リチウム電池リサイクルの課題

適切にリサイクルされていないリチウム電池は、有害金属を環境中に放出する可能性があり、それが肺に吸い込まれ、心臓血管や肺の疾患などの健康問題を引き起こす可能性がある。

ほとんどのリチウム電池は、製錬（乾式製錬）または酸に溶かす（湿式製錬）前に、粉状に破砕してリサイクルされる。どちらの工程も、環境に温室効果ガスを排出しながら、膨大なエネルギーを消費する。

リサイクル正極粉は、市販の正極粉よりも多孔質である。

正極はすべてのリチウムイオン電池の中核であり、その電圧と性能を担っている。高品質の正極を製造するためには、材料は高い多孔性（負極と正極の間をリチウムイオンが移動するための表面積）を持つ必要があり、多孔性の正極はエネルギー貯蔵能力が高いことを意味する。実際、ある研究では、リサイクル正極粉末は市販の正極粉末よりも多孔性が高く、そのためリサイクル材料を使用して組み立てられた電池は、バージン材料を使用して製造されたものと同等の性能を持つことがわかった。

カリフォルニア大学アーバイン校で、ニヒル・グプタ率いる研究者が研究を行った。リサイクルされた正極材を使用することで、電池効率を向上させ、リチウムイオン電池の動作時間を延長できることを示した以前の研究を基に、研究チームは、従来の方法よりも3倍以上多孔質の正極粉末を製造する新しいプロセスを利用した。剪断、粉砕、酸浸出、粒径による選別、化学的処理、すべての工程を経て高性能正極ができあがり、それを液体電解質と混合して処理した後に再び混合することで、高性能正極が形成され、リサイクル原料から使用される従来の製造方法と比較して使用期間が長くなる。

リチウムイオン電池は、負極と正極の間でイオンを伝導させるために、電解液と呼ばれる液体電解質を必要とする。通常、プロピレンカーボネートや、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどの脂肪族カーボネートとの混合物のような非水系有機溶媒に溶解した無機塩で構成され、この要素は電池性能に不可欠な役割を果たします。最適な電池性能のためには、効率的な電池性能のための低抵抗界面を確保する必要があり、電解液の選択は電池性能にとって重要です。

リチウム電池のリサイクルは従来、機械的に破砕・溶解したり、酸に溶かしたりして行われてきた。残念なことに、これらの工程は過剰な電力を必要とし、同時に扱いにくい金属の塊を生成するため、リサイクルが難しい。その代わりに、この研究は「直接カソード・リサイクル」という省エネルギーの代替案を提案している。

正極の直接リサイクルは、電池を個々の要素に分解し、物理的特性に基づいてそれらを選別する。まず、不活性雰囲気下でせん断が行われ、次に、分離と精製を目的として、材料が細かく破砕・粉砕される。この工程で、性能を阻害するアルミニウムや銅などの不純物、Ni2+やCo2+などの遷移金属イオンが溶液から除去され、リチウム塩とグラファイトのみが生成物として残る。

新品の正極粉より安い

電気自動車やスマートフォン、子供のおもちゃ、電子タバコ、ノートパソコンに使われているリチウムイオンバッテリーは、リサイクルできることが多い。しかし、そのプロセスは面倒でコストがかかることが多いため、多くの企業がリサイクル事業を始めることを躊躇している。

リチウム電池は、銅やコバルトを含むさまざまな材料を使って作られている。これらの金属は電池の生産に不可欠である一方、その採掘は有毒廃棄物の発生により危険であり、また採掘の過程で温室効果ガスを排出することにより気候変動にも寄与します。バッテリーのリサイクルは、このような資源の需要を減らすと同時に、環境への影響を軽減する一つの解決策を提供します。

リサイクルは、環境破壊を引き起こす可能性のある埋立地から資源を守るだけでなく、生産に高価なエネルギーを必要とする原材料を生産するためのエネルギー使用を削減したり（これは温室効果ガス排出の一因となる）、安全でない環境でコバルトやその他の鉱物を掘っている第三世界の労働者を搾取しないようにすることにも役立つ。

リチウムイオンバッテリーの典型的なリサイクル方法は、正極を取り出すためにその成分を破砕し、精製することである。残念なことに、これは高価であり、高品質の製品を製造するには効果がない。幸運なことに、研究者たちは正極をそのままの状態で保存し、そのまま販売できるような代替プロセスを開発中である。

リチウムイオンバッテリーはリサイクルできる場合が多いが、1回ごとに純度が若干低下する可能性がある。そのため、消費者は使用済みリチウム電池の引き取り先を探すことをお勧めします。日常的にゴミ箱に捨てる分には十分安全かもしれませんが、リチウムイオン電池には有害な化学物質が含まれており、長期間放置すると近くの物を腐食させる恐れがあります。そのため、適切なリサイクル・サービスを利用するか、メーカーに指示を仰ぐことで、安全に処分することができます。

新しい正極粉よりも安全だ

リチウム電池は、電気自動車（EV）やその他のクリーンエネルギー製品に不可欠な構成要素となっているが、火災の危険や有毒化学物質の環境への流出を避けるために、責任を持ってリサイクルしなければならない。バッテリーを捨てるのではなく、バッテリー・リサイクル・センターを利用すべきである。青や黄色のリサイクル・ボックスは、処理中にバッテリーを損傷する可能性があり、火災の危険性がある。

これらのセンターは、電動工具、デジタルカメラ、子供のおもちゃ、電子タバコ、ノートパソコンなどの製品に含まれるリチウム電池のリサイクルを専門としている。また、自動車や家庭で使用されているワット時量の大きなバッテリーについては、安全な処理方法を提供しているが、ワット時量の小さなバッテリーは危険なため引き取ることができない。これらの大型バッテリーをお持ちの方で、リサイクルをご希望の方は、7つのリサイクル・センターのいずれかをご利用ください！

リチウム電池をリサイクルするには、まず電池を破砕し、正極から鋼鉄製の電池ケーシングや電子回路などの安価な部品を分離する。この粉末を再調整し、性能を向上させるために新しい元素と混合することで、他の方法では無駄になってしまうレアメタルを節約することができる。

リチウム電池のリサイクルは、EVの効率と寿命を脅かす定期的な供給不足があるコバルトやニッケルのような主要鉱物の世界的な不足に対抗するもう一つの素晴らしい方法です。リサイクルはまた、世界的な供給需要をより直接的に満たすことで、これらのような世界的な鉱物不足に対処するのにも役立ちます。

このプロセスは標準的な乾式冶金技術に似ているが、他のリサイクル技術よりもエネルギーと廃棄物の発生が少ない。通常、有毒な副産物を生成しながら多大なエネルギーを消費する乾式冶金や、化学的手段によって金属を回収する湿式冶金法の効果的な代替法として、この方法は、それらの技術単独よりも金属の回収率が高い。

より環境に優しい

バッテリーのリサイクルは、電気自動車（EV）やノートパソコンなどのリチウム電池を使用する機器に関連する環境への影響を低減するのに役立ちます。リサイクルは貴重な材料を節約し、再生可能エネルギー源を提供し、採掘の必要性を減らすと同時に、埋立廃棄物の量を減らすことができる。しかし残念ながら、バッテリーのリサイクルには課題がないわけではない。

リチウム電池は浮遊したままにしておくと危険であるためである。リサイクルの準備が整ったら、金属を回収するために溶かしたり溶かしたりする前に、電池を分解して細かくする必要がある。この工程では、空気中の粉塵が発生し、周囲の環境を汚染したり、呼吸器系の病気になったりする可能性がある。リチウムは危険な金属であるため、取り扱いに注意することも重要である。

英国のファラデー研究所の研究者たちは、「歯科医が歯のクリーニングに使うのと同じような」超音波プローブを使い、リチウム電池をリサイクルする新しい方法を開拓している、とグプタは言う。超音波を表面に集中させることで小さな気泡が発生し、それが爆縮してコーティングを剥がし、多額の価値がある正極と負極の回収を可能にする。

さらに、リサイクルは採掘による炭素排出を削減することで環境にも貢献する。マッキンゼー研究所の試算によると、バッテリーのリサイクルが普及すれば、1キロワット時あたり25%の二酸化炭素排出量を削減できる。バッテリーのリサイクルを成功させるには、正極や負極を傷つけることなく貴重な金属をうまく抽出しなければならない。

リチウム電池にはニッケルやコバルトなどの貴金属が含まれており、電気自動車（EV）や電子機器に使用されていますが、決して青や黄色のリサイクルボックスに入れないでください。何らかの理由でリチウム電池をリサイクルする必要がある場合は、リチウム電池の端子を導電性のないテープ（電気用、透明パッキン用、ダクト用）で包んでから、当局にある7つのホーム・ケミカル・リサイクル・センターまたはリチウム電池のリサイクルを受け入れている小売店に投函してください。