廃リチウムイオン電池正極材LiFePO4からのリチウムとリンの回収

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2022年度はLiFePO4(以下LFPとする)正極材のリサイクル技術確立の前段として、リンを含有する産業廃棄物である製鋼スラグを原料としたLFP合成技術のプロセスフローを設計した。製鋼スラグ中にはリンが豊富に含まれているがこれらは現在未活用であり、今後のLFP需要増加対応のためにLFP正極材のリサイクルと同等に重要な技術となりうる。製鋼スラグからのLFP合成技術の第一段階として、まず製鋼スラグを酸性溶液で浸出しリン酸含有溶液を得た。次に第二段階として、この浸出溶液にFeCl3溶液を添加することで非晶質FePO4・2H2Oの沈殿を生成・分離した。第三段階として、得られたFePO4・2H2Oを大気雰囲気下、700℃、10時間保持することで、結晶性FePO4を得た。最後に第四段階として、焼成した結晶性FePO4、LiOH、グルコースの混合物をN2雰囲気下、700℃、10時間保持することで、電池材料として有用な炭素がコーティングされたオリビン型LFPを得ることができた。このプロセスの第三段階の焼成において、高温保持後試料の非晶質のSiO2が存在する場合に結晶性FePO4への変態が阻害されることをTEMによる微細構造分析を行うことで明らかにした。そこで第二段階のFePO4・2H2O沈殿操作における非晶質SiO2の生成条件を調べるため、溶液中共存イオン、元素濃度、溶存Siの化学種の影響を調べた。その結果、Caイオン濃度を600ppm以上かつNa2SiO3を溶解してSiイオン濃度を100ppm以上としたときはSiO2が生成した。しかしながら、Na4SiO4を溶解した場合は、Caイオン濃度が2000ppmかつSiイオン濃度が150ppmでもSiO2は生成せず、焼成により結晶性のよいFePO4を得ることができた。