一种电化学法提取获得低杂质锂离子的方法和装置制造方法及图纸

本申请公开了一种电化学法提取获得低杂质锂离子的方法和装置，涉及电容去离子技术领域。装置包括正极集流体和工作面涂敷有介孔活性炭材料和化学脱嵌锂离子筛的负极集流体，含锂离子溶液循环流经装置的正极集流体和负极集流体工作面间隙之间，施加电压使锂离子嵌入化学脱嵌锂离子筛中，断电后使介孔活性炭材料吸附的阳离子重新脱附，获得的嵌锂离子筛电极置于电解质溶液并施加电压脱锂。本申请采用介孔活性炭材料作为负极吸附盐溶液中的杂质阳离子，杂质阳离子富集于活性炭表面，而不会聚集在离子筛表面阻碍Li

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种电化学法提取获得低杂质锂离子的方法和装置


[0001]本申请涉及电容去离子
，尤其涉及一种电化学法提取获得低杂质锂离子的方法和装置。

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中，市场对锂资源的需求量快速增长，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。自然界中的锂元素富集于矿石、盐湖卤水、地热水和海水等矿床中，其中盐湖卤水资源丰富，且锂含量相对较高，对盐湖卤水进行高效提锂成为目前锂资源开发利用的主要研究方向。
[0003]针对不同类型卤水特点，研究人员已经展开多种提锂工艺的研究，现阶段的主要提取方法有浓缩沉淀结晶法、吸附法、电渗析法、萃取法、膜分离法、电解法、煅烧浸取法等。其中，电容去离子(CDI)是一种基于电化学双电层电容理论的电吸附脱盐技术，电极材料主要为碳材料，当在多孔电极两端施加一定电压后，盐水中离子在电场作用下会向带有相反电荷的电极方向运动，吸附在电极表面，多孔电极吸附饱和后，短接电极两端，即可将吸附在多孔电极上的阴阳离子重新释放到水体中，实现电极再生。现有专利CN102382984A公开了一种盐湖卤水镁锂分离及富集锂的方法和装置，该方法利用以阴离子交换膜隔离的电渗析装置及磷酸铁离子筛实现了锂与其他离子的分离，同时获得富锂溶液。
[0004]但是上述电容去离子提锂方法以及现有专利CN102382984A公开的技术在提取溶液中锂离子的同时均存在吸附Mg
2+
或其他杂质阳离子的问题，提锂效率不够高。因此，急需寻求一种降低杂质阳离子吸附且效率高效的提锂方法。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种电化学法提取获得低杂质锂离子的方法和装置，利用活性炭吸附杂质阳离子，降低杂质阳离子进入化学脱嵌锂离子筛的概率，提高化学脱嵌锂离子筛选择性提锂的效率和纯度。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请目的之一提供了一种电化学法提取获得低杂质锂离子的装置，包括分别与电源连接的正极集流体和负极集流体；
[0007]所述正极集流体为活性炭电极材料；
[0008]所述负极集流体的工作面涂敷有阳离子吸附涂层，所述阳离子吸附涂层包含有介孔活性炭材料和化学脱嵌锂离子筛。
[0009]本申请专利技术人在研究中发现，化学脱嵌锂离子筛运行过程中，除了吸附Li
+
外，还会富集Ca
2+
、Mg
2+
、K
+
、Na
+
等杂质阳离子，这些杂质阳离子聚集在化学脱嵌锂离子筛表面，一方面会阻止电性相同的目标阳离子Li
+
接近化学脱嵌锂离子筛，另一方面这些杂质阳离子可能会进入到化学脱嵌锂离子筛的晶格结构中，使得产品中带有杂质；而在电容去离子技术中，介孔活性炭电极作为阴极更容易吸附高价态阳离子与水合半径小的阳离子，其对Ca
2+
、Mg
2+
、K
+
、Na
+
的吸附能力大于对Li
+
的吸附能力，通过采用介孔活性炭材料作为负极吸附盐
溶液中的杂质阳离子，采用化学脱嵌锂离子筛吸附L i
+
离子，实现Li
+
与其他杂质阳离子的分离，从而提高提锂效率和纯度。
[0010]进一步地，所述正极集流体和负极集流体的工作面之间存在间隙，该间隙可用于供含锂离子溶液流动，可以连接正极集流体和负极集流体的工作面。
[0011]进一步地，所述介孔活性炭材料中孔径为0.5～10nm的孔道占有率为40％～80％。
[0012]通过采用上述方案，由于高价态离子的水合半径比低价态离子的水合半径小，所以需要保证活性炭材料的孔道大于高价态离子的水合半径，使得高低价态离子易于进入活性炭材料，当两种离子价态相同时，活性炭材料更倾向于吸附水合半径小的离子，比如钠、钾的水合半径小于锂；本申请专利技术人选用该孔径范围内的孔道占有率可以满足对杂质阳离子的较优吸附效果同时降低对锂离子的吸附效果，较低孔道占有率则会导致介孔活性炭对杂质阴阳离子的吸附效果下降，影响提锂效率和纯度，而较高孔道占有率则会导致制备成本过高。
[0013]进一步地，所述阳离子吸附涂层的制备原料包含有介孔活性炭材料浆状物和化学脱嵌锂离子筛浆状物；
[0014]所述介孔活性炭材料浆状物包含有介孔活性炭材料、第一粘结剂、第一分散剂和第一助导电剂，所述化学脱嵌锂离子筛浆状物包含有化学脱嵌锂离子筛、第二粘结剂、第二分散剂和第二助导电剂。
[0015]进一步地，所述化学脱嵌锂离子筛浆状物与介孔活性炭材料浆状物以1：(1～5)的宽度比分别沿负极集流体工作面平行方向交替涂覆形成阳离子吸附涂层；使用该方式，可以更好的分开杂质阳离子和锂离子，且控制两者的宽度比，可以避免介孔活性炭材料的吸附面积较大影响化学脱嵌锂离子筛对锂的吸附容量，或者吸附面积较小而影响化学脱嵌锂离子筛对锂提取的纯度；或者，所述化学脱嵌锂离子筛浆状物和介孔活性炭材料浆状物按质量比1：(1～70)混合涂敷于负极集流体的工作面形成阳离子吸附涂层，使用该方式，制备方法较为简单，两者的混合量可以避免介孔活性炭材料的吸附量较大影响化学脱嵌锂离子筛对锂的吸附容量，或者吸附量较小而影响化学脱嵌锂离子筛对锂提取的纯度，但是混合涂敷使得杂质阳离子和锂离子之间的距离较近，导致分离质量提升有限。
[0016]进一步地，所述化学脱嵌锂离子筛浆状物和介孔活性炭材料浆状物按质量比1：(10～15)混合涂敷于负极集流体的工作面形成阳离子吸附涂层。
[0017]进一步地，所述化学脱嵌锂离子筛浆状物与介孔活性炭材料浆状物以1：(1～5)的宽度比分别沿负极集流体工作面平行方向交替涂覆形成阳离子吸附涂层时，宽度比单位为厘米。
[0018]进一步地，所述化学脱嵌锂离子筛浆状物与介孔活性炭材料浆状物涂覆在负极集流体工作面后，在100～140℃温度下真空干燥550～700mi n形成阳离子吸附涂层。
[0019]进一步地，满足以下至少一条：
[0020](a)所述介孔活性炭浆状物的制备原料中，各原料的质量比为：介孔活性炭材料：第一助导电剂：第一粘结剂＝(5～10)：1：1；
[0021](b)所述化学脱嵌锂离子筛浆状物的制备原料中，各原料的质量比为：化学脱嵌锂离子筛：第二助导电剂：第二粘结剂＝(12～17)：1：1；
[0022](c)所述介孔活性炭浆状物的制备原料还包含第一分散剂；
[0023](d)所述化学脱嵌锂离子筛浆状物的制备原料还包含第二分散剂。
[0024]进一步地，所述第一助导电剂和第二助导电剂各自独立分别选自导电碳黑、导电石墨、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。
[0025]进一步地，所述第一分散剂和第二分散剂各自独立分别选自N
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甲基吡咯烷酮、乙醇、四氯乙烷、甲苯、二甲苯、苯甲醚、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、邻苯二甲酸二丁酯和二甲基亚砜中的至少一种。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电化学法提取获得低杂质锂离子的装置，其特征在于，包括分别与电源连接的正极集流体和负极集流体；所述正极集流体为活性炭电极材料；所述负极集流体的工作面涂敷有阳离子吸附涂层，所述阳离子吸附涂层含有介孔活性炭材料和化学脱嵌锂离子筛。2.如权利要求1所述的一种电化学法提取获得低杂质锂离子的装置，其特征在于，所述介孔活性炭材料中孔径为0.5～10nm的孔道占有率为40％～80％。3.如权利要求1所述的一种电化学法提取获得低杂质锂离子的装置，其特征在于，所述阳离子吸附涂层的制备原料包含介孔活性炭材料浆状物和化学脱嵌锂离子筛浆状物；所述介孔活性炭材料浆状物包含介孔活性炭材料、第一粘结剂、第一分散剂和第一助导电剂；所述化学脱嵌锂离子筛浆状物包含化学脱嵌锂离子筛、第二粘结剂、第二分散剂和第二助导电剂。4.如权利要求3所述的一种电化学法提取获得低杂质锂离子的装置，其特征在于，所述化学脱嵌锂离子筛浆状物与介孔活性炭材料浆状物以1：(1～5)的宽度比分别沿负极集流体工作面平行方向交替涂覆形成阳离子吸附涂层；或者，所述化学脱嵌锂离子筛浆状物和介孔活性炭材料浆状物按质量比1：(1～70)混合涂敷于负极集流体的工作面形成阳离子吸附涂层。5.如权利要求4所述一种电化学法提取获得低杂质锂离子的装置，其特征在于，所述化学脱嵌锂离子筛浆状物与介孔活性炭材料浆状物涂覆在负极集流体工作面后，在100～140℃温度下真空干燥550～700min形成阳离子吸附涂层。6.如权利要求3或4所述的一种电化学法提取获得低杂质锂离子的装置，其特征在于，满足以下至少一条：(a)所述介孔活性炭浆状物的制备原料中，各原料的质量比为：介孔活性炭材料：第一助导电剂：第一粘结剂＝(5～10)：1：1；(b)所述化学脱嵌锂离子筛浆状物的制备原料中，各原料的质量比为：化学脱嵌锂离子筛：第二助导电剂：第二粘结剂＝(12～17)：1：1；(c)所述介孔活性炭浆状物的制备原料还包含第一分散剂；(d)所述化学脱嵌锂离子筛浆状物的制备原料还包含第二分散剂。7.如权利要求6所述的一种电化学法提取获得低杂质锂离子的装置，其特征在于，所述第一助导电剂和第二助导电剂各自独立分别选自导电碳黑、导电石墨、碳纳米管和石墨烯中的至少一种；所述第一粘结剂和第二粘结剂各自独立分别选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和聚酰亚胺中的至少一种；所述第一分散剂和第二分散剂各自独立分别选自N
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甲基吡咯烷酮、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱霞，王涛，黄逸嘉，谢英豪，余海军，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：