JP6483569B2 - Lithium-ion battery processing method - Google Patents
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Description
この発明は、コバルトおよびニッケルを含むリチウムイオン電池を処理する方法に関するものであり、特には、処理効率の向上及びコストの低減に寄与することのできる技術を提案するものである。 The present invention relates to a method for treating a lithium ion battery containing cobalt and nickel, and in particular, proposes a technique that can contribute to improvement of treatment efficiency and cost reduction.
各種の電子デバイスをはじめとして多くの産業分野で使用されているリチウムイオン電池は、マンガン、ニッケルおよびコバルトを含有するリチウム金属塩を正極活物質として用い、その正極活物質を含む正極材及び負極材の周囲を、アルミニウムを含む筐体で包み込んだものであり、近年は、その使用量の増加および使用範囲の拡大に伴い、電池の製品寿命や製造過程での不良により廃棄される量が増大している状況にある。
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、なかでもコバルトを、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。
Lithium ion batteries used in various industrial fields including various electronic devices use a lithium metal salt containing manganese, nickel and cobalt as a positive electrode active material, and a positive electrode material and a negative electrode material containing the positive electrode active material In recent years, with the increase in the amount of use and the expansion of the range of use, the amount discarded due to defects in the product life of the battery and the manufacturing process has increased. Is in a situation.
Under such circumstances, it is desired that the above valuable metals such as nickel and cobalt, especially cobalt, be easily recovered from a large amount of lithium ion battery scrap at a relatively low cost for reuse.
有価金属の回収のために、廃棄等されたリチウムイオン電池を処理するには、はじめに、リチウムイオン電池を焙焼することによって、内部に含まれる有害な電解液を除去して無害化する加熱工程、及び、その後に破砕、篩別を順に行って、筐体や正極基材に含まれるアルミニウムをある程度除去する破砕・篩別工程を実施する。
次いで、破砕・篩別工程の篩下に得られる電池粉末を浸出液に添加して浸出し、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る浸出工程を行う。
In order to treat discarded lithium-ion batteries for the recovery of valuable metals, first, the lithium ion battery is roasted to remove the harmful electrolyte contained therein and render it harmless. Then, crushing and sieving are sequentially performed, and a crushing and sieving step is performed in which aluminum contained in the housing and the positive electrode base material is removed to some extent.
Subsequently, the battery powder obtained under the sieving and sieving step is added to the leaching solution and leached, and a leaching step is performed in which lithium, nickel, cobalt, manganese, aluminum, and the like that can be contained therein are dissolved in the solution.
そしてその後、浸出工程で得られた浸出後液に溶解している各金属元素を分離させる回収工程を行う。ここでは、浸出後液に浸出しているそれぞれの金属を分離させるため、浸出後液に対し、分離させる金属に応じた複数段階の溶媒抽出もしくは中和等を順次に施し、さらには、各段階で得られたそれぞれの溶液に対して、逆抽出、電解、炭酸化その他の処理を施す。具体的には、まずアルミニウムを回収し、続いてマンガン、そしてコバルト、その後にニッケルを回収して、最後に水相にリチウムを残すことで、各有価金属を回収することができる。 And after that, the collection | recovery process which isolate | separates each metal element melt | dissolved in the post-leaching liquid obtained at the leaching process is performed. Here, in order to separate each metal leached in the liquid after leaching, the liquid after leaching is sequentially subjected to multiple stages of solvent extraction or neutralization, etc. according to the metal to be separated. Back extraction, electrolysis, carbonation, and other treatments are performed on each solution obtained in (1). Specifically, each valuable metal can be recovered by first recovering aluminum, subsequently recovering manganese, then cobalt, then nickel, and finally leaving lithium in the aqueous phase.
上述したように、リチウムイオン電池を浸出して得られた浸出後液から各金属を分離回収するためには、多くの処理を要する。それ故、電池粉末に含まれる特定の金属を、浸出液に溶解させずに固体として予め分離することができれば、その後の回収工程で、各金属を分離回収するために浸出後液に施す多様な処理のうち、予め分離された特定の金属の回収に必要な処理を簡略化ないし省略することができるので、処理の能率及びコストの観点から有効である。
特に、浸出後液中にニッケルが多量に溶解していると、例えば、コバルトを、溶媒抽出を使って抽出回収する場合に、ニッケルを抽出後液に分離するためにコバルトの抽出率を低めに調整するといったことが必要となる場合があるので、浸出液へのニッケルの浸出率は低くすることが望ましい。
As described above, in order to separate and recover each metal from the leached solution obtained by leaching the lithium ion battery, many processes are required. Therefore, if the specific metal contained in the battery powder can be separated in advance as a solid without dissolving it in the leachate, various treatments applied to the post-leaching solution to separate and recover each metal in the subsequent recovery step Among them, the processing necessary for recovering the specific metal separated in advance can be simplified or omitted, which is effective from the viewpoint of processing efficiency and cost.
In particular, if a large amount of nickel is dissolved in the solution after leaching, for example, when cobalt is extracted and recovered using solvent extraction, the extraction rate of cobalt is lowered to separate nickel into the solution after extraction. Since adjustment may be necessary, it is desirable to reduce the leaching rate of nickel into the leaching solution.
この発明は、このような問題を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、ニッケルを含むリチウムイオン電池を処理するに際し、浸出工程で、浸出液にコバルト等の金属は十分に溶解させる一方で、ニッケルの浸出率を低減することにより、処理能率を向上させるとともにコストを低減させることのできるリチウムイオン電池の処理方法を提供することにある。 An object of the present invention is to solve such a problem. The object of the present invention is to treat a lithium ion battery containing nickel in a leaching process, and a metal such as cobalt is contained in the leaching solution. An object of the present invention is to provide a method of treating a lithium ion battery that can improve the processing efficiency and reduce the cost by reducing the leaching rate of nickel while being sufficiently dissolved.
発明者は、浸出工程に先立つ加熱工程で、リチウムイオン電池を所定の条件で加熱し、その上で、浸出工程で用いる浸出液及び、浸出時の浸出液の温度条件を調整することにより、コバルト等の金属を浸出液に十分に溶解させつつ、浸出液へのニッケルの浸出率を低くできることを見出した。これは、所定の条件の加熱工程で、コバルト等の金属が酸浸出しやすい形態に変化し、さらに、浸出工程で、ニッケルがあまり溶解しない条件としたことによるものと考えられるが、このような理論に限定されるものではない。 The inventor heated the lithium ion battery in a heating process prior to the leaching process under predetermined conditions, and then adjusted the temperature conditions of the leaching liquid used in the leaching process and the leaching liquid during the leaching. It has been found that the leaching rate of nickel into the leachate can be lowered while sufficiently dissolving the metal in the leachate. This is considered to be due to the fact that the metal such as cobalt is changed to a form in which acid leaching is likely to occur in the heating process under a predetermined condition, and further, in the leaching process, nickel is not dissolved so much. It is not limited to theory.
このような知見に基き、この発明のリチウムイオン電池の処理方法は、コバルトおよびニッケルを含むリチウムイオン電池を処理する方法であって、リチウムイオン電池を加熱し、リチウムイオン電池の温度を、1時間〜4時間にわたって550℃〜650℃に保持する加熱工程と、加熱工程後に得られる電池粉末を、該電池粉末に含まれる全金属成分を溶解するのに必要な0.9〜1.5倍モル当量の硫酸を含む浸出液に添加し、該浸出液を60℃〜80℃の温度として、前記電池粉末を浸出させる浸出工程とを含むものである。 Based on such knowledge, the method of treating a lithium ion battery of the present invention is a method of treating a lithium ion battery containing cobalt and nickel, and the temperature of the lithium ion battery is set to 1 hour by heating the lithium ion battery. A heating step of maintaining at 550 ° C. to 650 ° C. for ˜4 hours, and a battery powder obtained after the heating step of 0.9 to 1.5 times mol necessary to dissolve all metal components contained in the battery powder And a leaching step of leaching the battery powder at a temperature of 60 ° C. to 80 ° C. by adding to an leaching solution containing an equivalent amount of sulfuric acid.
また発明者は、浸出工程後の回収工程での処理のさらなる簡略化もしくは省略の観点から、浸出液に溶解するアルミニウムの量を減らすことが好ましいとの考えの下、電池粉末に含まれるアルミニウムの量が比較的多い理由について鋭意検討した。その結果、加熱工程でリチウムイオン電池を焙焼する際に、リチウムイオン電池の温度を上昇させる昇温過程で、所定の高い温度まで急激に上昇させていることに起因して、リチウムイオン電池の外装を構成する筐体が破裂し、それにより、筐体や正極基材に含まれるアルミニウムが酸化・脆化されて、破砕時に粉砕されやすくなり、多くのアルミニウムが篩別時の篩下の電池粉末に含まれるとの知見を得た。さらに、このような筐体の破裂は、加熱時のリチウムイオン電池の急激な温度上昇が、内部の電解液の急速な気化による筐体内での多量のガスを生じさせ、このガスの発生流量が筐体外への流出流量を上回ることによって、筐体が膨張することが原因であることを見出した。
そのため、加熱工程でのリチウムイオン電池の昇温過程の間に、リチウムイオン電池の昇温速度をコントロールして、比較的低温にある間に筐体内の略全てのガスを緩慢に流出させることで、リチウムイオン電池を破裂させることなしに有効に焙焼できると考えた。
Further, the inventor considered that it is preferable to reduce the amount of aluminum dissolved in the leachate from the viewpoint of further simplifying or omitting the treatment in the recovery step after the leaching step, and the amount of aluminum contained in the battery powder. We studied diligently about the reason why there are relatively many. As a result, when the lithium ion battery is roasted in the heating process, the temperature of the lithium ion battery is rapidly increased to a predetermined high temperature in the temperature rising process. The casing that composes the exterior ruptures, and as a result, the aluminum contained in the casing and the positive electrode base material is oxidized and embrittled, and is easily crushed during crushing. The knowledge that it is contained in powder was obtained. Furthermore, such a rupture of the casing causes a rapid temperature rise of the lithium ion battery during heating to generate a large amount of gas in the casing due to rapid vaporization of the electrolyte inside, and the generation flow rate of this gas is reduced. It has been found that the cause is that the casing expands by exceeding the outflow rate to the outside of the casing.
Therefore, during the heating process of the lithium ion battery in the heating process, the temperature rising rate of the lithium ion battery is controlled so that almost all the gas in the housing slowly flows out while the temperature is relatively low. It was thought that it could be effectively roasted without rupturing the lithium ion battery.
従って、前記加熱工程では、リチウムイオン電池の温度を二段階に分けて上昇させ、一段目の加熱で、リチウムイオン電池の温度を200℃〜400℃の範囲内とし、該温度がその範囲内にある間に、リチウムイオン電池の筐体内からのガスの流出を終了させることが好ましい。
そして、前記加熱工程では、一段目の加熱でリチウムイオン電池の筐体内からガスの流出が終了した後、二段目の加熱として、リチウムイオン電池の温度を、550℃〜650℃に上昇させることがより好ましい。
Accordingly, in the heating step, the temperature of the lithium ion battery is raised in two stages, and the first stage heating brings the temperature of the lithium ion battery within a range of 200 ° C. to 400 ° C., and the temperature falls within that range. In the meantime, it is preferable to terminate the outflow of gas from the inside of the casing of the lithium ion battery.
In the heating step, after the outflow of gas from the inside of the lithium ion battery casing is completed by the first stage heating, the temperature of the lithium ion battery is raised to 550 ° C. to 650 ° C. as the second stage heating. Is more preferable.
この発明のリチウムイオン電池の処理方法によれば、リチウムイオン電池を所定の条件で加熱する加熱工程にて、そこに含まれ得るコバルト等の金属を酸浸出しやすい形態とし、その後に、得られる電池粉末を、所定の条件の下で浸出させる浸出工程を行うことで、浸出液にコバルト等の金属は十分に溶解する一方で、ニッケルはあまり溶解せず、それにより、処理能率を向上させるとともにコストを低減させることができる。 According to the method for treating a lithium ion battery of the present invention, in a heating step of heating the lithium ion battery under a predetermined condition, a metal such as cobalt that can be contained therein is easily leached and then obtained. By performing a leaching step of leaching the battery powder under predetermined conditions, metals such as cobalt are sufficiently dissolved in the leachate, while nickel does not dissolve much, thereby improving processing efficiency and cost. Can be reduced.
以下に、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態に係るリチウムイオン電池の処理方法は、コバルトおよびニッケルを含むリチウムイオン電池を対象とし、図1に例示するように、そのようなリチウムイオン電池を加熱し、リチウムイオン電池の温度を、1時間〜4時間にわたって550℃〜650℃に保持する加熱工程と、加熱工程後に得られる電池粉末を、該電池粉末に含まれる全金属成分を溶解するのに必要な0.9〜1.5倍モル当量の硫酸を含む浸出液に添加し、該浸出液を60℃〜80℃の温度として、前記電池粉末を浸出させる浸出工程とを含み、さらに、浸出工程で得られた浸出液を、ニッケルを含む浸出残渣と、浸出後液に分離するニッケル分離工程、及び、その浸出後液中の各金属を分離して有価金属を回収する回収工程を含むことができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The processing method of the lithium ion battery which concerns on one Embodiment of this invention is directed to the lithium ion battery containing cobalt and nickel, and heats such a lithium ion battery so that it may illustrate in FIG. The heating step of maintaining the temperature of 550 ° C. to 650 ° C. for 1 to 4 hours, and the battery powder obtained after the heating step, 0.9 required to dissolve all the metal components contained in the battery powder A leaching step of leaching the battery powder at a temperature of 60 ° C. to 80 ° C., and further adding a leaching solution obtained in the leaching step. In addition, a leaching residue containing nickel and a nickel separation step of separating into a solution after leaching, and a recovery step of separating valuable metals by separating each metal in the solution after leaching.
(リチウムイオン電池)
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得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。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。
(Lithium ion battery)
The lithium ion battery targeted by the present invention may be any lithium ion battery that can be used in a mobile phone or other various electronic devices. Among these, it is preferable from the viewpoint of effective utilization of resources to target so-called lithium ion battery scrap that is discarded due to the life of the battery product, manufacturing defects, or other reasons.
ここで、この発明では、コバルトおよびニッケルを含むリチウムイオン電池を対象とする。この発明の実施形態のリチウムイオン電池は、一般にはコバルトを18質量%〜25質量%で含み、ニッケルを1質量%〜10質量%で含むものとすることができる。 Here, this invention is directed to a lithium ion battery containing cobalt and nickel. In general, the lithium ion battery according to the embodiment of the present invention may include cobalt at 18% by mass to 25% by mass and nickel at 1% by mass to 10% by mass.
また、リチウムイオン電池は、その周囲を包み込む外装として、アルミニウムを含む筐体を有するものとすることができる。この筐体としては、たとえば、アルミニウムのみからなるものや、アルミニウム及び鉄、アルミラミネート等を含むものがある。 In addition, the lithium ion battery may have a housing containing aluminum as an outer package that encloses the periphery thereof. Examples of the housing include those made only of aluminum and those containing aluminum, iron, aluminum laminate, and the like.
具体的には、リチウムイオン電池は、上記の筐体内に、リチウム、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、たとえばポリフッ化ビニリデン(PVDF)その他の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)を含むものが一般的である。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。
Specifically, the lithium ion battery includes a positive electrode active material composed of one or more single metal oxides of lithium, nickel, cobalt, and manganese, or two or more composite metal oxides in the casing. In general, the positive electrode active material includes an aluminum foil (positive electrode base material) applied and fixed with, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) or other organic binder. In addition, the lithium ion battery may contain copper, iron, or the like.
Further, in general, a lithium ion battery includes an electrolytic solution in a casing. For example, ethylene carbonate, diethyl carbonate, or the like may be used as the electrolytic solution.
筐体で包み込まれたリチウムイオン電池は、実質的に正方形もしくは長方形状の平面輪郭形状を有するものとすることができ、この場合、処理前の寸法として、たとえば、縦が40mm〜80mm、横が35mm〜65mm、厚みが4mm〜5mmのものを対象とすることができるが、この寸法のものに限定されない。 The lithium ion battery encapsulated in the housing can have a substantially square or rectangular planar outline shape. In this case, as dimensions before processing, for example, the length is 40 mm to 80 mm, and the width is Although 35 mm-65 mm and a thickness of 4 mm-5 mm can be made into a target, it is not limited to the thing of this dimension.
(加熱工程)
この実施形態では、図1に示すように、上記のリチウムイオン電池に対して加熱工程を実施する。この加熱工程は、リチウムイオン電池の温度を上昇させ、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、さらには、リチウムイオン電池に含まれるコバルト等の金属を、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。
(Heating process)
In this embodiment, as shown in FIG. 1, a heating step is performed on the lithium ion battery. This heating process raises the temperature of the lithium ion battery, removes the internal electrolyte, renders it harmless, decomposes the binder that binds the aluminum foil and the positive electrode active material, and crushes and sifts The separation of the aluminum foil and the positive electrode active material is promoted to increase the recovery rate of the positive electrode active material recovered under the sieve, and further, metals such as cobalt contained in the lithium ion battery are leached in the leaching step described later. This is done for the purpose of changing to an easy form.
特に、この電池加熱工程では、たとえば後述の昇温過程を経た後、融点が660℃のアルミニウムが融解しないように、リチウムイオン電池を加熱して、リチウムイオン電池の温度が550℃〜650℃の範囲内に達したところで、その温度範囲を1時間〜4時間にわたって保持する。それにより、正極活物質のリチウム金属塩(コバルト系の場合はLiCoO2)が分解され、多くのコバルトを、酸浸出しやすい酸化コバルト(CoO)や単体コバルトの形態とすることができる。 In particular, in this battery heating step, for example, after a temperature raising process described later, the lithium ion battery is heated so that aluminum having a melting point of 660 ° C. does not melt, and the temperature of the lithium ion battery is 550 ° C. to 650 ° C. Once the range is reached, the temperature range is maintained for 1 to 4 hours. As a result, the lithium metal salt of the positive electrode active material (LiCoO 2 in the case of cobalt) is decomposed, and a large amount of cobalt can be made into a form of cobalt oxide (CoO) or simple substance cobalt that is liable to acid leaching.
この加熱工程での保持温度を550℃未満とした場合は、後工程での硫酸浸出におけるニッケルの浸出率抑制効果が得られない。この一方で、650℃を超える温度まで上昇させた場合は、アルミニウムの酸化・脆化が進み、破砕・篩別工程でアルミニウムが粉砕されやすくなり、正極活物質成分とともに篩下へ移行するアルミニウムが増えて、後の回収工程での作業及びコストが増大する。 When the holding temperature in this heating step is less than 550 ° C., the effect of suppressing the leaching rate of nickel in sulfuric acid leaching in the subsequent step cannot be obtained. On the other hand, when the temperature is raised to a temperature exceeding 650 ° C., the oxidation and embrittlement of the aluminum progresses, and the aluminum is easily crushed in the crushing and sieving process. Increasing the work and cost in later collection steps.
このような観点から、加熱工程でのリチウムイオン電池の温度は、550℃〜650℃とすることが好ましい。
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。
From such a viewpoint, the temperature of the lithium ion battery in the heating step is preferably 550 ° C to 650 ° C.
This temperature can be measured by measuring the surface temperature of the casing of the lithium ion battery.
上記の温度範囲内に保持する時間は、1時間〜4時間とする。これは、1時間未満の場合、後工程での硫酸浸出におけるニッケルの浸出率抑制効果が得られず、また4時間より長い場合、特に問題はないが生産性が低下するという不都合があるからである。 The time kept within the above temperature range is 1 to 4 hours. This is because if it is less than 1 hour, the effect of suppressing the nickel leaching rate in sulfuric acid leaching in the subsequent process cannot be obtained, and if it is longer than 4 hours, there is no particular problem, but the productivity is lowered. is there.
ところで、この加熱工程で、たとえば焼却炉等を用いて、リチウムイオン電池の温度を急激に上昇させると、筐体が破裂することがある。その結果、筐体が酸化して脆化することによって、加熱後のリチウムイオン電池を破砕した際に筐体等を構成するアルミニウムが微細な粉末状となって多く含まれることになる。このようなアルミニウムは篩別によっても除去しきれずに、破砕・篩別後の篩下の電池粉末に混入することから、その後にこれを回収する作業及びコストが増大する。
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ガスとなり、そして、筐体内から流出可能なガスの量よりも多量に生じる筐体内のガスが、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。
By the way, in this heating process, if the temperature of the lithium ion battery is rapidly increased using, for example, an incinerator, the housing may be ruptured. As a result, the casing is oxidized and becomes brittle, so that when the heated lithium ion battery is crushed, a large amount of aluminum constituting the casing and the like is contained in a fine powder form. Since such aluminum cannot be completely removed by sieving and is mixed into the battery powder under the sieving and sieving, the work and cost for recovering it are increased.
Such a burst during heating of the lithium ion battery is caused by a rapid rise in the temperature of the lithium ion battery from the start of heating, so that the electrolyte in the casing rapidly vaporizes into a gas, and It is considered that the gas in the casing that is generated in a larger amount than the amount of gas that can flow out of the casing expands and bursts the casing.
これに対処するため、図2や図3に示す実施形態のように、加熱工程で、リチウムイオン電池の温度を二段階に分けて上昇させる加熱1(一段目の加熱)及び加熱2(二段目の加熱)を行うことができる。
はじめの加熱1では、リチウムイオン電池の温度を、200℃〜400℃の範囲内とする。ここでは、リチウムイオン電池の温度を上昇させ、その温度が200℃〜400℃の範囲内に達すると、筐体内からガスが流出し始めるところ、この200℃〜400℃の範囲内にある間に、リチウムイオン電池の昇温速度を、たとえば低下させる等してコントロールし、この間に筐体からのガスの流出を終了させる。
In order to cope with this, as in the embodiment shown in FIG. 2 and FIG. 3, heating 1 (first stage heating) and heating 2 (two stages) in which the temperature of the lithium ion battery is raised in two stages in the heating process. Eye heating).
In the first heating 1, the temperature of the lithium ion battery is set in the range of 200 ° C to 400 ° C. Here, when the temperature of the lithium ion battery is raised and the temperature reaches within the range of 200 ° C. to 400 ° C., the gas starts to flow out from the inside of the housing. While the temperature is within the range of 200 ° C. to 400 ° C. The temperature rise rate of the lithium ion battery is controlled, for example, by reducing it, and the outflow of gas from the casing is terminated during this time.
このことによれば、電解液の気化によるガスの発生が、筐体からのガスの流出が終了するまで緩慢に行われるので、筐体を膨張させるほどにガスが急速に発生することを防止することができて、筐体の破裂及び酸化による脆化を有効に防ぐことができる。ガスの流出が終了した後は、さらに温度を上昇させて、リチウムイオン電池に含まれる有価金属を容易に酸浸出できる形態へと変化させる。また、このような加熱1で温度を上げすぎると、筐体から流出したガスに着火して、リチウムイオン電池の温度の急激な上昇を招くが、この実施形態では、このようなガスの着火を招くことのないように、昇温速度をコントロールする。 According to this, since the gas generation due to the evaporation of the electrolyte is performed slowly until the outflow of the gas from the housing is completed, the gas is prevented from being generated rapidly enough to expand the housing. It is possible to effectively prevent rupture of the housing and embrittlement due to oxidation. After the outflow of the gas is completed, the temperature is further increased to change the valuable metal contained in the lithium ion battery into a form in which acid leaching can be easily performed. Moreover, if the temperature is raised too much by such heating 1, the gas flowing out of the casing is ignited, causing a rapid rise in the temperature of the lithium ion battery. In this embodiment, such gas is ignited. The heating rate is controlled so as not to invite.
なおここで、筐体内からのガスの流出が終了したか否かについては、筐体内から流出したミスト状のものを目視で確認するか、または排ガス中の可燃性成分を分析すること等により確認することが可能である。 Here, whether or not the outflow of gas from the housing is completed is confirmed by visually confirming the mist that has flowed out of the housing or by analyzing flammable components in the exhaust gas. Is possible.
ここで、加熱1の温度範囲は、電解液の気化によって生じるガスの流量を所定量以下にするため、200℃〜400℃とする。それにより、加熱工程の終了まで、リチウムイオン電池が原型をとどめた状態、つまりリチウムイオン電池が筐体に包み込まれた性状が維持されて、その後の破砕、篩別によって、筐体等に含まれるアルミニウムを十分に除去することが可能になる。
これを言い換えれば、加熱1でリチウムイオン電池の温度が200℃未満では、ガスの筐体からの流出が起こらずに、破裂防止の効果が十分に得られず、この一方で、加熱1でガスの流出終了前に400℃を超えると、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、加熱1では、200℃〜400℃の温度範囲内でガスの流出を終了させることが好ましく、特に、220℃〜380℃の温度範囲内でガスの流出を終了させることがより好ましい。
Here, the temperature range of the heating 1 is set to 200 ° C. to 400 ° C. in order to make the flow rate of the gas generated by the vaporization of the electrolytic solution a predetermined amount or less. Thereby, until the end of the heating process, the state in which the lithium ion battery remains in its original form, that is, the property in which the lithium ion battery is wrapped in the casing is maintained, and is included in the casing and the like by subsequent crushing and sieving Aluminum can be sufficiently removed.
In other words, if the temperature of the lithium ion battery is less than 200 ° C. by heating 1, the gas does not flow out of the casing, and the effect of preventing explosion cannot be sufficiently obtained. If the temperature exceeds 400 ° C. before the outflow of the gas, the housing may burst due to an increase in the gas generation flow rate. From such a viewpoint, in the heating 1, it is preferable to terminate the outflow of gas within a temperature range of 200 ° C. to 400 ° C., and in particular, the outflow of gas may be terminated within a temperature range of 220 ° C. to 380 ° C. More preferred.
またここで、加熱1の200℃〜400℃の範囲とする時間は、リチウムイオン電池の種類、大きさその他の条件によって異なるが、リチウムイオン電池の温度が200℃〜400℃の範囲内に達したときから、好ましくは10分以上、より好ましくは20分以上経過したときまでの時間とすることができる。つまり、200℃〜400℃の範囲内でのリチウムイオン電池の平均昇温速度を、20℃/min以下とすることが好ましく、特に10℃/min以下とすることがより一層好ましい。これはすなわち、200℃〜400℃の範囲内でのリチウムイオン電池の平均昇温速度が20℃/minより大きいときは、場合によっては筐体内からのガスの流出が十分に終了しないうちに、400℃を超えてしまうことがあり、筐体が破裂する懸念があるからである。
一方、この加熱1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。
Here, the time of heating 1 in the range of 200 ° C. to 400 ° C. varies depending on the type, size, and other conditions of the lithium ion battery, but the temperature of the lithium ion battery reaches the range of 200 ° C. to 400 ° C. It is possible to set the time from when the time has elapsed to when the time has elapsed, preferably 10 minutes or more, more preferably 20 minutes or more. That is, the average temperature rising rate of the lithium ion battery within the range of 200 ° C. to 400 ° C. is preferably 20 ° C./min or less, and more preferably 10 ° C./min or less. That is, when the average temperature rising rate of the lithium ion battery in the range of 200 ° C. to 400 ° C. is higher than 20 ° C./min, in some cases, the outflow of gas from the inside of the casing is not sufficiently completed. This is because the temperature may exceed 400 ° C. and there is a concern that the housing may burst.
On the other hand, the longer the time of heating 1 in the range of 200 ° C. to 400 ° C., the more reliably the gas outflow can be terminated. If the length is too long, the processing efficiency decreases due to an increase in processing time. Thereby, it can be normally made into 60 minutes or less, and also can be made into 30 minutes or less.
加熱1では、筐体からのガスの流出が終了するまで、リチウムイオン電池の温度が400℃を超えなければ、ガスの急速な流出による破裂を防止しつつ、ガスを有効に流出させることができる。ここでは、ガスの流出が終了するまで、200℃〜400℃の範囲内で緩やかに上昇させることが一般的である。但し、可能であれば、ガスの流出が終了するまで、加熱1の温度を200℃〜400℃の範囲内の一段階以上の特定の温度で保持してもよい。なお、後述するような破砕・篩別工程を加熱1の後に入れてもよいが、その場合は、ガスの流出の終了後、一旦450℃以上に昇温し、降温することが望ましい。ただし、温度が高すぎるとアルミニウム箔の脆化が起こるため、好ましくは550℃以下、さらには、500℃がより好ましい。 In heating 1, until the outflow of gas from the casing is completed, if the temperature of the lithium ion battery does not exceed 400 ° C., gas can be effectively outflowed while preventing burst due to rapid outflow of gas. . Here, it is common to raise gently within the range of 200 degreeC-400 degreeC until the outflow of gas is complete | finished. However, if possible, the temperature of the heating 1 may be held at one or more specific temperatures within a range of 200 ° C. to 400 ° C. until the outflow of gas is completed. Note that a crushing / sieving step as described later may be performed after the heating 1, but in that case, it is desirable to raise the temperature once to 450 ° C. or more after the outflow of gas. However, since the aluminum foil becomes brittle when the temperature is too high, it is preferably 550 ° C. or lower, and more preferably 500 ° C.
加熱1で、リチウムイオン電池の筐体からガスが流出しきった後は、加熱2を行い、リチウムイオン電池の温度を、550℃〜650℃に上昇させ、先述したように、コバルトを浸出しやすい形態に変化させる。 After the gas has completely flowed out of the casing of the lithium ion battery in the heating 1, the heating 2 is performed to increase the temperature of the lithium ion battery to 550 ° C. to 650 ° C. As described above, cobalt is easily leached. Change to form.
上記のようにリチウムイオン電池の温度を制御することができるものであれば、この加熱工程は、ロータリーキルン炉その他の各種の炉等の様々な加熱設備を用いて行うことができる。リチウムイオン電池の温度を上述したように制御することが可能であれば、大気雰囲気で加熱を行う炉を用いることもできる。そのため、この発明の処理方法は、リチウムイオン電池の焙焼のための特殊な設備を用いなくても実施することができる点で有利である。 As long as the temperature of the lithium ion battery can be controlled as described above, this heating step can be performed using various heating facilities such as a rotary kiln furnace and other various furnaces. If the temperature of the lithium ion battery can be controlled as described above, a furnace that performs heating in an air atmosphere can also be used. Therefore, the treatment method of the present invention is advantageous in that it can be carried out without using special equipment for roasting lithium ion batteries.
(破砕・篩別工程)
上記の加熱工程で加熱された後のリチウムイオン電池は、筐体から正極材及び負極材を取り出すための破砕及び、そこに含まれ得るアルミニウムの粉末を除去するための所定の篩による篩別に供される。それにより、篩上には、たとえば、アルミニウムや銅が残り、篩下には、アルミニウムや銅がある程度除去された電池粉末を得ることができる。
(Crushing and sieving process)
The lithium ion battery after being heated in the above heating step is subjected to crushing for removing the positive electrode material and the negative electrode material from the casing and sieving with a predetermined sieve for removing aluminum powder that may be contained therein. Is done. Thereby, for example, aluminum or copper remains on the sieve, and battery powder from which aluminum or copper has been removed to some extent can be obtained below the sieve.
先に述べたように、加熱工程にて二段階で温度上昇を行う加熱1及び加熱2を行った場合、破砕・篩別工程は、図2に示すように、加熱1及び加熱2の後に行うことができる他、図3に示すように、加熱1と加熱2の間に行うことも可能である。 As described above, when heating 1 and heating 2 are performed to raise the temperature in two stages in the heating process, the crushing and sieving process is performed after heating 1 and heating 2 as shown in FIG. In addition, as shown in FIG. 3, it can be performed between heating 1 and heating 2.
リチウムイオン電池の破砕は、主として、リチウムイオン電池の筐体を破壊するとともに、正極活物質が塗布されたアルミニウム箔から正極活物質を選択的に分離させるために行う。
ここでは、種々の公知の装置ないし機器を用いることができるが、特に、リチウムイオン電池を切断しながら衝撃を加えて破砕することのできる衝撃式の粉砕機を用いることが好ましい。この衝撃式の粉砕機としては、サンプルミル、ハンマーミル、ピンミル、ウィングミル、トルネードミル、ハンマークラッシャ等を挙げることができる。なお、粉砕機の出口にはスクリーンを設置することができ、それにより、リチウムイオン電池は、スクリーンを通過できる程度の大きさにまで粉砕されると粉砕機よりスクリーンを通じて排出される。
The crushing of the lithium ion battery is mainly performed to destroy the casing of the lithium ion battery and to selectively separate the positive electrode active material from the aluminum foil coated with the positive electrode active material.
Here, various known apparatuses or devices can be used. In particular, it is preferable to use an impact type pulverizer that can be crushed by applying an impact while cutting the lithium ion battery. Examples of the impact type pulverizer include a sample mill, a hammer mill, a pin mill, a wing mill, a tornado mill, and a hammark crusher. A screen can be installed at the outlet of the pulverizer, whereby the lithium ion battery is discharged from the pulverizer through the screen when pulverized to a size that can pass through the screen.
破砕後のリチウムイオン電池は、適切な目開きの篩を用いて篩別される。これにより篩下に得られる電池粉末には、上記の破砕によりアルミニウムから分離された細かい粉状の正極活物質が多く存在し、それよりも大きな粒状のアルミニウムはある程度除去されている。 The lithium ion battery after crushing is sieved using a sieve with an appropriate opening. Thus, the battery powder obtained under the sieve contains a large amount of fine powdery positive electrode active material separated from aluminum by the above-mentioned crushing, and larger granular aluminum is removed to some extent.
加熱工程後に得られた電池粉末に含まれるアルミニウムの含有量は、5質量%未満とすることが好ましい。電池粉末中のアルミニウムが少量であるほど、後工程の処理の手間を省略することができる他、次工程の粉末加熱工程でのアルミニウムの溶融による正極活物質の巻き込みを抑えることができるので、有価金属の回収率を大きく向上できるからである。
加熱工程後に得られた電池粉末に含まれるアルミニウムの含有量を5質量%未満とする有効な手段の一つは、加熱1と加熱2の間に破砕・篩別工程を行うことである。
The aluminum content in the battery powder obtained after the heating step is preferably less than 5% by mass. The smaller the amount of aluminum in the battery powder, the less time is required for the subsequent process, and the more the positive electrode active material can be prevented from being entrained by melting the aluminum in the powder heating process of the next process. This is because the metal recovery rate can be greatly improved.
One effective means for reducing the content of aluminum contained in the battery powder obtained after the heating step to less than 5% by mass is to perform a crushing and sieving step between heating 1 and heating 2.
(浸出工程)
浸出工程では、上記の加熱工程で篩下に得られた上記の電池粉末を、硫酸酸性溶液である浸出液に添加して浸出させる。
ここでは、先述の加熱工程における所定の温度条件下での加熱により、電池粉末中のコバルト成分は、酸化コバルト(CoO)及び単体コバルトに有効に形態変化していることから、これらを浸出液に容易に溶解させることができる。
(Leaching process)
In the leaching step, the battery powder obtained under the sieve in the heating step is added to the leaching solution that is a sulfuric acid acidic solution and leached.
Here, since the cobalt component in the battery powder is effectively changed into cobalt oxide (CoO) and simple substance cobalt by heating under the predetermined temperature conditions in the heating step described above, these are easily converted into the leachate. Can be dissolved.
この一方で、電池粉末中のニッケルは、反応の詳細は不明であるが、適切な温度・時間で加熱処理することにより浸出液中への溶解が抑制され、ニッケルの浸出率を低くすることができる。 On the other hand, the details of the reaction of nickel in the battery powder are unknown, but dissolution in the leachate can be suppressed by heat treatment at an appropriate temperature and time, and the leaching rate of nickel can be lowered. .
ここで、浸出工程で用いる浸出液は、上記の電池粉末に含まれる全ての金属成分を溶解するのに必要な0.9〜1.5倍モル当量の硫酸を含むものとする。全金属成分に対して0.9倍モル当量未満の硫酸を含むものでは、溶かしたいコバルト等の有価金属を有効に溶解させることができず、一方、1.5倍モル当量を超える硫酸を含むものでは、ニッケルを含むほとんどの金属の浸出率が浸出当初より増加してしまい、ニッケルの浸出率低減を実現できないからである。 Here, the leaching solution used in the leaching step includes 0.9 to 1.5 times the molar equivalent of sulfuric acid necessary for dissolving all the metal components contained in the battery powder. Those containing less than 0.9-fold molar equivalent of sulfuric acid relative to the total metal components cannot effectively dissolve valuable metals such as cobalt to be dissolved, while containing sulfuric acid exceeding 1.5-fold molar equivalent. This is because the leaching rate of most metals including nickel increases from the beginning of leaching, and the leaching rate of nickel cannot be reduced.
ここで、電池粉末に含まれる全ての金属成分を溶解するのに必要な0.9〜1.5倍モル当量は、下記の式に基いて決定することができる。
Li2CO3 + H2SO4 → Li2SO4 + H2O + CO2(ガス)
Co + H2SO4 + 1/2O2 → CoSO4 + H2O
Ni + H2SO4 + 1/2O2 → NiSO4 + H2O
Mn + H2SO4 + 1/2O2 → MnSO4 + H2O
Fe + H2SO4 + 1/2O2 → FeSO4 + H2O
Cu + H2SO4 + 1/2O2 → CuSO4 + H2O
2Al + 3H2SO4 + 3/2O2 → Al2(SO4)3 + 3H2O
この観点から、浸出液は、全金属成分に対して0.9〜1.5倍モル当量の硫酸を含むものとし、さらに、0.9〜1.1倍モル当量の硫酸を含むことがより好ましい。
Here, the 0.9 to 1.5-fold molar equivalent necessary for dissolving all the metal components contained in the battery powder can be determined based on the following formula.
Li 2 CO 3 + H 2 SO 4 → Li 2 SO 4 + H 2 O + CO 2 (gas)
Co + H 2 SO 4 + 1 / 2O 2 → CoSO 4 + H 2 O
Ni + H 2 SO 4 + 1 / 2O 2 → NiSO 4 + H 2 O
Mn + H 2 SO 4 + 1 / 2O 2 → MnSO 4 + H 2 O
Fe + H 2 SO 4 + 1 / 2O 2 → FeSO 4 + H 2 O
Cu + H 2 SO 4 + 1 / 2O 2 → CuSO 4 + H 2 O
2Al + 3H 2 SO 4 + 3 / 2O 2 → Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O
From this viewpoint, the leachate should contain 0.9 to 1.5 times molar equivalent of sulfuric acid relative to all metal components, and more preferably 0.9 to 1.1 times molar equivalent of sulfuric acid.
このような浸出工程では、浸出液のpHは、0〜2.0とすることができる。このときのpHが大きすぎると、コバルト等の浸出速度が十分でない可能性があり、この一方で、pHが小さすぎると、浸出が急速に進んでニッケルが溶解してしまう他、後工程にてpHを上げる必要がある際はpH調整のためコスト増となる可能性があるからである。 In such a leaching step, the pH of the leaching solution can be 0 to 2.0. If the pH at this time is too high, the leaching rate of cobalt or the like may not be sufficient. On the other hand, if the pH is too low, the leaching will proceed rapidly and the nickel will dissolve, This is because when the pH needs to be raised, there is a possibility that the cost may increase due to pH adjustment.
そして、この浸出工程では、電池粉末を添加した後の浸出液の温度を、60℃〜80℃とする。それにより、ニッケルの浸出率を増大させることなしに、コバルトを有効に溶解させることができる。浸出液の温度を60℃未満とすれば、溶解したコバルトの浸出率が低下し、また、80℃より高くすれば、浸出が急速に進んでニッケルが溶解してしまい、ニッケルを選択的に浸出残渣に分離することができない。それ故に、浸出液の温度は、好ましくは60℃〜80℃とする。 In this leaching step, the temperature of the leaching solution after adding the battery powder is set to 60 ° C to 80 ° C. Thereby, cobalt can be effectively dissolved without increasing the leaching rate of nickel. If the temperature of the leaching solution is less than 60 ° C., the leaching rate of the dissolved cobalt decreases, and if it is higher than 80 ° C., the leaching proceeds rapidly and the nickel is dissolved, and the nickel is selectively leached. Can not be separated. Therefore, the temperature of the leachate is preferably 60 ° C to 80 ° C.
上記のように電池粉末を浸出することにより、浸出終了時における浸出液へのニッケルの浸出率は、50%以下となることが好ましく、さらに20%以下となることが一層好ましい。 By leaching the battery powder as described above, the leaching rate of nickel into the leaching solution at the end of leaching is preferably 50% or less, and more preferably 20% or less.
また浸出工程で、電池粉末を浸出液に添加したときから浸出終了までの浸出時間は0.5時間〜10時間とすることが好ましい。反応時間が短すぎると、溶かしたいコバルトが十分に溶解しない場合がある。一方、浸出時間が長すぎると、ニッケルの浸出率が増加してしまう可能性があるからである。浸出時間のより好ましい範囲は、1時間〜5時間、さらに好ましくは1時間〜3時間である。 In the leaching step, the leaching time from when the battery powder is added to the leaching solution until the end of leaching is preferably 0.5 hours to 10 hours. If the reaction time is too short, cobalt to be dissolved may not be sufficiently dissolved. On the other hand, if the leaching time is too long, the leaching rate of nickel may increase. A more preferable range of the leaching time is 1 hour to 5 hours, more preferably 1 hour to 3 hours.
(ニッケル分離工程)
上記の浸出工程の後、コバルトはほぼ溶解し、ニッケルが固体として残った浸出液に対し、ニッケル分離工程では、固液分離等の公知の方法を行うことにより、浸出残渣と浸出後液に分離することができる。上述したように浸出工程において浸出液では多くのニッケルが固体として残留することから、このニッケル分離工程で得られる浸出残渣にはニッケルが固体で多量に含まれる一方で、浸出後液にはニッケルがほとんど含まれないものとなる。
(Nickel separation process)
After the above leaching step, cobalt is almost dissolved, and the nickel leaching solution is separated into a leaching residue and a leached solution by performing a known method such as solid-liquid separation in the nickel separation step. be able to. As described above, in the leaching process, a large amount of nickel remains as a solid in the leaching solution. Therefore, the leaching residue obtained in this nickel separation step contains a large amount of nickel as a solid, while the leaching solution contains almost no nickel. It will not be included.
(回収工程)
以上に述べたようにして得られた浸出後液から、コバルト等の金属を回収するため、回収工程を行うことができる。
この回収方法では、浸出後液に対し、たとえば、一般的な溶媒抽出または中和等を用いて、そこに溶解している有価金属を含む各金属を分離する。この発明の実施形態では、浸出後液中のニッケルは少量であるか、全く含まれないので、ここでのニッケルの分離・除去に要する処理を簡略化ないし省略することが可能になる。
(Recovery process)
A recovery step can be performed to recover a metal such as cobalt from the post-leaching solution obtained as described above.
In this recovery method, each metal including valuable metals dissolved therein is separated from the leached solution using, for example, general solvent extraction or neutralization. In the embodiment of the present invention, the amount of nickel in the solution after leaching is small or not contained at all, so that the processing required for separation / removal of nickel here can be simplified or omitted.
具体的には、たとえば、はじめに、鉄およびアルミニウムを除去するための中和・分離または溶媒抽出を実施する。次いで、それにより得られる溶液から、溶媒抽出又は酸化により、マンガン、及び、場合によっては残ったアルミニウムを除去し、そして、各金属に応じた抽出剤による溶媒抽出によりコバルトを回収した後、水相にリチウムを残す。溶媒中のコバルトは逆抽出によって水相に移動させて、電解採取によって回収することができる。また、溶媒中に含まれることのあるニッケルも同様に逆抽出および電解採取により回収可能である。リチウムは炭酸化して炭酸リチウムとして回収できる。 Specifically, for example, neutralization / separation or solvent extraction for removing iron and aluminum is first performed. Subsequently, manganese and optionally remaining aluminum are removed from the resulting solution by solvent extraction or oxidation, and cobalt is recovered by solvent extraction with an extractant according to each metal, and then the aqueous phase. Leave lithium in. Cobalt in the solvent can be transferred to the aqueous phase by back extraction and recovered by electrowinning. Similarly, nickel that may be contained in the solvent can be similarly recovered by back extraction and electrowinning. Lithium can be carbonated and recovered as lithium carbonate.
次に、この発明のリチウムイオン電池の処理方法を試験的に実施し、その効果を確認したので、以下に説明する。但し、ここでの説明は、単なる例示を目的とするものであって、それに限定されることを意図するものではない。 Next, the treatment method of the lithium ion battery according to the present invention was experimentally carried out and the effects thereof were confirmed, and will be described below. However, the description here is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting.
(実施例1)
コバルトを主成分とするリチウムイオン電池を、るつぼ炉を使って、大気雰囲気において、550℃で2時間加熱した。室温まで温度が下がった加熱処理済の電池を破砕機で破砕した。破砕物を目開き1mmの篩で篩別し、篩下に粉状のコバルト濃縮物を回収した。コバルト濃縮物の品位を表1に示す。
Example 1
A lithium ion battery containing cobalt as a main component was heated at 550 ° C. for 2 hours in an air atmosphere using a crucible furnace. The heat-treated battery whose temperature was lowered to room temperature was crushed with a crusher. The crushed material was sieved with a sieve having an opening of 1 mm, and a powdery cobalt concentrate was recovered under the sieve. Table 1 shows the quality of the cobalt concentrate.
このコバルト濃縮物を、パルプ濃度100g/L、原料中の全メタルを溶解するのに必要な化学当量の硫酸を添加し、80℃で2時間撹拌した後に、真空ろ過して固液分離した。浸出液の液量および浸出残渣の重量を測定し、浸出液の濃度、浸出残渣の品位を分析し、浸出液と残渣の各成分分配率を算出した。浸出液の濃度を表2に、浸出残渣の品位を表3に、各成分の分配率を表4にそれぞれ示す。 The cobalt concentrate was added with a chemical equivalent of sulfuric acid necessary for dissolving all the metals in the raw material with a pulp concentration of 100 g / L, stirred at 80 ° C. for 2 hours, and then subjected to solid filtration by vacuum filtration. The amount of the leachate and the weight of the leach residue were measured, the concentration of the leach solution and the quality of the leach residue were analyzed, and the distribution ratio of each component of the leach liquor and residue was calculated. The concentration of the leachate is shown in Table 2, the quality of the leach residue is shown in Table 3, and the distribution ratio of each component is shown in Table 4.
表4に示す結果より、コバルトの浸出率は92.1%と比較的高く、しかも、ニッケルの浸出率は22.0%と有効に抑制することができたことが解かる。 From the results shown in Table 4, it can be seen that the leaching rate of cobalt was relatively high at 92.1%, and the leaching rate of nickel was 22.0%, which could be effectively suppressed.
(比較例1)
コバルトを主成分とするリチウムイオン電池を、るつぼ炉を使って、大気雰囲気において、450℃で2時間加熱した。室温まで温度が下がった加熱処理済の電池を破砕機で破砕した。破砕物を目開き1mmの篩で篩別し、篩下に粉状のコバルト濃縮物を回収した。コバルト濃縮物の品位を表5に示す。
(Comparative Example 1)
A lithium ion battery containing cobalt as a main component was heated at 450 ° C. for 2 hours in an air atmosphere using a crucible furnace. The heat-treated battery whose temperature was lowered to room temperature was crushed with a crusher. The crushed material was sieved with a sieve having an opening of 1 mm, and a powdery cobalt concentrate was recovered under the sieve. Table 5 shows the quality of the cobalt concentrate.
このコバルト濃縮物を、パルプ濃度100g/L、原料中の全メタルを溶解するのに必要な化学当量の硫酸を添加し、80℃で2時間撹拌した後に、真空ろ過して固液分離した。浸出液の液量および浸出残渣の重量を測定し、浸出液の濃度、浸出残渣の品位を分析し、浸出液と浸出残渣の各成分分配率を算出した。浸出液の濃度を表6に、浸出残渣の品位を表7に、各成分の分配率を表8に示す。 The cobalt concentrate was added with a chemical equivalent of sulfuric acid necessary for dissolving all the metals in the raw material with a pulp concentration of 100 g / L, stirred at 80 ° C. for 2 hours, and then subjected to solid filtration by vacuum filtration. The amount of the leachate and the weight of the leach residue were measured, the concentration of the leach solution and the quality of the leach residue were analyzed, and the distribution ratio of each component of the leach solution and the leach residue was calculated. Table 6 shows the concentration of the leachate, Table 7 shows the quality of the leaching residue, and Table 8 shows the distribution ratio of each component.
表8に示す結果より、コバルトの浸出率は99.8%と高いが、ニッケルの浸出率は56.6%とあまり抑制することができなかったことが解かる。 From the results shown in Table 8, it can be seen that the leaching rate of cobalt is as high as 99.8%, but the leaching rate of nickel was 56.6% and could not be suppressed so much.
(試験例)
上記の実施例1および比較例1とほぼ同じ条件の下、焼却の加熱温度を400〜650℃、加熱時間を1〜4時間の範囲内でそれぞれ変化させた試験を行った。そして、破砕・篩別後に篩下に回収したコバルト濃縮物を硫酸浸出した時のコバルトとニッケルの浸出率を図4に示し、また、硫酸浸出液中のニッケルとコバルト濃度比=ニッケル濃度÷コバルト濃度(ppm)を図5に示す。
(Test example)
Under substantially the same conditions as in Example 1 and Comparative Example 1, tests were performed in which the incineration heating temperature was changed within the range of 400 to 650 ° C. and the heating time within the range of 1 to 4 hours. Fig. 4 shows the leaching rate of cobalt and nickel when the cobalt concentrate recovered under the sieve after crushing and sieving is leached with sulfuric acid, and the ratio of nickel and cobalt concentration in the sulfuric acid leaching solution = nickel concentration ÷ cobalt concentration (Ppm) is shown in FIG.
図4より、リチウムイオン電池の焼却を500〜650℃で1〜4時間実施することで、破砕・篩別後に篩下に回収したコバルト濃縮物を硫酸浸出した時のコバルト浸出率を92%以上とし、かつニッケル浸出率を60%以下にすることができることが分かる。この時の硫酸浸出液のニッケル/コバルト濃度比は1,900ppm以下になる。
更に、リチウムイオン電池の焼却を550〜650℃で1〜4時間実施することで、破砕・篩別後に篩下に回収したコバルト濃縮物を硫酸浸出した時のコバルト浸出率を92%以上とし、かつニッケル浸出率を44%以下にすることができることが分かる。この時の硫酸浸出液のニッケル/コバルト濃度比は1,500ppm以下になる。
From FIG. 4, the infiltration of the lithium ion battery is carried out at 500 to 650 ° C. for 1 to 4 hours, so that the cobalt leaching rate when the cobalt concentrate recovered under the sieve after crushing and sieving is leached with sulfuric acid is 92% or more. And the nickel leaching rate can be reduced to 60% or less. The nickel / cobalt concentration ratio of the sulfuric acid leachate at this time is 1,900 ppm or less.
Furthermore, by incinerating the lithium ion battery at 550 to 650 ° C. for 1 to 4 hours, the cobalt leaching rate when the cobalt concentrate recovered under the sieve after crushing and sieving is leached with sulfuric acid is 92% or more, It can also be seen that the nickel leaching rate can be 44% or less. At this time, the nickel / cobalt concentration ratio of the sulfuric acid leachate is 1,500 ppm or less.
Claims (3)
リチウムイオン電池を加熱し、リチウムイオン電池の温度を、1時間〜4時間にわたって550℃〜650℃に保持する加熱工程と、加熱工程後に得られる電池粉末を、該電池粉末に含まれる全金属成分を溶解するのに必要な0.9〜1.5倍モル当量の硫酸を含む浸出液に添加し、該浸出液を60℃〜80℃の温度として、前記電池粉末を浸出させる浸出工程とを含む、リチウムイオン電池の処理方法。 A method of treating a lithium ion battery comprising cobalt and nickel comprising:
A heating step of heating a lithium ion battery and maintaining the temperature of the lithium ion battery at 550 ° C. to 650 ° C. for 1 hour to 4 hours, and a battery powder obtained after the heating step, all metal components contained in the battery powder A leaching step of leaching the battery powder at a temperature of 60 ° C to 80 ° C. A method for treating a lithium ion battery.
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