説明

アルミニウム箔と正極活物質の分離方法

【課題】リチウムイオン二次電池に使用されるアルミニウム箔付正極材からアルミニウム箔と正極活物質を簡単に固体のまま分離することを目的とする。
【解決手段】 リチウムイオン電池の有価物回収において、
アルミニウム箔と正極活物質からなる正極材を切断し、アルカリ溶液中に浸漬撹拌することにより、アルミニウム箔と正極活物質を固体のまま分離回収するアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、リチウムイオン2次電池等の本体から有価金属を回収する方法に関するものであり、より詳しく述べるならば、リチウムイオン2次電池に含まれる正極材からアルミニウム箔を分離し、有価金属を含む正極活物質とアルミニウム箔を回収する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
リチウムイオン2次電池はハイブリッド自動車用として急速に用途が広がっており、更にユニットの高容量化により大型のものの生産量が急増することが予想される。また、リチウムイオン2次電池の需要拡大に対して、リチウムイオン2次電池からの有価金属回収方法の確立が求められている。
【0003】
このリチウムイオン2次電池は主に正極、負極、セパレーター、筐体からなっており、正極はアルミニウム箔の集電体上にMn、Co、Ni、Liを含む正極活物質とカーボンブラック等の導電剤をフッ素系等のバインダーに混練、塗布した構造となっている。正極材は厚み15ミクロン程度のアルミニウム箔と正極活物質を含むバインダー層からなっており、外観はアルミニウム箔上に黒色の正極活物質が塗布されている。
【0004】
リチウムイオン2次電池から有価金属を回収するためには正極材の正極活物質とアルミニウム箔を分離する必要がある。正極材からアルミニウム箔を剥離させる方法としては、例えば特開平08−22846(特許文献1)に記載の方法では、正極材を乾式処理して正極活物質を回収しているが、得られる正極活物質に不純物が混入する可能性がある欠点があった。
【0005】
一方で、湿式処理による場合では、例えば特開2006−4883(特許文献2)に開示されているようにシュウ酸溶液を用いた方法や、特開2007−122885(特許文献3)に開示されている硫酸溶液を用いて正極材からアルミニウム箔を剥離する方法がある。また、特開平10−255862(特許文献4)によると、酸性溶液、アルカリ金属の水酸化物溶液、アルカリ金属のアルコール溶液若しくは有機溶媒のうちのいずれかに浸漬することにより、電極材と活物質が分離可能だとしているが、実施例4の記載を見るとアルミニウムを完全に溶解してしまい好ましい処理方法ではない。
【0006】
リチウムイオン2次電池からの有価金属回収では、例えば、特開2009−193778(特許文献5)に記載されるように、正極材から分離した正極活物質は硫酸や過酸化水素で溶解し、有価金属を浸出させる。この時、正極活物質中にアルミニウム箔などの不純物が含まれていれば残渣が増加する原因となり、また、浸出液中にアルミニウムが溶け出せば、有価金属を回収する工程の前にアルミニウムを取り除く工程が必要となる。
【0007】
【特許文献1】特開平08−22846
【特許文献2】特開2006−4883
【特許文献3】特開2007−122885
【特許文献4】特開平10−255862
【特許文献5】特開2009−193778
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、水酸化ナトリウム水溶液を繰り返し用いてリチウムイオン2次電池等の正極材からアルミニウム箔を分離させ、正極活物質とアルミニウム箔を短時間で効率よく分離回収する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、以下の本発明を提供する。
(1) リチウムイオン電池の有価物回収において、
アルミニウム箔と正極活物質からなる正極材を切断し、アルカリ溶液中に浸漬撹拌することにより、アルミニウム箔と正極活物質を固体のまま分離回収するアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
【0010】
(2)上記(1)において、使用するアルカリ溶液中のアルカリ剤濃度が30〜70g/Lであるアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
【0011】
(3)上記(1)から(2)の何れかにおいて、投入動力が0.1〜1.0W/Lであるアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
(4)上記(1)から(3)の何れかにおいて、正極材の切断において、
0.5から5cm角に切断するアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
(5)上記(1)から(4)の何れかにおいて、使用するアルカリ剤がNaOHであるアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
(6)上記(1)から(5)の何れかにおいて、浮上したアルミニウム箔を網状物により回収することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
(7)上記(1)から(5)の何れかにおいて、使用するアルカリ剤を繰り返し使用することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
【発明の効果】
【0012】
本発明により、
(1)リチウムイオン2次電池のアルミニウム箔付き正極材から短時間で効率よくアルミニウム箔と正極活物質を分離回収することができる。
(2)アルミニウムを完全に溶解せずに、箔で回収できるためアルカリ剤の使用量が少なくて済み、且つアルミニウムの除去が、極めて効率的にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明によるリチウムイオン2次電池のアルミニウム箔付き正極材から正極活物質とアルミニウム箔を分離回収する方法を以下に説明する。
【0014】
リチウムイオン2次電池を解体して得られるアルミニウム箔付き正極材は、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液に浸漬・攪拌させることによって、アルミニウム箔から正極活物質を剥離して分離する。
これは、水酸化ナトリウム水溶液中の水酸化物イオンがアルミニウムと反応し、アルミニウムの水酸化物イオンとなって一部溶解することにより、正極活物質がアルミニウム箔から剥離されるためである。
【0015】
使用する水酸化ナトリウム水溶液の濃度としては、30g/Lより低い濃度では正極活物質の剥離が難しいため、30g/L以上で行うと良い。また、濃度が70g/Lより高い濃度になると、水酸化ナトリウム溶液とアルミニウムとの反応による水素ガスの発生が激しく、アルミニウムの溶解も速いため、好ましくは水酸化ナトリウム水溶液濃度30〜70g/Lの範囲とする。
【0016】
リチウムイオン2次電池等を解体すると正極材は巻芯に巻かれており、この正極材を切断して水酸化ナトリウム水溶液に投入する。投入する切断された正極材の面積が大きすぎると、アルミニウム箔が小さく丸まり、正極材がうまく剥離されない。従って、予め1辺の長さを1〜3cm角程度に切断しておくことが好ましい。
【0017】
水酸化ナトリウム水溶液に対する正極材の投入量は10〜40g/Lが適当である。また、投入動力は0.1〜1.0W/Lの範囲とする。尚、正極材からの正極活物質の剥離に要する時間は、水酸化ナトリウム水溶液の濃度によって異なるが、概ね5分程度である。
【0018】
正極材を0.5から5cm角より好ましくは、0.8から2cm角程度に切断することにより、30〜70g/Lの水酸化ナトリウム水溶液の濃度範囲において、アルミニウムの溶解により発生した気泡によって分離できる。
水酸化ナトリウムの濃度は、より好ましくは、50〜70g/Lである、アルミニウム箔の分離が容易なためである。
上記の大きさにすることにより、意外にも剥離されたアルミニウム箔は水酸化ナトリウム水溶液中で浮上し、剥離した正極活物質は底に沈む。
浮上したアルミニウム箔は適当なメッシュの網等ですくい上げることにより回収する。
また、水酸化ナトリウム水溶液中に残った正極活物質は濾過することにより回収できる。
このことにより、アルミニウムの除去が極めて簡易にでき、アルカリ剤の使用量も少なくて、除去費用も極めて安価で処理可能である。
【0019】
正極活物質の剥離に使用した水酸化ナトリウム水溶液の濾液は、そのまま次の剥離操作に繰り返し使用できる。繰り返し使用できる回数は水酸化ナトリウム水溶液の濃度によるが、濃度が30g/Lで3回程度、60g/Lで8回程度である。
【0020】
水酸化ナトリウム水溶液を繰り返し使用することで、水溶液中にアルミニウムとリチウムの複合水酸化物の沈殿が生成されるが、この沈殿も濾過することにより、その濾液は正極材のアルミニウム箔分離に使用できる。
【実施例】
【0021】
(実施例1)
リチウムイオン2次電池を解体して得られた正極材21.0gを1〜3cm角に切断し、62.4g/Lの水酸化ナトリウム水溶液1L投入し、投入動力0.3〜1.0W/Lで撹拌した。投入後すぐに分離されたアルミニウム箔が浮上し、約3分で正極活物質が剥離した。浮上したアルミニウム箔は網で回収し、底に沈んだ正極活物質は濾過により回収した。この時得られた濾液に再び切断した正極材約20gを投入し、アルミニウム箔を分離させた。同様の操作を繰り返した結果、10回までアルミニウム箔の分離が可能であった。
【0022】
上記の試験で剥離した正極活物質の分析結果を表1に示す。この結果から、正極材から剥離した正極活物質にはアルミニウムがほとんど含まれておらず、うまく分離ができていることが分かる。
【表1】

【0023】
次に、上記の試験で繰り返し使用した水酸化ナトリウム水溶液の分析結果を表2に示す。この結果から、水酸化ナトリウム水溶液中にはリチウムとアルミニウムが溶出することが分かる。また、水酸化ナトリウム水溶液中に溶解するアルミニウムは10%程度であった。また、下記のデータから攪拌時間は、3から5分程度で充分のことが把握された。
回収されたアルミニウム箔は元の重量の約80%を有しており、大部分のアルミニウム箔が回収可能であることが確認できた。
【表2】

【0024】
(実施例2)
リチウムイオン2次電池を解体して得られた正極材10.3gを1〜3cm角に切断し、30.0g/Lの水酸化ナトリウム水溶液1Lに投入し、投入動力0.5W/Lで撹拌した。投入後すぐに分離されたアルミニウム箔が浮上し、約5分で正極活物質が剥離した。
浮上したアルミニウム箔は網で回収し、底に沈んだ正極活物質は濾過により回収した。この時得られた濾液に再び切断した正極材約10gを投入し、アルミニウム箔を分離させた。同様の操作を繰り返した結果、4回までアルミニウム箔の分離が可能であった。
【0025】
上記の試験で剥離した正極活物質の分析結果を表3に示す。この結果から、実施例1の62.4g/Lの水酸化ナトリウム水溶液を使用した場合と同様に、正極材から剥離した正極活物質にはアルミニウムがほとんど含まれておらず、30.0g/Lの水酸化ナトリウム水溶液でもうまく分離ができていることが分かる。
【表3】

【0026】
次に、上記の試験で繰り返し使用した水酸化ナトリウム水溶液の分析結果を表4に示す。この結果から、実施例1と同様に水酸化ナトリウム水溶液中にはリチウムとアルミニウムが溶出することが分かる。
また、水酸化ナトリウムの濃度が、30.0g/Lであり、実施例1の62.4g/Lよりも薄いため、剥離に要する時間は長くなり、水酸化ナトリウム溶液の繰り返し回数も少なくなる。水酸化ナトリウム水溶液中に溶解するアルミニウムは10〜20%程度であった。
【表4】

【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の一態様である処理フローを示す。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
リチウムイオン電池の有価物回収において、
アルミニウム箔と正極活物質からなる正極材を切断し、アルカリ溶液中に浸漬撹拌することにより、アルミニウム箔と正極活物質を固体のまま分離回収することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
【請求項2】
請求項1において、使用するアルカリ溶液中のアルカリ剤濃度が30〜70g/Lであることを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
【請求項3】
請求項1から請求項2の何れかにおいて、投入動力が0.1〜1.0W/Lであることを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
【請求項4】
請求項1から請求項3の何れかにおいて、正極材の切断において、
0.5から5cm角に切断することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
【請求項5】
請求項1から請求項4の何れかにおいて、使用するアルカリ剤がNaOHであることを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
【請求項6】
請求項1から請求項5の何れかにおいて、浮上したアルミ二ウム箔を網状物により回収することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。
【請求項7】
請求項1から請求項6の何れかにおいて、使用するアルカリ剤を繰り返し使用することを特徴とするアルミニウム箔と正極活物質の分離方法。

【図1】
image rotate


【公開番号】特開2011−154833(P2011−154833A)
【公開日】平成23年8月11日(2011.8.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−14708(P2010−14708)
【出願日】平成22年1月26日(2010.1.26)
【出願人】(502362758)JX日鉱日石金属株式会社 (482)
【Fターム(参考)】