[發明專利]一種鹽湖提鋰用冠醚改性電極的制備方法

有效

• 申請號: 202110555921.4
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113293300B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 何利華;劉冬福;徐文華;趙中偉;熊家春;張治奎
• 申請（專利權）人: 江蘇中南鋰業有限公司
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 劉靜培

本發明涉及一種鹽湖提鋰用冠醚改性電極的制備方法，通過將電極活性材料進行冠醚表面改性，利用冠醚對溶液中鋰離子的高效離子識別作用，使提鋰電極電流對鋰具有更高的選擇性。在電極制備過程中，通過加入造孔劑和碳纖維結構增強劑，結合“低溫預烘?高溫烘干”的烘干制度，使電極形成“多孔—微裂紋”的復合結構，可有效改善溶液在電極內部的傳質效果，提高提鋰效率。本發明所述電極制備方法具有工藝簡單、環境友好等特點，易實現規?；瘧?；所得電極對鋰具有很高的選擇性，良好的溶液傳質為低溫、低鋰濃度鹵水的提鋰提供了良好的基礎。

技術領域

本發明屬于鹽湖提鋰領域，具體涉及一種鹽湖提鋰用冠醚改性電極的制備方法。

背景技術

近年來，隨著全球逐漸減少的不可再生能源和越來越嚴重的環境問題，新能源的開發利用已逐漸成為人們關注的焦點。鋰離子電池由于具有高能量、長壽命、無公害、無記憶效應等優點，廣泛應用于光電、信息、交通、國防軍事等領域。隨著鋰離子電池應用的推廣，鋰產品的供應是制約相應產品成本的關鍵環節。

鋰資源主要儲存于鹽湖鹵水、含鋰礦石以及海水中，其中鹽湖鋰資源占鋰儲量的70％以上，因此如何低成本、無污染、高效率地開發鹽湖中的鋰資源，對于保障鋰產品的供應具有顯著的意義。目前，從鹽湖鹵水中提取鋰的工藝主要有蒸發法、吸收法、溶劑萃取法、電滲析法和膜分離法等多種工藝。蒸發法僅適合從低鎂鋰比溶液中提取鋰(Mg/Li6)；電滲析法和膜分離法雖然環保，但鹵水成分復雜，易導致膜污染，且膜的成本昂貴；溶劑萃取法提鋰速率快、選擇性好，但是有機萃取劑在鹵水中具有一定溶解度，對鹽湖周邊環境帶來潛在的污染風險；而離子篩吸法雖然選擇性高、成本低、無毒等特點，且被認為是鹽水提鋰的可行方法之一，但通常需要對鹵水進行升溫吸附和解吸，能耗高。

針對鹽湖提鋰的難題，我們公開了一種電化學脫嵌法從含鋰溶液或鹽湖鹵水中分離和富集鋰(中國專利201010555927.3、201010552141.6、201110185128.6和美國專利US9062385B2)。其具體步驟為：用陰離子交換膜將電解裝置隔成鋰鹽室和鹵水室，鹵水室內充入鹽湖鹵水，鋰鹽室內充入不含雜質的支持電解質溶液；將貧鋰態的電極置于鹵水室中，作為陰極；將涂覆有嵌鋰態的電極置于鋰鹽室中，作為陽極；在外電勢的驅動下，使鹵水室中的Li⁺嵌入到離子篩中形成嵌鋰態的電極，鋰鹽室中的嵌鋰態電極將Li⁺釋放到導電溶液后，恢復為離子篩；鹵水室中的提鋰后液排出，重新加入鹽湖鹵水，兩室電極交換放置，重復循環操作。該方法對鋰具有很好的選擇性和富集能力。但是在實際生產過程中，由于鹵水中的Li⁺濃度較低(0.1-1g/L)，導致電化學脫嵌法對鋰的提取速率較低。此外，鹵水且含有大量的Na⁺、Mg²⁺、K⁺、B等雜質離子，使鹵水具有很高的礦化度和黏度，以致于鹵水在電極內部的傳質非常困難，在提取過程陰極極化嚴重，雜質離子易嵌入進材料，降低了材料的選擇性和循環性能。因此，如何進一步提高電極材料對溶液中鋰離子的選擇性，提高電流效率，直接關系到電化學法提鋰的生產成本，同時對所得富鋰液的后續處理也具有顯著影響。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種鹽湖提鋰用冠醚改性電極的制備方法，該電極具有優良的選擇性、滲透性，可以實現低溫、低鋰濃度溶液中鋰的快速提取。

為達到上述目的，本發明采取的技術方案為：采用冠醚對電極活性物質進行表面改性，利用冠醚對溶液中鋰離子的高效離子識別作用，實現鋰離子的集聚和傳輸作用，使電極對鋰具有更高的選擇性。在制漿過程中通過添加受熱易分解的可溶性碳酸鹽作為造孔劑，并通過先低溫-后高溫的烘干制度，使電極表面和內部形成疏松多孔的溶液傳質通道，使電極板具有良好的溶液滲透性。此外，在制漿過程中，殼聚糖和聚乙二醇的加入，可以有效改善電極材料的親水性，加速提鋰過程。