JP6474207B2 - Waste lithium ion battery treatment method and treatment system - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電源として使用された廃リチウムイオン電池の処理方法及び廃リチウムイオン電池の処理システムに関するものである。   The present invention relates to a method for treating a waste lithium ion battery used as a power source for a hybrid vehicle or an electric vehicle, and a treatment system for a waste lithium ion battery.

従来、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両用の電源としてリチウムイオン電池が電池パックにまとめられて使用されている。
電池パックは、通常、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが樹脂製の箱型筺体内に複数収納されてなり、電池モジュール間はワイヤーハーネスなどによって電気的に接続されている。また、電池パックには電池制御システムや強電回路を遮断する回路やスイッチなどが搭載されている。
Conventionally, lithium ion batteries are used in a battery pack as a power source for electric vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles.
In general, a battery pack includes a plurality of battery modules in which a plurality of lithium ion battery cells are arranged in a resin box housing, and the battery modules are electrically connected by a wire harness or the like. In addition, the battery pack is equipped with a battery control system, a circuit that cuts off the high voltage circuit, a switch, and the like.

リチウムイオン電池は、アルミ箔にリチウム、コバルト、ニッケルなどを塗布した正極材、銅箔に黒鉛などを塗布した負極材、電解液、セパレーターなどから構成されている。リチウム電池には、リチウム、コバルト、ニッケル、銅などの有価物が含まれているため、使用後廃棄されたリチウム電池からこれらを回収することは、資源の乏しいわが国にとってもとても重要である。
廃リチウムイオン電池からの有価物の回収方法として、焙焼、破砕又は粉砕、篩い分け、選別などによる分離回収が行われている。
焙焼処理は、電解液に含まれるプロピレンカーホーネート、エチレンカーボネートなどの有機溶媒、六フッ化リン酸リチウムの支持塩、ポリエチレンやポリプロピレンなどのセパレーターを熱分解し、除去することを目的としている。
リチウムイオン二次電池の焙焼処理について、特許文献1〜5などに記載されている。
A lithium ion battery is composed of a positive electrode material in which lithium, cobalt, nickel or the like is applied to an aluminum foil, a negative electrode material in which graphite or the like is applied to a copper foil, an electrolyte, a separator, or the like. Since lithium batteries contain valuable materials such as lithium, cobalt, nickel, and copper, it is very important for Japan, which has few resources, to recover them from lithium batteries discarded after use.
As a method for recovering valuable materials from waste lithium ion batteries, separation and recovery are performed by roasting, crushing or crushing, sieving, sorting and the like.
The purpose of the roasting treatment is to thermally decompose and remove organic solvents such as propylene carbonate and ethylene carbonate, lithium hexafluorophosphate support salts, and separators such as polyethylene and polypropylene contained in the electrolyte. .
Patent Documents 1 to 5 describe the roasting treatment of lithium ion secondary batteries.

特開平6−346160号公報JP-A-6-346160 特開平7−245126号公報JP 7-245126 A 特開2012−79630号公報JP 2012-79630 A 特開昭55−152138号公報JP 55-152138 A 特開2012−112027号公報JP 2012-112027 A

特許文献1と特許文献2の焙焼は、大気雰囲気で行われている。特許文献3は、大気雰囲気、酸化雰囲気、不活性雰囲気、還元性雰囲気などが例示されていて、この中から炉内雰囲気のコントロールが容易な大気雰囲気(空気雰囲気)が好ましいとされている。これらに記載の大気雰囲気で焙焼処理を行うと、電解液やセパレーターの有機物が分解されて、着火して、燃焼を起こすため、炉内の温度が急激に上昇する。
このような急激な温度上昇を抑えるためには、特許文献4において、窒素ガス、アルゴンガス、CO、CO2などのガスを通風させて、非酸化雰囲気、還元性雰囲気にすることにより、急激な燃焼による温度上昇を防ぐことができると記載されている。
特許文献5には、木材、木炭、石炭、コークス、活性炭などのカーボン源を使用して、炉内雰囲気を還元雰囲気とすることが記載されている。しかし、カーボン源も可燃性であり、還元性雰囲気にしてリチウム電池の着火、燃焼を抑えるためには、大量のカーボン源が必要となる。
小型のリチウムイオン二次電池の少量の処理であれば、処理炉を大きくしたり、通風速度を変えることにより、急激な燃焼による温度の上昇を抑制することは可能だが、大型のリチウムイオン二次電池の大量処理は、焙焼雰囲気の調整が困難であり、例えば、大型ユニットの場合は、有機化合物が大量にあるため、著しい燃焼により急激な温度上昇が起こる。
The roasting of Patent Document 1 and Patent Document 2 is performed in an air atmosphere. Patent Document 3 exemplifies an air atmosphere, an oxidizing atmosphere, an inert atmosphere, a reducing atmosphere, and the like. Among these, an air atmosphere (air atmosphere) in which the furnace atmosphere can be easily controlled is preferable. When the roasting treatment is performed in the air atmosphere described above, the organic matter in the electrolyte and the separator is decomposed and ignited to cause combustion, so that the temperature in the furnace rises rapidly.
In order to suppress such a rapid temperature increase, in Patent Document 4, a gas such as nitrogen gas, argon gas, CO, and CO 2 is ventilated to make a non-oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere. It is described that temperature rise due to combustion can be prevented.
Patent Document 5 describes using a carbon source such as wood, charcoal, coal, coke, activated carbon, or the like to make the furnace atmosphere a reducing atmosphere. However, the carbon source is also flammable, and a large amount of carbon source is required to suppress ignition and combustion of the lithium battery in a reducing atmosphere.
If a small amount of lithium ion secondary battery is treated, it is possible to suppress the temperature rise due to rapid combustion by increasing the processing furnace or changing the ventilation speed. In the large-scale treatment of batteries, it is difficult to adjust the roasting atmosphere. For example, in the case of a large unit, since there are a large amount of organic compounds, a rapid temperature rise occurs due to significant combustion.

そこで、本発明の目的とするところは、極めて簡易な作業でリサイクル処理しうる廃リチウムイオン電池の処理方法及びその処理システムを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a processing method and a processing system for a waste lithium ion battery that can be recycled by an extremely simple operation.

上記の目的を達成するために、本発明の廃リチウムイオン電池の処理方法は、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック(100)又は前記電池モジュールに対して前記電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理方法であって、
前記電池パック(100)又は前記電池モジュールを、排気口(23)及び受け皿部(20B)が設けられた耐熱容器(20)に格納した後、前記耐熱容器(20)を熱処理炉(10)に投入して前記耐熱容器(20)の外側から前記加熱処理を、アルミニウムの融点(660度(℃))よりも低い温度(650度(℃))で実施することで、前記電池パック(100)又は前記電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化させ、前記揮発化された電解液を前記耐熱容器(20)の排気口(23)から前記熱処理炉(10)内に排出させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for treating a waste lithium ion battery according to the present invention includes a battery pack (100) in which a plurality of battery modules in which a plurality of lithium ion battery cells are arranged are housed in a box-shaped enclosure. Or a method for treating a waste lithium ion battery that recovers useful metals by performing heat treatment on the battery module without individually removing the battery cells,
After storing the battery pack (100) or the battery module in a heat-resistant container (20) provided with an exhaust port (23) and a tray part (20B), the heat-resistant container (20) is placed in a heat treatment furnace (10). The battery pack (100) is charged by carrying out the heat treatment from the outside of the heat-resistant container (20) at a temperature (650 degrees (° C.)) lower than the melting point of aluminum (660 degrees (° C.)). Alternatively, the battery module is carbonized to separate the carbonized mixture and volatilize the electrolytic solution in the battery, and the volatilized electrolytic solution is discharged from the exhaust port (23) of the heat-resistant container (20) to the heat treatment furnace (10). ) wherein the Rukoto is discharged into.

また本発明は、前記加熱処理の温度は、プラスチックの分解温度(300度(℃))以上であることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that the temperature of the heat treatment is equal to or higher than a plastic decomposition temperature (300 ° C.).

また本発明は、前記加熱処理を還元雰囲気で実施することを特徴とする。   The present invention is characterized in that the heat treatment is performed in a reducing atmosphere.

また本発明は、前記熱処理炉(10)は、炉床(12)が回転し、前記耐熱容器(20)を連続投入及び連続排出可能な連続式回転炉であることを特徴とする。   Moreover, the present invention is characterized in that the heat treatment furnace (10) is a continuous rotary furnace in which a hearth (12) rotates and the heat-resistant container (20) can be continuously charged and discharged.

また本発明は、前記耐熱容器(20)は、上蓋部(20A)を有し、前記上蓋部(20A)は前記受け皿部(20B)に対して一定の距離(L)浮き上がり可能な状態で取付けられていることを特徴とする。 The present invention, the heat-resistant container (20) has upper lid portion (20A), the upper lid portion (20A) is at a fixed distance (L) lifting ready to the saucer portion (20B) It is characterized by being installed.

また本発明は、前記耐熱容器(20)の受け皿部(20B)には、前記加熱処理時に溶解物を受けて溜め込む凹部が形成されていることを特徴とする。   In the present invention, the receiving part (20B) of the heat-resistant container (20) is formed with a recess for receiving and storing the melt during the heat treatment.

また本発明は、前記加熱処理時に発生した未燃焼ガスを二次燃焼室(50)に導いて、前記加熱処理の温度(650度(℃))よりも高い温度(800度(℃))で燃焼させることを特徴とする。   Further, the present invention introduces unburned gas generated during the heat treatment to the secondary combustion chamber (50) at a temperature (800 degrees (° C.)) higher than the temperature of the heat treatment (650 degrees (° C.)). It is made to burn.

本発明の廃リチウムイオン電池の処理システムは、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック(100)又は前記電池モジュールに対して前記電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理システムであって、
前記電池パック(100)又は前記電池モジュールが格納されるとともに、排気口(23)及び受け皿部(20B)が設けられた耐熱容器(20)と、
還元雰囲気で加熱処理する、温度制御可能な熱処理炉(10)を備え、
前記熱処理炉(10)に投入された前記耐熱容器(20)その外側からアルミニウムの融点(660度(℃))よりも低い温度(650度(℃))で加熱することで前記電池パック(100)又は前記電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化させることを特徴とする。
The treatment system for waste lithium ion batteries according to the present invention includes a battery pack (100) in which a plurality of battery modules in which a plurality of lithium ion battery cells are arranged are housed in a box-shaped enclosure or the battery module. A waste lithium ion battery processing system that recovers useful metals by heat treatment without individually removing the cells,
The battery pack (100) or the battery module is stored, and a heat-resistant container (20) provided with an exhaust port (23) and a tray part (20B),
A heat-treating furnace (10) capable of temperature control that heat-treats in a reducing atmosphere,
By heating the heat- resistant container (20) charged into the heat treatment furnace (10) from the outside at a temperature (650 degrees (° C.)) lower than the melting point of aluminum (660 degrees (° C.)), the battery pack ( 100) or the battery module is carbonized to separate the carbonized mixture and volatilize the electrolyte in the battery.

また本発明の廃リチウムイオン電池の処理システムは、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック(100)又は前記電池モジュールに対して前記電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理システムであって、
前記電池パック(100)又は前記電池モジュールが格納されるとともに、排気口(23)及び受け皿部(20B)が設けられた耐熱容器(20)と、
温度制御可能な熱処理炉(10)と、
前記熱処理炉(10)に前記耐熱容器(20)を投入及び排出可能な容器搬送装置(30)を備え、
前記熱処理炉(10)に投入された前記耐熱容器(20)をその外側からアルミニウムの融点(660度(℃))よりも低い温度(650度(℃))で加熱することで前記耐熱容器(20)内部の前記電池パック(100)又は前記電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化して前記耐熱容器(20)の排気口(23)から前記熱処理炉(10)内に排出させることを特徴とする。
The waste lithium ion battery processing system according to the present invention includes a battery pack (100) in which a plurality of battery modules in which a plurality of lithium ion battery cells are arranged are housed in a box-shaped casing, or the battery module. A waste lithium ion battery treatment system that recovers useful metals by heat treatment without individually removing battery cells,
The battery pack (100) or the battery module is stored, and a heat-resistant container (20) provided with an exhaust port (23) and a tray part (20B) ,
A temperature-controllable heat treatment furnace (10);
A container transfer device (30) capable of charging and discharging the heat-resistant container (20) in the heat treatment furnace (10);
The heat-resistant container (20) charged in the heat treatment furnace (10) is heated from the outside at a temperature (650 degrees (° C.)) lower than the melting point of aluminum (660 degrees (° C.)). 20) The inside of the battery pack (100) or the battery module is dry-distilled to separate the carbonized mixture, and the electrolyte in the battery is volatilized to discharge the heat treatment furnace (20) from the exhaust port (23) of the heat-resistant container (20) 10) It is made to discharge in.

また本発明は、前記熱処理炉(10)の炉床(12)を水平回転させる炉床回転装置(40)を備え、
前記容器搬送装置(30)を介して、前記耐熱容器(20)を連続的に投入して複数の耐熱容器(20)を前記炉床(12)上に環状に載置するとともに、一回りした前記耐熱容器(20)を前記炉床(12)上から連続的に排出することを特徴とする。
The present invention also includes a hearth rotating device (40) for horizontally rotating the hearth (12) of the heat treatment furnace (10),
The heat-resistant container (20) is continuously charged through the container transfer device (30), and a plurality of heat-resistant containers (20) are placed on the hearth (12) in an annular shape and are rotated once. The heat-resistant container (20) is continuously discharged from the hearth (12).

また本発明は、前記耐熱容器(20)は、上蓋部(20A)を有し、前記上蓋部(20A)は前記受け皿部(20B)に対して一定の距離(L)浮き上がり可能な状態で取付けられていることを特徴とする。 The present invention, the heat-resistant container (20) has upper lid portion (20A), the upper lid portion (20A) is at a fixed distance (L) lifting ready to the saucer portion (20B) It is characterized by being installed.

また本発明は、前記耐熱容器(20)の受け皿部(20B)には、前記加熱処理時に溶解物を受けて溜め込む凹部が形成されていることを特徴とする。   In the present invention, the receiving part (20B) of the heat-resistant container (20) is formed with a recess for receiving and storing the melt during the heat treatment.

また本発明は、前記熱処理炉(10)の温度(650度(℃))よりも高い温度(800度(℃))で燃焼可能な二次燃焼室(50)と、
前記二次燃焼室(50)と前記熱処理炉(10)とを連結するダクト(61)と、
前記ダクト(61)に設けられ、前記ダクト(61)を介して前記熱処理炉(10)内の未燃焼ガスを前記二次燃焼室(50)に送るファン(62)をさらに備え、
前記未燃焼ガスを前記二次燃焼室(50)で燃焼させることを特徴とする。
The present invention also provides a secondary combustion chamber (50) combustible at a temperature (800 degrees (° C.)) higher than the temperature of the heat treatment furnace (10) (650 degrees (° C.)).
A duct (61) connecting the secondary combustion chamber (50) and the heat treatment furnace (10);
A fan (62) provided in the duct (61) for sending unburned gas in the heat treatment furnace (10) to the secondary combustion chamber (50) through the duct (61);
The unburned gas is burned in the secondary combustion chamber (50).

なお、括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に記載された対応要素または対応事項を示す。   Note that symbols in parentheses indicate corresponding elements or corresponding matters described in the drawings and modes for carrying out the invention described later.

本発明の廃リチウムイオン電池の処理方法及びその処理システムによれば、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック又は電池モジュールに対して電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施すことで電池パック又は電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するようにしたので、電池パックの樹脂製の筺体や、あるいは電池モジュールの各電池セルを挟み込む樹脂製のフレームや、リチウムイオン電池の負極材料に使用されるカーボンなどが炭化混合物として有用金属が含まれる金属から分離される。
このときの加熱処理は、熱源として電気,重油,ガスを使用した各種炉で達成することができる。また、既存の製造設備、例えば、セメント製造時に出る廃熱を利用するなどすれば熱エネルギーの有効利用が図れる。
また、そのときの加熱温度は、アルミニウムの融点よりも低い温度でアルミニウムは溶けないように設定されているので、アルミニウムが溶け出した場合と比較して、その後の処理として有用金属が含まれる金属から有用金属を分離する処理を容易に行うことができる。
According to the waste lithium ion battery treatment method and treatment system of the present invention, for a battery pack or battery module in which a plurality of battery modules in which a plurality of lithium ion battery cells are arranged are housed in a box-shaped enclosure. Since the battery pack or the battery module is subjected to a heat treatment without removing the battery cells individually to separate the carbonized mixture, the resin casing of the battery pack or each battery cell of the battery module is removed. A resin frame to be sandwiched and carbon used for a negative electrode material of a lithium ion battery are separated from a metal containing a useful metal as a carbonized mixture.
The heat treatment at this time can be achieved in various furnaces using electricity, heavy oil, and gas as a heat source. In addition, effective use of thermal energy can be achieved by using waste heat generated during the production of cement, for example, cement.
In addition, since the heating temperature at that time is set so that the aluminum does not melt at a temperature lower than the melting point of aluminum, a metal containing useful metals as a subsequent treatment as compared with the case where aluminum is melted. The process which isolate | separates a useful metal from can be performed easily.

また、このときの加熱処理の温度は、プラスチックの分解温度(300度(℃))以上であるので樹脂製材料は確実に金属から分離される。   Further, since the temperature of the heat treatment at this time is equal to or higher than the plastic decomposition temperature (300 degrees (° C.)), the resin material is surely separated from the metal.

そして、加熱処理を還元雰囲気で実施することによれば、プラスチックなどの可燃性物質を燃焼させることはないのでダイオキシン類も生成されず、しかも金属の酸化によるスラグ化も抑えるものであるので、廃リチウムイオン電池を無害化することができる。また、プラスチックなどが燃焼することによる温度暴走を防止することができる。   And, if the heat treatment is carried out in a reducing atmosphere, combustible materials such as plastic are not burned, so dioxins are not generated, and slag formation due to metal oxidation is also suppressed. The lithium ion battery can be rendered harmless. Moreover, temperature runaway due to burning of plastic or the like can be prevented.

また、本発明によれば、電池パック又は電池モジュールを、排気口が設けられた耐熱容器に格納した後、熱処理炉に投入して耐熱容器の外側から加熱するようにしたので、耐熱容器内部を還元雰囲気とし、内部の電池パック又は電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離することができる。
このとき、電池内の低沸点な電解液は揮発化され、耐熱容器の排気口から熱処理炉内に排出されるとともに耐熱容器内の空気が排出され、電池パック又は電池モジュールは還元雰囲気の耐熱容器によって保護されるので、炉内で廃リチウムイオン電池が爆発する危険性を抑えることができる。また、廃リチウムイオン電池を耐熱容器に入れて、加熱処理することで耐熱容器から揮発ガスが排出されることで、耐熱容器内は何もしなくても還元となり耐熱容器の内圧は炉内より高くなるため、他の焙焼処理の技術(先行技術文献、特許文献3,4,5)のように還元剤や還元ガスによる雰囲気制御をしなくても還元雰囲気を維持することができ、また従来例で示したように大量のカーボン源の導入も必要ない。
さらに、耐熱容器の排気口からは、電解液が揮発化することによって発生したガスと、プラスチックなどの可燃性物質が熱分解することによって発生したガスの2種類の有機ガスが熱処理炉内に排気され、これらは加熱処理用の燃料として使用されるので燃料コストを削減することができる。なお、これらの有機ガスを炉内で燃焼して温度を調節するにあたっては、酸素量をコントロールすることで温度の制御が容易になる。
In addition, according to the present invention, the battery pack or the battery module is stored in the heat-resistant container provided with the exhaust port, and then charged into the heat treatment furnace and heated from the outside of the heat-resistant container. The carbonized mixture can be separated by dry distillation of the internal battery pack or battery module in a reducing atmosphere.
At this time, the low boiling point electrolyte in the battery is volatilized and discharged from the exhaust port of the heat-resistant container into the heat treatment furnace and the air in the heat-resistant container is discharged. The battery pack or battery module is a heat-resistant container in a reducing atmosphere. Therefore, it is possible to reduce the risk of the waste lithium ion battery exploding in the furnace. Moreover, by putting the waste lithium ion battery in a heat-resistant container and heat-treating it, the volatile gas is discharged from the heat-resistant container, so that the heat-resistant container is reduced without any action, and the internal pressure of the heat-resistant container is higher than in the furnace Therefore, it is possible to maintain a reducing atmosphere without controlling the atmosphere with a reducing agent or a reducing gas as in other roasting treatment techniques (prior art documents, patent documents 3, 4 and 5). As shown in the example, it is not necessary to introduce a large amount of carbon source.
Furthermore, two types of organic gases, gas generated by volatilization of the electrolyte and gas generated by thermal decomposition of combustible materials such as plastic, are exhausted from the exhaust port of the heat-resistant container into the heat treatment furnace. Since these are used as fuel for heat treatment, the fuel cost can be reduced. In adjusting the temperature by burning these organic gases in the furnace, the temperature can be easily controlled by controlling the amount of oxygen.

このように本発明によれば、例えば、ハイブリッド自動車から取外された電池パックをそのままの状態で、すなわち電池パックの内部を分解することもなく、還元雰囲気で加熱処理するだけでよいので、極めて簡易な作業でリサイクル処理を実施することができる。また、電池パックの内部を分解するものであっても電池モジュールまでとし電池セルを個々に取外す必要はないのでリサイクル処理を簡易に実施することができる。   As described above, according to the present invention, for example, the battery pack removed from the hybrid vehicle is left as it is, that is, without disassembling the inside of the battery pack. Recycling can be performed with simple operations. Further, even if the inside of the battery pack is disassembled, it is possible to simply carry out the recycling process because it is not necessary to individually remove the battery cells up to the battery module.

また、本発明によれば、熱処理炉を連続式回転炉とすることで熱ガスが旋回しながら炉内を循環し、これにより炉内温度の均一化が図れるので、温度ムラに起因して安全上処理温度を低めに設定する必要はなく、処理温度をより高く設定することができる。特に処理温度はアルミニウムが溶融しない範囲で極力高温である方が処理時間を短くすることができるので好都合である。
また、炉床上に複数の耐熱容器を互いに間をおいた状態で環状に載置するようにすれば、熱処理炉内において耐熱容器は均一に加熱させられるので温度バラツキは少ない。
また廃リチウムイオン電池を処理する際には処理の始めと終わりで発生するガス種やガス量が違ってくることが多いが、連続処理することで熱処理炉から排気される未燃焼ガスの種類や量が安定するため、その後、未燃焼ガスを処理するための制御を容易に行うことができる。
In addition, according to the present invention, since the heat treatment furnace is a continuous rotary furnace, the hot gas circulates in the furnace while swirling, and thereby the temperature in the furnace can be made uniform. It is not necessary to set the upper processing temperature lower, and the processing temperature can be set higher. In particular, it is advantageous that the processing temperature is as high as possible within a range in which aluminum does not melt because the processing time can be shortened.
Moreover, if a plurality of heat-resistant containers are placed on the hearth in a ring shape with a space between each other, the heat-resistant containers can be heated uniformly in the heat treatment furnace, so that there is little temperature variation.
In addition, when processing waste lithium ion batteries, the type and amount of gas generated at the beginning and end of processing often differ, but the type of unburned gas exhausted from the heat treatment furnace by continuous processing Since the amount is stabilized, the control for treating the unburned gas can be easily performed thereafter.

また、本発明によれば、耐熱容器の内部の圧力が高まる事態が発生しても耐熱容器を構成する上蓋部は受け皿部に対して一定の距離浮き上がるようにされているので耐熱容器が損傷などすることが防止される。   Further, according to the present invention, even if a situation in which the internal pressure of the heat resistant container increases, the upper lid portion that constitutes the heat resistant container is lifted by a certain distance with respect to the tray portion, so that the heat resistant container is damaged. Is prevented.

また、本発明によれば、耐熱容器の受け皿部には、加熱処理時に溶解物を受けて溜め込む凹部が形成されているので、プラスチックなどの溶解物が耐熱容器から外にこぼれ出すことが防止される。   In addition, according to the present invention, since the recess portion of the heat-resistant container is formed with a recess for receiving and storing the melted material during the heat treatment, the melted material such as plastic is prevented from spilling out of the heat-resistant container. The

また、本発明によれば、熱処理炉から未燃焼ガスを二次燃焼室に導いて、熱処理炉の温度よりも高い温度で燃焼させるようにしたので、臭気の発生を抑えることができる。また、未燃焼ガスを既存の製造設備を利用して、例えば、セメント工場の製造プロセスに戻して処理するなどすれば二次燃焼室として新規な施設を設ける必要はないし、未燃焼ガスを完全に無害化することも可能である。   In addition, according to the present invention, since unburned gas is introduced from the heat treatment furnace to the secondary combustion chamber and burned at a temperature higher than the temperature of the heat treatment furnace, generation of odor can be suppressed. In addition, if unburned gas is used, for example, by returning it to the manufacturing process of a cement factory, it is not necessary to provide a new facility as a secondary combustion chamber. It can also be rendered harmless.

なお、本発明の廃リチウムイオン電池の処理方法及びその処理システムのように、電池パックや電池モジュールに対して直接、加熱処理を施すことによって電池パックや電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するような処理方法については、上述した特許文献1乃至5には全く記載されていない。   In addition, like the processing method and the processing system of the waste lithium ion battery of the present invention, the battery pack or the battery module is directly heat-treated to separate the carbonized mixture by subjecting the battery pack or the battery module to heat treatment. Such a processing method is not described at all in Patent Documents 1 to 5 described above.

本発明の実施形態に係る廃リチウムイオン電池の処理システムの概要を示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows the outline | summary of the processing system of the waste lithium ion battery which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る廃リチウムイオン電池の処理システムの概要を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the outline | summary of the processing system of the waste lithium ion battery which concerns on embodiment of this invention. 図1の廃リチウムイオン電池の処理システムにおける熱処理炉に投入される直前の耐熱容器を示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows the heat-resistant container just before thrown into the heat treatment furnace in the processing system of the waste lithium ion battery of FIG. 図1の廃リチウムイオン電池の処理システムにおける熱処理炉に投入される直前の耐熱容器を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the heat-resistant container just before thrown into the heat treatment furnace in the processing system of the waste lithium ion battery of FIG.

図1乃至図4を参照して、本発明の実施形態に係る廃リチウムイオン電池の処理システム及びそのシステムを使用した処理方法について説明する。
この廃リチウムイオン電池の処理システムは、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック100に加熱処理を施して有用金属を回収するものであって、主に電池パック100が格納される複数の耐熱容器20と、温度制御可能な熱処理炉10と、熱処理炉10に耐熱容器20を投入及び排出可能な容器搬送装置30を備えている。
With reference to FIG. 1 thru | or FIG. 4, the processing method using the processing system of the waste lithium ion battery which concerns on embodiment of this invention and its system is demonstrated.
This waste lithium ion battery processing system recovers useful metals by heat-treating a battery pack 100 in which a plurality of battery modules in which a plurality of lithium ion battery cells are arranged are housed in a box-type housing. A plurality of heat-resistant containers 20 in which the battery pack 100 is mainly stored, a heat-treating furnace 10 capable of controlling the temperature, and a container transport device 30 capable of loading and unloading the heat-resistant containers 20 into and from the heat-treating furnace 10 are provided.

熱処理炉10は、図1及び図2に示すように、耐火材で覆われた鋼板で炉壁11が構成された略円筒状の縦型炉であり、ガスバーナー15によって加熱される。ガスバーナー15の近傍にはファン16を介して送られる、燃焼用及び冷却用として使用されるエアーを炉内に供給するためのノズル17が設けられている。炉内の温度及び圧力は温度センサー18A及び圧力センサー19Aによって検知され、温度調節計18B及び圧力調節計19Bによって調節管理されている。なお、図1ではガスバーナー15を一台設けた構成にしたが、四台など複数台設けるようにしてもよい。
また、熱処理炉10の炉床12は、炉壁11と同様に耐火材で覆われた鋼板からなり、モーター41,動力を伝えるチェーン42,スプロケット43などからなる炉床回転装置40によって水平方向に回転させられる。
熱処理炉10には、耐熱容器20が複数個、ここでは8個投入され、炉床12上で環状にかつ隣接する耐熱容器20に対しては一定の間隔をおいた状態で載置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the heat treatment furnace 10 is a substantially cylindrical vertical furnace in which a furnace wall 11 is formed of a steel plate covered with a refractory material, and is heated by a gas burner 15. In the vicinity of the gas burner 15, there is provided a nozzle 17 for supplying air used for combustion and cooling sent through a fan 16 into the furnace. The temperature and pressure in the furnace are detected by a temperature sensor 18A and a pressure sensor 19A, and are controlled by a temperature controller 18B and a pressure controller 19B. In addition, although it was set as the structure which provided one gas burner 15 in FIG. 1, you may make it provide multiple units, such as four units | sets.
The hearth 12 of the heat treatment furnace 10 is made of a steel plate covered with a refractory material like the furnace wall 11 and is horizontally moved by a hearth rotating device 40 including a motor 41, a chain 42 for transmitting power, a sprocket 43, and the like. Rotated.
In the heat treatment furnace 10, a plurality of heat-resistant containers 20, 8 in this case, are charged, and are placed on the hearth 12 in a ring shape and at a certain interval with respect to the adjacent heat-resistant containers 20. .

熱処理炉10の炉壁11の一部には、上下に開閉式の炉体扉11Bで外部と仕切られた開口部11Aが形成され、その開口部11Aの外周には、開口部11Aから熱処理炉10内に耐熱容器20を投入するとともに、熱処理炉10内を一周した後の耐熱容器20を熱処理炉10から排出する容器搬送装置30が設けられている。
容器搬送装置30の構成は特に限定されるものではないが、ここでは、図3及び図4に示すように、熱処理炉10の開口部11Aと熱処理炉10の中心を結ぶ線上の方向(図1では上下方向)に延びるとともに、モーター31の正回転によって耐熱容器20に当接して耐熱容器20を熱処理炉10内に押し入れるプッシャー部30Aと、耐熱容器20の外周に設けられたハンガー21を係止する爪32が先端に設けられ、モーター31の負回転によって耐熱容器20を熱処理炉10内から引っ張り出すプルアウト部30Bを備えている。プッシャー部30Aはプルアウト部30Bの真上に配置されている。
A part of the furnace wall 11 of the heat treatment furnace 10 is formed with an opening 11A that is vertically separated from the outside by an openable and closable furnace body door 11B. A heat treatment furnace is formed on the outer periphery of the opening 11A from the opening 11A. A container transfer device 30 is provided that puts the heat-resistant container 20 into the heat treatment container 10 and discharges the heat-resistant container 20 after having made a round in the heat treatment furnace 10 from the heat treatment furnace 10.
The configuration of the container transfer device 30 is not particularly limited, but here, as shown in FIGS. 3 and 4, the direction on the line connecting the opening 11A of the heat treatment furnace 10 and the center of the heat treatment furnace 10 (FIG. 1). The pusher portion 30A that contacts the heat-resistant container 20 by the forward rotation of the motor 31 and pushes the heat-resistant container 20 into the heat treatment furnace 10, and a hanger 21 provided on the outer periphery of the heat-resistant container 20. A claw 32 that stops is provided at the tip, and includes a pull-out portion 30B that pulls the heat-resistant container 20 out of the heat treatment furnace 10 by negative rotation of the motor 31. The pusher portion 30A is disposed immediately above the pull-out portion 30B.

また、耐熱容器20は熱処理炉10内に投入される直前には、すなわち、開閉式の炉体扉11Bの外周では熱処理炉10の接線方向(図1では左右方向)に移動自在のスライドベース35上に載置され、スライドベース35の端部に接続されたベース移動装置36によってスライドベース35は、炉体扉11Bの前位置に設けられた炉前室38(図1の位置)と、開閉式の炉前室扉37を隔てて外側に位置するスタンド39の間を移動可能にされている。炉前室38は外部に対しては炉前室扉37で隔てられるとともに、熱処理炉10に対しては炉体扉11Bで隔てられ、炉体扉11Bを開放したときの温度変化を抑えるようにしている。また、炉前室38を設けることで熱処理炉10内の雰囲気が保持されるとともに危険なガスが漏れることや熱風が吹き出すことが防止される。
スライドベース35がスタンド39上に移動されたときにクレーン(図示しない)で加熱される前の耐熱容器20がスライドベース35上に載せられ、その後、炉前室38までベース移動装置36によって運ばれ、加熱された後の耐熱容器20は炉前室38からスタンド39まで同じくベース移動装置36によって運ばれ、その後、冷却室(図示しない)まで自動的に移動するようにされている。ベース移動装置36は、モーター36Aの駆動によってシャフト36Bを伸縮させることでシャフト36Bの先端に接続されたスライドベース35を移動させるようになっている。
Further, immediately before the heat-resistant container 20 is put into the heat treatment furnace 10, that is, on the outer periphery of the openable furnace body door 11B, the slide base 35 is movable in the tangential direction (left and right direction in FIG. 1) of the heat treatment furnace 10. The slide base 35 is placed on the slide base 35 and connected to the end of the slide base 35. The slide base 35 is opened and closed with a furnace front chamber 38 (position in FIG. 1) provided at a front position of the furnace body door 11B. It is possible to move between the stands 39 located outside with the furnace front chamber door 37 of the type. The furnace front chamber 38 is separated from the outside by a furnace front chamber door 37, and is separated from the heat treatment furnace 10 by a furnace body door 11 </ b> B so as to suppress a temperature change when the furnace body door 11 </ b> B is opened. ing. Further, by providing the furnace front chamber 38, the atmosphere in the heat treatment furnace 10 is maintained, and dangerous gas leaks and hot air are prevented from blowing out.
When the slide base 35 is moved onto the stand 39, the heat-resistant container 20 before being heated by a crane (not shown) is placed on the slide base 35 and then carried to the furnace front chamber 38 by the base moving device 36. The heat-resistant container 20 after being heated is similarly carried by the base moving device 36 from the furnace front chamber 38 to the stand 39, and then automatically moved to the cooling chamber (not shown). The base moving device 36 moves the slide base 35 connected to the tip of the shaft 36B by expanding and contracting the shaft 36B by driving the motor 36A.

電池パック100が格納される耐熱容器20は、図3及び図4に示すように、全体的には円筒形状であり、内部には4段に積層された電池パック100が2組、計8個の電池パック100が格納されている。電池パック100はいずれもハイブリッド自動車や電気自動車などから取外されたままの状態のものを複数段(4段)重ねたものである。
耐熱容器20は、上蓋部20Aと受け皿部20Bからなり受け皿部20Bの外周に設けられた溝部22に上蓋部20Aの下端が嵌め込まれるとともに、溝部22には砂が埋設されてサンドシールが構成されている。このとき、耐熱容器20の上蓋部20Aの上部には排気口23が設けられていて、下部容器20Bにはハンガー21が設けられている。また、上蓋部20Aは受け皿部20Bに対して一定の距離L分、浮き上がり可能な状態で取付けられている。
なお、ここでは耐熱容器20を上蓋部20Aと下部容器20Bにより2分割されるものとサンドシール構造を利用して受け皿部20Bに対して上蓋部20Aが浮き上がり可能にしたが、受け皿部20Bに対して上蓋部20Aが浮き上がり高まった圧力を逃がす構造であれば、例えば、緩衝機構を設けたものなどどのようなものであってもよい。
また、複数個の電池パック100を格納することができしかも耐熱性に優れるもので上部に排気口23が設けられたものであれば特に分割されていないものでも使用することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the heat-resistant container 20 in which the battery pack 100 is stored has a cylindrical shape as a whole, and two sets of battery packs 100 stacked in four stages are provided inside, for a total of eight. Battery pack 100 is stored. The battery pack 100 is formed by stacking a plurality of stages (four stages) of the battery pack 100 as it is removed from a hybrid vehicle or an electric vehicle.
The heat-resistant container 20 includes an upper lid portion 20A and a saucer portion 20B. The lower end of the upper lid portion 20A is fitted into a groove portion 22 provided on the outer periphery of the saucer portion 20B, and sand is embedded in the groove portion 22 to form a sand seal. ing. At this time, an exhaust port 23 is provided in the upper part of the upper lid portion 20A of the heat-resistant container 20, and a hanger 21 is provided in the lower container 20B. Further, the upper lid portion 20A is attached to the tray portion 20B in a state where it can be lifted by a certain distance L.
Here, the heat-resistant container 20 is divided into two parts by the upper lid part 20A and the lower container 20B, and the upper lid part 20A can be lifted with respect to the saucer part 20B by using a sand seal structure. As long as the upper lid portion 20A has a structure that allows the increased pressure to escape, any structure such as a buffer mechanism may be used.
In addition, any battery pack 100 that can store a plurality of battery packs 100 and that is excellent in heat resistance and that is provided with an exhaust port 23 in the upper part can be used.

特に耐熱容器20については、その上蓋部20Aが受け皿部20Bに対して一定の距離L分、浮き上がり可能な状態で取付けられる構成にしたものであるので、加熱処理時の反応によって耐熱容器20の内部の圧力が高まる事態が発生したとしても上蓋部20Aの浮き上がりによって高まった圧力が下げられるので耐熱容器20が損傷などすることが防止される。
なお、耐熱容器20の受け皿部20Bに、加熱処理時にプラスチックなどの溶解物を受けて溜め込む凹部(図示しない)を形成してプラスチックなどの溶解物が耐熱容器20から外にこぼれ出すことを防止するようにしてもよい。
本実施形態では、耐熱容器20はステンレス鋼(SUS304)で少なくとも650度(℃)の温度に耐えることができるものを採用した。
In particular, the heat-resistant container 20 has a structure in which the upper lid portion 20A is attached to the saucer portion 20B in a state where it can be lifted by a certain distance L. Even if the pressure increases, the pressure increased by the lifting of the upper lid 20A is lowered, so that the heat resistant container 20 is prevented from being damaged.
A recess (not shown) for receiving and storing a melted material such as plastic during heat treatment is formed in the tray 20B of the heat resistant container 20 to prevent the melted material such as plastic from spilling out of the heat resistant container 20. You may do it.
In this embodiment, the heat resistant container 20 is made of stainless steel (SUS304) that can withstand a temperature of at least 650 degrees (° C.).

また、熱処理炉10より離れた位置には、二次燃焼室50が設けられ、二次燃焼室50と熱処理炉10間はダクト61によって連結されている。またダクト61には、ダクト61を介して熱処理炉10内の未燃焼ガスを二次燃焼室50に送るファン62が設けられている。
二次燃焼室50もガスバーナー51によって加熱され、二次燃焼室50内で未燃焼ガスを燃焼するために使用されるエアーがファン52を介して二次燃焼室50内に供給されている。また、二次燃焼室50内の温度も熱処理炉10と同様に温度センサー53によって検知され、温度調節計(図示しない)によって調節管理されている。
また、二次燃焼室50には排気用の煙突54が設けられている。
A secondary combustion chamber 50 is provided at a position away from the heat treatment furnace 10, and the secondary combustion chamber 50 and the heat treatment furnace 10 are connected by a duct 61. The duct 61 is provided with a fan 62 that sends unburned gas in the heat treatment furnace 10 to the secondary combustion chamber 50 via the duct 61.
The secondary combustion chamber 50 is also heated by the gas burner 51, and air used to burn unburned gas in the secondary combustion chamber 50 is supplied into the secondary combustion chamber 50 via the fan 52. Further, the temperature in the secondary combustion chamber 50 is also detected by the temperature sensor 53 in the same manner as the heat treatment furnace 10 and is controlled and controlled by a temperature controller (not shown).
The secondary combustion chamber 50 is provided with an exhaust chimney 54.

ダクト61の熱処理炉10側は、図2に示すように、熱処理炉10の上面中央から熱処理炉10内に導かれ、その先端61a位置は、耐熱容器20内の電池パック100の上面位置より低くなるように設定されている。ここでは、ダクト61の先端(下端)61aの位置を耐熱容器20内で4段重ねにされた電池パック100の上から3段目と4段目の間の高さと同じ位置にしている。このように、ダクト61の熱処理炉側先端を、耐熱容器20内の電池パックの上面位置より低く設定することで、熱処理炉10内で熱風は上方から下方へまた下方から上方へ大きく対流するので、内部の電池パック100は効率的に乾留される。よって、特に、電池パック100を耐熱容器20内において複数積層(本実施形態では4段)しても十分リサイクル処理することができるので仮に処理すべき電池パック100の数が大量であっても短時間で処理することができる。   The heat treatment furnace 10 side of the duct 61 is led into the heat treatment furnace 10 from the center of the upper surface of the heat treatment furnace 10 as shown in FIG. 2, and the tip 61 a position is lower than the upper surface position of the battery pack 100 in the heat resistant container 20. It is set to be. Here, the position of the front end (lower end) 61a of the duct 61 is set to the same position as the height between the third stage and the fourth stage from the top of the battery pack 100 stacked in four stages in the heat-resistant container 20. Thus, by setting the heat treatment furnace side tip of the duct 61 to be lower than the upper surface position of the battery pack in the heat-resistant container 20, hot air convects greatly from above to below and from below to above in the heat treatment furnace 10. The internal battery pack 100 is efficiently dry-distilled. Therefore, in particular, even if a plurality of battery packs 100 are stacked in the heat-resistant container 20 (four stages in this embodiment), the battery pack 100 can be sufficiently recycled, so that even if the number of battery packs 100 to be processed is large, it is short. Can be processed in time.

このように構成された廃リチウムイオン電池の処理システムを使用した廃リチウムイオン電池の処理方法について説明する。   A method for treating a waste lithium ion battery using the waste lithium ion battery treatment system thus configured will be described.

(1)最初に、熱処理炉10内の残留ガスを炉外に排出するプレパージを5分間行い、その後、ガスバーナー15を点火して炉温を650度(℃)まで昇温して温度を一定に保持する制御を行う。 (1) First, a pre-purge for discharging the residual gas in the heat treatment furnace 10 to the outside of the furnace is performed for 5 minutes, and then the gas burner 15 is ignited to raise the furnace temperature to 650 degrees (° C.) to keep the temperature constant. The control to hold is performed.

(2)次に、炉前室扉37を開放してベース移動装置36を介してスライドベース35を炉前室38の外側に設けられたスタンド39の位置まで前進させる。そして、クレーン(図示しない)を使用して、図3及び図4で示したように使用済みの8個の電池パック100が格納された(4段重ねのものが2組突き合わされた状態で格納)耐熱容器20をスタンド39の位置に移動させられたスライドベース35上に設置する。
(3)次に、ベース移動装置36を介してスライドベース35をスタンド39の位置から炉前室38内まで後退させ、炉前室扉37を閉鎖する。
(4)そして、炉体扉11Bを開放した後、容器搬送装置30のプッシャー部30Aを前進させて耐熱容器20を熱処理炉10内に投入する。
これにより、耐熱容器20は熱処理炉10の炉床12上、図1では6時の位置に載置させられる。
(2) Next, the furnace front chamber door 37 is opened, and the slide base 35 is advanced to the position of a stand 39 provided outside the furnace front chamber 38 via the base moving device 36. Then, using a crane (not shown), eight used battery packs 100 are stored as shown in FIG. 3 and FIG. 4 (stored in a state where two sets of four-tiered ones are butted together) ) The heat-resistant container 20 is installed on the slide base 35 moved to the position of the stand 39.
(3) Next, the slide base 35 is retracted from the position of the stand 39 into the furnace front chamber 38 via the base moving device 36, and the furnace front chamber door 37 is closed.
(4) After opening the furnace body door 11 </ b> B, the pusher part 30 </ b> A of the container transport device 30 is advanced to put the heat-resistant container 20 into the heat treatment furnace 10.
As a result, the heat-resistant container 20 is placed on the hearth 12 of the heat treatment furnace 10 at the 6 o'clock position in FIG.

(5)次に、容器搬送装置30のプッシャー部30Aを後退させた後、炉体扉11Bを閉鎖する。
(6)次に、炉床回転装置40を介して炉床12を45度(°)、左回転させる。この45度(°)の回転は、特に限定されるものではないが、例えば、37.5分の間に一回、回転し、5時間で1周するように設定している。
(5) Next, after the pusher portion 30A of the container transport device 30 is retracted, the furnace door 11B is closed.
(6) Next, the hearth 12 is rotated 45 degrees (°) counterclockwise via the hearth rotating device 40. The rotation of 45 degrees (°) is not particularly limited. For example, the rotation is set to rotate once in 37.5 minutes and make one turn in 5 hours.

(7)そして、(1)〜(6)の処理を7回繰り返す。
これにより、熱処理炉10の炉床12上には、図1に示したように、8個の耐熱容器20が環状に載置される。
このとき、耐熱容器20は熱処理炉10内で1周する間に外側から加熱されることで、耐熱容器20内は還元雰囲気とされるので、耐熱容器20に格納された電池パック100の樹脂製の筺体などプラスチック類は乾留により炭化混合物として、リチウム,コバルト,ニッケル,マンガンなどの有用金属が含まれた材料から分離された状態となっている。なお、耐熱容器20はアルミニウムの融点(660度(℃))よりも低い温度(650度(℃))で加熱されるので電池パック100内で使用されたアルミニウム成分が溶け出すことはない。また、電池内の電解液は揮発化され、プラスチックなどの可燃性物質が熱分解することによって発生したガスとともに、耐熱容器20の排気口23から熱処理炉10内に排出される。耐熱容器20の排気口23から排出された2種類のガスは可燃性ガスであり熱処理炉10内で熱源として再利用される。
このとき、熱処理炉10内の温度制御は、ノズル17を介して供給されるエアーの酸素量を調整することにより耐熱容器20の排気口23から熱処理炉10内に放出される可燃性ガスの燃焼量を制御することによって行われる。
また、熱処理炉10内の未燃焼ガスは二次燃焼室50に導かれ、熱処理炉10の温度(650度(℃))よりも高い温度(800度(℃))で燃焼させられる。
(7) Then, the processes (1) to (6) are repeated seven times.
Thereby, as shown in FIG. 1, the eight heat-resistant containers 20 are mounted on the hearth 12 of the heat treatment furnace 10 in an annular shape.
At this time, the heat-resistant container 20 is heated from the outside during one round in the heat treatment furnace 10, so that the inside of the heat-resistant container 20 is in a reducing atmosphere, and therefore the battery pack 100 stored in the heat-resistant container 20 is made of resin. Plastics such as the housing of the above are separated from materials containing useful metals such as lithium, cobalt, nickel and manganese as carbonized mixtures by dry distillation. In addition, since the heat-resistant container 20 is heated at a temperature (650 degrees (° C.)) lower than the melting point of aluminum (660 degrees (° C.)), the aluminum component used in the battery pack 100 does not melt. In addition, the electrolyte in the battery is volatilized and discharged from the exhaust port 23 of the heat-resistant container 20 into the heat treatment furnace 10 together with the gas generated by the thermal decomposition of the combustible material such as plastic. The two types of gases discharged from the exhaust port 23 of the heat-resistant container 20 are combustible gases and are reused as heat sources in the heat treatment furnace 10.
At this time, the temperature in the heat treatment furnace 10 is controlled by the combustion of the combustible gas released from the exhaust port 23 of the heat-resistant container 20 into the heat treatment furnace 10 by adjusting the oxygen amount of the air supplied through the nozzle 17. This is done by controlling the amount.
Further, the unburned gas in the heat treatment furnace 10 is guided to the secondary combustion chamber 50 and burned at a temperature (800 degrees (° C.)) higher than the temperature (650 degrees (° C.)) of the heat treatment furnace 10.

(8)耐熱容器20が熱処理炉10内で1周すると、炉体扉11Bを開放して容器搬送装置30のプルアウト部30Bを耐熱容器20の位置まで前進させ、図3に示すように、プルアウト部30B先端に設けられた爪32を、耐熱容器20に設けられたハンガー21に係止させる。
(9)そして、プルアウト部30Bを後退させて耐熱容器20を熱処理炉10から引き出してスライドベース35上に載置し、炉体扉11Bを閉鎖する。
(8) When the heat-resistant container 20 makes one round in the heat treatment furnace 10, the furnace body door 11B is opened and the pull-out portion 30B of the container transport device 30 is advanced to the position of the heat-resistant container 20, and as shown in FIG. The nail | claw 32 provided in the part 30B front-end | tip is latched by the hanger 21 provided in the heat-resistant container 20. FIG.
(9) Then, the pull-out portion 30B is retracted, the heat-resistant container 20 is pulled out from the heat treatment furnace 10 and placed on the slide base 35, and the furnace body door 11B is closed.

(10)次に、炉前室扉37を開放した後、ベース移動装置36を介して加熱処理済みの耐熱容器20が載置されたスライドベース35をスタンド39の位置まで前進させる。そして、この状態で炉前室扉37を半分閉鎖し、スライドベース35を元の位置に戻すと耐熱容器20は半分閉鎖状態の炉前室扉37に当接してスタンド39上に載せられる。そして、炉前室扉37は全閉される。 (10) Next, after opening the furnace front chamber door 37, the slide base 35 on which the heat-treated heat-resistant container 20 is placed is advanced to the position of the stand 39 via the base moving device 36. In this state, when the furnace front chamber door 37 is half closed and the slide base 35 is returned to the original position, the heat-resistant container 20 is placed on the stand 39 in contact with the half closed chamber front door 37. The furnace front chamber door 37 is fully closed.

(11)その後、スタンド39の位置まで移動させられたスライドベース35上の加熱処理済みの耐熱容器20は、移送コンベア(図示しない)に載せられ冷却室(図示しない)に運ばれる。なお、(10)で耐熱容器20が半分閉鎖状態の炉前室扉37に当接することによって、移送コンベア上に載せられ自動的に搬送されるようにすることもできる。そして、その加熱処理済みの耐熱容器20の代わりにスライドベース35上には、(2)で示したものと同様に、クレーン(図示しない)を使用して、使用済みの8個の電池パック100が格納された新たな耐熱容器20が設置され、(3)以下の処理が繰り返して行われる。
なお、冷却室に運ばれた加熱処理済みの耐熱容器20は、内部の電池パック100において炭化混合物が取り除かれたものからリチウム,コバルト,ニッケル,マンガンなどの有用金属をさらに分離する処理が行われる。
(11) Thereafter, the heat-treated heat-resistant container 20 on the slide base 35 moved to the position of the stand 39 is placed on a transfer conveyor (not shown) and carried to a cooling chamber (not shown). In (10), the heat-resistant container 20 can be placed on a transfer conveyor and automatically conveyed by contacting the half-closed furnace front chamber door 37. Then, instead of the heat-treated heat-resistant container 20, eight used battery packs 100 are used on the slide base 35 using a crane (not shown) in the same manner as shown in (2). Is installed, and (3) the following processing is repeated.
In addition, the heat-resistant heat-resistant container 20 that has been transported to the cooling chamber is subjected to a process of further separating useful metals such as lithium, cobalt, nickel, and manganese from those obtained by removing the carbonized mixture in the battery pack 100 inside. .

以上のように構成された廃リチウムイオン電池の処理方法及びその処理システムによれば、複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック100を、排気口23が設けられた耐熱容器20に格納した後、熱処理炉10に投入して耐熱容器20の外側から加熱することで耐熱容器20内部の電池パック100を乾留して炭化混合物を分離するようにしたので、電池パック100の樹脂製の筺体やリチウムイオン電池の負極材料に使用されるカーボンなどが炭化混合物として有用金属が含まれる金属から分離される。また、そのときの加熱温度は650度(℃)で、アルミニウムの融点(660度(℃))よりも低い温度でアルミニウムは溶けないように設定されているので、アルミニウムが溶け出した場合と比較して、その後の処理として有用金属が含まれる金属から有用金属を分離する処理を容易に行うことができる。   According to the processing method and the processing system of the waste lithium ion battery configured as described above, the battery pack 100 in which a plurality of battery modules in which a plurality of lithium ion battery cells are arranged is housed in a box-shaped housing is provided. Then, after storing in the heat-resistant container 20 provided with the exhaust port 23, the battery pack 100 inside the heat-resistant container 20 is dry-distilled by putting it into the heat treatment furnace 10 and heating from the outside of the heat-resistant container 20, thereby separating the carbonized mixture. Since it did in this way, the resin casing of the battery pack 100, the carbon used for the negative electrode material of a lithium ion battery, etc. are isolate | separated from the metal in which a useful metal is contained as a carbonization mixture. In addition, the heating temperature at that time is 650 degrees (° C.), and it is set so that the aluminum does not melt at a temperature lower than the melting point of aluminum (660 degrees (° C.)). And the process which isolate | separates a useful metal from the metal in which a useful metal is contained as a subsequent process can be performed easily.

このとき、電池内の電解液は揮発化され、耐熱容器20の排気口23から揮発ガスが熱処理炉10内に排出されることで耐熱容器20内は何もしなくても還元となり、従来技術のように還元ガスやカーボン源を導入しなくても良いとともに、電池パック100は還元雰囲気にした耐熱容器20によって保護されるので、熱処理炉10内で廃リチウムイオン電池が爆発する危険性を抑えることができる。また、プラスチックなどの可燃性物質を燃焼させることはないので、温度暴走を防止することができ、しかも金属の酸化によるスラグ化も抑えるものであるので、廃リチウムイオン電池を無害化することができる。
これによれば、ハイブリッド自動車から取外された電池パック100をそのままの状態で、すなわち電池パック100の内部を分解して電池セルを個々に取外すことなく、耐熱容器20に格納し、熱処理炉10で外側から加熱するだけでよいので、極めて簡易な作業でリサイクル処理を実施することができる。
At this time, the electrolyte in the battery is volatilized, and the volatile gas is discharged into the heat treatment furnace 10 from the exhaust port 23 of the heat-resistant container 20, so that the heat-resistant container 20 is reduced without any action. Thus, it is not necessary to introduce a reducing gas or a carbon source, and the battery pack 100 is protected by the heat-resistant container 20 in a reducing atmosphere, so that the risk of explosion of the waste lithium ion battery in the heat treatment furnace 10 is suppressed. Can do. In addition, since combustible materials such as plastic are not burned, temperature runaway can be prevented, and slag formation due to metal oxidation is also suppressed, so that waste lithium ion batteries can be rendered harmless. .
According to this, with the battery pack 100 removed from the hybrid vehicle as it is, that is, without disassembling the inside of the battery pack 100 and removing the battery cells individually, the battery pack 100 is stored in the heat-resistant container 20, and the heat treatment furnace 10. Therefore, it is only necessary to heat from the outside, so that the recycling process can be carried out with a very simple operation.

また、熱処理炉10から未燃焼ガスを二次燃焼室50に導いて、熱処理炉10の温度(650度(℃))よりも高い温度(800度(℃))で燃焼させるようにしたので、臭気の発生を抑えることができる。   Further, since the unburned gas is guided from the heat treatment furnace 10 to the secondary combustion chamber 50 and burned at a temperature (800 degrees (° C.)) higher than the temperature of the heat treatment furnace 10 (650 degrees (° C.)) Odor generation can be suppressed.

本実施形態では、炉床12が回転する熱処理炉10を使用することで均一的な加熱処理を行ったが、耐熱容器20をその外側からアルミニウムの融点よりも低い温度で加熱することで内部の電池パック100を乾留して炭化混合物を分離することが可能な熱処理炉であれば、必ずしも炉床12が回転するものでなくてもよい。また、熱処理炉10内に複数の耐熱容器20を連続して投入・排出するようにしたがバッチ式のものでも適用可能である。   In the present embodiment, the uniform heat treatment is performed by using the heat treatment furnace 10 in which the hearth 12 rotates. However, by heating the heat-resistant container 20 from the outside at a temperature lower than the melting point of aluminum, As long as the heat treatment furnace is capable of separating the carbonized mixture by dry distillation of the battery pack 100, the hearth 12 may not necessarily rotate. In addition, although a plurality of heat-resistant containers 20 are continuously charged and discharged into the heat treatment furnace 10, a batch type can also be applied.

また、本実施形態では、熱処理炉10内の炉温を650度(℃)まで昇温して温度を一定に保持するように、アルミニウムが溶融しない範囲で極力高温にして処理時間を短くするようしたが、加熱処理の温度は、プラスチックの分解温度(300度(℃))以上であれば樹脂製材料は分解され金属から分離されるので特に限定されるものではない。   Further, in the present embodiment, the furnace temperature in the heat treatment furnace 10 is increased to 650 degrees (° C.) to keep the temperature constant, so that the processing time is shortened by setting the temperature as high as possible within a range where aluminum does not melt. However, the temperature of the heat treatment is not particularly limited since the resin material is decomposed and separated from the metal if the temperature is equal to or higher than the plastic decomposition temperature (300 ° C.).

さらに、本実施形態では、電池パック100を格納した耐熱容器20を酸化雰囲気下の熱処理炉10に投入して加熱処理するようしたが、還元雰囲気下あるいは不活性雰囲気下としても適用可能である。
特に、熱処理炉10内を還元雰囲気にすれば耐熱容器20を使用することなく直接投入された電池パック100に対して加熱処理することで電池パック100を乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化させることができる。
Furthermore, in the present embodiment, the heat-resistant container 20 in which the battery pack 100 is stored is put into the heat treatment furnace 10 in an oxidizing atmosphere and heat-treated, but it can also be applied in a reducing atmosphere or an inert atmosphere.
In particular, if the inside of the heat treatment furnace 10 is set in a reducing atmosphere, the battery pack 100 directly charged without using the heat-resistant container 20 is heat-treated to dry-distill the battery pack 100 to separate the carbonized mixture and The electrolyte solution can be volatilized.

また、本実施形態では、加熱処理として、熱源としてガスを使用した熱処理炉10を使用したものについて説明したが、熱源として電気や重油を使用した各種炉を使用することもできる。また、既存の製造設備、例えば、セメント製造時に出る廃熱を利用するなどすれば熱エネルギーの有効利用が図れる。
また、本実施形態では、電池パック100を電池セルを個々に取外すことなくそのままの状態のものに対して加熱処理したものであったが、電池パック100から分解した電池モジュール(この場合も電池セルを個々に取外したものではない)単位のものを格納した耐熱容器20を熱処理炉10に投入して加熱処理したり、あるいは、電池モジュール単位のものを還元雰囲気の炉に直接投入して加熱処理することでも電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化させることができる。
Moreover, although this embodiment demonstrated what used the heat processing furnace 10 which uses gas as a heat source as heat processing, the various furnaces which use electricity and heavy oil as a heat source can also be used. In addition, effective use of thermal energy can be achieved by using waste heat generated during the production of cement, for example, cement.
Further, in the present embodiment, the battery pack 100 is heat-treated with respect to the battery pack 100 without removing the individual battery cells, but the battery module disassembled from the battery pack 100 (in this case also the battery cell). The heat-resistant container 20 containing the unit is stored in the heat treatment furnace 10 for heat treatment, or the battery module unit is directly charged in a reducing atmosphere furnace for heat treatment. By doing so, the battery module can be dry distilled to separate the carbonized mixture and volatilize the electrolyte in the battery.

10 熱処理炉
11 炉壁
11A 開口部
11B 炉体扉
12 炉床
15 ガスバーナー
16 ファン
17 ノズル
18A 温度センサー
18B 温度調節計
19A 圧力センサー
19B 圧力調節計
20 耐熱容器
20A 上蓋部
20B 受け皿部
21 ハンガー
22 溝部
23 排気口
30 容器搬送装置
30A プッシャー部
30B プルアウト部
31 モーター
32 爪
35 スライドベース
36 ベース移動装置
36A モーター
36B シャフト
37 炉前室扉
38 炉前室
39 スタンド
40 炉床回転装置
41 モーター
42 チェーン
43 スプロケット
50 二次燃焼室
51 ガスバーナー
52 ファン
53 温度センサー
54 煙突
61 ダクト
61a 先端
62 ファン
100 電池パック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heat treatment furnace 11 Furnace wall 11A Opening part 11B Furnace door 12 Furnace floor 15 Gas burner 16 Fan 17 Nozzle 18A Temperature sensor 18B Temperature controller 19A Pressure sensor 19B Pressure controller 20 Heat-resistant container 20A Upper lid part 20B Sauce part 21 Hanger 22 Groove part 23 Exhaust port 30 Container transfer device 30A Pusher portion 30B Pullout portion 31 Motor 32 Claw 35 Slide base 36 Base moving device 36A Motor 36B Shaft 37 Furnace chamber door 38 Furnace chamber 39 Stand 40 Hearth rotating device 41 Motor 42 Chain 43 Sprocket 50 Secondary Combustion Chamber 51 Gas Burner 52 Fan 53 Temperature Sensor 54 Chimney 61 Duct 61a Tip 62 Fan 100 Battery Pack

Claims (13)

複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック又は前記電池モジュールに対して前記電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理方法であって、
前記電池パック又は前記電池モジュールを、排気口及び受け皿部が設けられた耐熱容器に格納した後、前記耐熱容器を熱処理炉に投入して前記耐熱容器の外側から前記加熱処理を、アルミニウムの融点よりも低い温度で実施することで、前記電池パック又は前記電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化させ、前記揮発化された電解液を前記耐熱容器の排気口から前記熱処理炉内に排出させることを特徴とする廃リチウムイオン電池の処理方法。
A battery pack in which a plurality of battery modules in which a plurality of lithium ion battery cells are arranged is housed in a box-shaped enclosure or a heat treatment is performed on the battery module without removing the battery cells individually, thereby obtaining useful metals. A method for treating a waste lithium ion battery to be recovered, comprising:
After storing the battery pack or the battery module in a heat-resistant container provided with an exhaust port and a saucer, the heat-resistant container is put into a heat treatment furnace, and the heat treatment is performed from the outside of the heat-resistant container from the melting point of aluminum. The battery pack or the battery module is carbonized to separate the carbonized mixture and volatilize the electrolyte in the battery, and the volatilized electrolyte is discharged to the exhaust port of the heat-resistant container. waste processing method of a lithium ion battery, wherein Rukoto is discharged to the heat treatment furnace from.
前記加熱処理の温度は、プラスチックの分解温度以上であることを特徴とする請求項1に記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。   The method for treating a waste lithium ion battery according to claim 1, wherein the temperature of the heat treatment is equal to or higher than a decomposition temperature of the plastic. 前記加熱処理を還元雰囲気で実施することを特徴とする請求項1又は2に記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。   The method for treating a waste lithium ion battery according to claim 1 or 2, wherein the heat treatment is performed in a reducing atmosphere. 前記熱処理炉は、炉床が回転し、前記耐熱容器を連続投入及び連続排出可能な連続式回転炉であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。 The heat treatment furnace, the hearth rotates, the waste lithium ion battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the is a heat-resistant container a continuous rotary furnace which can continuously charged and continuous discharge Processing method. 前記耐熱容器は、上蓋部を有し、前記上蓋部は前記受け皿部に対して一定の距離浮き上がり可能な状態で取付けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。 The heat-resistant container has a top lid, the upper lid portion to any one of claims 1 to 4, characterized in that mounted at a fixed distance floating possible state with respect to the pan section The processing method of the waste lithium ion battery as described. 前記耐熱容器の受け皿部には、前記加熱処理時に溶解物を受けて溜め込む凹部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。 Wherein the saucer portion of the heat-resistant container, the processing method of waste lithium ion battery according to any one of claims 1 to 5, characterized in that recess save up undergoing melt during the heat treatment is formed . 前記加熱処理時に発生した未燃焼ガスを二次燃焼室に導いて、前記加熱処理の温度よりも高い温度で燃焼させることを特徴とする請求項1乃至のうちいずれか一つに記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。 The waste according to any one of claims 1 to 6 , wherein unburned gas generated during the heat treatment is introduced into a secondary combustion chamber and burned at a temperature higher than the temperature of the heat treatment. A method for treating a lithium ion battery. 複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック又は前記電池モジュールに対して前記電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理システムであって、
前記電池パック又は前記電池モジュールが格納されるとともに、排気口及び受け皿部が設けられた耐熱容器と、
還元雰囲気で加熱処理する、温度制御可能な熱処理炉とを備え、
前記熱処理炉に投入された前記耐熱容器その外側からアルミニウムの融点よりも低い温度で加熱することで前記電池パック又は前記電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化させることを特徴とする廃リチウムイオン電池の処理システム。
A battery pack in which a plurality of battery modules in which a plurality of lithium ion battery cells are arranged is housed in a box-shaped enclosure or a heat treatment is performed on the battery module without removing the battery cells individually, thereby obtaining useful metals. A waste lithium ion battery processing system to be recovered,
The battery pack or the battery module is stored, and a heat-resistant container provided with an exhaust port and a tray part;
A heat-treating furnace with a temperature control that heat-treats in a reducing atmosphere,
The heat- resistant container put in the heat treatment furnace is heated from the outside at a temperature lower than the melting point of aluminum to dry-distill the battery pack or the battery module to separate the carbonized mixture and volatilize the electrolyte in the battery. Waste lithium ion battery treatment system characterized by
複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筺体内に複数収納されてなる電池パック又は前記電池モジュールに対して前記電池セルを個々に取外すことなく加熱処理を施して有用金属を回収する廃リチウムイオン電池の処理システムであって、
前記電池パック又は前記電池モジュールが格納されるとともに、排気口及び受け皿部が設けられた耐熱容器と、
温度制御可能な熱処理炉と、
前記熱処理炉に前記耐熱容器を投入及び排出可能な容器搬送装置を備え、
前記熱処理炉に投入された前記耐熱容器をその外側からアルミニウムの融点よりも低い温度で加熱することで前記耐熱容器内部の前記電池パック又は前記電池モジュールを乾留して炭化混合物を分離するとともに電池内の電解液を揮発化して前記耐熱容器の排気口から前記熱処理炉内に排出させることを特徴とする廃リチウムイオン電池の処理システム。
A battery pack in which a plurality of battery modules in which a plurality of lithium ion battery cells are arranged is housed in a box-shaped enclosure or a heat treatment is performed on the battery module without removing the battery cells individually, thereby obtaining useful metals. A waste lithium ion battery processing system to be recovered,
The battery pack or the battery module is stored, and a heat-resistant container provided with an exhaust port and a tray part ;
A temperature-controllable heat treatment furnace;
A container transfer device capable of charging and discharging the heat-resistant container in the heat treatment furnace;
The battery pack or the battery module inside the heat-resistant container is dry-distilled by heating the heat-resistant container put into the heat treatment furnace from the outside at a temperature lower than the melting point of aluminum to separate the carbonized mixture and inside the battery The waste lithium ion battery treatment system is characterized in that the electrolyte solution is volatilized and discharged from the exhaust port of the heat-resistant container into the heat treatment furnace.
前記熱処理炉の炉床を水平回転させる炉床回転装置を備え、
前記容器搬送装置を介して、前記耐熱容器を連続的に投入して複数の耐熱容器を前記炉床上に環状に載置するとともに、一回りした前記耐熱容器を前記炉床上から連続的に排出することを特徴とする請求項に記載の廃リチウムイオン電池の処理システム。
A hearth rotating device for horizontally rotating the hearth of the heat treatment furnace,
Through the container transport device, the heat-resistant containers are continuously charged to place a plurality of heat-resistant containers in an annular shape on the hearth, and the one-time heat-resistant containers are continuously discharged from the hearth. The waste lithium ion battery treatment system according to claim 9 .
前記耐熱容器は、上蓋部を有し、前記上蓋部は前記受け皿部に対して一定の距離浮き上がり可能な状態で取付けられていることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一つに記載の廃リチウムイオン電池の処理システム。 The heat-resistant container has a top lid, the upper lid portion to any one of claims 8 to 10, characterized in that mounted at a fixed distance floating possible state with respect to the pan section The waste lithium ion battery treatment system described. 前記耐熱容器の受け皿部には、前記加熱処理時に溶解物を受けて溜め込む凹部が形成されていることを特徴とする請求項8乃至11のいずれか一つに記載の廃リチウムイオン電池の処理システム。 The waste lithium ion battery treatment system according to any one of claims 8 to 11 , wherein the tray portion of the heat-resistant container is formed with a concave portion that receives and accumulates the melt during the heat treatment. . 前記熱処理炉の温度よりも高い温度で燃焼可能な二次燃焼室と、
前記二次燃焼室と前記熱処理炉とを連結するダクトと、
前記ダクトに設けられ、前記ダクトを介して前記熱処理炉内の未燃焼ガスを前記二次燃焼室に送るファンをさらに備え、
前記未燃焼ガスを前記二次燃焼室で燃焼させることを特徴とする請求項8乃至12のうちいずれか一つに記載の廃リチウムイオン電池の処理システム。
A secondary combustion chamber capable of burning at a temperature higher than the temperature of the heat treatment furnace;
A duct connecting the secondary combustion chamber and the heat treatment furnace;
A fan that is provided in the duct and sends unburned gas in the heat treatment furnace to the secondary combustion chamber through the duct;
The waste lithium ion battery treatment system according to any one of claims 8 to 12 , wherein the unburned gas is burned in the secondary combustion chamber.
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