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リチウムイオン電池の廃棄、回収、リユース、リサイクル

リチウムイオン電池のリサイクル 化学産業の話題
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リチウムイオン電池はスマートフォンやEVをはじめ、身の回りのいたるところで使用されています。これらの製品はいずれ寿命が来て廃棄することになります。廃棄されたリチウムイオン電池はどうなるのでしょうか?

この記事では、リチウムイオン電池の廃棄、回収、リユース、リサイクルについて説明します。

廃棄・回収方法は、スマートフォン、小型電池、EV用電池に分けて説明します。また、リチウムイオン電池のリユースの事例や、リサイクルの代表的な方法を説明します。

リチウムイオン電池のリサイクルは進められるべきですが、回収する価値のあるコバルトやニッケルを使わない電池の増加、運搬のコストが高い、十分な量の廃電池を入手できないといった課題もあります。それでも、各社でリサイクルの検討が進められています。

けむさん
けむさん

リチウムイオン電池についてはほかにも記事を書いています。ぜひご覧ください。

リチウムイオン電池の廃棄・回収

電池を一般ごみやプラスチックごみとして廃棄すると、ゴミ収集車や処理施設の中で電池が発火して火災が発生する場合があり非常に危険です。

製品によって、リチウムイオン電池の廃棄・回収方法は異なります。スマートフォン、小型電池、EV用電池にわけて廃棄・回収方法を説明します。(電池を廃棄するときは、必ずお住まいの自治体のごみマニュアルなどを確認の上、適切に廃棄してください。)

スマートフォン

スマートフォンにはリチウムイオン電池が使用されていますが、分解して取り出すことはできません。スマートフォンが使えなくなった場合は、ドコモショップ、auショップ、ソフトバンクショップ、Y!mobileショップといったキャリアショップに持ち込めば、メーカーやキャリアを問わずに無償回収してくれます。これらキャリアはモバイル・リサイクル・ネットワークに参加しており、リチウムイオン電池だけでなくスマートフォン全体から金、銀、銅、パラジウムといった資源の回収を行っています。

小型電池

小型電池の場合は、JBRC(Japan Portable Rechargeable Battery Recycling Center)の会員企業の製品を、全国各地の協力店にある回収ボックスで回収してもらえます。回収できる電池はニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池で、下のマークが目印です。

リサイクルマーク

電池の回収ボックスは家電量販店、ホームセンター、大型のスーパーに設置されている場合があります。詳しくはJBRCの検索ページから調べることができます。

電池を回収ボックスに入れる前には、危機が切れるまで電源を入れるなどして、完全放電させましょう。

電池回収ボックス

JBRCの取り組みをさらに詳しく知りたい方はJBRCの広報ページをご覧ください。

EV用電池

EV用電池の場合は、自動車解体業者が廃車から取り出して回収されます。

リチウムイオン電池のリユースとリサイクル

廃棄・回収されたリチウムイオン電池は、リユースまたはリサイクルされます。

リユースとは廃棄・回収された電池を取り出して、同じ製品または違う製品の電池として再利用することです。特に、元の電池性能が高いEV用電池がリユースの対象になります。

リユースできないものはリサイクルされます。リサイクルとは、電池を分解して有用な資源を取り出し、その資源をもとに製品を製造することです。

リサイクルはリユースよりもエネルギー消費や二酸化炭素排出が多くなるため、できるだけリユースすることが大切です。

リチウムイオン電池のリユース

廃車になったEVの電池バックから状態のいい電池を選別してもう一度EV用電池とする事例や、EV用としては性能が落ちてしまった電池を小型EV、大型蓄電池施設、工場バックアップシステムなどほかの用途で使用する事例があります。

リチウムイオン電池のリユース
(出典:4R ENERGY

リチウムイオン電池のリサイクル方法

EVや定置用蓄電池に使用されているリチウムイオン電池のリサイクルには確立された方法はなく、各社で研究、検討が行われています。再資源化する元素は価格の高いコバルトニッケルです。リチウムマンガンはコストをかければ再資源化できますが、経済的に見合わないため通常は再資源化されません。

リチウムイオン電池のリサイクル

前処理

  1. 分類:正極材を基にリチウムイオン電池を分類します。正極材によって含まれる希少金属の種類が変わるためです。
  2. 分解:リチウムイオン電池パッケージを破砕できる状態にまで分解します。
  3. 放電:容量が残っている場合は放電します。
  4. 熱処理:800~900℃で約1時間熱処理します。この工程で、外装容器や電池構成部材由来のアルミを溶融させ分離回収し、バインダーを分解させ活物質と集電体を相互分離可能な状態にします。
  5. 粉砕:リチウムイオン電池を粉砕します。
  6. 篩別:1mmメッシュ程度のふるいにかけます。ふるいの上には鉄や銅が残りますが、これらは磁石で鉄と銅に選別します。ふるいの下からは電池構成部材由来の金属酸化物でブラックマスと呼ばれる黒色の砂状物質が得られます。

湿式冶金

  1. 金属抽出:ブラックマスに硫酸と過酸化水素(還元剤として作用)を加えて金属を抽出します。酸としては塩酸、硝酸、クエン酸、シュウ酸が用いられることもありますが、硫酸が最もよく用いられます。
  2. 分別:pH変化を利用して選択的に沈殿させます。または、リン酸ジアルキルやホスフィン酸ジアルキルなどの抽出剤を含む有機溶媒を使用して抽出します。
  3. 精製:ニッケルは電解精錬、コバルトは溶融塩電解でさらに高純度化します。

湿式冶金法は、高純度のコバルトやニッケルを回収できます。

乾式冶金

  1. 還元精錬:粉砕したリチウムイオン電池に炭や石灰を加えて真空または不活性雰囲気下で加熱し、リチウムイオン電池中の金属酸化物を還元します。還元精錬によって、コバルト、ニッケル、銅、鉄を含む合金と、リチウム、アルミを含むスラグに変換します。
  2. 再利用:得られた合金は水素吸蔵合金などに再利用されます。または、得られた合金を湿式冶金法で高純度金属に精製します。

乾式冶金法は、リチウムイオン電池の種類にかかわらず処理することができますが、湿式冶金より多額の設備投資が必要です。

リチウムイオン電池のリサイクラー

リチウムイオン電池のリサイクルをする企業をリサイクラーと呼びます。稼働前も含めて代表的な企業を紹介します。

リチウムイオン電池のリサイクルの課題

リチウムイオン電池はリサイクルされるべきですが、いくつか課題があります。

コバルトやニッケルを使わない電池の増加

今後シェアが増加するLFP系正極材やLMFP系正極材は、価格の高いコバルトやニッケルを使用せず、価格の安い鉄やマンガンを使用します。そのため電池から回収できる金属の価値が低くなり再資源化が事業として成り立たなくなる可能性があります。

運搬のコストが高い

リチウムイオン電池を運搬する際の安全確保のため、多くの国では個別のケースに収納して運搬するよう決められています。そのため運搬コストがかかります。

十分な量の廃電池を入手できない

処理工場には数十億~数百億円の投資が必要なため、年間数万トン単位で使用済みリチウムイオン電池を処理しなければ、投資回収を見込むことが困難です。EVが廃車になるまで十数年と考える2024年時点では処理するEVの数が足りません。

2021年の全世界の車載用リチウムイオン電池の廃棄量(9万6850トン)の94%を中国が占めている(出典:日経新聞)ため、中国以外のリサイクラーにはリサイクルするための廃電池を入手するのが難しいです。特にEV普及率が低く、中古EVを輸出している日本では廃電池を十分な量入手するのが難しいでしょう。

まとめ

この記事では、リチウムイオン電池の廃棄、回収、リユース、リサイクルについて説明しました。

廃棄・回収方法は、スマートフォン、小型電池、EV用電池に分けて説明しました。また、リチウムイオン電池のリユースの事例や、リサイクルの代表的な方法を説明しました。

リチウムイオン電池のリサイクルは進められるべきですが、回収する価値のあるコバルトやニッケルを使わない電池の増加、運搬のコストが高い、十分な量の廃電池を入手できないといった課題もあります。それでも、各社でリサイクルの検討が進められています。

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参考文献

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