JP6469547B2 - リチウムイオン電池の処理方法 - Google Patents
リチウムイオン電池の処理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6469547B2 JP6469547B2 JP2015159905A JP2015159905A JP6469547B2 JP 6469547 B2 JP6469547 B2 JP 6469547B2 JP 2015159905 A JP2015159905 A JP 2015159905A JP 2015159905 A JP2015159905 A JP 2015159905A JP 6469547 B2 JP6469547 B2 JP 6469547B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- lithium ion
- ion battery
- gas
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 119
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims description 119
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 69
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 35
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 106
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 15
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 14
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 12
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- 241001370313 Alepes vari Species 0.000 description 1
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Description
かかる状況の下では、大量に廃棄されるリチウムイオン電池スクラップから、上記のニッケルおよびコバルト等の有価金属を、再利用するべく比較的低コストで容易に回収することが望まれる。
次いで、前工程により得られる粉末状の正極活物質等を酸浸出し、そこに含まれ得るリチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、アルミニウム等を溶液中に溶解させて、浸出後液を得る浸出工程を行う。
その結果として、回収工程でアルミニウムの分離・除去のための工数が必要となり、それによるコストが嵩むという問題があった。
そのため、熱ガスにより加熱対象物を加熱する加熱設備を用いる場合、リチウムイオン電池の昇温過程の間に、熱ガス温度を適正に調整することにより、リチウムイオン電池の昇温速度をコントロールして、リチウムイオン電池が比較的低温にある間に筐体内の略全ての電池ガスを緩慢に流出させることで、筐体を破裂させることなしに有効に焙焼できると考えた。
この発明の一の実施形態のリチウムイオン電池の処理方法では、図1に例示するように、アルミニウムを含む筐体で包み込まれたリチウムイオン電池を、電池加熱空間に配置し、この電池加熱空間に、熱ガス生成部で生成された熱ガスを送り込むことにより、前記リチウムイオン電池を加熱して処理する方法である。特にここでは、熱ガスにより加熱されるリチウムイオン電池の温度が200℃〜400℃の範囲内にある間に、リチウムイオン電池の筐体内から電池ガスが流出し、その間に、当該電池ガスの流出が終了するように、電池加熱空間に送り込む熱ガスの温度を450℃未満とすることが肝要である。
この発明で対象とするリチウムイオン電池は、携帯電話その他の種々の電子機器等で使用されるリチウムイオン電池であればどのようなものでもかまわないが、その周囲を包み込む筐体として、アルミニウムを含む筐体を有するものとする。なかでも、電池製品の寿命や製造不良またはその他の理由によって廃棄された、いわゆるリチウムイオン電池スクラップを対象とすることが、資源の有効活用の観点から好ましい。
なお、リチウムイオン電池は、上記の筐体内に、リチウムとニッケル、コバルト及びマンガンのうちの一種以上の単独金属酸化物又は、二種以上の複合金属酸化物等からなる正極活物質や、正極活物質が有機バインダー等によって塗布されて固着されたアルミニウム箔(正極基材)を含むものとすることができる。またその他に、リチウムイオン電池には、銅、鉄等が含まれる場合がある。
また、リチウムイオン電池には一般に、筐体内に電解液が含まれる。電解液としては、たとえば、エチレンカルボナート、ジエチルカルボナート等が使用されることがある。
この加熱工程は、リチウムイオン電池の温度を、400℃を超える温度に上昇させて、内部の電解液を除去して無害化するとともに、アルミニウム箔と正極活物質を結着させているバインダーを分解し、破砕・篩別時のアルミニウム箔と正極活物質の分離を促進して篩下に回収される正極活物質の回収率を高くし、更に、リチウムイオン電池に含まれる有価金属を、後述の浸出工程で浸出させやすい形態に変化させること等を目的として行う。
このようなリチウムイオン電池の加熱時の破裂は、加熱を開始したときから、リチウムイオン電池の温度が一気に上昇することによって、筐体内の電解液が急速に気化して電池ガスとなり、そして、筐体内から流出可能な電池ガスの量よりも多量に生じる筐体内の電池ガスが、筐体を膨張させて破裂させることによるものと考えられる。
これを言い換えれば、昇温過程でリチウムイオン電池の温度が200℃未満では、電池ガスの筐体からの流出が起こらずに本発明の効果が得られず、この一方で、昇温過程で電池ガスの流出終了前に400℃を超えると、電池ガスの発生流量の増大によって筐体が破裂するおそれがある。このような観点から、昇温過程では、200℃〜400℃の温度範囲内で電池ガスの流出を終了させることが好ましく、特に、220℃〜380℃の温度範囲内で電池ガスの流出を終了させることがより好ましい。なおこの温度は、リチウムイオン電池の筐体の表面温度を測定することにより計測可能である。
一方、この200℃〜400℃の範囲とする時間は、長ければ長いほど、より確実に電池ガスの流出を終了させることができるので、破裂防止の点では好ましい上限値は特にないが、長すぎると処理時間の増大に起因して処理能率が低下する。それにより、通常は60分以下とすることができ、さらに30分以下とすることができる。
これを防止するため、電池ガスの流出開始から流出終了までの間は、図1に例示するように、電池加熱空間に送り込まれた後の熱ガスを、筐体から流出した電池ガスとともに、電池加熱空間の外部、たとえば、電池加熱空間に配置したリチウムイオン電池から離れた位置にあるガス引火場所へ排出し、その外部で、電池ガスを含む熱ガスを450℃以上にして、電池ガスの引火を引き起こすことが好ましい。この引火場所は、その引火がリチウムイオン電池に影響を及ぼさない程度に電池加熱空間から離れた場所であればよい。
ここでは、リチウムイオン電池の筐体内の電池ガスはほぼ全て、筐体内から流出し終わっているので、熱ガス温度を上記のような高温にしても、筐体の破裂、そこに含まれるアルミニウムの酸化による脆化は生じない。
具体的には、この加熱設備としては、ロータリーキルン炉、トンネル炉、固定床炉等を挙げることができる。
上記の加熱工程の後、所要に応じて破砕及び篩別することにより、アルミニウムが十分に除去された粒状ないし粉状等の正極活物質を含む篩別物を得ることができる。
その後、この粒状ないし粉状の正極活物質を含む篩別物を、硫酸等の酸性溶液に添加して浸出させて得た浸出後液から、浸出後液中に溶解しているニッケル、コバルト、マンガン等を回収する。具体的には、たとえば、溶媒抽出又は中和により、はじめにマンガンを分離させて回収し、次いでコバルトを、その後にニッケルを順次に分離させて回収し、最後に水相にリチウムを残す。
大気雰囲気において、るつぼ炉でAl筐体のリチウムイオン電池を加熱した。試料温度が急激な上昇をすることのないよう、図2に試料温度の履歴をグラフで示すように、200℃〜400℃の範囲を10分間以上保持するように調整した後に、550℃まで加熱した。加熱後のリチウムイオン電池は、Al筐体の膨張は見られたが、筐体が破裂等することなく原型が維持されていた。加熱処理後のリチウムイオン電池を破砕機にて破砕後、篩別して目開き1mmの篩で篩別し、篩下に正極活物質等を回収した。篩別物(<1mm)の品位は、Coが37%、Alが4.5%、Cuが0.7%であり、コバルト回収率は98%であった。篩別物の分析値と回収率を表1に示す。
大気雰囲気において、るつぼ炉でAl筐体のリチウムイオン電池を加熱した。図3に試料温度の履歴をグラフで示すように、電気炉の加熱能力のフルパワーで加熱し、その後更に550℃まで加熱した。この時、200℃〜400℃の範囲を通過する時間は10分間未満となる急激な温度上昇となった。加熱後のリチウムイオン電池は、全体的に破損している状態で、一部は内部のアルミニウム箔が見えている状態であった。加熱処理後のリチウムイオン電池を破砕機にて破砕後、篩別して目開き1mmの篩で篩別し、篩下に正極活物質等を回収した。篩別物(<1mm)の品位は、Coが31%、Alが7.0%、Cuが1.3%で、コバルト回収率は71%であった。篩別物の分析値と回収率を表2に示す。
そして、リチウムイオン電池の周囲の電池加熱空間に送り込む熱ガスの温度が450℃未満であれば、リチウムイオン電池の温度が200℃〜400℃の範囲内にある時間を長くする、具体的には、10分以上にすることが容易であり、また、リチウムイオン電池の筐体から流出する電池ガスへの引火は生じないことから、この発明によれば、焙焼時のリチウムイオン電池の筐体の破裂を有効に防止できることが解かる。
Claims (5)
- アルミニウムを含む筐体で包み込まれたリチウムイオン電池を、電池加熱空間に配置し、前記電池加熱空間に熱ガスを送り込むことにより、前記リチウムイオン電池を加熱して処理する方法であって、
前記電池加熱空間に送り込む熱ガスの温度を450℃未満とし、熱ガスにより加熱されるリチウムイオン電池の温度が200℃〜400℃の範囲内にある間に、リチウムイオン電池の筐体内から電池ガスを流出させるとともに、当該電池ガスの流出を終了させる、リチウムイオン電池の処理方法。 - 前記リチウムイオン電池の筐体内からの電池ガスの流出終了後、前記電池加熱空間に送り込む熱ガスの温度を、450℃〜600℃に上昇させる、請求項1に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- 前記リチウムイオン電池の筐体内からの電池ガスの流出開始から流出終了までの間、電池加熱空間に送り込まれた後の熱ガスを、前記電池ガスとともに、電池加熱空間の外部へ排出して当該外部で450℃以上にする、請求項1又は2に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- 前記リチウムイオン電池の加熱終了後、リチウムイオン電池の前記筐体で包み込まれた性状が維持される、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- 前記熱ガスを送り込む電池加熱空間を、還元雰囲気とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015159905A JP6469547B2 (ja) | 2015-08-13 | 2015-08-13 | リチウムイオン電池の処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015159905A JP6469547B2 (ja) | 2015-08-13 | 2015-08-13 | リチウムイオン電池の処理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017037818A JP2017037818A (ja) | 2017-02-16 |
JP6469547B2 true JP6469547B2 (ja) | 2019-02-13 |
Family
ID=58049629
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015159905A Active JP6469547B2 (ja) | 2015-08-13 | 2015-08-13 | リチウムイオン電池の処理方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6469547B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7017860B2 (ja) * | 2017-03-22 | 2022-02-09 | 太平洋セメント株式会社 | 廃リチウムイオン電池の処理方法 |
JP2019034254A (ja) * | 2017-08-10 | 2019-03-07 | 太平洋セメント株式会社 | 廃リチウムイオン電池の処理装置及び処理方法 |
JP2019186000A (ja) * | 2018-04-09 | 2019-10-24 | 日本磁力選鉱株式会社 | 二次電池の処理方法 |
JP7195181B2 (ja) * | 2019-03-04 | 2022-12-23 | 川崎重工業株式会社 | 廃リチウムイオン電池の焙焼装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011178850A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Ipm:Kk | 廃棄物の再資源化方法および再資源化装置 |
WO2012169073A1 (ja) * | 2011-06-10 | 2012-12-13 | 日本磁力選鉱株式会社 | 廃リチウムイオン二次電池からの有価金属回収方法 |
JP2013080595A (ja) * | 2011-10-03 | 2013-05-02 | Dowa Eco-System Co Ltd | リチウムイオン二次電池からの有価物の回収方法 |
-
2015
- 2015-08-13 JP JP2015159905A patent/JP6469547B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017037818A (ja) | 2017-02-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6587861B2 (ja) | リチウムイオン電池の処理方法 | |
JP6495780B2 (ja) | リチウムイオン電池の処理方法 | |
JP6483569B2 (ja) | リチウムイオン電池の処理方法 | |
US11145915B2 (en) | Method for treating lithium ion battery | |
JP6998241B2 (ja) | リチウム回収方法 | |
JP6469547B2 (ja) | リチウムイオン電池の処理方法 | |
JP7402733B2 (ja) | 電池廃棄物の熱処理方法及び、リチウム回収方法 | |
WO2018181607A1 (ja) | リチウム回収方法 | |
EP2650961A1 (en) | Method for recovering valuable material from lithium-ion secondary battery, and recovered material containing valuable material | |
JP6644314B2 (ja) | リチウム抽出方法 | |
JP6946223B2 (ja) | リチウム回収方法 | |
JP7338326B2 (ja) | 有価金属を回収する方法 | |
CN107069134A (zh) | 一种废旧锂电池正极材料与集流体分离的方法 | |
JP6994839B2 (ja) | リチウムイオン電池スクラップの処理方法 | |
JP2016204676A (ja) | リチウムイオン電池の処理方法 | |
JP6571123B2 (ja) | リチウムイオン電池スクラップの浸出方法および、リチウムイオン電池スクラップからの金属の回収方法 | |
JP6966960B2 (ja) | リチウムイオン電池廃棄物の処理方法 | |
JP7242581B2 (ja) | リチウムイオン電池の処理方法 | |
JP2021180184A (ja) | リチウムイオン電池スクラップの処理方法 | |
JP7363206B2 (ja) | 有価金属を回収する方法 | |
JP2019173142A (ja) | リチウムイオン電池スクラップの処理方法および、ストレーナ | |
JP7343943B2 (ja) | 廃リチウムイオン電池の処理方法 | |
JP6659610B2 (ja) | 車載用電池パック廃棄物の処理方法 | |
JP2021142474A (ja) | 有価物を含む廃棄物の処理装置及び処理方法 | |
JP2021142475A (ja) | 廃リチウムイオン電池の処理装置及び処理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180328 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181218 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181219 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190116 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6469547 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |