(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池を破砕する破砕部と、
前記破砕部と該破砕部により破砕されている前記電池とに冷却水を掛ける水掛器と、
前記破砕部により破砕された電池が投入され、前記破砕部と該破砕部により破砕されている前記電池とに掛けられた前記冷却水が流入する水槽と、
前記水槽内の前記冷却水を前記水掛器に供給する循環機と、
前記電池に含まれる有機溶媒が流出した冷却水から、該有機溶媒を分離し回収する有機溶媒回収器と、を備え、
前記有機溶媒回収器で有機溶媒が分離、回収された冷却水を前記循環機で前記水掛器に供給する
ことを特徴とする電池破砕装置。
【請求項２】
前記破砕部は、回転軸が並行に配置された一対の破砕ローラである
ことを特徴とする請求項１記載の電池破砕装置。
【請求項３】
前記冷却水を冷却する冷却器を備える
ことを特徴とする請求項１または２記載の電池破砕装置。
【請求項４】
破砕部により電池を破砕し、
前記破砕部と該破砕部により破砕されている前記電池とに水掛器により冷却水を掛け、
水槽に、前記破砕部により破砕された電池を投入し、前記破砕部と該破砕部により破砕されている前記電池とに掛けられた前記冷却水を流入させ、
前記水槽内の前記電池に含まれる有機溶媒が流出した冷却水から該有機溶媒を分離し回収し、該有機溶媒が分離、回収された冷却水を前記水掛器に供給する
ことを特徴とする電池破砕方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池破砕装置および破砕方法に関する。さらに詳しくは、電池から有価金属を回収するにあたり、電池を破砕する電池破砕装置および破砕方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度、高いセル電圧等の優れた特性を有することから、携帯電話、ポータブルビデオカメラ、ノートパソコン等の電子機器を中心に広範に利用されている。
また、リチウムイオン電池等の二次電池は、数百回程度の充放電を繰り返すと電極や電解液の劣化等が生じ、充電できる電気量が減少してくる。このような電池は寿命と判断され、廃電池として廃棄される。ここで、リチウムイオン電池には、コバルトやニッケル等の希少金属をはじめとする有価物が使用されているため、電池を解体して有価金属を回収し再資源化する処理が行なわれる。
【０００３】
一般に、電池の再資源化は、電池を破砕した後に種々の方法を用いて有価金属を選別することにより行われる。
ところが、未放電の電池が含まれていると、電池の破砕を行う際に、電池が潰れて短絡することにより発熱し、電池内の電解質に含まれる有機溶媒が揮発してガスが噴射されたり、場合によっては発火点を超えて炎が燃え上がったりする場合がある。特に、電圧の高いリチウムイオン電池では、この発熱や爆発が顕著であり危険である。
【０００４】
このような問題に対して、安全に電池を破砕する種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１、２には、電池を冷却あるいは凍結した状態で破砕する方法が提案されている。また、特許文献３には、充放電状態に関わらず電池をそのまま高温の炉内に投入して焙焼することにより、発熱や発火の影響を抑制する方法が提案されている。
【０００５】
しかるに、電池を冷却して破砕する方法では極低温を維持するために高価な液体窒素等を使用する必要があり、焙焼処理を行う方法では多大なエネルギーが必要であり、いずれもランニングコストが高くなるという問題がある。
【０００６】
これに対して、特許文献４には、導電性を有する液体に浸漬させて電池を放電させ、放電後に電池を破砕する方法が提案されている。
この方法によれば、ランニングコストを低く抑えることができる。しかし、特に電池パックを放電するには長時間を必要とするため、場合によっては、十分に放電されていない電池を破砕処理してしまい、その結果、火災が発生するという危険性がある。
【０００７】
そこで、特許文献５には、電池を破砕する破砕装置を水溶液中へ浸没させ、水溶液中で電池を破砕する方法が提案されている。
水溶液中で電池を破砕することで、電池の過度の温度上昇を抑制することができ、発火を防ぐことができる。
しかし、破砕装置を完全に水溶液に水没させるため、破砕装置が腐食しやすいという問題がある。特に破砕装置内のギヤボックス等の機構部分を水没させると腐食しやすい。また、破砕装置のメンテナンスが困難であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２４１７４８号公報
【特許文献２】特開平１１−１６７９３６号公報
【特許文献３】特開平１０−３３０８５５号公報
【特許文献４】特開平１１−９７０７６号公報
【特許文献５】特許第３０８６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑み、引火や発火を防止することができ、かつ、腐食しにくくメンテナンスが容易な電池破砕装置および破砕方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明の電池破砕装置は、電池を破砕する破砕部と、前記破砕部と該破砕部により破砕されている前記電池とに冷却水を掛ける水掛器と、前記破砕部により破砕された電池が投入され、前記破砕部と該破砕部により破砕されている前記電池とに掛けられた前記冷却水が流入する水槽と、前記水槽内の前記冷却水を前記水掛器に供給する循環機と、前記電池に含まれる有機溶媒が流出した冷却水から、該有機溶媒を分離し回収する有機溶媒回収器と、を備え、前記有機溶媒回収器で有機溶媒が分離、回収された冷却水を前記循環機で前記水掛器に供給することを特徴とする。
第２発明の電池破砕装置は、第１発明において、前記破砕部は、回転軸が並行に配置された一対の破砕ローラであることを特徴とする。
第３発明の電池破砕装置は、第１または第２発明において、前記冷却水を冷却する冷却器を備えることを特徴とする。
第４発明の電池破砕方法は、破砕部により電池を破砕し、前記破砕部と該破砕部により破砕されている前記電池とに水掛器により冷却水を掛け、水槽に、前記破砕部により破砕された電池を投入し、前記破砕部と該破砕部により破砕されている前記電池とに掛けられた前記冷却水を流入させ、前記水槽内の前記電池に含まれる有機溶媒が流出した冷却水から該有機溶媒を分離し回収し、該有機溶媒が分離、回収された冷却水を前記水掛器に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明は、つぎの効果を有する。
ａ）破砕部と電池とに冷却水を掛けるので、電池が潰れて短絡することにより発熱しても、冷却水で電池を冷やすことで発火を防ぐことができる。また、電池に含まれる有機溶媒が破砕部に付着しても、その有機溶媒を洗い流すことができるから、破砕により発生する火花が有機溶媒に引火したり、電池の発熱によって有機溶媒が発火したりすることを防止できる。さらに、電池破砕装置は大気中に設置できるので、装置が腐食しにくく、装置のメンテナンスが容易である。
ｂ）水槽と水掛器との間で冷却水を循環させるので、電池に含まれる有機溶媒が流出した冷却水を再利用することができる。そのため、処理が困難な、有機溶媒を含む廃液を低減することができる。
ｃ）冷却水から有機溶媒を分離し回収するので、冷却水を水掛器に循環させても、破砕により発生する火花が冷却水に含まれる有機溶媒に引火したり、電池の発熱によって冷却水に含まれる有機溶媒が発火したりすることがない。
ｄ）破砕された電池が投入される水槽を備えるので、破砕部により電池を破砕することにより電池が発火しても、直ちに消火することができる。
第２発明によれば、一対の破砕ローラで電池を破砕することができる。
第３発明によれば、冷却水の温度を下げることで、破砕部と電池とを十分に冷やすことができるから、引火点の低い有機溶媒が破砕部に付着しても、破砕により発生する火花が有機溶媒に引火することを防止できる。
第４発明は、つぎの効果を有する。
ａ）破砕部と電池とに冷却水を掛けるので、電池が潰れて短絡することにより発熱しても、冷却水で電池を冷やすことで発火を防ぐことができる。また、電池に含まれる有機溶媒が破砕部に付着しても、その有機溶媒を洗い流すことができるから、破砕により発生する火花が有機溶媒に引火したり、電池の発熱によって有機溶媒が発火したりすることを防止できる。さらに、電池破砕装置は大気中に設置できるので、装置が腐食しにくく、装置のメンテナンスが容易である。
ｂ）冷却水を循環させるので、電池に含まれる有機溶媒が流出した冷却水を再利用することができる。そのため、処理が困難な、有機溶媒を含む廃液を低減することができる。
ｃ）冷却水から有機溶媒を分離し回収するので、冷却水を循環させても、破砕により発生する火花が冷却水に含まれる有機溶媒に引火したり、電池の発熱によって冷却水に含まれる有機溶媒が発火したりすることがない。
ｄ）破砕された電池を水槽に投入するので、破砕部により電池を破砕することにより電池が発火しても、直ちに消火することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池破砕装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る電池破砕装置Ａの概略図であって、図中、１０は電池Ｂを搬送するコンベア、２０は電池Ｂを破砕する破砕機、３０は破砕された電池Ｂが投入される水槽、４０は冷却水を噴霧する噴霧器、５０は水槽３０と噴霧器４０との間で冷却水を循環させる循環系である。
ここで、電池とは、単電池のほか電池パックも含み、リチウムイオン電池等種々の電池を含む概念である。
【００１４】
破砕機２０は、回転軸が並行に配置された一対の破砕ローラ２１，２１を有するいわゆる二軸破砕機である。破砕ローラ２１，２１の上方にはホッパ２２が取り付けられており、コンベア１０で搬送されてきた電池Ｂが破砕ローラ２１に導かれるようになっている。
なお、破砕ローラ２１は特許請求の範囲に記載の「破砕部」に相当する。
【００１５】
水槽３０は、破砕ローラ２１，２１の下方に設置され、冷却水が満たされている。また、水槽３０には、冷却水は通すが破砕された電池Ｂは通さない穴が多数穿設された籠３１が収められている。そのため、破砕ローラ２１，２１で破砕された電池Ｂは直ぐに水槽３０の冷却水の中に投入され、籠３１の底に溜まるようになっている。
なお、冷却水としては、純水を用いることができる。
【００１６】
破砕機２０の上方には噴霧器４０が設置されている。噴霧器４０には循環系５０によって、水槽３０内の冷却水が供給されている。噴霧器４０から噴霧される冷却水は、破砕ローラ２１，２１と、破砕ローラ２１，２１により破砕されている電池Ｂとに掛けられるようになっている。
噴霧器４０から噴霧される冷却水には、後述する破砕ローラ２１に付着する有機溶媒を洗い流すことができる程度の水勢が必要である。また、破砕機２０は、冷却水がその機構部分等に流入しない構成とすることが好ましい。
【００１７】
なお、噴霧器４０は特許請求の範囲に記載の水掛器に相当する。また、水掛器としては、噴霧器に限らず、破砕部と電池とに冷却水を掛けるものであれば、種々のものを選択することができる。
【００１８】
循環系５０は、水槽３０と噴霧器４０とを接続するパイプ５１と、そのパイプ５１に取り付けられたポンプ５２、有機溶媒回収器５３、冷却器５４とから構成されている。
水槽３０内の冷却水は、ポンプ５２に動作によりパイプ５１を通じて噴霧器４０側に流される。その冷却水は、有機溶媒回収器５３を通り、冷却器５４によって冷却された後に噴霧器４０に供給されるようになっている。
なお、パイプ５１とポンプ５２とが、特許請求の範囲に記載の循環機に相当する。
【００１９】
以上のように、破砕機２０は大気中に設置されているので、破砕機２０を冷却水に浸ける場合に比べて、装置が腐食しにくく、また、装置のメンテナンスが容易である。
【００２０】
つぎに、電池破砕装置Ａを用いた電池Ｂの破砕方法について説明する。
廃電池として破棄された電池Ｂはコンベア１０により搬送されて破砕機２０のホッパ２２に投入され、投入された電池Ｂは破砕ローラ２１，２１の動作により破砕される。この間、噴霧器４０は破砕ローラ２１と電池Ｂに対して冷却水を噴霧している。
このとき、十分に放電されていない電池Ｂを破砕すると、電池Ｂが潰れて短絡することにより発熱する。しかしながら、噴霧器４０によって、破砕ローラ２１と電池Ｂとに冷却水を掛けるので、冷却水で電池Ｂを冷やすことで発火を防ぐことができる。
【００２１】
また、電池Ｂを破砕すると、電池Ｂに含まれる有機溶媒が破砕ローラ２１に付着するが、冷却水で破砕ローラ２１に付着した有機溶媒を洗い流すことができるから、破砕により発生する火花が有機溶媒に引火したり、電池Ｂの発熱によって有機溶媒が発火したりすることを防止できる。
【００２２】
破砕ローラ２１で破砕された電池Ｂは、直ぐに水槽３０に投入される。また、破砕ローラ２１に掛けられた冷却水も水槽３０に流入する。
このとき、電池Ｂの電圧が高いと、冷却水で冷却しているにも関わらず発火する場合も考えられるが、破砕された電池Ｂは水槽３０に投入されるため、直ちに消火することができる。そのため、火災が発生することはない。
【００２３】
ところで、破砕ローラ２１に掛けられ、水槽３０に流入した冷却水には、電池Ｂの有機溶媒が含まれる。このような有機溶媒が含まれる冷却水は処理が困難である。
本実施形態では、水槽３０に流入した冷却水は、循環系５０を通って噴霧器４０に供給される。このように、水槽３０と噴霧器４０との間で冷却水を循環させるので、電池Ｂに含まれる有機溶媒が流出した冷却水を再利用することができる。そのため、処理が困難な、有機溶媒を含む廃液を低減することができる。
【００２４】
水槽３０内の冷却水は、ポンプ５２の動作により有機溶媒回収器５３に導かれる。
有機溶媒回収器５３は、有機溶媒が流出した冷却水から、有機溶媒を分離し回収するものであり、種々のものを採用できる。例えば、エバポレーター等で有機溶媒を含んだ冷却水に対して蒸留操作を行うことにより、沸点・蒸気圧差を利用して冷却水と有機溶媒を分離することができる。この場合、分離した有機溶媒ガスを冷媒循環装置で冷却濃縮することにより、その大部分を液体として回収できる。また、液化できなかった一部の有機溶媒ガスについては活性炭フィルターで捕捉することができる。
【００２５】
このように、噴霧器４０に供給される冷却水には、有機溶媒が含まれないので、破砕により発生する火花が冷却水に含まれる有機溶媒に引火したり、電池の発熱によって冷却水に含まれる有機溶媒が発火したりすることがない。
【００２６】
有機溶媒回収器５３を通った冷却水は、冷却器５４により冷却される。
冷却器５４により冷却水の温度を下げることで、破砕ローラ２１と電池Ｂとを十分に冷やすことができる。そのため、引火点の低い有機溶媒、例えばリチウムイオン電池の電解質に含まれるジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどの有機溶媒が破砕ローラ２１に付着しても、破砕により発生する火花が有機溶媒に引火することを防止できる。
【００２７】
以上の方法で複数の電池Ｂを破砕していくと、破砕された電池Ｂが籠３１の底に溜まっていく。破砕された電池Ｂが所定量溜まった際には、籠３１を水槽３０から引き上げることで、冷却水を切り、破砕後の電池Ｂを取り出すことができる。
【００２８】
（試験）
つぎに、電池破砕装置Ａを用いた試験について説明する。
（比較例１）
試験には、残留電圧が3V以上のリチウムイオン電池を10本用いた。
まず、噴霧器で冷却水を噴霧しない状態で、破砕機で電池を破砕した。その結果、4本の電池において、破砕時に火花が発生することが確認された。
したがって、冷却水を噴霧しない状態では、引火や発火の危険性が高いことが分かった。
【００２９】
（比較例２）
つぎに、残留電圧が1V以下になるまで放電させたリチウムイオン電池を10本用いて、噴霧器で冷却水を噴霧しない状態で、破砕機で電池を破砕した。
その結果、破砕時に火花が発生した電池は確認されなかった。
したがって、十分に放電を行うことで、電池を安全に破砕できることが分かった。
【００３０】
（実施例１）
つぎに、残留電圧が3V以上のリチウムイオン電池を10本用いて、噴霧器で冷却水を噴霧しながらで、破砕機で電池を破砕した。
その結果、破砕時に火花が発生した電池は確認されなかった。
したがって、冷却水を噴霧すれば、引火や発火の危険性を著しく低減できることが確認された。また、破砕ローラのみへの噴霧であるから、破砕機が腐食しにくく、また、破砕機のメンテナンスが容易であると推測される。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る電池破砕装置および破砕方法は、リチウムイオン電池等の電池を安全に破砕するために利用される。
【符号の説明】
【００３２】
１０  コンベア
２０  破砕機
２１  破砕ローラ
２２  ホッパ
３０  水槽
３１  籠
４０  噴霧器
５０  循環系
５１  パイプ
５２  ポンプ
５３  有機溶媒回収器
５４  冷却器
【図１】
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