以氧化锂为原料近室温电沉积制备Al-Li母合金的方法技术

本发明专利技术属于轻金属低温提取领域，特别涉及了一种以氧化锂为原料近室温电沉积制备Al‑Li母合金的方法。以氧化锂为原料近室温电沉积制备Al‑Li母合金的方法，所述方法为电解法，所述电解法所用电解质，按质量百分比由96～99％的室温熔融盐和1％～4％的氧化锂组成，其中，所述熔融盐由阳离子部和阴离子部组成，所述阳离子部具有下述通式：[AlCl2·nBase]+，所述阴离子部为AlCl4‑。本发明专利技术的方法工艺可以在低温下电沉积铝锂合金，得到的产品纯度高，对设备要求较低，可规模化生产以提高效率和产量，为低成本的铝锂母合金绿色制备提供技术储备和理论支持。

Materials near room temperature electrodeposition of Al Li alloy method with lithium for

The invention belongs to the field of low temperature light metal extraction, in particular to a lithium hydroxide as raw materials near room temperature electrodeposition of Al Li alloy method. Materials near room temperature electrodeposition of Al Li alloy method with lithium hydroxide as, the method for electrolysis, with the electrolyte the electrolytic method, according to the mass percentage by 96 ~ 99% and 1% ~ 4% room temperature molten salt of lithium, wherein the molten salt by the cation and anion of the ministry the cationic composition, with the following formula: [AlCl2, nBase]

【技术实现步骤摘要】
以氧化锂为原料近室温电沉积制备Al-Li母合金的方法
本专利技术属于轻金属低温提取领域，特别涉及了一种以氧化锂为原料近室温电沉积制备Al-Li母合金的方法。
技术介绍
锂是世界上最轻的金属元素，把锂作为合金元素加到金属铝中，就形成了铝锂合金。加入锂元素之后，可以降低合金的比重，增加刚度，同时仍然保持较高的强度、较好的抗腐蚀性和抗疲劳性以及适宜的延展性。因为这些特性，这种新型合金受到了航空、航天、以及航海业的广泛关注，另外它还被用于高比能电池负极材料。铸锭冶金法是制备Al-Li合金普遍应用的工艺。熔铸时，封闭炉外加保护气，电解法生产的锂与金属铝熔炼，熔铸制成合金。该工艺在制备稳定的合金方面具有一难度，原因如下：流程长、锂不易回收且易团聚，锂烧损量大。国内外学者针对上述情况，提出新型的工艺制备方法，最具特色的为熔盐电解法，熔盐电解工艺制备合金方法主要有以下三种，分别为电解共沉积法，固态阴极合金化法和液态阴极合金化法。这三种方法各有优缺点，但共性的缺点是需要在高温熔盐下进行，这需要消耗大量的能源，并且劳动条件差，设备腐蚀严重。为了有效的节约能源，许多研究者致力于室温或接近室温的方法制备该轻金属合金研究。由于它们的标准电极电位较负，因此难以从水溶液中将他们沉积出来(析氢屏蔽作用)，只有从非水溶液中电沉积出的可能。离子液体作为一种低温熔融盐，是在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，被广泛应用于化学研究的各个领域中。与传统有机电解液系统相比离子液体具有导电性好、难挥发、不燃烧、特殊溶解和催化作用、电化学稳定电位窗口相对较宽等特点。目前能够提供较宽电化学窗口的离子液体较少且价格昂贵，离子液体阳离子在活泼金属锂析出之前就被分解破坏了，且难以恢复。另外，常规离子液体对金属氯化物溶解度较低，对氧化物溶解更加困难。目前还未有以氧化锂为原料关于室温电沉积制备Al-Li合金的报道
技术实现思路
针对上述现有工艺存在的问题，本专利技术提供一种利用室温熔融盐低温电解氧化锂和氯化铝制取铝锂母合金的方法。以氧化锂(99.9％)为原料，将其溶解于室温熔融盐电沉积制备铝锂母合金的短流程方法；在高效制备铝锂母合金的同时，降低能耗和生产成本。本专利技术采用一步法制备了一种室温熔融盐，该室温熔融盐除了具备已知离子液体具备的优点外还拥有电导率高、粘度小、空气中稳定对水不敏感、价格低廉的特点，能够进行溶解氧化锂，并能够进行近室温电沉积制备Al-Li母合金。以氧化锂为原料近室温电沉积制备Al-Li母合金的方法，所述方法为电解法，所述电解法所用电解质，按质量百分比由96～99％的室温熔融盐和1％～4％的氧化锂组成，其中，所述熔融盐由阳离子部和阴离子部组成，所述阳离子部具有下述通式：[AlCl2·nBase]+，其中，Base为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯中的一种；n＝4；所述阴离子部为AlCl4-。本专利技术所述“近室温”指温度为65～95℃。本专利技术所述室温熔融盐指使用温度为20～100℃的熔融盐。上述技术方案中，所述室温熔融盐按下述方法制得：室温下，将AlCl3粉末加入碳酸酯类化合物中搅拌，既得，其中，AlCl3与碳酸酯类化合物的摩尔比为0.5:1，搅拌速度为700r/min，搅拌时间30min；所述碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯中的一种。本专利技术所述以氧化锂为原料近室温电沉积制备Al-Li母合金的方法又一技术方案为：以氧化锂为原料近室温电沉积制备Al-Li母合金的方法，所述方法为电解法，所述电解法所用电解质，按质量百分比由96～99％的室温熔融盐和1％～4％的氧化锂组成，所述室温熔融盐按下述方法制得：室温下，将AlCl3粉末加入碳酸酯类化合物中搅拌，既得，其中，AlCl3与碳酸酯类化合物的摩尔比为0.5:1，搅拌速度为700r/min，搅拌时间30min；所述碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯中的一种。进一步地，本专利技术中所用原料AlCl3和碳酸酯纯度要求≥99.9％。本专利技术中所涉及反应的作用过程机理可用以下方程式表示：2AlCl3+nBase→[AlCl2·nBase]++AlCl4-其中Base是指碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯中的一种。本专利技术所述路易斯酸AlCl3与碳酸酯类化合物的摩尔比为0.5:1。在此情况下该类室温熔盐在空气中稳定对水不敏感。进一步地，所述电解过程中控制电解质体系温度为65～95℃，电解电压范围-3.2～-3.5V(vsAl)。本专利技术电压范围-3.2～-3.5V(vsAl)中“vsAl”指以铝电极为参比电极。进一步地，优选所述方法包括至少一次补充加料的步骤：在电解过程中，向电解质中加入氧化锂或/和添加剂，其中，所述添加剂为碳酸二甲酯或碳酸二乙酯中的一种和氯化锂；所述碳酸二甲酯或碳酸二乙酯的加入量为初始电解质总质量的0.5％；所述氯化锂的加入量不大于初始电解质总质量的0.05％，优选为0.01～0.05％。上述补充加料步骤可以保证电解质体系内氯化锂的量及保证体系粘度和电导率，进而提高产量。本专利技术所述以氧化锂为原料近室温电沉积制备Al-Li母合金的方法一个优选的技术方案为：所述方法包括下述工艺步骤：(1)室温下，将AlCl3粉末加入碳酸酯类化合物中搅拌，既得，其中，AlCl3与碳酸酯类化合物的摩尔比为0.5:1，搅拌速度为700r/min，搅拌时间30min；所述碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯中的一种；(2)向电解槽通入惰性气体排出其中的空气和水蒸气，然后将室温熔融盐加入到电解槽中，再加入氧化锂，在电解槽内搅拌混合形成电解质体系，控制电解质体系在65～95℃，电解电压范围-3.2～-3.5V(vsAl)；(3)电解过程中，30min后向电解槽内补加氧化锂或/和添加剂，控制电解槽中氧化锂占电解质总质量的1～4％，其中，所述添加剂为碳酸二甲酯或碳酸二乙酯和氯化锂，其中，所述碳酸二甲酯或碳酸二乙酯的加入量为初始电解质总质量的0.5％；所述的加入量不大于初始电解质总质量的0.05％，优选为0.01～0.05％。进一步地，优选所述电解所用阳极为高纯石墨棒或钨棒或钼棒材(纯度≥99.9％)；阴极为高纯石墨板或铜板或铝板材(纯度≥99.9％)。进一步地，优选阳极和阴极之间的极间距为15mm。上述方法中步骤(2)中，惰性气体优选为高纯氩气，纯度≥99.99％。上述方法步骤(3)中，所述添加剂为碳酸二甲酯或碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯和电氯化锂，以改善现有状况的体系粘度和电导率。进一步地，本所述方法还包括收集产品和再加工的步骤(4)和(5)，具体为：(4)随着电解的进行，铝锂合金形成在阴极基板上，每隔60min将基板上的铝锂母合金收集保存；(5)对收集所得铝锂母合金按照需求再加工处理。本专利技术的有益效果为：与现有的制备Al-Li合金的方法相比，本方法具有以下优点：(1)与传统铸锭冶金法相比，工艺流程缩短，显著降低生产能耗，降低生产成本，改善作业环境；(2)采用室温熔融盐电沉积，可降低和消除采用高温熔盐电解质时能耗大、温度高、设备腐蚀严重的缺点，易操作。本专利技术的方法工艺可以在低温下电沉积铝锂合金，得到的产品纯度高，对设备要求较低，可规模化生产以提高效率和产量，为低成本的铝锂母合金绿色制备提本文档来自技高网...

【技术保护点】
以氧化锂为原料近室温电沉积制备Al‑Li母合金的方法，其特征在于：所述方法为电解法，所述电解法所用电解质，按质量百分比由96～99％的室温熔融盐和1％～4％的氧化锂组成，其中，所述熔融盐由阳离子部和阴离子部组成，所述阳离子部具有下述通式：[AlCl2·nBase]

【技术特征摘要】
1.以氧化锂为原料近室温电沉积制备Al-Li母合金的方法，其特征在于：所述方法为电解法，所述电解法所用电解质，按质量百分比由96～99％的室温熔融盐和1％～4％的氧化锂组成，其中，所述熔融盐由阳离子部和阴离子部组成，所述阳离子部具有下述通式：[AlCl2·nBase]+，其中，Base为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯中的一种；n＝4；所述阴离子部为AlCl4-。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述室温熔融盐按下述方法制得：室温下，将AlCl3粉末加入碳酸酯类化合物中搅拌，既得，其中，AlCl3与碳酸酯类化合物的摩尔比为0.5:1，搅拌速度为700r/min，搅拌时间30min；所述碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯中的一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电解过程中控制电解质体系温度为65～95℃，电解电压范围-3.2～-3.5V(vsAl)。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法包括至少一次补充加料的步骤：在电解过程中，向电解质中加入氧化锂或/和添加剂，其中，所述添加剂为碳酸二甲酯或碳酸二乙酯中的一种和氯化锂；所述碳酸二甲酯或碳酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：石忠宁，张保国，谢开钰，胡宪伟，高炳亮，王兆文，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21