JP2020073732A - リチウムイオン電池の処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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スクラップから、上記のニッケルおよびコバルト等の有価金属を、再利用するべく比較的低コストで容易に回収することが望まれる。
次いで、前工程により得られる粉末状の正極材を酸浸出し、そこに含まれ得るリチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、アルミニウム等を溶液中に溶解させて、浸出後液を得る浸出工程を行う。
その結果として、回収工程でアルミニウムの分離・除去のための工数が必要となり、それによるコストが嵩むという問題があった。
そのため、リチウムイオン電池の昇温過程の間に、リチウムイオン電池の昇温速度をコントロールして、比較的低温にある間に筺体内の略全てのガスを緩慢に流出させることで、リチウムイオン電池を破裂させることなしに有効に焙焼できると考えた。
そしてこの発明では、前記リチウムイオン電池の加熱の終了後まで、リチウムイオン電池の前記筐体で包み込まれた性状が維持されることが好適である。
この発明の一の実施形態のリチウムイオン電池の処理方法では、アルミニウムを含む筐体によって包み込まれたリチウムイオン電池を対象とし、たとえば所定の炉内で、かかるリチウムイオン電池の温度を上昇させ、その温度が200℃〜400℃の範囲内に達したところで、筺体からガスが流出し始めるので、200℃〜400℃の範囲内にある間に、リチウムイオン電池の昇温速度をコントロールしてそのガスの流出を終了させる。従って、ここでは、リチウムイオン電池の温度が200℃〜400℃の範囲内にある間のいずれかの時点で、筺体からのガスの流出は終了することになる。その後、リチウムイオン電池の温度を、400℃を超える温度にさらに上昇させる。
この発明で対象とするリチウムイオン電池は、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であればどのようなものでもかまわないが、その周囲を包み込む筐体として、アルミニウムを含む筐体を有するものとする。なかでも、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、資源の有効活用の観点から好ましい。
なお、リチウムイオン電池は、上記の筺体内に、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上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)を含むものとすることができる。またその他に、リチウムイオン電池には、銅、鉄等が含まれる場合がある。
また、リチウムイオン電池には一般に、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。
この加熱工程は、リチウムイオン電池の温度を、400℃を超える温度に上昇させて、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材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材の分離を促進して篩下に回収される正極材の回収率を高くし、更に、リチウムイオン電池に含まれる有価金属を、後述の浸出工程で浸出させやすい形態に変化させること等を目的として行う。
このようなリチウムイオン電池の加熱時の破裂は、加熱を開始したときから、リチウムイオン電池の温度が一気に上昇することによって、筺体内の電解液が急速に気化してガスとなり、そして、筐体内から流出可能なガスの量よりも多量に生じる筐体内のガスが、筺体を膨張させて破裂させることによるものと考えられる。
これを言い換えれば、昇温過程でリチウムイオン電池の温度が200℃未満では、ガスの筐体からの流出が起こらずに本発明の効果が得られず、この一方で、昇温過程でガスの流出終了前に400℃を超えると、ガスの発生流量の増大によって筐体が破裂するおそれがある。このような観点から、昇温過程では、200℃〜400℃の温度範囲内でガスの流出を終了させることが好ましく、特に、220℃〜380℃の温度範囲内でガスの流出を終了させることがより好ましい。なおこの温度は、リチウムイオン電池の筐体の表面温度を測定することにより計測可能である。
一方、この200℃〜400℃の範囲とする時間は、長ければ長いほど、より確実にガスの流出を終了させることができるので、破裂防止の点では好ましい上限値は特にないが、長すぎると処理時間の増大に起因して処理能率が低下する。それにより、通常は60分以下とすることができ、さらに30分以下とすることができる。
上記の加熱工程の後、所要に応じて破砕及び篩別することにより、アルミニウムが十分に除去された粒状ないし粉状等の正極材を含む篩別物を得ることができる。
その後、この粒状ないし粉状の正極材を含む篩別物を、硫酸等の酸性溶液に添加して浸出させて得た浸出後液から、浸出後液中に溶解しているニッケル、コバルト、マンガン等を回収する。具体的には、たとえば、溶媒抽出又は中和により、はじめにマンガンを分離させて回収し、次いでコバルトを、その後にニッケルを順次に分離させて回収し、最後に水相にリチウムを残す。
大気雰囲気において、るつぼ炉でAl筐体のリチウムイオン電池を加熱した。試料温度が急激な上昇をすることのないよう、図1に試料温度の履歴をグラフで示すように、200℃〜400℃の範囲を10分間以上保持するように調整後に、550℃まで加熱した。加熱後のリチウムイオン電池は、Al筐体の膨張は見られたが、筐体が破裂等することなく原型が維持されていた。加熱処理後のリチウムイオン電池を破砕機にて破砕後、篩別して目開き1mmの篩で篩別し、篩下に正極材等を回収した。篩別物(<1mm)の品位は、Coが37%、Alが4.5%、Cuが0.7%であり、Co回収率は98%であった。篩別物の分析値と回収率を表1に示す。
大気雰囲気において、るつぼ炉でAl筐体のリチウムイオン電池を加熱した。図2に試料温度の履歴をグラフで示すように、200℃〜400℃の範囲を10分間以上保持するような温度履歴とし、その後更に550℃まで加熱した。加熱後のリチウムイオン電池は、Al筐体の膨張は見られたが、筐体が破裂等することなく形を維持していた。加熱処理後のリチウムイオン電池を破砕機にて破砕後、篩別して目開き1mmの篩で篩別し、篩下に正極材等を回収した。篩別物(<1mm)の品位はCo38%、Al1.8%、Cu0.4%で、Co回収率は85%であった。篩別物の分析値と回収率を表2に示す。
大気雰囲気において、るつぼ炉でAl筐体のリチウムイオン電池を加熱した。電気炉の加熱能力のフルパワーで加熱し、その後更に550℃まで加熱した。この時、200℃〜400℃の範囲を通過する時間は10分間未満となる急激な温度上昇となった。加熱後のリチウムイオン電池は、全体的に破損している状態で、一部は内部のアルミニウム箔が見えている状態であった。加熱処理後のリチウムイオン電池を破砕機にて破砕後、篩別して目開き1mmの篩で篩別し、篩下に正極材等を回収した。篩別物(<1mm)の品位、Co31%、Al7.0%、Cu1.3%で、Co回収率は71%であった。
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して処理する方法であって、
リチウムイオン電池の温度を、400℃を超えて上昇させるに当り、リチウムイオン電池の昇温速度をコントロールすることにより、リチウムイオン電池の温度が200℃〜400℃の範囲内にある間に、リチウムイオン電池の筐体内からのガスの流出を終了させる、リチウムイオン電池の処理方法。 - リチウムイオン電池の温度が200℃〜400℃の範囲内にある間のリチウムイオン電池の平均昇温速度を、20℃/min以下とする、請求項1に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- リチウムイオン電池の温度が200℃〜400℃の範囲内にある間のリチウムイオン電池の平均昇温速度を、10℃/min以下とする、請求項2に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- リチウムイオン電池の温度上昇を、大気雰囲気下で行う、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の処理方法。
- 前記リチウムイオン電池の加熱の終了後、リチウムイオン電池の前記筐体で包み込まれた性状が維持される、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の処理方法。
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