JP7216259B2 - リチウムイオン電池の再資源化処理方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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、LiNi1/6Co2/3Mn1/6O2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(Al2O3)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。
LiNi1/6Co2/3Mn1/6O2+Al → 1/2Li2O+Ni1/6Co2/3Mn1/6+1/2Al2O3
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。
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。
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。
Claims (3)
- 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、水素貯蔵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。 - 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。
- 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。
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