JP7237732B2

JP7237732B2 - 耐熱容器

Info

Publication number: JP7237732B2
Application number: JP2019100934A
Authority: JP
Inventors: 充志中村; 健一本間; 泰之石田; 泰裕浦田; 章宏大河内
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp; Matsuda Sangyo Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp; Matsuda Sangyo Co Ltd
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2023-03-13
Anticipated expiration: 2039-05-30
Also published as: JP2020193029A

Description

本発明は、廃リチウムイオン電池等を焙焼処理する際に用いられる耐熱容器に関する。

リチウムイオン電池（以下、適宜「ＬＩＢ」と略称する。）は、アルミ箔にリチウム、コバルト、ニッケル等を塗布した正極材、銅箔に黒鉛等を塗布した負極材、電解液、セパレーター等から構成されている。ＬＩＢには、リチウム、コバルト、ニッケル、銅等の有価物が含まれているため、使用後廃棄されたＬＩＢからこれらを回収することは、資源の乏しいわが国にとって重要である。しかし、ＬＩＢの電解液は分解して有害なフッ化水素を発生させる六フッ化リン酸リチウムを含むため、安全な処理方法が求められる。

廃ＬＩＢからの有価物の回収方法として、焙焼、破砕又は粉砕、篩い分け、選別等による分離回収が行われている。例えば、特許文献１には、廃ＬＩＢを耐熱容器に投入し、回転円筒炉を用いて還元雰囲気の下、３００℃～６５０℃で焙焼処理を行う方法が開示される。

図２に示すように、上記特許文献１に記載の発明等で用いられる耐熱容器１１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）等からなり、少なくとも６５０℃の耐熱温度を有する容器本体１２と釣鐘状の蓋１３とで構成される。

容器本体１２は、受け皿状の内筒１２ａと、内筒１２ａよりも大径で内筒１２ａを囲繞するように配置された外筒１２ｂと、内筒１２ａ及び外筒１２ｂの底面に配置された複数の車輪１２ｃと、外筒１２ｂの周面１２ｄに固定された取っ手１２ｅと、工具等を係合させて耐熱容器１１を移動させるためのハンガー１２ｆとで構成される。

一方、蓋１３は、下方に開口する円筒状に形成された本体１３ａと、本体１３ａの周面に開口して斜め上方に突出する排気管１３ｂと、本体１３ａの天井面１３ｃに設けられた取っ手１３ｄとで構成される。

上記容器本体１２に廃ＬＩＢ５０を格納し、蓋１３の本体１３ａの下端１３ｅを容器本体１２の内筒１２ａと外筒１２ｂの間の溝部１３ｆに嵌め込み、溝部１３ｆに砂を充填してサンドシールを構成し、蓋１３を容器本体１２に対して一定の距離Ｌ分だけ浮き上がり可能な状態で取り付ける。サンドシール構造によって容器本体１２に対して蓋１３を浮き上がり可能としたことで、焙焼処理時に耐熱容器１１の内部の圧力が高まったとしても、蓋１３が浮き上がることで高まった圧力を逃がし、耐熱容器１１の損傷等を防止することができる。

特開２０１７－１３１７９５号公報

しかし、上記従来の耐熱容器１１は、蓋１３の側部に排気管１３ｂが存在するため、排気管１３ｂの閉塞を考慮すると、廃ＬＩＢをこれよりも高く充填することができない。今後、車載用ＬＩＢの廃棄量が増えることが予想されているため、上記耐熱容器１１の１基あたり約１００Ｌの容量では、廃棄量の増大に対応できないおそれがある。

また、上記耐熱容器１１は、充填する廃ＬＩＢの爆発によって蓋１３が外れないように蓋１３を釣鐘式に形成して大きな重量を確保しているため、人力では外すことができず、取り扱いが容易ではないという問題もあった。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、廃リチウムイオン電池等を焙焼処理するにあたり、安全性を確保しながら、容量が大きく、取り扱いが容易な耐熱容器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の耐熱容器は、上部開口を有し、焙焼対象物を格納する容器本体と、該容器本体の上部開口を塞ぐように該容器本体に取り外し可能に固定されると共に、前記容器本体の内部と連通する排気口を有する平板状の蓋とを備え、前記排気口は、前記蓋の上面の縁部に穿設され、前記蓋は、前記容器本体の内部に面する底面の中央部に開口と、該開口と前記排気口との間に排気通路とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、平板状の蓋に排気口を設けることで、廃ＬＩＢ等の焙焼対象物を充填する上で排気口の高さを考慮する必要がなくなるため、耐熱容器全体の体積を増加させることなく容器の容量を増加させることができる。また、平板状の蓋を容器の上部に取り外し可能に固定することで、焙焼処理中の安全性を確保しながら、処理後に人力で蓋を外すことができ、取り扱いが容易になる。さらに、前記排気口を前記蓋の上面の縁部に穿設し、前記蓋に、前記容器本体の内部に面する底面の中央部に開口と、該開口と前記排気口との間に排気通路とを設けることで、排気口から排出されるガスにより廃ＬＩＢ等を焙焼処理する熱処理炉の渦燃焼を妨げることがなく、熱処理炉の安定運転を維持することができる。

また、前記容器本体の側面に一対のフォーク差込口を備えることで、回転式フォークリフトを用いて耐熱容器を回転させ、焙焼処理後の廃ＬＩＢ等を容易に取り出すことができる。

以上のように、本発明によれば、廃リチウムイオン電池等を焙焼処理するにあたり、安全性を確保しながら、容量が大きく、取り扱いが容易な耐熱容器を提供することができる。

本発明に係る耐熱容器の一実施の形態を示す概略図であって、（ａ）は一部破断正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は一部側面図である。従来の耐熱容器の一例を示す概略断面図である。

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明では、廃リチウムイオン電池を焙焼処理する場合を例示する。廃リチウムイオン電池とは、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両用の電源として用いられる車載用のもの、自家用電源等として用いられる定置用、電動自転車や電動工具、携帯電話等の電源として用いられる民生用のものが挙げられる。また、廃リチウム電池以外に、本発明に係る耐熱容器を用いて電子機器や自動車等に搭載されていた電子基板の廃棄物である廃電子基板、ニッケル水素電池等の二次電池等を焙焼処理することもできる。

図１は、本発明に係る耐熱容器を示し、この耐熱容器１は、容器本体２と平板状の蓋３とで構成され、熱伝導率の高い一般構造圧延鋼（ＳＳ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、銅合金等の金属合金が材料として好ましいが、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）等の少なくとも６５０℃の温度に耐えることができる材料からなることがより好ましい。

容器本体２は、廃棄された複数個のリチウムイオン電池セルが配列された電池モジュールが箱型筐体内に複数収納されてなる電池パック又は前記電池モジュール（以下「廃ＬＩＢ」という。）５０を収容するために設けられ、上部開口と底面を有する円筒状に形成される。容器本体２の側面には、蓋３を固定するための一対の円柱状のピン２ａと、容器本体２を移動させるため、円周面の４カ所に等間隔に設けられた吊りピース２ｃと、板状部材で側面に開口を有する角筒状に形成された一対のフォーク差込口２ｄと、工具等を係合させて耐熱容器１を移動させるため、板状部材で形成されたハンガー２ｅとが設けられる。また、容器本体２の底面には、複数の車輪２ｆが配置される。

蓋３は、廃ＬＩＢ５０を焙焼処理する間は容器本体２に固定されて容器本体２の上部開口を塞ぎ、処理後に容器本体２から外して廃ＬＩＢ５０を容器本体２から取り出すために設けられる。円板状の本体３ａの上面には、箱状の排気部３ｂが設けられ、排気部３ｂの上面の端部（上面視で本体３ａの縁部）に排気口３ｃが穿設される。本体３ａの中央部には開口３ｄが穿設され、開口３ｄは排気部３ｂの内部の排気通路３ｅを介して排気口３ｃと連通する。

蓋３に穿設される排気口３ｃの大きさや数は、廃ＬＩＢ５０の電解液の量に応じて決定し、電解液が多い廃ＬＩＢ５０の場合には揮発した電解液が容器内部に留まり易いため、内部の圧力が高くなり過ぎないようにしたり、排気口３ｃを大きくしたり、排気口を２箇所にすることなどが好ましい。

また、本体３ａから垂下する円環状部３ｆには、図１（ｃ）に示すように、板状部材で逆Ｌ字状に形成された係合部３ｇが固定され、容器本体２のピン２ａと係合させることで蓋３を容器本体２の上部に固定する。係合部３ｇとピン２ａは、図１（ａ）に示すように、左方にも設けられる。蓋３の上面には、上面視で本体３ａを中心にして回転対称の位置に３つの吊りピース３ｍが設けられる。また、本体３ａは、リブ３ｈ、３ｊ、３ｋで補強される。

耐熱容器１の高さは、耐熱容器１がバーナーに直接炙られることがない高さが好ましく、その容積は２００Ｌ～３００Ｌであることが好ましい。容積が３００Ｌを超えると、廃ＬＩＢ５０の電解液から発生する熱量が過剰になるため、冷却空気を投入しても温度を６５０℃以下に制御することが困難になる。

上記構成を有する耐熱容器１の容器本体２の内部に、廃ＬＩＢ５０を格納し、蓋３の一対の係合部３ｇを容器本体２の一対のピン２ａと係合させて蓋３を容器本体２の上部に固定し、内部温度を６５０℃程度まで昇温した熱処理炉で焙焼処理する。熱処理炉への耐熱容器１の導入はプッシャー等を用いて行う。熱処理炉は、特許文献１に記載の回転円筒炉を用いてもよく、その他に竪型炉、多段焙焼炉等を用いることもでき、６５０℃で焙焼することができれば、炉の種類を問わない。

耐熱容器１は熱処理炉内で加熱され、耐熱容器１内は還元雰囲気となり、耐熱容器１に格納された廃ＬＩＢ５０の樹脂製の筐体等のプラスチック類は、乾留により炭化混合物としてリチウム、コバルト、ニッケル、マンガン等の有用金属が含まれた材料から分離される。また、電池内の電解液は揮発し、プラスチック等の可燃性物質が熱分解することによって発生したガスと共に、矢印で示すように、蓋３の開口３ｄ、排気通路３ｅを介して排気口３ｃから熱処理炉内に排出される。この際、排気口３ｃを蓋３の排気部３ｂの上面の端部（本体３ａの縁部）に穿設したことで、廃ＬＩＢ５０を焙焼処理する熱処理炉の渦燃焼を妨げない効果を奏する。

熱処理炉での焙焼処理が終わると、容器搬送装置のプルアウト部の先端に設けられた爪等を、容器本体２のハンガー２ｅに係止させてプルアウト部を後退させ、耐熱容器１を熱処理炉３から引き出す。

その後、焙焼処理済みの耐熱容器１をコンベア等で冷却室に移送し、蓋３の一対の係合部３ｇと容器本体２の一対のピン２ａとの係合状態を解き、吊りピース３ｍ等を利用して人力で蓋３を外した後、容器本体２のフォーク差込口２ｄに回転式フォークを差し込んで反転させることで、焙焼処理後の廃ＬＩＢ５０を容易に取り出すことができる。

焙焼処理済みの耐熱容器１から排出された廃ＬＩＢ５０を破砕、分級して炭化混合物を取り除いた後、リチウム、コバルト、ニッケル、マンガン等の有用金属をさらに分離する。

上記構成を有する耐熱容器１によれば、全体的に略々平板状の蓋３に排気口３ｃを設けることで、廃ＬＩＢ５０を充填する上で排気口３ｃの高さを考慮する必要がなく、耐熱容器１全体の体積を増加させることなく容器本体２の容量を２～３倍程度（２００Ｌ～３００Ｌ）まで増加させることができる。また、平板状の蓋３を容器本体２の上部に取り外し可能に固定することで、焙焼処理中の安全性を確保しながら、処理後に人力で蓋３を外すことができ、取り扱いが容易になる。さらに、容器本体２及び蓋３に吊りピース２ｃ、３ｍを設けることで、焙焼物を含む耐熱容器１をチェーンブロック等で吊り上げて搬送することが可能となる。

尚、上記実施の形態においては、容器本体２を上部開口を有する円筒状に形成したが、四角筒状等その他の形状とすることができる。また、これに合わせて蓋３の形状も適宜変更することができる。さらに、耐熱容器１の回転や移動のために、フォーク差込口２ｄやハンガー２ｅを設けたが、焙焼処理を行う設備によっては、これらを省略することもできる。

１耐熱容器
２容器本体
２ａピン
２ｃ吊りピース
２ｄフォーク差込口
２ｅハンガー
２ｆ車輪
３蓋
３ａ本体
３ｂ排気部
３ｃ排気口
３ｄ開口
３ｅ排気通路
３ｆ円環状部
３ｇ係合部
３ｈ、３ｊ、３ｋリブ
３ｍ吊りピース

Claims

上部開口を有し、焙焼対象物を格納する容器本体と、
該容器本体の上部開口を塞ぐように該容器本体に取り外し可能に固定されると共に、前記容器本体の内部と連通する排気口を有する平板状の蓋とを備え、
前記排気口は、前記蓋の上面の縁部に穿設され、前記蓋は、前記容器本体の内部に面する底面の中央部に開口と、該開口と前記排気口との間に排気通路とを備えることを特徴とする耐熱容器。
前記容器本体の側面に一対のフォーク差込口を備えることを特徴とする請求項１に記載の耐熱容器。