一种锂盐的提纯装置、提纯系统和提纯方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及能源与材料技术领域，尤其涉及一种锂盐的提纯装置和提纯方法。该锂盐的提纯装置包括：反应容器；阴离子交换膜，阴离子交换膜设于反应容器中，且阴离子交换膜将反应容器分隔为第一反应室和第二反应室，第一反应室中装有含锂离子的待提纯溶液，第二反应室中装有第一电解液，含锂离子的待提纯溶液中的锂离子浓度高于第一电解液中的锂离子浓度；第一电极：第一电极为富锂电极，第一电极设于第一反应室中，且第一电极浸渍在含锂离子的待提纯溶液中；第二电极：第二电极为贫锂电极或无锂电极，第二电极设于第二反应室中，且第二电极浸渍在第一电解液中。该提纯装置及提纯方法具有简便但高效的特点，以及能有效回收利用废旧电池电极材料。

A purification device, system and method of lithium salt

The invention relates to the technical field of energy and materials, in particular to a lithium salt purification device and a purification method. The purification device of the lithium salt comprises a reaction vessel, an anion exchange membrane, wherein the anion exchange membrane is arranged in the reaction vessel, and the reaction vessel is divided into a first reaction chamber and a second reaction chamber, wherein the first reaction chamber is provided with a solution to be purified containing lithium ion, and the second reaction chamber is provided with a first electrolyte, wherein the lithium ion concentration in the solution to be purified containing lithium ion is higher than that in the solution to be purified Lithium ion concentration in the first electrolyte; the first electrode: the first electrode is a lithium rich electrode, the first electrode is arranged in the first reaction chamber, and the first electrode is immersed in the solution to be purified containing lithium ion; the second electrode: the second electrode is a lithium poor electrode or a lithium free electrode, the second electrode is arranged in the second reaction chamber, and the second electrode is immersed in the first electrolyte. The purification device and method are simple but efficient, and can effectively recycle the waste battery electrode materials.

【技术实现步骤摘要】
一种锂盐的提纯装置、提纯系统和提纯方法
本专利技术涉及能源与材料
，尤其涉及一种锂盐的提纯装置、提纯系统和提纯方法。
技术介绍
锂电池最早被应用在心脏起搏器中，后来随着科学技术的不断发展，在电动车、手机、笔记本电脑、新能源汽车等领域都有广泛的使用，锂电池现已成为电池技术产业发展的主流。随着锂电池在市场上的占有率逐年增长，对其上下游产业的发展必然有极大的推动作用。比如制作锂离子电池所需用到的锂盐原料，其需求会大幅增加。目前锂盐的提纯方法主要是从盐湖卤水中通过一系列复杂工艺来实现，例如中国专利CN200910249795.9公开了一种从盐湖卤水中制取高纯碳酸锂和其他可利用副产物的方法，该方法的步骤包括：盐田晒盐分离钾和钠；酸化法分离硼；沉淀法分离镁；沉淀法分离钙；氯化锂制取；碳酸锂制取，不仅工艺步骤较多，且上述步骤中需要加入各种试剂(盐酸、氨水、碳酸氢铵等)，致使提纯成本增加，并且会产生废水需要二次处理，增加环境负担。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂盐的提纯装置、提纯系统和提纯方法，以解决现有提纯锂盐的方法存在的操作流程复杂、试剂用量大、产生大量废水等问题。第一个方面，本专利技术提供一种锂盐的提纯装置，所述提纯装置包括：反应容器；阴离子交换膜，所述阴离子交换膜设于所述反应容器中，且所述阴离子交换膜将所述反应容器分隔为第一反应室和第二反应室，所述第一反应室中装有含锂离子的待提纯溶液，所述第二反应室中装有第一电解液，所述含锂离子的待提纯溶液中的锂离子浓度高于所述第一电解液中的锂离子浓度；第一电极：所述第一电极为富锂电极，所述第一电极设于所述第一反应室中，且所述第一电极浸渍在所述含锂离子的待提纯溶液中；第二电极：所述第二电极为贫锂电极或无锂电极，所述第二电极设于所述第二反应室中，且所述第二电极浸渍在所述第一电解液中。其中，富锂电极是指锂离子含量较多的电极，贫锂电极是指锂离子含量较少的电极，贫锂电极中锂离子含量要少于富锂电极中锂离子含量，无锂电极是指不含有锂离子的电极。进一步地，所述第一电极采用放电后的电池正极材料，所述第二电极采用充电后的所述电池正极材料，所述电池正极材料选自锰酸锂、铁酸锂、钴酸锂、钛酸锂、高聚物锂盐、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，所述第二电极还可以采用电池负极材料，所述电池负极材料选自石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维或多孔硅材料。进一步地，所述含锂离子的待提纯溶液是对废旧锂电池电极材料进行回收得到的溶液，或者所述含锂离子的待提纯溶液是含锂的盐湖卤水，或者所述含锂离子的待提纯溶液是对其他含锂废料进行回收得到的含锂离子和其他金属离子的混合溶液；所述第一电解液为不含锂离子的导电溶液或者为锂离子浓度低于所述含锂离子的待提纯溶液中锂离子浓度的含锂离子导电溶液。可选地，所述第一电解液选自含有Na+、NH4+、K+、Li+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Co3+、Al3+中至少一种阳离子的无机盐，且所述无机盐的浓度为0.1～1.0moL/L。优选地，所述第一电解液选自碳酸铵电解液、磷酸钠电解液或硫酸铵电解液。进一步地，所述含锂离子的待提纯溶液通过以下方法制备得到：提供一电解池，以所述废旧锂电池电极材料作为阴极，以惰性电极作为阳极；向所述电解池中加入第二电解液，使所述阴极和所述阳极浸入所述第二电解液中，在外加电势下进行电化学反应，得到所述含锂离子的待提纯溶液，且所述含锂离子的待提纯溶液中还包括镍离子和钴离子。进一步地，进行电化学反应所施加的电势为0.2～1.5V，施加电势的时间为1.5～8h。其中，进行电化学反应所施加的电势为0.2～1.5V包括了该数值范围内的任一电势值，例如进行电化学反应所施加的电势为0.2V、0.5V、1.0V、1.25V或1.5V。施加电势的时间为1.5～8h包括了该数值范围内的任一点值，例如施加电势的时间为1.5h、2.5h、4h、5h、6h或8h。进一步地，进行电化学反应时，由大向小调节施加的电势值，使锂离子、镍离子、钴离子、锰离子分步浸出。进一步地，所述阴极的制作方法为：取所述废旧锂电池电极材料，进行拆解、煅烧、洗涤、干燥、研磨、压制成形，得到所述阴极，所述阴极的电极厚度为5～10mm，所述阴极的压实密度为5～10g/cm3。其中，所述阴极的电极厚度为5～10mm包括了该数值范围内的任一电极厚度值，例如所述阴极的电极厚度为5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。其中，所述阴极的压实密度为5～10g/cm3包括了该数值范围内的任一压实密度值，例如所述阴极的压实密度为5g/cm3、6g/cm3、7g/cm3、8g/cm3、9g/cm3或10g/cm3。进一步地，所述阴极选自废旧锂电池正极材料和/或废旧锂电池负极材料，所述惰性电极采用石墨电极或可导电的惰性金属电极。优选地，所述可导电的惰性金属电极为铂电极。可选地，所述第二电解液为含有Na+、NH4+、K+、Li+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Co3+、Al3+中至少一种阳离子的无机盐，且所述第二电解液中的所述无机盐的浓度为0.1～1.0moL/L。优选地，所述第二电解液选自碳酸铵电解液、磷酸钠电解液或硫酸铵电解液。进一步地，所述含锂离子的待提纯溶液通过以下装置制备得到，所述装置包括：电解池，所述电解池包括阳极材料层，所述阳极材料层作为阳极使用，所述阳极为惰性电极；若干阴极，所述阴极为废旧锂电池电极材料。进一步地，所述电解池还包括设于所述阳极材料层外部的结构支撑层，其中所述阳极材料层的厚度为5～12mm，所述结构支撑层的材料选自混凝土、水泥、石材、橡胶或树脂。第二个方面，本专利技术提供一种锂盐的提纯系统，所述提纯系统由多级上述提纯装置通过管道串联组成。第三个方面，本专利技术提供一种锂盐的提纯方法，所述提纯方法使用上述提纯装置进行提纯，所述提纯方法包括以下步骤：对所述反应容器中的所述第一电极和所述第二电极施加外部电压，使所述含锂离子的待提纯溶液中的锂离子透过所述阴离子交换膜进入到所述第一电解液中，得到提纯的锂盐溶液。进一步地，在所述提纯方法中，施加的所述外部电压为0.5～2.0V。作为一种实施方式，得到所述提纯的锂盐溶液后，将所述第一电极和所述第二电极交换放置，使所述第一电极在所述第二反应室中，使所述第二电极在所述第一反应室中，将所述含锂离子的待提纯溶液转移至所述第二反应室中，向所述第一反应室中加入新的所述第一电解液，重复所述提纯方法，使所述第二反应室中的锂离子透过所述阴离子交换膜进入到所述第一反应室中。作为一种实施方式，得到所述提纯的锂盐溶液后，先将提纯的锂盐溶液排出收集，再向所述第一反应室中加入新的所述含锂离子的待提纯溶液，向第二反应室中加入新的所述第一电解液，重复所述提纯方法，使所述第一反应室中的锂离子透过所述阴离子交换膜进入到所述第二反应室中。进一步地，所述第一电极采用放电后的电池正极材料，所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂盐的提纯装置，其特征在于，所述提纯装置包括：/n反应容器；/n阴离子交换膜，所述阴离子交换膜设于所述反应容器中，且所述阴离子交换膜将所述反应容器分隔为第一反应室和第二反应室，所述第一反应室中装有含锂离子的待提纯溶液，所述第二反应室中装有第一电解液，所述含锂离子的待提纯溶液中的锂离子浓度高于所述第一电解液中的锂离子浓度；/n第一电极：所述第一电极为富锂电极，所述第一电极设于所述第一反应室中，且所述第一电极浸渍在所述含锂离子的待提纯溶液中；/n第二电极：所述第二电极为贫锂电极或无锂电极，所述第二电极设于所述第二反应室中，且所述第二电极浸渍在所述第一电解液中。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂盐的提纯装置，其特征在于，所述提纯装置包括：
反应容器；
阴离子交换膜，所述阴离子交换膜设于所述反应容器中，且所述阴离子交换膜将所述反应容器分隔为第一反应室和第二反应室，所述第一反应室中装有含锂离子的待提纯溶液，所述第二反应室中装有第一电解液，所述含锂离子的待提纯溶液中的锂离子浓度高于所述第一电解液中的锂离子浓度；
第一电极：所述第一电极为富锂电极，所述第一电极设于所述第一反应室中，且所述第一电极浸渍在所述含锂离子的待提纯溶液中；
第二电极：所述第二电极为贫锂电极或无锂电极，所述第二电极设于所述第二反应室中，且所述第二电极浸渍在所述第一电解液中。


2.根据权利要求1所述的提纯装置，其特征在于，所述第一电极采用放电后的电池正极材料，所述第二电极采用充电后的所述电池正极材料，所述电池正极材料选自锰酸锂、铁酸锂、钴酸锂、钛酸锂、高聚物锂盐、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂，所述第二电极还可以采用电池负极材料，所述电池负极材料选自石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维或多孔硅材料；所述含锂离子的待提纯溶液是对废旧锂电池电极材料进行回收得到的溶液，或者所述含锂离子的待提纯溶液是含锂的盐湖卤水，或者所述含锂离子的待提纯溶液是对其他含锂废料进行回收得到的含锂离子和其他金属离子的混合溶液；所述第一电解液为不含锂离子的导电溶液或者为锂离子浓度低于所述含锂离子的待提纯溶液中锂离子浓度的含锂离子导电溶液。


3.根据权利要求2所述的提纯装置，其特征在于，所述含锂离子的待提纯溶液通过以下方法制备得到：提供一电解池，以所述废旧锂电池电极材料作为阴极，以惰性电极作为阳极；向所述电解池中加入第二电解液，使所述阴极和所述阳极浸入所述第二电解液中，在外加电势下进行电化学反应，得到所述含锂离子的待提纯溶液，且所述含锂离子的待提纯溶液中还包括镍离子和钴离子；所述含锂离子的待提纯溶液通过以下装置制备得到，所述装置包括：电解池，所述电解池包括阳极材料层，所述阳极材料层作为阳极使用，所述阳极为惰性电极；若干阴极，所述阴极为废旧锂电池电极材料。


4.根据权利要求2所述的提纯装置，其特征在于，所述第一电解液选自含有Na+、NH4+、K...

【专利技术属性】
技术研发人员：张作泰，王树宾，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44