JP4233835B2 - 使用済み二次電池用の穿孔装置及びこれらを用いた使用済み二次電池の処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済み二次電池用の穿孔装置及び使用済み二次電池の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電力貯蔵用等に用いられる大出力の二次電池として、リチウム二次電池、とりわけ５０Ｗｈ超級の非水電解液系大型リチウム二次電池が、注目されてきている。一般に、リチウム二次電池は、電極（正極及び負極）を適宜巻回あるいは積層したものを電池容器内に収納し、非水電解液を注入後に密閉することによって、製造されている。
【０００３】
こうしたリチウム二次電池をはじめとする二次電池においては、長期間にわたる使用、すなわち充放電が長期間にわたり繰り返されることによって、電解液の一部の分解を伴って電極表面に皮膜が形成されていくことがある。このように電解液の一部が分解されると、二酸化炭素や炭化水素等からなるガスの発生が伴うことがある。発生したガスは、電池容器内に徐々に充満していくので、長期間にわたる使用に供された電池では、電池容器の内圧が非常に高い状態となっていることとなる。
【０００４】
耐用年数の経過等によって使用済みとなった二次電池の処理、つまり解体処理や分別処理等を行うにあたっては、作業上様々な制約を受けることとなる。すなわち上記のように、電池容器には高い内圧が加わっているので、解体時にはこうした内圧による悪影響を極力抑制する必要がある。また、解体時に短絡を起こしたりすると、熱暴走によって電池の破裂や発火が誘発されるおそれがあるので、短絡を起こさぬように留意して解体作業を行う必要がある。このように様々な制約下で、高い作業安定性を確保して、使用済み二次電池の処理を行わなければならない。このような処理を通常の作業条件下で行うことは困難であるとの見地から、使用済み二次電池を−５０℃以下といった極低温まで冷却し、冷凍破砕を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
国際公開第００／１９５５７号パンフレット
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載されているような処理方法では、−５０℃以下といった極低温まで冷却する必要があるので、非常に大がかりな冷却装置等が必要となり、処理全体を容易且つ的確に行い得るとは言い難く、またコストも高いものとなっていた。加えて、電池容器がプラスチック製であればよいが、他の材料、例えば金属である場合等には、的確に破砕し得ないという欠点もあった。
こうしたことから、通常の作業条件下において作業安定性を確保しつつ、的確に効率よく処理を行う処理方法等が求められているが、有効なものが確立されていないのが実情であった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、使用済み二次電池の解体処理、分別処理等といった各処理を容易且つ的確に効率よく行うことができ、材料の再利用あるいは廃棄を容易に行うことができる、使用済み二次電池用の穿孔装置及び使用済み二次電池の処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、使用済み二次電池の電池容器に孔を開けるとともに、該孔から前記電池容器内のガス及び／又は電解液を外部へと抜き出すために用いられる穿孔装置であって、前端部側の第１開口部から後方側の側方に開口する第２開口部まで貫通する導出孔が形成されている、筒状の装置本体と、前記装置本体の前端部側の前記第１開口部周縁側に、該第１開口部を囲うようにして環状に設けられ、前記装置本体の前端部側が前記電池容器の外面に圧接された際に弾性変形する環状弾性体と、前記導出孔内に前後方向移動可能に設けられ、その先端部側には穿孔部が形成されている棒状の移動部材と、が備えられ、前記装置本体が前記電池容器の外面に圧接固定され、前記移動部材が前記装置本体に対して所定位置まで前進された際に、前記穿孔部が前記第１の開口部から突出して前記電池容器に孔を開けるとともに、該孔から抜き出された前記ガス及び／又は電解液を、前記第１開口部から前記導出孔を経て前記第２開口部へと導出させることを特徴とする。
【０００９】
このような構成の穿孔装置を用いることで、内部が高圧となっている電池容器に的確に孔を開けて、この孔からガス及び／又は電解液を抜き出すとともに、抜き出したガス及び／又は電解液を穿孔装置外部へと漏出させることなく、そのほぼ全量を穿孔装置内に導入して、第２開口部へと導出させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の穿孔装置であって、前記装置本体には、前記導出孔が、前記装置本体の側方の前記第２開口部まで貫通するように、その途中で湾曲又は屈曲して形成されるとともに、前記導出孔の途中から分岐して前記装置本体の後端部側の第３開口部まで、前記第１開口部と前記第３開口部とを結ぶ軸線が直線となるように貫通して、前記移動部材が挿通される挿通孔が形成され、前記挿通孔内周側と前記移動部材外周側とのうちの一方あるいは双方には、これら挿通孔と移動部材との隙間をシールするシール手段が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成としたことで、穿設装置の後端部側から移動部材を挿通して前後移動させることができ、穿孔装置の外部から移動部材を操作することによって、電池容器に容易に穿孔することができる。そしてこのとき、穿孔装置の挿通孔と移動部材との隙間はシール手段によってシールされているので、孔から抜き出されたガス及び／又は電解液を、この隙間から穿孔装置外部へと漏出させることなく、第２開口部へと導出させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の穿孔装置であって、前記穿孔部は、一旦穿孔した後に該孔をより拡径することが可能な楔形状とされていることを特徴とする。
【００１３】
このように、孔径を少なくとも２段階に設定することができるので、電池容器内部のガス及び／又は電解液を的確に電池容器外部へと抜き出すことができる。すなわち、密閉された二次電池内部は内圧が非常に高くなっており、最初に大径の孔を穿孔することは好ましくない。そのため、最初には小径の孔を穿孔して、内圧による影響を最小限としながらガスを抜き出していき、電池容器の内圧が低下したら、次に小径の孔を拡径して大径の孔として、電解液を抜き出し易くすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の穿孔装置であって、前記シール手段は、前記移動部材外周側に形成された雄ネジと、前記挿通孔内周側に形成され前記雄ネジと螺合する雌ネジとにより構成されていることを特徴とする。
【００１５】
このように、雄ネジと雌ネジとを螺合させることでシール手段を構成するようにしているので、簡易な構成として、移動部材と挿通孔との隙間を的確にシールすることができる。また、ネジ構造を採用しているので、移動部材を一方に回転させるだけで的確に前進させることができ、的確且つ容易に電池容器に穿孔することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の穿孔装置を用いて、使用済み二次電池を処理する方法であって、前記穿孔装置を、固定手段を用いて前記電池容器の外面に圧接固定し、該電池容器に小径の孔を穿設して、該小径の孔から前記電池容器内のガスを抜き出し、前記小径の孔を拡径して大径の孔として、該大径の孔から前記電池容器内の電解液を抜き出し、その後、前記電池容器内から電極を取り出すことを特徴とする。
【００１７】
このように、請求項３又は請求項４に記載の穿孔装置を用いて使用済み二次電池を処理するようにしているので、先ず小径の孔を穿孔して、内圧による影響を最小限としながらガスを抜き出していき、次に電池容器の内圧が低下したら、小径の孔を拡径して大径の孔として、多量の電解液をより短時間で抜き出していくことができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の穿孔装置を用いて、使用済み二次電池を処理する方法であって、一対の前記穿孔装置の各々を、固定手段を用いて前記電池容器の外面の互いに離間した位置に圧接固定し、該電池容器に小径の孔を穿設して、該小径の孔から前記電池容器内のガスを抜き出し、前記小径の孔を拡径して大径の孔として、該大径の孔から前記電池容器内の電解液を抜き出すとともに、前記一対の穿孔装置のうちの一方から他方へと洗浄液を循環させて前記電池容器内部を洗浄し、その後、前記電池容器内から電極を取り出すことを特徴とする。
【００１９】
このように、電解液を抜き出した後に電池容器内を洗浄するようにしているので、電池容器から電極を取り出す前に電極の洗浄を完了させておくことができ、電極を取り出した後に洗浄処理等を行う必要が無く、速やかに解体処理、分別処理等を行うことができ、材料の再利用あるいは廃棄を容易に行うことができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の穿孔装置を用いて、使用済み二次電池を処理する方法であって、一対の前記穿孔装置の各々を、固定手段を用いて前記電池容器の外面の互いに離間した位置に圧接固定し、該電池容器に小径の孔を穿設して、該小径の孔から前記電池容器内のガスを抜き出し、前記小径の孔を拡径して大径の孔として、該大径の孔から前記電池容器内の電解液を抜き出すとともに、前記一対の穿孔装置のうちの一方から他方へと洗浄液を循環させて前記電池容器内部を洗浄した後、前記一対の穿孔装置のうちの一方から他方へと乾燥用ガスをパージ又は循環させて前記電池容器内部を乾燥せしめ、その後、前記電池容器内から電極を取り出すことを特徴とする。
【００２１】
このように、電解液を抜き出した後に電池容器内を洗浄し、さらに乾燥するようにしているので、電池容器から電極を取り出す前に電極の洗浄と乾燥を完了させておくことができ、電極を取り出した後に洗浄処理等を行う必要が無く、速やかに解体処理、分別処理等を行うことができ、材料の再利用あるいは廃棄を容易に行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図８を用いて説明する。
先ず、本実施形態において処理される、使用済み二次電池としてのリチウム二次電池について説明する。図２に示すこのリチウム二次電池１００は、長期間の使用によって充放電が繰り返された後、使用済みとなった二次電池である。
【００２３】
リチウム二次電池１００は、電極端子、つまり正極端子１０２と負極端子１０３とが設けられた密閉容器としての電池容器１０１内に、板状電極の積層体、つまり板状の正極（電極）１０４と負極（電極）１０５とが交互に積層された積層体（図５（ａ）等参照）と、電解液（図示省略）とが収容された構成となっている。
【００２４】
電池容器１０１は、例えばアルミニウムといった金属、あるいはプラスチック等からなる板状体が組み合わされた形態の、外形略直方体形状となっている密閉容器である。すなわち、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面視略矩形状の底板部と、この底板の各々の周縁部から屹立する４枚の側板部と、正極端子１０２及び負極端子１０３が設けられた蓋板部とから構成されており、その内部の電極積層体及び電解液が封止されている。
【００２５】
マンガン酸リチウムなどのリチウム複合酸化物を活物質とする正極１０４と、黒鉛材料などを活物質とする負極１０５とは、横方向に交互に積層された状態となっている。各々の正極１０４と負極１０５との間には、不織布あるいは微多孔膜等からなるセパレーター（図示省略）が介在しており、これら正極１０４と負極１０５とを離隔している。
このセパレーターには、電解液が含浸されている。電解液の一例としては、ＥＣ（エチレンカーボネート）とＤＭＣ（ジメチルカーボネート）、Ｄｉｏｘ（１，３−ジオキソラン）あるいはＴＨＦ（テトラヒドロフラン）等からなる混合溶媒中に、ＬｉＰＦ６（６フッ化リン酸リチウム）やＬｉＣｌＯ４（過塩素酸リチウム）、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等を溶解したものが挙げられる。
【００２６】
これら正極１０４、負極１０５、及び電解液を含浸されたセパレーターは、電池容器１０１内の上部側に空隙部（図示省略）が形成されるようにして、すなわち若干の寸法的余裕を持たせた状態で、電池容器１０１内に収容され封止されている。この空隙部には、各々の正極１０４と正極端子１０２とを連結する正極集電体（図示省略）と、各々の負極１０５と負極端子１０３とを連結する負極集電体（図示省略）とが設けられている。
【００２７】
このリチウム二次電池１００は、長期間にわたって充放電が繰り返されたため、電解液の一部の分解を伴って電極表面には皮膜が形成された状態となっている。また、電解液の一部が分解されたことに伴い、二酸化炭素や炭化水素等からなるガスが発生し、このガスが電池容器１０１内に充満して、電池容器１０１の内圧が非常に高い状態となっている。
【００２８】
こうしたリチウム二次電池を、図１等に示す穿孔プローブ（穿孔装置）１０、あるいは図７、図８等に示す破砕ドリルユニット（内部破砕装置）２０Ａ，２０Ｂを用いて処理する。
【００２９】
先ず、穿孔プローブ１０について説明する。この穿孔プローブ１０は、リチウム二次電池１００の電池容器１０１に孔を開けるとともに、この孔から電池容器１０１内のガス及び電解液を外部へと抜き出すためのもので、プローブ本体（装置本体）１１と、ニードル部材（移動部材）１２と、Ｏリング（環状弾性体）１３と、固定用ロッド１４，１４とを備えた構成とされている。
【００３０】
プローブ本体１１は、前端側と後端側に各々平面部を有する略筒状の部材であって、前端部側に開口する第１開口部１１ｈ１から、後方側の側方に開口する第２開口部１１ｈ２まで貫通する、導出孔１１ａが形成されている。また、導出孔１１ａの途中から分岐して、後端部側に開口する第３開口部１１ｈ３までを貫通する、挿通孔１１ｂが形成されている。
【００３１】
導出孔１１ａは、電池容器１０１から抜き出されたガス及び電解液を、外部へと導出させるもので、プローブ本体１１前端側の第１開口部１１ｈ１から、プローブ本体１１側方の第２開口部１１ｈ２まで貫通するように、その途中で屈曲するようにして形成されている。つまり、第１開口部１１ｈ１から後端部側へと延在する軸線Ｏ１に沿ってプローブ本体１１内の途中まで延びた後、屈曲点Ｘを境にして、軸線Ｏ１と非平行な軸線Ｏ２に沿って側方の第２開口部１１ｈ２へと至るようになっている。なおここでは、ある屈曲点Ｘを境にして導出孔１１ａの延在方向が変化するように形成しているが、滑らかに湾曲することで延在方向が変化するように形成してもよい。
【００３２】
挿通孔１１ｂは、ニードル部材１２を挿通させるもので、屈曲点Ｘにおいて導出孔から分岐して、軸線Ｏ１に沿って後端部側の第３開口部１１ｈ３まで貫通するように形成されている。すなわち、第１開口部１１ｈ１と第３開口部１１ｈ３とを結ぶ軸線である軸線Ｏ１が略直線となるようにして、導出孔１１ａと挿通孔１１ｂとは屈曲点Ｘにおいて互いに連通している。このように、これら導出孔１１ａと挿通孔１１ｂとは、断面視略トの字状となるようにして、各々プローブ本体１１内に形成されている。なお、挿通孔１１ｂの内周側には、雌ネジ１１ｓが形成されている。
【００３３】
ニードル部材１２は、電池容器１０１に孔を開けるためのもので、導出孔１１ｂ内、及び屈曲点Ｘよりも前方側の導出孔１１ａ内に前後方向移動可能に設けられた、略棒状をなす部材である。このニードル部材１２の先端部側には、穿孔部１２ａが形成されているとともに、後端部側には円盤状の回転ツマミ１２ｒが一体に設けられている。穿孔部１２ａは、一旦孔を穿孔した後に、この孔をより拡径することが可能なように、略楔形状をなしている。すなわち、ガス抜き用のピンホールを穿孔した後、このピンホールを電解液抜き用の大径の孔に拡径するといったように、孔径を少なくとも２段階に変化させることが可能となっている。
【００３４】
挿通孔１１ｂの内周側に形成された雌ネジ１１ｓと、ニードル部材１２の外周側に形成された雄ネジ１２ｓとは、挿通孔１１ａとニードル部材１２との隙間をシールするためのシール手段を構成している。すなわち、互いに螺合していることで、導出孔１１ａ内のガス及び電解液が隙間を流れて第３開口部１１ｈ３から外部へと漏れ出すことが、的確に防止されるようになっている。
また、雄ネジ１２ｓと雌ネジ１１ｓとが螺合しているので、回転ツマミ１２ｒを一方向に回転させれば、ニードル部材１２を的確に前進させることができるとともに、穿孔するための力を穿孔部１２ａへと的確に伝達させることができる。
【００３５】
Ｏリング１３は、プローブ本体１１の前端部側の第１開口部１１ｈ１周縁側に、この開口部を囲うようにして環状に設けられている。このＯリング１３は、プローブ本体１１の前端部側が電池容器１０１の外面に圧接された際に弾性変形して、穿孔プローブ１０と電池容器１０１とを隙間無く圧接させるものである。すなわち、このＯリング１３の内側と外側とが、的確にシールされるようになっている。
【００３６】
固定用ロッド１４，１４は、一対をなしてプローブ本体１１の側方から各々反対方向に向けて突出するようにして、プローブ本体１１に一体に設けられている、略棒状の部材である。これら固定用ロッド１４，１４の先端部近傍位置には、図２に示すように、連結用ロッド１５，１５（後述）を各々挿通させるための、挿通孔（図示省略）が形成されている。
【００３７】
こうした穿孔プローブ１０を、固定手段を用いて、電池容器１０１外面の所定位置つまり穿孔する位置に圧接固定する。ここでは図２に示すように、両端部側に雄ネジが形成された一対の連結ロッド１５，１５と、穿孔プローブ１０と電池容器１０１を挟んで対向する位置に配された端板１６と、連結ロッド１５，１５の雄ネジと各々螺合する蝶ネジ１７とで、固定手段を構成している。すなわち、一対の連結ロッド１５，１５の一端部側を、固定用ロッド１４に形成された孔もしくは溝（図示省略）の各々に挿通するとともに、これら連結ロッド１５，１５の他端部側を、端板１６に形成された孔もしくは溝（図示省略）の各々に挿通する。そして、連結ロッド１５，１５の両端部側に蝶ネジ１７を各々螺合させ、強固に締め付けることで、穿孔プローブ１０を電池容器１０１の外面の所定位置に圧接固定することができる。
【００３８】
穿孔する位置は、限定されるものではないが、リチウム二次電池１００の側板部の上部側外面、つまり電極と電極端子との間の空隙部の位置における側板部の外面とすることが望ましい。この位置であれば、ニードル部材１２と電極とが接触するおそれは殆どなく、短絡等を起こすおそれを殆ど皆無とすることができるからである。
なお穿孔前に、第２開口部１１ｈ２には、予め管路ｌ等の流路を接続しておき、穿孔した孔から導出したガス及び電解液を、図示しない貯留手段あるいは処理手段等へと送ることができるようにしておく。ガスの処理手段としては、例えば、ガス中の有機成分を補足できるガス吸収筒等が挙げられる。
【００３９】
このように穿孔プローブ１０を固定しておいて、回転ツマミ１２ｒを一方向に回転させてニードル部材１２を前進させ、穿孔部１２ａを第１開口部１１ｈ１から突出させて電池容器１０１外面に突き立て、この位置に小径の孔を開ける。先ず、高い内圧となっている電池容器１０１内からガスを抜き出す必要があるので、内圧による影響を最小限とするために、第１段階として穿孔する小径の孔は、内径（孔径）が約１ｍｍ程度のピンホールとすることが好ましい。なお、穿孔された孔の図示は、図４以外の図においては省略する。
【００４０】
このピンホールを穿孔後、ニードル部材１２を後退させる。こうすると、電池容器１０１内に充満しているガスが、ピンホールから噴出する。このとき、ピンホールの周囲は、弾性変形しているＯリング１３によってシールされているので、噴出したガスは、電池容器１０１とプローブ本体１１との間から外部へと漏れ出ることができなくなっている。すなわち、噴出したガスの殆ど全量が、プローブ本体１１の導出孔１１ａ内へと導入されていく。
【００４１】
導出孔１１ａ内に導入されたガスは、軸線Ｏ１に沿って第３開口部１１ｈ３側へと流れていこうとする。このとき、プローブ本体１２は挿通孔１１ｂに螺合され、互いの隙間はシールされているので、導出孔１１内のガスは、挿通孔１１ｂを流れて第３開口部１１ｈ３から外部へと漏れ出ることができなくなっている。そのため、ガスのほぼ全量が、導出孔１１ａに沿って屈曲して、つまり途中から軸線Ｏ２に沿って第２開口部１１ｈ２へと導出されていく。
このようにして、電池容器１０１内のガスは、殆ど全量が第１開口部１１ｈ１から導出孔１１ａを経て第２開口部１１ｈ２へと導出され、管路ｌによって貯留手段あるいは処理手段等へと送られていき、然るべき処理が施される。
【００４２】
こうして電池容器１０１内からガスを抜き出し終えたら、次に電解液を抜き出す。このとき、電池容器１０１内の圧力は、ほぼ常圧といえる値まで低下しているので、ニードル部材１２を再度用いてピンホールを拡径し、液体を抜き出すのに適切な大きさの、大径の孔とする。このように第２段階として拡径する大径の孔は、内径（孔径）が約５ｍｍ程度の孔とすることが好ましい。また、この孔とは別に、もう一つの穿孔プローブ１０を用いる等して、空気抜き用の孔を別途穿孔しておくことが好ましい。
【００４３】
拡径後、ニードル部材１２を後退させて、電池容器１０１を傾斜させる、あるいは管路ｌ側から吸引する等して、孔から電解液を抜き出し、導出孔１１ａへと導入する。ここで上述したように、電池容器１０１とプローブ本体１１との間、及び挿通孔１２ｂとニードル部材１２との隙間は、各々シールされているので、これらの部分から電解液が外部へと漏れ出ることはできなくなっている。このため、電池容器１０１内の電解液は、殆ど全量が、殆ど全量が第１開口部１１ｈ１から導出孔１１ａを経て第２開口部１１ｈ２へと導出され、管路ｌによって貯留手段あるいは処理手段等へと送られていき、然るべき処理が施される。
【００４４】
なお、図３に示すように、穿孔プローブ１０を一対用いて、ガス及び電解液を抜き出した後の電池容器１０１内部を洗浄するようにすれば、より好ましい。この図の例においては、一対の穿孔プローブ１０，１０を、固定手段としての一対の連結ロッド１５，１５と蝶ネジ１７とを用いて、電池容器１０１外面の互いに離間した位置に圧接固定している。ここでは、電池容器１０１内の洗浄効率を高めるために、これら一対の穿設プローブ１０，１０を、互いに対向する側板部に圧接固定するようにしている。つまり、図２における端板１６の位置に、もう一つの穿孔プローブ１０を用いている。
【００４５】
各々の穿孔プローブ１０の第２開口部１１ｈ２には、穿孔前に、予め管路ｌ等の流路を接続して両者を連結しておくとともに、管路ｌの途中に循環タンクＴ及び循環ポンプＰを設けておく。
【００４６】
こうしておいて、少なくとも一方の穿孔プローブ１０の回転ツマミ１２ｒを操作して、電池容器１０１に小径の孔、つまり内径（孔径）が約１ｍｍ程度のピンホールを開け、ガスを噴出させる。このガスは、穿孔プローブ１０から管路ｌによって循環タンクＴへと送られていき、然るべき処理が行われる。
【００４７】
このようにして電池容器１０１内からガスを抜き出し終えたら、次に電解液を抜き出すとともに、洗浄液を用いて電池容器１０１内を洗浄する。事前に、双方の穿孔プローブ１０，１０を操作して、液体を循環させるのに適切な大きさの大径の孔、つまり内径（孔径）が約５ｍｍ程度の孔を一対、各々穿孔する。そして、循環ポンプＰを駆動させて電解液を抜き出すとともに、循環タンクＴ内の洗浄液を、一方の穿孔プローブ１０から他方の穿孔プローブ１０へと循環させる。こうして、電解液が抜き出された後の電池容器１０内部は洗浄され、電極やセパレーターに付着していた電解液も、充分に洗い流される。
【００４８】
電池容器１０１内部を洗浄した後に、一対の穿孔プローブ１０，１０をそのまま用いて、さらに乾燥用ガスをパージ又は循環させて、電池容器１０１内部を乾燥させるようにすれば、より好ましい。この乾燥用ガスとしては、窒素、アルゴン、ドライエアー等が用いられる。こうした乾燥を行う場合には、予め管路ｌの途中に、乾燥用ガスを供給するためのガス供給手段や、ガス循環用のポンプ、或いはパージ等が終了した後の乾燥用ガスを回収するためのガス回収手段等（これらの図示は省略）を、適宜取り付けておく。こうしておいて、一方の穿孔プローブ１０から他方の穿孔プローブ１０へと、乾燥用ガスをパージ又は循環させる。こうして、電解液が抜き出された後の電池容器１０内部は充分に乾燥される。
【００４９】
このようにして、ガス及び電解液が抜き出され、或いは洗浄・乾燥がなされた電池容器１０１の一部を切除して、開口部を形成させる。ここでは、図４に示す切断線Ｃ１に沿って切断する。すなわち、穿孔プローブ１０によって穿孔された孔Ｈの高さ位置を境にして、上側つまり蓋板部側を切除する。この切断位置であれば、上述したように電池容器１０１内側は空隙部となっているので、容易に切断できるとともに、電極の上側全域を開口させて、電極の取り出しを容易に行うことができる。
【００５０】
図５（ａ）には、切断・分離された電池容器１０１を示している。この図においては、切除される蓋板部を符号１０１ｂとして、蓋板部１０１ｂが除去された下側の電池容器を符号１０１ａとして、各々示している。なおここでの図示は省略するが、正極１０４と正極端子１０２とを連結する正極集電体、及び各々の負極１０５と負極端子１０３とを連結する負極集電体も各々切除しておく必要があることは、言うまでもない。そして図５（ｂ）に示すように、蓋板部１０１ｂが切除された電池容器１０１ａの上側開口部から、電極積層体つまり正極１０４、負極１０５及びセパレーターを取り出す。
こうして、使用済みのリチウム二次電池１００は解体され、各々分離された構成要素、つまり電極やセパレーター、電池容器１０１ａや蓋板部１０１ｂ等は、各々の材料として回収・分別される。このように解体処理、分別処理等といった各処理が行われた各材料は、再利用あるいは廃棄される。
【００５１】
なお、長期間にわたる使用によって電極が膨張してしまい、電池容器１０１内からの取り出しが困難となる場合がある。この場合には図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、電池容器１０１ａを切断線Ｃ２に沿って切断し、左右に分離してから電極積層体を取り出すようにすれば、取り出しを容易に行うことができる。
【００５２】
また、電池容器１０１と電極とがほぼ一体に押圧固定されるほどに電極が膨張し、取り出しが極めて困難となっている場合には、電池容器１０１ａ内で電極を破砕してから取り出すようにする。この場合、図７に示すような破砕ドリルユニット（内部破砕装置）２０Ａを用いる。
【００５３】
この破砕ドリルユニット２０Ａは、ドリル（回転型破砕部材）２１と、このドリル２１を略垂直に支持して回転駆動させるモーター（アクチュエータ）Ｍと、を備えている。ドリル２１は、略円柱状のドリル本体２１ａの外周側に溝部２１ｂが螺旋状に形成された構成のドリル、つまり一般的な木工用ドリルと同様の構成を有するドリルとなっている。このドリル２１には、電極同士の間に容易に挿入させるとともに、溝部２１ｂに電極を食い込み易くして破砕効率を向上させることが求められる。そのため、ドリル本体２１ａが細長い円柱形状をなし溝部２１ｂの形成領域が大きくなっている、木工用ドリルと同様の構成を有するドリルを用いることが好ましい。
【００５４】
この破砕ドリルユニット２０Ａを、図示しないスタンド等に支持させておき、ドリル２１を回転させながら、上側から電池容器１０１ａ内の電極間に挿入して、電極を順次破砕し、取り出していく。取り出された電極やセパレーター等は、上記同様に各々の材料として回収・分別された後、再利用あるいは廃棄される。
【００５５】
上記の破砕ドリルユニット２０Ａに替えて、図８に示す破砕ドリルユニット２０Ｂを用いるようにすれば、より好ましい。この破砕ドリルユニット２０Ｂは、複数のドリル２１と、これらドリルを回転駆動させるとともに横方向に移動させるモーター（アクチュエータ）Ｍ２と、開口部を覆うカバー２２と、を備えている。この破砕ドリルユニット２０Ａは、スタンド２４に設けられ上下移動可能とされた上下動部材２３によって支持されることで、上下動可能となっている。
【００５６】
モーターＭ２は、上記破砕ドリルユニット２０ＡにおけるモーターＭと同様に、各々のドリル２１を回転駆動させる機能に加えて、これらドリル２１を横方向つまり電池容器１０１ａの開口部の拡がり方向に移動可能とする、横移動機構としての機能も担保するものである。このようにドリル２１を横移動可能とすることにより、スタンド２４の移動を伴わずに、電池容器１０１ａ内の電極をほぼ全域にわたって破砕することができる。なお、ドリル２１の構成は、上記破砕ドリルユニット２０Ａにおけるドリル２１と同等となっている。また、カバー２２は、ドリル２１の上側から電池容器１０１ａの開口部全体を覆う盤状部材であって、ドリル２１によって破砕された電極の破片が、外部へと飛散するのを防止するものである。
【００５７】
各々のドリル２１を回転させながら破砕ドリルユニット２０Ｂを降下させていき、上側から電池容器１０１ａ内の電極間に挿入して、電極を破砕する。そして、各々のドリル２１を横方向に順次移動させて、電池容器１０１ａ内の電極を全域にわたって順次破砕し、取り出していく。取り出された電極やセパレーター等は、上記同様に各々の材料として回収・分別された後、再利用あるいは廃棄される。
【００５８】
なおここでは、モーターＭ２に横移動機構としての機能も兼用させるようにしているが、回転駆動用と横移動用とで独立したアクチュエータを用いても良く、また、横移動機構を手動によるものとしてもよい。
【００５９】
本実施形態に係る穿孔プローブ１０においては、前端部側の第１開口部１１ｈ１から後方側の第２開口部１１ｈ２まで貫通する導出孔１１ａが形成されている、略筒状のプローブ本体１１と、プローブ本体１１の前端部側の第１開口部１１ｈ１周縁側に、この第１開口部１１ｈ１を囲うようにして環状に設けられ、プローブ本体１１の前端部側が電池容器１０１外面に圧接された際に弾性変形するＯリング１３と、導出孔１１ａ内に前後方向移動可能に設けられ、その先端部側には穿孔部１２ａが形成されている略棒状のニードル部材１２と、が備えられるようにしている。そのため、内部が高圧となっているリチウム二次電池１００の電池容器１０１に、的確に孔を開けて、この孔からガス及び電解液を抜き出すとともに、抜き出したガス及び電解液を穿孔プローブ１０の外部へと漏出させることなく、そのほぼ全量を穿孔プローブ１０内に導入して第２開口部へと導出させ、処理手段等へと送ることができる。これにより、周囲の環境に悪影響を及ぼすことなく、使用済みのリチウム二次電池１００を容易且つ的確に処理することができる。
【００６０】
また、プローブ本体１１には、導出孔１１ａがプローブ本体１１側方の第２開口部１１ｈ２まで貫通するように、その途中で湾曲又は屈曲して形成されるとともに、導出孔１１ａの途中から分岐してプローブ本体１１後端部側の第３開口部１１ｈ３まで、第１開口部１１ｈ１と第３開口部１１ｈ３とを結ぶ軸線Ｏ１が略直線となるように貫通して、ニードル部材１２が挿通される挿通孔１１ｂが形成され、挿通孔１１ｂ内周側とニードル部材１２外周側とのうちの一方あるいは双方には、これら挿通孔１１ｂとニードル部材１２との隙間をシールするシール手段が設けられるようにしている。そのため、穿設プローブ１０の後端部側からニードル部材１２を挿通して前後移動させることができ、穿孔プローブ１０の外部からニードル部材１２を操作することによって、電池容器１０１に容易に穿孔することができる。そしてこのとき、挿通孔１１ｂとニードル部材１２との隙間はシール手段によってシールされているので、孔から抜き出されたガス及び電解液を、この隙間から穿孔プローブ１０外部へと漏出させることなく、第２開口部へと導出させることができる。これにより、穿孔プローブ１０の操作性をより向上させることができる。
【００６１】
更に、穿孔部１２ａを、一旦穿孔した後に該孔をより拡径することが可能な略楔形状として、孔径を少なくとも２段階に設定することができるようにしている。そのため、最初にはピンホール等の小径の孔を穿孔して、内圧による影響を最小限としながらガスを抜き出していき、電池容器１０１の内圧が低下したら、次に小径の孔を拡径して大径の孔として、電解液を抜き出し易くすることができる。これにより、電池容器１０１内部のガス及び電解液を、短時間で的確に電池容器１０１外部へと抜き出すことができ、処理効率を高めることができる。
【００６２】
更に、ニードル部材１２の外周側に形成された雄ネジ１２ｓと、挿通孔１１ｂの内周側に形成された雌ネジ１１ｓとを螺合させることにより、シール手段を構成するようにしている。そのため、装置構成を簡易なものとして、ニードル部材１２と挿通孔との隙間を的確にシールすることができ、ガス及び電解液の外部への漏出を的確に防止することができる。また、ネジ構造を採用しているので、回転ツマミ１２ｒを操作してニードル部材１２を一方に回転させるだけで、ニードル部材１２を的確に前進させることができ、孔径の大きさ等の微調整も容易に行うことができ、穿孔精度をより向上させて、短時間で的確且つ容易に電池容器１０１に穿孔することができる。
【００６３】
また、本実施形態に係る破砕ドリルユニット２０Ａにおいては、電池容器１０１に形成された開口部から電池容器１０１内に挿入され、回転されることにより電極を破砕するドリル２１と、モーターＭとが備えられるようにしている。そのため、長期間の使用によって膨張して電池容器１０１からの取り出しが極めて困難となっている電極であっても、電池容器１０１内で細かく破砕・分離して、電池容器１０１内から容易且つ的確に取り出すことができる。
【００６４】
更に、ドリル２１を、略円柱状のドリル本体２１ａの外周側に溝部２１ｂが螺旋状に形成された構成のドリル、つまり一般的な木工用ドリルと同様の構成を有するドリルとしている。そのため、電池容器内への挿入を容易に行うことができるとともに、螺旋状の溝部に電極を容易に食い込ませて、短時間でより多くの電極を破砕することができ、破砕効率の向上を図ることができる。
【００６５】
更に、本実施形態に係る破砕ドリルユニット２０Ｂにおいては、複数のドリル２１を横方向に移動可能とする、横移動機構としての機能を担保するモーターＭ２と、開口部を覆うカバー２２と、が備えられるようにしている。そのため、ドリルユニット２０Ｂは開口部近傍の所定位置に固定させたままで、回転型破砕部材のみを移動させて、電池容器内の電極をより広い範囲で破砕することができる。そして、電池容器１０１の開口部を覆うカバーを設けているので、ドリル２１によって破砕された電極が飛散することが的確に防止され、作業環境を良好に維持することができるとともに、作業安定性を向上させることができる。
【００６６】
更に、本実施形態に係る使用済みリチウム二次電池１００の処理方法においては、上記の穿孔プローブ１０を、固定手段を用いて電池容器１０１の外面に圧接固定し、電池容器１０１に小径の孔つまりピンホール等を穿設して、このピンホール等から電池容器１０１内のガスを抜き出し、次にピンホール等を拡径して大径の孔として、この大径の孔から電池容器１０１内の電解液を抜き出し、その後、電池容器１０１内から電極を取り出すようにしている。そのため、先ず電池容器１０１の内圧による影響を最小限としながらガスを抜き出していき、電池容器１０１の内圧が低下したら拡径して、多量の電解液をより短時間で抜き出していくことができる。これにより、電池容器１０１の内容物の暴噴、破損等が的確に抑制されて、作業環境を良好に維持することができるとともに、作業安定性を向上させることができる。すなわち、通常の作業条件下において、容易且つ的確に処理を行うことができる。
【００６７】
更に、一対の穿孔プローブ１０，１０の各々を、固定手段を用いて電池容器１０１の外面の互いに離間した位置に圧接固定し、この電池容器１０１にピンホール等の小径の孔を穿設して、このピンホール等から電池容器１０１内のガスを抜き出し、次にピンホール等を拡径して大径の孔として、この大径の孔から電池容器１０１内の電解液を抜き出すとともに、一対の穿孔プローブ１０，１０のうちの一方から他方へと洗浄液を循環させて電池容器１０１内部を洗浄し、その後、電池容器１０１内から電極を取り出すようにしている。このため、電池容器１０１から電極を取り出す前に電極の洗浄を完了させておくことができ、電極を取り出した後に洗浄処理等を行う必要が無く、速やかに回収・分別して、廃棄処理あるいは再利用処理等といった然るべき処理を施すことができる。このため、解体処理、分別処理等といった各処理に要する時間を短縮することができ、処理効率をより高めることができる。
【００６８】
更に、一対の穿孔プローブ１０，１０のうちの一方から他方へと洗浄液を循環させて電池容器１０１内部を洗浄した後、さらに窒素、アルゴン又はドライエアー等の乾燥用ガスをパージ又は循環させて電池容器１０１内部を乾燥させ、その後、電池容器１０１内から電極を取り出すようにしている。このため、電池容器１０１から電極を取り出す前に電極の洗浄及び乾燥をともに完了させておくことができ、より速やかに回収・分別して、廃棄処理あるいは再利用処理等といった然るべき処理を施すことができる。このため、解体処理、分別処理等といった各処理に要する時間を更に短縮することができ、処理効率をより高めることができる。
【００６９】
更に、電池容器１０１内からガス及び電解液を抜き出した後、電池容器１０１の一部を切除して開口部を形成し、破砕ドリルユニット２０Ａ，２０Ｂを開口部から電池容器１０１内に挿入し、ドリル２１を回転駆動させて電極を破砕することにより、電池容器１０１内から電極を取り出すようにしている。そのため、長期間の使用によって膨張して電池容器１０１からの取り出しが極めて困難となっている電極であっても、電池容器１０１内で細かく破砕・分離して、電池容器１０１内から容易且つ的確に取り出すことができ、処理効率をより高めることができる。
【００７０】
なお、上記実施形態においては、使用済み二次電池としてリチウム二次電池を例にとって説明したが、本発明はこのようなリチウム二次電池への適用に限定されるものではなく、他の形態の二次電池であっても適用が可能である。
また、穿孔プローブにおける、プローブ本体とニードル部材との隙間をシールするシール手段を、雄ネジと雌ネジとによるネジ構造としたが、シール手段としては、これに限定されるものではない。例えば、挿通孔の内周側とニードル部材の外周側とのうちの一方あるいは双方に、弾性体等からなるシール手段を設けるようにしてもよい。
更に、破砕ドリルユニットにおける回転型破砕部材の例として、木工用ドリルと同様の構成を有するドリルを用いるようにしているが、電極を高効率で破砕できるものであれば、その他の構成を有するドリルや、回転カッター、回転ノコギリ等を用いるようにしてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る使用済み二次電池用の穿孔装置及び使用済み二次電池の処理方法によれば、上記の如き構成を採用しているので、使用済み二次電池の解体処理、分別処理等といった各処理を、通常の作業条件下で、容易且つ的確に効率よく行うことができ、材料の再利用あるいは廃棄を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る使用済み二次電池用の穿孔装置の一実施形態としての穿孔プローブを示す、平面視した部分断面図である。
【図２】 図１に示した穿孔プローブをリチウム二次電池に固定した状態を示す平面図である。
【図３】 図１に示した穿孔プローブの一対をリチウム二次電池に固定した状態を示す平面図である。
【図４】 ガス及び電解液が抜き出された後のリチウム二次電池の外観を示す斜視図である。
【図５】 （ａ）は、図４に示したリチウム二次電池の電池容器の一部を切断した状態を示す概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した電池容器から電極を抜き出した状態を示す概略斜視図である。
【図６】 （ａ）は、図５（ａ）に示したリチウム二次電池の電池容器を更に切断する前の状態を示す概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した電池容器を切断した後に電極を抜き出した状態を示す概略斜視図である。
【図７】 本発明に係る使用済み二次電池用の内部破砕装置の一実施形態としての破砕ドリルユニットの一例を示す概略斜視図である。
【図８】 本発明に係る使用済み二次電池用の内部破砕装置の一実施形態としての破砕ドリルユニットの他の例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１０ 穿孔プローブ（穿孔装置）
１１ プローブ本体（装置本体）
１１ａ 導出孔
１１ｂ 挿通孔
１１ｈ１ 第１開口部
１１ｈ２ 第２開口部
１１ｈ３ 第３開口部
１１ｓ 雌ネジ
１２ ニードル部材（移動部材）
１２ａ 穿孔部
１２ｓ 雄ネジ
１３ Ｏリング（環状弾性体）
２０Ａ，２０Ｂ 破砕ドリルユニット（内部破砕装置）
２１ ドリル（回転型破砕部材）
２１ａ ドリル本体
２１ｂ 溝部
２２ カバー
１００ リチウム二次電池（使用済み二次電池）
１０１ 電池容器
１０２ 正極端子（電極端子）
１０３ 負極端子（電極端子）
１０４ 正極（電極）
１０５ 負極（電極）
Ｍ，Ｍ２ モーター（アクチュエータ，横移動機構）
Ｈ 孔
Ｏ１，Ｏ２ 軸線
Ｘ 屈曲点
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済み二次電池用の穿孔装置及び使用済み二次電池の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電力貯蔵用等に用いられる大出力の二次電池として、リチウム二次電池、とりわけ５０Ｗｈ超級の非水電解液系大型リチウム二次電池が、注目されてきている。一般に、リチウム二次電池は、電極（正極及び負極）を適宜巻回あるいは積層したものを電池容器内に収納し、非水電解液を注入後に密閉することによって、製造されている。
【０００３】
こうしたリチウム二次電池をはじめとする二次電池においては、長期間にわたる使用、すなわち充放電が長期間にわたり繰り返されることによって、電解液の一部の分解を伴って電極表面に皮膜が形成されていくことがある。このように電解液の一部が分解されると、二酸化炭素や炭化水素等からなるガスの発生が伴うことがある。発生したガスは、電池容器内に徐々に充満していくので、長期間にわたる使用に供された電池では、電池容器の内圧が非常に高い状態となっていることとなる。
【０００４】
耐用年数の経過等によって使用済みとなった二次電池の処理、つまり解体処理や分別処理等を行うにあたっては、作業上様々な制約を受けることとなる。すなわち上記のように、電池容器には高い内圧が加わっているので、解体時にはこうした内圧による悪影響を極力抑制する必要がある。また、解体時に短絡を起こしたりすると、熱暴走によって電池の破裂や発火が誘発されるおそれがあるので、短絡を起こさぬように留意して解体作業を行う必要がある。このように様々な制約下で、高い作業安定性を確保して、使用済み二次電池の処理を行わなければならない。このような処理を通常の作業条件下で行うことは困難であるとの見地から、使用済み二次電池を−５０℃以下といった極低温まで冷却し、冷凍破砕を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
国際公開第００／１９５５７号パンフレット
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載されているような処理方法では、−５０℃以下といった極低温まで冷却する必要があるので、非常に大がかりな冷却装置等が必要となり、処理全体を容易且つ的確に行い得るとは言い難く、またコストも高いものとなっていた。加えて、電池容器がプラスチック製であればよいが、他の材料、例えば金属である場合等には、的確に破砕し得ないという欠点もあった。
こうしたことから、通常の作業条件下において作業安定性を確保しつつ、的確に効率よく処理を行う処理方法等が求められているが、有効なものが確立されていないのが実情であった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、使用済み二次電池の解体処理、分別処理等といった各処理を容易且つ的確に効率よく行うことができ、材料の再利用あるいは廃棄を容易に行うことができる、使用済み二次電池用の穿孔装置及び使用済み二次電池の処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、使用済み二次電池の電池容器に孔を開けるとともに、該孔から前記電池容器内のガス及び／又は電解液を外部へと抜き出すために用いられる穿孔装置であって、前端部側の第１開口部から後方側の側方に開口する第２開口部まで貫通する導出孔が形成されている、筒状の装置本体と、前記装置本体の前端部側の前記第１開口部周縁側に、該第１開口部を囲うようにして環状に設けられ、前記装置本体の前端部側が前記電池容器の外面に圧接された際に弾性変形する環状弾性体と、前記導出孔内に前後方向移動可能に設けられ、その先端部側には穿孔部が形成されている棒状の移動部材と、が備えられ、前記装置本体が前記電池容器の外面に圧接固定され、前記移動部材が前記装置本体に対して所定位置まで前進された際に、前記穿孔部が前記第１の開口部から突出して前記電池容器に孔を開けるとともに、該孔から抜き出された前記ガス及び／又は電解液を、前記第１開口部から前記導出孔を経て前記第２開口部へと導出させることを特徴とする。
【０００９】
このような構成の穿孔装置を用いることで、内部が高圧となっている電池容器に的確に孔を開けて、この孔からガス及び／又は電解液を抜き出すとともに、抜き出したガス及び／又は電解液を穿孔装置外部へと漏出させることなく、そのほぼ全量を穿孔装置内に導入して、第２開口部へと導出させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の穿孔装置であって、前記装置本体には、前記導出孔が、前記装置本体の側方の前記第２開口部まで貫通するように、その途中で湾曲又は屈曲して形成されるとともに、前記導出孔の途中から分岐して前記装置本体の後端部側の第３開口部まで、前記第１開口部と前記第３開口部とを結ぶ軸線が直線となるように貫通して、前記移動部材が挿通される挿通孔が形成され、前記挿通孔内周側と前記移動部材外周側とのうちの一方あるいは双方には、これら挿通孔と移動部材との隙間をシールするシール手段が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
このような構成としたことで、穿設装置の後端部側から移動部材を挿通して前後移動させることができ、穿孔装置の外部から移動部材を操作することによって、電池容器に容易に穿孔することができる。そしてこのとき、穿孔装置の挿通孔と移動部材との隙間はシール手段によってシールされているので、孔から抜き出されたガス及び／又は電解液を、この隙間から穿孔装置外部へと漏出させることなく、第２開口部へと導出させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の穿孔装置であって、前記穿孔部は、一旦穿孔した後に該孔をより拡径することが可能な楔形状とされていることを特徴とする。
【００１３】
このように、孔径を少なくとも２段階に設定することができるので、電池容器内部のガス及び／又は電解液を的確に電池容器外部へと抜き出すことができる。すなわち、密閉された二次電池内部は内圧が非常に高くなっており、最初に大径の孔を穿孔することは好ましくない。そのため、最初には小径の孔を穿孔して、内圧による影響を最小限としながらガスを抜き出していき、電池容器の内圧が低下したら、次に小径の孔を拡径して大径の孔として、電解液を抜き出し易くすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の穿孔装置であって、前記シール手段は、前記移動部材外周側に形成された雄ネジと、前記挿通孔内周側に形成され前記雄ネジと螺合する雌ネジとにより構成されていることを特徴とする。
【００１５】
このように、雄ネジと雌ネジとを螺合させることでシール手段を構成するようにしているので、簡易な構成として、移動部材と挿通孔との隙間を的確にシールすることができる。また、ネジ構造を採用しているので、移動部材を一方に回転させるだけで的確に前進させることができ、的確且つ容易に電池容器に穿孔することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の穿孔装置を用いて、使用済み二次電池を処理する方法であって、前記穿孔装置を、固定手段を用いて前記電池容器の外面に圧接固定し、該電池容器に小径の孔を穿設して、該小径の孔から前記電池容器内のガスを抜き出し、前記小径の孔を拡径して大径の孔として、該大径の孔から前記電池容器内の電解液を抜き出し、その後、前記電池容器内から電極を取り出すことを特徴とする。
【００１７】
このように、請求項３又は請求項４に記載の穿孔装置を用いて使用済み二次電池を処理するようにしているので、先ず小径の孔を穿孔して、内圧による影響を最小限としながらガスを抜き出していき、次に電池容器の内圧が低下したら、小径の孔を拡径して大径の孔として、多量の電解液をより短時間で抜き出していくことができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の穿孔装置を用いて、使用済み二次電池を処理する方法であって、一対の前記穿孔装置の各々を、固定手段を用いて前記電池容器の外面の互いに離間した位置に圧接固定し、該電池容器に小径の孔を穿設して、該小径の孔から前記電池容器内のガスを抜き出し、前記小径の孔を拡径して大径の孔として、該大径の孔から前記電池容器内の電解液を抜き出すとともに、前記一対の穿孔装置のうちの一方から他方へと洗浄液を循環させて前記電池容器内部を洗浄し、その後、前記電池容器内から電極を取り出すことを特徴とする。
【００１９】
このように、電解液を抜き出した後に電池容器内を洗浄するようにしているので、電池容器から電極を取り出す前に電極の洗浄を完了させておくことができ、電極を取り出した後に洗浄処理等を行う必要が無く、速やかに解体処理、分別処理等を行うことができ、材料の再利用あるいは廃棄を容易に行うことができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の穿孔装置を用いて、使用済み二次電池を処理する方法であって、一対の前記穿孔装置の各々を、固定手段を用いて前記電池容器の外面の互いに離間した位置に圧接固定し、該電池容器に小径の孔を穿設して、該小径の孔から前記電池容器内のガスを抜き出し、前記小径の孔を拡径して大径の孔として、該大径の孔から前記電池容器内の電解液を抜き出すとともに、前記一対の穿孔装置のうちの一方から他方へと洗浄液を循環させて前記電池容器内部を洗浄した後、前記一対の穿孔装置のうちの一方から他方へと乾燥用ガスをパージ又は循環させて前記電池容器内部を乾燥せしめ、その後、前記電池容器内から電極を取り出すことを特徴とする。
【００２１】
このように、電解液を抜き出した後に電池容器内を洗浄し、さらに乾燥するようにしているので、電池容器から電極を取り出す前に電極の洗浄と乾燥を完了させておくことができ、電極を取り出した後に洗浄処理等を行う必要が無く、速やかに解体処理、分別処理等を行うことができ、材料の再利用あるいは廃棄を容易に行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図８を用いて説明する。
先ず、本実施形態において処理される、使用済み二次電池としてのリチウム二次電池について説明する。図２に示すこのリチウム二次電池１００は、長期間の使用によって充放電が繰り返された後、使用済みとなった二次電池である。
【００２３】
リチウム二次電池１００は、電極端子、つまり正極端子１０２と負極端子１０３とが設けられた密閉容器としての電池容器１０１内に、板状電極の積層体、つまり板状の正極（電極）１０４と負極（電極）１０５とが交互に積層された積層体（図５（ａ）等参照）と、電解液（図示省略）とが収容された構成となっている。
【００２４】
電池容器１０１は、例えばアルミニウムといった金属、あるいはプラスチック等からなる板状体が組み合わされた形態の、外形略直方体形状となっている密閉容器である。すなわち、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面視略矩形状の底板部と、この底板の各々の周縁部から屹立する４枚の側板部と、正極端子１０２及び負極端子１０３が設けられた蓋板部とから構成されており、その内部の電極積層体及び電解液が封止されている。
【００２５】
マンガン酸リチウムなどのリチウム複合酸化物を活物質とする正極１０４と、黒鉛材料などを活物質とする負極１０５とは、横方向に交互に積層された状態となっている。各々の正極１０４と負極１０５との間には、不織布あるいは微多孔膜等からなるセパレーター（図示省略）が介在しており、これら正極１０４と負極１０５とを離隔している。
このセパレーターには、電解液が含浸されている。電解液の一例としては、ＥＣ（エチレンカーボネート）とＤＭＣ（ジメチルカーボネート）、Ｄｉｏｘ（１，３−ジオキソラン）あるいはＴＨＦ（テトラヒドロフラン）等からなる混合溶媒中に、ＬｉＰＦ６（６フッ化リン酸リチウム）やＬｉＣｌＯ４（過塩素酸リチウム）、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等を溶解したものが挙げられる。
【００２６】
これら正極１０４、負極１０５、及び電解液を含浸されたセパレーターは、電池容器１０１内の上部側に空隙部（図示省略）が形成されるようにして、すなわち若干の寸法的余裕を持たせた状態で、電池容器１０１内に収容され封止されている。この空隙部には、各々の正極１０４と正極端子１０２とを連結する正極集電体（図示省略）と、各々の負極１０５と負極端子１０３とを連結する負極集電体（図示省略）とが設けられている。
【００２７】
このリチウム二次電池１００は、長期間にわたって充放電が繰り返されたため、電解液の一部の分解を伴って電極表面には皮膜が形成された状態となっている。また、電解液の一部が分解されたことに伴い、二酸化炭素や炭化水素等からなるガスが発生し、このガスが電池容器１０１内に充満して、電池容器１０１の内圧が非常に高い状態となっている。
【００２８】
こうしたリチウム二次電池を、図１等に示す穿孔プローブ（穿孔装置）１０、あるいは図７、図８等に示す破砕ドリルユニット（内部破砕装置）２０Ａ，２０Ｂを用いて処理する。
【００２９】
先ず、穿孔プローブ１０について説明する。この穿孔プローブ１０は、リチウム二次電池１００の電池容器１０１に孔を開けるとともに、この孔から電池容器１０１内のガス及び電解液を外部へと抜き出すためのもので、プローブ本体（装置本体）１１と、ニードル部材（移動部材）１２と、Ｏリング（環状弾性体）１３と、固定用ロッド１４，１４とを備えた構成とされている。
【００３０】
プローブ本体１１は、前端側と後端側に各々平面部を有する略筒状の部材であって、前端部側に開口する第１開口部１１ｈ１から、後方側の側方に開口する第２開口部１１ｈ２まで貫通する、導出孔１１ａが形成されている。また、導出孔１１ａの途中から分岐して、後端部側に開口する第３開口部１１ｈ３までを貫通する、挿通孔１１ｂが形成されている。
【００３１】
導出孔１１ａは、電池容器１０１から抜き出されたガス及び電解液を、外部へと導出させるもので、プローブ本体１１前端側の第１開口部１１ｈ１から、プローブ本体１１側方の第２開口部１１ｈ２まで貫通するように、その途中で屈曲するようにして形成されている。つまり、第１開口部１１ｈ１から後端部側へと延在する軸線Ｏ１に沿ってプローブ本体１１内の途中まで延びた後、屈曲点Ｘを境にして、軸線Ｏ１と非平行な軸線Ｏ２に沿って側方の第２開口部１１ｈ２へと至るようになっている。なおここでは、ある屈曲点Ｘを境にして導出孔１１ａの延在方向が変化するように形成しているが、滑らかに湾曲することで延在方向が変化するように形成してもよい。
【００３２】
挿通孔１１ｂは、ニードル部材１２を挿通させるもので、屈曲点Ｘにおいて導出孔から分岐して、軸線Ｏ１に沿って後端部側の第３開口部１１ｈ３まで貫通するように形成されている。すなわち、第１開口部１１ｈ１と第３開口部１１ｈ３とを結ぶ軸線である軸線Ｏ１が略直線となるようにして、導出孔１１ａと挿通孔１１ｂとは屈曲点Ｘにおいて互いに連通している。このように、これら導出孔１１ａと挿通孔１１ｂとは、断面視略トの字状となるようにして、各々プローブ本体１１内に形成されている。なお、挿通孔１１ｂの内周側には、雌ネジ１１ｓが形成されている。
【００３３】
ニードル部材１２は、電池容器１０１に孔を開けるためのもので、導出孔１１ｂ内、及び屈曲点Ｘよりも前方側の導出孔１１ａ内に前後方向移動可能に設けられた、略棒状をなす部材である。このニードル部材１２の先端部側には、穿孔部１２ａが形成されているとともに、後端部側には円盤状の回転ツマミ１２ｒが一体に設けられている。穿孔部１２ａは、一旦孔を穿孔した後に、この孔をより拡径することが可能なように、略楔形状をなしている。すなわち、ガス抜き用のピンホールを穿孔した後、このピンホールを電解液抜き用の大径の孔に拡径するといったように、孔径を少なくとも２段階に変化させることが可能となっている。
【００３４】
挿通孔１１ｂの内周側に形成された雌ネジ１１ｓと、ニードル部材１２の外周側に形成された雄ネジ１２ｓとは、挿通孔１１ａとニードル部材１２との隙間をシールするためのシール手段を構成している。すなわち、互いに螺合していることで、導出孔１１ａ内のガス及び電解液が隙間を流れて第３開口部１１ｈ３から外部へと漏れ出すことが、的確に防止されるようになっている。
また、雄ネジ１２ｓと雌ネジ１１ｓとが螺合しているので、回転ツマミ１２ｒを一方向に回転させれば、ニードル部材１２を的確に前進させることができるとともに、穿孔するための力を穿孔部１２ａへと的確に伝達させることができる。
【００３５】
Ｏリング１３は、プローブ本体１１の前端部側の第１開口部１１ｈ１周縁側に、この開口部を囲うようにして環状に設けられている。このＯリング１３は、プローブ本体１１の前端部側が電池容器１０１の外面に圧接された際に弾性変形して、穿孔プローブ１０と電池容器１０１とを隙間無く圧接させるものである。すなわち、このＯリング１３の内側と外側とが、的確にシールされるようになっている。
【００３６】
固定用ロッド１４，１４は、一対をなしてプローブ本体１１の側方から各々反対方向に向けて突出するようにして、プローブ本体１１に一体に設けられている、略棒状の部材である。これら固定用ロッド１４，１４の先端部近傍位置には、図２に示すように、連結用ロッド１５，１５（後述）を各々挿通させるための、挿通孔（図示省略）が形成されている。
【００３７】
こうした穿孔プローブ１０を、固定手段を用いて、電池容器１０１外面の所定位置つまり穿孔する位置に圧接固定する。ここでは図２に示すように、両端部側に雄ネジが形成された一対の連結ロッド１５，１５と、穿孔プローブ１０と電池容器１０１を挟んで対向する位置に配された端板１６と、連結ロッド１５，１５の雄ネジと各々螺合する蝶ネジ１７とで、固定手段を構成している。すなわち、一対の連結ロッド１５，１５の一端部側を、固定用ロッド１４に形成された孔もしくは溝（図示省略）の各々に挿通するとともに、これら連結ロッド１５，１５の他端部側を、端板１６に形成された孔もしくは溝（図示省略）の各々に挿通する。そして、連結ロッド１５，１５の両端部側に蝶ネジ１７を各々螺合させ、強固に締め付けることで、穿孔プローブ１０を電池容器１０１の外面の所定位置に圧接固定することができる。
【００３８】
穿孔する位置は、限定されるものではないが、リチウム二次電池１００の側板部の上部側外面、つまり電極と電極端子との間の空隙部の位置における側板部の外面とすることが望ましい。この位置であれば、ニードル部材１２と電極とが接触するおそれは殆どなく、短絡等を起こすおそれを殆ど皆無とすることができるからである。
なお穿孔前に、第２開口部１１ｈ２には、予め管路ｌ等の流路を接続しておき、穿孔した孔から導出したガス及び電解液を、図示しない貯留手段あるいは処理手段等へと送ることができるようにしておく。ガスの処理手段としては、例えば、ガス中の有機成分を補足できるガス吸収筒等が挙げられる。
【００３９】
このように穿孔プローブ１０を固定しておいて、回転ツマミ１２ｒを一方向に回転させてニードル部材１２を前進させ、穿孔部１２ａを第１開口部１１ｈ１から突出させて電池容器１０１外面に突き立て、この位置に小径の孔を開ける。先ず、高い内圧となっている電池容器１０１内からガスを抜き出す必要があるので、内圧による影響を最小限とするために、第１段階として穿孔する小径の孔は、内径（孔径）が約１ｍｍ程度のピンホールとすることが好ましい。なお、穿孔された孔の図示は、図４以外の図においては省略する。
【００４０】
このピンホールを穿孔後、ニードル部材１２を後退させる。こうすると、電池容器１０１内に充満しているガスが、ピンホールから噴出する。このとき、ピンホールの周囲は、弾性変形しているＯリング１３によってシールされているので、噴出したガスは、電池容器１０１とプローブ本体１１との間から外部へと漏れ出ることができなくなっている。すなわち、噴出したガスの殆ど全量が、プローブ本体１１の導出孔１１ａ内へと導入されていく。
【００４１】
導出孔１１ａ内に導入されたガスは、軸線Ｏ１に沿って第３開口部１１ｈ３側へと流れていこうとする。このとき、プローブ本体１２は挿通孔１１ｂに螺合され、互いの隙間はシールされているので、導出孔１１内のガスは、挿通孔１１ｂを流れて第３開口部１１ｈ３から外部へと漏れ出ることができなくなっている。そのため、ガスのほぼ全量が、導出孔１１ａに沿って屈曲して、つまり途中から軸線Ｏ２に沿って第２開口部１１ｈ２へと導出されていく。
このようにして、電池容器１０１内のガスは、殆ど全量が第１開口部１１ｈ１から導出孔１１ａを経て第２開口部１１ｈ２へと導出され、管路ｌによって貯留手段あるいは処理手段等へと送られていき、然るべき処理が施される。
【００４２】
こうして電池容器１０１内からガスを抜き出し終えたら、次に電解液を抜き出す。このとき、電池容器１０１内の圧力は、ほぼ常圧といえる値まで低下しているので、ニードル部材１２を再度用いてピンホールを拡径し、液体を抜き出すのに適切な大きさの、大径の孔とする。このように第２段階として拡径する大径の孔は、内径（孔径）が約５ｍｍ程度の孔とすることが好ましい。また、この孔とは別に、もう一つの穿孔プローブ１０を用いる等して、空気抜き用の孔を別途穿孔しておくことが好ましい。
【００４３】
拡径後、ニードル部材１２を後退させて、電池容器１０１を傾斜させる、あるいは管路ｌ側から吸引する等して、孔から電解液を抜き出し、導出孔１１ａへと導入する。ここで上述したように、電池容器１０１とプローブ本体１１との間、及び挿通孔１２ｂとニードル部材１２との隙間は、各々シールされているので、これらの部分から電解液が外部へと漏れ出ることはできなくなっている。このため、電池容器１０１内の電解液は、殆ど全量が、殆ど全量が第１開口部１１ｈ１から導出孔１１ａを経て第２開口部１１ｈ２へと導出され、管路ｌによって貯留手段あるいは処理手段等へと送られていき、然るべき処理が施される。
【００４４】
なお、図３に示すように、穿孔プローブ１０を一対用いて、ガス及び電解液を抜き出した後の電池容器１０１内部を洗浄するようにすれば、より好ましい。この図の例においては、一対の穿孔プローブ１０，１０を、固定手段としての一対の連結ロッド１５，１５と蝶ネジ１７とを用いて、電池容器１０１外面の互いに離間した位置に圧接固定している。ここでは、電池容器１０１内の洗浄効率を高めるために、これら一対の穿設プローブ１０，１０を、互いに対向する側板部に圧接固定するようにしている。つまり、図２における端板１６の位置に、もう一つの穿孔プローブ１０を用いている。
【００４５】
各々の穿孔プローブ１０の第２開口部１１ｈ２には、穿孔前に、予め管路ｌ等の流路を接続して両者を連結しておくとともに、管路ｌの途中に循環タンクＴ及び循環ポンプＰを設けておく。
【００４６】
こうしておいて、少なくとも一方の穿孔プローブ１０の回転ツマミ１２ｒを操作して、電池容器１０１に小径の孔、つまり内径（孔径）が約１ｍｍ程度のピンホールを開け、ガスを噴出させる。このガスは、穿孔プローブ１０から管路ｌによって循環タンクＴへと送られていき、然るべき処理が行われる。
【００４７】
このようにして電池容器１０１内からガスを抜き出し終えたら、次に電解液を抜き出すとともに、洗浄液を用いて電池容器１０１内を洗浄する。事前に、双方の穿孔プローブ１０，１０を操作して、液体を循環させるのに適切な大きさの大径の孔、つまり内径（孔径）が約５ｍｍ程度の孔を一対、各々穿孔する。そして、循環ポンプＰを駆動させて電解液を抜き出すとともに、循環タンクＴ内の洗浄液を、一方の穿孔プローブ１０から他方の穿孔プローブ１０へと循環させる。こうして、電解液が抜き出された後の電池容器１０内部は洗浄され、電極やセパレーターに付着していた電解液も、充分に洗い流される。
【００４８】
電池容器１０１内部を洗浄した後に、一対の穿孔プローブ１０，１０をそのまま用いて、さらに乾燥用ガスをパージ又は循環させて、電池容器１０１内部を乾燥させるようにすれば、より好ましい。この乾燥用ガスとしては、窒素、アルゴン、ドライエアー等が用いられる。こうした乾燥を行う場合には、予め管路ｌの途中に、乾燥用ガスを供給するためのガス供給手段や、ガス循環用のポンプ、或いはパージ等が終了した後の乾燥用ガスを回収するためのガス回収手段等（これらの図示は省略）を、適宜取り付けておく。こうしておいて、一方の穿孔プローブ１０から他方の穿孔プローブ１０へと、乾燥用ガスをパージ又は循環させる。こうして、電解液が抜き出された後の電池容器１０内部は充分に乾燥される。
【００４９】
このようにして、ガス及び電解液が抜き出され、或いは洗浄・乾燥がなされた電池容器１０１の一部を切除して、開口部を形成させる。ここでは、図４に示す切断線Ｃ１に沿って切断する。すなわち、穿孔プローブ１０によって穿孔された孔Ｈの高さ位置を境にして、上側つまり蓋板部側を切除する。この切断位置であれば、上述したように電池容器１０１内側は空隙部となっているので、容易に切断できるとともに、電極の上側全域を開口させて、電極の取り出しを容易に行うことができる。
【００５０】
図５（ａ）には、切断・分離された電池容器１０１を示している。この図においては、切除される蓋板部を符号１０１ｂとして、蓋板部１０１ｂが除去された下側の電池容器を符号１０１ａとして、各々示している。なおここでの図示は省略するが、正極１０４と正極端子１０２とを連結する正極集電体、及び各々の負極１０５と負極端子１０３とを連結する負極集電体も各々切除しておく必要があることは、言うまでもない。そして図５（ｂ）に示すように、蓋板部１０１ｂが切除された電池容器１０１ａの上側開口部から、電極積層体つまり正極１０４、負極１０５及びセパレーターを取り出す。
こうして、使用済みのリチウム二次電池１００は解体され、各々分離された構成要素、つまり電極やセパレーター、電池容器１０１ａや蓋板部１０１ｂ等は、各々の材料として回収・分別される。このように解体処理、分別処理等といった各処理が行われた各材料は、再利用あるいは廃棄される。
【００５１】
なお、長期間にわたる使用によって電極が膨張してしまい、電池容器１０１内からの取り出しが困難となる場合がある。この場合には図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、電池容器１０１ａを切断線Ｃ２に沿って切断し、左右に分離してから電極積層体を取り出すようにすれば、取り出しを容易に行うことができる。
【００５２】
また、電池容器１０１と電極とがほぼ一体に押圧固定されるほどに電極が膨張し、取り出しが極めて困難となっている場合には、電池容器１０１ａ内で電極を破砕してから取り出すようにする。この場合、図７に示すような破砕ドリルユニット（内部破砕装置）２０Ａを用いる。
【００５３】
この破砕ドリルユニット２０Ａは、ドリル（回転型破砕部材）２１と、このドリル２１を略垂直に支持して回転駆動させるモーター（アクチュエータ）Ｍと、を備えている。ドリル２１は、略円柱状のドリル本体２１ａの外周側に溝部２１ｂが螺旋状に形成された構成のドリル、つまり一般的な木工用ドリルと同様の構成を有するドリルとなっている。このドリル２１には、電極同士の間に容易に挿入させるとともに、溝部２１ｂに電極を食い込み易くして破砕効率を向上させることが求められる。そのため、ドリル本体２１ａが細長い円柱形状をなし溝部２１ｂの形成領域が大きくなっている、木工用ドリルと同様の構成を有するドリルを用いることが好ましい。
【００５４】
この破砕ドリルユニット２０Ａを、図示しないスタンド等に支持させておき、ドリル２１を回転させながら、上側から電池容器１０１ａ内の電極間に挿入して、電極を順次破砕し、取り出していく。取り出された電極やセパレーター等は、上記同様に各々の材料として回収・分別された後、再利用あるいは廃棄される。
【００５５】
上記の破砕ドリルユニット２０Ａに替えて、図８に示す破砕ドリルユニット２０Ｂを用いるようにすれば、より好ましい。この破砕ドリルユニット２０Ｂは、複数のドリル２１と、これらドリルを回転駆動させるとともに横方向に移動させるモーター（アクチュエータ）Ｍ２と、開口部を覆うカバー２２と、を備えている。この破砕ドリルユニット２０Ａは、スタンド２４に設けられ上下移動可能とされた上下動部材２３によって支持されることで、上下動可能となっている。
【００５６】
モーターＭ２は、上記破砕ドリルユニット２０ＡにおけるモーターＭと同様に、各々のドリル２１を回転駆動させる機能に加えて、これらドリル２１を横方向つまり電池容器１０１ａの開口部の拡がり方向に移動可能とする、横移動機構としての機能も担保するものである。このようにドリル２１を横移動可能とすることにより、スタンド２４の移動を伴わずに、電池容器１０１ａ内の電極をほぼ全域にわたって破砕することができる。なお、ドリル２１の構成は、上記破砕ドリルユニット２０Ａにおけるドリル２１と同等となっている。また、カバー２２は、ドリル２１の上側から電池容器１０１ａの開口部全体を覆う盤状部材であって、ドリル２１によって破砕された電極の破片が、外部へと飛散するのを防止するものである。
【００５７】
各々のドリル２１を回転させながら破砕ドリルユニット２０Ｂを降下させていき、上側から電池容器１０１ａ内の電極間に挿入して、電極を破砕する。そして、各々のドリル２１を横方向に順次移動させて、電池容器１０１ａ内の電極を全域にわたって順次破砕し、取り出していく。取り出された電極やセパレーター等は、上記同様に各々の材料として回収・分別された後、再利用あるいは廃棄される。
【００５８】
なおここでは、モーターＭ２に横移動機構としての機能も兼用させるようにしているが、回転駆動用と横移動用とで独立したアクチュエータを用いても良く、また、横移動機構を手動によるものとしてもよい。
【００５９】
本実施形態に係る穿孔プローブ１０においては、前端部側の第１開口部１１ｈ１から後方側の第２開口部１１ｈ２まで貫通する導出孔１１ａが形成されている、略筒状のプローブ本体１１と、プローブ本体１１の前端部側の第１開口部１１ｈ１周縁側に、この第１開口部１１ｈ１を囲うようにして環状に設けられ、プローブ本体１１の前端部側が電池容器１０１外面に圧接された際に弾性変形するＯリング１３と、導出孔１１ａ内に前後方向移動可能に設けられ、その先端部側には穿孔部１２ａが形成されている略棒状のニードル部材１２と、が備えられるようにしている。そのため、内部が高圧となっているリチウム二次電池１００の電池容器１０１に、的確に孔を開けて、この孔からガス及び電解液を抜き出すとともに、抜き出したガス及び電解液を穿孔プローブ１０の外部へと漏出させることなく、そのほぼ全量を穿孔プローブ１０内に導入して第２開口部へと導出させ、処理手段等へと送ることができる。これにより、周囲の環境に悪影響を及ぼすことなく、使用済みのリチウム二次電池１００を容易且つ的確に処理することができる。
【００６０】
また、プローブ本体１１には、導出孔１１ａがプローブ本体１１側方の第２開口部１１ｈ２まで貫通するように、その途中で湾曲又は屈曲して形成されるとともに、導出孔１１ａの途中から分岐してプローブ本体１１後端部側の第３開口部１１ｈ３まで、第１開口部１１ｈ１と第３開口部１１ｈ３とを結ぶ軸線Ｏ１が略直線となるように貫通して、ニードル部材１２が挿通される挿通孔１１ｂが形成され、挿通孔１１ｂ内周側とニードル部材１２外周側とのうちの一方あるいは双方には、これら挿通孔１１ｂとニードル部材１２との隙間をシールするシール手段が設けられるようにしている。そのため、穿設プローブ１０の後端部側からニードル部材１２を挿通して前後移動させることができ、穿孔プローブ１０の外部からニードル部材１２を操作することによって、電池容器１０１に容易に穿孔することができる。そしてこのとき、挿通孔１１ｂとニードル部材１２との隙間はシール手段によってシールされているので、孔から抜き出されたガス及び電解液を、この隙間から穿孔プローブ１０外部へと漏出させることなく、第２開口部へと導出させることができる。これにより、穿孔プローブ１０の操作性をより向上させることができる。
【００６１】
更に、穿孔部１２ａを、一旦穿孔した後に該孔をより拡径することが可能な略楔形状として、孔径を少なくとも２段階に設定することができるようにしている。そのため、最初にはピンホール等の小径の孔を穿孔して、内圧による影響を最小限としながらガスを抜き出していき、電池容器１０１の内圧が低下したら、次に小径の孔を拡径して大径の孔として、電解液を抜き出し易くすることができる。これにより、電池容器１０１内部のガス及び電解液を、短時間で的確に電池容器１０１外部へと抜き出すことができ、処理効率を高めることができる。
【００６２】
更に、ニードル部材１２の外周側に形成された雄ネジ１２ｓと、挿通孔１１ｂの内周側に形成された雌ネジ１１ｓとを螺合させることにより、シール手段を構成するようにしている。そのため、装置構成を簡易なものとして、ニードル部材１２と挿通孔との隙間を的確にシールすることができ、ガス及び電解液の外部への漏出を的確に防止することができる。また、ネジ構造を採用しているので、回転ツマミ１２ｒを操作してニードル部材１２を一方に回転させるだけで、ニードル部材１２を的確に前進させることができ、孔径の大きさ等の微調整も容易に行うことができ、穿孔精度をより向上させて、短時間で的確且つ容易に電池容器１０１に穿孔することができる。
【００６３】
また、本実施形態に係る破砕ドリルユニット２０Ａにおいては、電池容器１０１に形成された開口部から電池容器１０１内に挿入され、回転されることにより電極を破砕するドリル２１と、モーターＭとが備えられるようにしている。そのため、長期間の使用によって膨張して電池容器１０１からの取り出しが極めて困難となっている電極であっても、電池容器１０１内で細かく破砕・分離して、電池容器１０１内から容易且つ的確に取り出すことができる。
【００６４】
更に、ドリル２１を、略円柱状のドリル本体２１ａの外周側に溝部２１ｂが螺旋状に形成された構成のドリル、つまり一般的な木工用ドリルと同様の構成を有するドリルとしている。そのため、電池容器内への挿入を容易に行うことができるとともに、螺旋状の溝部に電極を容易に食い込ませて、短時間でより多くの電極を破砕することができ、破砕効率の向上を図ることができる。
【００６５】
更に、本実施形態に係る破砕ドリルユニット２０Ｂにおいては、複数のドリル２１を横方向に移動可能とする、横移動機構としての機能を担保するモーターＭ２と、開口部を覆うカバー２２と、が備えられるようにしている。そのため、ドリルユニット２０Ｂは開口部近傍の所定位置に固定させたままで、回転型破砕部材のみを移動させて、電池容器内の電極をより広い範囲で破砕することができる。そして、電池容器１０１の開口部を覆うカバーを設けているので、ドリル２１によって破砕された電極が飛散することが的確に防止され、作業環境を良好に維持することができるとともに、作業安定性を向上させることができる。
【００６６】
更に、本実施形態に係る使用済みリチウム二次電池１００の処理方法においては、上記の穿孔プローブ１０を、固定手段を用いて電池容器１０１の外面に圧接固定し、電池容器１０１に小径の孔つまりピンホール等を穿設して、このピンホール等から電池容器１０１内のガスを抜き出し、次にピンホール等を拡径して大径の孔として、この大径の孔から電池容器１０１内の電解液を抜き出し、その後、電池容器１０１内から電極を取り出すようにしている。そのため、先ず電池容器１０１の内圧による影響を最小限としながらガスを抜き出していき、電池容器１０１の内圧が低下したら拡径して、多量の電解液をより短時間で抜き出していくことができる。これにより、電池容器１０１の内容物の暴噴、破損等が的確に抑制されて、作業環境を良好に維持することができるとともに、作業安定性を向上させることができる。すなわち、通常の作業条件下において、容易且つ的確に処理を行うことができる。
【００６７】
更に、一対の穿孔プローブ１０，１０の各々を、固定手段を用いて電池容器１０１の外面の互いに離間した位置に圧接固定し、この電池容器１０１にピンホール等の小径の孔を穿設して、このピンホール等から電池容器１０１内のガスを抜き出し、次にピンホール等を拡径して大径の孔として、この大径の孔から電池容器１０１内の電解液を抜き出すとともに、一対の穿孔プローブ１０，１０のうちの一方から他方へと洗浄液を循環させて電池容器１０１内部を洗浄し、その後、電池容器１０１内から電極を取り出すようにしている。このため、電池容器１０１から電極を取り出す前に電極の洗浄を完了させておくことができ、電極を取り出した後に洗浄処理等を行う必要が無く、速やかに回収・分別して、廃棄処理あるいは再利用処理等といった然るべき処理を施すことができる。このため、解体処理、分別処理等といった各処理に要する時間を短縮することができ、処理効率をより高めることができる。
【００６８】
更に、一対の穿孔プローブ１０，１０のうちの一方から他方へと洗浄液を循環させて電池容器１０１内部を洗浄した後、さらに窒素、アルゴン又はドライエアー等の乾燥用ガスをパージ又は循環させて電池容器１０１内部を乾燥させ、その後、電池容器１０１内から電極を取り出すようにしている。このため、電池容器１０１から電極を取り出す前に電極の洗浄及び乾燥をともに完了させておくことができ、より速やかに回収・分別して、廃棄処理あるいは再利用処理等といった然るべき処理を施すことができる。このため、解体処理、分別処理等といった各処理に要する時間を更に短縮することができ、処理効率をより高めることができる。
【００６９】
更に、電池容器１０１内からガス及び電解液を抜き出した後、電池容器１０１の一部を切除して開口部を形成し、破砕ドリルユニット２０Ａ，２０Ｂを開口部から電池容器１０１内に挿入し、ドリル２１を回転駆動させて電極を破砕することにより、電池容器１０１内から電極を取り出すようにしている。そのため、長期間の使用によって膨張して電池容器１０１からの取り出しが極めて困難となっている電極であっても、電池容器１０１内で細かく破砕・分離して、電池容器１０１内から容易且つ的確に取り出すことができ、処理効率をより高めることができる。
【００７０】
なお、上記実施形態においては、使用済み二次電池としてリチウム二次電池を例にとって説明したが、本発明はこのようなリチウム二次電池への適用に限定されるものではなく、他の形態の二次電池であっても適用が可能である。
また、穿孔プローブにおける、プローブ本体とニードル部材との隙間をシールするシール手段を、雄ネジと雌ネジとによるネジ構造としたが、シール手段としては、これに限定されるものではない。例えば、挿通孔の内周側とニードル部材の外周側とのうちの一方あるいは双方に、弾性体等からなるシール手段を設けるようにしてもよい。
更に、破砕ドリルユニットにおける回転型破砕部材の例として、木工用ドリルと同様の構成を有するドリルを用いるようにしているが、電極を高効率で破砕できるものであれば、その他の構成を有するドリルや、回転カッター、回転ノコギリ等を用いるようにしてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る使用済み二次電池用の穿孔装置及び使用済み二次電池の処理方法によれば、上記の如き構成を採用しているので、使用済み二次電池の解体処理、分別処理等といった各処理を、通常の作業条件下で、容易且つ的確に効率よく行うことができ、材料の再利用あるいは廃棄を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る使用済み二次電池用の穿孔装置の一実施形態としての穿孔プローブを示す、平面視した部分断面図である。
【図２】 図１に示した穿孔プローブをリチウム二次電池に固定した状態を示す平面図である。
【図３】 図１に示した穿孔プローブの一対をリチウム二次電池に固定した状態を示す平面図である。
【図４】 ガス及び電解液が抜き出された後のリチウム二次電池の外観を示す斜視図である。
【図５】 （ａ）は、図４に示したリチウム二次電池の電池容器の一部を切断した状態を示す概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した電池容器から電極を抜き出した状態を示す概略斜視図である。
【図６】 （ａ）は、図５（ａ）に示したリチウム二次電池の電池容器を更に切断する前の状態を示す概略斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した電池容器を切断した後に電極を抜き出した状態を示す概略斜視図である。
【図７】 本発明に係る使用済み二次電池用の内部破砕装置の一実施形態としての破砕ドリルユニットの一例を示す概略斜視図である。
【図８】 本発明に係る使用済み二次電池用の内部破砕装置の一実施形態としての破砕ドリルユニットの他の例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１０ 穿孔プローブ（穿孔装置）
１１ プローブ本体（装置本体）
１１ａ 導出孔
１１ｂ 挿通孔
１１ｈ１ 第１開口部
１１ｈ２ 第２開口部
１１ｈ３ 第３開口部
１１ｓ 雌ネジ
１２ ニードル部材（移動部材）
１２ａ 穿孔部
１２ｓ 雄ネジ
１３ Ｏリング（環状弾性体）
２０Ａ，２０Ｂ 破砕ドリルユニット（内部破砕装置）
２１ ドリル（回転型破砕部材）
２１ａ ドリル本体
２１ｂ 溝部
２２ カバー
１００ リチウム二次電池（使用済み二次電池）
１０１ 電池容器
１０２ 正極端子（電極端子）
１０３ 負極端子（電極端子）
１０４ 正極（電極）
１０５ 負極（電極）
Ｍ，Ｍ２ モーター（アクチュエータ，横移動機構）
Ｈ 孔
Ｏ１，Ｏ２ 軸線
Ｘ 屈曲点
Claims (7)
- 使用済み二次電池の電池容器に孔を開けるとともに、該孔から前記電池容器内のガス及び／又は電解液を外部へと抜き出すために用いられる穿孔装置であって、
前端部側の第１開口部から後方側の側方に開口する第２開口部まで貫通する導出孔が形成されている、筒状の装置本体と、
前記装置本体の前端部側の前記第１開口部周縁側に、該第１開口部を囲うようにして環状に設けられ、前記装置本体の前端部側が前記電池容器の外面に圧接された際に弾性変形する環状弾性体と、
前記導出孔内に前後方向移動可能に設けられ、その先端部側には穿孔部が形成されている棒状の移動部材と、が備えられ、
前記装置本体が前記電池容器の外面に圧接固定され、前記移動部材が前記装置本体に対して所定位置まで前進された際に、前記穿孔部が前記第１の開口部から突出して前記電池容器に孔を開けるとともに、該孔から抜き出された前記ガス及び／又は電解液を、前記第１開口部から前記導出孔を経て前記第２開口部へと導出させることを特徴とする穿孔装置。 - 前記装置本体には、前記導出孔が、前記装置本体の側方の前記第２開口部まで貫通するように、その途中で湾曲又は屈曲して形成されるとともに、前記導出孔の途中から分岐して前記装置本体の後端部側の第３開口部まで、前記第１開口部と前記第３開口部とを結ぶ軸線が直線となるように貫通して、前記移動部材が挿通される挿通孔が形成され、
前記挿通孔内周側と前記移動部材外周側とのうちの一方あるいは双方には、これら挿通孔と移動部材との隙間をシールするシール手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の穿孔装置。 - 前記穿孔部は、一旦穿孔した後に該孔をより拡径することが可能な楔形状とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の穿孔装置。
- 前記シール手段は、前記移動部材外周側に形成された雄ネジと、前記挿通孔内周側に形成され前記雄ネジと螺合する雌ネジとにより構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の穿孔装置。
- 請求項３又は請求項４に記載の穿孔装置を用いて、使用済み二次電池を処理する方法であって、
前記穿孔装置を、固定手段を用いて前記電池容器の外面に圧接固定し、該電池容器に小径の孔を穿設して、該小径の孔から前記電池容器内のガスを抜き出し、前記小径の孔を拡径して大径の孔として、該大径の孔から前記電池容器内の電解液を抜き出し、その後、前記電池容器内から電極を取り出すことを特徴とする使用済み二次電池の処理方法。 - 請求項３又は請求項４に記載の穿孔装置を用いて、使用済み二次電池を処理する方法であって、
一対の前記穿孔装置の各々を、固定手段を用いて前記電池容器の外面の互いに離間した位置に圧接固定し、該電池容器に小径の孔を穿設して、該小径の孔から前記電池容器内のガスを抜き出し、前記小径の孔を拡径して大径の孔として、該大径の孔から前記電池容器内の電解液を抜き出すとともに、前記一対の穿孔装置のうちの一方から他方へと洗浄液を循環させて前記電池容器内部を洗浄し、その後、前記電池容器内から電極を取り出すことを特徴とする使用済み二次電池の処理方法。 - 請求項３又は請求項４に記載の穿孔装置を用いて、使用済み二次電池を処理する方法であって、
一対の前記穿孔装置の各々を、固定手段を用いて前記電池容器の外面の互いに離間した位置に圧接固定し、該電池容器に小径の孔を穿設して、該小径の孔から前記電池容器内のガスを抜き出し、前記小径の孔を拡径して大径の孔として、該大径の孔から前記電池容器内の電解液を抜き出すとともに、前記一対の穿孔装置のうちの一方から他方へと洗浄液を循環させて前記電池容器内部を洗浄した後、前記一対の穿孔装置のうちの一方から他方へと乾燥用ガスをパージ又は循環させて前記電池容器内部を乾燥せしめ、その後、前記電池容器内から電極を取り出すことを特徴とする使用済み二次電池の処理方法。
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