【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及盐湖提锂，具体而言，涉及电化学提锂用电极体系、制备方法及应用。
技术介绍
1、近些年随着新能源汽车行业的大力发展，上游锂资源含量需求量急剧增加，且部分锂资源存在于高海拔地区的盐湖中且有些盐湖资源禀赋较差，镁含量较高，例如中国高海拔地区的盐湖，其较高的锂镁比在一定程度上限制了其加工得到的锂盐的工业化应用。为缓解当前上游原料供应问题，保障新能源产业链供应安全，如何有效提取盐湖中的锂已成为当前研究热点。
2、目前，盐湖提锂方法如蒸发沉淀法、离子筛吸附法、电渗析法和萃取法等，都存在不同的问题，如蒸发沉淀法耗时长、电渗析法成本高、吸附法和萃取法会使用大量的酸洗剂或有机溶剂，对生态环境会带来不利影响。
3、电化学提锂法具有低能耗和高选择性的特性，是目前新兴的一种提锂方法。主要可分为两种体系，即离子筛吸附剂如lifepo4、λ-mno2等与pt、ag、zn、ac(活性炭)等分别组成工作电极和对电极进行提锂，该体系需要分步进行锂的嵌入和脱出。第二种，为“摇椅”式结构的电极体系，如lifepo4||fepo4、limn2o4||li1-xmn2o4。该体系在可低电压下操作能耗较低，但随着循环次数的增加，提锂容量明显降低，且在低温下提锂容量也有所下降。因此，优化现有体系工艺，开发出高循环寿命的电化学提锂方法，具有重要意义。
技术实现思路
1、本公开的目的在于提供电化学提锂用电极体系、制备方法及应用，避免了现有“摇椅”式电化学提锂用电极体系采用非对称电极所产生的嵌锂容量
2、本公开是这样实现的：
3、第一方面，本公开提供一种电化学提锂用电极体系的制备方法，包括将所述对称电极的两个电极插入锂盐溶液中，并分别与电源的正极和负极连接，与所述电源负极连接的所述电极进行嵌锂得到富锂电极，与所述电源正极连接的所述电极进行脱锂得到贫锂电极，所述富锂电极中嵌入的锂与所述贫锂电极脱出的锂离子摩尔量相等。
4、在一些实施方式中，所述对称电极包括电极活性材料结构和组成相同的两个电极，所述电极活性材料为电化学提锂用电极活性材料。
5、在一些实施方式中，所述对称电极为lixfepo4||lixfepo4、lixfepo4@λ-mno2||lixfepo4@λ-mno2、lixmn2o4||lixmn2o4、lixv2o5||lixv2o5、lixnio2||lixnio2、lixni1/3co1/3mn1/3||lixni1/3co1/3mn1/3中的至少一种，其中0.05≤x≤0.45或0.55≤x≤0.95；其中，所述lixfepo4@λ-mno2包括组成为lixfepo4的芯核和包覆在所述芯核上、组成为λ-mno2的包覆层。
6、在一些实施方式中，所述电极是将含有所述电极活性材料的粉体、导电剂、粘结剂和有机溶剂的浆料涂敷于集流体上并干燥后得到。
7、在一些实施方式中，所述导电剂为活性炭、碳纳米管、导电炭黑和石墨烯中的至少一种，所述导电剂与所述电极活性材料的粉体的质量比为1:5～1:15。
8、在一些实施方式中，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素和聚苯乙烯丁二烯共聚物中的至少一种，所述粘结剂与所述电极活性材料的粉体的质量比为1:10～1：40。
9、在一些实施方式中，所述有机溶剂为nmp、乙醇和蒸馏水中的至少一种，所述有机溶剂与所述电极活性材料的粉体的质量比为1:1～5:1。
10、在一些实施方式中，还包括发泡剂，所述发泡剂为nacl、kcl和nh3hco3中的至少一种，所述发泡剂在浆料中的质量分数为0.025～0.5。
11、在一些实施方式中，所述两个电极在恒流条件下进行脱锂和嵌锂至电压为0.2v～1.0v。
12、在一些实施方式中，所述两个电极在恒压条件下进行脱锂和嵌锂至电流为0.1ma～5ma。
13、在一些实施方式中，所述锂盐溶液中锂离子浓度为0.2mol/l～1mol/l，所述锂盐溶液为氯化锂或硫酸锂溶液。
14、在一些实施方式中，所述富锂电极中嵌入锂与所述贫锂电极脱出锂的温度为5℃～50℃。
15、第二方面，本公开提供一种前述实施方式任意一项所述方法得到的电化学提锂用电极体系。
16、在一些实施方式中，所述电化学提锂用电极体系为lix+yfepo4||lix-yfepo4、lix+yfepo4@λ-mno2||lix-yfepo4@λ-mno2、lix+ymn2o4||lix-ymn2o4、lix+yv2o5||lix-yv2o5、lix+ynio2||lix-ynio2、lix+yni1/3co1/3mn1/3||lix-yni1/3co1/3mn1/3中的至少一种，其中0.05≤x≤0.45或0.55≤x≤0.95，x-y＞0，x+y＜1。
17、第三方面，本公开提供包括前述实施方式所述电极体系的电化学提锂装置，包括盛放回收液的阳极室、盛放提锂溶液的阴极室以及分隔所述阴极室和阳极室的隔膜；所述电化学提锂用电极体系中的富锂电极插入回收液中并与电源正极相连，所述电化学提锂用电极体系中的贫锂电极插入提锂溶液中并与电源负极相连。
18、在一些实施方式中，所述回收液为浓度为0.1mol/l～1mol/l的nacl溶液。
19、在一些实施方式中，所述提锂溶液中包括licl、nacl、mgcl2和cacl2，所述licl的浓度为0.03g/l～2g/l，所述nacl的浓度为30g/l～100g/l，所述mgcl2的浓度为10g/l～80g/l，所述cacl2的浓度为5g/l～40g/l。
20、在一些实施方式中，所述提锂溶液为卤水。
21、在一些实施方式中，所述隔膜为阴离子隔膜。
22、第四方面，本公开提供一种电化学提锂方法，包括：
23、将前述实施方式任意一项所述电化学提锂装置的电源导通，所述富锂电极进行脱锂、贫锂电极进行嵌锂至指定程度后，交换富锂电极和贫锂电极的位置使脱锂后的所述富锂电极插入提锂溶液中并与电源负极相连、嵌锂后的所述贫锂电极插入回收液中并与电源正极相连；
24、重复上述步骤，将所述提锂溶液中的锂转移至回收液中，实现提锂。
25、在一些实施方式中，所述电化学提锂装置恒流运行至截止电位或恒压运行至截止电流后，交换富锂电极和贫锂电极的位置。
26、在一些实施方式中，所述电化学提锂装置恒流运行至电压为0.2v～0.8v后，交换两个电极的位置。
27、在一些实施方式中，所述电化学提锂装置恒压运行至电流为0.1ma～5ma后，交换两个电极的位置。
28、本实施方式中，通过设置恒流截止电压，配合对称电极中锂含量的限制，可以避免电极中的锂“全脱”或“全嵌”。本实施方式中的电压可以为接近0v至1v之间的任意值，与集流体材料的选择有关。
29、在一些实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，包括将对称电极的两个电极插入锂盐溶液中，并分别与电源的正极和负极连接，与所述电源负极连接的所述电极进行嵌锂得到富锂电极，与所述电源正极连接的所述电极进行脱锂得到贫锂电极，所述富锂电极中嵌入的锂与所述贫锂电极脱出的锂离子摩尔量相等。
2.根据权利要求1所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述对称电极包括电极活性材料结构和组成相同的两个电极，所述电极活性材料为电化学提锂用电极活性材料。
3.根据权利要求2所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述对称电极为LixFePO4||LixFePO4、LixFePO4@λ-MnO2||LixFePO4@λ-MnO2、LixMn2O4||LixMn2O4、LixV2O5||LixV2O5、LixNiO2||LixNiO2、LiXNi1/3Co1/3Mn1/3||LiXNi1/3Co1/3Mn1/3中的至少一种，其中0.05≤x≤0.45或0.55≤x≤0.95；其中，所述LixFePO4@λ-MnO2包括组成为LixFePO4的芯核和包覆在所述
4.根据权利要求2或3所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述电极是将含有所述电极活性材料的粉体、导电剂、粘结剂和有机溶剂的浆料涂敷于集流体上并干燥后得到。
5.根据权利要求4所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述导电剂为活性炭、碳纳米管、导电炭黑和石墨烯中的至少一种，所述导电剂与所述电极活性材料的粉体的质量比为1:5～1:15。
6.根据权利要求4或5所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素和聚苯乙烯丁二烯共聚物中的至少一种，所述粘结剂与所述电极活性材料的粉体的质量比为1:10～1:40。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、乙醇和蒸馏水中的至少一种，所述有机溶剂与所述电极活性材料的粉体的质量比为1:1～5:1。
8.根据权利要求4-7任意一项所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，还包括发泡剂，所述发泡剂为NaCl、KCl和NH3HCO3中的至少一种，所述发泡剂在浆料中的质量分数为0.025～0.5。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述两个电极在恒流条件下进行脱锂和嵌锂至电压为0.2V～1.0V。
10.根据权利要求1-8任意一项所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述两个电极在恒压条件下进行脱锂和嵌锂至电流为0.1mA～5mA。
11.根据权利要求1-10任意一项所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述锂盐溶液中锂离子浓度为0.2mol/L～1mol/L，所述锂盐溶液为氯化锂或硫酸锂溶液。
12.根据权利要求1-11任意一项所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述富锂电极中嵌入锂与所述贫锂电极脱出锂的温度为5℃～50℃。
13.一种权利要求1-12任意一项所述方法得到的电化学提锂用电极体系。
14.根据权利要求13所述的电化学提锂用电极体系，其特征在于，所述电化学提锂用电极体系为Lix+yFePO4||Lix-yFePO4、Lix+yFePO4@λ-MnO2||Lix-yFePO4@λ-MnO2、Lix+yMn2O4||Lix-yMn2O4、Lix+yV2O5||Lix-yV2O5、Lix+yNiO2||Lix-yNiO2、Lix+yNi1/3Co1/3Mn1/3||Lix-yNi1/3Co1/3Mn1/3中的至少一种，其中0.05≤x≤0.45或0.55≤x≤0.95，x-y＞0，x+y＜1。
15.一种带有权利要求13或14所述电化学提锂用电极体系的电化学提锂装置，其特征在于，包括盛放回收液的阳极室、盛放提锂溶液的阴极室以及分隔所述阴极室和阳极室的隔膜；所述电化学提锂用电极体系中的富锂电极插入回收液中并与电源正极相连，所述电化学提锂用电极体系中的贫锂电极插入提锂溶液中并与电源负极相连。
16.根据权利要求15所述的电化学提锂装置，其特征在于，所述回收液为浓度为0.1mol/L～1mol/L的NaCl溶液。
17.根据权利要求15或16所述的电化学提锂装置，其特征在于，所述提锂溶液中包括LiCl、NaCl、MgCl2和CaCl2，所述LiCl的浓度为0.03g/L～2g/L，...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，包括将对称电极的两个电极插入锂盐溶液中，并分别与电源的正极和负极连接，与所述电源负极连接的所述电极进行嵌锂得到富锂电极，与所述电源正极连接的所述电极进行脱锂得到贫锂电极，所述富锂电极中嵌入的锂与所述贫锂电极脱出的锂离子摩尔量相等。
2.根据权利要求1所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述对称电极包括电极活性材料结构和组成相同的两个电极，所述电极活性材料为电化学提锂用电极活性材料。
3.根据权利要求2所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述对称电极为lixfepo4||lixfepo4、lixfepo4@λ-mno2||lixfepo4@λ-mno2、lixmn2o4||lixmn2o4、lixv2o5||lixv2o5、lixnio2||lixnio2、lixni1/3co1/3mn1/3||lixni1/3co1/3mn1/3中的至少一种，其中0.05≤x≤0.45或0.55≤x≤0.95；其中，所述lixfepo4@λ-mno2包括组成为lixfepo4的芯核和包覆在所述芯核上、组成为λ-mno2的包覆层。
4.根据权利要求2或3所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述电极是将含有所述电极活性材料的粉体、导电剂、粘结剂和有机溶剂的浆料涂敷于集流体上并干燥后得到。
5.根据权利要求4所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述导电剂为活性炭、碳纳米管、导电炭黑和石墨烯中的至少一种，所述导电剂与所述电极活性材料的粉体的质量比为1:5～1:15。
6.根据权利要求4或5所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素和聚苯乙烯丁二烯共聚物中的至少一种，所述粘结剂与所述电极活性材料的粉体的质量比为1:10～1:40。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮、乙醇和蒸馏水中的至少一种，所述有机溶剂与所述电极活性材料的粉体的质量比为1:1～5:1。
8.根据权利要求4-7任意一项所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，还包括发泡剂，所述发泡剂为nacl、kcl和nh3hco3中的至少一种，所述发泡剂在浆料中的质量分数为0.025～0.5。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述两个电极在恒流条件下进行脱锂和嵌锂至电压为0.2v～1.0v。
10.根据权利要求1-8任意一项所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在于，所述两个电极在恒压条件下进行脱锂和嵌锂至电流为0.1ma～5ma。
11.根据权利要求1-10任意一项所述的电化学提锂用电极体系的制备方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：阮丁山，蒯雨晴，张静静，乔延超，李波，李长东，
申请(专利权)人：广东邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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