JP5487930B2

JP5487930B2 - 電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置

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Publication number: JP5487930B2
Application number: JP2009281553A
Authority: JP
Inventors: 修司飯田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2014-05-14
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Description

本発明は、電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置、特に、電池パックの自然放電を待たずに安全にリサイクル作業が可能な電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置に関する。

一般に、電池パック３００は、例えば図１０に示すように、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池の電池セル（以下「単電池」ともいう）を複数（例えば６個から８個程度）直列に接続して１つの部品単位とした電池モジュール９４を複数（例えば１０個）直列に接続して構成された組電池を有し、個々の電池モジュール９４及び電池モジュール９４全体の充放電状態を監視し制御する制御装置９５と、電気回路を切断するためのリレー及び機械的に回路を切断するセーフティプラグ９６と、組電池を冷却する冷却ブロア９９と、各部位とを接続する信号線９８及び動力線９７とを有し、これら全体は１つのケース９１内に収納され、下部プレート９２とケース９１により密閉形成されている。さらに、電池パック３００は、下部プレート９２に設けられた孔を介して、例えば車両に接続ボルト９３によって固定される。そして、通常、自動車部品としては、上述した電池パック３００単位で取り扱われ、ケース９１外部には、荷電部分が露出しない構造となっている。

上述したような電池パック内の組電池が寿命に達した場合、組電池から有用な金属を回収するために、電池パックを解体して組電池を他の部品から分別している。この分別作業において、仮に電池パック内の組電池が充電状態（以下「活性状態」ともいう）である場合（通常、満充電の場合２００Ｖ）、電圧のかかった部品や配線類を取り扱う作業が発生する。

一方、特許文献１には、電池パックではないが、電極材中にコバルトを含む二次電池の電池廃品を６００℃以上の温度で焙焼し、焙焼後の焙焼電池を裁断して篩い分けを行い、金属スクラップと焙焼アッシュとに分別し、分別された焙焼アッシュから磁石を用いてコバルト含有物を磁気分離して（磁選ともいう）、選別されたコバルト含有物を酸に溶解することによって、金属コバルトを回収する方法が開示されている。

なお、特許文献２には、予め使用済みリチウム二次電池を破砕した後、第１次磁選により磁性体と非磁性体とに分別し、得られた非磁性体を非酸化性雰囲気中又は還元雰囲気中にて５００〜１０００℃に焙焼して非磁性体を還元し、さらに第２次磁選により磁性体と非磁性体とに分別して有価金属を回収する回収方法が開示されている。

特開平１０−４６２６６号公報特開平６−３２２４５２号公報

特許文献２に記載の回収方法は、上述したように使用済み二次電池をリサイクルする方法であり、電池パックに収容されている二次電池からなる組電池をリサイクルする場合には、依然として、電池パックを解体して二次電池を取り出さなければならない。一方、二次電池からなる組電池が充電状態の場合、高電圧がかかっている二次電池や制御装置や配線などを電池パックから取り外して解体する作業は、十分な絶縁保護具を着用しての作業となるため手間を要する。

また、作業の安全性を高めるために電池パック内の組電池を放電させた後組電池を取り出す場合、電池パックを長期間保管して自然放電させるか、または抵抗器等を用いて強制放電させる必要があるが、リサイクル作業が長時間化するか若しくは手間を要する。

還元後の電池は、例えば、ステンレス原料等にリサイクルされるが、金属材料として有効に活用するためには、最終製品の成分にそぐわない成分を除去することが必要となる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電池パックの事前解体不要で且つ電池パックの部品と組電池からの有価金属とをより安全に従来より短い作業時間で回収することができ、且つ、リサイクル効率を向上させる電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置を提供する。

本発明の電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置は、以下の特徴を有する。

（１）複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池パックをリサイクルする方法であって、充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま、非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼し、前記電池パック内にある樹脂材料や絶縁材料を熱分解させ、これにより前記電池パック内で電気的短絡を生じさせて放電させる焙焼工程と、焙焼された電池パックを組電池と組電池以外の部品とに分別する工程と、分別された組電池から複数の単電池同士を接続している接続端子を切断する工程と、を有する電池パックのリサイクル方法である。

充電状態の組電池を収容する電池パックをそのまま、非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼することによって、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料が熱分解し、電池パック内にて短絡が生じ、これにより電池パックの機能を破壊して、確実に放電処理を行うことができる。したがって、高電圧下での電池パックの解体作業を回避できるとともに、焙焼前の自然放電のための長期保管も不要となり、また強制放電の手間も省け、従来に比べより短時間で且つ安全で作業効率が向上したリサイクル作業を行うことができ、さらに、組電池内のニッケルを酸化させることなく、金属ニッケルとして回収することができる。また、正極材料等に用いられる水酸化ニッケル、水酸化コバルトを金属に還元して回収することができる。また、組電池から接続端子を切断し、接続端子を除去した単電池を回収することで、次工程でのスパークを抑制することができる。

（２）上記（１）に記載の電池パックのリサイクル方法において、前記接続端子は銅から成る電池パックのリサイクル方法である。

銅から成る接続端子を予め組電池から分離することで、次工程における単電池（以下「電池セル」ともいう）由来の有価金属をリサイクルする際に、特に、ステンレス原料として活用する場合に、銅成分がステンレス原料に混入することを抑制することができ、その結果、リサイクルされた金属材料によって良好なステンレス鋼を生産することができる。

（３）上記（１）または（２）に記載の電池パックのリサイクル方法において、前記焙焼工程における焙焼温度は、前記電池パック内の樹脂材料の炭化温度以上で且つ前記電池パックの金属部品の融点以下である電池パックのリサイクル方法である。

前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上とすることによって、樹脂が炭化する際に、焙焼空間の酸素を消費し、その結果、電池パック内の組電池の焙焼が非酸化性雰囲気下または還元雰囲気下になり、電池材料としての水酸化ニッケルを金属ニッケルに還元できる。また、本来の電池材料である有価金属単体を回収することができる。一方、焙焼温度を電池パックの金属部品の融点以下とすることにより、電池パック内の金属部品をほぼその形状で回収することができ、再利用が容易になる。

（４）上記（３）に記載の電池パックのリサイクル方法において、さらに、分別された単電池を粉砕する工程を有する電池パックのリサイクル方法である。

焙焼された単電池を粉砕することによって、単電池由来の有価金属をさらに形態別及び／又は物理的特性別に分別回収することができる。

（５）上記（４）に記載の電池パックのリサイクル方法において、さらに、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程を有する電池パックのリサイクル方法である。

この洗浄篩い分けにより、上述した形態別に単電池由来の有価金属を分別することができる。

（６）上記（５）に記載の電池パックのリサイクル方法において、さらに、篩い分けの後に篩上の金属について磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程を有する電池パックのリサイクル方法である。

篩上に残留した比較的粒子径の大きい金属を磁石を用いて磁気分離（磁選）することにより、さらに磁化力の強い金属と磁化力の弱い金属とに分別することができる。

（７）上記（６）に記載の電池パックのリサイクル方法において、さらに、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して正極及び負極に用いられた金属を回収する工程を有する電池パックのリサイクル方法である。

篩下に、比較的粒子径の小さい正極・負極材料に用いた金属を選択的に分別回収することができる。

（８）上記（７）に記載の電池パックのリサイクル方法において、前記負極に用いられた金属が希土類金属である電池パックのリサイクル方法である。

（９）複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池パックをリサイクルする装置であって、充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼し、前記電池パック内にある樹脂材料や絶縁材料を熱分解させ、これにより前記電池パック内で電気的短絡を生じさせて放電させる焙焼装置と、焙焼された電池パックを組電池と組電池以外の部品とに分別する分別手段と、分別された組電池から複数の単電池同士を接続している接続端子を切断する切断装置と、分別された単電池を粉砕する粉砕装置と、粉砕された電池を篩い分ける篩装置と、前記篩装置の篩上にある金属を磁石を用いて磁気分離する磁選機と、前記篩装置の篩下にある正極及び負極に用いた金属を回収する回収装置と、を有する電池パックのリサイクル装置である。

充電状態の組電池を収容する電池パックをそのまま焙焼した場合、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料が熱分解し、電池パック内にて短絡が生じる。これにより、電池パックの機能を破壊して、確実に放電処理を行うことができる。このため、高電圧下での電池パックの解体作業を回避でき、また焙焼前の自然放電のための長期保管も不要となり、さらに強制放電の手間も省け、従来に比べより短時間で且つ安全で作業効率が向上したリサイクル作業を行うことができる。また、非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼することによって、組電池内のニッケルを酸化させることなく、金属ニッケルとして回収することができる。また、正極材料等に用いられる水酸化ニッケル、水酸化コバルトを金属に還元して回収することができる。また、組電池から接続端子を切断し、接続端子を除去した単電池を回収することで、次工程でのスパークを抑制することができる。また、電池パック内の単電池以外の金属部品と、単電池由来の有価金属とを分別回収することができ、さらに、焙焼された単電池を粉砕することによって、単電池由来の有価金属をさらに形態別及び／又は物理的特性別に分別回収することができる。

（１０）上記（９）に記載の電池パックのリサイクル装置において、前記切断装置は、焙焼済みの組電池を固定する固定装置と、組電池における隣接する単電池の集電板の一面に当接するとともに歯具をガイドする一対の矯正ガイドと、単電池同士を接続する接続端子を切断し単電池と接続端子とを分離するため歯具を備えた切断機と、を有する電池パックのリサイクル装置である。

焙焼済み組電池を固定し、一対の矯正ガイドによって、隣接する単電池の集電板の一面に当接しながら隣接する接続端子の位置を矯正し、歯具をガイドするので、安定的に接続端子を単電池から切断して分離することができる。

（１１）上記（１０）に記載の電池パックのリサイクル装置において、前記切断機は、接続端子を単電池に固定するための電極端子を切断する、又は、集電板を単電池から分離するように切断する電池パックのリサイクル装置である。

電極端子を切断することにより、接続端子と単電池を分離することができ、次工程でのスパークを抑制することができる。また、集電板と単電池を分離する場合には、単電池のみから有価金属を効率よくリサイクルすることができる。

（１２）上記（９）から（１１）のいずれか１つに記載の電池パックのリサイクル装置において、前記焙焼装置は、前記電池パック内の樹脂材料の炭化温度以上で且つ前記電池パックの金属部品の融点以下に制御されている電池パックのリサイクル装置である。

前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上とすることによって、樹脂が炭化する際に、焙焼空間の酸素を消費し、その結果、電池パック内の組電池の焙焼が非酸化性雰囲気下または還元雰囲気下になり、有価金属単体を回収することができる。一方、焙焼温度を電池パックの金属部品の融点以下とすることにより、電池パック内の金属部品をほぼその形状で回収することができ、再利用が容易になる。また、樹脂製ケースは加熱されることにより、熱分解ガスを経由して炭化するが、この熱分解ガスを焙焼用熱源として有効利用することができる。

本発明によれば、充電状態の組電池を収容する電池パックをそのまま、非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼することによって、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料が熱分解し、電池パック内にて短絡が生じ、これにより電池パックの機能を破壊して、確実に放電処理を行うことができる。したがって、高電圧下での電池パックの解体作業を回避できるとともに、焙焼前の自然放電のための長期保管も不要となり、また強制放電の手間も省け、従来に比べより短時間で且つ安全で作業効率が向上したリサイクル作業を行うことができ、さらに、組電池内のニッケルを酸化させることなく、金属ニッケルとして回収することができる。また、正極材料等に用いられる水酸化ニッケル、水酸化コバルトを金属に還元して回収することができる。また、組電池から接続端子を切断し、接続端子を除去した単電池を回収することで、次工程でのスパークを抑制することができる。

本実施の形態の電池パックのリサイクル方法の一例を示すフロー図である。本実施の形態の焙焼装置の一例の構成を説明する概略模式図である。図２の点線で囲んだＸ部分の水噴霧冷却装置の一例の部分拡大断面図である。電池パックの一例の透視斜視図である。図４の点線で囲まれたＹ部分を拡大した組電池と接続端子の分離切断を工程を説明する図である。本実施の形態の焙焼後の電池パック解体後の接続端子の切断する自動切断装置の一例を説明する図である。図６の点線で囲んだＺ部分を拡大した部分拡大斜視図である。接続端子の切断の一例を説明する部分拡大断面図である。本実施の形態の選別装置の構成の一例を説明する図である。電池パックの構成の一例を説明する概略模式図である。水噴霧による１次燃焼室の冷却効果を示すグラフである。

以下、電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置の一例を、以下に、図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態における電池パック２，１７は、上述した図１０に示す電池パック３００と同じ構成を有するため、その説明を省略する。

本実施の形態における電池パックのリサイクル方法は、複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池パックをリサイクルする方法であって、図１に示すように、充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま、非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼する工程（Ｓ１１０）を有する。さらに、本実施の形態の電池パックのリサイクル方法は、焙焼された電池パックを解体し（Ｓ１１２）、組電池と組電池以外の部品とに分別する工程（Ｓ１４０）と、組電池から単電池同士を接続している接続端子を切断する工程（Ｓ１１３）と、分別され単電池単位に解体された単電池（以下「電池セル」ともいう）を粉砕する工程（Ｓ１１４，Ｓ１１６）と、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程（Ｓ１１８）と、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して正極及び負極に用いられた金属を回収する工程（Ｓ１２０，Ｓ１２２）と、篩い分けの後に篩上の金属を磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程（Ｓ１３０，Ｓ１３２）とを有する。

また、本実施の形態における電池パックのリサイクル装置は、充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼する焙焼装置と、焙焼された電池パックを組電池と組電池以外の部品とに分別する分別手段と、分別された組電池から複数の単電離を同士を接続している接続端子を切断する切断装置と、分別された単電池を粉砕する粉砕装置と、粉砕された電池を篩い分ける篩装置と、前記篩装置の篩上にある金属を磁石を用いて磁気分離する磁選機と、前記篩装置の篩下にある正極及び負極に用いた金属を回収する回収装置とを有する。

次に、本実施の形態における電池パックのリサイクル方法の各工程と、各工程に用いられる電池パックのリサイクル装置の構成について、図１から図９を用いて説明する。

［焙焼工程］
まず、図１に示す充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する工程（Ｓ１１０）は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池からなる単電池を直列接続してなる組電池を収容する電池パックを解体せず、そのまま、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料に用いた樹脂の熱分解可能温度以上で且つ電池パック内の金属部品の融点以下の第１焙焼温度、例えば５００℃から６００℃程度の焙焼温度で焙焼する。これにより、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料が熱分解し、電池パック内にて短絡が生じ、その結果、電池パックの機能を破壊して確実に放電処理を行うことができる。また、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料に用いた樹脂や電解質を熱分解することができる。電池パックでは、上述した組電池、組電池などを収容するケースや冷却ブロアなどの部品に樹脂部品が多用され、これらの樹脂部品の樹脂が焙焼工程にて熱分解ガスに転換して、自己加熱する熱源として有効利用することができる。一方、第１焙焼温度を例えば５００℃から６００℃程度に制御することによって、電池パック内の金属部品、例えばアルミ部品の溶融を防ぎ、鉄ケース部品の酸化及び熱変形、焼き付けを最小限に留め、後工程の分別工程における金属素材の接続ボルトの取り外しなどの素材選別作業を容易にすることができる。

上記焙焼工程に用いるバッチ式の電池パックのリサイクル装置の焙焼装置の一例を、図２を用いて説明する。図２に示す焙焼装置は１次燃料室１（以下「還元炉」ともいう）と２次燃料室６とを有し、１次燃焼室１と２次燃焼室６には、それぞれ加熱バーナー３，７と、各燃料室内の温度を測定する温度センサ（図示せず）とバーナー制御装置（図示せず）とが設けられ、温度センサからの出力に応じてバーナー制御装置は、加熱バーナー３，７をそれぞれ制御する。ここで、温度センサは、例えば熱電対を用いることができる。

さらに詳細に説明すると、１次燃焼室１の火格子上に、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池からなる単電池を直列接続してなる組電池を収容する電池パック２を一つまたは複数個配置し、適宜空気を１次燃焼室１内に送風しながら、電池パック２の配置位置に対して下方から加熱バーナー３を用いて加熱する。１次燃焼室１内の温度を第１焙焼温度（例えば５００〜６００℃）に保つように、温度センサからの出力をもとにバーナー制御装置によって加熱バーナー３の燃焼量を制御する。これにより、加熱により電池パック２内の樹脂材料が熱分解して生じた熱分解ガス４が、１次燃焼室１の下部にて空気と接触して可燃範囲でバランスしながら燃焼し、この熱は電池パック加熱用熱源として利用されるとともに、樹脂が燃焼する際に、１次燃焼室１内の酸素を消費し、その結果、電池パック２内の組電池の焙焼が非酸化性雰囲気下または還元雰囲気下で行われ、酸化を抑制して、有価金属単体を効率よく回収することができる。特に、電池パック２の側面、上部を密閉し、下部のみ開放して加熱することにより、熱分解ガスは、１次燃焼室１の下部に生成し易くなる。なお、第１焙焼温度における第１焙焼時間は、電池パック２内の樹脂材料の消失に必要な時間で適宜選択される。例えば、ある電池パックを用いた実証試験においては、第１焙焼温度を５００℃、第１焙焼時間を１時間に設定することで有価金属単体を効率よく回収することが確認できた。

さらに、１次燃焼室１において未燃焼分の熱分解ガスは、１次燃焼室１の下部の煙道５から２次燃焼室６に移行し、２次燃焼室６にて、温度センサ（図示せず）、バーナー制御装置（図示せず）、加熱バーナー７、空気供給ノズル８を用い、空気過剰状態にして、２次燃焼室６内を２秒間以上２次焙焼温度、例えば８００℃に保ちながら、空気を用いて熱分解ガス４を完全燃焼させる。なお、２次燃焼室６の内容積は、１次燃焼室１からの燃焼排ガスを２秒間以上保てる容積にすることが好ましい。これにより、廃掃法の維持管理基準も満たすことができる。

さらに、２次燃焼室６における２次焙焼後の排ガスは煙道９を介して、図示しない活性炭吸収塔及び集塵機を有する排ガス処理装置を介して浄化されて大気中に放出される。

本実施の形態の１次燃料室１の上部には、１次燃焼室１において電池パック２の焙焼が完了したのち、焙焼後の電池パックを取り出し可能な温度まで（例えば、５００〜６００℃から３００℃まで）冷却するための、水噴霧冷却装置が設けられている。水噴霧冷却装置の水噴霧ノズル１０は、水滴が１次燃焼室１を構成する炉材に到達する前に蒸発する程度に、冷却水を霧状に噴霧可能なノズルであって、例えば、圧力噴霧式ノズルや２流体噴霧式ノズルなどの水を微粒化する機能を有するものであれば、機種を問わず利用可能である。

また、図２では、水噴霧ノズル１０は、１個設置されているが、これに限定するものではなく、１次燃焼室１の上部に複数個設けられていてもよく、また、１次燃焼室１の側壁上部に設けられていてもよく、設置箇所及び設置個数は冷却速度に応じて任意に選択することができる。なお、水噴霧ノズル１０は、１次燃焼室１の天井部、壁面部など、電池パックの形状又は配置に応じて、冷却効率の高い位置に配置することが好ましい。

水噴霧ノズル１０から、水滴が１次燃焼室１を構成する炉材に到達する前に蒸発する程度に冷却水を霧状に噴霧することにより、直接、１次燃焼室１を構成する炉材に水滴が当たらず、炉材が部分的に冷却されることによる熱歪みの発生を抑制することができ、また、水噴霧により、１次燃焼室１内で瞬間的に気化することで、蒸発潜熱として、１次燃焼室１内に低温のガス噴流が生成し、１次燃焼室１の電池パック２に直接低温のガス噴流が当たり、電池パックの冷却が促進すると共に、１次燃焼室１の炉壁部分の冷却効果を相対的に低く抑えることができる。すなわち、焙焼後の電池パックを選択に冷却すると共に、次の電池パック２の焙焼のための１次燃焼室１の炉材温度を高温に保持することができる。

本実施の形態では、水噴霧ノズル１０として、図３に示すような、空気により水を噴霧する２流体噴霧式のスプレーノズルを例に取って説明する。２流体噴霧式の水噴霧ノズル１０は、水配管１１と空気配管１２に接続されており、ノズル先端部１３から１次燃焼室１内に水を微粒化して放出する構造になっている。放出パターンは、ノズルの種類により任意に選択可能であり、例えば、図３に示すようにコーン状に広がるパターン、又は扇状に広がるパターンでもよい。また、空気配管１２の空気放出流量を一定にして、水配管１１の水放出流量を調節することによって、微粒化した水粒子１５の微粒化度や水噴霧量を調節してもよい。水噴霧ノズル１０によって１次燃焼室１内に放出された水粒子１５は、焙焼・還元処理終了時の１次燃焼室１内の高温度（例えば５００℃以上）において、瞬時に蒸発し、水蒸発潜熱によって、冷却された低温のガス噴流１６になり、焙焼・還元後の電池パックを選択的に冷却することができる。

また、図１１に、水噴霧による冷却効果の例を示す。１次燃焼室（「還元炉」ともいう）に電池パック６個を５５０℃で焙焼・還元処理した後に、加熱バーナーを停止し、１０分後に水噴霧を実施した場合と水噴霧をしなかった場合の１次燃焼室の室内温度の変化が、図１１に示されている。１次燃焼室の室内温度は、１次燃焼室内中間部に設置された温度センサにより測定した。水噴霧を行わなかった場合の冷却時間と室内温度の推移を実線で示し、水噴霧を行った場合を、点線及び一点破線で示した。ここで、点線は、水噴霧の事例１の冷却時間と室内温度の推移を示し、一点破線は、水噴霧の事例２の冷却時間と室内温度の推移を示す。また、単位時間の水噴霧量は、事例１＜事例２の関係になっている。また、図１１において、点線及び一点破線で示す水噴霧を実施した場合、水噴霧を行わなかった場合に比べ、１次燃焼室が急速に冷却されていることが分かる。なお、冷却時間や冷却到達温度等の目的に応じて、水噴霧時の冷却速度は水噴霧量を調節することにより制御することができる。

例えば、図２に示す１次燃焼室１に電池パックを上下段にそれぞれ３個ずつ配置して、５５０℃前後で焙焼・還元処理を行った場合、焙焼・還元処理後、電池パックを水噴霧なしで４００℃まで冷却するのに４時間必要であったものが、焙焼・還元処理後、水噴霧ノズル１０より、図１１に示す事例２の条件で水を噴霧し４００℃まで冷却した場合には、約２０分間に短縮された。すなわち、水噴霧冷却装置を用いることにより、冷却時間を従来のものに比べ、１／１２に短縮することができる。

［解体・分別工程］
次に、図１に示す焙焼された電池パックを解体し（Ｓ１１２）、組電池と組電池以外の部品とに分別する工程（Ｓ１４０）と、組電池から単電池同士を接続している接続端子を切断する工程（Ｓ１１３）について、図４から図８を用いて説明する。

電池パックを解体せずそのまま焙焼することにより、各種部品に使用されている樹脂材料が熱分解により消滅する。これにより、焙焼後の電池パックを解体するためのボルト・ナットの取り外し工程を大幅に削減することができる。例えばニッケル水素電池からなる単電池は外装部分が樹脂により作製されており、この樹脂製外装は、外装に埋め込まれているナットをボルト締めすることによって電池パックと一体化される。したがって、焙焼により樹脂が消滅すると、ボルトを外さなくても、図４に示す組電池２０を容易に取り出せる。また、焙焼による短絡によって放電済みの電池パック１７は解体されると、図４及び図６に示すように、例えば、単電池からなる組電池２０と、単電池以外の電気部品１９とケース１８等とに分別することができる。

しかしながら、焙焼済みの電池パック１７内の組電池２０の両長手側面上部には、図５に示すように、隣接する単電池４０を接続する接続端子３２が設けられており、接続端子３２は、ナット３３を介して電極端子３０によって組電池２０に接続されている。一般に、接続端子３２は、銅からなり、焙焼・還元処理後の組電池２０のリサイクルにおいて、接続端子３２を付けたままで、リサイクルしてしまうと、特に、ステンレス原料として活用する場合に、銅成分がステンレス原料に混入してしまい、良質なステンレス鋼の生産の妨げになってしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態では、銅から成る接続端子３２を、予め、図５に示す自動切断装置の歯具３４により組電池２０から分離することによって、手作業で接続端子３２、ナット３３，電極端子３０を取り外す手間も省け、また、ナット３３が加熱により焼き付いて手作業では取り外せない場合であっても容易に接続端子３２を組電池２０から分離させることができ、次工程における単電池由来の有価金属をリサイクルすることにより、良質なステンレス鋼を生産することを可能にしている。

ところで、焙焼・還元処理後の組電池２０は、樹脂が熱分解して消失すると共に、金属部分も加熱により変形するため、組電池２０本体に固定されている複数の接続端子３２、電極端子３０、ナット３３の位置が一定ではなくなる。このため、切断装置の歯具３４と接続端子３２等が一定の位置関係にならず、安定的な切断が難しい。

そこで、本実施の形態の自動切断装置は、図６に示すように、焙焼・還元処理された電池パック１７を、組電池２０と電気部品１９とケース１８に分離した後、組電池２０を載せるテーブル２１と、組電池の長手両方向から挟み込む固定用ストッパー２２及びワークガイドアンドクランプ２３と、ワークガイドアンドクランプ２３を組電池２０に進退可能に移動させるワーククランプ２４と、組電池２０を載せたテーブル２１を進退可能に移動させる送り用シリンダ２５と、送り用シリンダ２５の進退方向をガイドするガイド２６と、組電池２０の長手側面上部の接続端子を止める電極端子を切断するための歯具を備えた切断機２７と、切断機２７が設けられた切断機架台２８と、これらが固定されたフレームベッド２９とを有する。

従って、組電池２０は、フレームベッド２９のテーブル２１に載せられ、固定用ストッパー２２及びワークガイドアンドクランプ２３により、組電池２０の長手両側面から挟み込み、さらに、ワーククランプ２４により、ワークガイドアンドクランプ２３を白抜き矢印方向に移動させることによって、組電池２０を固定し、次いで、テーブル２１に組電池２０を載せた状態でガイド２６に沿って送り用シリンダ２５により、テーブル２１を移動させて組電池２０を切断機２７に送ることによって、組電池２０の長手側面上部の接続端子を止める電極端子を間欠的に又は連続的に切断することができる。

さらに、図７、図８を用いて、本実施の形態の切断機２７の構成について詳細に説明する。切断機２７は、組電池２０の隣接する単電池４０の集電板３１の一面と電子端子３０に当接可能な一対の矯正ガイド３５と、単電池４０同士を接続する接続端子３２を取り付けている電極端子３０を切断し、集電板３１付き組電池２０とナット３３付き接続端子３２とに分離する歯具３４とからなる。また、歯具３４としては、例えばグラインダーを用いる。

従って、本実施の形態の自動切断装置によれば、焙焼済み組電池２０を固定し、一対の矯正ガイド３５によって、隣接する単電池４０の集電板３１の一面に当接させながら隣接する接続端子３２の位置を矯正し、さらに歯具３４をガイドすることにより、安定的に接続端子３２を組電池２０及び単電池４０から切断して分離することができる。

ここで、本実施の形態の一対の矯正ガイド３５は、図７に示すように、位置ずれした集電板３１を随時狭持していくための幅広部分と、集電板３１を両面狭持すると共に歯具３４をガイドする一定の間隔部分とを有する構造を有する。これにより、連続して安定的に、接続端子３２を組電池２０及び単電池４０から切断して分離することができる。

なお、本実施の形態では、接続端子３２を組電池２０から分離するために、電極端子３０を切断する自動切断装置について説明したが、これに限るものではなく、歯具３４としてカッターを用い、組電池２０と集電板３１とを分離してもよい。

また、組電池２０の形状や大きさに応じて、切断機２７の矯正ガイド３５の狭持幅や狭持位置を調整し、歯具３４の切断位置を調整される。また、歯具３４の摩耗に応じて、歯具３４の固定された位置を下方にずらして固定してもよい。

［粉砕・洗浄篩い分け・選別回収工程］
次に、本実施の形態における分別され単電池単位に解体された単電池を粉砕する工程（Ｓ１１４，Ｓ１１６）と、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程（Ｓ１１８）と、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して（正極及び負極に用いられた金属を回収する工程Ｓ１２０，Ｓ１２２）と、篩い分けの後に篩上の金属について磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程（Ｓ１３０，Ｓ１３２）とについて、図９を用いて説明する。

図９には、上記粉砕、洗浄篩い分け、選別回収工程を行うための選別装置の一例が示されている。図９に示すように、選別装置は、複数個の単電池４０からなる組電池を投入するためのホッパー６２と、例えば剪断破砕機からなる粉砕装置６４と、粉砕装置６４に一定量フィードするための定量フィーダ６３と、振動篩装置７４と、粉砕装置６４において粉砕された粉砕物を振動篩装置７４に搬送するベルトコンベア６５と、振動篩装置７４に投入された粉砕物を洗浄液により洗浄するスプレー６９と、洗浄液と共に振動篩装置７４のスクリーン７６（「篩」ともいう）を通過した電池構成材料の正極及び負極金属材料を沈殿分離するための沈殿分離装置８０と、振動篩装置７４のスクリーン７６上に残留した粒径の大きい金属固形物を磁石による磁気分離により分別する磁選機８４とを有する。さらに、沈殿分離装置８０内には、掻き出し装置８１がその底部から側面にかけて設けられ、これにより沈殿分離装置８０内に沈殿した電池構成材料の正極及び負極金属材料８２が回収される。一方、沈殿分離装置８０内には、フィルタ８３が設けられ、フィルタ８３を通過した洗浄液は、ポンプ６８を介して、スプレー６９より洗浄用洗浄液として噴射される。ここで、洗浄液は水であってもよい。また、振動篩装置７４には、篩下物を取り出す取出口７７と、篩上物を取り出す取出口７８が設けられている。さらに、取出口７８から取り出された金属固形物はベルトコンベア６６により搬送され、この搬送過程で、上記磁選機により磁選される。

上記選別装置を用いた選別操作を以下に説明する。まず、ホッパー６２内に焙焼済み単電池４０からなる組電池を投入して、定量フィーダー６３により定量しながら、一定量ずつ粉砕装置６４に投入され、粉砕装置６４にて例えば３０ｍｍ以下程度に破砕する。次いで、粉砕された焙焼済みの単電池の粉砕物は、ベルトコンベア６５により搬送され、振動篩装置７４に投入される。振動篩装置７４内のスクリーン７６上の粉砕物に、スプレー６９により例えば水からなる洗浄液がスプレーされ、粉砕物が洗浄される。ここで、スクリーン７６の目は、例えば５ｍｍから１０ｍｍに設定しておくことにより、スクリーン７６を洗浄液とともに通過した微小粒子の正極及び負極金属材料は、取出口７７を介して沈殿分離装置８０に投入され、その後静置分離されて、比重の大きい正極及び負極金属材料を沈降させ、掻き出し装置８１を用いて、正極及び負極金属材料８２が回収される。一方、スプレー６９のスプレーの後、振動篩装置７４のスクリーン７６上に残留した金属固形物は、取出口７８を介してベルトコンベア６６に投下され、ベルトコンベア６６上にて、磁選機８４により、相対的に磁化力の強い鉄分リッチ金属成分８５と、相対的に磁化力の弱いニッケル分リッチ金属成分８６とに選別される。なお、沈殿分離装置８０からフィルタ８３を介して振動篩装置７４にスプレーされる洗浄液は、適宜、図示しない給水装置により給水され、またｐＨ調整されて、一定の条件を維持するようにして循環されている。

回収されたニッケル分リッチ金属成分８６は、本実施の形態の焙焼工程にて、非酸化性雰囲気又は還元雰囲気下で電池パック内の金属類が焙焼されるため、電極材料の発泡ニッケルをほぼ金属ニッケルとして回収することができる。したがって、得られた金属ニッケルは、水酸化ニッケル製造原料などの電池原料に再利用することができる。また、回収された鉄分リッチ金属成分８５は、ステンレス原料として価値を有する。

一方、回収された正極及び負極金属材料８２は、希土類金属などのレアメタルが濃縮されており、不純物としての鉄分の含有量が少なく、酸溶解等の精製プロセスにて容易に純度の高いレアメタルを得ることができる。

本発明の電池パックのリサイクル方法及び電池パックのリサイクル装置は、電池パックの用途であれば、いかなる用途にも有効であるが、特に自動車部品としての電池パックのリサイクルに供することができる。

１１次燃料室、２，１７電池パック、３，７加熱バーナー、４熱分解ガス、５，９煙道、６２次燃料室、８空気供給ノズル、１０水噴霧ノズル、１１水配管、１２空気配管、１３ノズル先端部、１５水粒子、１６ガス噴流、１８ケース、１９電気部品、２０組電池、２１テーブル、２２固定用ストッパー、２３ワークガイドアンドクランプ、２４ワーククランプ、２５送り用シリンダ、２６ガイド、２７切断機、２８切断機架台、２９フレームベッド、３０電極端子、３１集電板、３２接続端子、３３ナット、３４歯具、３５矯正ガイド、４０単電池。

Claims

複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池パックをリサイクルする方法であって、
充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま、非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼し、前記電池パック内にある樹脂材料や絶縁材料を熱分解させ、これにより前記電池パック内で電気的短絡を生じさせて放電させる焙焼工程と、
焙焼された電池パックを組電池と組電池以外の部品とに分別する工程と、
分別された組電池から複数の単電池同士を接続している接続端子を切断する工程と、
を有することを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
請求項１に記載の電池パックのリサイクル方法において、
前記接続端子は銅から成ることを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
請求項１または請求項２に記載の電池パックのリサイクル方法において、
前記焙焼工程における焙焼温度は、前記電池パック内の樹脂材料の炭化温度以上で且つ前記電池パックの金属部品の融点以下であることを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
請求項３に記載の電池パックのリサイクル方法において、
さらに、分別された単電池を粉砕する工程を有することを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
請求項４に記載の電池パックのリサイクル方法において、
さらに、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程を有することを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
請求項５に記載の電池パックのリサイクル方法において、
さらに、篩い分けの後に篩上の金属について磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程を有することを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
請求項６に記載の電池パックのリサイクル方法において、
さらに、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して正極及び負極に用いられた金属を回収する工程を有することを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
請求項７に記載の電池パックのリサイクル方法において、
前記負極に用いられた金属が希土類金属であることを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池パックをリサイクルする装置であって、
充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼し、前記電池パック内にある樹脂材料や絶縁材料を熱分解させ、これにより前記電池パック内で電気的短絡を生じさせて放電させる焙焼装置と、
焙焼された電池パックを組電池と組電池以外の部品とに分別する分別手段と、
分別された組電池から複数の単電池同士を接続している接続端子を切断する切断装置と、
分別された単電池を粉砕する粉砕装置と、
粉砕された電池を篩い分ける篩装置と、
前記篩装置の篩上にある金属について磁石を用いて磁気分離する磁選機と、
前記篩装置の篩下にある正極及び負極に用いた金属を回収する回収装置と、
を有することを特徴とする電池パックのリサイクル装置。
請求項９に記載の電池パックのリサイクル装置において、
前記切断装置は、
焙焼済みの組電池を固定する固定装置と、
組電池における隣接する単電池の集電板の一面に当接するとともに歯具をガイドする一対の矯正ガイドと、
単電池同士を接続する接続端子を切断し単電池と接続端子とを分離するため歯具を備えた切断機と、
を有することを特徴とする電池パックのリサイクル装置。
請求項１０に記載の電池パックのリサイクル装置において、
前記切断機は、接続端子を単電池に固定するための電極端子を切断する、又は、集電板を単電池から分離するように切断することを特徴とする電池パックのリサイクル装置。
請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の電池パックのリサイクル装置において、
前記焙焼装置は、前記電池パック内の樹脂材料の炭化温度以上で且つ前記電池パックの金属部品の融点以下に制御されていることを特徴とする電池パックのリサイクル装置。