一种强化碳化短程制备电池级碳酸锂的方法技术

本发明专利技术提供一种强化碳化短程制备电池级碳酸锂的方法，包括：配制氢氧化锂溶液，加入表面活性剂，经微孔过滤，得到精制氢氧化锂溶液；向精制氢氧化锂溶液中按照一定气体流速通入工业级二氧化碳，进行碳化反应，然后经固液分离和洗涤，得到碳化后液和湿渣，湿渣经干燥

【技术实现步骤摘要】
一种强化碳化短程制备电池级碳酸锂的方法


[0001]本专利技术属于碳酸锂的制备
，尤其涉及一种强化碳化短程制备电池级碳酸锂的方法
。

技术介绍

[0002]锂离子电池是新能源汽车最主要的动力电池，锂盐相关产业备受关注
。
碳酸锂和氢氧化锂都是锂的基础工业产品，已被广泛应用于锂离子电池
、
医药
、
军工航天等领域
。
目前，主流的锂离子动力电池正极材料主要为磷酸铁锂和高镍三元正极材料，磷酸铁锂以电池级碳酸锂作为锂源，而高镍三元正极材料的锂源是电池级氢氧化锂
。
磷酸铁锂正极材料凭借其安全性和制造成本，其市场占有率已经超过了高镍三元正极材料
。
因此，电池级氢氧化锂的市场需求量逐渐下降，而电池级碳酸锂的需求量逐渐上升，
2023
年5月份以来，电池级碳酸锂的售价反超了电池级氢氧化锂
。
[0003]市场价格驱动下，电池级碳酸锂的产量激增，然而电池级碳酸锂对主含量和杂质有着严格要求，通常利用工业级锂盐为原料制备
。
目前工业上生产电池级碳酸锂的方法包括氢化热解法
、
双极膜碳化法和苛化碳化法
。
中国专利文献
CN 115286017 A
公开了一种电池级碳酸锂的制备方法，该方法利用二氧化碳和粗制碳酸锂溶液的碳化氢化反应得到碳酸氢锂溶液，碳酸氢锂溶液热解得到电池级碳酸锂，然而该技术热解过程不易控制，锂损失大，碳化氢化效率低
。
中国专利文献
CN 107298450 B
公开了一种利用可溶性锂盐溶液制备氢氧化锂和碳酸锂的方法，该方法利用双极膜电渗析器对可溶性的锂盐溶液进行双极膜电解，在阴极得到氢氧化锂溶液，然后通过碳化得到高纯碳酸锂，该方法的电渗析系统复杂，膜材料价格昂贵，氢氧化锂的碳化过程效率低
。
[0004]碳化后液中依然含有锂，目前碳化后液的处理技术主要包括碳酸盐磷酸盐沉锂
、
萃取
、
吸附法等
。
萃取和吸附法是利用锂萃取剂和锂离子筛从碳化后液中选择性提锂的技术，对锂选择性高，然而萃取剂和离子筛的回收利用难度大
、
投资成本高，工业化发展受阻
。
碳酸盐磷酸盐沉锂依然是目前使用率最高的处理技术，中国专利文献
CN 104925837 A
公开了一种回收电池级碳酸锂沉锂母液制备锂盐的方法，该方法利用磷酸沉锂，锂收率高，但是存在含磷废水处理的环保与成本压力
。
[0005]利用氢氧化锂溶液进行碳化制备电池级碳酸锂是工业上常用的方法，然而碳化过程时间长
、
效率低
、
二氧化碳的利用率也有待提高，目前市场对于电池级碳酸锂需求大于电池级氢氧化锂，但是缺乏高效转化的方法
。
因此，开发一种强化碳化短程制备电池级碳酸锂的新技术具备十分重要的现实意义
。

技术实现思路

[0006]为解决以上问题，本专利技术提供一种强化碳化短程制备电池级碳酸锂的方法
。
[0007]为了实现上述目的，本申请提出如下解决方案：该方法主要包括精制溶液配制
、
碳化
、
碳化后液处理三个步骤，本申请人针对现有
技术中采用氢氧化锂溶液制备碳酸锂存在的碳化时间长
、
效率低的技术问题，在采用二氧化碳对氢氧化锂溶液碳化制备碳酸锂过程中，通过向氢氧化锂溶液中加入适量添加剂，再以适合的气体通入流量将二氧化碳通入溶液过程中促进产生气泡，强化气液传质过程，不仅可以缩短碳化所需时间，而且还能提高二氧化碳的利用率
。
[0008]具体地，本专利技术提供一种强化碳化短程制备电池级碳酸锂的方法，包括：（1）配制氢氧化锂溶液，加入表面活性剂，经微孔过滤，得到精制氢氧化锂溶液；（2）向精制氢氧化锂溶液中按照每克锂通入
0.03
～
0.3L/min
的气体流速通入工业级二氧化碳，进行碳化反应，碳化后经固液分离
、
洗涤，得到碳化后液和湿渣，湿渣经干燥
、
破碎得到电池级碳酸锂
。
[0009]本技术方案中，二氧化碳碳化氢氧化锂溶液制备碳酸锂的反应式为：
CO2+ OH
‑
= HCO3‑
（1）
HCO3‑
+ OH
‑
= CO
32
‑
+ H2O
（2）
2Li
+
+ CO
32
‑
= Li2CO3（3）二氧化碳首先吸附到溶液中生成碳酸氢根离子，即式（1），溶液中存在氢氧根离子时，碳酸氢根离子就会生成碳酸根离子，即式（2），并且形成沉淀碳酸锂，即式（3），与二氧化碳和水之间的气液两相间的传质相比，式（1）
、
（2）
、
（3）三个反应都是快速的，二氧化碳和水之间的气液传质是碳化反应的速度控制步骤，二氧化碳通入量的流量增大有利于提高反应速度，然而，当二氧化碳增加到一定流量后，气体来不及传质进入溶液中就溢出，从而导致二氧化碳的利用率明显降低
。
本专利技术通过选择耐碱性
、
水溶性的表面活性剂加入氢氧化锂溶液中，在高流速的二氧化碳鼓入氢氧化锂溶液时产生大量气泡，显著提高气液传质效率，进而提高整体反应速率，缩短达到碳化终点的时间，实现强化碳化的目的，即表面活性剂的加入由于在通入一定的气体流量的情况下能够起到明显的气泡作用，进而强化气液传质，从而能够提高二氧化碳的通入速度上限以加快反应，因此控制一定范围的高气体流速的前提下，表面活性剂的加入提高了气体的利用率
。
此外碳化过程中产生大量气泡缩小了产品的初始粒径，显著降低了后续破碎的成本
。
[0010]作为优选，步骤（2）中，工业级二氧化碳按照每克锂通入
0.05
～
0.2L/min
的流量控制
。
[0011]作为优选，步骤（1）中，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠
、
十二烷基苯磺酸钠
、
月桂醇聚醚硫酸酯钠中的一种或几种；所述表面活性剂的加入量按照溶液中每克锂添加
0.01
～
0.1g
确定
。
[0012]作为优选，所述氢氧化锂溶液中锂含量为
25
～
35g/L。
当氢氧化锂浓度过低时，表面活性剂的加入可能会降低气体利用率，低浓度的氢氧化锂溶液进行碳化时候速度控制步骤为氢氧根生成碳酸根的化学反应，此时表面活性剂的加入起泡反而可能会加剧二氧化碳的逸出
。
[0013]作为优选，步骤（2）中，所述碳化的温度为
20
～
80℃...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种强化碳化短程制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，包括：（1）配制氢氧化锂溶液，加入表面活性剂，经微孔过滤，得到精制氢氧化锂溶液；（2）向精制氢氧化锂溶液中按照每克锂通入
0.03
～
0.3L/min
的气体流速通入工业级二氧化碳，进行碳化反应，然后经固液分离和洗涤，得到碳化后液和湿渣，湿渣经干燥
、
破碎得到电池级碳酸锂
。2.
如权利要求1所述的强化碳化短程制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠
、
十二烷基苯磺酸钠
、
月桂醇聚醚硫酸酯钠中的一种或几种；所述表面活性剂的加入量按照溶液中每克锂添加
0.01
～
0.1g
确定
。3.
如权利要求1所述的强化碳化短程制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，所述氢氧化锂溶液中锂含量为
25
～
35g/L
；工业级二氧化碳按照每克锂通入
0.05
～
0.2L/min
的流量控制
。4.
如权利要求1所述的强化碳化短程制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述碳化反应的温度为
20
～
80℃
；所述碳化反应的终点
pH
值为
9.5
～
10.5
；所述碳化后液中
Li
含量为
1.5
～
6g/L。5.
如权利要求1～4任意一项所述的强化碳化短程制备电池级碳酸锂的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡简，王接喜，贾贵斌，刘松霖，胡泽湘，宋小鹏，
申请(专利权)人：九江云威锂业有限公司，
类型：发明
国别省市：