锰系离子筛电控提锂膜电极表面亲水改性的方法技术

本发明专利技术提供了一种锰系离子筛电控提锂膜电极表面亲水改性的方法，包括以下步骤：将锰系离子筛、粘结剂、导电剂、有机溶剂进行混合，得到铸膜液；将所述铸膜液涂布于电极基体材料上，然后除去部分有机溶剂；在电极基体材料的表面添加有机表面改性剂，加热。加热。加热。

【技术实现步骤摘要】
锰系离子筛电控提锂膜电极表面亲水改性的方法


[0001]本专利技术涉及膜电极领域，具体涉及锰系离子筛电控提锂膜电极表面亲水改性的方法。

技术介绍

[0002]锂是自然界需求增长最快的“高科技金属”之一。近年来锂产品产量及电池行业对锂资源的消费量均逐年增加。全球已探明的锂矿资源半数以上贮存在卤水中，因此卤水提锂更具有资源优势。
[0003]目前较为成功的盐湖卤水提锂技术包括沉淀法、膜法、电渗析法、萃取法、吸附法，等等。沉淀法适用于低镁锂比且锂含量较高的卤水，如果用于高镁锂比卤水，则过程中需要消耗大量的沉淀剂，因此，该工艺过程并不经济。此外，在获取老卤的蒸发过程容易造成锂的大量损失。膜法和电渗析法相对环保一点，但是过程中使用的一价选择性离子交换膜难以有效分隔Na
+
、K
+
与Li
+
，还需要后续除杂，造成了锂的夹带损失。萃取法过程中使用的萃取剂在卤水中具有一定溶解度，危害环境，在排放前需要进行处理，同时也造成了萃取剂的损失。吸附法具有工艺简单、选择性高、成本低廉等优点，因此被认为更适合从高镁锂比卤水中回收锂，但是也受到平衡吸附容量不高和脱附过程溶损的限制。
[0004]针对盐湖提锂的难题，现有技术之一是利用电控离子交换技术，即结合了电化学与离子交换的特性，通过施加电位来改变电活性材料的氧化还原状态，以达到吸附与脱附目标离子的目的。通过利用LiMn2O4/λ
‑
MnO2作为电极对，使用“一腔两室”装置，阳极室中充入不含杂质的支持电解质溶液，阴极室中充入卤水，通电后锂嵌入阴极电极中被提取，同时阳极电极中的锂被释放到溶液中，实现锂的回收和富集。电控离子交换过程中，首先要在高比表面积的导电基体上制备电活性离子交换材料。传统方法是将离子筛、导电剂、粘结剂、溶剂按照一定比例混合制备电活性离子交换材料。但在实际研究中发现，反应达到平衡时的平均电流密度常常难以下降到一个较低的范围内(例如，小于5A/m2)，此时反应没有完全结束，影响了锂交换容量。对于电控离子交换反应过程而言，电极材料的电流密度对生产效率、生产成本具有重要的影响；材料的循环性能决定了工艺的可行性和生产的连续性。由于卤水中的Li
+
浓度较低，卤水中高的矿化度和粘度会阻碍卤水在电极内部传质，现有粘结剂PVDF具有极强的疏水性，使得高电流密度工作时会存在明显的极化现象，降低了材料的选择性和循环性能。因此，需要提高电控离子交换技术的提锂效率。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供锰系离子筛电控提锂膜电极表面亲水改性的方法，调控膜电极表面粗糙度和亲水性。本专利技术的方法相比于传统无机表面改性剂，能够将膜电极由疏水性电极表面改性为亲水性电极表面，从而大幅提高锂嵌入速度及容量。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]作为具体的实施方案，本申请提供了一种锰系离子筛电控提锂膜电极表面亲水改性的方法，包括以下步骤：
[0008]将锰系离子筛(或锰系离子筛前驱体)、粘结剂、导电剂、有机溶剂按照一定的比例进行混合，配置得到铸膜液；
[0009]将所述铸膜液涂布(第一次涂布)于电极基体材料(或者电极)上(其中，涂布可以通过刮膜机进行涂布或者刮膜)，然后除去部分有机溶剂，除去例如至少5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％或85％(wt)的有机溶剂；例如通过晾干、甩干、风干等方式进行除去；进一步地，还可以继续在烘箱内干燥(预烘干加热电极)一段时间，烘箱内的温度可以是30℃至50℃，例如30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃或50℃，等等；
[0010]在电极基体材料的表面添加有机表面改性剂，可以通过涂布(第二次涂布)的方式添加有机表面改性剂(其中，涂布可以通过刮膜机进行涂布或者刮膜)，(二次涂布后)加热(例如加热至40℃至380℃)，获得亲水膜电极。
[0011]在示例的实施方案中，图1示出了本专利技术的工艺路线图。
[0012]在某些实施方案中，所述锰系离子筛包括LiMn2O4、Li4Mn5O
12
、Li
1.6
Mn
1.6
O4、Li
1.33
Mn
1.67
O4、Mn2O3、MnO2中的至少一种，或它们中的任意组合。例如，所述锰系离子筛为LiMn2O4。可选地，所述锰系离子筛为Li4Mn5O
12
。可选地，所述锰系离子筛为Li
1.6
Mn
1.6
O4。可选地，所述锰系离子筛为Li
1.33
Mn
1.67
O4。可选地，所述锰系离子筛为Mn2O3。可选地，所述锰系离子筛为MnO2。可选地，所述锰系离子筛为LiMn2O4和Li4Mn5O
12
的组合。可选地，所述锰系离子筛为LiMn2O4和Li
1.6
Mn
1.6
O4的组合。可选地，所述锰系离子筛为LiMn2O4和Li
1.33
Mn
1.67
O4的组合。可选地，所述锰系离子筛为LiMn2O4和Li4Mn5O
12
的组合。可选地，所述锰系离子筛为LiMn2O4和Mn2O3的组合。可选地，所述锰系离子筛为LiMn2O4和MnO2的组合。可选地，所述锰系离子筛为Li4Mn5O
12
和Li
1.6
Mn
1.6
O4的组合。可选地，所述锰系离子筛为Li4Mn5O
12
和Li
1.33
Mn
1.67
O4的组合。可选地，所述锰系离子筛为Li4Mn5O
12
和Mn2O3的组合。可选地，所述锰系离子筛为Li4Mn5O
12
和MnO2的组合。可选地，所述锰系离子筛为LiMn2O4、Li4Mn5O
12
和MnO2的组合。可选地，所述锰系离子筛为LiMn2O4、Li4Mn5O
12
和Li
1.6
Mn
1.6
O4的组合。可选地，所述锰系离子筛为Li4Mn5O
12
、Li
1.6
Mn
1.6
O4和Li
1.33
Mn
1.67
O4的组合。可选地，所述锰系离子筛为Li
1.33
Mn
1.67
O4、Mn2O3和MnO2的组合。
[0013]在某些实施方案中，所述粘结剂包括聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯、水性聚苯烯酸酯中的至少一种，或它们中的任意组合。例如，所述粘结剂为聚氯乙烯。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.锰系离子筛电控提锂膜电极表面亲水改性的方法，其特征在于，包括以下步骤：将锰系离子筛、粘结剂、导电剂、有机溶剂进行混合，得到铸膜液；将所述铸膜液涂布于电极基体材料上，然后除去部分有机溶剂；在电极基体材料的表面添加有机表面改性剂，加热。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锰系离子筛包括LiMn2O4、Li4Mn5O
12
、Li
1.6
Mn
1.6
O4、Li
1.33
Mn
1.67
O4、Mn2O3、MnO2中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯、水性聚苯烯酸酯中的至少一种；任选地，所述导电剂包括炭黑、乙炔黑、石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、复合导电浆料中的至少一种；任选地，所述有机溶剂包括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、二甲基乙酰胺中的至少一种。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂：锰系离子筛：粘结剂：导电剂的重量比为30～34：8～10：1～2：1～2。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾帅，王雅秋，于建国，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：