[發(fā)明專利]一種尖晶石型鋰離子篩的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610827423.X
• 申請(qǐng)日: 2016-09-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106622116B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 席曉麗;王凱豐;馬立文;聶祚仁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/18
• 分類號(hào): B01J20/18;B01J20/30
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種尖晶石型鋰離子篩的制備方法，涉及一種用于從廢棄的汽車動(dòng)力電池正極材料溶液中吸附回收鋰的無(wú)機(jī)吸附劑的制備方法。以鋰鹽和錳鹽為原料，并添加乙醇酸和酒石酸作為復(fù)合酸配合劑，采用溶膠?凝膠法，制備出尖晶石型的離子篩前驅(qū)體Li_1.6Mn_1.6O₄。用鹽酸對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行酸浸得到鋰離子篩吸附劑，該離子篩選擇性和吸附容量均較高。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是原材料簡(jiǎn)單易得，成本低，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，離子篩的吸附容量高，對(duì)設(shè)備要求低，便于控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境資源循環(huán)回收技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種尖晶石型鋰離子篩的制備方法，該離子篩吸附劑適用于從從廢棄的汽車動(dòng)力電池中吸附回收鋰。

背景技術(shù)

鋰是最輕的金屬，具有高電極電位和高電化學(xué)當(dāng)量，其電化學(xué)比能量密度也相當(dāng)高，同時(shí)，鋰由于對(duì)電能優(yōu)越的儲(chǔ)存性能和在核能利用上的重要價(jià)值近年來(lái)受到了高度的重視，大容電量的電池、工業(yè)鋁鋰合金用品以及手機(jī)鋰電池等產(chǎn)品的需求量大幅度的提高，促使中國(guó)的鋰消耗量每年呈直線增長(zhǎng)。其中，電動(dòng)汽車(electric vehicle，EV)以及混合電動(dòng)汽車(hybrid electric vehicle，HEV)中的核心部分動(dòng)力電池中需求大量的鋰資源。電動(dòng)汽車蓬勃發(fā)展的中心在中國(guó)，預(yù)計(jì)到2018年，電動(dòng)汽車的需求量大概是470萬(wàn)輛，電池的需求量約為200GWh。事實(shí)上，按照國(guó)家規(guī)劃，到2020年，我國(guó)電動(dòng)汽車保有量將要達(dá)到500萬(wàn)輛，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條上，電池是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，占到整車成本的40％～60％。而近年來(lái)，鋰資源的需求量每年均以10％的速度增長(zhǎng)。由此可見(jiàn)，隨著國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的高速增長(zhǎng)，作為電動(dòng)汽車以及混合電動(dòng)汽車關(guān)鍵材料的鋰資源也變得炙手可熱。而廢棄的動(dòng)力電池中，含有大量的鋰資源，對(duì)這些鋰資源進(jìn)行回收再利用，可以充分利用現(xiàn)有資源，發(fā)揮綠色經(jīng)濟(jì)。

離子篩型氧化物又稱作離子篩，是一種具有空隙結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)化合物，首先由目的離子和一種無(wú)機(jī)物經(jīng)一系列反應(yīng)生成相應(yīng)的復(fù)合氧化物，這種氧化物被稱為離子篩前驅(qū)體，然后在不破壞前驅(qū)體晶體結(jié)構(gòu)的前提下，將目的離子從中抽提出來(lái)，即得到相應(yīng)的離子篩。離子篩晶體結(jié)構(gòu)中的空隙對(duì)原導(dǎo)入目的離子有篩選和記憶的能力，即離子篩效應(yīng)。因此，在多種離子共同存在的情況之下，可以選擇性地分離提取目的離子。富鋰鋰錳氧化物最早是被日本學(xué)者應(yīng)用在鋰離子篩領(lǐng)域。這類鋰錳氧化物相當(dāng)于在LiMn₂O₄晶格中摻入Li⁺，使其中的Mn全部變?yōu)镸n⁴⁺，從而在酸浸過(guò)程中避免Mn的溶損，提高了尖晶石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，該類鋰錳氧化物沒(méi)有引入其它金屬離子，尖晶石晶格不會(huì)發(fā)生形變，不影響Li⁺的自由出入。因此，富鋰鋰錳氧化物能夠克服摻雜鋰錳氧化物的弊端，成為鋰離子篩領(lǐng)域最具有前景的材料。

Li_1.6Mn_1.6O₄鋰錳物質(zhì)的量比到達(dá)1，具有較高的理論鋰含量，高于傳統(tǒng)尖晶石LiMn₂O₄和Li_1.33Mn_1.67O₄。前驅(qū)體Li_1.6Mn_1.6O₄經(jīng)過(guò)酸洗制得的鋰離子篩MnO₄·0.5H₂O被認(rèn)為是目前對(duì)鋰吸附容量最大的鋰離子吸附劑。所以，研究性能優(yōu)異的鋰離子篩前驅(qū)體Li_1.6Mn_1.6O₄及其離子篩，對(duì)于從廢棄電池等資源中回收鋰具有著重要的意義，也可以很大程度的緩解世界市場(chǎng)對(duì)于鋰鹽的迫切需求。鋰錳氧化物的合成方法主要包括高溫?zé)Y(jié)法、微波燒結(jié)法、沉淀法、水熱法和溶膠凝膠法。本方法中采用溶膠凝膠法，其優(yōu)點(diǎn)在于燒結(jié)溫度較低，產(chǎn)物粒度均勻形態(tài)規(guī)整，晶相較純等。