JP4703989B2 - Ｎａｓ電池の解体方法 - Google Patents

Description

本発明は、使用済みナトリウム−硫黄電池（以下、ＮＡＳ電池と称する）を安全にかつ効率良くリサイクル処理するＮＡＳ電池の解体方法に関する。

ＮＡＳ電池は、負極に溶融金属ナトリウム、正極に溶融硫黄を配し、これらをナトリウムイオンに対して選択的に透過性を有するβアルミナ固体電解質部材で隔離し、特定の温度範囲、例えば３００〜３５０℃で作動させる充放電可能な二次電池である。

ＮＡＳ電池の構造は、例えば図１と図２に示すように、溶融硫黄を収容するための円筒状の正極容器１，２と、溶融金属ナトリウム３を収容した円筒状の金属容器４，５からなるカートリッジ６を備えている。正極容器１，２は外側のステンレス容器１と、内側のアルミニウム容器２からなる。金属容器４，５は、内層のステンレス容器４と外層のアルミニウム容器５の２層構造を有する。これら、金属ナトリウム３、金属容器４，５からなるカートリッジ６によってナトリウム極（負極）７を形成する。さらに、ナトリウムイオンを選択的に透過させる機能をもつ有底円筒状のβアルミナからなる固体電解質管８を備え、該管内にカートリッジ６を収容する。正極容器１，２と固体電解質管８との間に、カーボンと溶融硫黄を収容し硫黄極（正極）９を形成する。硫黄極９はポーラス状のカーボンに硫黄を担持させたものである。固体電解質管８と硫黄極９は、正極容器１，２と円筒状の金属容器４，５の上部に嵌合した電気絶縁リング１０によって固定される。電気絶縁リング１０はαアルミナによって形成され、その上部には負極端子１２を備えた負極金具１１が配置される。また、正極容器１，２の外周部の上部に、正極端子１３が設けられる。１４は、正極容器１，２とカートリッジ６の底部との間隔を保つための部材である。

このような構造のＮＡＳ電池は、一般的にモジュール電池と呼ばれ、ＮＡＳ電池（単電池）を多数集積した実用単位からなる構成電池として用いられ、大量の電力を貯蔵できる能力をもつので、電力貯蔵用の電池として注目を浴びており、今後、大量に生産され、使用される傾向にある。これに伴い、使用済みのＮＡＳ電池が大量に発生することが予想される。使用済みＮＡＳ電池をそのまま廃棄することは、公害の発生など環境上から問題があり、地球資源の無駄になるから、使用済みＮＡＳ電池をリサイクルすることが必要である。

本発明は、ＮＡＳ電池のリサイクル効率を高め、かつ、これを安全に処理するための解体方法を提供するものである。
特開平３−８８２８１号公報 特開平９−２１３３７９号公報 特開平９−３３０７４４号公報 特開２０００−２６０４９１号公報

上記の特許文献によって提案された方法は、いずれもコストがかかり、ナトリウム以外の電池部品、電池材料を十分にリサイクルすることが困難であった。ナトリウムのみでなく、電池部品、電池材料を確実にかつ安全に回収でき、リサイクル率をほぼ１００％にする解体方法の出現がのぞまれていた。

本発明は、まずＮＡＳ電池の負極端子１２と正極端子１３を切断し、負極金具１１に穴加工を施し、電池を倒立させて、油層中において金属ナトリウム３を加温雰囲気のもとで回収する。次いで、正極容器１，２の上部の電気絶縁リング１０、負極金具１１を分離し、正極容器の下部のみを分離する。そのさい金属容器４，５はカットしない。次いで、胴部の正極容器部を縦方向に切開し、正極容器を剥がしとったのち、加圧する。それによって充放電によって多硫化ナトリウム（ＮａＳｘ）に変化した硫黄極９を裂いて分断させる。次いで、固体電解質管８と、金属ナトリウム３を収容していたカートリッジ６を分別する。
本発明は、以上の工程を順次に行なうことができる。

本発明によれば、ＮＡＳ電池の各部材を、ほぼ１００％のリサイクルすることができる。

本発明の方法を実施する装置を図３，４及び５を参照しながら説明する。
図３は本発明装置の実施例の立面図、図４はその平面図である。
まず、使用済みＮＡＳ電池２０をコンベアー２１に乗せ、切断部２２に移送し、ここで電池２０の負極端子１２と正極端子１３を切断し、負極金具１１にドリルによって穴加工を施す。孔の大きさは、ＮＡＳ電池の直径が６０ｍｍの場合、直径に対して２０〜６０％の範囲がよい。この範囲であると、加工性がよい。次いで電池２０を把持部２３に送り、把持した電池２０を倒立させて、油層例えば流動パラフィン槽２４に浸漬する。油槽２４内は例えば１１０〜１５０℃、好ましくは１２５〜１３５℃に保持する。金属ナトリウム３は、加熱され、溶融して油層中に落下する。上記の孔の大きさは、金属ナトリウムの流下を効率よく行なうために、直径２０％以下では小さすぎ、６０％以上では大きすぎる。３０〜５５％が最も効率よく金属ナトリウムを回収できる。
油槽２４から取り出した電池２０は、その正極容器１の上部を硫黄極９の上端と負極金具１１との間（カット部Ａ）において切断する。下部は、硫黄極９を切断しないように、部材１４と正極容器１，２の底部との間（カット部Ｂ）において正極容器１，２のみを切断する。切断は、カッター装置例えばチップソー２５によって行なう。

次いで、カッター装置２６例えばフライス盤によって、正極容器１，２の本体胴部の外皮、またはさらに硫黄極９を縦方向に１２０度ごとに３分割に切断し、被覆ハガシ装置２７によって、正極容器１，２を剥がし、アルミ部材２とステンレス部材１とに分別する。
被覆ハガシ装置２７は前記切断部に楔状の治具を挿入させ、正極容器のステンレス容器１とアルミニウム容器２を切り開く作用をする。分断した正極容器１の上部と下部は、回収装置２８によって回収し、装置外に取り出す。
硫黄極９は、硫黄と、それを担持するポーラス状のカーボン電極からなる。硫黄極は充電、放電をくり返すことによって硫化ナトリウム（ＮａＳｘ）に変化している。

次いで、硫黄極９を加圧プレス２９によって定寸（硫黄極表面からの、決められた加圧する長さ）にて加圧圧縮すると、硫黄極は、固体電解質管８に貼り合せた構造であるので、加圧によって裂かれ、分断される。念のため、９０度回転させて再度加圧圧縮することで、硫黄極は固体電解管８から分離する。
本発明におけるＮＡＳ電池は、例えば長さ３７５ｍｍ〜５２０ｍｍ、直径６０ｍｍ〜９０ｍｍである。定寸にて加圧する条件は８ｍｍ以内である。それ以上であるとカートリッジ６が変形して、これを各部材４及び５に分別することが困難となる。ステンレス管４、アルミニウム管５は、これらを固体電解管８から引き抜くことによって分別する。固体電解質管８のβアルミナも自然落下により、分別される。
次いで、槽３０においてカートリッジ６をアルミニウム部分とステンレス部分とに分別する。さらに、固体電解質管８のβアルミナも分別する。
カートリッジ６のアルミニウム管５とステンレス管４の中間層、アルミニウム管５とβアルミナ８の中間層にも金属ナトリウムが介在しており、常温ではその金属ナトリウムが接着剤の役割をしている。したがって、常温では上記各部材の分別が難しい。そこで槽３０で油層例えば１１０〜１５０℃の流動パラフィン槽中に浸漬して金属ナトリウムを溶融した後、分離部３１でアルミニウム管５からステンレス管４を引き抜いて分離する。その際、固体電解質のβアルミナ８もアルミニウム管５から引き離して分別する。

これら分別された部材は水槽３２内において洗浄され、βアルミナ、Ａｌ部材、ステンレス部材（Ｆｅ部材ともいう）、上部端子部（Ａｌ，Ｆｅ，αアルミナ等）に分別して回収される。金属ナトリウム３が溶解しＮａＯＨを含む水溶液は、工場用として転用する。

上記の切断部２２、把持部２３、カッター装置２５、カッター装置２６、被覆ハガシ装置２７、回収装置２８、加圧プレス２９、および各装置間の搬送手段は、いずれも慣用されている機械手段を用いる。よって、その構造の詳細な説明は省略する。

本発明の解体方法の対象となるＮＡＳ電池の構造を示す断面図である。 図１におけるII−II線による断面図である。 本発明の工程フローに沿ったＮＡＳ電池自動解体装置の立面図である。 上記ＮＡＳ電池自動解体装置の平面図である。 本発明方法における工程のフロー図である。

２０ ＮＡＳ電池
２１ コンベアー
２２ 切断部
２３ 把持部
２４ 油槽
２５ 両端切断装置（カッター装置）
２６ 縦溝切切断装置（フライス盤）
２７ 被覆ハガシ装置
２８ 回収装置
２９ 加圧プレス（硫黄極解体装置）
３０ βアルミナ、Ａｌ部材、ステンレス（Ｆｅ）部材の分離洗浄用槽
３１ ステンレス管とアルミニウム管の分離部
３２ 水槽

Claims (2)

1. 頂部に正極端子１３を備えた正極容器１，２内に固体電解質管８を配置し、固体電解質管８内に円筒状の金属容器４，５からなるカートリッジ６を配置し、固体電解質管８と正極容器１，２の間に硫黄極９を形成し、カートリッジ６内に金属ナトリウム３を収容し、正極容器１，２と固体電解質管８の頂部であって、正極容器１，２とカートリッジ６との間に、上部に負極端子１２をもつ負極金具１１を備えた電気絶縁リング１０を設けてなる、長さ３７５ｍｍ〜５２０ｍｍ、直径６０ｍｍ〜９０ｍｍのＮＡＳ電池を解体処理の対象とし、
   ＮＡＳ電池の負極端子１２と正極端子１３を切断し、負極金具１１に穴加工を施し、このＮＡＳ電池を倒立させて油槽中にてナトリウムを回収し、電池の上部と下部を切断し、次いで電池の本体部を縦切断し、正極容器１，２を剥がし、硫黄極９を解体するとともに、カートリッジ６を構成する金属部材を分別する工程を含み、これら工程を一連のライン上で行うようにしたＮＡＳ電池の解体方法において、
   上記油槽から取り出したＮＡＳ電池の上部を、硫黄極９の上端と負極金具１１との間のカット部Ａにおいて切断し、ＮＡＳ電池の下部を、固体電解質管８の底部と正極容器１，２の底部との間のカット部Ｂにおいて切断する工程と、
   硫黄極９を解体するにあたって、硫黄極９を加圧プレスによって加圧圧縮し、硫黄極９を裂いて分断させ、かつカートリッジ６の金属部材の分別が困難にならないように、硫黄極９に加える、硫黄極表面からの加圧する長さを８ｍｍ以内に止める工程を含むことを特徴とするＮＡＳ電池の解体方法。
2. 加圧圧縮されたカートリッジ６と固体電解質管８を、槽３０で、１１０〜１５０℃の流動パラフィン内に浸漬して、接着剤になっている金属ナトリウムを溶解したのち、分離部３１でアルミニウム管５からステンレス管４を引き抜いて分離し、固体電解質管８をアルミニウム管５から引き離して分別する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のＮＡＳ電池の解体方法。

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