JPH10211447A - 二次電池の正、負極材の分離回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃二次電池から正極材及び負極材を変質させ
ず、そのままの形で自動的に分離回収する分離回収装置
を提供する。 【解決手段】 二次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極材粉
末と負極材粉末との層流分離を行うとともに、該分離し
た二つの層流の下流部位境界線位置に仕切分離手段を配
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃棄二次電池正極
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二次電池の正、負極材の分離回収装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】二次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、廃二次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、現状は廃二次電池から容易
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現状である。

【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、廃二次電
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。この装置は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１２
６０℃で金属酸化物を部分的に還元する工程、３）１４
００〜１６００℃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
開発した方式は、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る。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る。酸に溶解
しない成分は固形廃棄物として分離される。

【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
離回収装置を提案する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、二次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極材粉末と負極材
粉末との層流分離を行うとともに、該分離した二つの層
流の下流部位境界線位置に仕切分離手段を配したことを
特徴とする。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粉は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粉体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、正極材粉体と負極材粉体の層流に分離
するようにしたものである。

【０００７】そして更に本発明は正極材層流と負極材層
流との間の下流部位境界線位置に仕切分離手段を配し分
離精度の向上を図ったものである。これにより廃二次電
池から正極材及び負極材を変質させず、そのままの形で
精度良く確実に分離回収するすることが出来、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。尚、前
記仕切分離手段は、リツフル最下流位置近傍に先端を有
する分離仕切部材、好ましくは可動分離仕切部材、若し
くは正、負極材の受け皿区分け用仕切り板、好ましくは
可動仕切り板であるのがよい。

【０００８】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。請求項２記
載の発明は、かかる点を特定したもので、前記薄流選別
手段は、薄流流れ方向に向け下方傾斜させたテーブル上
に、薄流流れ方向と直交する方向に略平行に延設して形
成され複数のリツフル群を具え、該複数のリツフル群自
由端（精鉱端）側を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、前記テーブルを薄流流れ方向と直
交する方向に往復振動するように構成したものである。
この場合、請求項３記載のように、前記テーブル振動速
度を前進速度を低速で行い後退速度は前進速度に比較し
て相対的に高速で行なうようにする事により、一層の分
離性能が向上する。

【０００９】

【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
は本発明の二次電池、例えば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の二次電池の破砕、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離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。

【００１０】本実施例の二次電池の正、負極材の分離回
収装置は、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離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振動
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、廃二次電池
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
離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。

【００１１】本実施例の二次電池の正、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２
６ａを取り除く乾式の風力分別装置１２Ａと、洗浄水２
０による、傾斜加振板１２ｂ及び攪拌機１２ｃ及び篩１
２ｄによる洗浄攪拌濾過部１２０と、浮遊物処理部１２
１と、沈降分離部１２Ｇと、不用大型固形材搬出部１２
ｈ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を形成する湿式分離手法
よりなる分離装置１２Ｂと、形成された電極材スラリ２
６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２
９、負極材３０を得る脱水機１５、１６と、前記湿式分
離装置１２Ｂ及び薄流選別装置１４からの排水２２を処
理してリサイクル２３ないし外部放水（廃水）２４をす
る廃水処理装置１７と、より構成する。

【００１２】以下に図２により、前記湿式分離装置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１２１上の投入口１２ｆより湿式
分離装置１２Ｂ内に投入される。湿式分離装置１２Ｂ
は、末端にバケットコンベア等の大型固形物搬出部１２
ｈを持ち、前記投入口１２ｆより搬出部１２ｈに向けて
傾斜篩１２ｄを設け、傾斜篩１２ｄ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１２ｂを、またその下流に攪拌機１２ｃ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
ｂ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１２ｎへの移動を可能とした水槽１２ｅにより構
成される。そして、右端投入口１２ｆ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１２ｄ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１２ｈにより外部へ搬出される
ようにする。

【００１３】正極材、負極材以外の小さな固形物は液上
に浮くか若しくは傾斜加振板１２ｂに振動を与えられて
浮遊化して再度傾斜篩１２ｄの隙間を通って若しくはバ
ケットコンベア等の搬出部１２ｈの隙間より上方に浮
き、沈降分離部１２Ｇにおいて浮遊沈降を繰り返しなが
らホッパフロー部１２ｇより浮遊選別されて１２Ｆ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１２ｄ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。

【００１４】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
に向け所定角度下方に向け傾斜させたテーブルデッキ３
１と該テーブルデッキ３１上に設けられた複数のリツフ
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３２と、デッキ３１上を散布管２１Ａにより散
布された薄流用水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ツ
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３１ｃ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。
また、振動機構３２は、テーブルデッキ３１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１ｍｍ
以上の振動条件を持つように構成してある。

【００１５】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水とともに上方より
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振動運動と重力方
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３１ｂが形成される。

【００１６】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、リツフル
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。

【００１７】そこで、本実施例は、上記二つの分離した
層流の下流の、最下段のリツフル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。図４（Ａ）の丸
中拡大図はリッフル３４の形状を示す。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）、板型
（ｃ）等で構成した。

【００１８】表１には、本発明の二次電池の正、負極材
の分離回収装置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％以上の回収率が得
られることを示している。

【００１９】

【表１】

【００２０】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、格段に分離選別効果が上がることがわかった。

【００２１】

【表２】

【００２２】図５は、本発明の分離仕切手段の種々の変
形例を示し、図５は図４の分離仕切り部材を可動にした
の実施例を示し、（Ａ）、（Ｂ）は夫々の実施形態を示
す要部概略図で、（Ｃ）は取り付け状況を示す。

【００２３】図５に示すように、本実施例の分離仕切り
部材１０ａの可動手段として磁力を用い、分離仕切り部
材１０ａは強磁性材料で構成し同図（Ｃ）に示すよう
に、テーブルデッキ５１は一般に表面を非磁性体５１ａ
で形成してあるが、その裏側に鉄等の磁性体５１ｂを固
着し、磁性体５１ｂとの共同作用で強磁性体で構成され
ている分離仕切り部材１０ａを所定位置に変更固定でき
るようにしてある。そして同図（Ａ）は仕切り部材１０
ａの形状をテーブルデッキ５１の末端形状に沿わせるよ
うにして分離仕切り効果をテーブルデッキの下端の受け
皿３９、４０まで確実に行えるようにしたものであり、
その移動方向は分離した二つの層流の境界線上に仕切り
部材１０ａ先端が位置するように矢印Ａ方向に移動可能
に構成されている。同図（Ｂ）に示す分離仕切り部材１
０ｂは、分離仕切り効果をテーブルデッキ５１上だけに
限ったものであるが、振動テーブル５１上に形成された
正極材の層流５６と負極材５５の分離層流との間の分離
境界界域５７の状況が、下流に特に最終リツフル通過地
点を境として乱され、その境界部位に分離精度の低下が
発生する恐れがあり、又上記分離境界界域５７の位置
は、運転条件の変化及び負荷変動に対応変化する為に、
移動方向は矢印Ａのほか、層流上流側Ｂにも移動可能に
構成され、対象材料、運転条件、負荷状況に最適に対応
できる。これにより、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す仕切り
分離板１０ａ、１０ｂのセット方向は、リッフル群５４
の最下端リッフル５４ａの位置より横方向にＬの位置に
ある、分離した正極材の層流５６と負極材の層流５５と
の分離境界界域５７と一致するようにセットする事が出
来る。

【００２４】図６の（Ａ）は、図５の変形構成を示す図
で、同図（Ｂ）はその取り付け状況を示す図である。図
６（Ａ）には、図５に示す分離仕切り部材１１ａの構成
材料を例えば塩ビ、プラスチック、木材、ＦＰＲ、金
属、その他の非金属の任意の部材で構成したもので、こ
の場合は同図（Ｂ）のＹ−Ｙ視図に示すように取り付け
位置を、テーブルデッキ５１下部の回収用受け皿側面に
設け、その形状はテーブルデッキ５１盤面の一部と下側
壁に全幅をぴったり隙間なく接触できるように先側を折
曲し、その末端取り付け部位に横方向の長穴１１ｂを設
け、テーブルデッキ５１の裏面から取り付け部位に当て
板１１ｅを当てがいセットボルト１１ｃ、ナット１１ｄ
で長穴１１ｂの適宜位置で固定できるようにしてある。
なお、図６（Ａ）に示す仕切り分離板１１ａのセット方
向は、最下端リッフル５４ａの位置より延長線のＬ距離
にある、正極材層流５６と負極材層流５５との分離境界
界域５７と、一致するようにセット固定する。

【００２５】図７（Ａ）は、分離仕切手段として受け皿
区分け用仕切り板を可動として概略構成図で、同図
（Ｂ）はその取り付け状況を示す斜視図で、同図（Ｃ）
は区分け用仕切り板の作用を示す図である。図７（Ａ）
には二次電池電極材薄流選別装置の受け皿区分け用仕切
り板の概略の構成を示す模式図を示してあるが、同図
（Ｂ）の斜視図に見るように、テーブルデッキ５１の側
壁５１ｃ（斜線部）の下部に設けた受け皿用コの字状樋
容器６０の樋の軸方向の矢印Ａ／Ｂ方向に移動可能の堰
である受け皿区分け用仕切り板１３_i、１３_i+1により樋
６０を適宜位置で分割した回収用皿３９、４０が形成で
きるように構成し、仕切り板１３_i、１３_i+1はセットボ
ルト１５により樋６０の側壁６０ａに固定できるように
してある。なお、同図（Ｃ）に見るように、、テーブル
デッキ５１盤面上に配置される分離仕切り板１２を２個
用意し、前記テーブルデッキ５１上に形成される正極材
の層流５５と負極材の層流５６との分離した２層流の分
離境界界域５７に存在する混合層流５７ａを挟むように
固定し、該混合層流に対する別異の回収受け皿１４ｉを
設けるようにしても良く、この場合得られた混合層流に
よる混合液を原料２５として再度薄流選別装置に再度投
入選別するようにして、分離回収精度の向上を図ること
ができる。

【００２６】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、廃二
次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】本発明の二次電池の正、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の二次電池の破砕、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
を形成する湿式分離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。

【図５】図５は、本発明の分離仕切手段の種々の変形例
を示し、図５は図４の分離仕切り部材を可動にしたの実
施例を示し、（Ａ）、（Ｂ）は夫々の実施形態を示す要
部概略図で、（Ｃ）は取り付け状況を示す。

【図６】（Ａ）は、図５の変形構成を示す図で、同図
（Ｂ）はその取り付け状況を示す図である。

【図７】（Ａ）は、分離仕切手段として受け皿区分け用
仕切り板を可動として概略構成図で、同図（Ｂ）はその
取り付け状況を示す斜視図で、同図（Ｃ）は区分け用仕
切り板の作用を示す図である。

【符号の説明】

１１ 破砕切断手段 １２Ａ 風力分別手段 １２Ｂ 湿式分離装置 １２Ｇ 沈降分離部 １４ 薄流選別手段 １７ 排水処理手段 ２１Ａ 散布管 ２６ 電極材スラリ ２７ 正極材粉体スラリ（正極部材） ２８ 負極材粉体スラリ（負極部材） ２９ 正極材粉体 ３０ 負極材粉体 ３１、５１ テーブルデッキ ３２ 振動機構 ３３ 薄流の流れ ３４ リツフル群 ３５、５５ 負極材の層流 ３６、５６ 正極材の層流 ３８ 仕切り分離板 １０ａ、１０ｂ、１１ａ、１２ 分離仕切り板 １３ｉ 受け皿区分け用仕切り板 １４ｉ 受け皿 ３９ 負極材回収槽 ４０ 正極材回収槽

───────────────────────────────────────────────────── 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 黒沢 良弘 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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次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極材粉
   末と負極材粉末との層流分離を行うとともに、該分離し
   た二つの層流の下流部位境界線位置に仕切分離手段を配
   したことを特徴とする二次電池の正、負極材の分離回収
   装置。
2. 【請求項２】 前記薄流選別手段は、薄流流れ方向に向
   け下方傾斜させたテーブル上に、薄流流れ方向と直交す
   る方向に略平行に延設して形成され複数のリツフル群を
   具え、該複数のリツフル群（自由）端側を順次長さを長
   くし階段状勾配を持って形成するとともに、前記テーブ
   ルを薄流流れ方向と直交する方向に往復振動するように
   構成したものであることを特徴とする請求項１記載の二
   次電池の正、負極材の分離回収装置。
3. 【請求項３】 前記テーブル振動速度を前進速度を低速
   で行い後退速度は前進速度に比較して相対的に高速で行
   なうようにした請求項２記載の二次電池の正、負極材の
   分離回収装置。
4. 【請求項４】 前記仕切分離手段が、リツフル最下流位
   置近傍に先端を有する分離仕切部材、好ましくは可動分
   離仕切部材であることを特徴とする請求項１記載の二次
   電池電極材用薄流選別装置。
5. 【請求項５】 前記仕切分離手段が、正、負極材の受け
   皿区分け用仕切り板、好ましくは可動仕切り板であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の二次電池電極材用薄流選
   別装置。