東レは8月29日、今後大量発生が見込まれる車載用の使用済みリチウムイオン電池(LIB)から、現状では大部分を廃棄しているリチウム(Li)を回収可能な、新規ナノろ過(NF)膜を開発したことを発表した。

Liは、モバイル機器などに加え、電気自動車(EV)の普及に伴い、需要の急増が見込まれている。しかし、現在のリチウムの主要な供給源である南米などでの塩湖法は、リチウム産出量の多い塩湖が限られていることが課題となっている。また、鉱石法は生産工程が長く、高温での熱処理が必要になることから、CO2排出量が多く、かつコスト高となるため、高い価格がすで課題となっているLIBがさらに高騰するリスクもある。加えて日本では、2030年前後には需要が供給を上回ることが予想されており、Liの確保が困難な状況も懸念されている。

そうした背景から、廃棄されたLIBからLiを回収する方法の研究開発が進められており、その手法の1つとして、溶解している多価イオンや有機物を選択的に分離する特徴を有するNF膜が検討されている。実際、NF膜は地下水や河川水から硬度成分や農薬を除去する用途のほか、食品・バイオ用途での脱塩・精製などにすでに利用されている実績もある。

しかし従来のNF膜では、強酸に対する耐久性が不足しているため、適用範囲が中性領域に限られていること、さらに多価イオンに対する選択分離性が十分ではないために効率的な分離ができない、などの課題を抱えており、使用済みLIBから、強酸を用いて有価金属を浸出・回収する試みに対し、NF膜を適用することができなかったという。

そこで東レは今回、DX技術の活用により、酸による膜の性能劣化メカニズムと選択分離に最適な膜の細孔構造を解析。その上で、有機合成化学、高分子化学、ナノテクノロジーを駆使し、強固な耐酸性構造と1nm以下の精密な細孔構造を兼ね備えた架橋高分子膜を創出に挑戦。完成した新たなNF膜を調べたところ、従来NF膜と比較して約5倍の耐酸性と、約1.5倍のイオン選択分離性を備えることが確認されたとする。

なお、同社では今回のNF膜を適用することにより、有価金属を効率的に回収でき、現状では大部分が廃棄されているLiを、高純度かつ高収率で回収することが可能となるとしているほか、1kgのLi製造時のCO2排出量を、鉱石法の最大約1/3にまで削減できるとしている。

今後については、自動車メーカー、電池メーカー、電池材料メーカー、リサイクル業者などと連携し、リチウムのリサイクル方法を確立することで、EV普及に伴うLi供給懸念を解消し、カーボンニュートラル社会の実現に貢献していくとしている。