JP2019026916A - リチウムイオン二次電池スクラップからのリチウムの回収方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そしてその後、浸出後液に溶解している各金属元素のうち、鉄、銅及びアルミニウム等を順次に又は同時に除去し、コバルト、マンガン及びニッケル等の有価金属を回収する。具体的には、浸出後液に対し、分離させる金属に応じた複数段階の溶媒抽出もしくは中和等を施し、さらには、各段階で得られたそれぞれの溶液に対して、逆抽出、電解、炭酸化その他の処理を施す。それにより、リチウムイオンを含むリチウム含有溶液が得られる。
またここで、リチウム溶解工程での炭酸イオンの供給は、前記水もしくは酸性溶液中への炭酸ガスの吹込みにより行うことが好ましい。
また、上記のリチウム析出工程では、前記リチウム溶解液を、50℃〜90℃の温度に加熱することが好ましい。
リチウム溶解工程では、前記水もしくは酸性溶液を5℃〜25℃の液温とすることが好ましい。
この発明の一の実施形態に係るリチウムイオン二次電池スクラップからのリチウムの回収方法は、少なくとも、リチウムイオン二次電池スクラップを焙焼する焙焼工程と、焙焼工程後に得られる電池粉末を、水もしくは酸性溶液と接触させるとともに、前記電池粉末とは別に該水もしくは酸性溶液に炭酸イオンを供給し、電池粉末中のリチウムを溶解させるリチウム溶解工程とを含むものである。
この発明で対象とするリチウムイオン二次電池スクラップは、携帯電話その他の種々の電子機器等で使用され得るリチウムイオン二次電池で、電池製品の寿命や製造不良またはその他の理由によって廃棄されたものである。このようなリチウムイオン二次電池スクラップからリチウムを回収することは、資源の有効活用の観点から好ましい。
さらに、リチウムイオン二次電池スクラップには通常、筺体内に電解液が含まれる。電解液としては、たとえば、エチレンカルボナート、ジエチルカルボナート等が使用されることがある。
焙焼工程では、上記のリチウムイオン二次電池スクラップを加熱する。この焙焼工程は一般に、加熱によりリチウムイオン二次電池スクラップの温度を上昇させ、内部の電解液を除去して無害化するとともに、アルミニウム箔と正極活物質を結着させているバインダーを分解し、破砕・篩別時のアルミニウム箔と正極活物質の分離を促進して篩下に回収される正極活物質の回収率を高くし、さらには、リチウムイオン二次電池スクラップに含まれるリチウム、コバルト等の金属を、溶かしやすい形態に変化させること等を目的として行う。
焙焼工程後のリチウムイオン二次電池スクラップに含まれる金属の、このような水ないし酸性溶液に対する溶解度の違いを利用して、後述のリチウム溶解工程を行うことにより、リチウムイオン二次電池スクラップ中のリチウムのみを選択的に取り出し、リチウムイオン二次電池スクラップの処理における早い段階でリチウムを回収することができる。その結果として、リチウムイオン二次電池スクラップの処理に使用され得る各種の試薬等に含まれる物質が、リチウム溶解工程後に得られる炭酸リチウムに混入することを抑制することができ、高品位の炭酸リチウムが生成される。
上記の焙焼工程でリチウムイオン二次電池スクラップを加熱した後、この実施形態では、筺体から正極材及び負極材を取り出すための破砕工程を行う。
なお、他の実施形態では、焙焼工程後のリチウムイオン二次電池スクラップに対し、後述のリチウム溶解工程を行うことができる。この場合、リチウム溶解工程で溶けずに残った残渣に対して、この破砕工程および、その後の篩別工程を行うことができる。
ここでは、種々の公知の装置ないし機器を用いることができるが、特に、リチウムイオン二次電池スクラップを切断しながら衝撃を加えて破砕することのできる衝撃式の粉砕機を用いることが好ましい。この衝撃式の粉砕機としては、サンプルミル、ハンマーミル、ピンミル、ウィングミル、トルネードミル、ハンマークラッシャ等を挙げることができる。なお、粉砕機の出口にはスクリーンを設置することができ、それにより、リチウムイオン二次電池スクラップは、スクリーンを通過できる程度の大きさにまで粉砕されると粉砕機よりスクリーンを通じて排出される。
破砕工程でリチウムイオン二次電池スクラップを破砕した後は、この実施形態では、たとえばアルミニウムの粉末を除去する目的で、適切な目開きの篩を用いて、リチウムイオン二次電池スクラップを篩別する。それにより、篩上には、たとえば、アルミニウムや銅が残り、篩下には、アルミニウムや銅がある程度除去された粉末状のリチウムイオン二次電池スクラップを得ることができる。
但し、他の実施形態では、破砕工程後に、リチウムイオン二次電池スクラップ中のリチウムを溶解させる後述のリチウム溶解工程を行うことができ、この場合、リチウム溶解工程で溶けずに残った残渣に対して、篩別工程を行うことができる。
上述した焙焼工程の後、破砕工程の後、または篩別工程の後、それにより得られた電池粉末を、リチウム溶解工程で水もしくは酸性溶液と接触させるとともに、当該水もしくは酸性溶液に炭酸イオンを供給し、電池粉末に含まれるリチウムを水に溶解させる。それにより、リチウムイオンを含むリチウム溶解液を得ることができる。
なお、取扱いを考慮すると、焙焼工程、破砕工程および篩別工程のすべてを経た後に、リチウム溶解工程を行うことが好ましい。たとえば、破砕工程前または篩別工程前にリチウム溶解工程を行った場合、リチウム溶解後の残渣を乾燥させる必要がある。
炭酸イオンの供給方法としては、水もしくは酸性溶液に、炭酸ガスを吹き込んだり、炭酸塩や炭酸水(炭酸溶存溶液)を添加したりすること等が挙げられるが、なかでも、炭酸ガスの吹き込みは、不純物の混入が抑えられるうえ、液量増加を抑制出来ることから、リチウム濃度の希釈が起こらない点で好ましい。なお、炭酸塩を添加する場合における炭酸塩の具体例としては、炭酸ナトリウム等を挙げることができ、この場合の炭酸塩の添加量は、たとえば1.0〜2.0倍モル当量、好ましくは1.0〜1.2倍モル当量とすることができる。
酸を添加した酸性溶液とする場合、リチウム溶解工程で最終的に得られるリチウム溶解液のpHが7〜10となるように酸の添加量を調整することが好適である。リチウム溶解液のpHが7未満になると、コバルト等の金属が溶けだすおそれがあり、10を超えると、アルミニウムが溶けだすおそれがあるからである。なお酸の添加の時期は、リチウムの溶解前、溶解中および/または溶解後のいずれであってもよい。
リチウム溶解液のリチウム濃度は、7.0g/L〜10.0g/Lであることが好ましく、特に8.0g/L〜9.0g/Lあることがより一層好ましい。なお、リチウム溶解液には、ナトリウムが0mg/L〜1000mg/L、アルミニウムが0mg/L〜500mg/Lで含まれることがある。
上述したリチウム溶解工程の後、それにより得られたリチウム溶解液から炭酸を脱離させ、リチウム溶解液中のリチウムイオンを炭酸リチウムとして析出させるリチウム析出工程を行うことができる。
ここでは、リチウム溶解液を、好ましくは50℃〜90℃の温度に加熱して濃縮し、リチウム溶解液から炭酸を炭酸ガスとして脱離させることができる。炭酸水素リチウムは温度の上昇に伴い、溶解度が低下するという新たな知見の下、このリチウム析出工程では、加熱により、炭酸水素リチウムの生成によってリチウム溶解液に十分に溶解しているリチウムを、炭酸リチウムとして効果的に析出させることができる。
以上のようにして得られた炭酸リチウムのリチウム品位が、目標とする品位より低い場合、必要に応じて、高品位の炭酸リチウムを得るため、炭酸リチウムの精製を行うことができる。なおここで、炭酸リチウムの目標とするリチウム品位は、たとえば16%以上、好ましくは17%以上とすることができる。但し、このリチウム精製工程は必ずしも必要ではない。
リチウムイオン二次電池スクラップを焙焼して得たリチウム品位が4.1mass%の電池粉末をパルプ濃度が500g/Lとなるように、純水にてリパルプした。この電池粉末中のリチウムに対し、想定反応式:Li2CO3+H2CO3→2LiHoCO3における1倍モル当量の炭酸ガスを吹き込んだ。
次いで、上記の試験例1で得られた炭酸リチウム30gを純水に溶かすに当たり、炭酸ガスを供給する場合と炭酸ガスを供給しない場合のそれぞれについて、純水の液温を変化させた複数の試験を行った。その結果を表1に示す。表1に示す溶解率は、純水へのリチウムの溶解率を意味し、浸出後の残渣重量から算出したものである。
Claims (8)
- リチウムイオン二次電池スクラップからリチウムを回収する方法であって、リチウムイオン二次電池スクラップを焙焼する焙焼工程と、焙焼工程後に得られる電池粉末を、水もしくは酸性溶液と接触させるとともに、前記電池粉末とは別に該水もしくは酸性溶液に炭酸イオンを供給し、電池粉末中のリチウムを溶解させるリチウム溶解工程とを含む、リチウムイオン二次電池スクラップからのリチウムの回収方法。
- リチウム溶解工程で、水もしくは酸性溶液中の炭酸の飽和状態が維持されるように、炭酸イオンを供給する、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池スクラップからのリチウムの回収方法。
- リチウム溶解工程での炭酸イオンの供給を、前記水もしくは酸性溶液中への炭酸ガスの吹込みにより行う、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池スクラップからのリチウムの回収方法。
- リチウム溶解工程で得られたリチウム溶解液から炭酸を脱離させ、該リチウム溶解液中のリチウムイオンを炭酸リチウムとして析出させるリチウム析出工程をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池スクラップからのリチウムの回収方法。
- リチウム析出工程で、前記リチウム溶解液を加熱して、当該リチウム溶解液から炭酸を炭酸ガスとして脱離させる、請求項4に記載のリチウムイオン二次電池スクラップからのリチウムの回収方法。
- リチウム析出工程で、前記リチウム溶解液を、50℃〜90℃の温度に加熱する、請求項5に記載のリチウムイオン二次電池スクラップからのリチウムの回収方法。
- リチウム溶解工程で、前記水もしくは酸性溶液を5℃〜25℃の液温とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池スクラップからのリチウムの回収方法。
- 前記電池粉末が、水酸化リチウム、酸化リチウム及び炭酸リチウムのなかから選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池スクラップからのリチウムの回収方法。
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