バッテリーのリサイクル – 細断後の黒い塊の様子 – リチウムイオン電池の材料処理

バッテリーのリサイクル：破砕、分離、黒色物質の処理

リチウムイオン電池の機械的試料作製およびプロセス開発

バッテリーリサイクルにおいて、機械的処理は、使用済みリチウムイオン電池から使用可能な中間体（いわゆるブラックマス）を生成する上で重要なステップです。一般的な処理ステップには、安全な放電、分解、粉砕、ふるい分け、磁気分離、アルミニウム、銅、プラスチック、および活物質の分離が含まれます。研究室、パイロットプラント、およびプロセス開発においては、再現性のある粒度、明確な材料の流れ、およびクリーンなサンプル分割が不可欠です。LITechは、前粉砕、微粉砕、および代表サンプル調製用の機械で、このプロセスチェーンをサポートします。

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バッテリーのリサイクルと処理の実際的な利点

使用済み電池を制御された方法で破砕することで、信頼性の高い分析、安全なプロセス開発、そして重要な原材料の経済的な回収が可能になります。これは、湿式冶金プロセス用の黒色物質の供給、物質の流れの特性評価、パイロットプラントの設計、そしてリサイクルプロセスを実験室規模からパイロットプラント規模または生産規模へとスケールアップするために利用されます。

バッテリーリサイクルの材料データ

主な対象は、製造、電子機器、エネルギー貯蔵、電気自動車などの分野で使用済みのリチウムイオン電池です。この材料は不均一な構造を持ち、電池の化学組成に応じて、活物質、金属箔、プラスチック、電解液残渣、筐体部品などが含まれます。電池の化学組成、残留エネルギー、粒子組成、金属含有量、そして最終製品の目標は、再処理プロセスを設計する上で特に重要です。

プロパティ	値
使用事例	使用済みリチウムイオン電池の機械的再処理
代替用語	LIBリサイクル、リチウムイオンリサイクル、ブラックマス処理
典型的な材料	セル、モジュール、製造不良品、電子電池、EV用バッテリー
関連するリサイクル可能な材料	リチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、銅、アルミニウム、グラファイト
必須の付随物質	プラスチック、セパレーターフィルム、ハウジング材料、電解液残渣
素材の特性	金属とポリマーを含む、不均一な多成分系
プロセス上重要な特性	破砕前の残留エネルギーと安全リスク
分離に関連する特性	粒径、密度、磁化率、材料組成
機械加工の目的	化合物の溶解と、特定の分画または黒色物質の生成。
ヒント	組成と挙動は、細胞の化学的性質と構造に大きく依存する。

機械処理におけるバッテリーのリサイクルはどのように行われるのですか？

実際の金属回収に先立ち、バッテリーはまず安全に放電され、プロセス設計に応じて事前選別または分解されます。その後、制御された粉砕が行われます。目的は、材料の複合体を分解し、明確な分画を可能にすることです。次の段階で、より粗いケーシングと箔の構成要素が、より細かい活性物質画分から分離されます。この細かい画分は、市場では一般的にブラックマスと呼ばれ、湿式冶金または乾式冶金による回収プロセスの原料として使用されます。

プロセスステップ	ターゲット	典型的な機械または方法	典型的な結果
安全な荷降ろしと準備	再処理前にリスクを軽減する	荷降ろし、事前仕分け、解体	プロセスの安全な開始状態
事前細断	大型部品を加工可能なサイズまで小型化する	ジョークラッシャーまたは適切な予備破砕機	定義された粗粒分
一次粉砕	複合材料の可能性を解き明かす	ハンマーミル	活性物質、金属、プラスチックの放出
ふるい分けと分類	粒度に応じて分画する	ふるい分け機または分析用ふるい分け	粗粒分と細粒分
磁気分離	強磁性成分の分離	磁気分離器	鉄含有画分を分離
微細画分の分画	黒ミサを豊かにする	ふるい分けとさらなる分離工程	活性物質を含む微細画分
分析用微粉砕	実験室サンプルを分析分解能まで引き上げる	振動ディスクミル	再現性のある微細サンプル
試料の分割と均質化	代表的なサブサンプルを取得する	回転式サンプルディバイダー	比較可能で再現性のある実験室サンプル

バッテリー再処理における典型的なプロセスパラメータ

具体的な設定は、セル形式、化学組成、安全コンセプト、および対象製品によって大きく異なります。実験室およびパイロットプラントでの試験においては、供給粒子サイズ、目標粒子サイズ、処理量、分離工程、および望ましいサンプル代表性が特に重要となります。以下の表は、機械的前処理およびサンプル前処理における一般的なガイドライン値を示しています。

	標準範囲または目安値
一次粉砕前の原料粒度	調製済み分画の場合、最大約30mm
機械的微粉分画の目標粒子サイズ	約0,5～2mm
処理能力の高い機械的粉砕	実験室規模からパイロットプラント規模まで、実験規模から数百kg/hまで
安全要件	安全な荷降ろしと適切な安全対策が講じられた後にのみ
重要な分離基準	粒径、密度、磁化率、材料の種類
分析用微細サンプル	方法によっては、分析に必要な細かさまで粉砕することが可能です。
サンプル分割	代表性と再現性が求められる
プロセス目標	黒色物質の大量生産、分画、材料特性評価、プロセス開発

バッテリーリサイクルのバリエーションと代替案

乾式機械加工と下流工程冶金との比較

機械的処理は主に、材料複合体を分解し、後続の回収工程のための分画を生成することを目的としています。実際の金属回収は通常、湿式冶金法または乾式冶金法によって行われます。機械的処理段階は、後続工程の純度、均質性、および経済効率に直接影響を与えます。

実験室規模プラントとパイロットプラント規模

実験室では、再現性のある試料調製、材料特性評価、およびプロセス開発に重点が置かれます。パイロットプラントや工業規模では、処理能力、信頼性の高い材料取り扱い、および安定した分画が最重要事項となります。

黒色物質の直接生産と選択的分画

目的に応じて、このプロセスは、黒色物質を可能な限り効率的に生産するように設計することも、金属箔、鉄分、ケーシング、および活性物質をさらに分画するように設計することもできます。

バッテリーのリサイクルに適した機械はどれですか？

硬質または脆いバッテリー部品の粗粉砕および予備粉砕には、ジョークラッシャーやハンマーミルなどの堅牢な処理機械が適しています。ディスクミルは、特定の乾燥サンプル分画を分析用微粉砕まで迅速に粉砕するのに便利です。丈夫な繊維状またはフィルム状の部品が主な対象である場合は、カッティングミルが適切な代替手段となります。再現性のある実験結果を得るためには、回転式サンプル分割器などを用いて、代表的なサンプルを分割することも推奨されます。