JP2016022395A - 廃リチウムイオン電池の処理方法及びその処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】極めて簡易な作業でリサイクル処理しうる廃リチウムイオン電池の処理方法及びその処理システムを提供する。【解決手段】複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック１００に対して電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理方法であって、電池パック１００を、排気口２３が設けられた耐熱容器２０に格納した後、耐熱容器２０を熱処理炉１０に投入して耐熱容器２０をその外側からアルミニウムの融点よりも低い温度で加熱することで耐熱容器２０部の電池パック１００を乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化して耐熱容器２０の排気口２３から熱処理炉１０内に排出させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電源として使用された廃リチウムイオン電池の処理方法及び廃リチウムイオン電池の処理システムに関するものである。

従来、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両用の電源としてリチウムイオン電池が電池パックにまとめられて使用されている。
電池パックは、通常、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが樹脂製の箱型筺体内に複数収納されてなり、電池モジュール間はワイヤーハーネスなどによって電気的に接続されている。また、電池パックには電池制御システムや強電回路を遮断する回路やスイッチなどが搭載されている。

リチウムイオン電池は、アルミ箔にリチウム、コバルト、ニッケルなどを塗布した正極材、銅箔に黒鉛などを塗布した負極材、電解液、セパレーターなどから構成されている。リチウム電池には、リチウム、コバルト、ニッケル、銅などの有価物が含まれているため、使用後廃棄されたリチウム電池からこれらを回収することは、資源の乏しいわが国にとってもとても重要である。
廃リチウムイオン電池からの有価物の回収方法として、焙焼、破砕又は粉砕、篩い分け、選別などによる分離回収が行われている。
焙焼処理は、電解液に含まれるプロピレンカーホーネート、エチレンカーボネートなどの有機溶媒、六フッ化リン酸リチウムの支持塩、ポリエチレンやポリプロピレンなどのセパレーターを熱分解し、除去することを目的としている。
リチウムイオン二次電池の焙焼処理について、特許文献１〜５などに記載されている。

特開平６−３４６１６０号公報 特開平７−２４５１２６号公報 特開２０１２−７９６３０号公報 特開昭５５−１５２１３８号公報 特開２０１２−１１２０２７号公報

特許文献１と特許文献２の焙焼は、大気雰囲気で行われている。特許文献３は、大気雰囲気、酸化雰囲気、不活性雰囲気、還元性雰囲気などが例示されていて、この中から炉内雰囲気のコントロールが容易な大気雰囲気（空気雰囲気）が好ましいとされている。これらに記載の大気雰囲気で焙焼処理を行うと、電解液やセパレーターの有機物が分解されて、着火して、燃焼を起こすため、炉内の温度が急激に上昇する。
このような急激な温度上昇を抑えるためには、特許文献４において、窒素ガス、アルゴンガス、ＣＯ、ＣＯ₂などのガスを通風させて、非酸化雰囲気、還元性雰囲気にすることにより、急激な燃焼による温度上昇を防ぐことができると記載されている。
特許文献５には、木材、木炭、石炭、コークス、活性炭などのカーボン源を使用して、炉内雰囲気を還元雰囲気とすることが記載されている。しかし、カーボン源も可燃性であり、還元性雰囲気にしてリチウム電池の着火、燃焼を抑えるためには、大量のカーボン源が必要となる。
小型のリチウムイオン二次電池の少量の処理であれば、処理炉を大きくしたり、通風速度を変えることにより、急激な燃焼による温度の上昇を抑制することは可能だが、大型のリチウムイオン二次電池の大量処理は、焙焼雰囲気の調整が困難であり、例えば、大型ユニットの場合は、有機化合物が大量にあるため、著しい燃焼により急激な温度上昇が起こる。

そこで、本発明の目的とするところは、極めて簡易な作業でリサイクル処理しうる廃リチウムイオン電池の処理方法及びその処理システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の廃リチウムイオン電池の処理方法は、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック（１００）又は前記電池モジュールに対して前記電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理方法であって、
前記加熱処理を、アルミニウムの融点（６６０度（℃））よりも低い温度（６５０度（℃））で実施することで、前記電池パック（１００）又は前記電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化させることを特徴とする。

また本発明は、前記加熱処理の温度は、プラスチックの分解温度（３００度（℃））以上であることを特徴とする。

また本発明は、前記加熱処理を還元雰囲気で実施することを特徴とする。

また本発明は、前記電池パック（１００）又は前記電池モジュールを、排気口（２３）が設けられた耐熱容器（２０）に格納した後、前記耐熱容器（２０）を熱処理炉（１０）に投入して前記耐熱容器（２０）の外側から前記加熱処理を施し、前記揮発化された電解液を前記耐熱容器（２０）の排気口（２３）から前記熱処理炉（１０）内に排出させることを特徴とする。

また本発明は、前記熱処理炉（１０）は、炉床（１２）が回転し、前記耐熱容器（２０）を連続投入及び連続排出可能な連続式回転炉であることを特徴とする。

また本発明は、前記耐熱容器（２０）は、受け皿部（２０Ｂ）と上蓋部（２０Ａ）からなり、前記上蓋部（２０Ａ）は前記受け皿部（２０Ｂ）に対して一定の距離（Ｌ）浮き上がり可能な状態で取付けられていることを特徴とする。

また本発明は、前記耐熱容器（２０）の受け皿部（２０Ｂ）には、前記加熱処理時に溶解物を受けて溜め込む凹部が形成されていることを特徴とする。

また本発明は、前記加熱処理時に発生した未燃焼ガスを二次燃焼室（５０）に導いて、前記加熱処理の温度（６５０度（℃））よりも高い温度（８００度（℃））で燃焼させることを特徴とする。

本発明の廃リチウムイオン電池の処理システムは、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック（１００）又は前記電池モジュールに対して前記電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理システムであって、
還元雰囲気で加熱処理する、温度制御可能な熱処理炉（１０）を備え、
前記熱処理炉（１０）に投入された前記電池パック（１００）又は前記電池モジュールをアルミニウムの融点（６６０度（℃））よりも低い温度（６５０度（℃））で加熱することで前記電池パック（１００）又は前記電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化させることを特徴とする。

また本発明の廃リチウムイオン電池の処理システムは、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック（１００）又は前記電池モジュールに対して前記電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理システムであって、
前記電池パック（１００）又は前記電池モジュールが格納されるとともに、排気口（２３）が設けられた耐熱容器（２０）と、
温度制御可能な熱処理炉（１０）と、
前記熱処理炉（１０）に前記耐熱容器（２０）を投入及び排出可能な容器搬送装置（３０）を備え、
前記熱処理炉（１０）に投入された前記耐熱容器（２０）をその外側からアルミニウムの融点（６６０度（℃））よりも低い温度（６５０度（℃））で加熱することで前記耐熱容器（２０）内部の前記電池パック（１００）又は前記電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化して前記耐熱容器（２０）の排気口（２３）から前記熱処理炉（１０）内に排出させることを特徴とする。

また本発明は、前記熱処理炉（１０）の炉床（１２）を水平回転させる炉床回転装置（４０）を備え、
前記容器搬送装置（３０）を介して、前記耐熱容器（２０）を連続的に投入して複数の耐熱容器（２０）を前記炉床（１２）上に環状に載置するとともに、一回りした前記耐熱容器（２０）を前記炉床（１２）上から連続的に排出することを特徴とする。

また本発明は、前記耐熱容器（２０）は、受け皿部（２０Ｂ）と上蓋部（２０Ａ）からなり、前記上蓋部（２０Ａ）は前記受け皿部（２０Ｂ）に対して一定の距離（Ｌ）浮き上がり可能な状態で取付けられていることを特徴とする。

また本発明は、前記耐熱容器（２０）の受け皿部（２０Ｂ）には、前記加熱処理時に溶解物を受けて溜め込む凹部が形成されていることを特徴とする。

また本発明は、前記熱処理炉（１０）の温度（６５０度（℃））よりも高い温度（８００度（℃））で燃焼可能な二次燃焼室（５０）と、
前記二次燃焼室（５０）と前記熱処理炉（１０）とを連結するダクト（６１）と、
前記ダクト（６１）に設けられ、前記ダクト（６１）を介して前記熱処理炉（１０）内の未燃焼ガスを前記二次燃焼室（５０）に送るファン（６２）をさらに備え、
前記未燃焼ガスを前記二次燃焼室（５０）で燃焼させることを特徴とする。

なお、括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に記載された対応要素または対応事項を示す。

本発明の廃リチウムイオン電池の処理方法及びその処理システムによれば、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック又は電池モジュールに対して電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施すことで電池パック又は電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するようにしたので、電池パックの樹脂製の筺体や、あるいは電池モジュールの各電池セルを挟み込む樹脂製のフレームや、リチウムイオン電池の負極材料に使用されるカーボンなどが炭化混合物として有用金属が含まれる金属から分離される。
このときの加熱処理は、熱源として電気，重油，ガスを使用した各種炉で達成することができる。また、既存の製造設備、例えば、セメント製造時に出る廃熱を利用するなどすれば熱エネルギーの有効利用が図れる。
また、そのときの加熱温度は、アルミニウムの融点よりも低い温度でアルミニウムは溶けないように設定されているので、アルミニウムが溶け出した場合と比較して、その後の処理として有用金属が含まれる金属から有用金属を分離する処理を容易に行うことができる。

また、このときの加熱処理の温度は、プラスチックの分解温度（３００度（℃））以上であるので樹脂製材料は確実に金属から分離される。

そして、加熱処理を還元雰囲気で実施することによれば、プラスチックなどの可燃性物質を燃焼させることはないのでダイオキシン類も生成されず、しかも金属の酸化によるスラグ化も抑えるものであるので、廃リチウムイオン電池を無害化することができる。また、プラスチックなどが燃焼することによる温度暴走を防止することができる。

また、本発明によれば、電池パック又は電池モジュールを、排気口が設けられた耐熱容器に格納した後、熱処理炉に投入して耐熱容器の外側から加熱するようにしたので、耐熱容器内部を還元雰囲気とし、内部の電池パック又は電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離することができる。
このとき、電池内の低沸点な電解液は揮発化され、耐熱容器の排気口から熱処理炉内に排出されるとともに耐熱容器内の空気が排出され、電池パック又は電池モジュールは還元雰囲気の耐熱容器によって保護されるので、炉内で廃リチウムイオン電池が爆発する危険性を抑えることができる。また、廃リチウムイオン電池を耐熱容器に入れて、加熱処理することで耐熱容器から揮発ガスが排出されることで、耐熱容器内は何もしなくても還元となり耐熱容器の内圧は炉内より高くなるため、他の焙焼処理の技術（先行技術文献、特許文献３，４，５）のように還元剤や還元ガスによる雰囲気制御をしなくても還元雰囲気を維持することができ、また従来例で示したように大量のカーボン源の導入も必要ない。
さらに、耐熱容器の排気口からは、電解液が揮発化することによって発生したガスと、プラスチックなどの可燃性物質が熱分解することによって発生したガスの２種類の有機ガスが熱処理炉内に排気され、これらは加熱処理用の燃料として使用されるので燃料コストを削減することができる。なお、これらの有機ガスを炉内で燃焼して温度を調節するにあたっては、酸素量をコントロールすることで温度の制御が容易になる。

このように本発明によれば、例えば、ハイブリッド自動車から取外された電池パックをそのままの状態で、すなわち電池パックの内部を分解することもなく、還元雰囲気で加熱処理するだけでよいので、極めて簡易な作業でリサイクル処理を実施することができる。また、電池パックの内部を分解するものであっても電池モジュールまでとし電池セルを個々に取外す必要はないのでリサイクル処理を簡易に実施することができる。

また、本発明によれば、熱処理炉を連続式回転炉とすることで熱ガスが旋回しながら炉内を循環し、これにより炉内温度の均一化が図れるので、温度ムラに起因して安全上処理温度を低めに設定する必要はなく、処理温度をより高く設定することができる。特に処理温度はアルミニウムが溶融しない範囲で極力高温である方が処理時間を短くすることができるので好都合である。
また、炉床上に複数の耐熱容器を互いに間をおいた状態で環状に載置するようにすれば、熱処理炉内において耐熱容器は均一に加熱させられるので温度バラツキは少ない。
また廃リチウムイオン電池を処理する際には処理の始めと終わりで発生するガス種やガス量が違ってくることが多いが、連続処理することで熱処理炉から排気される未燃焼ガスの種類や量が安定するため、その後、未燃焼ガスを処理するための制御を容易に行うことができる。

また、本発明によれば、耐熱容器の内部の圧力が高まる事態が発生しても耐熱容器を構成する上蓋部は受け皿部に対して一定の距離浮き上がるようにされているので耐熱容器が損傷などすることが防止される。

また、本発明によれば、耐熱容器の受け皿部には、加熱処理時に溶解物を受けて溜め込む凹部が形成されているので、プラスチックなどの溶解物が耐熱容器から外にこぼれ出すことが防止される。

また、本発明によれば、熱処理炉から未燃焼ガスを二次燃焼室に導いて、熱処理炉の温度よりも高い温度で燃焼させるようにしたので、臭気の発生を抑えることができる。また、未燃焼ガスを既存の製造設備を利用して、例えば、セメント工場の製造プロセスに戻して処理するなどすれば二次燃焼室として新規な施設を設ける必要はないし、未燃焼ガスを完全に無害化することも可能である。

なお、本発明の廃リチウムイオン電池の処理方法及びその処理システムのように、電池パックや電池モジュールに対して直接、加熱処理を施すことによって電池パックや電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するような処理方法については、上述した特許文献１乃至５には全く記載されていない。

本発明の実施形態に係る廃リチウムイオン電池の処理システムの概要を示す横断面図である。 本発明の実施形態に係る廃リチウムイオン電池の処理システムの概要を示す縦断面図である。 図１の廃リチウムイオン電池の処理システムにおける熱処理炉に投入される直前の耐熱容器を示す横断面図である。 図１の廃リチウムイオン電池の処理システムにおける熱処理炉に投入される直前の耐熱容器を示す縦断面図である。

図１乃至図４を参照して、本発明の実施形態に係る廃リチウムイオン電池の処理システム及びそのシステムを使用した処理方法について説明する。
この廃リチウムイオン電池の処理システムは、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック１００に加熱処理を施して有用金属を回収するものであって、主に電池パック１００が格納される複数の耐熱容器２０と、温度制御可能な熱処理炉１０と、熱処理炉１０に耐熱容器２０を投入及び排出可能な容器搬送装置３０を備えている。

熱処理炉１０は、図１及び図２に示すように、耐火材で覆われた鋼板で炉壁１１が構成された略円筒状の縦型炉であり、ガスバーナー１５によって加熱される。ガスバーナー１５の近傍にはファン１６を介して送られる、燃焼用及び冷却用として使用されるエアーを炉内に供給するためのノズル１７が設けられている。炉内の温度及び圧力は温度センサー１８Ａ及び圧力センサー１９Ａによって検知され、温度調節計１８Ｂ及び圧力調節計１９Ｂによって調節管理されている。なお、図１ではガスバーナー１５を一台設けた構成にしたが、四台など複数台設けるようにしてもよい。
また、熱処理炉１０の炉床１２は、炉壁１１と同様に耐火材で覆われた鋼板からなり、モーター４１，動力を伝えるチェーン４２，スプロケット４３などからなる炉床回転装置４０によって水平方向に回転させられる。
熱処理炉１０には、耐熱容器２０が複数個、ここでは８個投入され、炉床１２上で環状にかつ隣接する耐熱容器２０に対しては一定の間隔をおいた状態で載置されている。

熱処理炉１０の炉壁１１の一部には、上下に開閉式の炉体扉１１Ｂで外部と仕切られた開口部１１Ａが形成され、その開口部１１Ａの外周には、開口部１１Ａから熱処理炉１０内に耐熱容器２０を投入するとともに、熱処理炉１０内を一周した後の耐熱容器２０を熱処理炉１０から排出する容器搬送装置３０が設けられている。
容器搬送装置３０の構成は特に限定されるものではないが、ここでは、図３及び図４に示すように、熱処理炉１０の開口部１１Ａと熱処理炉１０の中心を結ぶ線上の方向（図１では上下方向）に延びるとともに、モーター３１の正回転によって耐熱容器２０に当接して耐熱容器２０を熱処理炉１０内に押し入れるプッシャー部３０Ａと、耐熱容器２０の外周に設けられたハンガー２１を係止する爪３２が先端に設けられ、モーター３１の負回転によって耐熱容器２０を熱処理炉１０内から引っ張り出すプルアウト部３０Ｂを備えている。プッシャー部３０Ａはプルアウト部３０Ｂの真上に配置されている。

また、耐熱容器２０は熱処理炉１０内に投入される直前には、すなわち、開閉式の炉体扉１１Ｂの外周では熱処理炉１０の接線方向（図１では左右方向）に移動自在のスライドベース３５上に載置され、スライドベース３５の端部に接続されたベース移動装置３６によってスライドベース３５は、炉体扉１１Ｂの前位置に設けられた炉前室３８（図１の位置）と、開閉式の炉前室扉３７を隔てて外側に位置するスタンド３９の間を移動可能にされている。炉前室３８は外部に対しては炉前室扉３７で隔てられるとともに、熱処理炉１０に対しては炉体扉１１Ｂで隔てられ、炉体扉１１Ｂを開放したときの温度変化を抑えるようにしている。また、炉前室３８を設けることで熱処理炉１０内の雰囲気が保持されるとともに危険なガスが漏れることや熱風が吹き出すことが防止される。
スライドベース３５がスタンド３９上に移動されたときにクレーン（図示しない）で加熱される前の耐熱容器２０がスライドベース３５上に載せられ、その後、炉前室３８までベース移動装置３６によって運ばれ、加熱された後の耐熱容器２０は炉前室３８からスタンド３９まで同じくベース移動装置３６によって運ばれ、その後、冷却室（図示しない）まで自動的に移動するようにされている。ベース移動装置３６は、モーター３６Ａの駆動によってシャフト３６Ｂを伸縮させることでシャフト３６Ｂの先端に接続されたスライドベース３５を移動させるようになっている。

電池パック１００が格納される耐熱容器２０は、図３及び図４に示すように、全体的には円筒形状であり、内部には４段に積層された電池パック１００が２組、計８個の電池パック１００が格納されている。電池パック１００はいずれもハイブリッド自動車や電気自動車などから取外されたままの状態のものを複数段（４段）重ねたものである。
耐熱容器２０は、上蓋部２０Ａと受け皿部２０Ｂからなり受け皿部２０Ｂの外周に設けられた溝部２２に上蓋部２０Ａの下端が嵌め込まれるとともに、溝部２２には砂が埋設されてサンドシールが構成されている。このとき、耐熱容器２０の上蓋部２０Ａの上部には排気口２３が設けられていて、下部容器２０Ｂにはハンガー２１が設けられている。また、上蓋部２０Ａは受け皿部２０Ｂに対して一定の距離Ｌ分、浮き上がり可能な状態で取付けられている。
なお、ここでは耐熱容器２０を上蓋部２０Ａと下部容器２０Ｂにより２分割されるものとサンドシール構造を利用して受け皿部２０Ｂに対して上蓋部２０Ａが浮き上がり可能にしたが、受け皿部２０Ｂに対して上蓋部２０Ａが浮き上がり高まった圧力を逃がす構造であれば、例えば、緩衝機構を設けたものなどどのようなものであってもよい。
また、複数個の電池パック１００を格納することができしかも耐熱性に優れるもので上部に排気口２３が設けられたものであれば特に分割されていないものでも使用することができる。

特に耐熱容器２０については、その上蓋部２０Ａが受け皿部２０Ｂに対して一定の距離Ｌ分、浮き上がり可能な状態で取付けられる構成にしたものであるので、加熱処理時の反応によって耐熱容器２０の内部の圧力が高まる事態が発生したとしても上蓋部２０Ａの浮き上がりによって高まった圧力が下げられるので耐熱容器２０が損傷などすることが防止される。
なお、耐熱容器２０の受け皿部２０Ｂに、加熱処理時にプラスチックなどの溶解物を受けて溜め込む凹部（図示しない）を形成してプラスチックなどの溶解物が耐熱容器２０から外にこぼれ出すことを防止するようにしてもよい。
本実施形態では、耐熱容器２０はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で少なくとも６５０度（℃）の温度に耐えることができるものを採用した。

また、熱処理炉１０より離れた位置には、二次燃焼室５０が設けられ、二次燃焼室５０と熱処理炉１０間はダクト６１によって連結されている。またダクト６１には、ダクト６１を介して熱処理炉１０内の未燃焼ガスを二次燃焼室５０に送るファン６２が設けられている。
二次燃焼室５０もガスバーナー５１によって加熱され、二次燃焼室５０内で未燃焼ガスを燃焼するために使用されるエアーがファン５２を介して二次燃焼室５０内に供給されている。また、二次燃焼室５０内の温度も熱処理炉１０と同様に温度センサー５３によって検知され、温度調節計（図示しない）によって調節管理されている。
また、二次燃焼室５０には排気用の煙突５４が設けられている。

ダクト６１の熱処理炉１０側は、図２に示すように、熱処理炉１０の上面中央から熱処理炉１０内に導かれ、その先端６１ａ位置は、耐熱容器２０内の電池パック１００の上面位置より低くなるように設定されている。ここでは、ダクト６１の先端（下端）６１ａの位置を耐熱容器２０内で４段重ねにされた電池パック１００の上から３段目と４段目の間の高さと同じ位置にしている。このように、ダクト６１の熱処理炉側先端を、耐熱容器２０内の電池パックの上面位置より低く設定することで、熱処理炉１０内で熱風は上方から下方へまた下方から上方へ大きく対流するので、内部の電池パック１００は効率的に乾留される。よって、特に、電池パック１００を耐熱容器２０内において複数積層（本実施形態では４段）しても十分リサイクル処理することができるので仮に処理すべき電池パック１００の数が大量であっても短時間で処理することができる。

このように構成された廃リチウムイオン電池の処理システムを使用した廃リチウムイオン電池の処理方法について説明する。

（１）最初に、熱処理炉１０内の残留ガスを炉外に排出するプレパージを５分間行い、その後、ガスバーナー１５を点火して炉温を６５０度（℃）まで昇温して温度を一定に保持する制御を行う。

（２）次に、炉前室扉３７を開放してベース移動装置３６を介してスライドベース３５を炉前室３８の外側に設けられたスタンド３９の位置まで前進させる。そして、クレーン（図示しない）を使用して、図３及び図４で示したように使用済みの８個の電池パック１００が格納された（４段重ねのものが２組突き合わされた状態で格納）耐熱容器２０をスタンド３９の位置に移動させられたスライドベース３５上に設置する。
（３）次に、ベース移動装置３６を介してスライドベース３５をスタンド３９の位置から炉前室３８内まで後退させ、炉前室扉３７を閉鎖する。
（４）そして、炉体扉１１Ｂを開放した後、容器搬送装置３０のプッシャー部３０Ａを前進させて耐熱容器２０を熱処理炉１０内に投入する。
これにより、耐熱容器２０は熱処理炉１０の炉床１２上、図１では６時の位置に載置させられる。

（５）次に、容器搬送装置３０のプッシャー部３０Ａを後退させた後、炉体扉１１Ｂを閉鎖する。
（６）次に、炉床回転装置４０を介して炉床１２を４５度（°）、左回転させる。この４５度（°）の回転は、特に限定されるものではないが、例えば、３７．５分の間に一回、回転し、５時間で１周するように設定している。

（７）そして、（１）〜（６）の処理を７回繰り返す。
これにより、熱処理炉１０の炉床１２上には、図１に示したように、８個の耐熱容器２０が環状に載置される。
このとき、耐熱容器２０は熱処理炉１０内で１周する間に外側から加熱されることで、耐熱容器２０内は還元雰囲気とされるので、耐熱容器２０に格納された電池パック１００の樹脂製の筺体などプラスチック類は乾留により炭化混合物として、リチウム，コバルト，ニッケル，マンガンなどの有用金属が含まれた材料から分離された状態となっている。なお、耐熱容器２０はアルミニウムの融点（６６０度（℃））よりも低い温度（６５０度（℃））で加熱されるので電池パック１００内で使用されたアルミニウム成分が溶け出すことはない。また、電池内の電解液は揮発化され、プラスチックなどの可燃性物質が熱分解することによって発生したガスとともに、耐熱容器２０の排気口２３から熱処理炉１０内に排出される。耐熱容器２０の排気口２３から排出された２種類のガスは可燃性ガスであり熱処理炉１０内で熱源として再利用される。
このとき、熱処理炉１０内の温度制御は、ノズル１７を介して供給されるエアーの酸素量を調整することにより耐熱容器２０の排気口２３から熱処理炉１０内に放出される可燃性ガスの燃焼量を制御することによって行われる。
また、熱処理炉１０内の未燃焼ガスは二次燃焼室５０に導かれ、熱処理炉１０の温度（６５０度（℃））よりも高い温度（８００度（℃））で燃焼させられる。

（８）耐熱容器２０が熱処理炉１０内で１周すると、炉体扉１１Ｂを開放して容器搬送装置３０のプルアウト部３０Ｂを耐熱容器２０の位置まで前進させ、図３に示すように、プルアウト部３０Ｂ先端に設けられた爪３２を、耐熱容器２０に設けられたハンガー２１に係止させる。
（９）そして、プルアウト部３０Ｂを後退させて耐熱容器２０を熱処理炉１０から引き出してスライドベース３５上に載置し、炉体扉１１Ｂを閉鎖する。

（１０）次に、炉前室扉３７を開放した後、ベース移動装置３６を介して加熱処理済みの耐熱容器２０が載置されたスライドベース３５をスタンド３９の位置まで前進させる。そして、この状態で炉前室扉３７を半分閉鎖し、スライドベース３５を元の位置に戻すと耐熱容器２０は半分閉鎖状態の炉前室扉３７に当接してスタンド３９上に載せられる。そして、炉前室扉３７は全閉される。

（１１）その後、スタンド３９の位置まで移動させられたスライドベース３５上の加熱処理済みの耐熱容器２０は、移送コンベア（図示しない）に載せられ冷却室（図示しない）に運ばれる。なお、（１０）で耐熱容器２０が半分閉鎖状態の炉前室扉３７に当接することによって、移送コンベア上に載せられ自動的に搬送されるようにすることもできる。そして、その加熱処理済みの耐熱容器２０の代わりにスライドベース３５上には、（２）で示したものと同様に、クレーン（図示しない）を使用して、使用済みの８個の電池パック１００が格納された新たな耐熱容器２０が設置され、（３）以下の処理が繰り返して行われる。
なお、冷却室に運ばれた加熱処理済みの耐熱容器２０は、内部の電池パック１００において炭化混合物が取り除かれたものからリチウム，コバルト，ニッケル，マンガンなどの有用金属をさらに分離する処理が行われる。

以上のように構成された廃リチウムイオン電池の処理方法及びその処理システムによれば、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック１００を、排気口２３が設けられた耐熱容器２０に格納した後、熱処理炉１０に投入して耐熱容器２０の外側から加熱することで耐熱容器２０内部の電池パック１００を乾留して炭化混合物を分離するようにしたので、電池パック１００の樹脂製の筺体やリチウムイオン電池の負極材料に使用されるカーボンなどが炭化混合物として有用金属が含まれる金属から分離される。また、そのときの加熱温度は６５０度（℃）で、アルミニウムの融点（６６０度（℃））よりも低い温度でアルミニウムは溶けないように設定されているので、アルミニウムが溶け出した場合と比較して、その後の処理として有用金属が含まれる金属から有用金属を分離する処理を容易に行うことができる。

このとき、電池内の電解液は揮発化され、耐熱容器２０の排気口２３から揮発ガスが熱処理炉１０内に排出されることで耐熱容器２０内は何もしなくても還元となり、従来技術のように還元ガスやカーボン源を導入しなくても良いとともに、電池パック１００は還元雰囲気にした耐熱容器２０によって保護されるので、熱処理炉１０内で廃リチウムイオン電池が爆発する危険性を抑えることができる。また、プラスチックなどの可燃性物質を燃焼させることはないので、温度暴走を防止することができ、しかも金属の酸化によるスラグ化も抑えるものであるので、廃リチウムイオン電池を無害化することができる。
これによれば、ハイブリッド自動車から取外された電池パック１００をそのままの状態で、すなわち電池パック１００の内部を分解して電池セルを個々に取外すことなく、耐熱容器２０に格納し、熱処理炉１０で外側から加熱するだけでよいので、極めて簡易な作業でリサイクル処理を実施することができる。

また、熱処理炉１０から未燃焼ガスを二次燃焼室５０に導いて、熱処理炉１０の温度（６５０度（℃））よりも高い温度（８００度（℃））で燃焼させるようにしたので、臭気の発生を抑えることができる。

本実施形態では、炉床１２が回転する熱処理炉１０を使用することで均一的な加熱処理を行ったが、耐熱容器２０をその外側からアルミニウムの融点よりも低い温度で加熱することで内部の電池パック１００を乾留して炭化混合物を分離することが可能な熱処理炉であれば、必ずしも炉床１２が回転するものでなくてもよい。また、熱処理炉１０内に複数の耐熱容器２０を連続して投入・排出するようにしたがバッチ式のものでも適用可能である。

また、本実施形態では、熱処理炉１０内の炉温を６５０度（℃）まで昇温して温度を一定に保持するように、アルミニウムが溶融しない範囲で極力高温にして処理時間を短くするようしたが、加熱処理の温度は、プラスチックの分解温度（３００度（℃））以上であれば樹脂製材料は分解され金属から分離されるので特に限定されるものではない。

さらに、本実施形態では、電池パック１００を格納した耐熱容器２０を酸化雰囲気下の熱処理炉１０に投入して加熱処理するようしたが、還元雰囲気下あるいは不活性雰囲気下としても適用可能である。
特に、熱処理炉１０内を還元雰囲気にすれば耐熱容器２０を使用することなく直接投入された電池パック１００に対して加熱処理することで電池パック１００を乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化させることができる。

また、本実施形態では、加熱処理として、熱源としてガスを使用した熱処理炉１０を使用したものについて説明したが、熱源として電気や重油を使用した各種炉を使用することもできる。また、既存の製造設備、例えば、セメント製造時に出る廃熱を利用するなどすれば熱エネルギーの有効利用が図れる。
また、本実施形態では、電池パック１００を電池セルを個々に取外すことなくそのままの状態のものに対して加熱処理したものであったが、電池パック１００から分解した電池モジュール（この場合も電池セルを個々に取外したものではない）単位のものを格納した耐熱容器２０を熱処理炉１０に投入して加熱処理したり、あるいは、電池モジュール単位のものを還元雰囲気の炉に直接投入して加熱処理することでも電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化させることができる。

１０ 熱処理炉
１１ 炉壁
１１Ａ 開口部
１１Ｂ 炉体扉
１２ 炉床
１５ ガスバーナー
１６ ファン
１７ ノズル
１８Ａ 温度センサー
１８Ｂ 温度調節計
１９Ａ 圧力センサー
１９Ｂ 圧力調節計
２０ 耐熱容器
２０Ａ 上蓋部
２０Ｂ 受け皿部
２１ ハンガー
２２ 溝部
２３ 排気口
３０ 容器搬送装置
３０Ａ プッシャー部
３０Ｂ プルアウト部
３１ モーター
３２ 爪
３５ スライドベース
３６ ベース移動装置
３６Ａ モーター
３６Ｂ シャフト
３７ 炉前室扉
３８ 炉前室
３９ スタンド
４０ 炉床回転装置
４１ モーター
４２ チェーン
４３ スプロケット
５０ 二次燃焼室
５１ ガスバーナー
５２ ファン
５３ 温度センサー
５４ 煙突
６１ ダクト
６１ａ 先端
６２ ファン
１００ 電池パック

Claims (14)

1. 複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック又は前記電池モジュールに対して前記電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理方法であって、
   前記加熱処理を、アルミニウムの融点よりも低い温度で実施することで、前記電池パック又は前記電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化させることを特徴とする廃リチウムイオン電池の処理方法。
2. 前記加熱処理の温度は、プラスチックの分解温度以上であることを特徴とする請求項１に記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。
3. 前記加熱処理を還元雰囲気で実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。
4. 前記電池パック又は前記電池モジュールを、排気口が設けられた耐熱容器に格納した後、前記耐熱容器を熱処理炉に投入して前記耐熱容器の外側から前記加熱処理を施し、前記揮発化された電解液を前記耐熱容器の排気口から前記熱処理炉内に排出させることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。
5. 前記熱処理炉は、炉床が回転し、前記耐熱容器を連続投入及び連続排出可能な連続式回転炉であることを特徴とする請求項４に記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。
6. 前記耐熱容器は、受け皿部と上蓋部からなり、前記上蓋部は前記受け皿部に対して一定の距離浮き上がり可能な状態で取付けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。
7. 前記耐熱容器の受け皿部には、前記加熱処理時に溶解物を受けて溜め込む凹部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。
8. 前記加熱処理時に発生した未燃焼ガスを二次燃焼室に導いて、前記加熱処理の温度よりも高い温度で燃焼させることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一つに記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。
9. 複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック又は前記電池モジュールに対して前記電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理システムであって、
   還元雰囲気で加熱処理する、温度制御可能な熱処理炉を備え、
   前記熱処理炉に投入された前記電池パック又は前記電池モジュールをアルミニウムの融点よりも低い温度で加熱することで前記電池パック又は前記電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化させることを特徴とする廃リチウムイオン電池の処理システム。
10. 複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック又は前記電池モジュールに対して前記電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理システムであって、
    前記電池パック又は前記電池モジュールが格納されるとともに、排気口が設けられた耐熱容器と、
    温度制御可能な熱処理炉と、
    前記熱処理炉に前記耐熱容器を投入及び排出可能な容器搬送装置を備え、
    前記熱処理炉に投入された前記耐熱容器をその外側からアルミニウムの融点よりも低い温度で加熱することで前記耐熱容器内部の前記電池パック又は前記電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化して前記耐熱容器の排気口から前記熱処理炉内に排出させることを特徴とする廃リチウムイオン電池の処理システム。
11. 前記熱処理炉の炉床を水平回転させる炉床回転装置を備え、
    前記容器搬送装置を介して、前記耐熱容器を連続的に投入して複数の耐熱容器を前記炉床上に環状に載置するとともに、一回りした前記耐熱容器を前記炉床上から連続的に排出することを特徴とする請求項１０に記載の廃リチウムイオン電池の処理システム。
12. 前記耐熱容器は、受け皿部と上蓋部からなり、前記上蓋部は前記受け皿部に対して一定の距離浮き上がり可能な状態で取付けられていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の廃リチウムイオン電池の処理システム。
13. 前記耐熱容器の受け皿部には、前記加熱処理時に溶解物を受けて溜め込む凹部が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の廃リチウムイオン電池の処理システム。
14. 前記熱処理炉の温度よりも高い温度で燃焼可能な二次燃焼室と、
    前記二次燃焼室と前記熱処理炉とを連結するダクトと、
    前記ダクトに設けられ、前記ダクトを介して前記熱処理炉内の未燃焼ガスを前記二次燃焼室に送るファンをさらに備え、
    前記未燃焼ガスを前記二次燃焼室で燃焼させることを特徴とする請求項９乃至１３のうちいずれか一つに記載の廃リチウムイオン電池の処理システム。