JP2012128952A5 - - Google Patents

Description

電池パック処理装置および処理方法

本発明は、電池パック処理装置および処理方法に関する。さらに詳しくは、導電性を有する液体に浸漬させて電池パックを放電する電池パック処理装置および処理方法に関する。

リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度、高いセル電圧等の優れた特性を有することから、携帯電話、ポータブルビデオカメラ、ノートパソコン等の電子機器を中心に広範に利用されている。また、これら電子機器に用いられる電池は、安全性、使いやすさ、必要電圧等を考慮して、必要とする本数の単電池を樹脂製の筐体に収納した電池パックの形態で市販される場合が多い。

リチウムイオン電池等の二次電池は、数百回程度の充放電を繰り返すと電極や電解液の劣化等が生じ、充電できる電気量が減少してくる。このような電池は寿命と判断され、廃電池として廃棄される。ここで、リチウムイオン電池には、コバルトやニッケル等の希少金属をはじめとする有価物が使用されているため、電池を解体して有価金属を回収し再資源化する処理が行なわれる。

一般に、電池の再資源化は、電池を破砕した後に種々の方法を用いて有価金属を選別することにより行われる。
ところが、未放電の電池が含まれていると、電池の破砕を行う際に、電池が潰れて短絡することにより発熱し、電池内の電解質に含まれる有機溶媒が揮発してガスが噴射されたり、場合によっては発火点を超えて炎が燃え上がったりする場合がある。特に、電圧の高いリチウムイオン電池では、この発熱や爆発が顕著であり危険である。

このような問題に対して、安全に電池を破砕する種々の方法が提案されている。その一例として、充放電状態に関わらず電池をそのまま高温の炉内に投入して焙焼することにより、発熱や発火の影響を抑制する方法がある（例えば特許文献１）。また、他の一例として、導電性を有する液体（以下、放電液という。）に浸漬させて電池を放電させ、放電後に電池を破砕する方法がある（例えば特許文献２）。

しかるに、焙焼処理を行う方法では、電池パック内に基板が含まれているために鉛が飛散したり、樹脂製の筐体が分解し窒素化合物が排出されるために排ガス処理設備が必要になったりする等の問題がある。

また、放電液に浸漬させて電池を放電させる方法では、単電池を個々に放電液に浸漬する場合は数時間から２４時間程度の比較的短時間で放電できるが、電池パックごと放電液に浸漬する場合は、単電池個々の場合の数倍から１０倍程度の長時間が必要である。これは電池パックの内部には、過放電を防止するための保護回路が組み込まれており、電池パックごと放電液に浸漬しても保護回路が働いて放電電流が抑制されるためである。
このように、電池パックを放電するには長時間を必要とし、操業上の手間やコストがかかるという問題がある。

特開平６−３４６１６０号公報 特開平１１−９７０７６号公報

本発明は上記事情に鑑み、放電液に浸漬させて電池パックを放電するにあたり、短時間で放電を行うことが可能な電池パック処理装置および処理方法を提供することを目的とする。

第１発明の電池パック処理装置は、単電池と該単電池を収納する筐体とからなる電池パックを、放電液に浸漬させて放電させるための処理装置であって、前記電池パックを加圧して、前記筐体に該筐体の内部に前記放電液が流入できる開口部を形成するプレス機を備えることを特徴とする。
第２発明の電池パック処理装置は、第１発明において、前記プレス機の前記電池パックを加圧する加圧力は、前記筐体に前記開口部が形成でき、かつ、前記単電池が前記放電液に浸漬される前に発火する圧力よりも小さい圧力であることを特徴とする。
第３発明の電池パック処理装置は、第１または第２発明において、前記プレス機は、前記電池パックを挟んで加圧する一対の加圧部材を備えることを特徴とする。
第４発明の電池パック処理装置は、第３発明において、前記一対の加圧部材の一方または両方に凹凸が形成されていることを特徴とする。
第５発明の電池パック処理装置は、第４発明において、前記一対の加圧部材の両方に凹凸が形成されており、一方の加圧部材の凹凸と、他方の加圧部材の凹凸とが、互いに噛み合う位置関係にあることを特徴とする。
第６発明の電池パック処理装置は、第１、第２、第３、第４または第５発明において、前記放電液を保持し、前記筐体に前記開口部が形成された前記電池パックを、該放電液に浸漬する放電槽を備えることを特徴とする。
第７発明の電池パック処理装置は、第６発明において、前記プレス機は、前記電池パックが前記放電槽に保持された前記放電液に浸かった状態で、前記筐体に前記開口部を形成するものである
ことを特徴とする。
第８発明の電池パック処理方法は、単電池と該単電池を収納する筐体とからなる電池パックを、放電液に浸漬させて放電させる処理方法であって、前記電池パックを加圧して、前記筐体に該筐体の内部に前記放電液が流入できる開口部を形成することを特徴とする。
第９発明の電池パック処理方法は、第８発明において、前記電池パックを加圧する加圧力は、前記筐体に前記開口部が形成でき、かつ、前記単電池が前記放電液に浸漬される前に発火する圧力よりも小さい圧力であることを特徴とする。
第１０発明の電池パック処理方法は、第８または第９発明において、前記筐体に前記開口部を形成した後に、前記電池パックを前記放電液に浸漬することを特徴とする。
第１１発明の電池パック処理方法は、第８または第９発明において、前記電池パックを前記放電液に浸けた状態で、前記筐体に前記開口部を形成することを特徴とする。

第１発明によれば、電池パックを加圧することにより、筐体が破壊され、開口部を形成することができる。電池パックの筐体に放電液が流入できる開口部を形成するので、筐体に収納された単電池を個々に放電液に浸漬したのと同じ状態にできる。そのため、過放電を防止する保護回路によって電池パックからの放電電流が抑制されることを回避し、短時間で放電を行うことができる。
第２発明によれば、電池パックを加圧する加圧力は単電池が放電液に浸漬される前に発火する圧力よりも小さい圧力であるから、単電池が潰れて短絡することにより発火することがなく、安全である。また、単電池が潰れて短絡することにより発熱しても、発火する前に放電液に浸漬されるので、放電液で単電池を冷やすことで発火を防ぐことができ、安全である。
第３発明によれば、一対の加圧部材で挟んで電池パックを加圧することにより、筐体が破壊され、開口部を形成することができる。
第４発明によれば、加圧部材に凹凸が形成されているので、電池パックに生じる応力が強いところと弱いところができ、筐体を破壊し開口部を形成することが容易となる。
第５発明によれば、一方の加圧部材の凹凸と他方の加圧部材の凹凸とが互いに噛み合う位置関係にあるので、電池パックに曲げる力を加えることができ、筐体を破壊し開口部を形成することが容易となる。また、単電池に加圧力が加わりにくくなるので、単電池が潰れて短絡することにより発火することを抑制でき、安全である。
第６発明によれば、開口部が形成された電池パックを放電液に浸漬することができるので、筐体に収納された単電池を個々に放電液に浸漬したのと同じ状態にできる。そのため、過放電を防止する保護回路によって電池パックからの放電電流が抑制されることを回避し、短時間で放電を行うことができる。
第７発明によれば、電池パックが放電液に浸かった状態で筐体に開口部を形成するので、単電池が潰れて短絡することにより発熱しても、放電液で単電池を冷やすことで発火を防ぐことができ、安全である。
第８発明によれば、電池パックを加圧することにより、筐体が破壊され、開口部を形成することができる。電池パックの筐体に放電液が流入できる開口部を形成するので、筐体に収納された単電池を個々に放電液に浸漬したのと同じ状態にできる。そのため、過放電を防止する保護回路によって電池パックからの放電電流が抑制されることを回避し、短時間で放電を行うことができる。
第９発明によれば、電池パックを加圧する加圧力は単電池が放電液に浸漬される前に発火する圧力よりも小さい圧力であるから、単電池が潰れて短絡することにより発火することがなく、安全である。また、単電池が潰れて短絡することにより発熱しても、発火する前に放電液に浸漬されるので、放電液で単電池を冷やすことで発火を防ぐことができ、安全である。
第１０発明によれば、開口部が形成された電池パックを放電液に浸漬することができるので、筐体に収納された単電池を個々に放電液に浸漬したのと同じ状態にできる。そのため、過放電を防止する保護回路によって電池パックからの放電電流が抑制されることを回避し、短時間で放電を行うことができる。
第１１発明によれば、電池パックが放電液に浸かった状態で筐体に開口部を形成するので、単電池が潰れて短絡することにより発熱しても、放電液で単電池を冷やすことで発火を防ぐことができ、安全である。

本発明の第１実施形態に係る電池パック処理装置の概略図である。 一般的な電池パックの説明図である。 加圧板の説明図であって、（Ａ）は直線状の凸部が複数本平行に形成されたもの、（Ｂ）は直線状の凸部が井桁状に形成されたもの、（Ｃ）は円柱状の突起が複数形成されたものの説明図である。 加圧板の説明図であって、（Ａ）は上加圧板と下加圧板とで凸部の位置が互い違いになるように構成されたもの、（Ｂ）は上加圧板と下加圧板とを接近させたときに、下加圧板の円柱突起が上加圧板の井桁に囲まれるように構成されたものの説明図である。 本発明の第２実施形態に係る電池パック処理装置の概略図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る電池パック処理装置Ａの概略図であって、図中、１０は電池パックＰを搬送するコンベア、２０は電池パックＰを加圧するプレス機、３０はプレス機２０から電池パックＰを排出するプッシャー、４０は放電液を保持する放電槽である。プレス機２０は、油圧シリンダ２１と、油圧シリンダ２１のロッド先端に取り付けられた上加圧板２２と、この上加圧板２２と対となり電池パックＰを挟んで加圧する下加圧板２３と、油圧シリンダ２１の圧力制御を行う制御装置２４とからなる。
なお、上加圧板２２および下加圧板２３は、特許請求の範囲に記載の「加圧部材」に相当する。
また、プレス機２０としては、油圧プレスに限らず、機械プレス等種々の型式のプレス機を採用することができる。

電池パックＰの構成には種々のものがあるが、例えば図２に示すように、リチウムイオン電池等である複数本の単電池ｃと、その複数の単電池ｃを収納する樹脂製の筐体ｂとから構成されている。一般に、筐体ｂは上部材ｕｂおよび下部材ｌｂとからなり、この２つの部材ｕｂ，ｌｂの中に単電池ｃを収納した後に、それぞれの周囲が接合され筐体として形成されている。また、筐体ｂには電池パックＰを取り付ける装置と単電池ｃとを電気的に接続するための端子ｔが設けられる。さらに、過放電を防止するための保護回路ｆが組み込まれる。

つぎに、電池パック処理装置Ａを用いた電池パックＰの処理方法について説明する。
廃電池として廃棄された電池パックＰはコンベア１０により搬送されてプレス機２０の下加圧板２３に載せられる。すると、油圧シリンダ２１が伸長し、上加圧板２２と下加圧板２３とで電池パックＰを加圧する。電池パックＰを加圧することにより、筐体ｂが破壊され、筐体ｂの内部に通ずる開口部が形成される。
このとき、一般的には、筐体ｂの上部材ｕｂと下部材ｌｂとの接合部が潰れ変形することで、開口部が形成される。また、場合によっては、筐体ｂが２つに割れることもある。

筐体ｂに開口部が形成された電池パックＰは、プッシャー３０により下加圧板２３から排出され、下加圧板２３の下方に備えられた放電槽４０の中に投入される。
放電槽４０に投入された電池パックＰは筐体ｂに開口部が形成されているから、放電液はその開口部から筐体ｂの内部に流入する。したがって、単電池ｃを個々に放電液に浸漬したのと同じ状態にできる。

前述の通り、電池パックＰをそのまま放電液に浸漬しても筐体ｂに設けられた端子ｔを通して放電することができるが、過放電を防止するための保護回路ｆが働いて放電電流が抑制されるため、放電するのに単電池ｃ個々の場合の数倍から１０倍程度の長時間が必要である。これに対して、本発明では、単電池ｃを個々に放電液に浸漬したのと同じ状態にできるため、過放電を防止する保護回路ｆによって電池パックＰからの放電電流が抑制されることを回避し、数時間から２４時間程度の短時間で放電を行うことができる。その結果、操業上の手間やコストを低減することができる。

ところで、プレス機２０で電池パックＰを加圧していくと、筐体ｂが破壊されるとともに、筐体ｂに収納された単電池ｃも潰される。そのため、過剰な圧力を加えると、未放電の単電池ｃが含まれていると、単電池ｃが潰れて短絡することにより発熱し、単電池ｃ内の電解質に含まれる有機溶媒が揮発してガスが噴射されたり、場合によっては発火点を超えて炎が燃え上がったりする場合がある。特に、電圧の高いリチウムイオン電池では、この発熱や爆発が顕著であり危険である。

しかし、単電池ｃが潰れて短絡することによる発熱反応は瞬間的に発生するのではなく、徐々に進行していくと考えられる。そこで、単電池ｃが潰れて短絡することにより発熱しても、発火する前に放電液に浸漬できるように、プレス機２０の加圧力や、プレス機２０と放電槽４０との位置関係、プッシャー３０の排出するタイミングを調整することが必要である。換言すれば、プレス機２０の加圧力を、筐体ｂに開口部が形成でき、かつ、単電池ｃが放電液に浸漬される前に発火する圧力よりも小さい圧力とする必要がある。
単電池ｃが発火する前に放電液に浸漬できれば、放電液で単電池ｃを冷やすことで発火を防ぐことができ、安全である。

なお、一般に、電池パックＰの筐体ｂは内部に収納する単電池ｃを保護する構造になっているから、プレス機２０の圧力を調整すれば、筐体ｂに開口部が形成でき、かつ、単電池ｃに過剰な圧力を加えないようにすることが可能である。

さらになお、電池パックＰの種類によって形状や筐体の強度は様々であるから、多種類の電池パックＰを処理する場合には、電池パックＰを一つずつコンベア１０で搬送し、プレス機２０に設置し、設置された電池パックＰについて、筐体ｂに開口部が形成でき、かつ、単電池ｃに過剰な圧力を加えないように、プレス機２０の加圧力を調整することが好ましい。

プレス機２０の加圧板２２，２３が平板状の場合、電池パックＰを加圧したときに、筐体ｂの接合部が変形して開口しようとしても、その開口も加圧により抑制され、結局開口部を形成することが困難な場合が考えられる。
そこで、図３に示すように、上加圧板２２と下加圧板２３の一方または両方に凹凸が形成されていることが好ましい。加圧板２２，２３に凹凸が形成されていれば、加圧板２２，２３は電池パックＰと部分的に接することとなり、電池パックＰに生じる応力が強いところと弱いところができる。そうすると、筐体ｂを破壊し開口部を形成することが容易となる。

加圧板２２，２３に形成される凹凸としては、直線状の凸部が複数本平行に形成されたものや（図３（Ａ））、直線状の凸部が井桁状に形成されたもの（図３（Ｂ））、円柱状の突起が複数形成されたもの（図３（Ｃ））等が考えられる。

また、図４に示すように、上加圧板２２と下加圧板２３の両方に凹凸を形成する場合に、上加圧板２２の凹凸と、下加圧板２３の凹凸とが、互いに噛み合う位置関係にあるように構成してもよい。
具体的には、上加圧板２２と下加圧板２３の両方に直線状の凸部を複数本平行に形成するにあたり、上加圧板２２と下加圧板２３とで凸部の位置が互い違いになるように構成すればよい（図４（Ａ））。あるいは、上加圧板２２に直線状の凸部を井桁状に形成し、下加圧板２３に円柱状の突起を複数形成するにあたり、上加圧板２２と下加圧板２３とを接近させたときに、下加圧板２３の円柱突起が上加圧板２２の井桁に囲まれるように構成してもよい（図４（Ｂ））。

上加圧板２２の凹凸と、下加圧板２３の凹凸とが、互いに噛み合う位置関係にあれば、電池パックＰに曲げる力を加えることができ、筐体ｂを破壊し開口部を形成することが容易となる。また、単電池ｃに加圧力が加わりにくくなるので、単電池ｃが潰れて短絡することにより発火することを抑制でき、安全である。

（第２実施形態）
図５に示すように、本発明の第２実施形態に係る電池パック処理装置Ｂは、第１実施形態に係る電池パック処理装置Ａにおいて、下加圧板２３が放電槽４０の放電液の中に設置された構成をしている。その余の構成は、電池パック処理装置Ａと同様であるので、同一部材に同一符号を付して説明を省略する。

下加圧板２３が放電槽４０の放電液の中に設置されているから、廃電池として廃棄された電池パックＰをコンベア１０により搬送して下加圧板２３に載せると、電池パックＰは放電液に浸かった状態となる。したがって、電池パックＰは放電液に浸かった状態で、プレス機２０により加圧され、筐体ｂに開口部が形成される。

電池パックＰが放電液に浸かった状態で筐体ｂに開口部を形成するので、単電池ｃが潰れて短絡することにより発熱しても、放電液で単電池ｃを冷やすことで発火を防ぐことができ、安全である。

（試験）
つぎに、上記第１実施形態に係る電池パック処理装置Ａを用いた試験について説明する。
（実施例１）
試験は、ノートパソコン用リチウムイオン電池パックを用いて行った。本電池パックには、18650型（直径18mm、長さ65mmの円筒型）のリチウムイオン電池の単電池が６本収容されており、単電池３本が並列に接続されたもの２組が直列に接続されている。筐体の外径は幅115mm、奥行70mm、高さ23mmである。なお、本電池パックの電圧仕様は7.4Vである。また、放電液は濃度が100g/lの塩化ナトリウム水溶液であり、液温は室温である。

電池パックを加圧する前に、電池パックの端子間電圧を測定した結果、7.4Vであった。単電池３本が並列に接続されたもの２組が直列に接続されているので、それぞれの単電池の電圧は3.7Vである。
つぎに、電池パック一つを平板状の加圧板で挟んでプレス機で加圧した。このときプレス機の加圧力を50〜75kg/cm²とした。なお、本加圧力は電池パックに加えられる圧力である。加圧後の電池パックの筐体は、接合部が変形し、放電液が流入できる開口部が形成されていた。
つぎに、電池パックを放電液に２４時間浸漬した。
放電液に浸漬後、筐体を解体して単電池を取り出し、単電池の電圧を測定した結果、いずれの単電池も1V以下となっていた。電圧が1.5V以下であれば、単電池が短絡しても発火しないことが知られているので、以上の操作により、十分放電されていることが確認できた。

（実施例２）
実施例１において、平板状の加圧板に代えて、一対の加圧板の両方に図４（Ａ）に示すような直線状の凸部が複数本平行に形成されたものを用いた。なお、この凸部の高さは10mmであり、上加圧板と下加圧板の凸部の位置は互い違いになっている。
また、プレス機の加圧力を40kg/cm²とした。その他は実施例１と同様の電池パック、放電液を使用して、同様の方法で試験をおこなった。

プレス機で加圧後の電池パックを放電液に２４時間浸漬した。
放電液に浸漬後、筐体を解体して単電池を取り出し、単電池の電圧を測定した結果、いずれの単電池も1V以下となっていた。
これより、凹凸を形成した加圧板を使用すれば、筐体ｂを破壊し開口部を形成することが容易となり、プレス機の加圧力を低くすることができることが分かった。そのため、単電池に加わる圧力を低くできると推測され、ひいては、単電池が潰れて短絡することにより発火することを抑制でき、安全であると考えられる。

（比較例１）
実施例１と同様の電池パックを、プレス機で加圧せずに、そのまま放電液に浸漬させた。
その結果、端子間の電圧が1V以下になるまでに120時間が必要であった。
これより、電池パックごと放電液に浸漬する場合は、放電に長時間が必要であり、実施例１および２は、これに比べて短時間で放電を行うことができることが分かった。

（比較例２）
実施例１において、プレス機の加圧力を90〜120kg/cm²とした。その他は実施例１と同様の電池パック、放電液を使用して、同様の方法で試験をおこなった。
プレス機で加圧すると、電池パックの筐体は接合部が変形し、放電液が流入できる開口部が形成された。その変形は実施例１に比べて大きいものであった。しかし、単電池も大きく潰れたため、短絡による発熱が生じ、最終的には発火した。
このことから、電池パックに過剰な圧力を加えると危険であることが分かった。また、実施例１および２のように加圧力を調節することで、電池パックが発火しないようにできることも分かった。

本発明に係る電池パック処理装置および処理方法は、リチウムイオン電池等の電池パックを放電液に浸漬させて放電するにあたり、筐体に開口部を形成することで、短時間で放電を行うために利用される。

１０ コンベア
２０ プレス機
２１ 油圧シリンダ
２２ 上加圧板
２３ 下加圧板
２４ 制御装置
３０ プッシャー
４０ 放電槽

Claims (11)

1. 単電池と該単電池を収納する筐体とからなる電池パックを、放電液に浸漬させて放電させるための処理装置であって、
   前記電池パックを加圧して、前記筐体に該筐体の内部に前記放電液が流入できる開口部を形成するプレス機を備える
   ことを特徴とする電池パック処理装置。
2. 前記プレス機の前記電池パックを加圧する加圧力は、前記筐体に前記開口部が形成でき、かつ、前記単電池が前記放電液に浸漬される前に発火する圧力よりも小さい圧力である
   ことを特徴とする請求項１記載の電池パック処理装置。
3. 前記プレス機は、前記電池パックを挟んで加圧する一対の加圧部材を備える
   ことを特徴とする請求項１または２記載の電池パック処理装置。
4. 前記一対の加圧部材の一方または両方に凹凸が形成されている
   ことを特徴とする請求項３記載の電池パック処理装置。
5. 前記一対の加圧部材の両方に凹凸が形成されており、
   一方の加圧部材の凹凸と、他方の加圧部材の凹凸とが、互いに噛み合う位置関係にある
   ことを特徴とする請求項４記載の電池パック処理装置。
6. 前記放電液を保持し、前記筐体に前記開口部が形成された前記電池パックを、該放電液に浸漬する放電槽を備える
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の電池パック処理装置。
7. 前記プレス機は、前記電池パックが前記放電槽に保持された前記放電液に浸かった状態で、前記筐体に前記開口部を形成するものであることを特徴とする請求項６記載の電池パック処理装置。
8. 単電池と該単電池を収納する筐体とからなる電池パックを、放電液に浸漬させて放電させる処理方法であって、
   前記電池パックを加圧して、前記筐体に該筐体の内部に前記放電液が流入できる開口部を形成する
   ことを特徴とする電池パック処理方法。
9. 前記電池パックを加圧する加圧力は、前記筐体に前記開口部が形成でき、かつ、前記単電池が前記放電液に浸漬される前に発火する圧力よりも小さい圧力である
   ことを特徴とする請求項８記載の電池パック処理方法。
10. 前記筐体に前記開口部を形成した後に、
    前記電池パックを前記放電液に浸漬する
    ことを特徴とする請求項８または９記載の電池パック処理方法。
11. 前記電池パックを前記放電液に浸けた状態で、
    前記筐体に前記開口部を形成する
    ことを特徴とする請求項８または９記載の電池パック処理方法。