[發明專利]一種基于LiMn2O4電極材料從含鋰溶液中提鋰的方法

有效

• 申請號: 201710239306.6
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN107201452B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 紀志永;袁俊生;趙穎穎;劉杰;趙孟瑤
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C22B26/12
• 分類號: C22B26/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明為一種基于LiMn₂O₄電極材料從含鋰溶液中提鋰的方法。該方法將LiMn₂O₄粉末、導電劑和粘結劑混合涂布于集流體表面，制得LiMn₂O₄電極，在恒定電壓下脫鋰處理制得Li_1?xMn₂O₄電極，將LiMn₂O₄電極和Li_1?xMn₂O₄電極分別置于通過陰離子交換膜隔離的回收液與提取液中，恒電壓反應，使鋰離子可以同時選擇性地脫出和嵌入，將脫鋰、嵌鋰兩個反應結合起來同時進行，最后實現鋰離子的富集和提取。本發明為一種高效低耗、環境友好的電化學提鋰方法。

技術領域

本發明涉及一種從水溶液中提取鋰資源的方法，具體涉及一種基于鋰電池電極材料從含鋰溶液中提鋰的電化學方法。

背景技術

鋰是自然界質量最輕的金屬，擁有十分活潑的化學性質。鋰金屬及其化合物廣泛應用于玻璃、冶金、陶瓷、潤滑劑和制冷劑等行業，同時隨著電動汽車、風電、核電等新興產業的迅速崛起，社會發展對鋰資源的需求也逐漸呈現跳躍式增長。目前，鋰資源的提取從礦石提鋰轉向鹽湖鹵水及海水提鋰方向，因此如何有效地從鹽湖鹵水、海水中提取鋰資源成為眾多研究者的研究熱點。

碳酸鹽沉淀法是應用較早且工藝技術較成熟的提鋰方法，此工藝利用石灰除去經自然蒸發、濃縮后含鋰鹵水中的鈣鎂雜質后，加入碳酸鈉最終得到碳酸鋰沉淀。這種方法最初需要經歷12-18個月的自然蒸發，并且在這個過程中容易受到降雨、溫度、濕度、風力以及太陽輻射等不可控自然因素的影響。此外，這種方法由于引入了其他物質，因此會產生大量工業廢物，如果不加處理會對環境產生較大危害。離子交換與吸附法(鋰離子篩法)也是目前研究較多的一種方法，其中鋰錳氧化物是利用鋰離子篩型氧化物進行溶液提鋰的主要研究對象之一。二氧化錳離子篩無毒、成本低、對鋰離子選擇性高，但是在鋰離子篩制備以及對鋰離子進行洗脫的過程中需要用到鹽酸，因此會腐蝕設備并且對環境造成危害。此外，在酸改型過程中，Mn(III)容易發生歧化反應而部分被酸液溶解，導致吸附量降低。

重慶大學石曉茜在其學位論文中研究了磷酸鐵鋰在鋰離子水溶液中的嵌鋰行為。研究證明LiFePO₄材料在水溶液體系中具有良好的電化學可逆性，首先在LiNO₃水溶液中進行恒電位嵌鋰，再對嵌鋰后的LiFePO₄材料進行恒電位脫鋰，將嵌入材料中的Li⁺釋放到去離子水溶液中，成為含Li⁺水溶液，由此實現電極提取鋰離子的目的，但是計算出LiFePO₄材料的嵌鋰效率較低(約為35％)。因此，需要發展一種高效低耗、環境友好的提鋰方法。

發明內容

本發明旨在克服現有液態提鋰方法存在的缺陷，提供了一種基于LiMn₂O₄電極材料從含鋰溶液中提鋰的方法。該方法將LiMn₂O₄電極應用于溶液提鋰中，用陰離子交換膜將回收液與提取液分割開，使鋰離子可以同時選擇性地脫出和嵌入，將脫鋰、嵌鋰兩個反應結合起來同時進行。本發明為一種高效低耗、環境友好的電化學提鋰方法。

本發明的技術方案為：

一種基于LiMn₂O₄電極材料從含鋰溶液中提鋰的方法，包括以下步驟：

1)將LiMn₂O₄粉末、導電劑和粘結劑混合后，將混合物涂布于集流體表面，真空干燥，制作成LiMn₂O₄富鋰態電極；