一种盐水电化学提锂抑制共存阳离子干扰的方法技术

一种盐水电化学提锂抑制共存阳离子干扰的方法，属于锂盐化工技术领域。电化学提锂体系放电嵌锂时采用间歇式放电，在暂停放电时，阳离子间的排斥作用可使锂离子和其他金属阳离子在溶液中重新分布，消除放电时在锂离子筛电极表面形成的共存阳离子层，使得后续放电时锂离子容易靠近锂离子筛电极表面并扩散进入锂离子筛中，从而增加锂离子筛交换容量、提高提锂效率。本发明专利技术方法具有操作工艺简单、成本低等优点，易于工业化实施。易于工业化实施。易于工业化实施。

【技术实现步骤摘要】
一种盐水电化学提锂抑制共存阳离子干扰的方法


[0001]本专利技术涉及一种盐水电化学提锂抑制共存阳离子干扰的方法，属于锂盐化工
，适用于从盐湖、海水、工业废弃盐水等含有LiCl及多种高浓度共存阳离子的盐水中高效提取氯化锂。

技术介绍

[0002]锂离子电池广泛应用于便携式电子设备和新能源电动车，扩大了锂离子电池的市场需求，亟待开发锂资源为锂离子电池提供高品质低成本锂原材料。采用电化学方法从卤水锂资源提锂具有节能、环保、操作简单等优点，近年来引起人们的广泛关注。但盐湖卤水、海水等含锂盐水组成复杂，共存阳离子对锂的提取造成较大干扰，为此人们在此方面开展了较多研究。
[0003]在文献(1)Journal of Membrane Science,2020,596:117685中，Zhongwei Zhao等人构建了三明治结构的液膜，可抑制Mg
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的干扰，用于高Mg/Li比盐湖卤水中提锂。但液膜制备工艺复杂、稳定性差、成本高，因此亟待开发简便低成本的方法抑制含锂盐水中共存阳离子的干扰，增加锂离子筛交换容量、提高提锂效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种盐水电化学提锂抑制共存阳离子干扰的方法，该方法的工作原理可以描述为：电化学提锂体系放电嵌锂时采用间歇式放电，在暂停放电时，阳离子间的排斥作用使锂离子和其他金属阳离子在溶液中重新分布，消除放电时在锂离子筛电极表面形成的共存阳离子层，使得后续放电时锂离子容易靠近电极表面并扩散进入锂离子筛中，从而增加锂离子筛交换容量、提高提锂效率。本专利技术方法工艺流程如图1所示，包括如下具体工艺步骤：
[0005](1)以λ
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MnO2锂离子筛电极和氯离子捕获电极分别作为正负极，含锂盐水为电解质溶液构建电化学提锂体系，采用间歇式放电使含锂盐水中的锂离子嵌入锂离子筛中，氯离子被捕获电极捕获；其中，所述λ
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MnO2锂离子筛电极为尖晶石型LiMn2O4电极经电化学脱锂后得到；按照尖晶石型LiMn2O4、乙炔黑导电添加剂和聚偏氟乙烯PVDF粘结剂质量比为80:10:10～90:5:5的比例分别称取三种物质，按照聚偏氟乙烯PVDF粘结剂和N
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甲基吡咯烷酮NMP的质量比为2:98～5:95的比例称取N
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甲基吡咯烷酮NMP，将聚偏氟乙烯PVDF粘结剂溶解于N
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甲基吡咯烷酮NMP中，然后加入已称量的尖晶石型LiMn2O4和乙炔黑导电添加剂，搅拌形成浆料，将该浆料均匀涂覆在钛网集流体上，LiMn2O4的负载量为5～10mg/cm2，然后在50～100℃真空干燥5～10小时得到LiMn2O4电极；以LiMn2O4电极为工作电极，钛网为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，浓度为0.01～0.1mol/L的LiCl溶液为电解质溶液构建电化学反应体系，将工作电极和对电极分别与外接电源正负极连接进行恒流充电，电流密度为0.01～0.1A/g LiMn2O4，充电截止电压相对于Ag/AgCl参比电极为0.9～1.1V，锂离子从LiMn2O4中脱出形成λ
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MnO2锂离子筛电极，钛网电极上析出氢气；所述氯离子捕获电极为银Ag电极或
活性炭AC电极中的一种；氯离子捕获电极由Ag粉或活性炭AC等电极活性材料中的一种，乙炔黑导电添加剂，聚偏氟乙烯PVDF粘结剂按照一定比例混合并涂覆在钛网集流体上获得；其中电极活性材料、导电添加剂和粘结剂三者的质量比为80:10:10～90:5:5；所述含锂盐水是氯化物型盐水，除含有锂离子外，还含有钠离子Na
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、钾离子K
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、镁离子Mg
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或钙离子Ca
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中的一种或多种，具体可为盐湖卤水或其蒸发浓缩液、海水或其蒸发浓缩液、含有LiCl的工业废弃盐水中的一种；所述间歇式放电是指放电过程非连续进行，在放电一定时间后暂停放电一定时间，然后再继续放电，多次重复该步骤；暂停放电时长≥10秒，以保证锂离子和共存离子在溶液中分布均匀，放电时长与暂停放电时长的比值为1～5，以保证最佳工作效率；放电电流密度为0.01～0.1A/gλ
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MnO2，放电截止电压相对于Ag/AgCl参比电极为0.2～0.4V。
[0006](2)将步骤(1)中嵌入锂离子的锂离子筛电极为工作电极，捕获氯离子的捕获电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，LiCl溶液为电解质溶液构建电化学反应体系，将工作电极和对电极分别与外接电源正负极连接进行恒流充电，锂离子从锂离子筛中脱出再生，氯离子从捕获电极上脱附再生；其中，所述LiCl溶液起始浓度为0.01～0.1mol/L，该溶液在提锂过程中可以反复使用，LiCl的浓度会逐渐增加；所述恒流充电的电流密度为0.01～0.1A/gλ
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MnO2，充电截止电压相对于Ag/AgCl参比电极为0.9～1.1V。
[0007](3)步骤(1)和步骤(2)的放电和充电过程循环进行，从而将锂离子从含锂盐水中提出得到纯净氯化锂。
[0008]以λ
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MnO2锂离子筛电极为工作电极，活性炭AC电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极构建三电极体系，分别在1mol/L的LiCl溶液、1mol/L的NaCl溶液、1mol/L的KCl溶液、1mol/L的MgCl2溶液和1mol/L的CaCl2溶液中进行循环伏安测试，扫描的电压范围为
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0.5～1.1V(vs.Ag/AgCl)，扫速1mV/s，所获得的循环伏安曲线分别如图2～图6所示。由图2可以看出，锂离子的脱嵌电位在0.3～1.1V(vs.Ag/AgCl)范围内，而从图3～6可以看出，在该电位范围内，钠离子、钾离子、镁离子和钙离子均不能发生脱嵌反应，，这说明λ
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MnO2锂离子筛对锂离子具有高选择性。
[0009]以λ
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MnO2锂离子筛电极为工作电极，活性炭AC电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，在0.3～1.1V(vs.Ag/AgCl)的电压范围内，不同电解质溶液中进行放电嵌锂和充电脱锂，充放电曲线如图7所示。从图7中曲线(a)和(b)可以看出，虽然镁离子在0.3～1.1V(vs.Ag/AgCl)电压范围内不发生脱嵌反应，但在较高浓度镁离子存在的情况下，其放电嵌锂的时间明显缩短，而从图7中曲线(d)和(e)可以看出，其充电脱锂的时间也明显缩短；采用电感耦合等离子体
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原子发射光谱(ICP
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AES)测定在充电脱锂前后LiCl溶液的浓度变化，由此可以计算得到λ
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MnO2锂离子筛的交换容量，对于0.01mol/L LiCl溶液，采用恒流放电方式嵌锂，恒流充电方式脱锂，λ
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MnO2锂离子筛的交换容量为29.5mg/gλ
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MnO2，而对于0.01mol/L LiCl+0.05mol/LMgCl2混合溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盐水电化学提锂抑制共存阳离子干扰的方法，其特征在于，电化学提锂体系放电嵌锂时采用间歇式放电，在暂停放电时，阳离子间的排斥作用使锂离子和其他金属阳离子在溶液中重新分布，消除放电时在锂离子筛电极表面形成的共存阳离子层，使得后续放电时锂离子容易靠近锂离子筛电极表面并扩散进入锂离子筛中，具体包括以下工艺步骤：(1)以λ
‑
MnO2锂离子筛电极和氯离子捕获电极分别作为正负极，含锂盐水为电解质溶液构建电化学提锂体系，采用间歇式放电使含锂盐水中的锂离子嵌入锂离子筛中，氯离子被捕获电极捕获；(2)以步骤(1)中嵌入锂离子的锂离子筛电极为工作电极，捕获氯离子的捕获电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，LiCl溶液为电解质溶液构建电化学反应体系，将工作电极和对电极分别与外接电源正负极连接进行恒流充电，锂离子从锂离子筛中脱出再生，氯离子从捕获电极上脱附再生；(3)步骤(1)和步骤(2)的放电和充电过程循环进行，从而将锂离子从含锂盐水中提出得到纯净氯化锂。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)中所述λ
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MnO2锂离子筛电极为尖晶石型LiMn2O4电极经电化学脱锂后得到；按照尖晶石型LiMn2O4、乙炔黑导电添加剂和聚偏氟乙烯PVDF粘结剂质量比为80:10:10～90:5:5的比例分别称取三种物质，按照聚偏氟乙烯PVDF粘结剂和N
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甲基吡咯烷酮NMP的质量比为2:98～5:95的比例称取N
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甲基吡咯烷酮NMP，将聚偏氟乙烯PVDF粘结剂溶解于N
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甲基吡咯烷酮NMP中，然后加入已称量的尖晶石型LiMn2O4和乙炔黑导电添加剂，搅拌形成浆料，将该浆料均匀涂覆在钛网集流体上，LiMn2O4的负载量为5～10mg/cm2，然后在50～100℃真空干燥5～10小时得到LiMn2O4电极；以LiMn2O4电极为工作电极，钛网为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，浓度为0.01～0.1mol/L的LiCl溶液为电解质溶液构建电化学反应体...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文胜，王晓丽，刘长霞，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：