JP2020054961A - リチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン電池廃棄物を安全に取り扱うためリチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法を開示する。【解決手段】複数個のリチウムイオン電池廃棄物１を容器２内に収容するとともに、前記容器２内に水または塩水３を貯留させて、複数個の前記リチウムイオン電池廃棄物１の全体を前記水または塩水３に浸漬させる。【選択図】図１

Description

この明細書は、種々の理由により廃棄されたリチウムイオン電池廃棄物を取り扱う方法に関する技術を開示するものである。

家庭用電子機器や携帯電話、車両その他の多くの産業分野で使用されているリチウムイオン電池は、マンガン、ニッケルおよびコバルトを含有するリチウム金属塩を正極活物質として用い、その正極活物質を含む正極材及び負極材の周囲を、アルミニウムを含む筐体で包み込んだものであり、近年は、そ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状況にある。

このような状況の下、資源の有効活用の観点から、大量に廃棄されるリチウムイオン電池廃棄物に含まれる所定の有価金属を回収するなどの目的で、リチウムイオン電池廃棄物に対して各種の処理を施すことが行われている。

ところで、上述したようにリチウムイオン電池廃棄物に所定の処理を施す際等には、当該処理に先立ち、多数個のリチウムイオン電池廃棄物を収集した後、それらをまとめて運搬し、保管することがある。
ここで、薄型化の進むリチウムイオン電池の廃棄物は、比較的容易に変形するとともに衝撃に弱く、また残留電圧があることから、複数個をまとめて運搬ないし保管するときに発火・発煙の危険性がある。

この明細書は、このような問題を解決するため、リチウムイオン電池廃棄物を安全に取り扱うためリチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法を開示するものである。

この明細書に開示するリチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法は、複数個のリチウムイオン電池廃棄物を容器内に収容するとともに、前記容器内に水または塩水を貯留させて、複数個の前記リチウムイオン電池廃棄物の全体を前記水または塩水に浸漬させるものである。

上記のリチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法によれば、複数個のリチウムイオン電池廃棄物の全体を、容器内で水または塩水に浸漬させることにより、衝撃や変形等の何らかの要因による機能破壊時に、残留電圧に起因する熱暴走を有効に抑制することができるので、リチウムイオン電池廃棄物を安全に取り扱うことができる。

一の実施形態に係るリチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法を示す斜視図である。

以下に、この明細書に開示する発明の実施の形態について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態に係るリチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法は、たとえば、複数個のリチウムイオン電池廃棄物をまとめて運搬し、または保管する際等に、図１に例示するように、それらのリチウムイオン電池廃棄物１を容器２内に収容するとともに、容器２内に水または塩水からなる液体３を貯留させて、複数個のリチウムイオン電池廃棄物１の全体を液体３に浸漬させるものである。

（リチウムイオン電池廃棄物）
対象とするリチウムイオン電池廃棄物１は、携帯電話その他の種々の電子機器等で使用されるリチウムイオン電池や、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車、電気自動車等の車両に搭載されたリチウムイオン電池等の種々のリチウムイオン電池で、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廃棄物である。

資源を有効活用するため、上述したようなリチウムイオン電池廃棄物１から、たとえば湿式法等により所定の有価金属を回収することがあるが、それに先立って、様々なところから収集したリチウムイオン電池廃棄物１を運搬したり保管したりする際等の取扱い時に、この実施形態の方法を適用することができる。

リチウムイオン電池は近年、薄型化ないし小型化が進む傾向にあるも、薄型ないし小型のリチウムイオン電池廃棄物１は変形がしやすく、また衝撃に弱い。かかるリチウムイオン電池廃棄物１は運搬や保管をする際に、そのような変形・衝撃により機能破壊されると、残留電圧に起因する熱暴走により発火し、発煙が生じるおそれがある。なお熱暴走時の温度は最高約５００℃まで上昇することがある。そして、このリスクは、リチウムイオン電池廃棄物１を複数個まとめて取り扱うと特に顕在化する。
これに対処するため、詳細については後述する取扱い方法を採用することが好適である。

なお、電子機器等に用いられるリチウムイオン電池は一般に、その周囲を包み込むアルミニウム製等の筐体内に、リチウム、ニッケル、コバルト及びマンガンのうちの一種の単独金属酸化物又は、二種以上の複合金属酸化物等からなる正極活物質や、正極活物質が有機バインダー等によって塗布されて固着されたアルミニウム箔（正極基材）を含む。またその他に、リチウムイオン電池には、負極材等を構成する銅、鉄等が含まれる場合がある。そしてまた、リチウムイオン電池は一般に、筺体内に電解液が含まれている。この電解液としては、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。

筐体で包み込まれたリチウムイオン電池は、実質的に正方形もしくは長方形状の平面輪郭形状を有するものとすることができ、この場合、たとえば、縦が４０ｍｍ〜８０ｍｍ、横が３５ｍｍ〜６５ｍｍ、厚みが４ｍｍ〜５ｍｍのものを対象とすることができるが、この寸法のものに限定されない。

（取扱い方法）
この実施形態の取扱い方法では、上述したようなリチウムイオン電池廃棄物１の複数個を、図１に示すように容器２内に収容するとともに、容器２内に水または塩水からなる液体３を貯留させる。ここで、水または塩水からなる液体３は、容器２内に配置した全てのリチウムイオン電池廃棄物１の全体が浸漬する程度の十分な量を供給する。

これにより、運搬時等において、たとえば容器２へ外部から振動が作用して、容器２内のリチウムイオン電池廃棄物１が変形し、またはリチウムイオン電池廃棄物１に衝撃が加えられたとしても、リチウムイオン電池廃棄物１の周囲に存在する水または塩水からなる液体３が、リチウムイオン電池廃棄物１の残留電圧による熱暴走を効果的に抑制するので、発火や発煙のリスクを有効に低減することができる。また、液体３は、運搬時等のリチウムイオン電池廃棄物１同士の衝突や、リチウムイオン電池廃棄物１と容器２の内面との衝突を緩和するべくも機能する。

なお、容器２内でリチウムイオン電池廃棄物１が液体３中に浸漬してれば、上記の効果を得ることができるので、容器２内へのリチウムイオン電池廃棄物１の投入および、液体３の供給の順序は特に問わない。いずれを先に、または同時に行ってもよい。

容器２は、熱に強い耐熱性を有し、また外部から衝撃に対して内部のリチウムイオン電池廃棄物１を有効に保護し得る耐衝撃性を有するものとすることが、発火や発煙をより一層有効に防止できる点で好ましい。
このような耐熱性および耐衝撃性を備えた容器２としては、少なくとも、内部に配置したリチウムイオン電池廃棄物１の周囲を取り囲む外壁が、たとえば、鉄製または樹脂製のものを挙げることができる。

より具体的には、容器２は、円筒状の胴板２ａの一端側（図１及び２では下端側）の底に地板２ｂを設けてなるドラム缶とすることができる。ドラム缶は入手が容易で使用後の廃棄も容易であり、また比較的安価であることから好ましい。しかも、ドラム缶は通常、鋼鉄その他の鉄製であり、万が一リチウムイオン電池廃棄物１が発火したとしても、その発火に対する耐熱性を有する。このようなドラム缶は、たとえば、鋼鉄等の金属を主材料とした１８Ｌ以上かつ４００Ｌ以下の円筒型容器であり、具体的にはＪＩＳ Ｚ１６００に規定されたもの等とすることができる。
なお一般的なドラム缶は、図示のように、円筒状の胴板２ａの軸線方向に間隔をおいて、その胴板２ａの外面から環状に突出する複数本の輪帯２ｃが存在する。

図１では示していないものの、容器２の開口部、図示の例では上端側である他端側の円形の開口部２ｄには、たとえば運搬時等の液体３の漏出を抑制するため、その開口部２ｄを覆う蓋部材を設けることができる。なお、開口部２ｄは、容器２内へのリチウムイオン電池廃棄物１の投入、液体３の供給等の際に使用され得る。

但し、容器２にこのような蓋部材を設けた場合であっても、容器２の内部を外部に連通させる圧抜き箇所を設けることが好ましい。圧抜き箇所は、たとえば、蓋部材に設ける場合は蓋部材に形成した一又は複数の貫通孔もしくは、胴板２ａ等の側壁の液体の水位より高い位置に形成した一又は複数の貫通孔、または、蓋部材を設けない場合は開口部２ｄ等とすることができる。なお、蓋部材無しで開放状態とすることももちろん可能であるが、ドラム缶等の容器２を段積みする場合は蓋部材があったほうがよい。
リチウムイオン電池廃棄物１は、その内部の成分に起因して、周囲の液体３中に気泡を発生させることがあるところ、この気泡が容器２の内部から外部に排出されることができなければ、内圧増加による容器２の変形のおそれがある。それ故に、容器２は、上述したような圧抜き箇所を設けることによって密閉しないことが望ましい。

容器２内に配置するリチウムイオン電池廃棄物１は、容器２の容積に対して７割〜８割程度の割合を占める個数以下とすることが好適である。容器２の容積に対してリチウムイオン電池廃棄物１の個数が多すぎると、電池が膨張し、容器から溢れるおそれがある。

容器２の内部に貯留させる液体３は、水または塩水とする。塩水とした場合は、残留電気を放電する効果があるが、コネクタ部の腐食により放電しきれないこともある。水とした場合は、リチウムイオン電池廃棄物１を容易に浸漬でき、電池破損時の熱暴走を防ぐためだけであれば十分な効果がある。

容器２内に貯留させる液体３は、容器２内に所定の個数のリチウムイオン電池廃棄物１を配置した状態で、容器２の容積に対して８０％〜９０％の量とすることが好ましい。液体３が少なすぎると、液体に浸漬していない電池の熱暴走が発生するおそれがある。

このようにして、容器２の内部で、リチウムイオン電池廃棄物１の全体が液体３に浸漬した状態を維持しながら、車両等で運搬し、また所定の場所に保管することにより、発火・発煙の可能性を有効に低減することができる。

その後、リチウムイオン電池廃棄物１は、有価金属の回収工程に供することができる。
ここでは、たとえば、容器２から液体３を排出してから、残ったリチウムイオン電池廃棄物１に対して、当該回収工程の最初の処理である焙焼処理を施すことができる。
この場合、容器２から排出する液体３には、リチウムイオン電池廃棄物１の電解液がリチウムイオン電池廃棄物１から流出して含まれることがある。電解液を含む液体３は、脱フッ素処理、中和処理、焼却処理等して廃棄する。

次に、上述したようなリチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法を試験的に実施したので、それに至る経緯とともに、以下に説明する。但し、ここでの説明は単なる例示を目的としたものであり、それに限定されることを意図するものではない。

対策前、ラミネートタイプのリチウムイオン電池廃棄物を鉄製コンテナ（ドラム缶）からフレキシブルコンテナバッグに移し替えて、これらを所定の場所へ運搬する際に、そのうちの１袋の底部から発煙が確認された。

そこで、発煙の再現実験を行った。具体的には、フレキシブルコンテナバッグ１袋にリチウムイオンポリマー電池を詰めて、フォークリフトで吊った状態で上下させたり、リフトの爪で挟みこんだりして強制的に内部ショートを起こさせる実験を行った。
その結果、フォークリフトでドラム缶からフレコンバックへ移している最中に、ショート・発煙が起こった。

これらの実験等から、発煙が生じる原因は次のとおりに確認されたと考える。
フレキシブルコンテナバッグへの詰め替え、フレキシブルコンテナバッグの吊上げ・運搬等でリチウムイオン電池廃棄物が外力を受け、折損、圧壊した結果、いくつかの電池が内部ショートを起こし発熱する。この際に白煙を放出しながら電池の温度が上昇する。また、内部ショートした電池（起点）と接触した電池が、外部加熱を受け温度が上昇する。さらにその周辺の電池も外部加熱を受け、温度が上昇し、白煙の放出、セパレーターの溶融、内部ショートを起こし、自身が発熱する状態が起点を中心に同心円状に広がっていく。これが繰り返し生じると推測される。

対策としては、リチウムイオン電池を鉄製コンテナ（ドラム缶）からフレキシブルコンテナバッグへの詰め替えは必要直前まで極力行わない。さらに鉄製コンテナ（ドラム缶）では、リチウムイオン電池を水もしくは塩水に浸漬させることにより、熱の伝播を防止して、電池破損時の熱暴走を防ぐことが有効である。特に運搬中も水もしくは塩水に浸漬させることはより効果的である。そのまま保管することが望ましい。この場合、長期保管すると、内部の圧力の増加により、蓋部材を開く際に蓋部材が飛び上がったり、蓋部材が変形ないし膨張したりするおそれがあるが、これには圧抜き箇所を設けることで対処できる。むしろ、膨張した場合、電池内部に水が入っていると考えられ、熱暴走による温度上昇を抑制し、そのため発煙しにくくなっていることが想定される。従って、このような状態で、フレキシブルコンテナバッグへの詰め替えが望ましい。
リチウムイオン電池を鉄製コンテナ（ドラム缶）に詰め、水に浸漬させて運搬をした後、保管、その後にフレキシブルコンテナバッグへの詰め替えを行ったが白煙の発生は見られなかった。

１ リチウムイオン電池廃棄物
２ 容器
２ａ 胴板
２ｂ 地板
２ｃ 輪帯
２ｄ 開口部
３ 水または塩水からなる液体

Claims (6)

1. 複数個のリチウムイオン電池廃棄物を容器内に収容するとともに、前記容器内に水または塩水を貯留させて、複数個の前記リチウムイオン電池廃棄物の全体を前記水または塩水に浸漬させる、リチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法。
2. 前記容器が、少なくとも、内部に配置したリチウムイオン電池廃棄物の周囲を取り囲む外壁が、鉄製または樹脂製である、請求項１に記載のリチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法。
3. 前記容器が圧抜き箇所を有する、請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法。
4. 前記容器が、円筒状の胴板の底に地板を設けてなるドラム缶である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法。
5. 前記容器の内部で、リチウムイオン電池廃棄物の全体が前記水または塩水に浸漬した状態を維持しながら、前記容器を運搬する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法。
6. 前記容器の内部で、リチウムイオン電池廃棄物の全体が前記水または塩水に浸漬した状態を維持しながら、前記容器を保管する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池廃棄物の取扱い方法。

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