[發明專利]一種制備電池級單水氫氧化鋰的方法

在審

• 申請號: 201910831791.5
• 申請日: 2019-09-04
• 公開（公告）號: CN110422863A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 陳華根;李森;劉水發;魏銀偉;李鋒鐸;張冠儒;蔣文青;黃心榮;肖培南
• 申請（專利權）人: 江西睿達新能源科技有限公司
• 主分類號: C01D15/02
• 分類號: C01D15/02
• 代理公司: 南昌市贛昌知識產權代理事務所(普通合伙) 36140
• 代理人: 劉鴻運

本發明提供了一種制備電池級單水氫氧化鋰的方法，所述方法是以粗碳酸鋰為原料，包括酸溶、初步除雜、深度除雜、蒸發濃縮、離子膜電解制備氫氧化鋰、蒸發結晶、重結晶幾個步驟。本發明原料來源豐富且具有資源循環利用、含雜質種類少易去除優點；不產生污染環境的氯氣且產物硫酸可回用溶解，減少原材料消耗；通過控制循環陽極液控制陽極液pH，提高了電流效率。

技術領域

本發明涉及一種氫氧化鋰制備的技術方法，特別是涉及以粗碳酸鋰為原料的一種制備電池級單水氫氧化鋰的方法。

背景技術

氫氧化鋰廣泛地應用于鋰基潤滑脂、堿性蓄電池的電解液等。隨著新能源汽車對續航、動力等要求，對于鋰離子電池的能量密度及充放電性能等提出了更高的要求。NCM811、NCM622及NCA等高能量密度材料逐漸成為未來電池正極材料的主流。目前，三元正極NCM811、NCM622、NCA及部分磷酸鐵鋰(LFP)產品的合成主要采用氫氧化鋰為鋰源，隨著新能源產業的快速發展，電池級氫氧化鋰的需求缺口將進一步擴大。

目前現有的制備電池級單水氫氧化鋰的方法，主要是以鋰礦石或碳酸鋰、硫酸鋰等鋰鹽為主要原料制備得到，主要有以下幾種：

一是沉淀法 ， 采用碳酸鋰為原料，通過氫氧化鈣與碳酸鋰生成更難溶的碳酸鈣和氫氧化鋰，之后過濾濃縮結晶制備。此法產生大量碳酸鈣廢渣。石灰配漿過程復雜煩瑣，得到的氫氧化鋰溶液需要多次蒸發結晶才可能達到電池級氫氧化鋰純度，這增加了操作時間與成本。此外，產物中碳酸鈣夾帶致使鋰大量損失且碳酸鋰原料價格較高。

二是冷凍結晶法 ， 以鋰輝石為原料，經過焙燒等方式轉化為所需要硫酸鋰溶液，經凈化除雜濃縮后得到精制硫酸鋰溶液。精制硫酸鋰溶液經氫氧化鈉苛化，反應轉變為氫氧化鋰和硫酸鈉溶液，再采用冷凍結晶法分離析出的十水硫酸鈉晶體。最后蒸發濃縮結晶獲得電池級氫氧化鋰。此法生產過程中消耗大量的NaOH，生產流程較長且后續冷凍結晶具有耗能較大、效率偏低等缺點。此外，該法需要經過兩次蒸發結晶過程才能達到電池級氫氧化鋰純度，過程耗能大且易造成鋰損失。

三電解法 ， 此法是一種較為新型的制備氫氧化鋰的方法，主要是通過電解氯化鋰、硫酸鋰及碳酸鋰得到高純度的氫氧化鋰。目前電解氯化鋰制備氫氧化鋰在鹽湖提鋰中研究較多，主要采用離子膜電解法。該法在氯堿工業上應用較為成熟，電流效率高，較易實施工業化生產。但該法會產生氯氣，對環境污染較大。碳酸鋰電解主要產生CO₂對環境無污染，但是由于碳酸鋰溶解度小且隨著電解過程的進行溫度升高，碳酸鋰容易析出固體易堵塞離子膜，影響電流效率。電解硫酸鋰主要產生硫酸，簡單易操作。但是目前電解硫酸鋰存在電流效率低的問題，主要原因是隨著電解的進行電解產生的H⁺濃度增大，Li⁺/H⁺的濃度比下降，在電場的作用下H⁺穿透陽離子膜到達堿室中和產生的LiOH，降低了電流效率。這種穿透能力隨著Li⁺/H⁺的濃度比降低而增加。

還有如中國專利申請號為201710800336.X的《一種高純度單水氫氧化鋰的制備方法》，其是以碳酸鋰和氧化鈣為原料，經過苛化反應、過濾、濃縮、硫化氫除重金屬、濃縮結晶、離心干燥等制得高純度單水氫氧化鋰。還有如中國專利公告號為CN1098509227A《一種制取高純氫氧化鋰的方法》，其是同樣包括六個步驟，以碳酸鋰用濃硫酸溶解得碳酸鋰酸溶液，用氫氧化鋰調節溶液的pH為6.6-8.5，加碳酸鋰沉淀，得第二濾液，用膜過濾，四是用樹脂吸附，五是加水稀釋，通過雙極膜制氫氧化鋰溶液，最后蒸發濃縮結晶制高純度單水氫氧化鋰。還有中國專利公告號的CN108658099A的《一種電池級單水氫氧化鋰提純工藝》，其主要包括碳酸鋰原料粉碎，苛化、過濾，離子交換，蒸發結晶，固液分離洗滌，干燥制單水氫氧化鋰等工藝。