2023 年度研究成果報告書

電池材料再資源化と鉄鋼脱リン効率化に向けた熱力学～リン酸の安定性は制御可能か？

研究課題

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研究課題/領域番号	21K04737
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分26060:金属生産および資源生産関連
研究機関	京都大学
研究代表者	長谷川将克京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (40335203)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	リン酸 / 電池材料 / 再資源化 / 鉄鋼プロセス
研究成果の概要	リンは鉄鋼の不純物として除去される一方、肥料や電池材料として再資源化が期待される。リン酸の分離と安定化の制御を目的に「電池材料リサイクルに向けたリン酸の分離」「LiFePO4リサイクルに係る熱力学データベースの構築」「精錬スラグ中のリン酸の安定化」「リン酸を含有する酸化物相の溶体モデルの構築」に取り組んだ。LiFePO4からFeを還元分離し86%のLiを回収できた。リサイクル反応生成物の水への溶解度やP2O5活量を測定した。Ca2SiO4-Ca3P2O8固溶体については、Ca2+のFe2+置換によりP2O5活量は低下したが、モデル計算によりそれがCa3P2O8活量低下に起因することを示した。
自由記述の分野	化学熱力学
研究成果の学術的意義や社会的意義	鉄鋼精錬スラグは塩基性酸化物-酸性酸化物-FeO系であるが、リチウムイオン電池正極材料LiFePO4も塩基性酸化物Li2O-酸性酸化物P2O5-FeO系と言える。LiFePO4リサイクルから鉄鋼精錬までの幅広い温度域におけるリン酸塩の活量測定法を確立でき、リン酸塩に関する測定値や文献値の精度を考察した。本研究課題ではLiFePO4からのLi回収反応と溶鉄からの脱リン反応に関わるデータの測定・解析を行った。今後、自動車や再生可能エネルギー向けの蓄電池の需要が増加し、水素還元鉄では不純物除去での負荷が増大すると予想される。カーボンニュートラル社会実現に向け、本研究成果を活用しさらに発展させたい。