JP6798918B2 - リチウムイオン電池スクラップの処理方法 - 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、破砕・篩別工程の篩下に得られる粉末状の電池粉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、銅、アルミニウム等を溶液中に溶解させる浸出工程を行う。
なお、特開2014−199776号公報には、「リチウムイオン電池用正極材を正極活物質と集電体に分離回収する方法において、正極活物質と集電体の高い分離回収効率を達成すること」を課題とし、「(A)集電体と正極活物質がバインダーにより接着している構成を有するリチウムイオン電池用正極材を準備する工程と、(B)前記正極材に観察視野1mm 2 当たりに複数の凹凸を付与する衝撃力を与える過程を通じて正極材を集電体と正極活物質に分離し、正極材の粉砕物を回収する工程と、(C)工程(B)の後、前記粉砕物を目開きが0.1〜1.0mmの篩で篩別して、篩上側に集電体、篩下側に正極活物質を回収する工程と、(D)篩上に回収した集電体を、誘電率が25〜50である非プロトン性極性溶媒と接触させ、バインダー成分を溶解することにより、集電体上に残存している正極活物質を分離する工程と、を含むリチウムイオン電池用正極材から集電体及び正極活物質を分離回収する方法」が提案されている。また、同公報には、「(A)集電体と正極活物質がバインダーにより接着している構成を有するリチウムイオン電池用正極材を準備する工程と、(G):前記正極材に対して塊状の粉砕媒体を用いて集電体及び正極活物質に分離する工程(G−1)と、篩別により篩上側に集電体を回収し、篩下側に主として正極活物質を回収する工程(G−2)とを同時に行うこと、(D)篩上に回収した集電体を、誘電率が25〜50である非プロトン性極性溶媒と接触させ、バインダー成分を溶解することにより、集電体上に残存している正極活物質を分離する工程と、を含むリチウムイオン電池用正極材から集電体及び正極活物質を分離回収する方法」についても記載されている。
この一方で、篩上にも、ある程度の量の回収対象金属が含まれることが多く、この篩上物からも金属を回収することが、資源の更なる有効利用の観点から望ましい。
この発明の一の実施形態に係るリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、図1に例示するように、リチウムイオン電池スクラップを加熱して焙焼する焙焼工程と、リチウムイオン電池スクラップを破砕する破砕工程と、破砕工程で得られた破砕物を篩別する篩別工程と、篩別工程で篩上に残った篩上物を液体に投入し、該液体中で前記篩上物から金属粉を剥離させ、固液分離により金属粉および分離後液を得る湿式剥離工程とを有する。
この発明で対象とするリチウムイオン電池スクラップは、携帯電話その他の種々の電子機器、自動車等の様々な機械ないし装置で使用され得るリチウムイオン電池の廃棄物等である。より具体的は、たとえば、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もしくは回収されたもの等であり、このようなリチウムイオン電池スクラップを対象とすることにより、資源の有効活用を図ることができる。
焙焼工程では、上記のリチウムイオン電池スクラップに対して焙焼処理を施す。この焙焼工程は、リチウムイオン電池スクラップの温度を上昇させ、内部の電解液を除去して無害化すること、ならびに、一般には、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スクラップに含まれる有価金属を、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。
但し、ここでは、篩上に残留する篩上物から、正極活物質等に含まれる有価金属を回収することを企図するものであるので、篩下の正極活物質の回収率向上を目的とした焙焼工程での過剰な設備投資等は必ずしも必要ではない。
次いで、主として、上述したように焙焼したリチウムイオン電池スクラップ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、破砕工程を行う。それにより、リチウムイオン電池スクラップが破砕されて、破砕物が得られる。
破砕工程の後、適切な目開きの篩を用いて破砕物を篩別する篩別工程を行う。それにより、一般に、篩下には、上記の破砕工程で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、この一方で、篩上には、それよりも大きな粒状のアルミニウム箔や銅箔が残留する。
具体的には、たとえば目開きが1〜4mmの篩、典型的には1〜2mmの篩により篩別を行うことができる。これにより、篩下物中のアルミニウム及び鉄の量を少なくなって、篩下物の処理が良好になる。
篩別工程の篩上物として残留するアルミニウム箔や銅箔には、破砕工程で分離されなかった正極活物質等の有価金属がある程度付着しており、この発明では、このような篩上物から所定の金属を回収するため、篩上物に対して湿式剥離工程の処理を施す。
仮にリチウムイオン電池スクラップが三元系の正極材を有する物である場合、篩上物中には、たとえば、コバルトが10質量%〜50質量%、ニッケルが5質量%〜20質量%、マンガンが0.1質量%〜5質量%、リチウムが0.1質量%〜5質量%、アルミニウムが10質量%〜50質量%、銅が10質量%〜30質量%で含まれることがある。
そしてその後、固液分離を行って金属粉と分離後液とを分離させ、それらをそれぞれ得ることができる。
さらに、湿式処理とすることにより、後述するように、篩上物に含まれることのあるリチウムが液体中に溶解し、リチウムを溶液で回収できるという利点もある。
ここで用いるストレーナーは、金属粉が篩下に、銅箔やアルミニウム箔等が篩上になるような篩目であればよく、例えば、最初の篩別工程の篩と同じ目であってもよいとすることが好適である。
リチウムイオン電池スクラップが三元系の正極材を有する物である場合を例として述べると、この金属粉には、たとえば、コバルトが5質量%〜30質量%、ニッケルが5質量%〜30質量%、マンガンが5質量%〜30質量%、リチウムが1質量%〜15質量%、アルミニウムが1質量%〜30質量%、銅が1質量%〜30質量%で含まれる。
湿式剥離工程での上述したような処理により、液体中に、篩上物に含まれ得るリチウムが溶解したことにより、分離後液はリチウム溶解液となっていることがある。この場合、当該分離後液からリチウムを回収することが好ましい。分離後液のリチウム濃度は、たとえば0.5g/L〜10g/Lである場合がある。
篩下物に対しては一般的な方法により処理を施し、これからコバルト、ニッケル、マンガン等の有価金属を回収することができる。
その一例としては、篩上物を浸出液に添加して浸出し、その浸出後液に対して複数段階の溶媒抽出もしくは中和等を施し、各段階で得られた溶液に対して、逆抽出、電解、炭酸化等を行うことができる。
金属粉の品位を表1に、濾液中の各物質の濃度を表2にそれぞれ示す。
Claims (5)
- リチウムイオン電池スクラップを処理する方法であって、リチウムイオン電池スクラップに対して焙焼処理を施し、前記リチウムイオン電池スクラップに含まれるバインダーを分解する焙焼工程と、前記焙焼工程で焙焼したリチウムイオン電池スクラップを破砕する破砕工程と、破砕工程で得られた破砕物を篩別する篩別工程と、篩別工程で篩上に残った篩上物に対し、水又は酸性水溶液である液体を用いて、前記篩上物から金属粉を剥離させて分離させ、金属粉および分離後液を得る湿式剥離工程と、湿式剥離工程で得られる分離後液からリチウムを回収するリチウム回収工程とを有する、リチウムイオン電池スクラップの処理方法。
- 湿式剥離工程で得られる分離後液のpHを、7〜10とする、請求項1に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。
- 前記湿式剥離工程で、前記篩上物を前記液体に投入し、該液体中で前記篩上物から金属粉を剥離させて分離させる、請求項1又は2に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。
- 湿式剥離工程で得られる金属粉から、コバルト、ニッケルおよびマンガンからなる群から選択される少なくとも一種の金属を回収する、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スクラップの処理方法。
- 湿式剥離工程で、篩上物から金属粉を剥離させた後、金属粉と分離後液とを分離させる前に、ストレーナーにより分離された篩上物から銅および/またはアルミニウムを含む金属を回収する、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スクラップの処理方法。
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