电化学提锂电极以及电化学提锂方法技术

本发明专利技术涉及电化学提锂技术领域，具体地，本发明专利技术公开一种电化学提锂电极，所述电化学提锂电极包括导电基体以及涂覆于所述导电基体上的电极材料，所述电极材料为复合材料，包括高容量型电极活性材料或聚阴离子型电极活性材料、粘结剂、导电剂和有机溶剂。该电极中使用高容量型电极活性材料或聚阴离子型电极活性材料，由此获得更高的Li

【技术实现步骤摘要】
电化学提锂电极以及电化学提锂方法


[0001]本专利技术属于电化学提锂
，具体涉及一种电化学提锂电极以及电化学提锂方法。

技术介绍

[0002]锂是自然界需求增长最快的“高科技金属”之一。近年来，市场锂消耗量的显著增长进一步对锂资源的开发提出了需求。全球已探明的陆地锂资源中，64％的资源以液态形式存在，而海水中的锂储量更是陆地上储量的5000多倍。我国锂资源中80％以上的资源以盐湖卤水的形式存在，其资源储量大，开发成本低，极具开发潜力。然而液态含锂资源也存在着品位低，共存离子复杂的问题，特别是国内盐湖资源普遍存在着镁锂比偏高的特点，这也成为长期以来我国盐湖提锂产业规模化和研发的难点。
[0003]目前，液态锂资源开发方法主要有溶剂萃取法、膜分离法、吸附法以及电化学法。其中，溶剂萃取法虽然收率和产品纯度较高，但设备易腐蚀且成本高，膜分离法则难以实现单价离子之间的有效分离。针对于低锂品位和多离子共存的含锂溶液，吸附法则相对而言更具有优势，通过调控吸附剂的晶格结构与尺寸，吸附剂可与目标锂离子的半径与价态精准匹配，产生“离子筛分”作用。然而，吸附法仍然存在吸附时间长、洗脱过程会造成二次污染等问题，限制了其进一步的应用。
[0004]针对传统吸附法的不足，电化学法通过施加电场强化了离子在吸附剂中的嵌入和脱出，避免了酸碱的使用，同时有效提高了低浓度离子的分离效率。目前，科研人员已经广泛研究了磷酸铁锂、锰酸锂、镍锰酸锂等作为提锂电极的电活性材料。然而，现有的提锂电极活性材料种类仍然比较有限，难以满足多种应用情况下的需求，如提锂容量需要更大、稳定性能需要更好等。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种电化学提锂电极以及电化学提锂方法，以获得更高的Li
+
提取容量和/或更高的稳定性。
[0006]为了解决以上问题，本专利技术提供了一种电化学提锂电极，所述电化学提锂电极包括导电基体以及涂覆于所述导电基体上的电极材料，所述电极材料为包括高容量型电极活性材料或聚阴离子型电极活性材料、粘结剂、导电剂和有机溶剂的复合材料。
[0007]优选地，所述高容量型电极活性材料选自离子筛Li
1.33
Mn
1.67
O4、Li
1.6
Mn
1.6
O4、三元材料LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2以及富锂锰基材料aLi2MnO3·
(1
‑
a)LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2中的一种或两种以上，x+y+z＝1；所述聚阴离子型电极活性材料选自磷酸型、硅酸型、氟化磷酸型、氟化硫酸型、硼酸型、碳酸磷酸型、羟基硫酸型以及磷酸硫酸型锂盐中的一种或两种以上。
[0008]优选地，所述粘结剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠以及丁苯中的一种或两种以上；所述导电剂选自导电炭黑、导电石墨、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维以及复合导电浆料中的一种或两种以上；所述有机溶
剂选自N
‑
甲基吡咯烷酮、N
‑
乙基吡咯烷酮、N
‑
乙烯基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种或两种以上。
[0009]优选地，所述电极材料中，电极活性材料、粘结剂、导电剂与有机溶剂的质量比为6～9.5：0.5～2：0～2：20～40。
[0010]优选地，所述导电基体选自石墨片、钛片、钛网、不锈钢片、碳毡、碳布和泡沫镍中的一种或两种以上。
[0011]本专利技术的另一方面是提供一种电化学提锂方法，其包括步骤：
[0012]S11、提供如上所述的电化学提锂电极形成为富锂态电极；
[0013]S12、将所述富锂态电极置于导电溶液中，调整电势使该富锂态电极在氧化电位下脱出锂离子，当电流密度小于0.05mA/cm2时结束反应，得到脱锂态电极；
[0014]S13、提供一反应腔室并注入含锂溶液，以所述脱锂态电极为负极并以能够储存阴离子的对电极为正极置入所述含锂溶液中；在所述负极和所述正极之间施加电压，使得所述含锂溶液中的锂离子进入到所述脱锂态电极中形成富锂态电极；
[0015]S14、将所述反应腔室中的含锂溶液替换为锂回收溶液，将步骤S13中形成的富锂态电极设置为正极，将所述对电极设置为负极；在所述负极和所述正极之间施加电压，使得所述富锂态电极的锂离子脱出至所述锂回收溶液中形成脱锂态电极，并在所述锂回收溶液中实现锂离子的富集提取；
[0016]S15、重复以上步骤S13至S14的操作过程0次或1次以上；
[0017]优选地，所述对电极为储氯电极。
[0018]本专利技术还提供了另一种电化学提锂方法，其包括步骤：
[0019]S21、提供两个如权利要求1
‑
5任一项所述的电化学提锂电极形成为富锂态电极；
[0020]S22、将步骤S21中的一个所述富锂态电极置于导电溶液中，调整电势使该富锂态电极在氧化电位下脱出锂离子，当电流密度小于0.05mA/cm2时结束反应，得到脱锂态电极；
[0021]S23、提供一反应腔室，使用阴离子膜将所述反应腔室分隔为第一腔室和第二腔室，在第一腔室中注入含锂溶液，在第二腔室中注入锂回收溶液，以步骤S22中的脱锂态电极为负极置入所述含锂溶液中，以步骤S21中的另一个富锂态电极为正极置入所述锂回收溶液中；在所述负极和所述正极之间施加电压：在第一腔室中，所述含锂溶液中的锂离子进入到所述脱锂态电极中形成富锂态电极；在第二腔室中，所述富锂态电极的锂离子脱出至所述锂回收溶液中形成脱锂态电极；
[0022]S24、将在第二腔室中形成的脱锂态电极转移至第一腔室中作为负极，将在第一腔室中形成的富锂态电极转移至第二腔室中作为正极，重复以上步骤S23中的施加电压的操作，在所述锂回收溶液中实现锂离子的富集提取。
[0023]S25、重复以上步骤S24的操作过程0次或1次以上。
[0024]优选地，如上所述的电化学提锂方法中，在正极和负极之间施加电压的方式可以选用以下三种方式的任意一种：
[0025]方式一、采用恒定电压的方式：当电流密度小于0.05mA/cm2时结束反应，施加电压范围为0.1V～1.6V；
[0026]方式二、采用恒定电流的方式：当电压升至目标值时结束反应，施加电流密度范围为0.1mA/cm2～10mA/cm2；
[0027]方式三、采用恒流和恒压相结合的方式：先恒流加电，当电压上升到预定值时切换为该电压下的恒压加电，当电流密度小于0.05mA/cm2时结束反应，其中恒流电流密度范围为0.1mA/cm2～10mA/cm2，恒压范围为0.1V～1.6V。
[0028]本专利技术提供了一种电化学提锂电极及其相应的电化学提锂方法，该电极中使用高容量型电极活性材料或聚阴离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学提锂电极，其特征在于，所述电化学提锂电极包括导电基体以及涂覆于所述导电基体上的电极材料，所述电极材料为包括高容量型电极活性材料或聚阴离子型电极活性材料、粘结剂、导电剂和有机溶剂的复合材料。2.根据权利要求1所述的电化学提锂电极，其特征在于，所述高容量型电极活性材料选自离子筛Li
1.33
Mn
1.67
O4、Li
1.6
Mn
1.6
O4、三元材料LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2以及富锂锰基材料aLi2MnO3·
(1
‑
a)LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2中的一种或两种以上，x+y+z＝1；所述聚阴离子型电极活性材料选自磷酸型、硅酸型、氟化磷酸型、氟化硫酸型、硼酸型、碳酸磷酸型、羟基硫酸型以及磷酸硫酸型锂盐中的一种或两种以上。3.根据权利要求2所述的电化学提锂电极，其特征在于，所述粘结剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠以及丁苯中的一种或两种以上；所述导电剂选自导电炭黑、导电石墨、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、碳纤维以及复合导电浆料中的一种或两种以上；所述有机溶剂选自N
‑
甲基吡咯烷酮、N
‑
乙基吡咯烷酮、N
‑
乙烯基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种或两种以上。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的电化学提锂电极，其特征在于，所述电极材料中，电极活性材料、粘结剂、导电剂与有机溶剂的质量比为6～9.5：0.5～2：0～2：20～40。5.根据权利要求1所述的电化学提锂电极，其特征在于，所述导电基体选自石墨片、钛片、钛网、不锈钢片、碳毡、碳布和泡沫镍中的一种或两种以上。6.一种电化学提锂方法，其特征在于，包括步骤：S11、提供如权利要求1
‑
5任一项所述的电化学提锂电极形成为富锂态电极；S12、将所述富锂态电极置于导电溶液中，调整电势使该富锂态电极在氧化电位下脱出锂离子，当电流密度小于0.05mA/cm2时结束反应，得到脱锂态电极；S13、提供一反应腔室并注入含锂溶液，以所述脱锂态电极为负极并以能够储存阴离子的对电极为正极置入所述含锂溶液中；在所述负极和所述正极之间施加电压，使得所述含锂溶液中的锂离子进入到所述脱锂态电极中形成富锂态电极；S14、将所述反应腔室中的含锂溶液替换为锂回收溶液，将步骤S13中形成的富锂态电极设置为正极，将所述对电极设置为负极；在所述负极和所述正极之间施加...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠，乔英钧，吴志坚，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，
类型：发明
国别省市：