installed. You can decide accordingly.
(4)車両
車両は、上記リチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を搭載したことを特徴とするものである。長期信頼性および出力特性に優れた高寿命の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、リチウムイオン電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。リチウムイオン電池またはこれを組み合わせてなる組電池を、例えば、ハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)の他、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いることができる。これにより、高寿命で信頼性の高い自動車となるからである。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
(4) Vehicle A vehicle is equipped with the lithium ion battery or an assembled battery formed by combining a plurality of these. Since a long-life battery excellent in long-term reliability and output characteristics can be configured, it is possible to configure a plug-in hybrid electric vehicle having a long EV mileage and an electric vehicle having a long charge mileage when such a battery is mounted. In other words, a lithium ion battery or an assembled battery obtained by combining a plurality of these batteries can be used as a power source for driving a vehicle. Lithium-ion batteries or battery packs that combine them include, for example, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, electric vehicles (all four-wheeled vehicles (passenger cars, trucks, buses and other commercial vehicles, light vehicles, etc.), two-wheeled vehicles ( (Including motorcycles) and tricycles). This is because the vehicle has a long life and high reliability. However, the application is not limited to automobiles. For example, it can be applied to various power sources for moving vehicles such as other vehicles, for example, trains, and power sources for mounting such as uninterruptible power supplies. It is also possible to use as.
組電池を電気自動車のような車両に搭載するには、電気自動車の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方の通称エンジンルームと呼ばれるエリアでも良い。以上のような組電池を用いた電気自動車は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。 In order to mount the assembled battery on a vehicle such as an electric vehicle, it is mounted under the seat at the center of the body of the electric vehicle. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or an area called an engine room in front of the vehicle. An electric vehicle using the assembled battery as described above has high durability and can provide a sufficient output even when used for a long time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance.
以下、代表的な実施形態につき、図面を用いて詳しく説明する。 Hereinafter, typical embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
[II]第1実施態様(全体的な実施形態)
第1実施形態は、使用済みのLIBに対し、(1)当該電池の正負極の少なくとも一方の電極を極性溶媒で処理する工程、(2)当該溶媒処理電極を乾燥する工程、(3)当該乾燥電極を有する電池に再注液する工程を含むLIBの電極再生方法である。
[II] First embodiment (overall embodiment)
In the first embodiment, for a used LIB, (1) a step of treating at least one of the positive and negative electrodes of the battery with a polar solvent, (2) a step of drying the solvent-treated electrode, (3) the step An LIB electrode regeneration method including a step of re-injecting a battery having a dry electrode.
図3は、本実施形態のLIBの電極再生方法に対し、使用済みの電極を、極性溶媒を用いて処理し、乾燥、再注液して再生・再利用可能な電極(電池)にする様子(イメージないし概念)を模式的に表した図面である。 FIG. 3 shows a state in which used electrodes are treated with a polar solvent, dried and re-injected into a recyclable / reusable electrode (battery) for the LIB electrode regeneration method of the present embodiment. It is drawing which represented (image thru | or concept) typically.
本実施形態の電極再生方法では、まず、抵抗の上昇した使用済みのLIBに対し、使用可能な残存容量が残っている場合には、当該残存容量を十分放電して無害化するのが望ましい。これは、使用済みのLIBに使用可能な残存容量が残っている場合には、再生途中で、自己放電するなどの恐れがあるため、使用可能な残存容量が残らないまで、電極タブ25、27(図1、2参照)を通じて十分に放電する必要がある。具体的には、1C放電により使用済みのLIBの放電電圧が2.5V(以下)になるまで十分に放電するのが望ましい。すなわち、ここでいう、無害化とは、1C放電で、単セル当たり2.5V(以下)まで下げることを言う。ただし、抵抗の上昇した使用済みのLIBに対し、使用可能な残存容量が残っていない場合には、上記したような放電処理(無害化処理)を行うことなく、後述する工程(1)〜(3)を行えばよい。かかる電極再生方法により、堆積物(SEI)を略完全に取り除くことができ、電池容量を60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは70〜95%程度まで復活させることができるものである(実施例1〜14参照のこと)。
In the electrode regeneration method of the present embodiment, first, when a usable remaining capacity remains with respect to a used LIB whose resistance has been increased, it is desirable that the remaining capacity be sufficiently discharged and rendered harmless. This is because when there is a remaining capacity remaining in the used LIB, there is a risk of self-discharge during the regeneration, and therefore, the
また、LIBは充放電を繰り返す(使用期間が長くなる)につれて使用可能な放電容量が漸次(次第)に低下する特性を有する。そのため、抵抗の上昇した使用済みLIBか否かの判断は、使用用途や使用者によっても異なることから一義的に規定することは困難である。本実施形態では、少なくとも規定電圧まで充電(満充電)させた後、使用できる放電容量が、新品の初回放電容量の半分以下になった場合とするが、この他にも使用者が不便を感じて使用済み(廃棄)と判断したLIBが全て対象となり得るものである。因みに、サプライヤー側における使用済みの目安としては、実施例1〜14からもわかるように、初回放電容量の50%以下(実施例では44%)になったものが概ねその対象となり得る(ユーザー側への電池の交換時期の目安ともなり得る)。 In addition, LIB has a characteristic that the usable discharge capacity gradually decreases as charging and discharging are repeated (the use period becomes longer). For this reason, it is difficult to uniquely define whether or not the LIB is a used LIB with increased resistance because it varies depending on the intended use and the user. In the present embodiment, it is assumed that the discharge capacity that can be used after charging (full charge) to at least the specified voltage is less than half of the new initial discharge capacity, but the user also feels inconvenience. Thus, all LIBs determined to be used (discarded) can be targeted. By the way, as a guideline of used on the supplier side, as can be seen from Examples 1 to 14, those that are 50% or less of the initial discharge capacity (44% in the example) can be the target (user side) It can also be an indication of when to replace the battery).
工程(1)について
使用済みのLIBを、必要に応じて十分放電して無害化した後、工程(1)として、当該使用済み電池の正負極の少なくとも一方の電極(単に使用済み電極という)を極性溶媒で処理する工程を行う。
Step (1) After the used LIB is fully discharged and rendered harmless as necessary, as the step (1), at least one of the positive and negative electrodes of the used battery (simply referred to as a used electrode) is used. The process of processing with a polar solvent is performed.
具体的には、図3に示すように、使用済みの電極1aは、いずれも集電体2と、該集電体2上に形成された電極活物質層3とで構成されている。電極活物質層3は、堆積物(SEI)5で表面を覆われた複数の活物質粒子4、更には、バインダ、導電助剤(共に図示せず)で形成されている。
Specifically, as shown in FIG. 3, each used
本工程では、かかる使用済みの電極1aを極性溶媒を用いて処理することで溶媒処理電極1bとする。詳しくは、使用済みの電極1aを極性溶媒(図示せず)を用いて、電解液と電極の活物質粒子の表面に付着した堆積物5を溶解させた後、再度新鮮な極性溶媒でゆすぐ(洗浄する)。こうして極性溶媒で処理することで、最初に極性溶媒に所定時間(例えば、30〜60分間)浸漬した使用済みの電極1a内の各活物質粒子4表面から堆積物5が剥がれ、極性溶媒中に電解液と堆積物5が溶解される。電解液と堆積物5が溶解された極性溶媒は系外に取り除けばよいが、これらも回収して再生・再利用するのが望ましい。その後、再度新鮮な極性溶媒で当該電極1aをゆすぐことで、当該極性溶媒と共に僅かに残存する電解液と堆積物5が略完全に洗い流され(洗い落され)、当該電極1aから取り除かれて溶媒処理電極1bとすることができる。
In this step, the used
ここで、電極の活物質粒子の表面に付着した堆積物、詳しくは容量劣化の主成分であるところの堆積したLi有機塩類などLiを含む劣化物を総称して、単にSEI(solid electrolyte interface)とも称する。このSEIは、以下により作られると言われている。即ち、LIBの充放電使用を繰り返す間に、Liイオンが電極(正極/負極)活物質中と電解液との間で挿入・脱離(または合金・脱合金化)を繰り返す。その際に、電解液(有機溶媒+リチウム塩)が一部還元分解される。この還元分解された有機溶媒の分解生成物などの溶媒由来有機物やLi、正極由来イオンなどの複合物が、電極の活物質粒子の表面でLiイオンは通すが電子は通さないという膜を作るというものである。本実施形態では、このSEIが、誘電率で5.0以上の極性溶媒に特異的に溶解することを見出し、上記極性溶媒による優れた洗浄効果を利用することで、使用済みの電極を粉砕することなく、再生可能な方法を知得し得たものである。実施例1〜14と比較例1〜4を対比参照のこと。なお、いわゆるSEIの他に、セル構成成分によってはLiFなどの塩類の堆積物も生じている可能性があるが、このような塩類も極性溶媒による洗浄を受ける為、効果は同様である。以下、本実施形態では堆積物をSEIに代表させて記述する。 Here, deposits adhering to the surface of the active material particles of the electrode, specifically, deteriorated substances including Li, such as deposited Li organic salts, which are the main components of capacity deterioration, are simply named as SEI (Solid Electrolyte Interface). Also called. This SEI is said to be made by: That is, during repeated use of LIB charge / discharge, Li ions are repeatedly inserted and desorbed (or alloyed / dealloyed) between the electrode (positive electrode / negative electrode) active material and the electrolytic solution. At that time, the electrolytic solution (organic solvent + lithium salt) is partially reduced and decomposed. The organic compound derived from the solvent such as the decomposition product of the reduced organic solvent and the composite such as Li and positive electrode ions form a film that allows Li ions to pass but not electrons to pass through the surface of the active material particles of the electrode. Is. In this embodiment, the SEI is found to be specifically dissolved in a polar solvent having a dielectric constant of 5.0 or more, and the used electrode is pulverized by utilizing the excellent cleaning effect of the polar solvent. Without knowing, a reproducible method was obtained. Compare Examples 1-14 with Comparative Examples 1-4. In addition to so-called SEI, there is a possibility that deposits of salts such as LiF may be generated depending on the cell constituent components. However, since these salts are also washed with a polar solvent, the effect is the same. Hereinafter, in the present embodiment, the deposit is described as being representative of SEI.
本工程(1)では、極性溶媒で処理する際、超音波処理を行うのが望ましい。これは、使用済みの電極を極性溶媒に浸漬して処理する際、超音波処理を行うことで、超音波により電極活物質層内部まで良く洗うことができるためである。即ち、電極活物質層に満遍なく洗浄溶媒(極性溶媒)が浸透して洗浄できる。そのため電極活物質層内部の電解液及び電極(活物質粒子)表面のSEIまでも満遍なく極性溶媒に効果的に溶解させて取り除くことができるためである。超音波処理による洗浄は、望ましくは10分以上60分以下である。超音波処理による洗浄時間が10分以上であれば、満遍なく浸透させることができ、電極活物質層内部まで良く洗う(電解液と堆積物を取り除く)ことができる点で優れている。一方、超音波処理による洗浄時間が60分以内であれば、超音波により熱が上がりすぎて電極活物質層を痛めることもなく、また振動により活物質層が剥離することも無く、効果的に電極活物質層内部まで良く洗う(電解液と堆積物を取り除く)ことができる点で優れている。超音波(周波数)としては、電極の汚れ具合(特に電極(活物質粒子)表面のSEIの付着具合)により適宜調整すればよい。通常、40KHz近辺の周波数を用いれば十分である(実施例12で適用)が、頑固な汚れは、周波数を低くし、キャビテーションの力で落とすのが効果的であり、28kHz近辺の周波数を用いるのがよい。また繊細な汚れは、周波数を高くし、洗浄ムラを少なくして落とすのが効果的であり、100kHz以上の周波数を用いるのがよい。これらは、例えば、事前に予備実験など行うなどして、最適な超音波(周波数)を適宜決定するのが望ましい。 In this step (1), it is desirable to perform ultrasonic treatment when treating with a polar solvent. This is because when the used electrode is soaked in a polar solvent and treated, the inside of the electrode active material layer can be well washed by ultrasonic treatment by performing ultrasonic treatment. That is, the cleaning solvent (polar solvent) can permeate the electrode active material layer evenly and can be cleaned. For this reason, even the electrolyte solution inside the electrode active material layer and the SEI on the surface of the electrode (active material particles) can be uniformly dissolved in a polar solvent and removed. Cleaning by ultrasonic treatment is desirably 10 minutes or more and 60 minutes or less. If the cleaning time by ultrasonic treatment is 10 minutes or more, it is excellent in that it can be permeated evenly and the inside of the electrode active material layer can be washed well (electrolytic solution and deposits are removed). On the other hand, if the cleaning time by the ultrasonic treatment is within 60 minutes, the heat is not increased by the ultrasonic wave and the electrode active material layer is not damaged, and the active material layer is not peeled off by vibration, which is effective. This is excellent in that the inside of the electrode active material layer can be well washed (electrolytic solution and deposits are removed). The ultrasonic wave (frequency) may be appropriately adjusted depending on the degree of electrode contamination (particularly the degree of SEI adhesion on the surface of the electrode (active material particles)). Usually, it is sufficient to use a frequency around 40 KHz (applied in Example 12), but for stubborn dirt, it is effective to lower the frequency and remove it with the force of cavitation, and use a frequency around 28 kHz. Is good. Further, it is effective to remove the delicate dirt by increasing the frequency and reducing the cleaning unevenness, and it is preferable to use a frequency of 100 kHz or more. It is desirable to appropriately determine the optimum ultrasonic wave (frequency), for example, by conducting a preliminary experiment in advance.
ここで、上記使用済み電極とは、使用済みの積層型電池(図1、2参照)の正負極の少なくとも一方の電極をいう。 Here, the used electrode refers to at least one of positive and negative electrodes of a used stacked battery (see FIGS. 1 and 2).
また本実施形態での「極性溶媒」とは、誘電率で5.0以上の溶媒をいうものとする。 Further, the “polar solvent” in the present embodiment refers to a solvent having a dielectric constant of 5.0 or more.
上記極性溶媒としては、特に制限されるものではないが例えば、水、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのプロトン性の極性溶媒;ジエチルエーテル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ピリジン、ジメチルスルフォキシド、アセトニトリル、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、エチレングリコールジメチルエーテルなどの非プロトン性の極性溶媒などを用いることができる。但し、これら極性溶媒に何ら制限されるものではない。また上記に例示した極性溶媒を1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。正負極を同時に処理(洗浄)する場合には、水以外の極性溶媒を用いるのが望ましい。また、正極を処理(洗浄)する場合には、非プロトン性の極性溶媒を用いるのが望ましい。一方、負極を処理(洗浄)する場合には、プロトン性の極性溶媒を用いるのが望ましい。 Although it does not restrict | limit especially as said polar solvent, For example, water, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, formic acid, acetic acid, propionic acid, ethylene glycol, propylene glycol, etc. Protic polar solvents; aprotic polar solvents such as diethyl ether, ethyl acetate, tetrahydrofuran, pyridine, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, cyclohexanone, acetone, methyl ethyl ketone, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, ethylene glycol dimethyl ether A polar solvent or the like can be used. However, it is not limited to these polar solvents. Moreover, the polar solvent illustrated above may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. When the positive and negative electrodes are treated (washed) simultaneously, it is desirable to use a polar solvent other than water. In addition, when the positive electrode is treated (washed), it is desirable to use an aprotic polar solvent. On the other hand, when the negative electrode is treated (washed), it is desirable to use a protic polar solvent.
工程(2)について
次に工程(2)として、当該溶媒処理電極を乾燥する工程を行う。
Step (2) Next, as step (2), a step of drying the solvent-treated electrode is performed.
かかる乾燥には、電池を作製する際に電極製造過程で電極スラリーを塗布した集電体を乾燥させるのと同様の条件で乾燥を行えばよいが、かかる方法に何ら制限されるものではない。例えば、図3に示すように、溶媒処理電極1bを適当な乾燥条件で乾燥して乾燥電極(図示せず)とすることができる。上記(a)の乾燥条件としては、真空乾燥機内で、0.1atm以下で、60〜150℃で5〜24時間乾燥を行えばよい。但し、上記(a)の乾燥条件に何ら制限されるものではなく、上記乾燥条件の範囲を外れていても、本実施形態の作用効果を損なわない範囲であれば、何ら制限されるものではない。減圧を戻す際には、ドライボックス内でドライエアまたはアルゴンガスを用いて行うのが望ましい。あるいは(b)溶媒処理電極1bをドライボックス内で、ドライエア(乾燥空気)またはArガスを用い、適当な乾燥条件で乾燥して乾燥電極とすることもできる。上記(b)の乾燥条件としては、大気圧下で、60〜150℃で3〜24時間乾燥を行えばよい。但し、上記(b)の乾燥条件に何ら制限されるものではなく、上記乾燥条件の範囲を外れていても、本実施形態の作用効果を損なわない範囲であれば、何ら制限されるものではない。上記(a)の乾燥時の真空乾燥機内の圧力が0.1atm以下であれば、十分減圧(真空)状態にできるため、気化した溶媒が再度液化することなく減圧除去することができ、電極内部まで短時間で十分に乾燥することができる点で優れている。上記(b)の乾燥時にドライボックス内で、ドライエアまたはArガスを用いる場合にも、気化した溶媒が再度液化することなくドライボックス外に除去することができ、電極内部まで短時間で十分に乾燥することができる点で優れている。上記(a)(b)の乾燥温度が60℃以上であれば、有機溶媒を素早く蒸発させることができ、電極内部まで短時間で十分に乾燥することができる。乾燥温度が150℃以下では、電極活物質などの劣化を招くことなく、乾燥速度を高めることができる点で優れている。また上記(a)(b)の乾燥時間が3時間以上であれば、有機溶媒を残留させることなく電極内部まで十分に乾燥することができる。乾燥時間が24時間以下であれば、電極内部まで十分に乾燥できており、乾燥コストも抑制できる点で優れている。但し、本実施形態では、上記乾燥方法に何ら制限されるものではない。上記した真空乾燥機を用いて真空加熱による乾燥を行うのが溶媒処理電極1b内部に極性溶媒が残留することなく、電極活物質層の内部まで満遍なく真空加熱状態とすることができ、より均一に乾燥することができる点で優れている。
The drying may be performed under the same conditions as drying the current collector coated with the electrode slurry in the process of manufacturing the electrode when manufacturing the battery, but the method is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 3, the solvent-treated
工程(3)について
続いて工程(3)として、当該乾燥電極を有する電池に再注液する工程を行う。
Step (3) Subsequently, as step (3), a step of re-injecting the liquid having the dry electrode is performed.
具体的には、本工程では、当該乾燥電極を用い、更に必要に応じて必要とされる電池構成部材を用いて組み直した電池に、新品の電池と同様にして電解液を再注液することで、再生・再利用可能な電極1cを有する電池にするものである。これにより、劣化した電極1aを原料まで還元することなく、再生・再利用可能な電極1cを有する電池が得られるものである。
Specifically, in this step, the electrolyte solution is re-injected into the reassembled battery using the dry electrode and further using the required battery components as in the case of a new battery. Thus, a battery having a recyclable /
第1実施形態の作用効果としては、以下の通りである。 The effects of the first embodiment are as follows.
第1実施形態によれば、使用済みのLIBの正負極の少なくとも一方の電極(活物質粒子)表面に付着した容量劣化の主成分である堆積物(SEI)を極性溶媒で処理する(洗浄、除去する)ことにより、当該電極をそのまま再生することがでる。 According to the first embodiment, a deposit (SEI) that is a main component of capacity deterioration attached to the surface of at least one of the positive and negative electrodes (active material particles) of the used LIB is treated with a polar solvent (cleaning, The electrode can be regenerated as it is.
そのため、当該電極(特に活物質層)を破壊することも強酸、強アルカリを用いることもないので、固体廃棄物も発生しないか大幅削減できるため環境負荷が低く、安価な再生電池を提供することができる。 Therefore, the electrode (particularly the active material layer) is not destroyed, and no strong acid or strong alkali is used. Therefore, solid waste is not generated or can be greatly reduced. Can do.
また電極をそのまま再生することがでることから、当該電極を再度、同目的同形状のLIBに再生できるため、簡便なリサイクル性を有する点でも優れている。 In addition, since the electrode can be regenerated as it is, the electrode can be regenerated to a LIB having the same shape and the same purpose, which is excellent in that it has a simple recyclability.
更に、電極をそのまま、洗浄(極性溶媒での処理)、乾燥、再注液すれば、新品電池の初期とほぼ同等の容量、出力を回復させることができる点でも優れている。 Furthermore, if the electrode is washed as it is (treatment with a polar solvent), dried, and re-injected, it is also excellent in that the capacity and output can be restored to the same level as the initial stage of a new battery.
[III]第2実施形態
第2実施形態は、(1)使用済みのLIBから取り出した正負極の電極を極性溶媒で処理する工程、(2)当該溶媒処理電極を乾燥する工程、(3)当該乾燥電極を用いて組み直してなる電池に再注液する工程、を含むLIBの電極再生方法である。
[III] Second Embodiment In the second embodiment, (1) a step of treating positive and negative electrodes taken out from a used LIB with a polar solvent, (2) a step of drying the solvent-treated electrode, (3) A method of regenerating an LIB electrode, comprising re-injecting a battery that is reassembled using the dry electrode.
図4は、第2実施形態の各工程の概説を表した図面である。 FIG. 4 is a diagram showing an outline of each process of the second embodiment.
本実施形態の電極再生方法でも、まず、抵抗の上昇した使用済みのLIBに対し、使用可能な残存容量が残っている場合には、電極タブ25、27を通じて当該残存容量を十分放電して無害化するのが望ましい。これは、上記第1実施形態で説明したと同様である。よってここでの説明は省略する。
Also in the electrode regeneration method of the present embodiment, first, when a usable remaining capacity remains with respect to a used LIB whose resistance has been increased, the remaining capacity is sufficiently discharged through the
また、使用済みのLIB10か否かの判断についても、上記第1実施形態で説明したと同様である。よってここでの説明は省略する。
The determination as to whether the
工程(1)について
次に、使用済みのLIBを必要に応じて十分放電して無害化した後、工程(1)として、使用済みのLIBから取り出した正負極の電極を極性溶媒で処理する工程を行う。
Step (1) Next, the used LIB is fully discharged and rendered harmless as necessary, and then, as the step (1), the positive and negative electrodes taken out from the used LIB are treated with a polar solvent. I do.
具体的には、使用済みのLIBを、グローブボックス内で電極(電極活物質層+集電体。以下、更に電極タブも含める)を傷つけないように、ラミネートタイプ等の外装材の外周を切断又は熱溶融して剥がし、半解体して正負極に分ける。詳しくは、図4に示すように、使用済みのLIBを、グローブボックス内で電極を傷つけないように、ラミネートタイプ等の外装材の外周を切断又は熱溶融して剥がし、該外装材から発電要素6aを取り出した。取り出された発電要素6aは正極と電解質層(電解液含浸セパレータ)と負極とが複数積層された構成をしている。そのため当該発電要素6aから、正極、電解質層(電解液含浸セパレータ)、負極を1枚ずつ剥がして、それぞれ正極7aと負極8aに別々に分ける。電解質層(電解液含浸セパレータ)は、再生・再利用に供するのが望ましいが、再生コストを勘案した上で廃棄処分としてもよい。
Specifically, the outer periphery of the exterior material such as a laminate type is cut from the used LIB so as not to damage the electrode (electrode active material layer + current collector; hereinafter also including the electrode tab) in the glove box. Alternatively, it is peeled off by heat melting, semi-disassembled and divided into positive and negative electrodes. Specifically, as shown in FIG. 4, the used LIB is peeled off by cutting or heat-melting the outer periphery of a laminate type or the like so as not to damage the electrodes in the glove box, 6a was taken out. The extracted
使用済みの正極7aと負極8aに別々に分けられた各電極を、極性溶媒を用いて処理して溶媒処理電極とする。詳しくは、使用済みの正極7aと負極8aに別々に分けた各電極を極性溶媒(図示せず)を用いて、電解液と堆積物(SEI)を溶解させた後、再度新鮮な極性溶媒でゆすぐ(洗浄する)。こうして極性溶媒で処理することで、最初に極性溶媒に所定時間(例えば、30〜60分間)浸漬した使用済みの電極7a、8a内の各活物質粒子表面から堆積物(SEI)が剥がれ、極性溶媒中に電解液と堆積物(SEI)が溶解される。電解液と堆積物(SEI)が溶解された極性溶媒は系外に取り除けばよいが、これらも回収して再生・再利用するのが望ましい。その後、再度新鮮な極性溶媒で当該電極7a、8aをゆすぐことで、当該極性溶媒と共に僅かに残存する電解液と堆積物(SEI)が略完全に洗い流され(洗い落され)、当該電極7a、8aから取り除かれて溶媒処理電極7b、8bとすることができる。
Each electrode separately divided into the used
本実施形態の工程(1)でも、極性溶媒で処理する際、超音波(周波数15〜400kHz)処理を行うのが望ましい。これは、使用済み電極を極性溶媒中に浸漬して処理する際、超音波処理を行うことで、超音波により電極活物質層内部まで良く洗うことができるためである。即ち、電極活物質層に満遍なく洗浄溶媒(極性溶媒)が浸透して洗浄できる。そのため電極活物質層内部の電解液及び電極(活物質粒子)表面のSEIまでも満遍なく極性溶媒に効果的に溶解させて取り除くことができるためである。超音波処理による洗浄は、望ましくは10分以上60分以下である。超音波処理による洗浄時間が10分以上であれば、満遍なく浸透させることができ、電極活物質層内部まで良く洗う(電解液と堆積物を取り除く)ことができる点で優れている。一方、超音波処理による洗浄時間が60分以内であれば、超音波により熱が上がりすぎて電極活物質層を痛めることもなく、また振動により活物質層が剥離することも無く、効果的に電極活物質層内部まで良く洗う(電解液と堆積物を取り除く)ことができる点で優れている。超音波(周波数)としては、電極の汚れ具合(特に電極(活物質粒子)表面のSEIの付着具合)により適宜調整すればよい。通常、40KHz近辺の周波数を用いれば十分である(実施例12で適用)が、頑固な汚れは、周波数を低くし、キャビテーションの力で落とすのが効果的であり、28kHz近辺の周波数を用いるのがよい。また繊細な汚れは、周波数を高くし、洗浄ムラを少なくして落とすのが効果的であり、100kHz以上の周波数を用いるのがよい。これらは、例えば、事前に予備実験など行うなどして、最適な超音波(周波数)を適宜決定するのが望ましい。
Even in the step (1) of the present embodiment, it is desirable to perform ultrasonic treatment (
ここで、使用済み電極とは、使用済みの積層型電池(図1、2参照)の外装材から発電要素を取り出し、正極、電解質層(電解液含浸セパレータ)、負極、・・の順に剥がして回収された、電解質層(電解液含浸セパレータ)以外の正極と負極の両電極をいう。 Here, the used electrode means that the power generation element is taken out from the outer packaging material of the used stacked battery (see FIGS. 1 and 2) and peeled off in this order: positive electrode, electrolyte layer (electrolyte impregnated separator), negative electrode,. It refers to both the positive electrode and the negative electrode other than the recovered electrolyte layer (electrolyte impregnated separator).
また本実施形態での「極性溶媒」とは、誘電率で5.0以上の溶媒をいうものとする。 Further, the “polar solvent” in the present embodiment refers to a solvent having a dielectric constant of 5.0 or more.
好ましくは、電極の処理(洗浄)に用いる極性溶媒の極性の高低は、下記の不等式;
(正極の処理に用いる極性溶媒の極性)≦(負極の処理に用いる極性溶媒の極性)
で表されるものが望ましい。
Preferably, the polarity of the polar solvent used for electrode treatment (washing) is expressed by the following inequality:
(Polarity of polar solvent used for treatment of positive electrode) ≦ (Polarity of polar solvent used for treatment of negative electrode)
The one represented by is desirable.
言い換えれば、
(正極の処理に用いる極性溶媒の誘電率)≦(負極の処理に用いる極性溶媒の誘電率)
で表される。
In other words,
(Dielectric constant of polar solvent used for treatment of positive electrode) ≦ (dielectric constant of polar solvent used for treatment of negative electrode)
It is represented by
これは、正極の処理(洗浄)には、活物質の種類によっては溶媒の極性が相対的に高い水は望ましくないので、溶媒の極性が相対的に低いエーテルやアセトンが望ましい。言い換えれば、正極は、正極活物質層に付着したLiを含む劣化物(堆積物)が、溶媒の極性が相対的に低いエーテルやアセトンでも十分洗えるためである。一方、負極には、溶媒の極性が相対的に高い水が最も効果があるがアルコールでもよい。言い換えれば、負極は、堆積物が多いので、溶媒の極性が相対的に高い水で洗うと洗いやすいためである。上記溶媒の極性の高低の比較は、溶媒の誘電率の高低(値)で判断するものとする。 This is because, for the treatment (cleaning) of the positive electrode, water having a relatively high solvent polarity is not desirable depending on the type of active material, and therefore ether or acetone having a relatively low solvent polarity is desirable. In other words, the positive electrode can be sufficiently washed with an ether or acetone having a relatively low polarity of the solvent for the deterioration (deposit) containing Li adhering to the positive electrode active material layer. On the other hand, for the negative electrode, water having a relatively high solvent polarity is most effective, but alcohol may be used. In other words, since the negative electrode has a lot of deposits, it is easy to wash it with water having a relatively high polarity of the solvent. The comparison of the polarity of the solvent is judged by the level (value) of the dielectric constant of the solvent.
上記極性溶媒としては、特に制限されるものではない。例えば、水、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのプロトン性の極性溶媒;ジエチルエーテル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ピリジン、ジメチルスルフォキシド、アセトニトリル、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、エチレングリコールジメチルエーテルなどの非プロトン性の極性溶媒などを用いることができる。但し、これら極性溶媒に何ら制限されるものではない。また上記に例示した極性溶媒を1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 The polar solvent is not particularly limited. For example, protic polar solvents such as water, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, formic acid, acetic acid, propionic acid, ethylene glycol, propylene glycol; diethyl ether, ethyl acetate, tetrahydrofuran, Aprotic polar solvents such as pyridine, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, cyclohexanone, acetone, methyl ethyl ketone, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, and ethylene glycol dimethyl ether can be used. However, it is not limited to these polar solvents. Moreover, the polar solvent illustrated above may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
正極の処理(洗浄)に用いる溶媒としては、非プロトン性の極性溶媒であるのが望ましい。これは、一部の正極(例えば、Niリッチな正極など)は、H+によって表面からLi+を放出してしまうので、エーテルやアセトンなどの非プロトン性極性溶媒が良い。正極の処理(洗浄)に非プロトン性極性溶媒であるエーテルやアセトンを用いることで、正極(正極活物質層)の表面をH+で痛めることなく洗えるためである。このような非プロトン性の極性溶媒の例としては、例えば、ジエチルエーテル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ピリジン、ジメチルスルフォキシド、アセトニトリル、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、エチレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられる。上記した非プロトン性の極性溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。但し、本実施形態では、これらに何ら制限されるものではない。 The solvent used for the treatment (cleaning) of the positive electrode is preferably an aprotic polar solvent. This is because some positive electrodes (for example, Ni-rich positive electrodes) release Li + from the surface by H + , and thus aprotic polar solvents such as ether and acetone are preferable. This is because the surface of the positive electrode (positive electrode active material layer) can be washed without hurting with H + by using ether or acetone which is an aprotic polar solvent for the treatment (washing) of the positive electrode. Examples of such aprotic polar solvents include, for example, diethyl ether, ethyl acetate, tetrahydrofuran, pyridine, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, cyclohexanone, acetone, methyl ethyl ketone, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane. And ethylene glycol dimethyl ether. The aprotic polar solvents described above may be used alone or in combination of two or more. However, the present embodiment is not limited to these.
一方、負極の処理(洗浄)に用いる溶媒としては、プロトン性の極性溶媒であるのが望ましい。これは、負極表面の堆積物は有機リチウム塩が主成分であり、極性が高いものの方が速やかに溶解するためである。即ち、負極の処理(洗浄)に用いる溶媒は、正極と同様に非プロトン性極性溶媒であっても悪影響は無いが、プロトン性の極性溶媒の方が、処理工程が速くなる点で優れている。このようなプロトン性の極性溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、エチレングリコール、プロピレングリコールなどが挙げられる。上記したプロトン性の極性溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。上記プロトン性の極性溶媒のなかでも、特に水で処理(洗浄)すると堆積物をすばやく溶かすことができ、水は安価で環境負荷が低いため好適である。但し、本実施形態では、これらに何ら制限されるものではない。 On the other hand, the solvent used for the treatment (cleaning) of the negative electrode is preferably a protic polar solvent. This is because the deposit on the negative electrode surface is mainly composed of an organic lithium salt, and the one with higher polarity dissolves more quickly. That is, the solvent used for the treatment (cleaning) of the negative electrode is not adversely affected even if it is an aprotic polar solvent as in the case of the positive electrode, but the protic polar solvent is superior in that the treatment process becomes faster. . Examples of such protic polar solvents include water, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, formic acid, acetic acid, propionic acid, ethylene glycol, and propylene glycol. The above protic polar solvents may be used alone or in combination of two or more. Among the above-mentioned protic polar solvents, particularly when treated (washed) with water, deposits can be dissolved quickly, and water is suitable because it is inexpensive and has a low environmental impact. However, the present embodiment is not limited to these.
工程(2)について
次に、工程(2)として、当該溶媒処理電極を乾燥する工程を行う。
Step (2) Next, as step (2), a step of drying the solvent-treated electrode is performed.
かかる乾燥には、電池を作製する際に電極製造過程で電極スラリーを塗布した集電体を乾燥させるのと同様の条件で乾燥を行えばよいが、かかる方法に何ら制限されるものではない。例えば、図4に示すように、(a)溶媒処理電極である溶媒処理正極7b及び溶媒処理負極8bを適当な乾燥条件で乾燥して乾燥電極(乾燥正極7c及び乾燥負極8c)とすることができる。上記(a)の乾燥条件としては、真空乾燥機内で、0.1atm以下で、110〜150℃で3〜24時間乾燥を行えばよい。但し、上記(a)の乾燥条件に何ら制限されるものではなく、上記乾燥条件の範囲を外れていても、本実施形態の作用効果を損なわない範囲であれば、何ら制限されるものではない。減圧に戻す際には、ドライボックス内でドライエアまたはArガスを用いて行うのが望ましい。あるいは(b)溶媒処理電極である溶媒処理正極7b及び溶媒処理負極8bを、適当な乾燥条件で乾燥して乾燥電極乾燥して乾燥電極(乾燥正極7c及び乾燥負極8c)とすることもできる。上記(b)の乾燥条件としては、ドライボックス内で、ドライエア(乾燥空気)またはArガスを用い、大気圧下で、110〜150℃で3〜24時間を行えばよい。但し、上記(b)の乾燥条件に何ら制限されるものではなく、上記乾燥条件の範囲を外れていても、本実施形態の作用効果を損なわない範囲であれば、何ら制限されるものではない。上記(a)の乾燥時の真空乾燥機内の圧力が0.1atm以下であれば、十分減圧(真空)状態にできるため、気化した溶媒が再度液化することなく減圧除去することができ、電極内部まで短時間で十分に乾燥することができる点で優れている。上記(b)の乾燥時にドライボックス内で、ドライエアまたはArガスを用いる場合にも、気化した溶媒が再度液化することなくドライボックス外に除去することができ、電極内部まで短時間で十分に乾燥することができる点で優れている。上記(a)(b)の乾燥温度が110℃以上であれば、有機溶媒を素早く蒸発させることができ、電極内部まで短時間で十分に乾燥することができる。乾燥温度が150℃以下では、電極活物質などの劣化を招くことなく、乾燥速度を高めることができる点で優れている。また上記(a)(b)の乾燥時間が3時間以上であれば、有機溶媒を残留させることなく電極内部まで十分に乾燥することができる。乾燥時間が24時間以下であれば、電極内部まで十分に乾燥できており、乾燥コストも抑制できる点で優れている。但し、本実施形態では、上記乾燥方法に何ら制限されるものではない。上記した真空乾燥機を用いて真空加熱による乾燥を行うのが溶媒処理電極7b、8b内部に極性溶媒が残留することなく、電極活物質層の内部まで満遍なく真空加熱状態とすることができ、より均一に乾燥することができる点で優れている。
The drying may be performed under the same conditions as drying the current collector coated with the electrode slurry in the process of manufacturing the electrode when manufacturing the battery, but the method is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 4, (a) the solvent-treated
工程(3)について
続いて、工程(3)として、当該乾燥電極を用いて組み直してなる電池に再注液する工程を行う。
Step (3) Subsequently, as step (3), a step of re-injecting a battery that is reassembled using the dry electrode is performed.
本工程(3)では、当該乾燥電極である乾燥正極7c及び乾燥負極8cを用い、必要に応じて他の電池構成部材を用いて組み直した電池に、新品の電池と同様にして電解液を再注液することで、再生・再利用可能な電池を得ることができる。詳しくは、当該乾燥正極7c及び乾燥負極8c、さらに未使用のセパレータを複数用いて組み直して再生した発電要素6bとする。この発電要素6bを未使用の外装材に収納し、新品の電池と同様にして電解液を再注液することで、再生・再利用可能な電池を得ることができる。ここで、再注液することでセパレータに電解液が含浸され、電解質層が形成される(この時点で発電要素6cが完成するともいえる。)。これにより、劣化した電極7a、8aを原料まで還元することなく、再生・再利用可能な電極7c、8cを有する電池が得られるものである。
In this step (3), using the dry
図4では、発電要素及び電極の形状から、積層型電池の発電要素、即ち、矩形形状の正極、電解質層(電解液含浸セパレータ)及び負極を複数積層してなる発電要素を用い、外装材にラミネートタイプの外装材を用いた例である。但し、本実施形態では、これに何ら制限されるものではない。即ち、巻回型電池でも、正極、電解質層(電解液含浸セパレータ)及び負極が渦巻き状(巻回状)に巻き取られた発電要素を用い、外装材に円筒缶を用いてもよい。この場合でも、渦巻き状(巻回状)に巻き取られた発電要素を巻き延ばして、正極、電解質層(電解液含浸セパレータ)及び負極に分ける。その後、図4と同様に、正負極に分けた電極を極性溶媒で処理し、乾燥し、未使用セパレータと共に組み直して(巻き直して)、円筒缶に収納後、再注液することで再生・再利用可能な電池とすることができる。なお、外装材に関しても、新品でも、使用済み品の再利用でもよいし、円筒缶に代えて、ラミネートタイプの外装材を用いてもよい。 In FIG. 4, a power generation element of a laminated battery, that is, a power generation element formed by laminating a plurality of rectangular positive electrodes, electrolyte layers (electrolyte impregnated separators), and negative electrodes is used as an exterior material. This is an example using a laminate type exterior material. However, the present embodiment is not limited to this. That is, even in a wound battery, a power generation element in which a positive electrode, an electrolyte layer (electrolyte impregnated separator), and a negative electrode are wound in a spiral shape (winding shape) may be used, and a cylindrical can may be used as an exterior material. Even in this case, the power generation element wound in a spiral shape (winding shape) is rolled up and divided into a positive electrode, an electrolyte layer (electrolyte impregnated separator), and a negative electrode. After that, as in FIG. 4, the electrode divided into the positive and negative electrodes is treated with a polar solvent, dried, reassembled with an unused separator (rewinded), stored in a cylindrical can, and re-injected by re-injection. A reusable battery can be obtained. As for the exterior material, a new product or a reused product may be used, or a laminate-type exterior material may be used instead of the cylindrical can.
第2実施態様の作用効果として、以下の通りである。 The operational effects of the second embodiment are as follows.
第2実施態様では、LIBから発電要素を取り出し、電極を一旦はがして半解体することを特徴とする。 The second embodiment is characterized in that the power generation element is taken out from the LIB, and the electrodes are peeled off once to be semi-disassembled.
また、その後、半解体した正極、負極は、極性溶媒で洗浄して、容量劣化の主成分である堆積物(SEI)を洗い流し、十分乾燥して洗浄溶媒を揮散させ、組み立て直して再注液することで再び電池(再生電池)として再利用することができる。 After that, the semi-disassembled positive electrode and negative electrode are washed with a polar solvent, and the deposit (SEI) which is the main component of capacity deterioration is washed away, sufficiently dried to evaporate the washing solvent, reassembled and re-injected. By doing so, it can be reused again as a battery (recycled battery).
すなわち、半解体した正負極の電極活物質層(特に図3に示すように活物質粒子表面)に付着したLiを含む劣化物は、水等の極性溶媒に良く溶解することから、当該極性溶媒により簡単に洗い流すことができる。 That is, the degradation product containing Li adhering to the semi-disassembled positive and negative electrode active material layers (particularly the active material particle surface as shown in FIG. 3) dissolves well in a polar solvent such as water. Can be washed out more easily.
乾燥後に新たに電解液を補充してやれば、再びLIB(再生電池)として十分稼動することができる。 If the electrolyte solution is newly replenished after drying, it can operate sufficiently as a LIB (recycle battery) again.
上記したような操作(処理)により、従来の技術課題が解決される。 The conventional technical problem is solved by the operation (processing) as described above.
第2の実施形態により、環境負荷の低く安価な再生電池を提供することができる。 According to the second embodiment, an inexpensive rechargeable battery with a low environmental load can be provided.
第2実施態様では、電池を半解体して電極(特に電極活物質層)を処理(洗浄)し、そのまま再利用することで、リユース型に近いリサイクルが可能となる。 In the second embodiment, the battery is semi-disassembled, the electrode (particularly, the electrode active material layer) is treated (cleaned), and reused as it is, so that recycling near the reuse type is possible.
また、強酸、強アルカリを用いず、固体廃棄物も発生しないため環境負荷が非常に低くできる。 Further, since no strong acid or strong alkali is used and no solid waste is generated, the environmental load can be very low.
更に、新品の電池の初期放電容量の60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは70〜95%程度の容量(再生電池での初期放電容量)を保持することもできる(実施例1、4〜10参照のこと)。 Furthermore, it is possible to hold a capacity (initial discharge capacity in a regenerative battery) of 60% or more, preferably 70% or more, more preferably about 70 to 95% of the initial discharge capacity of a new battery (Example 1, 4-10).
[IV]第3実施形態
第3実施形態は(1)使用済みのLIBから取出した正負極の片方の電極を極性溶媒で処理する工程、(2)当該溶媒処理電極を乾燥する工程、(3)当該乾燥電極を未使用対極と共に組み直した電池に再注液する工程、を含むLIBの電極再生方法である。
[IV] Third Embodiment The third embodiment is (1) a step of treating one of the positive and negative electrodes taken out from the used LIB with a polar solvent, (2) a step of drying the solvent-treated electrode, (3 ) A method for regenerating an electrode of LIB including a step of re-injecting the dry electrode into a reassembled battery together with an unused counter electrode.
図5は、第3実施形態の各工程の概説を表した図面である。 FIG. 5 is a diagram showing an outline of each process of the third embodiment.
本実施形態の電極再生方法でも、まず、抵抗の上昇した使用済みのLIBに対し、使用可能な残存容量が残っている場合には、電極集電板25、27(図2、4参照)を通じて当該残存容量を十分放電して無害化するのが望ましい。これは、上記第1実施形態で説明したと同様である。よってここでの説明は省略する。
Also in the electrode regeneration method of the present embodiment, first, when a usable remaining capacity remains with respect to a used LIB having an increased resistance, the electrode
また、使用済みのLIB10か否かの判断についても、上記第1実施形態で説明したと同様である。よってここでの説明は省略する。
The determination as to whether the
工程(1)について
次に、使用済みのLIBを必要に応じて十分放電して無害化した後、工程(1)として、使用済みのLIBから取り出した正負極のいずれか一方の電極を極性溶媒で処理する工程を行う。
Step (1) Next, the used LIB is fully discharged and rendered harmless as necessary, and then, as the step (1), one of the positive and negative electrodes taken out from the used LIB is used as a polar solvent. The process of processing is performed.
具体的には、使用済みのLIBを、グローブボックス内で電極(活物質層+集電体。以下、電極タブを含める。)を傷つけないように、ラミネートタイプ等の外装材の外周を切断又は熱溶融して剥がし、半解体して正負極に分ける。詳しくは、図5に示すように、使用済みのLIBを、グローブボックス内で電極を傷つけないように、ラミネートタイプ等の外装材の外周を切断又は熱溶融して剥がし、該外装材から使用済み発電要素6aを取り出した。取り出された発電要素6aは正極と電解質層(電解液含浸セパレータ)と負極とが複数積層された構成をしている。そのため当該発電要素6aから、正極、電解質層(電解液含浸セパレータ)、負極を1枚ずつ剥がして、それぞれ正極7aと負極8aに別々に分ける。電解質層(電解液含浸セパレータ)は、再生・再利用に供するのが望ましいが、再生コストを勘案した上で廃棄処分としてもよい。
Specifically, the outer periphery of the outer packaging material such as a laminate type is cut or used so that the used LIB does not damage the electrode (active material layer + current collector, hereinafter including the electrode tab) in the glove box. Heat melt and peel, half disassemble and separate into positive and negative electrodes. Specifically, as shown in FIG. 5, the used LIB is used by removing the outer periphery of a laminate type or other exterior material by cutting or heat-melting it so as not to damage the electrode in the glove box. The
使用済みの正極7aと負極8aに別々に分けられたいずれか一方の電極を、極性溶媒を用いて処理して溶媒処理電極とする。詳しくは正極7aと負極8aに別々に分けた片方の電極(図5では正極7aの例を示したが負極8aであってもよい)を極性溶媒(図示せず)を用いて、電解液と堆積物(SEI)を溶解させた後、再度新鮮な極性溶媒でゆすぐ(洗浄する)。こうして極性溶媒で処理することで、最初に極性溶媒に所定時間(例えば、30〜60分間)浸漬した使用済みの電極7a内の各活物質粒子表面から堆積物(SEI)が剥がれ、極性溶媒中に電解液と堆積物(SEI)が溶解される。電解液と堆積物(SEI)が溶解された極性溶媒は系外に取り除けばよいが、これらも回収して再生・再利用するのが望ましい。その後、再度新鮮な極性溶媒で当該電極7aをゆすぐことで、当該極性溶媒と共に僅かに残存する電解液と堆積物(SEI)が略完全に洗い流され(洗い落され)、当該電極7aから取り除かれて溶媒処理電極7bとすることができる。一方の使用済みの負極8aは、電解質層(電解液含浸セパレータ)と共に、固体廃棄物として処理してもよいが、望ましくは、使用済みの負極8aについては、粉砕して活物質などの鉱物等を再生・再利用するのが望ましい。電解質層(電解液含浸セパレータ)についても、粉砕、精製して、再生セパレータ若しくは他の再生紙などに再生・再利用するのが望ましい。
Either one of the electrodes separately divided into the used
本実施形態の工程(1)でも、極性溶媒で処理する際、超音波処理を行うのが望ましい。これは、いずれか一方の使用済みの電極を極性溶媒中に浸漬して処理する際、超音波処理を行うことで、超音波により電極活物質層内部まで良く洗うことができるためである。即ち、電極活物質層に満遍なく洗浄溶媒(極性溶媒)が浸透して洗浄できる。そのため電極活物質層内部の電解液及び電極(活物質粒子)表面のSEIまでも満遍なく極性溶媒に効果的に溶解させて取り除くことができるためである。超音波処理による洗浄は、望ましくは10分以上60分以下である。超音波処理による洗浄時間が10分以上であれば、満遍なく浸透させることができ、電極活物質層内部まで良く洗う(電解液と堆積物を取り除く)ことができる点で優れている。一方、超音波処理による洗浄時間が60分以内であれば、超音波により熱が上がりすぎて電極活物質層を痛めることもなく、また振動により活物質層が剥離することも無く、効果的に電極活物質層内部まで良く洗う(電解液と堆積物を取り除く)ことができる点で優れている。超音波(周波数)としては、電極の汚れ具合(特に電極(活物質粒子)表面のSEIの付着具合)により適宜調整すればよい。通常、40KHz近辺の周波数を用いれば十分である(実施例12で適用)が、頑固な汚れは、周波数を低くし、キャビテーションの力で落とすのが効果的であり、28kHz近辺の周波数を用いるのがよい。また繊細な汚れは、周波数を高くし、洗浄ムラを少なくして落とすのが効果的であり、100kHz以上の周波数を用いるのがよい。これらは、例えば、事前に予備実験など行うなどして、最適な超音波(周波数)を適宜決定するのが望ましい。 Also in the step (1) of this embodiment, it is desirable to perform ultrasonic treatment when treating with a polar solvent. This is because when one of the used electrodes is immersed in a polar solvent for treatment, the inside of the electrode active material layer can be well washed by ultrasonic waves by performing ultrasonic treatment. That is, the cleaning solvent (polar solvent) can permeate the electrode active material layer evenly and can be cleaned. For this reason, even the electrolyte solution inside the electrode active material layer and the SEI on the surface of the electrode (active material particles) can be uniformly dissolved in a polar solvent and removed. Cleaning by ultrasonic treatment is desirably 10 minutes or more and 60 minutes or less. If the cleaning time by ultrasonic treatment is 10 minutes or more, it is excellent in that it can be permeated evenly and the inside of the electrode active material layer can be washed well (electrolytic solution and deposits are removed). On the other hand, if the cleaning time by the ultrasonic treatment is within 60 minutes, the heat is not increased by the ultrasonic wave and the electrode active material layer is not damaged, and the active material layer is not peeled off by vibration, which is effective. This is excellent in that the inside of the electrode active material layer can be well washed (electrolytic solution and deposits are removed). The ultrasonic wave (frequency) may be appropriately adjusted depending on the degree of electrode contamination (particularly the degree of SEI adhesion on the surface of the electrode (active material particles)). Usually, it is sufficient to use a frequency around 40 KHz (applied in Example 12), but for stubborn dirt, it is effective to lower the frequency and remove it with the force of cavitation, and use a frequency around 28 kHz. Is good. Further, it is effective to remove the delicate dirt by increasing the frequency and reducing the cleaning unevenness, and it is preferable to use a frequency of 100 kHz or more. It is desirable to appropriately determine the optimum ultrasonic wave (frequency), for example, by conducting a preliminary experiment in advance.
いずれか一方の使用済みの電極とは、使用済みの積層型電池の外装材から発電要素を取り出し、正極、電解質層(電解液含浸セパレータ)、負極、・・の順に剥がして回収された電解質層(電解液含浸セパレータ)以外の正負極のいずれか一方の電極をいう。 Either one of the used electrodes refers to the electrolyte layer collected by removing the power generation element from the package material of the used stacked battery and peeling it off in the order of positive electrode, electrolyte layer (electrolyte impregnated separator), negative electrode,. It means any one of positive and negative electrodes other than (electrolyte impregnated separator).
また本実施形態での「極性溶媒」とは、誘電率で5.0以上の溶媒をいうものとする。 Further, the “polar solvent” in the present embodiment refers to a solvent having a dielectric constant of 5.0 or more.
好ましくは、電極の処理(洗浄)に用いる極性溶媒の極性の高低は、下記の不等式;
(正極の処理に用いる極性溶媒の極性)≦(負極の処理に用いる極性溶媒の極性)
で表されるものが望ましい。
Preferably, the polarity of the polar solvent used for electrode treatment (washing) is expressed by the following inequality:
(Polarity of polar solvent used for treatment of positive electrode) ≦ (Polarity of polar solvent used for treatment of negative electrode)
The one represented by is desirable.
言い換えれば、
(正極の処理に用いる極性溶媒の誘電率)≦(負極の処理に用いる極性溶媒の誘電率)
で表される。
In other words,
(Dielectric constant of polar solvent used for treatment of positive electrode) ≦ (dielectric constant of polar solvent used for treatment of negative electrode)
It is represented by
これは、正極の処理(洗浄)には、活物質の種類によっては溶媒の極性が相対的に高い水は望ましくないので、溶媒の極性が相対的に低いエーテルやアセトンが望ましい。言い換えれば、正極は、正極活物質層に付着したLiを含む劣化物(堆積物)が、溶媒の極性が相対的に低いエーテルやアセトンでも十分洗えるためである。一方、負極には、溶媒の極性が相対的に高い水が最も効果があるがアルコールでもよい。言い換えれば、負極は、堆積物が多いので、溶媒の極性が相対的に高い水で洗うと洗いやすいためである。上記溶媒の極性の高低の比較は、溶媒の誘電率の高低(値)で判断するものとする。 This is because, for the treatment (cleaning) of the positive electrode, water having a relatively high solvent polarity is not desirable depending on the type of active material, and therefore ether or acetone having a relatively low solvent polarity is desirable. In other words, the positive electrode can be sufficiently washed with an ether or acetone having a relatively low polarity of the solvent for the deterioration (deposit) containing Li adhering to the positive electrode active material layer. On the other hand, for the negative electrode, water having a relatively high solvent polarity is most effective, but alcohol may be used. In other words, since the negative electrode has a lot of deposits, it is easy to wash it with water having a relatively high polarity of the solvent. The comparison of the polarity of the solvent is judged by the level (value) of the dielectric constant of the solvent.
上記極性溶媒としては、特に制限されるものではない。例えば、水、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのプロトン性の極性溶媒;ジエチルエーテル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ピリジン、ジメチルスルフォキシド、アセトニトリル、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、エチレングリコールジメチルエーテルなどの非プロトン性の極性溶媒などを用いることができる。但し、これら極性溶媒に何ら制限されるものではない。また上記に例示した極性溶媒を1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 The polar solvent is not particularly limited. For example, protic polar solvents such as water, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, formic acid, acetic acid, propionic acid, ethylene glycol, propylene glycol; diethyl ether, ethyl acetate, tetrahydrofuran, Aprotic polar solvents such as pyridine, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, cyclohexanone, acetone, methyl ethyl ketone, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, and ethylene glycol dimethyl ether can be used. However, it is not limited to these polar solvents. Moreover, the polar solvent illustrated above may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
正極を処理(洗浄)する場合に用いる溶媒としては、非プロトン性の極性溶媒であるのが望ましい。これは、一部の正極(例えば、Niリッチな正極など)は、H+によって表面からLi+を放出してしまうので、エーテルやアセトンなどの非プロトン性極性溶媒が良い。正極の処理(洗浄)に非プロトン性極性溶媒であるエーテルやアセトンを用いることで、正極(正極活物質層)の表面をH+で痛めることなく洗えるためである。このような非プロトン性の極性溶媒の例としては、例えば、ジエチルエーテル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ピリジン、ジメチルスルフォキシド、アセトニトリル、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、エチレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられる。但し、本実施形態では、これらに何ら制限されるものではない。上記非プロトン性の極性溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 The solvent used for treating (washing) the positive electrode is preferably an aprotic polar solvent. This is because some positive electrodes (for example, Ni-rich positive electrodes) release Li + from the surface by H + , and thus aprotic polar solvents such as ether and acetone are preferable. This is because the surface of the positive electrode (positive electrode active material layer) can be washed without hurting with H + by using ether or acetone which is an aprotic polar solvent for the treatment (washing) of the positive electrode. Examples of such aprotic polar solvents include, for example, diethyl ether, ethyl acetate, tetrahydrofuran, pyridine, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, cyclohexanone, acetone, methyl ethyl ketone, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane. And ethylene glycol dimethyl ether. However, the present embodiment is not limited to these. The said aprotic polar solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
一方、負極を処理(洗浄)する場合に用いる溶媒としては、プロトン性の極性溶媒であるのが望ましい。これは、負極表面の堆積物は有機リチウム塩が主成分であり、極性が高いものの方が速やかに溶解するためである。即ち、負極の処理(洗浄)に用いる溶媒は、正極と同様に非プロトン性極性溶媒であっても悪影響は無いが、プロトン性の極性溶媒の方が、処理工程が速くなる点で優れている。このようなプロトン性の極性溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、エチレングリコール、プロピレングリコールなどなどが挙げられる。上記プロトン性の極性溶媒は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。上記プロトン性の極性溶媒のなかでも特に水で処理(洗浄)すると堆積物をすばやく溶かすことができ、水は安価で環境負荷が低いため好適である。但し、本実施形態では、これらに何ら制限されるものではない。 On the other hand, it is desirable that the solvent used when treating (washing) the negative electrode is a protic polar solvent. This is because the deposit on the negative electrode surface is mainly composed of an organic lithium salt, and the one with higher polarity dissolves more quickly. That is, the solvent used for the treatment (cleaning) of the negative electrode is not adversely affected even if it is an aprotic polar solvent as in the case of the positive electrode, but the protic polar solvent is superior in that the treatment process becomes faster. . Examples of such protic polar solvents include water, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, formic acid, acetic acid, propionic acid, ethylene glycol, propylene glycol, and the like. . The said protic polar solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among the above-mentioned protic polar solvents, treatment (washing) with water is particularly preferable because the deposit can be dissolved quickly, and water is inexpensive and has a low environmental burden. However, the present embodiment is not limited to these.
工程(2)について
次に、工程(2)として、当該溶媒処理電極を乾燥する工程を行う。
Step (2) Next, as step (2), a step of drying the solvent-treated electrode is performed.
かかる乾燥には、電池を作製する際に電極製造過程で電極スラリーを塗布した集電体を乾燥させるのと同様の条件で乾燥を行えばよいが、かかる方法に何ら制限されるものではない。例えば、図5に示すように、(a)溶媒処理電極である溶媒処理正極7b、更には電池の再生に用いる未使用負極8dを適当な乾燥条件で乾燥して乾燥電極(乾燥正極7c及び乾燥負極8e)とすることができる。上記(a)の乾燥条件としては、真空乾燥機内で、0.1atm以下で、110〜150℃で3〜24時間乾燥を行えばよい。但し、上記(a)の乾燥条件に何ら制限されるものではなく、上記乾燥条件の範囲を外れていても、本実施形態の作用効果を損なわない範囲であれば、何ら制限されるものではない。減圧に戻す際には、ドライボックス内でドライエアまたはArガスを用いて行うのが望ましい。あるいは(b)溶媒処理電極である溶媒処理正極7b、更に未使用対極である未使用負極8dを、ドライボックス内でドライエアまたはArガスを用い、適当な乾燥条件で乾燥して乾燥電極(乾燥正極7c及び乾燥負極8e)とすることもできる。上記(b)の乾燥条件としては、大気圧下で、110〜150℃で3〜24時間乾燥を行えばよい。但し、上記(b)の乾燥条件に何ら制限されるものではなく、上記乾燥条件の範囲を外れていても、本実施形態の作用効果を損なわない範囲であれば、何ら制限されるものではない。上記(a)の乾燥時の真空乾燥機内の圧力が0.1atm以下であれば、十分減圧(真空)状態にできるため、気化した溶媒が再度液化することなく減圧除去することができ、電極内部まで短時間で十分に乾燥することができる点で優れている。上記(b)の乾燥時にドライボックス内でドライエアまたはArガスを用いる場合にも、気化した溶媒が再度液化することなくドライボックス外に除去することができ、電極内部まで短時間で十分に乾燥することができる点で優れている。上記(a)(b)の乾燥温度が110℃以上であれば、有機溶媒を素早く蒸発させることができ、電極内部まで短時間で十分に乾燥することができる。乾燥温度が150℃以下では、電極活物質などの劣化を招くことなく、乾燥速度を高めることができる点で優れている。また上記(a)(b)の乾燥時間が3時間以上であれば、有機溶媒を残留させることなく電極内部まで十分に乾燥することができる。乾燥時間が24時間以下であれば、電極内部まで十分に乾燥できており、乾燥コストも抑制できる点で優れている。但し、本実施形態では、上記乾燥方法に何ら制限されるものではない。上記した真空乾燥機を用いて真空加熱による乾燥を行うのが、溶媒処理電極7b内部に極性溶媒が残留することなく、また未使用負極8d内部に製造時に用いた溶媒が残留することもなく、電極活物質層の内部まで満遍なく真空加熱状態とすることができる。その結果、より均一に乾燥することができる点で優れている。
The drying may be performed under the same conditions as drying the current collector coated with the electrode slurry in the process of manufacturing the electrode when manufacturing the battery, but the method is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 5, (a) a solvent-treated
工程(3)について
続いて、工程(3)として、当該乾燥電極を未使用対極と共に組み直した電池に再注液する工程を行う。
Step (3) Subsequently, as the step (3), a step of re-injecting the dry electrode into a battery reassembled with an unused counter electrode is performed.
本工程では、図5に示すように、当該乾燥電極である乾燥正極7c、未使用対極である未使用負極の乾燥電極8eとともに組み直した電池に、新品の電池と同様にして電解液を再注液することで、再生・再利用可能な電池を得ることができる。詳しくは、当該乾燥正極7c、さらに未使用負極の乾燥電極8e及び未使用セパレータを複数用いて組み直して再生した発電要素6cとする。この発電要素6cを未使用の外装材に収納し、新品の電池と同様にして電解液を再注液することで、再生・再利用可能な電池を得ることができる。ここで、再注液することでセパレータに電解液が含浸され、電解質層が形成される(この時点で発電要素6cが完成するともいえる。)。これにより、劣化した電極7aを原料まで還元することなく、再生・再利用可能な電極7cを有する電池が得られるものである。なお、未使用負極8dは、上記した乾燥処理を行うことなく、乾燥正極7cと組み直した電池としてもよい。好ましくは、上記したように未使用負極8dを乾燥処理を行って乾燥電極8eとし、該乾燥電極8eを乾燥正極7cと組み直した電池とするのが望ましい。これは、未使用負極8dには、製造時の粘度調整溶媒が残留したり空気中の水蒸気(水分)が付着している場合や、保存時にも周辺雰囲気ガス中の水蒸気(水分)などが付着している場合がある。そこで上記乾燥処理を行うことで、電池性能に影響するおそれのある上記溶媒や水分を確実に除去できるためである。
In this step, as shown in FIG. 5, the electrolyte is re-injected into a battery reassembled with the dry
なお、未使用対極の理論容量は、新品の電池の対極の理論容量と同じでよい。但し、予め予備実験などを行うことで、再生した電極の初回放電容量を勘案して調整してもよい。これは表1の実施例2、3に示すように、再生した電極の容量に依存する再生した電池の初回放電容量は、新品時の電池の初回放電容量の90〜95%程度の容量を確保できる。このことから、未使用対極の容量も、再生した電極の容量(=再生した電池の初回放電容量)に合せて調整(低減)することで、未使用対極の活物質量を最適化・低コスト化できる点で優れている。 The theoretical capacity of the unused counter electrode may be the same as the theoretical capacity of the counter electrode of a new battery. However, it may be adjusted in consideration of the initial discharge capacity of the regenerated electrode by conducting a preliminary experiment or the like in advance. As shown in Examples 2 and 3 of Table 1, the initial discharge capacity of the regenerated battery that depends on the capacity of the regenerated electrode is about 90 to 95% of the initial discharge capacity of the battery when it is new. it can. For this reason, the capacity of the unused counter electrode is also adjusted (reduced) according to the capacity of the regenerated electrode (= the initial discharge capacity of the regenerated battery), thereby optimizing the active material amount of the unused counter electrode and reducing the cost. It is excellent in that
なお、図5では、発電要素及び電極の形状から、積層型電池の発電要素、即ち、矩形形状の正極、電解質層(電解液含浸セパレータ)及び負極を複数積層してなる発電要素を用い、外装材にラミネートタイプの外装材を用いた例である。ただし、本実施形態では、これに何ら制限されるものではない。即ち、巻回型電池でも、正極、電解質層(電解液含浸セパレータ)及び負極が渦巻き状(巻回状)に巻き取られた発電要素を用い、外装材に円筒缶を用いてもよい。この場合でも、渦巻き状(巻回状)に巻き取られた発電要素を巻き延ばして、正極、電解質層(電解液含浸セパレータ)及び負極に分ける。その後、図5と同様に、片方の電極を極性溶媒で処理し、乾燥し、未使用の対極及び電解質層(電解液含浸セパレータ)と共に組み直して(巻き直して)、円筒缶に収納後、再注液することで、再生・再利用可能な電池とすることができる。なお、外装材に関しても、新品でも、使用済み品の再利用でもよいし、円筒缶に代えて、ラミネートタイプの外装材を用いてもよい。 In FIG. 5, the power generation element of the stacked battery is used in accordance with the shape of the power generation element and the electrode, that is, the power generation element formed by laminating a plurality of rectangular positive electrodes, electrolyte layers (electrolyte impregnated separators), and negative electrodes. This is an example in which a laminate type exterior material is used as the material. However, this embodiment is not limited to this. That is, even in a wound battery, a power generation element in which a positive electrode, an electrolyte layer (electrolyte impregnated separator), and a negative electrode are wound in a spiral shape (winding shape) may be used, and a cylindrical can may be used as an exterior material. Even in this case, the power generation element wound in a spiral shape (winding shape) is rolled up and divided into a positive electrode, an electrolyte layer (electrolyte impregnated separator), and a negative electrode. After that, as in FIG. 5, one electrode is treated with a polar solvent, dried, reassembled (rewinded) with an unused counter electrode and an electrolyte layer (electrolyte impregnated separator), stored in a cylindrical can, and then reused. By injecting the solution, a recyclable battery can be obtained. As for the exterior material, a new product or a reused product may be used, or a laminate-type exterior material may be used instead of the cylindrical can.
第3実施態様の作用効果としては、以下の通りである。 The operational effects of the third embodiment are as follows.
第3実施態様では、LIBから発電要素を取り出し、電極を一旦はがして半解体し、更に正負極の片方の電極を極性溶媒で洗浄して、容量劣化の主成分である堆積物を洗い流し、十分乾燥して洗浄溶媒を揮散させて再生電極とすることを特徴とする。 In the third embodiment, the power generation element is taken out from the LIB, and the electrodes are peeled off once to be semi-disassembled. Further, one of the positive and negative electrodes is washed with a polar solvent, and the deposit which is the main component of capacity deterioration is washed away sufficiently. It is characterized in that it is dried to volatilize the washing solvent to obtain a regenerative electrode.
また、その後、当該再生電極を未使用対極と共に組み立て直して再注液することで再び電池(再生電池)として再利用することができる。こうした操作(処理)により従来の技術課題が解決される。 Further, the regenerated electrode can be reused as a battery (regenerated battery) again by reassembling the regenerated electrode together with the unused counter electrode and reinjecting the liquid. The conventional technical problem is solved by such operation (processing).
第3実施形態により、環境負荷の低く安価な再生電池を提供することができる。 According to the third embodiment, an inexpensive rechargeable battery with a low environmental load can be provided.
また、第3実施形態では、電池を半解体して、正負極の片方の活物質層を処理(洗浄)し、そのまま再利用することで、正負極の片方を再生電極、対極を新品で組み合わせてなる、リユース型に近いリサイクルが可能となる。 In the third embodiment, the battery is semi-disassembled, and the active material layer on one side of the positive and negative electrodes is treated (cleaned) and reused as it is, so that one of the positive and negative electrodes is combined with a regenerative electrode and a new counter electrode. This makes it possible to recycle near reuse.
即ち、第3実施態様では、両極とも再生して用いることが必須ではない。これは、正負極どちらかが比較的安価に製造できる場合には、そちらは新規品を用いることで容量をより新品に近く確保できる。 That is, in the third embodiment, it is not essential to regenerate and use both poles. If either the positive or negative electrode can be manufactured at a relatively low cost, it is possible to secure a capacity closer to that of a new product by using a new product.
その結果、安価な再生電池を供給できる。 As a result, an inexpensive regenerative battery can be supplied.
また、正負極の片方が固体廃棄物として処理されうるが、強酸、強アルカリを用いないため環境負荷が低くできる。 Further, one of the positive and negative electrodes can be treated as solid waste, but the environmental load can be reduced because no strong acid or strong alkali is used.
更に、新品の電池の初期放電容量の60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上、特に好ましくは90〜95%程度の容量(再生電池での初期放電容量)を保持することもできる(実施例2、3参照)。 Further, the initial discharge capacity of a new battery is 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, and particularly preferably about 90 to 95%. (Discharge capacity) can also be maintained (see Examples 2 and 3).
[V]第4実施形態
本実施形態は、2つ以上の開閉可能なコック部を外装材に設けた使用済みのリチウムイオン電池に対し、以下の工程を含むことを特徴とするリチウムイオン電池の電極再生方法である。即ち(1a)当該コックを開ける工程、(1)当該電池内部に極性溶媒を注入して処理する工程、(2a)当該極性溶媒処理液をコックから排出する工程、(2)当該溶媒処理電池内部を乾燥する工程、(3)当該乾燥電池に再注液して密閉する工程を含むものである。
[V] Fourth Embodiment This embodiment includes a lithium-ion battery including the following steps for a used lithium-ion battery having two or more openable / closable cock parts provided on an exterior material. This is an electrode regeneration method. That is, (1a) a step of opening the cock, (1) a step of injecting and processing a polar solvent into the battery, (2a) a step of discharging the polar solvent treatment liquid from the cock, and (2) the inside of the solvent treatment battery (3) A step of re-injecting the solution into the dry battery and sealing it.
図6は、第4実施形態の概略を表した図面である。 FIG. 6 is a diagram showing an outline of the fourth embodiment.
本実施形態の電極再生方法でも、まず、抵抗の上昇した使用済みのLIB10に対し、使用可能な残存容量が残っている場合には、負極集電板25と正極集電板27を通じて当該残存容量を十分放電して無害化するのが望ましい。これは、上記第1実施形態で説明したと同様である。よってここでの説明は省略する。
Also in the electrode regeneration method of the present embodiment, first, when a usable remaining capacity remains for the used
また、使用済みのLIB10か否かの判断についても、上記第1実施形態で説明したと同様である。よってここでの説明は省略する。
The determination as to whether the
また、本実施態様の電極再生方法では、使用済みのLIBとしは、図6に示すように、2つ以上(図6では2つの例を示す)の開閉可能なコック部26、28を外装材29を貫通させて設けたLIB10を用いるものである。かかる構成とすることで、コック部26、28を利用して、LIB10内部を洗浄し、十分乾燥した後、再注液することにより、LIB10を全く解体することなく容量を回復することができるものである。上記コック部26、27の設置箇所は、特に制限されるものではない。好ましくは、通常の充放電使用の際に邪魔にならないように、LIB10の電極集電板25、27が矩形形状の対向する2辺から取出されている場合には、当該正負極集電板を取出した辺とは異なる対向する2辺に設けるのが望ましい。特に図6のように対角にある位置に設けるのがシール性、取り扱い性、注液性、排液性などの観点からより望ましいと言える。但し、該コック部の設置数は、図6に示すように、2つに何ら制限されるものではなく、3つ以上を設けて、注液及び排液効率を向上させるように配置(設置)してもよい。
Further, in the electrode regeneration method of the present embodiment, as the used LIB, as shown in FIG. 6, two or more (two examples are shown in FIG. 6) openable /
また、上記コック部は、新品のLIBに予め設置しておいてもよいし、使用済みのLIBに後付けで設置してもよい。これにより、全ての電池に対し、本実施形態の再生方法を提供可能となる点で優れている。新品のLIBに予め設置する場合には、発電要素21を収納後、シール前の外装材29の所定箇所にコック部26、28を配置(挿入)しておき、外装材29の周囲を熱融着によりシール(密封)すればよい。その後、LIB10の下部に取り付けたコック部26より電解液を注液し、その後、当該コック部26、28を閉じる(密封する)ことで、コック部26、28を新品のLIB10に予め設置することができる。一方、使用済みのLIBに後付けで設置する場合には、上記したように十分放電した後、外装材のコック部の取付け予定箇所を開封する。開封時には必要に応じて熱を加えてシール部の接着強度を低下させて行ってもよい。当該開封箇所から、必要があれば、電解液(の一部)を抜き出した後、当該開封箇所にコック部を挿入し、コック部周囲の外装材を再度熱融着によりシール(密封)すればよい。但し、本実施形態のコック部の設置方法に関しては、上記した方法に何ら制限されるものではない。
The cock portion may be installed in a new LIB in advance or may be installed later in a used LIB. Thereby, it is excellent at the point which can provide the reproduction | regenerating method of this embodiment with respect to all the batteries. When installing in a new LIB in advance, after the
工程(1a)について
次に、使用済みのLIBを必要に応じて十分放電して無害化した後、工程(1a)として、当該コックを開ける工程を行う。
Step (1a) Next, after the used LIB is sufficiently discharged and rendered harmless as necessary, a step of opening the cock is performed as step (1a).
具体的には、図6に示すコック部26、28の開閉可能なコック(図示せず)を開ける。これにより、LIB10内の電解液の一部がLIB10の下部に設けられているコック部26より排液される(かかる電解液は、回収して再利用するのが望ましい)。また、LIB10内に発生していたガスがLIB10の上部に設けられているコック部28より排気される。但し、コック部26、28のコックを開ける前に、予め極性溶媒の貯蔵槽より注液用の配管(ホース)をコック部26に接続し、コック部28より排液用の配管(ホース)を電解液及びSEIが溶解した極性溶媒の回収槽に接続してもよい。この場合には、上記した電解液の排液やLIB内の発生ガスの排気操作は不要である。このように、本工程では、コックを開ける操作を行えばよく、上記した操作に何ら制限されるものではない。
Specifically, openable / closable cocks (not shown) of the
工程(1)について
続いて、工程(1)として、当該電池内部に極性溶媒を注入して処理する工程を行う。
Step (1) Subsequently, as the step (1), a process of injecting a polar solvent into the battery is performed.
具体的には、図6に示すように、当該LIB10内部(LIB10内部の基本構成は、図1参照)に極性溶媒を注入して処理することで溶媒処理電池とする。当該極性溶媒を注入して処理する内容は、図3で説明した第1実施形態と同様である。即ち、前記(1a)のコックを開ける工程でLIB10下部のコック部26より簡単に抜き出しできる電解液を排液させた後に、該LIB10下部のコック部26より当該LIB10内部に極性溶媒を注入し、極性溶媒で満たす(極性溶媒を充満させる)。こうしてLIB10内部を極性溶媒で所定時間(例えば、30〜60分程度)満たすことで、第1実施形態と同様にLIB10内の使用済み電極を極性溶媒に浸漬させた状態にすることができる。その結果、LIB10内に残留する電解液及び使用済み電極(活物質粒子)表面の堆積物(SEI)を極性溶媒に溶解させることができる。その後、残留する電解液及び使用済み電極(活物質粒子)表面の堆積物(SEI)が溶解した極性溶媒をコック26、28を開いて、下部のコック部26より排出する。当該極性溶媒を排出した後、再度新鮮な極性溶媒をLIB10下部のコック部26より再注入しつつ、電解液及び堆積物が溶解した極性溶媒をLIB10上部のコック部28より抜き出しながら、LIB10内部を新鮮な極性溶媒でゆすぐ。こうして極性溶媒を注入して処理することで、最初に極性溶媒に浸漬した使用済みのLIB10内部、特に電極内の各活物質粒子表面から堆積物(SEI)が剥がれ、極性溶媒中に電解液と堆積物(SEI)が溶解される。電解液と堆積物(SEI)が溶解された極性溶媒はLIB10上部のコック部28より系外に抜き出し取り除けばよいが、これらも回収して再利用するのが望ましい。その後、コック部26より再度新鮮な極性溶媒を注入しつつ、電解液と堆積物が溶解された極性溶媒をコック部28より抜き出しながらLIB10内部、特に電極をゆすぐ。かかるゆすぎ処理を行うことで、極性溶媒と共に僅かに残存する電解液と堆積物を完全に洗い流さす(洗い落さす)ことができる点で優れている。なお、上記では、LIB10下部のコック部26より当該LIB10内部に極性溶媒を注入する形態を説明したが、一度コックを閉じて所定時間、洗浄を行う場合には、注入する向きは問わない。すなわち、LIB10下部のコック部26より当該LIB10内部に極性溶媒を注入してもよいし、LIB10上部のコック部28より当該LIB10内部に極性溶媒を注入してもよい。一方、LIB10のコック部より当該LIB10内部に極性溶媒を連続して注入する形態では、上記したようにLIB10下部のコック部26より当該LIB10内部に極性溶媒を注入し、LIB10上部のコック部28より排出するのが好ましい。これは、上部から注入する場合に比して、気泡や未注入部分の発生を抑え、LIB10内部全体に極性溶媒を充填させやすく、電池全体の洗浄効率を高くることができるためである。
Specifically, as shown in FIG. 6, a solvent processing battery is obtained by injecting a polar solvent into the LIB 10 (see FIG. 1 for the basic configuration of the LIB 10). The contents to be processed by injecting the polar solvent are the same as those in the first embodiment described in FIG. That is, in the step of opening the cock of (1a), after draining the electrolyte solution that can be easily extracted from the
本工程(1)では、極性溶媒で処理する際、超音波(周波数15〜400kHz)処理を行うのが望ましい。これは、当該LIB10に極性溶媒を注入して処理する際、超音波処理を行うことで、超音波により電極活物質層内部まで良く洗うことができるためである。即ち、電極活物質層に満遍なく洗浄溶媒(極性溶媒)が浸透して洗浄できる。そのため電極活物質層内部の電解液及び電極(活物質粒子)表面のSEIまでも満遍なく極性溶媒に効果的に溶解させて取り除くことができるためである。超音波処理による洗浄は、望ましくは10分以上60分以下である。超音波処理による洗浄時間が10分以上であれば、満遍なく浸透させることができ、電極活物質層内部まで良く洗う(電解液と堆積物を取り除く)ことができる点で優れている。一方、超音波処理による洗浄時間が60分以内であれば、超音波により熱が上がりすぎて電池内容物を痛めることもなく、また振動により活物質層が剥離することも無く、効果的に電極活物質層内部まで良く洗う(電解液と堆積物を取り除く)ことができる点で優れている。超音波(周波数)としては、電極の汚れ具合(特に電極(活物質粒子)表面のSEIの付着具合)により適宜調整すればよい。通常、40KHz近辺の周波数を用いれば十分である(実施例12で適用)が、頑固な汚れは、周波数を低くし、キャビテーションの力で落とすのが効果的であり、28kHz近辺の周波数を用いるのがよい。また繊細な汚れは、周波数を高くし、洗浄ムラを少なくして落とすのが効果的であり、100kHz以上の周波数を用いるのがよい。これらは、例えば、事前に予備実験など行うなどして、最適な超音波(周波数)を適宜決定するのが望ましい。
In this step (1), it is desirable to perform ultrasonic treatment (
また、使用済み電極とは、使用済みの積層型電池内部(図1参照)の使用済みの正負極の電極をいう。 Moreover, a used electrode means the used positive / negative electrode inside a used laminated battery (refer FIG. 1).
また、上記コック部から注入する「極性溶媒」とは、誘電率で5.0以上の有機溶媒をいうものとする。 Further, the “polar solvent” injected from the cock section refers to an organic solvent having a dielectric constant of 5.0 or more.
本工程(1)で上記コック部から注入する極性溶媒としては、水以外の極性溶媒であればよく、特に制限されるものではないが、好ましくは非プロトン性の極性溶媒である。これは、LIB内部の発電要素を構成する一部の正極、例えば、Niリッチな正極等は、H+によって表面からLi+を放出してしまうので、エーテルやアセトン等の非プロトン性極性溶媒がよいが、水でなければ劣化度合いは許容範囲であるためである。本工程(1)では、LIBを解体することなく、LIB内部の発電要素を構成する正負極を同時に洗浄するため、洗浄溶媒である極性溶媒は、望ましくは水以外、更に望ましくはエーテルやアセトンなどの非プロトン性の極性溶媒である。かかるエーテルやアセトンなどの非プロトン性の極性溶媒コック部から注入することで、LIB10内部の発電要素21を構成する正負極を同時に洗浄した際でも、正極を痛めることなく洗えることができる点で優れている。
The polar solvent injected from the cock portion in this step (1) is not particularly limited as long as it is a polar solvent other than water, but is preferably an aprotic polar solvent. This is because some positive electrodes constituting the power generation element in the LIB, such as Ni-rich positive electrodes, release Li + from the surface by H + , so that aprotic polar solvents such as ether and acetone are not used. This is because the degree of deterioration is acceptable if it is not water. In this step (1), since the positive and negative electrodes constituting the power generation element inside the LIB are simultaneously cleaned without dismantling the LIB, the polar solvent as the cleaning solvent is preferably other than water, more preferably ether or acetone. Aprotic polar solvent. By injecting from the aprotic polar solvent cock such as ether or acetone, it is excellent in that the positive and negative electrodes constituting the
上記コック部から注入する極性溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのプロトン性の極性溶媒;ジエチルエーテル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ピリジン、ジメチルスルフォキシド、アセトニトリル、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、エチレングリコールジメチルエーテルなどの非プロトン性の極性溶媒などを用いることができる。但し、これら極性溶媒に何ら制限されるものではない。また上記に例示した極性溶媒を1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the polar solvent injected from the cock part include protic polar solvents such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, formic acid, acetic acid, propionic acid, ethylene glycol, and propylene glycol. Aprotic polar solvents such as diethyl ether, ethyl acetate, tetrahydrofuran, pyridine, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, cyclohexanone, acetone, methyl ethyl ketone, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, and ethylene glycol dimethyl ether are used. be able to. However, it is not limited to these polar solvents. Moreover, the polar solvent illustrated above may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
また、上記コック部から注入する極性溶媒として好適な非プロトン性の極性溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、ピリジン、ジメチルスルフォキシド、アセトニトリル、シクロヘキサノン、アセトン、メチルエチルケトン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、エチレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられる。但し、これら非プロトン性の極性溶媒に何ら制限されるものではない。また、上記に例示した非プロトン性の極性溶媒を1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the aprotic polar solvent suitable as the polar solvent to be injected from the cock portion include, for example, diethyl ether, ethyl acetate, tetrahydrofuran, pyridine, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, cyclohexanone, acetone, methyl ethyl ketone, 1, 4 -Dioxane, 1,3-dioxolane, ethylene glycol dimethyl ether, etc. are mentioned. However, there is no limitation to these aprotic polar solvents. Moreover, the aprotic polar solvent illustrated above may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
(2a)工程について
次に、工程(2a)として、当該極性溶媒処理液をコックから排出する工程を行う。
(2a) Step Next, as the step (2a), a step of discharging the polar solvent treatment liquid from the cock is performed.
具体的には、工程(1)でコック部26より再度新鮮な極性溶媒を注入しつつ、電解液と堆積物が溶解された極性溶媒をコック部28より抜き出しながらLIB10内部、特に電極をゆすいだ後、コック部26からの極性溶媒の注入を停止する。停止後、コック部26のコックを一旦閉じて、コック部26に接続された注入経路から排出経路に切り替える。その後、コック部26のコックを開き、LIB10内部の極性溶媒処理液をコック部26から排出する。排出された極性溶媒処理液は、回収、精製して再利用してもよい。LIB10内部の極性溶媒処理液をコック部26から排出することで、LIB10内部、特に電極から電解液と堆積物が取り除かれてなる溶媒処理電池とすることができる。
Specifically, in the step (1), fresh polar solvent is injected again from the
工程(2)について
次に、工程(2)として、当該溶媒処理電池内部を乾燥する工程を行う。
Step (2) Next, as step (2), a step of drying the inside of the solvent-treated battery is performed.
例えば、(a)溶媒処理電池を適当な乾燥条件で乾燥して乾燥電池とすることができる。上記(a)の乾燥条件としては、真空乾燥機内で溶媒処理電池のコック部26、28を開けた状態で載置し、0.1atm以下で、60〜80℃で8〜24時間乾燥を行えばよい。但し、上記(a)の乾燥条件に何ら制限されるものではなく、上記乾燥条件の範囲を外れていても、本実施形態の作用効果を損なわない範囲であれば、何ら制限されるものではない。減圧に戻す際には、ドライボックス内でドライエアまたはアルゴンガスを用いて行うのが望ましい。あるいは(b)溶媒処理電池のコック部26、28を通気口及び排気口として、溶媒処理電池内部にドライエアまたはArガスを適当な乾燥条件にて通風させることで溶媒処理電池内部を乾燥して乾燥電池とすることができる。上記(b)の乾燥条件としては、溶媒処理電池内部に60〜80℃に加熱したドライエアまたはArガスを通風させて、8〜24時間を行えばよい。但し、上記(b)の乾燥条件に何ら制限されるものではなく、上記乾燥条件の範囲を外れていても、本実施形態の作用効果を損なわない範囲であれば、何ら制限されるものではない。上記(a)の乾燥時の真空乾燥機内の圧力が0.1atm以下であれば、十分減圧(真空)状態にできるため、気化した溶媒が再度液化することなく減圧除去することができ、電極内部まで短時間で十分に乾燥することができる点で優れている。上記(b)の乾燥時にドライボックス内で、ドライエア(乾燥空気)またはArガスを用いる場合にも、気化した溶媒が再度液化することなくドライボックス外に除去することができ、電極内部まで短時間で十分に乾燥することができる点で優れている。また上記(a)(b)の乾燥温度が60℃以上であれば、有機溶媒を素早く蒸発させることができ、電極内部まで短時間で十分に乾燥することができる。乾燥温度が80℃以下では、電極活物質などの劣化を招くことなく、乾燥速度を高めることができる点で優れている。また上記(a)(b)の乾燥時間が8時間以上であれば、有機溶媒を残留させることなく電極内部まで十分に乾燥することができる。乾燥時間が24時間以下であれば、電極内部まで十分に乾燥できており、乾燥コストも抑制できる点で優れている。但し、本実施形態では、上記乾燥方法に何ら制限されるものではない。好ましくは、上記した真空乾燥機を用いて真空加熱による乾燥を行うのが、乾燥溶媒処理電池内部に極性溶媒が残留することなく、電極活物質層の内部まで満遍なく真空加熱状態とすることができ、より均一に乾燥することができる点で優れている。
For example, (a) a solvent-treated battery can be dried under appropriate drying conditions to obtain a dry battery. As the drying condition of (a) above, it is placed in a vacuum dryer with the
工程(3)について
次に、工程(3)として、当該乾燥電池に再注液して密閉する工程を行う。
Step (3) Next, as step (3), a step of re-injecting the liquid into the dry battery and sealing it is performed.
具体的には、乾燥電池に、新品の電池と同様にして電解液(新品)を再注液することで、再生・再利用可能な電池にするものである。また、本実施形態の工程(3)では、上記工程(2)で乾燥電池を真空・減圧状態としておく(即ち、真空乾燥後、真空減圧下でコック部26、28のコックを閉じておく)。その後、この真空・減圧状態の乾燥電池下部のコック部26のコックを開き、当該コック部より真空注液を行う。該真空注液により新品の電池と同じ量の電解液を再注液した後、当該コック部のコックを閉じて密閉することで、再生・再利用可能な電池(再生電池)とすることもできる。コック部26、28のコックを閉じた後、当該再生電池のユーザーが当該コックを誤って操作して電解液の漏出につながらないように、ボルト締め、圧着、融着ないし接着等により誤操作ではコックが開かないように締結ないし密閉するのが望ましい。ここで、再注液することで乾燥LIB10内部のセパレータに電解液が再含浸され、電解質層が蘇生される(この時点で発電要素も再生(完成)されるともいえる。)。本工程(3)により、劣化した電極を原料まで還元することなく、再生・再利用可能な電極を有する電池が得られるものである。
Specifically, a rechargeable / reusable battery is obtained by re-injecting an electrolyte (new) into a dry battery in the same manner as a new battery. In the step (3) of the present embodiment, the dry battery is placed in a vacuum / depressurized state in the step (2) (that is, the cocks of the
第4実施形態の作用効果は、以下の通りである。 The operational effects of the fourth embodiment are as follows.
第4実施形態によれば、電池に2つ以上の開口部を設けておき、LIBを殆ど解体せずにLIB内部を洗浄して容量劣化の主成分である堆積物を洗い流し、十分乾燥した後、再注液することで従来の技術課題が解決される。 According to the fourth embodiment, the battery is provided with two or more openings, the inside of the LIB is washed without disassembling the LIB, and the deposit which is the main component of capacity deterioration is washed away and sufficiently dried. By re-injecting liquid, the conventional technical problem is solved.
第4実施形態では、LIBに洗浄用の極性溶媒の為の出入り口を予め設けておき、そこから極性溶媒を注入して洗浄し、排出すれば、全く解体することなく容量を回復できる。 In the fourth embodiment, if the LIB is previously provided with an inlet / outlet for the polar solvent for washing, and the polar solvent is injected and washed from there, the capacity can be recovered without disassembly at all.
また、コックが複数あることで、減圧乾燥時に閉塞することなく洗浄用の極性溶媒が揮発しやすい。 In addition, since there are a plurality of cocks, the polar solvent for cleaning is easily volatilized without clogging during drying under reduced pressure.
さらに、電池を解体することなく容量回復できることから、使用済み電気自動車(Electric Vehicle;EV)用LIBを定置型LIBとして再利用する際にも安価に提供できる。 Further, since the capacity can be recovered without disassembling the battery, it can be provided at low cost when the used LIB for an electric vehicle (EV) is reused as a stationary LIB.
また、LIBを解体することなく、更に、新品の電池の初回放電容量の60%以上、好ましくは、70%以上、より好ましくは70〜85%程度の容量(再生電池での初回放電容量)まで回復できる(実施例11〜14参照)。 Moreover, without disassembling the LIB, further up to 60% or more of the initial discharge capacity of a new battery, preferably 70% or more, more preferably about 70 to 85% (initial discharge capacity in a regenerative battery). Can be recovered (see Examples 11-14).
さらに、電極を1枚ずつ剥がす必要がなく、極性溶媒での処理(洗浄)、乾燥、再注液すれば、ラミネートタイプ等の外装材もリサイクル可能である点で優れている。 Further, it is not necessary to peel off the electrodes one by one, and it is excellent in that a laminate type or other exterior material can be recycled by treatment (washing) with a polar solvent, drying, and re-injection.
実施形態の効果を、以下の実施例を用いて説明する。ただし、実施形態の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。図7は、実施例及び比較例で作製したラミネート型リチウムイオン二次電池の概略断面図である。 The effects of the embodiment will be described using the following examples. However, the technical scope of the embodiment is not limited to the following examples. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a laminate type lithium ion secondary battery manufactured in Examples and Comparative Examples.
[実施例1]
図7の正極集電体12にアルミニウム箔、正極活物質にコバルトニッケルマンガン酸リチウム(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)、負極集電体11に銅箔、負極活物質に人造黒鉛を用いたラミネート型リチウムイオン二次電池10を作製した。詳しくは、以下のようにして、ラミネート型リチウムイオン二次電池10を作製した。
[Example 1]
The positive electrode
<正極の作製>
正極集電体12には、32mm×42mmの大きさ(面積)で厚さ20μmのアルミニウム箔(Al箔)を用い、正極活物質には平均粒子径5μmのコバルトニッケルマンガン酸リチウム(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)を用いた。バインダには、PVdFを用い、導電助剤としてアセチレンブラックを用いた。
<Preparation of positive electrode>
The positive electrode
正極18の作製は、電極組成比(質量比)が、活物質(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2):導電助剤:バインダ=91:4:5(質量比)になるようにした。まず、活物質、導電助剤及びバインダを計量し、これに適量のNMP(N−メチル−2−ピロリドン)を加えてホモジナイザーの容器に入れ、よく撹拌・混合してスラリーを調製した。その後、ダイコーターを用いてこのスラリーを正極集電体(Al箔)12の片面に、正極活物質層15部分が30mm×40mmの大きさになるように、一定量塗布して乾燥した。正極集電体(Al箔)12のもう一方の片面にも、正極活物質層15部分が30mm×40mmの大きさになるように、一定量塗布して乾燥しロールプレスにてプレスをかけた。90℃の真空乾燥機にて1日乾燥した。このようにして作製した正極18の正極活物質層15の厚さ(片面)は、出来上り時点で、80μmだった。図7に示すように、当該正極活物質層15が形成されてない正極集電体12の片面の端部に正極タブ(集電板)27としてアルミニウムタブを超音波溶接にて接合(電気的に接続)した。
The
<負極の作製>
負極集電体11には34mm×47mmの大きさ(面積)で厚さ15μmの銅箔を用い、負極活物質には平均粒子径10μmの人造黒鉛を用いた。バインダには、PVdFを用い、導電助剤としてアセチレンブラックを用いた。
<Production of negative electrode>
The negative electrode
負極14の作製は、電極組成比(質量比)が、活物質(人造黒鉛):導電助剤:バインダF=96:1:5(質量比)になるようにした。まず、活物質、導電助剤及びバインダを計量し、これに適量のNMPを加えてホモジナイザイーの容器に入れ、よく撹拌・混合してスラリーを調製した。その後、ダイコーターを用いてこのスラリーを負極集電体(銅箔)11の片面のみに、負極活物質層13部分が32mm×45mmの大きさになるように、塗布して乾燥しロールプレスをかけた。90℃の真空乾燥機にて1日乾燥した。このようにして作製した負極14の負極活物質層13の厚さ(片面)は、出来上り時点で、60μmだった。図7に示すように、当該負極活物質層13が形成されていない負極集電体11の片面の端部に負極タブ(集電板)25としてニッケルタブを超音波溶接にて接合(電気的に接続)した。
The
<電池の作製>
図7に示すように、上記で作製した正極18と負極14の間に、セパレータ16を介して最外側が負極14になるようにして1枚の正極18と2枚の負極14を交互に積層して発電要素(積層体)21とした。この発電要素21の各集電体11、12に取り付けた正極タブ27及び負極タブ25を外部に取り出す構造となるように、外装材29であるAlのラミネートフィルムバックに挿入した。その後、該フィルムバック29の開口部により該バック29内部に注液機により電解液を注液し、減圧下、該開口部を熱融着により密封(シール)して、2つの単電池層(単セル)19で構成されたラミネート型リチウムイオン二次電池10を作製した。上記セパレータ16には36mm×50mmの大きさ(面積)で厚さが25μmのポリプロピレンの微孔膜を使用した。上記電解液としては、1M LiPF6 EC:DEC(3:7(体積比))を用いた。ここで、ECはエチレンカーボネー、DECはジエチルカーボネートである。上記電解液の注液により、セパレータ16に電解液を含浸し、電解質層17を形成した。
<Production of battery>
As shown in FIG. 7, one
上記で作製したラミネート型リチウムイオン二次電池10の初回放電容量は5.0mAh/cm2(電池容量;120mAh)であった。本電池10を45℃にて400回充放電して劣化させたところ、放電容量は2.2mAh/cm2(44%)まで劣化していた。ここで初回充放電を含む400回の充放電条件のうち、まず充電条件は、45℃で定電流定電圧方式(CCCV、電流:1C、単電池電圧:4.2V)でトータル2.5時間充電処理を行なった。放電条件は、45℃で定電流方式(CC、電流:1C)で単電池電圧2.5Vまで放電処理を行なった。
The laminate type lithium ion
上記した400回充放電して劣化した電池(劣化電池)10を放電して無害化した。ここで、無害化のための放電は、常温(25℃)、1C放電で単電池電圧を2.5V(以下)まで下げる処理を行った。その後、グローブボックス内で正負極18、14、正負極タブ27、25を傷つけないようにラミネート外装材29の外周を切断して、いわば半解体した。ここからは図4を用いて説明する。得られた電池内容物(使用済み発電要素6a)からタブ付きの使用済み正極7aおよび負極8aの各電極を取り出し、別々に分けた。
The battery (deteriorated battery) 10 deteriorated by charging and discharging 400 times as described above was discharged and rendered harmless. Here, the discharge for detoxification performed the process which reduces a cell voltage to 2.5V (below) by normal temperature (25 degreeC) and 1C discharge. Thereafter, the outer periphery of the laminate
使用済み正極(正極活物質層+正極集電体+正極タブ)7aを、正極洗浄用の極性溶媒としてアセトン(誘電率20.7)を満たしたビーカー内に30分浸漬し、電解液と堆積物を溶解させた後、再度新鮮なアセトンで1分程度ゆすいだ。2枚の使用済み負極(負極活物質層+負極集電体+負極タブ)8aも、負極洗浄用の極性溶媒としてアセトン(誘電率20.7)を満たしたビーカー内に30分浸漬し、電解液と堆積物を溶解させた後、再度新鮮なアセトンで1分程度ゆすいだ。 The used positive electrode (positive electrode active material layer + positive electrode current collector + positive electrode tab) 7a is immersed in a beaker filled with acetone (dielectric constant 20.7) as a polar solvent for cleaning the positive electrode for 30 minutes, and deposited with an electrolytic solution. After the product was dissolved, it was rinsed again with fresh acetone for about 1 minute. Two used negative electrodes (negative electrode active material layer + negative electrode current collector + negative electrode tab) 8a were also immersed in a beaker filled with acetone (dielectric constant 20.7) as a polar solvent for cleaning the negative electrode for 30 minutes, and electrolysis was performed. After dissolving the liquid and sediment, it was rinsed again with fresh acetone for about 1 minute.
上記極性溶媒で洗浄処理後の溶媒処理正負極7b、8bを、真空乾燥機内で、130℃で5時間乾燥した。乾燥された乾燥正負極(再生正負極)7c、8cを、セパレータ(図7の符号16;以下同様)とともに再び、再生した発電要素6bとして組み上げた。該再生した発電要素6bをラミネート型外装材(図7の符号29;以下同様)に挿入し、電解液を注入し、密封してラミネート型リチウムイオン二次電池(図7の符号10;以下同様)を再生した。なお、上記電解液の注液により、セパレータに電解液が含浸し、電解質層(図7の符号17;以下同様)が形成される(この点に関しては以下の実施例、比較例でも同様である)。再生した本電池の初回放電容量は4.1mAh/cm2であり、新品時の82%の容量まで回復していた。得られた結果(劣化試験後の劣化後容量、再生した電池の容量回復率)を表1に示す。ここで、再生した本電池の初回放電条件は、新品時の400回の充放電条件と同様にして行った(以下の実施例、比較例でも同様とする)。
The solvent-treated positive and
[実施例2]
実施例1で用いたものと同じように、劣化電池10を放電して無害化し、ラミネート外装材29の外周を切断して、いわば半解体した。ここからは図5を用いて説明する。さらに実施例1と同じように、得られた電池内容物(使用済み発電要素6a)からタブ付きの使用済み正極7aおよび負極8aの各電極を取り出し、別々に分けたものに対し、以下の処理を行った。
[Example 2]
In the same manner as that used in Example 1, the deteriorated
図5の使用済み正極(正極活物質層+正極集電体。以下、正極タブも含める。)7aを、正極洗浄用の極性溶媒としてアセトン(誘電率20.7)を満たしたビーカー内に30分浸漬し、電解液と堆積物を溶解させた後、再度新鮮なアセトンで1分程度ゆすいだ。2枚の使用済み負極(負極活物質層+負極集電体。以下、負極タブも含める。)8aは、電極再生することなく廃棄した(実際には特許文献1と同様に粉砕して再利用に供した)。替わりに実施例1と同様にして得られた負極(負極活物質層+負極集電体+負極タブ;図7の符号14)を新品の電極(未使用負極)8dとして用意した。上記極性溶媒で洗浄処理後の溶媒処理正極7bと新品の未使用負極8dを、真空乾燥機内で、130℃で5時間乾燥した。乾燥された乾燥正負極7c、8eを、セパレータとともに再び、再生した発電要素6cとして組み上げた。該再生した発電要素6cをラミネート型外装材に挿入し、電解液(新品)を注入し、密封してラミネート型リチウムイオン二次電池を再生した。再生した本電池の初回放電容量は4.75mAh/cm2であり、新品時の95%の容量まで回復していた。得られた結果を表1に示す。
The used positive electrode (positive electrode active material layer + positive electrode current collector; hereinafter also including the positive electrode tab) 7a in FIG. 5 is placed in a beaker filled with acetone (dielectric constant 20.7) as a polar solvent for cleaning the positive electrode. After soaking for a minute, the electrolyte and deposits were dissolved, and then rinsed again with fresh acetone for about 1 minute. Two pieces of used negative electrode (negative electrode active material layer + negative electrode current collector; hereinafter also including negative electrode tab) 8a was discarded without regenerating the electrode (actually crushed and reused in the same manner as in Patent Document 1). Was used). Instead, a negative electrode (negative electrode active material layer + negative electrode current collector + negative electrode tab;
[実施例3]
実施例1で用いたものと同じように、劣化電池10を放電して無害化し、ラミネート外装材29の外周を切断して、いわば半解体した。ここからは図8を用いて説明する(ここで、図8は、実施例3で適用してなる、負極を再生する第3実施形態の各工程の概説を表した図面である)。さらに実施例1と同じように、得られた電池内容物(使用済み発電要素6a)からタブ付きの使用済み正極7aおよび負極8aの各電極を取り出し、別々に分けたものに対し、以下の処理を行った。
[Example 3]
In the same manner as that used in Example 1, the deteriorated
図8の使用済み正極(正極活物質層+正極集電体。以下、正極タブも含める)7aは、電極再生することなく廃棄した(実際には特許文献1と同様に粉砕して再利用に供した)。替わりに実施例1と同様にして得られた正極(正極活物質層+正極集電体+正極タブ;図7の符号18)を新品の電極(正極活物質にコバルトニッケルマンガン酸リチウムを用いた未使用正極)7dとして用意した。使用済み負極(負極活物質層+負極集電体。以下、負極タブも含める)8aを、負極洗浄用の極性溶媒として蒸留水(誘電率80.2)を満たしたビーカー内に30分浸漬し、電解液と堆積物を溶解させた後、再度新鮮な蒸留水で1分程度ゆすいだ。上記極性溶媒で洗浄処理後の溶媒処理負極8bと新品の未使用正極7dを、真空乾燥機内で、130℃で5時間乾燥した。乾燥された乾燥正負極7e、8cを、セパレータとともに再び、再生した発電要素6dとして組み上げた。該再生した発電要素6dをラミネート型外装材に挿入し、電解液(新品)を注入し、密封してラミネート型リチウムイオン二次電池を再生した。再生した本電池の初回放電容量は4.65mAh/cm2であり、新品時の93%の容量まで回復していた。得られた結果を表1に示す。
The used positive electrode (positive electrode active material layer + positive electrode current collector; hereinafter also including the positive electrode tab) 7a in FIG. 8 was discarded without regenerating the electrode (actually crushed and reused in the same manner as in Patent Document 1). Provided). Instead, a positive electrode (positive electrode active material layer + positive electrode current collector + positive electrode tab;
[実施例4]
実施例1で用いたものと同じように、劣化電池10を放電して無害化し、ラミネート外装材29の外周を切断して、いわば半解体した。ここからは図4を用いて説明する。さらに実施例1と同じように、得られた電池内容物(使用済み発電要素6a)からタブ付きの使用済み正極7aおよび負極8aの各電極を取り出し、別々に分けたものに対し、以下の処理を行った。
[Example 4]
In the same manner as that used in Example 1, the deteriorated
図5の使用済み正極(正極活物質層+正極集電体+正極タブ)7aを、正極洗浄用の極性溶媒としてアセトン(誘電率20.7)を満たしたビーカー内に30分浸漬し、電解液と堆積物を溶解させた後、再度新鮮なアセトンで1分程度ゆすいだ。使用済み負極(負極活物質層+負極集電体+負極タブ)8aを、負極洗浄用の極性溶媒として蒸留水(誘電率80.2)を満たしたビーカー内に30分浸漬し、電解液と堆積物を溶解させた後、再度新鮮な蒸留水で1分程度ゆすいだ。上記極性溶媒で洗浄処理後の溶媒処理正負極7b、8bを、真空乾燥機内で、130℃で5時間乾燥した。乾燥された乾燥正負極(再生正負極)7c、8cを、セパレータとともに再び、再生した発電要素6bとして組み上げた。該再生した発電要素6bをラミネート型外装材に挿入し、電解液(新品)を注入し、密封してラミネート型リチウムイオン二次電池を再生した。再生した本電池の初回放電容量は4.55mAh/cm2であり、新品時の91%の容量まで回復していた。得られた結果を表1に示す。
The used positive electrode (positive electrode active material layer + positive electrode current collector + positive electrode tab) 7a in FIG. 5 is immersed in a beaker filled with acetone (dielectric constant 20.7) as a polar solvent for positive electrode cleaning for 30 minutes, and electrolysis is performed. After dissolving the liquid and sediment, it was rinsed again with fresh acetone for about 1 minute. The used negative electrode (negative electrode active material layer + negative electrode current collector + negative electrode tab) 8a was immersed in a beaker filled with distilled water (dielectric constant 80.2) as a polar solvent for cleaning the negative electrode for 30 minutes, After dissolving the sediment, it was rinsed again with fresh distilled water for about 1 minute. The solvent-treated positive and
[実施例5]
図7の正極集電体12にアルミニウム箔、正極活物質にスピネル構造マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、負極集電体11に銅箔、負極活物質にMCMB型黒鉛を用いたラミネート型リチウムイオン二次電池10を作製した。詳しくは、以下のようにして、ラミネート型リチウムイオン二次電池10を作製した。
[Example 5]
Laminated lithium using an aluminum foil as the positive electrode
<正極の作製>
正極集電体12には、32mm×42mmの大きさ(面積)で厚さ20μmのアルミニウム箔(Al箔)を用い、正極活物質には平均粒子径5μmのスピネル構造マンガン酸リチウム(LiMn2O4)を用いた。バインダには、PVdFを用い、導電助剤としてアセチレンブラックを用いた。
<Preparation of positive electrode>
The positive electrode
正極18の作製は、電極組成比(質量比)が、正極活物質(LiMn2O4):導電助剤:バインダ=91:4:5(質量比)になるようにした。まず、正極活物質、導電助剤及びバインダを計量し、これに適量のNMPを加えてホモジナイザーの容器に入れ、よく撹拌・混合してスラリーを調製した。その後、ダイコーターを用いてこのスラリーを正極集電体12の片面に、正極活物質層15部分が30mm×40mmの大きさになるように、一定量塗布して乾燥した。正極集電体12のもう一方の片面にも、正極活物質層15部分が30mm×40mmの大きさになるように、一定量塗布して乾燥しロールプレスにてプレスをかけた。90℃の真空乾燥機にて1日乾燥した。このようにして作製した正極18の正極活物質層15の厚さ(片面)は、出来上り時点で、80μmだった。図7の正極活物質層15が形成されてない正極集電体12の片面の端部に正極タブ(集電板)27としてアルミニウムタブを超音波溶接にて接合(電気的に接続)した。
The
<負極の作製>
負極集電体11には34mm×47mmの大きさ(面積)で厚さ15μmの銅箔を用い、負極活物質には平均粒子径10μmのMCMB型黒鉛を用いた。バインダには、PVdFを用い、導電助剤としてアセチレンブラックを用いた。
<Production of negative electrode>
The negative electrode
負極14の作製は、電極組成比(質量比)が、負極活物質(MCMB型黒鉛):導電助剤:バインダF=96:1:5(質量比)になるようにした。まず、負極活物質、導電助剤及びバインダを計量し、これに適量のNMPを加えてホモジナイザイーの容器に入れ、よく撹拌・混合してスラリーを調製した。その後、ダイコーターを用いてこのスラリーを負極集電体(銅箔)11の片面のみに、負極活物質層13部分が32mm×45mmの大きさになるように、塗布して乾燥しロールプレスをかけた。90℃の真空乾燥機にて1日乾燥した。このようにして作製した負極14の負極活物質層13の厚さ(片面)は、出来上り時点で、60μmだった。図7の負極活物質層13が形成されていない負極集電体11の片面の端部に負極タブ(集電板)25としてニッケルタブを超音波溶接にて接合(電気的に接続)した。
The
<電池の作製>
図7に示すように、上記で作製した正極18と負極14の間に、セパレータ16を介して最外側が負極14になるようにして1枚の正極18と2枚の負極14を交互に積層して発電要素(積層体)21とした。この発電要素21の各集電体11、12に取り付けた正極タブ27及び負極タブ25を外部に取り出す構造となるように、外装材29であるAlのラミネートフィルムバックに挿入した。その後、該フィルムバック29の開口部により該バック29内部に注液機により電解液を注液し、減圧下、該開口部を熱融着により密封(シール)して、2つの単電池層19で構成されたラミネート型リチウムイオン二次電池10を作製した。上記セパレータ16には36mm×50mmの大きさ(面積)で厚さが25μmのポリプロピレンの微孔膜を使用した。上記電解液としては、1M LiPF6 EC:DEC(3:7(体積比))を用いた。上記電解液の注液により、セパレータ16に電解液を含浸し、電解質層17を形成した。
<Production of battery>
As shown in FIG. 7, one
上記で作製したラミネート型リチウムイオン二次電池10の初回放電容量は5.0mAh/cm2(電池容量;120mAh)であった。本電池10を45℃にて400回充放電して劣化させたところ、放電容量は1.8mAh/cm2(36%)まで劣化していた。ここで初回充放電を含む400回の充放電条件のうち、まず充電条件は、45℃で定電流定電圧方式(CCCV、電流:1C、単電池電圧:4.2V)でトータル2.5時間充電処理を行なった。放電条件は、45℃で定電流方式(CC、電流:1C)で単電池電圧2.5Vまで放電処理を行なった。
The laminate type lithium ion
上記した400回充放電して劣化した電池(劣化電池)10を放電して無害化した。ここで、無害化のための放電は、常温(25℃)、1C放電で単電池電圧を2.5V(以下)まで下げる処理を行った。その後、グローブボックス内で正負極18、14、正負極タブ27、25を傷つけないようにラミネート外装材29の外周を切断して、いわば半解体した。ここからは図4を用いて説明する。得られた電池内容物(使用済み発電要素6a)からタブ付きの使用済み正極7aおよび負極8aの各電極を取り出し、別々に分けた。
The battery (deteriorated battery) 10 deteriorated by charging and discharging 400 times as described above was discharged and rendered harmless. Here, the discharge for detoxification performed the process which reduces a cell voltage to 2.5V (below) by normal temperature (25 degreeC) and 1C discharge. Thereafter, the outer periphery of the laminate
使用済み正極(正極活物質層+正極集電体+正極タブ)7aを、正極洗浄用の極性溶媒としてテトラヒドロフラン(THF;誘電率7.6)を満たしたビーカー内に30分浸漬し、電解液と堆積物を溶解させた後、再度新鮮なTHFで1分程度ゆすいだ。2枚の使用済み負極(負極活物質層+負極集電体+負極タブ)8aも、負極洗浄用の極性溶媒としてメタノール(誘電率32.7)を満たしたビーカー内に30分浸漬し、電解液と堆積物を溶解させた後、再度新鮮なメタノールで1分程度ゆすいだ。 The used positive electrode (positive electrode active material layer + positive electrode current collector + positive electrode tab) 7a is immersed in a beaker filled with tetrahydrofuran (THF; dielectric constant 7.6) as a polar solvent for cleaning the positive electrode for 30 minutes, and an electrolytic solution After the deposit was dissolved, it was rinsed again with fresh THF for about 1 minute. Two used negative electrodes (negative electrode active material layer + negative electrode current collector + negative electrode tab) 8a were also immersed in a beaker filled with methanol (dielectric constant 32.7) as a polar solvent for cleaning the negative electrode for 30 minutes, and subjected to electrolysis. After dissolving the liquid and sediment, it was rinsed again with fresh methanol for about 1 minute.
上記極性溶媒で洗浄処理後の溶媒処理正負極7b、8bを、真空乾燥機内で、130℃で5時間乾燥した。乾燥された乾燥正負極(再生正負極)7c、8cを、セパレータとともに再び、再生した発電要素6bとして組み上げた。該再生した発電要素6bをラミネート型外装材に挿入し、電解液を注入し、密封してラミネート型リチウムイオン二次電池を再生した。再生した本電池の初回放電容量は4.3mAh/cm2であり、新品時の86%の容量まで回復していた。得られた結果を表1に示す。
The solvent-treated positive and
[実施例6]
正極活物質として、スピネル構造マンガン酸リチウム(LiMn2O4)に替えてニッケル酸リチウム(LiNiO2)を用い、正極洗浄用の極性溶媒としてTHF(誘電率7.6)に替えてメチルエチルケトン(MEK;誘電率18.5)を用いた。負極活物質として、MCMB型黒鉛に替えて天然黒鉛を用い、負極洗浄用の極性溶媒としてメタノール(誘電率32.7)に替えてエタノール(誘電率24.6)を用いた。これら以外は、実施例5と同等にしてラミネート型リチウムイオン二次電池の作製、劣化、再生を行った。得られた結果を表1に示す。
[Example 6]
As the positive electrode active material, lithium nickelate (LiNiO 2 ) was used instead of spinel structure lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and as the polar solvent for positive electrode cleaning, THF (dielectric constant 7.6) was changed to methyl ethyl ketone (MEK). A dielectric constant of 18.5) was used. As the negative electrode active material, natural graphite was used instead of MCMB type graphite, and ethanol (dielectric constant 24.6) was used instead of methanol (dielectric constant 32.7) as a polar solvent for cleaning the negative electrode. Except for these, a laminated lithium ion secondary battery was produced, deteriorated, and regenerated in the same manner as in Example 5. The obtained results are shown in Table 1.
[実施例7]
正極活物質として、スピネル構造マンガン酸リチウム(LiMn2O4)に替えてコバルト酸リチウム(LiCoO2)を用い、正極洗浄用の極性溶媒としてTHF(誘電率7.6)に替えて酢酸エチル(誘電率6)を用いた。負極活物質として、MCMB型黒鉛に替えて天然黒鉛を用い、負極洗浄用の極性溶媒としてメタノール(誘電率32.7)に替えて1−ブタノール(誘電率12.5)を用いた。これら以外は、実施例5と同等にしてラミネート型リチウムイオン二次電池の作製、劣化、再生を行った。得られた結果を表1に示す。
[Example 7]
As a positive electrode active material, lithium cobaltate (LiCoO 2 ) was used instead of spinel structure lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and ethyl acetate (dielectric constant 7.6) was used as a polar solvent for positive electrode cleaning. Dielectric constant 6) was used. As the negative electrode active material, natural graphite was used instead of MCMB type graphite, and 1-butanol (dielectric constant 12.5) was used as the polar solvent for cleaning the negative electrode instead of methanol (dielectric constant 32.7). Except for these, a laminated lithium ion secondary battery was produced, deteriorated, and regenerated in the same manner as in Example 5. The obtained results are shown in Table 1.
[実施例8]
正極活物質として、スピネル構造マンガン酸リチウム(LiMn2O4)に替えてオリビン鉄リチウム(LiFePO4)を用い、正極洗浄用の極性溶媒としてTHF(誘電率7.6)に替えてアセトニトリル(誘電率37.5)を用いた。負極活物質として、MCMB型黒鉛に替えてハードカーボンを用い、負極洗浄用の極性溶媒としてメタノール(誘電率32.7)に替えてイソプロパノール(誘電率19.9)を用いた。これら以外は、実施例5と同等にしてラミネート型リチウムイオン二次電池の作製、劣化、再生を行った。得られた結果を表1に示す。
[Example 8]
As the positive electrode active material, lithium olivine (LiFePO 4 ) was used instead of spinel structure lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and acetonitrile (dielectric constant) was changed to THF (dielectric constant 7.6) as a polar solvent for positive electrode cleaning. A rate of 37.5) was used. As the negative electrode active material, hard carbon was used instead of MCMB type graphite, and isopropanol (dielectric constant 19.9) was used as the polar solvent for cleaning the negative electrode instead of methanol (dielectric constant 32.7). Except for these, a laminated lithium ion secondary battery was produced, deteriorated, and regenerated in the same manner as in Example 5. The obtained results are shown in Table 1.
[実施例9]
正極活物質として、スピネル構造マンガン酸リチウム(LiMn2O4)に替えてニッケル酸リチウム(LiNiO2)を用い、正極洗浄用の極性溶媒としてTHF(誘電率7.6)に替えて蒸留水(誘電率80.2)を用いた。負極活物質として、MCMB型黒鉛に替えて天然黒鉛を用い、負極洗浄用の極性溶媒としてメタノール(誘電率32.7)に替えてエタノール(誘電率24.6)を用いた。これら以外は、実施例5と同等にしてラミネート型リチウムイオン二次電池の作製、劣化、再生を行った。得られた結果を表1に示す。
[Example 9]
As the positive electrode active material, lithium nickelate (LiNiO 2 ) was used instead of spinel structure lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and distilled water (dielectric constant 7.6) was used as the polar solvent for positive electrode cleaning. Dielectric constant 80.2) was used. As the negative electrode active material, natural graphite was used instead of MCMB type graphite, and ethanol (dielectric constant 24.6) was used instead of methanol (dielectric constant 32.7) as a polar solvent for cleaning the negative electrode. Except for these, a laminated lithium ion secondary battery was produced, deteriorated, and regenerated in the same manner as in Example 5. The obtained results are shown in Table 1.
[実施例10]
正極活物質として、スピネル構造マンガン酸リチウム(LiMn2O4)に替えてコバルトニッケルマンガン酸リチウム(LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2)を用いた。また正極洗浄用の極性溶媒としてTHF(誘電率7.6)に替えてアセトン(誘電率20.7)を用いた。負極活物質として、MCMB型黒鉛に替えてケイ素粉末を用い、負極洗浄用の極性溶媒としてメタノール(誘電率32.7)に替えて蒸留水(誘電率80.2)を用いた。これら以外は、実施例5と同等にしてラミネート型リチウムイオン二次電池の作製、劣化、再生を行った。得られた結果を表1に示す。
[Example 10]
As the positive electrode active material, lithium cobalt manganate (LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 ) was used instead of spinel structure lithium manganate (LiMn 2 O 4 ). Further, acetone (dielectric constant 20.7) was used instead of THF (dielectric constant 7.6) as a polar solvent for cleaning the positive electrode. As the negative electrode active material, silicon powder was used instead of MCMB type graphite, and distilled water (dielectric constant 80.2) was used as the polar solvent for cleaning the negative electrode instead of methanol (dielectric constant 32.7). Except for these, a laminated lithium ion secondary battery was produced, deteriorated, and regenerated in the same manner as in Example 5. The obtained results are shown in Table 1.
[実施例11]
図7の実施例1記載の発電要素21を、図6の2つの開閉可能なプラスチックねじコック26、28を設けたAlラミネートフィルムバックの外装材29に封入して電池作製した以外は、実施例1と同様にしてラミネート型リチウムイオン二次電池10を作製した。
[Example 11]
7 except that the
上記で作製したリチウムイオン二次電池10の初回放電容量は5.0mAh/cm2(電池容量;120mAh)であった。本電池10を45℃にて400回充放電して劣化させたところ、放電容量は2.2mAh/cm2(44%)まで劣化していた。ここで初回充放電を含む400回の充放電条件は実施例1と同様にした。
The lithium ion
上記した400回充放電して劣化した後の電池(劣化電池)を、グローブボックス内でプラスチックねじコック28を開け、内部に電極洗浄用の極性溶媒としてアセトン(誘電率20.7)を注入し、コック28を閉じて30分保持した。30分後コック26を開けて処理液(電解液や堆積物が溶解した極性溶媒)を搾り出し、コック28を開け、再度アセトンをコック28から注入、コック26から排出しながら1分程度ゆすいだ。
Open the
その後、コック26、28を開けた状態で真空乾燥機内で、75℃で8時間乾燥した。乾燥したLIB10のコック26を閉じ、コック28から電解液(新品)を再注液した後、コック28も閉じ、ラミネート型リチウムイオン二次電池10を再生した。再生した本電池の初回放電容量は3.95mAh/cm2であり、新品時の79%の容量まで回復していた。結果を表1に示す。
Then, it dried for 8 hours at 75 degreeC in the vacuum dryer in the state which opened the
[実施例12]
実施例11記載の操作において、電極洗浄用の極性溶媒のアセトン注入後、コック28を閉じて15分間超音波洗浄機中で超音波処理した以外は、実施例11記載の操作によりラミネート型リチウムイオン二次電池10を再生した。再生した本電池の初回放電容量は4.1mAh/cm2であり、新品時の82%の容量まで回復していた。結果を表1に示す。
[Example 12]
In the operation described in Example 11, laminated lithium ion was obtained by the operation described in Example 11, except that acetone was injected as the polar solvent for electrode cleaning, and the
[実施例13]
実施例11記載の操作において、電極洗浄用の極性溶媒のアセトンの代わりにメタノールにて処理した以外は、実施例11記載の操作によりラミネート型リチウムイオン二次電池10を再生した。再生した本電池の初回放電容量は3.7mAh/cm2であり、新品時の74%の容量まで回復していた。結果を表1に示す。
[Example 13]
In the operation described in Example 11, the laminate type lithium ion
[実施例14]
実施例11記載の操作において、電極洗浄用の極性溶媒のアセトンの代わりに蒸留水にて処理した以外は、実施例11記載の操作によりラミネート型リチウムイオン二次電池10を再生した。再生した本電池の初回放電容量は3.6mAh/cm2であり、新品時の72%の容量まで回復していた。結果を表1に示す。
[Example 14]
In the operation described in Example 11, the laminate type lithium ion
[比較例1]
実施例1で用いたものと同じように、劣化電池10を放電して無害化し、ラミネート外装材29の外周を切断して、いわば半解体した。ここからは図4を用いて説明する。さらに実施例1と同じように、得られた電池内容物(使用済み発電要素6a)からタブ付きの使用済み正極7aおよび負極8aの各電極を取り出し、別々に分けたものに対し、以下の処理を行った。
[Comparative Example 1]
In the same manner as that used in Example 1, the deteriorated
図5の使用済み正負極(活物質層+集電体+電極タブ)7a,8aを、正負極洗浄用の溶媒としてトルエン(誘電率2.4=非極性溶媒)を満たしたビーカー内に30分浸漬し、電解液と堆積物を溶解させた後、再度新鮮なトルエンで1分程度ゆすいだ。上記溶媒で洗浄処理後の溶媒処理正負極7b、8bを、真空乾燥機内で、130℃で5時間乾燥した。乾燥された乾燥正負極(再生正負極)7c、8cを、セパレータとともに再び、再生した発電要素6bとして組み上げた。該再生した発電要素6bをラミネート型外装材に挿入し、電解液(新品)を注入し、密封してラミネート型リチウムイオン二次電池を再生した。再生した本電池の初回放電容量は2.55mAh/cm2であり、新品時の51%の容量までしか回復しておらず、再利用価値が認められなかった。結果を表1に示す。
The used positive and negative electrodes (active material layer + current collector + electrode tab) 7a, 8a in FIG. 5 are placed in a beaker filled with toluene (dielectric constant 2.4 = nonpolar solvent) as a solvent for cleaning the positive and negative electrodes. After soaking for a minute, the electrolyte and deposits were dissolved, and then rinsed again with fresh toluene for about 1 minute. The solvent-treated positive and
[比較例2]
実施例1で用いたものと同じように、劣化電池10を放電して無害化し、ラミネート外装材29の外周を切断して、いわば半解体した。ここからは図4を用いて説明する。さらに実施例1と同じように、得られた電池内容物(使用済み発電要素6a)からタブ付きの使用済み正極7aおよび負極8aの各電極を取り出し、別々に分けたものに対し、以下の処理を行った。
[Comparative Example 2]
In the same manner as that used in Example 1, the deteriorated
図5の使用済み正負極(活物質層+集電体+電極タブ)7a,8aを、正負極洗浄用の溶媒としてクロロホルム(誘電率4.8=非極性溶媒)を満たしたビーカー内に30分浸漬し、電解液と堆積物を溶解させた後、再度新鮮なクロロホルムで1分程度ゆすいだ。上記溶媒で洗浄処理後の溶媒処理正負極7b、8bを、真空乾燥機内で、130℃で5時間乾燥した。乾燥された乾燥正負極(再生正負極)7c、8cを、セパレータ(図7;符号16)とともに再び、再生した発電要素6bとして組み上げた。該再生した発電要素6bをラミネート型外装材に挿入し、電解液(新品)を注入し、密封してラミネート型リチウムイオン二次電池を再生した。再生した電池の初回放電容量は2.8mAh/cm2であり、新品時の56%の容量までしか回復しておらず、再利用価値が認められなかった。結果を表1に示す。
The used positive and negative electrodes (active material layer + current collector + electrode tab) 7a, 8a in FIG. 5 are placed in a beaker filled with chloroform (dielectric constant 4.8 = nonpolar solvent) as a solvent for cleaning the positive and negative electrodes. After soaking for a minute, the electrolyte and deposits were dissolved, and then rinsed again with fresh chloroform for about 1 minute. The solvent-treated positive and
[比較例3]
実施例5で用いたものと同じように、劣化電池10を放電して無害化し、ラミネート外装材29の外周を切断して、いわば半解体した。ここからは図4を用いて説明する。さらに実施例5と同じように、得られた電池内容物(使用済み発電要素6a)からタブ付きの使用済み正極7aおよび負極8aの各電極を取り出し、別々に分けたものに対し、以下の処理を行った。
[Comparative Example 3]
In the same manner as that used in Example 5, the deteriorated
図5の使用済み正負極(活物質層+集電体+電極タブ)7a,8aを、正負極洗浄用の溶媒としてシクロヘキサン(誘電率2=非極性溶媒)を満たしたビーカー内に30分浸漬し、電解液と堆積物を溶解させた後、再度新鮮なシクロヘキサンで1分程度ゆすいだ。上記溶媒で洗浄処理後の溶媒処理正負極7b、8bを、真空乾燥機内で、130℃で5時間乾燥した。乾燥された乾燥正負極(再生正負極)7c、8cを、セパレータとともに再び、再生した発電要素6bとして組み上げた。該再生した発電要素6bをラミネート型外装材に挿入し、電解液(新品)を注入し、密封してラミネート型リチウムイオン二次電池を再生した。再生した電池の初回放電容量は2.35mAh/cm2であり、新品時の47%の容量までしか回復しておらず、再利用価値が認められなかった。結果を表1に示す。
The used positive and negative electrodes (active material layer + current collector + electrode tab) 7a and 8a in FIG. 5 are immersed in a beaker filled with cyclohexane (dielectric constant 2 = nonpolar solvent) as a solvent for cleaning the positive and negative electrodes for 30 minutes. After dissolving the electrolytic solution and the deposit, it was rinsed again with fresh cyclohexane for about 1 minute. The solvent-treated positive and
[比較例4]
プラスチックねじコックが1つのみ設置された構造とした他は、実施例11記載と同様の操作によりラミネート型リチウムイオン二次電池を再生した。再生した本電池10はコックから遠いコーナー部が十分洗浄できなかった。また、真空乾燥時にコック近傍でラミネートの閉塞が観察された。再生した本電池10の初回放電容量は2.9mAh/cm2であり、新品時の58%の容量までしか回復しておらず、再利用価値が認められなかった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 4]
A laminated lithium ion secondary battery was regenerated by the same operation as described in Example 11 except that only one plastic screw cock was installed. In the regenerated
表中の実施例12の正極洗浄溶媒及び負極洗浄溶媒の欄の「アセトン超音波」とは、洗浄の際の極性溶媒にアセトンを用い、なおかつ洗浄の際に超音波処理を併用したことを表す。 “Acetone ultrasonic wave” in the column of the positive electrode cleaning solvent and the negative electrode cleaning solvent in Example 12 in the table represents that acetone was used as a polar solvent at the time of cleaning, and ultrasonic treatment was also used at the time of cleaning. .
また、表中の実施例2の負極活物質の欄の「(新品)」とは、負極は再生せず、新品の負極を用いたことを表す。実施例3の正極活物質の欄の「(新品)」とは、正極は再生せず、新品の正極を用いたことを表す。 In the table, “(new)” in the column of the negative electrode active material of Example 2 indicates that the negative electrode was not regenerated and a new negative electrode was used. “(New)” in the column of the positive electrode active material of Example 3 indicates that the positive electrode was not regenerated and a new positive electrode was used.
(実験事実;負極洗浄効果について)
図9は、実施例4で作製した電池の(1)理論値、(2)劣化後、(3)洗浄後のそれぞれの単位面積当りの放電容量を示すグラフである。
(Experimental fact: Negative electrode cleaning effect)
FIG. 9 is a graph showing (1) theoretical values, (2) after discharge, and (3) discharge capacity per unit area after cleaning for the battery fabricated in Example 4.
ここで、(1)理論値の放電容量とは、実施例4で作製した電池の新品時の理論放電容量をいう。(2)劣化後の放電容量とは、劣化試験の400サイクル目の電池の放電容量をいう。(3)洗浄後の放電容量とは、劣化試験後に放電して無害化した後、半解体した正極をアセトン洗浄、負極を水洗浄(共に極性溶媒による処理)を行い、乾燥、組み立て直して再注液し再生した電池の放電容量をいうものとする。 Here, (1) The theoretical discharge capacity means the theoretical discharge capacity of the battery produced in Example 4 when it is new. (2) The discharge capacity after deterioration refers to the discharge capacity of the battery at the 400th cycle of the deterioration test. (3) The discharge capacity after cleaning is that after the deterioration test, the battery is discharged and rendered harmless, then the semi-disassembled positive electrode is washed with acetone and the negative electrode is washed with water (both treated with a polar solvent), dried, reassembled, and re-assembled. It shall be the discharge capacity of the injected and regenerated battery.
図9の結果から、実施例4で作製した電池の理論値5.0mAh/cm2に対し、劣化後の放電容量は、2.25mAh/cm2と理論値の44%まで劣化していた。洗浄後の放電容量は、劣化試験後に放電して無害化した後、半解体した正負極をアセトン及び水洗浄により活物質層(活物質粒子)表面の堆積物をアセトン及び水に溶解し洗い流すことで、約4.5mAh/cm2と理論値の91%まで回復することがわかった。ここで、活物質層(活物質粒子)表面の堆積物には、例えば、Li塩、Liカルボン酸塩、Liカーボネートなど、Li、正極及び負極由来イオン、溶媒由来有機物などの複合物があるが、これらは極性溶媒であるアセトン及び水にそれぞれよく溶解する。そのため、上記した極性溶媒であるアセトン及び水洗浄による優れた正負極の洗浄効果を発現することができ、その結果、上記したような高い容量の回復が達成できたものと言える。このことは、実施例2、3の結果から同様の正負極の洗浄効果が得られることが確認できた。更に他の実施例1、5〜14の結果からも同様の正負極の洗浄効果が得られることが確認できた。 From the results of FIG. 9, the discharge capacity after degradation was 2.25 mAh / cm 2 , which was 44% of the theoretical value, with respect to the theoretical value of 5.0 mAh / cm 2 of the battery manufactured in Example 4. Discharge capacity after washing is made harmless by discharging after the deterioration test, and the semi-decomposed positive and negative electrodes are washed with acetone and water to dissolve deposits on the surface of the active material layer (active material particles) in acetone and water and wash away. It was found that the recovery was about 4.5 mAh / cm 2 to 91% of the theoretical value. Here, the deposit on the surface of the active material layer (active material particles) includes, for example, a composite such as Li salt, Li carboxylate, Li carbonate, Li, positive electrode and negative electrode-derived ions, solvent-derived organic matter, and the like. These are well soluble in acetone and water, which are polar solvents. Therefore, it can be said that the positive and negative electrode cleaning effect by washing with acetone, which is the polar solvent, and water, can be exhibited, and as a result, the high capacity recovery as described above can be achieved. From this result of Examples 2 and 3, it was confirmed that the same positive and negative electrode cleaning effect was obtained. Furthermore, from the results of other Examples 1 and 5 to 14, it was confirmed that the same positive and negative electrode cleaning effect was obtained.
以上のことから、図9に示す劣化試験後の正負極は、かなり劣化しているように見える。しかしながら、図9に示す正負極洗浄効果から、外装材を解体して取り出した正負極をアセトン及び水洗浄により活物質層表面の堆積物をアセトン及び水に溶解し洗い流すことで、91%まで容量回復できることがわかった。即ち、使用済みの電池を放電して無害化した後、外装材を解体して取り出した正負極をアセトン洗浄及び水洗浄し、乾燥、組み立て直して再注液し再生した電極を有する電池は、再生・再利用が容易になし得ることが確認できた。 From the above, the positive and negative electrodes after the deterioration test shown in FIG. 9 appear to be considerably deteriorated. However, from the positive and negative electrode cleaning effect shown in FIG. 9, the positive and negative electrodes taken out by disassembling the exterior material are washed with acetone and water to dissolve the deposits on the surface of the active material layer in acetone and water, and the capacity is reduced to 91%. I found that I could recover. That is, after the used battery is discharged and rendered harmless, the positive and negative electrodes taken out by disassembling the exterior material are washed with acetone and washed with water, dried, reassembled, re-injected and regenerated, It was confirmed that it can be easily recycled and reused.
1a 使用済みの電極、
1b 溶媒処理電極、
1c 再生・再利用可能な電極、
2 集電体、
3 電極活物質層、
4 活物質粒子、
5 SEI(堆積物)
6a 使用済み発電要素、
6b、6c、6d 再生した発電要素、
7a 使用済み正極、
7b 溶媒処理正極、
7c、7e 乾燥正極、
7d 未使用正極、
8a 使用済み負極、
8b 溶媒処理負極、
8c、8e 乾燥負極、
8d 未使用負極、
10 積層型電池(LIB、ラミネート型リチウムイオン二次電池)、
11 負極集電体、
12 正極集電体、
13 負極活物質層、
14 負極(負極集電体+負極活物質層(+負極タブ))、
15 正極活物質層、
16 セパレータ、
17 電解質層(セパレータ+電解液)、
18 正極(正極集電体+正極活物質層(+正極タブ))
19 単電池層、
21 発電要素、
25 負極タブ(集電板)、
27 正極タブ(集電板)、
26、28 コック(コック部)、
29 外装体(ラミネートシート)。
1a Used electrode,
1b Solvent-treated electrode,
1c Recyclable and reusable electrodes,
2 current collector,
3 electrode active material layer,
4 active material particles,
5 SEI (sediment)
6a Used power generation elements,
6b, 6c, 6d Regenerated power generation elements,
7a Used positive electrode,
7b Solvent-treated positive electrode,
7c, 7e dry cathode,
7d unused positive electrode,
8a Used negative electrode,
8b Solvent-treated negative electrode,
8c, 8e Dry negative electrode,
8d unused negative electrode,
10 Laminated battery (LIB, laminated lithium ion secondary battery),
11 negative electrode current collector,
12 positive electrode current collector,
13 negative electrode active material layer,
14 negative electrode (negative electrode current collector + negative electrode active material layer (+ negative electrode tab)),
15 positive electrode active material layer,
16 separator,
17 electrolyte layer (separator + electrolyte),
18 Positive electrode (positive electrode current collector + positive electrode active material layer (+ positive electrode tab))
19 cell layer,
21 power generation elements,
25 negative electrode tab (current collector plate),
27 Positive electrode tab (current collector plate),
26, 28 Cook (cock part),
29 Exterior body (laminate sheet).
Claims (9)
(1)当該電池の正負極の少なくとも一方の電極を極性溶媒で処理する工程、
(2)当該溶媒処理電極を乾燥する工程、
(3)当該乾燥電極を有する電池に再注液する工程、
を含むリチウムイオン電池の電極再生方法。 For used lithium-ion batteries,
(1) a step of treating at least one of positive and negative electrodes of the battery with a polar solvent;
(2) a step of drying the solvent-treated electrode,
(3) a step of re-injecting the battery having the dry electrode;
A method for regenerating an electrode of a lithium ion battery.
前記(3)工程の乾燥電極を有する電池が、当該乾燥電極を用いて組み直してなる電池であることを特徴とする、請求項1に記載のリチウムイオン電池の電極再生方法。 At least one of the positive and negative electrodes in the step (1) is a positive and negative electrode taken out from a used lithium ion battery,
The method for regenerating a lithium ion battery according to claim 1, wherein the battery having the dry electrode in the step (3) is a battery that is reassembled using the dry electrode.
(正極の処理に用いる極性溶媒の極性)≦(負極の処理に用いる極性溶媒の極性)
で表されることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウムイオン電池の電極再生方法。 The polarity of the polar solvent used for the electrode treatment in the step (1) is the following inequality;
(Polarity of polar solvent used for treatment of positive electrode) ≦ (Polarity of polar solvent used for treatment of negative electrode)
The electrode regeneration method of a lithium ion battery according to claim 1 or 2, wherein
前記(1)工程前に、(1a)当該コックを開ける工程を有し、
前記(1)工程が、当該電池内部に極性溶媒を注入して処理する工程であり、
前記(2)工程前に、(2a)当該極性溶媒処理液をコックから排出する工程を有し、
前記(2)工程が、当該溶媒処理電池内部を乾燥する工程であり、
前記(3)工程が、当該乾燥電池に再注液して密閉する工程であることを特徴とする、請求項1に記載のリチウムイオン電池の電極再生方法。 For the used lithium ion battery provided with two or more cocks that can be opened and closed in the exterior material,
Before the step (1), (1a) having a step of opening the cock,
The step (1) is a step of injecting a polar solvent into the battery for processing,
Before the step (2), (2a) a step of discharging the polar solvent treatment liquid from the cock,
The step (2) is a step of drying the inside of the solvent treatment battery,
2. The method for regenerating an electrode of a lithium ion battery according to claim 1, wherein the step (3) is a step of re-injecting the liquid into the dry battery and sealing it.
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