JP2019185999A - Lithium ion battery heating processing device and processing method for lithium ion battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン電池加熱処理装置及びリチウムイオン電池の処理方法、詳しくは、リチウムイオン電池から有価物を回収する際に使用される加熱処理装置及びリチウムイオン電池の処理方法(有価金属の回収方法)に関する。 The present invention relates to a lithium ion battery heat treatment apparatus and a lithium ion battery treatment method, and more specifically, a heat treatment apparatus and a lithium ion battery treatment method (recovery of valuable metals) used when recovering valuable materials from lithium ion batteries. Method).
リチウムイオン電池はエネルギー密度が高く、比較的高い電圧を得ることができるという特徴を有している。このため、リチウムイオン電池は、ノートパソコン、ビデオカメラ、デジタルカメラ、タブレット型端末、携帯電話等の電子機器や車載用バッテリとして多用されている。
リチウムイオン電池は、筐体(ケース)及び正極、負極、電解液、セパレータ等を封入した金属ケース等によって構成されている。ケースにはアルミニウムや樹脂が使用されることが多い。金属ケースには鉄やアルミニウムが使用されることが多い。正極はアルミニウム箔でできた正極集電体とその表面にバインダを介して接着されたLiCoO2、LiNiO2およびLiMn2O4といったリチウム複合酸化物を材料とする正極活物質とで構成される。負極は典型的には銅製の負極集電体とその表面に接着されたグラファイトなどの炭素材料からなる負極活物質から構成される。電解液はたとえばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの非水溶液にリチウム塩を溶解させたものが一般的である。セパレータにはポリエチレン、ポリプロピレンなどが使用されるのが一般的である。
A lithium ion battery has a feature that it has a high energy density and can obtain a relatively high voltage. For this reason, lithium ion batteries are widely used as electronic devices such as notebook computers, video cameras, digital cameras, tablet terminals, mobile phones, and in-vehicle batteries.
A lithium ion battery includes a housing (case) and a metal case in which a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, a separator, and the like are enclosed. Aluminum and resin are often used for the case. Iron and aluminum are often used for metal cases. The positive electrode is composed of a positive electrode current collector made of aluminum foil and a positive electrode active material made of a lithium composite oxide such as LiCoO 2 , LiNiO 2, and LiMn 2 O 4 bonded to the surface thereof via a binder. The negative electrode is typically composed of a negative electrode active material made of a copper negative electrode current collector and a carbon material such as graphite bonded to the surface thereof. The electrolytic solution is generally a lithium salt dissolved in a non-aqueous solution such as ethylene carbonate or propylene carbonate. Generally, polyethylene, polypropylene or the like is used for the separator.
近年、リチウムイオン電池の使用量の増加および使用範囲の拡大に伴い、電池の製品寿命や製造過程での不良により廃棄される量が増大している。かかる状況の下では、大量に廃棄されるリチウムイオン電池からニッケルやコバルト等の有価金属を再利用すべく比較的低コストで容易に回収することが望まれる。
従来の回収プロセスでは、リチウムイオン電池を600℃〜700℃程度の比較的高温で焙焼した後に破砕・篩別を行い、それにより得られた電池粉末に対し、湿式高勾配磁力選別等の磁力選別を行っていたことから、実際には磁着するコバルトに巻き込まれる形で、他の成分も磁着物に混入していた。これは、リチウムイオン電池の焙焼を、たとえば660℃を超える高温で行っていたことにより、焙焼時にリチウムイオン電池の筐体が破裂し、アルミニウム等が脆化して微細化したことに加えて、融点を超える高温で融解されたアルミニウムが正極材を巻き込んだこと等によるものと考えられる。また、磁着物には、最も分離したいアルミニウムが多く混入し、コバルト等の有価金属の回収率を有意に向上させえない。
In recent years, with the increase in the amount of use of lithium ion batteries and the expansion of the range of use, the amount discarded due to the product life of the batteries and defects in the manufacturing process has increased. Under such circumstances, it is desired to easily recover valuable metals such as nickel and cobalt from lithium ion batteries that are discarded in large quantities at a relatively low cost.
In a conventional recovery process, a lithium ion battery is roasted at a relatively high temperature of about 600 ° C. to 700 ° C., and then crushed and sieved. Since sorting was performed, other components were actually mixed in the magnetized material in the form of being wound in the magnetized cobalt. In addition to the fact that the lithium ion battery was roasted at a high temperature exceeding, for example, 660 ° C., the case of the lithium ion battery was ruptured during roasting, and aluminum and the like became brittle and refined. It is considered that the aluminum melted at a high temperature exceeding the melting point involved the positive electrode material. In addition, the magnetic deposit contains a large amount of aluminum to be separated most, and the recovery rate of valuable metals such as cobalt cannot be improved significantly.
このような技術的問題点を解決するための方法としては、特許文献1に記載の技術が提案されている。
特許文献1に記載の技術は、アルミニウムを含む筐体で包み込まれたリチウムイオン電池を処理する方法が開示されており、リチウムイオン電池の温度を400℃〜550℃に加熱した後に、当該リチウムイオンを破砕及び篩別し、その後、550℃〜700℃に粉末加熱するものである。
As a method for solving such technical problems, a technique described in Patent Document 1 has been proposed.
The technique described in Patent Document 1 discloses a method of treating a lithium ion battery encased in a casing containing aluminum. After heating the temperature of the lithium ion battery to 400 ° C. to 550 ° C., the lithium ion battery Is crushed and sieved, and then powder heated to 550 ° C to 700 ° C.
しかしながら、特許文献1に記載の技術によれば、リチウムイオン電池をいったん400℃〜550℃に加熱した後に、機械加工を施し、さらに550℃〜700℃の粉末加熱を行うため、設備規模が大きくなるうえ、効率がとても悪い。 However, according to the technique described in Patent Document 1, the lithium ion battery is once heated to 400 ° C. to 550 ° C., then machined, and further heated at a powder of 550 ° C. to 700 ° C. Moreover, the efficiency is very bad.
そこで、発明者は、リチウムイオン電池の構造と加熱処理装置の構造とに着目し、加熱炉内を低温領域である加熱空間領域と、高温領域である熱処理空間領域とに区分し、加熱空間領域に存在するリチウムイオン電池に高温の熱源(熱媒体)を与えなければ、上述の課題を解決することができることを知見し、本発明を完成させた。 Therefore, the inventor paid attention to the structure of the lithium ion battery and the structure of the heat treatment apparatus, and divided the inside of the heating furnace into a heating space region that is a low temperature region and a heat treatment space region that is a high temperature region, The present invention has been completed by discovering that the above-mentioned problems can be solved if a high-temperature heat source (heat medium) is not applied to the lithium ion battery existing in the battery.
本発明は、リチウムイオン電池の熱処理において、リチウムイオン電池の筐体が破裂し、アルミニウム等が脆化して微細化することを防止し、処理後のリチウムイオン電池を破砕、篩分けを行うだけで、コバルトなどの希少金属と銅やアルミニウム等の汎用金属とが、高純度で高い収率で回収することができるリチウムイオン電池加熱処理装置を提供することを目的とする。 In the heat treatment of a lithium ion battery, the present invention prevents the lithium ion battery casing from rupturing and aluminum and the like from becoming brittle and becoming finer, and only crushing and sieving the treated lithium ion battery. An object of the present invention is to provide a lithium ion battery heat treatment apparatus in which rare metals such as cobalt and general-purpose metals such as copper and aluminum can be recovered with high purity and high yield.
請求項1に記載の発明は、炉壁によって構成された加熱炉の内部空間が、アルミニウムを含む筐体で包み込まれたリチウムイオン電池を加熱することにより、前記リチウムイオン電池の筐体内から電池ガスを流出させる加熱空間領域と、前記電池ガスの流出後の前記リチウムイオン電池を熱処理する熱処理空間領域と、に区分され、前記リチウムイオン電池が投入口から前記加熱空間領域に投入され、前記熱処理空間領域を経て排出口に排出されるリチウムイオン電池加熱処理装置であって、前記熱処理空間領域には450℃〜750℃の過熱蒸気が該熱処理空間領域にのみ噴射される複数の噴射ノズルが設けられ、前記加熱空間領域には、前記噴射ノズルから噴射された前記過熱蒸気を、前記加熱空間領域に存在する前記リチウムイオン電池に接触しないように吸引するブロワが設けられ、前記ブロワの吸引出力は、前記加熱空間領域内を通過する過熱蒸気の流れが層流となるように調整されるリチウムイオン電池加熱処理装置である。 According to the first aspect of the present invention, the internal space of the heating furnace constituted by the furnace wall heats the lithium ion battery encased in the casing containing aluminum, so that the battery gas is discharged from within the casing of the lithium ion battery. And a heat treatment space region for heat-treating the lithium ion battery after the battery gas has flowed out, and the lithium ion battery is introduced into the heating space region from an inlet, and the heat treatment space A lithium-ion battery heat treatment apparatus that is discharged to a discharge port through a region, wherein the heat treatment space region is provided with a plurality of injection nozzles that inject superheated steam at 450 ° C. to 750 ° C. only into the heat treatment space region. In the heating space region, the superheated steam sprayed from the spray nozzle is transferred to the lithium ion battery existing in the heating space region. Suction to a blower is provided so as not to contact the suction output of the blower, the flow of superheated steam passing through the heating space region is a lithium ion battery heating device is adjusted to be laminar.
請求項2に記載の発明は、前記噴射ノズルは、前記炉壁の内壁面に対して垂直に設けられ、前記排出口に近いほど、前記噴射ノズルの長さが長くなるように配置された請求項1に記載のリチウムイオン電池加熱処理装置である。 According to a second aspect of the present invention, the spray nozzle is provided perpendicular to the inner wall surface of the furnace wall, and is arranged such that the length of the spray nozzle becomes longer as it is closer to the discharge port. The lithium ion battery heat treatment apparatus according to Item 1.
請求項3に記載の発明は、前記炉壁の内壁面には、前記加熱空間領域と前記熱処理空間領域とを区分する突出部が設けられた請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン電池加熱処理装置である。 According to a third aspect of the present invention, in the lithium ion battery according to the first or second aspect, the inner wall surface of the furnace wall is provided with a protruding portion that separates the heating space region and the heat treatment space region. It is a heat treatment apparatus.
請求項4に記載の発明は、リチウムイオン電池から有価金属を回収するリチウムイオン電池の処理方法であって、アルミニウムを含む筐体で包み込まれたリチウムイオン電池を加熱することにより、前記リチウムイオン電池の筐体内から電池ガスを流出させる電池ガス流出工程と、前記電池ガスの流出後の前記リチウムイオン電池を熱処理する熱処理工程と、熱処理工程後の前記リチウムイオン電池を破砕し、その後篩分けを行う篩分選別工程と、を有し、前記電池ガス流出工程及び前記熱処理工程は、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池過熱処理装置を用いて連続的に行うリチウムイオン電池の処理方法である。 The invention according to claim 4 is a method of treating a lithium ion battery for recovering valuable metals from a lithium ion battery, wherein the lithium ion battery is heated by heating the lithium ion battery enclosed in a casing containing aluminum. A battery gas outflow step for discharging the battery gas from the inside of the housing, a heat treatment step for heat treating the lithium ion battery after the battery gas outflow, and crushing the lithium ion battery after the heat treatment step, followed by sieving A sieving and sorting step, wherein the battery gas outflow step and the heat treatment step are continuously performed using the lithium ion battery overheat treatment device according to any one of claims 1 to 3. It is a processing method.
請求項5に記載の発明は、前記電池ガス流出工程における前記リチウムイオン電池の温度が250℃以下である請求項4に記載のリチウムイオン電池の処理方法である。 The invention according to claim 5 is the method for treating a lithium ion battery according to claim 4, wherein the temperature of the lithium ion battery in the battery gas outflow step is 250 ° C. or less.
本発明によれば、加熱炉の内部が加熱空間領域と、熱処理空間領域と、に区分されている。熱処理空間領域には複数の噴射ノズルによって450℃〜750℃の過熱蒸気が熱処理空間領域にのみ噴射される。噴射された過熱蒸気は、加熱空間領域に存在するリチウムイオン電池に接触しないようにしてブロワにて吸引される。このとき、ブロワの吸引出力は、加熱空間領域内を通過する過熱蒸気の流れが層流となるように調整されている。
このように構成することで、リチウムイオン電池の温度を250℃程度に抑えることができる。
According to the present invention, the inside of the heating furnace is divided into a heating space region and a heat treatment space region. Overheated steam at 450 ° C. to 750 ° C. is injected only into the heat treatment space region by the plurality of injection nozzles in the heat treatment space region. The injected superheated steam is sucked by a blower so as not to contact the lithium ion battery existing in the heating space region. At this time, the suction output of the blower is adjusted so that the flow of superheated steam passing through the heating space region becomes a laminar flow.
By comprising in this way, the temperature of a lithium ion battery can be suppressed to about 250 degreeC.
リチウムイオン電池の加熱による破裂の原因は、主に、リチウムイオン電池が非常に高い温度に置かれることにより、リチウムイオン電池に封入されている電解液(揮発性有機溶剤)が気化して電池ガスが発生し、その電池ガスの体積が急激に増える(膨張する)からである。この電解液の沸点は、電解液が高沸点溶剤であったとしても260℃程度であり、通常は200℃以下である。リチウムイオン電池の温度が250℃程度に抑えることにより、電解液の温度が高温となることを防ぐことができ、電解液は気化して電池ガスが発生するものの、電池ガスの体積が急激に増えることはない。このため、リチウムイオン電池の熱処理において、リチウムイオン電池の筐体が破裂し、アルミニウム等が脆化して微細化することを防止することができる。
電池ガスは、リチウムイオン電池を加熱することにより、リチウムイオン電池の金属ケース内に発生し、外部へ放出されるガスをいい、本発明ではリチウムイオン電池に封入されている電解液(揮発性有機溶剤)が気化したものが主である。
The cause of rupture due to heating of the lithium ion battery is mainly due to the lithium ion battery being placed at a very high temperature, and the electrolyte (volatile organic solvent) enclosed in the lithium ion battery is vaporized, resulting in battery gas. This is because the volume of the battery gas rapidly increases (expands). The boiling point of this electrolytic solution is about 260 ° C., even if the electrolytic solution is a high boiling point solvent, and is usually 200 ° C. or lower. By suppressing the temperature of the lithium ion battery to about 250 ° C., it is possible to prevent the temperature of the electrolyte from becoming high, and although the electrolyte is vaporized to generate battery gas, the volume of the battery gas increases rapidly. There is nothing. For this reason, in the heat treatment of the lithium ion battery, it is possible to prevent the casing of the lithium ion battery from being ruptured and aluminum and the like becoming brittle and becoming finer.
The battery gas is a gas generated in the metal case of the lithium ion battery by heating the lithium ion battery and released to the outside. In the present invention, the battery gas is an electrolyte solution (volatile organic) enclosed in the lithium ion battery. The main thing is that the solvent is vaporized.
本発明におけるリチウムイオン電池は、アルミニウムを含む筐体で包み込まれたもので、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電池であれば特に種類は問わない。特に、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、いわゆるリチウムイオン電池スクラップを対象とすることが、資源の有効活用の点から好ましい。
リチウムイオン電池の筐体としては、アルミニウムのみからなるものや、アルミニウム及び鉄、アルミラミネート等を含むものが挙げられる。
リチウムイオン電池は、上記の筐体内にリチウム、ニッケル、コバルト及びマンガンのうちの一種以金属とリチウムの複合金属酸化物等からなる正極活物質や、正極活物質が、たとえばポリフッ化ビニリデン(PVDF)その他の有機バインダ等によって塗布されて固着されたアルミニウム箔(正極集電体)を含むものとすることができる。そのほかに、リチウムイオン電池には、銅、鉄等が含まれる場合がある。
さらに、リチウムイオン電池には、一般に筐体内に電解液が含まれるが、電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等が使用されることがある。
The lithium ion battery in the present invention is not particularly limited as long as it is encased in a casing containing aluminum and can be used in various electronic devices such as mobile phones. In particular, it is preferable from the viewpoint of effective utilization of resources to target so-called lithium ion battery scrap that is discarded due to the life of the battery product, manufacturing defects, or other reasons.
Examples of the casing of the lithium ion battery include those made only of aluminum and those containing aluminum, iron, aluminum laminate, and the like.
In the lithium ion battery, a positive electrode active material made of a composite metal oxide of one or more metals of lithium, nickel, cobalt, and manganese, or a positive electrode active material in the above casing is, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF). It may include an aluminum foil (positive electrode current collector) applied and fixed by another organic binder or the like. In addition, the lithium ion battery may contain copper, iron, and the like.
Furthermore, a lithium ion battery generally includes an electrolytic solution in a casing, and for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, or the like may be used as the electrolytic solution.
加熱空間領域は、炉壁によって構成された加熱炉の内部のうち、投入口とブロワが設けられている領域(区画)をいう。加熱空間領域では、リチウムイオン電池を、リチウムイオン電池が260℃程度の温度となるように加熱して、リチウムイオン電池の筐体内から電池ガスが流出する加熱流出処理が行われる。
加熱空間領域に存在するリチウムイオン電池には、過熱蒸気(熱源、熱媒体)が直接接触しない。リチウムイオン電池の加熱は、熱処理空間領域での熱処理の余熱で行われるため、リチウムイオン電池の加熱温度は約250℃前後となる。
A heating space area | region says the area | region (compartment) in which the insertion port and the blower were provided among the insides of the heating furnace comprised with the furnace wall. In the heating space region, the lithium ion battery is heated so that the lithium ion battery has a temperature of about 260 ° C., and a heat outflow process is performed in which the battery gas flows out from the inside of the casing of the lithium ion battery.
The superheated steam (heat source, heat medium) does not directly contact the lithium ion battery existing in the heating space region. Since the heating of the lithium ion battery is performed by the residual heat of the heat treatment in the heat treatment space region, the heating temperature of the lithium ion battery is about 250 ° C.
熱処理空間領域は、炉壁によって構成された加熱炉の内部のうち、排出口と複数の噴射ノズルが設けられている領域(区画)をいう。熱処理空間領域では、電池ガスの流出後のリチウムイオン電池を、450℃〜750℃の過熱蒸気にて熱処理する。熱処理は、リチウムイオン電池の内部の電解液を除去して気化させるとともに、アルミニウムと正極材を結着させているバインダや筐体の樹脂等を分解することをいい、破砕・篩別時のアルミニウムと正極材の分離を促進してアルミニウムを有効に分離・除去するとともに、篩下に回収される正極材の回収率を高めることを目的として行われる。
噴射ノズルの断面形状、直径、長さは、それぞれ任意であり、同じ断面形状、同じ直径、同じ長さであってもよく、また、異なる断面形状、異なる直径、異なる長さであってもよい。ただし、蒸気の流れの制御を容易にし、リチウムイオン電池の加熱処理の効率化を図る点から、噴射ノズルは、炉壁の内壁面に対して垂直に設けられるとともに、排出口に近いほど、噴射ノズルの長さが長くなるように配置するほうが好ましい。
The heat treatment space region refers to a region (section) in which a discharge port and a plurality of injection nozzles are provided in the inside of the heating furnace constituted by the furnace wall. In the heat treatment space region, the lithium ion battery after the battery gas flows out is heat-treated with superheated steam at 450 ° C. to 750 ° C. Heat treatment means removing the electrolyte inside the lithium-ion battery and vaporizing it, and decomposing the binder that binds the aluminum and the positive electrode material and the resin in the housing. Aluminum during crushing and sieving The separation of the positive electrode material and the positive electrode material are promoted to effectively separate and remove aluminum, and the recovery rate of the positive electrode material recovered under the sieve is increased.
The cross-sectional shape, diameter, and length of the injection nozzle are arbitrary, and may be the same cross-sectional shape, the same diameter, and the same length, or may have different cross-sectional shapes, different diameters, and different lengths. . However, from the viewpoint of facilitating the control of the flow of steam and improving the efficiency of the heat treatment of the lithium ion battery, the injection nozzle is provided perpendicular to the inner wall surface of the furnace wall, and the closer to the discharge port, the more It is preferable to arrange the nozzles to be long.
ブロワは、加熱空間領域に設けられている。ブロワ形式等は任意であるが、過熱蒸気が加熱空間領域に存在するリチウムイオン電池に接触しないように吸引するように設けられている。ブロワの吸引出力は、加熱空間領域内を通過する過熱蒸気の流れが層流となるように調整される。過熱蒸気の流れが層流とは、過熱蒸気の流れによって、加熱空間領域内の温度が均一化することがなく、熱処理空間領域に存在する過熱蒸気がブロワによって、略直線状に流れることをいう。 The blower is provided in the heating space region. The blower type or the like is arbitrary, but the superheated steam is provided so as not to come into contact with the lithium ion battery existing in the heating space region. The suction output of the blower is adjusted so that the flow of superheated steam passing through the heating space region becomes a laminar flow. Laminar flow of superheated steam means that the temperature in the heating space region does not become uniform due to the flow of superheated steam, and the superheated steam existing in the heat treatment space region flows in a substantially straight line by the blower. .
なお、炉壁の内壁面には、加熱空間領域に存在する加熱流出処理中のリチウムイオン電池が不用意に熱処理空間領域に移動しないように、加熱空間領域と熱処理空間領域との境界に突出部を設けてもよい。この突出部は、加熱流出処理中のリチウムイオン電池が不用意に熱処理空間領域に移動できず、加熱流出処理後のリチウムイオン電池が熱処理空間領域に移動できるだけの高さを有している。 The inner wall surface of the furnace wall has a protruding portion at the boundary between the heating space region and the heat treatment space region so that the lithium ion battery in the heating space region that is being heated and discharged is not carelessly moved to the heat treatment space region. May be provided. This protrusion has a height that allows the lithium ion battery that is being heated and discharged to inadvertently move to the heat treatment space region, and that the lithium ion battery after the heat and flow treatment can move to the heat treatment space region.
本発明によれば、リチウムイオン電池の温度を250℃程度に抑えることにより、電解液の温度が急激に高温となることを防ぐことができる。これにより、リチウムイオン電池の熱処理において、リチウムイオン電池の筐体が破裂し、アルミニウム等が脆化して微細化することを防止することができる。その結果、処理後のリチウムイオン電池を破砕、篩分けを行うだけで、コバルトなどの希少金属と銅やアルミニウム等の汎用金属とを、高純度で高い収率で回収することができる。 According to the present invention, by suppressing the temperature of the lithium ion battery to about 250 ° C., it is possible to prevent the temperature of the electrolytic solution from rapidly increasing. Thereby, in the heat treatment of the lithium ion battery, it is possible to prevent the casing of the lithium ion battery from being ruptured, and aluminum or the like becoming brittle and becoming finer. As a result, a rare metal such as cobalt and a general-purpose metal such as copper or aluminum can be recovered with high purity and high yield by simply crushing and sieving the treated lithium ion battery.
特に、請求項2に記載の発明によれば、炉壁の内壁面に対して垂直に設けられるとともに、排出口に近いほど、噴射ノズルの長さが長くなるように配置することにより、過熱蒸気の流れの制御を容易にし、リチウムイオン電池の加熱処理の効率化を図ることができる。 In particular, according to the second aspect of the present invention, the superheated steam is provided by being arranged so as to be perpendicular to the inner wall surface of the furnace wall and so that the length of the injection nozzle becomes longer as it is closer to the discharge port. Can be easily controlled, and the efficiency of the heat treatment of the lithium ion battery can be improved.
また、請求項3に記載の発明によれば、炉壁の内壁面に突出部を設けることにより、加熱空間領域に存在する加熱流出処理中のリチウムイオン電池が不用意に熱処理空間領域へ移動することを阻害することができる。このため、リチウムイオン電池の熱処理において、リチウムイオン電池の筐体が破裂し、アルミニウム等が脆化して微細化することをより防止することができる。 Further, according to the invention described in claim 3, by providing the protrusion on the inner wall surface of the furnace wall, the lithium ion battery in the heating space region during the heat outflow treatment is inadvertently moved to the heat treatment space region. Can be inhibited. For this reason, in the heat treatment of the lithium ion battery, it is possible to further prevent the casing of the lithium ion battery from being ruptured and the aluminum or the like from becoming brittle and becoming finer.
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
図1に示すように、この発明の一実施例に係るリチウムイオン電池加熱処理装置10は、回転する筒状の炉壁を備えた加熱装置本体11と、この加熱装置本体11の内部に配置され、炉壁の回転に応じて回転することがない、炉壁の長さの3/4の長さの過熱蒸気配管12と、過熱蒸気配管から等間隔に突出した複数の噴射ノズル13と、加熱装置本体11に固定された吸引ダクト14を備えている。また、このリチウムイオン電池加熱装置10は、加熱装置本体11にリチウムイオン電池を投入する原料供給フィーダ15を備えた原料供給部16と、熱分解後のリチウムイオン電池を排出する排出部17とを備えている。
Examples of the present invention will be described in detail below.
As shown in FIG. 1, a lithium ion battery
上記加熱装置本体11は、キャスタブルコンクリートで円筒状に構成され、両端にキャスタブルコンクリート製の側壁が設けられた炉壁を備えている。つまり、側面断面視して円形の密閉内部空間を加熱装置本体11に有している。そして、炉壁の外壁面には、鉄製の表面被覆材が設けられている。
この加熱装置本体11の2つの側壁のうちの一方側に原料供給部16、他方側に排出部17が固定されている。
原料供給部16には、リチウムイオン電池を、加熱装置本体11の内部に供給するための供給口が形成され、機械的または電磁的に供給口を開閉するための供給蓋が取り付けられている。この供給蓋は供給口を物理的(機械的)または電磁的に開閉するものである。原料供給部16には、供給口を介して上記加熱装置本体11の内部にリチウムイオン電池を供給する原料を供給する原料供給フィーダ15が備えられている。原料供給フィーダ15には振動器を有し、原料供給フィーダ15が振動することで、リチウムイオン電池が振動しながら加熱装置本体11の内部へ移動する。
排出部17には、熱処理されたリチウムイオン電池を加熱装置本体11の外部に排出するための排出口が設けられ、機械的にまたは電磁的にこの排出口を開閉するための排出蓋が取り付けられている。
The heating device
The raw
The raw
The
過熱蒸気配管12は、加熱装置本体11の外部に設けられた蒸気発生装置において発生した450℃〜750℃の過熱蒸気を加熱装置本体11の内部に供給する固定された(回転しない)配管である。過熱蒸気配管12は、加熱装置本体11の排出部17に近い側壁から原料供給部16に近い側壁に向かって突出するように設けられている。過熱蒸気配管12の突出長は、加熱装置本体11の長手方向の長さ(つまり、2つの側壁の離間距離)の3/4の長さとする。この過熱蒸気配管12の末端は栓がされている。そして、過熱蒸気配管12の管壁には、等間隔に固定された噴射ノズルが複数設けられている。
噴射ノズル13は、過熱蒸気配管に対して垂直に、また、加熱装置本体11の炉壁の内壁面に対しても垂直となるように設けられている。複数の噴射ノズル13は、それぞれ同じ断面形状、同じ直径であるが、すべてが異なる長さで構成されている。そして、複数の噴射ノズルは、排出口に近いほど、噴射ノズルの長さが長くなるように配置されている。
The
The
以上のように構成することで、加熱装置本体11の内部は、噴射ノズル13から蒸気が噴射される熱処理空間領域と、それ以外の領域である加熱空間領域とに区分される。
そして、吸引ダクト14は、加熱装置本体11の加熱空間領域に設けられている。
この吸引ダクト14は、熱分解領域において、熱処理されたリチウムイオン電池が放出する熱処理ガスや蒸気等を熱分解ガスとして吸引するものである。吸引ダクト14の吸引出力については、過熱蒸気が加熱空間領域に存在するリチウムイオン電池に接触しないように吸引できるように調整される。つまり、加熱空間領域内を通過する過熱蒸気は、略直線状に吸引ダクト14によって吸引される。
By configuring as described above, the inside of the heating apparatus
The
The
このリチウムイオン電池加熱処理装置10を用いて廃リチウムイオン電池から有価金属の回収を行った。
具体的には、廃リチウムイオン二次電池をリチウムイオン電池加熱処理装置10に投入し、加熱空間領域に5〜20分、熱処理空間領域に15〜60分、廃リチウムイオン電池が滞留するように熱処理を行った。過熱蒸気温度は750℃、流量は100L/h、吸引ダクト14の出力は1200m3/hとした。なお、加熱空間領域の温度を測定したところ250〜400℃であり、廃リチウムイオン電池の筐体が破裂する際に発する破裂音は確認されなかった。
また、熱処理空間領域の温度を測定したところ、400〜550℃であった。
熱処理後、リチウムイオン電池加熱処理装置10から熱分解残渣と熱分解ガスとに分離されるため、熱分解残渣について衝撃破砕機(ハンマークラッシャー、ヤリヤ機械製作所製ヤリヤ式ハンマークラッシャーN0.3)にて破砕処理を行い、その後、篩目1.20〜0.15mmにて篩分けを行った。その後、篩分けにおいて篩下に存在していた細粒物について分析し、回収率を求めたところ、コバルトは91.3%、銅は7.0%、アルミニウムは6.3%であった。そして、篩分けにおいて篩上に存在していた粗粒物について分析し、回収率を求めたところ、コバルトは8.7%、銅は93.0%、アルミニウムは93.7%であった。
Using this lithium ion battery
Specifically, the waste lithium ion secondary battery is put into the lithium ion battery
Moreover, when the temperature of the heat processing space area | region was measured, it was 400-550 degreeC.
After the heat treatment, the pyrolysis residue and pyrolysis gas are separated from the lithium ion battery
このように、本発明の実施例に係るリチウムイオン電池加熱処理装置10は、リチウムイオン電池の熱処理において、リチウムイオン電池の筐体が破裂し、アルミニウム等が脆化して微細化することを防止することができた。そして、処理後のリチウムイオン電池を破砕、篩分けを行うだけで、コバルトなどの希少金属と銅やアルミニウム等の汎用金属とを、高純度で高い収率で回収することができた。
Thus, the lithium ion battery
Claims (5)
アルミニウムを含む筐体で包み込まれたリチウムイオン電池を加熱することにより、前記リチウムイオン電池の筐体内から電池ガスを流出させる加熱空間領域と、
前記電池ガスの流出後の前記リチウムイオン電池を熱処理する熱処理空間領域と、に区分され、
前記リチウムイオン電池が投入口から前記加熱空間領域に投入され、前記熱処理空間領域を経て排出口に排出されるリチウムイオン電池加熱処理装置であって、
前記熱処理空間領域には450℃〜750℃の過熱蒸気が該熱処理空間領域にのみ噴射される複数の噴射ノズルが設けられ、
前記加熱空間領域には、前記噴射ノズルから噴射された前記過熱蒸気を、前記加熱空間領域に存在する前記リチウムイオン電池に接触しないように吸引するブロワが設けられ、
前記ブロワの吸引出力は、前記加熱空間領域内を通過する過熱蒸気の流れが層流となるように調整されるリチウムイオン電池加熱処理装置。 The internal space of the heating furnace formed by the furnace wall is
A heating space region for allowing battery gas to flow out from within the casing of the lithium ion battery by heating the lithium ion battery encased in the casing containing aluminum; and
A heat treatment space region for heat treating the lithium ion battery after the battery gas flows out;
A lithium ion battery heat treatment apparatus in which the lithium ion battery is charged into the heating space region from a charging port and discharged to the discharge port through the heat treatment space region,
The heat treatment space region is provided with a plurality of injection nozzles for injecting superheated steam at 450 ° C. to 750 ° C. only into the heat treatment space region,
The heating space region is provided with a blower that sucks the superheated steam ejected from the ejection nozzle so as not to contact the lithium ion battery existing in the heating space region,
The suction output of the blower is a lithium ion battery heat treatment apparatus that is adjusted so that the flow of superheated steam that passes through the heating space region becomes a laminar flow.
アルミニウムを含む筐体で包み込まれたリチウムイオン電池を加熱することにより、前記リチウムイオン電池の筐体内から電池ガスを流出させる電池ガス流出工程と、
前記電池ガスの流出後の前記リチウムイオン電池を熱処理する熱処理工程と、
熱処理工程後の前記リチウムイオン電池を破砕し、その後篩分けを行う篩分選別工程と、を有し、
前記電池ガス流出工程及び前記熱処理工程は、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池加熱処理装置を用いて連続的に行うリチウムイオン電池の処理方法。 A method of treating a lithium ion battery for recovering valuable metals from a lithium ion battery,
A battery gas outflow step for causing the battery gas to flow out from within the casing of the lithium ion battery by heating the lithium ion battery encased in the casing containing aluminum; and
A heat treatment step of heat treating the lithium ion battery after the battery gas flows out;
Crushing the lithium-ion battery after the heat treatment step, and then sieving to perform sieving, and
The said battery gas outflow process and the said heat processing process are the processing methods of the lithium ion battery performed continuously using the lithium ion battery heat processing apparatus of any one of Claims 1-3.
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