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公開番号2025066488
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-23
出願番号2023176142
出願日2023-10-11
発明の名称再生正極材前駆体および再生正極材の製造方法、ならびに、再生正極材の使用方法
出願人DOWAホールディングス株式会社,国立大学法人秋田大学
代理人個人,個人
主分類C22B 7/00 20060101AFI20250416BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】被処理対象物であるリチウムイオン二次電池から、少ない環境負荷と低廉なリサイクルコスト、高い安全性を持って、アルミニウム、銅、鉄の含有量も少ない再生正極材前駆体や再生正極材を製造する方法を提供する。
【解決手段】被処理対象物であるリチウムイオン二次電池から再生正極材前駆体を製造する製造方法であって、前記被処理対象物であるリチウムイオン二次電池へ、熱処理工程と、破砕工程と、分級選別工程と、磁選工程と、酸浸出工程と、除鉄工程と、イオン交換工程と、アルカリ処理工程と、洗浄工程とを行う、再生正極材前駆体の製造方法を提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
被処理対象物であるリチウムイオン二次電池から再生正極材前駆体を製造する製造方法であって、
前記被処理対象物であるリチウムイオン二次電池を加熱し、熱処理物を得る熱処理工程と、
前記熱処理物を破砕して破砕物を得る破砕工程と、
前記破砕物へ分級選別を行って細粒産物を得る分級選別工程と、
前記細粒産物へ酸浸出を行って酸浸出液を得る酸浸出工程と、
前記酸浸出液へ酸化剤とアルカリとを添加して除鉄後液を得る除鉄工程と、
前記除鉄後液をキレート樹脂に接触させてイオン交換後液を得るイオン交換工程と、
前記イオン交換後液へアルカリを添加して沈殿物を生成させるアルカリ処理工程と、
前記沈殿物を水で洗浄し、再生正極材前駆体を得る洗浄工程とを、有する再生正極材前駆体の製造方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記分級選別工程の後に、前記細粒産物へ磁選を行って磁着物を得る磁選工程を行う、請求項１に記載の再生正極材前駆体の製造方法。
【請求項３】
前記酸浸出工程において、硫酸を用いて酸浸出工程を行う、請求項１に記載の再生正極材前駆体の製造方法。
【請求項４】
前記除鉄工程において、酸化剤として過酸化水素水溶液を用い、前記酸浸出液の酸化還元電位を５００～７５０ｍＶ（Ａｇ／ＡｇＣｌ）として除鉄工程を行う、請求項１に記載の再生正極材前駆体の製造方法。
【請求項５】
前記イオン交換工程において、キレート樹脂として、アミノメチルリン酸系のキレート樹脂を用いてイオン交換工程を行い、アルミニウムイオンを除去する、請求項１に記載の再生正極材前駆体の製造方法。
【請求項６】
前記イオン交換後液に含有される金属元素を定量分析する分析工程を実施し、前記イオン交換後液に含有される金属元素の定量分析の結果と、狙いとする再生正極材前駆体の金属組成との間に差異がある場合、前記イオン交換後液を調合する調合工程を実施する、請求項１に記載の再生正極材前駆体の製造方法。
【請求項７】
前記イオン交換後液に含有される金属元素を定量分析する分析工程を実施し、前記イオン交換後液に含有される金属元素の定量分析の結果と、狙いとする再生正極材前駆体の金属組成との間に差異がある場合、狙いとする再生正極材前駆体の金属組成より不足している金属元素を添加する添加工程を実施する、請求項１に記載の再生正極材前駆体の製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載の再生正極材前駆体の製造方法であって、前記調合されたイオン交換後液におけるアルミニウムの含有量が１００ｍｇ／Ｌ以下、銅の含有量が１ｍｇ／Ｌ以下、鉄の含有量が１ｍｇ／Ｌ以下である、再生正極材前駆体の製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載の再生正極材前駆体の製造方法であって、前記金属元素が添加されたイオン交換後液におけるアルミニウムの含有量が１００ｍｇ／Ｌ以下、銅の含有量が１ｍｇ／Ｌ以下、鉄の含有量が１ｍｇ／Ｌ以下である、再生正極材前駆体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の再生正極材前駆体の製造方法によって製造された再生正極材前駆体へ、所定の金属化合物を添加した後、焼成することにより再生正極材を得る再生正極材の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理対象であるリチウムイオン二次電池より回収された回収材から再生正極材前駆体および再生正極材を製造する方法、ならびに再生正極材の使用方法に係る。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、エレクトロニクス分野から自動車分野まで急速に用途が広がっている。特に、自動車分野においては、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）やバッテリー電気自動車（ＢＥＶ）に代表されるハイブリッド自動車用途や電気自動車用途として、ユニットの高容量化による大型電池の需要が急増することが予想される。大型電池の需要が急増は、運輸業の分野においてＣＯ
２
排出量の削減要請が強いことにも起因する。このリチウムイオン二次電池の需要拡大に伴い、製品寿命を終えたリチウムイオン二次電池の量も増大する。以降、リチウムイオン二次電池のことを「ＬＩＢ」ともいう。
【０００３】
一方、ＬＩＢは、その正極材として高価な金属材料を使用していることから、製品寿命を終えたＬＩＢから金属材料をリサイクルすることは、工業的に重要な課題である。
【０００４】
例えば特許文献１では、Ｃｏ、ＮｉおよびＭｎから選択される少なくとも二種からなる金属群と不純物とを含有する廃電池、廃正極材またはこれらの混合物から不純物を除去し、金属群を、当該金属塩の混合物として回収している。そして、特許文献１では、回収された金属塩の混合物を用いて正極材を製造することを提案している。
【０００５】
また例えば、本出願人らが出願した特許文献２には、所定量の鉄、銅、アルミニウムのうち少なくとも１種を含む再生正極材について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第５８４７７４２号公報
特許第７１７６７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
製品寿命を終えた廃ＬＩＢから金属材料をリサイクルするためには、リサイクルに伴う環境負荷が少ないことや、リサイクルのコストが低廉であることが求められる。ところが、例えば、特許文献１に記載の方法は、複雑な分離工程と高コストな抽出剤を多用するものであり、リサイクルに伴う環境負荷が大きいことや、コストが嵩むことが懸念される。
【０００８】
一例を挙げると、ＰＨＥＶやＢＥＶ等のような車載用のＬＩＢのセルは、強い機械的衝撃、あらゆる種類の液体の浸入、火災、高温に耐える堅牢なパッケージが必要とされる。ＬＩＢのセル内にあるＬＩＢ積層体は、通常、内部部品（正極、負極、セパレータ）と外装カバーに分解される。特許文献１に記載の方法では上記セルを解体する必要がある。そのため、特許文献１に記載の方法では、安全対策が必要である。また、ＬＩＢ積層体の堅牢なパッケージは、上記セルから正極活物質を機械的に取り出すことを複雑化している。これは、先に述べた大型電池の需要が急増して廃ＬＩＢの処理量が増えればより顕著な課題となる。
【０００９】
安全対策が必要なＬＩＢのセル解体を必要とする特許文献１に記載の方法に対し、特許文献２に記載の方法では、廃ＬＩＢのセルから正極活物質を時間効率よく、自動的かつ安全に取り出すための対策として、廃ＬＩＢのセルごと熱処理を行う。この熱処理により、セル内のＬＩＢ積層体は電気的にも化学的にも無害化され、リスクを著しく低減できる。
【００１０】
この手法を採用することにより、複雑な機械的分解を行わず、電気的・化学的に無害な方法で、時間効率よく、安全に、ＬＩＢ積層体から正極活物質を抽出できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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