JP7546789B2 - 使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法 - Google Patents
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Description
使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法は、以下のステップ1~5を含むことを特徴とする。
使用済みリチウムイオン電池に対する短絡放電、解体、粉砕、焙焼、篩分けを行って電極活物質粉末を得る前処理ステップであって、前記使用済みリチウムイオン電池は、使用済みのリチウムニッケル酸化物リチウムイオン電池、リチウムコバルト酸化物リチウムイオン電池、リチウムマンガン酸化物リチウムイオン電池、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物リチウムイオン電池のうちの1種または複数種である。
アルカリ溶液を使用して電極活物質粉末をアルカリ洗浄処理し、濾過して銅とアルミニウムを除去する。
アルカリ洗浄処理後の電極活物質粉末を乾燥し、乾燥した電極活物質粉末と澱粉及び濃硫酸を所定の割合で混合し、均一に撹拌して混合材料を得る。
前記混合材料をコランダムるつぼに投入した後、コランダムるつぼを管状焙焼炉に入れ、雰囲気を制御して焙焼を行う。
ステップ4で焙焼して得た生成物を取り出し、脱イオン水を用いて浸出して有価金属イオンを含む浸出液と浸出残渣を取得し、濾過後に浸出液を取得する。
使用済みリチウムイオン電池を短絡放電、解体、粉砕、焙焼、篩分けして電極活物質粉末を取得する。
アルカリ溶液を使用して電極活物質粉末をアルカリ洗浄処理し、濾過して銅とアルミニウムを除去する。
アルカリ洗浄処理後の電極活物質粉末を乾燥し、乾燥した電極活物質粉末と澱粉及び濃硫酸を所定の割合で混合し、均一に撹拌して混合材料を得る。
前記混合材料をコランダムるつぼに投入した後、コランダムるつぼを管状焙焼炉に入れ、雰囲気を制御して焙焼を行う。
ステップ4で焙焼して得た生成物を取り出し、脱イオン水を用いて浸出して有価金属イオンを含む浸出液と浸出残渣を取得し、濾過後に浸出液を取得する。
使用済みのLiNiO2、LiCoO2、LiMnO2、LiNixCoyMn1-x-yO2が混合されたリチウムイオン電池、すなわち使用済み混合リチウムイオン電池を5%亜硫酸ナトリウム溶液に浸漬し、使用済み混合リチウムイオン電池が1V(終止電圧)になるまで放電させ、放電後の使用済みリチウムイオン電池を解体してセルを取得し、セルを機械的な力で一体的に粉砕して粉砕物を取得し、粒径0.1mm未満の粉砕物を篩分けて焙焼工程に送り、粉砕物を空気雰囲気中で2℃/分の速度で400℃まで昇温させ、1時間保温・焙焼して接着剤を剥離し、焙焼排ガスを50mg/Lの石灰水で吸収し、剥離後の生成物を分離してAl、Cu箔及び電極活物質を取得した。焙焼により生成した電極活物質粉末をアルカリ洗浄し、アルカリ洗浄パラメーターとして、NH4OH溶液はPH=10、アルカリ洗浄時間は10分間、アルカリ洗浄温度は20℃であり、濾過、分離、乾燥してアルカリ洗浄・精製された電極活物質を得た。そして、乾燥させた電極活物質粉末と澱粉及び濃硫酸を混合してサイジング剤配合し、サイジング剤配合パラメーターとして、澱粉質量比は5%、濃硫酸の固液比は50g/Lであり、サイジング剤配合して混合材料を得た。次に、混合材料を高温還元工程に送り、 高温還元パラメーターとして、雰囲気は酸素5%と窒素95%の混合ガスであり、焙焼温度は300℃、焙焼時間は30分間である。最後に、高温還元した生成物を脱イオン水で浸出し、濾過して浸出液と濾過残渣を取得し、脱イオン水浸出パラメーターとして、固液比は50g/L、温度は50℃、浸出時間は30分間である。
使用済み混合リチウムイオン電池を10%亜硫酸ナトリウム溶液に浸漬し、使用済み混合リチウムイオン電池が0.8V(終止電圧)になるまで放電させ、放電後の使用済みリチウムイオン電池を解体してセルを取得し、セルを機械的な力で一体的に粉砕して粉砕物を取得し、粒径0.1mm未満の粉砕物を篩分けて焙焼工程に送り、粉砕物を空気雰囲気中で5℃/分の速度で450℃まで昇温させ、1時間保温・焙焼して接着剤を剥離し、焙焼排ガスを50mg/Lの石灰水で吸収し、剥離後の生成物を分離してAl、Cu箔及び電極活物質を取得した。焙焼により生成した電極活物質粉末をアルカリ洗浄し、アルカリ洗浄パラメーターとして、NH4OH溶液はPH=10.5、アルカリ洗浄時間は20分間、アルカリ洗浄温度は25℃であり、濾過、分離、乾燥してアルカリ洗浄・精製された電極活物質を得た。そして、乾燥させた電極活物質粉末と澱粉及び濃硫酸を混合してサイジング剤配合し、サイジング剤配合パラメーターとして、澱粉質量比は8%、濃硫酸の固液比は100g/Lであり、サイジング剤配合して混合材料を得た。次に、混合材料を高温還元工程に送り、 高温還元パラメーターとして、雰囲気は酸素10%と窒素90%の混合ガスであり、焙焼温度は500℃、焙焼時間は60分間である。最後に、高温還元した生成物を脱イオン水で浸出し、濾過して浸出液と濾過残渣を取得し、脱イオン水浸出パラメーターとして、固液比は75g/L、温度は60℃、浸出時間は60分間である。
使用済み混合リチウムイオン電池を15%亜硫酸ナトリウム溶液に浸漬し、使用済み混合リチウムイオン電池が0.7V(終止電圧)になるまで放電させ、放電後の使用済みリチウムイオン電池を解体してセルを取得し、セルを機械的な力で一体的に粉砕して粉砕物を取得し、粒径0.1mm未満の粉砕物を篩分けて焙焼工程に送り、粉砕物を空気雰囲気中で10℃/分の速度で450℃まで昇温させ、1時間保温・焙焼して接着剤を剥離し、焙焼排ガスを50mg/Lの石灰水で吸収し、剥離後の生成物を分離してAl、Cu箔及び電極活物質を取得した。焙焼により生成した電極活物質粉末をアルカリ洗浄し、アルカリ洗浄パラメーターとして、NH4OH溶液はPH=12、アルカリ洗浄時間は30分間、アルカリ洗浄温度は35℃であり、濾過、分離、乾燥してアルカリ洗浄・精製された電極活物質を得た。そして、乾燥させた電極活物質粉末と澱粉及び濃硫酸を混合してサイジング剤配合し、サイジング剤配合パラメーターとして、澱粉質量比は10%、濃硫酸の固液比は150g/Lであり、サイジング剤配合して混合材料を得た。次に、混合材料を高温還元工程に送り、 高温還元パラメーターとして、雰囲気は酸素20%と窒素80%の混合ガスであり、焙焼温度は700℃、焙焼時間は120分間である。最後に、高温還元した生成物を脱イオン水で浸出し、濾過して浸出液と濾過残渣を取得し、脱イオン水浸出パラメーターとして、固液比は80g/L、温度は80℃、浸出時間は90分間である。
使用済み混合リチウムイオン電池を20%亜硫酸ナトリウム溶液に浸漬し、使用済み混合リチウムイオン電池が0.5V(終止電圧)になるまで放電させ、放電後の使用済みリチウムイオン電池を解体してセルを取得し、セルを機械的な力で一体的に粉砕して粉砕物を取得し、粒径0.1mm未満の粉砕物を篩分けて焙焼工程に送り、粉砕物を空気雰囲気中で10℃/分の速度で600℃まで昇温させ、1時間保温・焙焼して接着剤を剥離し、焙焼排ガスを50mg/Lの石灰水で吸収し、剥離後の生成物を分離してAl、Cu箔及び電極活物質を取得した。焙焼により生成した電極活物質粉末をアルカリ洗浄し、アルカリ洗浄パラメーターとして、NH4OH溶液はPH=14、アルカリ洗浄時間は60分間、アルカリ洗浄温度は50℃であり、濾過、分離、乾燥してアルカリ洗浄・精製された電極活物質を得た。そして、乾燥させた電極活物質粉末と澱粉及び濃硫酸を混合してサイジング剤配合し、サイジング剤配合パラメーターとして、澱粉質量比は20%、濃硫酸の固液比は300g/Lであり、サイジング剤配合して混合材料を得た。次に、混合材料を高温還元工程に送り、 高温還元パラメーターとして、雰囲気は酸素50%と窒素50%の混合ガスであり、焙焼温度は800℃、焙焼時間は180分間である。最後に、高温還元した生成物を脱イオン水で浸出し、濾過して浸出液と濾過残渣を取得し、脱イオン水浸出パラメーターとして、固液比は100g/L、温度は90℃、浸出時間は180分間である。
Claims (10)
- 使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法において、
ステップ1:前処理
使用済みリチウムイオン電池に対する短絡放電、解体、粉砕、焙焼、篩分けを行って電極活物質粉末を得る前処理ステップであって、前記使用済みリチウムイオン電池は、使用済みのリチウムニッケル酸化物リチウムイオン電池、リチウムコバルト酸化物リチウムイオン電池、リチウムマンガン酸化物リチウムイオン電池、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物リチウムイオン電池のうちの1種または複数種であるステップ1と、
ステップ2:アルカリ洗浄と濾過
アルカリ溶液を使用して電極活物質粉末をアルカリ洗浄処理し、濾過して銅とアルミニウムを除去するステップ2と、
ステップ3:乾燥と混合
アルカリ洗浄処理後の電極活物質粉末を乾燥し、乾燥した電極活物質粉末と澱粉及び濃硫酸を所定の割合で混合し、均一に撹拌して混合材料を得るステップ3と、
ステップ4:高温還元
前記混合材料をコランダムるつぼに投入した後、コランダムるつぼを管状焙焼炉に入れ、雰囲気を制御して焙焼を行うステップ4と、
ステップ5:水浸出と濾過
ステップ4で焙焼して得た生成物を取り出し、脱イオン水を用いて浸出し、リチウムイオン、ニッケルイオン、コバルトイオン、マンガンイオンの少なくともいずれかである有価金属イオンを含む浸出液と浸出残渣を取得し、濾過後に浸出液を取得するステップ5と、を含むことを特徴とする使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法。 - 前記ステップ1では、前記使用済みリチウムイオン電池を、溶質濃度が5~20%である亜硫酸ナトリウム溶液中で終止電圧が1V未満になるまで短絡放電させ、短絡放電後の使用済みリチウムイオン電池を解体してセルを取得し、セルを粉砕して粉砕物を取得し、粉砕物を空気雰囲気下で2~10℃/分の速度で400~600℃まで昇温し、保温・焙焼して接着剤を剥離し、接着剤の剥離中では、濃度50mg/L以上の石灰水を使用して剥離過程中に放出される排ガスを吸収してフッ化カルシウムを取得し、剥離後の生成物を分離してAl、Cu箔及び電極活物質を取得することを特徴とする請求項1に記載の使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法。
- 前記ステップ2において、前記アルカリ溶液はNaOH、NH4OH、KOHのうちの1種または複数種であり、前記アルカリ溶液のPH値は10~14であり、アルカリ洗浄時間は10~60分間に制御され、温度は20~50℃に制御されることを特徴とする請求項1に記載の使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法。
- 前記ステップ2において、前記アルカリ溶液のPH値は10~12であり、アルカリ洗浄時間は10~30分間に制御され、温度は25~35℃に制御されることを特徴とする請求項3に記載の使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法。
- 前記ステップ3において、混合過程中に、乾燥した電極活物質粉末と澱粉とを混合した後、濃硫酸を固液比50~300g/Lで混合して均一に撹拌し、ここで澱粉の添加量は混合材料の全重量に対して5~20%に制御されることを特徴とする請求項1に記載の使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法。
- 前記ステップ3において、澱粉の添加量は混合材料の全重量に対して5~10%に制御され、固液比は100~150g/Lに制御されることを特徴とする請求項5に記載の使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法。
- 前記ステップ4において、焙焼温度は300~800℃に制御され、昇温速度は10℃/分であり、焙焼時間は30~180分間であり、前記雰囲気はO2とN2の混合物であり、O2の体積分率は0~50%に制御されることを特徴とする請求項1に記載の使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法。
- 前記ステップ4において、焙焼温度は500~800℃に制御され、焙焼時間は60~120分間であり、O2の体積分率は10~20%に制御されることを特徴とする請求項7に記載の使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法。
- 前記ステップ5において、脱イオン水浸出過程中に、固液比は50~100g/Lに制御され、温度は50~90℃であり、浸出時間は30~180分間であることを特徴とする請求項1に記載の使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法。
- 前記ステップ5において、脱イオン水浸出過程中に、固液比は50~80g/Lに制御され、温度は60~80℃であり、浸出時間は60~90分間であることを特徴とする請求項9に記載の使用済みリチウムイオン電池からの有価金属の回収方法。
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