JP6265079B2 - Method for recovering positive electrode active material of sulfide solid state battery - Google Patents
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Description
本発明は、硫化物固体電池の正極活物質回収方法に関する。 The present invention relates to a method for recovering a positive electrode active material of a sulfide solid state battery.
難燃性の固体電解質を用いた固体電解質層を有する金属イオン二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池等。以下において、硫化物固体電解質を用いたリチウムイオン二次電池を「硫化物固体電池」ということがある。)は、安全性を確保するためのシステムを簡素化しやすい等の長所を有している。 Metal ion secondary battery having a solid electrolyte layer using a flame retardant solid electrolyte (for example, a lithium ion secondary battery, etc. In the following, a lithium ion secondary battery using a sulfide solid electrolyte is referred to as a “sulfide solid battery”. ”Has the advantage that it is easy to simplify the system for ensuring safety.
このような硫化物固体電池に関する技術として、例えば特許文献1には、Liを有する正極活物質と、Liを有する硫化物固体電解質材料とを少なくとも含有する電池部材の処理方法であって、該電池部材及び処理液である水を接触させることにより、硫化水素を発生させるとともに、硫化物固体電解質材料に含まれるLiを処理液に溶解させる接触工程と、Liが溶解した上記処理液から、不溶成分である正極活物質を回収する正極活物質回収工程と、不溶成分である正極活物質を回収した処理液から、Li化合物を回収するLi化合物回収工程と、を有する電池部材の処理方法が開示されている。また、リチウム電池からの電極構成金属回収方法を開示している特許文献2の明細書の段落0035には、強アルカリ性溶液を混合することにより、不純物金属を水酸化物の溶液として溶出させることができる旨、記載されている。また、特許文献3には、硫化物固体電池の正極から金属を回収する技術が開示されている。 As a technique relating to such a sulfide solid state battery, for example, Patent Document 1 discloses a battery member treatment method including at least a positive electrode active material having Li and a sulfide solid electrolyte material having Li, From the contact process in which Li, which is contained in the sulfide solid electrolyte material, is dissolved in the treatment liquid, and the treatment liquid in which Li is dissolved is generated by bringing hydrogen sulfide into contact with the water that is the member and the treatment liquid. Disclosed is a method for treating a battery member, comprising: a positive electrode active material recovery step for recovering a positive electrode active material, and a Li compound recovery step for recovering a Li compound from a treatment liquid for recovering a positive electrode active material that is an insoluble component. ing. Further, in paragraph 0035 of the specification of Patent Document 2 which discloses a method for recovering an electrode constituent metal from a lithium battery, an impurity metal can be eluted as a hydroxide solution by mixing a strong alkaline solution. It is stated that it can be done. Patent Document 3 discloses a technique for recovering metal from the positive electrode of a sulfide solid state battery.
硫化物固体電池から正極活物質を回収する際の処理液として水を使用すると、硫化物固体電解質材料と水とが反応して硫化水素が発生する。処理液が水である場合は、発生した硫化水素が処理液の外に放出されるため、回収作業の作業性が低下する可能性がある。また、特許文献1や特許文献3に開示されている技術において、正極活物質のほかに硫化物固体電解質の原料を回収する際には、処理液の外へと放出された硫化水素を回収して他の物質と反応させる等の工程を経るため、原料回収の工程が複雑化しやすかった。これらの問題は、特許文献1や特許文献3に開示されている技術と、特許文献2に開示されている技術とを単に組み合わせても、解決することが困難であった。 When water is used as the treatment liquid when recovering the positive electrode active material from the sulfide solid state battery, the sulfide solid electrolyte material and water react to generate hydrogen sulfide. When the treatment liquid is water, the generated hydrogen sulfide is released out of the treatment liquid, so that there is a possibility that the workability of the recovery operation is lowered. Further, in the techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 3, when collecting the raw material of the sulfide solid electrolyte in addition to the positive electrode active material, the hydrogen sulfide released to the outside of the treatment liquid is recovered. In other words, the process of recovering the raw material is likely to be complicated because of the process of reacting with other substances. These problems are difficult to solve by simply combining the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 3 and the technique disclosed in Patent Document 2.
そこで本発明は、処理液の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、正極活物質及び硫化物固体電解質の原料を回収することが可能な、硫化物固体電池の正極活物質回収方法を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention provides a method for recovering a positive electrode active material for a sulfide solid state battery capable of recovering the positive electrode active material and the raw material for the sulfide solid electrolyte while suppressing or preventing the release of hydrogen sulfide to the outside of the treatment liquid. It is an issue to provide.
本発明者らは、鋭意検討の結果、例えばLiOH水溶液等に代表されるLi系のアルカリ溶液を処理液として用いることにより、処理液の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、正極活物質及び硫化物固体電解質の原料を回収可能であることを知見した。また、上記Li系のアルカリ溶液を用いる処理のほかに、上記Li系のアルカリ溶液よりも強アルカリ性の溶液を処理液として用いる処理を行うことにより、集電箔が含まれている正極から、処理液の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、正極活物質及び硫化物固体電解質の原料を回収可能であることを知見した。本発明は、これらの知見に基づいて完成させた。 As a result of intensive studies, the present inventors have used, for example, a Li-based alkaline solution typified by a LiOH aqueous solution or the like as a treatment liquid, while suppressing or preventing the release of hydrogen sulfide to the outside of the treatment liquid. It was found that raw materials for the active material and sulfide solid electrolyte can be recovered. Further, in addition to the treatment using the Li-based alkaline solution, the treatment using a solution that is more alkaline than the Li-based alkaline solution as a treatment solution can be performed from the positive electrode containing the current collector foil. It has been found that the positive electrode active material and the raw material of the sulfide solid electrolyte can be recovered while suppressing or preventing the release of hydrogen sulfide to the outside of the liquid. The present invention has been completed based on these findings.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、硫化物固体電解質と正極活物質とを少なくとも含む正極から、正極活物質を回収する方法であって、正極を、Li系アルカリ水溶液である第1の溶液に浸漬することにより硫化物固体電解質を溶解させる、第1の溶解工程と、該第1の溶解工程で得られた溶液と不溶成分とを分離する、第1の分離工程と、該第1の分離工程で分離された溶液を濃縮する濃縮工程と、第1の分離工程で分離された不溶成分を燃焼させる燃焼工程と、を有する、硫化物固体電池の正極活物質回収方法である。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The present invention is a method for recovering a positive electrode active material from a positive electrode containing at least a sulfide solid electrolyte and a positive electrode active material, and the sulfide is immersed in a first solution that is a Li-based alkaline aqueous solution. A first dissolution step for dissolving the solid electrolyte, a first separation step for separating the solution obtained in the first dissolution step and an insoluble component, and a solution separated in the first separation step A method for recovering a positive electrode active material of a sulfide solid state battery, comprising: a concentration step for concentrating the gas, and a combustion step for burning the insoluble components separated in the first separation step.
ここで、「Li系アルカリ水溶液」とは、Liを含有するアルカリ性の水溶液をいう。例えば、Liを含有する、pHが11以下であるアルカリ性の水溶液が、Li系アルカリ溶液に含まれる。このようなアルカリ性の水溶液としては、水酸化リチウム水溶液や、炭酸水素リチウム水溶液等を例示することができる。
本発明では、Li系アルカリ水溶液を用いることにより、第1の溶解工程で生じた硫化水素の中和反応を生じさせることが可能である。これにより、第1の溶液の外への硫化水素の放出を抑制又は防止することが可能になる。さらに、濃縮工程により、硫化物固体電解質の原料として使用可能なLi2Sを回収することが可能である。加えて、燃焼工程により、正極活物質を回収することが可能である。したがって、このような形態にすることにより、第1の溶液の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、正極活物質及び硫化物固体電解質の原料を回収することが可能な、硫化物固体電池の正極活物質回収方法を提供することができる。
Here, the “Li-based alkaline aqueous solution” refers to an alkaline aqueous solution containing Li. For example, an alkaline aqueous solution containing Li and having a pH of 11 or less is included in the Li-based alkaline solution. Examples of such an alkaline aqueous solution include an aqueous lithium hydroxide solution and an aqueous lithium hydrogen carbonate solution.
In the present invention, it is possible to cause a neutralization reaction of hydrogen sulfide generated in the first dissolution step by using a Li-based alkaline aqueous solution. Thereby, it becomes possible to suppress or prevent the release of hydrogen sulfide to the outside of the first solution. Furthermore, Li 2 S that can be used as a raw material for the sulfide solid electrolyte can be recovered by the concentration step. In addition, the positive electrode active material can be recovered by the combustion process. Therefore, by adopting such a form, the sulfide capable of recovering the positive electrode active material and the raw material of the sulfide solid electrolyte while suppressing or preventing the release of hydrogen sulfide to the outside of the first solution. A positive electrode active material recovery method for a solid state battery can be provided.
上記本発明において、正極に、さらに、アルミニウムを含む箔が備えられる場合、上記第1の分離工程で分離された不溶成分を、上記Li系アルカリ溶液よりも強アルカリ性の溶液である第2の溶液に浸漬することにより箔を溶解させる、第2の溶解工程と、該第2の溶解工程で得られた溶液と不溶成分とを分離する第2の分離工程と、を有し、上記燃焼工程は、第2の分離工程で分離された不溶成分を燃焼させる工程であり、上記第1の溶液は、溶液中のヒドロキシル基が、硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量に対して2当量以上、かつ上記箔に含まれるアルミニウムの物質量に対し4当量未満であり、上記第2の溶液は、溶液中のヒドロキシル基が、上記箔に含まれるアルミニウムの物質量に対して4当量以上であり、上記箔に含まれるアルミニウムの物質量は、上記硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量に対して1/2よりも多いことが好ましい。このような形態とすることにより、第2の溶解工程でアルミニウムを含む箔を溶解させ、この箔が溶解した溶液を第2の分離工程で分離することが可能である。また、第1の溶液中のヒドロキシル基が、硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量に対して2当量以上、かつ上記箔に含まれるアルミニウムの物質量に対し4当量未満であることにより、箔の溶解を防止しつつ、第1の溶液の外への硫化水素の放出を防止することが可能になる。したがって、このような形態にすることにより、正極にアルミニウムを含む箔が含まれている場合であっても、処理液の外への硫化水素の放出を防止しつつ、正極活物質及び硫化物固体電解質の原料を回収することが可能な、硫化物固体電池の正極活物質回収方法を提供することができる。 In the present invention, when the positive electrode is further provided with a foil containing aluminum, the insoluble component separated in the first separation step is a second solution that is a stronger alkaline solution than the Li-based alkaline solution. A second dissolving step for dissolving the foil by dipping in a second dissolving step, and a second separating step for separating the solution and the insoluble component obtained in the second dissolving step. The insoluble component separated in the second separation step is burned, and the first solution has a hydroxyl group in the solution of 2 equivalents or more with respect to the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte. And the second solution has a hydroxyl group in the solution of 4 equivalents or more with respect to the amount of aluminum contained in the foil. Included in the above foil Substance amount of aluminum is preferably greater than 1/2 with respect to the amount of substance of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte. By setting it as such a form, it is possible to melt | dissolve the foil containing aluminum at a 2nd melt | dissolution process, and to isolate | separate the solution which this foil melt | dissolved at the 2nd isolation | separation process. Moreover, when the hydroxyl group in the first solution is 2 equivalents or more with respect to the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte and less than 4 equivalents with respect to the amount of aluminum contained in the foil, While preventing the foil from dissolving, it is possible to prevent the release of hydrogen sulfide to the outside of the first solution. Therefore, by adopting such a form, even when the positive electrode includes a foil containing aluminum, the positive electrode active material and the sulfide solid are prevented while preventing the release of hydrogen sulfide to the outside of the treatment liquid. It is possible to provide a method for recovering a positive electrode active material of a sulfide solid state battery capable of recovering an electrolyte raw material.
本発明によれば、処理液の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、正極活物質及び硫化物固体電解質の原料を回収することが可能な、硫化物固体電池の正極活物質回収方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the positive electrode active material collection | recovery of a sulfide solid state battery which can collect | recover the positive electrode active material and the raw material of sulfide solid electrolyte, suppressing or preventing discharge | release of hydrogen sulfide out of a process liquid. A method can be provided.
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。 The present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to the form shown below.
1.第1実施形態
図1は、第1実施形態にかかる本発明の硫化物固体電池の正極活物質回収方法を説明する図である。この第1実施形態は、例えば、アルミニウム箔を備える正極から正極活物質及び硫化物固体電解質の原料を回収する際に、好適に用いることができる。
1. First Embodiment FIG. 1 is a diagram for explaining a positive electrode active material recovery method for a sulfide solid state battery according to the first embodiment of the present invention. This 1st Embodiment can be used conveniently, for example, when collect | recovering the positive electrode active material and the raw material of sulfide solid electrolyte from a positive electrode provided with aluminum foil.
図1に示したように、第1実施形態にかかる本発明の硫化物固体電池の正極活物質回収方法S10は、第1の溶解工程S11と、第1の分離工程S12と、濃縮工程S13と、第2の溶解工程S14と、第2の分離工程S15と、燃焼工程S16と、を有している。 As shown in FIG. 1, the sulfide active battery positive electrode active material recovery method S10 according to the first embodiment of the present invention includes a first dissolution step S11, a first separation step S12, and a concentration step S13. The second dissolution step S14, the second separation step S15, and the combustion step S16.
1.1.第1の溶解工程S11
第1の溶解工程S11は、Li系アルカリ水溶液(pHが11以下のLiOH水溶液)である第1の溶液1に、アルミニウム箔11と正極合剤層12(正極活物質と硫化物固体電解質と導電助剤とバインダーとを有する層)とを備える正極10を浸漬することにより、正極合剤層12に含まれている硫化物固体電解質を溶解させる工程である。第1の溶液1は水溶液なので、第1の溶液1に正極10を浸漬すると、第1の溶液1に含まれている水と硫化物固体電解質とが反応することにより、硫化水素(H2S)が発生する。第1の溶液1で発生した硫化水素は、第1の溶液1に含まれているLiOHと反応する(H2S+2LiOH→Li2S+2H2O)。この反応を生じさせることにより、発生した硫化水素が第1の溶液1の外へと放出されることを抑制できるようになる。また、例えば、発生した硫化水素のすべてと反応するLiOHを含有している第1の溶液1、すなわち、硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量に対して2当量以上の水酸化リチウムを含有している第1の溶液1(溶液中のヒドロキシル基が硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量に対して2当量以上である、pHが11以下の溶液1。)を用いることにより、硫化水素が第1の溶液1の外に放出されないようにすること(第1の溶液1の外への硫化水素の放出を防止すること)が可能である。第1の溶液1で反応が生じやすい形態にする観点から、第1の溶解工程S11は、正極10を浸漬した後に、第1の溶液1を撹拌することが好ましい。
ここで、硫化水素が第1の溶液1に外に放出されないようにするためには、多量の水酸化リチウムを第1の溶液1に含有させることが好ましい。しかしながら、多量の水酸化リチウムを第1の溶液1に含有させると、アルミニウム箔11がヒドロキソ錯体を形成しながら溶解するようになる。このような事態を回避する観点から、第1の溶液1に含有させる水酸化リチウムは、上記箔中のアルミニウムの物質量に対して4当量未満とする。このような第1の溶液1を用いることにより、第1の溶解工程S11では、アルミニウム箔11の反応として、2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2という反応が生じ、その結果、アルミニウム箔11は箔11’になる。Al(OH)3は、第1の溶液1に溶解しない。なお、本実施形態において、アルミニウム箔11に含まれるアルミニウムの物質量は、正極10に含まれている硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量の1/2よりも多い。すなわち、アルミニウム箔11に含まれるアルミニウムの物質量をM1(mol)、正極10に含まれている硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量をM2(mol)とするとき、M1>0.5×M2である。
1.1. 1st melt | dissolution process S11
In the first dissolution step S11, an aluminum foil 11 and a positive electrode mixture layer 12 (a positive electrode active material, a sulfide solid electrolyte, and a conductive material) are added to a first solution 1 that is a Li-based alkaline aqueous solution (LiOH aqueous solution having a pH of 11 or less). This is a step of dissolving the sulfide solid electrolyte contained in the positive electrode mixture layer 12 by immersing the positive electrode 10 including a layer having an auxiliary agent and a binder. Since the first solution 1 is an aqueous solution, when the positive electrode 10 is immersed in the first solution 1, the water contained in the first solution 1 reacts with the sulfide solid electrolyte, so that hydrogen sulfide (H 2 S ) Occurs. The hydrogen sulfide generated in the first solution 1 reacts with LiOH contained in the first solution 1 (H 2 S + 2LiOH → Li 2 S + 2H 2 O). By causing this reaction, it is possible to suppress the generated hydrogen sulfide from being released out of the first solution 1. Also, for example, the first solution 1 containing LiOH that reacts with all of the generated hydrogen sulfide, that is, contains 2 equivalents or more of lithium hydroxide with respect to the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte. By using the first solution 1 (the solution 1 in which the hydroxyl group in the solution is 2 equivalents or more with respect to the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte and the pH is 11 or less), It is possible to prevent hydrogen from being released out of the first solution 1 (preventing release of hydrogen sulfide out of the first solution 1). From the viewpoint of making the first solution 1 form a reaction easily, it is preferable that the first dissolution step S11 stirs the first solution 1 after the positive electrode 10 is immersed.
Here, in order to prevent hydrogen sulfide from being released to the first solution 1, it is preferable to contain a large amount of lithium hydroxide in the first solution 1. However, when a large amount of lithium hydroxide is contained in the first solution 1, the aluminum foil 11 is dissolved while forming a hydroxo complex. From the viewpoint of avoiding such a situation, the lithium hydroxide contained in the first solution 1 is less than 4 equivalents with respect to the amount of aluminum in the foil. By using the solution 1 of such first, in the first dissolution step S11, as a reaction of the aluminum foil 11, reaction occurs that 2Al + 6H 2 O → 2Al ( OH) 3 + 3H 2, as a result, the aluminum foil 11 Becomes foil 11 '. Al (OH) 3 does not dissolve in the first solution 1. In the present embodiment, the amount of aluminum contained in the aluminum foil 11 is greater than half the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte contained in the positive electrode 10. That is, when the amount of aluminum contained in the aluminum foil 11 is M1 (mol) and the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte contained in the positive electrode 10 is M2 (mol), M1> 0.5 × M2.
1.2.第1の分離工程S12
第1の分離工程S12は、上記第1の溶解工程S11で得られた溶液1’(硫化水素とLiOHとを反応させた後の溶液)と不溶成分10’とを分離する工程である。第1の分離工程S12は、溶液1’と不溶成分10’とを分離することができれば、その形態は特に限定されない。第1の分離工程S12は、例えば、ろ過やデカンテーションによって、溶液1’と不溶成分10’とを分離する工程、とすることができる。
1.2. First separation step S12
The first separation step S12 is a step of separating the solution 1 ′ (solution after reacting hydrogen sulfide and LiOH) obtained in the first dissolution step S11 and the insoluble component 10 ′. The form of the first separation step S12 is not particularly limited as long as the solution 1 ′ and the insoluble component 10 ′ can be separated. The first separation step S12 can be a step of separating the solution 1 ′ and the insoluble component 10 ′ by, for example, filtration or decantation.
1.3.濃縮工程S13
濃縮工程S13は、上記第1の分離工程S12で分離された溶液1’を濃縮することにより、硫化物固体電解質の原料(Li2S)を得る工程である。濃縮工程S13は、溶液1’を濃縮することによって硫化物固体電解質の原料を回収することができれば、その形態は特に限定されない。濃縮工程S13は、例えば、溶液の加熱によって、溶液1’を濃縮することにより、硫化物固体電解質の原料(Li2S)を回収する工程、とすることができる。
1.3. Concentration step S13
The concentration step S13 is a step for obtaining a sulfide solid electrolyte raw material (Li 2 S) by concentrating the solution 1 ′ separated in the first separation step S12. Concentration process S13 will not be specifically limited if the raw material of sulfide solid electrolyte can be collect | recovered by concentrating solution 1 '. Concentration step S13., For example, by heating the solution by concentrating the solution 1 ', it is possible to process, and to recover the raw material of the sulfide solid electrolyte (Li 2 S).
1.4.第2の溶解工程S14
第2の溶解工程S14は、上記第1の分離工程S12で分離された不溶成分10’を、第1の溶液1よりも強アルカリ性の溶液である第2の溶液2に浸漬することにより、箔11’を溶解させる工程である。第2の溶液2は、箔11’を溶解させることができれば良く、具体的には、溶液中のヒドロキシル基が、箔11’に含まれるアルミニウムの物質量に対して4当量以上である溶液(pHが12以上である金属水酸化物の水溶液)を用いる。このような溶液を用いることにより、Al(OH)3+OH−→[Al(OH)4)]−という反応を生じさせることが可能なので、箔11’を溶解させることが可能である。第2の溶液2で反応が生じやすい形態にする観点から、第2の溶解工程S14は、不溶成分10’を浸漬した後に、第2の溶液2を撹拌することが好ましい。
1.4. Second dissolution step S14
In the second dissolution step S14, the insoluble component 10 ′ separated in the first separation step S12 is dipped in the second solution 2 which is a stronger alkaline solution than the first solution 1, thereby forming a foil. This is a step of dissolving 11 ′. The 2nd solution 2 should just be able to dissolve foil 11 ', and specifically, a solution (the hydroxyl group in a solution is 4 equivalents or more with respect to the amount of aluminum contained in foil 11' ( An aqueous solution of a metal hydroxide having a pH of 12 or more is used. By using such a solution, a reaction of Al (OH) 3 + OH − → [Al (OH) 4 )] − can be caused, so that the foil 11 ′ can be dissolved. From the viewpoint of making the second solution 2 form a reaction easily, it is preferable that the second dissolution step S14 stirs the second solution 2 after immersing the insoluble component 10 ′.
1.5.第2の分離工程S15
第2の分離工程S15は、上記第2の溶解工程S14で得られた溶液2’(箔11’を溶解させた後の溶液)と、不溶成分12’とを分離する工程である。第2の分離工程S15は、溶液2’と不溶成分12’とを分離することができれば、その形態は特に限定されない。第2の分離工程S15は、例えば、ろ過やデカンテーションによって、溶液2’と不溶成分12’とを分離する工程、とすることができる。
1.5. Second separation step S15
The second separation step S15 is a step of separating the solution 2 ′ (solution after dissolving the foil 11 ′) obtained in the second dissolution step S14 and the insoluble component 12 ′. The form of the second separation step S15 is not particularly limited as long as the solution 2 ′ and the insoluble component 12 ′ can be separated. The second separation step S15 can be a step of separating the solution 2 ′ and the insoluble component 12 ′ by, for example, filtration or decantation.
1.6.燃焼工程S16
燃焼工程S16は、上記第2の分離工程S15で分離された不溶成分12’を燃焼させることにより、正極活物質を得る工程である。燃焼工程S16は、不溶成分12’を燃焼させることによって正極活物質を回収することができれば、その形態は特に限定されない。
1.6. Combustion process S16
The combustion step S16 is a step of obtaining the positive electrode active material by burning the insoluble component 12 ′ separated in the second separation step S15. The form of the combustion step S16 is not particularly limited as long as the positive electrode active material can be recovered by burning the insoluble component 12 ′.
以上説明した本発明の第1実施形態によれば、第1の溶解工程S11で第1の溶液1の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、濃縮工程S13で硫化物固体電解質の原料を回収し、且つ、燃焼工程S16で正極活物質を回収することが可能である。さらに、本発明の第1実施形態によれば、アルミニウム箔11と正極合剤層12とを予め分離しなくても、第1の溶液1の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、正極活物質及び硫化物固体電解質の原料を回収することが可能である。本発明の第1実施形態によれば、箔を剥離する工程を省略することができるので、正極活物質及び硫化物固体電解質の原料を分離回収する工程を簡素化することが可能である。 According to the first embodiment of the present invention described above, the sulfide solid electrolyte is reduced in the concentration step S13 while suppressing or preventing the release of hydrogen sulfide to the outside of the first solution 1 in the first dissolution step S11. The raw material can be recovered, and the positive electrode active material can be recovered in the combustion step S16. Furthermore, according to the first embodiment of the present invention, the release of hydrogen sulfide to the outside of the first solution 1 is suppressed or prevented without separating the aluminum foil 11 and the positive electrode mixture layer 12 in advance. It is possible to recover the raw materials for the positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte. According to the first embodiment of the present invention, since the step of peeling the foil can be omitted, the step of separating and recovering the positive electrode active material and the raw material of the sulfide solid electrolyte can be simplified.
2.第2実施形態
図2は、第2実施形態にかかる本発明の硫化物固体電池の正極活物質回収方法を説明する図である。この第2実施形態は、例えば、集電箔から剥離された正極合剤層から正極活物質及び硫化物固体電解質の原料を回収する際に、好適に用いることができる。図2において、図1に示した構成と同様の構成には、図1で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
2. 2nd Embodiment FIG. 2: is a figure explaining the positive electrode active material collection | recovery method of the sulfide solid battery of this invention concerning 2nd Embodiment. This 2nd Embodiment can be used conveniently, for example, when collect | recovering the positive electrode active material and the raw material of sulfide solid electrolyte from the positive mix layer peeled from the current collection foil. In FIG. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG.
図2に示したように、第2実施形態にかかる本発明の硫化物固体電池の正極活物質回収方法S20は、第1の溶解工程S21と、第1の分離工程S22と、濃縮工程S23と、燃焼工程S24と、を有している。 As shown in FIG. 2, the sulfide active battery positive electrode active material recovery method S20 according to the second embodiment of the present invention includes a first dissolution step S21, a first separation step S22, and a concentration step S23. And a combustion step S24.
2.1.第1の溶解工程S21
第1の溶解工程S21は、Li系アルカリ水溶液(LiOH水溶液)である第1の溶液1に、正極合剤層12(正極活物質と硫化物固体電解質と導電助剤とバインダーとを有する層)を浸漬することにより、正極合剤層12に含まれている硫化物固体電解質を溶解させる工程である。第1の溶液1は水溶液なので、第1の溶液1に正極合剤層12を浸漬すると、第1の溶液1に含まれている水と硫化物固体電解質とが反応することにより、硫化水素(H2S)が発生する。第1の溶液1で発生した硫化水素は、第1の溶液1に含まれているLiOHと反応する(H2S+2LiOH→Li2S+2H2O)。この反応を生じさせることにより、発生した硫化水素が第1の溶液1の外へと放出されることを抑制できるようになる。また、例えば、発生した硫化水素のすべてと反応するLiOHを含有している第1の溶液1、すなわち、硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量に対して2当量以上の水酸化リチウムを含有している第1の溶液1(溶液中のヒドロキシル基が硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量に対して2当量以上である、pHが11以下の溶液1。)を用いることにより、硫化水素が第1の溶液1の外に放出されないようにすること(第1の溶液1の外への硫化水素の放出を防止すること)が可能である。第1の溶液1で反応が生じやすい形態にする観点から、第1の溶解工程S21は、正極合材層12を浸漬した後に、第1の溶液1を撹拌することが好ましい。
2.1. First dissolving step S21
In the first dissolution step S21, a positive electrode mixture layer 12 (a layer having a positive electrode active material, a sulfide solid electrolyte, a conductive assistant, and a binder) is added to the first solution 1 which is a Li-based alkaline aqueous solution (LiOH aqueous solution). Is a step of dissolving the sulfide solid electrolyte contained in the positive electrode mixture layer 12 by immersing. Since the first solution 1 is an aqueous solution, when the positive electrode mixture layer 12 is immersed in the first solution 1, the water contained in the first solution 1 reacts with the sulfide solid electrolyte, so that hydrogen sulfide ( H 2 S) is generated. The hydrogen sulfide generated in the first solution 1 reacts with LiOH contained in the first solution 1 (H 2 S + 2LiOH → Li 2 S + 2H 2 O). By causing this reaction, it is possible to suppress the generated hydrogen sulfide from being released out of the first solution 1. Also, for example, the first solution 1 containing LiOH that reacts with all of the generated hydrogen sulfide, that is, contains 2 equivalents or more of lithium hydroxide with respect to the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte. By using the first solution 1 (the solution 1 in which the hydroxyl group in the solution is 2 equivalents or more with respect to the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte and the pH is 11 or less), It is possible to prevent hydrogen from being released out of the first solution 1 (preventing release of hydrogen sulfide out of the first solution 1). From the viewpoint of making the first solution 1 form a reaction easily, it is preferable that the first dissolving step S21 stirs the first solution 1 after the positive electrode mixture layer 12 is immersed.
2.2.第1の分離工程S22
第1の分離工程S22は、上記第1の溶解工程S21で得られた溶液1’(硫化水素とLiOHとを反応させた後の溶液)と不溶成分12’とを分離する工程である。第1の分離工程S22は、溶液1’と不溶成分12’とを分離することができれば、その形態は特に限定されない。第1の分離工程S22は、例えば、ろ過やデカンテーションによって、溶液1’と不溶成分12’とを分離する工程、とすることができる。
2.2. First separation step S22
The first separation step S22 is a step of separating the solution 1 ′ (solution after reacting hydrogen sulfide and LiOH) obtained in the first dissolution step S21 and the insoluble component 12 ′. The form of the first separation step S22 is not particularly limited as long as the solution 1 ′ and the insoluble component 12 ′ can be separated. The first separation step S22 can be a step of separating the solution 1 ′ and the insoluble component 12 ′ by, for example, filtration or decantation.
2.3.濃縮工程S23
濃縮工程S23は、上記第1の分離工程S22で分離された溶液1’を濃縮することにより、硫化物固体電解質の原料(Li2S)を得る工程である。濃縮工程S23は、濃縮工程S13と同様の工程であるため、ここでは説明を省略する。
2.3. Concentration step S23
The concentration step S23 is a step of obtaining a sulfide solid electrolyte raw material (Li 2 S) by concentrating the solution 1 ′ separated in the first separation step S22. Since concentration process S23 is the same process as concentration process S13, description is abbreviate | omitted here.
2.4.燃焼工程S24
燃焼工程S24は、上記第1の分離工程S22で分離された不溶成分12’を燃焼させることにより、正極活物質を得る工程である。燃焼工程S24は、不溶成分12’を燃焼させることによって正極活物質を回収することができれば、その形態は特に限定されない。
2.4. Combustion process S24
The combustion step S24 is a step of obtaining a positive electrode active material by burning the insoluble component 12 ′ separated in the first separation step S22. The form of the combustion step S24 is not particularly limited as long as the positive electrode active material can be recovered by burning the insoluble component 12 ′.
以上説明した本発明の第2実施形態によれば、第1の溶解工程S21で第1の溶液1の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、濃縮工程S23で硫化物固体電解質の原料を回収し、且つ、燃焼工程S24で正極活物質を回収することが可能である。したがって、本発明の第2実施形態によれば、処理液の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、正極活物質及び硫化物固体電解質の原料を回収することが可能な、硫化物固体電池の正極活物質回収方法を提供することができる。 According to the second embodiment of the present invention described above, the sulfide solid electrolyte is reduced in the concentration step S23 while suppressing or preventing the release of hydrogen sulfide to the outside of the first solution 1 in the first dissolution step S21. It is possible to recover the raw material and recover the positive electrode active material in the combustion step S24. Therefore, according to the second embodiment of the present invention, the sulfide capable of recovering the positive electrode active material and the raw material of the sulfide solid electrolyte while suppressing or preventing the release of hydrogen sulfide to the outside of the treatment liquid. A positive electrode active material recovery method for a solid state battery can be provided.
本発明において、正極合剤層12に用いられる正極活物質としては、固体電池で使用可能な正極活物質を例示することができる。具体的には、LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4、LiMn2O4、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2等を例示することができる。正極活物質の形状は、例えば粒子状や薄膜状等にすることができる。正極活物質の平均粒径(D50)は、例えば1nm以上100μm以下であることが好ましく、10nm以上30μm以下であることがより好ましい。また、正極層における正極活物質の含有量は、特に限定されないが、質量%で、例えば40%以上99%以下とすることが好ましい。 In the present invention, examples of the positive electrode active material used for the positive electrode mixture layer 12 include positive electrode active materials that can be used in solid batteries. Specifically, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiFePO 4 , LiMn 2 O 4 , LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 and the like can be exemplified. The shape of the positive electrode active material can be, for example, particulate or thin film. The average particle diameter (D 50 ) of the positive electrode active material is, for example, preferably from 1 nm to 100 μm, and more preferably from 10 nm to 30 μm. Further, the content of the positive electrode active material in the positive electrode layer is not particularly limited, but is preferably 40% or more and 99% or less in mass%, for example.
また、正極活物質と固体電解質との界面に高抵抗層が形成され難くすることにより、電池抵抗の増加を防止しやすい形態にする観点から、正極合剤層12に含有されている正極活物質は、イオン伝導性酸化物で被覆されていることが好ましい。正極活物質を被覆するリチウムイオン伝導性酸化物としては、例えば、一般式LixAOy(Aは、B、C、Al、Si、P、S、Ti、Zr、Nb、Mo、Ta又はWであり、x及びyは正の数である。)で表される酸化物を挙げることができる。具体的には、Li3BO3、LiBO2、Li2CO3、LiAlO2、Li4SiO4、Li2SiO3、Li3PO4、Li2SO4、Li2TiO3、Li4Ti5O12、Li2Ti2O5、Li2ZrO3、LiNbO3、Li2MoO4、Li2WO4等を例示することができる。また、リチウムイオン伝導性酸化物は、複合酸化物であっても良い。正極活物質を被覆する複合酸化物としては、上記リチウムイオン伝導性酸化物の任意の組み合わせを採用することができ、例えば、Li4SiO4−Li3BO3、Li4SiO4−Li3PO4等を挙げることができる。また、正極活物質の表面をイオン伝導性酸化物で被覆する場合、イオン伝導性酸化物は、正極活物質の少なくとも一部を被覆してれば良く、正極活物質の全面を被覆していても良い。また、正極活物質を被覆するイオン伝導性酸化物の厚さは、例えば、0.1nm以上100nm以下であることが好ましく、1nm以上20nm以下であることがより好ましい。なお、イオン伝導性酸化物の厚さは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)等を用いて測定することができる。 Moreover, the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer 12 from the viewpoint of making it easy to prevent an increase in battery resistance by making it difficult for the high resistance layer to be formed at the interface between the positive electrode active material and the solid electrolyte. Is preferably coated with an ion conductive oxide. Examples of the lithium ion conductive oxide that coats the positive electrode active material include a general formula Li x AO y (A is B, C, Al, Si, P, S, Ti, Zr, Nb, Mo, Ta, or W). And x and y are positive numbers). Specifically, Li 3 BO 3 , LiBO 2 , Li 2 CO 3 , LiAlO 2 , Li 4 SiO 4 , Li 2 SiO 3 , Li 3 PO 4 , Li 2 SO 4 , Li 2 TiO 3 , Li 4 Ti 5 Examples include O 12 , Li 2 Ti 2 O 5 , Li 2 ZrO 3 , LiNbO 3 , Li 2 MoO 4 , Li 2 WO 4 and the like. The lithium ion conductive oxide may be a complex oxide. As the composite oxide covering the positive electrode active material, any combination of the above lithium ion conductive oxides can be employed. For example, Li 4 SiO 4 —Li 3 BO 3 , Li 4 SiO 4 —Li 3 PO 4 etc. can be mentioned. Further, when the surface of the positive electrode active material is coated with an ion conductive oxide, the ion conductive oxide only needs to cover at least a part of the positive electrode active material, and covers the entire surface of the positive electrode active material. Also good. In addition, the thickness of the ion conductive oxide covering the positive electrode active material is, for example, preferably from 0.1 nm to 100 nm, and more preferably from 1 nm to 20 nm. The thickness of the ion conductive oxide can be measured using, for example, a transmission electron microscope (TEM).
また、正極合剤層12に用いられる硫化物固体電解質としては、硫化物固体電池に使用可能な硫化物固体電解質を例示することができる。具体的には、Li2S−SiS2、LiI−Li2S−SiS2、LiI−Li2S−P2S5、LiI−Li2S−P2O5、Li2S−P2S5、Li3PS4等を例示することができる。 Moreover, as a sulfide solid electrolyte used for the positive mix layer 12, the sulfide solid electrolyte which can be used for a sulfide solid battery can be illustrated. Specifically, Li 2 S-SiS 2, LiI-Li 2 S-SiS 2, LiI-Li 2 S-P 2 S 5, LiI-Li 2 S-P 2 O 5, Li 2 S-P 2 S 5 , Li 3 PS 4 and the like.
また、正極合剤層12に用いられる導電助剤としては、硫化物固体電池に使用可能な導電助剤を例示することができる。具体的には、気相成長炭素繊維、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)等の炭素材料のほか、硫化物固体電池の使用時の環境に耐えることが可能な金属材料を例示することができる。 Moreover, as a conductive support agent used for the positive mix layer 12, the conductive support agent which can be used for a sulfide solid battery can be illustrated. Specifically, in addition to carbon materials such as vapor-grown carbon fiber, acetylene black (AB), ketjen black (KB), carbon nanotube (CNT), carbon nanofiber (CNF), when using sulfide solid state batteries Examples of the metal material that can withstand this environment can be given.
また、正極合剤層12に用いられるバインダーとしては、硫化物固体電池に使用可能なバインダーを例示することができる。具体的には、アクリロニトリルブタジエンゴム(ABR)、ブタジエンゴム(BR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等を例示することができる。 Moreover, as a binder used for the positive mix layer 12, the binder which can be used for a sulfide solid state battery can be illustrated. Specific examples include acrylonitrile butadiene rubber (ABR), butadiene rubber (BR), polyvinylidene fluoride (PVdF), styrene butadiene rubber (SBR), and the like.
また、上記説明では、正極に用いられる集電箔としてアルミニウム箔11を例示したが、第1実施形態で第1の溶液に浸漬される正極に用いられる集電箔は、アルミニウム合金箔(50質量%以上のアルミニウムを含有するアルミニウム合金箔)であっても良い。 Moreover, in the said description, although aluminum foil 11 was illustrated as a current collection foil used for a positive electrode, the current collection foil used for the positive electrode immersed in the 1st solution in 1st Embodiment is aluminum alloy foil (50 mass). % Aluminum alloy foil containing at least aluminum.
以上説明したように、本発明によれば、処理液の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、正極活物質及び硫化物固体電解質の原料を回収することが可能な、硫化物固体電池の正極活物質回収方法を提供することができる。ここで、硫化物固体電解質は、Li2Sを用いて(例えば、Li2S及びP2S5を用いて)製造可能である。本発明では、Li2Sの状態で硫化物固体電解質の原料を回収するので、容易にリサイクル可能である。
このほか、例えば以下に説明する形態であっても、処理液の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、正極活物質を回収することは可能と考えられる。
As described above, according to the present invention, a sulfide solid that can recover the raw material of the positive electrode active material and the sulfide solid electrolyte while suppressing or preventing the release of hydrogen sulfide to the outside of the treatment liquid. A positive electrode active material recovery method for a battery can be provided. Here, the sulfide solid electrolyte, by using the Li 2 S (e.g., using a Li 2 S and P 2 S 5) can be produced. In the present invention, since the raw material of the sulfide solid electrolyte is recovered in the state of Li 2 S, it can be easily recycled.
In addition, for example, even in the form described below, it is considered possible to recover the positive electrode active material while suppressing or preventing the release of hydrogen sulfide to the outside of the treatment liquid.
3.参考形態
3.1.第1参考形態
図3は、第1参考形態にかかる硫化物固体電池の正極活物質回収方法を説明する図である。この第1参考形態は、例えば、集電箔から剥離された正極合剤層から正極活物質を回収する際に、好適に用いることができる。図3において、図2に示した構成と同様の構成には、図2で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
3. Reference form 3.1. First Reference Embodiment FIG. 3 is a diagram for explaining a positive electrode active material recovery method for a sulfide solid state battery according to the first reference embodiment. This 1st reference form can be used conveniently, for example, when collect | recovering positive electrode active materials from the positive mix layer peeled from the current collection foil. 3, components similar to those illustrated in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 2, and description thereof is omitted as appropriate.
図3に示したように、第1参考形態にかかる硫化物固体電池の正極活物質回収方法S90aは、第1の溶解工程S91aと、第1の分離工程S92aと、燃焼工程S93aと、を有している。 As shown in FIG. 3, the positive electrode active material recovery method S90a for the sulfide solid state battery according to the first reference embodiment includes a first dissolution step S91a, a first separation step S92a, and a combustion step S93a. doing.
第1の溶解工程S91aは、アンモニア水溶液である溶液91aに、正極合剤層12(正極活物質と硫化物固体電解質と導電助剤とバインダーとを有する層)を浸漬することにより、正極合剤層12に含まれている硫化物固体電解質を溶解させる工程である。溶液91aは水溶液なので、溶液91aに正極合剤層12を浸漬すると、溶液91aに含まれている水と硫化物固体電解質とが反応することにより、硫化水素(H2S)が発生する。溶液91aで発生した硫化水素は、その後、NH3と反応する(H2S+2NH3→(NH4)2S)。この反応を生じさせることにより、発生した硫化水素が溶液91aの外へと放出されることを抑制できるようになる。また、例えば、発生した硫化水素のすべてと反応するNH3を含有している溶液91a、すなわち、硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量に対して2当量以上のアンモニアを含有している溶液91aを用いることにより、硫化水素が溶液91aの外に放出されないようにすることが可能である。溶液91aで反応が生じやすい形態にする観点から、第1の溶解工程S91aは、正極合材層12を浸漬した後に、溶液91aを撹拌することが好ましい。 In the first dissolution step S91a, the positive electrode mixture layer 12 (a layer having a positive electrode active material, a sulfide solid electrolyte, a conductive additive, and a binder) is immersed in a solution 91a that is an aqueous ammonia solution. In this step, the sulfide solid electrolyte contained in the layer 12 is dissolved. Since the solution 91a is an aqueous solution, when the positive electrode mixture layer 12 is immersed in the solution 91a, water contained in the solution 91a reacts with the sulfide solid electrolyte to generate hydrogen sulfide (H 2 S). The hydrogen sulfide generated in the solution 91a then reacts with NH 3 (H 2 S + 2NH 3 → (NH 4 ) 2 S). By causing this reaction, it is possible to suppress the generated hydrogen sulfide from being released out of the solution 91a. Further, for example, a solution 91a containing NH 3 that reacts with all of the generated hydrogen sulfide, that is, a solution containing 2 equivalents or more of ammonia with respect to the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte. By using 91a, it is possible to prevent hydrogen sulfide from being released out of the solution 91a. From the viewpoint of forming a form in which the reaction is likely to occur in the solution 91a, the first dissolution step S91a preferably stirs the solution 91a after the positive electrode mixture layer 12 is immersed.
第1の分離工程S92aは、上記第1の溶解工程S91aで得られた溶液91a’(硫化水素とNH3とを反応させた後の溶液)と不溶成分12’とを分離する工程である。第1の分離工程S92aは、溶液91a’と不溶成分12’とを分離することができれば、その形態は特に限定されない。 The first separation step S92a is a step of separating the solution 91a ′ (solution obtained by reacting hydrogen sulfide and NH 3 ) obtained in the first dissolution step S91a and the insoluble component 12 ′. The form of the first separation step S92a is not particularly limited as long as the solution 91a ′ and the insoluble component 12 ′ can be separated.
燃焼工程S93aは、上記第1の分離工程S92aで分離された不溶成分12’を燃焼させることにより、正極活物質を得る工程である。燃焼工程S93aは、不溶成分12’を燃焼させることによって正極活物質を回収することができれば、その形態は特に限定されない。 The combustion step S93a is a step of obtaining the positive electrode active material by burning the insoluble component 12 'separated in the first separation step S92a. The form of the combustion step S93a is not particularly limited as long as the positive electrode active material can be recovered by burning the insoluble component 12 '.
3.2.第2参考形態
図4は、第2参考形態にかかる硫化物固体電池の正極活物質回収方法S90bを説明する図である。この第2参考形態は、例えば、アルミニウム箔を備える正極から正極活物質を回収する際に、好適に用いることができる。図4において、図1に示した構成と同様の構成には、図1で使用した符号を同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
3.2. Second Reference Embodiment FIG. 4 is a diagram for explaining a positive electrode active material recovery method S90b of a sulfide solid state battery according to a second reference embodiment. This 2nd reference form can be used conveniently, for example, when collect | recovering positive electrode active materials from a positive electrode provided with aluminum foil. In FIG. 4, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals used in FIG. 1, and the description thereof is omitted as appropriate.
図4に示したように、第2参考形態にかかる硫化物固体電池の正極活物質回収方法S90bは、第1の溶解工程S91bと、第1の分離工程S92bと、燃焼工程S93bと、を有している。 As shown in FIG. 4, the sulfide active battery positive electrode active material recovery method S90b according to the second reference embodiment includes a first dissolution step S91b, a first separation step S92b, and a combustion step S93b. doing.
第1の溶解工程S91bは、強アルカリ性水溶液(強塩基となる金属水酸化物の水溶液)である溶液91bに、正極10を浸漬することにより、正極合剤層12に含まれている硫化物固体電解質及びアルミニウム箔11を溶解させる工程である。ここで、溶液91bは、溶液中のヒドロキシル基が、硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量に対して2当量以上であって、さらに、アルミニウム箔11に含まれるアルミニウムの物質量に対して4当量以上である(溶液中のヒドロキシル基が、硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量に対して2当量以上とアルミニウム箔11に含まれるアルミニウムの物質量に対して4当量以上の合計量である)、水酸化リチウム水溶液である。
溶液91bは水溶液なので、溶液91bに正極10を浸漬すると、溶液91bに含まれている水と硫化物固体電解質とが反応することにより、硫化水素(H2S)が発生する。溶液91bで発生した硫化水素は、その後、LiOHと反応する(H2S+2LiOH→Li2S+2H2O)。それゆえ、例えば、発生した硫化水素のすべてと反応するLiOHを含有している溶液91b、すなわち、上記水酸化リチウム水溶液を溶液91bとして用いることにより、硫化水素が溶液91bの外に放出されないようにすることが可能である。
加えて、溶液91bは強アルカリ性なので、溶液91bに正極10を浸漬すると、溶液91bとアルミニウム箔11とが反応することにより、Li[Al(OH)4]が生成される。より具体的には、第1段階の反応としてAl+3LiOH→Al(OLi)3+3/2H2という反応が起こり、続いて第2段階の反応としてAl(OLi)3+3H2O→Al(OH)3+3LiOHという反応が起こり、続いて第3段階の反応としてAl(OH)3+LiOH→Li[Al(OH)4]という反応が起こる。これらの反応をまとめると、アルミニウム箔11の溶解反応は、2Al+2LiOH+6H2O→2Li[Al(OH)4]+3H2で表わされる。それゆえ、例えば、アルミニウム箔11を構成するアルミニウムのすべてと反応するLiOH及び水を含有している溶液91b、すなわち、上記水酸化リチウム水溶液を溶液91bとして用いることにより、アルミニウム箔11を溶解することが可能である。溶液91bで反応が生じやすい形態にする観点から、第1の溶解工程S91bは、正極10を浸漬した後に、溶液91bを撹拌することが好ましい。
In the first dissolution step S91b, a sulfide solid contained in the positive electrode mixture layer 12 is obtained by immersing the positive electrode 10 in a solution 91b that is a strong alkaline aqueous solution (aqueous solution of a metal hydroxide that becomes a strong base). In this step, the electrolyte and the aluminum foil 11 are dissolved. Here, in the solution 91b, the hydroxyl group in the solution is 2 equivalents or more with respect to the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte, and further, with respect to the amount of aluminum contained in the aluminum foil 11. 4 equivalents or more (the total amount of hydroxyl groups in the solution is 2 equivalents or more with respect to the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte and 4 equivalents or more with respect to the amount of aluminum contained in the aluminum foil 11) A lithium hydroxide aqueous solution.
Since the solution 91b is an aqueous solution, when the positive electrode 10 is immersed in the solution 91b, water contained in the solution 91b reacts with the sulfide solid electrolyte to generate hydrogen sulfide (H 2 S). The hydrogen sulfide generated in the solution 91b then reacts with LiOH (H 2 S + 2LiOH → Li 2 S + 2H 2 O). Therefore, for example, by using the solution 91b containing LiOH that reacts with all of the generated hydrogen sulfide, that is, the lithium hydroxide aqueous solution as the solution 91b, hydrogen sulfide is not released out of the solution 91b. Is possible.
In addition, since the solution 91b is strongly alkaline, when the positive electrode 10 is immersed in the solution 91b, the solution 91b and the aluminum foil 11 react to generate Li [Al (OH) 4 ]. More specifically, a reaction of Al + 3LiOH → Al (OLi) 3 + 3 / 2H 2 occurs as the first stage reaction, and subsequently, Al (OLi) 3 + 3H 2 O → Al (OH) 3 as the second stage reaction. A reaction of + 3LiOH occurs, and subsequently, a reaction of Al (OH) 3 + LiOH → Li [Al (OH) 4 ] occurs as a third stage reaction. Summarizing these reactions, the dissolution reaction of the aluminum foil 11 is represented by 2Al + 2LiOH + 6H 2 O → 2Li [Al (OH) 4 ] + 3H 2 . Therefore, for example, the solution 91b containing LiOH that reacts with all of the aluminum constituting the aluminum foil 11 and water, that is, the lithium hydroxide aqueous solution is used as the solution 91b to dissolve the aluminum foil 11. Is possible. From the viewpoint of making the solution 91b likely to cause a reaction, the first dissolution step S91b preferably stirs the solution 91b after the positive electrode 10 is immersed.
第1の分離工程S92bは、上記第1の溶解工程S91bで得られた溶液91b’(硫化水素とLiOHとを反応させ、且つ、アルミニウム箔11を溶解させた後の溶液)と不溶成分12’とを分離する工程である。第1の分離工程S92bは、溶液91b’と不溶成分12’とを分離することができれば、その形態は特に限定されない。なお、第1の分離工程S92bで分離された溶液91b’にはLi2Sが含まれている。それゆえ、溶液91b’に含まれているLi[Al(OH)4]とLi2Sとを分離することにより、硫化物固体電解質の原料を回収することが可能になる。 In the first separation step S92b, the solution 91b ′ (solution obtained by reacting hydrogen sulfide and LiOH and dissolving the aluminum foil 11) obtained in the first dissolution step S91b and the insoluble component 12 ′. Is a step of separating The form of the first separation step S92b is not particularly limited as long as the solution 91b ′ and the insoluble component 12 ′ can be separated. The solution 91b ′ separated in the first separation step S92b contains Li 2 S. Therefore, it is possible to recover the raw material of the sulfide solid electrolyte by separating Li [Al (OH) 4 ] and Li 2 S contained in the solution 91b ′.
燃焼工程S93bは、上記第1の分離工程S92bで分離された不溶成分12’を燃焼させることにより、正極活物質を得る工程である。燃焼工程S93bは、不溶成分12’を燃焼させることによって正極活物質を回収することができれば、その形態は特に限定されない。 The combustion step S93b is a step of obtaining a positive electrode active material by burning the insoluble component 12 'separated in the first separation step S92b. The form of the combustion step S93b is not particularly limited as long as the positive electrode active material can be recovered by burning the insoluble component 12 '.
このように、第1参考形態や第2参考形態であっても、処理液の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、正極活物質を回収することは可能である。これらの形態に比べ、本発明は、処理液の外への硫化水素の放出を抑制又は防止しつつ、正極活物質のみならず硫化物固体電解質の原料をも容易に回収可能、という点で優れている。 Thus, even in the first reference form and the second reference form, it is possible to recover the positive electrode active material while suppressing or preventing the release of hydrogen sulfide to the outside of the processing liquid. Compared to these forms, the present invention is superior in that not only the positive electrode active material but also the raw material of the sulfide solid electrolyte can be easily recovered while suppressing or preventing the release of hydrogen sulfide to the outside of the treatment liquid. ing.
1…第1の溶液
1’、2’…溶液
2…第2の溶液
10…正極
10’、12’…不溶成分
11…アルミニウム箔
11’…箔
12…正極合剤層
91a、91a’…溶液
91b、91b’…溶液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st solution 1 ', 2' ... Solution 2 ... 2nd solution 10 ... Positive electrode 10 ', 12' ... Insoluble component 11 ... Aluminum foil 11 '... Foil 12 ... Positive electrode mixture layer 91a, 91a' ... Solution 91b, 91b '... solution
Claims (2)
前記正極を、Li系アルカリ水溶液である第1の溶液に浸漬することにより、前記硫化物固体電解質を溶解させる、第1の溶解工程と、
前記第1の溶解工程で得られた溶液と不溶成分とを分離する、第1の分離工程と、
前記第1の分離工程で分離された前記溶液を濃縮する、濃縮工程と、
前記第1の分離工程で分離された前記不溶成分を燃焼させる、燃焼工程と、
を有する、硫化物固体電池の正極活物質回収方法。 A method of recovering the positive electrode active material from a positive electrode containing at least a sulfide solid electrolyte and a positive electrode active material,
A first dissolving step of dissolving the sulfide solid electrolyte by immersing the positive electrode in a first solution that is a Li-based alkaline aqueous solution;
A first separation step of separating the solution and insoluble components obtained in the first dissolution step;
A concentration step of concentrating the solution separated in the first separation step;
A combustion step of burning the insoluble component separated in the first separation step;
A method for recovering a positive electrode active material of a sulfide solid state battery.
前記第1の分離工程で分離された前記不溶成分を、前記Li系アルカリ溶液よりも強アルカリ性の溶液である第2の溶液に浸漬することにより、前記箔を溶解させる、第2の溶解工程と、
前記第2の溶解工程で得られた溶液と不溶成分とを分離する、第2の分離工程と、を有し、
前記燃焼工程は、前記第2の分離工程で分離された前記不溶成分を燃焼させる工程であり、
前記第1の溶液は、溶液中のヒドロキシル基が、前記硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量に対して2当量以上、かつ前記箔に含まれるアルミニウムの物質量に対して4当量未満であり、
前記第2の溶液は、溶液中のヒドロキシル基が、前記箔に含まれるアルミニウムの物質量に対して4当量以上であり、
前記箔に含まれるアルミニウムの物質量は、前記硫化物固体電解質に含まれる硫黄の物質量に対して1/2よりも多い、請求項1に記載の硫化物固体電池の正極活物質回収方法。 The positive electrode further includes a foil containing aluminum,
A second dissolving step of dissolving the foil by immersing the insoluble component separated in the first separating step in a second solution which is a stronger alkaline solution than the Li-based alkaline solution; ,
A second separation step of separating the solution and insoluble components obtained in the second dissolution step;
The combustion step is a step of burning the insoluble component separated in the second separation step,
In the first solution, the hydroxyl group in the solution is 2 equivalents or more with respect to the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte and less than 4 equivalents with respect to the amount of aluminum contained in the foil. Yes,
In the second solution, the hydroxyl group in the solution is 4 equivalents or more with respect to the amount of aluminum contained in the foil,
2. The method for recovering a positive electrode active material of a sulfide solid state battery according to claim 1, wherein the amount of aluminum contained in the foil is more than ½ of the amount of sulfur contained in the sulfide solid electrolyte.
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