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JP7825669B2 - How to recycle lithium-ion secondary batteries - Google Patents
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JP7825669B2 - How to recycle lithium-ion secondary batteries - Google Patents

How to recycle lithium-ion secondary batteries

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JP7825669B2 JP2024103898A JP2024103898A JP7825669B2 JP 7825669 B2 JP7825669 B2 JP 7825669B2 JP 2024103898 A JP2024103898 A JP 2024103898A JP 2024103898 A JP2024103898 A JP 2024103898A JP 7825669 B2 JP7825669 B2 JP 7825669B2
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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池のリサイクル方法に関する。 The present invention relates to a method for recycling lithium-ion secondary batteries.

近年、廃棄物の発生防止、削減、再生利用及び再利用により、廃棄物の発生の大幅な削減に向けた取り組みが活発化している。この実現に向けて、使用済みリチウムイオン二次電池のリサイクル方法に関する研究開発が行われている。リチウムイオン二次電池のリサイクル方法としては、例えば、使用済みリチウムイオン二次電池を解体して電池素材を分離、回収する方法が知られている。この方法としては、例えば、使用済みリチウムイオン二次電池を抵抗に接続することにより放電し、放電済のリチウムイオン二次電池を焙焼することによりセパレータや電解液などの有機物質を分解燃焼させ、得られた焙焼物を粉砕、篩分けすることにより、電極に含まれるニッケル、コバルト、銅等の有価金属を分離回収する方法が知られている。しかしながら、使用済みリチウムイオン二次電池を抵抗に接続して放電を行うと、所定電圧以下の領域において、負極集電体に含まれる金属が不純物として正極に移動し、この不純物により前記有価金属の回収率が低下する。 In recent years, efforts to significantly reduce waste generation through waste prevention, reduction, recycling, and reuse have become more active. Toward this goal, research and development is being conducted on methods for recycling used lithium-ion secondary batteries. Known methods for recycling lithium-ion secondary batteries include dismantling used lithium-ion secondary batteries and separating and recovering battery materials. One known method involves connecting used lithium-ion secondary batteries to a resistor to discharge them, roasting the discharged batteries to decompose and burn organic materials such as the separator and electrolyte, and then pulverizing and sieving the resulting roasted material to separate and recover valuable metals contained in the electrodes, such as nickel, cobalt, and copper. However, when used lithium-ion secondary batteries are connected to a resistor to discharge them, metals contained in the negative electrode current collector migrate to the positive electrode as impurities below a certain voltage, reducing the recovery rate of the valuable metals due to these impurities.

正極に含まれる上記不純物を低減させる方法として、例えば、特許文献1には、使用済みリチウムイオン二次電池を放電した後、解体して電池素材を分離、回収する方法が開示されている。この方法では、リチウムイオン二次電池を放電し、火花が発生しないセル電圧以下となった段階で放電しながら解体作業を開始し、正極中への銅の溶出量が10ppm以下の段階で解体作業を終了する方法が開示されている。 As a method for reducing the above-mentioned impurities contained in the positive electrode, for example, Patent Document 1 discloses a method in which used lithium-ion secondary batteries are discharged, then dismantled to separate and recover the battery materials. In this method, the lithium-ion secondary battery is discharged, and dismantling begins while the battery is still discharging when the cell voltage drops below a level at which no sparks occur, and dismantling ends when the amount of copper eluted into the positive electrode reaches 10 ppm or less.

特許第7234485号公報Patent No. 7234485

しかしながら、特許文献1の方法では、特定の電圧域において解体作業を開始、終了させる必要があり、工程管理が煩雑となるという課題がある。 However, the method described in Patent Document 1 requires that the dismantling work be started and ended within a specific voltage range, which makes process management complicated.

本願は上記課題の解決のため、抵抗による放電が不要であり、その結果、正極に含まれる上記負極由来の不純物を低減できるリチウムイオン二次電池のリサイクル方法を提供することを目的とする。そして、延いては廃棄物の発生の大幅な削減に寄与するものである。 To solve the above problems, the present application aims to provide a method for recycling lithium-ion secondary batteries that does not require discharge through a resistor, thereby reducing the amount of impurities contained in the positive electrode that originate from the negative electrode. This will ultimately contribute to a significant reduction in waste generation.

上記課題を解決するため、本発明は、以下の態様を有する。
[1]正極、セパレータ、及び負極を有する積層体と、前記積層体を収容する外装体と、電解液とを備える使用済みのリチウムイオン二次電池のリサイクル方法であって、
前記電解液を介して、前記積層体を、水蒸気を含む気体に暴露する第1の工程と、
前記負極に含まれるリチウムイオンをリチウム化合物に変換する第2の工程と、を含むリチウムイオン二次電池のリサイクル方法。
In order to solve the above problems, the present invention has the following aspects.
[1] A method for recycling a used lithium ion secondary battery comprising: a laminate having a positive electrode, a separator, and a negative electrode; an exterior body that houses the laminate; and an electrolyte solution,
a first step of exposing the laminate to a gas containing water vapor via the electrolytic solution;
a second step of converting the lithium ions contained in the negative electrode into a lithium compound.

上記態様によれば、電解液を介して、上記積層体を、水蒸気を含む気体に暴露することで、水蒸気を含む気体中の水分と、電解液に含まれる電解質と、負極に含まれるリチウムイオンを反応させることにより、リチウムを含む化合物の生成(例えば、LiF、LiPF、LiPO、LiSOなどの生成)が進行し、リチウムイオン二次電池の電圧を低下させるため、抵抗による放電が不要である。結果として、正極に含まれる上記負極由来の不純物を低減できる。従って、有価金属の回収率を向上できる。 According to the above aspect, by exposing the laminate to a gas containing water vapor via the electrolytic solution, the moisture in the gas containing water vapor, the electrolyte contained in the electrolytic solution, and the lithium ions contained in the negative electrode react with each other to produce lithium-containing compounds (e.g., LiF, LiPF2O2 , LiyPOx , LiySOx , etc. ) , which reduces the voltage of the lithium-ion secondary battery and makes discharge through a resistor unnecessary. As a result, the impurities contained in the positive electrode and derived from the negative electrode can be reduced. Therefore, the recovery rate of valuable metals can be improved.

[2]前記使用済みのリチウムイオン二次電池中の負極に含まれるハロゲン元素の含有量A1に対する、前記第2の工程後の前記負極に含まれるハロゲン元素の含有量A2の増加率(A2/A1×100)が100モル%超である、[1]に記載のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法。 [2] The method for recycling a lithium ion secondary battery described in [1], wherein the increase rate (A2/A1 x 100) of the content A2 of halogen elements contained in the negative electrode after the second step relative to the content A1 of halogen elements contained in the negative electrode of the used lithium ion secondary battery exceeds 100 mol%.

上記態様によれば、電解液を介して、上記積層体を、水蒸気を含む気体に暴露して、上記負極に含まれるハロゲン原子の含有量が増加する。すなわち、水蒸気を含む気体中の水分と、電解液に含まれる電解質中のハロゲン元素と、負極に含まれるリチウムイオンを反応が進行し、リチウムイオン二次電池の電圧が低下するので、抵抗による放電が不要である。結果として、正極に含まれる上記負極由来の不純物を低減できる。従って、有価金属の回収率を向上できる。 In this embodiment, the laminate is exposed to a gas containing water vapor via the electrolyte solution, increasing the content of halogen atoms contained in the negative electrode. In other words, a reaction occurs between the moisture in the gas containing water vapor, the halogen elements in the electrolyte contained in the electrolyte solution, and the lithium ions contained in the negative electrode, reducing the voltage of the lithium-ion secondary battery and eliminating the need for discharge via a resistor. As a result, the amount of impurities originating from the negative electrode contained in the positive electrode can be reduced. This can improve the recovery rate of valuable metals.

[3]前記使用済みのリチウムイオン二次電池中の負極に含まれるリンの含有量B1に対する、前記第2の工程後の前記負極に含まれるリンの含有量B2の増加率(B2/B1)×100が100モル%超である、[1]又は[2]に記載のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法。 [3] The method for recycling a lithium ion secondary battery described in [1] or [2], wherein the increase rate (B2/B1) x 100 of the phosphorus content B2 contained in the negative electrode after the second step relative to the phosphorus content B1 contained in the negative electrode of the used lithium ion secondary battery exceeds 100 mol%.

上記態様によれば、電解液を介して、上記積層体を、水蒸気を含む気体に暴露して、上記負極に含まれるリンの含有量が増加する。すなわち、水蒸気を含む気体中の水分と、電解液に含まれる電解質中のリンと、負極に含まれるリチウムイオンを反応が進行し、リチウムイオン二次電池の電圧が低下するので、抵抗による放電が不要である。結果として、正極に含まれる上記負極由来の不純物を低減できる。従って、有価金属の回収率を向上できる。 According to the above aspect, the laminate is exposed to a gas containing water vapor via the electrolyte solution, increasing the phosphorus content in the negative electrode. That is, a reaction occurs between the moisture in the gas containing water vapor, the phosphorus in the electrolyte contained in the electrolyte solution, and the lithium ions contained in the negative electrode, reducing the voltage of the lithium-ion secondary battery and eliminating the need for discharge via a resistor. As a result, the amount of impurities originating from the negative electrode contained in the positive electrode can be reduced. Therefore, the recovery rate of valuable metals can be improved.

[4]前記使用済みのリチウムイオン二次電池中の負極に含まれる硫黄の含有量C1に対する、前記第2の工程後の前記負極に含まれる硫黄の含有量C2の増加率(C2/C1)×100が100モル%超である、[1]~[3]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法。 [4] A method for recycling a lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [3], wherein the increase rate (C2/C1) x 100 of the sulfur content C2 contained in the negative electrode after the second step relative to the sulfur content C1 contained in the negative electrode of the used lithium ion secondary battery exceeds 100 mol%.

上記態様によれば、電解液を介して、上記積層体を、水蒸気を含む気体に暴露して、上記負極に含まれる硫黄の含有量が増加する。すなわち、水蒸気を含む気体中の水分と、電解液に含まれる電解質中の硫黄と、負極に含まれるリチウムイオンを反応が進行し、リチウムイオン二次電池の電圧が低下するので、抵抗による放電が不要である。結果として、正極に含まれる上記負極由来の不純物を低減できる。従って、有価金属の回収率を向上できる。 In this embodiment, the laminate is exposed to a gas containing water vapor via the electrolyte solution, increasing the sulfur content of the negative electrode. That is, a reaction occurs between the moisture in the gas containing water vapor, the sulfur in the electrolyte contained in the electrolyte solution, and the lithium ions contained in the negative electrode, reducing the voltage of the lithium-ion secondary battery and eliminating the need for discharge via a resistor. As a result, the amount of impurities originating from the negative electrode contained in the positive electrode can be reduced. Therefore, the recovery rate of valuable metals can be improved.

[5]前記第1の工程前の前記積層体の電圧V1に対する前記第2の工程後の前記積層体の電圧V2の減少率((V1-V2)/V1×100%)が50%以上である、[1]~[4]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法。 [5] A method for recycling a lithium-ion secondary battery according to any one of [1] to [4], wherein the rate of decrease ((V1-V2)/V1 x 100%) of the voltage V2 of the laminate after the second step relative to the voltage V1 of the laminate before the first step is 50% or more.

上記態様によれば、積層体の電圧の減少率を上記下限値以上とすることにより、安全に上記積層体のリサイクルを行うことができる。 According to the above aspect, by setting the voltage reduction rate of the laminate to be equal to or greater than the above lower limit, the laminate can be safely recycled.

[6]前記第2の工程後の前記積層体の電圧が0.8V以下である、[1]~[5]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法。 [6] The method for recycling a lithium-ion secondary battery described in any one of [1] to [5], wherein the voltage of the laminate after the second step is 0.8 V or less.

上記態様によれば、積層体の電圧を上記下限値以下とすることにより、安全に上記積層体のリサイクルを行うことができる。 According to the above aspect, by setting the voltage of the laminate below the lower limit, the laminate can be safely recycled.

[7]前記外装体は、本体と、前記本体の開口部を封止する封止体とを有し、
前記第1の工程において、前記本体と前記封止体が接合している接合部の一部を開封する、[1]~[6]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法。
[7] The exterior body has a main body and a sealing body that seals an opening of the main body,
The method for recycling a lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [6], wherein in the first step, a part of the joint where the main body and the sealing body are joined is opened.

上記態様によれば、上記積層体と、接合部が接触し、短絡することを抑制しながら、放電を進行できる。 According to the above aspect, discharge can proceed while preventing contact between the laminate and the joint and causing a short circuit.

本発明によれば、抵抗による放電が不要であり、その結果、正極に含まれる上記負極由来の不純物を低減できるリチウムイオン二次電池のリサイクル方法を提供できる。そして、延いては廃棄物の発生の大幅な削減に寄与する。 The present invention provides a method for recycling lithium-ion secondary batteries that does not require discharge through a resistor, thereby reducing the amount of impurities contained in the positive electrode that originate from the negative electrode. This, in turn, contributes to a significant reduction in waste generation.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池における積層体の層構成の一例を示す模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a layer structure of a laminate in a lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池のリサイクル方法のフローチャートである。1 is a flowchart of a method for recycling a lithium ion secondary battery according to one embodiment of the present invention. 実施例2における、外装体の本体と封止体が接合している接合部の開封量と、接合部の開封によって大気雰囲気下に暴露した捲回体の電圧の経時変化との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the amount of opening of the joint where the main body of the outer casing and the sealing body are joined and the change over time in the voltage of the wound body exposed to the atmosphere due to the opening of the joint in Example 2.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下の記載は本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの内容に限定されず、その要旨の範囲内で変形して実施することができる。 The following describes in detail the embodiments of the present invention. However, the following description is merely an example of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these details and can be modified and implemented within the scope of its essence.

本実施形態のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法は、正極、セパレータ、及び負極を有する積層体と、前記積層体を収容する外装体と、電解液とを備える使用済みのリチウムイオン二次電池のリサイクル方法である。すなわち、本実施形態のリチウムイオン二次電池には、電解質が液体のリチウムイオン二次電池(以下、「液体電解質リチウムイオン二次電池」ともいう。)である。 The lithium-ion secondary battery recycling method of this embodiment is a method for recycling used lithium-ion secondary batteries that include a laminate having a positive electrode, a separator, and a negative electrode, an exterior housing that houses the laminate, and an electrolyte. In other words, the lithium-ion secondary battery of this embodiment is a lithium-ion secondary battery with a liquid electrolyte (hereinafter also referred to as a "liquid electrolyte lithium-ion secondary battery").

本実施形態のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法は、前記電解液を介して、前記積層体を、水蒸気を含む気体に暴露する第1の工程と、前記負極に含まれるリチウムイオンをリチウム化合物に変換する第2の工程と、を含む。第1の工程により、第2の工程が開始される。 The recycling method for lithium-ion secondary batteries of this embodiment includes a first step of exposing the laminate to a gas containing water vapor via the electrolyte solution, and a second step of converting the lithium ions contained in the negative electrode into lithium compounds. The first step initiates the second step.

<リチウムイオン二次電池>
図1は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池(液体電解質リチウムイオン二次電池)における積層体の層構成の一例を示す模式断面図である。
<Lithium-ion secondary battery>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the layer structure of a laminate in a lithium ion secondary battery (liquid electrolyte lithium ion secondary battery) according to one embodiment of the present invention.

リチウムイオン二次電池10(LIB)は、正極13と、セパレータ17と、負極16がこの順で積層されている。正極13は、正極集電体11と、正極集電体11の表面に設けられた正極活物質層12からなる。なお、図1では正極活物質層12は、正極集電体11の一方の面のみに設けられているが、両方の面に設けられてもよい。負極16は、負極集電体14と、負極集電体14の表面に設けられた負極活物質層15からなる。なお、図1では負極活物質層15は、負極集電体14の一方の面のみに設けられているが、両方の面に設けられてもよい。また、図1では、正極13及び負極16がそれぞれ1つのみ含まれるが、複数の正極13及び負極16が交互に積層された電極群でもよい。その場合も正極13と負極16の間にはセパレータ17を設置する。 The lithium-ion secondary battery 10 (LIB) comprises a positive electrode 13, a separator 17, and a negative electrode 16 stacked in this order. The positive electrode 13 comprises a positive electrode current collector 11 and a positive electrode active material layer 12 disposed on the surface of the positive electrode current collector 11. While the positive electrode active material layer 12 is shown on only one side of the positive electrode current collector 11 in FIG. 1, it may be disposed on both sides. The negative electrode 16 comprises a negative electrode current collector 14 and a negative electrode active material layer 15 disposed on the surface of the negative electrode current collector 14. While the negative electrode active material layer 15 is shown on only one side of the negative electrode current collector 14 in FIG. 1, it may be disposed on both sides. While FIG. 1 shows only one positive electrode 13 and one negative electrode 16, it may also be an electrode group in which multiple positive electrodes 13 and negative electrodes 16 are alternately stacked. In this case, a separator 17 is disposed between the positive electrode 13 and the negative electrode 16.

(正極活物質層)
正極活物質層12は、正極活物質、導電助剤、及び結着剤を含む。なお、正極活物質が導電性を有している場合、正極活物質層には、導電助剤が含まれていなくてもよい。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material layer 12 contains a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder. When the positive electrode active material has conductivity, the positive electrode active material layer does not need to contain the conductive additive.

正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能であれば、特に限定されない。正極活物質としては、リチウムニッケル酸化物(例えばLiNiO)、リチウムコバルト酸化物(例えばLiCoO)、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物、LiFePO、LiMn1-xFePO、LiMnPO、LiCoPO、LiNiPOなどが挙げられる。正極活物質は、マンガン、ニッケル、及びコバルトからなる群から選択される1種以上を含有することが好ましい。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is capable of absorbing and releasing lithium ions. Examples of the positive electrode active material include lithium nickel oxide (e.g., LiNiO 2 ), lithium cobalt oxide (e.g., LiCoO 2 ), lithium nickel cobalt oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, LiFePO 4 , LiMn 1-x Fe x PO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , and LiNiPO 4. The positive electrode active material preferably contains one or more elements selected from the group consisting of manganese, nickel, and cobalt.

導電助剤は、正極活物質と正極集電体11との間の導電パスの形成を補助する。導電助剤としては、導電性を有していれば特に限定されず、例えば、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、カーボンナノチューブ、人造黒鉛などの黒鉛(グラファイト)などが挙げられる。 The conductive additive assists in forming a conductive path between the positive electrode active material and the positive electrode current collector 11. There are no particular limitations on the conductive additive as long as it is conductive, and examples include carbon black such as acetylene black, carbon nanotubes, and graphite such as artificial graphite.

結着剤は、正極活物質、導電助剤、及び正極集電体11をそれぞれ結合する。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリアクリル酸及びその共重合体、ポリアミドイミド(PAI)、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルスルホン(PES)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン及びこれらの混合物などが挙げられる。結着剤には、融点を有する結晶性の高分子が含有されていることが好ましい。結着剤は、フッ素を含む高分子であることが好ましい。フッ素を含む高分子としては、PVDF、PTFEなどが挙げられる。 The binder binds the positive electrode active material, conductive additive, and positive electrode current collector 11 together. Examples of binders include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyamide (PA), polyimide (PI), polyacrylic acid and its copolymers, polyamideimide (PAI), polybenzimidazole, polyethersulfone (PES), maleic anhydride-modified polypropylene, and mixtures thereof. The binder preferably contains a crystalline polymer with a melting point. The binder is preferably a polymer containing fluorine. Examples of fluorine-containing polymers include PVDF and PTFE.

(正極集電体)
正極集電体11としては、例えば、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔などの金属箔が挙げられる。
(Positive electrode current collector)
The positive electrode current collector 11 may be, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a stainless steel foil, or a nickel foil.

(負極活物質層)
負極活物質層15は、負極活物質、導電助剤、及び結着剤を含む。なお、負極活物質が導電性を有している場合、負極活物質層には、導電助剤が含まれていなくてもよい。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer 15 contains a negative electrode active material, a conductive additive, and a binder. When the negative electrode active material has conductivity, the negative electrode active material layer does not necessarily contain the conductive additive.

負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能であれば、特に限定されない。負極活物質としては、例えば、黒鉛(人造黒鉛、天然黒鉛)、アモルファスカーボン(ハードカーボン)、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、Si材料(シリコン、Si合金、Si酸化物)などが挙げられる。 There are no particular limitations on the negative electrode active material, as long as it is capable of absorbing and releasing lithium ions. Examples of negative electrode active materials include graphite (artificial graphite, natural graphite), amorphous carbon (hard carbon), mesocarbon microbeads, carbon fiber, and silicon materials (silicon, silicon alloys, silicon oxides).

導電助剤は、負極活物質と負極集電体14との間の導電パスの形成を補助する。導電助剤としては、導電性を有していれば特に限定されず、例えば、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、カーボンナノチューブ、人造黒鉛などの黒鉛(グラファイト)などが挙げられる。 The conductive additive assists in forming a conductive path between the negative electrode active material and the negative electrode current collector 14. There are no particular limitations on the conductive additive as long as it is conductive, and examples include carbon black such as acetylene black, carbon nanotubes, and graphite such as artificial graphite.

結着剤は、負極活物質、導電助剤、及び負極集電体14をそれぞれ結合する。結着剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリル酸、フッ素ゴム、スチレンブタジエンゴムなどのジエン系ゴムなどが挙げられる。結着剤には、融点を有する結晶性の高分子が含有されていることが好ましい。結着剤は、フッ素を含む高分子であることが好ましい。フッ素を含む高分子としては、PVDF、PTFE、フッ素ゴムなどが挙げられる。 The binder binds the negative electrode active material, conductive additive, and negative electrode current collector 14 together. Examples of binders include carboxymethyl cellulose, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyacrylic acid, fluororubber, and diene rubbers such as styrene-butadiene rubber. The binder preferably contains a crystalline polymer with a melting point. The binder is preferably a polymer containing fluorine. Examples of fluorine-containing polymers include PVDF, PTFE, and fluororubber.

負極集電体14としては、例えば、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔などの金属箔が挙げられる。負極集電体14には、カーボンコート層が形成されていてもよい。また、負極集電体14は、メッシュ状に加工されていてもよい。 The negative electrode current collector 14 may be, for example, a metal foil such as copper foil, stainless steel foil, or nickel foil. A carbon coating layer may be formed on the negative electrode current collector 14. The negative electrode current collector 14 may also be processed into a mesh shape.

(電極タブ)
電池外部に電流を取り出すため、上記の正極集電体11及び負極集電体14はそれぞれが電極タブ(図示せず)に接続されてもよい。電極タブはこれらの集電体に電気的に接続され、例えば、リチウムイオン二次電池の外装体の外部に取り出される。
(electrode tab)
In order to extract current to the outside of the battery, the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 14 may each be connected to an electrode tab (not shown). The electrode tab is electrically connected to these current collectors and is taken out to, for example, the exterior of the lithium-ion secondary battery.

電極タブを構成する材料は、特に制限されず、電極タブとして従来用いられている公知の高導電性材料が好ましく用いられる。電極タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが挙げられる。 The material from which the electrode tab is made is not particularly limited, and well-known highly conductive materials conventionally used for electrode tabs are preferably used. Metallic materials such as aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel, and alloys of these are preferred as materials from which the electrode tab is made, with aluminum and copper being more preferred from the standpoints of light weight, corrosion resistance, and high conductivity.

(外装体)
前記積層体は外装体(図示せず)に収納されている。外装体は、本体と、本体の開口部を封止する封止体とを有する。液体電解質リチウムイオン二次電池の場合、外装体は電解液で満たされている。外装体としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられてもよい。前記ラミネートフィルムには、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができる。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、外装体としてはラミネートフィルムが望ましい。
(Exterior body)
The laminate is housed in an exterior body (not shown). The exterior body has a main body and a sealing body that seals the opening of the main body. In the case of a liquid electrolyte lithium-ion secondary battery, the exterior body is filled with an electrolyte. As the exterior body, a known metal can case can be used, or a bag-shaped case using an aluminum-containing laminate film that can cover the power generating element can also be used. As the laminate film, for example, a three-layer laminate film formed by laminating polypropylene, aluminum, and nylon in this order can be used. From the viewpoint of high output and excellent cooling performance, and being suitable for use in batteries for large equipment such as EVs and HEVs, a laminate film is desirable as the exterior body.

電極タブに接続される正負極端子リード(共に図示せず)に関しても、必要に応じて使用すればよい。正極端子リード及び負極端子リードの材料は、公知のものを用いることができる。なお、外装体から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。また、捲回型のリチウムイオン二次電池では、電極タブに代えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成してもよい。 Positive and negative electrode terminal leads (not shown) connected to the electrode tabs may also be used as needed. Known materials can be used for the positive and negative electrode terminal leads. The portions removed from the outer casing are preferably covered with heat-resistant, insulating heat-shrinkable tubing to prevent contact with peripheral devices or wiring, resulting in electrical leakage and affecting the product (e.g., automotive parts, particularly electronic devices). In addition, in wound-type lithium-ion secondary batteries, terminals may be formed using, for example, a cylindrical can (metal can) instead of electrode tabs.

(電解液)
電解液は、電解質及び有機溶媒を含有する。
電解質としては、本分野で公知の電解質を選択でき、例えば、LiClO、LiPF、LiAsF、LiSbF、LiBF、LiCFSO、LiN(SOCF、LiN(SO、LiN(SOCF)(COCF)、Li(CSO)、LiC(SOCF、Li10Cl10などのリチウム塩が挙げられる。電解質は、ハロゲン元素、リン元素、及び硫黄元素からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
上記電解質は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(electrolyte)
The electrolytic solution contains an electrolyte and an organic solvent.
The electrolyte can be selected from those known in the art, and examples thereof include lithium salts such as LiClO4 , LiPF6 , LiAsF6 , LiSbF6, LiBF4 , LiCF3SO3 , LiN ( SO2CF3 ) 2 , LiN( SO2C2F5 ) 2 , LiN( SO2CF3 )( COCF3 ) , Li ( C4F9SO3 ), LiC( SO2CF3 ) 3 , and Li2B10Cl10 . The electrolyte preferably contains at least one element selected from the group consisting of a halogen element, a phosphorus element, and a sulfur element .
The electrolytes may be used alone or in combination of two or more.

有機溶媒としては、本分野で公知の有機溶媒を選択でき、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、4-トリフルオロメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、1,2-ジ(メトキシカルボニルオキシ)エタン等のカーボネート;ギ酸メチル、酢酸メチル、γ-ブチロラクトンなどのエステル;1,2-ジメトキシエタン、1,3-ジメトキシプロパン、ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3-テトラフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフランなどのエーテル;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド;アセトニトリル、ブチロニトリルなどのニトリル;3-メチル-2-オキサゾリドンなどのカーバメート;スルホラン、ジメチルスルホキシド、1,3-プロパンサルトンなどの含硫黄化合物が挙げられる。
上記有機溶媒は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The organic solvent can be selected from organic solvents known in the art, and examples thereof include carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, and 1,2-di(methoxycarbonyloxy)ethane; esters such as methyl formate, methyl acetate, and γ-butyrolactone; ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, pentafluoropropyl methyl ether, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl difluoromethyl ether, tetrahydrofuran, and 2-methyltetrahydrofuran; amides such as N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide; nitriles such as acetonitrile and butyronitrile; carbamates such as 3-methyl-2-oxazolidone; and sulfur-containing compounds such as sulfolane, dimethyl sulfoxide, and 1,3-propane sultone.
The organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

(セパレータ)
セパレータ17としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピン等のオレフィン樹脂、フッ素樹脂、窒素原子を含む芳香族樹脂などから形成されたセパレータが例示される。形態としては、多孔質膜、不織布、織布が例示される。
(separator)
Examples of the separator 17 include separators formed from olefin resins such as polyethylene and polypropylene, fluororesins, aromatic resins containing nitrogen atoms, etc. Examples of the form of the separator 17 include a porous film, a nonwoven fabric, and a woven fabric.

(積層体の形態)
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の積層体の形態としては、捲回型(円筒型)電池、積層型(扁平型)電池、扁平巻型(角型)電池等、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得うる。中でも、捲回型(円筒型)電池、扁平巻型(角型)電池が好ましく、捲回型(円筒型)電池がさらに好ましい。
(Form of laminate)
The form of the laminate of the lithium ion secondary battery according to this embodiment can be any of the conventionally known forms and structures, such as a wound (cylindrical) battery, a laminated (flat) battery, a flat-wound (prismatic) battery, etc. Of these, a wound (cylindrical) battery and a flat-wound (prismatic) battery are preferred, and a wound (cylindrical) battery is more preferred.

≪リチウムイオン二次電池のリサイクル方法≫
本実施形態のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法は、上記電解液を介して、上記積層体を、水蒸気を含む気体に暴露する第1の工程と、上記負極に含まれるリチウムイオンをリチウム化合物に変換する第2の工程と、を含む。図2は、本実施形態のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法のフローチャートである。負極に含まれるリチウムイオンとは、負極に吸蔵されているリチウムイオンを意味する。
<How to recycle lithium-ion secondary batteries>
The method for recycling a lithium-ion secondary battery of this embodiment includes a first step of exposing the laminate to a gas containing water vapor via the electrolytic solution, and a second step of converting the lithium ions contained in the negative electrode into a lithium compound. Figure 2 is a flowchart of the method for recycling a lithium-ion secondary battery of this embodiment. The lithium ions contained in the negative electrode refer to lithium ions absorbed in the negative electrode.

<第1の工程>
第1の工程S1では、上記電解液を介して、上記積層体を、水蒸気を含む気体に暴露する。すなわち、本実施形態のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法では、外装体を開封し、外装体内において、上記電解液を介して、上記積層体を、水蒸気を含む気体に暴露する。
<First step>
In the first step S1, the laminate is exposed to a gas containing water vapor via the electrolytic solution. That is, in the recycling method for a lithium-ion secondary battery according to the present embodiment, the outer casing is opened, and the laminate is exposed to a gas containing water vapor via the electrolytic solution within the outer casing.

第1の工程S1において、外装体における本体と封止体が接合している接合部の一部を開封することが好ましい。その結果、上記積層体と、接合部が接触し、短絡することを抑制しながら、放電を進行できる。
第1の工程S1において、外装体における本体と封止体が接合している接合部の全長の1/4以上を開封することが好ましく、1/2以上を開封することがより好ましく、5/8以上を開封することがさらに好ましく、3/4以上を開封することが特に好ましい。前記接合部の全長の1/4以上を開封することにより、放電を効率的に進行できる。
In the first step S1, it is preferable to open a part of the joint where the main body and the sealing body in the exterior body are joined, so that discharge can proceed while preventing contact between the laminate and the joint and causing a short circuit.
In the first step S1, it is preferable to open at least ¼ of the total length of the joint portion where the main body and the sealing body in the outer package are joined, more preferably at least ½, even more preferably at least 5/8, and particularly preferably at least ¾. By opening at least ¼ of the total length of the joint portion, discharge can proceed efficiently.

第1の工程S1における水蒸気を含む気体の任意の温度における相対湿度は、40%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、90%以上が好ましい。相対湿度が上記下限値以上であると、放電が進行しやすい。 The relative humidity of the water vapor-containing gas at any temperature in the first step S1 is preferably 40% or higher, more preferably 60% or higher, and more preferably 90% or higher. If the relative humidity is above the lower limit, discharge is more likely to proceed.

水蒸気を含む気体としては、水蒸気以外の任意の気体に水蒸気を混合した混合気体が例示される。任意の気体としては特に限定されず、窒素、アルゴン等の不活性気体、酸素、二酸化炭素等が例示される。水蒸気を含む気体としては、大気が特に好ましい。 An example of a gas containing water vapor is a mixed gas obtained by mixing water vapor with any gas other than water vapor. The arbitrary gas is not particularly limited, and examples include inert gases such as nitrogen and argon, oxygen, and carbon dioxide. Air is a particularly preferred gas containing water vapor.

第1の工程S1における水蒸気を含む気体の温度は、特に限定されないが、例えば、-20~70℃が挙げられる。また、室温近傍(10~40℃)でもよい。 The temperature of the water vapor-containing gas in the first step S1 is not particularly limited, but may be, for example, -20 to 70°C. It may also be near room temperature (10 to 40°C).

第1の工程における上記積層体を、水蒸気を含む気体に暴露する時間は、特に限定されず、目的とする電圧になるまで暴露を行う。 The time for which the laminate is exposed to the gas containing water vapor in the first step is not particularly limited, and exposure is continued until the desired voltage is reached.

<第2の工程>
第2の工程S2では、上記負極に含まれるリチウムイオンをリチウム化合物に変換する。すなわち、水蒸気を含む気体中の水分と、電解液に含まれる電解質と、負極に含まれるリチウムイオンを反応させることにより、リチウムイオンをリチウム化合物に変換する。
<Second step>
In the second step S2, the lithium ions contained in the negative electrode are converted into lithium compounds by reacting the water in the gas containing water vapor, the electrolyte contained in the electrolytic solution, and the lithium ions contained in the negative electrode.

第2の工程S2において、上記負極に含まれるリチウムイオンをリチウム化合物に変換することにより、放電が進行する。すなわち、水蒸気を含む気体中の水分と、電解液に含まれる電解質と、負極に含まれるリチウムイオンを反応が進行し、リチウムイオン二次電池の電圧が低下するので、抵抗による放電が不要である。結果として、正極に含まれる上記負極由来の不純物を低減できる。従って、有価金属の回収率を向上できる。 In the second step S2, discharging proceeds by converting the lithium ions contained in the negative electrode into lithium compounds. That is, a reaction occurs between the moisture in the gas containing water vapor, the electrolyte contained in the electrolytic solution, and the lithium ions contained in the negative electrode, reducing the voltage of the lithium-ion secondary battery and eliminating the need for discharge via resistance. As a result, the amount of impurities originating from the negative electrode contained in the positive electrode can be reduced. This can improve the recovery rate of valuable metals.

使用済みのリチウムイオン二次電池中の負極に含まれるハロゲン元素の含有量A1(モル%)に対する、上記第2の工程後の上記負極に含まれるハロゲン元素の含有量A2(モル%)の増加率(A2/A1×100)は、100モル%超が好ましく、110モル%以上がより好ましく、120モル%以上がさらに好ましく、125モル%以上がさらに好ましく、135モル%以上が特に好ましく、200%以上が最も好ましい。水蒸気を含む気体中の水分と、電解液に含まれる電解質と、負極に含まれるリチウムイオンを反応させることによりハロゲン元素及びリチウムを含む化合物が生成していると考えられる。したがって、負極のハロゲン元素の増加率は、実質的に負極に生成したリチウム化合物の増加率を示していると考えられる。すなわち、ハロゲン元素の増加率は、放電の進行度を示していると考えられる。上記増加率が上記下限値以上であると、放電が良好に進行していると考えられる。ハロゲン元素としては、塩素、フッ素が好ましく、フッ素がより好ましい。
負極に含まれるハロゲン元素等の各元素の含有量はXPS分析により測定することができる。なお、負極の場所によっては、ハロゲン元素の含有量が若干異なる場合がある、上記ハロゲン元素の含有量A1及びA2を測定する際には、負極の同じ場所で測定を行う。後述のリン、硫黄に関しても同様である。
The increase rate (A2/A1 × 100) of the halogen element content A2 (mol%) contained in the negative electrode after the second step relative to the halogen element content A1 (mol%) contained in the negative electrode in the used lithium ion secondary battery is preferably greater than 100 mol%, more preferably 110 mol% or more, even more preferably 120 mol% or more, even more preferably 125 mol% or more, particularly preferably 135 mol% or more, and most preferably 200 mol% or more. It is believed that a compound containing a halogen element and lithium is produced by reacting moisture in a gas containing water vapor, an electrolyte contained in the electrolytic solution, and lithium ions contained in the negative electrode. Therefore, it is believed that the increase rate of the halogen element in the negative electrode essentially indicates the increase rate of the lithium compound produced in the negative electrode. In other words, it is believed that the increase rate of the halogen element indicates the degree of progress of discharge. When the increase rate is equal to or greater than the lower limit, it is believed that discharge is progressing well. As the halogen element, chlorine or fluorine is preferred, and fluorine is more preferred.
The content of each element, such as a halogen element, contained in the negative electrode can be measured by XPS analysis. Note that the content of the halogen element may vary slightly depending on the location of the negative electrode. When measuring the halogen element contents A1 and A2, the measurement is performed at the same location on the negative electrode. The same applies to phosphorus and sulfur, which will be described later.

使用済みのリチウムイオン二次電池中の負極に含まれるリンの含有量B1(モル%)に対する、上記第2の工程後の上記負極に含まれるリンの含有量B2(モル%)の増加率(B2/B1×100)は、100モル%超が好ましく、110モル%以上がより好ましく、115モル%以上がさらに好ましく、140モル%以上が特に好ましく、200モル%以上が最も好ましい。水蒸気を含む気体中の水分と、電解液に含まれる電解質と、負極に含まれるリチウムイオンを反応させることによりリン及びリチウムを含む化合物が生成していると考えられる。したがって、負極のリンの増加率は、実質的に負極に生成したリチウム化合物の増加率を示していると考えられる。すなわち、リンの増加率は、放電の進行度を示していると考えられる。上記増加率が上記下限値以上であると、放電が良好に進行していると考えられる。 The increase rate (B2/B1 x 100) of the phosphorus content B2 (mol%) in the negative electrode after the second step relative to the phosphorus content B1 (mol%) in the negative electrode of a used lithium-ion secondary battery is preferably greater than 100 mol%, more preferably 110 mol% or greater, even more preferably 115 mol% or greater, particularly preferably 140 mol% or greater, and most preferably 200 mol% or greater. It is believed that compounds containing phosphorus and lithium are produced by the reaction of moisture in the gas containing water vapor, the electrolyte in the electrolyte solution, and the lithium ions in the negative electrode. Therefore, it is believed that the increase rate of phosphorus in the negative electrode essentially represents the increase rate of lithium compounds produced in the negative electrode. In other words, it is believed that the increase rate of phosphorus represents the degree of discharge progress. When the increase rate is equal to or greater than the lower limit, it is believed that discharge is progressing satisfactorily.

使用済みのリチウムイオン二次電池中の負極に含まれる硫黄の含有量C1(モル%)に対する、上記第2の工程後の上記負極に含まれる硫黄の含有量C2(モル%)の増加率(C2/C1×100)は、100モル%超が好ましく、110モル%以上がより好ましく、120モル%以上がさらに好ましく、130%以上が特に好ましい。水蒸気を含む気体中の水分と、電解液に含まれる電解質と、負極に含まれるリチウムイオンを反応させることにより硫黄及びリチウムを含む化合物が生成していると考えられる。したがって、負極の硫黄の増加率は、実質的に負極に生成したリチウム化合物の増加率を示していると考えられる。すなわち、硫黄の増加率は、放電の進行度を示していると考えられる。上記増加率が上記下限値以上であると、放電が良好に進行していると考えられる。 The increase rate (C2/C1 x 100) of the sulfur content C2 (mol%) in the negative electrode after the second step relative to the sulfur content C1 (mol%) in the negative electrode of a used lithium-ion secondary battery is preferably greater than 100 mol%, more preferably 110 mol% or greater, even more preferably 120 mol% or greater, and particularly preferably 130 mol% or greater. It is believed that compounds containing sulfur and lithium are produced by the reaction of moisture in the gas containing water vapor, the electrolyte in the electrolytic solution, and the lithium ions in the negative electrode. Therefore, it is believed that the increase rate of sulfur in the negative electrode essentially represents the increase rate of lithium compounds produced in the negative electrode. In other words, it is believed that the increase rate of sulfur indicates the progress of discharge. When the increase rate is equal to or greater than the lower limit, it is believed that discharge is progressing satisfactorily.

本実施形態のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法では、放電前(第1の工程前)の上記積層体の電圧V1に対する放電後(第2の工程後)の上記積層体の電圧V2の減少率((V1-V2)/V1×100%)は、50%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、70%以上がさらに好ましい。上記積層体の電圧の減少率が上記下限値以上であれば、安全に上記積層体のリサイクルを行うことができる。 In the lithium-ion secondary battery recycling method of this embodiment, the reduction rate ((V1 - V2)/V1 x 100%) of the voltage V2 of the laminate after discharge (after the second step) relative to the voltage V1 of the laminate before discharge (before the first step) is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, and even more preferably 70% or more. If the reduction rate of the voltage of the laminate is equal to or greater than the above-mentioned lower limit, the laminate can be safely recycled.

本実施形態のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法では、放電後(第2の工程後)の上記積層体の電圧が0.8V以下が好ましく、0.7V以下がより好ましく、0.5V以下がさらに好ましい。上記積層体の電圧が上記上限値以下であれば、安全に上記積層体のリサイクルを行うことができる。 In the lithium-ion secondary battery recycling method of this embodiment, the voltage of the laminate after discharge (after the second step) is preferably 0.8 V or less, more preferably 0.7 V or less, and even more preferably 0.5 V or less. If the voltage of the laminate is below the upper limit, the laminate can be safely recycled.

本実施形態のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法は、上記積層体の電圧を測定して、上記積層体の電圧が0.8V以下である場合に、第2の工程S2を終了することが好ましい。上記積層体の電圧が0.8V以下であれば、安全に上記積層体のリサイクルを行うことができるため、第2の工程S2を終了する。これにより、作業の無駄を省くことができる。 In the lithium-ion secondary battery recycling method of this embodiment, it is preferable to measure the voltage of the laminate and terminate the second step S2 if the voltage of the laminate is 0.8 V or less. If the voltage of the laminate is 0.8 V or less, the laminate can be safely recycled, and the second step S2 is terminated. This eliminates unnecessary work.

本実施形態のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法は、第2の工程S2を終了した後、上記積層体を回収する第3の工程と、回収した上記積層体を分解して、電極活物質等を回収する第4の工程とを有していてもよい。 The lithium-ion secondary battery recycling method of this embodiment may include, after completing the second step S2, a third step of recovering the laminate, and a fourth step of disassembling the recovered laminate to recover the electrode active material, etc.

<作用機序>
本実施形態のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法では、電解液を介して、上記積層体を、水蒸気を含む気体に暴露することで、水蒸気を含む気体中の水分と、電解液に含まれる電解質と、負極に含まれるリチウムイオンを反応させることにより、リチウムを含む化合物の生成(例えば、LiF、LiPF、LiPO、LiSOなどの生成)が進行し、リチウムイオン二次電池の電圧を低下させるため、抵抗による放電が不要である。結果として、正極に含まれる負極由来の不純物を低減できる。従って、有価金属の回収率を向上できる。
<Mechanism of action>
In the lithium-ion secondary battery recycling method of this embodiment, the laminate is exposed to a gas containing water vapor via the electrolytic solution, causing a reaction between the moisture in the gas containing water vapor, the electrolyte contained in the electrolytic solution, and the lithium ions contained in the negative electrode, thereby promoting the production of lithium-containing compounds (e.g., the production of LiF, LiPF2O2 , LiyPOx , LiySOx , etc. ), which reduces the voltage of the lithium-ion secondary battery and therefore eliminates the need for discharge through a resistor. As a result, the amount of impurities contained in the positive electrode that originate from the negative electrode can be reduced. Therefore, the recovery rate of valuable metals can be improved.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
積層体として、正極、セパレータ、負極がこの順で積層された積層体を捲回した捲回体を準備した。正極の正極集電体としてはアルミニウム、正極活物質としてはNCMA、導電助剤としては炭素、結着剤としてはポリフッ化ビニデリン(PCDF)を用いた。負極の負極集電体としては銅箔、負極活物質としては天然黒鉛、結着剤としてはスチレンブタジエンゴム(SBR)を用いた。セパレータとしてはPEを用いた。積層体を本体と封止体からなる外装体の本体に収納し、電解液で満たし、その後、封止体で封止し、リチウムイオン二次電池とした。電解液の電解質としてLiFSI及びLiPF、有機溶媒としてジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びエチレンカーボネートの混合溶媒を用いた。得られたリチウムイオン二次電池を用いて充放電を繰り返し、使用済みのリチウムイオン二次電池を得た。
[Example 1]
A laminate was prepared by winding a laminate in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode were stacked in this order. Aluminum was used as the positive electrode current collector, NCMA as the positive electrode active material, carbon as the conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PCDF) as the binder. Copper foil was used as the negative electrode current collector, natural graphite as the negative electrode active material, and styrene butadiene rubber (SBR) as the binder. PE was used as the separator. The laminate was housed in an exterior body consisting of a main body and a seal, filled with an electrolyte, and then sealed with a seal to form a lithium-ion secondary battery. LiFSI and LiPF 6 were used as the electrolyte for the electrolyte, and a mixed solvent of dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and ethylene carbonate was used as the organic solvent. The resulting lithium-ion secondary battery was repeatedly charged and discharged to obtain a used lithium-ion secondary battery.

使用済みのリチウムイオン二次電池から負極を取り出し、負極をジメチルカーボネート(DMC)で洗浄し、その後乾燥した後、X線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy、XPS)により、負極の表面の元素分析(F、P、S)を行った。負極の取り出し、及びXPS装置への移送はアルゴン雰囲気で行った。XPSによる測定条件は以下の通りである。結果を表1に示す(表1中「失活無し」と記載する。)。なお、表1における巻始とは捲回体における中心部付近であり、巻終とは捲回体における外側付近であり、巻中とは巻始と巻終の間を意味する。
・装置:Quantera SXM(Ulvac-PHI)
・励起X線:monochromatic AlKα線(1486eV)
・X線径:200μm
・光電子検出角度:45°
The negative electrode was removed from a used lithium-ion secondary battery, washed with dimethyl carbonate (DMC), and then dried. Elemental analysis (F, P, S) of the surface of the negative electrode was performed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The negative electrode was removed and transferred to the XPS device in an argon atmosphere. The XPS measurement conditions were as follows. The results are shown in Table 1 (referred to as "no deactivation" in Table 1). In Table 1, the start of winding refers to the vicinity of the center of the wound body, the end of winding refers to the vicinity of the outer side of the wound body, and the middle of winding refers to the area between the start of winding and the end of winding.
・Equipment: Quantera SXM (Ulvac-PHI)
Excitation X-ray: monochromatic AlKα ray (1486 eV)
・X-ray diameter: 200 μm
Photoelectron detection angle: 45°

使用済みのリチウムイオン二次電池の外装体における本体と封止体が接合している接合部の全長を完全に開封し、積層体を、電解液を介して大気に暴露した。大気の温度は、22~25℃とし、大気の相対湿度は、60~75%であった。電圧が0.6V以下になってからさらに24時間暴露を行った。その後、使用済みのリチウムイオン二次電池から負極を取り出し、XPSにより、負極の表面の元素分析(F、P、S)を行った。測定条件は上記の通りである。結果を表1に示す(表1中「失活有り」と記載する。)。なお、放電前(第1の工程前)の積層体の電圧V1に対する放電後(第2の工程後)の積層体の電圧V2の減少率((V1-V2)/V1×100%)は、50%以上であり、放電後(第2の工程後)の積層体の電圧V2は、0.7V以下である。 The entire length of the joint between the body and the sealing body in the exterior packaging of a used lithium-ion secondary battery was completely opened, and the stack was exposed to the atmosphere via the electrolyte. The atmospheric temperature was 22-25°C, and the relative humidity was 60-75%. After the voltage reached 0.6V or less, the stack was exposed for an additional 24 hours. The negative electrode was then removed from the used lithium-ion secondary battery, and elemental analysis (F, P, S) of the negative electrode surface was performed using XPS. The measurement conditions were as described above. The results are shown in Table 1 (deactivated in Table 1). The rate of decrease ((V1-V2)/V1 x 100%) of the voltage V2 of the stack after discharge (after the second step) relative to the voltage V1 of the stack before discharge (before the first step) was 50% or more, and the voltage V2 of the stack after discharge (after the second step) was 0.7V or less.

また、上記失活無しの巻始、巻中、巻終の正極と、失活有りの巻始、巻中、巻終の正極に関して、正極活物質をかきとり、硫酸、硝酸、過塩素酸で加熱分解し、希硝酸及び希過酸化水素水で溶解して溶液を得た。この溶液を、ICP発光法分析し、銅元素の含有量を測定した。 In addition, the positive electrode active material was scraped off from the undeactivated positive electrodes at the beginning, middle, and end of the roll, and from the deactivated positive electrodes at the beginning, middle, and end of the roll, and then thermally decomposed using sulfuric acid, nitric acid, and perchloric acid. Then, the material was dissolved in dilute nitric acid and dilute hydrogen peroxide to obtain a solution. This solution was analyzed using ICP spectrometry to measure the copper content.

負極の同じ場所(巻始、巻中、巻終)における失活無しと、失活有りを比べると、フッ素、リン、硫黄の含有量が増加し、リチウム化合物が生成していることがわかった。すなわち、フッ素、リン、硫黄の含有量の増加率に応じたリチウム化合物が生成していると考えられ、このリチウム化合物の生成により、電圧が低下した(放電が進行した)と考えられた。 When comparing the same locations on the negative electrode (beginning, middle, end of winding) with and without deactivation, it was found that the fluorine, phosphorus, and sulfur contents increased, and lithium compounds were formed. In other words, it is believed that lithium compounds were formed in proportion to the rate of increase in the fluorine, phosphorus, and sulfur contents, and that the formation of these lithium compounds caused the voltage to decrease (discharge progressed).

また、失活無しの巻始、巻中、巻終の正極、及び失活有りの巻始、巻中、巻終の正極の銅含有量はいずれも、10質量ppm未満であり、負極集電体の銅箔から、正極への銅の移動は確認されなかった。 Furthermore, the copper content of the positive electrodes at the beginning, middle, and end of the winding without deactivation, and the positive electrodes at the beginning, middle, and end of the winding with deactivation, was all less than 10 ppm by mass, and no migration of copper from the copper foil of the negative electrode current collector to the positive electrode was confirmed.

[実施例2]
使用済みのリチウムイオン二次電池の外装体における本体と封止体が接合している接合部の開封長さを、全長の3/4とした以外は実施例1と同様に失活処理を行った。開封した直後からの時間の経過に伴う電圧変化を測定し、データロガーで出力した。結果を図3に示す。なお、実施例1の接合部の全長(フルカット)を完全に開封した場合の開封した直後からの時間の経過に伴う電圧変化も併せて図3に示す。
図3に示す結果から、上記接合部の全長の3/4を開封した場合、及び上記接合部を全て開封した場合、積層体が短期間で失活することが分かった。
[Example 2]
A deactivation treatment was carried out in the same manner as in Example 1, except that the opening length of the joint where the main body and the sealed body in the exterior packaging of the used lithium-ion secondary battery were joined was set to ¾ of the total length. The voltage change over time immediately after opening was measured and output using a data logger. The results are shown in Figure 3. Figure 3 also shows the voltage change over time immediately after opening when the entire length (full cut) of the joint in Example 1 was completely opened.
The results shown in FIG. 3 reveal that when three-quarters of the total length of the joint is opened, and when the entire joint is opened, the laminate is deactivated in a short period of time.

10 リチウムイオン二次電池
11 正極集電体
12 正極活物質層
13 正極
14 負極集電体
15 負極活物質層
16 負極
17 セパレータ
10 Lithium ion secondary battery 11 Positive electrode current collector 12 Positive electrode active material layer 13 Positive electrode 14 Negative electrode current collector 15 Negative electrode active material layer 16 Negative electrode 17 Separator

Claims (6)

正極、セパレータ、及び負極を有する積層体と、前記積層体を収容し、封止する外装体と、電解液とを備える使用済みのリチウムイオン二次電池のリサイクル方法であって、
前記外装体を開封し、前記電解液を介して、前記積層体を、水蒸気を含む気体に暴露前記水蒸気を含む気体中の水分と、前記電解液に含まれる電界質と、前記負極に含まれるリチウムイオン反応させることにより、リチウム化合物を生成る、リチウムイオン二次電池のリサイクル方法。
A method for recycling a used lithium ion secondary battery comprising: a laminate having a positive electrode, a separator, and a negative electrode; an exterior body that houses and seals the laminate; and an electrolyte solution,
a method for recycling a lithium ion secondary battery, the method including: opening the exterior housing; exposing the laminate to a gas containing water vapor through the electrolytic solution; and reacting the moisture in the gas containing water vapor with an electrolyte contained in the electrolytic solution and lithium ions contained in the negative electrode , thereby producing a lithium compound.
前記使用済みのリチウムイオン二次電池中の負極に含まれるハロゲン元素の含有量A1に対する、前記リチウム化合物を生成した後の前記負極に含まれるハロゲン元素の含有量A2の増加率(A2/A1×100)が100モル%超である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法。 2. The method for recycling a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein an increase rate (A2/A1×100) of a content A2 of halogen elements contained in the negative electrode after producing the lithium compound relative to a content A1 of halogen elements contained in the negative electrode of the used lithium ion secondary battery exceeds 100 mol %. 前記使用済みのリチウムイオン二次電池中の負極に含まれるリンの含有量B1に対する、前記リチウム化合物を生成した後の前記負極に含まれるリンの含有量B2の増加率(B2/B1)×100が100モル%超である、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法。 3. The method for recycling a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein an increase rate (B2/B1)×100 of a phosphorus content B2 contained in the negative electrode after producing the lithium compound relative to a phosphorus content B1 contained in the negative electrode of the used lithium ion secondary battery exceeds 100 mol%. 前記使用済みのリチウムイオン二次電池中の負極に含まれる硫黄の含有量C1に対する、前記リチウム化合物を生成した後の前記負極に含まれる硫黄の含有量C2の増加率(C2/C1)×100が100モル%超である、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法。 3. The method for recycling a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein an increase rate (C2/C1)×100 of a sulfur content C2 contained in the negative electrode after producing the lithium compound relative to a sulfur content C1 contained in the negative electrode of the used lithium ion secondary battery exceeds 100 mol%. 前記リチウム化合物を生成した後の前記積層体の電圧が0.8V以下である、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法。 3. The method for recycling a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a voltage of the laminate after producing the lithium compound is 0.8 V or less. 前記外装体は、本体と、前記本体の開口部を封止する封止体とを有する、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池のリサイクル方法。 3. The method for recycling a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the exterior body has a main body and a sealing body that seals an opening of the main body.
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