戦略資源の高度循環利用に向けたリチウムイオン二次電池の分離回収プロセス開発

リチウムイオン二次電池の構成部材のひとつである正極材シートは、正極活物質（コバルト酸リチウム、LiCoO2等）や結着剤（ポリフッ化ビニリデン、PVDF）を集電体（Al箔）上に塗布した構造となっている。正極活物質からの金属回収プロセスにおいて、結着剤が共存していると目的物のひとつであるリチウムの回収が阻害される問題がある。このことから、本研究では結着剤の除去を目的として、水系洗浄剤を含む各種溶媒中でPVDFの加熱試験を行った。その結果、水系洗浄剤よりもジメチルホルムアミド等の有機溶媒の方がPVDFを容易に溶解、ないし膨潤できることが示唆された。そこで、当初2年目に予定していた正極材シートを対象に試験を行った。その結果、有機溶媒、特にグリコールエーテル系の溶媒を用いた場合、正極材シート中のPVDFの大半を溶解または膨潤でき、その結果として活物質の剥離率が最大90%超にも達したことがわかった。さらに、加熱後の溶液を蒸発乾固させることでPVDFの回収にも成功した。次に、正極活物質モデル（LiCoO2）から各種金属を分離回収するため還元雰囲気（H2:4%, N2: 96%)下での加熱還元、および水浸出処理を行った。還元処理を600℃とした場合には下記の反応が進むことがわかった。LiCoO2 + H2 → Li2O + Co + H2Oまた、加熱還元後の試料を水浸出することにより、分解生成物である酸化リチウム(Li2O)のみが溶出し、金属Coと分離することができた。

リチウムイオン二次電池の構成部材のひとつである正極材シートは、正極活物質（コバルト酸リチウム、LiCoO2等）や結着剤（ポリフッ化ビニリデン、PVDF）を集電体（Al箔）上に塗布した構造となっている。正極活物質からの金属回収プロセスにおいて、結着剤が共存していると目的物のひとつであるリチウムの回収が阻害される問題がある。このことから、本研究では結着剤の除去を目的として、水系洗浄剤を含む各種溶媒中でPVDFの加熱試験を行った。その結果、水系洗浄剤よりもジメチルホルムアミド等の有機溶媒の方がPVDFを容易に溶解、ないし膨潤できることが示唆された。そこで、当初2年目に予定していた正極材シートを対象に試験を行った。その結果、有機溶媒、特にグリコールエーテル系の溶媒を用いた場合、正極材シート中のPVDFの大半を溶解または膨潤でき、その結果として活物質の剥離率が最大90%超にも達したことがわかった。さらに、加熱後の溶液を蒸発乾固させることでPVDFの回収にも成功した。次に、正極活物質モデル（LiCoO2）から各種金属を分離回収するため還元雰囲気（H2:4%, N2: 96%)下での加熱還元、および水浸出処理を行った。還元処理を600℃とした場合には下記の反応が進むことがわかった。LiCoO2 + H2 → Li2O + Co + H2Oまた、加熱還元後の試料を水浸出することにより、分解生成物である酸化リチウム(Li2O)のみが溶出し、金属Coと分離することができた。