一种基于流电极的连续电化学提锂系统技术方案

本申请涉及电化学提锂技术领域，特别涉及一种基于流电极的连续电化学提锂系统。本申请提供的提锂系统包括：锂提取单元，其包括第一阴膜腔室、第一中间腔室和第一阳膜腔室，所述第一阴膜腔室内填充对电极溶液，所述第一中间腔室内填充源溶液，所述第一阳膜腔室内填充锂插层流电极溶液；电渗析单元，其包括第二阴膜腔室、第二中间腔室和第二阳膜腔室，所述第二阴膜腔室和第二阳膜腔室内填充电渗析液；锂富集单元，其包括第三阴膜腔室、第三中间腔室和第三阳膜腔室，所述第三中间腔室内填充回收液，所述第三阴膜腔室与第一阴膜腔室连通构成对电极溶液的循环回路，所述第三阳膜腔室、第一阳膜腔室和第二中间腔室连通构成锂插层流电极溶液的循环回路。电极溶液的循环回路。电极溶液的循环回路。

【技术实现步骤摘要】
一种基于流电极的连续电化学提锂系统


[0001]本申请涉及电化学提锂
，特别涉及一种基于流电极的连续电化学提锂系统。

技术介绍

[0002]随着便携式电子产品和电动汽车的蓬勃发展，世界对锂离子电池的需求量迅速增加。全球锂消费量从2015年的18万吨将激增至2030年的160万吨。传统的锂资源开采主要集中于含锂矿石，现有的矿石提取方法存在着高能耗、耗时长和高污染的问题，并且从储量上看，水体资源中的锂占比达60％以上，因此如何从含锂盐水中高效的提取锂资源成为研究重点。
[0003]电化学提锂是一种基于电诱导离子选择性插入特定氧化还原电极的技术：在放电过程中，锂离子从源溶液插入锂插层电极；在充电过程中，锂离子从插层电极中释放并在回收溶液中富集，电化学提锂技术的关键在于能够实现锂的可逆插层与脱嵌的电极，电化学提锂具有离子选择性好、能耗低、试剂用量少、原液种类广等优点。而目前的研究都仅限于固体电极，固体电极提取锂的操作过程在空间和时间上是不连续的，放电和充电过程无法同时进行，锂插层电极放电从源溶液中提取锂离子后，需要将其转移到另外的回收溶液中充电释放，并且电极上残留的源溶液会导致回收溶液锂纯度下降，需要淡水冲洗电极，因此固态电极的提锂过程一般需要经过吸附、清洗、转移和脱嵌四个过程才能实现其功能。并且固态电极的容量是有限的，无法实现长时间的运行。
[0004]基于以上分析，提供一种能够连续运行的电化学提锂系统十分重要。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种基于流电极的连续电化学提锂系统，以解决相关技术中固体电极提取锂无法连续运行的问题。
[0006]第一方面，本申请提供了一种基于流电极的连续电化学提锂系统，包括：
[0007]锂提取单元，所述锂提取单元自上而下依次包括第一阴膜腔室、第一中间腔室和第一阳膜腔室，所述第一阴膜腔室内填充对电极溶液，所述第一中间腔室内填充源溶液，所述第一阳膜腔室内填充用于提取锂离子的锂插层流电极溶液；
[0008]电渗析单元，所述电渗析单元自上而下依次包括第二阴膜腔室、第二中间腔室和第二阳膜腔室，所述第二阴膜腔室和第二阳膜腔室内均填充电渗析液；
[0009]锂富集单元，所述锂富集单元自上而下依次包括第三阴膜腔室、第三中间腔室和第三阳膜腔室，所述第三中间腔室内填充回收液，所述第三阴膜腔室与第一阴膜腔室连通构成对电极溶液的循环回路，所述第三阳膜腔室、第一阳膜腔室和第二中间腔室连通构成锂插层流电极溶液的循环回路；
[0010]其中，各相邻的腔室之间设置离子交换膜。
[0011]一些实施例中，所述锂插层流电极溶液通过以下过程制备：向电解质溶液中分别
加入活性材料和导电剂，得到混合物；将混合物搅拌、超声分散，即得到锂插层流电极溶液。
[0012]一些实施例中，所述活性材料为LiFePO4、LiMn2O4、LiNi
0.5
Mn
0.5
O2材料中的一种或多种；活性材料有稳定的晶格结构，对锂离子具有高选择性，能可逆的锂插入脱嵌。
[0013]一些实施例中，所述导电剂为乙炔黑、科琴黑、碳纳米管中的一种或多种。
[0014]一些实施例中，活性材料和导电剂的质量比为5：2
‑
10：2；一定质量比例的导电剂和活性材料悬浮液会形成连续的导电网络，活性材料可以通过极板碰撞和导电网络实现电化学功能。
[0015]一些实施例中，所述对电极溶液为活性炭、导电碳黑和电解质溶液组成的悬浮液。
[0016]一些实施例中，所述锂提取单元和锂富集单元分别施加不同方向的电信号。
[0017]一些实施例中，所述第三阴膜腔室的进液口与第一阴膜腔室的出液口连通，所述第三阴膜腔室的出液口与第一阴膜腔室的进液口连通。
[0018]一些实施例中，所述第二中间腔室的进液口与第一阳膜腔室的出液口连通，所述第二中间腔室的出液口与第三阳膜腔室的进液口连通，所述第三阳膜腔室的出液口与第一阳膜腔室的进液口连通。
[0019]一些实施例中，所述第一阴膜腔室和第一中间腔室之间设置第一阴离子交换膜，所述第一中间腔室和第一阳膜腔室之间设置第一阳离子交换膜；所述第二阴膜腔室和第二中间腔室之间设置第二阴离子交换膜，所述第二中间腔室和第二阳膜腔室之间设置第二阳离子交换膜；所述第三阴膜腔室与第三中间腔室之间设置第三阴离子交换膜，第三中间腔室和第三阳膜腔室之间设置第三阳离子交换膜。
[0020]本申请提供的连续电化学提锂系统的锂插层流电极溶液能够从源溶液中提取锂离子并插层进入活性材料的颗粒结构中，同时迁移进入锂插层流电极溶液中的杂质离子在电渗析单元中通过电渗析的方式除去，不需要额外的淡水来洗涤溶液，除杂清洗后的锂插层流电极溶液在锂富集单元解离脱出锂进入回收液中富集，从而实现锂的连续提取和较高纯度富集。
[0021]本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：本申请提供的电化学提锂系统采用的锂插层流电极溶液和对电极溶液可以在不同溶液系统之间转移，实现电极的同时充放电即同时提锂和富集，从而避免了固体电极中吸附锂离子后需要从吸附源液转移到解离溶液中解离的时空不连续过程，实现了连续的电化学提锂过程，减少了工序的复杂性；本申请提供的电化学提锂系统采用电渗析的方式清洗锂插层流电极溶液，使杂质离子在电场的作用下迁移去除，从而避免了固体电极中需要淡水清洗的问题，实现零水耗提锂过程。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本申请实施例提供的基于流电极的连续电化学提锂系统的结构示意图；
[0024]图2为本申请实施例中源溶液和回收液进出口各离子浓度变化量随运行时间的变化图；
[0025]图3为本申请实施例中电渗析液进出口各离子浓度变化量随运行时间的变化图。
[0026]图中：1、锂提取单元；11、第一阴膜腔室；12、第一中间腔室；13、第一阳膜腔室；14、第一阴离子交换膜；15、第一阳离子交换膜；16、第一集流体端板；17、第二集流体端板；2、电渗析单元；21、第二阴膜腔室；22、第二中间腔室；23、第二阳膜腔室；24、第二阴离子交换膜；25、第二阳离子交换膜；26、第三集流体端板；27、第四集流体端板；3、锂富集单元；31、第三阴膜腔室；32、第三中间腔室；33、第三阳膜腔室；34、第三阴离子交换膜；35、第三阳离子交换膜；36、第五集流体端板；37、第六集流体端板；4、源溶液储液罐；41、源溶液泵；5、对电极储液罐；51、对电极泵；6、锂插层流电极储液罐；61、锂插层流电极泵；7、电渗析液储液罐；71、电渗析液泵；8、回收液储液罐；81、回收液泵。
具体实施方式
[0027]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于流电极的连续电化学提锂系统，其特征在于，包括：锂提取单元(1)，所述锂提取单元(1)自上而下依次包括第一阴膜腔室(11)、第一中间腔室(12)和第一阳膜腔室(13)，所述第一阴膜腔室(11)内填充对电极溶液，所述第一中间腔室(12)内填充源溶液，所述第一阳膜腔室(13)内填充用于提取锂离子的锂插层流电极溶液；电渗析单元(2)，所述电渗析单元(2)自上而下依次包括第二阴膜腔室(21)、第二中间腔室(22)和第二阳膜腔室(23)，所述第二阴膜腔室(21)和第二阳膜腔室(23)内均填充电渗析液；锂富集单元(3)，所述锂富集单元(3)自上而下依次包括第三阴膜腔室(31)、第三中间腔室(32)和第三阳膜腔室(33)，所述第三中间腔室(32)内填充回收液，所述第三阴膜腔室(31)与第一阴膜腔室(11)连通构成对电极溶液的循环回路，所述第三阳膜腔室(33)、第一阳膜腔室(13)和第二中间腔室(22)连通构成锂插层流电极溶液的循环回路；其中，各相邻的腔室之间设置离子交换膜。2.根据权利要求1所述的基于流电极的连续电化学提锂系统，其特征在于，所述锂插层流电极溶液通过以下过程制备：向电解质溶液中分别加入活性材料和导电剂，得到混合物；将混合物搅拌、超声分散，即得到锂插层流电极溶液。3.根据权利要求2所述的基于流电极的连续电化学提锂系统，其特征在于，所述活性材料为LiFePO4、LiMn2O4、LiNi
0.5
Mn
0.5
O2材料中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的基于流电极的连续电化学提锂系统，其特征在于，所述导电剂为乙炔黑、科琴黑、碳纳米管中的一种或多种。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘抗，黄明锋，俞旭宇，朱嵚鹏，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：