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

锂离子二次电池分离回收工艺开发，实现战略资源高级循环利用

基本信息

批准号：
22H03785
负责人：
粕谷亮
金额：
$ 11.23万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

正极材料片是锂离子二次电池的组成部分之一，是将正极活性物质（钴酸锂、LiCoO2等）和粘结剂（聚偏二氟乙烯，PVDF）涂覆在正极材料片上制成的。集流体（铝箔）具有类似的结构。在从正极活性物质回收金属的过程中，存在粘合剂的共存阻碍目标产物之一的锂的回收的问题。为此，在本研究中，我们对PVDF在各种溶剂（包括水性洗涤剂）中进行了加热测试，目的是去除粘合剂。结果表明，二甲基甲酰胺等有机溶剂比水性洗涤剂更容易溶解和溶胀 PVDF。因此，我们对原计划第二年的正极材料片进行了测试。结果，当使用有机溶剂，特别是乙二醇醚类溶剂时，正极材料片中的大部分PVDF可以被溶解或溶胀，因此，活性材料的剥离率达到最多理解90%以上。此外，他们通过将加热的溶液蒸发至干，成功地回收了PVDF。接下来，为了从正极活性材料模型(LiCoO 2 )中分离和回收各种金属，进行还原气氛(H 2 ：4％，N 2 ：96％)中的热还原和水浸出处理。发现当在600℃进行还原处理时，进行以下反应。 LiCoO2 + H2 → Li2O + Co + H2O 此外，通过用水浸出热还原后的样品，仅洗脱分解产物氧化锂（Li2O），并且可以将其与金属Co分离。