(57)【要約】【課題】廃リチウムイオン電池から安全かつ効率的に有価物を回収する。【解決手段】廃リチウムイオン電池を１００℃以上２５０℃以下で加熱する加熱領域３Ａと、加熱後の廃リチウムイオン電池を３００℃以上６５０℃以下で焙焼する焙焼領域３Ｂとを有するローラーハースキルン（熱処理炉）１を備える廃リチウムイオン電池の処理装置。廃リチウムイオン電池を１００℃以上２５０℃以下で加熱することで電解液を揮発させた後、３００℃以上６５０℃以下で焙焼することでバインダーを分解するため、電解液が急激に気化して廃リチウムイオン電池が破裂する危険性がなく安全で、かつ後段の有価物回収装置において廃リチウムイオン電池から有価物を回収し易い状態にすることができる。ローラーハースキルンに代えてトンネルキルンを用いることもできる。加熱領域、焙焼領域を還元雰囲気とすることもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃リチウムイオン電池を１００℃以上２５０℃以下で加熱する加熱領域と、該加熱後の廃リチウムイオン電池を３００℃以上６５０℃以下で焙焼する焙焼領域とを有する熱処理炉を備えることを特徴とする廃リチウムイオン電池の処理装置。
【請求項２】
前記熱処理炉は、ローラーハースキルン又はトンネルキルンであることを特徴とする請求項１に記載の廃リチウムイオン電池の処理装置。
【請求項３】
廃リチウムイオン電池を１００℃以上２５０℃以下で加熱し、
該加熱後の廃リチウムイオン電池を３００℃以上６５０℃以下で焙焼することを特徴とする廃リチウムイオン電池の処理方法。
【請求項４】
前記加熱及び前記焙焼を還元雰囲気下で行うことを特徴とする請求項３に記載の廃リチウムイオン電池の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃リチウムイオン電池を処理する装置及び方法に関し、特に、廃リチウムイオン電池から安全かつ効率的に有価物を回収する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両用の電源として用いられ、アルミ箔にリチウム、コバルト、ニッケル等を塗布した正極材、銅箔に黒鉛等を塗布した負極材、電解液、セパレーター等から構成されている。リチウムイオン電池には、アルミニウム、リチウム、コバルト、ニッケル、銅等の有価物が含まれているため、使用後廃棄されたリチウムイオン電池（以下、適宜「ＬＩＢ」と略称する。）からこれらを回収することは、資源の乏しいわが国にとって極めて重要である。
【０００３】
ＬＩＢから有価物を回収するために、焙焼、破砕又は粉砕、篩分け、選別等が行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ＬＩＢを回転炉に投入し、還元雰囲気下において３００〜６５０℃で焙焼処理を行うことで、ＬＩＢに含まれるアルミニウムを溶融させずに電解液を揮発させ、ＬＩＢから有価物を回収し易くする方法が開示される。
【０００５】
また、特許文献２には、ＬＩＢから有価物を回収する前処理として、ＬＩＢの放電処理を行った後、ＬＩＢの安全弁を開口し、減圧下で８０〜１５０℃で加熱して電解液を気化させる方法が開示される。
【０００６】
さらに、特許文献３には、ＬＩＢを１５０〜１８０℃に加熱して電解液を揮発させ、揮発した電解液を安全弁を介して外部に放出することでＬＩＢの電池機能を破壊し、電池機能を破壊したＬＩＢを破砕し、沈降分離により有価物を回収する方法が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−２２３９５号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２９３２６号公報
【特許文献３】特許第５７０３８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１に記載の方法では、ＬＩＢを高温の炉に投入するため、電解液が急激に気化し、ＬＩＢが膨張して破裂するおそれを否定できなかった。
【０００９】
また、上記特許文献２に記載の方法では、ＬＩＢの安全弁を開口するため、ＬＩＢの電解液に含まれる六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）が漏出し、この六フッ化リン酸リチウムが分解して有毒なフッ化水素が発生するおそれがあった。
【００１０】
さらに、上記特許文献３に記載の方法では、加熱温度が１６０℃程度と低いため、ＬＩＢが膨張して破裂するのを回避することはできるものの、活物質中の電極バインダーであるＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を分解することができず、回収される有価物の品位を下げるおそれがあった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、廃リチウムイオン電池から安全かつ効率的に有価物を回収することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の廃リチウムイオン電池の処理装置は、廃リチウムイオン電池を１００℃以上２５０℃以下で加熱する加熱領域と、該加熱後の廃リチウムイオン電池を３００℃以上６５０℃以下で焙焼する焙焼領域とを有する熱処理炉を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、熱処理炉の加熱領域において廃リチウムイオン電池を１００℃以上２５０℃以下で加熱することで電解液を揮発させた後、３００℃以上６５０℃以下で焙焼することでバインダーを分解するため、電解液が急激に気化して廃リチウムイオン電池が破裂する危険性がなく安全で、かつ後段の有価物回収装置において廃リチウムイオン電池から有価物を回収し易い状態にすることができる。
【００１４】
上記廃リチウムイオン電池の処理装置において、前記熱処理炉をローラーハースキルン又はトンネルキルンとすることができる。これらの炉を用いることで、加熱及び焙焼を連続して迅速に行うことができる。
【００１５】
また、本発明の廃リチウムイオン電池の処理方法は、廃リチウムイオン電池を１００℃以上２５０℃以下で加熱し、該加熱後の廃リチウムイオン電池を３００℃以上６５０℃以下で焙焼することを特徴とする。本発明によれば、電解液が急激に気化して廃リチウムイオン電池が破裂する危険性がなく、廃リチウムイオン電池から有価物を回収し易い状態にすることができる。
【００１６】
上記廃リチウムイオン電池の処理方法において、前記加熱及び前記焙焼を還元雰囲気下で行うことにより、耐熱容器等を使用することなく直接投入された廃リチウムイオン電池に対して加熱処理することで、廃リチウムイオン電池を乾留して炭化混合物を分離すると共に、電池内の電解液を揮発化させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、廃リチウムイオン電池から安全かつ効率的に有価物を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る廃リチウムイオン電池の処理装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明に係る廃リチウムイオン電池の処理装置の実施例によって処理されたリチウムイオン電池の写真である。
【図３】本発明に係る廃リチウムイオン電池の処理装置の比較例によって処理されたリチウムイオン電池の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明に係る廃リチウムイオン電池の処理装置及び処理方法の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る廃リチウムイオン電池の処理装置に設けられる熱処理炉としてのローラーハースキルン（以下「キルン」と略称する。）を示す。このキルン１は、炉前室２、熱処理室３、炉後室４を有し、受け入れたＬＩＢを収容した耐熱容器Ｃ（Ｃ１〜Ｃ６）を、これらの室２〜４の内部をこの順で通過するように、ローラーによって搬送する搬送装置５を備える。
【００２１】
耐熱容器Ｃは、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）等の少なくとも６５０℃の耐熱温度を有する蓋付きの円筒状に形成される。この耐熱容器Ｃには、複数のＬＩＢを収容することができる。収容されるＬＩＢは、具体的には、電池モジュールを箱型筐体内に複数収納する電池パックであって、各々の電池モジュールには複数個のリチウムイオン電池セルが配列されている。また、図示を省略するが、耐熱容器Ｃには、内部の燃焼ガスを排出するための排気管や、内部の圧力が高まった場合に圧力を逃がすための減圧手段が設けられる。
【００２２】
炉前室２は、開閉により耐熱容器Ｃ１の受入と、外部との遮断とを切り替えるための扉６と、排ガス処理設備（不図示）に接続される排気口７とを備える。
【００２３】
熱処理室３は、加熱領域３Ａと焙焼領域３Ｂとに分かれ、開閉により耐熱容器Ｃ２、Ｃ４の通過と、外部との遮断を切り替えるための扉８、１３と、耐熱容器Ｃ３、Ｃ４を加熱・焙焼するための抵抗発熱体としての上下ヒータ９、１０と、給気口１１と、排気口７と同様に排ガス処理設備に接続される排気口１２とを備える。加熱領域３Ａと焙焼領域３Ｂの境界は特に存在しないが、上下ヒータ９、１０等の運転条件を調整することで、加熱領域３Ａと焙焼領域３Ｂは各々１００〜２５０℃と、３００〜６５０℃の温度範囲に調整される。上下ヒータ９、１０に代えて、高温のガスを噴出するバーナ等を用いてもよい。
【００２４】
炉後室４は、排気口７と同様に排ガス処理設備に接続される排気口１４と、開閉により耐熱容器Ｃ５の通過と、外部との遮断を切り替えるための扉１５とを備える。上記扉６、８、１３、１５を後述のように開閉することで、熱処理室３内の排ガスが外部へ漏出することを防止することができる。
【００２５】
次に、上記構成を有する処理装置の動作について、図１を参照しながら説明する。
【００２６】
キルン１の熱処理室３において、上下ヒータ９、１０によって加熱領域３Ａを１００〜２５０℃、焙焼領域３Ｂを３００〜６５０℃に加熱する。給気口１１からは、大気、酸素、窒素等を必要に応じて供給する。ここで、排気口１２からの排気量、給気口１１からの給気量等を調整することで、熱処理室３内の排ガスが外部へ漏出しないように、内部を若干負圧に制御する。
【００２７】
受け入れたＬＩＢを耐熱容器Ｃ１に収容し、扉６を開けてキルン１の炉前室２の内部の搬送装置５上に配置し、扉６を閉じ、扉８を開いて耐熱容器Ｃ２を熱処理室３の内部に搬送する。
【００２８】
耐熱容器Ｃ３は、加熱領域３Ａにおいて１００〜２５０℃で加熱され、耐熱容器Ｃ３内のＬＩＢに含まれる電解液が揮発する。この温度範囲であれば、電解液の急激な揮発を防止することができ、ＬＩＢが膨張して破裂する危険性がない。さらに、電解液の急激な揮発を防止するため、１００〜２５０℃への昇温は５℃／分以下で行うことが好ましい。
【００２９】
次に、耐熱容器Ｃ４は、３００〜６５０℃の焙焼領域３Ｂに達し、耐熱容器Ｃ４内のＬＩＢが焙焼される。これによって、ＬＩＢに含まれるＰＶＤＦが分解すると共に、樹脂部分が脆化する。
【００３０】
また、耐熱容器Ｃ４の内部は還元雰囲気になっており、この耐熱容器Ｃ４に収容されたＬＩＢの樹脂製の筐体等のプラスチック類は、乾留により炭化混合物としてアルミニウム、リチウム、コバルト、ニッケル、銅等の有用金属が含まれる材料から分離された状態となっている。また、耐熱容器Ｃ４はアルミニウムの融点（６６０℃）よりも低い温度で加熱されるので、ＬＩＢ内のアルミニウム成分が溶け出すことはない。
【００３１】
また、ＬＩＢの電解液が揮発して生じたガスは、プラスチック等の可燃性物質が熱分解することによって発生したガスと共に、熱処理室３内に排出される。これらのガスは可燃性ガスであり、熱源として取り出して再利用することができる。また、熱処理室３の内部を負圧に制御しているため、上記可燃性ガス等が熱処理室３の外部に漏れることもない。
【００３２】
次いで、扉１３を開いて耐熱容器Ｃ４を炉後室４に収容し、扉１３を閉じた後扉１５を開いて耐熱容器Ｃ５を取り出す。取り出した耐熱容器Ｃ６は、搬送装置５を介して図示しない有価物回収装置へ導入され、アルミニウム、リチウム、コバルト、ニッケル、銅等の有価物が回収される。
【００３３】
排気口７、１２、１４からの排ガスは、排ガス処理設備において処理されて無害化された後、系外へ排出される。
【００３４】
上記実施の形態においては、ローラーハースキルン１を採用した場合について説明したが、例えば、搬送装置として台車を利用するトンネルキルンを用いてもよく、加熱及び焙焼を連続して迅速に行うことができる。また、これらの炉以外にも、上記温度領域の加熱、焙焼を連続して行うことのできる炉を用いることもできる。
【００３５】
また、キルン１の内部が酸化雰囲気等であっても、耐熱容器Ｃ４の内部は還元雰囲気となるので、耐熱容器Ｃ４に収容されたＬＩＢの樹脂製の筐体等のプラスチック類が乾留されて炭化混合物として有用金属を含む材料から分離された状態となって好ましいが、キルン１の内部を還元雰囲気とすれば、耐熱容器Ｃを使用せずに、ＬＩＢを直接キルン１に投入して加熱処理することで、ＬＩＢを乾留して炭化混合物を分離すると共に、電池内の電解液を揮発化させることができる。
【実施例】
【００３６】
充電された角型モジュールのリチウムイオン電池（重さ約１０kg、２５ｃｍ×１３ｃｍ高さ１０．５ｃｍ）を８０Ｌの鉄製容器（排気管付き）に蓋を閉めて投入し、箱型電気炉により６０分で２００℃まで昇温し、その状態で１時間保持し、次いで６０分で４５０℃まで昇温し、その状態で３時間保持した。その結果、図２に示すように、リチウムイオン電池に爆発を生じずに処理することができた。
【比較例】
【００３７】
実施例の焙焼温度のみ変更し、６０分で４５０℃まで昇温し、その状態で５時間保持した。その結果、図３に示すように、リチウムイオン電池が爆発していた。爆発により回収物の形状が複雑化したため、有用金属の分離精度が低下した。
【符号の説明】
【００３８】
１  ローラーハースキルン
２  炉前室
３  熱処理室
３Ａ  加熱領域
３Ｂ  焙焼領域
４  炉後室
５  搬送装置
６  扉
７  排気口
８  扉
９  上面ヒータ
１０  下面ヒータ
１１  給気口
１２  排気口
１３  扉
１４  排気口
１５  扉
Ｃ（Ｃ１〜Ｃ６）  耐熱容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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