WO2023106416A1 - 蓄電池リサイクル装置 - Google Patents

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WO2023106416A1
WO2023106416A1 PCT/JP2022/045557 JP2022045557W WO2023106416A1 WO 2023106416 A1 WO2023106416 A1 WO 2023106416A1 JP 2022045557 W JP2022045557 W JP 2022045557W WO 2023106416 A1 WO2023106416 A1 WO 2023106416A1
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WO
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positive electrode
storage battery
electrode component
discharge
water
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Application number
PCT/JP2022/045557
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English (en)
French (fr)
Inventor
亮一 尾崎
友広 森山
勇太 櫻井
光志 多田
拓司 吉田
真吾 寺門
和仁 内田
勝 邊見
隆男 浪平
Original Assignee
株式会社Jera
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/54—Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a storage battery recycling device for taking out materials from used storage batteries.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-201051 filed in Japan on December 10, 2021, the content of which is incorporated herein.
  • Patent Literature 1 describes a method of recovering valuable metals by, for example, roasting a storage battery and processing the produced roasted material.
  • An object of the present invention is to provide a storage battery recycling device that realizes efficient dismantling of storage batteries with a small environmental load and improves the resource recovery rate.
  • a container capable of storing water, a sieve-shaped mounting member provided in the container, and an electric pulse discharge being performed in the water in the container in which the water is stored. and a discharger, wherein the discharger performs the electric pulse discharge for a predetermined number of times on the electrode component (or a cut piece thereof) of the storage battery placed on the upper surface of the mounting member, and discharges the electrode component.
  • a battery recycling device configured to separate into a plurality of elements of different materials.
  • the present invention by treating the electrode parts (or cut pieces thereof) with electric pulse discharge, the types of recovered materials are increased compared to the conventional roasting method, and the amount of CO 2 emissions is increased. can be reduced.
  • the discharge section of the present invention may be configured to form an electric path when the electric pulse discharge is performed in a state in which the electrode parts are laminated in a plurality of layers on the mounting member. .
  • the present invention by forming an electric path for an electric pulse in the electrode component, it is possible to separate the material from the electrode component by utilizing the electrical action.
  • the discharge section may generate shock waves in the water based on the electrical pulse discharge, deforming and crushing the electrode component.
  • shock waves are generated in water to deform and crush the electrode parts, making it easier to separate the electrode parts by material.
  • the storage battery of the present invention is a lithium ion secondary battery
  • the electrode component is a positive electrode component composed of a plurality of materials
  • the positive electrode component is a thin film positive electrode aluminum material (positive electrode current collector ) and a layer of positive electrode active material provided on the surface of the positive electrode aluminum material
  • the discharge section separates the positive electrode aluminum material and the positive electrode active material based on the electric pulse discharge.
  • the positive electrode active material may be lowered downward from the sieve-shaped placement member, and the positive electrode aluminum material may be left on the placement member.
  • the electrode parts of the lithium ion secondary battery can be sorted by material based on the electric pulse discharge.
  • the storage battery of the present invention may be a nickel-metal hydride storage battery, and the discharge unit may be configured to simultaneously perform the electric pulse discharge to the electrode components of the positive electrode component and the negative electrode component of the nickel-metal hydride storage battery. good.
  • processing based on electric pulse discharge can be performed on the electrode parts of the nickel-metal hydride storage battery based on electric pulse discharge.
  • the discharge unit of the present invention is composed of a nickel material that constitutes a positive electrode component from the electrode component, an iron material that constitutes a negative electrode component, a housing of the storage battery, and the positive electrode component, based on the electric pulse discharge. and a separator provided between the negative electrode component.
  • the electrode parts of the nickel-metal hydride storage battery can be sorted by material based on the electric pulse discharge.
  • the electric discharge section of the present invention applies an electric pulse generated based on a pulse voltage of a predetermined voltage to the electrode part depending on the solid-liquid ratio of the water in the container to the degree of crushing. It may be configured to discharge into the water at a predetermined number of times set according to.
  • the present invention it is possible to improve the material recovery efficiency by presetting a predetermined number of times that the material is recovered and the material is not crushed excessively.
  • a container capable of storing water, a sieve-like mounting member provided in the container, and a discharge section configured to perform electric pulse discharge in the water in the container in which the water is stored , wherein the discharge unit performs the electric pulse discharge a predetermined number of times on the electrode parts (or cut pieces thereof) of the storage battery placed on the mounting member, and the electrode parts are divided into a plurality of elements made of different materials.
  • a battery recycling device configured to separate into [2]
  • the discharge section is configured to form an electric path when the electric pulse discharge is performed in a state in which the electrode components are stacked in a plurality of layers on the mounting member.
  • the storage battery recycling apparatus as described in .
  • the discharge unit is configured to generate a shock wave in the water based on the electrical pulse discharge to deform and crush the electrode part. battery recycling equipment.
  • the storage battery is a lithium ion secondary battery
  • the electrode component is a positive electrode component made of a plurality of materials
  • the positive electrode component comprises a thin-film positive electrode aluminum material and a surface of the positive electrode aluminum material. and a layer of positive electrode active material provided thereon, and the discharge part is formed in a sieve shape by separating the positive electrode aluminum material and the positive electrode active material based on the electrical pulse discharge.
  • the storage battery according to any one of [1] to [3], wherein the positive electrode active material is allowed to sink downward from the mounting member, and the positive electrode aluminum material is left on the upper surface of the mounting member. recycling equipment.
  • the storage battery is a nickel-metal hydride storage battery, and the discharge unit is configured to simultaneously perform the electrical pulse discharge to the electrode components of a positive electrode component and a negative electrode component of the nickel-metal hydride storage battery, [1 The storage battery recycling device according to any one of ] to [3].
  • the discharge part is provided between a nickel material that constitutes a positive electrode component from the electrode component, an iron material that constitutes a negative electrode component, and between the positive electrode component and the negative electrode component.
  • the storage battery recycling device which is configured to separate the separated separator. [7]
  • the discharge unit discharges an electric pulse generated based on a pulse voltage of a predetermined voltage into the water at a predetermined number of times set according to the solid-liquid ratio of the electrode component and the water in the container.
  • the storage battery recycling device according to any one of [1] to [6], which is configured as follows.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a separator; It is a figure which shows the cut piece of positive electrode components.
  • FIG. 10 is a view showing a cut piece of a negative electrode component; It is a figure which shows roughly the structure of a water-flow decomposition apparatus. It is a flowchart which shows each process of a storage battery recycling method.
  • Targets for recycling are, for example, used storage batteries such as lithium-ion secondary batteries and nickel-metal hydride storage batteries.
  • used storage battery broadly includes storage batteries that have been used once. used storage batteries that are discarded at the end of their life. The storage battery recycling device will be described below.
  • the storage battery recycling device 1 includes a power supply device 2 that generates electric power, and a separation device 10 that separates the parts that make up the storage battery by material (that is, separates them into a plurality of elements made of different materials). and
  • the power supply device 2 instantaneously outputs a high voltage (eg, 30 to 60 kV) of high power in a short period of time such as microseconds or nanoseconds.
  • the power supply device 2 is covered with a Faraday cage 8 that electromagnetically shields itself.
  • the power supply device 2 has, for example, a capacitor, stores a predetermined electric charge, and instantaneously discharges the electric charge.
  • the power supply device 2 is electrically connected to the separation device 10 through an output terminal 3 that outputs a pulse voltage.
  • the power supply device 2 is connected to an electrical ground E that electrically connects itself to the earth side. Power supply 2 is electrically connected to isolation device 10 via ground terminal 4 connected to electrical ground E. As shown in FIG.
  • the separation device 10 includes a container 20 in which an accommodation space is formed, and a discharge section 11 that performs electric pulse discharge inside the container 20.
  • the discharge unit 11 performs electric pulse discharge in water in a container 20 in which water is stored.
  • the discharge part 11 is a conductive material having an insulating coating that conducts electricity to the container 20 side safely and reliably without discharging a high current in the air.
  • the discharge unit 11 is electrically connected via an input terminal 12 to a power supply device 2 that discharges electric pulses.
  • Input terminal 12 is electrically connected to working electrode 13 .
  • An insulating cover 14 is provided between the input terminal 12 and the working electrode 13 .
  • the lid portion 14 is made of, for example, a resin material.
  • a support portion 15 that supports the working electrode 13 is provided on the lower surface side of the lid portion 14 .
  • the support part 15 is formed in a cone shape protruding downward.
  • the support portion 15 is made of an insulating material (for example, polycarbonate).
  • the support portion 15 may be made of polyethylene, ABS, vinyl chloride (hard), or the like, depending on the strength of the power source to be used.
  • the support portion 15 discharges the charge of the pulse power input from the input terminal 12 from the working electrode 13 .
  • the capacitance of the power storage unit of the power supply device 2 is, for example, 1.6 ⁇ F.
  • a metal washer 16 is sandwiched for adjusting the distance between the working electrode 13 and a mounting member 22, which will be described later.
  • the distance between the tip (lower end) of the working electrode 13 and the placement member 22 is, for example, preferably 0.1 to 5 cm, more preferably 0.3 to 3 cm, and more preferably 0.5 cm. ⁇ 2.5 cm is particularly preferred.
  • this distance is within the above range, the effects of the present invention can be particularly enhanced. That is, when this distance is equal to or greater than the lower limit, the energy generated by the electric pulse discharge can be sufficiently transmitted to the object to be processed (electrode parts of the storage battery or cut pieces thereof). It is possible to prevent malfunctions due to the target being out of the range affected by the electric pulse discharge.
  • the discharge unit 11 performs electric pulse discharge for a predetermined number of times on the cut piece of the electrode component of the storage battery placed on the mounting member 22, and separates different types of materials from the cut piece.
  • the discharge section 11 forms an electric path during electric pulse discharge in a state in which cut pieces are stacked in a plurality of layers on the mounting member 22 as will be described later.
  • the discharge unit 11 generates shock waves in the water by discharging electric pulses as will be described later, and deforms and crushes the cut piece.
  • the cut piece of the electrode component of the storage battery is the object to be processed, but the object to be processed is not limited to the cut piece, and may be the entire electrode component. In particular, it is also possible to treat the entire electrode of a small battery, for example a coin cell.
  • a container 20 is arranged below the discharge section 11 .
  • the container 20 is made of a metal material (for example, stainless steel material).
  • a storage space 21 capable of storing water is formed in the container 20 .
  • the inside of the housing space 21 is filled with water when the electrical pulse discharge is performed.
  • a mounting member 22 for mounting the cut piece B is provided in the accommodation space 21 .
  • the cut piece B is obtained by cutting the parts of the disassembled storage battery.
  • the mounting member 22 is formed in a sieve-like plate shape, for example.
  • the mounting member 22 is made of, for example, a metal material (for example, a stainless steel material) and is made of a punching metal in which numerous through holes are formed.
  • the diameter of the through-hole is, for example, 3 mm.
  • the placement member 22 may be a metal mesh (for example, stainless steel mesh) or expanded metal.
  • the opening size of the metal mesh or expanded metal may be appropriately selected according to the purpose, but it is preferably 1 to 50 mm, more preferably 3 to 10 mm, and particularly preferably 4 to 6 mm. . If the opening dimension is equal to or greater than the above lower limit, it is possible to promote the sedimentation of the positive electrode active material. When the opening size is equal to or less than the above upper limit, it is possible to reliably prevent the positive electrode aluminum material (positive electrode current collector) from sinking downward from the mounting member.
  • a plurality of mounting members 22 with different openings may be used. For example, by arranging a metal mesh with a large opening in the upper stage and a metal mesh with a small opening in the lower stage, finer sorting becomes possible.
  • the electrode component D of the lithium-ion secondary battery includes a strip-shaped positive electrode component D1 and a strip-shaped negative electrode component D2 that are wound and housed in a housing.
  • An insulating separator D3 is provided between the positive electrode component D1 and the negative electrode component D2.
  • the electrode component is taken out by cutting the housing of the lithium ion secondary battery.
  • the electrode component is separated from the housing.
  • the electrode parts are spread out and disassembled into a belt-like positive electrode part D1, a belt-like negative electrode part D2, and a separator D3.
  • the positive electrode component is composed of a plurality of materials.
  • the positive electrode component is composed of a thin-film positive electrode aluminum material (positive electrode current collector) and positive electrode active material layers formed on the front and rear surfaces of the positive electrode aluminum material.
  • the positive electrode active material is, for example, ternary lithium nickel-cobalt-manganese oxide.
  • the positive electrode active material may be made of other substances.
  • the negative electrode component is composed of a plurality of materials.
  • the negative electrode component is composed of a negative electrode copper foil material (negative electrode current collector), negative electrode active material layers formed on the front and back surfaces of the negative electrode copper foil material, and a thin film separator provided on the surface of the negative electrode active material layer. ing.
  • the negative electrode active material is carbon.
  • the separator is, for example, a microporous membrane made of polyolefin.
  • the negative electrode component is cut into cut pieces of a predetermined size based on a cutting device (not shown).
  • the cut piece of the negative electrode component is washed with a cleaning solvent such as ethanol that makes the electrolyte soluble, and the residual electrolyte is removed.
  • the cleaning solvent may be ethanol, dimethyl carbonate, acetone, methanol, supercritical solvent, liquid CO2 , or any other solvent that can dissolve the electrolytic solution.
  • the solvent for cleaning is recovered, and the components of the dissolved electrolytic solution are recovered by chemical treatment. The solvent is also reused.
  • the material of the positive electrode current collector is aluminum was described, but the material of the positive electrode current collector is not limited to aluminum in the present invention.
  • the case where the material of the negative electrode current collector is copper was described, but the material of the negative electrode current collector in the present invention is not limited to copper.
  • the cut piece of the positive electrode component is cleaned by the cleaning device 50 .
  • the cleaning device 50 includes, for example, a drum 51 formed of a punching metal having a plurality of holes formed on a surface along the circumferential direction of the rotating shaft, a base 52 that rotatably supports the drum 51, a base 52 and the drum. 51 and a container 53 for containing the cleaning liquid W; In the container 53, a solvent such as ethanol that is capable of dissolving the electrolytic solution as the cleaning liquid W is accommodated. A part of the side surface along the circumferential direction of the drum 51 is submerged below the surface of the cleaning liquid W. As shown in FIG.
  • a cut piece B of the positive electrode component is placed inside the drum 51 .
  • the drive unit 54 rotates the drum 51, the cut piece B is stirred in the cleaning liquid W in the lower part of the drum 51 according to the movement of the inner wall of the drum 51, and the electrolytic solution adhering to the surface is removed. .
  • the cut piece of the positive electrode component after cleaning is collected.
  • the cleaning liquid contains electrolyte and is chemically treated to recover components in the electrolyte.
  • Part of the positive electrode active material separated from the positive electrode component during cleaning accumulates at the bottom of the container 53 and is collected as appropriate.
  • the positive electrode parts are separated according to material by the storage battery recycling device 1 .
  • the cleaning device 50 also cleans the cut piece B1 of the negative electrode component.
  • the bonding force between the current collector and the active material is weaker than that of the positive electrode parts. Therefore, when the drum 51 is rotated during cleaning, the cut piece B1 of the negative electrode component is repeatedly vibrated and contacted, and the copper foil, which is the negative electrode current collector, and the carbon, which is the active material for the negative electrode, are separated.
  • the negative electrode active material is discharged out of the drum 51 through the holes of the drum 51 and accumulated at the bottom of the container 53 .
  • the cleaning device 50 recovers the copper foil and carbon from the cut piece B1 of the negative electrode component.
  • the cleaning liquid contains electrolyte and is chemically treated to recover components in the electrolyte.
  • the positive electrode component D1 is cut into a predetermined size to generate a large number of cut pieces B.
  • the cut piece B is mounted on a mounting member 22 provided inside a container 20 in which water is stored.
  • the negative electrode component D2 is cut into a predetermined size to produce a large number of cut pieces B1.
  • the cut piece B1 of the negative electrode component D2 is processed by a different processing method from the cut piece B of the positive electrode component.
  • the cut pieces B of the positive electrode component are stacked in a plurality of layers on the mounting member 22 .
  • the lid portion 14 closes the upper opening of the container 20 .
  • an electric pulse discharge is performed in the water in the container 20 for a predetermined number of times to separate the different types of material from the cut piece.
  • Water is, for example, 3L.
  • the side wall of the container 20 may be provided with an inlet for inserting the cut piece B of the positive electrode component.
  • the cleaning device 50 and the inlet of the battery recycling device 1 are connected by a transport path such as a belt conveyor, and the cut pieces of the electrode components that have been cleaned by the cleaning device 50 are automatically introduced into the battery recycling device 1. It may be configured as
  • the electric pulse discharged from the tip of the working electrode 13 propagates through the cut piece B and the mounting member 22 in water, and is discharged to the ground via the output terminal 3, the ground terminal 4, and the electric ground E.
  • the insulating medium in the container 20 A momentary electrical discharge (electrical pulse) occurs at
  • the frequency of the electric pulse discharged is preferably 0.5 to 10 Hz, more preferably 0.5 to 5 Hz, and particularly preferably 0.5 to 2 Hz.
  • this frequency is equal to or higher than the lower limit, it is possible to shorten the processing time, and when it is equal to or lower than the upper limit, it is possible to suppress excessive cost of the apparatus.
  • shock waves propagate in the water. Since there are countless bubbles in water, countless shock waves are generated within the container 20 .
  • the shock wave propagating in the water directly acts on the cut piece B changed by the influence of the electric pulse, or acts indirectly by being reflected on the inner wall of the container 20 .
  • the cut piece B may be acted upon by a composite wave of shock waves or a fusion wave front obtained by combining an incident wave and a reflected wave of shock waves.
  • cut piece B due to the electrical action of electric pulses and the impact of shock waves in water, ductile cracks and brittle cracks occur at the interfaces of different phases of multiple materials.
  • the material constituting piece B separates. The size of the crushed pieces of each material after separation is adjusted based on the voltage and number of electric pulse discharges.
  • electric pulses generated at a predetermined solid-liquid ratio are discharged into water at a predetermined number of times according to the degree of crushing acting on the cut pieces.
  • the solid-liquid ratio is the ratio of the mass of the cut piece to the mass of water (mass of cut piece/mass of water).
  • the pulse voltage is appropriately adjusted according to the solid-liquid ratio and the type of object to be treated.
  • the pulse voltage is set based on experiments conducted in advance.
  • the predetermined number of times is set based on an experiment or the like conducted in advance to confirm the degree of crushing acting on the cut piece based on the electric pulse.
  • the predetermined number of times is appropriately set so that the cut piece is not crushed excessively and the size of the crushed piece produced by crushing the cut piece is adjusted according to the request of the reuse destination.
  • the predetermined number of times is, for example, 1 to 200 times, preferably 10 to 40 times, under the conditions of a solid-liquid ratio of 50/100 to 1/10000 and an electric pulse discharge of 1 to 90 kV (eg, 60 kV).
  • the solid-liquid ratio may be, for example, 50/100 to 1/10000, 30/100 to 1/1000, or 20/100 to 1/100.
  • the battery recycling apparatus of the present invention may also be configured to perform electrical pulse discharge under the following conditions: (1)
  • the pulse voltage for electric pulse discharge is preferably 1 to 90 kV, more preferably 15 to 80 kV, particularly preferably 30 to 60 kV, (2)
  • the frequency of the pulse voltage is preferably 0.5 to 10 Hz, more preferably 0.5 to 5 Hz, and particularly preferably 0.5 to 2 Hz. be able to.
  • An electric path is formed between the layers of the cut pieces laminated in multiple layers during the discharge of the electric pulse discharge.
  • the positive electrode active material is uniformly exfoliated by passing a pulse current through the cut piece.
  • a shock wave generated when the electric pulse propagates through the water acts on the cut pieces, separating the cut pieces into the positive electrode aluminum material and the positive electrode active material, and crushing each material into smaller pieces compared to the cut pieces. ,transform.
  • the discharge unit 11 separates the positive electrode aluminum material and the positive electrode active material based on electric pulse discharge to the cut piece. Based on an electric pulse discharge, the positive electrode active material and the positive electrode aluminum material and the positive electrode active material that have been separated and crushed are discharged downward through countless through holes formed in the sieve-shaped mounting member 22 . The material is allowed to sink, leaving the positive electrode aluminum material on the mounting member 22 . The positive electrode aluminum material and the positive electrode active material separated from the cut pieces are sorted and collected. The water in the container 20 is also recovered, and the components of the electrolytic solution that remain in the cut pieces and are eluted into the water are chemically treated and recovered. As for the negative electrode parts, since the separator, the negative electrode copper foil material, and the negative electrode active material can be easily peeled off, they are separated using a cleaning apparatus, which will be described later.
  • the positive electrode active material can be recovered with a recovery rate of 95% or more.
  • the impurities copper and carbon can be reduced by subjecting only the positive electrode to the electric pulse discharge treatment.
  • Carbon is a repellent substance in the filtration process when recovering cobalt and nickel by hydrometallurgical refining of the positive electrode active material, and the smaller the amount, the better.
  • Copper is a similar repellant, preferably less than 0.5%.
  • Aluminum is a repellent metal in subsequent hydrometallurgical processes (cobalt and nickel recovery), and is desirably less than 2%. A few percent or more of aluminum is generally mixed in the conventional roasted and recovered lithium ion battery.
  • the impurities contained in the recovered positive electrode active material are 0% for carbon, copper, and plastic, and 0.4% or less for aluminum.
  • the storage battery recycling device 1 by using electric pulse decomposition for the separation process of the positive electrode member, it is possible to reduce the amount of CO 2 emissions compared to the conventional roasting method.
  • the processing time can be greatly shortened as compared with the conventional one.
  • the processing time of the storage battery recycling device 1 can be set within 1 minute, and can be applied to the recycling processing of a large amount of waste batteries.
  • the storage battery recycling device 1 using electric pulse discharge may be applied to recycling nickel-metal hydride storage batteries.
  • the same names and reference numerals are used for the same configurations as those of the above-described embodiment, and overlapping descriptions are omitted as appropriate.
  • the configurations that are not particularly described in the following description are the same as those of the above-described embodiment, and the functions and effects are also the same.
  • the nickel-metal hydride storage battery to be processed has a circular or rectangular outer shape, and the internal electrode parts may have a laminated structure or a wound structure.
  • the wound structure of the electrode assembly includes a single cell.
  • electrode parts having a laminated structure there are those in which a plurality of cells are unitized.
  • Nickel-metal hydride storage batteries used in automobiles are, for example, unitized laminated storage batteries. In the future, there is a possibility that a large amount of unitized stacked nickel-metal hydride secondary batteries will be used. Dismantling of the laminated nickel-metal hydride secondary battery that is unitized will be described below.
  • the nickel-metal hydride storage battery to be processed is discharged, for example, using a discharge device that can discharge the remaining power.
  • the nickel-metal hydride storage battery is dismantled using a dismantling device if the battery body can be dismantled using the device.
  • Each component dismantled by the dismantling device includes a casing of the nickel-metal hydride storage battery and electrode parts.
  • the electrode component includes a positive electrode component, a negative electrode component, and a separator provided between the positive electrode component and the negative electrode component.
  • an electrode component having a laminated structure a sheet-like positive electrode component, a separator, and a negative electrode component are stacked in a plurality of layers and accommodated in a housing. For this reason, the electrode parts of each battery cell are punched out into rectangular cut pieces of a predetermined size in a stacked state by the dismantling device. For example, the frame of a steel housing is separated from the punched cut piece.
  • the sorting may be performed manually or automatically by a device such as a robot. At the time of dismantling by the dismantling device, the electrolytic solution is recovered on the cleaning liquid side when washing the dismantling device.
  • the cut pieces of the electrode parts separated from the housing frame contain the positive electrode parts, the negative electrode parts, and the separator.
  • the cut pieces of electrode parts are introduced into a separation device 10 using electrical pulses.
  • the separation device 10 is filled with water.
  • the cut pieces of electrode parts are decomposed by the separating device 10 using electrical pulse discharges.
  • the discharge unit 11 separates the nickel material constituting the positive electrode component, the iron material constituting the negative electrode component, and the separator provided between the positive electrode component and the negative electrode component from the cut piece based on electric pulse discharge. At the same time, the positive electrode active material adhering to the nickel material constituting the positive electrode component and the negative electrode active material adhering to the iron material constituting the negative electrode component are separated.
  • the discharge unit discharges electric pulses generated at a predetermined solid-liquid ratio based on a pulse voltage of 60 kV into water at a predetermined number of times set according to the degree of crushing acting on the cut piece.
  • the disassembled electrode parts are sorted using general magnetic separation.
  • the electrode component the nickel material constituting the positive electrode component is recovered from the cut piece.
  • the electrode component the iron material constituting the negative electrode component is recovered from the cut piece.
  • Plastic parts of the housing of the storage battery are recovered from the cut piece.
  • a separator provided between the positive electrode component and the negative electrode component is recovered from the cut pieces.
  • the storage battery recycling device 1 the positive electrode parts and negative electrode parts of the nickel-metal hydride storage battery are simultaneously recovered based on the decomposition treatment by electric pulse discharge, and the generation of CO2 is reduced compared to the conventional method using roasting. can do.
  • the storage battery recycling method according to the second embodiment it is possible to greatly reduce the working time as compared with the conventional method.
  • the storage battery recycling device 1 may perform decomposition processing by electric pulse discharge on the negative electrode component of the lithium ion secondary battery.
  • the storage battery recycling apparatus 1 may perform decomposition processing by electric pulse discharge in a state in which cut pieces of the negative electrode component and the positive electrode component of the lithium ion secondary battery dismantled by the dismantling device are mixed with each other.
  • the positive electrode component and the negative electrode component are mixed and the electric pulse decomposition process is performed to recover the positive electrode active material
  • carbon and copper of the negative electrode active material are mixed compared to the case where the positive electrode component is processed alone. rate increases. Therefore, when the cut piece is decomposed by electric pulse discharge by this method, the form of utilization of the recovered positive electrode active material is limited to the case where contamination with carbon and copper is permitted.
  • the discharge unit 11 performs decomposition processing by electric pulse discharge on the cut piece, and separates and crushes the positive electrode aluminum material (positive electrode current collector), the positive electrode active material, the negative electrode copper foil material (negative electrode current collector), and the negative electrode active material. , the positive electrode active material and the negative electrode active material are lowered through countless through-holes formed in the sieve-shaped mounting member 22 , and the positive electrode aluminum material and the negative electrode copper foil material are left on the mounting member 22 . Let A plurality of materials separated from the cut pieces are sorted by type and collected. The water in the container 20 is also recovered, and the components of the electrolytic solution that remain in the cut pieces and are eluted into the water are chemically treated and recovered.
  • the cut pieces of the positive electrode component and the negative electrode component are simultaneously subjected to the decomposition processing by electrical pulse discharge, so the processing time is shortened.
  • FIG. 10 shows steps of a storage battery recycling method including the above embodiment.
  • the storage battery is discharged using a discharge device (step S100).
  • the storage battery is installed in a dismantling device, cut by punching, and dismantled into constituent parts (step S102).
  • the electrode parts are cut to generate cut pieces (step S104).
  • the cut piece is washed to remove the electrolyte (step S106).
  • the cut pieces are put into the separating device 10, subjected to decomposition processing by electric pulse discharge, and separated into individual materials (step S108). Each separated material is sorted and collected individually (step S110).
  • the wound electrode component is unfolded and separated into strip-shaped positive electrode components, and separated into negative electrode components and separators.
  • the positive electrode component is cut into pieces of a predetermined size by a cutting device (not shown).
  • the cut piece of the positive electrode component is washed with an ethanol solution to remove residual electrolyte.
  • the positive electrode parts are separated according to material by the storage battery recycling device 1 .
  • the water contained in the container 20 subjected to the electric pulse discharge is recovered, and the components of the electrolytic solution dissolved in the water are extracted based on electrodialysis (step S112).
  • the decomposition treatment by electric pulse discharge of the storage battery recycling method may be applied not only to lithium ion secondary batteries and nickel-metal hydride storage batteries but also to other storage batteries.
  • the storage battery recycling method may be applied not only to the recycling of storage batteries but also to the recycling of primary batteries.
  • the storage battery recycling device of the present invention can be effectively used to recover resources from used storage batteries.

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Abstract

水を貯留可能な容器と前記容器内に設けられた篩状の載置部材と、水が貯留された前記容器中の水中において電気パルス放電を行うよう構成された放電部と、を備え、前記放電部は、前記載置部材の上面に載置された蓄電池の電極部品に対して前記電気パルス放電を所定回数行い、前記電極部品を素材が異なる複数の要素に分離するよう構成されている蓄電池リサイクル装置である。

Description

蓄電池リサイクル装置
　本発明は、使用済みの蓄電池から素材を取り出すための蓄電池リサイクル装置に関する。
　本願は、２０２１年１２月１０日に、日本に出願された特願２０２１－２０１０５１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、電子機器や自動車用の電源として蓄電池の需要が増大している。それに伴い、使用済みとなった廃蓄電池の回収量も増加している。自動車は、将来的に電動化されることが見込まれており、それに伴い電動車用の使用済み蓄電池も大量に発生すると予測される。蓄電池には、資源として再利用可能な金属類、その他の物質が含まれており、蓄電池を効率よくリサイクルする技術が求められている。従来、蓄電池のリサイクル方法は、解体後の電池を専ら焼却処理し、残留物を製錬し、抽出された有価金属を回収するものであった。例えば、特許文献１には、例えば、蓄電池を焙焼し、生成された焙焼物を処理することにより有価金属を回収する方法が記載されている。
特開２０２１－０９１９４０号公報
　特許文献１に記載された技術によれば、蓄電池を焙焼する際に、プラスチック等の資源が燃焼して資源が十分に回収できないことに加えて、燃料の燃焼に基づいて多くのＣＯ２が発生するという課題がある。
　本発明は、蓄電池の効率的、且つ、環境負荷の小さい解体を実現すると共に、資源回収率を向上させる蓄電池リサイクル装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様は、水を貯留可能な容器と、前記容器内に設けられた篩状の載置部材と、水が貯留された前記容器中の水中において電気パルス放電を行うよう構成されている放電部と、を備え、前記放電部は、前記載置部材の上面に載置された蓄電池の電極部品（又はその切断片）に対して前記電気パルス放電を所定回数行い、前記電極部品を素材が異なる複数の要素に分離するよう構成されている蓄電池リサイクル装置である。
　本発明によれば、電極部品(又はその切断片)を電気パルス放電による処理を行うことにより、従来の焙焼方法に比して回収される素材の種類が増加すると共に、ＣＯ２の排出量を低減することができる。
　また、本発明前記放電部は、前記載置部材上に前記電極部品が複数の層に積層されて配置された状態において前記電気パルス放電の放電時に電気経路を形成するように構成してもよい。
　本発明によれば、電極部品に電気パルスの電気経路が形成されることにより、電気的な作用を利用して電極部品から素材を分離することができる。
　また、本発明の一態様は、前記放電部は、前記電気パルス放電に基づいて、前記水中に衝撃波を発生させ、前記電極部品を変形させ、且つ、破砕するように構成してもよい。
　本発明によれば、電気パルスだけでなく、水中に衝撃波を発生させることにより、電極部品を変形させ、且つ、破砕し、電極部品を素材ごとに分離し易くすることができる。
　また、本発明の前記蓄電池は、リチウムイオン二次電池であり、前記電極部品は、複数の素材により構成された正極部品であり、前記正極部品は、薄膜状の正極アルミニウム材（正極集電体）と前記正極アルミニウム材の表面上に設けられた正極活物質の層とにより構成されており、前記放電部は、前記電気パルス放電に基づいて、前記正極アルミニウム材と前記正極活物質とを分離し、篩状の前記載置部材から下方に前記正極活物質を沈下させ、前記載置部材に前記正極アルミニウム材を残置させるように構成されてもよい。
　本発明によれば、電気パルスの放電に基づいてリチウムイオン二次電池の電極部品を素材ごとに分別することができる。
　また、本発明の前記蓄電池は、ニッケル水素蓄電池であり、前記放電部は、前記ニッケル水素蓄電池の正極部品及び負極部品の前記電極部品に対して同時に前記電気パルス放電を行うように構成してもよい。
　本発明によれば、電気パルスの放電に基づいてニッケル水素蓄電池の電極部品に電気パルス放電に基づく処理を行うことができる。
　また、本発明の前記放電部は、前記電気パルス放電に基づいて、前記電極部品から正極部品を構成するニッケル素材と、負極部品を構成する鉄素材と、前記蓄電池の筐体と、前記正極部品と前記負極部品との間に設けられたセパレータとを分離するように構成してもよい。
　本発明によれば、電気パルスの放電に基づいてニッケル水素蓄電池の電極部品を素材ごとに分別することができる。
　また、本発明の前記放電部は、所定電圧のパルス電圧に基づいて発生する電気パルスを前記電極部品と前記容器内の前記水との固液比に応じて前記電極部品に作用する破砕の度合いに応じて設定された所定回数において前記水中に放電するように構成してもよい。
　本発明によれば、素材の回収を行うと共に素材を過剰に破砕しない所定回数を予め設定することにより素材の回収効率を向上することができる。
　以下に、上記課題を解決するために本発明が提案する手段を列挙する。
　［１］水を貯留可能な容器と、前記容器内に設けられた篩状の載置部材と、水が貯留された前記容器中の水中において電気パルス放電を行うよう構成されている放電部と、を備え、前記放電部は、前記載置部材に載置された蓄電池の電極部品（又はその切断片）に対して前記電気パルス放電を所定回数行い、前記電極部品を素材が異なる複数の要素に分離するよう構成されている、蓄電池リサイクル装置。
　［２］前記放電部は、前記載置部材上に前記電極部品が複数の層に積層されて配置された状態において前記電気パルス放電の放電時に電気経路を形成するよう構成されている、［１］に記載の蓄電池リサイクル装置。
　［３］前記放電部は、前記電気パルス放電に基づいて、前記水中に衝撃波を発生させ、前記電極部品を変形させ、且つ、破砕するよう構成されている、［１］又は［２］に記載の蓄電池リサイクル装置。
　［４］前記蓄電池は、リチウムイオン二次電池であり、前記電極部品は、複数の素材により構成された正極部品であり、前記正極部品は、薄膜状の正極アルミニウム材と前記正極アルミニウム材の表面上に設けられた正極活物質の層とにより構成されており、前記放電部は、前記電気パルス放電に基づいて、前記正極アルミニウム材と前記正極活物質とを分離し、篩状に形成された前記載置部材から下方に前記正極活物質を沈下させ、前記載置部材の上面に前記正極アルミニウム材を残置させるよう構成されている、［１］から［３］のうちいずれかに記載の蓄電池リサイクル装置。
　［５］前記蓄電池は、ニッケル水素蓄電池であり、前記放電部は、前記ニッケル水素蓄電池の正極部品及び負極部品の前記電極部品に対して同時に前記電気パルス放電を行うよう構成されている、［１］から［３］のうちいずれかに記載の蓄電池リサイクル装置。
　［６］前記放電部は、前記電気パルス放電に基づいて、前記電極部品から正極部品を構成するニッケル素材と、負極部品を構成する鉄素材と、前記正極部品と前記負極部品との間に設けられたセパレータとを分離するよう構成されている、［５］に記載の蓄電池リサイクル装置。
　［７］前記放電部は、所定電圧のパルス電圧に基づいて発生する電気パルスを前記電極部品と前記容器内の前記水との固液比に応じて設定された所定回数において前記水中に放電するよう構成されている、［１］から［６］のうちいずれかに記載の蓄電池リサイクル装置。
　本発明によれば、蓄電池の効率的、且つ、環境負荷の小さい解体を実現すると共に、資源回収率を向上させることができる。
蓄電池リサイクル装置の構成を概略的に示す図である。 分離装置の構成を概略的に示す図である。 電極部品の構成を示す図である。 正極部品の構成を示す図である。 負極部品の構成を示す図である。 セパレータの構成を示す図である。 正極部品の切断片を示す図である。 負極部品の切断片を示す図である。 水流分解装置の構成を概略的に示す図である。 蓄電池リサイクル方法の各工程を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しつつ、本発明に係る蓄電池リサイクル装置について説明する。
　リサイクルの処理対象は、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素蓄電池などの使用済みの蓄電池である。ここで、「使用済みの蓄電池」とは、一旦使用に供された蓄電池を広く包含するものであり、例えば、製造過程で発生した不良品の畜電池、使用機器の不良や寿命などにより廃棄される畜電池、それ自体が寿命により廃棄される使用済みの畜電池などが挙げられる。
　以下、蓄電池リサイクル装置について説明する。
　図１に示されるように、蓄電池リサイクル装置１は、電力を発生する電源装置２と、蓄電池を構成する部品を素材ごとに分離する（即ち、素材が異なる複数の要素に分離する）分離装置１０とを備える。電源装置２は、例えば、マイクロ秒やナノ秒の短時間に瞬間的な高電圧（例えば、３０～６０ｋＶ）の大電力を出力する。電源装置２は、自体を電磁的にシールドするファラデーケージ８に覆われている。電源装置２は、例えば、コンデンサを有し所定の電荷を蓄電し、瞬間的に放電する。電源装置２は、パルス電圧を出力する出力端子３を介して分離装置１０に電気的に接続されている。電源装置２は、大地側と自体とを電気的に接続する電気接地Ｅに接続されている。電源装置２は、電気接地Ｅに接続された接地端子４を介して分離装置１０に電気的に接続されている。
　図２に示されるように、分離装置１０は、収容空間が形成された容器２０と、容器２０内に電気パルス放電を行う放電部１１とを備える。放電部１１は、水が貯留された容器２０中の水中において電気パルス放電を行う。放電部１１は高電流を気中放電させずに、安全確実に容器２０側へ電気を通す絶縁被膜を有する導電物である。放電部１１は、入力端子１２を介して電気パルスを放電する電源装置２と電気的に接続されている。入力端子１２は、作用電極１３に電気的に接続されている。入力端子１２と作用電極１３との間には、絶縁性を有する蓋部１４が設けられている。蓋部１４は、例えば樹脂材料により形成されている。蓋部１４の下面側には、作用電極１３を支持する支持部１５が設けられている。
　支持部１５は、下方に突出するコーン状に形成されている。支持部１５は、絶縁材料（例えば、ポリカーボネート）により形成されている。支持部１５は、利用する電源の強さによってはポリエチレン、ABS、塩化ビニル（硬質）等により形成されていてもよい。支持部１５は、入力端子１２から入力されたパルス電力の電荷を作用電極１３から放電させる。電源装置２の蓄電部の静電容量は、例えば、１．６μＦである。支持部１５と作用電極１３との間には、作用電極１３の下方に配置された後述の載置部材２２との間の距離を調整する金属製のワッシャ１６が挟まれている。作用電極１３の先端部（下端部）と載置部材２２との間の距離は、例えば、０．１～５ｃｍであることが好ましく、０．３～３ｃｍであることがより好ましく、０．５～２．５ｃｍであることが特に好ましい。この距離が上記範囲内であると、特に本発明の効果を高めることができる。即ち、この距離が前記下限値以上であることにより、電気パルス放電によるエネルギーを十分に処理対象（蓄電池の電極部品又はその切断片）に伝えることができ、前記上限値以下であることにより、処理対象が電気パルス放電の影響が及ぶ範囲から外れてしまうことなどによる誤動作を防止することができる。
　放電部１１は、載置部材２２に載置された蓄電池の電極部品の切断片に対して電気パルス放電を所定回数行い、切断片から異なる種別の素材を分離する。放電部１１は、後述のように載置部材２２上に切断片が複数の層に積層されて配置された状態において電気パルス放電の放電時に電気経路を形成する。放電部１１は、後述のように電気パルスを放電することにより、水中に衝撃波を発生させ、切断片を変形させ、且つ、破砕する。
　尚、この例においては、蓄電池の電極部品の切断片が処理対象であるが、処理対象は切断片に限定されず、電極部品全体であっても良い。特に、例えば、コイン型電池の様な小型の電池の電極全体を処理することも可能である。
　放電部１１の下方には、容器２０が配置されている。容器２０は、金属素材（例えば、ステンレス鋼素材）により形成されている。容器２０内には、水を貯留可能な収容空間２１が形成されている。収容空間２１内は、電気パルス放電を行う際に水で満たされる。収容空間２１内には、切断片Ｂを載置する載置部材２２が設けられている。切断片Ｂは、解体された蓄電池の部品を切断したものである。載置部材２２は、例えば、篩状の板状に形成されている。載置部材２２は、例えば、金属素材（例えば、ステンレス鋼素材）により無数の貫通孔が形成されたパンチングメタルにより形成されている。貫通孔の径は例えば３ｍｍである。載置部材２２には、複数の材料により構成された切断片Ｂが載置される。
　より具体的な例として、載置部材２２は、金属製メッシュ（例えばステンレス製メッシュ）やエキスパンドメタルであってもよい。金属製メッシュやエキスパンドメタルの目開き寸法は目的に応じて適宜選択すれば良いが、１～５０ｍｍであることが好ましく、３～１０ｍｍであることがより好ましく、４～６ｍｍであることが特に好ましい。目開き寸法が上記下限値以上であると、前記正極活物質の沈下を促進することができる。目開き寸法が上記上限値以下であると、正極アルミニウム材（正極集電体）が前記載置部材から下方に沈下してしまうことを確実に防止することができる。
　また、目開きの異なる複数の載置部材２２を使用しても良い。例えば、目開きの大きい金属メッシュを上段に、目開きの小さい金属メッシュを下段に配置することにより、より細かい分別が可能になる。
　図３から図６に示されるようにリチウムイオン二次電池の電極部品Ｄは、帯状の正極部品Ｄ１及び負極部品Ｄ２が巻回されて筐体内に収容されている。正極部品Ｄ１と負極部品Ｄ２との間には、絶縁性のセパレータＤ３が設けられている。電極部品は、例えば、リチウムイオン二次電池の筐体を切断して取り出される。電極部品は、筐体から切り離される。電極部品は、展開され帯状の正極部品Ｄ１と帯状の負極部品Ｄ２とセパレータＤ３に分解される。
　正極部品は、複数の素材により構成されている。正極部品は、薄膜状の正極アルミニウム材（正極集電体）と、正極アルミニウム材の表面及び裏面に形成された正極活物質層とにより構成されている。正極活物質は、例えば、三元系のニッケルコバルトマンガン酸リチウムである。正極活物質は、他の物質により形成されていてもよい。負極部品は、正極部品と同様に複数の素材により構成されている。負極部品は、負極銅箔材（負極集電体）と負極銅箔材の表面及び裏面に形成された負極活物質層と負極活物質層の表面に設けられた薄膜状のセパレータとにより構成されている。負極活物質は、カーボンである。セパレータは、例えば、ポリオレフィン製の微多孔膜である。負極部品は、裁断装置（不図示）に基づいて所定寸法の切断片に裁断される。負極部品の切断片は、電解液を可溶とするエタノール等の洗浄用の溶媒により洗浄され、残留する電解液が除去される。洗浄用の溶媒は、エタノールの他にジメチルカーボネート、アセトン、メタノール、超臨界溶媒、液体ＣＯ２等、電解液を可溶とするものであれば他のものが用いられてもよい。洗浄用の溶媒は、回収され化学的処理により溶解した電解液の成分が回収される。溶媒も再利用される。
　尚、上記の例においては、正極集電体の素材がアルミニウムである場合について述べたが、本発明において正極集電体の素材はアルミニウムに限定されるものではない。
　また、上記の例においては、負極集電体の素材が銅である場合について述べたが、本発明において負極集電体の素材は銅に限定されるものではない。
　正極部品の切断片は、洗浄装置５０により洗浄される。洗浄装置５０は、例えば、回転軸の周方向に沿った面に複数の孔が形成されたパンチングメタルにより形成されたドラム５１と、ドラム５１を回転可能に支持する台座５２と、台座５２とドラム５１との間に設けられ洗浄液Ｗを収容する容器５３と、ドラム５１を回転駆動する駆動部５４とを備える。容器５３内には、洗浄液Ｗとして電解液を可溶なエタノール等の溶媒が収容されている。ドラム５１の周方向に沿った側面の一部は、洗浄液Ｗの液面より下方に浸かっている。
　ドラム５１の内部には、正極部品の切断片Ｂが配置される。駆動部５４がドラム５１を回転駆動した場合、切断片Ｂは、ドラム５１の内の下方において洗浄液Ｗ中でドラム５１の内壁の移動に応じてかき混ぜられ、表面に付着した電解液が除去される。洗浄後の正極部品の切断片は、回収される。洗浄液中には、電解液が含まれており化学的に処理され電解液中の成分が回収される。洗浄中に正極部品から分離した正極活物質の一部は、容器５３の底部に溜まるので、適宜回収される。正極部品は、蓄電池リサイクル装置１により、素材ごとに分離される。負極部品の切断片Ｂ１も洗浄装置５０により洗浄される。
　負極部品においては、集電体と活物質との結合力が正極部品に比して弱い。そのため、洗浄時にドラム５１を回転すると、負極部品の切断片Ｂ１は、振動や接触を繰り返し、負極集電体である銅箔と負極用活物質であるカーボンとが分離する。負極用活物質は、ドラム５１の孔からドラム５１外に排出され、容器５３の底に溜まる。洗浄装置５０により、負極部品の切断片Ｂ１から銅箔とカーボンが回収される。洗浄液中には、電解液が含まれており化学的に処理され電解液中の成分が回収される。
　図７に示されるように、正極部品Ｄ１は、所定寸法に裁断され多数の切断片Ｂが生成される。切断片Ｂは、水が貯留された容器２０内に設けられた載置部材２２に載置される。図８に示されるように、負極部品Ｄ２は、所定寸法に裁断され多数の切断片Ｂ１が生成される。負極部品Ｄ２の切断片Ｂ１は、正極部品の切断片Ｂとは異なる処理方法により処理される。
　図２に戻り、正極部品の切断片Ｂは、載置部材２２上に複数の層状に積層されて配置される。蓋部１４により容器２０の上部の開口が閉塞される。蓋部１４で容器２０を覆った後、容器２０中の水中において電気パルス放電を所定回数行い、切断片から異なる種類の素材を分離する。水は例えば３Ｌである。
　尚、容器２０の側壁に、正極部品の切断片Ｂを投入するための投入口を設けてもよい。
　また、前記洗浄装置５０と蓄電池リサイクル装置１の投入口を、ベルトコンベア等の輸送路で連結し、洗浄装置５０による洗浄が完了した電極部品の切断片が自動的に蓄電池リサイクル装置１に投入されるように構成してもよい。
　作用電極１３の先端から放電された電気パルスは、水中、切断片Ｂ、載置部材２２を伝搬し、出力端子３、接地端子４を介して電気接地Ｅを介して大地に放電される。容器内２０内において、作用電極１３と容器２０と両電極間に絶縁性媒体（水、空気）の絶縁破壊強度を超えた電圧が瞬間的に印加された場合、容器２０内の絶縁性の媒体に瞬間的な放電（電気パルス）が発生する。
　このとき、導体により形成された切断片Ｂは、電気的な経路となる。切断片Ｂに瞬間的に電気が通過する際に、高電流が流れることによって切断片Ｂが異なる素材ごとに分解される。
　尚、放電される電気パルスの周波数は、０．５～１０Ｈｚであることが好ましく、０．５～５Ｈｚであることがより好ましく、０．５～２Ｈｚであることが特に好ましい。この周波数が前記下限値以上であると、処理時間を短縮することが可能になり、前記上限値以下であると、装置のコストが過剰になることを抑制できる。
　また、容器２０内に電気パルスが放電された場合、容器２０内の水中には、電気パルスに基づいて気泡が瞬間的に成長し、水中に衝撃波が伝搬する。水中には無数の気泡が存在することから、容器２０内には、無数の衝撃波が生じる。水中に伝搬した衝撃波は、電気パルスの影響により変化した切断片Ｂに直接に作用し、或いは、容器２０の内壁に反射して間接的に作用する。また、切断片Ｂには、衝撃波同士の合成波や衝撃波の入射波と反射波が合成された融合波面が作用する場合もある。
　切断片Ｂは、電気パルスの電気的な作用及び水中の衝撃波の影響により、複数の素材の異相界面が延性亀裂や脆性亀裂の発生起点となり、変形や破砕が進行して状態が変化し、切断片Ｂを構成する素材が分離する。分離後の各素材の破砕片は、電気パルス放電の電圧や回数に基づいて大きさが調整される。
　電気パルス放電は、例えば、電圧３０～６０ｋＶのパルス電圧に基づいて、所定の固液比において発生する電気パルスを切断片に作用する破砕の度合いに応じて所定回数において水中に放電する。固液比は、切断片の質量の水の質量に対する比（切断片の質量／水の質量）である。パルス電圧は、固液比、処理対象の種類に応じて適宜調整される。パルス電圧は、予め行った実験等に基づいて設定されている。所定回数は電気パルスに基づいて切断片に作用する破砕の度合いを確認するために予め行った実験等に基づいて設定されている。所定回数は、過剰に切断片が破砕されず、且つ、再利用先の要求に応じて切断片の破砕により生じる破砕片の大きさに調整するため、適宜設定される。一般的に、固液比が高いほど、所定回数を増やす。所定回数は、例えば、例えば、固液比５０／１００～１／１００００、１～９０ｋＶ（例えば、６０ｋＶ）の電気パルスの放電の条件において１～２００回であり、好ましくは１０～４０回である。固液比は例えば５０／１００～１／１００００であってもよく、３０／１００～１／１０００であってもよく、２０／１００～１／１００であってもよい。
　また、本発明の蓄電池リサイクル装置は、以下の条件で電気パルス放電を実施するように構成されていてもよい：
（１）電気パルス放電するためのパルス電圧が、好ましくは１～９０ｋＶ、より好ましくは１５～８０ｋＶ、特に好ましくは３０～６０ｋＶであり、
（２）前記パルス電圧の周波数が、好ましくは０．５～１０Ｈｚ、より好ましくは０．５～５Ｈｚ、特に好ましくは０．５～２Ｈｚである
　上記構成であると、特に本発明の効果を高めることができる。
　電気パルス放電の放電時に、複数の層に積層された切断片の層間に電気経路が形成される。切断片にパルス電流が通過することにより正極活物質が均一に剥離される。また、電気パルスが水中を伝搬する際に発生する衝撃波が切断片に作用し、切断片を正極アルミニウム材と正極活物質とに分離すると共に、各素材を切断片に比して細かい小片に破砕、変形する。
　放電部１１は、切断片に対する電気パルス放電に基づいて、正極アルミニウム材と正極活物質とを分離する。放電部１１は、電気パルス放電に基づいて、分離及び破砕された正極アルミニウム材と正極活物質のうち、篩状に形成された載置部材２２に形成された無数の貫通孔を通じて下方に正極活物質を沈下させ、載置部材２２に正極アルミニウム材を残置させる。切断片から分離された正極アルミニウム材と正極活物質は、選別して回収される。容器２０内の水も回収され、切断片に残留して水中に溶出した電解液の成分が化学的処理され、回収される。負極部品については、セパレータ、負極銅箔材、負極活物質の剥離は容易であることから、後述の洗浄装置を用いて分離が行われる。
　上記蓄電池リサイクル方法によれば、正極活物質を９５％以上の回収率により回収可能である。蓄電池リサイクル方法によれば、正極のみを電気パルス放電による処理をすることで、不純物である銅、カーボンを低減することができる。カーボンは、正極活物質を湿式精錬してコバルト、ニッケルを回収する場合における濾過工程の忌避物質であり、少ないほど良い。銅も同様の忌避物質であり、０．５％未満が望ましい。アルミニウムは後段の湿式精錬（コバルト、ニッケル回収）における忌避金属であり、２％未満が望ましい。リチウムイオン電池の従来の焙焼回収物には数％以上のアルミニウムの混入が一般的である。
　蓄電池リサイクル装置１によれば、回収した正極活物質に含まれる不純物は、カーボン、銅、プラスチックについては０％であり、アルミニウムは、０．４％以下である。蓄電池リサイクル装置１によれば、電気パルス分解を正極部材の分離処理に用いることにより、従来の焙焼法に比してＣＯ２の排出量を低減することができる。蓄電池リサイクル装置１によれば、処理時間についても従来に比して大幅に短縮することができる。蓄電池リサイクル装置１の処理時間は、１分以内とすることが可能であり、大量の廃電池のリサイクル処理に適用することができる。
［第２実施形態］
　電気パルス放電を用いた蓄電池リサイクル装置１は、ニッケル水素蓄電池のリサイクルに適用してもよい。以下の説明では、上記実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。即ち、以下の説明において特に記載の無い構成については、上記実施形態と同様の構成であり、その機能や効果も同様である。
　処理対象のニッケル水素蓄電池は、円形、矩形の外形を有し、内部の電極部品においては積層構造や巻回構造のものがある。電極部品が巻回構造のものには、単一のセルのものがある。電極部品が積層構造のものには、複数のセルがユニット化されたものがある。自動車に用いられる、ニッケル水素蓄電池は、例えば、ユニット化された積層型の蓄電池である。今後、ユニット化された積層型のニッケル水素二次電池は、大量に使用済みとなる可能性がある。以下、ユニット化された積層型のニッケル水素二次電池の解体について説明する。
　先ず処理対象のニッケル水素蓄電池は、例えば、残留する電力を放電可能な放電装置を用いて放電される。次に、ニッケル水素蓄電池は、装置を用いた電池本体の解体が可能である場合には、解体装置を用いて解体される。解体装置により解体された各構成部品には、ニッケル水素蓄電池の筐体、電極部品が含まれている。電極部品には、正極部品、負極部品、正極部品と負極部品との間に設けられたセパレータが含まれている。
　例えば、電極部品が積層構造を有する電極部品は、シート状の正極部品、セパレータ、負極部品の層が筐体内に複数の層に積層されて収容されている。このため、解体装置により、各バッテリセルの電極部品は、積層された状態の所定寸法の矩形の切断片に打ち抜かれる。打ち抜かれた切断片からは、例えば、鉄製の筐体のフレームが分別される。分別は、人力により行われてもよいし、ロボット等の装置により自動的に行われてもよい。解体装置による解体時には、解体装置を洗浄する際の洗浄液側に電解液が回収される。
　筐体のフレームが分別された電極部品の切断片は、正極部品、負極部品、セパレータが含まれている。電極部品の切断片は、電気パルスを用いた分離装置１０に投入される。分離装置１０には、水が充填される。電極部品の切断片は、分離装置１０により電気パルス放電を用いて分解処理される。
　放電部１１は、電気パルス放電に基づいて、切断片から正極部品を構成するニッケル素材と、負極部品を構成する鉄素材と、正極部品と負極部品との間に設けられたセパレータとを分離すると同時に、正極部品を構成するニッケル素材に付着した正極活物質、負極部品を構成する鉄素材に付着した負極得活物質とを分離する。放電部は、電圧６０ｋＶのパルス電圧に基づいて所定の固液比において発生する電気パルスを切断片に作用する破砕の度合いに応じて設定された所定回数において水中に放電する。
　分解処理された電極部品は、一般的な磁力分離を用いて選別される。電極部品は、切断片から正極部品を構成するニッケル素材が回収される。電極部品は、切断片から負極部品を構成する鉄素材が回収される。切断片からは、蓄電池の筐体のプラスチック部品が回収される。切断片からは、正極部品と負極部品との間に設けられたセパレータが回収される。
　蓄電池リサイクル装置１によれば、ニッケル水素蓄電池の正極部品及び負極部品を同時に電気パルス放電による分解処理に基づいて素材を回収し、焙焼を用いた従来手法に比してＣＯ２の発生を低減することができる。第２実施形態に係る蓄電池リサイクル方法によれば、従来手法に比して作業時間を大幅に低減することができる。
［変形例］
　例えば、蓄電池リサイクル装置１は、リチウムイオン二次電池の負極部品に対して電気パルス放電による分解処理を行ってもよい。蓄電池リサイクル装置１は、解体装置により解体されたリチウムイオン二次電池の負極部品と正極部品の切断片と混合した状態で電気パルス放電による分解処理を行ってもよい。但し、正極部品と負極部品とを混合して電気パルス分解の処理を行って、正極活物質を回収する場合、正極部品を単独で処理した場合に比して負極活物質のカーボン及び銅の混入率が高まる。従って、この方法で、電気パルス放電による切断片の分解を行う場合、回収された正極活物質の利用形態は、カーボン及び銅の混入が許容される場合に限る。
　放電部１１は、切断片に対する電気パルス放電による分解処理を行い、正極アルミニウム材（正極集電体）、正極活物質、負極銅箔材（負極集電体）、負極活物質を分離及び破砕し、正極活物質と負極活物質を篩状に形成された載置部材２２に形成された無数の貫通孔を通じて下方に沈下させ、載置部材２２には、正極アルミニウム材と負極銅箔材を残置させる。切断片から分離された複数の素材は、種類ごとに選別して回収される。容器２０内の水も回収され、切断片に残留して水中に溶出した電解液の成分が化学的処理され、回収される。
　変形例に係る蓄電池リサイクル装置に基づく電気パルス放電による分解処理によれば、正極部品及び負極部品の切断片を同時に電気パルス放電による分解処理を行うため、処理にかかる時間が短縮される。
　図１０には、上記実施形態を含む蓄電池リサイクル方法の工程が示されている。蓄電池は、放電装置を用いて放電される（ステップＳ１００）。蓄電池は解体装置に設置され、打ち抜きにより切断され構成部品に解体される（ステップＳ１０２）。構成部品のうち、電極部品は、裁断され切断片が生成される（ステップＳ１０４）。切断片は、洗浄され電解液が除去される（ステップＳ１０６）。切断片は、分離装置１０に投入され、電気パルス放電による分解処理が行われ素材ごとに分離される（ステップＳ１０８）。分離された各素材は、選別され個別に回収される（ステップＳ１１０）。
　巻回された電極部品は、展開されて、帯状の正極部品に分別されると共に、負極部品及びセパレータに分別される。正極部品は、裁断装置（不図示）に基づいて所定寸法の切断片に裁断される。正極部品の切断片は、エタノール溶液により洗浄され、残留する電解液が除去される。正極部品は、蓄電池リサイクル装置１により、素材ごとに分離される。電気パルス放電を行った容器内２０内に収容された水は回収され、水中に溶解した電解液の成分は、電気透析に基づいて抽出される（ステップＳ１１２）。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。例えば、蓄電池リサイクル方法の電気パルス放電による分解処理は、リチウムイオン二次電池及びニッケル水素蓄電池だけでなく、他の蓄電池に適用してもよい。また蓄電池リサイクル方法は、蓄電池だけでなく、一次電池のリサイクルに適用してもよい。
　本発明の蓄電池リサイクル装置は、使用済蓄電池からの資源回収に有効に活用することができる。
１　蓄電池リサイクル装置
１１　放電部
２０　容器
２２　載置部材
６０ｋＶ　電圧
Ｂ　切断片
Ｂ１　切断片
Ｄ１　正極部品
Ｄ２　負極部品
Ｄ３　セパレータ

Claims (7)

  1. 　水を貯留可能な容器と、
    　前記容器内に設けられた篩状の載置部材と、
    　水が貯留された前記容器中の水中において電気パルス放電を行うよう構成されている放電部と、を備え、
    　前記放電部は、前記載置部材の上面に載置された蓄電池の電極部品に対して前記電気パルス放電を所定回数行い、前記電極部品を素材が異なる複数の要素に分離するよう構成されている、
    蓄電池リサイクル装置。
  2. 　前記放電部は、前記載置部材の上面に前記電極部品が複数の層に積層されて配置された状態において前記電気パルス放電の放電時に電気経路を形成するよう構成されている、
    請求項１に記載の蓄電池リサイクル装置。
  3. 　前記放電部は、前記電気パルス放電に基づいて、前記水中に衝撃波を発生させ、前記電極部品を変形させ、且つ、破砕するよう構成されている、
    請求項１に記載の蓄電池リサイクル装置。
  4. 　前記蓄電池は、リチウムイオン二次電池であり、
    　前記電極部品は、複数の素材により構成された正極部品であり、
    　前記正極部品は、薄膜状の正極アルミニウム材と前記正極アルミニウム材の表面上に設けられた正極活物質の層とにより構成されており、
    　前記放電部は、前記電気パルス放電に基づいて、前記正極アルミニウム材と前記正極活物質とを分離し、篩状に形成された前記載置部材から下方に前記正極活物質を沈下させ、前記載置部材の上面に前記正極アルミニウム材を残置させるよう構成されている、
    請求項１から３のうちいずれか１項に記載の蓄電池リサイクル装置。
  5. 　前記蓄電池は、ニッケル水素蓄電池であり、
    　前記放電部は、前記ニッケル水素蓄電池の正極部品及び負極部品の前記電極部品に対して同時に前記電気パルス放電を行うよう構成されている、
    請求項１から３のうちいずれか１項に記載の蓄電池リサイクル装置。
  6. 　前記放電部は、前記電気パルス放電に基づいて、前記電極部品から正極部品を構成するニッケル素材と、負極部品を構成する鉄素材と、前記正極部品と前記負極部品との間に設けられたセパレータとを分離するよう構成されている、
    請求項５に記載の蓄電池リサイクル装置。
  7. 　前記放電部は、所定電圧のパルス電圧に基づいて発生する電気パルスを前記電極部品と前記容器内の前記水との固液比に応じて設定された所定回数において前記水中に放電するよう構成されている、請求項１から６のうちいずれか１項に記載の蓄電池リサイクル装置。
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JP2007122885A (ja) * 2005-10-25 2007-05-17 Sumitomo Metal Mining Co Ltd リチウムイオン電池からの有価金属回収方法
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JP2021091940A (ja) 2019-12-11 2021-06-17 住友金属鉱山株式会社 廃電池からの有価金属回収方法

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