(57)【要約】  室温で湿式冶金プロセスにより全タイプのリチウムアノードバッテリーおよびセルを処理するための方法。該方法は、安全条件下で、金属リチウムアノードまたはアノード包接化合物に取り込まれたリチウムを含むアノードを含有したセルおよびバッテリーを処理するために用いられ、それにより金属ケース、電極接点、カソード金属酸化物およびリチウム塩が分離および回収される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
回収可能フラクションを回収する、少なくともリチウム基材アノード、電解質に溶解された塩、およびコバルト、ニッケル、マンガンおよび鉄から選択される少なくとも１種の金属またはそれら金属の組合せを含んでなるカソードを含んでなるセルおよびバッテリーの湿式冶金処理のための方法であって、
少なくともカーボネートまたはリチオホスフェート形のリチウム、上記電解質塩のアニオンおよび上記カソードの少なくとも１種の金属を含んでなる濃縮物を回収する目的のために、不活性雰囲気中室温で乾式粉砕、少なくとも磁気分離および比重台による処理、次いで水性加水分解を含んでなることで特徴付けられる方法。
【請求項２】
粉砕が、アルゴンおよび二酸化炭素またはアルゴン１０〜９０％および二酸化炭素９０〜１０％の各割合のアルゴンおよび二酸化炭素の混合物から選択されるガスにより形成される雰囲気中で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
アルゴンおよび二酸化炭素混合物中におけるアルゴンの割合が１０〜３５％である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
粉砕が２つの連続ミルにより行われ、第一の連続ミルが１１ｒｐｍの最大速度で作動し、第二の連続ミルが９０ｒｐｍ未満の速度で作動する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
第一ミルが回転剪断ミルであり、第二ミルがインパクトミルである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
粉砕操作から得られるホモジェネートが、該ホモジェネートから１回の運転で磁気フラクション、高密度非磁気フラクション、低密度の磁気フラクションおよび少なくとも金属酸化物に富む細フラクションを分離するために、３ｍｍの篩に続く５００マイクロメートルの篩、高誘導磁気分離および比重台と篩分けを組み合わせた装置により処理される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
小さめの篩で形成された細フラクションが、リチオホスフェートの形で可溶性リチウムを回収するために、水での浸出により処理される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
リチオホスフェートの沈殿が、ソーダおよびリン酸でｐＨの二重変更により得られる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
可溶性リチウムが除去された、少なくとも金属または金属の組合せから構成されるカソードを少なくとも含んでなる細フラクションが、鉄と可溶性リチウムが除去された細フラクションとの比率０．１５で、スチールショットの存在下８０℃の温度で２Ｎ硫酸媒体に溶解される、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
カソードの酸攻撃から得られる溶液が、金属不純物の選択的沈殿による精製後に、ステンレス鋼およびアンチモン‐鉛合金製の２電極を用いて４００〜６００Ａ／ｍ２の電流密度下５５℃の温度で電気分解に付される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
コバルト基材カソード攻撃の場合でコバルトに富む溶液が、三価コバルト水酸化物を得るために、ｐＨが２．３〜２．８の値に調節された後で、次亜塩素酸塩を用いて処理される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
電解質塩のアニオンがヘキサフルオロホスフェートＰＦ６であり、該アニオンがＬｉＣｌにより水溶液中で安定化されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
ヘキサフルオロホスフェートＰＦ６アニオンが、単純アンモニウム塩、四級アンモニウム、アンモニア性ニッケル錯体またはジヒドロ‐１，４‐ジフェニル‐３，５‐フェニルイミノ‐１，２，４‐トリアゾールによる沈殿で回収される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
カソードがＬｉＦｅＰＯ４基材であり、リチウムおよびリン酸から鉄を分離するために、それが８０℃で２Ｎ硫酸、次いで６０℃で３０容量％過酸化水素により処理される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
本発明は、回収可能フラクションを回収する、少なくともリチウム基材アノード、電解質に溶解された塩、およびコバルト、ニッケル、マンガンおよび鉄から選択される少なくとも１種の金属またはそれら金属の組合せを含んでなるカソードを含んでなるセルおよびバッテリーの湿式冶金処理のための方法に関する。
【技術水準】
【０００２】
ポータブル電子機器の増加は年成長率６％でセル市場の拡大を招き（１９９８年で３００億ドル）、良いエネルギー密度を有する電源による自立要求が、一層大きな成長率（１２％）を示すポータブルバッテリー市場を生み出した。特に、リチウム系はこの数年間で著しい発展をとげた（３年間で＋４５％）。
【０００３】
現時点では、イオンリチウムバッテリーおよびポリマー電解質バッテリーと呼ばれるバッテリーが電気化学発電器分野におけるこの５０年間の主技術革新である。しかしながら、性能に関する多くの利点にもかかわらず、リチウム系は環境影響の認められる大きな製品群を構成し続けている。影響は主に下記成分と関連している：
−カソード物質のような重金属
−フッ素、ヒ素またはスルホン化化合物基材と塩を形成する、
−有機溶媒および
−非常に反応性のアルカリ金属
【０００４】
これら元素のほとんどは分解性でなく、ヒトおよび動物の健康に関して直接的にまたは土壌、水、植物および食物連鎖を汚染することで間接的に高度の毒性を多くの場合に発揮する。廃棄物中に散在していても、それらは大きなマトリックスを汚染したり、または家庭廃棄物の焼却に際して既に問題となっている状況を悪化することになる。更に、廃棄物中の分散金属は自然源の保存と対立する。更に、リチウム系で用いられている金属の一部は抽出が難しくて費用がかかる。
【０００５】
技術水準では、リチウム系を処理するための提案を行う多数の試みを示している。特許ＵＳ６５１１６３９は熱処理によりカソードを回収するための方法を記載しているが、リチウムイオンバッテリーに関するのみである。ＷＯ‐Ａ‐０２２３６５１では、処理は極低温ステップに続いて焼却ステップからなるが、酸化バナジウム基材ポリマーリチウムバッテリーに関するのみである。
【０００６】
フランス特許出願ＦＲ‐Ａ‐２８１２９７３で記載された方法はリチウムイオンバッテリーおよびニッケル金属水素化物バッテリーの湿式粉砕を提案し、一方ＪＰ‐Ａ‐１１１８５８３３で記載された方法は熱処理に基づく解決策を提案しているが、リチウムイオンバッテリーに関するのみである。特許出願ＷＯ‐Ａ‐９９３４４７３による方法はアセトニトリルを用いた抽出を提案しているが、リチウムイオンバッテリーに関するのみである。
【０００７】
特許ＵＳ５８８２８１１による方法は、水噴射による切断、次いで融解ＬｉＣｌ媒体中の電気分解および電解質の蒸留を提案している。回転炉での直接熱処理を提案した特許出願ＪＰ‐Ａ‐１０３３０８５５による方法のように、それはリチウムイオンバッテリーに関するのみである。
【０００８】
特許出願ＪＰ０２８７８６４による方法は溶媒による抽出を提案しているが、リチウムイオンバッテリーに関するのみである。特許出願ＪＰ１００４６２６６、ＪＰ１０１５８７５１およびＪＰ‐Ａ‐１００７４５３９による方法は、３５０〜１０００℃の熱処理を提案しているが、リチウムイオンバッテリーに関するのみである。
【０００９】
他方、世界中で工業的に実施されている方法は全部で２つにすぎない：
１‐特許ＵＳ５８８８４６３で提案され、W.J.McLaughlin,Lithium battery recycling Proceedings of the 5th International Seminar on Battery Waste Management(Florida 1993)で示された、ＴＯＸＣＯと呼ばれる方法。それは、米国では、混合物（ＬｉＳＯ２、ＬｉＳＯＣｌ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＦｅＳ２、ＬｉイオンおよびＬｉＣＦｘ）としてリチウム製のバッテリーおよびセルをリサイクルするために適用されている。バッテリーおよびセルは粉砕する前に液体窒素中−１９６℃で凍結される。放出された酸化合物（Ｈ２、ＳＯ２、ＳＯＣ１２━）を中和して、有機溶媒を加水分解するために、ホモジェネートがアルカリ溶液で回収される。形成されたリチウム塩（Ｌｉ２ＳＯ４、ＬｉＣｌ）は、篩分け操作により、残留金属およびプラスチックフラグメントから分離される。炭酸ナトリウムを溶液に加えると、技術的品質塩の精製および再結晶化前に、リチウムを炭酸塩形で沈殿させられる。カソード金属の回収について指示は行われていない。
２‐5th International Seminar on used battery and cell Management(Florida USA,October 1998)で示されたソニー‐住友法。それは日本ではＬｉイオンバッテリーのみで適用されている。該方法は炉で約１０００℃の温度でのか焼に基づいている。か焼後、残留物が粉砕および篩分けされる。篩分けされた粉末は酸化コバルトおよび他の酸化物を含有している。リチウムリサイクル指示は行われていない。
【００１０】
一般的に、技術水準から以下のことが観察される：
‐熱方法はガス放出、特に温室効果ガスの大きな問題を生じ、最近の国際的合意に署名した米国の公約と対立している。
‐湿式チャンネル粉砕プロセスは、バッテリーが粉砕されたときに放出される水素に関して、大きな安全上の問題を生じる。リチウムバッテリーおよび水系の混合物を出すあらゆる方法でこの問題が生じる。
‐アセトニトリルの使用は、特に操作者および自然環境への放出に関して、大きな安全上の問題を生じる。
【００１１】
最後に、２つの大きなハンディがすべての提案された方法の中で確認されている：
１‐提案された１１の方法の中で、１つの方法のみが全タイプのリチウムバッテリーを処理するようにデザインされている。
２‐１１のうち２つの方法が現在のところ工業的に用いられている。
【００１２】
最後に、非熱方法では、バッテリーの開封取扱いに関して正確で安全な解決策が提案されていない。
【発明の目的】
【００１３】
本発明の目的は、先行技術の欠点を解消できる、更に詳しくは汚染移転なしに最大回収率で付加価値化合物への資源の変換を保証しながらリチウム系のリサイクルを行う枠組みをもたらす処理法を提供することである。
【００１４】
本発明によると、この目的は添付された請求項により達成される。更に詳しくは、この目的は、少なくともカーボネートまたはリチオホスフェート形のリチウム、上記電解質塩のアニオンおよび上記カソードの少なくとも１種の金属を含んでなる濃縮物を回収するために、該方法が不活性雰囲気中室温での乾式粉砕、少なくとも磁気分離および比重台による処理、次いで水性加水分解からなる、という事実により達成されている。
【具体的態様の説明】
【００１５】
上記の困難な欠点を解決するために、本発明はすべてのリチウム系を別々にまたは混ぜて処理するための方法に関する。選鉱目的でバッテリーのリサイクルを行うためには、リサイクル可能なフラクションにアクセスする上でバッテリーを粉砕することにより系を開くことが重要である。しかしながら、リサイクルされる多くのバッテリーは強い電荷をなお有しており、それらを粉砕すると、火花および大きな燃焼を生じ、または特にＳＯ２またはＳＯＣｌ２系とは爆発すらも生じる。これら２つの欠点を避けるために、２つの補足的な解決策が本発明では実施されている。
【００１６】
制御された雰囲気および圧力で囲いの中に粉砕システムを入れて、適切な粉砕システムを用いることにより、非常に経済的に不活性ガスで粉砕が安全に行われる。
【００１７】
本発明の第一態様では、好ましくは１１回転／分（ｒｐｍ）未満の低回転速度で回転剪断機で細断することにより、粉砕操作が予め行われる。このステップは、バッテリーの内部応力を放出させるように考えられている。第二ステップでは、好ましくは９０ｒｐｍより低い平均速度で回転するローターシステムで細断投入物が粉砕される。
【００１８】
本発明の第二態様では、アルゴン、二酸化炭素または該ガス２種の適切な混合物であるガスにより不活性化された密封囲いの中に２つの粉砕システムが入れられる。ガスの密度の試験では、アルゴンおよび二酸化炭素が粉砕投入物に良い保護を与えることを示している。
【表１】
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【００１９】
これら２種のガスは酸素および窒素を排除して、ミルブレードおよび粉砕バッテリーを覆うガスをもたらす。加えて、二酸化炭素の存在は表面で炭酸リチウムの形成による金属リチウムの不動態化を開始させ、この金属の反応を遅らせる。
【００２０】
これらガス２種の混合物の場合、割合はアルゴン１０〜９０％および二酸化炭素９０〜１０％であるが、混合物中アルゴンの割合は有利には１０〜３５％である。
【００２１】
ガス注入は残留酸素分および内部圧力により制御される。これら２つのパラメーターは有利には以下で定められる：
１‐１００〜１００００ｐｐｍの、好ましくは５０００ｐｐｍに近い酸素分、
２‐３０〜１３０ミリバールの、好ましくは８０ミリバールに近い差圧
【００２２】
２パラメーターのうち一方が消費の設定値を著しく低下させうる設定値を超えたときのみ、好ましくは不活性ガスの注入が行われる。
【００２３】
次いで、出口の最後に高誘導磁気セパレーターと比重台を装備したメッシュサイズ３ｍｍ以下の振動篩に粉砕投入物が送られる。この操作から１回の運転で４フラクションを得られる：
１‐金属酸化物および炭素に富む網下細フラクション、
２‐セルおよびバッテリーのケースのステンレス鋼から構成されている磁気フラクション、
３‐非鉄金属から構成されている高密度非磁気フラクション、および
４‐紙およびプラスチックの混合物から構成されている低密度の非磁気フラクション
【００２４】
金属酸化物および炭素から構成されている、１で得られた網下細投入物が、次の処理に付されねばならない。コバルトに富み銅に乏しい（＜０．３％）網下フラクションを得られる５００マイクロメートルで篩分けすることにより、この処理が始まる。この投入物は金属酸化物のリサイクル法により処理される物質、特にコバルト、ニッケルおよびマンガンまたはこれら３種金属の混合物を含んでなる基材を有するものである。
【００２５】
本発明の具体的態様では、篩を通過した網下細投入物が激しく攪拌された水に懸濁される。浴中におけるこの乱流は金属およびリチウム酸化物を放出させる。水酸化リチウムを溶液に混ぜると、１２より大きなｐＨまで溶液をアルカリ性にする。
【００２６】
粉砕投入物の加水分解は水素の形成に至る。しかしながら、浸出リアクターで投入物の添加速度の管理と浴で非常に強い乱流の形成から、水素の燃焼および爆発のリスクを防げる。この操作は酸素に乏しい雰囲気を浴で形成することにつながる。この空気はミルケースの吸引から来ており、水素の安全範囲内に納まる０．５容量％未満の濃度で永久に、酸素に乏しい雰囲気を維持できる。加水分解反応の最後に濾過後、リチウム塩のアルカリ溶液および金属酸化物および炭素の懸濁物が得られる。
【００２７】
次いで、溶液が溶解リチウムを分離するために処理され、一方で不溶性投入物がカソード金属を回収するために処理される。溶解リチウムの回収は１２に近いｐＨを有する溶液から行われる。適切な反応剤による酸性化で、リチウム塩を沈殿させられる。
【００２８】
本発明の具体的適用では、リチウムが炭酸塩の形で沈殿され、ミルからのガス排出分が沈殿反応剤として二酸化炭素投入分に用いられる。本発明のこの具体的態様は、塩化チオニル系を含有するセルおよびバッテリーの混合物のリサイクルに際して有利に適用しうる。この利点は室温および環境圧力下において水中でガス３種の異なる溶解度から得られる。
【表２】
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【００２９】
１３に近い初期値から９の値までｐＨを調整することにより沈殿が行われる。沈殿生成物は二酸化炭素飽和水で洗浄され、次いで１０５℃で乾燥される。Ｌｉ２ＣＯ３の溶解度ののために、残留リチウム濃度は約１．８ｇ／Ｌと高いままであり、後処理を要する。
【００３０】
他の適用方式では、１２．１のｐＨを有して１１ｇ／Ｌのリチウムを含有する浸出溶液が、８５％のリン酸で８．５未満のｐＨに中和される。次いで、溶液は１２より大きなｐＨに再アルカリ化される。次いで、形成された沈殿物が濾過により分離される。残留リチウム濃度は８９ｍｇ／Ｌであり、これは９９．１５％より大きな抽出比が達成されたことを意味している。この残留リチウム濃度は限界濃度であり、４００ｍｇ／ＬであるＬｉ３ＰＯ４の溶解度にそれが相当するためである（Hand Book of Chemistry and Physics,D.L.Lide editor,75th edition,1993,monograph of Chemistry and Physics）。
【００３１】
沈殿固体物が乾燥され、次いでＸ線回折および化学分析により分析される。Ｌｉ３ＰＯ４分は９３％であり、Ｘ線回折による分析は、生成物が１／２水分子で水和され、したがって７％の水分を有したリチオホスフェートであることを示している。図１で掲載されたＸ線回折スペクトルにより示されているように、得られた生成物の純粋性をこれは強く立証している。
【００３２】
洗浄された投入物はその組成に応じて様々に処理される。塩化チオニルセルはカソード物質の関与にほとんど影響を有しないため、マンガン／コバルト比に応じて別々の投入物に区別される。
【００３３】
混合リチウムセルおよびバッテリーの処理に際して３つのケースに出会う。
【表３】
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【００３４】
ケースＮ°１では、そのマンガン組成のおかげで、酸化物および炭素から構成されている細投入物は、技術水準で記載されたすべての方法、特に特許出願ＦＲ‐Ａ‐２７０４０９８およびＥＰ‐Ａ‐０６２０６０７と特許出願ＦＲ‐Ａ‐２８２７７１０およびＷＯ‐Ａ‐０３０２１７０８で各々記載された２方法で有用である。
【００３５】
ケースＮ°２では、投入物が０．１５の鉄／カソード質量比でスチールショットの存在下８０℃で２Ｎ硫酸媒体に溶解される。得られたパルプが６０℃に冷却され、次いで濾過される。固体部分は炭素を含有し、３未満のｐＨである溶液は硫酸亜鉛およびマンガンと他の金属不純物、特に銅を含有している。銅はスチールショットにより結合される。結合後、微細金属銅およびｐＨ２〜２．８５の溶液が得られる。このｐＨは２０％のソーダにより３．８５の値に上げられる。ｐＨのこの変更から水酸化物の形で鉄を沈殿させる。次いでこの精製溶液はｐＨ５．８で中和され、その後伝統的な単一区画電気分解形態で金属コバルトを得るために電気分解に付される。特に、特許出願ＦＲ‐Ａ‐２８２７７１０およびＷＯ‐Ａ‐０３０２１７０８で記載されているような硫酸亜鉛およびマンガン溶液に関する本発明者の以前の処理法が、有利に用いられる。
【００３６】
本発明の場合には、ステンレス鋼カソードおよびアンチモン‐鉛合金アノードを用いることにより、４００〜６００Ａ／ｍ２の電流密度で５５℃の温度にて電気分解が行われる。マンガンはオキシヒドロキシド形およびジオキシド形で沈殿する。濾過および浸出後、それは技術水準上知られているリサイクルチャンネル、特にケースＮ°１で既に述べられたものに送られる。溶液はコバルトおよびマンガンに乏しくなり、プロセス投入で再使用される酸に富んでいる。
【００３７】
ケースＮ°３では、投入物が溶液中で混合され、次いでケースＮ°２と同様に精製される。次いで、水酸化コバルト(III)を沈殿させるために、精製から得られた溶液が次亜塩素酸ナトリウムで２．３〜２．８のｐＨに酸化される。
【００３８】
ケース２および３の処理の最後に、溶液はコバルタイトの還元から生じたまたは主元素のＭｎＯ２に挿入されたリチウム塩の一部を含有している。この溶液は溶液中になお残留している全金属を回収するために８．５のｐＨでソーダにより中和され、次いで浸出水処理に送られ、そこでそれはリチオホスフェート形のリチウムを回収するために同処理をうける。
【００３９】
連続プロセスによる工業的実施法が、図３および４で示されているように、本発明の操作性および工業化可能性を証拠立てる１０ｋｇ／ｈ規模のパイロット試験に基づき考えられた。
【００４０】
以下の記載では本発明をリチウムイオンバッテリーに適用するための方法を取り扱っているが、これは網羅性を有するものではない。２つのミルが直列に配列された密封室で機械的処理１が行われる。室が２０％アルゴンおよび８０％二酸化炭素からなるガスで掃気された後、１０ｋｇの混合セルおよびバッテリーが二重エアロックから連続的に投入される。１からのガス排出分が２で水浸出およびソーダ中和により処理される。ホモジェネートは二重エアロックからエンドレススクリューにより抽出される。次いで、それは高誘導磁気分離および比重台で物理的処理３をうける。この処理の終了時に、細かい高密度の投入物は、図２に掲載されたＸ線回折スペクトルで示されているように、リチウムコバルタイト、炭素および炭酸リチウムから構成されている。可溶性リチウムを回収するために、それは４で水浸出により処理される。固体／液体分離後、５で沈殿によるリチウムの回収のために溶液が送られ、一方コバルトが加えられねばならないプロセスでコバルタイト６の固体フラクションが冶金リサイクル可能である。特徴は以下である：
【表４】
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【００４１】
本発明から生じる全方法の実現可能性を明らかにするために、処理５から得られた固体フラクション６が酸浸出７に送られる。リチウムコバルタイトの溶解後、炭素を分離するために溶液が濾過され、次いで８でコバルト以外の金属から精製される。次いで、硫酸コバルトおよびリチウム溶液９が２フラクションに分けられる。第一フラクションは電気分解１０に付される。この電気分解の終了時に、コバルトカソードと、硫酸コバルトに乏しく硫酸に富む溶液１１も得られ、後者は浸出入口へ送られる。第二フラクションは、三価コバルト水酸化物を得るために、１２で次亜塩素酸ナトリウムにより酸化される。溶液は、リン酸リチウムの沈殿用に５へ送られる硫酸リチウムをもはや含有していない。
【００４２】
この実施では、リチウムコバルタイトのリサイクルが３つの異なる処理チャンネル（コバルタイトそのもの、コバルトカソードおよび三価コバルト水酸化物）でうまく証明されている。３つのチャンネルはそれらの工業的実現可能性について実証されているが、選択は設備の能力およびリサイクルチャンネルの近接性に依存する。
【００４３】
ＰＦ６アニオンの回収への拡大：
ＬｉＰＦ６塩は次のように水中で分解することが一般的に認められている：
ＬｉＰＦ６＋Ｈ２Ｏ→ＬｉＦ＋ＨＦ＋ＰＯＦ３
これによりＰＦ６アニオンが消失して、ガスが水溶液から放出される。我々の実験に際して、混合バッテリーおよびセルをＬｉ‐ＳＯＣｌ２およびＬｉ‐ＭｎＯ２またはＬｉ‐イオン塩基で処理したときに、放出は生じないことを、我々は確認した。これは、我々の条件下で水溶液中ＬｉＰＦ６の安定性を立証している。次いで、我々は分析によりＰＦ６アニオンの存在を立証しようとした。４で回収された加水分解溶液（図３）が、フッ素１９に関して１８８．３ＭＨｚおよびリン３１に関して８１ＭＨｚの走査を用いて、核磁気共鳴（ＮＭＲ）により分析された。リンはヘプテットの形で、フッ素はダブレットの形で共鳴することが知られている。１９Ｆおよび３１Ｐの定数の値および化学的置換（図５および６）から、何らの不明確さもなく、ＰＦ６イオンを水溶液中で同定することができる。そのことから我々は、塩化物セルにより得られる諸成分のうち１つがＰＦ６アニオンの安定化役割を果たすことを導き出した。これらの成分はＳＯ３、ＨＣｌ、ＬｉＣｌおよびＡｌＣｌ３である。これらの成分の存在下でＬｉＰＦ６の安定性を研究する我々の補足試験では、ＬｉＣｌが水溶液中でＬｉＰＦ６の安定剤の役割を果たすことを示した。
【００４４】
ＰＦ６アニオンが我々の水溶液中では安定であるため、我々はそれを回収しうる可能な方法を求めた。技術水準は水性流出液中でＰＦ６イオンを沈殿させる公知の方法を何も示していなかった。様々なＰＦ６塩の溶解度を研究して、我々はヘキサフルオロホスフェートイオンを定量的に沈殿させうるカチオンを捜し出した。この沈殿は我々の安定化溶液から水性媒体中で行われた。我々はリチウムカチオンより大きなカチオンに我々の研究対象を向けた。溶液は塩化物アニオンにより安定化されるため、我々はアンモニウムのようなアルカリカチオンの塩化物を試した。得られた溶解度は次の通りである：
【表５】
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【００４５】
イオン半径に対する溶解度を掲載した下記表で示されているように、溶解度は特にカチオンのサイズに依存することが明らかになった：
【表６】
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【００４６】
最低の溶解度は、工業的用途に向かない、ＣｓおよびＲｂのような非常にわずらわしいカチオンで得られる。アンモニウムイオンで得られる溶解度（０．４３Ｍ／Ｌ、即ち３．３ｇ／Ｌ）も定量的回収には不十分なままである。したがって、我々はそれより大きなカチオンに我々のリサーチを向けねばならなかった。しかしながら、アンモニウムイオンで得られる溶解度はどちらかというと低いため、我々はＲ４Ｎ＋タイプ（Ｒ＝メチル、エチルおよびブチル）の四級アンモニウム塩を用いた。これらの生成物は特に工業的に、特に洗剤産業でカチオン系界面活性剤として広く用いられている。得られる溶解度はアンモニウムイオンで得られるものよりすべて低いが、８×１０−３Ｍ／Ｌ（即ち１．２ｇ／Ｌ）よりは高い。次いで我々は他の大きなカチオン、特に形態がヘキサフルオロホスフェートのものに近い過塩素酸イオンで比較的低い溶解性を呈するとみなされているものを調べてみた。先のものより良い結果が以下の２カチオンで得られた：
‐ニッケルのヘキサミン錯体：〔Ｎｉ（ＮＨ３）６〕２＋
‐およびジヒドロ‐１，４‐ジフェニル‐３，５‐フェニルイミノ‐１，２，４‐トリアゾール（メルクインデックスＮ°１２，６７１１）：
【化１】
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室温で得られる溶解度は、ニッケルのヘキサミン錯体でｓ＜２００ｍｇ／Ｌおよびジヒドロ‐１，４‐ジフェニル‐３，５‐フェニルイミノ‐１，２，４‐トリアゾールでｓ＜２０ｍｇ／Ｌである。
【００４７】
新規リン酸鉄リチウム基材カソード物質の回収への拡大：
現在市販されているリチウムイオンバッテリーのカソードはリチウムコバルタイト基材である。しかしながら、一方でコバルトの価格および毒性と、他方でコバルタイトの使用から生じる安全性問題から、新たなカソード物質を開発する大きなリサーチ努力が払われるに至った。技術水準によると、最も有望な物質はリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）のようである。我々はA.Yamda et al.,Journal of Electrochemical Society,volume 148 No3 pA224(2001)に従いリン酸鉄リチウムを合成した。次いで、我々は図３で記載されたような物理化学的処理から得られるカソード物質６としてこの化合物を処理することに進んだ。
【００４８】
物質が０．１５の鉄／カソード質量比でスチールショットの存在下８０℃で２Ｎ硫酸媒体に溶液で置かれる。得られた溶液が６０℃に冷却され、次いでｐＨ３．８５で３０容量％過酸化水素により酸化される。次いで鉄がゴエタイト(ghoetite)タイプのオキシヒドロキシドの形で分離される。次いでリチウム溶液が図３／５の５で記載された方法に従い処理される。この実施方法により、カソード物質の鉄、リチウムおよびリン酸が回収される。この実施方法によると、リチウムバッテリーの組成に変更が生じ、カソード組成に変化がある場合にも、該方法は適用しうる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
他の利点および特徴は、非制限例として示されたにすぎない、添付図面で表された、本発明の具体的態様の以下の記載から、より明白に明らかになるであろう：
【図１】本発明による処理法の具体的態様により得られた、１／２水分子で水和されたリチオホスフェートのＸ線回折スペクトルを表わしている。
【図２】本発明による処理法の具体的態様により得られた、細フラクションのＸ線回折スペクトルを表わしている。
【図３】リチウム基材アノードを含んでなるセルおよび／またはバッテリーの本発明による処理法の異なるステップを概略で表わしている。
【図４】リチウム基材アノードを含んでなるセルおよび／またはバッテリーの本発明による処理法の異なるステップを概略で表わしている。
【図５】本発明による処理法の具体的態様により得られた、ＰＦ６イオンを含有する相のフッ素１９に関して１８８ＭＨｚ走査およびリン３１に関して８１ＭＨｚ走査を用いたＮＭＲスペクトルを表わしている。
【図６】本発明による処理法の具体的態様により得られた、ＰＦ６イオンを含有する相のフッ素１９に関して１８８ＭＨｚ走査およびリン３１に関して８１ＭＨｚ走査を用いたＮＭＲスペクトルを表わしている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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