(57)【要約】【課題】電池パックの事前解体不要で且つ電池パックの部品と組電池からの有価金属とをより安全に従来より短い作業時間で回収可能な電池パックのリサイクル方法を提供する。【解決手段】電池パックのリサイクル方法は、充電状態の組電池を収容した電池パックをそのまま焙焼する工程（Ｓ１１０）と、焙焼された電池パックを解体し（Ｓ１１２）、単電池と単電池以外の部品とに分別する工程（Ｓ１１４，Ｓ１４０）と、分別された単電池を粉砕する工程（Ｓ１１６）と、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程（Ｓ１１８）と、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して（正極及び負極に用いられた金属を回収する工程Ｓ１２０，Ｓ１１２）と、篩い分けの後に篩上の金属を磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程（Ｓ１３０，Ｓ１３２）とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池バックをリサイクルする方法であって、
充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する工程を有することを特徴とする電池バックのリサイクル方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックのリサイクル方法において、
前記焙焼する工程における焙焼温度は、前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上で且つ前記電池パックの金属部品の融点以下であることを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電池パックのリサイクル方法において、
さらに、焙焼された電池パックを単電池と単電池以外の部品とに分別する工程を有することを特徴とする電池バックのリサイクル方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電池バックのリサイクル方法において、
さらに、分別された単電池を粉砕する工程を有することを特徴とする電池バックのリサイクル方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電池バックのリサイクル方法において、
さらに、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程を有することを特徴とする電池バックのリサイクル方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電池バックのリサイクル方法において、
さらに、篩い分けの後に篩上の金属を磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程を有することを特徴とする電池バックのリサイクル方法。
【請求項７】
請求項６に記載の電池バックのリサイクル方法において、
さらに、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して正極及び負極に用いられた金属を回収する工程を有することを特徴とする電池バックのリサイクル方法。
【請求項８】
請求項７に記載の電池バックのリサイクル方法において、
前記負極に用いられた金属が希土類金属であることを特徴とする電池バックのリサイクル方法。
【請求項９】
複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池バックをリサイクルする装置であって、
充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する焙焼装置と、
焙焼された電池パックを単電池と単電池以外の部品とに分別する分別手段と、
分別された単電池を粉砕する粉砕装置と、
粉砕された電池を篩い分ける篩装置と、
前記篩装置の篩上にある金属を磁石を用いて磁気分離する磁選機と、
前記篩装置の篩下にある正極及び負極に用いた金属を回収する回収装置と、
を有することを特徴とする電池バックのリサイクル装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電池パックのリサイクル装置において、
前記焙焼装置は、非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼することを特徴とする電池パックのリサイクル装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の電池パックのリサイクル装置において、
前記焙焼装置は、前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上で且つ前記電池パックの金属部品の融点以下に制御されていることを特徴とする電池パックのリサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池バックのリサイクル方法および電池バックのリサイクル装置、特に、電池パックの自然放電を待たずに安全にリサイクル作業が可能な電池バックのリサイクル方法および電池バックのリサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電池パック３００は、例えば図８に示すように、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池の電池セル（以下「単電池」ともいう）を複数（例えば６個から８個程度）直列に接続して１つの部品単位とした電池モジュール９４を複数（例えば１０個）直列に接続して構成された組電池を有し、個々の電池モジュール９４及び電池モジュール９４全体の充放電状態を監視し制御する制御装置９５と、電気回路を切断するためのリレー及び機械的に回路を切断するセーフティプラグ９６と、組電池を冷却する冷却ブロア９９と、各部位とを接続する信号線９８及び動力線９７とを有し、これら全体を１つのケース９１内に収納され、下部プレート９２とケース９２により密閉形成されている。さらに、電池パック３００は、下部プレート９２に設けられた孔を介して、例えば車両に接続ボルト９３によって固定される。そして、通常、自動車部品としては、上述した電池パック３００単位で取り扱わされ、ケース９１外部には、荷電部分が露出しない構造となっている。
【０００３】
上述したような電池パック内の組電池が寿命に達した場合、組電池から有用な金属を回収するために、電池パックを解体して組電池を他の部品から分別している。この分別作業において、仮に電池パック内の組電池が充電状態（以下「活性状態」ともいう）である場合（通常、満充電の場合２００ｋＶ）、電圧のかかった部品や配線類を取り扱う作業が発生する。
【０００４】
一方、特許文献１には、電池パックではないが、電極材中にコバルトを含む二次電池の電池廃品を６００℃以上の温度で焙焼し、焙焼後の焙焼電池を裁断して篩い分けを行い、金属スクラップと焙焼アッシュとに分別し、分別された焙焼アッシュから磁石を用いてコバルト含有物を磁気分離して（磁選ともいう）、選別されたコバルト含有物を酸に溶解することによって、金属コバルトを回収する方法が開示されている。
【０００５】
なお、特許文献２には、予め使用済みリチウム二次電池を破砕した後、第１次磁選により磁性体と非磁性体とに分別し、得られた非磁性体を非酸化性雰囲気中又は還元雰囲気中にて５００〜１０００℃に焙焼して非磁性体を還元し、さらに第２次磁選により磁性体と非磁性体とに分別して有価金属を回収方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−４６２６６号公報
【特許文献２】特開平６−３２２４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の回収方法は、上述したように使用済み二次電池をリサイクルする方法であり、電池パックに収容されている二次電池からなる組電池をリサイクルする場合には、依然として、電池パックを解体して二次電池を取り出さなければならない。一方、二次電池からなる組電池が充電状態の場合、高電圧がかかっている二次電池や制御装置や配線などを電池パックから取り外して解体する作業は、十分な絶縁保護具を着用しての作業となるため手間を要する。
【０００８】
また、作業の安全性を高めるために電池パック内の組電池を放電させた後組電池を取り出す場合、電池パックを長期間保管して自然放電させるか、または抵抗器等を用いて強制放電させる必要があるが、リサイクル作業が長時間化するか若しくは手間を要する。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電池パックの事前解体不要で且つ電池パックの部品と組電池からの有価金属とをより安全に従来より短い作業時間で回収可能な電池バックのリサイクル方法および電池バックのリサイクル装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電池バックのリサイクル方法および電池バックのリサイクル装置は、以下の特徴を有する。
【００１１】
（１）複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池バックをリサイクルする方法であって、充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する工程を有する電池バックのリサイクル方法である。
【００１２】
充電状態の組電池を収容する電池パックをそのまま焙焼した場合、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料が熱分解し、電池パック内にて短絡が生じ、これにより電池パックの機能を破壊して、確実に放電処理を行うことができる。したがって、高電圧下での電池パックの解体作業を回避できるとともに、焙焼前の自然放電のための長期保管も不要となり、また強制放電の手間も省け、従来に比べより短時間で且つ安全で作業効率が向上したリサイクル作業を行うことができる。
【００１３】
（２）上記（１）に記載の電池パックのリサイクル方法において、前記焙焼する工程における焙焼温度は、前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上で且つ前記電池パックの金属部品の融点以下である電池パックのリサイクル方法である。
【００１４】
前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上とすることによって、樹脂が炭化する際に、焙焼空間の酸素を消費し、その結果、電池パック内の組電池の焙焼が非酸化性雰囲気下または還元雰囲気下になり、電池材料としての水酸化ニッケルを金属ニッケルに還元できる。また、本来の電池材料である有価金属単体を回収することができる。一方、焙焼温度を電池パックの金属部品の融点以下とすることにより、電池パック内の金属部品をほぼその形状で回収することができ、再利用が容易になる。
【００１５】
（３）上記（１）または（２）に記載の電池パックのリサイクル方法において、さらに、焙焼された電池パックを単電池と単電池以外の部品とに分別する工程を有する電池バックのリサイクル方法である。
【００１６】
電池パック内の単電池以外の金属部品と、単電池（以下「電池セル」ともいう）由来の有価金属とを分別回収することができる。
【００１７】
（４）上記（３）に記載の電池バックのリサイクル方法において、さらに、分別された単電池を粉砕する工程を有する電池バックのリサイクル方法である。
【００１８】
焙焼された単電池の粉砕することによって、単電池由来の有価金属をさらに形態別及び／又は物理的特性別に分別回収することができる。
【００１９】
（５）上記（４）に記載の電池バックのリサイクル方法において、さらに、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程を有する電池バックのリサイクル方法である。
【００２０】
この洗浄篩い分けにより、上述した形態別に単電池由来の有価金属を分別することができる。
【００２１】
（６）上記（５）に記載の電池バックのリサイクル方法において、さらに、篩い分けの後に篩上の金属を磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程を有する電池バックのリサイクル方法である。
【００２２】
篩上に残留した比較的粒子径の大きい金属を磁石を用いて磁気分離（磁選）することにより、さらに磁化力の強い金属と磁化力の弱い金属とに分別することができる。
【００２３】
（７）上記（６）に記載の電池バックのリサイクル方法において、さらに、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して正極及び負極に用いられた金属を回収する工程を有する電池バックのリサイクル方法である。
【００２４】
篩下に、比較的粒子径の小さい正極・負極材料に用いた金属を選択的に分別回収することができる。
【００２５】
（８）上記（７）に記載の電池バックのリサイクル方法において、前記負極に用いられた金属が希土類金属である電池バックのリサイクル方法。
【００２６】
（９）複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池バックをリサイクルする装置であって、充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する焙焼装置と、焙焼された電池パックを単電池と単電池以外の部品とに分別する分別手段と、分別された単電池を粉砕する粉砕装置と、粉砕された電池を篩い分ける篩装置と、前記篩装置の篩上にある金属を磁石を用いて磁気分離する磁選機と、前記篩装置の篩下にある正極及び負極に用いられた金属を回収する回収装置と、を有する電池バックのリサイクル装置である。
【００２７】
充電状態の組電池を収容する電池パックをそのまま焙焼した場合、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料が熱分解し、電池パック内にて短絡が生じる。これにより、電池パックの機能を破壊して、確実に放電処理を行うことができる。このため、高電圧下での電池パックの解体作業を回避でき、また焙焼前の自然放電のための長期保管も不要となり、さらに強制放電の手間も省け、従来に比べより短時間で且つ安全で作業効率が向上したリサイクル作業を行うことができる。また、電池パック内の単電池以外の金属部品と、単電池由来の有価金属とを分別回収することができ、さらに、焙焼された単電池の粉砕することによって、単電池由来の有価金属をさらに形態別及び／又は物理的特性別に分別回収することができる。
【００２８】
（１０）上記（９）に記載の電池パックのリサイクル装置において、前記焙焼装置は、非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼する電池パックのリサイクル装置である。
【００２９】
非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼することによって、組電池内のニッケルを酸化させることなく、金属ニッケルとして回収することができる。また、正極材料等に用いられる水酸化ニッケル、水酸化コバルトを金属に還元して回収することができる。
【００３０】
（１１）上記（９）に記載の電池パックのリサイクル装置において、前記焙焼装置は、前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上で且つ前記電池パックの金属部品の融点以下に制御されている電池パックのリサイクル装置である。
【００３１】
前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上とすることによって、樹脂が炭化する際に、焙焼空間の酸素を消費し、その結果、電池パック内の組電池の焙焼が非酸化性雰囲気下または還元雰囲気下になり、有価金属単体を回収することができる。一方、焙焼温度を電池パックの金属部品の融点以下とすることにより、電池パック内の金属部品をほぼその形状で回収することができ、再利用が容易になる。また、樹脂製ケースは加熱されることにより、熱分解ガスを経由して炭化するが、この熱分解ガスを焙焼用熱源として有効利用することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、充電状態の組電池を収容する電池パックをそのまま焙焼した場合、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料が熱分解し、電池パック内にて短絡が生じ、これにより電池パックの機能を破壊して、確実に放電処理を行うことができる。したがって、高電圧下での電池パックの解体作業を回避でき、また焙焼前の自然放電のための長期保管も不要となり、さらに強制放電の手間も省け、従来に比べより短時間で且つ安全で作業効率が向上したリサイクル作業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、電池バックのリサイクル方法および電池バックのリサイクル装置の一例を、以下に、図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態における電池パックは、上述した図８に示す電池パック３００と同じ構成を有するため、その説明を省略する。
【００３４】
本実施の形態における電池パックのリサイクル方法は、複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池バックをリサイクルする方法であって、図１に示すように、充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する工程（Ｓ１１０）を有する。さらに、本実施の形態の電池パックのリサイクル方法は、焙焼された電池パックを解体し（Ｓ１１２）、単電池と単電池以外の部品とに分別する工程（Ｓ１１４，Ｓ１４０）と、分別された単電池を粉砕する工程（Ｓ１１６）と、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程（Ｓ１１８）と、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して（正極及び負極に用いられた金属を回収する工程Ｓ１２０，Ｓ１１２）と、篩い分けの後に篩上の金属を磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程（Ｓ１３０，Ｓ１３２）とを有する。
【００３５】
また、本実施の形態における電池パックのリサイクル装置は、充電状態の組電池を収容した電池パックをそのまま焙焼する焙焼装置と、焙焼された電池パックを単電池と単電池以外の部品とに分別する分別手段と、分別された単電池を粉砕する粉砕装置と、粉砕された電池を篩い分ける篩装置と、前記篩装置の篩上にある金属を磁石を用いて磁気分離する磁選機と、前記篩装置の篩下にある正極及び負極に用いられた金属を回収する回収装置とを有する。
【００３６】
次に、本実施の形態における電池パックのリサイクル方法の各工程と、各工程に用いられる電池パックのリサイクル装置の構成について、図１から図７を用いて説明する。
【００３７】
［焙焼工程］
まず、図１に示す充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する工程（Ｓ１１０）は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池からなる単電池を直列接続してなる組電池を収容する電池パックを解体せず、そのまま、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料に用いた樹脂の熱分解可能温度以上で且つ電池パック内の金属部品の融点以下の第１焙焼温度、例えば５００℃から６００℃程度の焙焼温度で焙焼する。これにより、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料が熱分解し、電池パック内にて短絡が生じ、その結果、電池パックの機能を破壊して確実に放電処理を行うことができる。また、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料に用いた樹脂や電解質を熱分解することができる。電池パックでは、上述した組電池、組電池などを収容するケースや冷却ブロアなどの部品に樹脂部品が多用され、これらの樹脂部品の樹脂が焙焼工程にて熱分解ガスに転換して、自己加熱する熱源として有効利用することができる。一方、第１焙焼温度を例えば５００℃から６００℃程度に制御することによって、電池パック内の金属部品、例えばアルミ部品の溶融を防ぎ、鉄ケース部品の酸化及び熱変形、焼き付けを最小限に留め、後工程の分別工程における金属素材の接続ボルトの取り外しなどの素材選別作業を容易にすることができる。
【００３８】
上記焙焼工程に用いる電池パックのリサイクル装置の焙焼装置の一例を、図２を用いて説明する。図２に示す焙焼装置１００は、１次燃焼室２０と２次燃焼室３０とを有し、１次燃焼室２０と２次燃焼室３０には、それぞれ加熱バーナー２６，３６と、各燃料室内の温度を測定する温度センサ２４，３４とバーナー制御装置２８，３８とが設けられ、温度センサ２４，３４からの出力に応じてバーナー制御装置２８，３８は、加熱バーナー２６，３６をそれぞれ制御する。ここで、温度センサ２４，３４は、例えば熱電対を用いることができる。
【００３９】
さらに詳細に説明すると、１次燃焼室の火格子２２上に、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池からなる単電池を直列接続してなる組電池を収容する電池パック１０を一つまたは複数個配置し、適宜空気を１次燃焼室２０内に送風しながら、電池パック１０の配置位置に対して下方から加熱バーナー２６を用いて加熱する。１次燃焼室内の温度を第１焙焼温度（例えば５００〜６００℃）に保つように、温度センサ２４からの出力をもとにバーナー制御装置２８によって加熱バーナー２６の燃焼量を制御する。これにより、加熱により電池パック１０内の樹脂材料が熱分解して生じた熱分解ガスが、１次燃焼室の下部にて空気と接触して可燃範囲でバランスしながら燃焼し、この熱は電池パック加熱用熱源として利用されるとともに、樹脂が燃焼する際に、１次燃焼室内の酸素を消費し、その結果、電池パック１０内の組電池の焙焼が非酸化性雰囲気下または還元雰囲気下で行われ、酸化を抑制して、有価金属単体を効率よく回収することができる。特に、電池パック１０の側面、上部を密閉し、下部のみ開放して加熱することにより、熱分解ガスは、１次燃焼室２０の下部に生成し易くなる。なお、第１焙焼温度における第１焙焼時間は、電池パック内の樹脂材料の消失に必要な時間で適宜選択される。例えば、ある電池パックを用いた実証試験においては、第１場宇晶温度を５００℃、第１焙焼時間を１時間に設定することで有価金属単体を効率よく回収することが確認できた。
【００４０】
さらに、１次燃焼室２０において未燃焼分の熱分解ガスは、図２の白抜き矢印に示すように、１次燃焼室２０の下部から２次燃焼室３０に移行し、２次燃焼室３０にて、温度センサ３４、バーナー制御装置３８、加熱バーナー３６を用い、２次燃焼室３０内を２秒間以上２次焙焼温度、例えば８００℃に保ちながら、空気を用いて熱分解ガスを完全燃焼させる。なお、２次燃焼室３０の内容積は、１次燃焼室２０からの燃焼排ガスを２秒間以上保てる容積にすることが好ましい。これにより、廃掃法の維持管理基準も満たすことができる。
【００４１】
さらに、２次燃焼室３０における２次焙焼後の排ガスは煙道４０を介して、図示しない活性炭吸収塔及び集塵機を有する排ガス処理装置を介して浄化されて大気中に放出される。
【００４２】
次に、本実施の形態の他の焙焼装置について、図３を用いて説明する。上述した図２に示すバッチ方式であったが、図３に示す焙焼装置２００は、連続式トンネル炉方式である。なお、図２と同じ構成要素については同一の符号を付しその説明を適宜省略する。
【００４３】
図３に示すように、本実施の形態の焙焼装置２００は、予熱室６０と、１次燃焼室２０と、２次燃焼室３０と、冷却室７０とを有し、電池パック１０は、上述した各予熱室６０、１次燃焼室２０、２次燃焼室３０及び冷却室７０をローラーコンベア５０により一つ又は複数個単位で搬送される。また、各予熱室６０、１次燃焼室２０、２次燃焼室３０及び冷却室７０は、それぞれ開閉扉５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄよって密閉又は開放され、これにより、電池パック１０を搬送し、また各処理を行うことができる。また、冷却室７０には水冷用の水スプレー７２が設けられている。そして、上記開閉扉５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄと水スプレー７２は、それぞれ制御部５８により制御されている。さらに、、上述したように、１次燃焼室２０と２次燃焼室３０には、それぞれ加熱バーナー２６，３６と、各燃料室内の温度を測定する温度センサ２４，３４とバーナー制御装置２８，３８とが設けられ、温度センサ２４，３４からの出力に応じてバーナー制御装置２８，３８は、加熱バーナー２６，３６をそれぞれ制御する。
【００４４】
本実施の形態の焙焼装置２００では、まず開閉扉５２ａが開状態になり、ローラーコンベア５０によって予熱室６０に電池パック１０の一つまたは複数個が搬送され、開閉扉５２ａ，５２ｂを閉じた状態で、予熱室６０にて電池パック１０を所定の温度に予熱する。また、１次燃焼室２０では、予熱された電池パック１０の一つまたは複数個がローラーコンベア５０によって搬送され、適宜空気を１次燃焼室２０内に送風しながら、電池パック１０の配置位置に対して下方又は側面（図示せず）から加熱バーナー２６を用いて加熱する。１次燃焼室２０内の温度を第１焙焼温度（例えば５００〜６００℃）に保つように、温度センサ２４からの出力をもとにバーナー制御装置２８によって加熱バーナー２６の燃焼量を制御する。一方、１次燃焼室２０における未燃焼分の熱分解ガスは、煙道４０を介して２次燃焼室３０に送られ、２次燃焼室３０にて、温度センサ３４、バーナー制御装置３８、加熱バーナー３６を用い、２次燃焼室３０内を２秒間以上２次焙焼温度、例えば８００℃に保ちながら、熱分解ガスを空気を用いて完全燃焼させる。２次燃焼室３０における２次焙焼後の排ガスは煙道４０を介して、図示しない活性炭吸収塔及び集塵機を有する排ガス処理装置を介して浄化されて大気中に放出される。次いで、開閉扉５２ｃを開状態にして、１次燃焼室２０において焙焼された電池パックを冷却室７０に搬送し、冷却室７０にて水スプレー７２を用いて解体作業可能な温度まで焙焼済み電池パック１１を冷却する。さらに、冷却された焙焼済み電池パック１１を、開閉扉５２ｄを開状態にして、次工程の解体・分別工程に搬送する。
【００４５】
［解体・分別工程］
次に、図１に示す焙焼された電池パックを解体し（Ｓ１１２）、単電池と単電池以外の部品とに分別する工程（Ｓ１１４，Ｓ１４０）について、図４及び図５を用いて説明する。
電池パックを解体せずそのまま焙焼することにより、各種部品に使用されている樹脂材料が熱分解により消滅する。これにより、焙焼後の電池パックを解体するためのボルト・ナットの取り外し工程を大幅に削減することができる。例えばニッケル水素電池からなる単電池は外装部分が樹脂により作製されており、この樹脂製外装は、外装に埋め込まれているナットをボルト締めすることによって電池パックと一体化される。したがって、焙焼により樹脂が消滅すると、ボルトを外さなくても電池パックを容易に取り出せる。また、焙焼による短絡によって放電済みの電池パックは解体されると、図４に示すように、例えば、単電池１２からなる組電池１４と、単電池以外のシャフト１５、ケースと下部プレートからなるケース由来スクラップ１６、アルミ系スクラップ１７、信号線や動力線由来の銅スクラップ１８及び樹脂部品などの熱分解したあとの灰分を含む熱分解残渣１９などとに分別される。
【００４６】
また、図５に示すように、焙焼済み電池パック１１の解体により得られた組電池１４を、電池パック単位に纏めて、ベルトコンベア５４を介して次工程の粉砕工程に搬送してもよい。これにより、後述する粉砕工程にて、一定量ずつ単電池１２からなる組電池１４を粉砕装置に投入できるので、後述するホッパーや定量フィーダを必要とせず、処理時間を短縮化できるとともに、電池パックのリサイクル装置構成をコンパクト化することができる。
【００４７】
［粉砕・洗浄篩い分け・選別回収工程］
次に、本実施の形態における分別された単電池を粉砕する工程（Ｓ１１６）と、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程（Ｓ１１８）と、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して（正極及び負極に用いられた金属を回収する工程Ｓ１２０，Ｓ１１２）と、篩い分けの後に篩上の金属を磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程（Ｓ１３０，Ｓ１３２）とについて、図５及び図６を用いて説明する。
【００４８】
図６には、上記粉砕、洗浄篩い分け、選別回収工程を行うための選別装置の一例が示されている。図６に示すように、選別装置は、複数個の単電池１２からなる組電池を投入するためのホッパー６２と、例えば剪断破砕機からなる粉砕装置６４と、粉砕装置６４に一定量フィードするための定量フィーダ６３と、振動篩装置７４と、粉砕装置６４に粉砕された粉砕物を振動篩装置７４に搬送するベルトコンベア６５と、振動篩装置７４に投入された粉砕物を洗浄液により洗浄するスプレー６９と、洗浄液と共に振動篩装置７４のスクリーン７６（「篩」ともいう）を通過した電池構成材料の正極及び負極金属材料を沈殿分離するための沈殿分離装置８０と、振動篩装置７４のスクリーン７４上に残留した粒径の大きい金属固形物を磁石による磁気分離により分別する磁選機８４とを有する。さらに、沈殿分離装置８０内には、掻き出し装置８１がその底部から側面にかけて設けられ、これにより沈殿分離装置８０内に沈殿した電池構成材料の正極及び負極金属材料８２が回収される。一方、沈殿分離装置８０内には、フィルタ８３が設けられ、フィルタ８３を通過した洗浄液は、ポンプ６８を介して、スプレー６９より洗浄用洗浄液として噴射される。ここで、洗浄液は水であってもよい。また、振動篩装置７４には、篩下物を取り出す取出口７７と、篩上物を取り出す取出口７８が設けられている。さらに、取出口７８から取り出された金属固形物はベルトコンベア６６により搬送され、この搬送過程で、上記磁選機により磁選される。
【００４９】
上記選別装置を用いた選別操作を以下に説明する。まず、ホッパー６２内に焙焼済み単電池１２からなる組電池を投入して、定量フィーダー６３により定量しながら、一定量ずつ粉砕装置６４に投入され、粉砕装置６４にて例えば３０ｍｍ以下程度に破砕する。次いで、粉砕された焙焼済みの単電池の粉砕物は、ベルトコンベア６５により搬送され、振動篩装置７４に投入される。振動篩装置７４内のスクリーン７６上の粉砕物に、スプレー６９により例えば水からなる洗浄液がスプレーされ、粉砕物が洗浄される。ここで、スクリーン７６の目は、例えば５ｍｍから１０ｍｍに設定しておくことにより、スクリーン７６を洗浄液とともに通過した微小粒子の正極及び負極金属材料は、取出口７７を介して沈殿分離装置８０に投入され、その後静置分離されて、比重の大きい正極及び負極金属材料を沈降させ、掻き出し装置８１を用いて、正極及び負極金属材料８２が回収される。一方、スプレー６９のスプレーの後、振動篩装置７４のスクリーン７６上に残留した金属固形物は、取出口７８を介してベルトコンベア６６に投下され、ベルトコンベア６６上にて、磁選機８４により、相対的に磁化力の強い鉄分リッチ金属成分８５と、相対的に磁化力の弱いニッケル分リッチ金属成分８６とに選別される。なお、沈殿分離装置８０からフィルタ８３を介して振動篩装置７４にスプレーされる洗浄液は、適宜、図示しない給水装置により給水され、またｐＨ調整されて、一定の条件を維持するようにして循環されている。
【００５０】
回収されたニッケル分リッチ金属成分８６は、本実施の形態の焙焼工程にて、非酸化性雰囲気又は還元雰囲気下で燃料パック内の金属類が焙焼されるため、電極材料の発泡ニッケルをほぼ金属ニッケルとして回収することができる。したがって、得られた金属ニッケルは、水酸化ニッケル製造原料などの電池原料に再利用することができる。また、回収された鉄分リッチ金属成分８５は、ステンレス原料として価値を有する。
【００５１】
一方、回収された正極及び負極金属材料８２は、希土類金属などのレアメタルが濃縮されており、不純物としての鉄分の含有量が少なく、酸溶解等の精製プロセスにて容易に純度の高いレアメタルを得ることができる。
【００５２】
図７には、上記粉砕、洗浄篩い分け、選別回収工程を行うための選別装置の他の例が示されている。なお、図６に示す選別装置と同一の構成要素には、同一の符号を付しその説明を省略する。図７に示す選別装置は、図６に示す振動篩装置７４と沈殿分離装置８０を用いることなく、直接粉砕装置６４からの粉砕物を選別水槽７９に投入する構成を有し、さらに、選別水槽７９は、選別水槽７９の底部から側面に設けられた沈降物取出コンベア８７と撹拌装置９２を有する。さらに、図７に示す選別装置は、沈降物取出コンベア８７により選別水槽７９より取り出したスラリーを粒径別に分別する回転篩８８と、選別水槽７９のスラリーをくみ出すポンプ８８と、ポンプ８８によりくみ出されたスラリーを脱水する脱水機９０とを有する。
【００５３】
図７に示す選別装置の用いた選別操作を以下に説明する。まず、ホッパー６２内に焙焼済み単電池１２からなる組電池を投入して、定量フィーダー６３により定量しながら、一定量ずつ粉砕装置６４に投入され、粉砕装置６４にて例えば３０ｍｍ以下程度に破砕する。次いで、粉砕された焙焼済みの単電池の粉砕物は、ベルトコンベア６５により搬送され、選別水槽７９に投入される。選別水槽７９内のスラリーは、常時又は簡潔的に攪拌機９４により撹拌される。そして、比較的比重の大きい粒子が選別水槽７９内に沈降してゆき、この沈降物を含むスラリーは沈降物取出コンベア８７により回転篩８８に投入される。回転篩８８では、粒径の大きい金属固形物が篩上に残留し、一方、粒径の小さい粒子を含むスラリーは回転篩８８の網目（例えば３〜１０ｍｍ）を通過し、この通過したスラリーは再度選別水槽７９に戻される。なお、回転篩８８上に、回転篩８８に水などの洗浄水をスプレーするためのスプレー装置を設けてもよい。これにより、金属固形物とスラリーとをより精度よく分別することができる。また、選別水槽７９内のスラリーは、ポンプ８８を介して脱水機９０に送られ、脱水機９０において、ケーキ８９と洗浄水（例えば水）とに分離される。ケーキ８９は、電池構成材料の正極及び負極金属材料であり、この正極及び負極金属材料は、希土類金属などのレアメタルが濃縮されたものであって、不純物としての鉄分の含有量が少なく、酸溶解等の精製プロセスにて容易に純度の高いレアメタルを得ることができる。
【００５４】
また、回転篩８８の篩上に残留した金属固形物は、ベルトコンベア６６に投下され、ベルトコンベア６６上にて、磁選機８４により、相対的に磁化力の強い鉄分リッチ金属成分８５と、相対的に磁化力の弱いニッケル分リッチ金属成分８６とに選別される。回収されたニッケル分リッチ金属成分８６は、本実施の形態の焙焼工程にて、非酸化性雰囲気又は還元雰囲気下で燃料パック内の金属類が焙焼されるため、電極材料の発泡ニッケルをほぼ金属ニッケルとして回収することができる。したがって、得られた金属ニッケルは、水酸化ニッケル製造原料などの電池原料に再利用することができる。また、回収された鉄分リッチ金属成分８５は、ステンレス原料として価値を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の電池パックのリサイクル方法及び電池パックのリサイクル装置は、電池パックの用途であれば、いかなる用途にも有効であるが、特に自動車部品としての電池パックのリサイクルに供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施の形態電池パックのリサイクル方法の一例を示すフロー図である。
【図２】本実施の形態の焙焼装置の一例の構成を説明する概略模式図である。
【図３】本実施の形態の焙焼装置の他の例の構成を説明する概略模式図である。
【図４】本実施の形態の焙焼後の電池パック解体後の構成の一例を説明する図である。
【図５】本実施の形態における焙焼後の組電池単位でも粉砕工程の搬送の一例を説明する図である。
【図６】本実施の形態の選別装置の構成の一例を説明する図である。
【図７】本実施の形態の選別装置の構成の他の例を説明する図である。
【図８】電池パックの構成の一例を説明する概略模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  電池パック、１２  単電池、１４  組電池、２０  １次燃焼室、２２  火格子、２４，３４  温度センサ、２６，３６  加熱バーナー、２８，３８  バーナー制御装置、３０  ２次燃焼室、４０  煙道、１００  焙焼装置。
【図１】
2010003512.tif 000003
【図２】
2010003512.tif 000004
【図３】
2010003512.tif 000005
【図４】
2010003512.tif 000006
【図５】
2010003512.tif 000007
【図６】
2010003512.tif 000008
【図７】
2010003512.tif 000009
【図８】
2010003512.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月11日(2009.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池パックをリサイクルする方法であって、
充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する工程を有することを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックのリサイクル方法において、
前記焙焼する工程における焙焼温度は、前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上で且つ前記電池パックの金属部品の融点以下であることを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電池パックのリサイクル方法において、
さらに、焙焼された電池パックを単電池と単電池以外の部品とに分別する工程を有することを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電池パックのリサイクル方法において、
さらに、分別された単電池を粉砕する工程を有することを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電池パックのリサイクル方法において、
さらに、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程を有することを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電池パックのリサイクル方法において、
さらに、篩い分けの後に篩上の金属を磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程を有することを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
【請求項７】
請求項６に記載の電池パックのリサイクル方法において、
さらに、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して正極及び負極に用いられた金属を回収する工程を有することを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
【請求項８】
請求項７に記載の電池パックのリサイクル方法において、
前記負極に用いられた金属が希土類金属であることを特徴とする電池パックのリサイクル方法。
【請求項９】
複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池パックをリサイクルする装置であって、
充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する焙焼装置と、
焙焼された電池パックを単電池と単電池以外の部品とに分別する分別手段と、
分別された単電池を粉砕する粉砕装置と、
粉砕された電池を篩い分ける篩装置と、
前記篩装置の篩上にある金属を磁石を用いて磁気分離する磁選機と、
前記篩装置の篩下にある正極及び負極に用いた金属を回収する回収装置と、
を有することを特徴とする電池パックのリサイクル装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電池パックのリサイクル装置において、
前記焙焼装置は、非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼することを特徴とする電池パックのリサイクル装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の電池パックのリサイクル装置において、
前記焙焼装置は、前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上で且つ前記電池パックの金属部品の融点以下に制御されていることを特徴とする電池パックのリサイクル装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置、特に、電池パックの自然放電を待たずに安全にリサイクル作業が可能な電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電池パック３００は、例えば図８に示すように、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池の電池セル（以下「単電池」ともいう）を複数（例えば６個から８個程度）直列に接続して１つの部品単位とした電池モジュール９４を複数（例えば１０個）直列に接続して構成された組電池を有し、個々の電池モジュール９４及び電池モジュール９４全体の充放電状態を監視し制御する制御装置９５と、電気回路を切断するためのリレー及び機械的に回路を切断するセーフティプラグ９６と、組電池を冷却する冷却ブロア９９と、各部位とを接続する信号線９８及び動力線９７とを有し、これら全体は１つのケース９１内に収納され、下部プレート９２とケース９１により密閉形成されている。さらに、電池パック３００は、下部プレート９２に設けられた孔を介して、例えば車両に接続ボルト９３によって固定される。そして、通常、自動車部品としては、上述した電池パック３００単位で取り扱われ、ケース９１外部には、荷電部分が露出しない構造となっている。
【０００３】
上述したような電池パック内の組電池が寿命に達した場合、組電池から有用な金属を回収するために、電池パックを解体して組電池を他の部品から分別している。この分別作業において、仮に電池パック内の組電池が充電状態（以下「活性状態」ともいう）である場合（通常、満充電の場合２００Ｖ）、電圧のかかった部品や配線類を取り扱う作業が発生する。
【０００４】
一方、特許文献１には、電池パックではないが、電極材中にコバルトを含む二次電池の電池廃品を６００℃以上の温度で焙焼し、焙焼後の焙焼電池を裁断して篩い分けを行い、金属スクラップと焙焼アッシュとに分別し、分別された焙焼アッシュから磁石を用いてコバルト含有物を磁気分離して（磁選ともいう）、選別されたコバルト含有物を酸に溶解することによって、金属コバルトを回収する方法が開示されている。
【０００５】
なお、特許文献２には、予め使用済みリチウム二次電池を破砕した後、第１次磁選により磁性体と非磁性体とに分別し、得られた非磁性体を非酸化性雰囲気中又は還元雰囲気中にて５００〜１０００℃に焙焼して非磁性体を還元し、さらに第２次磁選により磁性体と非磁性体とに分別して有価金属を回収する回収方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−４６２６６号公報
【特許文献２】特開平６−３２２４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載の回収方法は、上述したように使用済み二次電池をリサイクルする方法であり、電池パックに収容されている二次電池からなる組電池をリサイクルする場合には、依然として、電池パックを解体して二次電池を取り出さなければならない。一方、二次電池からなる組電池が充電状態の場合、高電圧がかかっている二次電池や制御装置や配線などを電池パックから取り外して解体する作業は、十分な絶縁保護具を着用しての作業となるため手間を要する。
【０００８】
また、作業の安全性を高めるために電池パック内の組電池を放電させた後組電池を取り出す場合、電池パックを長期間保管して自然放電させるか、または抵抗器等を用いて強制放電させる必要があるが、リサイクル作業が長時間化するか若しくは手間を要する。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電池パックの事前解体不要で且つ電池パックの部品と組電池からの有価金属とをより安全に従来より短い作業時間で回収可能な電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置は、以下の特徴を有する。
【００１１】
（１）複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池パックをリサイクルする方法であって、充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する工程を有する電池パックのリサイクル方法である。
【００１２】
充電状態の組電池を収容する電池パックをそのまま焙焼した場合、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料が熱分解し、電池パック内にて短絡が生じ、これにより電池パックの機能を破壊して、確実に放電処理を行うことができる。したがって、高電圧下での電池パックの解体作業を回避できるとともに、焙焼前の自然放電のための長期保管も不要となり、また強制放電の手間も省け、従来に比べより短時間で且つ安全で作業効率が向上したリサイクル作業を行うことができる。
【００１３】
（２）上記（１）に記載の電池パックのリサイクル方法において、前記焙焼する工程における焙焼温度は、前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上で且つ前記電池パックの金属部品の融点以下である電池パックのリサイクル方法である。
【００１４】
前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上とすることによって、樹脂が炭化する際に、焙焼空間の酸素を消費し、その結果、電池パック内の組電池の焙焼が非酸化性雰囲気下または還元雰囲気下になり、電池材料としての水酸化ニッケルを金属ニッケルに還元できる。また、本来の電池材料である有価金属単体を回収することができる。一方、焙焼温度を電池パックの金属部品の融点以下とすることにより、電池パック内の金属部品をほぼその形状で回収することができ、再利用が容易になる。
【００１５】
（３）上記（１）または（２）に記載の電池パックのリサイクル方法において、さらに、焙焼された電池パックを単電池と単電池以外の部品とに分別する工程を有する電池パックのリサイクル方法である。
【００１６】
電池パック内の単電池以外の金属部品と、単電池（以下「電池セル」ともいう）由来の有価金属とを分別回収することができる。
【００１７】
（４）上記（３）に記載の電池パックのリサイクル方法において、さらに、分別された単電池を粉砕する工程を有する電池パックのリサイクル方法である。
【００１８】
焙焼された単電池を粉砕することによって、単電池由来の有価金属をさらに形態別及び／又は物理的特性別に分別回収することができる。
【００１９】
（５）上記（４）に記載の電池パックのリサイクル方法において、さらに、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程を有する電池パックのリサイクル方法である。
【００２０】
この洗浄篩い分けにより、上述した形態別に単電池由来の有価金属を分別することができる。
【００２１】
（６）上記（５）に記載の電池パックのリサイクル方法において、さらに、篩い分けの後に篩上の金属を磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程を有する電池パックのリサイクル方法である。
【００２２】
篩上に残留した比較的粒子径の大きい金属を磁石を用いて磁気分離（磁選）することにより、さらに磁化力の強い金属と磁化力の弱い金属とに分別することができる。
【００２３】
（７）上記（６）に記載の電池パックのリサイクル方法において、さらに、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して正極及び負極に用いられた金属を回収する工程を有する電池パックのリサイクル方法である。
【００２４】
篩下に、比較的粒子径の小さい正極・負極材料に用いた金属を選択的に分別回収することができる。
【００２５】
（８）上記（７）に記載の電池パックのリサイクル方法において、前記負極に用いられた金属が希土類金属である電池パックのリサイクル方法である。
【００２６】
（９）複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池パックをリサイクルする装置であって、充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する焙焼装置と、焙焼された電池パックを単電池と単電池以外の部品とに分別する分別手段と、分別された単電池を粉砕する粉砕装置と、粉砕された電池を篩い分ける篩装置と、前記篩装置の篩上にある金属を磁石を用いて磁気分離する磁選機と、前記篩装置の篩下にある正極及び負極に用いられた金属を回収する回収装置と、を有する電池パックのリサイクル装置である。
【００２７】
充電状態の組電池を収容する電池パックをそのまま焙焼した場合、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料が熱分解し、電池パック内にて短絡が生じる。これにより、電池パックの機能を破壊して、確実に放電処理を行うことができる。このため、高電圧下での電池パックの解体作業を回避でき、また焙焼前の自然放電のための長期保管も不要となり、さらに強制放電の手間も省け、従来に比べより短時間で且つ安全で作業効率が向上したリサイクル作業を行うことができる。また、電池パック内の単電池以外の金属部品と、単電池由来の有価金属とを分別回収することができ、さらに、焙焼された単電池を粉砕することによって、単電池由来の有価金属をさらに形態別及び／又は物理的特性別に分別回収することができる。
【００２８】
（１０）上記（９）に記載の電池パックのリサイクル装置において、前記焙焼装置は、非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼する電池パックのリサイクル装置である。
【００２９】
非酸化性雰囲気下又は還元雰囲気下で前記電池パック内の組電池を焙焼することによって、組電池内のニッケルを酸化させることなく、金属ニッケルとして回収することができる。また、正極材料等に用いられる水酸化ニッケル、水酸化コバルトを金属に還元して回収することができる。
【００３０】
（１１）上記（９）に記載の電池パックのリサイクル装置において、前記焙焼装置は、前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上で且つ前記電池パックの金属部品の融点以下に制御されている電池パックのリサイクル装置である。
【００３１】
前記電池パック内に樹脂製部品がある場合、樹脂製部品を形成する樹脂の炭化温度以上とすることによって、樹脂が炭化する際に、焙焼空間の酸素を消費し、その結果、電池パック内の組電池の焙焼が非酸化性雰囲気下または還元雰囲気下になり、有価金属単体を回収することができる。一方、焙焼温度を電池パックの金属部品の融点以下とすることにより、電池パック内の金属部品をほぼその形状で回収することができ、再利用が容易になる。また、樹脂製ケースは加熱されることにより、熱分解ガスを経由して炭化するが、この熱分解ガスを焙焼用熱源として有効利用することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、充電状態の組電池を収容する電池パックをそのまま焙焼した場合、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料が熱分解し、電池パック内にて短絡が生じ、これにより電池パックの機能を破壊して、確実に放電処理を行うことができる。したがって、高電圧下での電池パックの解体作業を回避でき、また焙焼前の自然放電のための長期保管も不要となり、さらに強制放電の手間も省け、従来に比べより短時間で且つ安全で作業効率が向上したリサイクル作業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、電池パックのリサイクル方法および電池パックのリサイクル装置の一例を、以下に、図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態における電池パックは、上述した図８に示す電池パック３００と同じ構成を有するため、その説明を省略する。
【００３４】
本実施の形態における電池パックのリサイクル方法は、複数の単電池を直列接続してなる組電池と前記組電池を制御する制御部とを含む電池パックをリサイクルする方法であって、図１に示すように、充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する工程（Ｓ１１０）を有する。さらに、本実施の形態の電池パックのリサイクル方法は、焙焼された電池パックを解体し（Ｓ１１２）、単電池と単電池以外の部品とに分別する工程（Ｓ１１４，Ｓ１４０）と、分別された単電池を粉砕する工程（Ｓ１１６）と、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程（Ｓ１１８）と、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して（正極及び負極に用いられた金属を回収する工程Ｓ１２０，Ｓ１２２）と、篩い分けの後に篩上の金属を磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程（Ｓ１３０，Ｓ１３２）とを有する。
【００３５】
また、本実施の形態における電池パックのリサイクル装置は、充電状態の組電池を収容した電池パックをそのまま焙焼する焙焼装置と、焙焼された電池パックを単電池と単電池以外の部品とに分別する分別手段と、分別された単電池を粉砕する粉砕装置と、粉砕された電池を篩い分ける篩装置と、前記篩装置の篩上にある金属を磁石を用いて磁気分離する磁選機と、前記篩装置の篩下にある正極及び負極に用いられた金属を回収する回収装置とを有する。
【００３６】
次に、本実施の形態における電池パックのリサイクル方法の各工程と、各工程に用いられる電池パックのリサイクル装置の構成について、図１から図７を用いて説明する。
【００３７】
［焙焼工程］
まず、図１に示す充電状態の組電池を収容した前記電池パックをそのまま焙焼する工程（Ｓ１１０）は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池からなる単電池を直列接続してなる組電池を収容する電池パックを解体せず、そのまま、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料に用いた樹脂の熱分解可能温度以上で且つ電池パック内の金属部品の融点以下の第１焙焼温度、例えば５００℃から６００℃程度の焙焼温度で焙焼する。これにより、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料が熱分解し、電池パック内にて短絡が生じ、その結果、電池パックの機能を破壊して確実に放電処理を行うことができる。また、電池パック内の樹脂部品や絶縁材料に用いた樹脂や電解質を熱分解することができる。電池パックでは、上述した組電池、組電池などを収容するケースや冷却ブロアなどの部品に樹脂部品が多用され、これらの樹脂部品の樹脂が焙焼工程にて熱分解ガスに転換して、自己加熱する熱源として有効利用することができる。一方、第１焙焼温度を例えば５００℃から６００℃程度に制御することによって、電池パック内の金属部品、例えばアルミ部品の溶融を防ぎ、鉄ケース部品の酸化及び熱変形、焼き付けを最小限に留め、後工程の分別工程における金属素材の接続ボルトの取り外しなどの素材選別作業を容易にすることができる。
【００３８】
上記焙焼工程に用いる電池パックのリサイクル装置の焙焼装置の一例を、図２を用いて説明する。図２に示す焙焼装置１００は、１次燃焼室２０と２次燃焼室３０とを有し、１次燃焼室２０と２次燃焼室３０には、それぞれ加熱バーナー２６，３６と、各燃料室内の温度を測定する温度センサ２４，３４とバーナー制御装置２８，３８とが設けられ、温度センサ２４，３４からの出力に応じてバーナー制御装置２８，３８は、加熱バーナー２６，３６をそれぞれ制御する。ここで、温度センサ２４，３４は、例えば熱電対を用いることができる。
【００３９】
さらに詳細に説明すると、１次燃焼室２０の火格子２２上に、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池からなる単電池を直列接続してなる組電池を収容する電池パック１０を一つまたは複数個配置し、適宜空気を１次燃焼室２０内に送風しながら、電池パック１０の配置位置に対して下方から加熱バーナー２６を用いて加熱する。１次燃焼室２０内の温度を第１焙焼温度（例えば５００〜６００℃）に保つように、温度センサ２４からの出力をもとにバーナー制御装置２８によって加熱バーナー２６の燃焼量を制御する。これにより、加熱により電池パック１０内の樹脂材料が熱分解して生じた熱分解ガスが、１次燃焼室２０の下部にて空気と接触して可燃範囲でバランスしながら燃焼し、この熱は電池パック加熱用熱源として利用されるとともに、樹脂が燃焼する際に、１次燃焼室２０内の酸素を消費し、その結果、電池パック１０内の組電池の焙焼が非酸化性雰囲気下または還元雰囲気下で行われ、酸化を抑制して、有価金属単体を効率よく回収することができる。特に、電池パック１０の側面、上部を密閉し、下部のみ開放して加熱することにより、熱分解ガスは、１次燃焼室２０の下部に生成し易くなる。なお、第１焙焼温度における第１焙焼時間は、電池パック内の樹脂材料の消失に必要な時間で適宜選択される。例えば、ある電池パックを用いた実証試験においては、第１焙焼温度を５００℃、第１焙焼時間を１時間に設定することで有価金属単体を効率よく回収することが確認できた。
【００４０】
さらに、１次燃焼室２０において未燃焼分の熱分解ガスは、図２の白抜き矢印に示すように、１次燃焼室２０の下部から２次燃焼室３０に移行し、２次燃焼室３０にて、温度センサ３４、バーナー制御装置３８、加熱バーナー３６を用い、２次燃焼室３０内を２秒間以上２次焙焼温度、例えば８００℃に保ちながら、空気を用いて熱分解ガスを完全燃焼させる。なお、２次燃焼室３０の内容積は、１次燃焼室２０からの燃焼排ガスを２秒間以上保てる容積にすることが好ましい。これにより、廃掃法の維持管理基準も満たすことができる。
【００４１】
さらに、２次燃焼室３０における２次焙焼後の排ガスは煙道４０を介して、図示しない活性炭吸収塔及び集塵機を有する排ガス処理装置を介して浄化されて大気中に放出される。
【００４２】
次に、本実施の形態の他の焙焼装置について、図３を用いて説明する。上述した図２に示す焙焼装置１００はバッチ方式であったが、図３に示す焙焼装置２００は、連続式トンネル炉方式である。なお、図２と同じ構成要素については同一の符号を付しその説明を適宜省略する。
【００４３】
図３に示すように、本実施の形態の焙焼装置２００は、予熱室６０と、１次燃焼室２０と、２次燃焼室３０と、冷却室７０とを有し、電池パック１０は、上述した各予熱室６０、１次燃焼室２０、２次燃焼室３０及び冷却室７０をローラーコンベア５０により一つ又は複数個単位で搬送される。また、各予熱室６０、１次燃焼室２０、２次燃焼室３０及び冷却室７０は、それぞれ開閉扉５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄによって密閉又は開放され、これにより、電池パック１０を搬送し、また各処理を行うことができる。また、冷却室７０には水冷用の水スプレー７２が設けられている。そして、上記開閉扉５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄと水スプレー７２は、それぞれ制御部５８により制御されている。さらに、上述したように、１次燃焼室２０と２次燃焼室３０には、それぞれ加熱バーナー２６，３６と、各燃料室内の温度を測定する温度センサ２４，３４とバーナー制御装置２８，３８とが設けられ、温度センサ２４，３４からの出力に応じてバーナー制御装置２８，３８は、加熱バーナー２６，３６をそれぞれ制御する。
【００４４】
本実施の形態の焙焼装置２００では、まず開閉扉５２ａが開状態になり、ローラーコンベア５０によって予熱室６０に電池パック１０の一つまたは複数個が搬送され、開閉扉５２ａ，５２ｂを閉じた状態で、予熱室６０にて電池パック１０を所定の温度に予熱する。また、１次燃焼室２０では、予熱された電池パック１０の一つまたは複数個がローラーコンベア５０によって搬送され、適宜空気を１次燃焼室２０内に送風しながら、電池パック１０の配置位置に対して下方又は側面（図示せず）から加熱バーナー２６を用いて加熱する。１次燃焼室２０内の温度を第１焙焼温度（例えば５００〜６００℃）に保つように、温度センサ２４からの出力をもとにバーナー制御装置２８によって加熱バーナー２６の燃焼量を制御する。一方、１次燃焼室２０における未燃焼分の熱分解ガスは、煙道４０を介して２次燃焼室３０に送られ、２次燃焼室３０にて、温度センサ３４、バーナー制御装置３８、加熱バーナー３６を用い、２次燃焼室３０内を２秒間以上２次焙焼温度、例えば８００℃に保ちながら、熱分解ガスを空気を用いて完全燃焼させる。２次燃焼室３０における２次焙焼後の排ガスは煙道４２を介して、図示しない活性炭吸収塔及び集塵機を有する排ガス処理装置を介して浄化されて大気中に放出される。次いで、開閉扉５２ｃを開状態にして、１次燃焼室２０において焙焼された電池パックを冷却室７０に搬送し、冷却室７０にて水スプレー７２を用いて解体作業可能な温度まで焙焼済み電池パック１１を冷却する。さらに、冷却された焙焼済み電池パック１１を、開閉扉５２ｄを開状態にして、次工程の解体・分別工程に搬送する。
【００４５】
［解体・分別工程］
次に、図１に示す焙焼された電池パックを解体し（Ｓ１１２）、単電池と単電池以外の部品とに分別する工程（Ｓ１１４，Ｓ１４０）について、図４及び図５を用いて説明する。電池パックを解体せずそのまま焙焼することにより、各種部品に使用されている樹脂材料が熱分解により消滅する。これにより、焙焼後の電池パックを解体するためのボルト・ナットの取り外し工程を大幅に削減することができる。例えばニッケル水素電池からなる単電池は外装部分が樹脂により作製されており、この樹脂製外装は、外装に埋め込まれているナットをボルト締めすることによって電池パックと一体化される。したがって、焙焼により樹脂が消滅すると、ボルトを外さなくても単電池を容易に取り出せる。また、焙焼による短絡によって放電済みの電池パックは解体されると、図４に示すように、例えば、単電池１２からなる組電池１４と、単電池以外のシャフト１５、ケースと下部プレートからなるケース由来スクラップ１６、アルミ系スクラップ１７、信号線や動力線由来の銅スクラップ１８及び樹脂部品などの熱分解したあとの灰分を含む熱分解残渣１９などとに分別される。
【００４６】
また、図５に示すように、焙焼済み電池パック１１の解体により得られた組電池１４の単電池１２を、電池パック単位に纏めて、ベルトコンベア５４を介して次工程の粉砕工程に搬送してもよい。これにより、後述する粉砕工程にて、一定量ずつ単電池１２からなる組電池１４を粉砕装置に投入できるので、後述するホッパーや定量フィーダを必要とせず、処理時間を短縮化できるとともに、電池パックのリサイクル装置構成をコンパクト化することができる。
【００４７】
［粉砕・洗浄篩い分け・選別回収工程］
次に、本実施の形態における分別された単電池を粉砕する工程（Ｓ１１６）と、粉砕された電池を洗浄し篩い分ける工程（Ｓ１１８）と、篩い分け後に篩下のスラリーを脱水して（正極及び負極に用いられた金属を回収する工程Ｓ１２０，Ｓ１２２）と、篩い分けの後に篩上の金属を磁石を用いて磁気分離してニッケルを含有する金属を回収する工程（Ｓ１３０，Ｓ１３２）とについて、図６及び図７を用いて説明する。
【００４８】
図６には、上記粉砕、洗浄篩い分け、選別回収工程を行うための選別装置の一例が示されている。図６に示すように、選別装置は、複数個の単電池１２からなる組電池を投入するためのホッパー６２と、例えば剪断破砕機からなる粉砕装置６４と、粉砕装置６４に一定量フィードするための定量フィーダ６３と、振動篩装置７４と、粉砕装置６４において粉砕された粉砕物を振動篩装置７４に搬送するベルトコンベア６５と、振動篩装置７４に投入された粉砕物を洗浄液により洗浄するスプレー６９と、洗浄液と共に振動篩装置７４のスクリーン７６（「篩」ともいう）を通過した電池構成材料の正極及び負極金属材料を沈殿分離するための沈殿分離装置８０と、振動篩装置７４のスクリーン７６上に残留した粒径の大きい金属固形物を磁石による磁気分離により分別する磁選機８４とを有する。さらに、沈殿分離装置８０内には、掻き出し装置８１がその底部から側面にかけて設けられ、これにより沈殿分離装置８０内に沈殿した電池構成材料の正極及び負極金属材料８２が回収される。一方、沈殿分離装置８０内には、フィルタ８３が設けられ、フィルタ８３を通過した洗浄液は、ポンプ６８を介して、スプレー６９より洗浄用洗浄液として噴射される。ここで、洗浄液は水であってもよい。また、振動篩装置７４には、篩下物を取り出す取出口７７と、篩上物を取り出す取出口７８が設けられている。さらに、取出口７８から取り出された金属固形物はベルトコンベア６６により搬送され、この搬送過程で、上記磁選機により磁選される。
【００４９】
上記選別装置を用いた選別操作を以下に説明する。まず、ホッパー６２内に焙焼済み単電池１２からなる組電池を投入して、定量フィーダー６３により定量しながら、一定量ずつ粉砕装置６４に投入され、粉砕装置６４にて例えば３０ｍｍ以下程度に破砕する。次いで、粉砕された焙焼済みの単電池の粉砕物は、ベルトコンベア６５により搬送され、振動篩装置７４に投入される。振動篩装置７４内のスクリーン７６上の粉砕物に、スプレー６９により例えば水からなる洗浄液がスプレーされ、粉砕物が洗浄される。ここで、スクリーン７６の目は、例えば５ｍｍから１０ｍｍに設定しておくことにより、スクリーン７６を洗浄液とともに通過した微小粒子の正極及び負極金属材料は、取出口７７を介して沈殿分離装置８０に投入され、その後静置分離されて、比重の大きい正極及び負極金属材料を沈降させ、掻き出し装置８１を用いて、正極及び負極金属材料８２が回収される。一方、スプレー６９のスプレーの後、振動篩装置７４のスクリーン７６上に残留した金属固形物は、取出口７８を介してベルトコンベア６６に投下され、ベルトコンベア６６上にて、磁選機８４により、相対的に磁化力の強い鉄分リッチ金属成分８５と、相対的に磁化力の弱いニッケル分リッチ金属成分８６とに選別される。なお、沈殿分離装置８０からフィルタ８３を介して振動篩装置７４にスプレーされる洗浄液は、適宜、図示しない給水装置により給水され、またｐＨ調整されて、一定の条件を維持するようにして循環されている。
【００５０】
回収されたニッケル分リッチ金属成分８６は、本実施の形態の焙焼工程にて、非酸化性雰囲気又は還元雰囲気下で電池パック内の金属類が焙焼されるため、電極材料の発泡ニッケルをほぼ金属ニッケルとして回収することができる。したがって、得られた金属ニッケルは、水酸化ニッケル製造原料などの電池原料に再利用することができる。また、回収された鉄分リッチ金属成分８５は、ステンレス原料として価値を有する。
【００５１】
一方、回収された正極及び負極金属材料８２は、希土類金属などのレアメタルが濃縮されており、不純物としての鉄分の含有量が少なく、酸溶解等の精製プロセスにて容易に純度の高いレアメタルを得ることができる。
【００５２】
図７には、上記粉砕、洗浄篩い分け、選別回収工程を行うための選別装置の他の例が示されている。なお、図６に示す選別装置と同一の構成要素には、同一の符号を付しその説明を省略する。図７に示す選別装置は、図６に示す振動篩装置７４と沈殿分離装置８０を用いることなく、直接粉砕装置６４からの粉砕物を選別水槽７９に投入する構成を有し、さらに、選別水槽７９は、選別水槽７９の底部から側面に設けられた沈降物取出コンベア８７と撹拌装置９２を有する。さらに、図７に示す選別装置は、沈降物取出コンベア８７により選別水槽７９より取り出したスラリーを粒径別に分別する回転篩８８と、選別水槽７９のスラリーをくみ出すポンプ６８と、ポンプ６８によりくみ出されたスラリーを脱水する脱水機９０とを有する。
【００５３】
図７に示す選別装置を用いた選別操作を以下に説明する。まず、ホッパー６２内に焙焼済み単電池１２からなる組電池を投入して、定量フィーダー６３により定量しながら、一定量ずつ粉砕装置６４に投入され、粉砕装置６４にて例えば３０ｍｍ以下程度に破砕する。次いで、粉砕された焙焼済みの単電池の粉砕物は、ベルトコンベア６５により搬送され、選別水槽７９に投入される。選別水槽７９内のスラリーは、常時又は間歇的に攪拌装置９２により撹拌される。そして、比較的比重の大きい粒子が選別水槽７９内に沈降してゆき、この沈降物を含むスラリーは沈降物取出コンベア８７により回転篩８８に投入される。回転篩８８では、粒径の大きい金属固形物が篩上に残留し、一方、粒径の小さい粒子を含むスラリーは回転篩８８の網目（例えば３〜１０ｍｍ）を通過し、この通過したスラリーは再度選別水槽７９に戻される。なお、回転篩８８上に、回転篩８８に水などの洗浄水をスプレーするためのスプレー装置を設けてもよい。これにより、金属固形物とスラリーとをより精度よく分別することができる。また、選別水槽７９内のスラリーは、ポンプ６８を介して脱水機９０に送られ、脱水機９０において、ケーキ８９と洗浄水（例えば水）とに分離される。ケーキ８９は、電池構成材料の正極及び負極金属材料であり、この正極及び負極金属材料は、希土類金属などのレアメタルが濃縮されたものであって、不純物としての鉄分の含有量が少なく、酸溶解等の精製プロセスにて容易に純度の高いレアメタルを得ることができる。
【００５４】
また、回転篩８８の篩上に残留した金属固形物は、ベルトコンベア６６に投下され、ベルトコンベア６６上にて、磁選機８４により、相対的に磁化力の強い鉄分リッチ金属成分８５と、相対的に磁化力の弱いニッケル分リッチ金属成分８６とに選別される。回収されたニッケル分リッチ金属成分８６は、本実施の形態の焙焼工程にて、非酸化性雰囲気又は還元雰囲気下で電池パック内の金属類が焙焼されるため、電極材料の発泡ニッケルをほぼ金属ニッケルとして回収することができる。したがって、得られた金属ニッケルは、水酸化ニッケル製造原料などの電池原料に再利用することができる。また、回収された鉄分リッチ金属成分８５は、ステンレス原料として価値を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の電池パックのリサイクル方法及び電池パックのリサイクル装置は、電池パックの用途であれば、いかなる用途にも有効であるが、特に自動車部品としての電池パックのリサイクルに供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施の形態電池パックのリサイクル方法の一例を示すフロー図である。
【図２】本実施の形態の焙焼装置の一例の構成を説明する概略模式図である。
【図３】本実施の形態の焙焼装置の他の例の構成を説明する概略模式図である。
【図４】本実施の形態の焙焼後の電池パック解体後の構成の一例を説明する図である。
【図５】本実施の形態における焙焼後の組電池単位でも粉砕工程の搬送の一例を説明する図である。
【図６】本実施の形態の選別装置の構成の一例を説明する図である。
【図７】本実施の形態の選別装置の構成の他の例を説明する図である。
【図８】電池パックの構成の一例を説明する概略模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  電池パック、１２  単電池、１４  組電池、２０  １次燃焼室、２２  火格子、２４，３４  温度センサ、２６，３６  加熱バーナー、２８，３８  バーナー制御装置、３０  ２次燃焼室、４０  煙道、１００  焙焼装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2010003512.tif 000011