【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种从水溶液中选择性地回收锂离子(lithium ion)的锂回收装置和锂回收方法(lithium recover device and lithium recover method)。
技术介绍
1、锂(li)作为锂离子二次电池或核聚变反应堆(nuclear fusion reactor)的燃料等原料是需求很高的资源，需要有能够稳定供给且更廉价的采集方法。作为li的稳定供给源，有以阳离子li+的方式溶解的海水等。另外，由于锂离子二次电池主要在正极以钴酸锂(licoo2)等的方式含有li，因此期待一种从由于电池寿命等而被废弃的电池进行回收的廉价的回收技术。从海水等回收li的回收技术一直以来应用的是吸附法，但作为选择性更优异的方法，正在开发一种利用电透析法(electrodialysis)的回收方法，该方法使用具有锂离子传导性的电解质膜(例如，专利文献1、非专利文献1)。
2、参照图11来说明专利文献1等所记载的利用电透析法的li回收方法。锂回收装置100构成为，通过锂离子传导性电解质膜(以下，电解质膜)2将处理槽1分隔为供给槽11和回收槽13，在配置于供给槽11内的电极131与配置于回收槽13内的电极132之间，电源151以电极131为正极进行连接。在供给槽11中投入作为li源的海水等含li水溶液sw，在回收槽13中投入纯水等li回收用水溶液rs。
3、当通过电源151施加电压时，在供给槽11的含li水溶液sw中，在电极131的附近发生下式(1)的反应而生成水(h2o)和氧气(o2)。而且，
4、[化学式1]
5、
6、2cl-→cl2↑+2e- ··· (2)
7、li+→li+(electrolyte) ··· (3)
8、另一方面，在回收槽13的li回收用水溶液rs中，在电极132的附近发生下式(4)的反应而生成氢气(h2)和oh-。伴随oh-的增加，为了保持电荷的平衡，在电解质膜2的表面发生电解质膜2中的li+移动来的下式(5)的电化学反应。其结果，利用含li水溶液sw、电解质膜2及li回收用水溶液rs中分别含有的li+的电化学势差，使li+从含li水溶液sw中透过电解质膜2而向li回收用水溶液rs移动。由于电解质膜2的晶格缺陷位的尺寸小，因此不会使直径比li+大的na+、ca2+等含li水溶液sw中含有的除li+以外的金属离子mn+透过。因此，li+从含li水溶液sw选择性地向li回收用水溶液rs移动，能够在回收槽13中获得li+的水溶液(氢氧化锂水溶液)。
9、[化学式2]
10、2h2o+2e-→2oh-+h2↑ ··· (4)
11、li+(electrolyte)→li+ ··· (5)
12、在利用电透析法的回收中，分别从含li水溶液sw到电极131、从电极132到li回收用水溶液rs的电子e-的每单位时间的移动量越多，则式(1)、式(4)等的反应越变得高速，电解质膜2中的li+的每单位时间的移动量(li+迁移率)也增加的越多。另外，为了在电解质膜2内沿厚度方向形成电场，优选电极131、132以与电解质膜2接触的方式设置(专利文献1)，此时，以水溶液sw、rs与电解质膜2接触的方式具有网状等多孔结构。另外，当为了使电子e-的每单位时间的移动量增加而增大电源151的电压时，实际上，在一定程度以上的电压下，li+迁移率不易进一步增加。这考虑到是由于电解质膜2通过施加于两面过度大的电位差而达到使构成该电解质的金属离子的一部分还原的电位，从而使电子e-也传导。当这样施加电压时，电解质膜2使从电源151的负极供给到电极132的电子e-的一部分向电极131移动。其结果，即使通过施加电压的增加而使从电极131经由电源151向电极132移动的电子e-的每单位时间的移动量增加，水溶液sw-电极131间、电极132-水溶液rs间的电子e-的每单位时间的移动量也不会显著增加，因此li+迁移率不会随着施加电压的增加量而增加。而且，能源效率由于在电解质膜2中传导的电子e-产生的焦耳热发电而降低。因此，可以认为该回收方法在提高生产率方面存在极限。
13、因此，本专利技术人等为了不使电解质膜表现出电子传导性，开发出一种不从电解质膜的两面直接施加用于电透析的电压，而形成由与电解质膜分离的电极构成的电路，抑制电解质膜的两面的电位差的技术(专利文献2)。详细而言，如图11所示，锂回收装置100使电极131、132中的一方，在此为电极132以与电解质膜2分离的方式配置于回收槽13内。根据这样的结构，即使电源151的电压增大一定程度也不会使电解质膜2的两面的电位差显著增大，因此，电解质膜2不易表现出电子传导性，能够提高li+迁移率。
14、[现有技术文献]
15、[专利文献]
16、专利文献1：日本专利技术专利授权公报特许第6233877号
17、专利文献2：日本专利技术专利公开公报特开2019-141807号
18、[非专利文献]
19、非专利文献1：kunugi s.,inaguma y.,itoh m.,"electrochemical recoveryand isotope separation of lithium ion employing lithium ion conductiveperovskite-type oxides",solid state ionics,vol.122,issues 1-4,pp.35-39,july1999
技术实现思路
1、[专利技术所要解决的技术问题]
2、如上所述，在利用电透析法的回收方法中，随着使施加电压增大而li+迁移率增加。另外，在含li水溶液sw为海水等含有氯化物离子的情况下，实际上，li+迁移率相对于电压不易增加。而且，正极侧的电极131优选催化活性对于式(1)的反应优异的铂(pt)，但是当含li水溶液sw含有氯化物离子时，因形成氯化铂(ptcl2)而影响铂原本的高催化活性，电极反应过电压增大，式(1)的反应速度降低。另外，在利用电透析法的回收方法中，li+迁移率因去往电解质膜表面的li+的扩散而被限速，因此，当与电解质膜的li+的供给侧的面接触的水溶液的li浓度低时，相对于施加电压不易增加。当利用海水作为li源时，由于li浓度低，因此即使专利文献2所记载的回收方法也不易使回收速度进一步高速化。另外，从使用完的锂离子二次电池等进行的锂回收需要比较接近100％的回收本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂回收装置，其具有被分隔为第1槽和第2槽的处理槽，且使锂离子从收容于所述第1槽的含有锂离子的水溶液向收容于所述第2槽的水或水溶液移动，其特征在于，
2.一种锂回收装置，其具有沿一个方向依次分隔出第1槽、1个以上的中间槽、第2槽的处理槽，且使锂离子从收容于所述第1槽的含有锂离子的水溶液经由收容于所述中间槽的水或水溶液向收容于所述第2槽的水或水溶液移动，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的锂回收装置，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的锂回收装置，其特征在于，
5.根据权利要求1或2所述的锂回收装置，其特征在于，
6.一种锂回收方法，在通过锂离子传导性电解质膜而被分隔为第1槽和第2槽的处理槽中，使锂离子从收容于所述第1槽的含有锂离子的水溶液向收容于所述第2槽的水或水溶液移动，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的锂回收方法，其特征在于，
8.根据权利要求6或7所述的锂回收方法，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的锂回收方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种锂回收装置，其具有被分隔为第1槽和第2槽的处理槽，且使锂离子从收容于所述第1槽的含有锂离子的水溶液向收容于所述第2槽的水或水溶液移动，其特征在于，
2.一种锂回收装置，其具有沿一个方向依次分隔出第1槽、1个以上的中间槽、第2槽的处理槽，且使锂离子从收容于所述第1槽的含有锂离子的水溶液经由收容于所述中间槽的水或水溶液向收容于所述第2槽的水或水溶液移动，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的锂回收装置，其特征在于，
4.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木一哉，新村洁人，
申请(专利权)人：国立大学法人弘前大学，
类型：发明
国别省市：
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