JP5719735B2 - 金属リチウムの回収方法 - Google Patents
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Description
開示される発明の一態様は、金属リチウムの回収方法に関する。
近年、セラミックス、電池、医薬品等の多くの分野において、リチウムの需要が増大してきている。
例えば、リチウム二次電池の正極、負極、及び電解質には、リチウムが用いられている。特に負極活物質の作成には、金属リチウムが用いられている（特許文献１参照）。
常温常圧では金属であるリチウムは、希少金属であって、世界的にも産出量が少なく、しかも産出される地域が偏在しているため、リチウムを工業製品の原材料として使う際にはカントリーリスクが伴うものとなっている。その一方、ガラスの添加剤や二次電池の原材料として使用されるリチウムを回収してリサイクルする技術は確立されていないのが現状である。
金属リチウムは反応性が高く、常温で空気中に置くと表面に形成物が形成される。例えば、金属リチウムと空気中に存在する窒素が反応すると、金属リチウムの表面に窒化リチウムが形成される。また金属リチウムと空気中に存在する水分が反応すると、金属リチウムの表面に水酸化リチウムが形成される。
上記のような表面に形成物が形成された金属リチウムを、そのまま負極活物質の材料として用いると、電解質との反応性が悪くなり、リチウムイオン二次電池の特性が低下する恐れがある。
そのため、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムは使い物にならず、エタノールや水で失活処理された後、廃棄しているのが実情である。
しかしながら、上記のように金属リチウムは産業上有用であるので回収することが好ましい。
以上を鑑みて、開示される発明の一態様は、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムを廃棄せずに、当該表面に不要な形成物が形成された金属リチウムから金属リチウムを回収することを課題の一とする。
開示される発明の一様態では、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムを、窒素と反応させて、窒化リチウムを形成する。窒化リチウムと二酸化炭素を反応させて、炭酸リチウムを形成する。炭酸リチウムを塩酸と反応させて、塩化リチウムを形成する。塩化リチウムを融解し、電気分解する。塩化リチウムの融点は６１３℃であるが、塩化リチウムと塩化カリウムを混合した混合物は４５０℃で融解するため、塩化リチウムと塩化カリウムを混合させた混合物を融解させることが好ましい。なお混合することにより融点が下がる物質であれば、塩化カリウムに限定されない。塩化カリウムの代わりに、例えば塩化ナトリウムを用いてもよい。上記電気分解により金属リチウムを回収することができる。
開示される発明の一態様は、表面に形成物が形成された金属リチウムに窒素を反応させて、窒化リチウムを形成し、当該窒化リチウムに二酸化炭素を反応させて、炭酸リチウムを形成し、当該炭酸リチウムに塩酸を反応させて、塩化リチウムを形成し、当該塩化リチウム及び塩化カリウムを融解させ、当該融解させた塩化リチウム及び塩化カリウムを電気分解することにより、金属リチウムを回収することを特徴とする金属リチウムの回収方法に関する。
開示される発明の一態様において、容器の内部に液体窒素を注入し、当該液体窒素が注入された容器の上部に多孔体を設置し、当該多孔体上に、当該表面に不要な形成物が形成された金属リチウムを配置し、当該液体窒素から生じる窒素と、当該金属リチウムとを反応させることにより、当該窒化リチウムを形成することを特徴とする。
開示される発明の一態様により、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムを廃棄せずに、当該表面に不要な形成物が形成された金属リチウムから金属リチウムを回収することができる。表面に不要な形成物が形成された金属リチウムから金属リチウムを回収する際に、反応性に富む金属リチウムを、比較的安定な窒化リチウムにしてから金属リチウムを回収する処理を進めることができるので、回収作業が容易なものとなる。
以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書に開示された発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
本実施の形態の金属リチウム回収方法を、図１を用いて説明する。
表面に不要な形成物が形成された金属リチウム（Ｓ１０１）を、窒素と反応させ（Ｓ１０２）、窒化リチウムを形成する（Ｓ１０３）。当該表面の不要な形成物は、金属リチウムと空気中に存在する水分とが反応した水酸化リチウム、又は、金属リチウムと空気中に存在する窒素とが反応した窒化リチウム等である。当該工程において、窒素と反応する金属リチウムは、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムのうち、空気中の窒素や水分等と反応していない未反応の金属リチウムである。
なお本実施の形態では、金属リチウムとして、箔状の金属リチウム（金属リチウム箔）球状の金属リチウム、板状の金属リチウム等を用いる。
表面に不要な形成物が形成された金属リチウムのうち未反応の金属リチウムを、窒素と反応させ、窒化リチウムを形成する詳細な方法を、以下に説明する。
例えば、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムを、グローブボックス等の水分や酸素を含まない窒素雰囲気中に配置する。次いで、グローブボックス内部に気体の窒素を通気させながら、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムのうちの未反応の金属リチウムと窒素を反応させ、窒化リチウムを形成する。なお、この際に、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムに圧力を加えて歪みを与える、或いは表面に不要な形成物が形成された金属リチウム表面を局部的に加熱する等を行うと、未反応の金属リチウムと窒素の反応が起こりやすくなるので好適である。
まず液体窒素を入れる容器を用意し、当該容器の内部に液体窒素を注入する。容器の上部に、気体の窒素を通すことが可能な多孔体を設置する。多孔体上に、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムを配置する。容器内部の液体窒素からは、気体の窒素が発生する。当該液体窒素から発生した気体の窒素は、上記多孔体を通り、多孔体上の表面に不要な形成物が形成された金属リチウムのうち未反応の金属リチウムと反応する。当該未反応の金属リチウムと気体の窒素が反応することにより、窒化リチウムが形成される。以上により、窒化リチウムを得ることが可能である。
次いで、得られた窒化リチウムに、二酸化炭素を反応させる（Ｓ１０４）。窒化リチウムと二酸化炭素を反応させることにより、炭酸リチウムを形成する（Ｓ１０５）。
上述した窒化リチウムと二酸化炭素の反応は、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムと窒素の反応と同様に、グローブボックス内で行ってもよいし、多孔体を有する容器を用いて行っても良い。
窒化リチウムと二酸化炭素の反応をグローブボックス内で行う場合は、まず窒化リチウムをグローブボックスの二酸化炭素雰囲気中に配置する。次いで、グローブボックス内部に気体の二酸化炭素を通気させながら、窒化リチウムと二酸化炭素を反応させ、炭酸リチウムを形成する。
又は、上述した容器及び多孔体を用いて、二酸化炭素と窒化リチウムを反応させてもよい。その場合は、上述の表面に不要な形成物が形成された金属リチウムを、窒素と反応させる方法と同様にして行えば良い。この場合、液体窒素に代えてドライアイスを用い、窒化リチウムとドライアイスから発生した二酸化炭素と反応させれば良い。ドライアイスから発生した二酸化炭素が、窒化リチウムと反応し、炭酸リチウムが形成される。
次いで、得られた炭酸リチウムと塩酸を反応させ（Ｓ１０６）、塩化リチウムを形成する（Ｓ１０７）。
次いで、塩化リチウムを融解し（Ｓ１０８）、電気分解する（Ｓ１０９）。塩化リチウムの融点は６１３℃であるが、塩化リチウムと塩化カリウムを混合した混合物は４５０℃で融解するため、塩化リチウムと塩化カリウムを混合させた混合物を融解させることが好ましい。なお混合することにより融点が下がる物質であれば、塩化カリウムに限定されない。塩化カリウムの代わりに、例えば塩化ナトリウムを用いてもよい。上記電気分解により、金属リチウムを回収することができる（Ｓ１１１）。
以上述べた工程により、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムから、金属リチウムが回収できる。回収した金属リチウムを、ローラ等で引き伸ばすことにより、金属リチウム箔を形成することができる。或いは、得られた金属リチウムを別の用途に用いてもよい。いずれにせよ、本実施の形態により、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムから、金属リチウムを回収することが可能である。
以上本実施の形態により、表面に不要な形成物が形成された金属リチウムを廃棄せずに、当該表面に不要な形成物が形成された金属リチウムから金属リチウムを回収することができる。
Claims (2)
- 表面に形成物が形成された金属リチウムに窒素を反応させて、窒化リチウムを形成し、
前記窒化リチウムに二酸化炭素を反応させて、炭酸リチウムを形成し、
前記炭酸リチウムに塩酸を反応させて、塩化リチウムを形成し、
前記塩化リチウム及び塩化カリウムを融解させ、前記融解させた塩化リチウム及び前記融解させた塩化カリウムを電気分解して、金属リチウムを回収することを特徴とする金属リチウムの回収方法。 - 請求項１において、
容器の内部に液体窒素を注入し、
前記容器の上部に多孔体を設置し、
前記多孔体上に、前記表面に不要な形成物が形成された金属リチウムを配置し、
前記液体窒素から生じる窒素と、前記金属リチウムとを反応させることにより、前記窒化リチウムを形成することを特徴とする金属リチウムの回収方法。
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