JP7619354B2 - 有機カーボネートの回収方法及び回収装置 - Google Patents

Description

本開示は、廃リチウムイオン電池の電解液の主成分である有機カーボネートを回収する方法及び装置に関する。

特開平１１－１６７９３６号公報は、使用済みのリチウムイオン電池に含まれる電解液の主成分であるジエチルカーボネートを回収する方法を開示する。この従来の方法では、使用済みのリチウムイオン電池を冷凍室で破砕し、得られた破砕片を抽出溶媒としてのジエチルカーボネート中で加温する。この抽出は、２５℃より低く－４３℃より高い温度条件で行われる。抽出溶媒は、破砕片の固形分から分離される。電解液に含まれるジエチルカーボネートは、分離後の抽出溶媒の蒸留により、抽出溶媒としてのジエチルカーボネートと共に回収される。

本開示に関連する技術分野の技術水準を示す文献としては、特開平１１－１６７９３６号公報の他に、特開２０１２－５９５６４号公報を例示することができる。

特開平１１－１６７９３６号公報 特開２０１２－５９５６４号公報

リチウムイオン電池の電解液の主成分には、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）に加えて、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）などの有機カーボネートが使用される。従来の方法では、抽出溶媒としてＤＥＣを用いているので、ＤＥＣの回収には適していると考えられる。しかしその一方で、ＥＣなどの他の有機カーボネートの回収が不十分となる可能性がある。また、破砕片に接触させる際の抽出用ＤＥＣの状態は液体状態である。そのため、破砕片の固形分に付着した抽出用ＤＥＣをこの固形分から分離することができず、電解液の主成分であるＤＥＣの回収率が低い可能性もある。

本開示の１つの目的は、リチウムイオン電池の電解液に含まれる複数の有機カーボネートを効率的に回収することが可能な技術を提供することにある。

本開示の第１の観点は、廃リチウムイオン電池の電解液に含まれる有機カーボネートを回収する方法である。
前記有機カーボネートは、第１カーボネートと、前記第１カーボネートよりも高融点かつ高沸点の第２カーボネートと、を含む。
前記方法は、
廃リチウムイオン電池が収容される乾燥器の内部温度が第１温度域に保持され、前記乾燥器の下方に延びる配管のそれが第２温度域に保持され、前記配管を介して前記乾燥器に接続される凝縮器のそれが第３温度域に保持される温度調整処理を行うステップと、
前記乾燥器、前記配管及び前記凝縮器の内部圧力を常圧から第１圧力まで減圧して前記凝縮器において前記第１カーボネートを回収する回収処理を行うステップと、
を含む。
前記第１温度域は、前記第１圧力下では第１カーボネートのみが気化し、かつ、前記第１圧力よりも低い第２圧力下では第１及び第２カーボネートの両方が気化する温度域を含む。前記第２温度域は、前記第１圧力下での第２カーボネートの融点以上、かつ、前記第２圧力下での前記廃リチウムイオン電池の電解質の熱分解温度以下の温度域を含む。前記第３温度域は、前記第１圧力下で第１カーボネートが液化する温度域を含む。

第１の観点において、前記第３温度域は、前記第１圧力下で第１カーボネートが液化し、前記第２圧力下で第２カーボネートが液化し、かつ、前記第１圧力下で凝縮した第１カーボネートが再気化しない温度域を含んでいてもよい。
この場合、前記方法は、前記第１カーボネートの回収処理のステップの後、前記乾燥器、前記配管及び前記凝縮器の内部圧力を前記第１圧力から前記第２圧力まで減圧して前記凝縮器において前記第２カーボネートを回収する回収処理を行うステップを更に含んでいてもよい。

本開示の第２の観点は、廃リチウムイオン電池の電解液に含まれる有機カーボネートを回収する装置である。
前記装置は、乾燥器と、配管と、凝縮器と、圧力ポンプと、乾燥器ヒータと、配管ヒータと、凝縮器ヒータと、を備える。前記乾燥器には、廃リチウムイオン電池が収容される。前記配管は、前記乾燥器の下方に延びる。前記凝縮器は、前記配管を介して前記乾燥器に接続される。前記圧力ポンプは、前記乾燥器、前記配管及び前記凝縮器の内部圧力を調整する。前記乾燥器ヒータは、前記乾燥器の内部温度を調整する。前記配管ヒータは、前記配管の内部温度を調整する。前記凝縮器ヒータは、前記凝縮器の内部温度を調整する。
前記有機カーボネートは、第１カーボネートと、前記第１カーボネートよりも高融点かつ高沸点の第２カーボネートと、を含む。
前記第１カーボネートの回収処理が行われる場合、前記乾燥器ヒータが前記乾燥器の内部温度を第１温度域に保持し、前記配管ヒータが前記配管のそれを第２温度域に保持し、前記凝縮器ヒータが前記凝縮器のそれを第３温度域に保持する。
前記第１カーボネートの回収処理において、前記圧力ポンプが、前記乾燥器、前記配管及び前記凝縮器の内部圧力を常圧から第１圧力まで減圧する。
前記第１温度域は、前記第１圧力下では第１カーボネートのみが気化し、かつ、前記第１圧力よりも低い第２圧力下では第１及び第２カーボネートの両方が気化する温度域を含む。前記第２温度域は、前記第１圧力下での第２カーボネートの融点以上、かつ、前記第２圧力下での前記廃リチウムイオン電池の電解質の熱分解温度以下の温度域を含む。前記第３温度域は、前記第１圧力下で第１カーボネートが液化する温度域を含む。

第２の観点において、前記第３温度域は、前記第１圧力下で第１カーボネートが液化し、前記第２圧力下で第２カーボネートが液化し、かつ、前記第１圧力下で凝縮した第１カーボネートが再気化しない温度域を含んでいてもよい。
また、前記第２カーボネートの回収処理は、前記第１カーボネートの回収処理の後に行われてもよい。この場合、前記第２カーボネートの回収処理において、前記圧力ポンプが、前記乾燥器、前記配管及び前記凝縮器の内部圧力を前記第１圧力から前記第２圧力まで減圧してもよい。

本開示によれば、廃リチウムイオン電池の電解液に含まれる第１カーボネートを、この電解液に含まれる第２カーボネートから分離して回収することが可能となる。また、第１カーボネートの回収処理の後に第２カーボネートの回収処理が行われることで、第１カーボネートに加えて第２カーボネートをも回収することが可能となる。

第１実施形態に係る回収装置の構成例を示す図である。 第１実施形態に特に関連する制御装置の処理例を示したフローチャートである。 第２実施形態に係る回収装置の構成例を示す図である。 第２実施形態に特に関連する制御装置の処理例を示したフローチャートである。 第３実施形態に係る回収装置の構成例を示す図である。 第３実施形態に特に関連する制御装置の処理例を示したフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。尚、各図において、同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化し又は省略する。

１．実施形態の概要
１－１．有機カーボネート
既に説明したように、リチウムイオン電池の電解液の主成分には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの有機カーボネートが含まれている。本開示では、使用済みのリチウムイオン電池（以下、「廃リチウムイオン電池」とも称す。）から、これらの有機カーボネートを回収する。

本開示において回収の対象となる有機カーボネートの常温・常圧下での融点及び沸点は、下記表１のとおりである。

表１から理解されるように、ＥＣは、回収の対象となる有機カーボネートのうち、最も高い沸点と融点を有している。特に、ＥＣの沸点は、２番目に沸点の高いＤＥＣよりも１００℃以上高い。これに着目し、本開示では、ＥＣ以外の有機カーボネート（即ち、ＤＭＣ、ＥＭＣ、ＤＥＣ）の回収処理と、ＥＣの回収処理とを別々に行う。以下、ＥＣ以外の有機カーボネートを「第１カーボネート」又は「第１ＣＮ」とも称し、ＥＣを「第２カーボネート」又は「第２ＣＮ」とも称す。

１－２．回収処理の概要
本開示では、第１及び第２カーボネートの回収処理が加温・減圧条件下で行われる。加温・減圧条件下で行う理由は、第１及び第２カーボネートを短時間で気化させるためである。但し、沸点から明らかなように、第２ＣＮは、第１ＣＮよりも気化し難い。そこで、本開示では、第２ＣＮの回収処理が行われるときの減圧度を、第１ＣＮの回収処理が行われるときのそれよりも高くする。例えば、第１ＣＮの回収処理では５０ｈＰａ付近の圧力（例えば、４５～５５ｈＰａ）の下で行い、第２ＣＮの回収処理では３ｈＰａ未満の圧力（例えば、１～２ｈＰａ）の下で行う。以下、５０ｈＰａ付近の圧力を「第１圧力」とも称し、３ｈＰａ未満の圧力を「第２圧力」とも称す。

このように、本開示では、第１第２ＣＮの回収処理が行われるときの圧力が、第１ＣＮの回収処理のそれよりも低い。そこで、本開示では、第１ＣＮの回収処理を第２ＣＮの回収処理よりも前に行う。第１及び第２カーボネートの回収処理をこの順番で行うことで、第１ＣＮの回収処理においては廃リチウムイオン電池から第１ＣＮを回収し、第２ＣＮの回収処理の際には第１ＣＮが取り除かれた廃リチウムイオン電池から第２ＣＮを回収することが可能となる。

本開示では、第１ＣＮの回収処理において第１ＣＮのみが回収されるように（即ち、第１ＣＮの回収処理において第２ＣＮが回収されないように）、第１ＣＮの回収処理が行われるときの圧力条件に基づいて気化系及び凝縮系の温度条件が設定される。気化系の温度条件は、第１ＣＮの回収処理が行われるときの圧力の下で第１ＣＮが気化し、かつ、第１ＣＮが熱分解しない条件に設定される。一方、凝縮系の温度条件は、第１ＣＮの回収処理が行われるときの圧力の下で第１ＣＮが液化する条件に設定される。

本開示では、また、第２ＣＮの回収処理において第２ＣＮが回収されるように、第２ＣＮの回収処理が行われるときの圧力条件に基づいて気化系及び凝縮系の温度条件が設定される。気化系の温度条件は、第２ＣＮの回収処理が行われるときの圧力の下で第２ＣＮが気化し、かつ、第１ＣＮが熱分解しない条件に設定される。「第１ＣＮが熱分解しない条件」である理由は、ＥＣ以外の有機カーボネートに比べてＥＣは熱分解し難いので、「第１ＣＮが熱分解しない条件」に設定されていれば、第２ＣＮが熱分解するのを防ぐことができるためである。一方、凝縮系の温度条件は、第２ＣＮの回収処理が行われるときの圧力の下で第２ＣＮが液化する条件に設定される。

以下、気化系及び凝縮系の例、及び、気化系及び凝縮系の温度条件の例について、装置の構成例を参照しながら説明する。

２．第１実施形態
２－１．装置の構成例
図１は、本開示の第１実施形態に係る回収装置の構成例を示す図である。図１には、乾燥器１と、凝縮器２と、配管３と、圧力ポンプ４と、制御装置５と、を備える回収装置の構成例が示されている。乾燥器１及び配管３が「気化系」に相当する構成であり、凝縮器２が「凝縮系」に相当する構成である。尚、乾燥器１と配管３の接続部には図示しない断熱材が設けられており、乾燥器１の構成部材から配管３への熱移動が抑えられている。また、凝縮器２と配管３の接続部にも図示しない断熱材が設けられている。

乾燥器１には、廃リチウムイオン電池の破砕片ＢＴが収容されている。破砕片ＢＴは、例えば、冷凍状態の廃リチウムイオンを回収装置外で破砕することにより得られたものである。破砕片ＢＴの乾燥器１への投入は、後述する乾燥器１の加温の前でもよいし、この加温の後でもよい。乾燥器１には、その内部のガスの温度を調整する乾燥器ヒータ６が設けられている。

凝縮器２は、気体状態の第１又は第２カーボネートを凝縮するための装置である。凝縮器２は、鉛直方向において乾燥器１よりも下方に配置されている。凝縮器２には、その内部のガスの温度を調整する凝縮器ヒータ７が設けられている。凝縮器２は、ストレート形状を有する配管３を介して乾燥器１に接続されている。配管３には、その内部のガスの温度を調整する配管ヒータ８が設けられている。

凝縮器２側の配管３の接続口は、凝縮器２の上面に位置している。一方、乾燥器１側の配管３の接続口は、乾燥器１の側面に位置している。この理由は、加温・減圧条件下では、乾燥器１で気化した第１又は第２カーボネートが配管３の途中で液化する可能性があり、そうすると、第１又は第２カーボネートが凝縮器２に移動できなくなるためである。

この点、凝縮器２を乾燥器１よりも下方に配置し、乾燥器１と凝縮器２を接続する配管３をストレート形状とすることで、乾燥器１で気化した第１又は第２カーボネートを凝縮器２に導入することが可能となる。尚、配管３の形状は必ずしもストレートである必要はなく、配管３の形状が途中で上方を向かないものである限り、任意の形状を採用できる。

圧力ポンプ４は、乾燥器１、凝縮器２及び配管３の内部のガスの圧力を同時に調整する。圧力ポンプ４は、いわゆる減圧ポンプであり、制御装置５による制御信号に従い作動する。圧力ポンプ４が作動すると、乾燥器１、凝縮器２及び配管３の内部のガスの圧力が低下する。圧力ポンプ４の作動により想定される乾燥器１、凝縮器２及び配管３の内部のガスの圧力は、５０ｈＰａ付近の圧力（つまり、第１圧力）と、３ｈＰａ未満の圧力（つまり、第２圧力）である。

制御装置５は、典型的には、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリを備えるコンピュータである。制御装置５は、乾燥器ヒータ６、凝縮器ヒータ７及び配管ヒータ８の駆動を制御する。制御装置５は、また、圧力ポンプ４の駆動を制御する。これらの３種類のヒータ及び圧力ポンプの駆動の制御のため、制御装置５には、乾燥器１の内部のガスの温度Ｔ１及び圧力Ｐ１、凝縮器２の内部のガスの温度Ｔ２及び圧力Ｐ２、及び、配管３の内部のガスの温度Ｔ３が入力される。これらの物理量は、例えば、乾燥器１等の各構成に取り付けた温度センサ及び圧力センサから取得することができる。

制御装置５は、また、乾燥器１の内部のガスの温度が「第１温度域」に保持され、配管３のそれが「第２温度域」に保持され、凝縮器２のそれが「第３温度域」に保持されるように、温度Ｔ１～Ｔ３に基づいて３種類のヒータの駆動を制御する。

ここで、第１温度域は、第１圧力の下では第１ＣＮのみが気化（蒸発）し、かつ、第２圧力の下では第１及び第２ＣＮの両方が気化する温度域である。第２温度域は、第１圧力の下での第２ＣＮの融点以上、かつ、第２圧力の下での廃リチウムイオン電池の電解質（例えば、ＬｉＰＦ_６）の熱分解温度以下の温度域である。第３温度域は、第１圧力の下では第１ＣＮが液化（凝縮）し、第２圧力の下では第２ＣＮが液化し、かつ、第１圧力の下で凝縮した第１ＣＮが再気化しない温度域である。尚、液化した第１及び第２ＣＮが凝固すると凝縮器２や配管３内で詰まるのを防止するため、第３温度域の下限は、第１圧力の下で凝縮した第１ＣＮや、第２圧力の下で凝縮した第２ＣＮが凝固しない温度であることが望ましい。第１～第３温度域は、例えば、第１及び第２圧力と、回収の対象となる有機カーボネートの融点及び沸点と、に基づいて、事前に設定することができる。

２－２．有機カーボネートの回収例
図２は、第１実施形態に特に関連する制御装置５の処理例を示したフローチャートである。図２に示される処理フローは、例えば、乾燥器１への破砕片ＢＴの投入が完了した後に実行される。尚、乾燥器１への破砕片ＢＴの投入は、ステップＳ１２とＳ１３の間に行うこともできる。この場合、図２に示される処理フローは、例えば、回収装置の起動に伴い実行される。

図２に示される処理フローでは、まず、温度調整処理が行われる（ステップＳ１１）。この温度調整処理では、例えば、乾燥器１の内部のガスの温度が第１温度域に保持され、配管３のそれが第２温度域に保持され、凝縮器２のそれが第３温度域に保持されるように、ヒータの駆動制御処理が行われる。この駆動制御処理としては、温度Ｔ１～Ｔ３に基づいたフィードバック制御処理が例示される。尚、温度調整処理は、ステップＳ１１の処理が終わった後も、ステップＳ１５の処理が開始される前まで継続して実行される。

ステップＳ１１の処理に続いて、温度が安定したか否かが判定される（ステップＳ１２）。ステップＳ１１の温度調整処理の結果、温度Ｔ１～Ｔ３がそれぞれの目標温度域（つまり、第１～第３温度域）に収まったと認められる場合、ステップＳ１２の判定結果が肯定的なものとなる。ステップＳ１２の処理は、肯定的な判定結果が得られるまで繰り返し実行される。

ステップＳ１２において肯定的な判定結果が得られた場合、第１ＣＮ（即ち、ＤＭＣ、ＥＭＣ及びＤＥＣ）の回収処理が行われる（ステップＳ１３）。第１ＣＮの回収処理では、乾燥器１、凝縮器２及び配管３の内部のガスの圧力が常圧から５０ｈＰａ付近の圧力（つまり、第１圧力）まで低下するように、圧力ポンプの駆動が制御される。第１ＣＮの回収処理は、例えば、乾燥器１に投入した破砕片ＢＴの量に基づいて、第１ＣＮを十分に回収できる時間として事前に設定された時間だけ継続して実行される。

温度調整処理が行われている状況で、乾燥器１、凝縮器２及び配管３の内部のガスの圧力が第１圧力まで低下すると、乾燥器１において第１ＣＮが気化し、この第１ＣＮが配管３を通って凝縮器２に流入する。配管３の内部のガスの温度は、第２温度域に保持されている。そのため、配管３では第１ＣＮの一部が液化してもよい。この場合、この一部の第１ＣＮは液体状態で凝縮器２に流入する。そして、凝縮器２の内部のガスの温度は、第３温度域に保持されている。そのため、気体状態で凝縮器２に流入した第１ＣＮは、ここで冷やされて液化する。これにより、第１ＣＮが回収される。

ステップＳ１３の処理に続いて、第２ＣＮ（即ち、ＥＣ）の回収処理が行われる（ステップＳ１４）。第２ＣＮの回収処理では、乾燥器１、凝縮器２及び配管３の内部のガスの圧力が５０ｈＰａ付近の圧力（つまり、第１圧力）から３ｈａ未満の圧力（つまり、第２圧力）まで低下するように、圧力ポンプの駆動が制御される。第２ＣＮの回収処理は、例えば、乾燥器１に投入した破砕片ＢＴの量に基づいて、第２ＣＮを十分に回収できる時間として事前に設定された時間だけ継続して実行される。

温度調整処理が行われている状況で、乾燥器１、凝縮器２及び配管３の内部のガスの圧力が第２圧力まで低下すると、乾燥器１において第２ＣＮが気化し、この第２ＣＮが配管３を通って凝縮器２に流入する。配管３の内部のガスの温度は、第２温度域に保持されている。そのため、配管３では第２ＣＮの一部が液化してもよい。この場合、この一部の第２ＣＮは液体状態で凝縮器２に流入する。凝縮器２の内部のガスの温度は、第３温度域に保持されている。そのため、気体状態で凝縮器２に流入した第２ＣＮは、ここで冷やされて液化する。これにより、第２ＣＮが回収される。

尚、第１ＣＮの回収処理において回収された第１ＣＮと、第２ＣＮの回収処理において回収された第２ＣＮが凝縮器２内で混合しないように、第１ＣＮと第２ＣＮは別々の凝縮器２を用いて回収されることが望ましい。この回収例については、第２及び第３実施形態において述べる。

ステップＳ１４の処理に続いて、昇圧及び降温処理が行われる（ステップＳ１５）。昇圧及び降温処理は、乾燥器１、凝縮器２及び配管３の内部のガスの温度及び圧力を常温及び常圧に戻すための処理である。

３．第２実施形態
３－１．装置の構成例
図３は、本開示の第２実施形態に係る回収装置の構成例を示す図である。図１に示した構成例と異なり、図３には、２種類の凝縮器を備える構成例が示されている。具体的に、図３には、第１凝縮器２１及び第２凝縮器２２と、第１配管３１及び第２配管３２と、第１凝縮器ヒータ７１及び第２凝縮器ヒータ７２と、第１配管ヒータ８１及び第２配管ヒータ８２と、を備える回収装置の構成例が示されている。

第１凝縮器２１は、第１ＣＮを回収するために設けられる。第１凝縮器２１は、第２凝縮器２２よりも下方に配置されている。第１凝縮器ヒータ７１は、第１凝縮器２１の内部のガスの温度を調整するために設けられる。第１配管３１は、ストレート形状を有しており、第２配管３２及び第２凝縮器２２を介して乾燥器１と第１凝縮器２１を接続する。

第１配管３１の第１凝縮器２１側の接続口は、第１凝縮器２１の上面に位置している。一方、第１配管３１の第２凝縮器２２側の接続口は、第２凝縮器２２の側面に位置している。このような第１配管３１の形状及び配置を採用した理由は、第１実施形態で説明した配管３の形状及び配置を採用した理由と基本的に同じである。

第２凝縮器２２は、第２ＣＮを回収するために設けられる。第２凝縮器ヒータ７２は、第２凝縮器２２の内部のガスの温度を調整するために設けられる。第２配管３２は、ストレート形状を有しており、乾燥器１と第２凝縮器２２を接続する。

第２配管３２の第２凝縮器２２側の接続口は、第２凝縮器２２の上面に位置している。一方、第２配管３２の乾燥器１側の接続口は、乾燥器１の位置している。このような第２配管３２の形状及び配置を採用した理由は、第２実施形態で説明した配管３の形状及び配置を採用した理由と基本的に同じである。

第２実施形態において、制御装置５は、乾燥器ヒータ６、第１凝縮器ヒータ７１、第２凝縮器ヒータ７２、第１配管ヒータ８１及び第２配管ヒータ８２の駆動を制御する。これらの５種類のヒータの駆動の制御のため、制御装置５には、乾燥器１の内部のガスの温度Ｔ１及び圧力Ｐ１、第１凝縮器２１の内部のガスの温度Ｔ２１及び圧力Ｐ２１、第２凝縮器２２の内部のガスの温度Ｔ２２及び圧力Ｐ２２、第１配管３１の内部のガスの温度Ｔ３１、及び、第２配管３２の内部のガスの温度Ｔ３２が入力される。

制御装置５は、第１ＣＮの回収処理に際し、乾燥器１、第２凝縮器２２及び第２配管３２の内部のガスの温度が第１温度域に保持され、第１配管３１のそれが第２温度域に保持され、第１凝縮器２１のそれが第３温度域に保持されるように、温度Ｔ１、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ３１及びＴ３２に基づいて５種類のヒータの駆動を制御する。

制御装置５は、一方、第２ＣＮの回収処理に際し、乾燥器１の内部のガスの温度が第１温度域に保持され、第２配管３２のそれが第２温度域に保持され、第２凝縮器２２のそれが第３温度域に保持されるように、温度Ｔ１、Ｔ２２及びＴ３２に基づいて３種類のヒータの駆動を制御する。

制御装置５は、第２ＣＮの回収処理に際し、更に、第１凝縮器２１のガスの温度が第３温度域よりも高い温度域（例えば、第１温度域）に保持され、第１配管３１の内部のガスの温度が第２温度域よりも高い温度域（例えば、第１温度域）に保持されるように温度Ｔ２１及びＴ３１に基づいて２種類のヒータの駆動を制御する。この理由は、第１配管３１の途中や第１凝縮器２１において第２ＣＮが液化するのを抑えて、第２凝縮器２２において第２ＣＮを確実に回収するためである。

制御装置５による圧力ポンプ４の駆動制御については、第１実施形態におけるそれと同じである。

３－２．有機カーボネートの回収例
図４は、第２実施形態に特に関連する制御装置５の処理例を示したフローチャートである。図４に示される処理フローの開始時期の例は、図２を参照して説明した処理フローのそれと同じである。

図４に示される処理フローでは、まず、１回目の温度調整処理が行われる（ステップＳ２１）。この１回目の温度調整処理では、例えば、乾燥器１、第２凝縮器２２及び第２配管３２の内部のガスの温度が第１温度域に保持され、第１配管３１のそれが第２温度域に保持され、第１凝縮器２１のそれが第３温度域に保持されるように、ヒータの駆動制御処理が行われる。この駆動制御処理としては、温度Ｔ１、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ３１及びＴ３２に基づいたフィードバック制御処理が例示される。尚、１回目の温度調整処理は、ステップＳ２１の処理が終わった後も、ステップＳ２４の処理が開始される前まで継続して実行される。

ステップＳ２１の処理に続いて、温度が安定したか否かが判定される（ステップＳ２２）。ステップＳ２１の１回目の温度調整処理の結果、温度Ｔ１、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ３１及びＴ３２がそれぞれの目標温度域（つまり、第１～第３温度域）に収まったと認められる場合、ステップＳ２２の判定結果が肯定的なものとなる。ステップＳ２２の処理は、肯定的な判定結果が得られるまで繰り返し実行される。

ステップＳ２２において肯定的な判定結果が得られた場合、第１ＣＮ（即ち、ＤＭＣ、ＥＭＣ及びＤＥＣ）の回収処理が行われる（ステップＳ２３）。ステップＳ２３において行われる第１ＣＮの回収処理の内容は、図２のステップＳ１３において行われるそれと同じである。

１回目の温度調整処理が行われている状況で、乾燥器１等の内部のガスの圧力が第１圧力まで低下すると、乾燥器１において第１ＣＮが気化し、この第１ＣＮが第２配管３２を通って第２凝縮器２２に流入する。第２凝縮器２２に流入した気体状態の第１ＣＮは、第１配管３１を通って第１凝縮器２１に流入する。第２凝縮器２２において第１ＣＮが気体状態を保つ理由は、第２凝縮器２２及び第２配管３２の内部のガスの温度が第１温度域に保持されているからである。

一方、第１配管３１の内部のガスの温度は、第２温度域に保持されている。そのため、第２凝縮器２２から第１配管３１に流入した第１ＣＮの一部は、ここで液化してもよい。この場合、この一部の第１ＣＮは液体状態で第１凝縮器２１に流入する。そして、第１凝縮器２１の内部のガスの温度は、第３温度域に保持されている。そのため、気体状態で第１凝縮器２１に流入した第１ＣＮは、ここで冷やされて液化する。これにより、第１ＣＮが第１凝縮器２１において回収される。

ステップＳ２３の処理に続いて、２回目の温度調整処理が行われる（ステップＳ２４）。この２回目の温度調整処理では、例えば、乾燥器１、第１凝縮器２１及び第１配管３１の内部のガスの温度が第１温度域に保持され、第２配管３２のそれが第２温度域に保持され、第２凝縮器２２のそれが第３温度域に保持されるように、ヒータの駆動制御処理が行われる。この駆動制御処理としては、温度Ｔ１、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ３１及びＴ３２に基づいたフィードバック制御処理が例示される。尚、２回目の温度調整処理は、ステップＳ２４の処理が終わった後も、ステップＳ２７の処理が開始される前まで継続して実行される。

ステップＳ２４の処理に続いて、温度が安定したか否かが判定される（ステップＳ２５）。ステップＳ２５の処理の内容は、ステップＳ２１のそれと基本的に同じである。即ち、２回目の温度調整処理の結果、温度Ｔ１、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ３１及びＴ３２がそれぞれの目標温度域（つまり、第１～第３温度域）に収まったと認められる場合、ステップＳ２５の判定結果が肯定的なものとなる。ステップＳ２５の処理は、肯定的な判定結果が得られるまで繰り返し実行される。

ステップＳ２５において肯定的な判定結果が得られた場合、第２ＣＮ（即ち、ＥＣ）の回収処理が行われる（ステップＳ２６）。ステップＳ２６において行われる第２ＣＮの回収処理の内容は、図２のステップＳ１４において行われるそれと同じである。

２回目の温度調整処理が行われている状況で、乾燥器１等の内部のガスの圧力が第２圧力まで低下すると、乾燥器１において第２ＣＮが気化し、この第２ＣＮが第２配管３２を通って第２凝縮器２２に流入する。第２配管３２の内部のガスの温度は、第２温度域に保持されている。そのため、乾燥器１から第２配管３２に流入した第１ＣＮの一部は、ここで液化してもよい。この場合、この一部の第２ＣＮは液体状態で第２凝縮器２２に流入する。そして、第２凝縮器２２の内部のガスの温度は、第３温度域に保持されている。そのため、気体状態で第２凝縮器２２に流入した第２ＣＮは、ここで冷やされて液化する。これにより、第２ＣＮが第２凝縮器２２において回収される。

ステップＳ２６の処理に続いて、昇圧及び降温処理が行われる（ステップＳ２７）。ステップＳ２７の処理の内容は、図２のステップＳ１５のそれと同じである。

４．第３実施形態
４－１．装置の構成例
図５は、本開示の第３実施形態に係る回収装置の構成例を示す図である。図３に示した構成例と同じく、図５には、２種類の凝縮器を備える構成例が示されている。具体的に、図３に示した構成例と図５のそれの違いは、乾燥器１と第１凝縮器２１及び第２凝縮器２２の接続形態である。即ち、図３に示した構成例では、第１凝縮器２１及び第２凝縮器２２が乾燥器１に直列に接続されていた。これに対し、図５に示される構成例では、第１凝縮器２１及び第２凝縮器２２が乾燥器１に並列に接続されている。

第１凝縮器２１及び第２凝縮器２２の並列接続のため、図５に示される構成例では、第１配管３１が第２配管３２の途中から分岐している。また、第１配管３１が第２配管３２から分岐する箇所には、切り替え弁９が設けられている。切り替え弁９は、制御装置５からの制御信号に基づいて、乾燥器１の接続先を第１凝縮器２１と第２凝縮器２２の間で切り替える。

図３に示される構成例では、第１凝縮器２１が第２凝縮器２２の下方に設けられていた。これに対し、第３実施形態では、これらの凝縮器の位置関係は特に限定されない。即ち、第１凝縮器２１が第２凝縮器２２の位置関係は、図５に示されるような位置関係でなくてもよく、この位置関係が逆転していてもよいし、第１凝縮器２１と第２凝縮器２２が同じ高さの位置に設けられてもよい。但し、第１凝縮器２１及び第２凝縮器２２は、鉛直方向において乾燥器１よりも下方に配置されている。

第３実施形態において、制御装置５は、切り替え弁９の制御を行う。具体的に、制御装置５は、第１ＣＮの回収処理に際し、乾燥器１の接続先を第１凝縮器２１に切り替える。一方、制御装置５は、第２ＣＮの回収処理に際し、乾燥器１の接続先を第２凝縮器２２に切り替える。

制御装置５は、また、乾燥器１の内部のガスの温度が第１温度域に保持され、第１配管３１及び第２配管３２のそれが第２温度域に保持され、第１凝縮器２１及び第２凝縮器２２のそれが第３温度域に保持されるように、温度Ｔ１、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ３１及びＴ３２に基づいて５種類のヒータの駆動を制御する。

制御装置５による圧力ポンプ４の駆動制御については、第１実施形態におけるそれと同じである。

４－２．有機カーボネートの回収例
図６は、第３実施形態に特に関連する制御装置５の処理例を示したフローチャートである。図６に示される処理フローの開始時期の例は、図２を参照して説明した処理フローのそれと同じである。

図６に示される処理フローでは、まず、温度調整処理が行われる（ステップＳ３１）。この温度調整処理では、例えば、乾燥器１の内部のガスの温度が第１温度域に保持され、第１配管３１及び第２配管３２のそれが第２温度域に保持され、第１凝縮器２１及び第２凝縮器２２のそれが第３温度域に保持されるように、ヒータの駆動制御処理が行われる。この駆動制御処理としては、温度Ｔ１、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ３１及びＴ３２に基づいたフィードバック制御処理が例示される。尚、この温度調整処理は、ステップＳ３１の処理が終わった後も、ステップＳ３７の処理が開始される前まで継続して実行される。

ステップＳ３１の処理に続いて、温度が安定したか否かが判定される（ステップＳ３２）。ステップＳ３１の温度調整処理の結果、温度Ｔ１、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ３１及びＴ３２がそれぞれの目標温度域（つまり、第１～第３温度域）に収まったと認められる場合、ステップＳ３２の判定結果が肯定的なものとなる。ステップＳ３２の処理は、肯定的な判定結果が得られるまで繰り返し実行される。

ステップＳ３２において肯定的な判定結果が得られた場合、乾燥器１と第１凝縮器２１が接続されるように切り替え弁９が制御される（ステップＳ３３）。つまり、ステップＳ３３の処理では、乾燥器１の接続先が第１凝縮器２１に切り替えられる。

ステップＳ３３の処理に続いて、第１ＣＮ（即ち、ＤＭＣ、ＥＭＣ及びＤＥＣ）の回収処理が行われる（ステップＳ３４）。ステップＳ３４において行われる第１ＣＮの回収処理の内容は、図２のステップＳ１３において行われるそれと同じである。

温度調整処理が行われている状況で、乾燥器１、第１凝縮器２１及び第１配管３１の内部のガスの圧力が第１圧力まで低下すると、乾燥器１において第１ＣＮが気化し、この第１ＣＮが第１配管３１を通って第１凝縮器２１に流入する。第１配管３１及び第２配管３２の内部のガスの温度は、第２温度域に保持されている。そのため、切り替え弁９の設置箇所よりも上流側の第２配管３２、又は、第１配管３１では、第１ＣＮの一部が液化してもよい。この場合、この一部の第１ＣＮは液体状態で第１凝縮器２１に流入する。第１凝縮器２１の内部のガスの温度は、第３温度域に保持されている。そのため、気体状態で第１凝縮器２１に流入した第１ＣＮは、ここで冷やされて液化する。これにより、第１ＣＮが第１凝縮器２１において回収される。

ステップＳ３４の処理に続いて、乾燥器１と第２凝縮器２２が接続されるように切り替え弁９が制御される（ステップＳ３５）。つまり、ステップＳ３５の処理では、乾燥器１の接続先が第２凝縮器２２に切り替えられる。

ステップＳ３５の処理に続いて、第２ＣＮ（即ち、ＥＣ）の回収処理が行われる（ステップＳ３６）。ステップＳ３６において行われる第１ＣＮの回収処理の内容は、図２のステップＳ１３において行われるそれと同じである。

温度調整処理が行われている状況で、乾燥器１、第２凝縮器２２及び第２配管３２の内部のガスの圧力が第２圧力まで低下すると、乾燥器１において第２ＣＮが気化し、この第２ＣＮが第２配管３２を通って第２凝縮器２２に流入する。第２配管３２の内部のガスの温度は、第２温度域に保持されている。そのため、第２配管３２では第２ＣＮの一部が液化してもよい。この場合、この一部の第２ＣＮは液体状態で第２凝縮器２２に流入する。第２凝縮器２２の内部のガスの温度は、第３温度域に保持されている。そのため、気体状態で第２凝縮器２２に流入した第２ＣＮは、ここで冷やされて液化する。これにより、第２ＣＮが第２凝縮器２２において回収される。

ステップＳ３６の処理に続いて、昇圧及び降温処理が行われる（ステップＳ３７）。ステップＳ３７の処理の内容は、図２のステップＳ１５のそれと同じである。

１ 乾燥器 ２ 凝縮器 ３ 配管 ４ 圧力ポンプ ５ 制御装置 ６ 乾燥器ヒータ ７ 凝縮器ヒータ ８ 配管ヒータ ９ 切り替え弁 ２１ 第１凝縮器 ２２ 第２凝縮器 ３１ 第１配管 ３２ 第２配管 ７１ 第１凝縮器ヒータ ７２ 第２凝縮器ヒータ ８１ 第１配管ヒータ ８２ 第２配管ヒータ ＢＴ 破砕片 Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ３１，Ｔ３２ 温度 Ｐ１，Ｐ２，Ｐ２１，Ｐ２２ 圧力

Claims (8)

1. 廃リチウムイオン電池の電解液に含まれる有機カーボネートを回収する方法であって、
   前記有機カーボネートは、第１カーボネートと、前記第１カーボネートよりも高融点かつ高沸点の第２カーボネートと、を含み、
   廃リチウムイオン電池が収容される乾燥器の内部温度が第１温度域に保持され、前記乾燥器の下方に延びる配管のそれが第２温度域に保持され、前記配管を介して前記乾燥器に接続される凝縮器のそれが第３温度域に保持される温度調整処理を行うステップと、
   前記乾燥器、前記配管及び前記凝縮器の内部圧力を常圧から第１圧力まで減圧して前記凝縮器において前記第１カーボネートを回収する回収処理を行うステップと、
   を含み、
   前記第１温度域は、前記第１圧力下では第１カーボネートのみが気化し、かつ、前記第１圧力よりも低い第２圧力下では第１及び第２カーボネートの両方が気化する温度域を含み、前記第２温度域は、前記第１圧力下での第２カーボネートの融点以上、かつ、前記第２圧力下での前記廃リチウムイオン電池の電解質の熱分解温度以下の温度域を含み、前記第３温度域は、前記第１圧力下で第１カーボネートが液化する温度域を含む
   ことを特徴とする有機カーボネートの回収方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第３温度域は、前記第１圧力下で第１カーボネートが液化し、前記第２圧力下で第２カーボネートが液化し、かつ、前記第１圧力下で凝縮した第１カーボネートが再気化しない温度域を含み、
   前記第１カーボネートの回収処理のステップの後、前記乾燥器、前記配管及び前記凝縮器の内部圧力を前記第１圧力から前記第２圧力まで減圧して前記凝縮器において前記第２カーボネートを回収する回収処理を行うステップを更に含む
   ことを特徴とする有機カーボネートの回収方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、
   前記凝縮器は、前記第１カーボネートを回収する第１凝縮器と、前記第１凝縮器によりも下方に配置されて前記第２カーボネートを回収する第２凝縮器と、を含み、
   前記配管は、前記乾燥器と前記第１凝縮器を接続する第１配管と、前記乾燥器と前記第２凝縮器を接続する第２配管と、を含み、
   前記第１配管は、前記第２凝縮器及び前記第２配管を介して前記乾燥器に接続され、
   前記第１カーボネートの回収処理が行われる場合、前記温度調整処理において、前記乾燥器、前記第２配管及び前記第２凝縮器の内部温度が第１温度域に保持され、前記第１配管のそれが前記第２温度域に保持され、前記第１凝縮器の内部温度が前記第３温度域に保持され、
   前記第２カーボネートの回収処理が行われる場合、前記温度調整処理において、前記乾燥器、前記第１配管及び前記第１凝縮器の内部温度が第１温度域に保持され、前記第２配管のそれが前記第２温度域に保持され、前記第２凝縮器の内部温度が前記第３温度域に保持される
   ことを特徴とする有機カーボネートの回収方法。
4. 請求項２に記載の方法であって、
   前記凝縮器は、前記第１カーボネートを回収する第１凝縮器と、前記第２カーボネートを回収する第２凝縮器と、を含み、
   前記配管は、前記乾燥器と前記第１凝縮器を接続する第１配管と、前記乾燥器と前記第２凝縮器を接続する第２配管と、を含み、
   前記第１配管は、前記第２配管の途中から分岐し、
   前記乾燥器の接続先を前記第１凝縮器と前記第２凝縮器の間で切り替える切り替え処理を行うステップを更に備え、
   前記第１カーボネートの回収処理が行われる場合、前記温度調整処理において、前記第１及び第２配管の内部温度が前記第２温度域に保持され、前記第１凝縮器のそれが前記第３温度域に保持され、前記切り替え処理において前記乾燥器の接続先が前記第１凝縮器に切り替えられ、
   前記第２カーボネートの回収処理が行われる場合、前記温度調整処理において、前記第２配管の内部温度が前記第２温度域に保持され、前記第２凝縮器のそれが前記第３温度域に保持され、前記切り替え処理において前記乾燥器の接続先が前記第２凝縮器に切り替えられる
   ことを特徴とする有機カーボネートの回収方法。
5. 廃リチウムイオン電池の電解液に含まれる有機カーボネートを回収する装置であって、
   廃リチウムイオン電池が収容される乾燥器と、前記乾燥器の下方に延びる配管と、前記配管を介して前記乾燥器に接続される凝縮器と、前記乾燥器、前記配管及び前記凝縮器の内部圧力を調整する圧力ポンプと、前記乾燥器の内部温度を調整する乾燥器ヒータと、前記配管の内部温度を調整する配管ヒータと、前記凝縮器の内部温度を調整する凝縮器ヒータと、を備え、
   前記有機カーボネートは、第１カーボネートと、前記第１カーボネートよりも高融点かつ高沸点の第２カーボネートと、を含み、
   前記第１カーボネートの回収処理が行われる場合、前記乾燥器ヒータが前記乾燥器の内部温度を第１温度域に保持し、前記配管ヒータが前記配管のそれを第２温度域に保持し、前記凝縮器ヒータが前記凝縮器のそれを第３温度域に保持し、
   前記第１カーボネートの回収処理において、前記圧力ポンプが、前記乾燥器、前記配管及び前記凝縮器の内部圧力を常圧から第１圧力まで減圧し、
   前記第１温度域は、前記第１圧力下では第１カーボネートのみが気化し、かつ、前記第１圧力よりも低い第２圧力下では第１及び第２カーボネートの両方が気化する温度域を含み、前記第２温度域は、前記第１圧力下での第２カーボネートの融点以上、かつ、前記第２圧力下での前記廃リチウムイオン電池の電解質の熱分解温度以下の温度域を含み、前記第３温度域は、前記第１圧力下で第１カーボネートが液化する温度域を含む
   ことを特徴とする有機カーボネートの回収装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、
   前記第３温度域は、前記第１圧力下で第１カーボネートが液化し、前記第２圧力下で第２カーボネートが液化し、かつ、前記第１圧力下で凝縮した第１カーボネートが再気化しない温度域を含み、
   前記第２カーボネートの回収処理は、前記第１カーボネートの回収処理の後に行われ、
   前記第２カーボネートの回収処理において、前記圧力ポンプが、前記乾燥器、前記配管及び前記凝縮器の内部圧力を前記第１圧力から前記第２圧力まで減圧する
   ことを特徴とする有機カーボネートの回収装置。
7. 請求項６に記載の装置であって、
   前記凝縮器は、前記第１カーボネートを回収する第１凝縮器と、前記第１凝縮器によりも下方に配置されて前記第２カーボネートを回収する第２凝縮器と、を含み、
   前記凝縮器ヒータは、前記第１凝縮器の内部温度を調整する第１凝縮器ヒータと、前記第２凝縮器のそれを調整する第２凝縮器ヒータと、を含み、
   前記配管は、前記乾燥器と前記第１凝縮器を接続する第１配管と、前記乾燥器と前記第２凝縮器を接続する第２配管と、を含み、
   前記第１配管は、前記第２凝縮器及び前記第２配管を介して前記乾燥器に接続され、
   前記配管ヒータは、前記第１配管の内部温度を調整する第１配管ヒータと、前記第２配管のそれを調整する第２配管ヒータと、を含み、
   前記第１カーボネートの回収処理が行われる場合、前記乾燥器ヒータが前記乾燥器の内部温度を第１温度域に保持し、前記第２配管ヒータが前記第２配管のそれを前記第１温度域に保持し、前記第２凝縮器ヒータが前記第２凝縮器のそれを前記第１温度域に保持し、前記第１配管ヒータが前記第１配管のそれを前記第２温度域に保持し、前記第１凝縮器ヒータが前記第１凝縮器のそれを前記第３温度域に保持し、
   前記第２カーボネートの回収処理が行われる場合、前記乾燥器ヒータが前記乾燥器の内部温度を第１温度域に保持し、前記第１配管ヒータが前記第１配管のそれを前記第１温度域に保持し、前記第１凝縮器ヒータが前記第１凝縮器のそれを前記第１温度域に保持し、前記第２配管ヒータが前記第２配管のそれを前記第２温度域に保持し、前記第２凝縮器ヒータが前記第２凝縮器のそれを前記第３温度域に保持する
   ことを特徴とする有機カーボネートの回収装置。
8. 請求項６に記載の装置であって、
   前記凝縮器は、前記第１カーボネートを回収する第１凝縮器と、前記第２カーボネートを回収する第２凝縮器と、を含み、
   前記凝縮器ヒータは、前記第１凝縮器の内部温度を調整する第１凝縮器ヒータと、前記第２凝縮器の内部温度を調整する第２凝縮器ヒータと、を含み、
   前記配管は、前記乾燥器と前記第１凝縮器を接続する第１配管と、前記乾燥器と前記第２凝縮器を接続する第２配管と、を含み、
   前記第１配管は、前記第２配管の途中から分岐し、
   前記配管ヒータは、前記第１配管の内部温度を調整する第１配管ヒータと、前記第２配管の内部温度を調整する第２配管ヒータと、を含み、
   前記第１配管が前記第２配管に分岐する分岐部に設けられ、前記乾燥器の接続先を前記第１凝縮器と前記第２凝縮器の間で切り替える切り替えバルブを更に備え、
   前記第１カーボネートの回収処理が行われる場合、前記第１配管ヒータが前記第１及び第２配管の内部温度を前記第２温度域に保持し、前記第１凝縮器ヒータが前記第１凝縮器のそれを前記第３温度域に保持し、前記切り替えバルブが前記乾燥器の接続先を前記第１凝縮器に切り替え、
   前記第２カーボネートの回収処理が行われる場合、前記第２配管ヒータが前記第２配管の内部温度を前記第２温度域に保持し、前記第２凝縮器ヒータが前記第２凝縮器のそれを前記第３温度域に保持し、前記切り替えバルブが前記乾燥器の接続先を前記第２凝縮器に切り替える
   ことを特徴とする有機カーボネートの回収装置。

Images