[發明專利]一種核殼結構鋰離子篩前驅體及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210432076.6
• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN114887581A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 祝宏帥
• 申請（專利權）人: 湖北億緯動力有限公司
• 主分類號: B01J20/04
• 分類號: B01J20/04;B01J20/28;B01J20/30;C22B3/24;C22B26/12
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳小龍

本發明提供了一種核殼結構鋰離子篩前驅體及其制備方法和應用，所述核殼結構鋰離子篩前驅體包括前驅體內核和包覆在所述前驅體內核表面的前驅體殼層，所述前驅體內核包括LiMn₂O₄，所述前驅體殼層包括LiFeO₂。本發明在LiMn₂O₄鋰離子篩內核的表面包覆了一層結構致密、緊密貼合LiFeO₂殼層，LiFeO₂殼層具有良好的耐酸腐蝕性能和適宜的導電率，其包覆在內核表面，既能夠改善鋰離子篩耐酸腐蝕性能，阻隔酸洗液與離子篩的直接接觸，降低錳元素溶損，提高尖晶石結構的穩定性，又能夠改善吸附容量，提高后續制備得到的核殼結構鋰離子篩的綜合性能。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，涉及一種核殼結構鋰離子篩前驅體及其制備方法和應用。

背景技術

鋰是一種重要的戰略資源，是新能源開發中最理想的材料之一，被譽為“二十一世紀的能源金屬”、“推動世界前進的元素”，各國政府紛紛把發展鋰電新能源及材料作為重要的新興產業。隨著近年來鋰輝石等礦石資源的日益貧乏和枯竭，在目前全世界的鋰鹽生產中，從鹽湖鹵水中提取鋰的比重已上升到90％以上。我國鹽湖眾多，鋰資源豐富，但是我國鹽湖鹵水鋰濃度低，鎂鋰比高，提取困難。

鋰離子篩交換法是從稀溶液中提取鋰最有實際應用意義的方法。這種技術的關鍵是研制性能優異的吸附劑。尖晶石型鋰錳氧化物離子篩選擇性好、具有獨特的三維隧道結構，有利于Li⁺與酸中H⁺發生離子交換，特別適合從c(Li⁺)200mg·L^-1的原鹵中提取鋰，錳氧化物離子篩包括LiMn₂O₄等。

CN112547004A公開了一種鈷摻雜錳系鋰離子篩化合物及其制備方法，該專利將電解MnO₂粉末熱處理獲得Mn₂O₃，利用Mn₂O₃、LiCl及CoCl₂在堿性環境下的水熱反應獲得Li(MnCo)O₂，將Li(MnCo)O₂熱處理后獲得Co摻雜鋰離子篩前驅體Li_1.6(MnCo)_1.6O₄，通過進一步的酸洗獲得H_1.6(MnCo)_1.6O₄鋰離子篩，制備得到的鋰離子篩具有良好的循環壽命和較低的錳溶損率。CN112591798A公開了一種柱狀錳系鋰離子篩化合物及其制備方法，其將高錳酸鉀與乙醇混合進行水熱反應，然后將水熱反應產物進行熱處理，加入鋰源后再次進行水熱反應和燒結，酸洗后得到柱狀的鋰離子篩，提高了鋰離子篩的吸附容量，降低了錳溶損率。CN108097198B公開了一種導電的錳系鋰離子篩，其在錳離子篩前驅體表面包覆一層導電氧化物，如摻銻二氧化錫、摻氟二氧化錫、摻銦二氧化錫等，改善了錳系鋰離子篩的吸附容量和穩定性。

現有技術通過多種方式制備錳系鋰離子篩，但是錳氧化物離子篩脫鋰后形成MnO₂·xH₂O，該物質在酸性溶液中發生如下反應而使錳溶損：MnO₂·xH₂O+4HCl→MnCl₂+Cl₂+(2+x)H₂O，Mn溶損會導致尖晶石結構不穩定，循環性能下降。雖然在離子篩表面包覆一層氧化物如ZrO₂和TiO₂可以阻隔鋰離子篩與酸的直接接觸，降低錳溶解的速度，提高結構穩定性，但是大多數氧化物是離子的絕緣體，緊密地包裹在離子篩表面，不利于鋰離子的遷移，包覆氧化物后的離子篩不能兼顧錳溶損和鋰吸附容量。

發明內容