WO2012111630A1 - 電池廃材からの活物質の回収方法 - Google Patents

電池廃材からの活物質の回収方法 Download PDF

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recovering
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alkali metal
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哲 島野
慎吾 松本
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住友化学株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for recovering active material from battery waste.
  • the active material of the battery contains rare metal components such as cobalt, nickel, manganese, and lithium.
  • the positive electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery includes a compound containing the rare metal component as a main component. It's being used. In order to preserve the resources of the rare metal component, a method for recovering the rare metal component from the battery waste material of the secondary battery is required.
  • an electrode composed of a current collector and an electrode mixture, or an electrode mixture separated from a current collector is used as the rare metal.
  • the rare metal component is extracted into the solution by immersing the component in a solution in which the component is dissolved, the insoluble matter is filtered and removed from the resulting solution, and the pH of the solution containing the rare metal component is adjusted to adjust the pH of the solution.
  • There is a method of recovering a raw material of an active material by depositing and recovering a metal hydroxide or carbonate see, for example, Patent Document 1).
  • the rare metal component hydroxides, carbonates and chlorides recovered by this method are reused as raw materials for the active material.
  • a step of manufacturing the active material from the active material is required. Become. Therefore, the manufacturing cost and manufacturing energy for manufacturing an active material from the raw material of an active material are needed, and it becomes a problem from a viewpoint of economical efficiency and energy saving.
  • Patent Document 2 discloses N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as NMP) as a solvent having an action of dissolving only the binder among the active material, conductive material, and binder constituting the electrode. And by immersing the electrode in a solvent such as a mixed solvent containing NMP, the binder is dissolved in the solvent, and the mixture of the active material and the conductive material is separated and recovered from the current collector.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • a method is disclosed in which the active material is recovered by firing the mixture and burning the conductive material, and the active material is reused again as the active material of the secondary battery. Rather than dissolving the active material and reusing it as a solution containing each constituent element, the active material can be directly recovered if it can be directly recovered and reused as the active material. Since the manufacturing cost and manufacturing energy required for the manufacturing process are no longer required, the raw material of the active material is recovered from the conventionally proposed battery waste material, and the active material is manufactured from the active material raw material and reused. It is advantageous. However, in the method of recovering the active material from the battery waste material of Patent Document 2 and reusing it, an organic solvent for immersing the electrode is required to dissolve the binder, and the waste solution of the used organic solvent must be treated. I need it.
  • the object of the present invention is to use an organic solvent for recovering the active material from the battery waste material, without requiring the manufacturing cost and the manufacturing energy necessary for producing the active material from the raw material of the active material.
  • the present invention also provides a method for recovering active material from battery waste, which directly recovers active material from battery waste.
  • a method for recovering an active material from battery waste material wherein the next step (1) is to separate an electrode from the battery waste material and recover an electrode mixture containing the active material, a conductive material and a binder from the electrode.
  • Electrode mixture recovery process (2) An activation treatment agent mixing step of mixing an activated treatment agent containing one or more alkali metal compounds into the recovered electrode mixture; (3) An activation treatment step of activating the active material contained in the mixture by heating the obtained mixture to a holding temperature equal to or higher than the melting start temperature of the activation treatment agent, and (4) activation treatment
  • a method comprising an active material recovery step of recovering an activated active material from a mixture obtained by cooling after the step.
  • ⁇ 2> The active material recovery method according to ⁇ 1>, wherein the active material is a positive electrode active material.
  • the active material is a positive electrode active material.
  • the active material is a composite oxide containing one or more elements selected from the following element group 1 and one or more elements selected from the element group 2 3> The active material recovery method according to 3>.
  • Element group 1 Ni, Co, Mn, Fe, Al
  • P Element group 2 Li, Na, Ca, Sr, Ba, Mg ⁇ 5>
  • ⁇ 6> The method for recovering an active material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the positive electrode active material has a specific surface area of 5 m 2 / g or more and 100 m 2 / g or less.
  • ⁇ 7> The material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the alkali metal element constituting the alkali metal compound contained in the activation treatment agent is the same as the alkali metal element constituting the active material.
  • Method of recovering the active material ⁇ 8> The material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein at least one of the alkali metal compounds contained in the activation treatment agent is an alkali metal compound exhibiting alkalinity when dissolved in water. Method of recovering the active material. ⁇ 9> An alkali metal compound exhibiting alkalinity when dissolved in water is selected from the group consisting of alkali metal hydroxides, carbonates, bicarbonates, oxides, peroxides, and superoxides. The method for recovering an active material according to ⁇ 8>, wherein the active material is a seed or more.
  • the conductive material included in the electrode mixture is a carbon-based conductive material, and ⁇ 1>, wherein at least one of the alkali metal compounds contained in the activation treatment agent is an alkali metal compound having an oxidizing power to oxidatively decompose the carbon-based conductive material at a holding temperature in the activation treatment step.
  • the alkali metal compound having oxidizing power is at least one selected from the group consisting of alkali metal peroxides, superoxides, nitrates, sulfates, vanadates and molybdates, The method for recovering the active material according to 10>.
  • the addition amount of the activation treatment agent is 0.001 to 100 times the weight of the active material before the activation treatment contained in the electrode mixture.
  • ⁇ 13> The method for recovering an active material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 12>, wherein the conductive material contained in the electrode mixture is composed of only a carbon-based conductive material having a specific surface area of 30 m 2 / g or more. . ⁇ 14>
  • the method for recovering an active material according to ⁇ 13>, wherein the carbon-based conductive material is acetylene black.
  • the active material recovery process A slurrying step of adding a solvent to the mixture obtained after the activation treatment step to form a slurry; a solid-liquid separation step of separating the slurry into a solid phase and a liquid phase; The method for recovering an active material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 14>, further comprising a drying step of drying the solid phase after the solid-liquid separation.
  • the method for recovering an active material according to ⁇ 15> further including a step of recovering the fluorine component from the liquid phase obtained after solid-liquid separation.
  • the active material recovery step is a step of recovering the active material by vaporizing components other than the active material by heating and removing components other than the active material from the mixture obtained after the activation treatment step.
  • ⁇ 19> The active material recovery method according to ⁇ 18>, wherein in the active material recovery step, a temperature at which components other than the active material are vaporized is higher than a holding temperature in the activation treatment step.
  • ⁇ 20> The above ⁇ 18> or ⁇ 20> further comprising a step of recovering a fluorine component from a solution obtained by adding a solvent to a component obtained by cooling a gas generated by vaporizing components other than the active material
  • an active material can be directly recovered from battery waste without using an organic solvent. Furthermore, in the method of the present invention, the active material can be recovered from the battery waste material without being deactivated, and further, the active material to be recovered is subjected to the activation treatment, so that the battery comparable to the unused active material. An active material having performance can be obtained.
  • FIG. 1 is a graph showing the temperature dependence of the oxygen potential (log [P (O 2 )]) showing the relationship between the oxidizing power necessary to oxidize carbon and the oxidizing power of an alkali metal compound (sodium compound). It is.
  • FIG. 2 shows the temperature of the oxygen potential (log [P (O 2 )]) showing the relationship between the oxidizing power required to oxidize carbon and the oxidizing power of the alkali metal compound (peroxide, superoxide). It is a figure which shows dependency.
  • FIG. 3 is a graph showing the temperature dependence of the oxygen potential (log [P (O 2 )]) indicating the relationship between the oxidizing power necessary for oxidizing carbon and the oxidizing power of the alkali metal compound (sulfate). It is.
  • the present invention relates to a method for recovering an active material from battery waste, which includes the following steps.
  • An electrode mixture recovery step of separating the electrode from the battery waste material and recovering an electrode mixture containing an active material, a conductive material and a binder from the electrode.
  • An activation treatment agent mixing step (3) of mixing an activation treatment agent containing at least one kind of alkali metal compound is heated to a holding temperature equal to or higher than the melting start temperature of the activation treatment agent, Activation processing step for activating the active material contained in the mixture (4)
  • Active material recovery step for recovering the activated active material from the mixture obtained by cooling after the activation processing step
  • step (3) when the active material is heated to a high temperature together with the conductive material and the binder contained in the electrode mixture, the active material tends to be deactivated by the action of components such as carbon and fluorine contained in the conductive material and the binder.
  • step (3) when the mixture of the recovered electrode mixture and the activation treatment agent is heated, the activation treatment agent contained in the mixture melts to form a liquid phase that forms a liquid phase.
  • the alkali metal compound and the active material come into contact.
  • the molten alkali metal compound provides a melting reaction field in which the active active material becomes stable, and can be prevented from being deactivated even when the active material is heated together with the conductive material and the binder.
  • the molten alkali metal compound has an action of promoting the decomposition of the carbon material and the carbon-containing compound contained in the conductive material and the binder.
  • the electrode mixture contains a fluorine-containing polymer compound binder or a fluorine compound derived from an electrolyte containing fluorophosphate, it will corrode, such as hydrogen fluoride, by heating.
  • the fluorine compound is stable to the molten alkali metal compound even when heated to a holding temperature equal to or higher than the melting start temperature together with the activation treatment agent. Since it is taken in, generation
  • the active material contained in the electrode mixture can be directly reused as the active material itself without decomposing it into the raw material compound of the active material containing the constituent elements. Since no organic solvent is used to recover the active material from the waste material and no treatment of the waste liquid is required, the cost and production energy can be reduced compared to the case where the active material is produced from the raw material compound of the active material. .
  • the active material in the case of battery waste materials for lithium secondary batteries, can be recovered in addition to transition metals such as cobalt, nickel and manganese by directly recovering the active material from the battery waste material. Become.
  • the electrode mixture recovery step which is step (1), is a step of separating the electrode from the battery waste material and recovering the electrode mixture containing the active material, the conductive material, and the binder from the electrode.
  • the “battery waste material” is waste generated in the process of discarding the battery or in the process of manufacturing the battery, and includes at least an active material.
  • the active material for example, discarded used batteries or non-standard batteries and electrodes generated by disassembly of the batteries, electrode edges and excess electrode composites generated in the battery manufacturing process, non-standard products not suitable for battery manufacturing Electrodes and electrode composites.
  • an electrode containing an active material to be collected is separated from the battery waste material, and then the separated electrode mixture is collected.
  • a method for separating the electrode mixture from the electrode composed of the electrode mixture and the current collector a method of mechanically peeling the electrode mixture from the current collector (for example, the electrode mixture from the current collector).
  • a method of scraping off the electrode mixture a method of peeling the electrode mixture from the current collector by infiltrating a solvent into the interface between the electrode mixture and the current collector, and dissolving the current collector using an alkaline or acidic aqueous solution.
  • the electrode mixture is mechanically peeled from the current collector.
  • the electrode separated from the battery waste material may be either a positive electrode or a negative electrode, and the positive electrode active material or the negative electrode active material or the negative electrode active material is recovered by recovering the positive electrode mixture or the negative electrode mixture from these and supplying it to the subsequent step. Any of the materials can be recovered.
  • the active material recovery method of the present invention is suitably applied when the active material is a positive electrode active material.
  • the positive electrode active materials the positive electrode active material of a non-aqueous secondary battery is preferable.
  • the electrode constituting the battery has a structure in which the electrode mixture is applied to a metal foil such as an aluminum foil or copper foil, which is a current collector.
  • the electrode mixture is composed of an active material, a conductive material, and a binder. It consists of.
  • Active material, conductive material and binder contained in electrode separated from battery waste (hereinafter referred to as “active material before activation treatment”, “conductive material before activation treatment” and “binder before activation treatment”, respectively)
  • active material before activation treatment conductive material before activation treatment
  • binder before activation treatment conductive material before activation treatment
  • active material Among the active materials (active materials before activation treatment) contained in battery waste materials, lithium, oxygen, fluorine, sodium, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, sulfur, potassium, calcium, titanium, vanadium, and chromium are used as positive electrode active materials. , Manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, yttrium, niobium, molybdenum, silver, indium, tungsten, and the like.
  • a negative electrode active material lithium, oxygen, fluorine, sodium, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, sulfur, potassium, calcium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, yttrium , Niobium, molybdenum, silver, indium, tungsten, and the like.
  • a single compound may be sufficient as an active material (active material before activation process), and it may be comprised from the some compound.
  • Examples of the positive electrode active material suitable for the present invention include lithium, oxygen, sodium, sodium, magnesium, aluminum, phosphorus, sulfur, vanadium, manganese, iron, nickel, copper, cobalt, gallium, molybdenum, indium, and tungsten. And a compound compound containing as a constituent element.
  • a positive electrode active material of the non-aqueous secondary battery which is a suitable target in the present invention one or more elements selected from the following element group 1 and one or more metals selected from the element group 2 are included.
  • the composite oxide to contain is mentioned.
  • Element group 1 Ni, Co, Mn, Fe, Al
  • Element group 2 Li, Na, Ca, Sr, Ba, Mg
  • the element group 1 is at least one selected from Ni, Co, Mn, Fe and P
  • the element group 2 is a lithium transition metal composite oxide in which the element group 2 is Li, or the sodium transition metal in which the element group 2 is Na
  • a lithium transition metal composite oxide is particularly preferable.
  • LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni, Co) O 2 , Li (Ni, Mn) O 2 , Li (Ni, Mn, Co) O 2 , LiMn 2 are used as lithium transition metal composite oxides.
  • Examples include O 4 , Li (Mn, Fe) 2 O 4 , Li 2 MnO 3 , Li 2 NiO 3 , Li 2 (Ni, Mn) O 3 , LiFePO 4 , LiMnPO 4, and the like. Two or more kinds can be mixed and used.
  • Specific examples of the sodium transition metal composite oxide include NaCoO 2 , NaNiO 2 , Na (Ni, Co) O 2 , Na (Ni, Mn) O 2 , Na (Ni, Mn, Co) O 2 , and NaMn 2.
  • O 4, Na (Mn, Fe ) 2 O 4, NaFePO 4, NaMnPO 4 etc. can be mentioned, which may be used by mixing one or two or more kinds.
  • a layered structure is mentioned as a preferable crystal structure. More preferably, a hexagonal or monoclinic crystal structure is preferred.
  • the hexagonal crystal structure is P3, P3 1 , P3 2 , R3, P-3, R-3, P312, P321, P3 1 12, P3 1 21, P3 2 12, P3 2 21, R32, P3m1 , P31m, P3c1, P31c, R3m, R3c, P-31m, P-31c, P-3m1, P-3c1, R-3m, R-3c, P6, P6 1 , P6 5 , P6 2 , P6 4 , P6 3 , P-6, P6 / m, P6 3 / m, P622, P6 1 22, P6 5 22, P6 2 22, P6 4 22, P6 3 22, P6 mm, P6cc, P6 3 cm, P6 3 mc, P It belongs to any one space
  • the monoclinic crystal structure is P2, P2 1 , C2, Pm, Pc, Cm, Cc, P2 / m, P2 1 / m, C2 / m, P2 / c, P2 1 / c and C2 / c. Belonging to any one space group selected from the group consisting of More preferably, it belongs to the space group of R-3m included in the hexagonal crystal structure or C2 / m included in the monoclinic crystal structure.
  • the crystal structure of the active material before activation treatment is identified from a powder X-ray diffraction pattern obtained by powder X-ray diffraction measurement using CuK ⁇ rays as a radiation source.
  • the specific surface area of the active material to be recovered in the present invention is usually 0.01 to 200 m 2 / g.
  • the method of the present invention can be preferably applied to an active material having a specific surface area of 5 to 100 m 2 / g.
  • the specific surface area is the BET specific surface area using nitrogen gas.
  • the particle size of the active material to be collected in the present invention there is no particular limitation on the particle size of the active material to be collected in the present invention.
  • the particle diameter of the active material before activation treatment contained in the battery waste is about 0.001 to 100 ⁇ m.
  • the particle diameter of the primary particle of the active material before activation treatment can be measured with an electron micrograph.
  • Examples of the conductive material (conductive material before activation treatment) included in the battery waste material include metal-based conductive materials such as metal particles and carbon-based conductive materials made of carbon materials, and are usually carbon-based conductive materials.
  • Specific examples of the carbon-based conductive material include graphite powder, carbon black (for example, acetylene black), and fibrous carbon material (for example, graphitized carbon fiber and carbon nanotube).
  • the carbon-based conductive material may be a single carbon material or may be composed of a plurality of carbon materials.
  • the specific surface area of the carbon material used as the carbon-based conductive material is usually 0.1 to 500 m 2 / g.
  • the method of the present invention is preferably applied when the specific surface area of the carbon-based conductive material is 30 m 2 / g or more.
  • rate of the oxidation process of a carbon-type electrically conductive material can be raised by using the activation processing agent containing the alkali metal compound with the oxidizing power mentioned later. Even a carbon material having a small specific surface area can be oxidized.
  • binder binder before activation treatment
  • the binder include thermoplastic resins, and specifically, polyvinylidene fluoride (hereinafter sometimes referred to as PVdF), polytetrafluoroethylene.
  • PTFE tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene / vinylidene fluoride copolymer
  • propylene hexafluoride / vinylidene fluoride copolymer propylene hexafluoride / vinylidene fluoride copolymer
  • tetrafluoroethylene / perfluorovinyl ether Fluoropolymers such as polyethylene copolymers; polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene; styrene butadiene copolymers (hereinafter sometimes referred to as SBR), and a mixture of two or more of these may also be used. is there.
  • the amount of the active material, the conductive material and the binder in the electrode mixture cannot be generally specified, but the amount of the binder is usually 0.5 parts per 100 parts by weight of the positive electrode active material. About 30 to 30 parts by weight, preferably about 2 to 30 parts by weight.
  • the amount of the conductive agent is usually about 1 to 50 parts by weight, preferably 1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material.
  • the amount of the solvent is usually about 50 to 500 parts by weight, preferably about 100 to 200 parts by weight, per 100 parts by weight of the positive electrode active material.
  • Step (2) is a step of mixing an activation treating agent containing one or more alkali metal compounds into the electrode mixture recovered in step (1).
  • Mixing of the electrode mixture recovered in the step (1) and the activation treatment agent may be either dry mixing or wet mixing, or may be a combination thereof, and the mixing order is not particularly limited.
  • mixing it is preferable to go through a step of pulverizing and mixing using a mixing device equipped with a mixing medium such as a ball, thereby improving the mixing efficiency.
  • Dry mixing is preferable because mixing can be performed more easily.
  • a V-type mixer, a W-type mixer, a ribbon mixer, a drum mixer, a powder mixer equipped with stirring blades, a ball mill, a vibration A mill or a combination of these devices can be used.
  • Specific examples of a powder mixer equipped with a stirring blade as a suitable powder mixing device include a Ladige mixer manufactured by Matsubo Co., Ltd. (manufactured by Matsubo Co., Ltd.).
  • the activation treatment agent contains one or more alkali metal compounds.
  • the alkali metal compound can activate the active material by contacting with the active material.
  • the effect of activating the active material is enhanced when the alkali metal compound in the activation treatment agent containing the melted portion comes into contact with the active material.
  • the alkali metal element constituting the alkali metal compound contained in the activation treatment agent is preferably the same as the alkali metal element constituting the active material in order to enhance the effect of activation.
  • the alkali metal element constituting the alkali metal compound contained in the activation treatment agent is preferably lithium.
  • the ratio of the alkali metal compound in the activation treatment agent is usually 50% by weight or more, preferably 70% by weight or more of the total weight of the activation treatment agent.
  • the addition amount of the activation treatment agent in the mixture before activation treatment is such that the ratio of the activation treatment agent in the mixture before activation treatment is 0.001 to 100 times the weight of the activation material before activation treatment. Preferably there is. More preferably, it is 0.05 to 1 times.
  • the ratio of the activation treatment agent in the mixture before activation treatment it is possible to reduce the cost of collecting the active material from the battery waste material, and the rate of oxidative decomposition treatment of carbon-based conductive materials and binders. It is possible to enhance, improve the effect of preventing the generation of corrosive gas in the activation treatment step, and further improve the electrode characteristics of the obtained active material.
  • the activation treatment agent may contain a compound other than the alkali metal compound.
  • a compound other than the alkali metal compound for example, an alkaline earth metal compound containing an alkaline earth metal element such as magnesium, calcium, or barium can be given.
  • the alkaline earth metal compound is contained in the activation treatment agent together with the alkali metal compound for the purpose of controlling the melting start temperature of the activation treatment agent.
  • the content of the compound other than the alkali metal compound in the activation treatment agent is selected within a range that does not significantly suppress the effect derived from the molten alkali metal compound described above, and is usually 50% of the total weight of the activation treatment agent. %.
  • an alkali metal element which comprises an alkali metal compound what is necessary is just an alkali metal element, and lithium, sodium, and potassium are preferable.
  • the alkali metal compound containing a different alkali metal element may be sufficient.
  • alkali metal compounds include hydroxides such as LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH; Borides such as LiBO 2 , NaBO 2 , KBO 2 , RbBO 2 , CsBO 2 ; Li 2 CO 3, Na 2 CO 3, K 2 CO 3, RbCO 3, carbonates such as CsCO 3; Oxides such as Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Rb 2 O, Cs 2 O; Peroxides such as Li 2 O 2 , Na 2 O 2 , K 2 O 2 , Rb 2 O 2 , Cs 2 O 2 ; Superoxides such as LiO 2 , NaO 2 , KO 2 , RbO 2 , CsO 2 ; Nitrates such as LiNO 3 , NaNO 3 , KNO 3 , RbNO 3 , CsNO 3 ; Phosphates such as Li 3 PO 4, Na 3 PO 4, K 3 PO 4, Rb 3 PO 4, Cs 3 PO 4; Sulfates such as Li 2
  • a lithium compound is preferable, and LiOH, LiBO 2 , Li 2 CO 3 , Li 2 O, Li 2 O 2 , LiO 2 , LiNO 3 , Li 3 PO 4 , Li 2 SO 4 , LiCl, LiVO 3 , LiBr, Li 2 MoO 4 and Li 2 WO 4 are particularly preferred.
  • the active material is a Na composite oxide
  • a sodium compound is preferable, and NaOH, NaBO 2 , Na 2 CO 3 , Na 2 O, Na 2 O 2 , NaO 2 , NaNO 3 , Na 3 PO 4 , Na 2 SO 4 , NaCl, NaVO 3 , NaBr, Na 2 MoO 4 , Na 2 WO 4 are particularly preferred.
  • the activation treatment agent is an activation treatment agent (hereinafter referred to as “alkaline activation treatment agent”) in which at least one of the contained alkali metal compounds is an alkali metal compound exhibiting alkalinity when dissolved in water. Is preferably referred to as “.”.
  • the “alkaline activation treatment agent” refers to an activation treatment agent in which the pH of the solution becomes higher than 7 when the compound is dissolved in pure water.
  • the electrode of the active material obtained is particularly effective in improving the effect of preventing the generation of corrosive gas in the activation treatment step (3).
  • the characteristics can be further increased, and the processing speed of the carbon-based conductive material and the binder can be further increased.
  • alkaline activation treatment agent examples include activation treatment agents containing an alkali metal hydroxide, carbonate, oxide, peroxide, or superoxide.
  • An activation treatment agent containing an alkali metal hydroxide, carbonate, oxide, peroxide, or superoxide is preferable. These may be one type or two or more types.
  • the conductive material contained in the recovered electrode mixture is a carbon-based conductive material
  • at least one of the contained alkali metal compounds is the carbon-based conductive material at the holding temperature in the activation treatment step.
  • An activation treatment agent containing an alkali metal compound having an oxidative power to oxidatively decompose the material (hereinafter sometimes referred to as “activation treatment agent having an oxidative power”) is preferred.
  • activation treatment agent having such oxidizing power promotes oxidation of carbonaceous material to carbon dioxide, and promotes oxidation of carbonaceous material to carbon dioxide and water vapor.
  • the electrode characteristics of the active material obtained can be further enhanced, and the effect of preventing the generation of corrosive gas in the activation treatment process can be improved.
  • the oxidizing power for oxidizing the conductive material, which is a carbon material, to carbon dioxide and the oxidizing power of the activation treatment agent can be estimated using the oxygen potential (log [P (O 2 )]). The theory about these relationships is shown below.
  • log [K eq (a) ] which is the first term on the right side of Equation (2), represents an oxygen potential peculiar to the redox system
  • log [P (CO 2 )] which is the second term on the right side
  • log [K eq (a) ] is greatly changed, and thus the influence on the change of the oxygen potential (log [P (O 2 )]) is large.
  • the oxygen potential (log [P (O 2 )]) of equilibrium (a) is expressed only by log [K eq (a) ] in the first term on the right side of Equation (2). That is, the oxygen potential (log [P (O 2 )]) of equilibrium (a) is given by equation (3).
  • log [K eq (a) ] is calculated from the change in free energy ⁇ rG T ° [J / mol] of the reaction at a predetermined temperature T [° C.].
  • R is a gas constant (8.314 [J / (K / mol)]).
  • the free energy change ⁇ rG T ° [J / mol] is calculated by the generated free energy ⁇ fG T ° at a predetermined temperature of the substance involved in the reaction. In equilibrium (a), it is calculated as follows.
  • the free energy of formation ⁇ fG T ° of each substance can be examined from a thermodynamic database.
  • ⁇ fG T ° can be calculated by thermodynamic calculation software.
  • MALT2 copyright holder: Japan Society for Thermal Measurement, Publisher: Science and Technology Co., Ltd.
  • log [K eq (b) ] which is the first term on the right side of Equation (7), represents an oxygen potential (log [P (O 2 )]) peculiar to the redox system, and is represented by the second term on the right side.
  • a certain log ([Na 2 SO 4 ] 0.5 / [Na 2 S] 0.5 ) represents a change in oxygen potential (log [P (O 2 )]) depending on the concentration of a substance involved in the redox system.
  • log [K (Na 2 SO 4 / Na 2 S)] is calculated from the free energy change ⁇ rG T ° [J / mol] of the reaction at a predetermined temperature T [° C.].
  • R is a gas constant (8.314 [J / (K / mol)]).
  • log [K eq (b) ] is calculated using, for example, thermodynamic database software MALT2.
  • the oxidizing power of an additive containing Na 2 O 2 as an alkali metal compound is shown.
  • a redox equilibrium of Na 2 O 2 / Na 2 CO 3 represented by equilibrium (c) occurs.
  • 2Na 2 O 2 + 2CO 2 2Na 2 CO 3 + O 2 ...
  • Equilibrium (c) The equilibrium constant (K eq (c) ) of equilibrium (c) has the following relationship.
  • the oxygen potential (log [P (O 2 )]) of Na 2 O 2 / Na 2 CO 3 is given as follows.
  • log [K eq (c) ] which is the first term on the right side of Equation (12), represents an oxygen potential (log [P (O 2 )]) peculiar to the redox system
  • log [K eq (c) ] which is the first term on the right side, is expressed by the second term on the right side and the third term on the right side.
  • log [K (Na 2 O 2 / Na 2 CO 3 )] is calculated from the change in free energy ⁇ rG T ° [J / mol] of the reaction at a predetermined temperature T [° C.].
  • R is a gas constant (8.314 [J / (K / mol)]).
  • 2Na 2 O 2 + 2CO 2 2Na 2 CO 3 + O 2 ...
  • Equilibrium (c) log [K eq (c) ] is calculated using, for example, thermodynamic database software MALT2.
  • Oxidizing power required to oxidize carbon and hydrocarbons to carbon dioxide and water vapor and the oxidizing power of various alkali metal compounds are expressed in terms of oxygen potential (log [P (O 2 )]) and its temperature dependence Are shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG.
  • the oxidizing power of carbon and hydrocarbon at each temperature is a curve represented by carbon (C).
  • the oxygen potential (log [P (O 2 )]) is higher than the curve at each temperature, it indicates that it has the oxidizing power necessary to oxidize carbon and hydrocarbons to carbon dioxide and water vapor.
  • FIG. 1 shows sodium peroxide (Na 2 O 2 ), sodium superoxide (NaO 2 ), nitric acid as alkali metal compounds having the oxidizing power necessary to oxidize carbon and hydrocarbons to carbon dioxide and water vapor.
  • Sodium (NaNO 3 ), sodium molybdate (Na 2 MoO 4 ), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), and sodium vanadate (NaVO 3 ) are shown.
  • the oxygen potential (log [P (O 2 )]) indicating the oxidizing power of these alkali metal compounds is the oxygen potential (log [Pg [P (O 2 )]) required for oxidizing carbon and hydrocarbons to carbon dioxide and water vapor.
  • FIG. 2 shows lithium peroxide (Li 2 O 2 ) and sodium peroxide (Na 2 O 2 ) as alkali metal compounds having the oxidizing power necessary to oxidize carbon and hydrocarbons to carbon dioxide and water vapor.
  • the oxygen potential (log [P (O 2 )]) indicating the oxidizing power of these alkali metal compounds is the oxygen potential (log [Pg [P (O 2 )]) required for oxidizing carbon and hydrocarbons to carbon dioxide and water vapor.
  • P (O 2 )] There is a higher temperature range than P (O 2 )]). That is, alkali metal peroxides and superoxides have an oxidizing power to oxidize carbon to carbon dioxide.
  • FIG. 3 shows lithium sulfate (Na 2 SO 4 ), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), sulfuric acid as alkali metal compounds having the oxidizing power necessary to oxidize carbon and hydrocarbons to carbon dioxide and water vapor. Potassium (Na 2 SO 4 ) is shown.
  • the oxygen potential (log [P (O 2 )]) indicating the oxidizing power of these alkali metal compounds is the oxygen potential (log [Pg [P (O 2 )]) required for oxidizing carbon and hydrocarbons to carbon dioxide and water vapor. There is a higher temperature range than P (O 2 )]). That is, the alkali metal sulfate has an oxidizing power for oxidizing carbon to carbon dioxide.
  • Step (3) ⁇ Activation treatment step> Next, step (3) will be described.
  • the “melting start temperature (Tmp) of the activation treatment agent” means the lowest temperature at which a part of the activation treatment agent exhibits a liquid phase.
  • the melting start temperature (Tmp) of the activation treatment agent is a value obtained by differential heat measurement (DTA). That is, 5 mg of the above mixture is subjected to differential heat measurement (DTA, measurement condition: heating rate: 10 ° C./min), and the temperature at which the DTA signal exhibits an endothermic peak is defined as the melting start temperature (Tmp).
  • step (3) as described above, the mixture is heated to a holding temperature equal to or higher than the melting start temperature of the activation treatment agent, and brought into contact with the activation treatment agent in the molten state and the active material, whereby an electrode mixture is obtained. It can be stabilized without deactivating the active material therein.
  • the molten activation treatment agent and the active material come into contact with the carbon-based conductive material and the binder to increase the rate of oxidative decomposition, and the molten activation treatment agent and the active material are bonded to the binder and the electrolytic material.
  • the fluorine component can be stabilized as an alkali metal fluoride, and the effect of preventing the generation of hydrogen fluoride which is a corrosive gas can be exhibited.
  • the holding temperature of the activation treatment step is optimum depending on the type and combination of the alkali metal compound and other compounds contained in the active material, conductive material, binder, and activation treatment agent constituting the electrode mixture. Set the temperature. Usually, it is in the range of 100 to 1500 ° C.
  • the retention time of the activation treatment step is optimal depending on the type and combination of the alkali metal compound and other compounds contained in the active material, conductive material, binder, and activation treatment agent constituting the electrode mixture. Set the time. Usually, it is about 10 minutes to 24 hours.
  • the atmosphere in the activation treatment process is optimal depending on the type and combination of the active material, conductive material and binder constituting the electrode mixture, and the alkali metal compound and other compounds contained in the activation treatment agent. Set the atmosphere. From the viewpoint of promoting the activation treatment of the active material and promoting the oxidation of carbon derived from the carbon-based conductive material or the like, an oxidizing atmosphere containing oxygen such as air is preferable.
  • the holding temperature is higher than the melting point of the alkali metal compound contained in the activation treatment agent.
  • the melting point of the alkali metal compound may be lower than the melting point of each compound alone by mixing a plurality of types of compounds.
  • the eutectic point is defined as the melting point.
  • the active material recovery step is activated from a mixture obtained by cooling after the activation treatment step of step (3) (hereinafter sometimes referred to as “mixture after activation treatment”). This is a step of recovering the active material.
  • the post-activation treatment mixture includes, in addition to the activated active material, an alkali metal component derived from the activation treatment agent, undecomposed conductive material and binder, and other undecomposed materials of battery waste. Further, when the battery waste material contains an electrolytic solution containing a fluorine component, the battery waste material may contain a fluorine component derived from the electrolyte.
  • Examples of a method for separating and recovering the active material from the mixture include a slurry-solid-liquid separation method in which a solvent such as water is added to the mixture to form a slurry, and then solid-liquid separation is performed.
  • a vapor separation method in which components are vaporized and separated may be mentioned.
  • the slurry-solid-liquid separation method and the vaporization separation method which are suitable methods for the active material recovery step, will be described in detail.
  • the active material recovery step by the slurrying solid-liquid separation method includes a slurrying step of adding a solvent to the mixture obtained after the activation treatment step to form a slurry, and a solid-liquid separation step of separating the slurry into a solid phase and a liquid phase And a drying step of drying the solid phase after the solid-liquid separation.
  • This method is particularly suitable for recovering an active material insoluble in water.
  • the slurrying step is a step of preparing a slurry by adding a solvent to the mixture after the activation treatment.
  • the solvent used in the slurrying step is not limited as long as it is a solution that can dissolve components other than the active material contained in the mixture after the activation treatment step.
  • the solvent is preferably water that is inexpensive and easy to use industrially. In order to increase the solubility of water-soluble components or increase the processing speed, components other than water may be added to adjust the pH.
  • a slurry composed of a solid phase made of an active material and a liquid phase made of a water-soluble component other than the active material is formed.
  • the liquid phase includes an alkali metal component derived from the activation treatment agent, a binder before activation treatment, and a fluorine component derived from the electrolytic solution.
  • the amount of the solvent added to the mixture after the activation treatment is determined in consideration of the amounts of the active material contained in the mixture after the activation treatment and the water-soluble components other than the active material.
  • the slurry formed in the slurrying process is then subjected to a solid-liquid separation process.
  • the solid-liquid separation step is a step of separating a liquid phase and a solid phase constituting the slurry.
  • a method of solid-liquid separation a conventionally known method may be used, and examples thereof include filtration and centrifugation.
  • a drying process is a process of drying the active material obtained after a solid-liquid separation process, and removing a solvent (water
  • the drying holding temperature is preferably 100 ° C. or higher in order to remove the solvent (water). Further, it is preferable to set the temperature to 150 ° C. or higher in order to sufficiently remove moisture. In particular, a temperature of 250 ° C. or higher is preferable because battery characteristics of the obtained active material are further enhanced.
  • the temperature in the drying process may be constant or may be changed stepwise or continuously.
  • the fluorine component derived from the binder before activation process and electrolyte solution is contained in a liquid phase
  • the fluorine component can be recovered by adding a precipitant or evaporating the solvent (water) to the liquid phase obtained in the solid-liquid separation step.
  • the fluorine component can be recovered as calcium fluoride by adding a precipitant that generates calcium ions to the liquid phase.
  • the fluorine component recovered in the fluorine recovery process can be recycled as a raw material for the fluorine product.
  • the alkali metal component derived from an activation processing agent when the alkali metal component derived from an activation processing agent is contained in a liquid phase, it is preferable to include the process of collect
  • the alkali metal component can be recovered by evaporating water in the liquid phase after the solid-liquid separation step or in the fluorine recovery step.
  • the recovered alkali metal component is preferably reused as an alkali metal compound contained in the activation treatment agent in the step (2) activation treatment mixing step.
  • the active material recovery step by the vaporization separation method is an active material including a vaporization separation step in which a component other than the active material is vaporized by heating the mixture after the activation treatment to separate the component other than the active material from the active material. It is a recovery process.
  • the active material recovery step by vaporization separation operation the active material can be recovered without bringing water into contact with the active material. Therefore, it is suitable for recovering an active material in which battery performance deteriorates due to contact with water.
  • the temperature of the vaporization separation step is adjusted according to the type of components other than the active material.
  • the decomposition temperature or boiling point of the alkali metal compound contained in the activation treatment agent is preferred.
  • the activation treatment step and the vaporization separation step may be performed at the same time, may be performed continuously, or may be performed separately. More preferably, a vaporization separation step is performed subsequently to the activation treatment step. At this time, it is preferable to perform the vaporization separation step at a temperature higher than the holding temperature of the activation treatment step.
  • the energy efficiency is good, the effect of preventing the generation of corrosive gas is improved, and the battery performance of the resulting active material Can be further enhanced.
  • the vaporization separation method it is preferable to have a step of recovering the fluorine component derived from the binder before activation treatment and the electrolyte contained in components other than the active material obtained by cooling the gas generated in the vaporization separation step.
  • the step of recovering the fluorine component in the vaporization separation method includes the step of recovering the fluorine component from a solution obtained by adding a solvent to the component obtained by cooling the gas generated by vaporizing components other than the active material. Including. Specifically, components other than the active material contained in the mixture after the activation treatment can be collected by collecting the gas generated in the vaporization separation step with a demister, cooling, and solidifying.
  • the solvent that dissolves the components other than the active material is not limited as long as it can dissolve the components other than the active material contained in the mixture after the activation treatment step.
  • the solvent is preferably water that is inexpensive and easy to use industrially.
  • the pH may be adjusted to increase the solubility of the water-soluble component or increase the processing speed.
  • the fluorine component can be recovered as calcium fluoride.
  • the fluorine component recovered by the operation of recovering the fluorine component can be recycled as a raw material for the fluorine product.
  • the gas generated in the vaporization and separation step may be recovered by a demister, cooled, and solidified to recover components other than the active material including the alkali metal component derived from the activation treatment agent. It is preferable to include a step of recovering the alkali metal component from the solution after recovering the fluorine component. Specifically, the alkali metal component can be recovered by evaporating the water in the liquid phase obtained after the solid-liquid separation by the operation of recovering the fluorine component.
  • the recovered alkali metal component is preferably used as an alkali metal compound of an activation treatment agent.
  • the active material obtained from the battery waste material by using the active material recovery method of the present invention can be reused in the same manner as the unused active material.
  • the molar ratio of the alkali metal to the transition metal in the active material is preferably equal to or larger than the molar ratio in the active material before the activation treatment. By increasing the ratio of the alkali metal, the battery characteristics of the obtained active material can be enhanced.
  • an electrode mixture (positive electrode mixture) and an electrode (positive electrode) for a non-aqueous electrolyte secondary battery will be described as an example. I will explain.
  • the electrode (positive electrode) is manufactured by supporting an electrode mixture containing an active material, a conductive material and a binder on a current collector.
  • the active material only needs to contain an active material obtained by a method for recovering active material from battery waste. An unused active material may be added as necessary.
  • a carbon material can be used as the conductive material, and examples of the carbon material include graphite powder, carbon black (for example, acetylene black), and fibrous carbon material.
  • the ratio of the conductive material in the electrode is 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the active material.
  • a fibrous carbon material such as graphitized carbon fiber or carbon nanotube is used as the conductive material, this ratio can be lowered.
  • carbon black can improve the electrical conductivity inside an electrode, and can improve charging / discharging efficiency and a rate characteristic by adding a small amount in an electrode compound material.
  • thermoplastic resin As the binder, a thermoplastic resin can be used. Specifically, polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (hereinafter sometimes referred to as PTFE), ethylene tetrafluoride / hexafluoropropylene. ⁇ Fluorine resins such as vinylidene fluoride copolymers, hexafluoropropylene / vinylidene fluoride copolymers, and tetrafluoroethylene / perfluorovinyl ether copolymers; polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene; . Moreover, you may mix and use these 2 or more types.
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Fluorine resins such as vinylidene fluoride copolymers, hex
  • a fluororesin and a polyolefin resin are used as a binder, and the proportion of the fluororesin in 100% by weight of the positive electrode mixture is 1 to 10% by weight, and the proportion of the polyolefin resin is 0.1 to 2% by weight. By doing so, a positive electrode mixture excellent in binding property with the positive electrode current collector can be obtained.
  • a conductor such as aluminum, nickel, or stainless steel can be used. Furthermore, aluminum (Al) is preferable because it is easily processed into a thin film and is inexpensive.
  • the method of supporting the electrode mixture on the current collector include a pressure molding method and a method of fixing the electrode mixture paste.
  • An electrode mixture paste is produced using an active material, a conductive material, a binder, and a solvent. The electrode mixture paste is applied onto a current collector and dried and pressed to fix the paste.
  • the solvent an aqueous solvent or an organic solvent can be used. You may add a thickener to a solvent as needed.
  • Examples of the thickener include carboxymethyl cellulose, sodium polyacrylate, polyvinyl alcohol, and polyvinyl pyrrolidone.
  • Examples of the organic solvent include amine solvents such as N, N-dimethylaminopropylamine and diethylenetriamine; ether solvents such as tetrahydrofuran; ketone solvents such as methyl ethyl ketone; ester solvents such as methyl acetate; dimethylacetamide, N-methyl Amide solvents such as -2-pyrrolidone;
  • Examples of the method of applying the electrode mixture to the current collector include a slit die coating method, a screen coating method, a curtain coating method, a knife coating method, a gravure coating method, and an electrostatic spray method.
  • the electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries can be manufactured.
  • An electrode group is produced by laminating and winding a separator, a negative electrode, and a positive electrode.
  • a lithium secondary battery is manufactured by housing the electrode group in a battery case and impregnating with an electrolytic solution.
  • Examples of the shape of the electrode group include a circle, an ellipse, a rectangle, and a rectangle with rounded corners when the electrode group is cut in a direction perpendicular to the winding axis.
  • examples of the shape of the battery include a paper shape, a coin shape, a cylindrical shape, and a square shape.
  • the negative electrode only needs to be capable of doping and dedoping lithium ions at a lower potential than the positive electrode, and is composed of an electrode in which a negative electrode mixture containing a negative electrode active material is carried on a negative electrode current collector or a negative electrode active material alone.
  • An electrode can be mentioned.
  • the negative electrode active material include carbon materials, chalcogen compounds (oxides, sulfides, and the like), nitrides, metals, and alloys that can be doped and dedoped with lithium ions at a lower potential than the positive electrode. You may mix and use these negative electrode active materials.
  • the negative electrode active material is exemplified below.
  • the carbon material include graphite such as natural graphite and artificial graphite, cokes, carbon black, pyrolytic carbons, carbon fibers, and fired organic polymer compounds.
  • oxide specifically, (wherein, x represents a positive real number) SiO 2, SiO, etc. formula SiO x oxides of silicon represented by; TiO 2, TiO, etc.
  • TiO x (wherein, x Is an oxide of titanium represented by a positive real number; an oxide of vanadium represented by a formula VO x (where x is a positive real number) such as V 2 O 5 and VO 2 ; Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , FeO, etc.
  • the sulfide include titanium sulfide represented by the formula TiS x (where x is a positive real number) such as Ti 2 S 3 , TiS 2 , and TiS; V 3 S 4 , VS 2, Vanadium sulfide represented by the formula VS x (where x is a positive real number), such as VS; FeS x (where x is a positive real number), such as Fe 3 S 4 , FeS 2 , FeS Iron sulfide; molybdenum sulfide represented by the formula MoS x (where x is a positive real number) such as Mo 2 S 3 , MoS 2 ; SnS x such as SnS 2, SnS where x is A tin sulfide represented by a positive real number); a tungsten sulfide represented by WS 2 and the like WS x (where x is a positive real number); and a formula SbS x such as Sb 2 S x
  • nitride examples include lithium-containing nitrides such as Li 3 N, Li 3-x A x N (where A is Ni and / or Co, and 0 ⁇ x ⁇ 3). Can be mentioned. These carbon materials, oxides, sulfides, and nitrides may be used in combination, and may be crystalline or amorphous. Moreover, these carbon materials, oxides, sulfides, and nitrides are mainly supported on a negative electrode current collector and used as electrodes.
  • the metal include lithium metal, silicon metal, and tin metal.
  • the alloy include lithium alloys such as Li—Al, Li—Ni, and Li—Si; silicon alloys such as Si—Zn; Sn—Mn, Sn—Co, Sn—Ni, Sn—Cu, and Sn—La. Tin alloys such as Cu 2 Sb and La 3 Ni 2 Sn 7 can also be mentioned.
  • carbon materials containing graphite as a main component such as natural graphite and artificial graphite are preferably used because of good potential flatness, low average discharge potential, and good cycleability.
  • the shape of the carbon material may be, for example, a flake shape such as natural graphite, a spherical shape such as mesocarbon microbeads, a fibrous shape such as graphitized carbon fiber, or an aggregate of fine powder.
  • the negative electrode mixture may contain a binder as necessary.
  • the binder include thermoplastic resins, and specific examples include PVdF, thermoplastic polyimide, carboxymethyl cellulose, polyethylene, and polypropylene.
  • Examples of the negative electrode current collector include conductors such as copper, nickel, and stainless steel, and copper may be used because it is difficult to form an alloy with lithium and it is easy to process into a thin film.
  • the method of supporting the negative electrode mixture on the negative electrode current collector is the same as in the case of the positive electrode, and examples thereof include a pressure molding method and a method of fixing the negative electrode mixture paste.
  • the separator for example, a material having a form such as a porous membrane, a nonwoven fabric, a woven fabric made of a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, a fluororesin, a nitrogen-containing aromatic polymer, and the like can be used. Moreover, it is good also as a separator using 2 or more types of the said material, and the said material may be laminated
  • the separator preferably has a porous film containing a thermoplastic resin.
  • a porous film containing a thermoplastic resin normally, when an abnormal current flows in the battery due to a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, the function of blocking the current and preventing the excessive current from flowing (shut down) It is preferable to have.
  • the shutdown is performed by closing the micropores of the porous film in the separator when the normal use temperature is exceeded. After the shutdown, even if the temperature in the battery rises to a certain high temperature, it is preferable to maintain the shutdown state without breaking the film due to the temperature.
  • Examples of such a separator include a laminated film in which a heat-resistant porous layer and a porous film are laminated. By using the film as a separator, the heat resistance of the secondary battery in the present invention can be further increased. .
  • the heat-resistant porous layer may be laminated on both surfaces of the porous film.
  • the heat resistant porous layer is a layer having higher heat resistance than the porous film, and the heat resistant porous layer may be formed of an inorganic powder or may contain a heat resistant resin.
  • the heat resistant porous layer contains a heat resistant resin
  • the heat resistant porous layer can be formed by an easy technique such as coating.
  • the heat resistant resin include polyamide, polyimide, polyamideimide, polycarbonate, polyacetal, polysulfone, polyphenylene sulfide, polyetherketone, aromatic polyester, polyethersulfone, and polyetherimide.
  • polyamide, polyimide, polyamideimide, polyethersulfone and polyetherimide are preferable.
  • polyamide More preferably, it is polyamide, polyimide or polyamideimide. Even more preferred are nitrogen-containing aromatic polymers such as aromatic polyamides (para-oriented aromatic polyamides, meta-oriented aromatic polyamides), aromatic polyimides, and aromatic polyamideimides. Particularly preferred is an aromatic polyamide, and in terms of production, para-oriented aromatic polyamide (hereinafter sometimes referred to as para-aramid) is particularly preferred.
  • the heat resistant resin include poly-4-methylpentene-1 and cyclic olefin polymers.
  • the thermal film breaking temperature of the laminated film depends on the type of heat-resistant resin and is selected and used according to the use scene and purpose of use. More specifically, as the heat-resistant resin, the cyclic olefin polymer is used at about 400 ° C. when the nitrogen-containing aromatic polymer is used, and at about 250 ° C. when poly-4-methylpentene-1 is used. When using, the thermal film breaking temperature can be controlled to about 300 ° C., respectively. Further, when the heat resistant porous layer is made of inorganic powder, the thermal film breaking temperature can be controlled to 500 ° C. or higher.
  • the para-aramid is obtained by condensation polymerization of a para-oriented aromatic diamine and a para-oriented aromatic dicarboxylic acid halide, and the amide bond is in the para position of the aromatic ring or an oriented position equivalent thereto (for example, 4,4 ′ -Substantially consisting of repeating units bonded in the opposite direction, such as biphenylene, 1,5-naphthalene, 2,6-naphthalene and the like, oriented in the opposite direction coaxially or in parallel.
  • para-aramid having a structure according to the type.
  • the aromatic polyimide is preferably a wholly aromatic polyimide produced by condensation polymerization of an aromatic dianhydride and a diamine.
  • the dianhydride include pyromellitic dianhydride, 3,3 ', 4,4'-diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, 3,3', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic Examples include acid dianhydride, 2,2'-bis (3,4-dicarboxyphenyl) hexafluoropropane and 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride.
  • diamine examples include oxydianiline, paraphenylenediamine, benzophenonediamine, 3,3′-methylenedianiline, 3,3′-diaminobenzophenone, 3,3′-diaminodiphenylsulfone and 1,5 -Naphthalenediamine.
  • a polyimide soluble in a solvent can be preferably used.
  • An example of such a polyimide is a polycondensate polyimide of 3,3 ′, 4,4′-diphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride and an aromatic diamine.
  • aromatic polyamideimide those obtained from condensation polymerization using aromatic dicarboxylic acid and aromatic diisocyanate, and those obtained from condensation polymerization using aromatic dianhydride and aromatic diisocyanate. Things.
  • aromatic dicarboxylic acid include isophthalic acid and terephthalic acid.
  • aromatic dianhydride is trimellitic anhydride.
  • aromatic diisocyanate include 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, orthotolylane diisocyanate, and m-xylene diisocyanate.
  • the thickness of the heat resistant porous layer is preferably 1 to 10 ⁇ m, more preferably 1 to 5 ⁇ m, and particularly preferably 1 to 4 ⁇ m.
  • the heat-resistant porous layer has fine pores, and the pore diameter is usually 3 ⁇ m or less, preferably 1 ⁇ m or less.
  • a heat resistant porous layer can also contain the below-mentioned filler.
  • the porous film preferably has fine pores and has a shutdown function.
  • the porous film contains a thermoplastic resin.
  • the size of the micropores in the porous film is usually 3 ⁇ m or less, preferably 1 ⁇ m or less.
  • the porosity of the porous film is usually 30 to 80% by volume, preferably 40 to 70% by volume.
  • the thermoplastic resin softens and closes micropores when the normal use temperature is exceeded.
  • thermoplastic resin one that does not dissolve in the electrolyte solution in the nonaqueous electrolyte secondary battery is selected.
  • polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, and thermoplastic polyurethane resins, and a mixture of two or more of these may be used.
  • polyethylene include low density polyethylene, high density polyethylene, linear polyethylene, and ultrahigh molecular weight polyethylene having a molecular weight of 1,000,000 or more.
  • the thermoplastic resin constituting the porous film preferably contains at least ultrahigh molecular weight polyethylene in order to further increase the piercing strength of the film. Further, in terms of the production of the porous film, it may be preferable that the thermoplastic resin contains a wax composed of a low molecular weight polyolefin having a weight average molecular weight of 10,000 or less.
  • the thickness of the porous film in the laminated film is usually 3 to 30 ⁇ m, more preferably 3 to 25 ⁇ m. In the present invention, the thickness of the laminated film is usually 40 ⁇ m or less, preferably 20 ⁇ m or less. Further, when the thickness of the heat resistant porous layer is A ⁇ m and the thickness of the porous film is B ⁇ m, the value of A / B is preferably 0.1 or more and 1 or less.
  • the heat resistant porous layer may contain one or more fillers.
  • the filler may be selected from any of organic powder, inorganic powder, or a mixture thereof.
  • the average particle diameter of the particles constituting the filler is preferably 0.01 to 1 ⁇ m.
  • Examples of the organic powder include styrene, vinyl ketone, acrylonitrile, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, and methyl acrylate, or a copolymer of two or more types; polytetrafluoroethylene, 4 fluorine, and the like.
  • Fluorinated resins such as fluorinated ethylene-6propylene copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer and polyvinylidene fluoride; melamine resin; urea resin; polyolefin; polymethacrylate.
  • the organic powder may be used alone or in combination of two or more. Among these organic powders, polytetrafluoroethylene powder is preferable from the viewpoint of chemical stability.
  • the inorganic powder examples include powders made of inorganic substances such as metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal hydroxides, carbonates and sulfates. Among these, powder made of an inorganic material having low conductivity is preferably used. Specific examples of the inorganic powder include powder made of alumina, silica, titanium dioxide, or calcium carbonate. The inorganic powder may be used alone or in combination of two or more. Among these inorganic powders, alumina powder is preferable from the viewpoint of chemical stability. More preferably, the filler is composed only of alumina particles. More preferably, some or all of the alumina particles constituting the filler are substantially spherical. When the heat-resistant porous layer is composed of inorganic powder, the inorganic powder exemplified above may be used, and may be mixed with a binder as necessary.
  • the inorganic powder exemplified above may be used, and may be mixed with a binder as necessary.
  • the weight of the filler when all the particles constituting the filler are alumina particles, when the total weight of the heat-resistant porous layer is 100 parts by weight, the weight of the filler is usually 5 to 95 parts by weight, and 20 to 95 parts by weight. Preferably there is. More preferably, it is 30 to 90 parts by weight. These ranges can be appropriately set depending on the specific gravity of the filler material.
  • substantially spherical, plate-like, columnar, needle-like, whisker-like and fiber-like can be mentioned, and any particle can be used. Furthermore, since it is easy to form a uniform hole, it is preferable that it is a substantially spherical particle.
  • the substantially spherical particles include particles having a particle aspect ratio (particle major axis / particle minor axis) of 1 to 1.5. The aspect ratio of the particles can be measured from an electron micrograph.
  • the air permeability of the separator by the Gurley method is preferably 50 to 300 seconds / 100 cc. More preferably, it is 50 to 200 seconds / 100 cc.
  • the porosity of the separator is usually 30 to 80% by volume, preferably 40 to 70% by volume.
  • the separator may be a laminate of separators having different porosity.
  • the electrolytic solution is usually composed of an electrolyte and an organic solvent.
  • the electrolyte include perchlorate, alkali hexafluoride, arsenic hexafluoride, arsenic hexafluoride, antimony hexafluoride, boron tetrafluoride, trifluoromethanesulfonate, and trifluoroamides of sulfonamide compounds. Examples include lomethane sulfonate, boron compound salt, and borate. A mixture of two or more of these may be used.
  • lithium salts examples include LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN ( SO 2 CF 3 ) (COCF 3 ), Li (C 4 F 9 SO 3 ), LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , Li 2 B 10 Cl 10 , LiBOB (where BOB is bis (oxalate) boreate
  • lithium salts such as lower aliphatic carboxylic acid lithium salts and LiAlCl 4 .
  • the lithium salt is usually selected from the group consisting of LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 and LiC (SO 2 CF 3 ) 3 containing fluorine among them. Those containing at least one selected are used.
  • the organic solvent includes propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 1,2-di (methoxy Carbonates such as carbonyloxy) ethane; 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropyl methyl ether, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl difluoromethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran Ethers such as methyl formate, methyl acetate and ⁇ -butyrolactone; nitriles such as acetonitrile and butyronitrile; N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetami Carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidone; amides such as sulfolane, dimethyl
  • a mixture of two or more of the organic solvents is used.
  • a mixed solvent containing carbonates is preferable, and a mixed solvent of cyclic carbonate and acyclic carbonate, or a mixed solvent of cyclic carbonate and ethers is more preferable.
  • the mixed solvent of cyclic carbonate and acyclic carbonate has a wide operating temperature range, excellent load characteristics, and is hardly decomposable even when a graphite material such as natural graphite or artificial graphite is used as the negative electrode active material.
  • a mixed solvent containing ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate is preferable.
  • an electrolytic solution containing an alkali metal salt containing fluorine such as LiPF 6 and an organic solvent having a fluorine substituent is preferable.
  • a mixed solvent containing ethers having fluorine substituents such as pentafluoropropyl methyl ether and 2,2,3,3-tetrafluoropropyl difluoromethyl ether and dimethyl carbonate has excellent high current discharge characteristics, and preferable.
  • a solid electrolyte may be used instead of the electrolytic solution.
  • the solid electrolyte for example, an organic polymer electrolyte such as a polyethylene oxide polymer compound, a polymer compound containing at least one of a polyorganosiloxane chain or a polyoxyalkylene chain can be used.
  • maintained the non-aqueous electrolyte in the high molecular compound can also be used.
  • the measurement of the physical properties of the active material (the active material before activation treatment or the unused active material) and the charge / discharge test using a battery using the active material as a positive electrode active material were performed as follows.
  • composition analysis After the sample was dissolved in hydrochloric acid, composition analysis was performed using inductively coupled plasma emission spectrometry (hereinafter sometimes referred to as ICP-AES) (using SPS3000 manufactured by SII NanoTechnology Co., Ltd.). went.
  • ICP-AES inductively coupled plasma emission spectrometry
  • Powder X-ray diffraction measurement RINT2500TTR type manufactured by Rigaku Corporation was used for the powder X-ray diffraction measurement of the sample.
  • a CuK ⁇ radiation source was used as the X-ray radiation source.
  • thermogravimetry The weight ratio of the combustible substance contained in the active material obtained in the electrode mixture and the mixture after the activation treatment is measured with a thermogravimetric analyzer (TG). It was measured. The measurement was performed under the following measurement conditions, and the weight reduction rate observed in the temperature range of 200 to 1000 ° C. was defined as the content of the combustible substance.
  • Thermogravimetry (TG) measurement condition apparatus differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement apparatus (TG / DTA6200) Seiko Instruments Inc. bread: platinum initial sample amount: about 5 mg Atmosphere: Air heating rate: 10 ° C / min
  • Electrode Positive Electrode
  • conductive material and binder were used in addition to the active material for evaluating the discharge capacity.
  • Active material positive electrode active material: predetermined active material
  • Conductive material acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., product number: Denka Black HS100) and graphite (manufactured by SEC Carbon Co., Ltd., product number: graphite powder) 9: 1 weight ratio with SNO-3)
  • Binder PVdF # 7300 (manufactured by Kureha Co., Ltd.) The above active material, conductive material, and binder solution are adjusted so that the weight ratio of active material: conductive material: binder is 87: 10: 3, respectively, and these are kneaded using an agate mortar to obtain a positive electrode mixture paste.
  • dissolved PVdF which is a binder was used as a binder solution. NMP was added and adjusted so that the total weight of the active material, the conductive material, and the binder in the positive electrode mixture paste was 50% by weight. 1 g of the positive electrode mixture paste was applied to an Al foil current collector (3 ⁇ 5 cm) so that the amount of electrode mixture was 9 mg / cm 2, and then vacuum dried at 150 ° C. for 8 hours to obtain a positive electrode. It was.
  • a nonaqueous electrolyte secondary battery (coin-type battery R2032) was produced by combining the positive electrode, the electrolytic solution, the separator, and the negative electrode.
  • the battery was assembled in a glove box in an argon atmosphere.
  • an electrolytic solution a solution obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte to 1 mol / liter in a mixed solvent of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate in a volume ratio of 30:35:35 was used.
  • a laminated film separator in which a heat resistant porous layer was laminated on a polyethylene porous film was used as a separator.
  • metallic lithium was used as the negative electrode.
  • Charge / Discharge Test Using the produced coin-type battery, a charge / discharge test was performed under the conditions shown below while maintaining at 25 ° C. In the charge / discharge test, the discharge capacity was measured by changing the discharge current during discharge. Maximum charging voltage: 4.3V Charging time: 8 hours Charging current: 0.2 mA / cm 2 During discharge, the minimum discharge voltage was kept constant at 2.5 V, and the discharge current in each cycle was changed as follows to perform discharge.
  • First cycle discharge (0.2 C): discharge current 0.2 mA / cm 2
  • Second cycle discharge (0.2 C): discharge current 0.2 mA / cm 2 3rd cycle discharge
  • (1 C): discharge current 1.0 mA / cm 2 4th cycle discharge (2C): discharge current 2.0 mA / cm 2
  • Discharge at the fifth cycle (5C): discharge current 5.0 mA / cm 2 6th cycle discharge (10 C): discharge current 10 mA / cm 2
  • 5C discharge current 5.0 mA / cm 2
  • 10 C discharge current 10 mA / cm 2
  • the composition measured by ICP emission analysis is Li 1.07 Ni 0.47 Mn 0.48 Fe 0.05 O 2
  • the crystal structure measured by powder X-ray diffraction measurement is R—
  • a positive electrode active material having a BET specific surface area of 3 m, a BET specific surface area of 10 m 2 / g, and an average primary particle diameter measured from an image obtained by SEM observation of 200 nm was used.
  • the 0.2C discharge capacity measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using an active material (unused active material) as the positive electrode active material was 138 mAh / g
  • the 5C discharge capacity was 106 mAh / g.
  • acetylene black HS100 manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.
  • the acetylene black had a BET specific surface area of 40 m 2 / g, and an average primary particle size measured from an image obtained by SEM observation was 50 nm.
  • an NMP solvent was further added to an NMP solution (manufactured by Kureha Co., Ltd.) containing 5% by weight of PVdF # 7300 as a binder to obtain a predetermined ratio.
  • the positive electrode mixture paste is coated on a 20 ⁇ m thick lithium-ion secondary battery positive electrode current collector aluminum foil 1085 (manufactured by Nihon Foil Co., Ltd.) using a slit die type secondary battery coater and dried. An electrode was obtained. The amount of electrode mixture on the aluminum foil was 15 mg / cm 2 .
  • Activation treatment agent mixing step A predetermined amount of activation treatment agent was added to a predetermined amount of electrode mixture and mixed using a mortar to prepare a pre-activation treatment mixture.
  • Comparative Example 1-1 No Activation Treatment Agent 5 g of the electrode mixture taken from the positive electrode whose conductive material was composed solely of acetylene black was heated at 700 ° C. for 4 hours without mixing the activation treatment agent.
  • the processing conditions are shown in Table 1-A. Composition of recovered material, crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible substance content, and discharge capacity of 0.2C and 5C measured in a charge / discharge test with a coin-type battery using the recovered material as a positive electrode active material Shown in Table 1-B.
  • the recovered material had a crystal structure including a structure different from R3-m and R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were low.
  • Example 1-1 K 2 CO 3 .Na 2 CO 3 Activation Treatment Agent 5 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1 was used as an activation treatment agent with K 2 CO 3 and Na 2 CO 3 as an electrode mixture, respectively. 0.1 mol and 0.1 mol are mixed with respect to 1 mol of the positive electrode active material therein to prepare a mixture before activation treatment, and the mixture is activated at a holding temperature of 700 ° C. and a holding time of 4 hours. . The recovered post-activation mixture was slurried, filtered and dried to obtain an active material. The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • the composition of the obtained active material, crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible material content, and 0.2C and 5C measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using the active material as a positive electrode active material The discharge capacity is shown in Table 1-B.
  • the crystal structure of the active material was only R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were higher than those of Comparative Example 1-1 and were comparable to the unused active material.
  • Example 1-2 Li 2 CO 3 ⁇ K 2 CO 3 activation treatment agent 5 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1 was added with Li 2 CO 3 and K 2 CO 3 as the activation treatment agent, respectively.
  • 0.1 mol and 0.1 mol are mixed with respect to 1 mol of the positive electrode active material therein to prepare a mixture before activation treatment, and the mixture is activated at a retention temperature of 700 ° C. for a retention time of 4 hours. did.
  • the recovered post-activation mixture was slurried, filtered and dried to obtain an active material.
  • Table 1-A The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • the composition of the obtained active material, crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible material content, and 0.2C and 5C measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using the active material as a positive electrode active material The discharge capacity is shown in Table 1-B.
  • the crystal structure of the active material was only R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were higher than those of Comparative Example 1-1 and were comparable to the unused active material.
  • Example 1-3 Li 2 CO 3 ⁇ K 2 SO 4 activation treatment agent 5 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1 was used as an activation treatment agent with Li 2 CO 3 and K 2 SO 4 as the electrode mixture.
  • 0.1 mol and 0.1 mol are mixed with respect to 1 mol of the positive electrode active material therein to prepare a mixture before activation treatment, and the mixture is activated at a retention temperature of 700 ° C. and a retention time of 4 hours.
  • the active material was obtained under the same conditions as in Example 1-1.
  • the processing conditions are shown in Table 1-A.
  • the composition of the obtained active material, crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible material content, and 0.2C and 5C measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using the active material as a positive electrode active material The discharge capacity is shown in Table 1-B.
  • the crystal structure of the active material was only R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were higher than those of Comparative Example 1-1 and were comparable to the unused active material.
  • Example 1-4 NaOH activation treatment agent
  • 0.2 mol of NaOH as an activation treatment agent was mixed with 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture.
  • a mixture before activation treatment was prepared, and the mixture was activated at a holding temperature of 400 ° C. and a holding time of 4 hours, and an active material was obtained in the same manner as in Example 1-1 under other conditions.
  • the processing conditions are shown in Table 1-A.
  • the composition of the obtained active material, crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible material content, and 0.2C and 5C measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using the active material as a positive electrode active material The discharge capacity is shown in Table 1-B.
  • the crystal structure of the active material was only R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were higher than those of Comparative Example 1-1 and were comparable to the unused active material.
  • Example 1-5 NaOH / KOH Activation Treatment Agent 5 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1 was added with NaOH and KOH as activation treatment agents in an amount of 0.1% relative to 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture. 1 mol and 0.1 mol are mixed to prepare a mixture before activation treatment, and the mixture is activated at a holding temperature of 400 ° C. and a holding time of 4 hours, and other conditions are the same as in Example 1-1. Thus, an active material was obtained.
  • the processing conditions are shown in Table 1-A.
  • the composition of the obtained active material, crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible material content, and 0.2C and 5C measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using the active material as a positive electrode active material The discharge capacity is shown in Table 1-B.
  • the crystal structure of the active material was only R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were higher than those of Comparative Example 1-1 and were comparable to the unused active material.
  • Example 1-6 LiOH ⁇ KOH Activation Treatment Agent
  • LiOH and KOH as activation treatment agents were added to 5 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1, respectively, with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture.
  • 1 mol and 0.1 mol are mixed to prepare a pre-activation mixture, and the mixture is activated at a holding temperature of 400 ° C. and a holding time of 4 hours.
  • Other conditions are the same as in Example 1-1.
  • an active material was obtained.
  • the recovered post-activation mixture was slurried, filtered and dried to obtain an active material.
  • the processing conditions are shown in Table 1-A.
  • the composition of the obtained active material, crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible material content, and 0.2C and 5C measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using the active material as a positive electrode active material The discharge capacity is shown in Table 1-B.
  • the crystal structure of the active material was only R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were higher than those of Comparative Example 1-1 and were similar to the positive electrode active material before use.
  • Example 1-7 LiOH Activation Treatment Agent
  • a mixture before activation treatment was prepared, the mixture was activated at a holding temperature of 500 ° C. and a holding time of 4 hours, and an active material was obtained in the same manner as in Example 1-1 under other conditions.
  • the processing conditions are shown in Table 1-A.
  • the composition of the obtained active material, crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible material content, and 0.2C and 5C measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using the active material as a positive electrode active material The discharge capacity is shown in Table 1-B.
  • the crystal structure of the active material was only R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were higher than those of Comparative Example 1-1 and were similar to the positive electrode active material before use.
  • Example 1-8 KOH Activation Treatment Agent 0.1 mol of KOH as an activation treatment agent was mixed with 5 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1 with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture. Then, a mixture before activation treatment was prepared, the mixture was activated at a holding temperature of 500 ° C. and a holding time of 4 hours, and an active material was obtained in the same manner as in Example 1-1 under other conditions. The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • the composition of the obtained active material, crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible material content, and 0.2C and 5C measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using the active material as a positive electrode active material The discharge capacity is shown in Table 1-B.
  • the crystal structure of the active material was only R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were higher than those of Comparative Example 1-1 and were similar to the positive electrode active material before use.
  • Example 1-9 Li 2 O 2 ⁇ NaOH Activation Treatment Agent 2 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1, Li 2 O 2 and NaOH as activation treatment agents, respectively, as positive electrode active material 1 in the electrode mixture 0.1 mol and 1 mol are mixed with respect to mol to prepare a pre-activation mixture, and the mixture is activated at a holding temperature of 350 ° C. and a holding time of 12 hours. An active material was obtained in the same manner as in 1-1. The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • Example 1-10 LiNO 3 Activation Treatment Agent 0.2 g of LiNO 3 as an activation treatment agent was added to 2 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1 with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture. A mixture before activation treatment was prepared by mixing, and an active material was obtained by maintaining the mixture at a holding temperature of 350 ° C. and a holding time of 12 hours under the same conditions as in Example 1-1. The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • Example 1-11 KNO 3 Activation Treatment Agent 0.1 g of KNO 3 as an activation treatment agent was added to 2 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1 with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture. A mixture before activation treatment was prepared by mixing, and an active material was obtained by maintaining the mixture at a holding temperature of 350 ° C. and a holding time of 12 hours under the same conditions as in Example 1-1. The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • Example 1-12 KNO 3 ⁇ KOH Activation Treatment Agent 2 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1 was added as an activation treatment agent with KNO 3 and KOH, respectively, per 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture. 0.1 mol and 0.1 mol were mixed to prepare a pre-activation mixture, and the mixture was maintained at a holding temperature of 250 ° C. and a holding time of 12 hours, and the other conditions were the same as in Example 1-1. An active material was obtained. The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • Example 1-13 Li 2 CO 3 .Na 2 CO 3 Activation Treatment Agent 2 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1 was added with Li 2 CO 3 and Na 2 CO 3 as the activation treatment agent, respectively. 0.1 mol and 0.1 mol are mixed with respect to 1 mol of the positive electrode active material therein to prepare a mixture before the activation treatment, and the mixture is kept under other conditions under a holding temperature of 700 ° C. and a holding time of 4 hours. Was obtained in the same manner as in Example 1-1. The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • Example 1-14 Li 2 CO 3 .Na 2 CO 3 .Na 2 SO 4 Activation Treatment Agent
  • Li 2 CO 3 and Na 2 CO 3 as activation treatment agents were added to 2 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1.
  • Na 2 SO 4 are mixed with 0.1 mol, 0.1 mol, and 0.1 mol, respectively, with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture to prepare a mixture before activation treatment, An active material was obtained from the mixture at a holding temperature of 700 ° C. and a holding time of 4 hours under the same conditions as in Example 1-1.
  • the processing conditions are shown in Table 1-A.
  • Example 1-15 Li 2 CO 3 .Na 2 CO 3 .NaVO 3 Activation Treatment Agent 2 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1 was used as an activation treatment agent as Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 and NaVO. 3 are mixed with 0.1 mol, 0.1 mol, and 0.1 mol, respectively, with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture to prepare a mixture before activation treatment, and the mixture is maintained at a holding temperature. An active material was obtained in the same manner as in Example 1-1 under the conditions of 700 ° C. and holding time of 4 hours. The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • Example 1-16 Li 2 CO 3 .Na 2 CO 3 .K 2 MoO 4 Activation Treatment Agent 2 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1 was used as an activation treatment agent, Li 2 CO 3 and Na 2 CO 3. And K 2 MoO 4 are mixed with 0.1 mol, 0.1 mol, and 0.1 mol, respectively, with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture to prepare a mixture before activation treatment, An active material was obtained from the mixture at a holding temperature of 700 ° C. and a holding time of 4 hours under the same conditions as in Example 1-1. The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • Example 1-17 Li 2 CO 3 .Na 2 CO 3 .K 2 PO 4 Activation Treatment Agent Li 2 CO 3 and Na 2 CO 3 as activation treatment agents were added to 2 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 1-1. And K 2 PO 4 are mixed with 0.1 mol, 0.1 mol, and 0.1 mol, respectively, with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture to prepare a mixture before activation treatment, An active material was obtained from the mixture at a holding temperature of 700 ° C. and a holding time of 4 hours under the same conditions as in Example 1-1. The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • Example 1-18 Li 2 CO 3 ⁇ Na 2 CO 3 ⁇ K 2 WO 4 Li 2 CO 3 as an active treatment agent in the same electrode mixture material 2g and activation treatment in Comparative Example 1-1 and Na 2 CO 3 And K 2 WO 4 are mixed with 0.1 mol, 0.1 mol and 0.1 mol, respectively, with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture, respectively, to prepare a mixture before activation treatment, An active material was obtained from the mixture at a holding temperature of 700 ° C. and a holding time of 4 hours under the same conditions as in Example 1-1. The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • Example 1-19 Li 2 CO 3 ⁇ Na 2 CO 3 ⁇ B 2 O 3 Li 2 CO 3 as an active treatment agent in the same electrode mixture material 2g and activation treatment in Comparative Example 1-1 and Na 2 CO 3 And B 2 O 3 are mixed with 0.1 mol, 0.1 mol, and 0.1 mol, respectively, with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture to prepare a mixture before activation treatment, An active material was obtained from the mixture at a holding temperature of 700 ° C. and a holding time of 4 hours under the same conditions as in Example 1-1. The processing conditions are shown in Table 1-A.
  • Reference Example 1 Influence of Conductive Material in Activation Process Step
  • Acetylene black 0.263 g was added as a conductive material to 5 g of unused active material to prepare a mixture of a positive electrode active material and a conductive material.
  • the mixture corresponds to a mixture recovered after the electrode mixture is immersed in an organic solvent to dissolve the binder.
  • the mixture was heated at a holding temperature of 700 ° C. and a holding time of 4 hours without adding an activation treatment agent.
  • Table 2 shows the crystal structure, average particle diameter, specific surface area of the recovered material after heat treatment, and discharge capacities of 0.2C and 5C measured in a charge / discharge test using a coin-type battery using the recovered material as a positive electrode active material. .
  • the crystal structure of the recovered product was only R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were comparable to the unused active material.
  • Reference Example 2 Effect of Binder on Recycling Method 5.26 g of NMP solution containing 5% by weight of PVdF as a binder is mixed with 5 g of unused active material and further vacuum dried at 150 ° C. for 8 hours. Thus, the solvent was removed to prepare a mixture of the positive electrode active material and the binder. The mixture was heated at a holding temperature of 700 ° C. and a holding time of 4 hours without adding an activation treatment agent.
  • Table 2 shows the crystal structure, average particle diameter, specific surface area of the recovered material after heat treatment, and discharge capacities of 0.2C and 5C measured in a charge / discharge test using a coin-type battery using the recovered material as a positive electrode active material. Show.
  • the recovered product had a crystal structure including a structure different from R3-m. The discharge capacities of 0.2C and 5C were lower than the unused active material.
  • the composition measured by ICP emission analysis is LiNi 0.44 Co 0.10 Mn 0.46 O 2
  • the crystal structure measured by powder X-ray diffraction measurement is R-3m
  • a positive electrode active material having a BET specific surface area of 8 m 2 / g and an average primary particle diameter measured from an image obtained by SEM observation of 200 nm was used.
  • the 0.2 C discharge capacity measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using an active material (unused active material) as a positive electrode active material was 153 mAh / g
  • the 5 C discharge capacity was 114 mAh / g.
  • the conductive material acetylene black and a graphite-based conductive material were contained.
  • Weight ratio of acetylene black HS100 (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), graphite C-NERGY SFG6L (manufactured by Timcal Graphite and Carbon) and graphite C-NERGY KS6L (manufactured by Timcal Graphite and Carbon)
  • the mixture was used in a ratio of 4: 3: 3.
  • the BET specific surface areas of HS100, SFG6L, and KS6L were 40 m 2 / g, 17 m 2 / g, and 20 m 2 / g, respectively, and the average primary particle sizes were 50 nm, 3.5 ⁇ m, and 3.5 ⁇ m, respectively.
  • an NMP solvent was further added to an NMP solution (made by Kureha Co., Ltd.) containing 5% by weight of PVdF # 7300 as a binder to adjust the viscosity.
  • the positive electrode mixture paste was coated on a 20 ⁇ m thick lithium ion secondary battery positive electrode current collector aluminum foil 1085 (manufactured by Nippon Foil Co., Ltd.) using a secondary battery coater, dried, Obtained.
  • the amount of electrode mixture on the aluminum foil was 16 mg / cm 2 .
  • Comparative Example 3-1 No Activation Treatment Agent 2g of the electrode composite material mechanically separated from the positive electrode containing the graphite-based conductive material described above was not mixed with an activation treatment agent, and a holding temperature of 600 ° C. and a holding time of 4 Heated in hours.
  • the processing conditions are shown in Table 3-A. Composition of recovered material, crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible substance content, and discharge capacity of 0.2C and 5C measured in a charge / discharge test with a coin-type battery using the recovered material as a positive electrode active material Shown in Table 3-B. Combustible substances remained in the recovered material.
  • the recovered material had a crystal structure including a structure different from that of R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were low.
  • Example 3-1 Li 2 CO 3 .Na 2 SO 4 Activation Treatment Agent Li as an activation treatment agent for the electrode mixture mechanically separated from the positive electrode containing the same graphite-based conductive material as in Comparative Example 3-1.
  • 2 CO 3 and Na 2 SO 4 were mixed with 0.1 mol and 0.1 mol, respectively, with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture to prepare a pre-activation mixture, and the mixture was retained.
  • Activation treatment was performed at a temperature of 600 ° C. and a holding time of 4 hours, and an active material was obtained in the same manner as in Example 1-1 under the other conditions.
  • the processing conditions are shown in Table 3-A.
  • the configuration of the positive electrode taken out from the used battery was as follows.
  • an electrode mixture was laminated on an aluminum foil 1085 for positive electrode current collector (manufactured by Nippon Foil Co., Ltd.).
  • the electrode mixture was composed of the following active material, conductive material and binder.
  • the composition measured by ICP emission analysis as an unused active material is Li 1.07 Ni 0.47 Mn 0.48 Fe 0.05 O 2 ,
  • the 0.2C discharge capacity measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using an active material (unused active material) as a positive electrode active material was 138 mAh / g, and the 5C discharge capacity was 106 mAh / g.
  • the composition of the active material was Li 0.79 Ni 0.47 Mn 0.48 Fe 0.05 O 2 , and the lithium composition of the active material was reduced by using the battery. .
  • the 0.2C discharge capacity measured in the charge / discharge test using a coin-type battery using the positive electrode collected from the used battery was 56 mAh / g, and the 5C discharge capacity was 15 mAh / g.
  • the 0.2C and 5C discharge capacities of the materials were reduced relative to the unused active material.
  • the conductive material constituting the positive electrode recovered from the used battery is acetylene black HS100 (Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), graphite SNO-3 (manufactured by SEC Carbon Co., graphite powder), and graphite KS15 (Timcal).
  • -It was a mixture of graphite ratio KS4 (manufactured by Timcal Graphite & Carbon Co.) and a weight ratio of 10: 1.5: 2.0: 1.5.
  • Acetylene black HS100 (manufactured by Denki Kagaku Co., Ltd., Denka Black), graphite SNO-3 (manufactured by SEC Carbon Co., graphite powder), graphite KS15 (manufactured by Timcal Graphite and Carbon) and graphite KS4 (Timcal Graphite)
  • the BET specific surface area with the product made by And Carbon Co. is 40 m 2 / g, 16 m 2 / g, 12 m 2 / g, and 26 m 2 / g, respectively, and the average primary particle diameter measured from the images obtained by SEM observation Were 50 nm, 3 ⁇ m, 8 ⁇ m, and 3 ⁇ m, respectively.
  • PVdF # 7300 (manufactured by Kureha Co., Ltd.) was used as the binder.
  • the weight ratio of active material: conductive material: binder was 80: 15: 5, respectively.
  • Comparative Example 4-1 No Activation Treatment Agent A holding temperature of 400 ° C. was obtained without mixing the activation treatment agent with 2 g of the electrode mixture obtained by mechanically peeling from the positive electrode taken out from the above-mentioned used battery. Heated with a holding time of 4 hours. Processing conditions are shown in Table 4-1. Composition of recovered material, crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible substance content, and discharge capacity of 0.2C and 5C measured in a charge / discharge test with a coin-type battery using the recovered material as a positive electrode active material Shown in Table 4-B. In the recovered product, a crystal structure of R3-m and graphite was observed. The discharge capacities of 0.2C and 5C were low.
  • Example 4-1 LiOH / NaOH Activation Treatment Agent Using an electrode mixture obtained from the same positive electrode taken out of the same used battery as in Comparative Example 4-1, LiOH and NaOH were used as activation treatment agents. 0.2 mol and 0.1 mol are mixed with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the material to prepare a mixture before activation treatment, and the mixture is activated at a holding temperature of 400 ° C. and a holding time of 4 hours. The active material was obtained in the same manner as in Example 1-1 under the other conditions. The processing conditions are shown in Table 4-A.
  • Example 4-2 LiOH / NaOH Activation Treatment Agent Using an electrode mixture obtained from the positive electrode taken out of the same used battery as in Comparative Example 4-1, LiOH and NaOH were used as the activation treatment agents. 1 mol and 1 mol are mixed with respect to 1 mol of the positive electrode active material in the material to prepare a mixture before activation treatment, and the mixture is activated at a holding temperature of 400 ° C. and a holding time of 12 hours. The active material was obtained in the same manner as in Example 1-1. The processing conditions are shown in Table 4-A.
  • Example 4-3 LiOH activation treatment agent 1 mol of positive electrode active material in the electrode mixture was added to the electrode mixture obtained from the positive electrode taken out of the same used battery as in Comparative Example 4-1, as an activation treatment agent. 2 mol is mixed to prepare a pre-activation mixture, the mixture is activated at a treatment temperature of 500 ° C. for a treatment time of 6 hours, and other conditions are the same as in Example 1-1. An active material was obtained.
  • Table 4-A Measured by the composition, crystal structure, average particle size, specific surface area, combustible material content, fluorine recovery amount (recovery rate) and charge / discharge test using a coin-type battery with the active material as the positive electrode active material.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C are shown in Table 4-B. Only R3-m was observed for the crystal structure. Since lithium was contained in the activation treatment agent, the lithium composition was improved as compared with the active material constituting the used battery. The discharge capacities of 0.2C and 5C were higher than those of Comparative Example 4-1.
  • Example 1-1 Collection of electrode mixture As in Example 1-1, the electrode mixture was mechanically scraped from the produced electrode, and the electrode mixture was peeled from the current collector.
  • Example 3 Activation treatment step As in Example 1-1, the mixture before activation treatment was placed in an alumina firing vessel and placed in an alumina tubular electric furnace. Air was allowed to flow through the tube at a predetermined flow rate, and heating was performed under conditions of a predetermined holding temperature and holding time. The heating rate was 200 ° C./hour.
  • Vapor separation step After the activation treatment step, the temperature of the electric furnace was increased to a predetermined value and held for a predetermined time. Air was allowed to flow through the tube at a predetermined flow rate. The heating rate was 200 ° C./hour. Then, it cooled naturally. After cooling to room temperature, the active material was recovered.
  • Comparative Example 5-1 No activation treatment agent
  • the holding temperature was 400 ° C. at an air flow rate of 1 L / min without mixing the activation treatment agent with 2 g of the electrode mixture taken from the positive electrode whose conductive material was composed solely of acetylene black. Heated with a holding time of 4 hours. Thereafter, the temperature was further raised to 900 ° C. and heated for 1 hour. Thereafter, the inside of the furnace was naturally cooled to recover the recovered material.
  • the processing conditions are shown in Table 5-A.
  • Composition of recovered material, crystal structure, average particle size, specific surface area, combustible substance content, and discharge capacities of 0.2C and 5C measured in a charge / discharge test with a coin-type battery using the recovered material as a positive electrode active material are shown in Table 5-B.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were low.
  • Example 5-1 LiNO 3 activation treatment agent
  • 0.1 mol of LiNO 3 as an activation treatment agent was added to 1 mol of the positive electrode active material in each electrode mixture.
  • a mixture before activation treatment was prepared by mixing.
  • activation treatment was performed at a holding temperature of 400 ° C. and a holding time of 4 hours. Thereafter, as a vapor separation step, the temperature was further raised to 900 ° C. and heated for 1 hour. Then, it cooled naturally and collect
  • the processing conditions are shown in Table 5-A.
  • Example 5-2 LiNO 3 activation treatment agent
  • the active material was recovered from the electrode mixture by heating at 700 ° C. for 1 hour and using the other conditions in the same manner as in Example 5-1. did.
  • the processing conditions are shown in Table 5-A. Measured by the composition, crystal structure, average particle size, specific surface area, combustible material content, fluorine recovery amount (recovery rate) and charge / discharge test using a coin-type battery with the active material as the positive electrode active material.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C are shown in Table 5-B.
  • the crystal structure was R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were higher than those of Comparative Example 5-1.
  • “Configuration of positive electrode recovered from used battery with LiCoO 2 as active material” The configuration of the positive electrode recovered from the used battery in which LiCoO 2 was used as the active material was as follows. In the electrode, an electrode mixture was laminated on an aluminum foil 1085 for positive electrode current collector (manufactured by Nippon Foil Co., Ltd.). The electrode mixture was composed of the following active material, conductive material, binder, and thickener.
  • the composition measured by ICP emission analysis as an unused active material is LiCoO 2
  • the crystal structure measured by powder X-ray diffraction measurement is R-3m
  • the BET ratio A positive electrode active material having a surface area of 0.2 m 2 / g and an average primary particle diameter measured from an image obtained by SEM observation of 10 ⁇ m was used.
  • the 0.2C discharge capacity measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using an active material (unused active material) as a positive electrode active material was 150 mAh / g
  • the 5C discharge capacity was 101 mAh / g.
  • the 0.2C discharge capacity measured in a charge / discharge test using a coin-type battery using a positive electrode taken out of a used battery in which LiCoO 2 was used as the active material was 149 mAh / g, and the 5C discharge capacity was 5 mAh / g. there were.
  • the positive electrode recovered from the used battery the 5C discharge capacity of the active material was lower than that of the unused active material.
  • acetylene black HS100 (Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) was used.
  • Acetylene black had a BET specific surface area of 40 m 2 / g and an average primary particle size of 50 nm.
  • PTFE was used as the binder.
  • CMC was used as the thickener.
  • the weight ratio of active material: conductive material: binder: thickener was 92: 2.7: 4.55: 0.75, respectively.
  • Comparative Example 6-1 No activation treatment agent 2 g of the electrode mixture taken out from a used battery in which LiCoO 2 was used as an active material was not mixed with an activation treatment agent, a holding temperature of 700 ° C., a treatment time of 4
  • the recovered material was obtained by heating with time and under the same conditions as in Comparative Example 1-1.
  • the processing conditions are shown in Table 6-A.
  • Table 6 shows the crystal structure, average particle size, specific surface area, combustible substance content, and discharge capacities of 0.2C and 5C measured in a charge / discharge test using a coin-type battery using the recovered material as a positive electrode active material.
  • Shown in -B Powder X-ray diffraction measurement of the recovered material, in addition to the crystal structure of R3-m, the crystal structure was observed to match the Co 3 O 4. The 0.2C discharge capacity was low.
  • Example 6-1 Li 2 CO 3 ⁇ Na 2 SO 4 Activation Treatment Agent 2 g of the same electrode mixture as in Comparative Example 6-1 was used as an activation treatment agent with Li 2 CO 3 and Na 2 SO 4 as an electrode mixture, respectively. 0.1 mol and 0.1 mol are mixed with respect to 1 mol of the positive electrode active material therein to prepare a pre-activation mixture, and the mixture is activated at a holding temperature of 700 ° C. and a holding temperature of 4 hours. Then, an active material was obtained under the same conditions as in Example 1-1. The processing conditions are shown in Table 6-A.
  • the composition, crystal structure, average particle diameter, specific surface area, fluorine recovery amount (recovery rate) of the obtained active material, and 0.2C and 5C measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using the active material as a positive electrode active material The discharge capacity is shown in Table 6-B. From the powder X-ray diffraction measurement of the recovered material, a crystal structure corresponding to CoO was observed in addition to the crystal structure of R3-m. The discharge capacities of 0.2C and 5C were higher than those of Comparative Example 6-1. When the fluorine ions contained in the filtrate separated from the active material in the solid-liquid separation step were measured, 34 mg was recovered as an aqueous solution. This corresponded to 49% of the fluorine component contained in the electrode mixture before treatment.
  • a positive electrode using LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 as an active material was produced by the method described below.
  • a positive electrode mixture paste was prepared by mixing 135 g of an active material, 7.5 g of a conductive material, 7.5 g of a binder, and 150 g of a solvent with a disperse mat (manufactured by VAM-GEZTMANN).
  • the composition measured by ICP emission analysis is LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2
  • the crystal structure measured by powder X-ray diffraction measurement is R-3m
  • a positive electrode active material having a BET specific surface area of 0.4 m 2 / g and an average primary particle diameter of 8 ⁇ m measured from an image obtained by SEM observation was used.
  • the 0.2C discharge capacity measured by a charge / discharge test using a coin-type battery using an active material (unused active material) as a positive electrode active material was 154 mAh / g
  • the 5C discharge capacity was 130 mAh / g.
  • acetylene black HS100 manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.
  • the acetylene black had a BET specific surface area of 40 m 2 / g, and an average primary particle size measured from an image obtained by SEM observation was 50 nm.
  • an NMP solvent was further added to an NMP solution (manufactured by Kureha Co., Ltd.) containing 5% by weight of PVdF # 7300 as a binder to obtain a predetermined ratio.
  • the positive electrode mixture paste was coated on a 20 ⁇ m thick aluminum foil 1085 for a positive electrode current collector of a lithium ion secondary battery (manufactured by Nihon Foil Co., Ltd.) using a secondary battery coater, dried, Obtained.
  • the amount of electrode mixture on the aluminum foil was 15 mg / cm 2 .
  • Comparative Example 7-1 No activation treatment agent
  • the electrode mixture was mechanically peeled from the positive electrode in which LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 was used as the active material described above.
  • the electrode mixture 2g was heated with a holding temperature of 700 ° C. and a holding time of 4 hours without mixing the activation treatment agent, and a recovered material was obtained in the same manner as in Comparative Example 1-1 under other conditions.
  • the processing conditions are shown in Table 7-A.
  • Table 7 shows the crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible substance content, and discharge capacities of 0.2C and 5C measured in a charge / discharge test using a coin-type battery using the recovered material as a positive electrode active material. Shown in -B.
  • the crystal structure of the recovered product was R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were low.
  • Example 7-1 Li 2 CO 3 .Na 2 SO 4 Activation Treatment Agent Recovered from a positive electrode in which LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 was used as the same active material as Comparative Example 7-1 2 g of the obtained electrode mixture was mixed with Li 2 CO 3 and Na 2 SO 4 as activation treatment agents in an amount of 0.1 mol and 0.1 mol per 1 mol of the positive electrode active material in the electrode mixture. A mixture before the activation treatment was prepared, and the mixture was activated at a retention temperature of 700 ° C. for a retention time of 4 hours. The processing conditions are shown in Table 7-A.
  • the crystal structure, average particle diameter, specific surface area, combustible material content, fluorine recovery amount (recovery rate) of the obtained active material and the charge / discharge test using a coin-type battery with the active material as the positive electrode active material were measured.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C are shown in Table 7-B.
  • the crystal structure of the active material was R3-m.
  • the discharge capacities of 0.2C and 5C were higher than those of Comparative Example 7-1.
  • the discharge capacity of 0.2C was almost the same as that of the unused active material.
  • the production cost and production energy necessary for producing an active material from the raw material of the active material are not required, and an organic solvent is not used for recovering the active material from the battery waste material. Since the active material can be directly recovered from the battery waste, it is industrially promising.

Abstract

 活物質の原料から活物質を製造するのに必要な製造コストや製造エネルギーを必要とせずに、かつ電池廃材からの活物質の回収に有機溶剤を使用せずに、電池廃材から活物質を直接回収する方法を提供する。本発明の電池廃材からの活物質の回収方法は、(1)電池廃材から電極を分離し、該電極から活物質、導電材および結着材を含む電極合材を回収する電極合材回収工程、(2)回収した電極合材に、1種又は2種以上のアルカリ金属化合物を含有する活性化処理剤を混合する活性化処理剤混合工程、(3)得られた混合物を前記活性化処理剤の溶融開始温度以上の保持温度に加熱して、該混合物中に含まれる活物質を活性化する活性化処理工程、および(4)活性化処理工程後、冷却して得られる混合物から活性化した活物質を回収する活物質回収工程を含む。

Description

電池廃材からの活物質の回収方法
 本発明は、電池廃材からの活物質の回収方法に関する。
 電池の活物質にはコバルト、ニッケル、マンガン、リチウムなどの希少金属成分が含有されており、特に非水電解質二次電池の正極活物質には、上記の希少金属成分を主成分とする化合物が利用されている。希少金属成分の資源を保全するために、二次電池の電池廃材から、希少金属成分を回収する方法が求められている。
 従来から提案されている電池廃材から希少金属成分を回収し、再利用する方法として、集電体と電極合材からなる電極を、もしくは集電体から剥離した電極合材を、前記の希少金属成分を溶解する溶液に浸すことで、希少金属成分を溶液に抽出し、得られた溶液から不溶分を濾過して除去させて、そして希少金属成分を含む溶液のpHを調整することにより、希少金属の水酸化物や炭酸塩を析出させ回収することで活物質の原料を回収する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
 この方法により回収された希少金属成分の水酸化物、炭酸塩、塩化物は再び活物質の原料として再利用される。
 しかしながら、希少金属成分を溶解し、析出させるためには、希少金属成分を溶解できる溶液と、さらにそれを析出させるための薬剤が必要となる。また水溶液への溶解度が大きなリチウムを析出させることは工業的に困難である。さらには遷移金属成分を析出させるために、ナトリウムやカリウムなどの他のアルカリ金属元素が含まれ薬剤を添加して、pH調整をすると該アルカリ金属元素とリチウムとを分離することは工業的に困難である。そのため、リチウムを単離して、回収することは工業的に実質困難である。さらには使用した溶液および薬剤の廃液が発生することから、その処理が必要になる。また回収された活物質の原料を活物質として再利用するためには、電池廃材から活物質の原料を回収する工程に加えて、さらに該活物質の原料から活物質を製造する工程が必要になる。そのため活物質の原料から活物質を製造するための製造コストや製造エネルギーを必要とすることになり、経済性および省エネルギーの観点で問題となる。
 一方、活物質の原料からの活物質の製造工程を経ることなしに、電池廃材から活物質を直接回収する方法が提案されている。
 例えば、特許文献2には、電極を構成する活物質、導電材、結着材のうち、結着材のみを溶解する作用を有する溶剤として、N-メチル-2-ピロリドン(以下、NMPという場合がある。)やNMPを含む混合溶剤などの溶剤に、電極を浸漬することにより、結着材を溶剤に溶解して、集電体から活物質と導電材との混合物を分離回収し、さらに該混合物を焼成して導電材を燃焼することで、活物質を回収し、該活物質を再び二次電池の活物質として再利用する方法が開示されている。
 活物質を溶解させ、それぞれの構成元素を含む溶液として再利用するのではなく、直接回収して、活物質として再利用できれば、活物質を直接回収できることから、活物質の原料からの活物質の製造工程にかかる製造コストや製造エネルギーが不要となるため、従来から提案されている電池廃材から活物質の原料を回収し、該活物質の原料から活物質を製造して再利用する方法よりも有利である。
 しかしながら、特許文献2の電池廃材から活物質を回収し再利用する方法では、結着材を溶解するために、電極を浸漬する有機溶剤が必要になるとともに、使用した有機溶剤の廃液の処理が必要になる。
特許第3676926号公報 特開2010-34021号公報
 かかる状況下、本発明の目的は、活物質の原料から活物質を製造するのに必要な製造コストや製造エネルギーを必要とせずに、かつ電池廃材からの活物質の回収に有機溶剤を使用せずに、電池廃材から活物質を直接回収することを特徴とする電池廃材からの活物質の回収方法を提供することにある。
 本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。
 すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
 <1> 電池廃材からの活物質の回収方法であって、次の工程
(1)電池廃材から電極を分離し、該電極から活物質、導電材および結着材を含む電極合材を回収する電極合材回収工程、
(2)回収した電極合材に、1種又は2種以上のアルカリ金属化合物を含有する活性化処理剤を混合する活性化処理剤混合工程、
(3)得られた混合物を前記活性化処理剤の溶融開始温度以上の保持温度に加熱して、該混合物中に含まれる活物質を活性化する活性化処理工程、および
(4)活性化処理工程後、冷却して得られる混合物から活性化した活物質を回収する活物質回収工程
を含む方法。
 <2> 前記活物質が、正極活物質である、前記<1>に記載の活物質の回収方法。
 <3> 前記正極活物質が、非水二次電池の正極活物質である、前記<2>に記載の活物質の回収方法。
 <4> 前記活物質が、下記の元素群1から選ばれる1種以上の元素と、元素群2から選ばれる1種以上の元素とを含有する複合酸化物である、前記<2>または<3>に記載の活物質の回収方法。
  元素群1:Ni、Co、Mn、Fe、Al、P
  元素群2:Li、Na、Ca、Sr、Ba、Mg
 <5> 前記元素群2から選ばれる元素がLiである、前記<4>に記載の活物質の回収方法。
 <6> 前記正極活物質の比表面積が5m2/g以上100m2/g以下である、前記<1>~<5>のいずれかに記載の活物質の回収方法。
 <7> 前記活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物を構成するアルカリ金属元素が、前記活物質を構成するアルカリ金属元素と同一である、前記<1>~<6>のいずれかに記載の活物質の回収方法。
 <8> 前記活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物の少なくとも1種が、水に溶解させた場合にアルカリ性を示すアルカリ金属化合物である、前記<1>~<7>のいずれかに記載の活物質の回収方法。
 <9> 前記水に溶解させた場合にアルカリ性を示すアルカリ金属化合物が、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、酸化物、過酸化物および超酸化物からなる群より選ばれる1種以上である、前記<8>に記載の活物質の回収方法。
 <10> 前記電極合材に含まれる導電材が、炭素系導電材であって、かつ、
 前記活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物の少なくとも1種が、活性化処理工程の保持温度において、前記炭素系導電材を酸化分解する酸化力を有するアルカリ金属化合物である、前記<1>~<9>のいずれかに記載の活物質の回収方法。
 <11> 前記酸化力を有するアルカリ金属化合物が、アルカリ金属の過酸化物、超酸化物、硝酸塩、硫酸塩、バナジウム酸塩およびモリブデン酸塩からなる群より選ばれる1種以上である、前記<10>に記載の活物質の回収方法。
 <12> 活性化処理剤混合工程において、前記活性化処理剤の添加量が、前記電極合材に含まれる活性化処理前の活物質の重量に対して、0.001~100倍である、前記<1>~<11>のいずれかに記載の活物質の回収方法。
 <13> 前記電極合材に含まれる導電材が、比表面積が30m/g以上の炭素系導電材のみからなる、前記<1>~<12>のいずれかに記載の活物質の回収方法。
 <14> 前記炭素系導電材がアセチレンブラックである、前記<13>に記載の活物質の回収方法。
 <15> 活物質回収工程が、
 活性化処理工程後に得られる混合物に溶媒を加えてスラリーとするスラリー化工程と、 該スラリーを固相と液相とに分離する固液分離工程と、
 固液分離後の固相を乾燥する乾燥工程と
を含む、前記<1>~<14>のいずれかに記載の活物質の回収方法。
 <16> さらに、固液分離後に得られた液相からフッ素成分を回収する工程を含む前記<15>に記載の活物質の回収方法。
 <17> さらに、固液分離後に得られた液相からアルカリ金属成分を回収する工程を含む前記<15>または<16>に記載の活物質の回収方法。
 <18> 活物質回収工程が、加熱により活物質以外の成分を気化して、活性化処理工程後に得られる混合物から活物質以外の成分を除去することにより、活物質を回収する工程である、前記<1>~<14>のいずれかに記載の活物質の回収方法。
 <19> 活物質回収工程において、活物質以外の成分を気化させる温度が、活性化処理工程における保持温度よりも高い、前記<18>に記載の活物質の回収方法。
 <20> さらに、活物質以外の成分を気化させて生成した気体を冷却して得られた成分に溶媒を加えて得られた溶液から、フッ素成分を回収する工程を含む前記<18>または<19>に記載の活物質の回収方法。
 <21> さらに、フッ素成分を回収後の前記溶液から、アルカリ金属成分を回収する工程を含む前記<20>に記載の活物質の回収方法。
 本発明の方法によれば、有機溶剤を使用せずに、電池廃材から活物質を直接回収することができる。さらに、本発明の方法では、電池廃材から活物質を失活させることなく回収することができ、さらに回収される活物質への活性化処理が施されるので、未利用活物質と匹敵する電池性能を有する活物質が得られる。
図1は、炭素を酸化するために必要な酸化力とアルカリ金属化合物(ナトリウム化合物)が有する酸化力との関係を示す酸素ポテンシャル(log[P(O2)])の温度依存性を示す図である。 図2は、炭素を酸化するために必要な酸化力とアルカリ金属化合物(過酸化物、超酸化物)が有する酸化力との関係を示す酸素ポテンシャル(log[P(O2)])の温度依存性を示す図である。 図3は、炭素を酸化するために必要な酸化力とアルカリ金属化合物(硫酸塩)が有する酸化力との関係を示す酸素ポテンシャル(log[P(O2)])の温度依存性を示す図である。
 本発明は、下記工程を含む、電池廃材からの活物質の回収方法に関する。
(1)電池廃材から電極を分離し、該電極から活物質、導電材および結着材を含む電極合材を回収する電極合材回収工程
(2)回収した電極合材に、1種又は2種以上のアルカリ金属化合物を含有する活性化処理剤を混合する活性化処理剤混合工程
(3)得られた混合物を、前記活性化処理剤の溶融開始温度以上の保持温度に加熱して、該混合物中に含まれる活物質を活性化する活性化処理工程
(4)活性化処理工程後、冷却して得られる混合物から活性化した活物質を回収する活物質回収工程
 通常、活物質は、電極合材に含まれる導電材および結着材と共に高温に加熱すると導電材および結着材に含まれる炭素やフッ素等の成分の作用によって失活する傾向にある。
 工程(3)において、回収した電極合材と上記活性化処理剤との混合物を加熱すると、該混合物に含まれる活性化処理剤が融解して液相を形成する該液相を形成する融解したアルカリ金属化合物と活物質が接触する。
 融解したアルカリ金属化合物は、活性な活物質が安定となる溶融反応場を提供し、導電材および結着材と共に活物質を加熱しても失活することを回避することができる。その結果、未利用活物質に匹敵する電池性能を与える活物質が得られる。
 さらに、融解したアルカリ金属化合物は、導電材や結着材に含まれる炭素材料や炭素含有化合物の分解を促進する作用を有する。
 また、電極合材にフッ素含有高分子化合物である結着材やフッ化リン酸塩を含有する電解液由来のフッ素化合物が含まれていると、加熱することにより、フッ化水素などの腐食性ガスを発生するおそれがあるが、工程(3)において、上記活性化処理剤と共に上記溶融開始温度以上の保持温度に加熱しても、上記フッ素化合物は、融解したアルカリ金属化合物に安定な形態で取り込まれるため、有害なフッ化水素ガスなどの腐食性ガスの発生を抑制できる。
 また、本発明の方法では、電極合材に含まれる活物質を、その構成元素を含む活物質の原料化合物まで分解することなく、直接活物質そのものとして再使用することができ、さらには、電池廃材から活物質を回収するために有機溶剤を使用せず、その廃液の処理を必要としないため、活物質の原料化合物から活物質を製造する場合と比較して、コストや製造エネルギーを低減できる。
 また、リチウム二次電池の電池廃材の場合には、電池廃材からの活物質を直接回収することにより、活物質が、コバルト、ニッケル、マンガンなどの遷移金属に加えて、リチウムの回収も可能となる。
 以下、電池廃材からの活物質の回収方法における各工程について詳細に説明する。
 工程(1):<電極合材回収工程>
 工程(1)である電極合材回収工程は、電池廃材から電極を分離し、該電極から活物質、導電材および結着材を含む電極合材を回収する工程である。
 本発明において、「電池廃材」とは、電池を廃棄する過程や電池製造の過程で発生する廃棄物であって、少なくとも活物質を含むものである。例えば、廃棄された使用済みの電池や規格外品の電池およびその解体で発生する電極、電池の作製工程で発生する電極の端部や余分な電極合材、電池の作製に適しない規格外品の電極や電極合材などである。
 工程(1)では、まず、電池廃材から回収目的となる活物質を含む電極を分離し、次いで、分離された電極合材を回収する。
 なお、電極合材と集電体とから構成される電極から電極合材から分離する方法としては、集電体から電極合材を機械的に剥離する方法(例えば、集電体から電極合材を掻き落とす方法)、電極合材と集電体との界面に溶剤を浸透させて集電体から電極合材を剥離する方法、アルカリ性もしくは酸性の水溶液を用いて、集電体を溶解して電極合材を分離する方法などがある。好ましくは、集電体から電極合材を機械的に剥離する方法である。
 なお、工程(1)において、電池廃材から分離する電極は、正極あるいは負極のいずれでもよく、これらから正極合材あるいは負極合材を回収し、後工程に供することにより、正極活物質又は負極活物質のいずれも回収することができる。
 ここで、本発明の活物質の回収方法は、活物質が正極活物質である場合に好適に適用される。
 正極活物質の中でも、非水二次電池の正極活物質が好ましい。
 以下、工程(1)の回収対象である電極合材及びその構成成分について説明する。
<電極合材>
 電池を構成する電極は、電極合材が集電体であるアルミニウム箔や銅箔などの金属箔に塗工された構造となっており、電極合材は、活物質と導電材と結着材とから構成される。
 電池廃材から分離された電極に含まれる活物質、導電材および結着材(以下、それぞれ「活性化処理前活物質」、「活性化処理前導電材」および「活性化処理前結着材」と呼ぶ場合がある。)として、具体的には、例えば使用済みの電池の解体に伴って発生する電極や電極合材に含まれる活物質、導電材および結着材、電池の作製工程で発生する電極、電極合材、電極合材ペーストに含まれる活物質、導電材および結着材、電池の作製に適しない規格外の電池、電極、電極合材、電極合材ペーストに含まれる活物質、導電材および結着材を挙げることができる。
 <活物質>
 電池廃材に含まれる活物質(活性化処理前活物質)のうち、正極活物質として、リチウム、酸素、フッ素、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、硫黄、カリウム、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム、ニオブ、モリブデン、銀、インジウム、タングステン、などを構成元素とする複合化合物が挙げられる。
 また、負極活物質として、リチウム、酸素、フッ素、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、硫黄、カリウム、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム、ニオブ、モリブデン、銀、インジウム、タングステン、などを構成元素とする複合化合物が挙げられる。
 なお、活物質(活性化処理前活物質)は単一化合物でもよいし、複数の化合物から構成されていてもよい。
 本発明における好適な対象となる正極活物質としては、リチウム、酸素、ナトリウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、リン、硫黄、バナジウム、マンガン、鉄、ニッケル、銅、コバルト、ガリウム、モリブデン、インジウム、タングステンなどを構成元素とした複合化合物が挙げられる。
 また、本発明における好適な対象となる非水二次電池の正極活物質としては、下記の元素群1から選ばれる1種以上の元素と、元素群2から選ばれる1種以上の金属とを含有する複合酸化物が挙げられる。
   元素群1:Ni、Co、Mn、Fe、Al、P
   元素群2:Li、Na、Ca、Sr、Ba、Mg
 この中でも、元素群1がNi、Co、Mn、Fe及びPから選ばれる1種以上であり、元素群2がLiであるリチウム遷移金属複合酸化物や、元素群2がNaであるナトリウム遷移金属複合酸化物が好ましく、特にリチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。
 具体的には、リチウム遷移金属複合酸化物として、LiCoO2、LiNiO2、Li(Ni,Co)O2、Li(Ni,Mn)O2、Li(Ni,Mn,Co)O2、LiMn24、Li(Mn,Fe)24、Li2MnO3、Li2NiO3、Li2(Ni,Mn)O3、LiFePO4、LiMnPO4などを挙げることができ、これらは1種あるいは2種以上を混合して使用することができる。
 ナトリウム遷移金属複合酸化物として、具体的には、NaCoO2、NaNiO2、Na(Ni,Co)O2、Na(Ni,Mn)O2、Na(Ni,Mn,Co)O2、NaMn24、Na(Mn,Fe)24、NaFePO4、NaMnPO4などを挙げることができ、これらは1種あるいは2種以上を混合して使用することができる。
 活物質としての上記複合酸化物の結晶構造には、特に制限はないが、好ましい結晶構造として、層状構造が挙げられる。さらに好ましくは、六方晶型または単斜晶型の結晶構造が好ましい。
 前記六方晶型の結晶構造は、P3、P31、P32、R3、P-3、R-3、P312、P321、P3112、P3121、P3212、P3221、R32、P3m1、P31m、P3c1、P31c、R3m、R3c、P-31m、P-31c、P-3m1、P-3c1、R-3m、R-3c、P6、P61、P65、P62、P64、P63、P-6、P6/m、P63/m、P622、P6122、P6522、P6222、P6422、P6322、P6mm、P6cc、P63cm、P63mc、P-6m2、P-6c2、P-62m、P-62c、P6/mmm、P6/mcc、P63/mcmおよびP63/mmcからなる群より選ばれるいずれか一つの空間群に帰属する。
 前記単斜晶型の結晶構造は、P2、P21、C2、Pm、Pc、Cm、Cc、P2/m、P21/m、C2/m、P2/c、P21/cおよびC2/cからなる群より選ばれるいずれか一つの空間群に帰属する。
 さらに好ましくは、六方晶型の結晶構造に含まれるR-3mまたは単斜晶型の結晶構造に含まれるC2/mの空間群に帰属することが好ましい。
 なお、活性化処理前活物質の結晶構造はCuKα線を線源とする粉末エックス線回折測定により得られる粉末X線回折図形から同定される。
 本発明で回収対象となる活物質の比表面積は、通常、0.01~200m2/gである。なお、本発明の方法は、比表面積が5~100m2/gである活物質に好ましく適用できる。比表面積は窒素ガスを用いるBET比表面積する。
 本発明で回収対象となる活物質の粒子径には特に制限はない。通常、電池廃材に含まれる、活性化処理前活物質の粒子径は、0.001~100μm程度である。なお、活性化処理前活物質の一次粒子の粒径は、電子顕微鏡写真にて測定できる。
<導電材>
 電池廃材に含まれる導電材(活性化処理前導電材)としては、金属粒子等の金属系導電材や炭素材料からなる炭素系導電材が挙げられ、通常、炭素系導電材である。
 炭素系導電材として、具体的には黒鉛粉末、カーボンブラック(例えば、アセチレンブラック)および繊維状炭素材料(例えば黒鉛化炭素繊維、カーボンナノチューブ)を挙げることができる。
 なお、炭素系導電材は単一の炭素材料でもよいし、複数の炭素材料から構成されていてもよい。
 また、炭素系導電材として用いられる炭素材料の比表面積は、通常0.1~500m2/gである。炭素系導電材の酸化処理の速度を高める観点および、より低い温度で酸化処理を行う観点で、炭素系導電材の比表面積は、30m2/g以上であると本発明の方法が好ましく適用される。
 なお、後述する酸化力のあるアルカリ金属化合物を含む活性化処理剤を用いることで、炭素系導電材の酸化処理の速度を高めることができる。また比表面積の小さい炭素材料であっても酸化処理することができる。
 <結着材>
 電池廃材に含まれる結着材(活性化処理前結着材)としては、熱可塑性樹脂が挙げられ、具体的には、ポリフッ化ビニリデン(以下、PVdFということがある。)、ポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEということがある。)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン・フッ化ビニリデン系共重合体、六フッ化プロピレン・フッ化ビニリデン系共重合体および四フッ化エチレン・パーフルオロビニルエーテル系共重合体などのフッ素樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂;スチレンブタジエン共重合体(以下、SBRということがある。);が挙げられ、これらの二種以上を混合して用いられる場合もある。
 電極合材中の活物質、導電材及び結着材の配合量としては一概にはいえないが、通常、結合剤の配合量としては、正極活物質100重量部に対し、通常、0.5~30重量部程度、好ましくは2~30重量部程度であり、導電剤の配合量としては、正極活物質100重量部に対し、通常、1~50重量部程度、好ましくは1~30重量部程度であり、溶剤の配合量としては、正極活物質100重量部に対し、通常、50~500重量部程度、好ましくは100~200重量部程度である。
 工程(2):<活性化処理剤混合工程>
 工程(2)は、工程(1)にて回収した電極合材に1種又は2種以上のアルカリ金属化合物を含有する活性化処理剤を混合する工程である。
 工程(1)にて回収した電極合材と活性化処理剤との混合は、乾式混合、湿式混合のいずれでもよく、また、これらの組み合わせでもよく、その混合順序も特に制限されない。
 混合の際には、ボールなどの混合メディアを備えた混合装置を用いて、粉砕混合する工程を経ることが好ましく、これにより混合効率を向上させることができる。
 より簡便に混合が行える点で乾式混合が好ましく、乾式混合においては、V型混合機、W型混合機、リボン混合機、ドラムミキサー、攪拌翼を内部に備えた粉体混合機、ボールミル、振動ミルまたはこれらの装置の組み合わせを用いることができる。
 好適な粉体混合装置としての、攪拌翼を内部に備えた粉体混合機として具体的には、株式会社マツボー製のレーディゲミキサー(株式会社マツボー製)を挙げることができる。
 以下、本工程で使用される活性化処理剤について詳細に説明する。
<活性化処理剤>
 活性化処理剤は、1種又は2種以上のアルカリ金属化合物を含有する。
 アルカリ金属化合物は、活物質と接触することで、活物質を活性化することができる。特に溶融部分を含む活性化処理剤におけるアルカリ金属化合物が活物質に接触することで活物質を活性化する効果が高まる。
 特に、前記活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物を構成するアルカリ金属元素が、前記活物質を構成するアルカリ金属元素と同一であることがより活性化する効果を高めるために好ましい。例えば、活物質を構成するアルカリ金属元素としてリチウムが含まれる場合、活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物を構成するアルカリ金属元素がリチウムであることが好ましい。
 また、アルカリ金属化合物を含む融解した活性化処理剤が炭素系導電材と接触することで、炭素系導電材の酸化処理の速度を高める効果がある。
 さらにアルカリ金属化合物を含む融解した活性化処理剤が結着材や電解液に由来するフッ素を含む化合物と接触することで、フッ素成分をアルカリ金属フッ化物として安定化し、フッ化水素などの腐食性ガスが発生することを防止する役割を果たす。フッ化水素は活物質の活性を落とすことからも発生を防止することが望ましい。
 活性化処理剤のアルカリ金属化合物の割合は、活性化処理剤全重量の通常、50重量%以上、好ましくは70重量%以上である。
 活性化処理前混合物中における活性化処理剤の添加量は、活性化処理前混合物中の活性化処理剤の割合が、活性化処理前活物質の重量に対して、0.001~100倍であることが好ましい。より好ましくは、0.05~1倍である。
 活性化処理前混合物中の活性化処理剤の割合を適切に制御することで、電池廃材からの活物質の回収にかかる費用を低減できること、炭素系導電材や結着材の酸化分解処理速度を高めること、活性化処理工程における腐食性ガスの発生を防止する効果を向上させること、得られる活物質の電極特性をより高めることができる。
 なお、活性化処理剤には、アルカリ金属化合物以外の化合物を含んでいてもよい。
 例えば、マグネシウム、カルシウム、バリウム等のアルカリ土類金属元素を含有するアルカリ土類金属化合物が挙げられる。アルカリ土類金属化合物は、活性化処理剤の溶融開始温度をコントロールする目的で、アルカリ金属化合物と共に活性化処理剤中に含有される。
 また、活性化処理剤中のアルカリ金属化合物以外の化合物の含有量は、上述の溶融したアルカリ金属化合物に由来する効果を著しく抑制しない範囲で選択され、通常、活性化処理剤全重量の50重量%未満である。
 活性化処理剤の成分となるアルカリ金属化合物としては、アルカリ金属の水酸化物、ホウ酸塩、炭酸塩、酸化物、過酸化物、超酸化物、硝酸塩、リン酸塩、硫酸塩、塩化物、バナジウム酸塩、臭酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩が挙げられる。これらは活性化処理剤の成分として、単独でも複数を組み合わせて使用することができる。
 アルカリ金属化合物を構成するアルカリ金属元素としては、アルカリ金属元素であればよく、リチウム、ナトリウムおよびカリウムが好ましい。なお、活性化処理剤の成分として、2種以上のアルカリ金属化合物が含まれる場合、異なるアルカリ金属元素を含むアルカリ金属化合物であってもよい。
 好適なアルカリ金属化合物の具体例としては、LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH等の水酸化物;
LiBO2、NaBO2、KBO2、RbBO2、CsBO2等のホウ酸化物;
Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、RbCO3、CsCO3等の炭酸塩;
Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O等の酸化物;
Li22、Na22、K22、Rb22、Cs22等の過酸化物;
LiO2、NaO2、KO2、RbO2、CsO2等の超酸化物;
LiNO3、NaNO3、KNO3、RbNO3、CsNO3等の硝酸塩;
Li3PO4、Na3PO4、K3PO4、Rb3PO4、Cs3PO4等のリン酸塩;
Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、Rb2SO4、Cs2SO4等の硫酸塩;
LiCl、NaCl、KCl、RbCl、CsCl等の塩化物;
LiBr、NaBr、KBr、RbBr、CsBr等の臭化物;
LiVO3、NaVO3、KVO3、RbVO3、CsVO3等のバナジウム酸塩;
Li2MoO4、Na2MoO4、K2MoO4、Rb2MoO4、CsMoO4等のモリブデン酸塩;
Li2WO4、Na2WO4、K2WO4、Rb2WO4、CsWO4等のタングステン酸塩が挙げられる。
 上記の中でも、特に活物質がLi複合酸化物の場合には、リチウム化合物が好ましく、LiOH、LiBO2、Li2CO3、Li2O、Li22、LiO2、LiNO3、Li3PO4、Li2SO4、LiCl、LiVO3、LiBr、Li2MoO4、Li2WO4が特に好ましい。
 また、特に活物質がNa複合酸化物の場合には、ナトリウム化合物が好ましく、NaOH、NaBO2、Na2CO3、Na2O、Na22、NaO2、NaNO3、Na3PO4、Na2SO4、NaCl、NaVO3、NaBr、Na2MoO4、Na2WO4が特に好ましい。
 なお、活性化処理剤は、含有されるアルカリ金属化合物の少なくとも1種が、水に溶解させた場合にアルカリ性を示すアルカリ金属化合物である、活性化処理剤(以下、「アルカリ性の活性化処理剤」と称す場合がある。)であることが好ましい。「アルカリ性の活性化処理剤」とは、該化合物を純水に溶解した際に、該溶液のpHが7よりも大きくなる活性化処理剤を指す。
 本発明において、アルカリ性の活性化処理剤を使用することにより、活性化処理工程(3)における腐食性ガスの発生を防止する効果を向上させることに特に効果を発揮し、得られる活物質の電極特性をより高めることができ、さらに炭素系導電材や結着材の処理速度を高めることができる。
 アルカリ性の活性化処理剤としては、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、酸化物、過酸化物、超酸化物を含有する活性化処理剤が挙げられる。
 好ましくは、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、酸化物、過酸化物、超酸化物を含有する活性化処理剤である。これらは、1種又は2種以上でもよい。
 具体的には、LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH;Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、RbCO3、CsCO3;Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O;Li22、Na22、K22、Rb22、Cs22;LiO2、NaO2、KO2、RbO2、CsO2が挙げられる。
 また、回収された電極合材に含まれる導電材が、炭素系導電材である場合には、含有されるアルカリ金属化合物の少なくとも1種が、活性化処理工程の保持温度において、前記炭素系導電材を酸化分解する酸化力を有するアルカリ金属化合物を含有する活性化処理剤(以下、「酸化力を有する活性化処理剤」と称す場合がある。)が好ましい。
 このような酸化力を有する活性化処理剤を用いると、炭素材料である導電材の二酸化炭素へ酸化を促進し、炭化水素材料である結着材の二酸化炭素と水蒸気へと酸化を促進することに特に効果を発揮し、得られる活物質の電極特性をより高めることができ、さらに活性化処理工程における腐食性ガスの発生を防止する効果を向上させることができる。
 炭素系導電材および炭化水素を二酸化炭素と水蒸気へと酸化するために必要な酸化力を有するアルカリ金属化合物としては、アルカリ金属の過酸化物、超酸化物、硝酸塩、硫酸塩、バナジウム酸塩、モリブデン酸塩を挙げられる。これらは、1種あるいは2種以上を混合して使用してもよい。
 具体的には、Li22、Na22、K22、Rb22、Cs22;LiO2、NaO2、KO2、RbO2、CsO2;LiNO3、NaNO3、KNO3、RbNO3、CsNO3;Li2SO4、Na2SO4、K2SO4、Rb2SO4、Cs2SO4;LiVO3、NaVO3、KVO3、RbVO3、CsVO3;Li2MoO4、Na2MoO4、K2MoO4、Rb2MoO4、CsMoO4が挙げられる。
 炭素材料である導電材を二酸化炭素へと酸化するための酸化力と、活性化処理剤が有する酸化力は、酸素ポテンシャル(log[P(O2)])を用いて推定できる。
 以下、これらの関係についての理論を示す。
(i)導電材を酸化させるために必要な酸化力
 炭素を二酸化炭素へと酸化させるために必要な酸化力を説明する。炭素を二酸化炭素へと酸化する平衡は次のように与えられる。
CO2=C+O2   ・・・平衡(a)
 平衡(a)の平衡定数(Keq(a))には下記式(1)の関係がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 また、平衡(a)の酸素ポテンシャル(log[P(O2)])は、次のように与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ここで式(2)の右辺第1項であるlog[Keq(a)]は、酸化還元系に特有の酸素ポテンシャルを表し、右辺第2項であるlog[P(CO2)]は、その酸化還元系に関与する物質の濃度による酸素ポテンシャルの変化を表す。
 各種の酸化還元系の酸素ポテンシャル(log[P(O2)])を比較する上では、右辺第1項であるlog[Keq(a)]は、右辺第2項であるlog[P(CO2)]よりも大きく変化するため、酸素ポテンシャル(log[P(O2)])の変化に与える影響が大きい。そこで、平衡(a)の酸素ポテンシャル(log[P(O2)])を式(2)の右辺第1項のlog[Keq(a)]のみで表す。
 すなわち平衡(a)の酸素ポテンシャル(log[P(O2)])は、式(3)で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 ここでlog[Keq(a)]は、所定の温度T[℃]における反応の自由エネルギー変化ΔrGT゜[J/mol]により計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 ここで、Rは気体定数(8.314[J/(K/mol)])である。
 自由エネルギー変化ΔrGT゜[J/mol]は、反応に関与する物質の所定の温度における生成自由エネルギーΔfGT゜により計算される。平衡(a)においては、次のように計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 式(5)における、各物質の生成自由エネルギーΔfGT゜は熱力学データベースより調べることができる。また、ΔfGT゜は熱力学計算ソフトで計算できる。熱力学データベースおよび熱力学計算ソフトとしては、例えばMALT2(著作権者:日本熱測定学会、発売元:株式会社科学技術社)を使用できる。
(ii)添加剤が有する酸化力
 添加剤が有する酸化力の計算例として、アルカリ金属化合物としてNa2SO4を含有する添加剤が有する酸化力を示す。
 アルカリ金属化合物としてNa2SO4を含有する添加剤では、平衡(b)で表されるNa2SO4/Na2Sの酸化還元平衡が生ずる。
0.5Na2SO4=0.5Na2S+O2   ・・・平衡(b)
 平衡(b)の平衡定数(Keq(b))には下記の関係がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 Na2SO4/Na2Sの酸素ポテンシャル(log[P(O2)])は、次のように与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 ここで、式(7)の右辺第1項であるlog[Keq(b)]は、酸化還元系に特有の酸素ポテンシャル(log[P(O2)])を表し、右辺第2項であるlog([Na2SO40.5/[Na2S]0.5)は、その酸化還元系に関与する物質の濃度による酸素ポテンシャル(log[P(O2)])の変化を表す。
 各種の酸化還元系に酸素ポテンシャル(log[P(O2)])を比較する上では、右辺第1項であるlog[Keq(b)]は、右辺第2項であるlog([Na2SO40.5/[Na2S]0.5)よりも大きく変化するため、酸素ポテンシャル(log[P(O2)])の変化に与える影響が大きい。そこで、Na2SO4/Na2Sの酸化還元平衡の有する酸素ポテンシャル(log[P(O2)])を式(7)の右辺第1項log[Keq(b)]のみで表す。
 すなわち、Na2SO4/Na2Sの酸素ポテンシャル(log[P(O2)])は式(8)で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 ここでlog[K(Na2SO4/Na2S)]は、所定の温度T[℃]における反応の自由エネルギー変化ΔrGT゜[J/mol]により計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 ここで、Rは気体定数(8.314[J/(K/mol)])である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 ここでlog[Keq(b)]は例えば熱力学データベースソフトMALT2を使用して計算される。
 添加剤が有する酸化力の計算例として、アルカリ金属化合物としてNa22を含有する添加剤が有する酸化力を示す。
 アルカリ金属化合物としてNa22を含有する添加剤では、平衡(c)で表されるNa22/Na2CO3の酸化還元平衡が生ずる。
2Na22+2CO2=2Na2CO3+O2   ・・・平衡(c)
 平衡(c)の平衡定数(Keq(c))には下記の関係がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 Na22/Na2CO3の酸素ポテンシャル(log[P(O2)])は、次のように与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 ここで、式(12)の右辺第1項であるlog[Keq(c)]は、酸化還元系に特有の酸素ポテンシャル(log[P(O2)])を表し、右辺第2項と右辺第3項である2log[P(CO2)]+log([Na222/[Na2CO32)は、その酸化還元系に関与する物質の濃度による酸素ポテンシャル(log[P(O2)])の変化を表す。
 各種の酸化還元系に酸素ポテンシャル(log[P(O2)])を比較する上では、右辺第1項であるlog[Keq(c)]は、右辺第2項と右辺第3項である2log[P(CO2)]+log([Na222/[Na2CO32)よりも大きく変化するため、酸素ポテンシャル(log[P(O2)])の変化に与える影響が大きい。そこで、Na22/Na2CO3の酸化還元平衡の有する酸素ポテンシャル(log[P(O2)])を式(12)の右辺第1項log[Keq(c)]のみで表す。
 すなわち、Na22/Na2CO3の酸素ポテンシャル(log[P(O2)])は式(13)で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 ここでlog[K(Na22/Na2CO3)]は、所定の温度T[℃]における反応の自由エネルギー変化ΔrGT゜[J/mol]により計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 ここで、Rは気体定数(8.314[J/(K/mol)])である。
2Na22+2CO2=2Na2CO3+O2   ・・・平衡(c)
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 ここでlog[Keq(c)]は例えば熱力学データベースソフトMALT2を使用して計算される。
 炭素および炭化水素を二酸化炭素と水蒸気へと酸化するために必要な酸化力と、各種アルカリ金属化合物が有する酸化力を、酸素ポテンシャル(log[P(O2)])で示し、その温度依存性を図1、図2および図3に示した。各温度における炭素および炭化水素の酸化力は、炭素(C)で示される曲線である。各温度において該曲線よりも酸素ポテンシャル(log[P(O2)])が高いときに、炭素および炭化水素を二酸化炭素と水蒸気へと酸化するために必要な酸化力を有することを示す。
 図1には、炭素および炭化水素を二酸化炭素と水蒸気へと酸化するために必要な酸化力を有するアルカリ金属化合物として、過酸化ナトリウム(Na22)、超酸化ナトリウム(NaO2)、硝酸ナトリウム(NaNO3)、モリブデン酸ナトリウム(Na2MoO4)、硫酸ナトリウム(Na2SO4)、バナジウム酸ナトリウム(NaVO3)を示す。これらのアルカリ金属化合物の酸化力を示す酸素ポテンシャル(log[P(O2)])は、炭素および炭化水素を二酸化炭素と水蒸気へと酸化するために必要な酸化力を示す酸素ポテンシャル(log[P(O2)])よりも高い温度領域がある。
 すなわち過酸化ナトリウム、超酸化ナトリウム、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、バナジウム酸ナトリウムおよびモリブデン酸ナトリウムは、炭素を二酸化炭素へと酸化する酸化力を有する。
 図2には、炭素および炭化水素を二酸化炭素と水蒸気へと酸化するために必要な酸化力を有するアルカリ金属化合物として、過酸化リチウム(Li22)、過酸化ナトリウム(Na22)、超酸化ナトリウム(NaO2)、過酸化カリウム(K22)、超酸化ナトリウム(KO2)を示す。これらのアルカリ金属化合物の酸化力を示す酸素ポテンシャル(log[P(O2)])は、炭素および炭化水素を二酸化炭素と水蒸気へと酸化するために必要な酸化力を示す酸素ポテンシャル(log[P(O2)])よりも高い温度領域がある。
 すなわちアルカリ金属の過酸化物、超酸化物は炭素を二酸化炭素へと酸化する酸化力を有する。
 図3には、炭素および炭化水素を二酸化炭素と水蒸気へと酸化するために必要な酸化力を有するアルカリ金属化合物として、硫酸リチウム(Na2SO4)、硫酸ナトリウム(Na2SO4)、硫酸カリウム(Na2SO4)、を示す。これらのアルカリ金属化合物の酸化力を示す酸素ポテンシャル(log[P(O2)])は、炭素および炭化水素を二酸化炭素と水蒸気へと酸化するために必要な酸化力を示す酸素ポテンシャル(log[P(O2)])よりも高い温度領域がある。
 すなわちアルカリ金属の硫酸塩は炭素を二酸化炭素へと酸化する酸化力を有する。
 工程(3):<活性化処理工程>
 次いで、工程(3)について説明する。
 工程(3):活性化処理工程は、工程(2)にて得られた混合物(以下、「活性化処理前混合物」と呼ぶ場合がある。)を活性化処理剤の溶融開始温度以上の保持温度に加熱して、該混合物中に含まれる活物質を活性化する工程である。
 なお、「活性化処理剤の溶融開始温度(Tmp)」は、活性化処理剤の一部が液相を呈する最も低い温度を意味する。
 本発明において、活性化処理剤の溶融開始温度(Tmp)は、示差熱測定(DTA)により求めた値である。すなわち、上記混合物5mgを示差熱測定(DTA,測定条件:昇温速度:10℃/min)にて、DTAシグナルが吸熱のピークを示す温度を溶融開始温度(Tmp)とする。
 工程(3)では、上述のように上記混合物を、活性化処理剤の溶融開始温度以上の保持温度に加熱して、融解状態の活性化処理剤と活物質と接触させることにより、電極合材中の活物質を失活させることなく、安定化させることができる。
 また、融解状態の活性化処理剤と活物質が炭素系導電材や結着材と接触することにより酸化分解の速度が向上し、融解状態の活性化処理剤と活物質が結着材や電解液に由来するフッ素化合物と接触することにより、フッ素成分をアルカリ金属フッ化物として安定化し、腐食性ガスであるフッ化水素の発生を防止する効果を発揮できる。
 活性化処理工程の保持温度は、電極合材を構成する活物質、導電材、結着材、および活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物やその他の化合物におけるそれぞれの種類や組み合わせにより最適な温度を設定する。通常、100~1500℃の範囲である。
 活性化処理工程の保持時間は、電極合材を構成する活物質、導電材、結着材、および活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物やその他の化合物におけるそれぞれの種類や組み合わせにより最適な時間を設定する。通常、10分~24時間程度である。
 活性化処理工程における雰囲気は、電極合材を構成する活物質、導電材及び結着材、並びに活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物やその他の化合物におけるそれぞれの種類や組み合わせにより、最適な雰囲気を設定する。
 活物質の活性化処理を促進し、炭素系導電材等に由来する炭素の酸化を促進するという観点から、空気等、酸素を含む酸化性雰囲気が好ましい。
 さらに前記保持温度が、前記活性化処理剤が含有するアルカリ金属化合物の融点よりも高い温度であることが好ましい。なお、アルカリ金属化合物の融点は複数種の化合物を混合することで、各化合物の単体の融点よりも下がることがある。活性化処理剤が2種以上のアルカリ金属化合物を含む場合には、共晶点を融点とする。
 工程(4):<活物質回収工程>
 工程(4):活物質回収工程とは、工程(3)の活性化処理工程後、冷却して得られる混合物(以下、「活性化処理後混合物」と称す場合がある。)から活性化した活物質を回収する工程である。
 活性化処理後混合物には、活性化した活物質の他、活性化処理剤に由来するアルカリ金属成分、未分解の導電材や結着材、その他の電池廃材の未分解物が含まれる。また、電池廃材にフッ素成分を含有する電解液が含まれている場合には、電解質に由来するフッ素成分を含む場合もある。
 該混合物から活物質を分離回収する方法としては、該混合物に水などの溶媒を加えてスラリー化させた後に固液分離するスラリー化固液分離法や、該混合物を加熱して活物質以外の成分を気化して分離する気化分離法などが挙げられる。
 以下、活物質回収工程の好適な方法である、スラリー化固液分離法及び気化分離法につき、詳細に説明する。
<スラリー化固液分離法>
 まず、活物質回収工程の好適な方法のひとつである、スラリー化固液分離法について各工程を説明する。
 スラリー化固液分離法による活物質回収工程は、活性化処理工程後に得られる混合物に溶媒を加えてスラリーとするスラリー化工程と、該スラリーを固相と液相とに分離する固液分離工程と、固液分離後の固相を乾燥する乾燥工程と、を含む。
 この方法は、特に水に不溶性の活物質の回収に適した方法である。
 スラリー化工程とは、上記活性化処理後混合物に溶媒を加えて、スラリーを作製する工程である。
 スラリー化工程に用いる溶媒は、活性化処理工程後混合物に含まれる活物質以外の成分を溶解できる溶液であれば制限はない。溶媒としては安価で工業的に使用しやすい水が好ましい。水溶性成分の溶解度を高めたり、処理速度を高めたりするために水以外の成分を添加して、pHを調整してもよい。
 スラリー化工程では、活物質からなる固相と、活物質以外の水溶性成分からなる液相とで構成されるスラリーができる。なお、液相には、活性化処理剤に由来するアルカリ金属成分や活性化処理前結着材や電解液に由来するフッ素成分が含まれる。
 活性化処理後混合物に添加される溶媒の量は、活性化処理後混合物に含まれる活物質と、活物質以外の水溶性成分のそれぞれの量を考慮して決定される。
 スラリー化工程で形成されたスラリーは、次いで、固液分離工程に供される。
 固液分離工程とは、前記スラリーを構成する液相と固相を分離する工程である。
 固液分離の方法としては、従来公知の方法でよく、例えば、ろ過や遠心分離法が挙げられる。
 乾燥工程とは固液分離工程後に得られる活物質を乾燥して、溶媒(水分)を除去する工程である。
 乾燥の保持温度としては溶媒(水分)を除去するために100℃以上が好ましい。さらに十分に水分を除去するために150℃以上とすることが好ましい。特に250℃以上の温度では、得られる活物質の電池特性がさらに高まることから好ましい。乾燥工程における温度は、一定でもよく、また段階的もしくは連続的に変化させてもよい。
 なお、上記固液分離工程において、液相に活性化処理前結着材や電解液に由来するフッ素成分が含まれる場合には、液相中のフッ素成分を回収する工程を含むことが好ましい。
 具体的には、固液分離工程において得られる液相に、沈殿剤を添加したり、溶媒(水分)を蒸発させることでフッ素成分を回収できる。例えば、カルシウムイオンを発生させる沈殿剤を液相に添加することで、フッ素成分をフッ化カルシウムとして回収できる。フッ素回収工程で回収したフッ素成分は、フッ素製品の原料として再資源化できる。
 また、上記固液分離工程において、液相に活性化処理剤に由来するアルカリ金属成分が含まれる場合には、液相中のアルカリ金属成分を回収する工程を含むことが好ましい。
 固液分離工程後の液相、あるいはフッ素回収工程に液相の水分を蒸発させることでアルカリ金属成分を回収できる。回収したアルカリ金属成分は、好ましくは工程(2)活性化処理混合工程における活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物として再利用する。
 次いで、活物質回収工程の好適な方法のひとつである、気化分離法について各工程を説明する。
 気化分離法による活物質回収工程とは、活性化処理後混合物を加熱することにより活物質以外の成分を気化して、活物質以外の成分と活物質とを分離する気化分離工程を含む活物質回収工程である。
 気化分離操作による活物質回収工程を用いることで、活物質に水を接触させることなく活物質を回収できる。そのため、水と接触することで電池性能が劣化してしまう活物質の回収に適する。
 気化分離工程の温度としては、活物質以外の成分の種類によって調整する。活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物の分解温度もしくは沸点以上であることが好ましい。
 活性化処理工程と気化分離工程とは、同時に行ってもよいし、また連続的に行ってもよいし、また別々に行ってもよい。
 より好ましくは、活性化処理工程の後に引き続いて、気化分離工程を行うことである。このとき活性化処理工程の保持温度よりもさらに高い温度で気化分離工程を行うことが好ましい。活性化処理工程にさらに加熱して気化分離工程を行う二段階の処理を行うことで、エネルギー効率が良いこと、腐食性ガスの発生を防止する効果を向上させること、得られる活物質の電池性能をより高めることができる。
 気化分離法において、気化分離工程で生成する気体を冷却して得られる活物質以外の成分に含まれる活性化処理前結着材や電解質に由来するフッ素成分を回収する工程を有することが好ましい。
 気化分離法におけるフッ素成分を回収する工程は、活物質以外の成分を気化させて生成した気体を冷却して得られた成分に溶媒を加えて得られた溶液から、フッ素成分を回収する工程を含む。
 具体的には、気化分離工程で生成した気体をデミスターにより回収し、冷却し、固化することで、活性化処理後混合物中に含まれる活物質以外の成分を回収できる。回収された活物質以外の成分を水溶液に溶解して、フッ素成分を選択的に沈殿できる沈殿剤を添加して、フッ素成分を沈殿し、ろ過などの方法により固液分離することにより、固相として、フッ素成分を回収できる。
 活物質以外の成分を溶解する溶媒としては、活性化処理工程後混合物に含まれる活物質以外の成分を溶解できる溶媒であれば制限はない。溶媒としては安価で工業的に使用しやすい水が好ましい。水溶性成分の溶解度を高めたり、処理速度を高めたりするためにpHを調整してもよい。
 例えば、カルシウムイオンを発生させる沈殿剤を使用すると、フッ素成分をフッ化カルシウムとして回収できる。フッ素成分を回収する操作で回収したフッ素成分は、フッ素製品の原料として再資源化できる。
 なお、気化分離法においても、活物質以外の成分に含まれる活性化処理剤に由来するアルカリ金属成分を回収することが好ましい。
 ここで、気化分離工程で生成する気体をデミスターにより回収し、冷却し、固化することで、活性化処理剤に由来するアルカリ金属成分を含む活物質以外の成分を回収する方法でもよいが、特にフッ素成分を回収後の前記溶液から、アルカリ金属成分を回収する工程を含むことが好ましい。具体的には、フッ素成分を回収する操作で固液分離後に得られる液相の水分を蒸発させることによりに、アルカリ金属成分を回収することができる。
 回収したアルカリ金属成分は、好ましくは活性化処理剤のアルカリ金属化合物として利用する。
「回収した活物質を用いる電極の製造」
 本発明の活物質の回収方法を用いることで電池廃材から得られた活物質は、未使用活物質と同様に再利用することができる。活物質における遷移金属に対するアルカリ金属のモル比率は、活性化処理前活物質における該モル比と等しいかもしくは大きいことが好ましい。アルカリ金属の比率を高めることで、得られる活物質の電池特性を高められる。
 以下、回収した活物質を用いて、電極合材および電極を製造する方法として、非水電解質二次電池用の電極合材(正極合材)および電極(正極)を製造する場合を例に挙げて説明する。
<正極>
 電極(正極)は、活物質、導電材およびバインダーを含む電極合材を集電体に担持させて製造する。
 前記活物質としては電池廃材からの活物質の回収方法で得られる活物質を含有していればよい。必要に応じて未利用活物質を添加してもよい。
 前記導電材としては炭素材料を用いることができ、炭素材料として黒鉛粉末、カーボンブラック(例えば、アセチレンブラック)および繊維状炭素材料を挙げることができる。電極中の導電材の割合を高めることで、電極の導電性が高くなり、充放電効率およびレート特性を向上させることができる。電極中の導電材の割合が大きすぎると、電極合材と正極集電体との結着性が低下させ、内部抵抗が増大することがある。通常、電極合材中の導電材の割合は、活物質100重量部に対して1~20重量部である。
 導電材として黒鉛化炭素繊維、カーボンナノチューブなどの繊維状炭素材料を用いる場合には、この割合を下げることも可能である。またカーボンブラックは、少量を電極合材中に添加することで、電極内部の導電性を高め、充放電効率およびレート特性を向上させることができる。
 前記バインダーとしては、熱可塑性樹脂を用いることができ、具体的には、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(以下、PTFEということがある。)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン・フッ化ビニリデン系共重合体、六フッ化プロピレン・フッ化ビニリデン系共重合体および四フッ化エチレン・パーフルオロビニルエーテル系共重合体などのフッ素樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂;が挙げられる。
 また、これらの二種以上を混合して用いてもよい。
 また、バインダーとしてフッ素樹脂およびポリオレフィン樹脂を用い、正極合剤100重量%中の該フッ素樹脂の割合が1~10重量%、該ポリオレフィン樹脂の割合が0.1~2重量%となるように含有させることによって、正極集電体との結着性に優れた正極合剤を得ることができる。
 前記集電体としては、アルミニウム、ニッケル、ステンレスなどの導電体を用いることができる。さらに、薄膜に加工しやすく、安価であるという点でアルミニウム(Al)が好ましい。
 集電体に電極合材を担持させる方法としては、加圧成型する方法や電極合材ペーストを固着する方法が挙げられる。
 活物質、導電材、バインダーおよび溶媒を用いて、電極合材ペーストが作製される。該電極合材ペーストを集電体上に塗布し、そして乾燥後プレスするなどして固着させる。
 該溶媒としては、水系溶媒または有機溶媒を用いることができる。
 溶媒には必要に応じて増粘剤を添加してもよい。該増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコールおよびポリビニルピロリドンが挙げられる。
 該有機溶媒としては、N,N―ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチレントリアミンなどのアミン系溶媒;テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒;メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒;酢酸メチルなどのエステル系溶媒;ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドンなどのアミド系溶媒;が挙げられる。
 電極合材を集電体へ塗布する方法としては、スリットダイ塗工法、スクリーン塗工法、カーテン塗工法、ナイフ塗工法、グラビア塗工法および静電スプレー法が挙げられる。以上に挙げた方法により、非水電解質二次電池用電極を製造することができる。
 前記の電極を用いて、非水電解質二次電池を製造する方法として、リチウム二次電池を製造する場合を例に挙げて、次に説明する。
 セパレータ、負極および正極を、積層および巻回することにより電極群を作製する。該電極群を電池ケース内に収納し、電解液を含浸させることで、リチウム二次電池は製造される。
 前記電極群の形状としては、例えば、該電極群を巻回の軸と垂直方向に切断したときの断面が、円、楕円、長方形、角がとれたような長方形などの形状を挙げることができる。また、電池の形状としては、ペーパー型、コイン型、円筒型、角型などの形状を挙げることができる。
 前記負極は、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能であればよく、負極活物質を含む負極合剤が負極集電体に担持されてなる電極または負極活物質単独からなる電極を挙げることができる。負極活物質としては、炭素材料、カルコゲン化合物(酸化物、硫化物など)、窒化物、金属または合金で、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能な材料が挙げられる。これらの負極活物質を混合して用いてもよい。
<負極>
 前記負極活物質につき、以下に例示する。
 前記炭素材料として、具体的には、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維および有機高分子化合物焼成体などを挙げることができる。
 前記酸化物として、具体的には、SiO2、SiOなど式SiOx(ここで、xは正の実数)で表されるケイ素の酸化物;TiO2、TiOなど式TiOx(ここで、xは正の実数)で表されるチタンの酸化物;V25、VO2など式VOx(ここで、xは正の実数)で表されるバナジウムの酸化物;Fe34、Fe23、FeOなど式FeOx(ここで、xは正の実数)で表される鉄の酸化物;SnO2、SnOなど式SnOx(ここで、xは正の実数)で表されるスズの酸化物;WO3、WO2など一般式WOx(ここで、xは正の実数)で表されるタングステンの酸化物;Li4Ti512、LiVO2などのリチウムとチタンおよび/またはバナジウムとを含有する複合金属酸化物を挙げることができる。
 前記硫化物として、具体的には、Ti23、TiS2、TiSなど式TiSx(ここで、xは正の実数)で表されるチタンの硫化物;V34、VS2、VSなど式VSx(ここで、xは正の実数)で表されるバナジウムの硫化物;Fe34、FeS2、FeSなど式FeSx(ここで、xは正の実数)で表される鉄の硫化物;Mo23、MoS2など式MoSx(ここで、xは正の実数)で表されるモリブデンの硫化物;SnS2、SnSなど式SnSx(ここで、xは正の実数)で表されるスズの硫化物;WS2など式WSx(ここで、xは正の実数)で表されるタングステンの硫化物;Sb23など式SbSx(ここで、xは正の実数)で表されるアンチモンの硫化物;Se53、SeS2、SeSなど式SeSx(ここで、xは正の実数)で表されるセレンの硫化物を挙げることができる。
 前記窒化物として、具体的には、Li3N、Li3-xxN(ここで、AはNiおよび/またはCoであり、0<x<3である。)などのリチウム含有窒化物を挙げることができる。
 これらの炭素材料、酸化物、硫化物、窒化物は、併用して用いてもよく、結晶質または非晶質のいずれでもよい。また、これらの炭素材料、酸化物、硫化物、窒化物は、主に、負極集電体に担持して、電極として用いられる。
 また、前記金属として、具体的には、リチウム金属、シリコン金属およびスズ金属が挙げられる。
 また、前記合金としては、Li-Al、Li-Ni、Li-Siなどのリチウム合金;Si-Znなどのシリコン合金;Sn-Mn、Sn-Co、Sn-Ni、Sn-Cu、Sn-Laなどのスズ合金;Cu2Sb、La3Ni2Sn7などの合金を挙げることもできる。
 前記負極活物質の中で、電位平坦性が良好である、平均放電電位が低い、サイクル性が良いために、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛を主成分とする炭素材料が好ましく用いられる。炭素材料の形状としては、例えば天然黒鉛のような薄片状、メソカーボンマイクロビーズのような球状、黒鉛化炭素繊維のような繊維状または微粉末の凝集体のいずれでもよい。
 前記負極合剤は、必要に応じて、バインダーを含有してもよい。バインダーとしては、熱可塑性樹脂を挙げることができ、具体的には、PVdF、熱可塑性ポリイミド、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレンおよびポリプロピレンを挙げることができる。
 前記負極集電体としては、銅、ニッケル、ステンレスなどの導電体を挙げることができ、リチウムと合金を作り難い点、薄膜に加工しやすいという点で、銅を用いればよい。
 負極集電体に負極合剤を担持させる方法としては、正極の場合と同様であり、加圧成型する方法や負極合剤ペーストを固着する方法が挙げられる。
<セパレータ>
 前記セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、含窒素芳香族重合体などの材質からなる、多孔質膜、不織布、織布などの形態を有する材料を用いることができ、また、前記材質を2種以上用いてセパレータとしてもよいし、前記材料が積層されていてもよい。セパレータとしては、例えば特開2000-30686号公報、特開平10-324758号公報などに記載のセパレータを挙げることができる。セパレータの厚みは電池の体積エネルギー密度が上がり、内部抵抗が小さくなるという点で、機械的強度が保たれる限り薄くした方がよく、通常5~200μm程度、好ましくは5~40μm程度である。
 セパレータは、好ましくは、熱可塑性樹脂を含有する多孔質フィルムを有する。非水電解質二次電池においては、通常、正極-負極間の短絡などが原因で電池内に異常電流が流れた際に、電流を遮断して、過大電流が流れることを阻止(シャットダウン)する機能を有することが好ましい。ここで、シャットダウンは、通常の使用温度を越えた場合に、セパレータにおける多孔質フィルムの微細孔を閉塞することによりなされる。そしてシャットダウンした後、ある程度の高温まで電池内の温度が上昇しても、その温度により破膜することなく、シャットダウンした状態を維持することが好ましい。かかるセパレータとしては、耐熱多孔層と多孔質フィルムとが積層されてなる積層フィルムが挙げられ、該フィルムをセパレータとして用いることにより、本発明における二次電池の耐熱性をより高めることが可能となる。ここで、耐熱多孔層は、多孔質フィルムの両面に積層されていてもよい。
 以下、前記耐熱多孔層と多孔質フィルムとが積層されてなる積層フィルムについて説明する。
 前記積層フィルムにおいて、耐熱多孔層は、多孔質フィルムよりも耐熱性の高い層であり、該耐熱多孔層は、無機粉末から形成されていてもよいし、耐熱樹脂を含有していてもよい。耐熱多孔層が、耐熱樹脂を含有することにより、塗工などの容易な手法で、耐熱多孔層を形成することができる。
 耐熱樹脂としては、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、芳香族ポリエステル、ポリエーテルサルホンおよびポリエーテルイミドを挙げることができる。耐熱性をより高めるためには、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルホンおよびポリエーテルイミドが好ましい。より好ましくは、ポリアミド、ポリイミドまたはポリアミドイミドである。さらにより好ましくは、芳香族ポリアミド(パラ配向芳香族ポリアミド、メタ配向芳香族ポリアミド)、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミドイミドなどの含窒素芳香族重合体である。とりわけ好ましくは芳香族ポリアミドであり、製造面で、特に好ましいのは、パラ配向芳香族ポリアミド(以下、パラアラミドということがある。)である。
 また、耐熱樹脂として、ポリ-4-メチルペンテン-1、環状オレフィン系重合体を挙げることもできる。これらの耐熱樹脂を用いることにより、積層フィルムの耐熱性、すなわち、積層フィルムの熱破膜温度をより高めることができる。
 前記積層フィルムの熱破膜温度は、耐熱樹脂の種類に依存し、使用場面、使用目的に応じ、選択使用される。より具体的には、耐熱樹脂として、前記含窒素芳香族重合体を用いる場合には400℃程度に、ポリ-4-メチルペンテン-1を用いる場合には250℃程度に、環状オレフィン系重合体を用いる場合には300℃程度に、夫々、熱破膜温度をコントロールすることができる。また、耐熱多孔層が、無機粉末からなる場合には、熱破膜温度を500℃以上にコントロールすることも可能である。
 前記パラアラミドは、パラ配向芳香族ジアミンとパラ配向芳香族ジカルボン酸ハライドとの縮合重合により得られるものであり、アミド結合が芳香族環のパラ位またはそれに準じた配向位(例えば、4,4′-ビフェニレン、1,5-ナフタレン、2,6-ナフタレンなどのような反対方向に同軸または平行に延びる配向位)で結合される繰り返し単位から実質的になるものである。
 具体的には、ポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(パラベンズアミド)、ポリ(4,4′-ベンズアニリドテレフタルアミド)、ポリ(パラフェニレン-4,4′-ビフェニレンジカルボン酸アミド)、ポリ(パラフェニレン-2,6-ナフタレンジカルボン酸アミド)、ポリ(2-クロロ-パラフェニレンテレフタルアミド)、パラフェニレンテレフタルアミド/2,6-ジクロロパラフェニレンテレフタルアミド共重合体などのパラ配向型またはパラ配向型に準じた構造を有するパラアラミドが例示される。
 前記芳香族ポリイミドとしては、芳香族の二酸無水物とジアミンの縮重合で製造される全芳香族ポリイミドが好ましい。
 該二酸無水物の具体例としては、ピロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3′,4,4′-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2′-ビス(3,4―ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンおよび3,3′,4,4′-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。該ジアミンの具体例としては、オキシジアニリン、パラフェニレンジアミン、ベンゾフェノンジアミン、3,3′-メチレンジアニリン、3,3′-ジアミノベンソフェノン、3,3′-ジアミノジフェニルスルフォンおよび1,5-ナフタレンジアミンが挙げられる。
 また、溶媒に可溶なポリイミドが好適に使用できる。このようなポリイミドとしては、例えば、3,3′,4,4′-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとの重縮合物のポリイミドが挙げられる。
 前記芳香族ポリアミドイミドとしては、芳香族ジカルボン酸および芳香族ジイソシアネートを用いてこれらの縮合重合から得られるもの、ならびに、芳香族二酸無水物および芳香族ジイソシアネートを用いてこれらの縮合重合から得られるものが挙げられる。
 芳香族ジカルボン酸の具体例としてはイソフタル酸およびテレフタル酸が挙げられる。また芳香族二酸無水物の具体例としては無水トリメリット酸が挙げられる。
 芳香族ジイソシアネートの具体例としては、4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、オルソトリランジイソシアネートおよびm-キシレンジイソシアネートが挙げられる。
 また、イオン透過性をより高めるために、耐熱多孔層の厚みは、1~10μm、さらには1~5μm、特に1~4μmが好ましい。また、耐熱多孔層は微細孔を有し、その孔径は、通常3μm以下であり、好ましくは1μm以下である。
 また、耐熱多孔層が、耐熱樹脂を含有する場合には、耐熱多孔層は後述のフィラーを含有することもできる。
 前記積層フィルムにおいて、多孔質フィルムは、微細孔を有し、シャットダウン機能を有することが好ましい。この場合、多孔質フィルムは、熱可塑性樹脂を含有する。
 多孔質フィルムにおける微細孔のサイズは通常3μm以下であり、好ましくは1μm以下である。
 多孔質フィルムの空孔率は、通常30~80体積%、好ましくは40~70体積%である。
 熱可塑性樹脂を含有する多孔質フィルムを用いた非水電解質二次電池では、通常の使用温度を越えると、熱可塑性樹脂が軟化して、微細孔を閉塞する。
 前記熱可塑性樹脂には、非水電解質二次電池における電解液に溶解しないものが選択される。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂および熱可塑性ポリウレタン樹脂を挙げることができ、これらの2種以上の混合物を用いてもよい。より低温で軟化してシャットダウンさせるためには、ポリエチレンを含有することが好ましい。
 前記ポリエチレンとして、具体的には、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状ポリエチレンおよび分子量が100万以上の超高分子量ポリエチレンを挙げることもできる。
 前記多孔質フィルムを構成する熱可塑性樹脂には、該フィルムの突刺し強度をより高めるために、少なくとも超高分子量ポリエチレンを含有することが好ましい。
 また、多孔質フィルムの製造面において、熱可塑性樹脂には、重量平均分子量1万以下の低分子量のポリオレフィンからなるワックスを含有することが好ましい場合もある。
 また、積層フィルムにおける多孔質フィルムの厚みは、通常、3~30μmであり、さらに好ましくは3~25μmである。また、本発明において、積層フィルムの厚みとしては、通常40μm以下、好ましくは20μm以下である。
 また、耐熱多孔層の厚みをAμm、多孔質フィルムの厚みをBμmとしたときには、A/Bの値が、0.1以上1以下であることが好ましい。
 また、耐熱多孔層に耐熱樹脂を含有する場合には、耐熱多孔層には1種以上のフィラーを含有していてもよい。フィラーは、有機粉末、無機粉末またはこれらの混合物のいずれから選ばれるものであってもよい。フィラーを構成する粒子の平均粒子径は0.01~1μmであることが好ましい。
 前記有機粉末としては、例えば、スチレン、ビニルケトン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、アクリル酸メチルなどの単独または2種類以上の共重合体;ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン-6フッ化プロピレン共重合体、4フッ化エチレン-エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライドなどのフッ素系樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;ポリオレフィン;ポリメタクリレートが挙げられる。
 該有機粉末は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いることもできる。
 これらの有機粉末の中でも、化学的安定性の点で、ポリテトラフルオロエチレン粉末が好ましい。
 前記無機粉末としては、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物、炭酸塩、硫酸塩などの無機物からなる粉末が挙げられる。これらの中でも、導電性の低い無機物からなる粉末が好ましく用いられる。
 具体的に該無機粉末を例示すると、アルミナ、シリカ、二酸化チタンまたは炭酸カルシウムからなる粉末が挙げられる。該無機粉末は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いることもできる。これらの無機粉末の中でも、化学的安定性の点で、アルミナ粉末が好ましい。
 より好ましくは、フィラーがアルミナ粒子のみで構成されることである。さらに好ましくは、フィラーを構成するアルミナ粒子の一部または全部が略球状をしていることである。
 耐熱多孔層が無機粉末から構成される場合には、前記例示の無機粉末を用いればよく、必要に応じてバインダーと混ぜて用いればよい。
 フィラーを構成する粒子のすべてがアルミナ粒子である場合には、耐熱多孔層の総重量を100重量部としたときには、フィラーの重量は、通常5~95重量部であり、20~95重量部であることが好ましい。より好ましくは30~90重量部である。これらの範囲は、フィラーの材質の比重により、適宜設定できる。
 フィラーの形状については、略球状、板状、柱状、針状、ウィスカー状および繊維状が挙げられ、いずれの粒子も用いることができる。さらに、均一な孔を形成しやすいことから、略球状粒子であることが好ましい。略球状粒子としては、粒子のアスペクト比(粒子の長径/粒子の短径)が1~1.5である粒子が挙げられる。粒子のアスペクト比は、電子顕微鏡写真から測定することができる。
 イオン透過性を高めるために、前記セパレータのガーレー法による透気度は、50~300秒/100ccであることが好ましい。さらに好ましくは、50~200秒/100ccである。
 また、セパレータの空孔率は、通常30~80体積%であり、好ましくは40~70体積%である。セパレータは空孔率の異なるセパレータを積層したものであってもよい。
<電解液および固体電解質>
 二次電池において、電解液は、通常、電解質および有機溶媒から構成される。
 電解質としては、アルカリ金属をカチオンとする過塩素酸塩、六フッ化リン塩、六フッ化ヒ素塩、六フッ化アンチモン塩、四フッ化ホウ素塩、トリフルオロメタンスルホナート塩、スルホンアミド化合物のトリフルオロメタンスルホン酸塩、ホウ素化合物塩およびホウ酸塩が挙げられる。これらの2種以上の混合物を使用してもよい。
 リチウム塩について例を示すと、LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(SO2CF32、LiN(SO2252、LiN(SO2CF3)(COCF3)、Li(C49SO3)、LiC(SO2CF33、Li210Cl10、LiBOB(ここで、BOBは、bis(oxalate)borateのことである。)、低級脂肪族カルボン酸リチウム塩、LiAlCl4などのリチウム塩が挙げられる。リチウム塩として、通常、これらの中でもフッ素を含むLiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(SO2CF32およびLiC(SO2CF33からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むものを用いる。
 また前記電解液において、有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、4-トリフルオロメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、1,2-ジ(メトキシカルボニルオキシ)エタンなどのカーボネート類;1,2-ジメトキシエタン、1,3-ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3-テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランなどのエーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、γ-ブチロラクトンなどのエステル類;アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル類;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド類;3-メチル-2-オキサゾリドンなどのカーバメート類;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3-プロパンサルトンなどの含硫黄化合物が挙げられる。
 または、前記の有機溶媒にさらにフッ素置換基を導入したものを用いることができる。
 通常は前記有機溶媒のうちの二種以上を混合して用いる。
 中でもカーボネート類を含む混合溶媒が好ましく、環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒、または環状カーボネートとエーテル類との混合溶媒がさらに好ましい。
 環状カーボネートと非環状カーボネートとの混合溶媒としては、動作温度範囲が広く、負荷特性に優れ、かつ負極の活物質として天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛材料を用いた場合でも難分解性であるという点で、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートを含む混合溶媒が好ましい。
 また、特に安全性を向上する効果があることから、LiPF6などのフッ素を含むアルカリ金属塩およびフッ素置換基を有する有機溶媒を含む電解液を用いることが好ましい。
 ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3-テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテルなどのフッ素置換基を有するエーテル類とジメチルカーボネートとを含む混合溶媒は、大電流放電特性にも優れており、さらに好ましい。
 前記の電解液の代わりに固体電解質を用いてもよい。
 固体電解質としては、例えばポリエチレンオキサイド系の高分子化合物、ポリオルガノシロキサン鎖もしくはポリオキシアルキレン鎖の少なくとも1種以上を含む高分子化合物などの有機系高分子電解質を用いることができる。また、高分子化合物に非水電解液を保持させた、いわゆるゲルタイプのものを用いることもできる。
 また、Li2S-SiS2、Li2S-GeS2、Li2S-P25、Li2S-B23、Li2S-SiS2-Li3PO4、Li2S-SiS2-Li2SO4などの硫化物を含む無機系固体電解質を用いてもよい。
 これら固体電解質を用いて、安全性をより高めることができることがある。
 また、本発明の非水電解質二次電池において、固体電解質を用いる場合には、固体電解質がセパレータの役割を果たす場合もあり、その場合には、セパレータを必要としないこともある。
 次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
 活物質(活性化処理前活物質、又は未使用活物質)の物性の測定、該活物質を正極活物質として用いた電池による充放電試験は、次のようにして行った。
(1)組成分析
 試料を塩酸に溶解させた後、誘導結合プラズマ発光分析法(以下ICP-AESということがある。)(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製SPS3000を使用)を用いて組成分析を行った。
(2)粉末X線回折測定
 試料の粉末X線回折測定には株式会社リガク製RINT2500TTR型を用いた。X線の線源にはCuKα線源を用いた。活物質を専用のホルダーに充填し、回折角2θ=10~90°の範囲にて行い、粉末X線回折図形を得た。
(3)比表面積の測定
 試料0.5gを窒素雰囲気中150℃、15分間乾燥した後、マイクロメリティックス製フローソーブII2300を用いてBET比表面積を測定した。前記方法で測定された比表面積を活物質の比表面積とした。
(4)活物質の平均粒子径の測定
 試料粉末0.1gを、0.2wt%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液50mLに投入し、該試料粉末を分散させた分散液を試料とし、これについてマルバーン社製マスターサイザー2000(レーザー回折散乱粒度分布測定装置)を用いて、粒度分布を測定し、体積基準の累積粒度分布曲線を得、微小粒子側から50%累積時の粒子径(D50)の値を粉末の平均粒子径とした。
(5)活物質の平均一次粒子径の測定
 粒子状の試料をサンプルステージ上に貼った導電性シート上に載せ、日本電子株式会社製JSM-5510を用いて、加速電圧が20kVの電子線を照射してSEM観察を行った。平均一次粒子径は、SEM観察により得られた画像(SEM写真)から任意に50個の一次粒子を抽出し、それぞれの粒子径を測定し、その平均値を算出することにより測定した。
(6)活性化処理剤のpHの測定
 純水70gに活性化処理剤3.5gを入れて、スターラーにより十分に攪拌し、ガラス電極によるpHメーターを用いて、pHを測定した。
(7)熱重量測定(TG)による燃焼性物質の含有量の測定
 電極合材および活性化処理後混合物に得られる活物質に含有する燃焼性物質の重量割合を熱重量分析装置(TG)で測定した。下記の測定条件で測定し、200~1000℃の温度領域で見られた重量減少割合を燃焼性物質の含有量とした。
熱重量測定(TG)の測定条件
装置:示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA6200)セイコーインスツルメンツ社製
パン:白金
初期試料量:約5mg
雰囲気:空気
昇温速度:10℃/min
(8)水溶液に含まれるフッ素の測定
 活物質回収工程にスラリー化固液分離法を用いると、電池廃材に含まれる結着材や電解液に由来するフッ素成分が固液分離工程においてろ液に抽出される。スラリー化工程の溶液に水溶液を用いた場合の固液分離工程で得られるろ液で回収されたフッ素を、フッ素イオンメーター(フッ化物イオン電極6561-10C、カスタニーLAB pH/イオンメーターF-24、いずれも株式会社堀場製作所製)を用いて下記の手順に従って測定した。
 マイクロピペットを用いて被測定溶液1mLを採取し、50mLの純水に入れた。溶液を攪拌し、溶液のpHをpHメーターにより測定した。溶液のpHが6~7の範囲になるようにKOH溶液(pH12)もしくはHCl溶液(pH1)を添加して調整した。さらに純水を追加して100mLとした。
 溶液のフッ素濃度をフッ素イオンメーターを用いて測定した。溶液のフッ素濃度から、ろ液において回収されたフッ素量に換算した。
 1.電極(正極)の作製
 活物質の放電容量のために、下記の手順に従って電極(正極)を作製した。
 電極の作製には、放電容量を評価する活物質に加えて、下記の導電材及び結着材を用いた。
(a)活物質(正極活物質):所定の活物質
(b)導電材:アセチレンブラック(電気化学工業株式会社製、品番:デンカブラック HS100)と黒鉛(SECカーボン株式会社製、品番:グラファイトパウダー SNO-3)との重量比9:1の混合物
(c)結着材:PVdF#7300(株式会社クレハ社製)
 上記活物質と導電材とバインダー溶液とを調整して、活物質:導電材:バインダーの重量比をそれぞれ87:10:3として、これらをメノウ乳鉢を用いて混練して、正極合材ペーストを作製した。なお、バインダー溶液としては、結着材であるPVdFを溶解したNMP溶液を使用した。正極合材ペースト中の活物質と導電材とバインダーの重量の合計が50重量%となるようにNMPを添加して調整した。
 該正極合剤ペースト1gをAl箔集電体(3×5cm)に、電極合材量が9mg/cmとなるように塗工した後、150℃で8時間真空乾燥して、正極を得た。
 2.電池の作製
 正極と、電解液と、セパレータと、負極とを組み合わせて、非水電解質二次電池(コイン型電池R2032)を作製した。なお、電池の組み立てはアルゴン雰囲気のグローブボックス内で行った。
 電解液として、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートとをそれぞれ体積比で30:35:35とした混合溶媒に、電解質としてLiPF6を1モル/リットルとなるように溶解したものを使用した。
 セパレータとしてポリエチレン製多孔質フィルムの上に、耐熱多孔層を積層した積層フィルムセパレータを使用した。
 また、負極として金属リチウムを使用した。
 3.充放電試験
 作製したコイン型電池を用いて、25℃保持下、以下に示す条件で充放電試験を実施した。充放電試験は、放電時の放電電流を変えて放電容量を測定した。
 充電最大電圧:4.3V
 充電時間:8時間
 充電電流:0.2mA/cm2
 放電時は放電最小電圧を2.5Vで一定とし、各サイクルにおける放電電流を下記のように変えて放電を行った。
  1サイクル目の放電(0.2C):放電電流0.2mA/cm2
  2サイクル目の放電(0.2C):放電電流0.2mA/cm2
  3サイクル目の放電(1C)  :放電電流1.0mA/cm2
  4サイクル目の放電(2C)  :放電電流2.0mA/cm2
  5サイクル目の放電(5C)  :放電電流5.0mA/cm2
  6サイクル目の放電(10C) :放電電流10mA/cm2
 なお、0.2Cの放電容量が大きいほど高い定格容量が得られ、5Cの放電容量が大きいほど、高い出力特性が得られることを示す。
<I.導電材がアセチレンブラックのみからなる正極からの活物質の回収>
<電池廃材としての導電材がアセチレンブラックのみからなる正極の作製>
 活物質13.5kgと導電材0.75kgと結着材0.75kgと溶媒15kgとをT.K.ハイビスミックス(プライミクス株式会社製)で混合し、その後T.K.フィルミックス 56―50型(プライミクス株式会社製)を用いて分散し、そして、T.K.ハイビスミックス(プライミクス株式会社製)で脱泡処理して、正極合材ペーストを作製した。
 該活物質としては、ICP発光分析により測定される組成がLi1.07Ni0.47Mn0.48Fe0.05であり、粉末X線回折測定により測定される結晶構造がR-3mであり、BET比表面積が10m/gであり、SEM観察により得られた画像から測定される平均一次粒子径が200nmである正極活物質を用いた。活物質(未利用活物質)を正極活物質として用いたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2C放電容量は138mAh/gであり、5C放電容量は106mAh/gであった。
 該導電材としては、アセチレンブラックHS100(電気化学工業株式会社製)を使用した。該アセチレンブラックのBET比表面積は40m/gであり、SEM観察により得られた画像から測定される平均一次粒子径は50nmであった。
 該結着材と溶媒としては、結着材であるPVdF#7300を5重量%含むNMP溶液(株式会社クレハ社製)にさらにNMP溶媒を追加投入して所定の比率とした。
 該正極合材ペーストを厚さ20μmのリチウムイオン2次電池正極集電体用アルミニウム箔1085(日本製箔社製)上に、スリットダイ方式二次電池用コーターを用いて塗工し、乾燥し、電極を得た。アルミニウム箔上の電極合材量は15mg/cmであった。
<電極廃材からの活物質の回収>
 上記で作製した導電材がアセチレンブラックのみからなる正極を用いて、以下の実施例及び比較例による活物質の回収を行った。
(1)電極合材の回収
 上記で作製した導電材がアセチレンブラックのみからなる正極から、電極合材を機械的にそぎ落として、電極合材を集電体から剥離した。
(2)活性化処理剤混合工程
 所定量の電極合材に所定量の活性化処理剤を加えて、乳鉢を用いて混合し、活性化処理前混合物を作製した。
(3)活性化処理工程
 活性化処理前混合物をアルミナ製焼成容器に入れて電気炉に設置した。空気雰囲気の電気炉内において、所定の保持温度、保持時間で加熱した。加熱速度は200℃/時間とし、冷却は自然冷却とした。室温まで冷却された後に、活性化処理後混合物を回収した。
(4-1)スラリー化工程
 活性化処理後混合物を粉砕し、蒸留水を加えてスラリー化して、攪拌した後、デカンテーションを行なった。
(4-2)固液分離工程
 該スラリーをろ過することで、固相を分離した。
(4-3)乾燥工程
 該固相を300℃で6時間乾燥して、活物質を得た。
(5-1)フッ素成分の回収
 固液分離工程で固相をろ過した後に得られる液相に含有するフッ素イオン濃度を、フッ素イオンメーターを用いて測定した。さらに液相に塩化カルシウム水溶液を添加し、液相中に生成した沈殿物をろ過することで、フッ素成分を回収する操作による回収物を得た。
(5-2)アルカリ金属成分の回収
 (5-1)フッ素成分の回収で、沈殿物をろ過して回収した後の液相を、80℃で水分を蒸発させて析出させることでアルカリ金属成分を回収する操作による回収物を得た。
比較例1-1:活性化処理剤なし
 導電材がアセチレンブラックのみからなる正極から取り出した電極合材5gに活性化処理剤を混合せずに、700℃で4時間、加熱した。処理条件を表1-Aに示す。
 回収物の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および回収物を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 回収物はR3-mおよびR3-mとは異なる構造を含む結晶構造であった。0.2Cと5Cの放電容量は低かった。
実施例1-1:KCO・NaCO活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材5gに活性化処理剤としてKCOとNaCOをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対して0.1モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度700℃、保持時間4時間で、活性化処理した。回収された活性化処理後混合物をスラリー化、ろ過、乾燥し、活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質と同程度であった。
実施例1-2:LiCO・KCO活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材5gに活性化処理剤としてLiCOとKCOをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対して0.1モルと0.1モルを混合して、活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度700℃、保持時間4時間で、活性化処理した。回収された活性化処理後混合物をスラリー化、ろ過、乾燥し、活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質と同程度であった。
実施例1-3:LiCO・KSO活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材5gに活性化処理剤としてLiCOとKSOをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対して0.1モルと0.1モルを混合して、活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度700℃、保持時間4時間で活性化処理し、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理の条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質と同程度であった。
実施例1-4:NaOH活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材5gに活性化処理剤としてNaOHを電極合材中の正極活物質1モルに対して0.2モルを混合して、活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度400℃、保持時間4時間で活性化処理し、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質と同程度であった。
実施例1-5:NaOH・KOH活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材5gに活性化処理剤としてNaOHとKOHをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対して0.1モルと0.1モルを混合して、活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度400℃、保持時間4時間で活性化処理し、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質と同程度であった。
実施例1-6:LiOH・KOH活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材5gに活性化処理剤としてLiOHとKOHをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対して0.1モルと0.1モルを混合して、活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度400℃、保持時間4時間で活性化処理し、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。回収された活性化処理後混合物をスラリー化、ろ過、乾燥し、活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、利用前の正極活物質と同程度であった。
実施例1-7:LiOH活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材5gに活性化処理剤としてLiOHを電極合材中の正極活物質1モルに対して0.3モルを混合して、活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度500℃、保持時間4時間で活性化処理し、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、利用前の正極活物質と同程度であった。
 フッ素成分を回収する操作による回収物を、粉末X線回折測定により同定したところ、フッ化カルシウムに相当するピークが含まれた。すなわちフッ素成分を回収する操作により、フッ素成分を回収できた。
 アルカリ金属成分を回収する操作による回収物を、粉末X線回折測定により同定したところ、塩化リチウムに相当するピークが含まれた。すなわちフッ素成分を回収する操作により、アルカリ金属成分としてリチウム成分を回収できた。
実施例1-8:KOH活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材5gに活性化処理剤としてKOHを電極合材中の正極活物質1モルに対して0.1モルを混合して、活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度500℃、保持時間4時間で活性化処理し、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、利用前の正極活物質と同程度であった。
 フッ素成分を回収する操作による回収物を、粉末X線回折測定により同定したところ、フッ化カルシウムに相当するピークが含まれた。すなわちフッ素成分を回収する操作により、フッ素成分を回収できた。
実施例1-9:Li・NaOH活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材2gに活性化処理剤としてLiとNaOHをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対して0.1モルと1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度350℃、保持時間12時間で、活性化処理して、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および得られた活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質と同程度であった。
 固液分離工程において活物質と分離されたろ液に含まれるフッ素イオンを測定したところ37mgが水溶液として回収できていた。これは処理前の電極合材に含まれるフッ素成分の63%の回収率に相当した。
実施例1-10:LiNO活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材2gに活性化処理剤としてLiNOを電極合材中の正極活物質1モルに対して0.2モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度350℃、保持時間12時間で、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および得られた活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質と同程度であった。
実施例1-11:KNO活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材2gに活性化処理剤としてKNOを電極合材中の正極活物質1モルに対して0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度350℃、保持時間12時間で、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および得られた活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質と同程度であった。
実施例1-12:KNO・KOH活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材2gに活性化処理剤としてKNOとKOHをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対してそれぞれ0.1モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度250℃、保持時間12時間で、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および得られた活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質と同程度であった。
実施例1-13:LiCO・NaCO活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材2gに活性化処理剤としてLiCOとNaCOをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対してそれぞれ0.1モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度700℃、保持時間4時間で、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および得られた活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質よりも高い放電容量が得られた。
実施例1-14:LiCO・NaCO・NaSO活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材2gに活性化処理剤としてLiCOとNaCOとNaSOとをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対してそれぞれ0.1モルと0.1モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度700℃、保持時間4時間で、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および得られた活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質よりも高い放電容量が得られた。
実施例1-15:LiCO・NaCO・NaVO活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材2gに活性化処理剤としてLiCOとNaCOとNaVOとをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対してそれぞれ0.1モルと0.1モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度700℃、保持時間4時間で、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および得られた活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高い放電容量が得られた。
実施例1-16:LiCO・NaCO・KMoO活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材2gに活性化処理剤としてLiCOとNaCOとKMoOとをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対してそれぞれ0.1モルと0.1モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度700℃、保持時間4時間で、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および得られた活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質と同程度の放電容量が得られた。
実施例1-17:LiCO・NaCO・KPO活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材2gに活性化処理剤としてLiCOとNaCOとKPOとをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対してそれぞれ0.1モルと0.1モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度700℃、保持時間4時間で、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および得られた活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高い放電容量が得られた。
実施例1-18:LiCO・NaCO・KWO活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材2gに活性化処理剤としてLiCOとNaCOとKWOとをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対してそれぞれ0.1モルと0.1モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度700℃、保持時間4時間で、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および得られた活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高く、未利用活物質よりも高い放電容量が得られた。
実施例1-19:LiCO・NaCO・B活性化処理剤
 比較例1-1と同じ電極合材2gに活性化処理剤としてLiCOとNaCOとBとをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対してそれぞれ0.1モルと0.1モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度700℃、保持時間4時間で、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表1-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および得られた活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表1-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例1-1よりも高い放電容量が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
<II.参考例:活性化処理工程における導電材と結着材のそれぞれの影響>
 参考例1及び参考例2では、活性化処理工程における導電材と結着材のそれぞれの影響について検討した。
参考例1:活性化処理工程における導電材の影響
 未利用活物質5gに、導電材としてアセチレンブラック0.263gを添加して、正極活物質と導電材との混合物を作製した。該混合物は電極合材を有機溶媒に浸して、結着材を溶解した後に回収される混合物に相当する。該混合物に活性化処理剤を添加せずに、保持温度700℃、保持時間4時間で、加熱した。
 加熱処理後の回収物の結晶構造、平均粒子径、比表面積、該回収物を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表2に示す。
 該回収物の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は未利用活物質と同程度であった。
参考例2:再利用方法への結着材の影響
 未利用活物質5gに、結着材としてPVdFが5重量%含むNMP溶液を5.26g混合して、さらに150℃で8時間真空乾燥することにより脱溶媒して、正極活物質と結着材との混合物を作製した。該混合物に活性化処理剤を添加せずに、保持温度700℃、保持時間4時間で、加熱した。
 加熱処理後の回収物の結晶構造、平均粒子径、比表面積、該回収物をそれぞれ正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表2に示す。
 該回収物はR3-mとは別の構造を含む結晶構造であった。0.2Cと5Cの放電容量は未利用活物質よりも低かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
<III.黒鉛系導電材を含む正極からの活物質の回収>
<黒鉛系導電材を含む正極の作製>
 活物質と導電材と結着材とを重量比が85:10:5となるように秤量し、NMP溶媒で粘度を調整してからディスパーマット(VAM-GEZTMANN社製)で混合することで正極合材ペーストを作製した。
 該活物質としては、ICP発光分析により測定される組成がLiNi0.44Co0.10Mn0.46であり、粉末X線回折測定により測定される結晶構造がR-3mであり、BET比表面積が8m/gであり、SEM観察により得られた画像から測定される平均一次粒子径が200nmである正極活物質を用いた。なお、活物質(未利用活物質)を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2C放電容量は153mAh/gであり、5C放電容量は114mAh/gであった。
 該導電材としては、アセチレンブラックと黒鉛系導電材を含有した。アセチレンブラックHS100(電気化学工業株式会社製)と黒鉛C-NERGY SFG6L(ティムカル・グラファイト・アンド・カーボン社製)と黒鉛C-NERGY KS6L(ティムカル・グラファイト・アンド・カーボン社製)とを重量比で4:3:3となるように混合して使用した。HS100とSFG6LとKS6LのそれぞれのBET比表面積は40m/gと17m/gと20m/gであり、平均一次粒子径はそれぞれ50nmと3.5μmと3.5μmであった。
 該結着材と溶媒としては、結着材であるPVdF#7300を5重量%含むNMP溶液(株式会社クレハ社製)にさらにNMP溶媒を追加投入して粘度を調整した。
 該正極合材ペーストを厚さ20μmのリチウムイオン2次電池 正極集電体用 アルミニウム箔1085(日本製箔社製)上に,二次電池用コーターを用いて塗工し、乾燥し、電極を得た。アルミニウム箔上の電極合材量は16mg/cmであった。
<電極廃材からの活物質の回収>
 上記で作製した黒鉛系導電材を含む正極を用いて、以下の実施例及び比較例による活物質の回収を行った。
比較例3-1:活性化処理剤なし
 上述の黒鉛系導電材を含む正極から機械的に剥離された電極合材2gに活性化処理剤を混合せずに、保持温度600℃、保持時間4時間、で加熱した。処理条件を表3-Aに示す。
 回収物の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および回収物を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表3-Bに示す。
 回収物には燃焼性物質が残存した。回収物はR3-mとは別の構造を含む結晶構造であった。0.2Cと5Cの放電容量は低かった。
実施例3-1:LiCO・NaSO活性化処理剤
 比較例3-1と同じ黒鉛系導電材を含む正極から機械的に剥離された電極合材に活性化処理剤としてLiCOとNaSOをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対してそれぞれ0.1モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度600℃、保持時間4時間で、活性化処理し、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表3-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表3-Bに示す。
 得られた活物質には燃焼性物質は含有しなかった。活物質の結晶構造はR3-mのみであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例3-1よりも高くかった。0.2Cは未利用活物質と同程度であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
<IV.使用済み電池から取り出した正極を用いた活物質の回収>
 充放電サイクルを繰り返した使用済み電池を解体し、正極を取り出した。該使用済み電池から取り出した正極を電池廃材として、該正極より活物質を回収した。
<使用済み電池から取り出した正極の構成>
 使用済み電池から取り出した正極の構成は以下の通りであった。該正極は、正極集電体用アルミニウム箔1085(日本製箔社製)上に電極合材が積層されていた。該電極合材は、以下の活物質、導電材及び結着材にて構成されていた。
 使用済み電池から取り出した正極を構成する活物質としては、未利用活物質としてICP発光分析により測定される組成がLi1.07Ni0.47Mn0.48Fe0.05であり、粉末X線回折測定により測定される結晶構造がR-3mであり、BET比表面積が10m/gであり、SEM観察により得られた画像から測定される平均一次粒子径が200nmである正極活物質を使用されていた。活物質(未利用活物質)を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2C放電容量は138mAh/gであり、5C放電容量は106mAh/gであった。
 使用済み電池から取り出した正極では、活物質の組成がLi0.79Ni0.47Mn0.48Fe0.05であり、電池の使用により活物質のリチウムの組成が低減していた。また使用済み電池から回収された正極を用いてコイン型電池による充放電試験で測定された0.2C放電容量は56mAh/gであり、5C放電容量は15mAh/gであり、電池の使用により活物質の0.2Cおよび5C放電容量は未利用活物質に対して低下していた。
 使用済み電池から回収された正極を構成する該導電材は、アセチレンブラックHS100(電気化学工業株式会社製、デンカブラック)と黒鉛SNO-3(SECカーボン株式会社製、グラファイトパウダー)と黒鉛KS15(ティムカル・グラファイト・アンド・カーボン社製)と黒鉛KS4(ティムカル・グラファイト・アンド・カーボン社製)との重量比10:1.5:2.0:1.5の混合物であった。アセチレンブラックHS100(電気化学工業株式会社製、デンカブラック)と黒鉛SNO-3(SECカーボン株式会社製、グラファイトパウダー)と黒鉛KS15(ティムカル・グラファイト・アンド・カーボン社製)と黒鉛KS4(ティムカル・グラファイト・アンド・カーボン社製)とのBET比表面積はそれぞれ40m/g、16m/g、12m/g、26m/gでありSEM観察により得られた画像から測定される平均一次粒子径はそれぞれ50nm、3μm、8μm、3μmであった。
 該結着材としてはPVdF#7300(株式会社クレハ社製)が使用されていた。
 該電極合材の構成比率は、活物質:導電材:結着材の重量比がそれぞれ80:15:5であった。
<電極廃材からの活物質の回収>
 上述の使用済み電池から回収した正極を用いて、以下の実施例及び比較例による活物質の回収を行った。
比較例4-1:活性化処理剤なし
 上述の使用済み電池から取り出した正極から機械的に剥離して得られた電極合材2gに活性化処理剤を混合せずに、保持温度400℃、保持時間4時間で、加熱した。処理条件を表4-1に示す。
 回収物の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および回収物を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表4-Bに示す。
 回収物はR3-mと黒鉛の結晶構造が観測された。0.2Cと5Cの放電容量は低かった。
実施例4-1:LiOH・NaOH活性化処理剤
 比較例4-1と同じ使用済み電池から取り出した正極から得られた電極合材を用いて、活性化処理剤としてLiOHとNaOHをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対してそれぞれ0.2モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度400℃、保持時間4時間で、活性化処理し、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表4-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表4-Bに示す。
 結晶構造はR3-mと黒鉛が観察された。活性化処理して得られた活物質のリチウム組成は、使用済み電池を構成していた活物質に向上していた。0.2Cと5Cの放電容量は比較例4-1よりも高くかった。
実施例4-2:LiOH・NaOH活性化処理剤
 比較例4-1と同じ使用済み電池から取り出した正極から得られた電極合材を用いて、活性化処理剤としてLiOHとNaOHをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対してそれぞれ1モルと1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度400℃、保持時間12時間で、活性化処理し、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表4-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表4-Bに示す。
 結晶構造はR3-mと黒鉛が観察された。活性化処理して得られた活物質のリチウム組成は、使用済み電池を構成していた活物質に向上していた。0.2Cと5Cの放電容量は比較例4-1よりも高くかった。
実施例4-3:LiOH活性化処理剤
 比較例4-1と同じ使用済み電池から取り出した正極から得られた電極合材に活性化処理剤としてLiOHを電極合材中の正極活物質1モルに対して2モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を処理温度500℃、処理時間6時間で、活性化処理し、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表4-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表4-Bに示す。
 結晶構造はR3-mのみが観察された。活性化処理剤にリチウムが含まれていたことから、使用済み電池を構成していた活物質に比較してリチウム組成が向上した。0.2Cと5Cの放電容量は比較例4-1よりも高くかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
<V.活物質回収工程に気化分離法を用いた正極からの活物質の回収>
 気化分離法による活物質回収工程を用いて、導電材がアセチレンブラックのみからなる正極から活物質を回収した。
<電池廃材としての導電材がアセチレンブラックのみからなる正極の作製>
 実施例1-1と同じ導電材がアセチレンブラックのみからなる正極を用いた。
<電極廃材からの活物質の回収>
 上記で作製した正極を用いて、以下の実施例及び比較例による活物質の回収を行った。
(1)電極合材の回収
 実施例1-1と同様に、作製した電極から、電極合材を機械的にそぎ落として、電極合材を集電体から剥離した。
(2)活性化処理剤混合工程
 実施例1-1と同様に、所定量の電極合材に所定量の活性化処理剤を加えて、乳鉢を用いて混合し、活性化処理前混合物を作製した。
(3)活性化処理工程
 実施例1-1と同様に、活性化処理前混合物をアルミナ製焼成容器に入れて、アルミナ製の管状電気炉の内に設置した。管内に空気を所定の流量で流し、所定の保持温度、保持時間の条件で加熱した。加熱速度は200℃/時間とした。
(4)気化分離工程
 活性化処理工程後、電気炉の温度を所定の値まで高め、所定の時間保持した。管内に空気を所定の流量で流した。加熱速度は200℃/時間とした。その後、自然冷却した。室温まで冷却された後に、活物質を回収した。
(5)フッ素成分の回収
 気化分離工程において管状電気炉内から排出されたガスを100mLの純水を通過させてガス中のフッ素成分を捕集した。気化分離工程が終了した後、溶液中に含有するフッ素イオン濃度をフッ素イオンメーターを用いて測定した。
比較例5-1:活性化処理剤なし
 導電材がアセチレンブラックのみからなる正極から取り出した電極合材2gに活性化処理剤を混合せずに、空気流量1L/分において、保持温度400℃、保持時間4時間で、加熱した。その後、さらに温度を900℃に上げて、1時間、加熱した。その後、炉内を自然冷却して、回収物を回収した。処理条件を表5-Aに示す。
 回収物の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、および回収物を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表5-Bに示す。
 0.2Cと5Cの放電容量は低かった。
実施例5-1:LiNO活性化処理剤
 比較例5-1と同じ電極合材に活性化処理剤としてLiNOをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対して0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製した。活性化処理工程として、保持温度400℃、保持時間4時間で、活性化処理した。その後、気化分離工程として、さらに温度を900℃まで上げて1時間、加熱した。その後、自然冷却し、活物質を回収した。処理条件を表5-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表5-Bに示す。
 結晶構造はR3-mであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例5-1よりも高かった。
実施例5-2:LiNO活性化処理剤
 気化分離工程の条件として、700℃で1時間加熱して、他の条件を実施例5-1と同様にして、電極合材から活物質を回収した。処理条件を表5-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表5-Bに示す。
 結晶構造はR3-mであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例5-1よりも高かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
<VI.使用済み電池から回収した正極からのLiCoO活物質の回収>
 活物質にLiCoOが用いられた電池を充放電サイクルを繰り返して、使用済み電池とした。該使用済み電池を解体し、正極を取り出した。該使用済み電池から取り出した電極正極を電池廃材として、該正極よりLiCoO活物質を回収した。
「活物質にLiCoOが用いられた使用済み電池から回収した正極の構成」
 活物質にLiCoOが用いられた使用済み電池から回収された正極の構成は以下の通りであった。該電極は、正極集電体用アルミニウム箔1085(日本製箔社製)上に電極合材が積層されていた。該電極合材は、以下の活物質、導電材、結着材、及び増粘剤にて構成されていた。
 電極合材を構成する活物質としては、未利用活物質としてICP発光分析により測定される組成がLiCoOであり、粉末X線回折測定により測定される結晶構造がR-3mであり、BET比表面積が0.2m/gであり、SEM観察により得られた画像から測定される平均一次粒子径が10μmである正極活物質が用いられていた。活物質(未利用活物質)を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2C放電容量は150mAh/gであり、5C放電容量は101mAh/gであった。
 活物質にLiCoOが用いられた使用済み電池から取り出した正極を用いてコイン型電池による充放電試験で測定された0.2C放電容量は149mAh/gであり、5C放電容量は5mAh/gであった。使用済み電池から回収した正極では、活物質の5C放電容量は未利用活物質に対して低下していた。
 活物質にLiCoOが用いられた使用済み電池から回収された電極を構成する該導電材は、アセチレンブラックHS100(電気化学工業株式会社製、デンカブラック)が使用されていた。アセチレンブラックのBET比表面積は40m/gであり、平均一次粒子径は50nmであった。
 該結着材としてはPTFEが使用されていた。
 該増粘剤としてはCMCが使用されていた。
 該電極合材の構成比率は、活物質:導電材:結着材:増粘剤の重量比がそれぞれ92:2.7:4.55:0.75であった。
<電極廃材からの活物質の回収>
 上記で使用済み電池から回収した正極を用いて、以下の実施例及び比較例による活物質の回収を行った。
比較例6-1:活性化処理剤なし
 活物質にLiCoOが用いられた使用済み電池から取り出された電極合材2gに活性化処理剤を混合せずに、保持温度700℃、処理時間4時間で加熱し、他の条件は比較例1-1と同様にして、回収物を得た。処理条件を表6-Aに示す。
 回収物の結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および回収物を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表6-Bに示す。
 回収物の粉末X線回折測定により、R3-mの結晶構造に加えて、Coに一致する結晶構造が観測された。0.2C放電容量は低かった。
実施例6-1:LiCO・NaSO活性化処理剤
 比較例6-1と同じ電極合材2gに活性化処理剤としてLiCOとNaSOをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対してそれぞれ0.1モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度700℃、保持温度4時間で、活性化処理し、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表6-Aに示す。
 得られた活物質の組成、結晶構造、平均粒子径、比表面積、フッ素回収量(回収率)および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表6-Bに示す。
 回収物の粉末X線回折測定により、R3-mの結晶構造に加えて、CoOに一致する結晶構造が観測された。0.2Cと5Cの放電容量は比較例6-1よりも高かった。
 固液分離工程において活物質と分離されたろ液に含まれるフッ素イオンを測定したところ34mgが水溶液として回収できていた。これは処理前の電極合材に含まれるフッ素成分の49%に相当した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000026
<VII.正極からの活物質LiNi1/3Co1/3Mn1/3の回収>
<LiNi1/3Co1/3Mn1/3を活物質とする正極の作製>
 活物質にLiNi1/3Co1/3Mn1/3が用いられた正極を以下に示す方法で作製した。
 活物質135gと導電材7.5gと結着材7.5gと溶媒150gとをディスパーマット(VAM-GEZTMANN社製)で混合することで正極合材ペーストを作製した。
 該活物質としては、ICP発光分析により測定される組成がLiNi1/3Co1/3Mn1/3であり、粉末X線回折測定により測定される結晶構造がR-3mであり、BET比表面積が0.4m/gであり、SEM観察により得られた画像から測定される平均一次粒子径が8μmである正極活物質を用いた。活物質(未利用活物質)を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2C放電容量は154mAh/gであり、5C放電容量は130mAh/gであった。
 該導電材としては、アセチレンブラックHS100(電気化学工業株式会社製)を使用した。該アセチレンブラックのBET比表面積は40m/gであり、SEM観察により得られた画像から測定される平均一次粒子径は50nmであった。
 該結着材と溶媒としては、結着材であるPVdF#7300を5重量%含むNMP溶液(株式会社クレハ社製)にさらにNMP溶媒を追加投入して所定の比率とした。
 該正極合材ペーストを厚さ20μmのリチウムイオン2次電池正極集電体用アルミニウム箔1085(日本製箔社製)上に、二次電池用コーターを用いて塗工し、乾燥し、電極を得た。アルミニウム箔上の電極合材量は15mg/cmであった。
<電極廃材からの活物質の回収>
 上記で作製した正極を用いて、以下の実施例及び比較例による活物質の回収を行った。
比較例7-1:活性化処理剤なし
 上述した活物質にLiNi1/3Co1/3Mn1/3が用いられた正極から機械的に電極合材を剥離した。該電極合材2gに活性化処理剤を混合せずに、保持温度700℃、保持時間4時間で加熱し、他の条件を比較例1-1と同様にして回収物を得た。処理の条件を表7-Aに示す。
 回収物の結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量および回収物を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表7-Bに示す。
 回収物の結晶構造はR3-mであった。0.2Cと5Cの放電容量は低かった。
実施例7-1:LiCO・NaSO活性化処理剤
 比較例7-1と同じ活物質にLiNi1/3Co1/3Mn1/3が用いられた正極から回収した電極合材2gに、活性化処理剤としてLiCOとNaSOをそれぞれ電極合材中の正極活物質1モルに対して0.1モルと0.1モルを混合して活性化処理前混合物を作製し、該混合物を保持温度700℃、保持時間4時間、活性化処理し、他の条件を実施例1-1と同様にして活物質を得た。処理条件を表7-Aに示す。
 得られた活物質の結晶構造、平均粒子径、比表面積、燃焼性物質の含有量、フッ素回収量(回収率)および活物質を正極活物質としたコイン型電池による充放電試験で測定された0.2Cと5Cの放電容量を表7-Bに示す。
 活物質の結晶構造はR3-mであった。0.2Cと5Cの放電容量は比較例7-1よりも高かった。0.2Cの放電容量は未利用活物質と同程度であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000028
 本発明の方法によれば、活物質の原料から活物質を製造するのに必要な製造コストや製造エネルギーを必要とせずに、かつ電池廃材からの活物質の回収に有機溶剤を使用せずに、電池廃材から活物質を直接回収することができるため、工業的に有望である。

Claims (21)

  1.  電池廃材からの活物質の回収方法であって、次の工程
    (1)電池廃材から電極を分離し、該電極から活物質、導電材および結着材を含む電極合材を回収する電極合材回収工程、
    (2)回収した電極合材に、1種又は2種以上のアルカリ金属化合物を含有する活性化処理剤を混合する活性化処理剤混合工程、
    (3)得られた混合物を前記活性化処理剤の溶融開始温度以上の保持温度に加熱して、該混合物中に含まれる活物質を活性化する活性化処理工程、および
    (4)活性化処理工程後、冷却して得られる混合物から活性化した活物質を回収する活物質回収工程
    を含む方法。
  2.  前記活物質が、正極活物質である、請求項1に記載の活物質の回収方法。
  3.  前記正極活物質が、非水二次電池の正極活物質である、請求項2に記載の活物質の回収方法。
  4.  前記活物質が、下記の元素群1から選ばれる1種以上の元素と、元素群2から選ばれる1種以上の元素とを含有する複合酸化物である、請求項2または3に記載の活物質の回収方法。
      元素群1:Ni、Co、Mn、Fe、Al、P
      元素群2:Li、Na、Ca、Sr、Ba、Mg
  5.  前記元素群2から選ばれる元素がLiである、請求項4に記載の活物質の回収方法。
  6.  前記正極活物質の比表面積が5m2/g以上100m2/g以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の活物質の回収方法。
  7.  前記活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物を構成するアルカリ金属元素が、前記活物質を構成するアルカリ金属元素と同一である、請求項1~6のいずれか1項に記載の活物質の回収方法。
  8.  前記活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物の少なくとも1種が、水に溶解させた場合にアルカリ性を示すアルカリ金属化合物である、請求項1~7のいずれか1項に記載の活物質の回収方法。
  9.  前記水に溶解させた場合にアルカリ性を示すアルカリ金属化合物が、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、酸化物、過酸化物および超酸化物からなる群より選ばれる1種以上である、請求項8に記載の活物質の回収方法。
  10.  前記電極合材に含まれる導電材が、炭素系導電材であって、かつ、
     前記活性化処理剤に含有されるアルカリ金属化合物の少なくとも1種が、活性化処理工程の保持温度において、前記炭素系導電材を酸化分解する酸化力を有するアルカリ金属化合物である、請求項1~9のいずれか1項に記載の活物質の回収方法。
  11.  前記酸化力を有するアルカリ金属化合物が、アルカリ金属の過酸化物、超酸化物、硝酸塩、硫酸塩、バナジウム酸塩およびモリブデン酸塩からなる群より選ばれる1種以上である、請求項10に記載の活物質の回収方法。
  12.  活性化処理剤混合工程において、前記活性化処理剤の添加量が、前記電極合材に含まれる活性化処理前の活物質の重量に対して、0.001~100倍である、請求項1~11のいずれか1項に記載の活物質の回収方法。
  13.  前記電極合材に含まれる導電材が、比表面積が30m/g以上の炭素系導電材のみからなる、請求項1~12のいずれか1項に記載の活物質の回収方法。
  14.  前記炭素系導電材がアセチレンブラックである、請求項13に記載の活物質の回収方法。
  15.  活物質回収工程が、
     活性化処理工程後に得られる混合物に溶媒を加えてスラリーとするスラリー化工程と、 該スラリーを固相と液相とに分離する固液分離工程と、
     固液分離後の固相を乾燥する乾燥工程と
    を含む、請求項1~14のいずれか1項に記載の活物質の回収方法。
  16.  さらに、固液分離後に得られた液相からフッ素成分を回収する工程を含む請求項15に記載の活物質の回収方法。
  17.  さらに、固液分離後に得られた液相からアルカリ金属成分を回収する工程を含む請求項15または16に記載の活物質の回収方法。
  18.  活物質回収工程が、加熱により活物質以外の成分を気化して、活性化処理工程後に得られる混合物から活物質以外の成分を除去することにより、活物質を回収する工程である、請求項1~14のいずれか1項に記載の活物質の回収方法。
  19.  活物質回収工程において、活物質以外の成分を気化させる温度が、活性化処理工程における保持温度よりも高い、請求項18に記載の活物質の回収方法。
  20.  さらに、活物質以外の成分を気化させて生成した気体を冷却して得られた成分に溶媒を加えて得られた溶液から、フッ素成分を回収する工程を含む請求項18または19に記載の活物質の回収方法。
  21.  さらに、フッ素成分を回収後の前記溶液から、アルカリ金属成分を回収する工程を含む請求項20に記載の活物質の回収方法。
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