一种金属锂的提取方法技术

本发明专利技术公开了一种金属锂的提取方法，包括如下步骤：制备供锂电极、中转电极、收集电极这三种气凝胶膜电极；按照供锂电极/隔膜/中转电极/隔膜/收集电极方式组成三电极平行电池，插入惰性气体保护的六氟磷酸锂基电解液中，形成提锂电池系统；接着对收集电极(负极)/中转电极(正极)电池进行充电，使中转电极中锂离子迁移到收集电极上；然后再对中转电极(负极)/供锂电极(正极)电池进行充电，使供锂电极中的锂离子迁移到中转电极上，重复以上充电过程，使供锂电极中的锂离子持续迁移到收集电极上；含锂的收集电极经过液氨浸泡，将所得含锂液氨溶液蒸发，得到金属锂和氨气。本方法工艺简单，资源可循环使用，具有广泛的商业化应用前景。具有广泛的商业化应用前景。具有广泛的商业化应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种金属锂的提取方法


[0001]本专利技术属于电化学
，具体涉及一种金属锂的提取方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池是当今电池行业的绝对主流，发展迅速，推动了智能手机、笔记本电脑和电动汽车等诸多领域的革命性进步。随着众多企业进入新能源汽车领域，动力锂电池驶入快速发展车道，多企业跨界布局锂电，作为锂电池的核心原料锂的需求量越来越大，各企业间的“抢锂”大战不断持续。在锂电池的产业链中，锂资源成为关键。谁占有了锂资源，谁就拥有了定价权。但目前资源日益枯竭，导致锂成本大幅增加。
[0003]解决锂资源紧缺，布局多途径的锂源提取技术将是今后锂资源发展的方向。
[0004]长期以来，锂资源主要由锂矿石提供。目前，矿石提锂的方法主要有硫酸法、硫酸盐法、石灰烧结法、氯化焙烧法，纯碱压煮法等。硫酸法从锂辉石中提取碳酸锂是当前比较成熟的矿石提锂工艺，此方法先将天然锂辉石在950
‑
1100℃焙烧，使其由单斜晶系的α
‑
锂辉石转变成高化学活性的四方晶系β
‑
锂辉石，然后将硫酸与β
‑
锂辉石在250
‑
300℃下焙烧，通过硫酸化焙烧发生置换反应，生成可溶性硫酸锂和不溶性脉石，过程包括生料焙烧、冷却细磨、酸化焙烧、水浸、分离等几个主要工序，此方法不仅步骤繁琐、需要高温焙烧，还要用到大量浓硫酸，存在较大安全隐患；硫酸盐法是用硫酸钾与天然锂辉石烧结，使矿石中的锂转变为硫酸锂，通过熟料溶出使锂从矿石中进入溶液，该方法号称几乎能分解所有的含锂矿石，但是若不用Na2SO4替代部分K2SO4，即消耗大量的钾盐，最终导致生产成本较高、产品也常被钾污染；石灰烧结法是用石灰或石灰石与含锂矿石烧结，再将烧结块溶出以制取碳酸锂，过程包括生料制备、焙烧、浸出、洗澄、浸出液浓缩、净化、结晶等几个主要工序，此方法不仅步骤繁琐，溶液浓度低，蒸发能耗大，物料流通量大，锂回收率较低，并且浸出后矿泥有凝聚性，维护设备困难；氯化培烧法是利用氯化剂使矿石中的锂及其它有价金属转化为氯化物，进而提取金属及其化合物，但是LiCl的收集较难，炉气腐蚀性强，试剂用量大；纯碱压煮法主要包括晶型转化焙烧、压煮、碳化溶出及沉锂四大工艺，此法同样存在步骤繁琐问题，并且压煮须在高压高温条件下进行，操作技术要求相对较高，目前没有现成的锂盐生产工厂可供借鉴。
[0005]目前，动力电池回收市场日渐升温，为锂资源供给开辟了新渠道。目前废旧锂离子电池回收一般是从含有金属资源的黑粉中采用湿法浸出、萃取技术先提取镍、钴、锰、铁等金属资源，然后通过碳酸盐沉淀的方式最后提取锂金属资源，让金属锂资源经过这么长的工艺流程，不可避免地造成金属锂资源在回收过程中流失，锂的回收率显著下降；另一方面，正因为大量的锂离子存在于浸出、萃取、返萃过程，使萃取得到的镍、钴等盐纯度达不到电池级的标准，难以回用于锂离子电池的再制造。
[0006]为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术由此而来。

技术实现思路

[0007]针对上述存在的技术问题至少之一，本专利技术目的是提供一种金属锂的提取方法，该方法首先利用冷冻干燥技术制备三种不同用途的气凝胶膜电极，并以此组装供锂电极/隔膜/中转电极/隔膜/收集电极的三电极平行电池，然后依次对收集电极(负极)/中转电极(正极)电池、中转电极(负极)/供锂电极(正极)电池、收集电极(负极)/中转电极(正极)电池进行充电，使供锂电极中的锂离子迁移到收集电极上，从而实现对含锂矿石或废旧锂离子正极材料中金属锂的提取。
[0008]本专利技术的技术方案为：
[0009]本专利技术提供了一种金属锂的提取方法，包括以下步骤：
[0010]步骤一，制备三电极：
[0011]将碳纳米管(CNTp)制备成气凝胶膜，作为提锂的收集电极；
[0012]将碳纳米管(CNTp)与锂离子电池正极材料均匀混合，制备复合气凝胶膜A，作为提锂的中转电极；
[0013]将含锂矿石或废旧锂离子电池正极材料气流粉碎至亚微米级细粉，与碳纳米管(CNTp)混合均匀，制备复合气凝胶膜B，作为供锂电极；
[0014]步骤二，按照供锂电极/隔膜/中转电极/隔膜/收集电极方式组成三电极平行电池，插入惰性气体保护的锂基电解液中，形成提锂电池系统；
[0015]步骤三，对收集电极(负极)/中转电极(正极)电池进行充电，使中转电极的锂离子电池正极材料中的锂离子迁移到收集电极上；
[0016]步骤四，对中转电极(负极)/供锂电极(正极)电池进行充电，使供锂电极中的锂离子迁移到中转电极上；
[0017]步骤五，依次重复步骤三、四，使供锂电极中的锂离子经中转电极持续迁移到收集电极上，直至供锂电极中的锂离子完全迁移，实现对含锂矿石或废旧锂离子正极材料中金属锂的提取；
[0018]步骤六，将含锂的收集电极经过液氨浸泡清洗使锂溶于液氨中后，将所得含锂液氨溶液蒸发，即可得到金属锂和氨气。
[0019]优选地，在完成金属锂的提取后，供锂电极经机械搅拌、浮选，回收碳纳米管(CNTp)。
[0020]优选地，步骤一中，收集电极对应的气凝胶膜的制备方法为：将碳纳米管分散于溶剂中，加入粘结剂、稳定剂，持续搅拌使其充分混合均匀，即得碳纳米管浆料；将碳纳米管浆料涂布在基材表面，经传动机送入液氨冷冻脱水池，再进入低温烘干仓(温度范围控制在
‑
33℃～0℃)，干燥后剥离基材，即得。
[0021]优选地，上述气凝胶膜的制备方法中，纳米管浆料固含量为10％～15％，碳纳米管与粘结剂、稳定剂质量比为20～10:0.7:0.3；
[0022]其中溶剂为去离子水、酒精、乙二醇、丙醇、异丙醇、丙酮、N
‑
甲基吡咯烷酮中的至少一种；
[0023]粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)、海藻酸盐(Li
+
盐)、果胶酸盐(Li
+
盐)中的至少一种；
[0024]稳定剂为羧甲基纤维素钠(CMC)。
[0025]优选地，步骤一中，中转电极对应的复合气凝胶膜A的制备方法为：将碳纳米管浆料、水性粘结剂和去离子水混合并搅拌打胶，将锂离子电池正极材料加入打好的胶中，搅拌使其充分混匀，制得混合浆料；将混合浆料涂布在基材表面，经传动机送入液氨冷冻脱水池，再进入低温烘干仓(温度范围控制在
‑
33℃～0℃)，干燥后剥离基材，即得。
[0026]优选地，上述复合气凝胶膜A的制备方法中，混合浆料的固含量为50％
‑
60％，混合浆料中水性粘结剂占所有固体总质量的2％
‑
3％，碳纳米管占5％
‑
10％，其余为锂离子电池正极材料；
[0027]其中所述水性粘结剂为由丙烯腈多元共聚物制得的水性胶；
[0028]所述锂离子电池正极材料为磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸铁锰锂、磷酸钒锂、三元材料、钴酸锂、锰酸锂、镍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属锂的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，制备三电极：将碳纳米管制备成气凝胶膜，作为提锂的收集电极；将碳纳米管与锂离子电池正极材料均匀混合，制备复合气凝胶膜A，作为提锂的中转电极；将含锂矿石或废旧锂离子电池正极材料气流粉碎至亚微米级细粉，与碳纳米管混合均匀，制备复合气凝胶膜B，作为供锂电极；步骤二，按照供锂电极/隔膜/中转电极/隔膜/收集电极方式组成三电极平行电池，插入惰性气体保护的锂基电解液中，形成提锂电池系统；步骤三，对收集电极(负极)/中转电极(正极)电池进行充电，使中转电极的锂离子电池正极材料中的锂离子迁移到收集电极上；步骤四，对中转电极(负极)/供锂电极(正极)电池进行充电，使供锂电极中的锂离子迁移到中转电极上；步骤五，依次重复步骤三、四，使供锂电极中的锂离子经中转电极持续迁移到收集电极上；步骤六，将含锂的收集电极经过液氨浸泡清洗使锂溶于液氨中后，将所得含锂液氨溶液蒸发，即可得到金属锂和氨气。2.根据权利要求1所述的一种金属锂的提取方法，其特征在于，在完成金属锂的提取后，供锂电极经机械搅拌、浮选，回收碳纳米管。3.根据权利要求1所述的一种金属锂的提取方法，其特征在于，步骤一中，收集电极对应的气凝胶膜的制备方法为：将碳纳米管分散于溶剂中，加入粘结剂、稳定剂，持续搅拌使其充分混合均匀，即得碳纳米管浆料；将碳纳米管浆料涂布在基材表面，经传动机送入液氨冷冻脱水池，再进入低温烘干仓，干燥后剥离基材，即得；中转电极对应的复合气凝胶膜A的制备方法为：将碳纳米管浆料、水性粘结剂和去离子水混合并搅拌打胶，将锂离子电池正极材料加入打好的胶中，搅拌使其充分混匀，制得混合浆料；将混合浆料涂布在基材表面，经传动机送入液氨冷冻脱水池，再进入低温烘干仓，干...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金娥，董明，
申请(专利权)人：苏州第一元素纳米技术有限公司，
类型：发明
国别省市：