一种提锂脱嵌槽及其应用制造技术

本公开提供了一种提锂脱嵌槽及其应用，通过在主槽内设置带有开孔的隔板，且相邻隔板的开孔上下交错布置来形成多个相连的、“流水线式”的提锂槽，让待提锂溶液“折流式”地通往多个提锂槽中，使待提锂溶液中的锂离子浓度沿流动方向逐渐降低，根据浓度的变化对应设置含有不同锂离子筛材料的提锂电极，并且将提锂电极设置为工作电流依次递减的不同恒流段和/或工作电压依次递减的不同恒压段，以进行电解提锂，从而实现简单，灵活，高效的提锂方式。高效的提锂方式。高效的提锂方式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种提锂脱嵌槽及其应用


[0001]本公开属于电化学领域，例如一种提锂脱嵌槽及其应用。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车的快速发展，动力电池对锂的需求量在近几年迅速增长。锂作为重要的新能源材料和战略储备资源，被誉为“21世纪的能源金属”，其开发和利用受到全球的高度关注。据相关数据统计，全球锂资源总量达4000万吨，其中卤水(包括盐湖卤水、地下卤水、浓海水等)中的储量约占总储量的70％。由于有限的优质固体矿资源的开采受限，而卤水提锂具有成本和规模优势，因此，对卤水锂资源的开发利用成为必然趋势。
[0003]电化学提锂技术，作为一种新型的锂分离提取技术，具有绿色、高效等优点，然而，目前，针对电化学提锂装置及提锂方法的研究相对较少。由于卤水锂离子浓度低、矿化度高、黏度大等特性，导致电化学脱嵌法盐湖提锂过程中提锂速率较低。此外，用于电化学脱嵌法盐湖提锂的装置存在极间距大、卤水流动不充分、溶液传质效果不佳等问题，也严重影响了电化学脱嵌法盐湖提锂过程中的提锂速率。相关技术中，针对大规模工业化的生产的需要，每个提锂脱嵌槽含有的阴阳脱嵌单元可达100个或更多，针对不同的处理待提锂溶液，单个阴阳脱嵌单元工作最大电流峰值可达20～60A，那整个提锂脱嵌槽的电源工作电流输出要求达2000～6000A，随着技术的深入研究发展，此电流甚至会更大。对于2米长的提锂脱嵌槽，由于每对阴阳脱嵌单元之间的施加工作电压不能超过1V或更低，因此，相关技术通常采用恒流
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恒压的供电模式，以保证提锂过程中的工作电压在安全电压内。但这种供电方式很难使每个电极板完全发挥其效能，无法达到高效提锂的目的。
[0004]CN115276141A公开了一种电化学脱嵌槽电源的供电方法及系统，其基于预设的恒流段序列为电化学脱嵌工作组中各工作单元提供恒定电流，实时采集电化学脱嵌工作组中各工作单元的工作电压。在任意工作单元的工作电压达到预设电压阈值时，切换到下一恒流段，或在达到预设延时，切换到下一恒流段。由于恒流段序列中包括多个恒流段，各恒流段对应的电流不同，保证了工作单元安全的同时还可以使工作单元充分发挥效能。但其过程很繁琐，且很难控制不同恒流段变换的界限，工业上难以实现大规模生产。
[0005]因此，尚需要开发新的卤水电化学提锂的技术方案，以解决基于电化学脱嵌提锂技术存在的缺陷及问题。

技术实现思路

[0006]以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
[0007]鉴于相关技术中存在的问题，本公开的目的在于提供一种提锂脱嵌槽及其应用，通过在主槽内设置带有开孔的隔板，且相邻隔板的开孔上下交错布置来形成多个相连的、“流水线式”的提锂槽，让待提锂溶液“折流式”地通往多个提锂槽中，使待提锂溶液中的锂离子浓度沿流动方向逐渐降低，根据浓度的变化对应设置含有不同锂离子筛材料的提锂电
极，并且将提锂电极设置为工作电流依次递减的不同恒流段和/或工作电压依次递减的不同恒压段，以进行电解提锂，从而实现简单，灵活，高效的提锂方式。
[0008]为达此目的，本公开采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本公开提供了一种提锂脱嵌槽，包括阴极主槽、阳极主槽，以及设置在阴极主槽与阳极主槽之间的隔膜；
[0010]所述阴极主槽内设置有隔板，所述隔板将所述阴极主槽划分为至少两个提锂槽；
[0011]所述提锂槽中设置有提锂电极，所述阳极主槽中设置有与所述提锂电极的数量相对应的脱嵌电极，所述提锂电极与所述脱嵌电极通过外部电源电性相连；
[0012]所述隔板上设置有开孔，相邻两个隔板之间的开孔沿所述提锂槽的高度方向上下交错排列，使待提锂溶液在所述阴极主槽内折流式流动。
[0013]本公开采用“流水线”式提锂槽设置方式，多个提锂槽相连，每两个槽之间用隔板分开，第1个隔板靠近底部或靠近顶部设置一个待测提锂溶液(如卤水)进入的孔洞(即开孔)，第2个隔板在靠近顶部或靠近底部设置孔洞，第3个隔板在靠近底部或靠近顶部设置孔洞，以此类推，使得相连隔板间的孔洞沿隔板的高度方向交错上下排布，则待提锂溶液以“折流式”依次循环到最后一个提锂槽，从而使待提锂溶液流动更加充分，提高溶液的传质效果，尤其是适用于黏度大的卤水的提锂。
[0014]以下作为本公开可选的技术方案，但不作为本公开提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本公开的技术目的和有益效果。
[0015]作为本公开可选的技术方案，所述阳极主槽内设置有所述隔板，将所述阳极主槽划分为与每个提锂槽相对应的脱嵌槽，所述脱嵌槽内的脱嵌电极的数量与对应的提锂槽内的提锂电极的数量相同。
[0016]本公开中，可以在阳极主槽内设置与提锂电极数量相对应的脱嵌电极，也可以使用隔板将阳极主槽划分成多个脱嵌槽，每个脱嵌槽与对应的提锂槽通过隔膜进行传质，且每个脱嵌槽中的脱嵌电极与对应的提锂槽中的提锂电极相对应。即，阳极隔板与阴极隔板可以相同，也可以不同，不限制同一隔板，甚至阳极无需设置隔板，尤其在阴极主槽采用独立单元或每个提锂槽采用独立电源时，阳极主槽内可不设置隔板。
[0017]在一个实施例中，第一个提锂槽及第一个脱嵌槽均设置有进液口，最后一个提锂槽及最后一个脱嵌槽均设置有出液口。
[0018]在使用本公开所述的提锂脱嵌槽进行提锂时，待提锂流经最后一个提锂槽时，锂离子的提取率已经达到目标要求，因此，可以将此时的溶液排出，以便于从进液口补入新的溶液，此流动过程通过控制进液速度可持续不断地进行，可以支持连续大量的提锂工作。
[0019]在一个实施例中，所述提锂槽的数量为10～20个，例如10个、11个、12个、13个、14个、15个、16个、17个、18个、19个或20个。
[0020]作为本公开可选的技术方案，根据所述阴极主槽内的所述待提锂溶液中的锂离子浓度的变化，将所述提锂槽分为高浓度槽、中浓度槽及低浓度槽。
[0021]折流式流动的待提锂溶液中的锂离子浓度随着流动方向不断地降低，因此，本公开将提锂槽进行划分，各提锂槽中电极板上的锂离子筛材料根据该槽中通过的卤水的浓度的区间来进行选择，卤水中锂离子浓度高的区间段采用选择性好、吸附量高且化学性质稳定的锂离子筛材料，卤水中锂离子浓度中等的区间段采用化学稳定性较好但容量较高的锂
离子筛材料，卤水中锂离子浓度较低的区间段采用离子扩散系数高但容量较低的锂离子筛材料。
[0022]作为本公开可选的技术方案，所述高浓度槽中锂离子的浓度大于0.1g/L，例如0.12g/L、0.17g/L、0.2g/L、0.25g/L、0.3g/L、0.35g/L、0.4g/L、0.45g/L或0.5g/L等，所述中浓度槽中锂离子的浓度为0.01～0.1g/L，例如0.01g/L、0.02g/L、0.03g/L、0.04g/L、0.05g/L、0.06g/L、0.07g/L、0.08g/L、0.09g/L或0.1g/L等，所述低浓度槽中锂离子的浓度为小于0.01g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种提锂脱嵌槽，包括：阳极主槽，所述阳极主槽内设置有脱嵌电极；阴极主槽，所述阴极主槽内设置有隔板，所述隔板将所述阴极主槽划分为至少两个提锂槽；所述隔板上设置有开孔，相邻两个隔板之间的开孔沿所述提锂槽的高度方向上下交错排列，使待提锂溶液在所述阴极主槽内折流式流动；所述提锂槽中设置有提锂电极，所述提锂电极的数量与所述脱嵌电极的数量相对应；所述提锂电极与所述脱嵌电极通过外部电源电性相连；隔膜，设置在所述阳极主槽与所述阴极主槽之间。2.根据权利要求1所述的提锂脱嵌槽，其中，所述阳极主槽内设置有所述隔板，将所述阳极主槽划分为与每个所述提锂槽相对应的脱嵌槽，所述脱嵌槽内的脱嵌电极的数量与对应的提锂槽内的提锂电极的数量相同；可选地，第一个提锂槽及第一个脱嵌槽均设置有进液口，最后一个提锂槽及最后一个脱嵌槽均设置有出液口；可选地，所述提锂槽的数量为10～20个。3.根据权利要求1或2所述的提锂脱嵌槽，其中，根据所述阴极主槽内的所述待提锂溶液中的锂离子浓度的变化，将所述提锂槽分为高浓度槽、中浓度槽及低浓度槽。4.根据权利要求3所述的提锂脱嵌槽，其中，所述高浓度槽中锂离子的浓度大于0.1g/L；所述中浓度槽中锂离子的浓度为0.01～0.1g/L；所述低浓度槽中锂离子的浓度小于0.01g/L。5.根据权利要求3或4所述的提锂脱嵌槽，其中，所述高浓度槽的数量为2～8个；所述中浓度槽的数量为1～9个；所述低浓度槽的数量为1～9个。6.根据权利要求3
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5任一项所述的提锂脱嵌槽，其中，所述高浓度槽中设置有第一锂离子筛材料、所述中浓度槽中设置有第二锂离子筛材料、所述低浓度槽中设置有第三锂离子筛材料；按每单位质量的吸附容量比较，所述第一锂离子筛材料＞所述第二锂离子筛材料＞所述第三锂离子筛材料；按每单位质量的离子扩散系数比较，所述第一锂离子筛材料＜所述第二锂离子筛材料＜所述第三锂离子筛材料；可选地，所述第一锂离子筛材料的吸附容量为35～38mg/g；所述第二锂离子筛材料的吸附容量为30～33mg/g；所述第三锂离子筛材料的吸附容量为12～15mg/g；可选地，所述第一锂离子筛材料的离子扩散系数为10
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～10
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cm2/s；所述第二锂离子筛材料的离子扩散系数为10
‑9～10
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10
cm2/s；所述第三锂离子筛材料的离子扩散系数为10
‑7～10
‑8cm2/s。7.根据权利要求6所述的提锂脱嵌槽，其中，所述第一锂离子筛材料、所述第二锂离子筛材料及所述第三锂离子筛材料为物理吸附材料或电化学吸附材料；可选地，当所述第一锂离子筛材料、所述第二锂离子筛材料及所述第三锂离子筛材料为电化学吸附材料时，所述第一锂离子筛材料、所述第二锂离子筛材料及所述第三锂离子筛材料分别设置于对应的提锂槽中的提锂电极上。8.根据权利要求7所述的提锂脱嵌槽，其中，当所述第一锂离子筛材料、所述第二锂离
子筛材料及所述第三锂离子筛材料为物理吸附材料时：所述第一锂离子筛材料包括二氧化锰吸附剂；所述第二锂离子筛材料包括硅酸锂吸附剂；所述第三锂离子筛材料包括氢氧化铝基吸附剂。9.根据权利要求7所述的提锂脱嵌槽，其中，当所述第一锂离子筛材料、所述第二锂离子筛材料及所述第三锂离子筛材料为电化学吸附材料时：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱霞，余海军，谢英豪，李长东，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：