一种从含锂水溶液中提取锂的方法技术

本发明专利技术公开了一种从含锂水溶液中提取锂的方法，以锌或锌合金为负极，负载了锂离子电池正极材料的正极集流体为正极，装配成基于锌锂混合离子电池体系的电化学提锂装置；在正极充满电状态下注入含锂水溶液并放电时，含锂水溶液中的Li

【技术实现步骤摘要】
一种从含锂水溶液中提取锂的方法


[0001]本专利技术属于锂资源重复利用领域，涉及一种从含锂水溶液中提取锂的方法，可应用于含锂离子的盐湖卤水、地下水、工业废水、废旧锂离子电池回收废液、海水浓缩液中的锂离子的提取。

技术介绍

[0002]锂元素在电镀、合金、电解铝、电池等多个领域具有重要作用，被称为“金属味精”。我国已探明锂资源量为510万吨，其中80％左右赋存于青海及西藏的盐湖中，部分盐湖卤水中锂的浓度可达2.0g/L左右，但镁锂质量比普遍达到40:1以上，甚至最高可达1800:1，使其分离难度很大，显著增大了我国盐湖提锂的难度、成本高。另外，废旧锂离子电池正极材料在回收过程中和结束后产生的溶液中也含有一定量的锂离子，但是由于Fe、Ni、Co等金属的离子的存在，使其分离较为困难。
[0003]以盐湖卤水提锂为例：为解决我国高镁锂比盐湖卤水提锂这一难题，人们提出了多种正在研究或正在尝试产业化的盐湖卤水提锂技术，如：萃取法、吸附法、膜法、电化学法、反应/分离耦合技术等。其中类锂电池体系电化学提锂法是一种利用Li
+
在锂电正极材料中的脱嵌反应进行盐湖提锂的新方法，即借助锂电正极材料特定的脱嵌锂电位和Li
+
迁移通道，首先在盐湖卤水中放电以选择性嵌入Li
+
，然后在富锂液中充电以释放出Li
+
，实现Li
+
的提取，如：LiFePO4‑
Ag、λ
‑
MnO2‑
Ag、Li1‑
x
Ni
0.5
Mn
1.5
O4‑
Ag、Li1‑
x
Ni
0.33
Co
1/3
Mn
1/3
O2‑
Ag、λ
‑
MnO2‑
AC、LiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2‑
AC、LiFePO4‑
FePO4等体系。
[0004]以上这些体系都是在从含锂水溶液中嵌入锂离子的同时，使用阴离子捕获电极或阴离子交换膜转移走等库伦量的阴离子，以满足含锂水溶液中的电荷守恒，然而，不同溶液中的阴离子成分区别很大，上述方法所使用的阴离子交换膜和阴离子捕获电极的适应性会下降，导致其实际生产效果受到了很大限制。
[0005]中国专利CN102049237A中公开了一种选择性提取锂的磷酸铁离子筛及其应用，其使用LiFePO4‑
FePO4体系，将NaCl提取液和含锂水溶液分别置于左右两个电极室中，中间用阴离子交换膜将两种溶液隔开，在充电后，将LiFePO4中的Li
+
脱入NaCl溶液中，将含锂水溶液中的Li
+
嵌入FePO4中，实现含锂水溶液中Li
+
向NaCl提取液中的转移，达到含锂水溶液提锂的目的。然而，这种方法需要两种溶液同时存在于电解槽，操作复杂，且需要使用昂贵脆弱的阴离子交换膜。
[0006]中国专利CN112795940中公开了一种盐水电化学提锂抑制共存阳离子干扰的方法，公开了使用锂离子筛电极为工作电极，以Ag电极为捕获氯离子的捕获电极即对电极，LiCl溶液为电解质溶液构建电化学反应体系，采用间歇式放电使电解质溶液中的锂离子嵌入锂离子筛中，氯离子被捕获电极捕获；在恒流充电时，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。这种方法虽然不需要使用离子交换膜，但是该反应体系中只能使用LiCl溶液为电解质溶液，局限性较大，不能实现对于含任意阴离子的含锂水溶液的提取。
[0007]如何在不使用昂贵脆弱的阴离子交换膜的情况下，不受含锂水溶液中阴离子组成的限制，来提取得到锂离子，是目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0008]为实现更简单、低价、低碳、高效的从含锂水溶液中提锂，本专利技术提供了一种从含锂水溶液中提取锂的方法，基于锌锂混合离子电池体系的电化学提锂装置来实现对含锂水溶液中锂离子的提取。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0010]一种从含锂水溶液中提取锂的方法，所述方法包括以下步骤：
[0011](1)以锌或锌合金为负极，负载了锂离子电池正极材料的正极集流体为正极，将两者放入电解槽中，装配成基于锌锂混合离子电池体系的电化学提锂装置；
[0012](2)向电解槽中注入含锂水溶液至液面漫过正负极，进行放电，放电结束后，抽空电解后的含锂水溶液，清洗电解槽及正负极；
[0013](3)再向电解槽中注入含锌离子的电解液至液面漫过正负极，进行充电，即可将含锂水溶液中的锂提取到电解液中。
[0014]所述含锂水溶液包括含锂离子的盐湖卤水、地下水、工业废水、废旧锂离子电池回收废液、海水浓缩液中的一种或多种。
[0015]步骤(3)中，将含锂水溶液中的锂提取到电解液中后，向电解液中加入碱溶液，待沉淀完全后，进行过滤，所得沉淀即为LiOH
·
H2O；所述碱溶液为KOH溶液、NaOH溶液中的一种或多种。
[0016]步骤(1)中，所述负极为片状、棒状或网状的锌或锌合金；其可以在水溶液中发生稳定的阳极反应，并且其对应锌离子可以在水溶液中被电还原，其电化学反应电位低于LiFePO4、LiMn2O4在水溶液中的脱嵌锂电位。
[0017]步骤(1)中，所述正极为负载了FePO4、LiFePO4、Mn2O4或LiMn2O4的正极集流体，并使用多层尼龙包裹正极。
[0018]所述正极的制备方法为：将正极活性物质、导电剂、粘结剂混合，加入溶剂搅拌均匀后均匀的涂覆在正极集流体上，干燥，然后使用双层尼龙包裹。
[0019]所述正极活性物质为FePO4、碳包覆LiFePO4、Mn2O4或LiMn2O4；
[0020]所述导电剂为导电碳黑。
[0021]所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、粘结剂LA133中的任意一种或多种。
[0022]所述溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、N、N二甲基甲酰胺、乙醇、纯水中的任意一种或多种。
[0023]所述正极集流体为钛网、钛板、银网、银板、或碳材料。
[0024]当所述正极为负载了LiFePO4或LiMn2O4的正极集流体时，在步骤(1)和步骤(2)之间还需要进行预充电以实现预提锂和正极的活化；所述预充电的方法为：向电解槽中注入含锌离子的电解液至液面漫过正负极，进行充电，充电结束后，抽空电解后的含锌离子的电解液，清洗电解槽及正负极；所述充电的条件为：控制温度在0
‑
90℃，充电电流密度为0.1
‑
200A/m2，直至充电结束，充电截止电压为0.1
‑
2.5V。
[0025]当所述正极为负载了FePO4或Mn2O4的正极集流体时，则不需要进行上述的预充电。
[0026]步骤(2)中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从含锂水溶液中提取锂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)以锌或锌合金为负极，负载了锂离子电池正极材料的正极集流体为正极，将两者放入电解槽中，装配成基于锌锂混合离子电池体系的电化学提锂装置；(2)向电解槽中注入含锂水溶液至液面漫过正负极，进行放电，放电结束后，抽空电解后的含锂水溶液，清洗电解槽及正负极；(3)再向电解槽中注入含锌离子的电解液至液面漫过正负极，进行充电，即可将含锂水溶液中的锂提取到电解液中。2.根据权利要求1所述的从含锂水溶液中提取锂的方法，其特征在于，步骤(3)中，将含锂水溶液中的锂提取到电解液中后，向电解液中加入碱溶液，待沉淀完全后，进行过滤，所得沉淀即为LiOH
·
H2O。3.根据权利要求1或2所述的从含锂水溶液中提取锂的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述负极为片状、棒状或网状的锌或锌合金；所述正极为负载了FePO4、LiFePO4、Mn2O4或LiMn2O4的正极集流体，并使用多层尼龙包裹正极。4.根据权利要求3所述的从含锂水溶液中提取锂的方法，其特征在于，当所述正极为负载了LiFePO4或LiMn2O4的正极集流体时，在步骤(1)和步骤(2)之间还需要进行预充电，所述预充电的方法为：向电解槽中注入含锌离子的电解液至液面漫过正负极，进行充电，充电结束后，抽空电解后的含锌离子的电解液，清洗电解槽及正负极。5.根据权利要求4所述的从含锂水溶液中提取锂的方法，其特征在于，所述充电的条件为：控制温...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，刘荣梅，韩源，吴琼，李思琪，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：