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公開番号2024163772
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-22
出願番号2023079647
出願日2023-05-12
発明の名称リチウム回収方法
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類C25B 1/14 20060101AFI20241115BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】リチウムイオン挿入脱離可能電極を用いるリチウムイオン回収方法にて、運用コストを低下させることを目的とする。
【解決手段】リチウム回収装置を用いるリチウム回収方法であって、リチウム回収装置が、第1のリチウム回収ユニット、第2のリチウム回収ユニット、及び電源を少なくとも有し、(a)第1の電解液としてのリチウムイオン含有水溶液を第1の電解槽に収容しつつ、電解反応を行うことによって、リチウムイオン含有水溶液中のリチウムイオンを第1のリチウムイオン挿入脱離可能電極に挿入させ、かつ(b)第2の電解液としてのマグネシウムイオン含有回収水溶液を第2の電解槽に供給しつつ、第2のリチウムイオン挿入脱離可能電極に挿入されたリチウムイオンを、第2のリチウムイオン挿入脱離可能電極から脱離させてマグネシウムイオン含有回収水溶液で回収し、リチウム回収方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
リチウム回収装置を用いるリチウム回収方法であって、
前記リチウム回収装置が、第１のリチウム回収ユニット、第２のリチウム回収ユニット、及び電源を少なくとも有し、
前記第１のリチウム回収ユニットが、第１の電解槽、第１の電解液、第１のリチウムイオン挿入脱離可能電極、及び第１のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を有し、
前記第１の電解液が、前記第１の電解槽に収容されており、
前記第１のリチウムイオン挿入脱離可能電極及び前記第１のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極が、前記第１の電解液に浸漬されており、
前記第２のリチウム回収ユニットが、第２の電解槽、第２の電解液、第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極、及び第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を有し、
前記第２の電解液が、前記第２の電解槽に収容されており、
前記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極及び前記第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極が、前記第２の電解液に浸漬されており、
前記第１のリチウムイオン挿入脱離可能電極と第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極とが電気的に接続されており、かつ前記第１のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極と第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極とが電気的に接続されている状態において、
（ａ）前記第１の電解液としてのリチウムイオン含有水溶液を前記第１の電解槽に収容しつつ、前記電源を用いて、前記第１のリチウムイオン挿入脱離可能電極を陰極とし、かつ前記第１のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を陽極とする電解反応を行うことによって、前記リチウムイオン含有水溶液中のリチウムイオンを前記第１のリチウムイオン挿入脱離可能電極に挿入させ、かつ前記第１の前記マグネシウムイオン挿入脱離可能電極からマグネシウムイオンを前記リチウムイオン含有水溶液中に放出させ、かつ
（ｂ）前記第２の電解液としてのマグネシウムイオン含有回収水溶液を前記第２の電解槽に供給しつつ、前記電源を用いて、前記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極を陽極とし、かつ前記第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を陰極とする電解反応を行うことによって、前記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極に挿入されたリチウムイオンを、前記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極から脱離させてマグネシウムイオン含有回収水溶液で回収し、かつ前記マグネシウムイオン含有回収水溶液中のマグネシウムイオンを前記第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極に挿入させる、
リチウム回収方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１及び第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極が、リチウムイオン挿入脱離可能な金属酸化物又はリン酸金属リチウム化合物を有し、かつ
前記第１及び第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極が、炭素材料を有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リチウム回収装置が、第３のリチウム回収ユニットを更に有し、
前記第３のリチウム回収ユニットが、第３の電解槽、第３の電解液、第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極、及び第３のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を有し、
前記第３の電解液が、前記第３の電解槽に収容されており、
前記第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極及び前記第３のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極が、前記第３の電解液に浸漬されており、
前記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極と第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極とが電気的に接続されており、かつ前記第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極と第３のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極とが電気的に接続されている状態において、
（ａ）前記第２の電解液としてのリチウムイオン含有水溶液を前記第２の電解槽に収容しつつ、前記電源を用いて、前記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極を陰極とし、かつ前記第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を陽極とする電解反応を行うことによって、前記リチウムイオン含有水溶液中のリチウムイオンを前記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極に挿入させ、かつ前記第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極からマグネシウムイオンを前記リチウムイオン含有水溶液中に放出させ、かつ
（ｂ）前記第３の電解液としてのマグネシウムイオン含有回収水溶液を前記第３の電解槽に供給しつつ、前記電源を用いて、前記第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極を陽極とし、かつ前記第３のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を陰極とする電解反応を行うことによって、前記第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極に挿入されたリチウムイオンを、前記第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極から脱離させてマグネシウムイオン回収水溶液で回収し、かつ前記マグネシウムイオン含有回収水溶液中のマグネシウムイオンを前記第３のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極に挿入させる、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１～第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極が、リチウムイオン挿入脱離可能な金属酸化物又はリン酸金属リチウム化合物を有し、かつ
前記第１～第３のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極が、炭素材料を有する、
請求項３に記載の方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、リチウム回収方法に関する。
続きを表示（約 3,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池等の普及によりリチウムが大量に使用されている。そのため、リチウムを海水等のリチウムイオン含有水溶液から効率良く回収する技術の開発が望まれている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、リチウム二次電池の処理部材から抽出したリチウムイオン抽出液から、水溶液である回収液にリチウムイオンを移動させてリチウムを前記回収液中に回収するリチウム回収装置であって、前記リチウムイオン抽出液を一方の主面側、前記回収液を他方の主面側として前記リチウムイオン抽出液と前記回収液とを仕切るように処理槽中に設置されたリチウム選択透過膜と、前記リチウム選択透過膜の前記一方の主面側に固定されたメッシュ状の第１電極と、前記リチウム選択透過膜の他方の主面側に固定されたメッシュ状の第２電極と、前記リチウムイオン抽出液の貯留槽と、前記貯留槽と前記処理槽との間に設けられた抽出液配管と、少なくとも前記リチウムイオン抽出液の温度を調節する温度調節手段Ａ及び前記リチウム選択透過膜の温度を調節する温度調節手段Ｂから選ばれる温度調節手段と、を具備するリチウム回収装置が記載されている。特許文献１のリチウム回収装置によれば、リチウム二次電池の処理部材から抽出したリチウムイオン抽出液から高効率でリチウムイオンを回収することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－７５６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、リチウムイオン挿入脱離可能電極を用いるリチウムイオン回収方法において、運用コストを低下させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は以下の手段によって、上記目的を達成するものである。
【０００７】
〈態様１〉リチウム回収装置を用いるリチウム回収方法であって、
上記リチウム回収装置が、第１のリチウム回収ユニット、第２のリチウム回収ユニット、及び電源を少なくとも有し、
上記第１のリチウム回収ユニットが、第１の電解槽、第１の電解液、第１のリチウムイオン挿入脱離可能電極、及び第１のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を有し、
上記第１の電解液が、上記第１の電解槽に収容されており、
上記第１のリチウムイオン挿入脱離可能電極及び上記第１のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極が、上記第１の電解液に浸漬されており、
上記第２のリチウム回収ユニットが、第２の電解槽、第２の電解液、第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極、及び第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を有し、
上記第２の電解液が、上記第２の電解槽に収容されており、
上記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極及び上記第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極が、前記第２の電解液に浸漬されており、
上記第１のリチウムイオン挿入脱離可能電極と第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極とが電気的に接続されており、かつ上記第１のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極と第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極とが電気的に接続されている状態において、
（ａ）上記第１の電解液としてのリチウムイオン含有水溶液を上記第１の電解槽に収容しつつ、上記電源を用いて、上記第１のリチウムイオン挿入脱離可能電極を陰極とし、かつ上記第１のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を陽極とする電解反応を行うことによって、上記リチウムイオン含有水溶液中のリチウムイオンを上記第１のリチウムイオン挿入脱離可能電極に挿入させ、かつ上記第１の前記マグネシウムイオン挿入脱離可能電極からマグネシウムイオンを上記リチウムイオン含有水溶液中に放出させ、かつ
（ｂ）上記第２の電解液としてのマグネシウムイオン含有回収水溶液を上記第２の電解槽に供給しつつ、上記電源を用いて、上記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極を陽極とし、かつ上記第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を陰極とする電解反応を行うことによって、上記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極に挿入されたリチウムイオンを、上記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極から脱離させてマグネシウムイオン含有回収水溶液で回収し、かつ上記マグネシウムイオン含有回収水溶液中のマグネシウムイオンを上記第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極に挿入させる、
リチウム回収方法。
〈態様２〉上記第１及び第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極が、リチウムイオン挿入脱離可能な金属酸化物又はリン酸金属リチウム化合物を有し、かつ
上記第１及び第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極が、炭素材料を有する、態様１に記載の方法。
〈態様３〉上記リチウム回収装置が、第３のリチウム回収ユニットを更に有し、
上記第３のリチウム回収ユニットが、第３の電解槽、第３の電解液、第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極、及び第３のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を有し、
上記第３の電解液が、上記第３の電解槽に収容されており、
上記第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極及び上記第３のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極が、上記第３の電解液に浸漬されており、
上記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極と第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極とが電気的に接続されており、かつ上記第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極と第３のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極とが電気的に接続されている状態において、
（ａ）上記第２の電解液としてのリチウムイオン含有水溶液を上記第２の電解槽に収容しつつ、上記電源を用いて、上記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極を陰極とし、かつ上記第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を陽極とする電解反応を行うことによって、上記リチウムイオン含有水溶液中のリチウムイオンを上記第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極に挿入させ、かつ上記第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極からマグネシウムイオンを上記リチウムイオン含有水溶液中に放出させ、かつ
（ｂ）上記第３の電解液としてのマグネシウムイオン含有回収水溶液を上記第３の電解槽に供給しつつ、上記電源を用いて、上記第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極を陽極とし、かつ上記第３のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極を陰極とする電解反応を行うことによって、上記第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極に挿入されたリチウムイオンを、上記第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極から脱離させてマグネシウムイオン含有回収水溶液で回収し、かつ上記マグネシウムイオン含有回収水溶液中のマグネシウムイオンを上記第３のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極に挿入させる、態様１に記載の方法。
〈態様４〉上記第１～第３のリチウムイオン挿入脱離可能電極が、リチウムイオン挿入脱離可能な金属酸化物又はリン酸金属リチウム化合物を有し、かつ
上記第１～第３のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極が、炭素材料を有する、態様３に記載の方法。
【発明の効果】
【０００８】
本開示のリチウム回収方法によれば、リチウムイオン含有水溶液中のリチウムイオンを第１のリチウムイオン挿入脱離可能電極に挿入させ、かつ第１のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極からマグネシウムイオンをリチウムイオン含有水溶液中に放出させる際に生じる起電力を、少なくとも部分的に、リチウムイオンを第２のリチウムイオン挿入脱離可能電極から脱離させてマグネシウムイオン含有回収水溶液で回収し、かつマグネシウムイオン含有回収水溶液中のマグネシウムイオンを第２のマグネシウムイオン挿入脱離可能電極に挿入させる際に必要な電力として用いることができる。したがって、本開示のリチウム回収方法によれば、運用コストを低減させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、第１のリチウム回収ユニット及び第２のリチウム回収ユニットを有するリチウム回収装置の概略図である。
図２は、第１のリチウム回収ユニット、第２のリチウム回収ユニット、及び第３のリチウム回収ユニットを有するリチウム回収装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態について詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨の範囲内で種々変形して実施できる。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（【００１１】以降は省略されています）

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