JP7120578B2 - Method for recycling lithium-ion batteries - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン電池の処理方法およびニッケル金属水素化物電池用金属材料または水素貯蔵用金属材料に関する。 The present invention relates to a lithium ion battery treatment method and a metallic material for a nickel metal hydride battery or a metallic material for hydrogen storage.

資源の有効利用のために、使用済みのニッケル・水素二次電池から、ニッケル、コバルト等の有価元素を回収する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。特許文献1の方法によれば、物理的分別処理、酸化処理、および還元・溶融処理を行うことで、金属が回収される。 For effective use of resources, a method has been proposed for recovering valuable elements such as nickel and cobalt from used nickel-hydrogen secondary batteries (eg, Patent Document 1). According to the method of Patent Document 1, metals are recovered by performing physical separation treatment, oxidation treatment, and reduction/melting treatment.

リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池についても、電極から有価物を回収する方法が提案されている(例えば、特許文献2)。特許文献2に記載の方法では、中間膜を介して集電部材上に設けられた活物質層を備えた電極を用い、集電部材の表面から中間膜を離れさせることで、電極から有価物を回収している。 A method for recovering valuables from electrodes has also been proposed for non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries (for example, Patent Document 2). In the method described in Patent Document 2, an electrode provided with an active material layer provided on a current collecting member via an intermediate film is used, and by separating the intermediate film from the surface of the current collecting member, the valuable substance is removed from the electrode. are collected.

使用済みの非水電解質二次電池は、解体処理して廃棄される場合もある。特許文献3には、電池の解体前に、残存電力の一部または全部を放電させることが提案されている。特許文献3に記載の方法では、電池における正極-負極間の電圧を、負極電位が該負極に含まれる集電体および/または該負極と電気的に接続している金属部の溶出電位より卑な電位となるように制御している。 A used non-aqueous electrolyte secondary battery may be dismantled and discarded. Patent Document 3 proposes discharging part or all of the remaining power before dismantling the battery. In the method described in Patent Document 3, the voltage between the positive electrode and the negative electrode in the battery is set such that the negative electrode potential is lower than the elution potential of the current collector contained in the negative electrode and/or the metal part electrically connected to the negative electrode. The potential is controlled to be

特開2000-067935号公報JP-A-2000-067935 特開2010-108716号公報JP 2010-108716 A 特開2013-101830号公報JP 2013-101830 A

近年、自動車用の使用済みリチウムイオン電池は、発生量の急激な増大が見込まれている。リチウムイオン電池を再資源化処理するにあたって、環境負荷や処理エネルギーの低減が求められている。自動車用の使用済みリチウムイオン電池は、質量当たりの有価な素材(例えばコバルト等)の含有量が、モバイル用等の他のリチウムイオン電池より少ない。自動車用の使用済みリチウムイオン電池から有価な素材を回収するには、煩雑で高価な分離精製処理が必要とされている。このため、分離精製処理費用は高額となり経済的に困難なため焼却、スラグ化され路盤材などへ利用され、有価な資源が活用されない課題がある。 In recent years, the amount of used lithium-ion batteries for automobiles is expected to increase rapidly. In recycling lithium ion batteries, reduction of environmental load and processing energy is required. Used lithium-ion batteries for automobiles contain less valuable materials (such as cobalt) per unit mass than other lithium-ion batteries for mobile use. Complicated and expensive separation and purification processes are required to recover valuable materials from used lithium-ion batteries for automobiles. For this reason, the separation and refinement costs are high and it is economically difficult, so there is a problem that valuable resources are not utilized because they are incinerated, turned into slag and used as a roadbed material.

そこで本発明は、リチウムイオン電池から、有価物を効率よく簡便に回収できる処理方法、および回収された有価物を含む良質なニッケル金属水素化物電池用金属材料または水素貯蔵用金属材料を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a processing method for efficiently and simply recovering valuables from lithium ion batteries, and a high-quality metal material for nickel metal hydride batteries or a metal material for hydrogen storage containing the recovered valuables. With the goal.

本発明に係るリチウムイオン電池の処理方法は、Alを含む集電体と、Niおよび/またはCoを含むリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として含む正極活物質層とを備える正極、Cuを含む集電体と負極活物質層とを備える負極、および電解質が電池ケースに収容されたリチウムイオン電池の処理方法であって、前記Cuの溶出量が、正極の質量に対し0.02質量%以下となるように、前記リチウムイオン電池を放電させる工程と、前記放電に続いて、前記リチウムイオン電池を解体して前記正極を回収する工程と、前記回収された正極から前記Niおよび/またはCoを含有する金属材料を得る工程とを備えることを特徴とする。 A method for treating a lithium ion battery according to the present invention includes a positive electrode comprising a current collector containing Al and a positive electrode active material layer containing a lithium transition metal composite oxide containing Ni and/or Co as a positive electrode active material; A method for treating a lithium ion battery in which a negative electrode comprising a current collector and a negative electrode active material layer containing Discharging the lithium ion battery, following the discharging, dismantling the lithium ion battery to recover the positive electrode, and removing the Ni and/or Co from the recovered positive electrode so as to and obtaining a metal material containing

本発明に係るニッケル金属水素化物電池用金属材料または水素貯蔵用金属材料は、Niおよび/またはCo、ならびにCuを含有し、Cuの含有量が0.05質量%以下であることを特徴とする。 A metal material for a nickel metal hydride battery or a metal material for hydrogen storage according to the present invention contains Ni and/or Co and Cu, and the Cu content is 0.05% by mass or less. .

本発明によれば、有価物としてのNiおよび/またはCoを正極に含むリチウムイオン電池を、放電させ、解体し正極を回収し、回収された正極から金属材料を得るという工程にしたがって処理するので、リチウムイオン電池から、効率よく簡便に有価物を回収することができる。 According to the present invention, a lithium ion battery containing Ni and/or Co as valuable materials in its positive electrode is discharged, dismantled, the positive electrode is recovered, and the metal material is obtained from the recovered positive electrode. , valuables can be efficiently and simply recovered from lithium-ion batteries.

リチウムイオン電池を解体して回収された正極からNiおよび/またはCoを含有するニッケル金属水素化物電池用金属材料または水素貯蔵用金属材料が得られる。放電の際のCuの溶出量を、正極の質量に対して0.02質量%以下とすることにより、Cu含有量が0.05質量%以下の良質なニッケル金属水素化物電池用金属材料または水素貯蔵用金属材料が得られる。 A metal material for a nickel metal hydride battery or a metal material for hydrogen storage containing Ni and/or Co is obtained from the positive electrode recovered by disassembling the lithium ion battery. By setting the elution amount of Cu during discharge to 0.02% by mass or less with respect to the mass of the positive electrode, a good quality nickel metal hydride battery metal material or hydrogen with a Cu content of 0.05% by mass or less can be obtained. A storage metal material is obtained.

本実施形態の方法で処理されるリチウムイオン電池の斜視図である。1 is a perspective view of a lithium-ion battery treated by the method of the present embodiment; FIG. 本実施形態に係る処理方法を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows the processing method concerning this embodiment. 正極中のCu含有量をプロットしたグラフ(1)である。It is a graph (1) plotting the Cu content in the positive electrode. 正極中のCu含有量をプロットしたグラフ(2)である。It is the graph (2) which plotted Cu content in a positive electrode. 放電後のリチウムイオン電池の残容量を示すグラフである。4 is a graph showing remaining capacity of a lithium-ion battery after discharging. 電池ケース内を洗浄後の回収液中のP濃度を示すグラフ(1)である。7 is a graph (1) showing the P concentration in the recovered liquid after cleaning the inside of the battery case. 電池ケース内を洗浄後の回収液中のP濃度を示すグラフ(2)である。Fig. 2 is a graph (2) showing the concentration of P in the recovered liquid after washing the inside of the battery case;

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

1.全体構成
図1は、本実施形態において処理されるリチウムイオン電池(以下、LiBとも称する)の斜視図である。LiB10は、電池ケース12内に電解液とともに収容された電極体(図示せず)を備える。電池ケース12はアルミニウム合金製であり、ケース本体14および蓋体16を含む。ケース本体14と蓋体16とは、レーザー溶接されている。蓋体16には、安全弁18、正極端子20および負極端子22が設けられている。
1. Overall Configuration FIG. 1 is a perspective view of a lithium ion battery (hereinafter also referred to as LiB) processed in this embodiment. The LiB 10 includes an electrode body (not shown) housed in the battery case 12 together with an electrolyte. Battery case 12 is made of an aluminum alloy and includes case body 14 and lid 16 . The case main body 14 and the lid body 16 are laser welded. A safety valve 18 , a positive electrode terminal 20 and a negative electrode terminal 22 are provided on the lid body 16 .

電極体は、セパレータを介して捲回された正極と負極とを含む。正極は、正極集電体および正極活物質層を有する。本実施形態においては、正極集電体はAl箔であり、正極における正極集電体の質量比は、5~25質量%である。正極活物質層は、正極活物質、導電材、およびバインダーを含む。正極活物質層における導電材、バインダーの質量比は、それぞれ正極の0~30質量%、0~20質量%である。本実施形態においては、正極活物質は、Ni,Co等の遷移金属を含むリチウム遷移金属複合酸化物であり、例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物である。 The electrode assembly includes a positive electrode and a negative electrode wound with a separator interposed therebetween. The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer. In this embodiment, the positive electrode current collector is an Al foil, and the mass ratio of the positive electrode current collector in the positive electrode is 5 to 25% by mass. The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material, a conductive material, and a binder. The mass ratios of the conductive material and the binder in the positive electrode active material layer are 0 to 30 mass % and 0 to 20 mass %, respectively, of the positive electrode. In this embodiment, the positive electrode active material is a lithium-transition metal composite oxide containing transition metals such as Ni and Co, such as a lithium-nickel-cobalt-manganese composite oxide.

負極は、負極集電体および負極活物質層を有する。本実施形態においては、負極集電体はCu箔であり、負極活物質は黒鉛である。セパレータとしては、一般的には、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等の樹脂製の多孔質膜または不織布が用いられる。 The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer. In this embodiment, the negative electrode current collector is Cu foil, and the negative electrode active material is graphite. As the separator, a porous membrane or non-woven fabric made of resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) is generally used.

正極活物質としては、Niおよび/またはCoを含有する任意のリチウム複合酸化物を用いることができる。例えば、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムニッケルマンガン複合酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物等から選択することができる。 Any lithium composite oxide containing Ni and/or Co can be used as the positive electrode active material. For example, it can be selected from lithium-nickel composite oxide, lithium-cobalt composite oxide, lithium-nickel-cobalt composite oxide, lithium-nickel-manganese composite oxide, lithium-nickel-cobalt-aluminum composite oxide, and the like.

電解液は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解可能なリチウム塩(電解質)とを含む非水電解液である。本実施形態で処理されるLiB10においては、非水溶媒としてカーボネート類が用いられ、電解質としてLiPF6が用いられている。カーボネート類は、ジメチルカーボネート(DMC)を含む混合物である。電解質としては、LiBF4、LiTFSA(リチウムトリフルオロメタンスルホニルアミド)、またはLiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタン)スルホンイミド)等を用いることができる。 The electrolytic solution is a non-aqueous electrolytic solution containing a non-aqueous solvent and a lithium salt (electrolyte) soluble in this non-aqueous solvent. In the LiB 10 processed in this embodiment, carbonates are used as the non-aqueous solvent and LiPF 6 is used as the electrolyte. Carbonates are mixtures containing dimethyl carbonate (DMC). LiBF 4 , LiTFSA (lithium trifluoromethanesulfonylamide), LiTFSI (lithium bis(trifluoromethane)sulfonimide), or the like can be used as the electrolyte.

本実施形態の方法では、図2のフローチャートに示すように、ステップSP1、ステップSP2、ステップSP3、およびステップSP4にしたがってLiB10を処理して、Niおよび/またはCoを含む金属材料を得る。ステップSP1においては、LiB10を放電させる。次いで、ステップSP2においては、電池ケース内の洗浄を行う。ステップSP3においては、LiBを解体して正極を回収する。最後に、ステップSP4において回収された正極を、還元反応としてのテルミット反応に供して、Niおよび/またはCoを含む金属材料を得る。本実施形態においては、使用済みLiBを例に挙げて説明するが、本実施形態の方法で処理される電池は、使用済みのものに限定されない。製造後に不良が確認された未使用のリチウムイオン電池等も、本実施形態の方法により処理することができる。各工程について、それぞれ詳細に説明する。 In the method of the present embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 2, LiB10 is processed according to steps SP1, SP2, SP3, and SP4 to obtain a metallic material containing Ni and/or Co. In step SP1, the LiB 10 is discharged. Next, in step SP2, the inside of the battery case is cleaned. In step SP3, LiB is dismantled and the positive electrode is recovered. Finally, the positive electrode recovered in step SP4 is subjected to a thermite reaction as a reduction reaction to obtain a metal material containing Ni and/or Co. In the present embodiment, used LiB will be described as an example, but batteries treated by the method of the present embodiment are not limited to used ones. An unused lithium-ion battery or the like whose defect has been confirmed after manufacturing can also be processed by the method of the present embodiment. Each step will be described in detail.

[放電]
ステップSP1について説明する。LiBを処理する際、電荷が残留しているLiBを解体すると、短絡が生じて発火の原因となるおそれがある。そこで、解体に先立って、使用済みLiBを放電させて残留電荷を低減する。残留電荷は、可能な限り小さいことが望ましい。しかしながら、使用済みLiBを過放電させた場合には、電解液中に負極集電体からCuが溶出して正極を汚染する。LiBが過放電状態になると、正極電位が低下し、負極電位が上昇して、LiBの電圧が0Vに近づき、正負極間の等電位化が発生する。負極の電位がCuの溶出限界電位に達すると、電気化学的に負極集電体からCuが溶出する。
[Discharge]
Step SP1 will be explained. When processing LiB, dismantling LiB with residual charge may cause a short circuit and cause ignition. Therefore, prior to dismantling, the used LiB is discharged to reduce the residual charge. It is desirable that the residual charge be as small as possible. However, when the used LiB is over-discharged, Cu is eluted from the negative electrode current collector into the electrolyte, contaminating the positive electrode. When LiB is overdischarged, the potential of the positive electrode decreases, the potential of the negative electrode increases, the voltage of LiB approaches 0 V, and equipotentials between the positive and negative electrodes occur. When the potential of the negative electrode reaches the elution limit potential of Cu, Cu is electrochemically eluted from the negative electrode current collector.

本実施形態においては、負極集電体から電解液中に溶出するCuの溶出量が、正極の質量に対して0.02質量%以下となるように放電を行う。Cuの溶出量は、放電条件、具体的には保持電圧および保持時間を適切に設定することで、正極の質量に対して0.02質量%以下とすることができる。Cuの溶出量が、正極の質量に対して0.02質量%以下であれば、Cuの影響は小さいので正極の汚染は無視できる。すなわち、後の工程で、テルミット反応により正極から得られる金属材料中のCu含有量を0.17質量%以下とすることができる。特に、正極における正極集電体、導電材、バインダーの質量比に応じてCuの溶出量を調整することにより、金属材料中のCu含有量を0.05質量%以下とすることができる。Cu含有量が0.05質量%以下の金属材料は、ニッケル金属水素化物電池用金属材料、水素貯蔵用金属材料として適用することができる。金属材料中のCu含有量が0.05質量%より大きいと、ニッケル金属水素化物電池の電極材料に用いた場合、Cuの溶出により短絡が生じるおそれがある。 In this embodiment, discharge is performed so that the amount of Cu eluted from the negative electrode current collector into the electrolytic solution is 0.02% by mass or less with respect to the mass of the positive electrode. The Cu elution amount can be set to 0.02% by mass or less with respect to the mass of the positive electrode by appropriately setting the discharge conditions, specifically the holding voltage and holding time. If the eluted amount of Cu is 0.02% by mass or less with respect to the mass of the positive electrode, the effect of Cu is small, and contamination of the positive electrode can be ignored. That is, the Cu content in the metal material obtained from the positive electrode by the thermite reaction in the subsequent steps can be made 0.17% by mass or less. In particular, the Cu content in the metal material can be reduced to 0.05% by mass or less by adjusting the amount of Cu eluted according to the mass ratio of the positive electrode current collector, the conductive material, and the binder in the positive electrode. A metal material having a Cu content of 0.05% by mass or less can be applied as a metal material for a nickel metal hydride battery and a metal material for hydrogen storage. If the Cu content in the metal material is more than 0.05% by mass, when the metal material is used as an electrode material for a nickel metal hydride battery, Cu elution may cause a short circuit.

回収された電池パック(48セル仕様)を用いて、強制放電方法について検証した。電池パックは、EH5(本田技研工業(株)製)である。放電試験に使用した機器は、東洋システム(株)製高圧BATTERY放電器TYS-91GE002である。本装置は、電池パックの放電に特化した装置である。具体的には、本装置は、40Ωの固定抵抗(電圧100V以上)を用いて、充電されたエネルギーを熱として排出する。 The forced discharge method was verified using the collected battery pack (48-cell specification). The battery pack is EH5 (manufactured by Honda Motor Co., Ltd.). The device used for the discharge test is a high-voltage BATTERY discharger TYS-91GE002 manufactured by Toyo System Co., Ltd. This device is specialized for discharging battery packs. Specifically, this device uses a fixed resistance of 40Ω (voltage of 100V or higher) to discharge the charged energy as heat.

放電開始前の電池パックの電圧は、単セル換算で3.6Vであった。リチウムイオン電池の放電終止電圧は、通常2.7V程度とされていることから、放電終了電圧が2.7V/セルとなるように放電終了電圧を129.6Vとして、強制放電試験を実施した。強制放電後、電池パックを個々の電池セル単位に分解し、1.0V、0.6V、0Vまで1Cの条件でCC放電(定電流放電)を行った。その後60秒休止後に、CV放電(定電圧放電)の保持時間を変化させて放電条件を検証した。 The voltage of the battery pack before the start of discharge was 3.6 V in terms of a single cell. Since the end-of-discharge voltage of a lithium-ion battery is usually about 2.7 V, the forced discharge test was conducted with the end-of-discharge voltage set to 129.6 V so that the end-of-discharge voltage was 2.7 V/cell. After forced discharge, the battery pack was disassembled into individual battery cell units, and CC discharge (constant current discharge) was performed at 1.0 V, 0.6 V, and 0 V under the condition of 1C. After resting for 60 seconds, the discharge conditions were verified by changing the holding time of CV discharge (constant voltage discharge).

Cuの溶出量を測定するために、まず、放電後の電池セルを分解して、電極体を取り出した。正極を含む捲回体を巻き開いて正極を取り出し、得られた正極を洗浄した。洗浄後の正極の5箇所を打ち抜いて、それぞれ16mmφのサンプルを得た。サンプルは、正極が捲回されていた際の異なる箇所、具体的には、最外部、最内部、および中間部から打ち抜いた。得られたサンプルには、正極集電体と正極活物質層とが含まれている。このサンプルを秤取し、硫酸、塩酸、硝酸および過塩素酸で加熱分解したのち、希硝酸および過酸化水素水で処理して定容とした。この定容液をサーモフィッシャーサイエンティフィック製(ELEMENT XR)ICP質量分析装置より分析して、サンプルの質量当たりのCu量を求めた。 In order to measure the Cu elution amount, first, the discharged battery cell was disassembled and the electrode assembly was taken out. The wound body containing the positive electrode was unwound, the positive electrode was taken out, and the obtained positive electrode was washed. After the positive electrode was washed, five points were punched out to obtain samples of 16 mm in diameter. Samples were punched out from different locations when the positive electrode was wound, specifically from the outermost, innermost, and middle portions. The resulting sample contains a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer. This sample was weighed, thermally decomposed with sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid and perchloric acid, and then treated with dilute nitric acid and hydrogen peroxide water to a constant volume. This constant volume solution was analyzed by an ICP mass spectrometer manufactured by Thermo Fisher Scientific (ELEMENT XR) to determine the amount of Cu per mass of the sample.

正極中に含まれているCuは、負極集電体から溶出して正極に移動したものである。サンプルを分析して得られた結果を、図3に示す。図3のプロット中の「×」は、放電後24時間放置し取り出した正極中のCu量である。残りのプロットは、放電直後に取り出した正極中のCu量である。 Cu contained in the positive electrode was eluted from the negative electrode current collector and migrated to the positive electrode. The results obtained by analyzing the samples are shown in FIG. "x" in the plot of FIG. 3 indicates the amount of Cu in the positive electrode that was taken out after being left for 24 hours after discharge. The remaining plots are the amount of Cu in the positive electrode taken out immediately after discharge.

電圧を0.6V、1.0Vとした場合、保持時間に関わらず正極中のCu量は6.4~6.8μg/gと大きな差は見られなかった。また、0Vで360秒保持して放電し、24時間放置した後の正極についても、7.4μg/gと大きな変化は見られなかった。この結果より、放電後直ちに正極を取り出さなくても、Cu量は増加しないことが確かめられた。0Vの場合には、保持時間とともにCu量が増加し、360秒で8.5μg/gであった。 When the voltage was set to 0.6 V and 1.0 V, the amount of Cu in the positive electrode was 6.4 to 6.8 μg/g, and no large difference was observed regardless of the holding time. Also, the positive electrode after being held at 0 V for 360 seconds and discharged for 24 hours was 7.4 μg/g, showing no significant change. From this result, it was confirmed that the amount of Cu does not increase even if the positive electrode is not taken out immediately after discharge. In the case of 0 V, the amount of Cu increased with the holding time and was 8.5 µg/g at 360 seconds.

保持電圧を0Vとし、保持時間を延長した際のCu量を図4に示す。保持時間が360秒のとき、Cu量は8.5μg/gである(図3参照)。保持時間が3600秒(1時間)の場合には、Cu量は大幅に増加して2500μg/gである。保持時間が86400秒(24時間)になると、Cu量は3133μg/gまで増加している。放電後の正極に含まれるCu量は、200μg/g(0.02質量%)以下であれば許容される。200μg/g以下のCu量を達成するには、放電時間は3600秒未満とすることが望まれる。放電時間は、2000秒以下が好ましく、1000秒以下がより好ましく、360秒以下が最も好ましい。 FIG. 4 shows the amount of Cu when the holding voltage is set to 0 V and the holding time is extended. When the holding time is 360 seconds, the amount of Cu is 8.5 μg/g (see FIG. 3). When the holding time is 3600 seconds (1 hour), the amount of Cu significantly increases to 2500 μg/g. When the holding time is 86400 seconds (24 hours), the amount of Cu increases to 3133 μg/g. The amount of Cu contained in the positive electrode after discharge is allowed as long as it is 200 μg/g (0.02% by mass) or less. To achieve a Cu content of 200 μg/g or less, the discharge time is desired to be less than 3600 seconds. The discharge time is preferably 2000 seconds or less, more preferably 1000 seconds or less, and most preferably 360 seconds or less.

本実施形態の処理方法においては、テルミット反応により正極から金属材料を得るので、正極中に含まれるCuの量が金属材料に含まれるCuの量に反映される。テルミット反応前の正極中に含まれるCuの含有量を0.02質量%以下とすることにより、テルミット反応後に得られる金属材料中のCu含有量を0.17質量%以下とすることができる。具体的には、テルミット反応前の正極中に0.02質量%のCuが含有され、リチウム複合酸化物の組成がLiNiO2であり、正極における集電体の質量割合が30質量%(最大割合)、正極における導電材の質量割合が30質量%(最大割合)、バインダーの質量割合が20質量%(最大割合)の場合、金属材料中のCu含有量は、約0.17質量%と算出される。本実施形態においては、正極における集電体の質量割合が20質量%、正極における導電材の質量割合が5質量%、バインダーの質量割合が5質量%である。この場合、リチウム複合酸化物の組成がLiNiO2であって、テルミット反応前の正極中に0.02質量%のCuが含有されていると、金属材料中のCu含有量は、約0.05質量%と算出される。金属材料中のCu含有量を0.05質量%以下とすることにより、使用済みリチウムイオン電池の正極から回収された金属材料を、ニッケル金属水素化物電池の電極材料として再利用することが可能である。回収された金属材料は、水素貯蔵用金属として再利用することもできる。 In the treatment method of the present embodiment, the metallic material is obtained from the positive electrode by the thermite reaction, so the amount of Cu contained in the positive electrode is reflected in the amount of Cu contained in the metallic material. By setting the Cu content in the positive electrode before the thermite reaction to 0.02% by mass or less, the Cu content in the metal material obtained after the thermite reaction can be made 0.17% by mass or less. Specifically, 0.02% by mass of Cu is contained in the positive electrode before the thermite reaction, the composition of the lithium composite oxide is LiNiO 2 , and the mass ratio of the current collector in the positive electrode is 30% by mass (maximum ratio ), when the mass ratio of the conductive material in the positive electrode is 30% by mass (maximum ratio) and the mass ratio of the binder is 20% by mass (maximum ratio), the Cu content in the metal material is calculated to be about 0.17% by mass. be done. In this embodiment, the mass ratio of the current collector in the positive electrode is 20% by mass, the mass ratio of the conductive material in the positive electrode is 5% by mass, and the mass ratio of the binder is 5% by mass. In this case, when the composition of the lithium composite oxide is LiNiO 2 and 0.02% by mass of Cu is contained in the positive electrode before the thermite reaction, the Cu content in the metal material is approximately 0.05%. Calculated as % by mass. By setting the Cu content in the metal material to 0.05% by mass or less, it is possible to reuse the metal material recovered from the positive electrode of the used lithium ion battery as an electrode material for the nickel metal hydride battery. be. The recovered metal material can also be reused as a hydrogen storage metal.

放電時のCuの溶出を抑制するために、保持電圧は、0.6V以上が好ましいが、短時間であれば0.6V未満でもCu量は増加しない。図4によれば、保持電圧0Vの場合には、保持時間を30~360秒の範囲とすることにより、正極中のCu量を200μg/gとすることができる。 In order to suppress the elution of Cu during discharge, the holding voltage is preferably 0.6 V or more, but the amount of Cu does not increase even if the voltage is less than 0.6 V for a short period of time. According to FIG. 4, when the holding voltage is 0 V, the amount of Cu in the positive electrode can be made 200 μg/g by setting the holding time within the range of 30 to 360 seconds.

図5には、1Cレートで0.6VまでCC放電を行い、30秒休止後、0.6V-30秒のCV放電を行った後の残容量を測定した際の電流の変化を示す。この場合、放電処理後の残容量は207mAhであり、単三マンガン電池に相当する電荷レベルである。放電後のLiBの残容量は、充電率(State of Charge、SOC)10%以下が好ましい。本実施形態によれば、少なくとも単三マンガン電池に相当する電荷レベルに低減することができる。保持電圧0.6Vの場合には、保持時間を少なくとも30秒とすることにより、所望の電荷レベルまで放電することができる。 FIG. 5 shows changes in current when measuring the remaining capacity after performing CC discharge to 0.6 V at a rate of 1 C, resting for 30 seconds, and then performing CV discharge for 0.6 V-30 seconds. In this case, the remaining capacity after the discharge treatment is 207 mAh, which is a charge level equivalent to that of a AA manganese battery. The remaining capacity of LiB after discharging is preferably 10% or less at a state of charge (SOC). According to this embodiment, the charge level can be reduced to at least that of a manganese AA battery. A holding voltage of 0.6 V can be discharged to the desired charge level by setting the holding time to at least 30 seconds.

以上に基づいて本実施形態においては、Cu溶出量が正極の質量に対して0.02質量%以下となり、かつ、SOCが10%以下となるように、保持電圧と保持時間とを組み合わせて条件を設定して、使用済みLiBの放電を行う。 Based on the above, in the present embodiment, the holding voltage and the holding time are combined so that the Cu elution amount is 0.02% by mass or less with respect to the mass of the positive electrode and the SOC is 10% or less. to discharge the used LiB.

[電池ケース内の洗浄]
LiPF6のようなフッ素(F)を含む電解質は、空気中の水分と反応するとフッ化水素(HF)を発生して腐食の原因となる。テルミット反応に供して金属材料を得るため、処理装置の腐食を避けるには、洗浄により電解質を十分に除去することが好ましい。
[Cleaning inside the battery case]
Electrolytes containing fluorine (F) such as LiPF 6 generate hydrogen fluoride (HF) when reacting with moisture in the air, causing corrosion. In order to avoid corrosion of the processing equipment for the thermite reaction to obtain the metallic material, it is preferable to sufficiently remove the electrolyte by washing.

ステップSP2においては、放電後のLiBの電池ケース内を所定の洗浄液で洗浄する。本実施形態で用いる洗浄液は、電解液中の電解質の解離促進能が高い第1の溶媒と、洗浄液の粘度を低減させる第2の溶媒との混合溶媒を含む。比誘電率の大きな溶媒は、電解質の解離促進能が高い傾向がある。したがって、本実施形態においては、比誘電率が30以上の溶媒を第1の溶媒として用いる。第2の溶媒は、25℃における粘度が0.8mPa・s以下である。洗浄液は、LiBの電解液に用いられている非水溶媒と同じ溶媒を含むことが好ましいが、含んでいなくてもよい。 In step SP2, the inside of the LiB battery case after discharging is washed with a predetermined washing liquid. The cleaning liquid used in the present embodiment contains a mixed solvent of a first solvent having a high ability to promote dissociation of the electrolyte in the electrolytic solution and a second solvent that reduces the viscosity of the cleaning liquid. Solvents with a large relative permittivity tend to have a high ability to promote the dissociation of electrolytes. Therefore, in this embodiment, a solvent having a dielectric constant of 30 or higher is used as the first solvent. The second solvent has a viscosity of 0.8 mPa·s or less at 25°C. The cleaning liquid preferably contains the same solvent as the non-aqueous solvent used in the LiB electrolytic solution, but may not contain it.

第1の溶媒としては、例えば環状カーボネートおよびラクトンが挙げられる。環状カーボネートとしては、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、およびブチレンカーボネート(BC)が挙げられる。ECの比誘電率は90であり、PCの比誘電率は65であり、BCの比誘電率は53である。環状カーボネートは、単独であるいは2種以上を組み合わせて、第1の溶媒として用いることができる。 First solvents include, for example, cyclic carbonates and lactones. Cyclic carbonates include, for example, ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC). EC has a dielectric constant of 90, PC has a dielectric constant of 65, and BC has a dielectric constant of 53. A cyclic carbonate can be used as a 1st solvent individually or in combination of 2 or more types.

ラクトンとしては、例えば、γ-ブチロラクトン(GBL)、およびメチル-γ-ブチロラクトン(GVL)が挙げられる。GBLの比誘電率は39であり、GVLの比誘電率は34である。ラクトンは、単独であるいは2種を組み合わせて、また、環状カーボネートと組み合わせて、第1の溶媒として用いることができる。 Lactones include, for example, γ-butyrolactone (GBL) and methyl-γ-butyrolactone (GVL). GBL has a dielectric constant of 39 and GVL has a dielectric constant of 34. A lactone can be used as the first solvent either alone or in combination of two or in combination with a cyclic carbonate.

第2の溶媒としては、例えば鎖状カーボネートを用いることができる。鎖状カーボネートとしては、例えばジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、およびエチルメチルカーボネート(EMC)が挙げられる。DMC、DEC、およびEMCは、25℃における粘度が、それぞれ0.59mPa・s、0.746mPa・s、および0.7mPa・sである。鎖状カーボネートは、単独であるいは2種以上を組み合わせて、第2の溶媒として用いることができる。 A chain carbonate, for example, can be used as the second solvent. Linear carbonates include, for example, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethylmethyl carbonate (EMC). DMC, DEC, and EMC have viscosities at 25° C. of 0.59 mPa·s, 0.746 mPa·s, and 0.7 mPa·s, respectively. A chain carbonate can be used as a 2nd solvent individually or in combination of 2 or more types.

さらに、ジメトキシエチレン(DME)、1,3-ジオキソラン(DOx)、テトラヒドロフラン(THF)またはメタノール(MeOH)を、第2の溶媒として用いることもできる。DME、DOx、THFおよびMeOHは、25℃における粘度が、それぞれ0.455mPa・s、0.59mPa・s、0.46mPa・sおよび0.529mPa・sである。 Additionally, dimethoxyethylene (DME), 1,3-dioxolane (DO x ), tetrahydrofuran (THF) or methanol (MeOH) can also be used as the second solvent. DME, DO x , THF and MeOH have viscosities at 25° C. of 0.455 mPa·s, 0.59 mPa·s, 0.46 mPa·s and 0.529 mPa·s, respectively.

第1の溶媒と第2の溶媒とは、それぞれの特性(解離促進作用、低粘度)を維持できれば、任意の割合で混合することができる。洗浄液は、解離促進作用を有する低粘度の液体である。例えば、第1の溶媒としてECを用い、第2の溶媒としてDMCを用いる場合には、第1の溶媒と第2の溶媒とは、30:70~50:50の体積比で混合することができる。第1の溶媒としてのECと第2の溶媒としてのDMCとは、体積比1:1で混合することが好ましい。 The first solvent and the second solvent can be mixed at any ratio as long as the respective properties (dissociation promoting action, low viscosity) can be maintained. The cleaning liquid is a low-viscosity liquid that promotes dissociation. For example, when EC is used as the first solvent and DMC is used as the second solvent, the first solvent and the second solvent can be mixed at a volume ratio of 30:70 to 50:50. can. EC as the first solvent and DMC as the second solvent are preferably mixed at a volume ratio of 1:1.

電池ケース内の洗浄にあたっては、まず、安全弁を開けて電池ケース内を減圧し、電解液の一部を排出する。次いで、安全弁を介して洗浄液の注入・排出を行う。電池ケース内に注入した洗浄液を排出する際、電解質が電池ケース内から電池ケースの外に移動する。洗浄液の注入および排出を繰り返すことによって、電池ケース内の電解質を低減することができる。洗浄液を電池ケースに注入後、排出する前に、20~200kHz程度の超音波を照射しながら所定時間保持することが好ましい。超音波照射によって、電池ケース内の電解質を、より効率的に除去することができる。 When cleaning the inside of the battery case, first, the safety valve is opened to depressurize the inside of the battery case, and part of the electrolyte is discharged. Next, the cleaning liquid is injected and discharged through the safety valve. When the cleaning liquid injected into the battery case is discharged, the electrolyte moves from inside the battery case to outside the battery case. By repeating the injection and discharge of the cleaning liquid, the electrolyte in the battery case can be reduced. After injecting the cleaning liquid into the battery case, it is preferable to retain the cleaning liquid for a predetermined time while irradiating ultrasonic waves of about 20 to 200 kHz before discharging. Electrolyte in the battery case can be removed more efficiently by ultrasonic irradiation.

電池ケース内の洗浄の結果は、電池ケースから排出された洗浄液(回収液)中のP濃度にもとづいて確認することができる。実際の試料を用いて、回収液中のP濃度の変化を調べた。その結果を図6に示す。試料としては、上記条件で放電後のLiBを用いた。LiB中の電解液は、1MのLiPFとDMC、EMCおよびPCを含む非水溶媒とを含むので、回収液中のP濃度で電解質の量を判断することができる。 The result of cleaning the inside of the battery case can be confirmed based on the P concentration in the cleaning liquid (recovery liquid) discharged from the battery case. Using an actual sample, changes in P concentration in the recovered liquid were investigated. The results are shown in FIG. As a sample, LiB after discharging under the above conditions was used. Since the electrolyte in LiB contains 1M LiPF 6 and non-aqueous solvents including DMC, EMC and PC, the amount of electrolyte can be determined by the P concentration in the recovered liquid.

洗浄液としてECとDMCとの1:1混合溶媒を用いて、電池ケース内の洗浄を4回行った。洗浄後、電池ケースから排出された回収液を、サーモフィッシャーサイエンティフィック製(ELEMENT XR)ICP質量分析装置により分析してP濃度を求めた。図6には、3回目および4回目に排出された洗浄液(回収液)中のP濃度とともに、この2つの洗浄液中のP濃度の比率を示している。 Using a 1:1 mixed solvent of EC and DMC as a cleaning solution, the inside of the battery case was cleaned four times. After washing, the collected liquid discharged from the battery case was analyzed by an ICP mass spectrometer (ELEMENT XR) manufactured by Thermo Fisher Scientific to determine the P concentration. FIG. 6 shows the P concentrations in the cleaning solutions (recovery solutions) discharged for the third and fourth times, as well as the ratio of the P concentrations in these two cleaning solutions.

1~3回目の洗浄は、電池ケース内に洗浄液を注入し、注入された洗浄液を排出することで行った。1~3回目の洗浄の際、超音波は照射していない。4回目の洗浄は、超音波(78Hz)を、LiBの底面から所定時間照射しつつ行った。超音波の照射時間は、0,1,3,10分である。照射時間が0分の場合には、洗浄液を電池ケース内に注入し、15分後に排出して4回目の洗浄を行った。 The first to third washings were performed by injecting a washing liquid into the battery case and discharging the injected washing liquid. Ultrasonic waves were not irradiated during the first to third cleanings. The fourth cleaning was performed while irradiating ultrasonic waves (78 Hz) from the bottom surface of LiB for a predetermined time. The irradiation times of ultrasonic waves are 0, 1, 3 and 10 minutes. When the irradiation time was 0 minute, the cleaning liquid was injected into the battery case and discharged after 15 minutes to carry out the fourth cleaning.

図6によれば、超音波を1分間照射して洗浄した場合、回収液中のP濃度は、超音波を照射しない場合の1.66倍である。超音波の照射時間が10分になると、回収液中のP濃度は、超音波を照射しない場合の1.85倍にも増加している。超音波の照射時間が長くなると洗浄効率が向上することがわかる。 According to FIG. 6, when ultrasonic waves are applied for one minute for cleaning, the concentration of P in the recovery liquid is 1.66 times higher than when ultrasonic waves are not applied. When the ultrasonic wave irradiation time was 10 minutes, the P concentration in the collected liquid increased 1.85 times as much as when the ultrasonic wave was not irradiated. It can be seen that the longer the ultrasonic irradiation time, the better the cleaning efficiency.

図7には、洗浄液としてDMCのみを用いた以外、上述と同様の条件で洗浄を行った際の回収液中のP濃度の変化を示す。超音波を10分間照射した場合でも、回収液中のP濃度は、超音波を照射しない場合の1.45倍にとどまっている。 FIG. 7 shows changes in the P concentration in the recovered liquid when washing was performed under the same conditions as described above, except that only DMC was used as the washing liquid. Even when ultrasonic waves were applied for 10 minutes, the P concentration in the recovered liquid remained 1.45 times higher than when ultrasonic waves were not applied.

図6と図7との比較から、EC(第1の溶媒)とDMC(第2の溶媒)との混合溶媒を洗浄液として用いることによって、電池ケース内の電解質を効率よく除去できることがわかる。しかも、DMCとともにECを含有する混合溶媒を洗浄液として用いた場合には、超音波照射による効果も、DMC単独の場合より向上している。 A comparison of FIGS. 6 and 7 shows that the electrolyte in the battery case can be efficiently removed by using a mixed solvent of EC (first solvent) and DMC (second solvent) as the cleaning liquid. Moreover, when a mixed solvent containing DMC and EC is used as the cleaning liquid, the effect of ultrasonic irradiation is improved as compared to the case of using DMC alone.

電池ケース内を洗浄して電解質の量を低減することで、電解質に起因した問題を回避できる。上述したように、処理されるLiBに含まれている電解質はLiPF6であるので、この電解質の量を低減するとLiB中のフッ素(F)量が減少する。腐食性のフッ化水素(HF)の発生が抑制され、それによって処理装置の腐食を回避できる。 By cleaning the inside of the battery case to reduce the amount of electrolyte, problems caused by the electrolyte can be avoided. As mentioned above, the electrolyte contained in the LiB being processed is LiPF6 , so reducing the amount of this electrolyte reduces the amount of fluorine (F) in the LiB. The generation of corrosive hydrogen fluoride (HF) is suppressed, thereby avoiding corrosion of processing equipment.

[解体]
ステップSP3について説明する。電池ケース内を洗浄して電解質の量を低減した後のLiBは、解体して正極を回収する。解体にあたっては、まず、電池ケースの溶接部を切断して電池ケースを開封する。電池ケースの溶接部は、エンドミル加工、レーザー照射等によって切断することができる。溶接部を切断する際、電池ケースが損傷するおそれは少ない。切断された溶接部を再度溶接することが可能であるので、電池ケースは必要に応じて再利用することができる。
[Dismantling]
Step SP3 will be explained. After cleaning the inside of the battery case to reduce the amount of electrolyte, the LiB is dismantled to recover the positive electrode. In dismantling, first, the welded portion of the battery case is cut and the battery case is opened. The welded portion of the battery case can be cut by end milling, laser irradiation, or the like. When cutting the weld, there is little risk of damage to the battery case. Since it is possible to re-weld the cut welds, the battery case can be reused as needed.

開封された電池ケースから、正極および負極を含む電極体を取り出す。電極体もまた、電池ケースを切断する際に損傷を受けないため、状態は良好である。正極は、捲回された状態から巻き戻すことによって、電極体から分離して回収される。回収された正極は、質量がLiBの10分の1程度と軽量なので、安価なコストで容易に搬送することが可能である。解体工程を、LiBの回収地域に近接して設置された複数のサテライト施設で行い、解体後の軽量な正極をリサイクル工場に輸送することにより、質量の大きいLiBの輸送距離を短縮することができ、処理コストを低減することが可能である。なお、電極体に含まれていた負極、セパレータ、および電池パックの構成部品等は、必要に応じて再利用することができる。 An electrode assembly including a positive electrode and a negative electrode is taken out from the opened battery case. The electrode assembly is also in good condition as it is not damaged when cutting the battery case. The positive electrode is separated from the electrode body and collected by unwinding the wound state. The recovered positive electrode has a mass about one-tenth that of LiB, which is light and can be easily transported at a low cost. By carrying out the dismantling process at multiple satellite facilities installed close to the LiB recovery area and transporting the dismantled lightweight positive electrode to the recycling plant, it is possible to shorten the transport distance for LiB, which has a large mass. , it is possible to reduce the processing cost. The negative electrode, the separator, and the components of the battery pack included in the electrode assembly can be reused as needed.

[テルミット反応]
ステップSP4について説明する。電極体から回収された正極は、正極集電体としてのAl箔と、正極活物質としてのリチウム遷移金属複合酸化物とを含んでいる。正極活物質として、LiNi1/6Co2/3Mn1/62を用いた場合を例に挙げて説明する。この場合には、正極集電体のAlが還元剤となって、以下のような反応が生じる。反応の結果、Niおよび/またはCoを含有する金属材料として、Ni1/6Co2/3Mn1/6が得られる。アルミナ(Al23)を溶融スラグ状態にするためのフラックスとしては、生石灰(CaO)が好ましい。
LiNi1/6Co2/3Mn1/62+Al → 1/2Li2O+Ni1/6Co2/3Mn1/6+1/2Al23
本実施形態では、テルミット反応によりNiおよび/またはCoを含有する金属材料を得ているので、正極集電体のAlを還元剤として作用させることができ、還元剤を別途追加することなく、還元反応を行うことができる。
[Thermite reaction]
Step SP4 will be explained. The positive electrode recovered from the electrode body contains Al foil as a positive electrode current collector and a lithium transition metal composite oxide as a positive electrode active material. A case where LiNi 1/6 Co 2/3 Mn 1/6 O 2 is used as the positive electrode active material will be described as an example. In this case, the Al of the positive electrode current collector acts as a reducing agent, and the following reaction occurs. As a result of the reaction, Ni 1/6 Co 2/3 Mn 1/6 is obtained as a metallic material containing Ni and/or Co. Quicklime (CaO) is preferable as a flux for turning alumina (Al 2 O 3 ) into a molten slag state.
LiNi1 / 6Co2 / 3Mn1 / 6 +Al->1/ 2Li2O + Ni1 / 6Co2 / 3Mn1 / 6 +1/2Al2O3
In the present embodiment, since the metal material containing Ni and/or Co is obtained by the thermite reaction, the Al of the positive electrode current collector can act as a reducing agent, and the reducing agent can be reduced without adding a separate reducing agent. reactions can be carried out.

正極100gに対して、フラックスとしてのCaOを35.4g添加する。正極とフラックスとを高周波溶解炉にて1500℃で溶解して合金化した後、冷却することで、Niおよび/またはCoを含有する金属材料が得られる。 35.4 g of CaO as a flux is added to 100 g of the positive electrode. A metal material containing Ni and/or Co is obtained by melting the positive electrode and the flux at 1500° C. in a high-frequency melting furnace to form an alloy, followed by cooling.

テルミット反応により得られる金属材料は、Ni、CoおよびMnを含有する合金である。合金中に不可避不純物が含有される場合があるが、特に問題ない。正極からのNi、Co、およびMnの回収率は、それぞれ99.7%、91.3%、および94.8%であった。正極中のLiは、Li2Oとして分離することができる。 A metallic material obtained by the thermite reaction is an alloy containing Ni, Co and Mn. Inevitable impurities may be contained in the alloy, but there is no particular problem. The recoveries of Ni, Co, and Mn from the positive electrode were 99.7%, 91.3%, and 94.8%, respectively. Li in the positive electrode can be separated as Li2O .

本実施形態の処理方法によって、LiBの正極活物質の成分であるNi,CoおよびMnを含有する金属材料を、合金として得ることができる。Ni,CoおよびMnは、いずれも90%以上の高い回収率で正極から回収されるので、得られる金属材料は、水素吸蔵合金の原料として用いることができる。金属材料はCu含有量が0.05質量%以下なので、ニッケル金属水素化物電池の電極として好適である。 By the processing method of the present embodiment, a metal material containing Ni, Co, and Mn, which are components of the positive electrode active material of LiB, can be obtained as an alloy. Since Ni, Co and Mn are all recovered from the positive electrode at a high recovery rate of 90% or more, the resulting metal material can be used as a raw material for hydrogen storage alloys. Since the metal material has a Cu content of 0.05% by mass or less, it is suitable as an electrode for a nickel metal hydride battery.

2.作用および効果
本実施形態の方法によれば、使用済みLiBを処理するにあたって、まず、負極集電体から溶出するCuの量が、正極の質量に対して0.02質量%以下となるように放電を行う。これによって、Cuによる正極の汚染を回避しつつ、LiBの残留電荷を低減できる。放電後のLiBは、SOC10%以下となるので、後の工程を安全に行うことができる。
2. Action and Effect According to the method of the present embodiment, when treating used LiB, first, the amount of Cu eluted from the negative electrode current collector is adjusted to 0.02% by mass or less with respect to the mass of the positive electrode. Discharge. This makes it possible to reduce the residual charge of LiB while avoiding contamination of the positive electrode with Cu. Since the LiB after discharge has an SOC of 10% or less, subsequent steps can be safely performed.

放電後には、解離促進作用を有する低粘度の洗浄液を用いて電池ケース内を洗浄することにより、LiB内の電解質の量を低減できる。洗浄液は、比誘電率が30以下の第1の溶媒と、25℃における粘度が0.8mPa・s以下の第2の溶媒との混合溶媒を含む。上記洗浄液を用いることによりLiB内の電解質を効率よく除去できるので、電解質の成分に起因した正極の腐食を抑制できる。正極は、Cuによる汚染がなく、腐食もない良好な状態である。 After discharge, the amount of electrolyte in LiB can be reduced by cleaning the inside of the battery case with a low-viscosity cleaning liquid that promotes dissociation. The cleaning liquid contains a mixed solvent of a first solvent having a dielectric constant of 30 or less and a second solvent having a viscosity of 0.8 mPa·s or less at 25°C. Since the electrolyte in LiB can be efficiently removed by using the cleaning liquid, corrosion of the positive electrode caused by the components of the electrolyte can be suppressed. The positive electrode is in good condition with no Cu contamination and no corrosion.

本実施形態の方法で処理されるLiBの正極は、有価物としてのNiおよび/またはCoを含んでおり、良好な状態で回収される。こうした正極をテルミット反応に供してNiおよび/またはCoを含有する金属材料を得ることで、Niおよび/またはCoを効率よく簡便に回収することができる。放電の際、Cuの溶出が、正極の質量に対して0.02質量%以下に抑制されているので、金属材料中におけるCuの含有量を0.17質量%以下とすることができる。Cu含有量が0.05重量%以下に低減された金属材料は、ニッケル金属水素化物電池の電極として好適である。 The LiB positive electrode treated by the method of the present embodiment contains Ni and/or Co as valuables, and is recovered in good condition. By subjecting such a positive electrode to a thermite reaction to obtain a metallic material containing Ni and/or Co, Ni and/or Co can be efficiently and simply recovered. During discharge, the elution of Cu is suppressed to 0.02% by mass or less with respect to the mass of the positive electrode, so the Cu content in the metal material can be 0.17% by mass or less. A metallic material with a Cu content reduced to 0.05% by weight or less is suitable as an electrode for a nickel metal hydride battery.

上述したとおり本実施形態の方法は、放電、解体、およびテルミット反応という工程により行われる。本実施形態の方法では、Niおよび/またはCoを含む正極を単独で合金化するので、Niおよび/またはCoを含む金属材料を効率よく得ることができる。本発明の方法により、LiBを低コストで処理することが可能である。さらに、消費エネルギーの削減、環境への負荷の低減といった利点も備えている。本実施形態の方法は、使用済みの自動車用LiBの処理に特に好適である。 As described above, the method of the present embodiment is performed through the steps of discharge, disassembly, and thermite reaction. In the method of the present embodiment, the positive electrode containing Ni and/or Co is alloyed alone, so a metal material containing Ni and/or Co can be efficiently obtained. The method of the present invention makes it possible to process LiB at low cost. In addition, it has the advantages of reducing energy consumption and reducing the burden on the environment. The method of the present embodiment is particularly suitable for processing spent automotive LiB.

こうした処理によりLiBから得られる本実施形態の金属材料は、正極活物質の成分である有価物(Niおよび/またはCo)を含んでいる。しかも、本実施形態の金属材料は、Cu含有量が0.05質量%以下であるので、ニッケル金属水素化物電池の電極として有効に用いることができる。 The metal material of the present embodiment obtained from LiB by such treatment contains valuables (Ni and/or Co) that are components of the positive electrode active material. Moreover, since the metal material of the present embodiment has a Cu content of 0.05% by mass or less, it can be effectively used as an electrode of a nickel metal hydride battery.

3.変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
3. Modifications The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate within the spirit and scope of the present invention.

上記実施形態においては、処理されるLiBの負極に含まれる負極活物質として黒鉛を用いたが、LiBに一般に用いられている負極活物質を用いることができる。使用し得る負極活物質としては、例えば、アモルファスカーボン等の炭素材料、Si系材料、およびリチウムチタン複合酸化物等が挙げられる。 In the above embodiment, graphite was used as the negative electrode active material contained in the negative electrode of LiB to be processed, but any negative electrode active material generally used for LiB can be used. Examples of usable negative electrode active materials include carbon materials such as amorphous carbon, Si-based materials, and lithium-titanium composite oxides.

電解液に含まれる非水溶媒としては、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性溶媒を用いてもよい。 Aprotic solvents such as esters, ethers, nitriles, sulfones, and lactones may be used as the non-aqueous solvent contained in the electrolytic solution.

電池ケース内の洗浄に用いる洗浄液は、解離促進作用および低い粘度を損なわない範囲であれば、第3の溶媒をさらに含んでいてもよい。第3の溶媒としては、周知の溶媒および添加剤等が挙げられる。洗浄剤全体に対する第3の溶媒の割合は、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、5質量%以下が特に好ましい。第1の溶媒と第2の溶媒とは、その種類に応じて任意の割合で混合して、混合溶媒を調製することができる。 The cleaning liquid used for cleaning the inside of the battery case may further contain a third solvent as long as the dissociation promoting action and low viscosity are not impaired. Examples of the third solvent include well-known solvents and additives. The ratio of the third solvent to the entire detergent is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and particularly preferably 5% by mass or less. A mixed solvent can be prepared by mixing the first solvent and the second solvent in an arbitrary ratio according to their types.

上記実施形態においては、テルミット反応により回収された正極からNiおよび/またはCoを含有する金属材料を得ているが、テルミット反応以外の還元反応により回収された正極からNiおよび/またはCoを含有する金属材料を得ることができる。例えば、回収された正極と還元剤とを混合し、溶解炉にて溶解して合金化した後、冷却することで、Niおよび/またはCoを含有する金属材料が得られる。 In the above embodiment, the metal material containing Ni and/or Co is obtained from the positive electrode recovered by the thermite reaction. Metal material can be obtained. For example, a metallic material containing Ni and/or Co can be obtained by mixing the collected positive electrode and a reducing agent, melting the mixture in a melting furnace to form an alloy, and then cooling the mixture.

Claims (4)

正極集電体と、Niおよび/またはCoを主成分として含むリチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質を正極活物質として含む正極活物質層とを備える正極、Cuを含む負極集電体と負極活物質層とを備える負極、および電解質が電池ケースに収容されたリチウムイオン電池の再資源化処理方法であって、
前記リチウムイオン電池を解体して前記正極を回収する工程と、
前記回収された正極から前記Niおよび/またはCoを含有する金属材料を合金として得る工程と、
を備え、
前記金属材料を合金として得る工程は、前記正極集電体に含まれるAlを還元剤として用い、
前記金属材料は、Cuの含有量が0.05質量%以下であり、分離精製せずに、ニッケル金属水素化物電池用金属材料として用いられる
ことを特徴とするリチウムイオン電池の再資源化処理方法。
A positive electrode comprising a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer containing, as a positive electrode active material, a positive electrode active material composed of a lithium transition metal composite oxide containing Ni and/or Co as a main component; and a negative electrode current collector containing Cu. A method for recycling a lithium ion battery in which a negative electrode having a negative electrode active material layer and an electrolyte are housed in a battery case,
a step of disassembling the lithium ion battery and recovering the positive electrode;
a step of obtaining the metal material containing Ni and/or Co as an alloy from the recovered positive electrode;
with
The step of obtaining the metal material as an alloy includes using Al contained in the positive electrode current collector as a reducing agent,
The metal material has a Cu content of 0.05% by mass or less, and is used as a metal material for a nickel metal hydride battery without being separated and purified. processing method.
前記金属材料を合金として得る工程は、テルミット還元反応または溶融還元反応を用いることを特徴とする請求項1記載のリチウムイオン電池の再資源化処理方法。 2. The method for recycling lithium ion batteries according to claim 1, wherein the step of obtaining the metal material as an alloy uses a thermite reduction reaction or a smelting reduction reaction. 記正極を回収する工程の前に、前記Cuの溶出量が、前記正極の質量に対し0.02質量%以下となるように、前記リチウムイオン電池を放電させる工程をさらに備えることを特徴とする請求項1または2記載のリチウムイオン電池の再資源化処理方法。 A step of discharging the lithium ion battery so that the Cu elution amount is 0.02% by mass or less with respect to the mass of the positive electrode before the step of collecting the positive electrode. 3. The method for recycling lithium ion batteries according to claim 1 or 2. 前記リチウムイオン電池は自動車用電池であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項記載のリチウムイオン電池の再資源化処理方法。 The lithium ion battery recycling method according to any one of claims 1 to 3, wherein the lithium ion battery is an automobile battery.
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