特許 7195181 廃リチウムイオン電池の焙焼装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-15

(45)【発行日】2022-12-23

(54)【発明の名称】廃リチウムイオン電池の焙焼装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/54 20060101AFI20221216BHJP

   C22B 1/02 20060101ALI20221216BHJP

   C22B 7/00 20060101ALI20221216BHJP

   F27B 7/06 20060101ALI20221216BHJP

   F27B 7/08 20060101ALI20221216BHJP

   F27B 7/34 20060101ALI20221216BHJP

   F27B 7/42 20060101ALI20221216BHJP

【ＦＩ】

H01M10/54

C22B1/02

C22B7/00 C

F27B7/06

F27B7/08

F27B7/34

F27B7/42

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2019038150

(22)【出願日】2019-03-04

(65)【公開番号】P2020144976

(43)【公開日】2020-09-10

【審査請求日】2022-01-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安藤 文典

(72)【発明者】

【氏名】大澤 弘明

(72)【発明者】

【氏名】山下 真理子

【審査官】早川 卓哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０３７８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２９２０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３７８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５９４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２６２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１３２０７２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ１０／５２－１０／６６７

Ｃ２２Ｂ１／００－６１／００

Ｆ２７Ｂ５／００－７／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端を受入口とし、他端を排出口とし、内部が還元雰囲気または低酸素雰囲気とされる筒体を有し、前記受入口から受け入れた廃リチウムイオン電池を前記排出口へ向けて前記筒体内を搬送し前記排出口から排出する搬送機構と、
前記筒体の内部温度を上昇させるために前記筒体の外壁を加熱し、前記搬送機構による前記廃リチウムイオン電池の搬送方向において異なる位置の前記外壁の加熱温度を個別に制御可能に構成された加熱機構と、
前記筒体内を搬送される前記廃リチウムイオン電池の昇温速度が所定の昇温速度となるように、前記搬送機構による前記廃リチウムイオン電池の搬送速度に応じて前記加熱機構による前記外壁の加熱温度を制御する制御器と、
前記廃リチウムイオン電池の搬送方向において異なる複数の検出位置での前記円筒体内の温度を検出する温度検出装置と、
を備え、
前記搬送機構は、
前記筒体がその中心軸を中心に回転可能に支持された円筒体であり、前記円筒体を回転させることにより、回転速度に応じた搬送速度で前記廃リチウムイオン電池を前記受入口から前記排出口へ向けて搬送するよう構成されており、
前記加熱機構は、
前記搬送機構による前記廃リチウムイオン電池の搬送方向に並んで設けられ、前記円筒体の外壁を加熱する複数の加熱部を有し、各々の前記加熱部による加熱温度を個別に制御可能に構成され、
前記制御器は、
各検出位置における前記円筒体の前記受入口からの距離および前記所定の昇温速度に比例し、前記円筒体の回転速度に反比例する値に基づいて、前記廃リチウムイオン電池の昇温速度を前記所定の昇温速度とするための各検出位置での目標温度を算出し、前記温度検出装置によって検出される前記各検出位置での温度が、前記各検出位置での目標温度となるよう前記加熱部による加熱温度を調整するよう構成された、
廃リチウムイオン電池の焙焼装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、廃リチウムイオン電池の焙焼装置に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン電池(ＬＩＢ)は、電気自動車、携帯電話、ノートパソコン等に多用されている。リチウムイオン電池は、正極材、負極材、電解液、セパレータなどから構成されている。正極材は、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどの正極活物質がフッ素系バインダによってアルミニウム箔に固着されて形成されている。負極材は、黒鉛などの負極活物質がフッ素系バインダによって銅箔に固着されて形成されている。

【0003】

使用済みリチウムイオン電池等の廃棄するリチウムイオン電池（廃リチウムイオン電池）から、コバルト、ニッケル、マンガン、リチウム等の有用金属を回収するために、電解液の無害化、およびセパレータやバインダ等の可燃物の減容化を目的とした、加熱処理（焙焼処理）が行われている。

【0004】

例えば、特許文献１には、１か所に炉体扉が設けられた円形の熱処理炉を備え、複数個のリチウムイオン電池からなる電池パック又は電池モジュールが格納された耐熱容器を、順次、炉体扉を開閉して一定温度に設定された熱処理炉へ投入して加熱処理し、順次、炉体扉を開閉して熱処理炉から耐熱容器を排出させるようにした構成が記載されている。

【0005】

また、非特許文献１には、廃リチウムイオン電池からコバルトを回収する際に、加熱処理における昇温速度が３０Ｋ／ｍｉｎと２Ｋ／ｍｉｎとで比較した場合、２Ｋ／ｍｉｎの昇温速度の方が、コバルト成分のグレインサイズが大きくなること、及び、後工程の磁選等の物理選別等によって回収されるコバルトの回収率の向上に繋がることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－２２３９５号公報

【非特許文献】

【0007】

【文献】堀内健吾，松岡光昭，所千晴，大和田秀二および薄井正治郎著、“磁選による使用済みリチウムイオン電池からのコバルト回収に適した加熱条件の検討”化学工学論文集，２０１７，第４３巻，第４号，pp.213-218、公益社団法人化学工学会発行

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１の構成では、一つの炉体扉を介して耐熱容器を熱処理炉へ投入及び排出させる構成であるので、加熱処理の効率化を図る上で改善の余地がある。また、非特許文献１には、加熱処理を行うための具体的な構成は開示されていない。

【0009】

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、加熱処理の効率化が図れるとともに、有用金属の回収率の向上が可能になる廃リチウムイオン電池の焙焼装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明のある態様に係る廃リチウムイオン電池の焙焼装置は、一端を受入口とし、他端を排出口とし、内部が還元雰囲気または低酸素雰囲気とされる筒体を有し、前記受入口から受け入れた廃リチウムイオン電池を前記排出口へ向けて前記筒体内を搬送し前記排出口から排出する搬送機構と、前記筒体の内部温度を上昇させるために前記筒体の外壁を加熱し、前記搬送機構による前記廃リチウムイオン電池の搬送方向において異なる位置の前記外壁の加熱温度を個別に制御可能に構成された加熱機構と、前記筒体内を搬送される前記廃リチウムイオン電池の昇温速度が所定の昇温速度となるように、前記搬送機構による前記廃リチウムイオン電池の搬送速度に応じて前記加熱機構による前記外壁の加熱温度を制御する制御器と、を備えている。

【0011】

この構成によれば、搬送機構によって廃リチウムイオン電池の受入排出処理を連続的に行うことができるため、加熱処理の効率化を図ることができる。また、所定の昇温速度をコバルト等の有用金属成分のグレインサイズを大きくするために適した昇温速度に定めておくことで、後工程の磁選等の物理選別等によって回収される有用金属の回収率の向上が可能になる。

【0012】

上記焙焼装置において、前記搬送機構は、前記筒体がその中心軸を中心に回転可能に支持された円筒体であり、前記円筒体を回転させることにより、回転速度に応じた搬送速度で前記廃リチウムイオン電池を前記受入口から前記排出口へ向けて搬送するよう構成されており、前記加熱機構は、前記搬送機構による前記廃リチウムイオン電池の搬送方向に並んで設けられ、前記円筒体の外壁を加熱する複数の加熱部を有し、各々の前記加熱部による加熱温度を個別に制御可能に構成されていてもよい。

【0013】

また、前記廃リチウムイオン電池の搬送方向において異なる複数の検出位置での前記円筒体内の温度を検出する温度検出装置をさらに備え、前記制御器は、前記所定の昇温速度と前記円筒体の回転速度とに基づいて、前記廃リチウムイオン電池の昇温速度を前記所定の昇温速度とするための前記複数の各検出位置での目標温度を算出し、前記温度検出装置によって検出される前記各検出位置での温度が、前記各検出位置での目標温度となるよう前記加熱部による加熱温度を調整するよう構成されていてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明は、以上に説明した構成を有し、加熱処理の効率化が図れるとともに、有用金属の回収率の向上が可能になる廃リチウムイオン電池の焙焼装置を提供することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本実施形態の一例の廃リチウムイオン電池の焙焼装置を有する処理システムの概略を示す模式図である。

【図2】図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ焙焼装置への１日当たりの被処理物の投入量が異なる場合の複数の加熱部による加熱温度、及び、焙焼装置の筒体の受入口から排出口までの目標とする内部温度のグラフの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

【0017】

（実施形態）
図１は、本実施形態の一例の廃リチウムイオン電池の焙焼装置を有する処理システムの概略を示す模式図である。

【0018】

図１に示す廃リチウムイオン電池の処理システムは、廃リチウムイオン電池の焙焼装置Ａ及び排ガス処理設備Ｂ等を有している。

【0019】

廃リチウムイオン電池の焙焼装置Ａは、廃リチウムイオン電池（廃ＬＩＢ）のセル及びモジュールを焙焼処理することができる。モジュールは、セル（電池セル）が複数個組み合わされたものである。

【0020】

この焙焼装置Ａは、廃リチウムイオン電池の供給装置１、供給口２、プッシャ３、搬送機構４、加熱機構５、焙焼産物取出口６、複数の温度センサＳｔを有する温度検出装置１５、制御器２１及び操作器２２を備えている。なお、本例では、制御器２１及び操作器２２は、図１に示す処理システム全体の制御器及び操作器として用いられている。

【0021】

供給装置１は、例えばロータリフィーダ等で構成され、外部から供給される廃リチウムイオン電池のセル及びモジュールを受け止めて順次供給口２へ供給するよう構成されている。プッシャ３は、供給口２に順次供給される廃リチウムイオン電池のセル及びモジュールを搬送機構４へ押し出して供給するよう構成されている。

【0022】

搬送機構４は、一端を受入口４１ａ、他端を排出口４１ｂとする筒体４１を有する。筒体４１は、円筒体であり、受入口４１ａから排出口４１ｂに向けて下り傾斜となるように所定角度の傾斜をもってその中心軸を中心に回転可能に支持されている。この筒体４１は駆動装置４２によって回転させられる。駆動装置４２は、筒体４１の外周に固定された駆動ギア４３を回転させるためのモータを含む装置で構成され、後述の外熱式ロータリーキルンに備えられる公知の装置である。

【0023】

筒体４１の内部は還元雰囲気または低酸素雰囲気（酸素濃度１０％以下）とされている。プッシャ３によって筒体４１の受入口４１ａから内部に供給される廃リチウムイオン電池（セル及び／又はモジュール）は、筒体４１が回転することにより排出口４１ｂへ向けて移送（搬送）され、排出口４１ｂから焙焼産物取出口６を介して排出される。

【0024】

加熱機構５は、筒体４１の外壁を加熱するための複数の加熱部５１，５２，５３を有している。これらの加熱部５１，５２，５３は、上記廃リチウムイオン電池の搬送方向（筒体４１の中心軸方向）に並んで配置され、各々筒体４１の外周を包囲するように設けられている。

【0025】

各加熱部５１，５２，５３には、二次燃焼室１３からの高温ガス（例えば８００℃）が電動バルブ６１及び各電動バルブ５５，５６，５７を介して内部に送りこまれるとともに、常温ガス（空気）が各電動バルブ５８，５９，６０を介して内部に送りこまれる。一方、各加熱部５１，５２，５３内のガスはファン５４によって電動バルブ６２を介して二次燃焼室１３へ送り込まれる。

【0026】

例えば、電動バルブ５５，５６，５７及び電動バルブ５８，５９，６０の開度が制御器２１によって制御されることにより、各加熱部５１，５２，５３内のガス温度を個別に制御することができる。各加熱部５１，５２，５３内のガス温度、すなわち加熱部５１，５２，５３による筒体４１の外壁の加熱温度（＝ガス温度）が制御されることにより、筒体４１の内部温度が制御される。

【0027】

これら搬送機構４及び加熱機構５は、周知の外熱式ロータリーキルンにおいて、筒体４１（内筒）を加熱するための加熱ジャケット（外筒）を複数に分割してなる加熱部５１，５２，５３を設け、かつ、各加熱部５１，５２，５３による加熱温度を個別に制御可能とした構成である。

【0028】

また、筒体４１の内部には、例えば熱電対等からなる複数の温度センサＳｔが廃リチウムイオン電池の搬送方向（筒体４１の中心軸方向）に、例えば等間隔に並んで所定位置に設けられている。各温度センサＳｔによる検出温度は制御器２１へ出力される。よって、複数の温度センサＳｔからなる温度検出装置１５によって、廃リチウムイオン電池の搬送方向において異なる複数の位置の筒体４１の内部温度が検出され、制御器２１へ出力される。このように、筒体４１の内部温度は、常時、複数の温度センサＳｔによって検出され、制御器２１へ入力される。これにより、制御器２１では、複数の温度センサＳｔの各々の検出温度と検出位置（温度検出位置）とを把握できるようになっている。なお、制御器２１には、複数の各温度センサＳｔの位置（温度検出位置）が予め記憶されている。

【0029】

筒体４１内で発生した排ガスは排ガス処理設備Ｂのサイクロン１１へ送られ、サイクロン１１で排ガス中の金属等の固体微粒子が取り出され、例えばロータリフィーダ１２を介して回収される。一方、固体微粒子が取り除かれた排ガスはサイクロン１１から二次燃焼室１３へ送られる。

【0030】

二次燃焼室１３では、サイクロン１１から送られてきた排ガス及び加熱部５１，５２，５３から送られてきたガスがバーナによって高温（例えば８００℃）に加熱される。そして、一部の高温ガスが電動バルブ６１を介して焙焼装置Ａへ送られ、それ以外の高温ガスは、図示しないが、バグフィルタ等を介して煙突から排出される。また、残渣が二次燃焼室１３からロータリフィーダ１４を介して回収される。排ガス処理設備Ｂは、サイクロン１１、ロータリフィーダ１２、二次燃焼室１３、ロータリフィーダ１４、図示しないバグフィルタ及び煙突等によって構成される。

【0031】

また、焙焼産物取出口６では、焙焼されたセルとモジュールとが大きさによって選別され、モジュールは排出口６ａから破砕機７へ供給され、セルは別の排出口６ｂから破砕機８へ供給される。モジュールは、破砕機７でセルと同程度の大きさに破砕された後、破砕機８へ供給され、破砕機８によってセルとともにより小さく破砕される。

【0032】

破砕機８で破砕されたセル及びモジュールの破砕物は、ダブルフラップダンパ（二段ダンパ）９を介して、選別機１０へ供給される。選別機１０では、例えば、破砕物を、振動篩等の篩によって、銅、アルミニウム等を含む塊状物と、コバルト等の有用金属を含む粉粒体とに選別する。選別機１０で選別された粉粒体は、有用金属抽出設備へ送られてコバルト、ニッケル、マンガン、リチウム等の有用金属が抽出される。

【0033】

制御器２１は、ＣＰＵ等の演算部と、ＲＯＭ及びＲＡＭなどの記憶部等を有するコンピュータであり、ＣＰＵが記憶部に予め記憶されている所定のプログラムを実行することにより、図１に示す処理システム全体の動作を制御する。なお、制御器２１は、集中制御する単独の制御器によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御器によって構成されていてもよい。

【0034】

操作器２２は、操作者によって操作され、図１に示す処理システムの各部の運転の開始や停止等の操作入力を受け付ける手段であり、操作者の操作による操作入力情報を制御器２１へ出力する。また、操作器２２は、制御器２１から出力される上記処理システムの各部の運転状態等の情報を入力し、その情報を表示するディスプレイを備えている。

【0035】

次に、図１に示す処理システムのうち、特に廃リチウムイオン電池の焙焼装置Ａの動作の一例について説明する。

【0036】

一般的に、ロータリーキルンでは、被処理物の筒体内保有率が一定となるように回転数（回転速度）が設定される。本実施形態においても、筒体４１内の被処理物（廃リチウムイオン電池）の保有率が一定となるように筒体４１の回転数が設定される。この回転数は、例えば、操作者による操作器２２の操作によって設定することができる。そして、制御器２１が駆動装置４２を制御して、設定された回転数で筒体４１が回転される。

【0037】

例えば、筒体４１内の被処理物の保有率Ｘ（％）は、次の（１）式で算出することができる。

【0038】

Ｘ＝Ｈ×Ｔ／Ｖｉ×１００ ・・・（１）
ここで、Ｈは被処理物の１分間当たりの投入量（ｍ³／ｍｉｎ）、Ｔは被処理物の筒体４１内での滞留時間（ｍｉｎ）、Ｖｉは筒体４１の内部体積（ｍ³）である。

【0039】

なお、滞留時間Ｔ（ｍｉｎ）は、被処理物が筒体４１の受入口４１ａから排出口４１ｂまでの移動に要する時間であり、筒体４１の回転数（Ｎ）に反比例する。

【0040】

よって、保有率Ｘは、被処理物の１分間当たりの投入量Ｈに比例するとともに、筒体４１の回転数Ｎに反比例する（Ｘ∝Ｈ／Ｎ）。例えば焙焼装置Ａへの１日当たりの被処理物の投入量（処理量）が変更されることにより、被処理物の１分間当たりの投入量Ｈが変更される場合には、被処理物の保有率Ｘを一定とするためには、筒体４１の回転数Ｎを変更する必要がある。筒体４１の回転数Ｎは、筒体４１内を受入口４１ａから排出口４１ｂへ向かって搬送される被処理物の搬送速度に比例する。よって、筒体４１の回転数Ｎを変更することは、被処理物の搬送速度を変更することに相当する。

【0041】

本実施形態では、制御器２１は、被処理物の昇温速度が所定の昇温速度（Ｔｖ）となるように、加熱部５１～５３による加熱温度（ガス温度）を制御するようにしている。具体的には、制御器２１は、電動バルブ５５～６０の開度を制御（調整）することにより、加熱部５１～５３による加熱温度を制御する。所定の昇温速度Ｔｖは、操作者による操作器２２の操作によって予め制御器２１に設定（記憶）されている。なお、操作器２２を操作して昇温速度Ｔｖの設定値を変更することも可能である。

【0042】

また、制御器２１は、筒体４１の回転数Ｎに変更があった場合には、被処理物の昇温速度を所定の昇温速度（Ｔｖ）にするために、加熱部５１～５３による加熱温度を変更する。これについて、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。

【0043】

図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ焙焼装置Ａへの１日当たりの被処理物の投入量が異なる場合の複数の加熱部５１～５３による加熱温度、及び、筒体４１の受入口４１ａから排出口４１ｂまでの目標とする内部温度のグラフの一例を示す図である。

【0044】

図２（Ａ）、（Ｂ）のいずれの場合も保有率Ｘは６．７（％）としている。また、本例では、筒体４１の軸方向の長さは１８（ｍ）、筒体４１の内径は１．５（ｍ）、筒体４１の内部体積Ｖｉは３２（ｍ³）としている。

【0045】

そして、図２（Ａ）の場合は、１日当たりの被処理物の投入量（トン／日）を３０（ｔ／ｄ）とした場合であり、別途計算により、保有率Ｘを６．７（％）とするための筒体４１の回転数Ｎは０．５３（ｍｉｎ^-1）と算出され、滞留時間Ｔが２０７（ｍｉｎ）と算出されている。

【0046】

図２（Ａ）のグラフは、所定の昇温速度Ｔｖを、例えば２．５（Ｋ／ｍｉｎ）とする場合の、筒体４１の受入口４１ａからの距離（搬送方向における位置）に対する筒体４１の内部温度の関係の一例を示すグラフである。また、この関係を実現するために設定される加熱部５１，５２，５３による加熱温度の一例として、それぞれ２５０℃，４５０℃，６５０℃が示されている。

【0047】

この図２（Ａ）のグラフで示す関係が実現される場合には、筒体４１の回転数Ｎが０．５３（ｍｉｎ^-1）となるように制御されており、受入口４１ａに受け入れられた被処理物は、その昇温速度が所定の昇温速度Ｔｖ（２．５（Ｋ／ｍｉｎ））となるように加熱されながら搬送され、受入口４１ａからの距離が１７．４ｍの位置になったときに５００℃に達し、その後は、その温度が維持されて排出口４１ｂまで搬送されることになる。

【0048】

また、図２（Ｂ）の場合は、１日当たりの被処理物の投入量を１７（ｔ／ｄ）とした場合であり、別途計算により、保有率Ｘを６．７（％）とするための筒体４１の回転数Ｎは０．３（ｍｉｎ^-1）と算出され、滞留時間Ｔが３６６（ｍｉｎ）と算出されている。

【0049】

図２（Ｂ）のグラフは、所定の昇温速度Ｔｖを、図２（Ａ）の場合と同じ２．５（Ｋ／ｍｉｎ）とする場合の、筒体４１の受入口４１ａからの距離（搬送方向における位置）に対する筒体４１の内部温度の関係の一例を示すグラフである。また、この関係を実現するために設定される各加熱部５１，５２，５３による加熱温度の一例として、それぞれ３５０℃，６５０℃，６５０℃が示されている。

【0050】

この図２（Ｂ）のグラフで示す関係が実現される場合には、筒体４１の回転数Ｎが０．３（ｍｉｎ^-1）となるように制御されており、受入口４１ａに受け入れられた被処理物は、その昇温速度が所定の昇温速度Ｔｖ（２．５（Ｋ／ｍｉｎ））となるように加熱されながら搬送され、受入口４１ａからの距離が９．８ｍの位置になったときに５００℃に達し、その後は、その温度が維持されて排出口４１ｂまで搬送されることになる。

【0051】

上記の図２（Ａ）、（Ｂ）からわかるように、被処理物の昇温速度が所定の昇温速度Ｔｖとなるようにするためには、筒体４１の回転数Ｎの変更に応じて、筒体４１内に設置された各温度センサＳｔの検出温度が各々について算出された所定の温度（目標温度）となるよう加熱部５１，５２，５３による加熱温度の少なくとも１つを変更しなければならない。

【0052】

そこで、制御器２１では、筒体４１の回転数Ｎと所定の昇温速度Ｔｖとに基づいて、被処理物の昇温速度を所定の昇温速度Ｔｖとするための各温度検出位置（各温度センサＳｔの位置）における目標温度を算出し、各温度センサＳｔの検出温度が各目標温度となるよう加熱部５１，５２，５３による加熱温度を調整する。

【0053】

なお、図２（Ａ）、（Ｂ）のグラフでは、所定の昇温速度Ｔｖで昇温させる温度範囲として、０℃～５００℃の範囲が例示されているが、これに限らない。例えば、２０℃～５２０℃の範囲でもよい。

【0054】

リチウムイオン電池は１５０～２００℃で加熱することで電解液を分解除去することができる。また、コバルト等の有用金属を回収しやすくするためには、セパレータ及びバインダ等の有機物を分解できる温度（例えば４００℃以上）にすることが必要である。一方、正極材に使用されているアルミニウムが溶けない温度すなわちアルミニウムの融点（６６０℃）より低い温度にすることが必要である。よって、排出口４１ｂの温度（筒体４１の内部の最高温度）は、４００℃以上で、かつ、アルミニウムの融点（６６０℃）よりも低い温度とすればよい。

【0055】

この焙焼装置Ａを運転する場合、例えば、操作者は、運転開始前に、廃リチウムイオン電池の１日の予定処理量（投入量）から筒体４１の回転数Ｎを決める。そして、操作者による操作器２２の操作によって、筒体４１の回転数Ｎが設定されるとともに所定の昇温速度Ｔｖが設定され、焙焼装置Ａの運転（動作）が開始される。この運転開始時には、制御器２１は、設定された回転数Ｎで回転させるように筒体４１の駆動装置４２を制御するとともに、回転数Ｎと昇温速度Ｔｖとに基づいて、筒体４１に設置された各温度センサＳｔの温度検出位置における目標温度を算出し、各検出温度がこの目標温度となるよう加熱部５１，５２，５３による加熱温度を調整するために電動バルブ５５～６０の開度を制御する。なお、回転数Ｎおよび昇温速度Ｔｖに応じて運転初期における各電動バルブ５５～６０の開度が予め決められていてもよい。

【0056】

上記の筒体４１内を搬送中の廃リチウムイオン電池の昇温速度を所定の昇温速度Ｔｖにするための各温度検出位置における目標温度Ｔａの算出方法の一例について説明する。

【0057】

各温度検出位置（各温度センサＳｔの位置）は、筒体４１の受入口４１ａから各温度センサＳｔの設置位置までの距離として、制御器２１に記憶されている。筒体４１の受入口４１ａから投入された被処理物のある温度センサＳｔの温度検出位置までの滞留時間（搬送時間）Ｔｉ（ｍｉｎ）は、制御器２１に記憶された上記ある温度センサＳｔの温度検出位置（上記距離）をｘｉとすると、
Ｔｉ＝ｋ×ｘｉ／Ｎ
として求められる。ここで、ｋは、被処理物（廃リチウムイオン電池）の種類や搬送機構４を構成するキルンの種類によって定められる係数である。

【0058】

例えば、所定の昇温速度Ｔｖ（℃／ｍｉｎ）における、ある温度検出位置（ｘｉ）での目標温度Ｔａ（℃）は、受入口４１ａにおける温度をｔ（℃）とすると、
Ｔａ＝Ｔｖ×Ｔｉ＋ｔ＝Ｔｖ×ｋ×ｘｉ／Ｎ＋ｔ
として求められる。なお、受入口４１ａにおける温度ｔは、運転開始前に、操作者による操作器２２の操作によって、筒体４１の回転数Ｎ及び昇温速度Ｔｖとともに設定されるようにしてもよい。また、例えば受入口４１ａの温度を検出する温度センサが設けられていれば、制御器２１が目標温度Ｔａを算出する際に上記温度センサの検出温度（ｔｘ）に基づいて、受入口４１ａにおける温度ｔを、例えば、ｔ＝ｔｘ、あるいは、ｔ＝ｔｘ＋α（αは所定値）などとして算出するようにしてもよい。

【0059】

上記のようにして、制御器２１は、所定の昇温速度Ｔｖを実現するための複数の各温度検出位置での目標温度を算出することができる。但し、目標温度の上限値を所定温度（例えば図２（Ａ）、（Ｂ）の場合の５００℃）に定めている。

【0060】

また、運転中に、操作者による操作器２２の操作によって、回転数Ｎの設定値が変更されてもよい。この場合、制御器２１は、変更後の回転数Ｎ（変更後の回転数Ｎの設定値）で回転させるように筒体４１の駆動装置４２を制御するとともに、前述の各温度検出位置における目標温度を算出し、各検出温度が各目標温度となるよう加熱部５１，５２，５３による加熱温度を調整するために電動バルブ５５～６０の開度を制御する。

【0061】

また、上記では、操作器２２を操作することによって筒体４１の回転数Ｎを設定ないし変更するようにしたが、例えば、筒体４１へ供給される廃リチウムイオン電池の単位時間当たりの重量を検出する計量器を設け、制御器２１が計量器の計量値に基づいて、回転数Ｎを設定ないし変更するように構成してもよい。

【0062】

本実施形態の焙焼装置Ａでは、例えば、個別に温度制御可能な複数の加熱部５１～５３を設けた外熱式ロータリーキルンを用いて、廃リチウムイオン電池の受入排出処理を連続的に行うことができるため、加熱処理の効率化を図ることができる。また、所定の昇温速度Ｔｖをコバルト等の有用金属成分のグレインサイズを大きくするために適した昇温速度（例えばコバルト成分の場合は２Ｋ／ｍｉｎ等）に定めておくことで、後工程の磁選等の物理選別等によって回収されるコバルト等の有用金属の回収率の向上が可能になる。このようにコバルト等の有用金属の回収率の向上を図る上で、各々の有用金属成分のグレインサイズを大きくするために適した昇温速度（Ｔｖ）あるいはその好ましい設定範囲を、実験等によって予め定めておけばよい。

【0063】

なお、本実施形態の焙焼装置Ａは、上記の外熱式ロータリーキルンを用いた構成に限らず、一端を受入口とし、他端を排出口とし、内部が還元雰囲気または低酸素雰囲気とされる筒体を有し、受入口から受け入れた廃リチウムイオン電池を排出口へ向けて筒体内を搬送し排出口から排出する搬送機構（４）と、筒体の内部温度を上昇させるために筒体の外壁を加熱し、搬送機構による廃リチウムイオン電池の搬送方向において異なる位置の外壁の加熱温度を個別に制御可能に構成された加熱機構（５）と、筒体内を搬送される廃リチウムイオン電池の昇温速度が所定の昇温速度となるように、搬送機構による廃リチウムイオン電池の搬送速度に応じて加熱機構による外壁の加熱温度を制御する制御器（２１）と、を備えた構成であればよい。よって、制御器は、搬送機構による廃リチウムイオン電池の搬送速度が変更されたときには、変更後の搬送速度に応じて、廃リチウムイオン電池の昇温速度が所定の昇温速度となるように加熱機構による外壁の加熱温度を調整するよう構成されている。

【0064】

なお、本実施形態では、温度検出装置１５を、熱電対等からなる複数の温度センサＳｔを用いて構成したが、例えば１ｍ間隔で温度を検出できる光ファイバ温度センサを用いて構成してもよい。

【0065】

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

【産業上の利用可能性】

【0066】

本発明は、加熱処理の効率化が図れるとともに、有用金属の回収率の向上が可能になる廃リチウムイオン電池の焙焼装置等として有用である。

【符号の説明】

【0067】

Ａ 焙焼装置
４ 搬送機構
５ 加熱機構
１５ 温度検出装置
２１ 制御器
４１ 筒体
４１ａ 受入口
４１ｂ 排出口
５１～５３ 加熱部
５５～６０ 電動バルブ

【図1】

【図2】