JP2024008972A - Regenerated lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

To provide a lithium ion secondary battery regeneration method for enabling reuse of the lithium ion secondary battery itself.SOLUTION: Provided is a lithium ion secondary battery regeneration method including: a preparation step of discharging a consumed lithium ion secondary battery, which is a lithium ion secondary battery on which charging and discharging have been performed a plurality of times, to make a regeneration-prepared lithium ion secondary battery; a first replacement step of replacing a used negative electrode, which is a negative electrode of the regeneration-prepared lithium ion secondary battery, with a lithium supplement electrode containing lithium to make a pre-regeneration processing lithium ion secondary battery; a regeneration step of discharging the pre-regeneration processing lithium ion secondary battery to make a post-regeneration processing lithium ion secondary battery; and a second replacement step of replacing the lithium supplement electrode of the post-regeneration processing lithium ion secondary battery with the used negative electrode or a negative electrode that has not been used to obtain a regenerated lithium ion secondary battery.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の再生方法、再生リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a method for regenerating a lithium ion secondary battery and a regenerated lithium ion secondary battery.

近年、国際的な環境意識の高まりにより、二酸化炭素の排出量が少ないハイブリット自動車、プラグインハイブリッド自動車などの環境自動車の普及が拡大している。そして、環境自動車用の電池として、出力特性と充放電サイクル特性とに優れたリチウムイオン二次電池の開発が、強く望まれている。 In recent years, with the rise in international environmental awareness, the popularity of environmentally friendly vehicles such as hybrid vehicles and plug-in hybrid vehicles that emit low carbon dioxide is increasing. There is a strong desire to develop a lithium ion secondary battery with excellent output characteristics and charge/discharge cycle characteristics as a battery for environmentally friendly vehicles.

リチウムイオン二次電池には、一般的なものとして、非水系電解質二次電池がある。非水系電解質二次電池は、正極、負極の他、電解質等により構成され、正極および負極には、リチウムのインターカレーション、すなわち、可逆的にリチウムイオンの挿入・脱離が可能な物質が用いられる。正極と負極との間に電解質を配置することにより、リチウムイオンが、正極および負極で挿入・脱離される際の酸化還元反応を利用し、電気化学的エネルギーが得られる。 A common type of lithium ion secondary battery is a non-aqueous electrolyte secondary battery. Non-aqueous electrolyte secondary batteries are composed of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, etc. The positive and negative electrodes use materials that can intercalate lithium, that is, reversibly insert and desorb lithium ions. It will be done. By placing an electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, electrochemical energy can be obtained by utilizing the redox reaction when lithium ions are intercalated and deintercalated at the positive and negative electrodes.

リチウムイオン二次電池における正極活物質としては、製造が比較的容易であるリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO)、コバルトよりも安価であるニッケルを用いたリチウム・ニッケル複合酸化物(LiNiO)、マンガンを用いたリチウム・マンガン複合酸化物(LiMn)のほか、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト複合酸化物(NMC)、リチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物(NCA)などのリチウム金属複合酸化物が挙げられる。 As positive electrode active materials in lithium ion secondary batteries, lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), which is relatively easy to manufacture, and lithium-nickel composite oxide (LiNiO 2 ) , which uses nickel, which is cheaper than cobalt, are used. , lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ) using manganese, lithium nickel manganese cobalt composite oxide (NMC), lithium nickel cobalt aluminum composite oxide (NCA), etc. Examples include metal composite oxides.

負極活物質としては、車載用の場合、コストが最重視されるため、安価な炭素系材料が挙げられるが、電池試験・評価用の場合には、金属リチウム、リチウム合金、リチウム金属酸化物、あるいは、リチウムと合金化する金属なども挙げることができる。 As the negative electrode active material, for automotive use, cost is the most important factor, so inexpensive carbon-based materials can be used, but for battery testing and evaluation, metal lithium, lithium alloys, lithium metal oxides, Alternatively, metals that are alloyed with lithium can also be used.

また、最近では、固体電解質を用いた全固体二次電池も、大変注目されている。全固体二次電池は、正極および負極と、リチウムイオン伝導性固体電解質などで構成され、正極および負極の両活物質としては、上述の場合と同様に、リチウムイオンを脱離・挿入することが可能な材料が用いられている。中でも、層状またはスピネル型の構造を有するリチウム金属複合酸化物を正極活物質に用いた全固体電池は、4.5V以上の高い電圧が得られるため、高いエネルギー密度を有する電池としても期待されている。 Furthermore, all-solid-state secondary batteries using solid electrolytes have also recently attracted a lot of attention. An all-solid-state secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a lithium ion-conducting solid electrolyte, and the active materials for both the positive and negative electrodes are capable of desorbing and inserting lithium ions, as in the case described above. possible materials are used. Among these, all-solid-state batteries that use a lithium metal composite oxide with a layered or spinel-type structure as the positive electrode active material are expected to be batteries with high energy density because they can obtain high voltages of 4.5 V or more. There is.

ところで、正極活物質に用いられるリチウム金属複合酸化物は、上述の通り、有価金属であるリチウム、ニッケル、マンガン、コバルトなどの有価金属を多く含んでいる。このため、長期間の使用により老朽化したリチウムイオン電池(消耗リチウムイオン二次電池)から、これらの有価金属を回収する試みが従来からなされていた。特に、リデュース(Reduce:無駄の削減)、リユース(Reuse:再生・再使用)、リサイクル(Recycle:回収・再利用)の3R(スリーアール)活動を推進する雰囲気にも後押しされ、消耗リチウムイオン二次電池から有価金属を回収するニーズが更なる広がりを見せている。 By the way, as mentioned above, the lithium metal composite oxide used as the positive electrode active material contains a large amount of valuable metals such as lithium, nickel, manganese, and cobalt. For this reason, attempts have been made to recover these valuable metals from lithium ion batteries (consumable lithium ion secondary batteries) that have deteriorated due to long-term use. In particular, backed by an atmosphere that promotes the 3R activities of Reduce, Reuse, and Recycle, consumable lithium ion The need to recover valuable metals from secondary batteries is becoming more and more widespread.

例えば、特許文献1には、リチウムイオン二次電池用正極活物質に鉱酸又は鉱酸と過酸化水素との混合液を加えた後、溶出液を分離する第1工程、次いで分離した溶出液に金属抽出剤を含有する有機溶媒を接触させて抽出分離処理を行う第2工程、次いで抽出液有機溶媒相に鉱酸を接触させて逆抽出分離する第3工程よりなることを特徴とする、リチウムイオン二次電池用正極活物質からの有価金属の回収方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 describes a first step of adding a mineral acid or a mixture of mineral acid and hydrogen peroxide to a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery, and then separating the eluate. A second step of contacting an organic solvent containing a metal extractant to carry out an extraction separation treatment, and a third step of bringing a mineral acid into contact with the organic solvent phase of the extract and carrying out back extraction separation. A method for recovering valuable metals from a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery is disclosed.

特許文献2には、焼成処理後の破砕処理によって得られるリチウムイオン電池の破砕粉末を所定粒度以下に篩い分けた後、該破砕粉末を磁着物および非磁着物に磁力選別する磁選工程と、リチウムイオン電池を構成する正極板に含まれるコバルトを第1の酸性溶媒下で抽出分離する第1の抽出工程と、前記磁選工程によって選別された磁着物に含まれるコバルトおよび前記第1の酸性溶媒中に浮遊または沈殿する抽出残渣に含まれるコバルトを第2の酸性溶媒下で抽出分離する第2の抽出工程と、を含んだことを特徴とするリチウムイオン電池内のコバルト回収方法が開示されている。 Patent Document 2 describes a magnetic separation process in which crushed powder of a lithium ion battery obtained by crushing after firing is sieved to a predetermined particle size or less, and then the crushed powder is magnetically sorted into magnetic materials and non-magnetic materials, and lithium A first extraction step of extracting and separating cobalt contained in a positive electrode plate constituting an ion battery in a first acidic solvent, and cobalt contained in a magnetic material sorted by the magnetic separation step and in the first acidic solvent. Disclosed is a method for recovering cobalt in a lithium ion battery, comprising a second extraction step of extracting and separating cobalt contained in an extraction residue floating or precipitated in a second acidic solvent. .

特許文献3には、リチウムイオン電池を解体する解体工程と、電池解体物をアルコール又は水で洗浄し、電解液及び電解質を除去する洗浄工程と、洗浄した電池解体物を硫酸水溶液に浸漬して、正極基板から正極活物質を剥離する正極活物質剥離工程と、剥離した正極活物質を固定炭素含有物の存在下に酸性溶液で浸出する浸出工程と、得られた浸出液から中和によりアルミニウム、銅を分離除去する中和工程と、中和工程後の浸出液からニッケル、コバルトを分離回収するニッケル・コバルト回収工程と、残った水溶液中のリチウムを溶媒抽出と逆抽出により濃縮した後、リチウムを炭酸リチウムの固体として分離回収するリチウム回収工程とを備えることを特徴とするリチウムイオン電池からの有価金属回収方法が開示されている。 Patent Document 3 describes a disassembly process of disassembling a lithium ion battery, a cleaning process of washing the disassembled battery with alcohol or water to remove electrolyte and electrolyte, and immersing the washed disassembled battery in an aqueous sulfuric acid solution. , a positive electrode active material peeling step of peeling the positive electrode active material from the positive electrode substrate, a leaching step of leaching the peeled positive electrode active material with an acidic solution in the presence of a fixed carbon-containing substance, and neutralization from the obtained leachate to remove aluminum, A neutralization step to separate and remove copper, a nickel/cobalt recovery step to separate and recover nickel and cobalt from the leachate after the neutralization step, and a nickel/cobalt recovery step to concentrate lithium in the remaining aqueous solution by solvent extraction and back extraction. A method for recovering valuable metals from a lithium ion battery is disclosed, which comprises a lithium recovery step of separating and recovering lithium carbonate as a solid.

特許文献4には、少なくともマンガンを含む遷移金属で構成された複合酸化物からなるリチウムイオン電池の正極活物質から有価金属を浸出させる方法において、硫酸を添加した水溶液中において、前記正極活物質のうちの硫酸溶液に可溶性の成分を溶解する第1工程と、第1工程の後固液分離せず、硫酸浸出スラリー溶液へ過酸化水素を添加して、硫酸浸出スラリー中に残留する未浸出成分をさらに浸出する第2工程とを含むことを特徴とする正極活物質の浸出方法が開示されている。 Patent Document 4 describes a method for leaching valuable metals from a positive electrode active material of a lithium ion battery made of a composite oxide composed of a transition metal containing at least manganese, in which the positive electrode active material is leached in an aqueous solution containing sulfuric acid. The first step is to dissolve the soluble components in the sulfuric acid solution, and the unleached components that remain in the sulfuric acid leaching slurry are removed by adding hydrogen peroxide to the sulfuric acid leaching slurry solution without solid-liquid separation after the first step. A method for leaching a positive electrode active material is disclosed, which includes a second step of further leaching a positive electrode active material.

特許文献5には、電気化学的又は化学的にリチウムが一部引き抜かれたリチウム複合前駆体を準備する工程と、前記リチウムが一部引き抜かれたリチウム複合前駆体にリチウム化合物を反応させる工程とを含むことを特徴とするリチウム複合酸化物の再生方法が開示されている。 Patent Document 5 describes a step of preparing a lithium composite precursor from which lithium has been partially extracted electrochemically or chemically, and a step of reacting a lithium compound with the lithium composite precursor from which lithium has been partially extracted. A method for regenerating a lithium composite oxide is disclosed.

特開平10-287864号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-287864 特開2004-214025号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-214025 特開2007-122885号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-122885 特開2012-072488号公報JP2012-072488A 特開2016-085953号公報JP2016-085953A

先述した3R活動では、それらを進める上で、電気・熱などのエネルギーをはじめ、水や様々な資源の消費を極力削減する観点から、その優先順位は、第1がリデュース、第2がリユース、第3がリサイクルの順となっている。 In the 3R activities mentioned above, from the perspective of reducing the consumption of energy such as electricity and heat as well as water and various other resources as much as possible, the first priority is reduce, the second is reuse, The third order is recycling.

しかしながら、特許文献1~4では、リチウムイオン二次電池の正極板に含まれる正極活物質からの有価金属の分離回収技術がそれぞれ開示されている。すなわち。特許文献1~4に開示されたどの技術も、最終手段であるリサイクルに関するものに限られ、リチウムイオン二次電池自体をリデュース、リユースできる技術については、何ら検討がなされていない。 However, Patent Documents 1 to 4 each disclose a technique for separating and recovering valuable metals from a positive electrode active material contained in a positive electrode plate of a lithium ion secondary battery. Namely. All of the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 4 are limited to those relating to recycling as a last resort, and no consideration has been given to techniques that can reduce and reuse the lithium ion secondary battery itself.

また、特許文献5では、リチウムが一部引き抜かれたリチウム複合前駆体に、リチウム化合物を反応させ、リチウム複合酸化物を再生する技術が記載されているものの、あくまで正極活物質であるリチウム複合酸化物の再生である。すなわち、リチウムイオン二次電池自体をリデュース、リユースできる技術には該当しない。しかも、特許文献5に開示された技術では、リチウム化合物を用いた焼成工程等を行っており、エネルギーや資源を十分に削減できているとは言えなかった。また、特許文献5では使用済みの消耗リチウムイオン二次電池の正極板から、リチウムが一部引き抜かれたリチウム複合前駆体を、どの様に固形のまま回収するのかについて、その詳細も全く記載されていない。つまり、リチウムイオン二次電池を対象とした場合、特許文献5に開示された技術もリサイクルに関するものに他ならない。 In addition, although Patent Document 5 describes a technique for regenerating a lithium composite oxide by reacting a lithium compound with a lithium composite precursor from which lithium has been partially extracted, the lithium composite oxide that is the positive electrode active material is It is the rebirth of things. In other words, it does not fall under technology that can reduce or reuse the lithium ion secondary battery itself. Moreover, the technique disclosed in Patent Document 5 involves a firing process using a lithium compound, and it cannot be said that energy and resources can be sufficiently reduced. Furthermore, Patent Document 5 does not provide any details on how to recover the lithium composite precursor from which lithium has been partially extracted from the positive electrode plate of a used, consumable lithium ion secondary battery in a solid state. Not yet. In other words, when targeting lithium ion secondary batteries, the technology disclosed in Patent Document 5 is also related to recycling.

そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、リチウムイオン二次電池自体をリユースできるリチウムイオン二次電池の再生方法を提供することを目的とする。 In view of the problems of the above-mentioned conventional techniques, one aspect of the present invention aims to provide a method for regenerating a lithium ion secondary battery that allows the lithium ion secondary battery itself to be reused.

上記課題を解決するため本発明の一側面によれば、
複数回充放電を行ったリチウムイオン二次電池である消耗リチウムイオン二次電池を放電し、再生準備済みリチウムイオン二次電池とする準備工程と、
前記再生準備済みリチウムイオン二次電池の負極である使用負極を、リチウムを含むリチウム補充用電極に交換し、再生処理前リチウムイオン二次電池とする第1交換工程と、
前記再生処理前リチウムイオン二次電池を放電し、再生処理済みリチウムイオン二次電池とする再生工程と、
前記再生処理済みリチウムイオン二次電池の前記リチウム補充用電極を、前記使用負極、または未使用の負極と交換し、再生リチウムイオン二次電池を得る第2交換工程と、を有するリチウムイオン二次電池の再生方法を提供する。
According to one aspect of the present invention to solve the above problems,
a preparation step of discharging a depleted lithium ion secondary battery, which is a lithium ion secondary battery that has been charged and discharged multiple times, into a lithium ion secondary battery ready for regeneration;
A first replacement step of replacing the used negative electrode, which is the negative electrode of the regeneration-prepared lithium ion secondary battery, with a lithium replenishment electrode containing lithium to obtain a pre-regeneration lithium ion secondary battery;
a regeneration step of discharging the pre-reprocessed lithium ion secondary battery to obtain a reprocessed lithium ion secondary battery;
a second exchange step of replacing the lithium replenishment electrode of the recycled lithium ion secondary battery with the used negative electrode or an unused negative electrode to obtain a recycled lithium ion secondary battery. Provides a method for recycling batteries.

本発明の一側面によれば、リチウムイオン二次電池自体をリユースできるリチウムイオン二次電池の再生方法を提供することが可能となる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a method for recycling a lithium ion secondary battery that allows the lithium ion secondary battery itself to be reused.

本発明の一実施形態に係る、リチウムイオン二次電池の再生方法を示す工程フロー図である。1 is a process flow diagram showing a method for regenerating a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る、再生リチウムイオン二次電池を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a regenerated lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
[リチウムイオン二次電池の再生方法]
本発明の発明者は、リチウムイオン二次電池自体をリユースできるリチウムイオン二次電池の再生方法について検討するに当って、リチウムイオン二次電池の老朽化および消耗についての機構、中でも特に重要である、インターカレーション反応に寄与するリチウムの挙動に関して、鋭意研究を積み重ねた。その結果、リチウムイオン二次電池のリチウム(リチウムイオン)を不活性化、すなわちインターカレーション反応に寄与しない不活性リチウムとさせる主因子として、正極側に起因するカチオンミキシングの発生によるリチウムの固定化と、負極側に起因するSEI(Solid Electrolyte Interphase)被膜形成によるリチウムの固定化の2つが挙げられることを見出した。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments, and the following embodiments may be implemented without departing from the scope of the present invention. Various modifications and substitutions can be made to .
[How to recycle lithium ion secondary batteries]
In considering a method for regenerating a lithium ion secondary battery that allows the lithium ion secondary battery itself to be reused, the inventors of the present invention have identified the mechanism of aging and wear and tear of a lithium ion secondary battery, which is particularly important. , conducted intensive research on the behavior of lithium, which contributes to intercalation reactions. As a result, the main factor that makes the lithium (lithium ion) in lithium ion secondary batteries inactive, that is, turns it into inactive lithium that does not contribute to the intercalation reaction, is the immobilization of lithium due to the occurrence of cation mixing originating from the positive electrode side. It has been found that the following two methods can be mentioned: and lithium immobilization due to the formation of a SEI (Solid Electrolyte Interphase) film originating from the negative electrode side.

そして、上記固定化によりインターカレーション反応に寄与しなくなったリチウム(以下、「不活性リチウム」とも記載する)に対し、新たなリチウムを補充することで、リチウムイオン二次電池としての形態を損なわず、放電容量を回復させ、リチウムイオン二次電池の再生が可能であることを見出し、本発明を完成させた。 Then, by replenishing new lithium to the lithium that no longer contributes to the intercalation reaction due to the above immobilization (hereinafter also referred to as "inactive lithium"), the form as a lithium ion secondary battery is impaired. First, they discovered that it is possible to restore the discharge capacity and regenerate lithium ion secondary batteries, and completed the present invention.

ここではまずリチウムイオン二次電池の老朽化、および消耗のメカニズムについて説明する。
1.リチウムイオン二次電池の老朽化および消耗
リチウムイオン二次電池の充放電を行う際、リチウムイオン二次電池の内部では、リチウムイオンが正極および負極で挿入・脱離されるインターカレーション反応が生じている。しかしながら、充放電を繰り返し行うと、上述のように係るインターカレーション反応に寄与しなくなった不活性リチウムが生じる場合がある。不活性リチウムの量によっては、リチウムイオン二次電池の充放電容量が低下し、老朽化、消耗する場合がある。
Here, we will first explain the aging and consumption mechanisms of lithium ion secondary batteries.
1. Aging and depletion of lithium ion secondary batteries When charging and discharging lithium ion secondary batteries, an intercalation reaction occurs inside the lithium ion secondary battery in which lithium ions are inserted and desorbed at the positive and negative electrodes. There is. However, when charging and discharging are repeated, inactive lithium that no longer contributes to the intercalation reaction may be generated as described above. Depending on the amount of inert lithium, the charge/discharge capacity of the lithium ion secondary battery may decrease, leading to deterioration and wear and tear.

係るリチウムイオン二次電池の老朽化および消耗についての主因子、つまり、リチウムイオン二次電池が含有するリチウムを不活性化させる主因子は、正極側、および負極側のどちらにも包含されている。
(1)正極側の主因子
まず、正極側に関しては、リチウムイオン二次電池に、例えばニッケル組成比の高い正極活物質を用いた場合、高い容量密度が得られる反面、2価のニッケルイオンの割合も増える。このため、正極活物質の結晶の例えば空間群R-3mにおいて、3aサイトに存在する1価のリチウムイオンと、3bサイトに存在する2価のニッケルイオンが入れ替わる、カチオンミキシングが発生し易くなる。
The main factors for aging and consumption of such lithium ion secondary batteries, that is, the main factors for inactivating the lithium contained in the lithium ion secondary batteries, are included in both the positive electrode side and the negative electrode side. .
(1) Main factors on the positive electrode side First, regarding the positive electrode side, for example, when a positive electrode active material with a high nickel composition ratio is used in a lithium ion secondary battery, a high capacity density can be obtained. The percentage will also increase. Therefore, in space group R-3m of the crystal of the positive electrode active material, for example, cation mixing is likely to occur, in which monovalent lithium ions present at the 3a site and divalent nickel ions present at the 3b site are replaced.

カチオンミキシングは、以下の(A)、(B)等の理由から生じると考えられている。(A)1価のリチウムイオンのイオン半径と、2価のニッケルイオンのイオン半径が、かなり近値であること。(B)正極活物質製造時の焼成工程における、炉内の酸素濃度不足による2価のニッケルイオンの増加や、過剰な焼成、例えば高い焼成温度や、長い焼成時間により正極活物質へのダメージが増加すること。 Cation mixing is thought to occur for reasons such as (A) and (B) below. (A) The ionic radius of monovalent lithium ions and the ionic radius of divalent nickel ions are quite close. (B) During the firing process during the production of the positive electrode active material, damage to the positive electrode active material may occur due to an increase in divalent nickel ions due to insufficient oxygen concentration in the furnace, or excessive firing, such as high firing temperature or long firing time. To increase.

カチオンミキシングが生じると、正極活物質のリチウム席占有率、すなわち例えば3aサイトを占めるリチウムの割合が低下し、充放電時に挿入・脱離されるリチウム量が減少するので、容量密度が低下する。そして、正極活物質のリチウム席占有率が低下すると、マンガンやコバルトよりも、ニッケルの方が、リチウムの代わりに例えば空間群R-3mの3aサイトを占有し易い。このため、3aサイトを占有しなくなったリチウムはニッケルが配置されていた3bサイトを占有することになる。 When cation mixing occurs, the lithium seat occupancy rate of the positive electrode active material, that is, the proportion of lithium occupying, for example, the 3a site, decreases, and the amount of lithium intercalated and deintercalated during charging and discharging decreases, resulting in a decrease in capacity density. When the lithium site occupancy rate of the positive electrode active material decreases, nickel tends to occupy, for example, the 3a site in space group R-3m instead of lithium, rather than manganese or cobalt. Therefore, lithium that no longer occupies the 3a site occupies the 3b site where nickel was located.

上述のカチオンミキシングがリチウムに及ぼす影響は、部分的かつ限定的ではあるものの、その一方で、例えばニッケルイオンの代わりに3bサイトを占有したリチウムは固定化され、充放電にはほとんど寄与できなくなり、不活性リチウムとなる。しかも、リチウムの代わりに3aサイトを占有した金属イオンも固定化され、これにより、リチウムが正極活物質に挿入可能な領域をも、損失することになる。 Although the effect of the above-mentioned cation mixing on lithium is partial and limited, on the other hand, for example, lithium that occupies the 3b site instead of nickel ions is immobilized and can hardly contribute to charging and discharging. Becomes inert lithium. Moreover, the metal ions occupying the 3a site instead of lithium are also immobilized, and as a result, the region in which lithium can be inserted into the positive electrode active material is also lost.

ここでは、ニッケル組成比の高い、結晶の空間群がR-3mの正極活物質の場合を例に説明したが、他の金属や、他の空間群を有するリチウムイオン二次電池用正極活物質の場合であっても、繰り返し充放電を行った際に、同様にカチオンミキシングを起こし、不活性リチウムを生じる場合がある。なお、以下の説明の中でも、結晶の空間群がR-3mの正極活物質の場合を例に説明することがあるが、本実施形態のリチウムイオン二次電池の再生方法は、係る正極活物質を有するリチウムイオン二次電池だけではなく、各種リチウムイオン二次電池に適用することができる。
(2)負極側の主因子
次に、負極側に関しては、リチウムイオン二次電池を繰り返し充放電を行うと、負極の表面上に、厚さが50nmにも満たない薄膜である、SEI(Solid Electrolyte Interphase)被膜が形成される。SEI被膜とは、電解質の還元分解により、負極の表面上に形成される、リチウム、炭素、酸素、フッ素、リン、ケイ素などを含んだ、フッ化リチウム、リチウムアルキルカーボネート、炭酸リチウム、酸化リチウムの様な、複数の無機リチウム化合物や、有機リチウム化合物を含む複合体である。
Here, we have explained the case of a positive electrode active material with a high nickel composition ratio and a crystal space group of R-3m, but other metals and positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries with other space groups are used. Even in this case, cation mixing may similarly occur during repeated charging and discharging, resulting in inactive lithium. In addition, in the following explanation, the case of a positive electrode active material whose crystal space group is R-3m may be explained as an example, but the method for regenerating a lithium ion secondary battery of this embodiment It can be applied not only to a lithium ion secondary battery having a lithium ion secondary battery but also to various lithium ion secondary batteries.
(2) Main factors on the negative electrode side Next, regarding the negative electrode side, when a lithium ion secondary battery is repeatedly charged and discharged, SEI (Solid), a thin film less than 50 nm thick, forms on the surface of the negative electrode. An Electrolyte Interphase) coating is formed. SEI film is a film of lithium fluoride, lithium alkyl carbonate, lithium carbonate, lithium oxide containing lithium, carbon, oxygen, fluorine, phosphorus, silicon, etc., which is formed on the surface of the negative electrode by reductive decomposition of the electrolyte. It is a complex containing multiple inorganic lithium compounds and organic lithium compounds.

SEI被膜は、イオン伝導性をもつ一方、電子伝導性をもたないことで、リチウムイオンを負極へ適度に取り込む役割を果たしつつ、電解質が負極上で分解するのを抑える働きをしている。このため、仮にSEI被膜が無ければ、電解質の分解が促進され、ひいては電池の動作が停止することにもつながるので、一定のSEI被膜が形成されていることは好ましい。 Although the SEI film has ionic conductivity, it does not have electronic conductivity, so it plays the role of incorporating a suitable amount of lithium ions into the negative electrode while also suppressing the decomposition of the electrolyte on the negative electrode. For this reason, if there is no SEI coating, the decomposition of the electrolyte will be accelerated and the operation of the battery will eventually stop, so it is preferable that a certain SEI coating be formed.

しかし、リチウムイオン二次電池の充放電が繰り返されると、SEI被膜の膜厚が変化する場合がある。SEI被膜の膜厚が薄くなると、電解質の分解反応が進み過ぎる場合がある。逆に、膜厚が厚くなると、電気抵抗が増加したりするほか、SEI被膜の形成自体にリチウムが使用され、SEI被膜の内部にもリチウムが捕捉され、固定化されることにより、充放電容量が減少したりする場合がある。このようにリチウムイオン二次電池の充放電を繰り返した際に、SEI被膜の膜厚が変化すると、電池の寿命および効率に悪影響を及ぼす恐れがある。従って、リチウムイオン二次電池の性能を高めるには、SEI被膜の膜厚を安定して制御することが好ましい。 However, when a lithium ion secondary battery is repeatedly charged and discharged, the thickness of the SEI coating may change. When the thickness of the SEI film becomes thin, the decomposition reaction of the electrolyte may proceed too much. Conversely, as the film thickness increases, electrical resistance increases, and lithium is used in the formation of the SEI film itself, and lithium is captured and immobilized inside the SEI film, resulting in a decrease in charge/discharge capacity. may decrease. When the lithium ion secondary battery is repeatedly charged and discharged in this way, if the thickness of the SEI coating changes, there is a possibility that the battery life and efficiency will be adversely affected. Therefore, in order to improve the performance of a lithium ion secondary battery, it is preferable to stably control the thickness of the SEI coating.

しかしながら、SEI被膜形成の詳細なメカニズムは、現在のところ不明であり、その制御は極めて困難であるため、これから更にSEI被膜の評価方法が進歩し、そのメカニズムが解明されれば、今後、リチウムイオン二次電池の性能向上に、大いに役立つものと考えられる。
(3)消耗リチウムイオン二次電池
この様に、未使用のリチウムイオン二次電池は、長期間使用されることで、正極側のカチオンミキシングや、負極側のSEI被膜の形成などの影響を受け、老朽化した消耗リチウムイオン二次電池となる。ところが、カチオンミキシング、SEI被膜の形成のどちらも、一旦起こってしまうと、それらにより固定化されたリチウムは、インターカレーション反応に寄与する機能を奪われたまま元に戻らなくなる。このため、消耗リチウムイオン二次電池を、なるべく未使用のリチウムイオン二次電池の状態にまで戻し、再生するためには、何らかの方法で、固定化された不足分のリチウムを補充する必要がある。
However, the detailed mechanism of SEI film formation is currently unknown and its control is extremely difficult. Therefore, if SEI film evaluation methods advance further and the mechanism is clarified, lithium ion It is believed that this will be of great help in improving the performance of secondary batteries.
(3) Consumable lithium ion secondary battery As described above, when an unused lithium ion secondary battery is used for a long period of time, it is affected by cation mixing on the positive electrode side and SEI film formation on the negative electrode side. , it becomes an old and consumable lithium ion secondary battery. However, once both the cation mixing and the formation of the SEI film occur, the lithium immobilized by them is no longer able to return to its original state, with its function contributing to the intercalation reaction taken away. Therefore, in order to restore and regenerate a depleted lithium-ion secondary battery to the state of an unused lithium-ion secondary battery, it is necessary to replenish the fixed amount of lithium in some way. .

本発明の発明者は、上記知見に基づきリチウムイオン二次電池の再生方法を完成させた。以下、本実施形態のリチウムイオン二次電池の再生方法を説明する。
2.リチウムイオン二次電池の再生方法
本実施形態のリチウムイオン二次電池の再生方法について説明する。
The inventor of the present invention has completed a method for regenerating a lithium ion secondary battery based on the above knowledge. Hereinafter, a method for regenerating a lithium ion secondary battery according to this embodiment will be explained.
2. Method for regenerating a lithium ion secondary battery A method for regenerating a lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be described.

本実施形態のリチウムイオン二次電池の再生方法は図1に示したフローチャートに従って実施することができ、以下の工程を有することができる。
複数回充放電を行ったリチウムイオン二次電池である消耗リチウムイオン二次電池を放電し、再生準備済みリチウムイオン二次電池とする準備工程。
再生準備済みリチウムイオン二次電池の負極である使用負極を、リチウムを含むリチウム補充用電極に交換し、再生処理前リチウムイオン二次電池とする第1交換工程。
再生処理前リチウムイオン二次電池を放電し、再生処理済みリチウムイオン二次電池とする再生工程。
再生処理済みリチウムイオン二次電池のリチウム補充用電極を、使用負極、または未使用の負極と交換し、再生リチウムイオン二次電池を得る第2交換工程。
既述の様に、本発明の発明者らの検討によれば、複数回充放電を行ったリチウムイオン二次電池である消耗リチウムイオン二次電池が含有するリチウムの少なくとも一部は、正極側のカチオンミキシングや、負極側のSEI被膜により固定化され、不活性リチウムとなっている。このため、係る消耗リチウムイオン二次電池を再生させるためには、固定化された不足分のリチウムを補充する必要がある。
The method for regenerating a lithium ion secondary battery according to the present embodiment can be carried out according to the flowchart shown in FIG. 1, and can include the following steps.
A preparation process in which a depleted lithium ion secondary battery, which is a lithium ion secondary battery that has been charged and discharged multiple times, is discharged to become a lithium ion secondary battery ready for regeneration.
A first replacement step in which the used negative electrode, which is the negative electrode of the lithium ion secondary battery prepared for regeneration, is replaced with a lithium replenishment electrode containing lithium to obtain a lithium ion secondary battery before regeneration treatment.
A regeneration process in which a pre-reprocessed lithium ion secondary battery is discharged to become a reprocessed lithium ion secondary battery.
A second exchange step of replacing the lithium replenishing electrode of the recycled lithium ion secondary battery with a used negative electrode or an unused negative electrode to obtain a recycled lithium ion secondary battery.
As mentioned above, according to the studies conducted by the inventors of the present invention, at least a portion of the lithium contained in a consumable lithium ion secondary battery, which is a lithium ion secondary battery that has been charged and discharged multiple times, is located on the positive electrode side. It is fixed by cation mixing and SEI coating on the negative electrode side, and becomes inactive lithium. Therefore, in order to regenerate such a consumable lithium ion secondary battery, it is necessary to replenish the short amount of fixed lithium.

そこで、本発明の発明者がリチウムの補充方法について検討した。 Therefore, the inventor of the present invention investigated a method for replenishing lithium.

その結果、リチウムを含み、リチウムを供給、補充可能なリチウム補充用電極を用いることで、固定化された不足分のリチウムを補充可能であることを見出した。すなわち、消耗リチウムイオン二次電池から使用した使用負極を取り出し、リチウム補充用電極に交換し、該リチウム補充用電極を用いてリチウムを補充できることを見出した。 As a result, they discovered that by using a lithium replenishment electrode that contains lithium and is capable of supplying and replenishing lithium, it is possible to replenish the immobilized lithium shortage. That is, it has been found that a used negative electrode can be taken out from a depleted lithium ion secondary battery, replaced with a lithium replenishment electrode, and lithium can be replenished using the lithium replenishment electrode.

そして、リチウム補充用電極を用いてリチウムを補充することで、元の消耗リチウムイオン二次電池の形態を損なわず、放電容量を回復させた再生リチウムイオン二次電池にできることを見出した。 They also discovered that by replenishing lithium using a lithium replenishment electrode, it is possible to create a regenerated lithium ion secondary battery with restored discharge capacity without damaging the original form of the consumable lithium ion secondary battery.

本実施形態のリチウムイオン二次電池の再生方法によれば、電解質が液体、固体いずれの場合でも適用できる。このため、固体電解質を用いることで負極側のSEI被膜形成などの影響が小さく、劣化が起こり難いと言われている、全固体二次電池にも適用可能である。 The method for regenerating a lithium ion secondary battery of the present embodiment can be applied regardless of whether the electrolyte is liquid or solid. Therefore, by using a solid electrolyte, the influence of SEI film formation on the negative electrode side is small, and it is said that deterioration is unlikely to occur.It is also applicable to all-solid-state secondary batteries.

以下、本実施形態のリチウムイオン二次電池の再生方法の各工程について詳述する。なお、各工程の名称の後に、図1でのステップの番号をそれぞれあわせて示している。
(1)準備工程(S11)
準備工程では、複数回充放電を行ったリチウムイオン二次電池である消耗リチウムイオン二次電池を放電し、再生準備済みリチウムイオン二次電池とすることができる。
Each step of the method for regenerating a lithium ion secondary battery of this embodiment will be described in detail below. Note that after the name of each step, the step number in FIG. 1 is also shown.
(1) Preparation process (S11)
In the preparation step, a depleted lithium ion secondary battery, which is a lithium ion secondary battery that has been charged and discharged multiple times, can be discharged to become a lithium ion secondary battery ready for regeneration.

リチウムイオン二次電池においては、複数回充放電を行うことで、インターカレーション反応に寄与するリチウムの一部が不活性化し、充放電時のインターカレーション反応に寄与しない不活性リチウムとなる。そして、係る複数回充放電を行ったリチウムイオン二次電池は、上記不活性リチウムを含む消耗リチウムイオン二次電池となっている。 In a lithium ion secondary battery, by performing charging and discharging multiple times, a portion of the lithium that contributes to the intercalation reaction is inactivated, and becomes inactive lithium that does not contribute to the intercalation reaction during charging and discharging. The lithium ion secondary battery that has been charged and discharged multiple times has become a consumable lithium ion secondary battery containing the inert lithium.

そこで、準備工程(S11)ではまず、消耗リチウムイオン二次電池を放電し、不活性リチウム以外のリチウムを負極から正極に移動させ、再生準備済みリチウムイオン二次電池とすることができる。 Therefore, in the preparation step (S11), the depleted lithium ion secondary battery is first discharged, and lithium other than inactive lithium is transferred from the negative electrode to the positive electrode, thereby making it possible to prepare a regeneration-ready lithium ion secondary battery.

既述の様に、カチオンミキシングやSEI被膜の形成により、リチウムの不活性化が一旦起こってしまうと、生じた不活性リチウムは、機能を奪われたまま元に戻らなくなる。さらに、カチオンミキシングでは、例えば正極活物質の結晶の空間群R-3mにおいて、本来挿入されるべきリチウムの代わりに、3aサイトを占有した金属のせいで、リチウムの挿入可能な領域も減少している。 As described above, once lithium is inactivated due to cation mixing or the formation of an SEI film, the inactive lithium that is generated will not return to its original state with its function deprived. Furthermore, in cation mixing, for example, in the space group R-3m of the crystal of the positive electrode active material, the area where lithium can be inserted is reduced due to the metal occupying the 3a site instead of the lithium that should be inserted. There is.

そこで、準備工程では、放電を行うことにより、不活性リチウム以外のリチウムを、例えば3aサイトの中で、カチオンミキシングの影響を受けていない領域に移動させることが目的となる。但し、消耗リチウムイオン二次電池が、既に放電されており、不活性リチウム以外のリチウムが、負極から正極に移動している場合には、係る既になされた放電を準備工程とし、新たに準備工程を実施しなくてもよい。 Therefore, the purpose of the preparation step is to move lithium other than inactive lithium to a region not affected by cation mixing, for example, in the 3a site, by performing discharge. However, if the consumable lithium ion secondary battery has already been discharged and lithium other than inactive lithium has moved from the negative electrode to the positive electrode, the already performed discharge will be treated as a preparation process and a new preparation process will be started. It is not necessary to carry out.

既述の様に消耗リチウムイオン二次電池の構成は特に限定されず、消耗リチウムイオン二次電池は、電解質として、電解液を用いたリチウムイオン二次電池であっても、電解質として固体電解質を用いたいわゆる全固体電池のいずれであってもよい。すなわち、消耗リチウムイオン二次電池は、正極活物質を含む正極、負極活物質を含む負極、セパレータ、および電解液を有するか、正極活物質を含む正極、負極活物質を含む負極、および固体電解質を有することができる。なお、いずれも場合も必要に応じて任意の部材をさらに有することもできる。 As mentioned above, the configuration of a consumable lithium ion secondary battery is not particularly limited, and a consumable lithium ion secondary battery may be a lithium ion secondary battery that uses an electrolyte as an electrolyte, or a solid electrolyte as an electrolyte. Any of the so-called all-solid-state batteries used may be used. That is, a consumable lithium ion secondary battery has a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, a separator, and an electrolyte, or a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, and a solid electrolyte. can have. Note that in either case, it is also possible to further include arbitrary members as necessary.

また、消耗リチウムイオン二次電池の正極が有する正極活物質の構成も特に限定されないが、特に複数回の充放電を行うことでカチオンミキシングを起こしやすい正極活物質の場合に、本実施形態のリチウムイオン二次電池の再生方法は特に高い効果を発揮できる。このため、消耗リチウムイオン二次電池は、正極活物質を含む正極を備えており、正極活物質が、ニッケル、およびコバルトを含むことが好ましい。 In addition, the configuration of the positive electrode active material included in the positive electrode of the consumable lithium ion secondary battery is not particularly limited, but in the case of a positive electrode active material that is likely to cause cation mixing especially after being charged and discharged multiple times, the lithium of this embodiment The method for regenerating ion secondary batteries can exhibit particularly high effects. Therefore, the consumable lithium ion secondary battery is equipped with a positive electrode containing a positive electrode active material, and it is preferable that the positive electrode active material contains nickel and cobalt.

既述の様に消耗リチウムイオン二次電池が有する、正極活物質、および負極の表面に形成されたSEI被膜から選択された1種類以上が、消耗リチウムイオン二次電池の充放電時のインターカレーション反応に寄与しないリチウムである不活性リチウムを含んでいる。正極活物質においては、例えば既述の様に正極活物質の結晶の空間群R-3mの3bサイトに不活性リチウムが含まれている。
(2)第1交換工程(S12)
第1交換工程では、再生準備済みリチウムイオン二次電池の負極である使用負極を、リチウムを含むリチウム補充用電極に交換し、再生処理前リチウムイオン二次電池とすることができる。
As mentioned above, one or more selected from the positive electrode active material and the SEI film formed on the surface of the negative electrode of the consumable lithium ion secondary battery is intercalated during charging and discharging of the consumable lithium ion secondary battery. Contains inert lithium, which is lithium that does not contribute to the reaction. In the positive electrode active material, for example, as described above, inert lithium is contained in the 3b site of the space group R-3m of the crystal of the positive electrode active material.
(2) First exchange step (S12)
In the first replacement step, the used negative electrode, which is the negative electrode of the lithium ion secondary battery prepared for regeneration, is replaced with a lithium replenishment electrode containing lithium, thereby making it possible to obtain a lithium ion secondary battery before regeneration treatment.

上記の準備工程において、消耗リチウムイオン二次電池に含まれる、不活性リチウム以外のリチウムを、例えばリチウムサイトである3aサイトの中で、カチオンミキシングの影響を受けていない領域に移動させている。しかし、消耗リチウムイオン二次電池の正極のうち、SEI被膜の形成自体に使用されたリチウムや、SEI被膜の内部で固定化されたリチウムなどのリチウムが挿入される筈であった分の領域は、まだ空いたままの状態となっている。係る正極のリチウムが挿入可能な領域に、後述する再生工程で新たなリチウムを挿入するべく、消耗リチウムイオン二次電池で用いられていた負極である使用負極の代わりに、リチウムの供給源となるリチウム補充用電極に交換することが本工程の目的となる。リチウム補充用電極はリチウムを補充するための電極であることから、リチウムを含むことが好ましい。リチウム補充用電極としては、例えば金属リチウム、リチウム合金、リチウム金属酸化物等から選択された1種類以上を材料として有する電極を用いることができる。 In the above preparation step, lithium other than inactive lithium contained in the consumable lithium ion secondary battery is moved to a region not affected by cation mixing, for example, in the 3a site, which is a lithium site. However, in the positive electrode of a consumable lithium-ion secondary battery, the area where lithium such as lithium used for forming the SEI coating itself or lithium immobilized inside the SEI coating was supposed to be inserted is , which remains vacant. In order to insert new lithium into the region of the positive electrode into which lithium can be inserted in the regeneration process described later, it becomes a lithium supply source in place of the used negative electrode, which is the negative electrode used in the consumable lithium ion secondary battery. The purpose of this process is to replace the electrode with a lithium replenishment electrode. Since the lithium replenishment electrode is an electrode for replenishing lithium, it is preferable that it contains lithium. As the lithium replenishment electrode, for example, an electrode having at least one material selected from metallic lithium, lithium alloy, lithium metal oxide, etc. can be used.

なお、リチウムを含むリチウム補充用電極は、コスト等の観点から車載用等では一般的に用いられておらず、ハーフセルによる正極活物質の性能評価など電池試験・評価用の負極活物質として用いられているのみであった。しかし、上記リチウムを含むリチウム補充用電極は、リチウムイオン二次電池に新たなリチウムを補充することが目的であり、補充が終われば、後述する様に元の使用負極や未使用負極に交換するため、係るリチウムを含むリチウム補充用電極を用いたとしてもコストも十分に抑制できる。
(3)再生工程(S13)
再生工程では、再生処理前リチウムイオン二次電池を放電し、再生処理済みリチウムイオン二次電池とすることができる。
Note that lithium replenishment electrodes containing lithium are not generally used in automotive applications due to cost and other reasons, and are used as negative electrode active materials for battery testing and evaluation, such as half-cell performance evaluation of positive electrode active materials. The only thing that happened was that However, the purpose of the above-mentioned lithium replenishment electrode containing lithium is to replenish new lithium to the lithium ion secondary battery, and once replenishment is completed, it must be replaced with the original used negative electrode or an unused negative electrode, as described below. Therefore, even if a lithium replenishment electrode containing such lithium is used, the cost can be sufficiently suppressed.
(3) Regeneration process (S13)
In the regeneration step, the lithium ion secondary battery before the regeneration process can be discharged to become a regenerated lithium ion secondary battery.

具体的には、第1交換工程で得られた、再生処理前リチウムイオン二次電池を放電し、リチウム補充用電極から正極に新たなリチウムを移動させ、再生処理済みリチウムイオン二次電池を得ることができる。再生工程で、リチウム補充用電極を配置した再生処理前リチウムイオン二次電池を放電することで、リチウム補充用電極から新たなリチウムイオンが供給される。このため、例えば正極活物質の結晶の空間群R-3mにおいて、3aサイトの中で、カチオンミキシングの影響を受けていない領域のうち、空いたままの状態となっている箇所へ、新たなリチウムを挿入・補充することができる。
(4)第2交換工程(S14)
第2交換工程では、再生処理済みリチウムイオン二次電池のリチウム補充用電極を、使用負極、または未使用の負極と交換し、再生リチウムイオン二次電池を得ることができる。
Specifically, the pre-recycled lithium ion secondary battery obtained in the first exchange step is discharged, new lithium is transferred from the lithium replenishment electrode to the positive electrode, and a regenerated lithium ion secondary battery is obtained. be able to. In the regeneration process, new lithium ions are supplied from the lithium replenishment electrode by discharging the unregenerated lithium ion secondary battery in which the lithium replenishment electrode is disposed. For this reason, for example, in the space group R-3m of the crystal of the positive electrode active material, new lithium is added to the vacant region of the 3a site that is not affected by cation mixing. can be inserted and replenished.
(4) Second exchange step (S14)
In the second replacement step, the lithium replenishment electrode of the regenerated lithium ion secondary battery is replaced with a used negative electrode or an unused negative electrode to obtain a regenerated lithium ion secondary battery.

再生処理済みリチウムイオン二次電池のリチウム補充用電極を、消耗リチウムイオン二次電池で用いていた元の負極である使用負極、または未使用負極に交換し、再生リチウムイオン二次電池とすることができる。 Replacing the lithium replenishment electrode of a recycled lithium ion secondary battery with a used negative electrode, which is the original negative electrode used in the depleted lithium ion secondary battery, or with an unused negative electrode to create a recycled lithium ion secondary battery. Can be done.

リチウム補充用電極をそのまま負極として用いた場合、長期間にわたる充放電の繰り返しの過程で、リチウムデンドライト、すなわち樹枝状のリチウム析出物が成長し、係る析出物よるセパレータ等の損傷・貫通が起こり、場合によっては内部短絡等を生じる恐れがある。このほか、コスト面でも大きな負荷となるため、使用負極または未使用負極に交換することが好ましい。 If the lithium replenishment electrode is used as it is as a negative electrode, lithium dendrites, that is, dendritic lithium precipitates will grow during the long period of repeated charging and discharging, and such precipitates will damage and penetrate the separator, etc. In some cases, internal short circuits may occur. In addition, it is preferable to replace the negative electrode with a used negative electrode or an unused negative electrode since it is a large burden in terms of cost.

使用負極、および未使用の負極としては、炭素を含む電極を好適に用いることができる。すなわち、使用負極、および未使用の負極は炭素を含むことができる。 As the used negative electrode and the unused negative electrode, an electrode containing carbon can be suitably used. That is, the used negative electrode and the unused negative electrode can contain carbon.

なお、使用負極の表面上にはSEI被膜が形成されている場合がある。このため、SEI被膜を予め解析し、SEI被膜の膜厚が厚過ぎるなどの不具合がある場合には、未使用負極に交換するのが好ましい。また、使用負極において、リチウムを吸蔵できる容量が不足していると考えられる場合にも、未使用負極に交換するのが好ましい。 Note that an SEI film may be formed on the surface of the negative electrode used. Therefore, it is preferable to analyze the SEI film in advance and, if there is a problem such as the SEI film being too thick, to replace it with an unused negative electrode. Furthermore, even when it is thought that the capacity of the used negative electrode to store lithium is insufficient, it is preferable to replace it with an unused negative electrode.

SEI被膜の解析方法は特に限定されないが、例えばクロスセクションポリシャ加工-電界放射型走査電子顕微鏡(CP-FE-SEM)、集束イオンビーム加工-インレンズ走査電子顕微鏡(FIB-in-lensSEM)、X線光電子分光(X-ray photoelectron spectroscopy)、硬X線光電子分光(hard X-ray photoemission spectroscopy:HAXPES)、集束イオンビーム加工-透過電子顕微鏡-電子エネルギー損失分光(FIB-TEM-EELS)のほか、これらの様な分析・評価装置により分析できる。 The analysis method for the SEI film is not particularly limited, but examples include cross-section polisher processing-field emission scanning electron microscopy (CP-FE-SEM), focused ion beam processing-in-lens scanning electron microscopy (FIB-in-lens SEM), X-ray photoelectron spectroscopy, hard X-ray photoemission spectroscopy (HAXPES), focused ion beam processing-transmission electron microscopy-electron energy loss spectroscopy (FIB-TEM-EELS) In addition to It can be analyzed using analysis/evaluation equipment such as these.

第2交換工程においては、分解による電解液の減少が顕著であれば、電解液を補充することが好ましく、全固体二次電池ならば、固体電解質の劣化があれば、未使用ものと交換することが好ましい。その他、必要に応じてセパレータについても、点検等を行い、何か異常が発見されたなら、未使用ものと交換するのが好ましい。 In the second replacement process, if the electrolyte decreases significantly due to decomposition, it is preferable to replenish the electrolyte.For all-solid-state secondary batteries, if the solid electrolyte has deteriorated, replace it with an unused one. It is preferable. In addition, the separator is also inspected as necessary, and if any abnormality is found, it is preferable to replace it with an unused one.

以上、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の再生方法について、詳しく説明してきたが、この技術は、ある消耗リチウムイオン二次電池を、1回のみ再生するものではなく、複数回再生することもできる。すなわち、例えば、同じリチウムイオン二次電池に対して、使用→消耗→再生→再使用の操作を、何回も繰り返すことも可能である。 The method for regenerating a lithium ion secondary battery according to the present embodiment has been described in detail above, but this technology is not for regenerating a certain consumable lithium ion secondary battery only once, but for regenerating it multiple times. You can also do it. That is, for example, it is possible to repeat the operation of use → consumption → regeneration → reuse many times for the same lithium ion secondary battery.

この様に、本実施形態のリチウムイオン二次電池の再生方法によれば、リチウムイオン二次電池を何度でも再生することができ、リチウムイオン二次電池をリユースすることができる。
[再生リチウムイオン二次電池]
次に、本実施形態の再生リチウムイオン二次電池について説明する。
In this way, according to the method for regenerating a lithium ion secondary battery of this embodiment, a lithium ion secondary battery can be regenerated any number of times, and the lithium ion secondary battery can be reused.
[Recycled lithium ion secondary battery]
Next, the regenerated lithium ion secondary battery of this embodiment will be explained.

なお、本実施形態の再生リチウムイオン二次電池は、既述のリチウムイオン二次電池の再生方法により、消耗リチウムイオン二次電池を再生することで製造することができる。このため、既に説明した事項の一部は説明を省略する。 Note that the regenerated lithium ion secondary battery of this embodiment can be manufactured by regenerating a depleted lithium ion secondary battery using the method for regenerating a lithium ion secondary battery described above. For this reason, some of the matters already explained will be omitted.

本実施形態再生リチウムイオン二次電池は、未使用のリチウムイオン二次電池の充放電を複数回行い消耗リチウムイオン二次電池となった後、再生処理された再生リチウムイオン二次電池である。
そして、本実施形態の再生リチウムイオン二次電池は、含有するリチウムの量が、未使用のリチウムイオン電池よりも多く、再生リチウムイオン二次電池の充放電時のインターカレーション反応に寄与する活性リチウムの量を、消耗リチウムイオン二次電池よりも多くすることができる。さらに、インターカレーション反応に寄与しない不活性リチウムの量を、消耗リチウムイオン二次電池以下とすることができる。
The regenerated lithium ion secondary battery of this embodiment is a regenerated lithium ion secondary battery in which an unused lithium ion secondary battery is charged and discharged multiple times to become a consumable lithium ion secondary battery, and then regenerated.
The regenerated lithium ion secondary battery of this embodiment contains more lithium than an unused lithium ion battery, and has an active state that contributes to the intercalation reaction during charging and discharging of the regenerated lithium ion secondary battery. The amount of lithium can be made larger than that of a consumable lithium ion secondary battery. Furthermore, the amount of inert lithium that does not contribute to the intercalation reaction can be made equal to or less than the amount of the depleted lithium ion secondary battery.

図2は、本実施形態に係る、再生リチウムイオン二次電池を示す概略図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing a regenerated lithium ion secondary battery according to this embodiment.

本実施形態の再生リチウムイオン二次電池20は、正極21、負極22、および電解質23を有することができる。電解質23としては、電解液であってもよく、固体電解質であってもよい。なお、図2に示す様に必要に応じてセパレータ24や、電極等を収容する筐体25を有することもできる。 The regenerated lithium ion secondary battery 20 of this embodiment can have a positive electrode 21, a negative electrode 22, and an electrolyte 23. The electrolyte 23 may be an electrolytic solution or a solid electrolyte. Note that, as shown in FIG. 2, a housing 25 that accommodates a separator 24, electrodes, etc. can be provided as necessary.

既述の様にリチウムイオン二次電池においては、複数回充放電を行うことで、インターカレーション反応に寄与するリチウムの一部が不活性化し、充放電時のインターカレーション反応に寄与しない不活性リチウムとなる。係る複数回充放電を行ったリチウムイオン二次電池は、上記不活性リチウムを含む消耗リチウムイオン二次電池となっている。 As mentioned above, in lithium ion secondary batteries, by charging and discharging multiple times, some of the lithium that contributes to the intercalation reaction is inactivated, and some of the lithium that does not contribute to the intercalation reaction during charging and discharging becomes inactive. Becomes active lithium. A lithium ion secondary battery that has been charged and discharged multiple times has become a consumable lithium ion secondary battery containing the above-mentioned inert lithium.

そして、消耗リチウムイオン二次電池を再生する際、まず既述の第1交換工程で、消耗リチウムイオン二次電池の使用負極を、リチウム補充用電極に交換する。次いで、再生工程で、SEI被膜由来の不活性リチウムに相当する不足分のリチウム、別の言い方をすると、正極でのカチオンミキシング由来以外の不活性リチウムに相当する不足分のリチウムを、新たなリチウムにより補充する。その後、第2交換工程で、リチウム補充用電極を元の使用負極または未使用負極に交換することで再生リチウムイオン二次電池とすることができる。 When regenerating a depleted lithium ion secondary battery, first, in the first replacement step described above, the used negative electrode of the depleted lithium ion secondary battery is replaced with a lithium replenishment electrode. Next, in the regeneration step, the insufficient lithium corresponding to the inactive lithium derived from the SEI coating, or in other words, the insufficient lithium corresponding to the inactive lithium other than the one derived from cation mixing at the positive electrode, is replaced with new lithium. Replenish by Thereafter, in a second exchange step, the lithium replenishment electrode is replaced with the original used negative electrode or an unused negative electrode, thereby producing a regenerated lithium ion secondary battery.

このため、本実施形態の再生リチウムイオン二次電池は、正極21において、未使用のリチウムイオン二次電池を複数回充放電することで、カチオンミキシングにより生じた不活性リチウム211を含有している。また、正極21において、上記再生することで補充された新たな活性リチウム212をさらに含有している。なお、図2では不活性リチウム211や、新たな活性リチウム212を模式的に示しており、図2に示す様に、これらのリチウムが局在して存在することを意味するものではない。 Therefore, the regenerated lithium ion secondary battery of this embodiment contains inert lithium 211 generated by cation mixing in the positive electrode 21 by charging and discharging an unused lithium ion secondary battery multiple times. . In addition, the positive electrode 21 further contains new active lithium 212 replenished by the above-mentioned regeneration. Note that FIG. 2 schematically shows inactive lithium 211 and new active lithium 212, and does not mean that these lithiums exist locally as shown in FIG.

つまり、最終的に得られた再生リチウムイオン二次電池は、再生工程でさらにリチウムを補充しているため、リチウムイオン二次電池として再使用される前の状態において、含まれるリチウムの量(総量)が、当初の製造直後の未使用のリチウムイオン二次電池を超えることになる。また、同様の理由から、再生リチウムイオン二次電池は、含有するリチウムの量を、再生前の消耗リチウムイオン二次電池より多くすることができる。なお、ここでいうリチウムの総量とは、インターカレーション反応に寄与する活性リチウムと、不活性リチウムとの合計となる。 In other words, since the regenerated lithium-ion secondary battery finally obtained is further supplemented with lithium during the regeneration process, the amount of lithium it contains (total amount) before being reused as a lithium-ion secondary battery ) exceeds that of an unused lithium-ion secondary battery immediately after its original manufacture. Furthermore, for the same reason, a regenerated lithium ion secondary battery can contain a larger amount of lithium than a depleted lithium ion secondary battery before regeneration. Note that the total amount of lithium here is the sum of active lithium that contributes to the intercalation reaction and inactive lithium.

また、再生リチウムイオン二次電池では、上述の様に再生工程で、インターカレーション反応に寄与する活性リチウムを補充している。このため、インターカレーション反応に寄与する活性リチウムの量が、消耗リチウムイオン二次電池を超えることになる。ただし、消耗リチウムイオン二次電池においては、既述の様にカチオンミキシングにより、正極のリチウムサイトの一部は、ニッケル等の他の金属により占有されている。このため、再生工程において、活性リチウムの量を、未使用のリチウムイオン二次電池と同じ量まで回復させることができず、再生リチウムイオン二次電池における活性リチウムの量は、未使用のリチウムイオン二次電池よりも少なくなる。 Furthermore, in the regenerated lithium ion secondary battery, active lithium that contributes to the intercalation reaction is replenished in the regeneration process as described above. Therefore, the amount of active lithium that contributes to the intercalation reaction exceeds that of the exhausted lithium ion secondary battery. However, in a consumable lithium ion secondary battery, some of the lithium sites in the positive electrode are occupied by other metals such as nickel due to cation mixing as described above. Therefore, in the regeneration process, it is not possible to recover the amount of active lithium to the same amount as in an unused lithium ion secondary battery, and the amount of active lithium in a regenerated lithium ion secondary battery is equal to that of an unused lithium ion secondary battery. Less than secondary batteries.

さらに、再生リチウムイオン二次電池では、不活性リチウムの量を、消耗リチウムイオン二次電池以下にできる。ただし、不活性リチウムの量は、該不活性リチウムをほとんど含まない未使用のリチウムイオン二次電池ほど少なくすることはできないため、再生リチウムイオン二次電池においては、不活性リチウムの量が、未使用のリチウムイオン電池よりも多くなっている。 Furthermore, in a regenerated lithium ion secondary battery, the amount of inert lithium can be reduced to less than a consumable lithium ion secondary battery. However, the amount of inert lithium cannot be reduced as much as an unused lithium ion secondary battery that contains almost no inactive lithium, so in a regenerated lithium ion secondary battery, the amount of inert lithium is The use of lithium-ion batteries is increasing.

なお、消耗リチウムイオン二次電池を再生させた本実施形態の再生リチウムイオン二次電池においては、上述の様に再生処理で活性リチウムが補充することで、初期放電容量を、消耗リチウムイオン二次電池の再生処理の直前の放電容量よりも大きくできる。 In addition, in the regenerated lithium ion secondary battery of this embodiment in which a depleted lithium ion secondary battery is regenerated, by replenishing active lithium in the regeneration process as described above, the initial discharge capacity can be increased from the depleted lithium ion secondary battery. It can be made larger than the discharge capacity immediately before the battery is regenerated.

特に以下の式(1)で求められる放電容量回復率を10%以上とすることができる。
{(C-B)/(A-B)}×100(%)・・・(1)
A:未使用のリチウムイオン二次電池の初期放電容量(mAh/g)
B:消耗リチウムイオン二次電池の再生処理の直前の放電容量(mAh/g)
C:再生リチウムイオン二次電池の初期放電容量(mAh/g)
再生処理で、新たなリチウムの供給のために用いたリチウム補充用電極は、1回のみならず、繰り返し何回も使用でき、負極も、基本的に元の使用負極を再使用できる。このため、本実施形態の再生リチウムイオン二次電池により、リチウムイオン二次電池を分解・解体せず、エネルギーや資源の新たな消費を可能な限り削減して、リチウムイオン二次電池自体をリユースすることができる。
In particular, the discharge capacity recovery rate determined by the following equation (1) can be set to 10% or more.
{(CB)/(AB)}×100(%)...(1)
A: Initial discharge capacity of unused lithium ion secondary battery (mAh/g)
B: Discharge capacity (mAh/g) of a depleted lithium ion secondary battery just before regeneration treatment
C: Initial discharge capacity of recycled lithium ion secondary battery (mAh/g)
The lithium replenishment electrode used to supply new lithium in the regeneration process can be used not only once but many times, and the negative electrode can basically be reused. Therefore, by using the recycled lithium ion secondary battery of this embodiment, the lithium ion secondary battery itself can be reused without disassembling or disassembling the lithium ion secondary battery, reducing new consumption of energy and resources as much as possible. can do.

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be explained in more detail below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples in any way.

まず、実施例に対する空(ブランク)試験の位置付けとなる、比較例について説明する。
[比較例1]
NMC系正極活物質、および炭素系の負極活物質を有する負極を備えた未使用のリチウムイオン二次電池について、充放電を2000回繰り返したものを消耗リチウムイオン二次電池とした。NMC系正極活物質は、金属元素としてLi、Ni、Mn、Coを含有する酸化物であり、Ni、Mn、Coを物質量の比でNi:Mn:Co=8:1:1の割合で含有している。また、Liの、Li以外の金属に対する物質量の比がLi/金属=1.05となっている。また、消耗リチウムイオン二次電池は、正極活物質を含む正極、負極活物質を含む負極、セパレータ、および電解液を有し、正極活物質、および負極の表面に形成されたSEI被膜が、不活性リチウムを含んでいた。以下の他の実施例、比較例でも同様である。
First, a comparative example, which is a blank test for the example, will be described.
[Comparative example 1]
An unused lithium ion secondary battery equipped with a negative electrode having an NMC-based positive electrode active material and a carbon-based negative electrode active material was charged and discharged 2000 times to obtain a consumable lithium ion secondary battery. The NMC-based positive electrode active material is an oxide containing Li, Ni, Mn, and Co as metal elements, and Ni, Mn, and Co are contained in a material amount ratio of Ni:Mn:Co=8:1:1. Contains. Further, the ratio of the amount of Li to metals other than Li is Li/metal=1.05. In addition, a consumable lithium ion secondary battery has a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, a separator, and an electrolyte, and the SEI coating formed on the surfaces of the positive electrode active material and the negative electrode is Contains active lithium. The same applies to other Examples and Comparative Examples below.

また、本比較例で用いた消耗リチウムイオン二次電池は、不活性リチウム以外のリチウムは、既に正極へ移動済みであり、準備工程は既に実施され、再生準備済みリチウムイオン二次電池となっている。このため、ここでは以下の第1交換工程以降の操作を行った。 In addition, in the consumable lithium ion secondary battery used in this comparative example, lithium other than inactive lithium has already been transferred to the positive electrode, the preparation process has already been carried out, and the lithium ion secondary battery is ready for regeneration. There is. Therefore, here, the following operations after the first exchange step were performed.

再生準備済みリチウムイオン二次電池の負極である使用負極を、リチウム補充用電極と交換した(第1交換工程)。使用負極と交換するリチウム補充用電極には、リチウムを含有しない未使用の炭素系負極を使用した。 The used negative electrode, which is the negative electrode of the lithium ion secondary battery prepared for reproduction, was replaced with a lithium replenishment electrode (first replacement step). An unused carbon-based negative electrode containing no lithium was used as a lithium replenishment electrode to replace the used negative electrode.

次に、再生処理前リチウムイオン二次電池を放電することで再生処理を行った(再生工程)。これにより再生処理済みリチウムイオン二次電池とした。 Next, a regeneration process was performed by discharging the lithium ion secondary battery before the regeneration process (regeneration process). This resulted in a recycled lithium ion secondary battery.

そして、リチウム補充用電極を、再生準備済みリチウムイオン電池の負極であった使用負極に交換すると共に、電解液も補充して、再生リチウムイオン二次電池を得た(第2交換工程)。 Then, the lithium replenishment electrode was replaced with the used negative electrode that had been the negative electrode of the lithium ion battery prepared for regeneration, and the electrolyte was also replenished to obtain a regenerated lithium ion secondary battery (second replacement step).

未使用のリチウムイオン二次電池の初期放電容量、消耗リチウムイオン二次電池の再生処理の直前の放電容量、再生リチウムイオン二次電池の初期放電容量から、下記式(1)により、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率を求めた。
{(C-B)/(A-B)}×100(%)・・・(1)
A:未使用のリチウムイオン二次電池の初期放電容量(mAh/g)
B:消耗リチウムイオン二次電池の再生処理の直前の放電容量(mAh/g)
C:再生リチウムイオン二次電池の初期放電容量(mAh/g)
なお、放電容量は、各電池について、作製してから12時間程度放置し、開回路電圧OCV(open circuit voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.05mA/cmとしてカットオフ電圧4.3Vまで充電した後、10分間の休止後、カットオフ電圧2.5Vまで放電したときの容量を放電容量とした。消耗リチウムイオン二次電池の再生処理の直前の放電容量は、任意のタイミングで、開回路電圧が安定した後、同様にして測定した。
From the initial discharge capacity of an unused lithium ion secondary battery, the discharge capacity of a depleted lithium ion secondary battery just before regeneration processing, and the initial discharge capacity of a recycled lithium ion secondary battery, the following formula (1) is used to calculate the recycled lithium ion The discharge capacity recovery rate of the secondary battery was determined.
{(CB)/(AB)}×100(%)...(1)
A: Initial discharge capacity of unused lithium ion secondary battery (mAh/g)
B: Discharge capacity (mAh/g) of a depleted lithium ion secondary battery just before regeneration treatment
C: Initial discharge capacity of recycled lithium ion secondary battery (mAh/g)
Note that the discharge capacity was determined by setting the current density to the positive electrode to 0.05 mA/cm 2 and setting the cutoff voltage to 4 after leaving each battery for about 12 hours after manufacturing and stabilizing the open circuit voltage OCV (open circuit voltage). The discharge capacity was defined as the capacity when the battery was charged to .3V and then discharged to a cutoff voltage of 2.5V after a 10-minute pause. The discharge capacity of the exhausted lithium ion secondary battery immediately before the regeneration process was measured in the same manner at an arbitrary timing after the open circuit voltage became stable.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、0%であった。
[比較例2]
未使用のリチウムイオン二次電池の正極活物質として、金属元素としてLi、Ni、Mn、Coを含有する酸化物であり、Ni、Mn、Coを物質量の比でNi:Mn:Co=6:2:2の割合で含有し、Liの、Li以外の金属に対する物質量の比がLi/金属=1.04となっているNMC系正極活物質を用いた。以上の点以外は、比較例1と同様の手順でリチウムイオン二次電池の消耗、再生を行った。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, as shown in Table 1.
[Comparative example 2]
As a positive electrode active material of an unused lithium ion secondary battery, it is an oxide containing Li, Ni, Mn, and Co as metal elements, and the ratio of Ni, Mn, and Co is Ni:Mn:Co=6. An NMC-based positive electrode active material was used in which the ratio of Li to metals other than Li was Li/metal = 1.04. Except for the above points, the lithium ion secondary battery was consumed and regenerated in the same manner as in Comparative Example 1.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、0%であった。
[比較例3]
未使用のリチウムイオン二次電池の正極活物質として、金属元素としてLi、Ni、Co、Alを含有する酸化物であり、Ni、Co、Alを物質量の比でNi:Co:Al=9:0.7:0.3の割合で含有し、Liの、Li以外の金属に対する物質量の比がLi/金属=1.01となっているNCA系正極活物質を用いた。以上の点以外は、比較例1と同様の手順でリチウムイオン二次電池の消耗、再生を行った。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, as shown in Table 1.
[Comparative example 3]
As a positive electrode active material of an unused lithium ion secondary battery, it is an oxide containing Li, Ni, Co, and Al as metal elements, and the ratio of the amount of Ni, Co, and Al is Ni:Co:Al=9. :0.7:0.3, and the ratio of the amount of Li to metals other than Li was Li/metal=1.01. Except for the above points, the lithium ion secondary battery was consumed and regenerated in the same manner as in Comparative Example 1.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、0%であった。
[比較例4]
未使用のリチウムイオン二次電池の正極活物質として、金属元素としてLi、Ni、Co、Alを含有する酸化物であり、Ni、Co、Alを物質量の比でNi:Co:Al=8.2:1.5:0.3の割合で含有し、Liの、Li以外の金属に対する物質量の比がLi/金属=1.02となっているNCA系正極活物質を用いた。以上の点以外は、比較例1と同様の手順でリチウムイオン二次電池の消耗、再生を行った。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, as shown in Table 1.
[Comparative example 4]
As a positive electrode active material of an unused lithium ion secondary battery, it is an oxide containing Li, Ni, Co, and Al as metal elements, and the ratio of the amount of Ni, Co, and Al is Ni:Co:Al=8. An NCA-based positive electrode active material was used in which the ratio of Li to metals other than Li was Li/metal = 1.02. Except for the above points, the lithium ion secondary battery was consumed and regenerated in the same manner as in Comparative Example 1.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、0%であった。
[比較例5]
放電による再生処理の後、元の負極を戻さず、未使用の炭素系負極をそのまま使用した点以外は、比較例1と同様の手順を行った。すなわち、第2交換工程を実施せず、再生工程で得られた再生処理済みリチウムイオン二次電池を再生リチウムイオン二次電池とした。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, as shown in Table 1.
[Comparative example 5]
After the regeneration treatment by discharge, the same procedure as in Comparative Example 1 was performed except that the original negative electrode was not returned and the unused carbon-based negative electrode was used as it was. That is, the second exchange step was not performed, and the regenerated lithium ion secondary battery obtained in the regeneration step was used as a regenerated lithium ion secondary battery.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、0%であった。
[比較例6]
未使用のリチウムイオン二次電池の正極活物質として、金属元素としてLi、Ni、Mn、Coを含有する酸化物であり、Ni、Mn、Coを物質量の比でNi:Mn:Co=6:2:2の割合で含有し、Liの、Li以外の金属に対する物質量の比がLi/金属=1.04となっているNMC系正極活物質を用いた。以上の点以外は、比較例5と同様の手順でリチウムイオン二次電池の消耗、再生を行った。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, as shown in Table 1.
[Comparative example 6]
As a positive electrode active material of an unused lithium ion secondary battery, it is an oxide containing Li, Ni, Mn, and Co as metal elements, and the ratio of Ni, Mn, and Co is Ni:Mn:Co=6. An NMC-based positive electrode active material was used in which the ratio of Li to metals other than Li was Li/metal = 1.04. Except for the above points, the lithium ion secondary battery was consumed and regenerated in the same manner as in Comparative Example 5.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、0%であった。
[比較例7]
未使用のリチウムイオン二次電池の正極活物質として、金属元素としてLi、Ni、Mn、Coを含有する酸化物であり、Ni、Mn、Coを物質量の比でNi:Mn:Co=2:2:6の割合で含有し、Liの、Li以外の金属に対する物質量の比がLi/金属=1.05となっているNMC系正極活物質を用いた。以上の点以外は、比較例5と同様の手順でリチウムイオン二次電池の消耗、再生を行った。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, as shown in Table 1.
[Comparative Example 7]
As a positive electrode active material of an unused lithium ion secondary battery, it is an oxide containing Li, Ni, Mn, and Co as metal elements, and the ratio of Ni, Mn, and Co is Ni:Mn:Co=2. :2:6, and the ratio of the amount of Li to metals other than Li was Li/metal=1.05. Except for the above points, the lithium ion secondary battery was consumed and regenerated in the same manner as in Comparative Example 5.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、0%であった。
[比較例8]
未使用のリチウムイオン二次電池の正極活物質として、金属元素としてLi、Ni、Mn、Coを含有する酸化物であり、Ni、Mn、Coを物質量の比でNi:Mn:Co=2.5:5:2.5の割合で含有し、Liの、Li以外の金属に対する物質量の比がLi/金属=1.05となっているNMC系正極活物質を用いた。以上の点以外は、比較例5と同様の手順でリチウムイオン二次電池の消耗、再生を行った。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, as shown in Table 1.
[Comparative example 8]
As a positive electrode active material of an unused lithium ion secondary battery, it is an oxide containing Li, Ni, Mn, and Co as metal elements, and the ratio of Ni, Mn, and Co is Ni:Mn:Co=2. An NMC-based positive electrode active material was used in which the ratio of Li to metals other than Li was Li/metal = 1.05. Except for the above points, the lithium ion secondary battery was consumed and regenerated in the same manner as in Comparative Example 5.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、0%であった。
[比較例9]
未使用のリチウムイオン二次電池の正極活物質として、金属元素としてLi、Ni、Co、Alを含有する酸化物であり、Ni、Co、Alを物質量の比でNi:Co:Al=9:0.7:0.3の割合で含有し、Liの、Li以外の金属に対する物質量の比がLi/金属=1.01となっているNCA系正極活物質を用いた。以上の点以外は、比較例5と同様の手順でリチウムイオン二次電池の消耗、再生を行った。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, as shown in Table 1.
[Comparative Example 9]
As a positive electrode active material of an unused lithium ion secondary battery, it is an oxide containing Li, Ni, Co, and Al as metal elements, and the ratio of the amount of Ni, Co, and Al is Ni:Co:Al=9. :0.7:0.3, and the ratio of the amount of Li to metals other than Li was Li/metal=1.01. Except for the above points, the lithium ion secondary battery was consumed and regenerated in the same manner as in Comparative Example 5.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、0%であった。
[比較例10]
未使用のリチウムイオン二次電池の正極活物質として、金属元素としてLi、Ni、Co、Alを含有する酸化物であり、Ni、Co、Alを物質量の比でNi:Co:Al=8.2:1.5:0.3の割合で含有し、Liの、Li以外の金属に対する物質量の比がLi/金属=1.02となっているNCA系正極活物質を用いた。以上の点以外は、比較例5と同様の手順でリチウムイオン二次電池の消耗、再生を行った。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, as shown in Table 1.
[Comparative Example 10]
As a positive electrode active material of an unused lithium ion secondary battery, it is an oxide containing Li, Ni, Co, and Al as metal elements, and the ratio of the amount of Ni, Co, and Al is Ni:Co:Al=8. An NCA-based positive electrode active material was used in which the ratio of Li to metals other than Li was Li/metal = 1.02. Except for the above points, the lithium ion secondary battery was consumed and regenerated in the same manner as in Comparative Example 5.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、0%であった。
[比較例11]
未使用のリチウムイオン二次電池の正極活物質として、金属元素としてLi、Ni、Co、Alを含有する酸化物であり、Ni、Co、Alを物質量の比でNi:Co:Al=7.6:1.4:1.0の割合で含有し、Liの、Li以外の金属に対する物質量の比がLi/金属=1.06となっているNCA系正極活物質を用いた。以上の点以外は、比較例5と同様の手順でリチウムイオン二次電池の消耗、再生を行った。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, as shown in Table 1.
[Comparative Example 11]
As a positive electrode active material of an unused lithium ion secondary battery, it is an oxide containing Li, Ni, Co, and Al as metal elements, and the ratio of the amount of Ni, Co, and Al is Ni:Co:Al=7. An NCA-based positive electrode active material was used in which the ratio of Li to metals other than Li was Li/metal = 1.06. Except for the above points, the lithium ion secondary battery was consumed and regenerated in the same manner as in Comparative Example 5.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、0%であった。
[実施例1]
空(ブランク)試験の位置付けであった比較例1において、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が0%であったことから、比較例1の再生リチウムイオン二次電池を、そのまま消耗リチウムイオン二次電池として用いた。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, as shown in Table 1.
[Example 1]
In Comparative Example 1, which was positioned as a blank test, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, so the regenerated lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was directly used as a depleted lithium ion battery. It was used as an ion secondary battery.

そして、第1交換工程において、使用負極と交換するリチウム補充用電極として、金属リチウムを材料とした電極を使用した。 In the first replacement step, an electrode made of metallic lithium was used as a lithium replenishment electrode to be replaced with the used negative electrode.

以上の点以外は、比較例1の場合と同様にして、準備工程、第1交換工程、再生工程、第2交換工程を実施した。 Except for the above points, the preparation process, first exchange process, regeneration process, and second exchange process were carried out in the same manner as in Comparative Example 1.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、64%であった。
[実施例2]
空(ブランク)試験の位置付けであった比較例2において、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が0%であったことから、比較例2の再生リチウムイオン二次電池を、そのまま消耗リチウムイオン二次電池として用いた。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 64%, as shown in Table 1.
[Example 2]
In Comparative Example 2, which was positioned as a blank test, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, so the regenerated lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was directly used as a depleted lithium ion battery. It was used as an ion secondary battery.

そして、第1交換工程において、使用負極と交換するリチウム補充用電極として、金属リチウムを材料とした電極を使用した。 In the first replacement step, an electrode made of metallic lithium was used as a lithium replenishment electrode to be replaced with the used negative electrode.

以上の点以外は、比較例2の場合と同様にして、準備工程、第1交換工程、再生工程、第2交換工程を実施した。 Except for the above points, the preparation process, first exchange process, regeneration process, and second exchange process were carried out in the same manner as in Comparative Example 2.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、73%であった。
[実施例3]
空(ブランク)試験の位置付けであった比較例3において、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が0%であったことから、比較例3の再生リチウムイオン二次電池を、そのまま消耗リチウムイオン二次電池として用いた。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 73%, as shown in Table 1.
[Example 3]
In Comparative Example 3, which was positioned as a blank test, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, so the regenerated lithium ion secondary battery of Comparative Example 3 was directly used as a depleted lithium ion battery. It was used as an ion secondary battery.

そして、第1交換工程において、使用負極と交換するリチウム補充用電極として、金属リチウムを材料とした電極を使用した。 In the first replacement step, an electrode made of metallic lithium was used as a lithium replenishment electrode to be replaced with the used negative electrode.

以上の点以外は、比較例3の場合と同様にして、準備工程、第1交換工程、再生工程、第2交換工程を実施した。 Except for the above points, the preparation process, first exchange process, regeneration process, and second exchange process were carried out in the same manner as in Comparative Example 3.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、12%であった。
[実施例4]
空(ブランク)試験の位置付けであった比較例4において、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が0%であったことから、比較例4の再生リチウムイオン二次電池を、そのまま消耗リチウムイオン二次電池として用いた。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 12%, as shown in Table 1.
[Example 4]
In Comparative Example 4, which was positioned as a blank test, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, so the regenerated lithium ion secondary battery of Comparative Example 4 was directly used as It was used as an ion secondary battery.

そして、第1交換工程において、使用負極と交換するリチウム補充用電極として、金属リチウムを材料とした電極を使用した。 In the first replacement step, an electrode made of metallic lithium was used as a lithium replenishment electrode to be replaced with the used negative electrode.

以上の点以外は、比較例4の場合と同様にして、準備工程、第1交換工程、再生工程、第2交換工程を実施した。 Except for the above points, the preparation process, first exchange process, regeneration process, and second exchange process were carried out in the same manner as in Comparative Example 4.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、43%であった。
[実施例5]
空(ブランク)試験の位置付けであった比較例5において、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が0%であったことから、比較例5の再生リチウムイオン二次電池を、そのまま消耗リチウムイオン二次電池として用いた。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 43%, as shown in Table 1.
[Example 5]
In Comparative Example 5, which was positioned as a blank test, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, so the regenerated lithium ion secondary battery of Comparative Example 5 was directly used as a depleted lithium ion battery. It was used as an ion secondary battery.

そして、第1交換工程において、使用負極と交換するリチウム補充用電極として、金属リチウムを材料とした電極を使用し、第2交換工程ではリチウム補充用電極と、未使用の炭素電極とを交換した。 Then, in the first replacement step, an electrode made of metallic lithium was used as a lithium replenishment electrode to replace the used negative electrode, and in the second replacement step, the lithium replenishment electrode was replaced with an unused carbon electrode. .

以上の点以外は、比較例5の場合と同様にして、準備工程、第1交換工程、再生工程、第2交換工程を実施した。 Except for the above points, the preparation process, first exchange process, regeneration process, and second exchange process were carried out in the same manner as in Comparative Example 5.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、80%であった。
[実施例6]
空(ブランク)試験の位置付けであった比較例6において、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が0%であったことから、比較例6の再生リチウムイオン二次電池を、そのまま消耗リチウムイオン二次電池として用いた。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 80%, as shown in Table 1.
[Example 6]
In Comparative Example 6, which was positioned as a blank test, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, so the regenerated lithium ion secondary battery of Comparative Example 6 was directly used as a depleted lithium ion battery. It was used as an ion secondary battery.

そして、第1交換工程において、使用負極と交換するリチウム補充用電極として、金属リチウムを材料とした電極を使用し、第2交換工程ではリチウム補充用電極と、未使用の炭素電極とを交換した。 Then, in the first replacement step, an electrode made of metallic lithium was used as a lithium replenishment electrode to replace the used negative electrode, and in the second replacement step, the lithium replenishment electrode was replaced with an unused carbon electrode. .

以上の点以外は、比較例6の場合と同様にして、準備工程、第1交換工程、再生工程、第2交換工程を実施した。 Except for the above points, the preparation process, first exchange process, regeneration process, and second exchange process were carried out in the same manner as in Comparative Example 6.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、83%であった。
[実施例7]
空(ブランク)試験の位置付けであった比較例7において、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が0%であったことから、比較例7の再生リチウムイオン二次電池を、そのまま消耗リチウムイオン二次電池として用いた。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 83%, as shown in Table 1.
[Example 7]
In Comparative Example 7, which was positioned as a blank test, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, so the regenerated lithium ion secondary battery of Comparative Example 7 was directly used as a depleted lithium ion battery. It was used as an ion secondary battery.

そして、第1交換工程において、使用負極と交換するリチウム補充用電極として、金属リチウムを材料とした電極を使用し、第2交換工程ではリチウム補充用電極と、未使用の炭素電極とを交換した。 Then, in the first replacement step, an electrode made of metallic lithium was used as a lithium replenishment electrode to replace the used negative electrode, and in the second replacement step, the lithium replenishment electrode was replaced with an unused carbon electrode. .

以上の点以外は、比較例7の場合と同様にして、準備工程、第1交換工程、再生工程、第2交換工程を実施した。 Except for the above points, the preparation process, first exchange process, regeneration process, and second exchange process were carried out in the same manner as in Comparative Example 7.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、96%であった。
[実施例8]
空(ブランク)試験の位置付けであった比較例8において、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が0%であったことから、比較例8の再生リチウムイオン二次電池を、そのまま消耗リチウムイオン二次電池として用いた。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 96%, as shown in Table 1.
[Example 8]
In Comparative Example 8, which was positioned as a blank test, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, so the regenerated lithium ion secondary battery of Comparative Example 8 was directly used as a depleted lithium ion battery. It was used as an ion secondary battery.

そして、第1交換工程において、使用負極と交換するリチウム補充用電極として、金属リチウムを材料とした電極を使用し、第2交換工程ではリチウム補充用電極と、未使用の炭素電極とを交換した。 Then, in the first replacement step, an electrode made of metallic lithium was used as a lithium replenishment electrode to replace the used negative electrode, and in the second replacement step, the lithium replenishment electrode was replaced with an unused carbon electrode. .

以上の点以外は、比較例8の場合と同様にして、準備工程、第1交換工程、再生工程、第2交換工程を実施した。 Except for the above points, the preparation process, first exchange process, regeneration process, and second exchange process were carried out in the same manner as in Comparative Example 8.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、90%であった。
[実施例9]
空(ブランク)試験の位置付けであった比較例9において、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が0%であったことから、比較例9の再生リチウムイオン二次電池を、そのまま消耗リチウムイオン二次電池として用いた。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 90%, as shown in Table 1.
[Example 9]
In Comparative Example 9, which was positioned as a blank test, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, so the regenerated lithium ion secondary battery of Comparative Example 9 was directly used as a depleted lithium ion battery. It was used as an ion secondary battery.

そして、第1交換工程において、使用負極と交換するリチウム補充用電極として、金属リチウムを材料とした電極を使用し、第2交換工程ではリチウム補充用電極と、未使用の炭素電極とを交換した。 Then, in the first replacement step, an electrode made of metallic lithium was used as a lithium replenishment electrode to replace the used negative electrode, and in the second replacement step, the lithium replenishment electrode was replaced with an unused carbon electrode. .

以上の点以外は、比較例9の場合と同様にして、準備工程、第1交換工程、再生工程、第2交換工程を実施した。 Except for the above points, the preparation process, first exchange process, regeneration process, and second exchange process were carried out in the same manner as in Comparative Example 9.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、21%であった。
[実施例10]
空(ブランク)試験の位置付けであった比較例10において、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が0%であったことから、比較例10の再生リチウムイオン二次電池を、そのまま消耗リチウムイオン二次電池として用いた。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 21%, as shown in Table 1.
[Example 10]
In Comparative Example 10, which was positioned as a blank test, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, so the regenerated lithium ion secondary battery of Comparative Example 10 was directly used as a depleted lithium ion battery. It was used as an ion secondary battery.

そして、第1交換工程において、使用負極と交換するリチウム補充用電極として、金属リチウムを材料とした電極を使用し、第2交換工程ではリチウム補充用電極と、未使用の炭素電極とを交換した。 Then, in the first replacement step, an electrode made of metallic lithium was used as a lithium replenishment electrode to replace the used negative electrode, and in the second replacement step, the lithium replenishment electrode was replaced with an unused carbon electrode. .

以上の点以外は、比較例10の場合と同様にして、準備工程、第1交換工程、再生工程、第2交換工程を実施した。 Except for the above points, the preparation step, first exchange step, regeneration step, and second exchange step were carried out in the same manner as in Comparative Example 10.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、48%であった。
[実施例11]
空(ブランク)試験の位置付けであった比較例11において、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が0%であったことから、比較例11の再生リチウムイオン二次電池を、そのまま消耗リチウムイオン二次電池として用いた。
As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 48%, as shown in Table 1.
[Example 11]
In Comparative Example 11, which was positioned as a blank test, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 0%, so the regenerated lithium ion secondary battery of Comparative Example 11 was directly used as a depleted lithium ion secondary battery. It was used as an ion secondary battery.

そして、第1交換工程において、使用負極と交換するリチウム補充用電極として、金属リチウムを材料とした電極を使用し、第2交換工程ではリチウム補充用電極と、未使用の炭素電極とを交換した。 Then, in the first replacement step, an electrode made of metallic lithium was used as a lithium replenishment electrode to replace the used negative electrode, and in the second replacement step, the lithium replenishment electrode was replaced with an unused carbon electrode. .

以上の点以外は、比較例11の場合と同様にして、準備工程、第1交換工程、再生工程、第2交換工程を実施した。 Except for the above points, the preparation process, first exchange process, regeneration process, and second exchange process were carried out in the same manner as in Comparative Example 11.

その結果、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率は、表1に示す通り、72%であった。 As a result, the discharge capacity recovery rate of the regenerated lithium ion secondary battery was 72%, as shown in Table 1.

Figure 2024008972000002

空(ブランク)試験の位置付けであった比較例1~比較例11については、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が全て0%であり、供給できる新たなリチウムイオンを含まない未使用の炭素系負極では、リチウム補充用電極として機能しないことが確認できた。
Figure 2024008972000002

Regarding Comparative Examples 1 to 11, which were positioned as empty (blank) tests, the discharge capacity recovery rate in the recycled lithium ion secondary batteries was all 0%, and the unused lithium ion secondary batteries did not contain new lithium ions that could be supplied. It was confirmed that the carbon-based negative electrode did not function as a lithium replenishment electrode.

これに対し、実施例1~実施例11については、再生リチウムイオン二次電池における放電容量回復率が、10%~100%程度の範囲に分布しており、全ての実施例で放電容量が回復することを確認できた。 On the other hand, for Examples 1 to 11, the discharge capacity recovery rates in recycled lithium ion secondary batteries are distributed in the range of approximately 10% to 100%, and the discharge capacity was recovered in all Examples. I was able to confirm that it does.

また、放電による再生処理の後、元の使用負極を戻した実施例1~実施例4と、未使用の炭素系負極を使用した実施例5~実施例11とでは、前者に比べて後者のほうが、実施例における放電容量回復率が、高い傾向が見られた。 Furthermore, in Examples 1 to 4, in which the originally used negative electrodes were returned after the regeneration treatment by discharge, and in Examples 5 to 11, in which unused carbon-based negative electrodes were used, the latter There was a tendency for the discharge capacity recovery rate in the example to be higher.

この原因については、未だ明らかでは無いが、前者の場合に、元の負極が、SEI被膜形成の影響のみならず、負極自体に何らかの形で、リチウムが固定化されている可能性が挙げられる。つまり、使用負極では、未使用の炭素系負極よりも、リチウムを吸蔵できる容量が減少しており、新たなリチウムを補充した後のリチウムの全量を、吸蔵しきれていないことが考えられる。 The cause of this is not yet clear, but in the former case, there is a possibility that lithium is immobilized in the original negative electrode not only due to the formation of the SEI film but also in some form in the negative electrode itself. In other words, the capacity of the used negative electrode to store lithium is lower than that of an unused carbon-based negative electrode, and it is conceivable that the entire amount of lithium cannot be stored even after new lithium is added.

別の観点から見れば、後者の実施例5、6(NMC系)、および実施例9、10(NCA系)の放電容量回復率を基準(ゼロ)とするなら、前者の実施例1、2(NMC系)の放電容量回復率が-15%~-10%の範囲、実施例3、4(NCA系)の放電容量回復率が-10%~-5%の範囲であるとも言えよう。従って、係る範囲が使用負極でリチウムを吸蔵できなくなっている容量に対応しているということができる。 From another perspective, if the discharge capacity recovery rates of the latter Examples 5 and 6 (NMC system) and Examples 9 and 10 (NCA system) are taken as the standard (zero), then the former Examples 1 and 2 It can also be said that the discharge capacity recovery rate of (NMC type) is in the range of -15% to -10%, and the discharge capacity recovery rate of Examples 3 and 4 (NCA type) is in the range of -10% to -5%. Therefore, it can be said that this range corresponds to the capacity at which lithium can no longer be occluded in the negative electrode used.

なお、実施例1~実施例11で得られた再生リチウムイオン二次電池は、交換工程で新たな活性リチウムが補充されている。 Note that the regenerated lithium ion secondary batteries obtained in Examples 1 to 11 were supplemented with new active lithium in the replacement process.

このため、実施例1~実施例11で得られた再生リチウムイオン二次電池はいずれも、含有するリチウムの量が、未使用のリチウムイオン二次電池や、再生前の消耗リチウムイオン二次電池よりも多くなっている。 Therefore, in all of the regenerated lithium ion secondary batteries obtained in Examples 1 to 11, the amount of lithium contained is lower than that of an unused lithium ion secondary battery or a depleted lithium ion secondary battery before regeneration. It's more than that.

また、これらの再生リチウムイオン二次電池は、活性リチウムの量が、再生前の消耗リチウムイオン二次電池よりも多いものの、未使用のリチウムイオン二次電池よりも少なく、不活性リチウムの量が、未使用のリチウムイオン二次電池よりも多く、消耗リチウムイオン二次電池以下となっている。 In addition, although the amount of active lithium in these regenerated lithium ion secondary batteries is greater than that of the consumed lithium ion secondary battery before regeneration, it is less than that of an unused lithium ion secondary battery, and the amount of inactive lithium is , more than unused lithium-ion secondary batteries and less than exhausted lithium-ion secondary batteries.

これらの結果から、本実施形態のリチウムイオン二次電池の再生方法、および再生リチウムイオン二次電池が、非常に優れた効果を発揮し、リチウムイオン二次電池を分解・解体せず、エネルギーや資源の新たな消費を可能な限り削減して、リチウムイオン二次電池自体をリユースできることが裏付けられた。 From these results, the method for regenerating a lithium ion secondary battery of this embodiment and the regenerated lithium ion secondary battery exhibit very excellent effects, and save energy and energy without disassembling or disassembling the lithium ion secondary battery. This proves that it is possible to reuse lithium-ion secondary batteries themselves, reducing new consumption of resources as much as possible.

以上に説明したように、本実施形態のリチウムイオン二次電池の再生方法、および再生リチウムイオン二次電池は、グローバルな3R活動を推進する雰囲気にも相応しく、地球環境にとても優しい技術である以外に、産業上の利用に関する面でも、今後、大きな役割を果たすものと考えられる。 As explained above, the method for regenerating lithium ion secondary batteries and the regenerated lithium ion secondary batteries of this embodiment are suitable for the atmosphere of promoting global 3R activities, and are very environmentally friendly technologies. Furthermore, it is thought that it will play a major role in the future in terms of industrial use.

S11 準備工程
S12 第1交換工程
S13 再生工程
S14 第2交換工程
S11 Preparation process S12 First exchange process S13 Regeneration process S14 Second exchange process

Claims (4)

未使用のリチウムイオン二次電池の充放電を複数回行い消耗リチウムイオン二次電池となった後、再生処理された再生リチウムイオン二次電池であって、
含有するリチウムの量が、前記未使用のリチウムイオン二次電池よりも多く、
前記再生リチウムイオン二次電池の充放電時のインターカレーション反応に寄与する活性リチウムの量が、前記消耗リチウムイオン二次電池よりも多く、
前記インターカレーション反応に寄与しない不活性リチウムの量が、前記消耗リチウムイオン二次電池以下である再生リチウムイオン二次電池。
A regenerated lithium ion secondary battery that is recycled after being charged and discharged multiple times to become a consumable lithium ion secondary battery,
The amount of lithium contained is greater than the unused lithium ion secondary battery,
The amount of active lithium that contributes to the intercalation reaction during charging and discharging of the regenerated lithium ion secondary battery is greater than that of the depleted lithium ion secondary battery,
A regenerated lithium ion secondary battery, wherein the amount of inert lithium that does not contribute to the intercalation reaction is less than or equal to the depleted lithium ion secondary battery.
含有するリチウムの量が、前記消耗リチウムイオン二次電池より多く、
前記活性リチウムの量が、前記未使用のリチウムイオン二次電池よりも少なく、
前記不活性リチウムの量が、前記未使用のリチウムイオン二次電池よりも多い、請求項1に記載の再生リチウムイオン二次電池。
The amount of lithium contained is greater than that of the consumable lithium ion secondary battery,
The amount of active lithium is smaller than the unused lithium ion secondary battery,
The regenerated lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the amount of the inert lithium is greater than the amount of the unused lithium ion secondary battery.
初期放電容量が、前記消耗リチウムイオン二次電池の前記再生処理の直前の放電容量よりも大きい、請求項1または請求項2に記載の再生リチウムイオン二次電池。 The regenerated lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the initial discharge capacity is larger than the discharge capacity of the depleted lithium ion secondary battery immediately before the regeneration process. 下記式(1)で求められる放電容量回復率が、10%以上である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の再生リチウムイオン二次電池。
{(C-B)/(A-B)}×100(%)・・・(1)
A:前記未使用のリチウムイオン二次電池の初期放電容量(mAh/g)
B:前記消耗リチウムイオン二次電池の前記再生処理の直前の放電容量(mAh/g)
C:前記再生リチウムイオン二次電池の初期放電容量(mAh/g)
The regenerated lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the discharge capacity recovery rate determined by the following formula (1) is 10% or more.
{(CB)/(AB)}×100(%)...(1)
A: Initial discharge capacity (mAh/g) of the unused lithium ion secondary battery
B: Discharge capacity (mAh/g) of the consumable lithium ion secondary battery immediately before the regeneration process
C: Initial discharge capacity (mAh/g) of the recycled lithium ion secondary battery
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