JP2021015795A - Stabilization processing method of used lithium ion battery - Google Patents

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勉功 山口
幸明 原田
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Abstract

To provide a stabilization processing method of waste lithium ion battery performing discharge treatment safely.SOLUTION: In a stabilization processing method of waste lithium ion battery performing heating treatment of the waste lithium ion battery between a temperature (upper limit temperature) lower than both the decomposition temperature of the separator of the waste lithium ion battery and the SEI breaking temperature, and the gasification start temperature (lower limit temperature) of the electrolyte of the waste lithium ion battery, and causing internal short circuit of an electrode in the waste lithium ion battery, the upper limit temperature is about 280°C, the lower limit temperature is about 90°C, the waste lithium ion battery is heat treated in a substance which is liquid at the lower limit temperature, and having a boiling point or a demarcation point below the upper limit temperature, the substance is water (H2O) or triacyl glycerine, and after the heat treatment, plastics of the waste lithium ion battery are subjected to carbonization or decomposition processing in a roasting device or a super heat steam device while being placed in the substance.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、使用済みリチウムイオン電池のリサイクルにおける安定化処理に関する。 The present invention relates to a stabilization process in the recycling of used lithium ion batteries.

スマートホンなどの携帯機器や電気自動車などでは電気を貯蔵する電力貯蔵用2次電池が使用されている。これらの需要は急激に増大しており、それに伴い2次電池の廃棄量も急速に増えており、蓄電池の廃棄処理やリサイクルの要求も増大している。これらの2次電池は使用する機器に応じた性能の2次電池が求められているが、主としてリチウムイオン電池が使用されている。リチウムイオン電池は、金属製(たとえば、アルミニウム製)の筐体内に、銅箔等を付けた実装基板である負極基板に黒鉛などの負極活物質を固着した負極材、アルミニウム箔等を付けた実装基板である正極基板にコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムなどの正極活物質を固着した正極材、アルミニウムや銅等からなる集電体、ポリオレンフィン(たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン)等の樹脂フィルム製のセパレータ、およびヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)等の電解液や電解質等が含有されている。使用済みのリチウムイオン電池(廃リチウムイオン電池とも記載、あるいは略して廃LiBとも記載)は上記したフッ化物やリン酸等の有害物質が含むためそのままの状態で廃棄したり埋めたりすることはできない。またリチウム(Li)やコバルト(Co)やニッケル(Ni)等の希少な有価金属類を多数含むため資源保全のためにこれらの有価金属類を回収することが求められている。そのために廃リチウムイオン電池に含まれる有害物質を処理する方法や有価金属を回収する方法がこれまでに多数提案されている。 In mobile devices such as smart phones and electric vehicles, secondary batteries for storing electric power are used to store electricity. The demand for these is rapidly increasing, and the amount of secondary batteries discarded is also increasing rapidly, and the demand for disposal and recycling of storage batteries is also increasing. As these secondary batteries, secondary batteries having performance according to the equipment to be used are required, but lithium ion batteries are mainly used. A lithium ion battery is mounted in a metal (for example, aluminum) housing with a negative electrode material such as graphite fixed to a negative electrode substrate, which is a mounting substrate with copper foil or the like, or an aluminum foil. Positive electrode material which is a substrate, a positive electrode material in which a positive electrode active material such as lithium cobaltate or lithium nickelate is fixed, a current collector made of aluminum or copper, or a resin film such as polyolene fin (for example, polypropylene or polyethylene). It contains a separator, an electrolytic solution such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), an electrolyte, and the like. Used lithium-ion batteries (also referred to as waste lithium-ion batteries, or abbreviated as waste LiB) cannot be discarded or buried as they are because they contain the above-mentioned harmful substances such as fluoride and phosphoric acid. .. Further, since it contains a large number of rare valuable metals such as lithium (Li), cobalt (Co) and nickel (Ni), it is required to recover these valuable metals for resource conservation. For this purpose, many methods for treating harmful substances contained in waste lithium ion batteries and methods for recovering valuable metals have been proposed so far.

特開2017−131795JP 2017-131795 特開2016−22395JP 2016-22395

使用済みリチウムイオン電池のリサイクルにおいて、充電状態または半充電状態のリチウムイオン電池は活性なリチウムが高エネルギー状態で存在しており、リサイクル処理においてその高エネルギー状態が解放される(放電する)が、電池内に含有する可燃性の電界物質等の発熱や発火あるいは爆発を引き起こして一般に安全な処理が困難である。そのために、リサイクル処理の前段階として一部手作業で放電させたり、電解質洗浄等を行なったりしているが、それでも安全な処理が困難であり、かつリサイクル処理のコスト高の原因となっている。そこで、発火しても問題のない高温の炉の中で処理せざるを得ない場合は、アルミニウムなどの金属成分やコバルト酸などの化合物成分が高温で混ざり合い、それ以降の抽出工程に大きな負担をかけている。また、アルミニウム融点以下の温度で熱処理することも提案されているが、やはり放電による問題があるために、使用済みリチウムイオン電池を耐熱容器に封入して熱処理炉に入れて、熱処理時に放電による発熱等が発生しても熱処理炉が損傷しないようにすることも提案されている。(特許文献1) In the recycling of used lithium-ion batteries, active lithium exists in a charged or semi-charged lithium-ion battery in a high-energy state, and the high-energy state is released (discharged) in the recycling process. It causes heat generation, ignition or explosion of flammable electric field substances contained in the battery, and it is generally difficult to safely process the battery. For this reason, some manual discharges and electrolyte cleaning are performed as a preliminary step to the recycling process, but safe processing is still difficult and the cost of the recycling process is high. .. Therefore, if it is necessary to process in a high-temperature furnace where there is no problem even if it ignites, metal components such as aluminum and compound components such as cobalt acid are mixed at high temperature, which is a heavy burden on the subsequent extraction process. I'm wearing it. It has also been proposed to heat-treat at a temperature below the melting point of aluminum, but since there is still a problem due to electric discharge, a used lithium-ion battery is enclosed in a heat-resistant container and placed in a heat treatment furnace to generate heat due to electric discharge during heat treatment. It has also been proposed that the heat treatment furnace should not be damaged even if the above occurs. (Patent Document 1)

特許文献1による方法では高価な耐熱容器が必要であり、また実際に使用しても問題がなくなるかは不明である。すなわち、リサイクル処理を効果的にかつ安価に行なうためには、コストが余りかからない使用済みリチウムイオン電池の安全な放電処理が行われる方法が求められている。また、これまでの特許文献や情報から、使用済みリチウムイオン電池を金属抽出にかける以前の処理においては(A)プラスチック等有機成分の炭化や燃焼による分離もしくは引き続く破砕などの工程での分離可能状態に持っていくこと、(B)エネルギー蓄積の大きなリチウムを酸化物などの安定状態にすること、が求められる。さらに(C)その反応をアルミの融点以下で行うことにより、それに続く金属抽出が容易になることも知られている。(特許文献2) The method according to Patent Document 1 requires an expensive heat-resistant container, and it is unclear whether the problem will disappear even if it is actually used. That is, in order to carry out the recycling treatment effectively and inexpensively, there is a need for a method for safely discharging the used lithium ion battery at a low cost. In addition, based on the patent documents and information so far, in the treatment before the used lithium-ion battery is subjected to metal extraction, (A) a separable state in a process such as carbonization or combustion of organic components such as plastics or subsequent crushing. It is required to bring it to (B) to stabilize lithium such as oxides, which has a large energy storage. Further, it is also known that (C) by carrying out the reaction below the melting point of aluminum, the subsequent metal extraction becomes easy. (Patent Document 2)

中でも上記(B)の条件はリチウムイオン電池の保持する電気エネルギーが化学的に蓄積したものに相当し、このLiを安定な状態に転化できることが求められる。Liは負極で炭化リチウム(LiC6)として、正極ではLi(NiMnCo)O2等の複合酸化物として存在する。正極物質は安定な複合酸化物であるが、正極物質は4LiC6+O2→2Li2O+24Cで安定化されねばならず、そのためには酸素ポテンシャルを有する酸化性雰囲気であることが必要である。特許文献2は「還元性もしくは非酸化性」雰囲気としており、これに該当しない。しかし、酸素ポテンシャルが高いとC+O2→CO2の炭素燃焼の発熱反応が起こり、上記(C)のアルミニウムの融点(約660℃)以下に反応を抑えることは難しくなる。すなわち、Liを酸化させかつC+O2→COの炭素燃焼を起こさせない弱酸化性雰囲気で処理する必要がある。 Above all, the condition (B) above corresponds to the chemically accumulated electric energy held by the lithium ion battery, and it is required that this Li can be converted into a stable state. Li exists as lithium carbonate (LiC 6 ) at the negative electrode and as a composite oxide such as Li (NiMnCo) O 2 at the positive electrode. The positive electrode material is a stable composite oxide, but the positive electrode material must be stabilized at 4LiC 6 + O 2 → 2Li 2 O + 24C, which requires an oxidizing atmosphere with oxygen potential. is there. Patent Document 2 has a "reducing or non-oxidizing" atmosphere, and does not fall under this. However, if the oxygen potential is high, an exothermic reaction of carbon combustion of C + O 2 → CO 2 occurs, and it becomes difficult to suppress the reaction below the melting point (about 660 ° C.) of aluminum in (C) above. That is, it is necessary to treat in a weakly oxidizing atmosphere that oxidizes Li and does not cause carbon combustion of C + O 2 → CO 2 .

本発明は、上記の必要条件(A)、(B)および(C)を満たす廃リチウムイオン電池の安全で安心な安定化処理方法およびそれに付随する廃リチウムイオン電池の安定化処理方法を提供し、特に安全に放電処理する廃リチウムイオン電池の安定化処理方法を提供するものであり、下記の特徴を有する。
(1)本発明は、使用済みリチウムイオン電池のセパレータの分解温度およびSEI(Solid Electrolyte interface)崩壊温度のいずれよりも低い温度(上限温度)以下で、かつ使用済みリチウムイオン電池の電解質のガス化開始温度(下限温度)以上の間で使用済みリチウムイオン電池の熱処理を行ない、使用済みリチウムイオン電池において失活状態になる(たとえば、電極の内部短絡を起こす)ことを特徴とする使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方であり、前記上限温度は約280℃であり、前記下限温度は約90℃であり、前記リチウムイオン電池は、前記下限温度において液体であり、前記上限温度以下に沸点または分界点を有する物質中で熱処理され、前記物質は水(HO)またはトリアシルグリセリンであることを特徴とする。
The present invention provides a safe and secure stabilization treatment method for a waste lithium ion battery satisfying the above requirements (A), (B) and (C), and an accompanying stabilization treatment method for a waste lithium ion battery. The present invention provides a method for stabilizing a waste lithium ion battery, which is particularly safely discharged, and has the following features.
(1) The present invention is below a temperature (upper limit temperature) lower than both the decomposition temperature of the separator of a used lithium ion battery and the SEI (Solid Electrolyte interface) decay temperature, and gasification of the electrolyte of the used lithium ion battery. The used lithium ion is heat-treated at a temperature equal to or higher than the start temperature (lower limit temperature), and the used lithium ion battery is inactivated (for example, causes an internal short circuit of the electrode). A method for stabilizing a battery, the upper limit temperature is about 280 ° C., the lower limit temperature is about 90 ° C., and the lithium ion battery is a liquid at the lower limit temperature and has a boiling point or a boiling point below the upper limit temperature. heat treated at substance having a demarcation point, the material is characterized in that water (H 2 O) or triacylglycerol.

(2)本発明は、(1)に加えて、前記熱処理の前に使用済みリチウムイオン電池の電極層に穿孔処理を行ない、また、前記熱処理を行なった後に、前記物質中に入れた状態で焙焼装置または過熱水蒸気装置中で使用済みリチウムイオン電池のプラスチック類の炭化処理または分解処理を行ない、あるいは、使用済みリチウムイオン電池を前記物質中に入れた状態で焙焼装置または過熱水蒸気装置中に入れて、前記熱処理を行ない、その後使用済みリチウムイオン電池のプラスチック類の炭化処理または分解処理を行ない、あるいは、使用済みリチウムイオン電池を前記物質中に入れた状態で過熱水蒸気装置中に入れて、使用済みリチウムイオン電池のプラスチック類の炭化処理または分解処理を行なうことを特徴とし、あるいは、使用済みリチウムイオン電池を過熱水蒸気装置中に入れて、使用済みリチウムイオン電池のプラスチック類の炭化処理または分解処理を行なうことにより、(1)に記載の熱処理を実現することを特徴とする。 (2) In the present invention, in addition to (1), the electrode layer of the used lithium ion battery is perforated before the heat treatment, and after the heat treatment, it is put in the substance. Carrying or decomposing the plastics of the used lithium-ion battery in the roasting device or superheated steam device, or in the roasting device or superheated steam device with the used lithium-ion battery in the substance. After the heat treatment is performed, the plastics of the used lithium-ion battery are carbonized or decomposed, or the used lithium-ion battery is placed in the substance and placed in a superheated steam device. , The used lithium-ion battery is characterized by carbonizing or disassembling the plastics, or the used lithium-ion battery is placed in a superheated steam device to carbonize or disassemble the plastics of the used lithium-ion battery. It is characterized in that the heat treatment according to (1) is realized by performing the decomposition treatment.

(3)本発明は、使用済みリチウムイオン電池を炭化性の弱酸化性環境に配置してプラスチック類の炭化処理または分解処理を行なう工程を含むことを特徴とする使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法であって、前記弱酸化性環境とは、C+O2→CO2の反応を進行させず、かつリチウムを酸化させることが可能な酸素ポテンシャルを有する雰囲気および温度の組合せである使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法である。 (3) The present invention comprises stabilizing a used lithium ion battery, which comprises a step of arranging the used lithium ion battery in a charcoal weakly oxidizing environment to carry out a carbonization treatment or a decomposition treatment of plastics. In the treatment method, the weakly oxidizing environment is a combination of atmosphere and temperature having an oxygen potential capable of oxidizing lithium without causing the reaction of C + O2 → CO2 to proceed. This is a stabilization processing method.

(4)本発明は、(1)に加えて、前記弱酸化性環境の雰囲気はMxO(Mは元素もしくは反応基)であり、前記弱酸化性環境の温度は、2XM+O=2MxOのエリンガム図による酸素ポテンシャルが、リチウム(Li)の酸化の酸素ポテンシャルより高く、かつC+O=COの酸素ポテンシャルより低い温度以下であり、かつプラスチック類の分解温度以上であり、前記弱酸化性環境の雰囲気は水蒸気であり、前記弱酸化性環境の温度条件はエリンガム図に基づき、2HO+O=2HOとC+O=COの酸素ポテンシャル線図が交わる点の温度である約650℃以下であり、かつプラスチック類の分解温度以上であることを特徴とする。
(5)本発明は、(1)または(2)に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法を行なった後に、(3)または(4)に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法を行なうことを特徴とする。
(4) In the present invention, in addition to (1), the atmosphere of the weakly oxidizing environment is MxO (M is an element or a reactive group), and the temperature of the weakly oxidizing environment is 2XM + O 2 = 2MxO. The oxygen potential is higher than the oxygen potential for oxidation of lithium (Li), lower than the oxygen potential for C + O 2 = CO 2 , and higher than the decomposition temperature for plastics, and the atmosphere of the weakly oxidizing environment. Is water vapor, and the temperature condition of the weakly oxidizing environment is about 650 ° C or lower, which is the temperature at the intersection of the oxygen potential diagrams of 2H 2 O + O 2 = 2H 2 O and C + O 2 = CO 2 based on the Eringham diagram. It is characterized by being above the decomposition temperature of plastics.
(5) The present invention stabilizes the used lithium ion battery according to (3) or (4) after performing the method for stabilizing the used lithium ion battery according to (1) or (2). It is characterized by performing a processing method.

(6)本発明は、フッ素および硫黄を固定するカチオンと炭化反応により分解するアニオンをもつ塩の導電性水溶液により放電処理した使用済みリチウムイオン電池を、650℃以下の過熱水蒸気処理により金属成分、化合物成分および炭化物成分に分離可能とする使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法であり、さらに、前記使用済みリチウムイオン電池を前記導電性水溶液により放電処理した後に、前記使用済みリチウムイオン電池を前記導電性水溶液に入れた状態で、過熱水蒸気処理を行ない、前記導電性水溶液は、炭酸カルシウムで水溶液あることを特徴とする。 (6) In the present invention, a used lithium ion battery which has been discharged with a conductive aqueous solution of a salt having an anion which is decomposed by a carbide reaction with a cation which fixes fluorine and sulfur is treated with a superheated steam at 650 ° C. or lower to obtain a metal component. It is a method for stabilizing a used lithium ion battery that can be separated into a compound component and a carbide component, and further, after the used lithium ion battery is discharged with the conductive aqueous solution, the used lithium ion battery is subjected to the above. A superheated steam treatment is performed in a state of being placed in a conductive aqueous solution, and the conductive aqueous solution is an aqueous solution of calcium carbonate.

(7)本発明は、(6)に加えて、前記放電処理は、導電性水溶液中で超音波セラミックス切断を用いて使用済みリチウムイオン電池を切断して切断部分から前記導電性水溶液を使用済みリチウムイオン電池内へ浸出させて行ない、あるいは、前記放電処理は、導電性水溶液中で切削器具(工具)を用いて使用済みリチウムイオン電池に穿孔をあけて、当該穿孔部分から前記導電性水溶液を使用済みリチウムイオン電池内へ浸出させて行ない、前記切削器具(工具)は電気良導体であり、前記穿孔部分に電気良導体線を通すことを特徴とし、あるいは、前記放電処理は、導電性水溶液中で外部から変形を加えて使用済みリチウムイオン電池に歪を与えて、当該歪から前記導電性水溶液を使用済みリチウムイオン電池内へ浸出させて行ない、前記外部から変形を加えて使用済みリチウムイオン電池に歪を与える方法は回転プレスローラーまたはプレス機を用いて外部から変形を加えて使用済みリチウムイオン電池に歪を与える方法であることを特徴とする。 (7) In the present invention, in addition to (6), in the discharge treatment, the used lithium ion battery is cut by using ultrasonic ceramics cutting in a conductive aqueous solution, and the conductive aqueous solution is used from the cut portion. The lithium ion battery is leached into the lithium ion battery, or the discharge treatment is performed by drilling a hole in the used lithium ion battery using a cutting tool (tool) in the conductive aqueous solution, and the conductive aqueous solution is discharged from the perforated portion. The cutting tool (tool) is a good electric conductor and is characterized by passing an electric good conductor wire through the perforated portion by leaching into a used lithium ion battery, or the discharge treatment is performed in a conductive aqueous solution. The used lithium-ion battery is distorted by applying deformation from the outside, the conductive aqueous solution is leached into the used lithium-ion battery from the strain, and the used lithium-ion battery is deformed from the outside. The method of applying strain is characterized in that it is a method of applying deformation from the outside using a rotary press roller or a press machine to give strain to a used lithium ion battery.

(8)本発明は、(6)または(7)に加えて、前記導電性水溶液に導電性フィラーまたは導電性粉体を混合させ、前記導電性フィラーまたは導電性粉体は、導電性カーボンブラック、導電性酸化スズ、導電性酸化チタン、または各種金属粉であり、また、過熱水蒸気処理の温度は、約300℃〜約650℃であることを特徴とする。 (8) In the present invention, in addition to (6) or (7), a conductive filler or a conductive powder is mixed with the conductive aqueous solution, and the conductive filler or the conductive powder is a conductive carbon black. , Conductive tin oxide, conductive titanium oxide, or various metal powders, and the temperature of the superheated steam treatment is about 300 ° C. to about 650 ° C.

本発明は、使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法に関するものができるであり、使用済みリチウムイオン電池のセパレータの分解温度およびSEI(Solid Electrolyte interface)崩壊温度のいずれよりも低い温度(上限温度)以下で、かつ使用済みリチウムイオン電池の電解質のガス化開始温度(下限温度)以上の間で使用済みリチウムイオン電池の熱処理を行なうので、セパレータが分解または炭化せずにセパレータが変形して正極と負極の部分短絡が起こり、あるいは内部の電解質等が変化するか、電極や配線等の電気系統が損傷等して急激な放電が起こらない状態になるなどして(これを本発明では失活状態と呼ぶ)、急激な発熱等を発生させず、緩やかな放電を起こすことができる。本発明は、これに加えて、使用済みリチウムイオン電池を下限温度において液体であり、上限温度以下に沸点または分界点を有する物質中で熱処理し、放電処理の際に発生する熱を熱容量の大きな物質で吸収するから、発熱等による問題、たとえば発火や爆発による装置等の損傷を完全に防止することができる。この液体が水であるときはコストもかからず環境にも負荷を与えない。本発明はまた使用済みリチウムイオン電池を650℃以下の過熱水蒸気等の弱酸化性環境に配置して炭化処理を行なう工程を含む使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法であるから、急激な発熱が起こらずプラスチック類などの有機物のみを炭化処理し、リチウムイオン電池に含まれる有価金属成分を分離容易にすることができる。 The present invention can relate to a method for stabilizing a used lithium ion battery, which is lower than both the decomposition temperature of the separator of the used lithium ion battery and the SEI (Solid Electrolyte interface) decay temperature (upper limit temperature). Since the used lithium-ion battery is heat-treated below and above the gasification start temperature (lower limit temperature) of the electrolyte of the used lithium-ion battery, the separator is deformed without being decomposed or carbonized to form a positive electrode. A partial short circuit of the negative electrode occurs, the internal electrolyte or the like changes, or the electrical system such as the electrode or wiring is damaged so that sudden discharge does not occur (this is an inactivated state in the present invention). It is possible to generate a gradual discharge without generating sudden heat generation or the like. In addition to this, the present invention heat-treats a used lithium-ion battery in a substance that is liquid at a lower limit temperature and has a boiling point or a demarcation point below the upper limit temperature, and heats generated during discharge treatment with a large heat capacity. Since it is absorbed by a substance, it is possible to completely prevent problems caused by heat generation and the like, for example, damage to the device due to ignition or explosion. When this liquid is water, it is inexpensive and does not burden the environment. Since the present invention is also a method for stabilizing a used lithium ion battery, which comprises a step of arranging the used lithium ion battery in a weakly oxidizing environment such as superheated steam at 650 ° C. or lower and performing a carbonization treatment, rapid heat generation is generated. It is possible to easily separate valuable metal components contained in a lithium ion battery by carbonizing only organic substances such as plastics.

図1は、本発明の廃リチウムイオン電池の熱処理を行なう過熱水蒸気装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a superheated steam device that heat-treats the waste lithium ion battery of the present invention. 図2は、エリンガム図である。FIG. 2 is an Ellingham diagram. 図3は、プラスチックの分解温度を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the decomposition temperature of the plastic. 図4は、使用済みの蓄電池の沸騰水処理の実験結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the experimental results of boiling water treatment of a used storage battery. 図5は、本発明の処理方法のフローを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a flow of the processing method of the present invention. 図6は、導電性水溶液の入った小容器内の導電性水溶液中でリチウムイオン電池に損傷を与える方法を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a method of damaging a lithium ion battery in a conductive aqueous solution in a small container containing a conductive aqueous solution. 図7は、リチウムイオン電池に損傷を与える別の方法を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another method of damaging a lithium ion battery. 図8は、導電性水溶液を入れた大容器中に浸漬したリチウムイオン電池および導電性水溶液が入った小容器を配置した状態を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a state in which a lithium ion battery immersed in a large container containing a conductive aqueous solution and a small container containing the conductive aqueous solution are arranged. 図9は、廃リチウムイオン電池および導電性水溶液が入った小容器を装置内に配置した過熱水蒸気装置を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a superheated steam device in which a small container containing a waste lithium ion battery and a conductive aqueous solution is arranged in the device. 図10は、リチウム電池の熱処理による失活状態の評価結果を示す表である。FIG. 10 is a table showing the evaluation results of the deactivated state due to the heat treatment of the lithium battery.

本発明は、使用済み(廃)リチウムイオン電池の安定化処理であり、金属抽出に先行する安全なリチウムイオン電池の構成物分離容易化法である。すなわち、炭化性の弱酸化性環境において、廃リチウムイオン電池(LiB)からの金属抽出の前段階として、プラスチックなどの有機物を炭化または分解し有価金属成分と分離容易にし、かつ反応性の高いリチウム(Li)を安定化する処理である。ここで、炭化性または分解性の弱酸化性雰囲気とはC+O→COの反応を進行させず、かつLiを酸化させうる酸素ポテンシャルを有する雰囲気と温度の組み合わせをさす。 The present invention is a stabilization process for a used (waste) lithium-ion battery, and is a safe method for facilitating component separation of a lithium-ion battery prior to metal extraction. That is, in a carbonized, weakly oxidizing environment, as a preliminary step for metal extraction from a waste lithium ion battery (LiB), organic substances such as plastics are carbonized or decomposed to facilitate separation from valuable metal components, and highly reactive lithium. This is a process for stabilizing (Li). Here, the carbonized or degradable weakly oxidizing atmosphere refers to a combination of an atmosphere and a temperature having an oxygen potential that does not allow the reaction of C + O 2 → CO 2 to proceed and can oxidize Li.

使用済みLiBを金属抽出にかける以前の処理においては(A)プラスチック等有機成分の炭化や燃焼による分離もしくは引き続く破砕などの工程での分離可能状態に持っていくこと、(B)エネルギー蓄積の大きなLiを酸化物などの安定状態にすること、が求められる。さらに(C)その反応をアルミの融点以下で行うことにより、それに続く金属抽出が容易になることも知られている。中でも(B)はLiBの保持する電気エネルギーが化学的に蓄積したものに相当し、このLiを安定な状態に転化できることが求められる。Liは負極でLiCとして、正極でLi(NiMnCo)O等の複合酸化物として存在する。正極物質は安定な複合酸化物であるが、正極物質は 4LiC+O→2LiO+24Cで安定化されねばならず、そのためには酸素ポテンシャルを有する酸化性雰囲気であることが必要である。特許文献2は「還元性もしくは非酸化性」雰囲気としており、これに該当しない。ただし、酸素ポテンシャルが高いとC+O→COの炭素燃焼の発熱反応が起こり、(C)のアルミニウムの融点以下に反応を抑えることは難しくなる。すなわち、Liを酸化させかつC+O→COの炭素燃焼を起こさせない弱酸化性雰囲気で処理する必要がある。 In the treatment before applying used LiB to metal extraction, (A) bring it to a separable state in processes such as carbonization and combustion separation of organic components such as plastics or subsequent crushing, and (B) large energy storage. It is required to put Li in a stable state such as oxide. Further, it is also known that (C) by carrying out the reaction below the melting point of aluminum, the subsequent metal extraction becomes easy. Above all, (B) corresponds to the chemically accumulated electrical energy held by LiB, and it is required that this Li can be converted into a stable state. Li exists as LiC 6 at the negative electrode and as a composite oxide such as Li (NiMnCo) O 2 at the positive electrode. The positive electrode material is a stable composite oxide, but the positive electrode material must be stabilized at 4LiC 6 + O 2 → 2Li 2 O + 24C, which requires an oxidizing atmosphere with oxygen potential. is there. Patent Document 2 has a "reducing or non-oxidizing" atmosphere, and does not fall under this. However, if the oxygen potential is high, an exothermic reaction of carbon combustion of C + O 2 → CO 2 occurs, and it becomes difficult to suppress the reaction below the melting point of aluminum in (C). That is, it is necessary to treat in a weakly oxidizing atmosphere that oxidizes Li and does not cause carbon combustion of C + O 2 → CO 2 .

図1は、本発明の廃リチウムイオン電池の熱処理を行なう焙焼装置を示す図であり、焙焼装置の一例として過熱水蒸気装置100を示している。廃リチウムイオン電池107を過熱水蒸気装置100内の支持棚板106に配置する。過熱水蒸気装置100には過熱水蒸気発生装置102が取り付けられており、温度制御された過熱水蒸気が過熱水蒸気装置100内へ導入される。過熱水蒸気装置100内の温度を検知する温度センサー103が取り付けられており、過熱水蒸気装置100内の温度はコントローラ104に送られ、ボイラー101で水蒸気が適温に加熱されて過熱水蒸気発生装置102に送られて、過熱水蒸気装置100内に所定温度の過熱水蒸気が過熱水蒸気装置100内へ導入される。従って、過熱水蒸気装置100内の温度は常に所定の温度にコントロールされる。過熱水蒸気装置100内に導入された過熱水蒸気や廃リチウムイオン電池107の加熱処理により発生した気体(廃ガス、熱分解ガス等)は排気ライン105から外部へ排出される。 FIG. 1 is a diagram showing a roasting apparatus for heat-treating the waste lithium ion battery of the present invention, and shows a superheated steam apparatus 100 as an example of the roasting apparatus. The waste lithium ion battery 107 is arranged on the support shelf plate 106 in the superheated steam device 100. A superheated steam generator 102 is attached to the superheated steam device 100, and the temperature-controlled superheated steam is introduced into the superheated steam device 100. A temperature sensor 103 that detects the temperature inside the superheated steam device 100 is attached, and the temperature inside the superheated steam device 100 is sent to the controller 104, and the steam is heated to an appropriate temperature by the boiler 101 and sent to the superheated steam generator 102. Then, superheated steam having a predetermined temperature is introduced into the superheated steam device 100. Therefore, the temperature inside the superheated steam device 100 is always controlled to a predetermined temperature. The superheated steam introduced into the superheated steam device 100 and the gas (waste gas, pyrolysis gas, etc.) generated by the heat treatment of the waste lithium ion battery 107 are discharged to the outside from the exhaust line 105.

過熱水蒸気装置100内に廃リチウムイオン電池107を配置した時点では過熱水蒸気装置100内には空気等が含まれているので、過熱水蒸気装置100内へ過熱水蒸気を入れる前にポンプ等を(たとえば、別ラインまたは排気ライン105に)取り付けて外部へ排出しても良い。通常は、空気等は初期段階で過熱水蒸気とともに排気ライン105から排出されるので、実際の加熱処理が行われる段階では過熱水蒸気装置100内は過熱水蒸気が充満した状態になり、廃リチウムイオン電池107は過熱水蒸気で加熱される。 When the waste lithium ion battery 107 is arranged in the superheated steam device 100, air or the like is contained in the superheated steam device 100. Therefore, before the superheated steam is put into the superheated steam device 100, a pump or the like (for example, It may be attached to another line or exhaust line 105) and discharged to the outside. Normally, air or the like is discharged from the exhaust line 105 together with superheated steam at the initial stage, so that the superheated steam device 100 is filled with superheated steam at the stage where the actual heat treatment is performed, and the waste lithium ion battery 107 Is heated by superheated steam.

過熱水蒸気装置は、雰囲気が過熱水蒸気(HO)であるため弱酸化性雰囲気を与える。すなわち、水蒸気は2HO→2H+Oの反応で平衡する酸素ポテンシャルを与える。この酸素ポテンシャルは、図2に示すエリンガム図(Ellingham diagram)から分かるように、リチウム(Li)にとっては数千度以下の温度域全体でLiの酸化反応を起こす。しかし、低温域ではC+O→COの反応を進行させる酸素ポテンシャルを与えないが、高温域になるとその炭素燃焼反応を進行させるに足る酸素ポテンシャルを与える。その遷移温度はエリンガム図上で2H+O=2HOとC+O=COの酸素ポテンシャル線図が交わる点の温度であることが知られており、図2のエリンガム図から約650℃である。この温度より高くなるとC+O→COの炭素燃焼の発熱反応が起こるので、温度がどんどん上がっていきアルミニウムの融点(660℃)以下に反応を抑えることが難しい。 The superheated steam device gives a weakly oxidizing atmosphere because the atmosphere is superheated steam (H 2 O). That is, water vapor gives an oxygen potential that equilibrates in the reaction of 2H 2 O → 2H 2 + O 2 . As can be seen from the Ellingham diagram shown in FIG. 2, this oxygen potential causes an oxidation reaction of Li over the entire temperature range of several thousand degrees or less for lithium (Li). However, in the low temperature range, it does not give the oxygen potential to proceed the reaction of C + O 2 → CO 2 , but in the high temperature range, it gives the oxygen potential sufficient to proceed the carbon combustion reaction. Its transition temperature is known to be a temperature that 2H 2 + O 2 = 2H 2 O and C + O 2 = oxygen potential diagram of CO 2 intersect on the diagram Ellingham, about 650 ° C. from Ellingham diagram of FIG. 2 Is. If the temperature rises above this temperature, an exothermic reaction of carbon combustion of C + O 2 → CO 2 occurs, so it is difficult to suppress the reaction below the melting point (660 ° C) of aluminum as the temperature rises steadily.

すなわち、過熱水蒸気の温度を約650℃以下とすれば、リチウム(Li)を酸化させて、かつC+O→COの炭素燃焼を起こさせない弱酸化性環境となる。また、プラスチック類は高温熱処理により分解するので、そのプラスチックの分解開始温度以上であることが必要である。たとえば、図3はプラスチックの分解温度を示すグラフであるが、たとえば、ポリエチレンの分解開始温度は約350℃であるから、対象プラスチックがポリエチレンであれば、約350℃以上で約650℃以下であれば上述の弱酸化性環境であり、かつプラスチックの分解または炭化が行われる環境となる。本発明では<炭化>という用語ではなく<分解>という用語を使う場合があるが、これらの用語は内容が異なることに注意が必要である。すなわち、炭化は分解に含まれると考えることもできる。また、上述したように、弱酸化性環境(雰囲気)とは、C+O2→CO2の反応を進行させず、かつリチウムを酸化させることが可能な酸素ポテンシャルを有する雰囲気および温度の組合せである。 That is, if the temperature of the superheated steam is set to about 650 ° C. or lower, a weakly oxidizing environment that oxidizes lithium (Li) and does not cause carbon combustion of C + O 2 → CO 2 is obtained. Further, since plastics are decomposed by high temperature heat treatment, it is necessary that the temperature is equal to or higher than the decomposition start temperature of the plastic. For example, FIG. 3 is a graph showing the decomposition temperature of plastic. For example, since the decomposition start temperature of polyethylene is about 350 ° C., if the target plastic is polyethylene, it should be about 350 ° C. or higher and about 650 ° C. or lower. For example, it is the above-mentioned weakly oxidizing environment and is an environment in which plastic is decomposed or carbonized. In the present invention, the term <decomposition> may be used instead of the term <carbonization>, but it should be noted that these terms have different contents. That is, carbonization can be considered to be included in the decomposition. Further, as described above, the weakly oxidizing environment (atmosphere) is a combination of an atmosphere and a temperature having an oxygen potential capable of oxidizing lithium without proceeding with the reaction of C + O2 → CO2.

弱酸化性の雰囲気を与えるものとして、一般的にMxO (Mは元素もしくは反応基)もある。MxOを用いる場合、2XM + O2 = 2MxO エリンガム線図による酸素ポテンシャルが Liの酸化の酸素ポテンシャルより高く、かつ C+O→COの酸素ポテンシャルより低い温度域で処理することで、(A)と(B)の目的を達する。上述した水(HO)もMxOの一種であるが、その他に、CsOやNOやNOも挙げられる。 MxO (M is an element or reactive group) is also generally used to provide a weakly oxidizing atmosphere. When MxO is used, the oxygen potential according to the 2XM + O2 = 2MxO Ellingham diagram is higher than the oxygen potential of Li oxidation, and the treatment is performed in a temperature range lower than the oxygen potential of C + O 2 → CO 2 , so that (A) and ( Achieve the purpose of B). The above-mentioned water (H 2 O) is also a kind of MxO, but other examples include CsO 2 , N 2 O, and NO 2 .

過熱水蒸気装置や焙焼装置で廃リチウムイオン電池を直接分解または炭化処理すると、セパレータが分解または炭化して正電極と負電極で放電が起こり、発熱したり最悪は爆発したりして、装置が破損するおそれがある。また、このような部分接触により放電処理を行なう場合、部分接触が制御困難なため、短絡電流が大きくなり連鎖的な発熱を起こす場合もあり、発熱による温度上昇でアルミニウム等の金属が溶けて有価金属類の回収が困難となるおそれがある。本発明の弱酸化性環境も発熱により維持できなくなるおそれもある。 When a waste lithium-ion battery is directly decomposed or carbonized by a superheated steam device or a roasting device, the separator is decomposed or carbonized and discharge occurs between the positive and negative electrodes, causing heat generation or, in the worst case, explosion. It may be damaged. Further, when the discharge process is performed by such partial contact, it is difficult to control the partial contact, so that the short-circuit current may become large and a chain of heat generation may occur, and the temperature rise due to the heat generation melts the metal such as aluminum and is valuable. It may be difficult to recover metals. The weakly oxidizing environment of the present invention may not be maintained due to heat generation.

リチウムイオン電池は、正極と負極の間にセパレータが入っており、このセパレータが放電を妨げているので、セパレータをなくせば放電が発生する。しかし、炭化処理などでセパレータを完全になくした場合、急激な放電が発生して急激な発熱や爆発による装置の破損が生じるので、放電が静かに発生するようなセパレータの部分破損または部分破壊を起こして、正極と負極の部分短絡を実現すれば良い。 In a lithium ion battery, a separator is inserted between the positive electrode and the negative electrode, and this separator hinders discharge. Therefore, if the separator is removed, discharge will occur. However, if the separator is completely eliminated by carbonization, a sudden discharge will occur and the device will be damaged due to sudden heat generation or explosion. Therefore, partial damage or partial destruction of the separator that causes a quiet discharge is required. It may be raised to realize a partial short circuit between the positive electrode and the negative electrode.

セパレータの主成分であるポリオレフィンの分解は、たとえば、図3に示すように、ポリエチレンは約350℃、ポリプロピレンは約320℃、ポリスチレンは約320℃(図3には示されていない)で始まる。この温度を超えるとセパレータは分解または炭化し電気伝導度をもち、むしろ導電体となり短絡し、急速な発火の原因となる。安全なエネルギー放出を達成させるには、この温度以下で部分短絡による放電を実現させる必要がある。また、その温度の直下の280℃で、LiB負極のLiと電解液との部分還元反応により形成されていたSEI(Solid Electrolyte Interphase)(被膜)が崩壊しLiと電解質の直接反応による発熱が生じることが報告されており、その発熱によりセパレータ分解反応が起こるので、SEI(Solid Electrolyte Interphase)(被膜)が崩壊しLiと電解質の直接反応による発熱が生じない温度(280℃以下)での放電処理が必要になる。あるいは、この範囲の温度で熱処理することにより、電解質が化学的に変化したり、あるいは電極や配線等の電気系統が損傷したりして、急激な放電が生じなくなる場合もある。失活とは、化学用語では化学物質などの活性が失われ、反応を起こさなくなること、すなわち不活性化を意味するが、本発明では、急激な放電が起こらないようになることを失活と呼ぶ。また、失活している状態を失活状態と呼び、失活状態にさせる処理(たとえば、前述の熱処理)を失活処理と呼ぶ。 Decomposition of polyolefin, which is the main component of the separator, begins, for example, at about 350 ° C. for polyethylene, about 320 ° C. for polypropylene, and about 320 ° C. for polystyrene (not shown in FIG. 3), as shown in FIG. If this temperature is exceeded, the separator decomposes or carbonizes and has electrical conductivity, but rather becomes a conductor and short-circuits, causing rapid ignition. In order to achieve safe energy release, it is necessary to realize discharge by partial short circuit below this temperature. Further, at 280 ° C. just below that temperature, the SEI (Solid Electrolyte Interphase) (coating) formed by the partial reduction reaction between Li of the LiB negative electrode and the electrolytic solution collapses, and heat is generated by the direct reaction between Li and the electrolyte. It has been reported that the heat generated causes a separator decomposition reaction, so the SEI (Solid Electrolyte Interphase) (coating) collapses and the discharge treatment at a temperature (280 ° C or less) that does not generate heat due to the direct reaction between Li and the electrolyte. Is required. Alternatively, heat treatment at a temperature within this range may chemically change the electrolyte or damage the electrical system such as electrodes and wiring, so that sudden discharge does not occur. In chemical terms, deactivation means that the activity of a chemical substance or the like is lost and the reaction does not occur, that is, inactivation, but in the present invention, deactivation means that a sudden discharge does not occur. Call. Further, the deactivated state is called an deactivated state, and the process of deactivating the deactivated state (for example, the above-mentioned heat treatment) is called an deactivated process.

部分短絡を実現するには、セパレータを分解または炭化させることなく変形させて局所的に正極、負極が接触した状態を実現させる必要がある。セパレータを変形させるには、セパレータが軟化もしくは溶融して変形可能となること、および、変形する力がかかることの両者が必要である。セパレータに使用されるポリオレフィンとして、たとえばPE(ポリエチレン)、PS(ポリスチレン)、PP(ポリプロピレン)がある。PEの融点は95℃〜140℃、PSの融点は100℃であり、PSのガラス遷移温度は90℃、PPのガラス遷移温度は0℃と低い。従って、100℃近辺の温度で力が加わればセパレータは容易に変形可能である。 In order to realize a partial short circuit, it is necessary to deform the separator without disassembling or carbonizing it to locally realize a state in which the positive electrode and the negative electrode are in contact with each other. In order to deform the separator, it is necessary that the separator is softened or melted so that it can be deformed, and that a force for deforming is applied. Examples of the polyolefin used for the separator include PE (polyethylene), PS (polystyrene), and PP (polypropylene). The melting point of PE is 95 ° C. to 140 ° C., the melting point of PS is 100 ° C., the glass transition temperature of PS is 90 ° C., and the glass transition temperature of PP is as low as 0 ° C. Therefore, the separator can be easily deformed if a force is applied at a temperature of around 100 ° C.

変形の力としては熱膨張係数の違いによる応力、および化学反応による蒸気化やガス発生による圧力が挙げられる。熱膨張率の違いは金属とプラスチックで、0.01%/℃程度であり高温で処理するほど効果的である。より大きな効果は蒸気化やガス発生による圧力発生であり、これは劣化したリチウムイオン電池のふくらみなどでも観察されている事例もある。 Deformation forces include stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion, and pressure due to vaporization and gas generation due to chemical reactions. The difference in thermal expansion coefficient between metal and plastic is about 0.01% / ° C, and the higher the temperature, the more effective it is. The greater effect is the generation of pressure due to vaporization and gas generation, which has also been observed in cases such as the swelling of deteriorated lithium-ion batteries.

LiBの電解質は、LiPF6等のリチウム塩1Mを有機溶媒に溶かしたものが用いられる。有機溶媒はEC(エチレンカーボネート)、PC(プロピレンカーボネート)、DMC(ジメチルカーボネート)、EMC(エチルメチルカーボネート)等の揮発性溶媒が混合して用いられる。特にDMCは多くのLiBで用いられるが、その沸点は90℃であり、それ以上の加熱で蒸発が起こり、それにより変形を起こすことができる。 As the LiB electrolyte, a lithium salt 1M such as LiPF 6 dissolved in an organic solvent is used. As the organic solvent, a volatile solvent such as EC (ethylene carbonate), PC (propylene carbonate), DMC (dimethyl carbonate), and EMC (ethyl methyl carbonate) is mixed and used. In particular, DMC is used in many LiBs, but its boiling point is 90 ° C., and higher heating causes evaporation, which can cause deformation.

PC(沸点242℃)は時にはDMCと混合することなく用いられるが、使用中の劣化メカニズムとして、アセトンとプロパナールに分解することが知られており、使用済みのLiBにはアセトンが存在する。このアセトンの沸点は56℃であり、DMCの沸点90℃より低い。すなわち、DMCの沸点以上の温度とすればこのアセトンが蒸発する。また、EMC(沸点107℃)もDMCと混合することなく用いるケースがあるが、使用中の劣化反応として2EMC→DMC+DECの反応が起きていることが知られており、この場合も使用済LiBには90℃沸点のDMCが含まれる。このように有機溶媒に含まれるDMCの沸点である90℃以上に加熱すれば、軟化したセパレータに変形を与える圧力を加えることが可能となり、局所的な短絡を実現できる。 PC (boiling point 242 ° C) is sometimes used without mixing with DMC, but it is known that it decomposes into acetone and propanal as a deterioration mechanism during use, and acetone is present in used LiB. The boiling point of this acetone is 56 ° C, which is lower than the boiling point of DMC of 90 ° C. That is, if the temperature is higher than the boiling point of DMC, this acetone will evaporate. In addition, there are cases where EMC (boiling point 107 ° C) is also used without mixing with DMC, but it is known that a 2EMC → DMC + DEC reaction occurs as a deterioration reaction during use, and it has also been used in this case. LiB contains DMC with a boiling point of 90 ° C. By heating to 90 ° C. or higher, which is the boiling point of DMC contained in the organic solvent, it is possible to apply a pressure to give deformation to the softened separator, and a local short circuit can be realized.

以上説明したように、内部短絡がセパレータの分解または炭化により起きる温度以下の温度で、揮発性の電解質のガス化による圧力とセパレータの変質によりLiB内のセパレータを変形させ正極と負極の部分短絡を起こさせて、徐々にLiBのエネルギーを開放するために、セパレータの分解温度または炭化温度以下でかつSEI被膜がLiと電解質の直接反応による発熱が生じない温度以下であり、電解質のガス化開始温度以上におく。具体的には、本発明は、廃リチウムイオン電池を90℃以上、280℃以下の温度で加熱処理し、放電を徐々に発生することが可能なエネルギー解放方法である。この方法は、同じ過熱水蒸気装置(炉)や焙焼装置(炉)で引き続き(放電処理の後で継続または連続して)、同じ装置で分解処理または炭化処理を行なうこともできる。すなわち、放電処理および分解処理または炭化処理の連続処理も可能となる。 As described above, at a temperature below the temperature at which the internal short circuit occurs due to the decomposition or carbonization of the separator, the separator in LiB is deformed by the pressure due to the gasification of the volatile electrolyte and the alteration of the separator, resulting in a partial short circuit between the positive electrode and the negative electrode. In order to wake up and gradually release the energy of LiB, the temperature is below the decomposition temperature or carbonization temperature of the separator and below the temperature at which the SEI film does not generate heat due to the direct reaction between Li and the electrolyte, and the gasification start temperature of the electrolyte. Above. Specifically, the present invention is an energy release method capable of heat-treating a waste lithium ion battery at a temperature of 90 ° C. or higher and 280 ° C. or lower to gradually generate an electric discharge. In this method, the same superheated steam device (furnace) or roasting device (furnace) can be continuously (continuously or continuously after the discharge treatment), and the same device can be used for decomposition treatment or carbonization treatment. That is, continuous treatment of discharge treatment and decomposition treatment or carbonization treatment is also possible.

しかし、上述した部分的な放電処理によっても、放電処理が急激に進む場合もある。すなわち、部分接触による放電処理を行う場合、部分接触部が制御困難なため、短絡電流が大きくなり連鎖的な発熱をもたらす場合もある。そこで、最悪のことも考慮して、さらに本発明はこのような急激な発熱を熱容量の大きな物質で吸収する。液体は多くの場合大きな熱容量を持つので、本発明の対象体は液体である。すなわち、廃リチウムイオン電池を液体に浸漬して放電処理を行なう。液体が液体状態であるため、その液体の沸点または分解点(温度)以下で放電処理を行ない、放電で発生した熱を液体で吸収する。すなわち、上述した温度90℃で液体であり、100℃から280℃の間に沸点もしくは分解点を持つ物質中で処理することで上記の目的を達成できる。また、この液体は、引き続く分解または炭化や焙焼の処理で複合酸化物や硫化物などを発生しないことが望ましい。このような条件を満足する液体はたとえば、トリアシルグリセロールや水である。すなわち、廃リチウムイオン電池を約90℃以上の沸騰水中(約90℃〜約100℃の水中)での浸漬処理または約90℃〜約280℃のトリアシルグリセロール中での浸漬処理を行ない、放電を起こさせる。尚、トリアシルグリセロールはたとえば各種食用油であり、ピーナッツ油の分解点は220℃であり、オリーブオイルの分解点は210℃である。 However, even with the above-mentioned partial discharge treatment, the discharge treatment may proceed rapidly. That is, when the discharge process by partial contact is performed, the short-circuit current becomes large because the partial contact portion is difficult to control, which may cause a chain of heat generation. Therefore, in consideration of the worst, the present invention further absorbs such rapid heat generation with a substance having a large heat capacity. Since liquids often have a large heat capacity, the object of the present invention is a liquid. That is, the waste lithium ion battery is immersed in a liquid to perform a discharge treatment. Since the liquid is in a liquid state, the discharge treatment is performed below the boiling point or the decomposition point (temperature) of the liquid, and the heat generated by the discharge is absorbed by the liquid. That is, the above object can be achieved by treating in a substance which is liquid at the above-mentioned temperature of 90 ° C. and has a boiling point or a decomposition point between 100 ° C. and 280 ° C. Further, it is desirable that this liquid does not generate composite oxides or sulfides in the subsequent decomposition, carbonization or roasting treatment. Liquids that satisfy these conditions are, for example, triacylglycerol and water. That is, the waste lithium ion battery is immersed in boiling water of about 90 ° C. or higher (in water of about 90 ° C. to about 100 ° C.) or immersed in triacylglycerol at about 90 ° C. to about 280 ° C. and discharged. Wake up. Triacylglycerol is, for example, various edible oils, and the decomposition point of peanut oil is 220 ° C., and the decomposition point of olive oil is 210 ° C.

この放電処理は、単独で行なっても良いし、過熱水蒸気装置や焙焼炉を用いて行ない、連続して同じ装置を使用して分解処理または炭化処理や従来の焙焼処理を行なうこともできる。過熱水蒸気装置を使って放電処理を行なう場合は、当然過熱水蒸気を導入せず、上記した条件で加熱処理をする。また、炭化処理や焙焼する装置の中に上述した処理溶液(たとえば、トリアシルグリセロールや水)中に廃リチウム電池を入れた容器を入れて、昇温過程で放電処理を行ない、連続して炭化処理や焙焼を行なうこともできる。この場合、容器は熱処理中に変形や化学反応しない材料で作製すれば、容器をリサイクルすることもできる。たとえば、ステンレス製やチタン製である。容器中の処理溶液は分解処理や炭化処理や焙焼処理で蒸発して排気される。容器をリサイクルしない場合は、プラスチック類で容器を作製すれば、この容器も分解または炭化するので問題はない。また、この放電処理は、廃リチウム電池のサイズや種類などにより条件が異なる場合もあるので、処理する廃リチウム電池が完全失活状態(失活状態が復活しない状態)になる条件(たとえば、熱処理温度、熱処理時間)を事前に調べておき、その条件で失活処理を行なうこともできる。たとえば、1回の長時間熱処理や複数回(2回以上)熱処理を行なう方法がある。この場合も単独で行なっても良いし、過熱水蒸気装置や焙焼炉を用いて行ない、連続して同じ装置を使用して分解処理または炭化処理や従来の焙焼処理を行なうこともできる。 This discharge treatment may be performed independently, or may be performed using a superheated steam device or a roasting furnace, and the same device may be continuously used to perform decomposition treatment, carbonization treatment, or conventional roasting treatment. .. When the discharge treatment is performed using the superheated steam device, naturally, the superheated steam is not introduced and the heat treatment is performed under the above-mentioned conditions. In addition, a container containing a waste lithium battery is placed in the above-mentioned treatment solution (for example, triacylglycerol or water) in a carbonization treatment or roasting apparatus, and discharge treatment is performed in the temperature raising process to continuously perform the discharge treatment. It can also be carbonized or roasted. In this case, the container can be recycled if the container is made of a material that does not deform or chemically react during heat treatment. For example, it is made of stainless steel or titanium. The treatment solution in the container evaporates and is exhausted by decomposition treatment, carbonization treatment, and roasting treatment. If the container is not recycled, if the container is made of plastic, this container will also be decomposed or carbonized, so there is no problem. In addition, the conditions for this discharge treatment may differ depending on the size and type of the waste lithium battery, so the conditions for the waste lithium battery to be treated are completely deactivated (a state in which the deactivated state is not restored) (for example, heat treatment). It is also possible to check the temperature and heat treatment time in advance and perform the deactivation treatment under those conditions. For example, there is a method of performing one long-time heat treatment or a plurality of (two or more times) heat treatment. In this case as well, it may be carried out independently, or it may be carried out by using a superheated steam device or a roasting furnace, and the decomposition treatment or carbonization treatment or the conventional roasting treatment may be carried out continuously by using the same device.

尚、過熱水蒸気による分解または炭化の過程でこの処理を行う際には、初期段階でLiB表面に形成されるLiBを覆う水膜(境膜と呼んでも良い)が形成されるので、自動的に上述した条件(LiBは90℃〜100℃の状態になる)を満足する。すなわち、過熱水蒸気では弱酸化性環境を実現する条件であり、かつプラスチックの分解または炭化温度以上の温度にすれば、自動的に放電処理も行われることになる。あるいは、単純にLiBに放電を起こさせるだけならば、100℃以上の過熱水蒸気処理をLiBに施せば良い。すなわち、LiBを水中に浸漬させて90℃〜100℃の処理をしなくても、過熱水蒸気装置の中で過熱水蒸気では弱酸化性環境を実現する条件であり、かつプラスチックの分解または炭化温度以上の温度で過熱水蒸気処理をすれば、初期段階でLiBの放電処理がなされる。尚、上述した放電処理をより効果的に行なうために、廃リチウム電池の電極層に穿孔処理を事前に行っても良く、この穿孔処理によりセパレータが破損する(たとえば、孔があく)ので、放電処理が有効に機能する。 When this treatment is performed in the process of decomposition or carbonization by superheated steam, a water film (which may be called a boundary film) covering LiB formed on the surface of LiB is formed at the initial stage, so that it is automatically performed. The above-mentioned conditions (LiB is in a state of 90 ° C to 100 ° C) are satisfied. That is, superheated steam is a condition for realizing a weakly oxidizing environment, and if the temperature is set to a temperature equal to or higher than the decomposition or carbonization temperature of the plastic, the discharge treatment is automatically performed. Alternatively, if LiB is simply discharged, superheated steam treatment at 100 ° C. or higher may be applied to LiB. That is, even if LiB is not immersed in water and treated at 90 ° C. to 100 ° C., it is a condition to realize a weakly oxidizing environment with superheated steam in a superheated steam device, and the temperature is higher than the decomposition or carbonization temperature of plastic. If the superheated steam treatment is performed at the above temperature, the LiB is discharged at the initial stage. In order to perform the above-mentioned discharge treatment more effectively, the electrode layer of the waste lithium battery may be perforated in advance, and the perforation treatment damages the separator (for example, holes are formed), so that the discharge is performed. The process works effectively.

<実施例1>
図4は、使用済みの蓄電池の沸騰水処理の実験結果を示すグラフである。使用済みのLiBを充電状態からそのまま、沸騰した水道水中に入れて1分後に取り出したもの、さらに沸騰水道水に30分間入れて取り出したものの電圧を測定した。また、電解質の違いの効果を検証するために、電解質としてKOHを用いこの温度域での反応が起きることのないニッケル水素電池(Ni-HM)電池の充電状態と30分の沸騰水道水処理後の電圧を比較した。LiBは1分の処理で電圧は半分以下になり、30分の処理後にはほぼゼロになり放電の効果が確認された。他方で、電解質が安定なNi-HMでは、30分後も変化がなかった。
<実施例2>
図10は、コイン形リチウム電池(LiB)CR1616を120℃に保持したサラダ油浴に浸漬し、所定時間保持後、サラダ油浴から取り出して、室温における正極(+極)と負極(−極)の電位差(起電力)の測定結果、すなわちリチウム電池の熱処理による失活状態の評価結果を示す表である。起電力がほぼ0V(約0.2V以下)になったとき、LiBが失活状態になったと判断できる。1回目(120℃保持)における170minのデータは、150min浸漬したLiBを室温で20min保持して測定した結果である。2回目のデータは、1回目170min処理したLiBを室温で21時間保持して、その後サラダ油浴に再度所定時間浸漬した後の測定結果である。また、2回目の130minのデータは、120min処理したLiBを10min室温で保持したときの測定結果である。360minおよび1000minのデータも室温保持したときのLiBの起電力である。これによれば、1回の長時間(150min程度)熱処理で失活したと思われるLiBでも、短時間の室温放置で復活(もとの状態に戻る)することが分かる。また、2回目の長時間熱処理(60min〜120min程度)すれば、完全に失活する。このことから、2回の失活用熱処理を行なうことが有効である。あるいは、上記熱処理時間よりも長い熱処理(たとえば、+60min〜120min程度)を継続して行なう必要があることを示しており、このような長い熱処理(たとえば、210min〜270min程度)を行なえば1回の熱処理で完全な失活状態を得ることができる。図10の結果から、熱処理(たとえば、温度、時間)が不十分で電池のセパレータが完全に破壊していない場合は、室温放置によりある程度セパレータの状態が元に戻って復活する場合があるか、あるいは電池内部の電解質等が熱処理により変化して一度は起電力がなくなる状態になっても室温放置により変質した電解質等の一部が元に戻って復活する場合や、あるいは電極や配線等が熱処理により損傷等して一度は起電力がなくなる状態になっても室温放置により損傷等した電極や配線等が熱処理により一部修復されて復活する場合が挙げられる。しかし、複数回(2回以上)の熱処理や連続長時間熱処理(1回)等の失活用熱処理により、上記状態が不可逆状態になり、完全な失活状態になる。
<Example 1>
FIG. 4 is a graph showing the experimental results of boiling water treatment of a used storage battery. The voltage of the used LiB as it was charged was measured by putting it in boiling tap water and taking it out 1 minute later, and then putting it in boiling tap water for 30 minutes and taking it out. In addition, in order to verify the effect of the difference in electrolyte, KOH is used as the electrolyte, and the nickel-metal hydride battery (Ni-HM) battery that does not react in this temperature range is charged and after 30 minutes of boiling tap water treatment. The voltage of was compared. The voltage of LiB was reduced to less than half after 1 minute of processing, and it became almost zero after 30 minutes of processing, confirming the effect of discharge. On the other hand, with Ni-HM, which has a stable electrolyte, there was no change even after 30 minutes.
<Example 2>
FIG. 10 shows a potential difference between a positive electrode (+ electrode) and a negative electrode (-pole) at room temperature after immersing a coin-type lithium battery (LiB) CR1616 in a salad oil bath held at 120 ° C. and holding the battery for a predetermined time. It is a table which shows the measurement result of (electromotive force), that is, the evaluation result of the deactivated state by the heat treatment of a lithium battery. When the electromotive force becomes almost 0V (about 0.2V or less), it can be determined that LiB is inactive. The data of 170 min in the first time (holding at 120 ° C.) is the result of measuring by holding LiB immersed in 150 min for 20 min at room temperature. The second data is the measurement result after the first 170 min-treated LiB was held at room temperature for 21 hours and then immersed in the salad oil bath again for a predetermined time. The second 130 min data is the measurement result when the 120 min treated LiB was held at room temperature for 10 min. The data of 360 min and 1000 min are also the electromotive force of LiB when kept at room temperature. According to this, it can be seen that even LiB, which seems to have been deactivated by one long-time (about 150 min) heat treatment, is restored (returned to the original state) by being left at room temperature for a short time. In addition, the second long-term heat treatment (about 60 min to 120 min) completely deactivates the product. From this, it is effective to carry out the waste heat treatment twice. Alternatively, it indicates that it is necessary to continuously perform a heat treatment longer than the above heat treatment time (for example, about +60 min to 120 min), and if such a long heat treatment (for example, about 210 min to 270 min) is performed once. A completely deactivated state can be obtained by heat treatment. From the results shown in FIG. 10, if the heat treatment (for example, temperature and time) is insufficient and the battery separator is not completely destroyed, the state of the separator may be restored to some extent by leaving it at room temperature or it may be restored. Alternatively, even if the electrolyte inside the battery changes due to heat treatment and the electromotive force disappears once, some of the electrolyte that has deteriorated due to being left at room temperature returns to its original state, or the electrodes and wiring are heat-treated. Even if the electromotive force is once lost due to damage, the electrodes and wiring damaged by leaving at room temperature may be partially repaired and restored by heat treatment. However, the above state becomes an irreversible state and becomes a completely deactivated state by a heat treatment of multiple times (two times or more) or a continuous long-time heat treatment (one time).

本発明は、携帯電話や自動車で使用するリチウムイオン電池に使用される希少元素(Li、Co、Ni等)を回収するための処理方法、すなわち使用済(廃)リチウムイオン電池のリサイクルの処理方法に関するものであるが、次に廃リチウムイオン電池のプラスチック類等の分解処理または炭化処理前に放電処理を行なうことができる別の方法(第2の発明)について説明する。使用済みリチウムイオン電池のリサイクルにおいて、充電状態のリチウムイオン電池は活性なリチウム(Li)が高エネルギー状態で存在しており、その高エネルギー状態の解放時に可燃性の電解質物質の発熱・発火を引き起こし一般に安全な処理が難しい。そのため、一部手作業で放電、電解質洗浄が試みられているものの、多くは発火しても問題のない高温の炉の中で処理せざるを得ない。そのためにアルミニウムなどの金属成分やコバルト酸などの化合物成分が高温で混ざり合いそれ以降の抽出工程に大きな負担をかけている。そこで、本発明は、金属、化合物が物理的に易分離状態で得られる650℃以下の過熱水蒸気処理を金属抽出の前段階として行うことを特徴とし、そのための水蒸気との反応の危険のある高エネルギー状態のLiを電解性塩の水溶液により放電させる。その際にアニオンにハロゲン等を含む塩ではなく、過熱水蒸気処理で分解・炭化する炭素・水素・酸素からなる有機アニオンを用い、かつリチウムイオン電池に含まれるフッ素等を吸着するカルシウム(Ca)などのカチオンを用いることで過熱水蒸気処理段階における有害発生物の放出を防ぐものである。 The present invention is a treatment method for recovering rare elements (Li, Co, Ni, etc.) used in lithium ion batteries used in mobile phones and automobiles, that is, a treatment method for recycling used (waste) lithium ion batteries. Next, another method (second invention) capable of performing the discharge treatment before the decomposition treatment or the carbonization treatment of the plastics of the waste lithium ion battery will be described. In the recycling of used lithium-ion batteries, active lithium (Li) exists in a high-energy state in a charged lithium-ion battery, which causes heat generation and ignition of flammable electrolyte substances when the high-energy state is released. Generally, safe processing is difficult. Therefore, although some manual discharges and electrolyte cleaning have been attempted, most of them have to be processed in a high-temperature furnace where there is no problem even if they ignite. Therefore, metal components such as aluminum and compound components such as cobalt acid are mixed at a high temperature, which imposes a heavy burden on the subsequent extraction process. Therefore, the present invention is characterized in that superheated steam treatment at 650 ° C. or lower, in which metals and compounds are physically easily separated, is performed as a pre-stage of metal extraction, and there is a high risk of reaction with steam for that purpose. Li in the energy state is discharged by an aqueous solution of an electrolytic salt. At that time, instead of using a salt containing halogen as an anion, an organic anion consisting of carbon, hydrogen, and oxygen that is decomposed and carbonized by superheated steam treatment is used, and calcium (Ca) that adsorbs fluorine and the like contained in a lithium ion battery, etc. By using the above-mentioned cation, the release of harmful substances in the superheated steam treatment stage is prevented.

第2の発明は、フッ素・硫黄を固定するカチオンと、炭化反応により分解するアニオンをもつ塩の電解質水溶液により放電処理したリチウムイオン電池を過熱水蒸気処理により金属成分、化合物成分、炭化物に分離可能とする処理方法である。その放電処理の際に、超音波セラミクス切断を用いてリチウムイオン電池に損傷を与えて電極間の放電を起こさせたり、その放電処理の際に、電位的にアースから絶縁された良導体のドリルなどの切削危惧を用いて短時間放電を促進したり、その放電処理の際に外部から変形を加えセルパッケージに歪を与え、その歪から電解質水溶液を浸出させたりする。 The second invention makes it possible to separate a lithium ion battery discharged by an aqueous electrolyte solution of a salt having an anion that decomposes by a carbonization reaction and a cation that fixes fluorine and sulfur into metal components, compound components, and carbides by superheated steam treatment. It is a processing method to be performed. During the discharge process, ultrasonic ceramic cutting is used to damage the lithium-ion battery to cause discharge between the electrodes, and during the discharge process, a good conductor drill that is potentially insulated from the earth, etc. A short-time discharge is promoted by using the cutting risk of the above, or the cell package is distorted by external deformation during the discharge treatment, and the electrolyte aqueous solution is leached from the strain.

図5は、本発明の処理方法のフローの一例を示す図である。使用済みのリチウムイオン電池(LiBと記載することもある)を導電性水溶液(電解性水溶液または電解質水溶液とも言う)の入った容器中に浸漬する。あるいは、使用済みのリチウムイオン電池を容器中に置き、そこに導電性水溶液を入れてリチウムイオン電池を導電性水溶液中に浸漬させる。導電性水溶液は、フッ素や硫黄を固定し吸着するカチオンと炭化反応により分解するアニオンを有する塩である。たとえば、カチオンとしてカルシウム(Ca)イオンで、アニオンとして炭酸、酢酸、シュウ酸、ギ酸等の有機アニオンであり、塩としてたとえば炭酸カルシウム塩である。従来、使用済みのリチウムイオン電池の放電処理は安全性の面から一般的に行われているが、安価な塩水や塩化ナトリウム等の塩化物水溶液に浸漬して放電させる方法が用いられている。しかし、塩水等のアニオンは塩素であり、過熱水蒸気処理した場合塩酸化して炉や環境にダメージを与える。あるいは、後工程の焙焼処理や過熱水蒸気処理で加熱炉が塩素により腐食したり外気として出たりして、加熱炉や環境にダメ−ジを与えるおそれがある。また塩化物水溶液は導電性が高いため、リチウムイオン電池が短絡して電圧が急に変化して、水溶液が突発するという問題が起こるおそれもある。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the flow of the processing method of the present invention. A used lithium-ion battery (sometimes referred to as LiB) is immersed in a container containing a conductive aqueous solution (also referred to as an electrolytic aqueous solution or an electrolyte aqueous solution). Alternatively, a used lithium ion battery is placed in a container, a conductive aqueous solution is put therein, and the lithium ion battery is immersed in the conductive aqueous solution. A conductive aqueous solution is a salt having a cation that fixes and adsorbs fluorine and sulfur and an anion that decomposes by a carbonization reaction. For example, the cation is a calcium (Ca) ion, the anion is an organic anion such as carbonic acid, acetic acid, oxalic acid, or formic acid, and the salt is, for example, a calcium carbonate salt. Conventionally, the discharge treatment of a used lithium ion battery is generally performed from the viewpoint of safety, but a method of immersing in an inexpensive salt water or a chloride aqueous solution such as sodium chloride to discharge the battery is used. However, the anion of salt water and the like is chlorine, and when it is treated with superheated steam, it is converted to hydrochloric acid and damages the furnace and the environment. Alternatively, the heating furnace may be corroded by chlorine or released as outside air in the subsequent roasting treatment or superheated steam treatment, which may damage the heating furnace and the environment. Further, since the aqueous chloride solution has high conductivity, there is a possibility that the lithium ion battery is short-circuited and the voltage suddenly changes, causing a problem that the aqueous solution suddenly bursts.

これに対して、本発明で用いる炭酸等の有機アニオンは、後工程の加熱処理(過熱水蒸気処理)において分解・炭化するため、かつ塩素を全く含まないため、加熱炉や環境へのダメ−ジを与えるおそれは小さい。一方で、本発明で用いる炭酸カルシウム等の導電性水溶液(有機酸系の塩)は電離係数が低く放電処理が効果的に行われないという問題がある。そこで、放電電極間の距離を短くすることが必要なので、本発明では、リチウムイオン電池の筐体に切断や穿孔などで傷をつけて短い距離にあるリチウムイオン電池の内部の出力電極間(セパレートを挟んだ正極と陰極との間)で放電を起こしやすくする。すなわち、切れ目や穿孔等の損傷から導電性水溶液がリチウムイオン電池内へ侵入して、正極と陰極間をショート(放電)させる。 On the other hand, the organic anion such as carbonic acid used in the present invention is damaged to the heating furnace and the environment because it is decomposed and carbonized in the heat treatment (superheated steam treatment) in the subsequent process and does not contain chlorine at all. The risk of giving is small. On the other hand, the conductive aqueous solution (organic acid-based salt) such as calcium carbonate used in the present invention has a problem that the dissociation constant is low and the discharge treatment is not effectively performed. Therefore, since it is necessary to shorten the distance between the discharge electrodes, in the present invention, the housing of the lithium ion battery is damaged by cutting or perforation, and the distance between the output electrodes inside the lithium ion battery (separate) is short. (Between the positive electrode and the cathode) that sandwiches the That is, the conductive aqueous solution invades the lithium ion battery due to damage such as cuts and perforations, causing a short circuit (discharge) between the positive electrode and the cathode.

本発明では、導電性水溶液の入った容器(小容器)内で、リチウムイオン電池に損傷を与える。図6は導電性水溶液の入った小容器11内の導電性水溶液中でリチウムイオン電池に損傷を与える方法の例を示す図である。図6(a)はリチウムイオン電池12の筐体の両側面から(矢印方向へ)プレス14および15で押してリチウムイオン電池12に損傷を与える様子を示す図である。すなわち、プレス14および15でリチウムイオン電池12を圧接して押し潰すようにしてリチウムイオン電池12の筐体を変形させて、その変形によって生じる間隙から導電性水溶液を筐体内部に浸透させる。この方法を側圧法と呼んでも良い。筐体内部に入った導電性水溶液により電極間で放電させる。変形させる圧力は筐体に間隙を生じさせるなら、筐体側面に均一なものでも良いし、または一部に圧力が集中するものでも良い。側圧法に使用するプレスも導電性水溶液中に入るので、導電性水溶液に対して劣化しない耐性の強い材料で作製される。たとえば、ステンレス製やセラミックス製である。 In the present invention, the lithium ion battery is damaged in a container (small container) containing a conductive aqueous solution. FIG. 6 is a diagram showing an example of a method of damaging a lithium ion battery in a conductive aqueous solution in a small container 11 containing a conductive aqueous solution. FIG. 6A is a diagram showing how the lithium ion battery 12 is damaged by being pushed by the presses 14 and 15 (in the direction of the arrow) from both side surfaces of the housing of the lithium ion battery 12. That is, the housing of the lithium ion battery 12 is deformed by pressing and crushing the lithium ion battery 12 with the presses 14 and 15, and the conductive aqueous solution is permeated into the housing through the gap generated by the deformation. This method may be called a lateral pressure method. The conductive aqueous solution inside the housing discharges the electrodes. The pressure to be deformed may be uniform on the side surface of the housing or may be concentrated on a part of the housing as long as it causes a gap in the housing. Since the press used for the lateral pressure method also enters the conductive aqueous solution, it is made of a material having strong resistance to deterioration with respect to the conductive aqueous solution. For example, it is made of stainless steel or ceramics.

図6(b)はリチウムイオン電池13を回転圧延ロール16、17で変形させて、間隙を生じさせる様子を示す図である。回転圧延ロール16、17は矢印の方向に回転しており、リチウムイオン電池13の筐体を損傷する程度の間隙をあけた回転圧延ロール16、17の間にリチウムイオン電池13を通して矢印の方向に運ぶ。損傷により生じた間隙から導電性水溶液を筐体内部に浸透させて、筐体内部に入った導電性水溶液により電極間で放電させる。図6(b)の例は、時間的に圧力の部分を変化させてリチウムイオン電池12の筐体を変形させるもので、連続ロール法と呼んでも良い。尚、連続ロール法に使用する回転(圧延)ロールも導電性水溶液中に入るので、導電性水溶液に対して劣化しない耐性の強い材料で作製される。たとえば、ステンレス製やセラミックス製である。 FIG. 6B is a diagram showing a state in which the lithium ion battery 13 is deformed by the rotary rolling rolls 16 and 17 to form a gap. The rotary rolling rolls 16 and 17 are rotating in the direction of the arrow, and the lithium ion battery 13 is passed between the rotary rolling rolls 16 and 17 with a gap enough to damage the housing of the lithium ion battery 13 in the direction of the arrow. Carry. The conductive aqueous solution is permeated into the housing through the gap created by the damage, and the conductive aqueous solution that has entered the housing discharges the electrodes between the electrodes. The example of FIG. 6B deforms the housing of the lithium ion battery 12 by changing the pressure portion with time, and may be called a continuous roll method. Since the rotating (rolling) roll used in the continuous roll method is also contained in the conductive aqueous solution, it is made of a material having strong resistance to deterioration with respect to the conductive aqueous solution. For example, it is made of stainless steel or ceramics.

図7は、リチウムイオン電池に損傷を与える別の方法を示す図であり、導電性水溶液の入った小容器11内に、リチウムイオン電池21を浸漬させて、ドリル22を用いてリチウムイオン電池21の筐体側面に孔をあけて、リチウムイオン電池21を損傷させる。リチウムイオン電池の外部電極をAとBで示し、表側および裏側が分かるようにしている。図7(a)において、リチウムイオン電池21の筐体表側の側面に、ドリル22の先端を当てる。正極面、セパレート面、負極面(合わせて、電極面と言う)はこの側面と略平行に配置されているので、リチウムイオン電池21の表側の側面の略中央にドリル22で孔を開ければ、電極面を貫通する孔が形成される。図7(b)は、ドリル22がリチウムイオン電池21の筐体側面を貫通した状態を示す図であり、筐体側面の裏側を示している。この状態でもドリル22が電気伝導性の良い材料(たとえば、各種金属製)で作製されていれば、電極(正電極と負電極)間が短絡して放電が発生する。および/または、導電性水溶液が形成された孔を通してリチウムイオン電池21内部へ浸透して放電が始まる。すなわち、ドリルの刃が外部放電体として導電性水溶液による放電を補助している。 FIG. 7 is a diagram showing another method of damaging the lithium ion battery. The lithium ion battery 21 is immersed in a small container 11 containing a conductive aqueous solution, and the lithium ion battery 21 is dipped using a drill 22. A hole is made in the side surface of the housing to damage the lithium ion battery 21. The external electrodes of the lithium-ion battery are indicated by A and B so that the front side and the back side can be seen. In FIG. 7A, the tip of the drill 22 is brought into contact with the side surface of the lithium ion battery 21 on the front side of the housing. Since the positive electrode surface, the separate surface, and the negative electrode surface (collectively referred to as the electrode surface) are arranged substantially parallel to this side surface, a hole can be drilled in the center of the front side surface of the lithium ion battery 21. A hole penetrating the electrode surface is formed. FIG. 7B is a view showing a state in which the drill 22 penetrates the side surface of the housing of the lithium ion battery 21, and shows the back side of the side surface of the housing. Even in this state, if the drill 22 is made of a material having good electrical conductivity (for example, made of various metals), the electrodes (positive electrode and negative electrode) are short-circuited and an electric discharge is generated. And / or, it permeates into the inside of the lithium ion battery 21 through the hole in which the conductive aqueous solution is formed, and discharge starts. That is, the blade of the drill assists the discharge by the conductive aqueous solution as an external discharge body.

しかし、ドリル22の電気伝導性が低いときは放電が起きにくく、またドリルで穿孔したときに放電が発生しにくく、さらに導電性水溶液の導電性も低く放電発生も徐々に進行する場合は、図7(c)に示すように、ドリル22でリチウムイオン電池21の筐体に孔を貫通させて、筐体側面裏側にドリル22の先端が出た後に、ドリル22の先端付近に電気伝導性の極めて良好な金属線(ひも形やテープ形でも良い)23を付けて、次に図7(d)に示すように、ドリル22を引き抜くと金属線23が貫通孔を通った状態になる。金属線23が貫通孔を通った後はドリル(刃)22から金属線23を外すと、図7(e)に示すように、貫通孔に金属線23が入った状態となる。図7(e)は、リチウムイオン電池21の平面(上面)図を透過して見たものであるが、筐体側面に略平行に正電極面、セパレート面、負電極面が多層に配置されており、その略中央部をドリル22で開けた孔が貫通して、その中に金属線23が通った状態となる。金属線23で直接電極(正電極−負電極)間がショートして放電し、および/または孔に入り込んだ導電性水溶液により放電が急速に進む。金属線23が直接電極(正電極−負電極)同士に接触している場合は直ぐに放電が発生するが、直接接触していなくとも、電極と金属線22との距離は極めて小さい(電極間距離に比べてもはるかに小さい)ので、その間に入った導電性水溶液により短時間に放電を発生させることができる。尚、金属線以外の各種電気良導体(線)でも良い。たとえば、炭素線やシリサイドや導電性プラスチックが挙げられる。また、線と記載しているが、貫通孔(穿孔も含む)に入るものであれば、紐状やテープ状でも良いので、線と記載してもこれらの種々のものが含まれる。 However, when the electrical conductivity of the drill 22 is low, electric discharge is unlikely to occur, when drilling with a drill, electric discharge is unlikely to occur, and when the conductivity of the conductive aqueous solution is low and the electric discharge gradually progresses, the figure is shown in FIG. As shown in 7 (c), the hole is passed through the housing of the lithium ion battery 21 with the drill 22, and after the tip of the drill 22 comes out on the back side of the side surface of the housing, the electric conductivity is provided near the tip of the drill 22. When an extremely good metal wire (which may be in the form of a string or tape) 23 is attached and then the drill 22 is pulled out as shown in FIG. 7 (d), the metal wire 23 is in a state of passing through the through hole. When the metal wire 23 is removed from the drill (blade) 22 after the metal wire 23 has passed through the through hole, the metal wire 23 is in the through hole as shown in FIG. 7 (e). FIG. 7 (e) is a view seen through a plan (upper surface) view of the lithium ion battery 21, and the positive electrode surface, the separate surface, and the negative electrode surface are arranged in multiple layers substantially parallel to the side surface of the housing. A hole made by a drill 22 penetrates a substantially central portion thereof, and a metal wire 23 passes through the hole. The metal wire 23 directly connects the electrodes (positive electrode and negative electrode) to discharge, and / or the conductive aqueous solution that has entered the pores causes the discharge to proceed rapidly. When the metal wire 23 is in direct contact with the electrodes (positive electrode-negative electrode), an electric discharge is generated immediately, but even if the metal wire 23 is not in direct contact, the distance between the electrode and the metal wire 22 is extremely small (distance between electrodes). Since it is much smaller than the above), it is possible to generate an electric discharge in a short time by the conductive aqueous solution in between. In addition, various electric good conductors (wires) other than metal wires may be used. For example, carbon wire, VDD and conductive plastic can be mentioned. Further, although it is described as a line, as long as it enters a through hole (including a perforation), it may be in the form of a string or a tape, and therefore, even if it is described as a line, these various types are included.

上述した ドリル等を用いて廃リチウムイオン電池に損傷を与えて、導電性水溶液を廃リチウムイオン電池内部に入れて電極間で放電させる方法として、超音波セラミックカッターで切断または穿孔する方法もある。すなわち、図6および図7に示す方法と同様に、導電性水溶液中に廃リチウムイオン電池(の筐体)を置いて、その筐体を超音波セラミックカッターで切断または穿孔して、筐体内部に導電性水溶液を浸透するようにする。カッターが良導体の場合、穿孔の際に電池内部のセパレータで電気的に隔離された構造を切断等したときに、カッターがセパレータを貫通して電極(正電極と負電極)間で部分的に短絡することにより、内部短絡が起こり外部放電電流の発生を損なってしまう。これに対してセラミックカッターを用いると、セラミックカッターは絶縁体であるから、このような短絡現象は起きず、外部放電電流の発生を損なうことを避けることができる。また超音波は穿孔や切削性を増大させるだけでなく、導電性水溶液の電池内部への浸透も促進することができる。本発明のように熱容量の大きな導電性水溶液の中で放電処理を行なう場合、放電処理が急速に発生しても、発熱により急激な温度上昇や爆発や突発は起きないので、極めて安全な放電処理法であると言える。 As a method of damaging the waste lithium ion battery using the above-mentioned drill or the like, putting a conductive aqueous solution inside the waste lithium ion battery and discharging it between the electrodes, there is also a method of cutting or drilling with an ultrasonic ceramic cutter. That is, similarly to the method shown in FIGS. 6 and 7, a waste lithium ion battery (housing) is placed in a conductive aqueous solution, and the housing is cut or perforated with an ultrasonic ceramic cutter to inside the housing. Allow the conductive aqueous solution to permeate into the. When the cutter is a good conductor, when the structure electrically separated by the separator inside the battery is cut at the time of drilling, the cutter penetrates the separator and partially short-circuits between the electrodes (positive electrode and negative electrode). As a result, an internal short circuit occurs and the generation of an external discharge current is impaired. On the other hand, when a ceramic cutter is used, since the ceramic cutter is an insulator, such a short-circuit phenomenon does not occur, and it is possible to avoid impairing the generation of an external discharge current. In addition, ultrasonic waves can not only increase perforation and machinability, but also promote the penetration of the conductive aqueous solution into the battery. When the discharge treatment is performed in a conductive aqueous solution having a large heat capacity as in the present invention, even if the discharge treatment occurs rapidly, the temperature does not rise sharply due to heat generation, and an explosion or sudden outbreak does not occur. Therefore, the discharge treatment is extremely safe. It can be said that it is a law.

導電性水溶液の導電性が余り大きくない場合、放電が発生しにくくなる。そこで、導電性水溶液の導電性を高めるために、本発明は導電性水溶液に導電性フィラーまたは導電性微粉体を混合させる。導電性フィラーまたは導電性微粉体は導電性水溶液中に分散して浮遊しているので、廃リチウムイオン電池の損傷した部分から電池セルの電極付近に導電性水溶液が浸入したときに、分散した導電性フィラー等で導電性を高めた導電性水溶液を通して放電する。導電性(分散)フィラーまたは導電性(分散)微粉体として、たとえば、カーボンブラック、グラファイト、銀やニッケルや銅等各種金属粉、導電性酸化スズ、導電性酸化チタンが挙げられる。これらは、過熱水蒸気処理後または焙焼後に炭化または金属化合物または単体の金属として残るので、無害であり回収することも可能である。 If the conductivity of the conductive aqueous solution is not very high, discharge is less likely to occur. Therefore, in order to increase the conductivity of the conductive aqueous solution, the present invention mixes the conductive filler or the conductive fine powder with the conductive aqueous solution. Since the conductive filler or the conductive fine powder is dispersed and suspended in the conductive aqueous solution, when the conductive aqueous solution infiltrates the vicinity of the electrode of the battery cell from the damaged part of the waste lithium ion battery, the dispersed conductivity Discharge through a conductive aqueous solution whose conductivity has been increased with a conductive filler or the like. Examples of the conductive (dispersed) filler or the conductive (dispersed) fine powder include carbon black, graphite, various metal powders such as silver, nickel and copper, conductive tin oxide, and conductive titanium oxide. They are harmless and can be recovered as they remain as carbonized or metal compounds or elemental metals after superheated steam treatment or roasting.

次に、リチウムイオン電池を小容器の導電性水溶液に浸漬した状態で、小容器を導電性水溶液を入れた大容器中に浸漬する。小容器と大容器に入れた導電性水溶液は同じものである。前の工程でリチウムイオン電池を損傷させて放電を促進させたが、充分に放電させることが望ましいので、一定時間導電性水溶液中で放置するのが良い。たとえば、半日から約1週間放置する。図8は、導電性水溶液を入れた大容器31中に浸漬したリチウムイオン電池および導電性水溶液が入った小容器11を配置した状態を示す図である。小容器11を多数配置できるようにすればランニングコストを低減できる。図8では大容器31の底面に小容器11を1列に配置しただけであるが、棚を作りまたは重ねて複数段に配置すれば大量処理も可能となる。 Next, with the lithium ion battery immersed in the conductive aqueous solution of the small container, the small container is immersed in the large container containing the conductive aqueous solution. The conductive aqueous solution in the small container and the large container is the same. Although the lithium ion battery was damaged in the previous step to promote the discharge, it is desirable to discharge the lithium ion battery sufficiently, so it is better to leave it in the conductive aqueous solution for a certain period of time. For example, leave it for half a day to about a week. FIG. 8 is a diagram showing a state in which a lithium ion battery immersed in a large container 31 containing a conductive aqueous solution and a small container 11 containing the conductive aqueous solution are arranged. If a large number of small containers 11 can be arranged, the running cost can be reduced. In FIG. 8, the small containers 11 are only arranged in a row on the bottom surface of the large container 31, but if shelves are made or stacked and arranged in a plurality of stages, mass processing is possible.

充分に放電させた廃リチウムイオン電池が入った小容器を大容器から取り出し、廃リチウムイオン電池を導電性水溶液中に入れて、導電性水溶液が浸透した状態で、小容器を過熱水蒸気装置(炉)内に配置する。図9は、廃リチウムイオン電池および導電性水溶液が入った小容器108を装置内に備わる支持棚106に配置した過熱水蒸気装置100を示す図である。過熱水蒸気装置100は過熱水蒸気発生器102を備えて、装置内温度を検知する温度センサー103が配置される。温度センサー103からの信号はコントローラ104へ送られて、コントローラ104で装置内温度を所定温度に維持するためにボイラー101の稼働を制御し、適温にした過熱水蒸気を過熱水蒸気発生器102に送り、過熱水蒸気発生器102から所定温度および所定量の水蒸気を過熱水蒸気装置100内に送り、過熱水蒸気装置100内の温度や水蒸気量を所定状態にする。特に小容器108およびその周囲が所定状態になるようにする。過熱水蒸気装置100内の圧力は大気圧以上の高圧状態になるようにしても良い。過熱水蒸気装置内のガスは排気ライン105を通して外部へ排出される。小容器108を過熱水蒸気装置100内に配置した段階では装置内には空気が入っているが、過熱水蒸気が装置内へ入れば空気は排気ライン105から外部へ排出されるので、装置内は過熱水蒸気で満たされ酸素は存在しなくなる。 Take out the small container containing the fully discharged waste lithium-ion battery from the large container, put the waste lithium-ion battery in the conductive aqueous solution, and in the state where the conductive aqueous solution has permeated, put the small container in the superheated steam device (furnace). ). FIG. 9 is a diagram showing a superheated steam device 100 in which a small container 108 containing a waste lithium ion battery and a conductive aqueous solution is arranged on a support shelf 106 provided in the device. The superheated steam device 100 includes a superheated steam generator 102, and a temperature sensor 103 for detecting the temperature inside the device is arranged. The signal from the temperature sensor 103 is sent to the controller 104, the controller 104 controls the operation of the boiler 101 in order to maintain the temperature inside the device at a predetermined temperature, and sends the superheated steam at an appropriate temperature to the superheated steam generator 102. A predetermined temperature and a predetermined amount of steam are sent from the superheated steam generator 102 into the superheated steam device 100 to bring the temperature and the amount of steam in the superheated steam device 100 into a predetermined state. In particular, make sure that the small container 108 and its surroundings are in a predetermined state. The pressure in the superheated steam device 100 may be set to a high pressure state of atmospheric pressure or higher. The gas in the superheated steam device is discharged to the outside through the exhaust line 105. At the stage when the small container 108 is arranged in the superheated steam device 100, air is contained in the device, but when the superheated steam enters the device, the air is discharged from the exhaust line 105 to the outside, so that the inside of the device is overheated. It is filled with water vapor and oxygen does not exist.

小容器108内の導電性水溶液は蒸発するまでは蒸発温度(水溶液の種類にもよるが、約100℃近辺)に保持されるが、蒸発後は過熱水蒸気温度とほぼ同じ温度(約300℃〜約650℃)になり、廃リチウムイオン電池を構成するプラスチック類は炭化または分解する。また、電極等に含まれるレアメタル類の酸化も行われ、それらの酸化化合物ができる。小容器108はこの温度でも反応しない金属類(たとえば、ステンレス)で作製しても良いし、炭化するプラスチック類(たとえば、ポリプロピレンやポリカーボネート)で作製しても良い。金属類であれば繰り返し利用できるし、プラスチック類であれば炭化または分解するので回収する手間を省くことができる。排気ライン105には除外設備を設けても良い。廃リチウムイオン電池は筐体に入った状態で小容器108内に入れられるが、筐体を固定しているネジ類等の金属類や付属する金属類等は事前に取り除いておくと過熱水蒸気で炭化処理した後にリサイクル処理しやすい。過熱装置内温度はAlの融点(約660℃)以下の温度(好ましくは650℃を越えない温度)でしかも無酸素状態で処理されるので、リチウムを除くAlや各種金属類は表面等の一部は酸化されるが全体として余り酸化されずに残っているのでリサイクル処理は容易である。 The conductive aqueous solution in the small container 108 is maintained at the evaporation temperature (around about 100 ° C., depending on the type of aqueous solution) until it evaporates, but after evaporation, it is at almost the same temperature as the superheated steam temperature (about 300 ° C. ~). At about 650 ° C.), the plastics constituting the waste lithium ion battery are carbonized or decomposed. In addition, rare metals contained in electrodes and the like are also oxidized to form oxidized compounds thereof. The small container 108 may be made of a metal (for example, stainless steel) that does not react even at this temperature, or may be made of a carbonized plastic (for example, polypropylene or polycarbonate). Metals can be used repeatedly, and plastics are carbonized or decomposed, so the trouble of collecting them can be saved. Exhaust line 105 may be provided with exclusion equipment. The waste lithium-ion battery is put in the small container 108 in the state of being in the housing, but if the metals such as screws fixing the housing and the attached metals are removed in advance, it will be superheated steam. Easy to recycle after carbonization. Since the temperature inside the superheater is a temperature equal to or lower than the melting point of Al (about 660 ° C) (preferably a temperature not exceeding 650 ° C) and is treated in an oxygen-free state, Al and various metals other than lithium are one of the surfaces and the like. Although the part is oxidized, it remains unoxidized as a whole, so that the recycling process is easy.

廃リチウムイオン電池を導電性水溶液中に入れた状態で過熱水蒸気装置に配置するのは、過熱水蒸気装置で加熱処理しているときに放電により急激な発熱や爆発を防止するためである。既に大容器での処理などで十分な放電が行われているので、殆ど心配する必要はないが、念のために導電性水溶液に廃リチウムイオン電池を入れた小容器108で過熱水蒸気装置100内に配置している。また、廃リチウムイオン電池にはフッ素(電解質のLiPF等)が入っているので、フッ素がフッ化水素(HF)等の形態で排出されると装置が損傷したり環境を汚染したりする。環境汚染対策として排出ガスの除外設備を備えれば設備費の増大とランニングコストも増大する。しかし、導電性水溶液中のカチオンが発生したHF等と結合して無害なフッ化物が形成される。たとえば、導電性水溶液が炭酸カルシウムである場合は、フッ化カルシウム(CaF)が形成されて無害化できる。アニオン化合物はCOおよびHOであるから、外部へ排出されても問題はないので特別の除外設備も不要である。過熱水蒸気装置内の温度は300℃〜650℃に保持されるので、導電性水溶液も高温状態になり導電性水溶液の電気導電率も高まるので残りの放電も進む。導電性水溶液は最終的には完全蒸発してカルシウム(Ca)単体か化合物の形で小容器中に残るので、炭化した廃リチウムイオン電池と一緒に後処理にまわして回収することもできる。本発明で使用される過熱水蒸気処理による方法は、アルミニウムの融点より低い650℃以下の熱処理であるからアルミニウムが溶けるおそれはなく、またプラスチック類は分解または炭化するがCO2は出ない方法であり、さらに塩素系物質は使用しないので塩素系化合物の発生もなく、環境に与える負荷が小さい。 The reason why the waste lithium ion battery is placed in the superheated steam device in the state of being put in the conductive aqueous solution is to prevent sudden heat generation and explosion due to electric discharge during heat treatment in the superheated steam device. Since sufficient discharge has already been performed by processing in a large container, there is almost no need to worry, but just in case, a small container 108 containing a waste lithium ion battery in a conductive aqueous solution is used in the superheated steam device 100. It is placed in. Further, since the waste lithium ion battery contains fluorine (electrolyte LiPF 6, etc.), if fluorine is discharged in the form of hydrogen fluoride (HF) or the like, the device may be damaged or the environment may be polluted. Equipped with exhaust gas exclusion equipment as a measure against environmental pollution will increase equipment costs and running costs. However, harmless fluoride is formed by combining with HF and the like in which cations are generated in the conductive aqueous solution. For example, when the conductive aqueous solution is calcium carbonate, calcium fluoride (CaF 2 ) is formed and can be detoxified. Since the anionic compounds are CO 2 and H 2 O, there is no problem even if they are discharged to the outside, so no special exclusion equipment is required. Since the temperature inside the superheated steam device is maintained at 300 ° C. to 650 ° C., the conductive aqueous solution also becomes a high temperature state, and the electric conductivity of the conductive aqueous solution also increases, so that the remaining discharge proceeds. Since the conductive aqueous solution will eventually completely evaporate and remain in the small container in the form of calcium (Ca) alone or in the form of a compound, it can be recovered by being sent to post-treatment together with the carbonized waste lithium ion battery. The method by superheated steam treatment used in the present invention is a heat treatment at 650 ° C. or lower, which is lower than the melting point of aluminum, so that there is no risk of aluminum melting, and plastics are decomposed or carbonized but CO2 is not emitted. Furthermore, since no chlorine-based substance is used, no chlorine-based compound is generated, and the load on the environment is small.

過熱水蒸気処理を行なった後には、炭化処理したプラスチック類や水蒸気と反応した金属類の酸化化合物と未反応の金属類等の処理物が残る。これらの処理物を取り出し、物理分離以降の抽出工程への原料とする。小容器が存在している場合は小容器内にこれらの処理物が残るので小容器を過熱水蒸気炉から取り出す。小容器も炭化等して残らない場合には、過熱水蒸気装置で処理する前に小容器を入れた中容器を過熱処理炉に配置しておくと処理残存物を回収しやすい。残存処理物を破砕装置で破砕した後に金属類とその他の物を分ける選別を行ない、それらの選別処理物から金属類(たとえば、リチウウム(Li)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe))等を抽出工程などで回収する。過熱水蒸気処理後の残存物は、物理分離以降抽出工程など従来の種々の有価金属類の回収方法を使用することができる。尚、前述した液体中での放電処理を行なう場合、廃リチウム電池が浸漬された液体中で前述した長時間熱処理(1回熱処理)または複数回熱処理(たとえば、図10等やその説明箇所で記載したような熱処理方法)で完全失活状態にした廃リチウム電池をその液体から取り出して、その後過熱水蒸気装置内に入れて分解・炭化処理(図5で示した途中からのプロセス)を行なうこともできるし、廃リチウム電池が浸漬された液体容器を過熱水蒸気装置内へ入れて放電処理(たとえば、長時間熱処理(1回熱処理)または複数回熱処理)を過熱水蒸気装置内で行なった後に、容器に入ったまま失活状態になった廃リチウム電池が過熱水蒸気装置内に配置された状態で連続して分解・炭化処理を行なうこともできる(図5で示した方法と類似する)。 After the superheated steam treatment, treated products such as carbonized plastics and oxidized compounds of metals that have reacted with steam and unreacted metals remain. These processed products are taken out and used as raw materials for the extraction process after physical separation. If a small container exists, these processed products remain in the small container, so the small container is taken out from the superheated steam furnace. If the small container is also carbonized and does not remain, it is easier to recover the treatment residue if the medium container containing the small container is placed in the superheat heat furnace before the treatment with the superheated steam device. After crushing the residual processed material with a crusher, sorting is performed to separate metals and other substances, and metals (for example, lithium (Li), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (for example) Cu), aluminum (Al), iron (Fe), etc. are recovered in an extraction step or the like. For the residue after the superheated steam treatment, various conventional methods for recovering valuable metals such as an extraction step after physical separation can be used. When performing the discharge treatment in the liquid described above, the above-mentioned long-term heat treatment (single heat treatment) or multiple heat treatment (for example, FIG. It is also possible to take out the waste lithium battery completely deactivated by the above heat treatment method) from the liquid and then put it in a superheated steam device to perform decomposition / carbonization treatment (process from the middle shown in FIG. 5). A liquid container in which a waste lithium battery is immersed can be placed in a superheated steam device and discharged (for example, long-term heat treatment (single heat treatment) or multiple heat treatments) in the superheated steam device, and then placed in the container. It is also possible to continuously decompose and carbonize the waste lithium battery that has been deactivated while it is in the battery while it is placed in the superheated steam device (similar to the method shown in FIG. 5).

以上詳細に説明した様に、本発明は安全に放電処理する廃(使用済み)リチウムイオン電池の安定化処理方法を提供するものである。本発明を用いることにより、廃リチウムイオン電池の放電処理が安全に行われて処理装置や環境に与える悪影響を大幅に軽減できる。また、本発明の安定化処理コストも小さくリチウムイオン電池のリサイクルコストも軽減できる。尚、本明細書において、明細書のある部分に記載し説明した内容について記載しなかった他の部分においても矛盾なく適用できることに関しては、当該他の部分に当該内容を適用できることは言うまでもない。また、本出願文書で記載した実施例や実施形態等の内容は、他の実施例や実施形態等の内容と組み合わせて使用できることも当然である。さらに、前記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施でき、本発明の権利範囲が前記実施形態に限定されないことも言うまでもない。 As described in detail above, the present invention provides a method for stabilizing a waste (used) lithium ion battery that can be safely discharged. By using the present invention, the discharge treatment of the waste lithium ion battery can be safely performed, and the adverse effect on the treatment device and the environment can be significantly reduced. In addition, the stabilization processing cost of the present invention is small, and the recycling cost of the lithium ion battery can be reduced. It goes without saying that the content can be applied to the other part of the specification without any contradiction as to the fact that the content described and explained in the specification can be applied to the other part without contradiction. In addition, it is natural that the contents of the examples and embodiments described in the present application document can be used in combination with the contents of other examples and embodiments. Further, it goes without saying that the embodiment is an example and can be modified in various ways without departing from the gist, and the scope of rights of the present invention is not limited to the embodiment.

本発明の廃リチウムイオン電池の安定化処理方法は、他のイオン電池のリサイクル処理にも適用できる可能性がある。 The method for stabilizing a waste lithium ion battery of the present invention may be applicable to a recycling process for other ion batteries.

11・・・小容器、12・・・リチウムイオン電池、13・・・リチウムイオン電池、
14・・・プレス、15・・・プレス、16・・・回転圧延ロール、17・・・回転圧延ロール、
21・・・リチウムイオン電池、22・・・ドリル、23・・・金属線、31・・・大容器、
100・・・過熱水蒸気装置、101・・・ボイラー、102・・・過熱水蒸気発生器、
103・・・温度センサー、104・・・コントローラ、105・・・排気ライン、
106・・・支持棚板、107・・・リチウムイオン電池、108・・・小容器

11 ... Small container, 12 ... Lithium-ion battery, 13 ... Lithium-ion battery,
14 ... press, 15 ... press, 16 ... rotary rolling roll, 17 ... rotary rolling roll,
21 ... Lithium-ion battery, 22 ... Drill, 23 ... Metal wire, 31 ... Large container,
100 ... Superheated steam device, 101 ... Boiler, 102 ... Superheated steam generator,
103 ... temperature sensor, 104 ... controller, 105 ... exhaust line,
106 ... Support shelf, 107 ... Lithium-ion battery, 108 ... Small container

Claims (25)

使用済みリチウムイオン電池のセパレータの分解温度およびSEI(Solid Electrolyte interface)崩壊温度のいずれよりも低い温度(上限温度)以下で、かつ使用済みリチウムイオン電池の電解質のガス化開始温度(下限温度)以上の間で使用済みリチウムイオン電池の熱処理を行ない、使用済みリチウムイオン電池において失活状態になることを特徴とする使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 Below the decomposition temperature of the separator of the used lithium-ion battery and the SEI (Solid Electrolyte interface) decay temperature (upper limit temperature), and above the gasification start temperature (lower limit temperature) of the electrolyte of the used lithium-ion battery. A method for stabilizing a used lithium-ion battery, which comprises heat-treating the used lithium-ion battery between the two to deactivate the used lithium-ion battery. 前記上限温度は約280℃であり、前記下限温度は約90℃であることを特徴とする、請求項1に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The method for stabilizing a used lithium ion battery according to claim 1, wherein the upper limit temperature is about 280 ° C. and the lower limit temperature is about 90 ° C. 前記リチウムイオン電池は、前記下限温度において液体であり、前記上限温度以下に沸点または分界点を有する物質中で熱処理されることを特徴とする、請求項1または2に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The used lithium ion battery according to claim 1 or 2, wherein the lithium ion battery is liquid at the lower limit temperature and is heat-treated in a substance having a boiling point or a demarcation point below the upper limit temperature. Stabilization processing method. 前記物質は水(HO)またはトリアシルグリセリンであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかの項に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The substance stabilization method of a spent lithium ion battery according to any one of the paragraphs, characterized, according to claim 1 to 3 that the water (H 2 O) or triacylglycerol. 前記熱処理の前に使用済みリチウムイオン電池の電極層に穿孔処理を行なうことを特徴とする、請求項1〜4のいずれかの項に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The method for stabilizing a used lithium ion battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrode layer of the used lithium ion battery is perforated before the heat treatment. 前記熱処理を行なった後に、前記物質中に入れた状態で焙焼装置または過熱水蒸気装置中で使用済みリチウムイオン電池のプラスチック類の炭化処理または分解処理を行なうことを特徴とする、請求項3〜5のいずれかの項に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The third to third aspect of the present invention, wherein after the heat treatment, the plastics of the used lithium ion battery are carbonized or decomposed in a roasting apparatus or a superheated steam apparatus in a state of being contained in the substance. 5. The method for stabilizing a used lithium ion battery according to any one of 5. 使用済みリチウムイオン電池を前記物質中に入れた状態で焙焼装置または過熱水蒸気装置中に入れて、前記熱処理を行ない、その後使用済みリチウムイオン電池のプラスチック類の炭化処理または分解処理を行なうことを特徴とする、請求項3〜5のいずれかの項に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 A used lithium-ion battery is placed in a roasting device or a superheated steam device in a state of being contained in the substance to perform the heat treatment, and then carbonization treatment or decomposition treatment of plastics of the used lithium-ion battery is performed. The method for stabilizing a used lithium ion battery according to any one of claims 3 to 5, which comprises the method. 使用済みリチウムイオン電池を前記物質中に入れた状態で過熱水蒸気装置中に入れて、使用済みリチウムイオン電池のプラスチック類の炭化処理または分解処理を行なうことを特徴とする、請求項3〜5のいずれかの項に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 A third to fifth aspect of the present invention, wherein the used lithium ion battery is placed in a superheated steam device in a state of being contained in the substance to carry out carbonization treatment or decomposition treatment of plastics of the used lithium ion battery. The method for stabilizing a used lithium ion battery according to any section. 使用済みリチウムイオン電池を過熱水蒸気装置中に入れて、使用済みリチウムイオン電池のプラスチック類の炭化処理または分解処理を行なうことにより、請求項1に記載の熱処理を実現することを特徴とする請求項1または2に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The heat treatment according to claim 1, wherein the used lithium ion battery is placed in a superheated steam device and carbonization treatment or decomposition treatment of plastics of the used lithium ion battery is performed to realize the heat treatment according to claim 1. The method for stabilizing a used lithium ion battery according to 1 or 2. 使用済みリチウムイオン電池を弱酸化性環境に配置してプラスチック類の炭化処理または分解処理を行なう工程を含むことを特徴とする使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法であって、前記弱酸化性環境とは、C+O2→CO2の反応を進行させず、かつリチウムを酸化させることが可能な酸素ポテンシャルを有する雰囲気および温度の組合せである使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 A method for stabilizing a used lithium ion battery, which comprises a step of arranging the used lithium ion battery in a weakly oxidizing environment to carry out a carbonization treatment or a decomposition treatment of plastics, wherein the used lithium ion battery is weakly oxidizing. The environment is a method for stabilizing a used lithium ion battery, which is a combination of atmosphere and temperature having an oxygen potential capable of oxidizing lithium without proceeding with the reaction of C + O2 → CO2. 前記弱酸化性環境の雰囲気はMxO(Mは元素もしくは反応基)であり、
前記弱酸化性環境の温度は、2XM+O=2MxOのエリンガム図による酸素ポテンシャルが、リチウム(Li)の酸化の酸素ポテンシャルより高く、かつC+O=COの酸素ポテンシャルより低い温度以下であり、かつプラスチック類の分解温度以上であることを特徴とする、請求項10に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。
The atmosphere of the weakly oxidizing environment is MxO (M is an element or a reactive group).
The temperature of the weakly oxidizing environment is such that the oxygen potential according to the Ellingham diagram of 2XM + O 2 = 2MxO is higher than the oxygen potential for oxidation of lithium (Li) and lower than the oxygen potential for C + O 2 = CO 2. The method for stabilizing a used lithium ion battery according to claim 10, wherein the temperature is equal to or higher than the decomposition temperature of plastics.
前記弱酸化性環境の雰囲気は水蒸気であり、
前記弱酸化性環境の温度条件はエリンガム図に基づき、2HO+O=2HOとC+O=COの酸素ポテンシャル線図が交わる点の温度である約650℃以下であり、かつプラスチック類の分解温度以上であることを特徴とする、請求項11に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。
The atmosphere of the weakly oxidizing environment is water vapor.
The temperature condition of the weakly oxidizing environment is about 650 ° C. or less, which is the temperature at the intersection of the oxygen potential diagrams of 2H 2 O + O 2 = 2H 2 O and C + O 2 = CO 2 , based on the Ellingham diagram, and plastics. The method for stabilizing a used lithium ion battery according to claim 11, wherein the temperature is equal to or higher than the decomposition temperature of the above.
請求項1〜5に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法を行なった後に、請求項10〜12に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法を行なうことを特徴とする、使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 Use, wherein the method for stabilizing the used lithium ion battery according to claims 1 to 5 is performed, and then the method for stabilizing the used lithium ion battery according to claims 10 to 12 is performed. Stabilization method for finished lithium-ion batteries. フッ素および硫黄を固定するカチオンと炭化反応により分解するアニオンをもつ塩の導電性水溶液により放電処理した使用済みリチウムイオン電池を、650℃以下の過熱水蒸気処理により金属成分、化合物成分および炭化物成分に分離可能とする使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 A used lithium-ion battery discharged by a conductive aqueous solution of a salt having an anion that decomposes by a carbonization reaction with a cation that fixes fluorine and sulfur is separated into a metal component, a compound component, and a carbide component by a superheated steam treatment at 650 ° C or lower. A method for stabilizing used lithium-ion batteries. 前記使用済みリチウムイオン電池を前記導電性水溶液により放電処理した後に、前記使用済みリチウムイオン電池を前記導電性水溶液に入れた状態で、過熱水蒸気処理を行なうことを特徴とする、請求項14に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 14. The 14th aspect of claim 14, wherein the used lithium ion battery is discharged with the conductive aqueous solution and then the superheated steam treatment is performed with the used lithium ion battery placed in the conductive aqueous solution. How to stabilize used lithium-ion batteries. 前記導電性水溶液は、炭酸カルシウムで水溶液あることを特徴とする、請求項14または15に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The method for stabilizing a used lithium ion battery according to claim 14 or 15, wherein the conductive aqueous solution is an aqueous solution of calcium carbonate. 前記放電処理は、導電性水溶液中で超音波セラミックス切断を用いて使用済みリチウムイオン電池を切断して切断部分から前記導電性水溶液を使用済みリチウムイオン電池内へ浸出させて行なうことを特徴とする、請求項15または16に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The discharge treatment is characterized in that the used lithium ion battery is cut by ultrasonic ceramics cutting in a conductive aqueous solution, and the conductive aqueous solution is leached into the used lithium ion battery from the cut portion. The method for stabilizing a used lithium ion battery according to claim 15 or 16. 前記放電処理は、導電性水溶液中で切削器具(工具)を用いて使用済みリチウムイオン電池に穿孔をあけて、当該穿孔部分から前記導電性水溶液を使用済みリチウムイオン電池内へ浸出させて行なうことを特徴とする、請求項15または16に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The discharge treatment is performed by drilling a hole in a used lithium ion battery in a conductive aqueous solution using a cutting tool (tool) and leaching the conductive aqueous solution into the used lithium ion battery from the perforated portion. The method for stabilizing a used lithium ion battery according to claim 15 or 16, wherein the used lithium ion battery is characterized. 前記切削器具(工具)は電気良導体であることを特徴とする、請求項18に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The method for stabilizing a used lithium ion battery according to claim 18, wherein the cutting tool (tool) is an electrically good conductor. 前記穿孔部分に電気良導体線を通すことを特徴とする、請求項17または18に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The method for stabilizing a used lithium ion battery according to claim 17 or 18, wherein an electrically good conductor wire is passed through the perforated portion. 前記放電処理は、導電性水溶液中で外部から変形を加えて使用済みリチウムイオン電池に歪を与えて、当該歪から前記導電性水溶液を使用済みリチウムイオン電池内へ浸出させて行なう、請求項15または16に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The discharge treatment is performed by externally deforming the used lithium ion battery in a conductive aqueous solution to give strain to the used lithium ion battery, and leaching the conductive aqueous solution into the used lithium ion battery from the strain. Alternatively, the method for stabilizing a used lithium ion battery according to 16. 前記外部から変形を加えて使用済みリチウムイオン電池に歪を与える方法は回転プレスローラーまたはプレス機を用いて外部から変形を加えて使用済みリチウムイオン電池に歪を与える方法であることを特徴とする、請求項21に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The method of applying deformation from the outside to distort the used lithium ion battery is characterized in that the method of applying deformation from the outside using a rotary press roller or a pressing machine to distort the used lithium ion battery. The method for stabilizing a used lithium ion battery according to claim 21. 前記導電性水溶液に導電性フィラーまたは導電性粉体を混合させることを特徴とする、請求項15〜22のいずれかの項に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The method for stabilizing a used lithium ion battery according to any one of claims 15 to 22, wherein a conductive filler or a conductive powder is mixed with the conductive aqueous solution. 前記導電性フィラーまたは導電性粉体は、導電性カーボンブラック、導電性酸化スズ、導電性酸化チタン、または各種金属粉であることを特徴とする、請求項23に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The used lithium ion battery according to claim 23, wherein the conductive filler or the conductive powder is conductive carbon black, conductive tin oxide, conductive titanium oxide, or various metal powders. Stabilization processing method. 過熱水蒸気処理の温度は、約300℃〜約650℃であることを特徴とする、請求項15〜24のいずれかの項に記載の使用済みリチウムイオン電池の安定化処理方法。 The method for stabilizing a used lithium ion battery according to any one of claims 15 to 24, wherein the temperature of the superheated steam treatment is about 300 ° C. to about 650 ° C.
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WO2023244095A3 (en) * 2023-05-03 2024-03-21 고려아연 주식회사 Automatic battery dismantling system

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