JP5987757B2 - 正極活物質粒子の回収方法 - Google Patents
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Description
ところで、有機溶媒が乾燥させ難いものである場合、回収した正極活物質粒子から有機溶媒を除去する(乾燥させる)のが難しくなる、または除去するのに時間が長く掛かる。これに対し、この正極活物質粒子の回収方法では、乾燥工程を行うにあたり、予め有機溶媒を沸点の低い低沸点有機溶媒に置換するので、乾燥工程において、正極活物質粒子(低沸点有機溶媒で濡れた正極活物質粒子)を容易に乾燥させることができる。
「正極活物質粒子」としては、例えばリチウムイオン二次電池にあっては、リチウムと遷移金属(例えばコバルト、ニッケル、マンガンなど)との複合酸化物からなる粒子が挙げられる。
「結着剤」としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)などが挙げられる。
「電極板」は、正極電極箔の一方または両方の主面に正極活物質層を形成した正極板でもよいし、電極箔の一方の主面に正極活物質層を形成すると共に、他方の主面に負極活物質等を含む負極活物質層を形成した双極電極板(バイポーラ電極板)でもよい。
なお、「粘着テープ」としては、例えば、基材に第1有機溶媒に溶解、膨潤等し難いポリイミドフィルムを用いたポリイミドテープが挙げられる。
この電池10は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両などに搭載される角型で密閉型の非水電解質二次電池、具体的にはリチウムイオン二次電池である。この電池10は、直方体状の電池ケース20と、この電池ケース20内に収容された扁平状捲回型の電極体30と、電池ケース20に支持された正極端子部材60及び負極端子部材70等から構成されている。電池ケース20内には、非水系の電解液80が保持されている(図1及び図2参照)。
正極板31は、芯材として、アルミニウムからなる帯状の正極電極箔(電極箔)32を有する(図3参照)。この正極電極箔32の表裏面のうち幅方向(図3中、左右方向)の一部(図3中、右方の部位)の上には、それぞれ長手方向(図3中、紙面に直交する方向)に帯状に延びる、多孔質の正極活物質層33,33が形成されている。この正極活物質層33は、正極活物質粒子と導電材粒子と結着剤から形成されている。本実施形態では、正極活物質粒子としてリチウム・コバルト・ニッケル・マンガン複合酸化物粒子を、導電材としてアセチレンブラック(AB)粒子を、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いている。
そして、解体工程S1において、上記電池10を解体して、正極板31を取り出す。具体的には、電池ケース20を切断して電極体30を取り出し、更にこの電極体30を解体して、帯状の正極板31を取り出す。なお、この解体工程S1から乾燥工程S11までの各工程は、露点−60℃以下の雰囲気下で行う。
次に、再び混合工程S9を行う。但し、この混合工程S9では、前述の混合工程S5,S7とは異なる第2有機溶媒を用いる。具体的には、第2有機溶媒として、第1有機溶媒(本実施形態ではNMP)及びこの混合工程S9の前の混合工程S7で用いた第2有機溶媒(本実施形態ではNMP)よりも沸点が低く、正極活物質粒子が溶解も膨潤もしない低沸点有機溶媒(具体的にはアセトン)を用いる。これにより、第2回収工程S8後の正極活物質粒子に残存するNMPは除去され、アセトンに置換される。
また、移行工程S3を行う前に剥取工程S2で正極電極箔32を予め除去しているので、移行工程S3における正極活物質層33の取り扱いが容易になる。更に、剥取工程S2では、粘着テープを用いて正極活物質層33を正極電極箔32から剥ぎ取っているので、容易に正極活物質層33を剥ぎ取ることができる。また、正極電極箔32を予め剥離しているので、正極電極箔32をなす成分(アルミニウム)が第1有機溶媒中に溶出するのを防止できる。また、正極電極箔32を予め剥離しているので、正極電極箔32自体の回収も容易である。
例えば、実施形態では、粘着テープを用いて正極電極箔32から剥ぎ取った正極活物質層33について、移行工程S3を行ったが、へら等により正極電極箔32から予め剥がしておいた正極活物質層33の層片について、移行工程S3を行ってもよい。また、正極活物質層33が形成された正極板31そのものやこれを裁断したものを用いて、移行工程S3を行ってもよい。
また、実施形態では、第1有機溶媒と、1回目及び2回目の混合工程S5,S7に用いる第2有機溶媒を、同じ有機溶媒(NMP)としたが、異なる有機溶媒としてもよい。例えば、第1有機溶媒をNMP、1回目及び2回目の混合工程S5,S7に用いる第2有機溶媒をNMPとアセトンとの混合溶液とすることができる。更に、1回目の混合工程S5に用いる第2有機溶媒と、2回目の混合工程S7に用いる第2有機溶媒とで、NMPとアセトンの混合割合を変えるなど、互いに異なる有機溶媒を用いてもよい。
また、実施形態では、第1有機溶媒及び第2有機溶媒として、結着剤(PVDF)を溶解させる有機溶媒(NMP及びアセトン)を用いたが、結着剤を膨潤させて、正極活物質層33をなす正極活物質粒子と導電材粒子と結着剤とを互いに分離できる有機溶媒を用いてもよい。
20 電池ケース
30 電極体
31 正極板(電極板)
32 正極電極箔
33 正極活物質層
41 負極板
51 セパレータ
Claims (8)
- 電極箔と、この上に形成され、正極活物質粒子、導電材粒子及び結着剤を含む正極活物質層とを有する、非水電解質二次電池の電極板から、前記正極活物質粒子を回収する正極活物質粒子の回収方法であって、
前記結着剤は溶解または膨潤するが前記正極活物質粒子及び前記導電材粒子は溶解も膨潤もしない第1有機溶媒を用いて、前記正極活物質層またはその層片について、前記結着剤を前記第1有機溶媒に溶解または膨潤させると共に、前記正極活物質粒子及び前記導電材粒子を前記第1有機溶媒中に移行させる移行工程と、
前記移行工程で得られた前記第1有機溶媒から、前記正極活物質粒子と前記導電材粒子及び前記結着剤とを分離して、前記正極活物質粒子を回収する第1回収工程と、
回収した前記正極活物質粒子に、前記結着剤は溶解または膨潤するが前記正極活物質粒子及び前記導電材粒子は溶解も膨潤もしない第2有機溶媒を加えて混合する混合工程と、
前記混合工程で得られた前記第2有機溶媒から、前記正極活物質粒子と残存する前記導電材粒子及び前記結着剤とを分離して、前記正極活物質粒子を回収する第2回収工程と、を備え、
前記混合工程及び前記第2回収工程を複数回行って、前記正極活物質粒子を精製し、
最後に行う前記第2回収工程の後に、回収した前記正極活物質粒子を乾燥させる乾燥工程を備え、
最後に行う前記第2回収工程の直前の前記混合工程は、
前記第2有機溶媒として、前記第1有機溶媒及びこの混合工程の前の混合工程で用いた第2有機溶媒よりも沸点が低く、前記正極活物質粒子が溶解も膨潤もしない低沸点有機溶媒を用いる
正極活物質粒子の回収方法。 - 請求項1に記載の正極活物質粒子の回収方法であって、
前記第1回収工程及び複数回の前記第2回収工程のうち少なくともいずれかの工程は、
遠心分離により前記正極活物質粒子を沈降させ、前記正極活物質粒子と前記導電材粒子及び前記結着剤とを分離して、前記正極活物質粒子を回収する工程である
正極活物質粒子の回収方法。 - 請求項2に記載の正極活物質粒子の回収方法であって、
前記第1回収工程及び複数回の前記第2回収工程のうちいずれかの工程は、
濾過により前記正極活物質粒子と前記導電材粒子及び前記結着剤とを分離して、前記正極活物質粒子を回収する工程である
正極活物質粒子の回収方法。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の正極活物質粒子の回収方法であって、
前記移行工程は、
前記第1有機溶媒を加温すると共に、前記第1有機溶媒に超音波振動を加えつつ行う
正極活物質粒子の回収方法。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の正極活物質粒子の回収方法であって、
前記混合工程は、
超音波振動を加えつつ、回収した前記正極活物質粒子と前記第2有機溶媒とを混合する工程である
正極活物質粒子の回収方法。 - 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の正極活物質粒子の回収方法であって、
前記移行工程以降の各工程を、露点−60℃以下の雰囲気下で行う
正極活物質粒子の回収方法。 - 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の正極活物質粒子の回収方法であって、
前記移行工程の前に、粘着テープを前記電極板の前記正極活物質層に貼り付けた後、前記正極活物質層を前記電極箔から剥ぎ取る剥取工程を備え、
前記移行工程は、
前記粘着テープに貼り付いた前記正極活物質層について行う
正極活物質粒子の回収方法。 - 電極箔と、この上に形成され、正極活物質粒子、導電材粒子及び結着剤を含む正極活物質層とを有する電極板を備える非水電解質二次電池から、前記正極活物質粒子を回収する正極活物質粒子の回収方法であって、
前記非水電解質二次電池を解体して、前記電極板を取り出す解体工程を備え、
前記解体工程の後に、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の正極活物質粒子の回収方法を行って、前記正極活物質粒子を回収する
正極活物質粒子の回収方法。
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