脱炭素、カーボンニュートラル社会構築のための、環境、エネルギー分野向けの最先端技術を研究開発するGSアライアンス株式会社は、同社で開発している天然深共晶溶媒を用いて、リチウムイオン電池の正極やブラックマスから、コバルト、ニッケル、マンガンなどのレアメタル金属をリサイクルすることに成功しました。

カーボンニュートラル、脱炭素社会構築に向けて、リチウムイオン電池などの蓄電池は重要な技術であり、特にEV、携帯電話、各種電子機器や定置用電池などの急速な広がりによって、リチウムイオン二次電池を構成するレアメタルの安定な確保が重要な課題となっています。そのためにリチウムイオン電池の資源循環、リサイクルへの取り組みも加速しています。特に、リチウムイオン電池の構成部品である正極にはコバルト、ニッケルやマンガン等のレアメタルが使用されており、持続的な資源サイクルのために、高効率かつ環境調和型のレアメタル分離回収技術の確立が急務です。また、リチウムイオン電池においては、鉛電池のようにリサイクルモデルがうまく成立しておらず、電池廃棄物が増えていることも課題です。

現在の湿式法においては、有毒で腐食性のある硫酸などの無機酸の使用による酸廃液の発生や、有機溶媒の利用による環境負荷が懸念されており、より環境に優しいリサイクル技術が求められています。またリチウムイオン電池のリサイクルは概してコストが高くなり、乾式冶金方式においては高温度下での作業や、有害な煙霧が発生したり、作業者にとっても過酷な危険な環境になります。

このような課題に対して、同社の森良平博士(工学)は、硫酸などの無機酸や有機溶媒の代わりに、同社で合成している深共晶溶媒、特に環境に優しい天然深共晶溶媒を用いて、リチウムイオン電池の正極、及び廃棄されたリチウムイオン電池から取り出したブラックマスからレアメタル(コバルト、ニッケル、マンガン)を抽出する技術を開発しました。ブラックマスは、川島グループ(株式会社シンコーフレックス)から、サンプルとして提供して頂いたものを実験に使用しました。同社とはリチウムイオン電池のリサイクルに関する研究を進めることを検討しています。

廃棄されたリチウムイオン電池から取り出したブラックマスや、正極材料から天然深共晶溶媒を用いてレアメタルを抽出している様子

今後は、無機酸を用いた場合のレアメタル抽出法との効率の比較、また、さらに回収分離効率の高い他の深共晶溶媒、及び沈殿法の探索、そして、他社との協業なども検討していく予定です。

■深共晶溶媒とは

深共晶溶媒(Deep Eutectic Solvent：DES)とは、イオン液体と類似した性能を持つ新しいタイプの溶媒です。ルイス酸またはブレンステッド酸と塩基の共晶混合物から形成される系であり、さまざまな陰イオン種、または陽イオン種から構成されます。水素結合ドナー性の化合物と水素結合アクセプター性の化合物をある一定の割合で混ぜることでつくる、室温で液体になる化合物です。2つ、または複数の化合物を用いて合成することにより、個々の成分のいずれよりも低い融点を持つ共晶を得ることができます。合成された深共晶溶媒は蒸気圧が低く、難燃性であり、熱安定性および電気化学的安定性が高い(電位窓が広い)などの特徴があります。一方で、イオン液体より、概して値段が安い、無害な場合が多いことも大きな利点です。天然成分から作られる深共晶溶媒を特に天然深共晶溶媒(Natural Deep Eutectic Solvent：NADES)とも言い、より環境に優しい溶媒となっています。深共晶溶媒の応用例、検討例としては電池用電解液、カテキン、フラボノイド、アントラキノンのようなアルカロイドなどの各種の植物由来物質の抽出、有機合成用溶媒、ガス吸着、セルロース、リグニンなどの溶解、可塑剤、バイオ燃料の生成、そして、本件のレアアース、レアメタルなどの金属抽出、析出などがあります。

■会社概要

商号　　　： GSアライアンス株式会社(冨士色素株式会社グループ)

代表者　　： 代表取締役　森 良平博士(工学)

本社所在地： 〒666-0015　兵庫県川西市小花2-22-11

事業内容　： カーボンニュートラル、脱炭素、SDGs課題に取り組む環境、

　　　　　　 エネルギー分野の最先端技術の研究開発

　　　　　　 (国連のスタートアップ企業支援プログラム

　　　　　　 UNOPS GIC KOBEに2020年に採択)

URL　　　 ： https://www.gsalliance.co.jp/