東芝は、リチウムイオン電池の酸化物負極を低コストかつ環境負荷の少ない方法でリサイクルする手法を開発しました。2023年XNUMX月に施行されるEUの電池規則では、製品ライフサイクル全体を通じてカーボンフットプリント（CFP）の申告や高い環境配慮が求められており、世界各国の企業に迅速な対応が求められています。東芝は、高出力で長寿命な酸化物負極のリチウムイオン電池を、簡単な熱処理工程でリサイクルできるダイレクトリサイクル法を開発し、その有効性を実証しました。
この方法は、安定した結晶構造を持つ酸化物活物質の特性を生かし、活物質を元素に戻さずにそのままリサイクルするダイレクトリサイクルです。活物質は集電箔と呼ばれる薄い金属板に塗布されており、このリサイクル方法は活物質構造の安定性を利用し、簡単な熱処理を施すことで負極の集電箔から活物質をそのままの状態で分離することができます。
活物質の構造が安定しているため、複雑な再活性化工程が不要で、低コストで活物質を再利用することができます。また、従来の電極リサイクル方法と比較して低温で実行できるため、環境への影響を軽減できます。この方法でリサイクルされた材料を一度も使用されていないバージン材料と比較すると、東芝はカーボンフットプリント（CFP）を最大85％削減できると見積もっています。
さらに、東芝は、この手法を同社が開発したニオブチタン酸化物（NTO）負極電池に適用し、リサイクル電極を使用した電池の性能評価を行ったところ、新品電極と同等の97％以上の容量を維持できることが確認された。また、電池寿命も新品同様の長寿命を示した。
これらの結果はジャーナルに掲載されました 持続可能な材料と技術.
バックグラウンド。 コバルトやニッケルを含む正極材のリサイクルは需要増加により進んでいますが、リチウムイオン電池の負極材として一般的なグラファイトのリサイクルは、長期使用による構造変化や劣化などリサイクルに必要な工程が複雑でコスト面でも課題があるため進んでいません。
しかし、負極も正極と同様にCFPが決まっており、リサイクルによりこれを低減する必要があり、より簡便なリサイクル方法の開発が求められています。東芝は、黒鉛負極に比べて高出力、長寿命で、将来的に電動化が見込まれる商用車に適した酸化物負極の電池を開発しました。東芝は、黒鉛に比べてリサイクルしやすい酸化物負極の特長を生かしたリサイクル方法を開発しました。
電池の活物質のリサイクルには、活物質の構造を維持したまま再利用するダイレクトリサイクルと、活物質を元素に分解して回収した後に活物質を再合成する方法があります。活物質を元素に分解してリサイクルする場合は、活物質を再合成して使用するためのエネルギーが必要ですが、ダイレクトリサイクルの場合は再合成が不要なため、コストと環境負荷の両方を低減できることから、近年研究開発が進められています。
技術の特徴。 このようなニーズを踏まえ、当社は高出力・長寿命の酸化物負極電池のダイレクトリサイクル技術を開発しました。この技術は、酸化物負極電極の集電箔から活物質を分離し、活物質の構造や特性を維持したまま直接再利用できることが実証されています。
ダイレクトリサイクルを実現するためには、リサイクル工程において活物質の構造安定性を維持することが重要です。東芝が開発した酸化物負極材の中でも、ニオブチタン酸化物（NTO）負極は活物質構造が安定しており、この特性を生かして、熱処理により負極内でNTOを固定するバインダー成分を分解し、集電箔から剥離して容易に分離・回収できる手法を開発しました。
さらに、この方法は、電極リサイクルで一般的に用いられる熱処理に比べて低温での処理が可能であり、回収された活物質は不純物を除去した後にそのまま再利用することができる。
東芝は、電池製造工程で発生する模擬電極廃棄物や寿命に至るまでの劣化を模擬した電池からリサイクルしたNTOを用いて電極を製造し、電池での性能を評価した結果、活物質の性能を示す指標である活物質容量が新品時と同等の97％以上の性能を維持することを確認しました。
さらに、リサイクル電池は繰り返し充放電しても新品電池と同等の容量を維持し、長寿命であることが確認されました。
今後の展開。 まず、工場で発生する電極スクラップなどの廃棄物を対象にリサイクル手法の確立に注力し、市場から使用済み電池を回収する段階を見据えて、リサイクル材を製品に組み込む仕組みの構築や、市場からNTO負極セルを回収・リサイクルするリサイクルスキームの構築を目指します。
ソースから グリーンカー会議
免責事項: 上記の情報は、Chovm.com とは独立して greencarcongress.com によって提供されています。Chovm.com は、販売者および製品の品質と信頼性について一切の表明および保証を行いません。Chovm.com は、コンテンツの著作権に関する違反に対する一切の責任を明示的に否認します。
