JP6708468B2 - リチウムイオン電池の処理方法 - Google Patents
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Description
かかる状況の下では、大量に廃棄されるリチウムイオン電池スクラップから、上記のニッケルおよびコバルト等の有価金属を、再利用するべく比較的低コストで容易に回収することが望まれる。
次いで、前工程により得られる粉末状の正極材を酸浸出し、そこに含まれ得るリチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、アルミニウム等を溶液中に溶解させて、浸出後液を得る浸出工程を行う。
その結果として、回収工程でアルミニウムの分離・除去のための工数が必要となり、それによるコストが嵩むという問題があった。
そのため、焼却炉内でリチウムイオン電池を加熱する際に、その筐体に火炎を直接当てないようにすることで、筐体を破裂させることなく、または、筺体、アルミ箔、銅箔の酸化・脆化を抑制し、リチウムイオン電池を有効に加熱できると考えた。
この発明の処理方法は、焼却炉内でのリチウムイオン電池の温度上昇を、大気雰囲気下で行うことが可能である。
この充填材は粉体とすることができ、なかでも、アルミナの粉体とすることが好ましい。
前記電池保護コンテナの外面の火炎を当てる箇所には、断熱材を設けることが好ましい。
この発明の一の実施形態のリチウムイオン電池の処理方法では、アルミニウムを含む筐体によって包み込まれたリチウムイオン電池を対象とし、火炎により焼却対象物を焼却処理する焼却炉を用いて、上記のリチウムイオン電池の筐体に火炎が直接的に当たることを防ぎながら、リチウムイオン電池を加熱する。
この発明で対象とするリチウムイオン電池は、携帯電話その他の種々の電子機器等で使用されるリチウムイオン電池であればどのようなものでもかまわないが、その周囲を包み込む筐体として、アルミニウムを含む筐体を有するものとする。なかでも、電池製品の寿命や製造不良またはその他の理由によって廃棄された、いわゆるリチウムイオン電池スクラップを対象とすることが、資源の有効活用の観点から好ましい。
なお、リチウムイオン電池は、上記の筺体内に、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、正極活物質が有機バインダー等によって塗布されて固着されたアルミニウム箔(正極基材)を含むものとすることができる。またその他に、リチウムイオン電池には、銅、鉄等が含まれる場合がある。
また、リチウムイオン電池には一般に、筺体内に電解液が含まれる。電解液としては、たとえば、エチレンカルボナート、ジエチルカルボナート等が使用されることがある。
この加熱工程では、火炎により焼却対象物を焼却処理する通常の焼却炉を用いることが、特殊な設備を用いる場合に比して設備コストの増大を抑えることができる点で有利である。
但し、このような焼却炉内で、上述したような筐体を有するリチウムイオン電池の筐体に火炎を直接的に当てて、リチウムイオン電池を加熱すると、筺体およびアルミ箔、銅箔が酸化・脆化する。この場合、加熱工程後にリチウムイオン電池を破砕する際に、脆化した筺体、箔もまた細かく粉砕されやすくなるので、篩下に回収される粉末状の正極材に、筺体等に含まれるアルミニウムが多く混入する。それにより、後にアルミニウムを回収する作業及びコストが増大する。
これに対処するため、この発明では、リチウムイオン電池に火炎が直接的に当たることを防ぎながら、リチウムイオン電池を加熱する。たとえば、火炎の周囲から、リチウムイオン電池を一定距離で遠ざけて配置することができる。
この場合、電池保護コンテナ1が、その内部に配置されたリチウムイオン電池10の筺体に、火炎が当たることを防ぎつつ、火炎による熱を、所期した温度でリチウムイオン電池に伝達するべく機能するので、リチウムイオン電池の筐体の急激な温度上昇を防止するとともに、筺体、箔の酸化をも防止して、リチウムイオン電池を有効に焙焼することができる。その結果として、加熱工程の終了まで、筐体でリチウムイオン電池の周囲が包み込まれた状態が維持されて、破砕・篩別時に筐体、箔の細粒化を防止して、篩上にこれらを取り除くことを容易かつ確実に行うことができる。
充填材4を粉体とする場合、特にアルミナの粉体とすることが好適である。これは、熱に対して安定であり、粉体であるため空気を遮断する効果があり、加熱処理後に破砕・篩別等により回収した正極材を含む有価金属を酸浸出する際には、浸出液に不純物として溶解することがないからである。
熱伝導性及び酸化防止の観点から、図1に示すように、リチウムイオン電池10はその全体を、充填材4内に埋設して配置することが好ましい。
上記の加熱工程の後、所要に応じて破砕及び篩別することにより、アルミニウムが十分に除去された粒状ないし粉状等の正極材を含む篩別物を得ることができる。
その後、この粒状ないし粉状の正極材を含む篩別物を、硫酸等の酸性溶液に添加して浸出させて得た浸出後液から、浸出後液中に溶解しているニッケル、コバルト、マンガン等を回収する。具体的には、たとえば、溶媒抽出又は中和により、はじめにマンガンを分離させて回収し、次いでコバルトを、その後にニッケルを順次に分離させて回収し、最後に水相にリチウムを残す。
大気雰囲気において、るつぼ炉でAl筐体のリチウムイオン電池を加熱した。るつぼ炉の電気ヒーター線からの熱が直接リチウムイオン電池に当たらないようアルミナ製るつぼの中にリチウムイオン電池を入れて加熱した。更に試料温度が急激な上昇をすることのないようヒーターの出力を調整し、550℃まで加熱した。図2に試料温度の履歴をグラフで示す。加熱後のリチウムイオン電池は、Al筐体の膨張は見られたが、筐体が破裂等することなく原型が維持されていた。加熱処理後のリチウムイオン電池を破砕機にて破砕後、篩別して目開き1mmの篩で篩別し、篩下に正極材等を回収した。篩別物(<1mm)の品位は、Coが37%、Alが4.5%、Cuが0.7%であり、Co回収率は98%であった。篩別物の分析値と回収率を表1に示す。
大気雰囲気において、るつぼ炉でAl筐体のリチウムイオン電池を加熱した。るつぼ炉の電気ヒーター線からの熱が直接リチウムイオン電池に当たらないようアルミナ製るつぼの中にリチウムイオン電池を入れ、リチウムイオン電池をアルミナ粉で被覆した。ヒーターの最大出力で加熱し、550℃まで加熱した。図3に試料温度の履歴をグラフで示す。加熱後のリチウムイオン電池は、Al筐体の膨張は見られたが、筐体が破裂等することなく形を維持していた。加熱処理後のリチウムイオン電池を破砕機にて破砕後、篩別して目開き1mmの篩で篩別し、篩下に正極材等を回収した。篩別物(<1mm)の品位はCo38%、Al1.8%、Cu0.4%で、Co回収率は85%であった。篩別物の分析値と回収率を表2に示す。
大気雰囲気において、鉄材で作成したボートにAl筐体のリチウムイオン電池を入れて、定置型焼却炉にて加熱した。定置型焼却炉の重油バーナーからの火炎および熱が直接リチウムイオン電池に当たらないように、ボートの中にリチウムイオン電池を入れ、リチウムイン電池をアルミナ粉で被覆した。図4に試料温度の履歴をグラフで示す。加熱後のリチウムイオン電池は、Al筐体の膨張は見られたが、ほとんどの筐体が破裂することなく形を維持していた。加熱処理後のリチウムイオン電池を破砕機にて破砕後、篩別して目開き1mmの篩で篩別し、篩下に正極材等を回収した。篩別物(<1mm)の品位はCo36%、Al3.6%、Cu1.0%で、Co回収率は92%であった。篩別物の分析値と回収率を表3に示す。
大気雰囲気において、るつぼ炉でAl筐体のリチウムイオン電池を加熱した。電気炉の加熱能力のフルパワーで加熱し、その後更に550℃まで加熱した。図5に試料温度の履歴をグラフで示す。試料温度は急激に上昇した。加熱後のリチウムイオン電池は、全体的に破損している状態で、一部は内部のアルミニウム箔が見えている状態であった。加熱処理後のリチウムイオン電池を破砕機にて破砕後、篩別して目開き1mmの篩で篩別し、篩下に正極材等を回収した。篩別物(<1mm)の品位は、Co31%、Al7.0%、Cu1.3%で、Co回収率は71%であった。篩別物の分析値と回収率を表4に示す。
大気雰囲気において、鉄材で作成したボートにAl筐体のリチウムイオン電池を入れて、定置型焼却炉にて加熱した。ボートの中に覆いをせずにリチウムイオン電池を入れたところ、定置型焼却炉での加熱に際し、重油バーナーの火炎がリチウムイオン電池に当たっていた。図6に試料温度の履歴をグラフで示す。定置型焼却炉の重油バーナーの火炎が直接当たったことにより、試料温度は急激に上昇した。加熱後のリチウムイオン電池は、全体的に破損またはAlが溶融している状態であった。加熱処理後のリチウムイオン電池を破砕機にて破砕後、篩別して目開き1mmの篩で篩別し、篩下に正極材等を回収した。篩別物(<1mm)の品位はCo23%、Al4.3%、Cu3.9%で、Co回収率は37%であった。篩別物の分析値と回収率を表5に示す。
2 ガス抜き孔
3 底
4 充填材
10 リチウムイオン電池
Claims (10)
- アルミニウムを含む筐体で包み込まれたリチウムイオン電池を加熱して処理する方法であって、
火炎により焼却対象物を焼却処理する焼却炉を用いて、前記リチウムイオン電池の筐体に火炎が直接的に当たることを防ぎながら、該リチウムイオン電池を加熱するに当り、
前記焼却炉内で、前記リチウムイオン電池を、該リチウムイオン電池の筐体に火炎が直接的に当たることを防ぐ電池保護コンテナ内に配置し、前記電池保護コンテナの外面に火炎を当てることで、該リチウムイオン電池を加熱する、リチウムイオン電池の処理方法。 - 前記電池保護コンテナが、ステンレス鋼または炭素鋼のいずれかの材質からなる、請求項1に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- 前記焼却炉内でのリチウムイオン電池の温度上昇を、大気雰囲気下で行う、請求項1又は2に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- 前記電池保護コンテナが、リチウムイオン電池の筐体内から流出したガスを電池保護コンテナの外側へと排出させるガス抜き孔を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- 前記電池保護コンテナ内に、前記リチウムイオン電池とともに充填材を配置する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- 前記充填材を粉体とする、請求項5に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- 前記粉体をアルミナとする、請求項6に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- 前記電池保護コンテナ内で、リチウムイオン電池の全体を、前記充填材内に埋設して配置する、請求項5〜7のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- 前記電池保護コンテナの外面の火炎を当てる箇所に、断熱材を設ける、請求項1〜8のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
- 前記リチウムイオン電池の加熱の終了後、リチウムイオン電池の前記筐体で包み込まれた性状が維持される、請求項1〜9のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池の処理方法。
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