一种高效盐湖提锂电极材料及提锂电极制造技术

本发明专利技术公开了一种高效盐湖提锂电极材料及采用该材料制备的电极，电极材料的制备方法如下：S1、将钛源包覆在磷酸铁表面，得到钛氧化物包覆的磷酸铁FePO4@钛氧化物；S2、将FePO4@钛氧化物、锂源、碳源加入到乙醇中混合均匀，烘干制成粉末；S3、将粉末在保护气氛下600

【技术实现步骤摘要】
一种高效盐湖提锂电极材料及提锂电极


[0001]本专利技术涉及盐湖卤水提锂
，尤其是一种高效盐湖提锂电极材料的制备方法及采用该电极材料制备的电极。

技术介绍

[0002]锂作为最轻的碱金属，在陶瓷、人造玻璃、热核聚变、油脂、制冷剂尤其是可充电电池中起着越来越重要的作用。电子器件和电动汽车上锂离子电池的蓬勃发展，催生了对锂的强劲需求。因此，盐湖卤水和海水提锂受到越来越多的关注。
[0003]目前，已经开发了一些从盐湖卤水和海水中回收锂的技术方法，例如太阳蒸发，共沉淀，电化学技术，溶剂萃取，离子交换等等。然而，这些方法都有其自身的局限性并且具有复杂的制备过程，限制了方法的推广使用。电化学吸附提锂方法是一种极具吸引力的提锂方法，具有选择性高、吸附速率快、能耗低、无污染、价格低等优点。该方法可以利用可再生能源为电化学过程提供动力。在电化学提取锂时，锂可以被电流驱动进入电极材料，然后在回收液中释放出来。LiFePO4电极材料具有高的电化学可逆性，损失小，脱/嵌锂电位在H2与O2析出电位之间，有良好的稳定性。但其在Na
+
浓度高的水溶液中嵌锂量较低，有着较多的Na
+
与Li
+
共同嵌入，因此提高LiFePO4电极材料的嵌锂量就显得尤为重要。

技术实现思路

[0004]为了解决在Na
+
浓度高的水溶液中传统LiFePO4电极在提锂过程中存在的Na
+
插入比例高以及动力学慢的问题，本专利技术提供一种高效盐湖提锂电极材料及采用该电极材料制备的电极。
[0005]本专利技术提供的高效盐湖提锂电极材料是Li1‑
2x
Fe1‑
x
Ti
x
PO4@锂钛氧化物复合电极材料；其中，锂钛氧化物为Li2TiO3、Li4Ti5O
12
或Li2TiO3/Li4Ti5O
12
异质结中的一种。
[0006]所述高效盐湖提锂电极材料，即Li1‑
2x
Fe1‑
x
Ti
x
PO4@锂钛氧化物复合电极材料，通过下述方法制备而成：
[0007]步骤S1、将钛源包覆在磷酸铁表面，得到钛氧化物包覆的磷酸铁FePO4@钛氧化物。所述钛源为二氧化钛、偏钛酸、钛酸四丁酯、四(二甲基氨基)钛中的一种或多种。
[0008]步骤S2、将FePO4@钛氧化物、锂源、碳源加入到乙醇中混合均匀，然后烘干制成粉末。
[0009]所述锂源为氢氧化锂、氯化锂、碳酸锂、二水乙酸锂、草酸锂中的一种或多种。
[0010]所述碳源为碳粉、葡萄糖、蔗糖、淀粉中的一种或多种。
[0011]步骤S3、将步骤S2得到的粉末在保护气氛下600
‑
900℃下煅烧6
‑
14h，得到Li1‑
2x
Fe1‑
x
Ti
x
PO4@锂钛氧化物复合电极材料粉末，即高效盐湖提锂电极材料；其中0<x<0.5。
[0012]优选的是，步骤S1中，所述钛源与磷酸铁的摩尔比为0.05～0.3:1。
[0013]优选的是，步骤S2中，所述锂源与FePO4@TiO2的用量比例要求是：保证Li:Fe:Ti摩尔比为1.06～1.62:1:0.05～0.2。
[0014]优选的是，步骤S2中，所述碳源与磷酸铁的摩尔比为0.25～0.3:1，对于无法计算摩尔比的碳源，碳源加入量为磷酸铁质量的8％～15％。
[0015]采用上述Li1‑
2x
Fe1‑
x
Ti
x
PO4@锂钛氧化物复合电极材料制备电极，方法如下：
[0016](1)将Li1‑
2x
Fe1‑
x
Ti
x
PO4@锂钛氧化物复合电极粉末、导电剂、粘结剂和分散剂混合后，将混合物涂布于集流体表面，烘干，制成Li1‑
2x
Fe1‑
x
Ti
x
PO4@锂钛氧化物复合电极。
[0017](2)将Li1‑
2x
Fe1‑
x
Ti
x
PO4@锂钛氧化物复合电极连接正极，泡沫镍电极连接负极，在电解液中进行脱锂，得到Fe1‑
x
Ti
x
PO4@锂钛氧化物复合电极。
[0018]优选的是，步骤(1)中，所述导电剂为乙炔黑、炭黑、科琴黑、气相生长碳纤维、KS
‑
6、SFG
‑
6、碳纳米管、活性炭、石墨、石墨烯或SuperP中的一种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚偏二氟乙烯
‑
三氟乙烯或聚四氟乙烯中的一种；所述分散剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、N
‑
乙基吡咯烷酮、N
‑
乙烯基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺。
[0019]优选的是，步骤(1)中，所述Li1‑
2x
Fe1‑
x
Ti
x
PO4@锂钛氧化物复合电极粉末、导电剂、粘结剂质量比为7～8:1～2:1。
[0020]优选的是，所述集流体为钛箔、钛网、钛板、不锈钢片、石墨片、石墨板、碳纸、碳布或碳毡中的一种。
[0021]优选的是，步骤(1)中，所述烘干条件为60～80℃鼓风干燥8～16h，然后80～120℃真空干燥8～16h。
[0022]优选的是，步骤(2)中，脱锂采用1V恒电压直到电流密度小于0.05mA/cm2时截止，所述电解液为NaCl、KCl、MgCl2中的一种或多种。
[0023]将Li1‑
2x
Fe1‑
x
Ti
x
PO4@锂钛氧化物复合电极与Fe1‑
x
Ti
x
PO4@锂钛氧化物复合电极分别置于带阴离子交换膜的电解池中的回收液与提锂液中，连接正极与负极，进行电化学提锂，然后交换两电极使Li
+
在回收液中富集。
[0024]所述回收液为稀NaCl溶液或稀LiCl溶液；提锂时方法可以是以下几种方法中的一种：
[0025](1)0.2V恒电压直到电流密度小于0.05mA/cm2时截止；
[0026](2)1.5mA/cm2恒电流直到电压到0.35V截止；
[0027](3)0.6A恒电流至电压达到0.35V，并在此电压工作至电流为0.1A截止。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
[0029](1)锂钛氧化物包覆在LiFePO4外作为传导锂离子的介质，增强了LiFePO4在低Li
+...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效盐湖提锂电极材料，其特征在于，制备方法如下：S1、将钛源包覆在磷酸铁表面，得到钛氧化物包覆的磷酸铁FePO4@钛氧化物；S2、将FePO4@钛氧化物、锂源、碳源加入到乙醇中混合均匀，然后烘干制成粉末；S3、将步骤S2得到的粉末在保护气氛下600
‑
900℃下煅烧6
‑
14h，得到Li1‑
2x
Fe1‑
x
Ti
x
PO4@锂钛氧化物复合电极材料粉末，即高效盐湖提锂电极材料；其中0<x<0.5。2.如权利要求1所述的高效盐湖提锂电极材料，其特征在于，所述钛源为二氧化钛、偏钛酸、钛酸四丁酯、四(二甲基氨基)钛中的一种或多种。3.如权利要求2所述的高效盐湖提锂电极材料，其特征在于，所述钛源与磷酸铁的摩尔比为0.05～0.3:1。4.如权利要求1所述的高效盐湖提锂电极材料，其特征在于，所述锂源为氢氧化锂、氯化锂、碳酸锂、二水乙酸锂、草酸锂中的一种或多种。5.如权利要求1所述的高效盐湖提锂电极材料，其特征在于，所述碳源为碳粉、葡萄糖、蔗糖、淀粉中的一种或多种。6.如权利要求1所述的高效盐湖提锂电极材料，其特征在于，步骤S3中，锂钛氧化物为Li2TiO3、Li4Ti5O
12
或Li2TiO3/Li4Ti5O
12
异质结中的一种。7.一种高效盐湖提锂电极，其特征在于，采用权利要求1
‑
6任意一项所述的高效盐湖提锂电极材料制备而成。8.如权利要求7所述的高效盐湖提锂电极，其特征在于，制备方法如下：(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王倩，瞿伟，张云，刘灿，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：