JP2024052467A - ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーのリサイクル - Google Patents
ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーのリサイクル Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024052467A JP2024052467A JP2022205066A JP2022205066A JP2024052467A JP 2024052467 A JP2024052467 A JP 2024052467A JP 2022205066 A JP2022205066 A JP 2022205066A JP 2022205066 A JP2022205066 A JP 2022205066A JP 2024052467 A JP2024052467 A JP 2024052467A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solution
- nickel
- leach solution
- batteries
- nimh
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 73
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 238000004064 recycling Methods 0.000 title claims abstract description 13
- -1 Nickel Metal Hydride Chemical class 0.000 title claims abstract description 11
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims abstract description 7
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 16
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 12
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 11
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims description 11
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 11
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 10
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 7
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 abstract description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 9
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical class [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 7
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 5
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 4
- 238000010956 selective crystallization Methods 0.000 description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010039203 Road traffic accident Diseases 0.000 description 1
- KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Mn].[Co].[Ni] KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical class [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/54—Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B23/00—Obtaining nickel or cobalt
- C22B23/04—Obtaining nickel or cobalt by wet processes
- C22B23/0407—Leaching processes
- C22B23/0415—Leaching processes with acids or salt solutions except ammonium salts solutions
- C22B23/043—Sulfurated acids or salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B23/00—Obtaining nickel or cobalt
- C22B23/04—Obtaining nickel or cobalt by wet processes
- C22B23/0453—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
- C22B7/006—Wet processes
- C22B7/007—Wet processes by acid leaching
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
【課題】ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーのリサイクルを提供する。【解決手段】ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーのリサイクルは、ＮｉＭＨバッテリーの攪拌から得られる粒状カソード材料に浸出剤を加えて、浸出溶液を形成することに基づいて、実質的に純粋なニッケルを抽出する。浸出溶液のｐＨが維持されて、鉄、アルミニウム及びランタニド希土類元素（ＲＥＥ）を沈殿させてニッケル溶液を生じさせ、多くの場合に高いニッケル含有量を有する、リサイクルされるバッテリー中のカソード材料前駆体を形成する。【選択図】図１
Description
背景
電気エネルギー蓄積は、ポータブルエレクトロニクス、電気自動車（ＥＶ）及びポータブル電源（例えば、工具及び装置）用途の需要増加によって推進される、継続的に改善されている技術分野である。リチウムイオンバッテリーは、短期～中期の高い放電用途の主流に発展している。リチウムイオンバッテリーは、様々なバッテリー化学、典型的には導電性粉末及びバインダーと組み合わせた金属を使用する。バッテリー電荷材料において使用される金属は、多くの場合、かなりのコストで処理されるため、様々なバッテリー化学が技術的進歩、使用需要及び資源の有用性に基づいて発展している。ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーは、特定の二次（再充電可能）バッテリー用途についてかつて人気があった過渡的な技術の代表例である。ニッケルマンガンコバルト（ＮＭＣ）及び同様のバッテリー化学用途など、より最近のバッテリー化学は、大部分の用途についてＮｉＭＨバッテリーを上回っている。
電気エネルギー蓄積は、ポータブルエレクトロニクス、電気自動車（ＥＶ）及びポータブル電源（例えば、工具及び装置）用途の需要増加によって推進される、継続的に改善されている技術分野である。リチウムイオンバッテリーは、短期～中期の高い放電用途の主流に発展している。リチウムイオンバッテリーは、様々なバッテリー化学、典型的には導電性粉末及びバインダーと組み合わせた金属を使用する。バッテリー電荷材料において使用される金属は、多くの場合、かなりのコストで処理されるため、様々なバッテリー化学が技術的進歩、使用需要及び資源の有用性に基づいて発展している。ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーは、特定の二次（再充電可能）バッテリー用途についてかつて人気があった過渡的な技術の代表例である。ニッケルマンガンコバルト（ＮＭＣ）及び同様のバッテリー化学用途など、より最近のバッテリー化学は、大部分の用途についてＮｉＭＨバッテリーを上回っている。
概要
本明細書における構成は、ＮｉＭＨバッテリーの攪拌から得られる粒状カソード及びアノード材料に浸出剤を加えて、浸出溶液を形成することを含む、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーをリサイクルして実質的に純粋なニッケルを抽出することから得られる有利な改良を実証する。浸出溶液のｐＨが維持されて、鉄、アルミニウム及びランタニド希土類元素（ＲＥＥ）を沈殿させてニッケル溶液を生じさせ、多くの場合に高いニッケル含有量を有する、リサイクルされるバッテリーのカソード材料前駆体を形成する。
本明細書における構成は、ＮｉＭＨバッテリーの攪拌から得られる粒状カソード及びアノード材料に浸出剤を加えて、浸出溶液を形成することを含む、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーをリサイクルして実質的に純粋なニッケルを抽出することから得られる有利な改良を実証する。浸出溶液のｐＨが維持されて、鉄、アルミニウム及びランタニド希土類元素（ＲＥＥ）を沈殿させてニッケル溶液を生じさせ、多くの場合に高いニッケル含有量を有する、リサイクルされるバッテリーのカソード材料前駆体を形成する。
本明細書における構成は、部分的には、特にＥＶ市場における再充電可能バッテリーの増加している用途が、典型的にはほぼ１０年の寿命である大容積のバッテリーを導入するという観察に基づいている。残念ながら、バッテリー使用の従来の手法は、より古い使用されなくなった電荷材料を有するバッテリーの動向として顕在化しつつある。ＮｉＭＨバッテリーなど、これらのより古いバッテリーは、最近のバッテリーにおいてもはや望ましくない他の金属と混ぜ合わされた多量のニッケルを含む。したがって、本明細書における構成は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ及びＮｄなどのランタニドＲＥＥなど、必要とされない余計な及び／又は汚染金属を除去しながら、より新しいバッテリーと共に使用するのに適したニッケル電荷材料前駆体を製造するリサイクル手法を提供することにより、失効しつつあるバッテリー化学の欠点を実質的に克服する。結果は、ＮＭＣ及び他のリサイクルされるバッテリーのための様々なバッテリー化学（モル比）の調合物中に直接導入することができるニッケルに富んだ溶液である。
更なる詳細において、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーをリサイクルする方法は、ＮｉＭＨバッテリーを含むリサイクルストリームを受け入れるか又は製造することと、バッテリーを撹拌（粉砕、圧潰等）して、混ぜ合わされた形態の粒状カソード及びアノード材料を生成することとを含む。ＮｉＭＨバッテリーの攪拌から得られる粒状カソード及びアノード材料に浸出剤を加えて、浸出溶液を形成する。浸出溶液のｐＨの調節は、浸出溶液のｐＨを様々なレベルに維持して、鉄、アルミニウム及びランタニド希土類元素を沈殿させ、ニッケル溶液を生じさせてカソード材料前駆体を形成する。得られたリサイクルされるカソード材料前駆体は、硫酸ニッケル溶液の形態をとり、それは、例えば、１．１Ｍ～１．７ＭのＮｉ濃度を有することができる。
図面の簡単な説明
前述及び他の特徴は、添付図面で説明されるような本明細書に開示される特定の実施形態の以下の説明から明らかであり、図面では、同じ参照符号は、異なる図全体にわたって同じ部分を指す。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、むしろ本発明の原理の説明に重点が置かれている。
前述及び他の特徴は、添付図面で説明されるような本明細書に開示される特定の実施形態の以下の説明から明らかであり、図面では、同じ参照符号は、異なる図全体にわたって同じ部分を指す。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、むしろ本発明の原理の説明に重点が置かれている。
詳細な説明
ＮｉＭＨバッテリーなどのバッテリーをリサイクルして、非常に求められているニッケルを、汚染物質及びランタニド元素など、使用されなくなった電荷材料金属から単離するための例示的な方法及び装置が以下で説明される。リサイクルされるバッテリーは、もはや使用できない消耗した又は使用済みバッテリーと称されることもある、使用済みストリームから得られる。多くの場合、これは、バッテリー内の電荷材料が、十分な電荷を保持する能力を失っているか、又は自動車事故、製造誤差若しくは他の機能不能のために使用不可能になったより新しい材料を有するバッテリーであり得ることを意味する。
ＮｉＭＨバッテリーなどのバッテリーをリサイクルして、非常に求められているニッケルを、汚染物質及びランタニド元素など、使用されなくなった電荷材料金属から単離するための例示的な方法及び装置が以下で説明される。リサイクルされるバッテリーは、もはや使用できない消耗した又は使用済みバッテリーと称されることもある、使用済みストリームから得られる。多くの場合、これは、バッテリー内の電荷材料が、十分な電荷を保持する能力を失っているか、又は自動車事故、製造誤差若しくは他の機能不能のために使用不可能になったより新しい材料を有するバッテリーであり得ることを意味する。
電話、ラップトップ機、電動工具及び電気自動車のような用途において使用されているニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーは、一層普及している。使用済みＮｉＭＨバッテリーは、リサイクルされるバッテリー（すなわちリサイクルされる材料から作製されるバッテリー）の様々な化学物質に対して、カソード活物質の調製のための原料金属の供給源として依然として役立ち得る。ＮｉＭＨバッテリー中に存在する主な元素は、概して、１７．９重量％のニッケル、４．４重量％のコバルトの他、ランタン、セリウム、プラセオジム及びネオジムなど、１７．３重量％のＲＥＥである。ＮｉＭＨバッテリー中の金属は、使用済みバッテリーが特別な処理なしに単に廃棄される場合、潜在的な環境上の危険を示し、ニッケルは、人間に対して毒性であり得、発癌性の金属であると考えられている。したがって、使用済みＮｉＭＨバッテリーのリサイクルは、環境保護及び天然資源の保護の両方について有益である。
リサイクルストリームは、通常、バッテリーケーシング全体、集電装置、カソード及びアノード材料の他、バッテリーの個々のセルを相互接続することができる任意の他の電気コネクタ及び回路の物理的圧潰、粉砕及び／又は細断によって最初に分解されなければならない高価な原材料を含む。したがって、リサイクルストリームは、プラスチック及び他の格納などの物理的ケーシングの他に、混ぜ合わされたカソード材料、アノード材料及び集電装置のやや不特定の組成物を有する。様々な物理的分離が行われ得、多くの場合、リサイクルストリームからのカソード及びアノード材料の両方を包含する電極材料の粒状混合物又は「ブラックマス」をもたらす。ニッケル及びランタニド元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄなど）及び様々な他の金属を含むカソード及びアノード材料は、以下で開示される手法によって扱われる。
以下で更に考察される特定の構成は、ＮｉＭＨバッテリーのための経済的及び環境上有利であるリサイクル方法を提供する。説明的な記述は、以下の通りである。特定の例において、ブラックマスは、硫酸溶液（２～５モル濃度）中で浸出され、過酸化水素を溶液に添加することにより、目的の金属イオンの更なる浸出を促進し、溶液のｐＨを５～６に上げることにより、溶液中に溶解したアルミニウム及び鉄などの不純物を沈殿させる。濾過による固液分離後、ランタニド希土類元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ及びＮｄ）は、硫酸及び水酸化ナトリウムを添加することにより、ｐＨ＝０～３で不溶性ナトリウムＲＥＥ硫酸複塩を形成することによって除去される。目標は、塩の沈殿のための溶液のｐＨにおいて、Ｎａ／ＲＥＥのモル比が約１５～２５であり、及びＳＯ4／ＲＥＥのモル比が約３５～６０であるようにＮａ+を調節することである。ＲＥＥを除去した後、不純物が除去された溶液は、過剰な硫酸ナトリウムの濃縮及び選択的な結晶化によって更に調整される。硫酸ナトリウムが選択的に結晶化される間、ＲＥＥも更に除去される。溶液は、カソード活物質の前駆体を合成するか、又は多くの用途のために硫酸ニッケル生成物を単離するための所望のニッケル濃度に達する。分離されたＲＥＥをＲＥＥリサイクルストリームに供給して、高価な希土類元素を回収することができる。
図１は、本明細書における構成による、ＮｉＭＨバッテリーをリサイクルするためのプロセスフロー１００である。一般的なプロセスは、ＮｉＭＨバッテリーの攪拌（物理的粉砕、圧潰及び／又は細断）から得られる粒状カソード及びアノード材料と組み合わせて浸出剤を使用して、浸出溶液を形成してニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーをリサイクルする。過酸化水素あり又はなしの硫酸は、ＲＥＥの除去のための好ましい浸出剤であるが、他の浸出剤を使用することができる。浸出溶液のｐＨを調節及び維持して、鉄、アルミニウム及びランタニドＲＥＥを沈殿させてニッケル溶液を生じさせて、カソード材料前駆体を形成する。
より詳細には、工程１０２において、ＮｉＭＨバッテリーを含むリサイクルストリームを受け入れ、工程１０４に図示されるように、放電して残留電荷からのアーク放電又は燃焼リスクを除く。Ｌｉイオンバッテリーは、高い放電能力のために有利であることが想起され、そのため、「デッド」バッテリーでも著しい電気エネルギーを保持することができる。工程１０６に開示されるように、分解又は細断プロセスにより、バッテリーを撹拌して粒状カソード及びアノード材料を生成し、顆粒状粒子の分離及びサイジングを行なうことができる。結果は、ＮｉＭＨバッテリーの攪拌から得られる粒状カソード及びアノード材料を含むリサイクルストリームからのブラックマスである。
工程１０８において、過酸化水素あり又はなしの硫酸を含む浸出剤が添加される。例えば、浸出のための硫酸濃度は、１Ｍ～５Ｍ、好ましくは２～３Ｍであり、過酸化水素（約３０～３４％の濃度）は、ブラックマスの重量に対して０．２～０．６の体積比、好ましくは０．３～０．４の比になる。好ましくは、浸出溶液のｐＨは、約５～６にされるが、過酸化水素は、比較的少量である。工程１１０に図示されるように、浸出溶液のｐＨを５～６に維持しながら、浸出溶液を約５時間又は一晩撹拌し、鉄及びアルミニウムを含む不純物を浸出溶液から沈殿させる。ｐＨが５未満である場合、ｐＨを５．５に調節してＡｌ及びＦｅ不純物を除去し、Ｎｉの損失を最小にする。
工程１１２に示されるように、沈殿したＡｌ及びＦｅを濾過し、工程１１４においてフィルター「ケーキ」をもたらすことができ、それは、工程１１６において、廃液流になるか又は付加的な浸出をもたらすことができる。浸出溶液を濾過して、沈殿した固体を除去した後、工程１１８に図示されるように、硫酸塩対ＲＥＥ比＝３５～６０になるように９３％～９８％の濃度を使用する硫酸の計算量を添加し、次いでｐＨが１～３に達するまで２５％～５０％の濃度の水酸化ナトリウムを添加して、浸出溶液中に残っているＲＥＥを沈殿させる。Ｈ2ＳＯ4のみを使用する代わりに、工程１２０及び１３６に示されるように、硫酸ナトリウムを使用してＳＯ4／ＲＥＥ＝３５～６０の比を合わせることができ、必要とされる量の硫酸及び／又は水酸化ナトリウムを添加してｐＨを維持し、ナトリウムＲＥＥ硫酸複塩を沈殿させる。ランタニド希土類元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ及びＮｄなど）が工程１２２において沈殿し、工程１２６において、ｐＨ０～３、好ましくはｐＨ＝２でランタニド－アルカリ硫酸複塩として濾過（工程１２４）によって除去される。希土類は、概して、高価な商品であると考えられるため、工程１２８に図示されるように、ＲＥＥは、代わりのリサイクルストリームに入ることができる。
例として、ＲＥＥの除去は、ランタニド－アルカリ硫酸複塩によるＲＥＥの除去のために、１５～２５のアルカリ対ＲＥＥのモル比及び３５～６０の硫酸塩対ＲＥＥの比を形成することを含む。不溶性ナトリウムＲＥＥ硫酸複塩（Ｎａ（ＲＥＥ）（ＳＯ４）２）を形成してＲＥＥを除去するために、硫酸塩を浸出溶液中のＲＥＥのモル数に対して３５～６０のモル比で添加する。比を合わせるために、計算量の濃硫酸を、Ａｌ及びＦｅが除去される浸出液に添加し、次いで溶液のｐＨを１～２にして、ランタニド－アルカリ硫酸複塩を沈殿させる。硫酸の使用は、ランタニドの硫酸塩の形成を促進することが更に指摘されなければならない。
工程１３０に図示されるように、ＲＥＥが除去された得られた浸出溶液を≧１．２Ｍ Ｎｉに濃縮する。工程１３６に示されるように、濃縮中、過剰なアルカリ硫酸塩は、Ｎｉ濃度に応じた選択的な結晶化によって除去される。硫酸ナトリウム１３８が生じ、工程１３２に示されるように、抽出された水を再利用することができる。結晶化された過剰な硫酸ナトリウム１３８が工程１３４で濾過されると、工程１４０において、ニッケルイオン濃度は、Ｌｉイオンバッテリーでの合成に適した１．１Ｍ～１．７Ｍであるべきである。
特定の例は、以下のように説明に役立つことができる。ＮｉＭＨバッテリーのブラックマス２５０ｇを１５００ｍＬの２Ｍ硫酸溶液中で浸出するため、ブラックマスをゆっくりと室温の溶液に添加し、次いで９８ｍＬの３４重量％Ｈ2Ｏ2を溶液に滴下する。次いで、溶液を一晩撹拌する。溶液混合物を濾過して、不溶解及び不純物の沈殿固体を浸出液から分離する。暗緑色の浸出液（ｐＨ＝５．７）が得られる。溶液のｐＨは、アルミニウム及び鉄不純物を除去するための許容範囲内であるため、Ａｌ及びＦｅを除去するための更なるｐＨ調節は、行われなかった。次いで、ＲＥＥを除去するために、１７５ｍＬの９５～９７％硫酸を溶液に添加し、２００ｍＬの５０％ＮａＯＨ溶液を添加することによって溶液のｐＨを２に上げる。溶液のｐＨを上げる間、ナトリウムＲＥＥ硫酸複塩が白色結晶質粉末として沈殿する。この白色沈殿物は、濾過によって分離除去される。溶液の純度は、以下の図２に示されるＩＣＰ－ＯＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析装置）によって分析される。溶液を濃縮して、Ｎａ2ＳＯ4の選択的な結晶化及び濾過によって溶液中の過剰な硫酸ナトリウムを除去し、ニッケルイオン濃度を１．１Ｍ～１．７Ｍの範囲にする。
図２は、中間溶液（再循環）工程を含む得られた材料の分析チャートである。図１～２を参照すると、チャート２００は、工程１１０からの浸出２１０、工程１１２及び１２４後の不純物の除去２２０並びに工程１４０の最終硫酸ニッケル溶液２３０の段階の浸出溶液を図示する。
硫酸ニッケル溶液を使用して、新しいバッテリーにおけるリサイクルされるカソード材料の前駆体を形成することができる。カソード材料は、Ｌｉイオンセルのいわゆる「バッテリー化学」を画定する、予め決められた比の例えばリチウム、ニッケル、マンガン、コバルト、アルミニウム、鉄及びリンなどの金属を含む。好ましいバッテリー化学は、供給業者と用途との間で変化し、Ｌｉイオンバッテリーのリサイクルの成果は、典型的には、リサイクルされる電荷材料生成物のバッテリー化学物質の所定のモル比に従う。産業の動向は、よりニッケルに富んだ化学に向かって進んでおり、多くの場合、５：３：２（５３２）、６：２：２（６２２）及び８：１：１（８１１）などのＮ：Ｍ：Ｃのモル比のニッケル、マンガン及びコバルト（ＮＭＣ）が好ましい。
比の調節により、上記で考察した８１１、６２２若しくは５３２のバッテリー化学又は他のモル比の組合せに対応するリサイクルされたカソード前駆体を生成するように、ニッケル、マンガン、コバルト及びアルミニウムの硫酸塩などのカソード材料の溶液形態を組み合わせることができる。本明細書に開示されたリサイクルされる硫酸ニッケルは、カソード材料の他の硫酸塩の形態と組み合わされて、予め決められたバッテリー化学のカソード前駆体を形成することができる。前駆体は、典型的には、リチウムと焼結してカソード活物質を生成し、集電装置への付着により、新しいリサイクルされるバッテリーの電極を形成する粉末形態である。より古い低ニッケル含有量のリサイクルストリームからの硫酸塩の形態と組み合わされるとき、開示された硫酸ニッケルは、新しいリサイクルされるバッテリーの６２２及び８１１などのより高いニッケル比を補完する。
本明細書において規定される装置及び方法は、その実施形態を参照して特に示され、説明されたが、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱することなく、それに対する形態及び詳細における様々な変更形態がなされ得ることが当業者によって理解されるであろう。
１００ プロセスフロー
１０２ 工程
１０４ 工程
１０６ 工程
１０８ 工程
１１０ 工程
１１２ 工程
１１４ 工程
１１６ 工程
１１８ 工程
１２０ 工程
１２２ 工程
１２４ 工程
１２６ 工程
１２８ 工程
１３０ 工程
１３２ 工程
１３４ 工程
１３６ 工程
１３８ 硫酸ナトリウム
１４０ 工程
２００ チャート
２１０ 浸出
２２０ 除去
２３０ 最終硫酸ニッケル溶液
１０２ 工程
１０４ 工程
１０６ 工程
１０８ 工程
１１０ 工程
１１２ 工程
１１４ 工程
１１６ 工程
１１８ 工程
１２０ 工程
１２２ 工程
１２４ 工程
１２６ 工程
１２８ 工程
１３０ 工程
１３２ 工程
１３４ 工程
１３６ 工程
１３８ 硫酸ナトリウム
１４０ 工程
２００ チャート
２１０ 浸出
２２０ 除去
２３０ 最終硫酸ニッケル溶液
Claims (14)
- ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーをリサイクルする方法であって、
浸出剤と、前記ＮｉＭＨバッテリーの攪拌から得られる粒状カソード材料とを組み合わせて、浸出溶液を形成することと、
前記浸出溶液のｐＨを調節又は維持して、鉄、アルミニウム及びランタニド希土類元素（ＲＥＥ）を含む不純物を沈殿させてニッケル溶液を生じさせることと
を含む方法。 - 前記浸出剤は、硫酸を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記浸出剤は、過酸化水素を更に含む、請求項１に記載の方法。
- 前記浸出溶液の前記ｐＨは、Ｆｅ及びＡｌを除去するために５～６に調節される、請求項１に記載の方法。
- 前記浸出溶液の前記ｐＨは、前記ＲＥＥを除去するために０～３に調節される、請求項１に記載の方法。
- 前記浸出溶液を少なくとも５時間にわたって撹拌して、ニッケル及びコバルトを前記浸出溶液中に溶解することと、
前記ニッケル及びコバルトの溶解後、前記浸出溶液の前記ｐＨを５～６に調節又は維持して、Ｆｅ及びＡｌを沈殿させることと、
前記Ｆｅ及びＡｌを含む沈殿した不純物を濾過して、前記浸出溶液中の前記溶解したニッケル及びコバルトを回収することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。 - 前記沈殿した不純物を濾過した後、
前記ｐＨを０～３に低下させて、前記ランタニド元素を沈殿させることと、
ナトリウム硫酸複塩として前記ランタニド希土類元素を濾過することと
を更に含む、請求項６に記載の方法。 - 前記沈殿した不純物を濾過した後、
硫酸及び水酸化ナトリウムの少なくとも１つを加えて、ナトリウムイオンを前記ランタニド希土類元素に対して１５～２５のモル比に、及びＳＯ4を前記ランタニド希土類元素に対して３５～６０のモル比に調節することと、
過剰な硫酸ナトリウムを除去することと
を更に含む、請求項６に記載の方法。 - 前記粒状カソード材料は、ブラックマス中のケーシング、集電装置及びアノード材料と混ぜ合わされる、請求項１に記載の方法。
- 前記生じたニッケル溶液は、１．１Ｍ～１．７Ｍの範囲のニッケルイオン濃度を有する、請求項１に記載の方法。
- 前記ランタニド希土類元素は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ及びＮｄを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記ＮｉＭＨバッテリーを含むリサイクルストリームを受け入れることと、
前記バッテリーを撹拌して、前記粒状カソード材料を生成することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。 - カソード材料前駆体を前記ニッケル溶液から形成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
- ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーをリサイクルする方法であって、
前記ＮｉＭＨバッテリーの攪拌から得られる粒状カソード材料を含むリサイクルストリーム中のブラックマスを受け入れることと、
２～５Ｍ濃度の硫酸を前記ブラックマスに加えて、浸出溶液を形成することと、
ブラックマスの重量に対して０．２～０．６の体積比の量で過酸化水素を前記浸出溶液に加えることと、
前記浸出溶液のｐＨを５～６に維持しながら、前記浸出溶液を少なくとも５時間にわたって撹拌して、鉄及びアルミニウムを含む不純物を前記浸出溶液から沈殿させることと、
前記浸出溶液を濾過して、前記不純物の沈殿固体を除去することと、
９３％～９８％の濃度の硫酸と、２５％～５０％の濃度の水酸化ナトリウムとを加えて前記浸出溶液の前記ｐＨを１～３に調節して、前記浸出溶液中に残っているＲＥＥ（希土類元素）を沈殿させることと、
前記ＲＥＥの硫酸複塩を結晶質粉末として沈殿させることと、
前記ＲＥＥを前記浸出溶液から濾過することと、
過剰な硫酸ナトリウムを結晶化して、前記浸出溶液中の１．１Ｍ～１．７Ｍのニッケルイオン濃度を達成することと
を含む方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/957,753 | 2022-09-30 | ||
| US17/957,753 US20240113349A1 (en) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | Nickel-metal hydride (nimh) battery recycling |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024052467A true JP2024052467A (ja) | 2024-04-11 |
Family
ID=84547415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022205066A Pending JP2024052467A (ja) | 2022-09-30 | 2022-12-22 | ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーのリサイクル |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240113349A1 (ja) |
| EP (1) | EP4345980A1 (ja) |
| JP (1) | JP2024052467A (ja) |
| KR (1) | KR20240045957A (ja) |
| CN (1) | CN117810583A (ja) |
| WO (1) | WO2024072435A1 (ja) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4445496A1 (de) * | 1994-12-20 | 1996-06-27 | Varta Batterie | Verfahren zur Rückgewinnung von Metallen aus gebrauchten Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren |
| JP5012970B2 (ja) * | 2010-07-21 | 2012-08-29 | 住友金属鉱山株式会社 | 使用済みニッケル水素電池に含有される活物質からのニッケル、コバルトの分離方法 |
| US11955613B2 (en) * | 2012-04-04 | 2024-04-09 | Worcester Polytechnic Institute | Charge material for recycled lithium-ion batteries |
| CN108384957A (zh) * | 2018-04-19 | 2018-08-10 | 江西理工大学 | 一种从废旧锂电池及镍氢电池中协同回收有价金属的方法 |
| CN109346741B (zh) * | 2018-11-30 | 2020-08-11 | 成都尤尼瑞克科技有限公司 | 一种锂电池废旧正极材料再利用的方法 |
| CN113461071A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-10-01 | 贵州理工学院 | 一种废旧镍氢废电池制备镍锌铁氧体的方法 |
-
2022
- 2022-09-30 US US17/957,753 patent/US20240113349A1/en active Pending
- 2022-12-07 WO PCT/US2022/052127 patent/WO2024072435A1/en unknown
- 2022-12-20 EP EP22215023.7A patent/EP4345980A1/en active Pending
- 2022-12-22 JP JP2022205066A patent/JP2024052467A/ja active Pending
- 2022-12-23 KR KR1020220183704A patent/KR20240045957A/ko unknown
- 2022-12-26 CN CN202211678458.3A patent/CN117810583A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024072435A1 (en) | 2024-04-04 |
| EP4345980A1 (en) | 2024-04-03 |
| CN117810583A (zh) | 2024-04-02 |
| EP4345980A8 (en) | 2024-05-08 |
| KR20240045957A (ko) | 2024-04-08 |
| US20240113349A1 (en) | 2024-04-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101623930B1 (ko) | 폐 리튬 이온전지의 양극물질로부터 유가 금속을 회수하는 방법 | |
| EP3956487B1 (en) | Process for the recovery of cathode materials in the recycling of batteries | |
| AU2019459228B2 (en) | Method for recycling lithium batteries | |
| JP7303327B2 (ja) | リチウム電池正極用の前駆体化合物を調製する方法 | |
| KR102154599B1 (ko) | 양극활물질의 유가금속 분리회수방법 | |
| JP3918041B2 (ja) | 使用済みニッケル−金属水素化物蓄電池からの金属の回収方法 | |
| EP0649912B1 (en) | Method for collecting valuable metal from nickel-hydrogen secondary cell | |
| WO2022050248A1 (ja) | コバルトおよびニッケルの分離方法 | |
| KR102324910B1 (ko) | 리튬 이차 전지 폐양극재로부터 전구체 원료의 제조 방법 | |
| JP2024052467A (ja) | ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリーのリサイクル | |
| KR20130048811A (ko) | 폐배터리로부터 양극활물질의 제조방법 | |
| KR102367354B1 (ko) | 폐인산리튬의 정제방법 및 그를 포함하는 인산철리튬의 제조방법 | |
| JP3516478B2 (ja) | ニッケル水素２次電池からの有効金属回収法 | |
| KR102313962B1 (ko) | 폐리튬이차전지로부터의 양극활물질 전구체의 제조방법 | |
| JP3532640B2 (ja) | ニッケル水素２次電池からの正極材料回収法及び負極有効金属回収用原料の回収法 | |
| EP4372113A1 (en) | Lithium recovery from lithium-ion batteries | |
| US20240170749A1 (en) | Lithium recovery from lithium-ion batteries | |
| KR102295564B1 (ko) | 폐리튬이차전지로부터의 희유금속의 회수방법 | |
| JP3504813B2 (ja) | ニッケル水素二次電池からの有価金属回収方法 | |
| CN116377222A (zh) | 富镍电池回收利用 | |
| WO2024107207A1 (en) | Lithium recovery from lithium-ion batteries | |
| CN114583316A (zh) | 锂离子电池回收再造的方法及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240402 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20240402 |