(57)【要約】【課題】リチウムイオン２次電池などの廃電池の解体処理に際して、煩雑な個別処理や多大なエネルギーを必要とせずに、廃電池を無害化して発熱発火を防ぐことができる、安価で、安全且つ簡便な廃電池の処理方法を提供する。【解決手段】放電容器２に充填した黒鉛や活性炭などの導電性粉粒体３内に電極部１ａ、１ｂを露出させた廃電池１を埋め込み、そのまま又は可動蓋４により導電性粉粒体３に圧力を加えながら放電させる。導電性粉粒体３の電気抵抗は１０ｋＰａ以上の圧力を加えた状態で１ｋΩ・ｃｍ以下であることが好ましく、導電性粉粒体に加える圧力は１０〜１０００ｋＰａが好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃電池を解体処理する前に、放電容器に充填した導電性粉粒体内に電極部を露出させた廃電池を埋め込み、そのまま又は該導電性粉粒体に圧力を加えながら放電させることを特徴とする廃電池の処理方法。
【請求項２】
前記導電性粉粒体の電気抵抗が、圧力を加えない状態で１０ｋΩ・ｃｍ以上であり、圧力を加えた状態で１０ｋΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の廃電池の処理方法。
【請求項３】
前記導電性粉粒体の電気抵抗が、１０ｋＰａ以上の圧力を加えた状態で１ｋΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の廃電池の処理方法。
【請求項４】
前記導電性粉粒体が、黒鉛、活性炭、石炭、コークスから選ばれた少なくとも１種を主成分とする粉粒体であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の廃電池の処理方法。
【請求項５】
前記導電性粉粒体に加える圧力を調節することにより、放電に要する時間を制御することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の廃電池の処理方法。
【請求項６】
前記導電性粉粒体に加える圧力を調節することにより、該導電性粉粒体及び廃電池の温度を安全な範囲に制御することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の廃電池の処理方法。
【請求項７】
前記導電性粉粒体に加える圧力を１０〜１０００ｋＰａとすることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の廃電池の処理方法。
【請求項８】
前記放電容器の開口部に可動蓋を設け、該可動蓋を移動させることにより、前記導電性粉粒体に加える圧力を調整することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の廃電池の処理方法。
【請求項９】
前記廃電池がリチウムイオン２次電池であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の廃電池の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済みのリチウムイオン２次電池などの廃電池をリサイクルするための処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ポータブル機器の電源などとして、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池などの２次電池が一般に普及している。これらの２次電池には寿命があり、使用済みの２次電池から各種有価金属を回収することが望まれている。
【０００３】
使用済みの２次電池などの廃電池から各種有価金属を回収する場合、一般的には廃電池を破砕解体し、選別して有価金属などを回収する。しかし、この破砕時に充電エネルギーによって破砕物が発熱し、電池内の可燃物が発火する可能性があった。このため、解体処理する際に発熱発火しないように、充電状態の廃電池をどのように無害化するかが大きな問題となっていた。
【０００４】
特にリチウムイオン２次電池は電池内の蓄積エネルギーが高く、充電状態で解体を行うと、電解液である有機溶媒が充電エネルギーによって発熱発火し、危険な状態となる。このため、解体処理前に充電エネルギーを放電したり、解体処理時に低温に保持したりして、発火を防ぐことが行われていた。
【０００５】
具体的な処理方法として、特開平１０−２４１７４８号公報には、電池から電解液又はその溶媒を抜き取る方法が提案されている。また、特開平１０−２４１７４８号公報、特開平１１−１６７９３６号公報、再表００／０１９５５７号公報には、冷却状態で又は電解液の凍結低温下で電池を解体処理する方法が提案されている。更に、特開平１０−３３０８５５号公報には、有価金属の回収率は下がるが、無害化の必要がない電池焙焼の方法が提案されている。
【０００６】
しかしながら、電解液などを抜き取る方法では、電池を一つずつ細かい作業で処理しなければならず、非常に手間がかかるという問題があった。また、冷却や冷凍して解体する方法では、極低温を維持するために高価な液体窒素などを用いたり、低温冷凍設備を備えたりする必要があり、余分なエネルギーや設備コストがかかっていた。更に、電池を焙焼する方法においては、有価金属の回収率が下がるうえ、焙焼温度の維持のために多大なエネルギーを必要とし、大量の排ガスの処理も必要となるなどの問題があった。
【０００７】
【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】
再表００／０１９５５７号公報
【特許文献４】
特開平１０−３３０８５５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、リチウムイオン２次電池に代表される使用済み廃電池の解体処理に際して、煩雑な個別処理を必要とせず、また多大なエネルギー及び設備コストを必要とせずに、廃電池を無害化して発熱発火を防ぐことができる、安価で、安全且つ簡便な廃電池の処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供する廃電池の処理方法は、廃電池を解体処理する前に、放電容器に充填した導電性粉粒体内に電極部を露出させた廃電池を埋め込み、そのまま又は該導電性粉粒体に圧力を加えながら放電させることを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明の廃電池の処理方法においては、前記導電性粉粒体の電気抵抗が、圧力を加えない状態で１０ｋΩ・ｃｍ以上であり、圧力を加えた状態で１０ｋΩ・ｃｍ以下であることが好ましい。特に、前記導電性粉粒体の電気抵抗が、１０ｋＰａ以上の圧力を加えた状態で１ｋΩ・ｃｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
上記本発明の廃電池の処理方法においては、前記導電性粉粒体は、黒鉛、活性炭、石炭、コークスから選ばれた少なくとも１種を主成分とする粉粒体であることが好ましい。また、前記導電性粉粒体に加える圧力を調節することにより、放電に要する時間を制御すること、あるいは該導電性粉粒体及び廃電池の温度を安全な範囲に制御することができる。
【００１２】
更に、上記本発明の廃電池の処理方法においては、前記導電性粉粒体に加える圧力を１０〜１０００ｋＰａとすることが好ましい。また、前記放電容器の開口部に可動蓋を設け、該可動蓋を移動させることにより、前記導電性粉粒体に加える圧力を調整することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
リチウムイオン電池などの廃電池を解体処理する前に放電処理を行えば、廃電池を無害化して、解体の際に発熱発火などを防ぐことができる。放電処理のためには、廃電池のプラス極とマイナス極を導電性の物質で接続する必要があるが、導電性の高い物質で急激に接続すると電池や導電体が加熱したり、接続時に火花が散ったりして、可燃性溶媒を含む電池が危険な状態になる。
【００１４】
そこで、本発明においては、適度な抵抗と導電性を有する活性炭などの導電性粉粒体を用い、その導電性粉粒体内に電極部を露出させた廃電池を埋め込むことにより、廃電池や粉粒体が加熱したり火花が散ったりすることなく、廃電池を安全に放電させることができる。従って、廃電池を安全に解体できる電圧まで放電させることができ、放電の終了した廃電池はその後安全に通常の解体処理を行うことができる。
【００１５】
使用する導電性粉粒体は、活性炭などの炭素質の粉粒体や、鉄などの金属の粉粒体であって良い。金属粉粒体は、粉粒体を加圧しなくても、粉粒体中に廃電池を入れただけで放電が起りやすいが、粉粒体の表面状態によって電気特性が変化するため放電が安定しなかったり、急激に放電して発熱したりする恐れがある。一方、炭素質粉粒体は、電極部との接触抵抗が大いため、そのままでは放電反応が起こり難いが、粉粒体を加圧して電極部と圧着させることにより接触抵抗が下がり、廃電池から安全に放電できる利点がある。
【００１６】
また、本発明では、導電性粉粒体にかける圧力を調節することにより、廃電池の電極部と粉粒体粒子の間及び粉粒体粒子間の抵抗が変化し、例えば圧力を高めると抵抗が下がって放電が進み、圧力を下げると抵抗が上がって放電が進み難くなる。この粉粒体に加える圧力と放電の関係を利用することにより、放電終了までの廃電池の放電時間を制御することが可能である。
【００１７】
更に、廃電池が導電性粉粒体を通して放電する際には、粉粒体粒子間及び粉粒体粒子内部の抵抗によって抵抗熱が発生する。また、一般的に廃電池が放電するときには、電池内部でも発熱が起る。しかし、本発明では、導電性粉粒体にかける圧力を調節することにより、放電速度を調整できるため、放電時における導電性粉粒体の温度及び導電性粉粒体の温度から推定できる廃電池本体の温度をも、安全な範囲に制御することが可能である。
【００１８】
導電性粉粒体としては、一般的に、電気抵抗が圧力を加えない状態で１０ｋΩ・ｃｍ以上であり、圧力を加えた状態で１０ｋΩ・ｃｍ以下である粉粒体が好ましく、特に１０ｋＰａ以上の圧力を加えた状態で１ｋΩ・ｃｍ以下の電気抵抗を有するものが更に好ましい。このような特性を有する好ましい導電性粉粒体としては、黒鉛（グラファイト）、活性炭、石炭、コークスから選ばれた少なくとも１種を主成分とする炭素質の粉粒体を挙げることができる。
【００１９】
導電性粉粒体にかける圧力の範囲は、その導電性によっても異なるが、一般に圧力が低すぎると十分な導電性が得られず、廃電池からの放電効率が悪くなるため、放電に要する時間が長くなる。しかし、導電性粉粒体にかける圧力が高すぎると、高圧を得るための加圧装置が必要となるだけでなく、導電性粉粒体を充填する容器も高圧対応のものが必要となるため好ましくない。
【００２０】
特に炭素質の導電性粉粒体の場合、加える圧力が１０ｋＰａ未満では放電曲線の傾きが緩やかで放電に長時間を要し、６０ｋＰａ以上では十分に短い時間で且つ少ない温度上昇で放電を終了させることができる。逆に、５００ｋＰａを超える圧力をかけても放電時間はほとんど変化せず、１０００ｋＰａを超える過剰な圧力をかけることは、廃電池に無理な力がかかり液漏れなどのトラブルの原因となるばかりか、加圧装置の大型化による無駄も発生する。従って、炭素質の導電性粉粒体の場合、加える圧力は１０〜１０００ｋＰａの範囲が好ましく、６０〜５００ｋＰａの範囲が更に好ましい。
【００２１】
本発明により廃電池を放電させる装置は、例えば図１に示すように、接地した放電容器２に導電性粉粒体３を充填したもので良い。この導電性粉粒体３内に廃電池１を埋め込み、そのまま又は容器開口部に設けた可動蓋４により導電性粉粒体３を加圧した状態で、露出させた電極部１ａ、１ｂから放電させることができる。従って、放電容器２内で廃電池１の形状や向きなどを揃えなくても、廃電池１の電極部１ａ、１ｂに確実に導電性粉粒体３を接触させるだけで放電させることができ、また放電容器２内に多数の廃電池１を埋め込んで同時に放電させることも可能である。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
塩化ビニル製の放電容器（５０×２０×２０ｍｍ）に、導電性粉粒体として、（１）市販の浄水用の椰子殻活性炭粒（粒度０．２〜２ｍｍ）、（２）市販の粉状黒鉛（粒度１０〜５０μｍ）、及び（３）鉄製の金属粒（直径３ｍｍ）を充填し、容器の長手方向の両内側面にそれぞれＳＵＳ製電極板を配置した。この容器の上部開口部に配置した可動蓋により各導電性粉粒体を加圧し、２枚の電極板間の電気抵抗を測定した。得られた結果を図２に示した。
【００２３】
活性炭粒と粉状黒鉛は、加圧しない状態での電気抵抗がそれぞれ２４０ｋΩ・ｃｍ及び２６ｋΩ・ｃｍであったが、可動蓋の下降による圧力の増加に伴って電気抵抗が徐々に低下し、圧力１０ｋＰａでの電気抵抗は共に１ｋΩ・ｃｍ以下となった。一方、金属粒の場合は、２０ｋＰａの圧力で加圧しても電気抵抗が６４０ｋΩ・ｃｍと高かったが、更に加圧力を増やすとショートして急激に電気抵抗が低下した。この金属粒の電気抵抗の変化は、表面の酸化皮膜によるものと考えられる。
【００２４】
（実施例２）
実施例１の活性炭粒を充填した容器内に、使用済みのリチウムイオン電池（開放電圧３．０Ｖ）１個を埋め込み、上部開口部に配置した可動蓋により圧力をかけた。その際に、活性炭に加える圧力を３０〜６２０ｋＰａの範囲で変化させ、各圧力下における廃電池の開放電圧を経過時間ごとに測定し、得られた結果を図３に示した。
【００２５】
この図３から、活性炭粒に加える圧力を大きくするに伴って廃電池から急速に放電され、特に６０ｋＰａ以上の圧力では開放電圧が短時間で１Ｖ以下まで下がることが分る。例えば、活性炭粒に３１０ｋＰａの圧力を加えた場合、廃電池の開放電圧は３０分で３．０Ｖから０．７Ｖまで低下し、放電が十分行なわれていることが確認された。
【００２６】
また、同時に廃電池周辺における最高温度を測定したところ、活性炭粒に加える圧力が３０ｋＰａでは２２℃から２３℃へ１℃の上昇のみであり、１６０ｋＰａでは２℃の上昇、及び３００ｋＰａでは３℃の上昇であった。いずれの場合も発熱は無視できるほど小さく、火花なども観測されなかった。
【００２７】
なお、上記の実施例では１個の廃電池で放電実験を行ったが、放電容器を大きくして複数の廃電池を導電性粉粒体に埋め込めば、複数の廃電池を同時に効率良く放電させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、リチウムイオン２次電池に代表される使用済みの廃電池を解体処理する前に、多大なエネルギー及び設備コストを必要とせずに、余分な廃棄物やガスを出さず、火花や過度な温度上昇を伴うことなく、しかも効率良く、廃電池を放電して無害化することができ、従って安全で且つ安価に廃電池の解体処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃電池の放電処理の一具体例を示す概略の断面図である。
【図２】各種導電性粉粒体における加圧力と電気抵抗の関係を示すグラフである。
【図３】活性炭粒に加えた各加圧力における廃電池の開放電圧と経過時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    廃電池
２    放電容器
３    導電性粉粒体
４    可動蓋
【図１】
2004355954.tif 000003
【図２】
2004355954.tif 000004
【図３】
2004355954.tif 000005