リチウムイオンバッテリーからの有価元素回収法の開発

• 研究課題/領域番号: 21K19856
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分64:環境保全対策およびその関連分野
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 望月 友貴 北海道大学, 工学研究院, 特任助教 (90546087)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: リチウムイオンバッテリー / 塩素化 / 酸化 / 分離 / 回収 / リサイクル / 乾式 / 揮発分離 / 塩素化反応 / 炭素還元 / 有価元素

研究開始時の研究の概要

本研究では、LIB 正極材模擬試料 (LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2) と負極材/セパレーターの炭化物及び模擬試料との物理混合試料を用い ① 種々のパラメーターを変化させた際の LIB 正極材構成元素の炭素還元/塩化揮発挙動の解明に取り組み、② 塩化揮発法で分離回収した各元素の選択的濃縮分離回収法の検討を行う。得られた結果を総合して、塩化揮発法による LIB からの有価元素回収プロセスを開発するための原理基盤を構築する。

研究成果の概要

本研究では使用済みLIB正極材のモデル(LiNO2(LNO),LiCoO2(LCO),LiMn2O4(LMO))を用いて、塩化揮発法によるLiとNi,Co,Mnの分離回収を検討した。次いで、塩素化したモデル物質のキャラクタリゼーション結果をもとに塩素化LNO,LCO,LMOの酸化処理によるLiとNi,Co,Mnの選択的分離を検討した。塩素化処理ではいずれの試料もLi,Ni,Co,Mnの揮発は700oC以上から認められ、構成元素の個別分離は困難であった。一方、LNO,LCO,LMOを600oCまで塩素化後にAir中1300oCまで熱処理するとLiとNi,Co,Mnを選択的に分離可能であった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本成果は今後、廃棄量が増大すると予想されるリチウムイオンバッテリーからLi,Ni,Co,Mnを選択的に分離可能なリサイクル法に発展する可能性がある。そのため、これら元素資源を持たない我が国の資源確保に貢献できる可能性であり、その社会的意義は大きい。