JPH10189063A - 二次電池の正、負極材の分離回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃ニッケル水素電池から正極材及び負極材を
変質させず、そのままの形で自動的に分離回収する分離
回収方法を提供する。 【解決手段】 破砕切断手段１１と、風力分別手段１２
Ａと、湿式分級手段１２Ｂと、電極材スラリ２６を正極
材と負極材に分離する薄流選別手段１４と、脱水機１
５、１６と、廃水処理手段１７と、より構成され、ニッ
ケル水素電池の粉体混合破砕物より風力分別手段１２Ａ
と湿式分級手段１２Ｂとにより電極材以外のものを取り
除き電極材スラリ２６を選別した後、該電極材スラリを
薄流水とともに薄流選別手段に流しながら正、負極材粉
末の分離回収を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄ニッケル水素
電池正極材、負極材が化学変化が生じる事なくそのまま
の形で分離回収を可能とする正、負極材が粉体である二
次電池、特にニッケル水素電池の正、負極材の分離回収
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】正、負極材が粉体である二次電池、例え
ばニッケル水素電池は鉛電池と比較して大幅に小型／軽
量にして且つ充電により繰り返し再使用の可能な事か
ら、電気自動車やラップトップ型パソコンに多く用いら
れており、今後もその需要増加の傾向は続くものと考え
られるが、そのリサイクルシステムは研究段階にある。
特に上記リサイクルプロセスの最重要課題としては、廃
ニッケル水素電池から有用且つ高価な正極材及び負極材
を分離回収することであるが、現状は廃ニッケル水素電
池から容易に正極材と負極材とを個別に且つそのままの
形で分離回収する技術は確立されていない。

【０００３】例えば社団法人日本機械工業連合会が平成
７年５月に出した調査研究報告書によれば、廃ニッケル
水素電池のリサイクル法として、高温金属回収法が提案
されている。この方法は１）電池の破砕および電界液を
除去するための洗浄からなる前処理工程、２）回転炉中
で１２６０℃で金属酸化物を部分的に還元する工程、
３）１４００〜１６００℃の炉での融解および還元の工
程からなるもので、かかるリサイクルによりニッケル、
鉄、バンジウム等については鉄基合金製品として販売さ
れ、ジルコニウム、チタン、アルミ等は無害な金属スラ
ッグとして回収され、建設用骨材として使用される。又
Knollが開発した方式として、廃電池を機械的に破砕し
て内容物を露出させてから、洗浄してＰＨ調整用ＫＯＨ
を除去し、その後で酸中に金属元素を溶解させ、溶解し
た金属は次の沈殿工程で酸溶液から選択的に除去され、
酸に溶解しない成分は固形廃棄物として分離される、と
いう方法も開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記リサ
イクル技術は、回収されたものは熱的変質或いは化学的
変質処理を経ているため正極材と負極材とを個別に且つ
そのままの形で分離回収するものではなく、原材料とは
異なる化合物若しくは熱的に変質した形状若しくは化合
物となって、有効な回収とは言えない状況にある。しか
もコバルト、ニッケル、クロム、バナジウム、及びジル
コニウムのような高価または戦略的に重要な金属と、鉄
またはマンガンのような高価でない金属とが複合一体化
してしまい、現状ではリサイクルで得られた生成物は、
電池材料への再利用ができないのみならず、金属元素と
しての価値も低下しているという欠点を持っている。

【０００５】本発明は、廃ニッケル水素電池その他の
正、負極材が粉体である二次電池から正極材及び負極材
を変質させず、そのままの形で容易に分離回収する分離
回収方法を提案する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、正、負極材が
粉体である二次電池および該二次電池製造工程から出荷
までに発生した派生品、例えばニッケル水素電池の粉体
混合破砕物より、電極材以外のものを取り除き電極材粉
末を選別した後、該電極材粉末をスラリ状に薄流選別手
段に流しながら正、負極材粉末の分離回収を行うことを
特徴とするものである。ここで薄流選別手段とは、傾斜
平板上に薄流を流し、この薄流の作用により密度差、粒
径差のある微粒子を分離する手法で、平板を振動させる
ことにより分離能力を高めることが出来るものである。
即ち、正極材を構成するＮｉ化合物粉と負極材を構成す
るＭＨ粉比重差があることを見出し、電池の切断破砕、
破砕物の粉体を洗浄攪拌濾過分離と浮遊／沈降分離等に
より電極材以外のものを除去するとともに電極材粉末の
電極材スラリを形成させ、その電極材スラリを、振動と
薄流との作用による選別機能を持つ薄流選別により、正
極材と負極材を分離するようにしたものである。これに
より廃ニッケル水素電池から正極材及び負極材を変質さ
せず、そのままの形で分離回収することが出来、リサイ
クルした正極材及び負極材の再使用が可能である。

【０００７】請求項２記載の発明は主として市販され回
収された二次電池および二次電池製造工程から出荷まで
に発生した派生品の分別処理を行うものの全体分別工程
に関するもので、前記二次電池等を品種・形状毎に選別
する工程、前記選別工程で選別した品種・形状のものを
破砕する工程、前記破砕工程で破砕したものを乾式分別
する工程、前記乾式分別工程で分別後、湿式で粗分別す
る工程、前記湿式分別工程で粗分別した後、さらに湿式
で粉体混合物を精密分別をする工程、を含み、前記各工
程により物理的手段若しくは電極材粉末を化学的に変質
させない手段のみで構成材料を分別することを特徴とす
る二次電池の分別回収方法。

【０００８】尚前記品種・形状毎に選別する工程は、色
識別、光検知、磁気検知、スクリーン（ふるい）による
選別工程を１種若しくは複数種組み合わせた工程であ
り、又前記破砕工程は、切断機能、衝撃力、剪断力等を
１種ないし１種以上組み合わせて構成した工程であり、
更に前記乾式分別工程は、風力、遠心力、ふるい等を１
種ないし１種以上組み合わせて構成した工程であり、更
に又湿式粗分別工程は、回収物洗浄手段、付随する電解
液を中和する手段、構成材料分離に水中で遠心力を利用
する手段、構成材料分離に脈動水流を利用する手段、固
液の分離に沈降分離を利用する手段、固液の分離に濾過
を利用する手段、等を１種ないし１種以上組み合わせて
構成した工程であり、更に湿式で粉体混合物を精密分離
する工程、例えば請求項１記載の薄流選別手段に加え
て、粉体混合物をスラリ化する手段、粉体の分離に水中
での遠心力を利用する手段、沈降分離による固液分離法
を利用する手段、ふるいによる固液分離法を利用する手
段等を１種ないし１種以上組み合わせて構成した工程で
ある。

【０００９】従ってかかる発明によれば前記各工程によ
り物理的手段若しくは電極材粉末を化学的に変質させな
い手段のみで構成材料を分別する為に、正、負極材が粉
体である二次電池等から正極材及び負極材を変質させ
ず、そのままの形で分離回収することが出来、リサイク
ルした正極材及び負極材の再使用が可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例の形態を、
図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載され
ている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に
特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。図１
は本発明のニッケル水素電池の正、負極材の分離回収シ
ステムの概略の構成を示すブロック図で、図２は図１の
ニッケル水素電池の破砕、切断工程で得られた該電池の
粉体混合破砕物より、電極材粉末の電極材スラリを形成
する湿式分級手段の一実施例の概略の構成を示す図で、
図３は図２で得られた電極材粉末の電極材スラリより
正、負極材を分離する薄流選別手段の構成を示す模式図
である。図４（Ａ）は図３の薄流選別手段の分離した二
つの層流（分離２層流）に設けた仕切り分離材の取り付
け状況を示す図で、（Ｂ）は仕切り分離材に使用されて
いる、くさび型、丸型、板型の構成を示す斜視図であ
る。

【００１１】本実施例のニッケル水素電池の正、負極材
の分離回収方法は、正極材及び負極材をその分離過程に
おいて変質させることなく、もとの形のままで分離し即
再利用を可能とさせるため、正極材と負極材の液体中に
おける比重差及び粒径の差によりもたらせられる沈降速
度の差を利用した比重選別による湿式分級手段により電
極材と電極材以外のものを分離するとともに、電極材粉
末の電極材スラリを形成させ、また、形成した電極材粉
末の電極材スラリより水流、干渉沈降及びテーブルデッ
キの差動運動による選別機能を形成する薄流選別手段に
より正極材と負極材とを分離するようにしたもので、廃
ニッケル水素電池の切断破砕により得られた粉体混合破
砕物より電極材以外のものを取り除く前工程において
は、図２に見るように、フィルム、ラベル等を取り除く
乾式の風力分別手段と、篩による濾過洗浄工程と往復加
振板等による脈動水流を利用する湿式比重選別と沈降分
離とよりなる湿式分級手段を使用して電極材の電極材ス
ラリを形成させ、上記電極材スラリより正極材及び負極
材の分離には、他の選別手段に比較して後述するように
格段の高分離性能を持つ薄流選別手段を使用するように
したものである。

【００１２】本実施例のニッケル水素電池の正、負極材
の分離回収システムは、図１及び図２に示すように、電
池２５を輪切り縦切りをして粉体に破砕する破砕切断装
置１１と、粉砕された電池の粉体より、フィルム、ラベ
ル等２６ａを取り除く乾式の風力分別装置１２Ａと、洗
浄水２０による、傾斜加振板１２２及び攪拌機１２４及
び傾斜篩１２１による洗浄攪拌濾過部１２３と、浮遊物
処理部１２７と、沈降分離部１２５と、不用大型固形材
搬出部１２９と、により、電極材以外のもの２６ａを取
り除くとともに電極材の電極材スラリ２６を形成する湿
式分級手法よりなる分離装置１２Ｂと、形成された電極
材スラリ２６を適量送り出す調整弁等の調整装置１３
と、電極材スラリ２６を薄流水２１により薄流選別して
正極材と負極材に分離する薄流選別装置１４と、選別直
後の水を含む正極材＋水（以下、正極部材２７とい
う）、負極材＋水（以下、負極部材２８という）より脱
水して正極材２９、負極材３０を得る脱水機１５、１６
と、前記湿式分級装置１２Ｂ及び薄流選別装置１４から
の廃水２２を処理してリサイクル２３ないし外部放水２
４をする廃水処理装置１７と、より構成する。

【００１３】以下に図２により、前記湿式分級装置１２
Ｂの一実施例につき概略構成を説明する。図２に見るよ
うに、切断破砕され風力分別装置１２Ａによりフィルム
ラベル等の軽いものを乾式除去処理したあとの粉体混合
破砕物は浮遊物処理部１２７上流の投入口１２０より湿
式分級装置１２Ｂ内に投入される。湿式分級装置１２Ｂ
は、末端にバケットコンベア等の大型固形物搬出部１２
９を持ち、前記投入口１２０より搬出部１２９に向けて
傾斜篩１２１を設け、傾斜篩１２１下方の投入口側底部
に振動面積、振幅、振動周期を適当に設定した傾斜加振
板１２２を、またその下流に攪拌機１２４を設け、適当
の脈動水流と攪拌流を起こさせる一方、傾斜加振板１２
２に振動を与えて浮遊物の上昇移動と電極材スラリの取
出し口１３１への移動を可能とした水槽１２６により構
成される。そして、右端投入口１２０より風力分別装置
１２Ａよりの粉体混合破砕物と洗浄水２０を投入し、該
粉体混合破砕物を洗浄攪拌して電解液を除き、更に適当
メッシュの傾斜篩１２１により缶体、極板パンチングメ
タル、セパレータ、接着剤固形物等の大型固形物は傾斜
篩上の傾斜面に沿って左方へ移行させ末端に設けたバケ
ットコンベア等の搬出部１２９により外部へ搬出される
ようにする。

【００１４】正極材、負極材以外の小さな固形物は液状
に浮くか若しくは傾斜加振板１２２に振動を与えて浮遊
化して再度傾斜篩１２１の隙間を通って若しくはバケッ
トコンベア等の搬出部１２９の隙間より上方に浮き、沈
降分離部１２５において浮遊沈降を繰り返しながらホッ
パフロー部１２８より浮遊選別されて１３０より排出さ
れて排水処理装置１７を介して排出される。なお前記傾
斜篩１２１で濾過され選別された正極材及び負極材の混
合微粉体は前記脈動水流と攪拌流とを介して暫時沈降水
域に移行して水槽水底に電極材スラリ２６を形成する。

【００１５】図３には、前記薄流選別装置１４の模式図
が示され、薄流選別装置は投入口３１ａ側より図上下方
に向け所定角度傾斜させたテーブルデッキ３１と該テー
ブルデッキ３１上に設けられた複数のリッフル群３４と
該テーブルデッキ３１をテーブルデッキ３１傾斜方向と
直交する図上左右（水平）方向に振動させる振動機構３
２と、デッキ３１上を散布管１９により散布された薄流
水２１がテーブルデッキ３１底面の傾斜面を薄く覆うよ
うに流れる薄流流れ３３を主要構成とし、前記テーブル
デッキ３１上に配設された複数のリッフル群３４は、テ
ーブルデッキ３１傾斜方向と直交する図上左右（水平）
方向に平行に延設して形成され、投入口３１ａの側より
出口側３１ｂ側に向け順次長さを長くし階段状勾配を持
って形成するとともに、その上面は出口側に向け僅かに
傾斜させた下降傾斜面（図４参照）を持つか若しくは、
振動機構３２側より反対側の出口側に向って僅かに傾斜
させた下降傾斜面を形成させてある。

【００１６】また、振動機構３２は、テーブルデッキ３
１を矢印Ａ１−Ａ２方向に往復振動するようにするとと
もに、トッグル機構により振動しＡ１方向への前進を低
速で行いＡ２方向の後退は高速で行なうようにし、粒子
の出口方向への運搬効率を上がるようにするとともに、
テーブルデッキ３１が、振動数略３００ｒｐｍ以上、振
幅略３ｍｍ 以上の振動条件を持つように構成してあ
る。

【００１７】上記構成により、振動するテーブルデッキ
上に膜状に流れる薄流を利用し薄流とともに上方より投
入されたスラリ状の微粒子を選別するわけであるが、そ
の選別は、水流、干渉沈降と、テーブルデッキの運動に
より行なわれ、投入粒子はデッキの差動運動と重力方向
の流れとによってデッキ上に扇形状に広がり、粒子はそ
れぞれリッフルに沿って出口側進み、比重差により外側
に負極材の層流３５、内側に正極材の層流３６の二つの
分離した層流が形成される。

【００１８】しかし、図４（Ａ）に示すように、上記二
つの層流３５と３６はテーブルデッキ３１上で分離され
た状態で流れ独立した層流を形成しているが、リッフル
群３４の最下段のリッフル３４ａの末端部位３４ｂを過
ぎる近辺で分離状態が崩れて、境界３７は不明瞭となり
接近し合い、受け皿３９、４０に供給される正極部材及
び負極部材の純度が落ちる結果を招く恐れがある。

【００１９】そこで、本実施例は、上記二つの分離した
層流の下流の、最下段のリッフル３４ａの末端部位３４
ｂから下方に仕切り分離板３８を設け、正極材と負極材
の分離を確実にできるようにしている。なお、上記仕切
り分離板３８は塩ビ、プラスチック、木材、ＦＲＰ、金
属、その他の非金属で形成されるようにし、その形状は
図４（Ｂ）に示す、くさび型（ａ）、丸型（ｂ）、鋭角
型（ｃ）等で構成した。

【００２０】表１には、本発明のニッケル水素電池の
正、負極材の分離回収方法に使用した薄流選別装置の試
験結果を示してあるが、表に見るように、バッチ試験の
結果であるが純度約１００％の負極材が約７５％の回収
率が得られることを示している。また、前記仕切り分離
板を使用した薄流選別装置の試験結果を表２に示してあ
るが、表に見るように、純度１００％の負極材の回収率
は約９１％ととなり、格段の分離選別効果の上がること
がわかった。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、廃ニ
ッケル水素電池からの正極材及び負極材が変質させるこ
となくそのままの形で分離回収ができ、回収後の正極材
及び負極材の再利用を可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のニッケル水素電池の正、負極材の分離
回収システムの手順を示すブロック図である。

【図２】図１のニッケル水素電池の破砕、切断工程で得
られた該電池の粉体混合破砕物より、電極材粉末の電極
材スラリを形成する湿式分級装置の一実施例の概略構成
図である。

【図３】図２で得られた電極材粉末の電極材スラリより
正、負極材を分離する薄流選別装置の概略構成を示す模
式図である。

【図４】（Ａ）は図３の薄流選別装置の分離２層流に設
けた仕切り分離材の取り付け状況を示す図で、（Ｂ）は
仕切り分離材の形状を示す図で、（ａ）くさび型、
（ｂ）丸型、（ｃ）鋭角型の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１１ 破砕切断装置 １２Ａ 風力分別装置 １２Ｂ 湿式分級装置 １３ 調整装置 １４ 薄流選別装置 １５、１６ 脱水機 １７ 廃水処理装置 １９ 散布管 ２０ 洗浄水 ２１ 薄流水 ２５ 電池 ２６ 電極材スラリ ２７ 正極材＋水（正極部材） ２８ 負極材＋水（負極部材） ２９ 正極材 ３０ 負極材 ３１ テーブルデッキ ３２ 振動機構 ３３ 薄流流れ ３４ リッフル群 ３５ 負極材の層流 ３６ 正極材の層流 ３８ 仕切り分離板 １２３ 洗浄攪拌濾過部 １２５ 沈降分離部 １２９ 搬出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 匠 横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重 工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者 岡田 昇 横浜市中区錦町12番地 三菱重工業株式会 社横浜製作所内 (72)発明者 白石 武利 横浜市中区錦町12番地 三菱重工業株式会 社横浜製作所内 (72)発明者 岩井 信樹 横浜市中区錦町12番地 三菱重工業株式会 社横浜製作所内 (72)発明者 小島 泰志 新潟県中頸城郡妙高高原町田口272 中央 電気工業株式会社内 (72)発明者 北村 元 新潟県中頸城郡妙高高原町田口272 中央 電気工業株式会社内 (72)発明者 菅田 善昭 東京都港区虎ノ門１丁目１番12号 中央電 気工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正、負極材が粉体である二次電池および
   該二次電池製造工程から出荷までに発生した派生品の粉
   体混合破砕物より、電極材以外のものを取り除き電極材
   粉末を選別した後、該電極材粉末をスラリ状に薄流選別
   手段にながしながら正、負極材粉末の分離回収を行うこ
   とを特徴とする二次電池の正、負極材の分離回収方法。
2. 【請求項２】 市販され回収された二次電池および二次
   電池製造工程から出荷までに発生した派生品を品種・形
   状毎に選別する工程、 前記選別工程で選別した品種・形状のものを破砕する工
   程、 前記破砕工程で破砕したものを乾式分別する工程、 前記乾式分別工程で分別後、湿式で粗分別する工程、 前記湿式分別工程で粗分別した後、さらに湿式で粉体混
   合物を精密分別をする工程を含み、 前記各工程により物理的手段若しくは電極材粉末を化学
   的に変質させない手段のみで構成材料を分別することを
   特徴とする二次電池の分別回収方法。