【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
实施方案涉及从矿石来源中电化学提取锂的方法，该方法包括向集流体施加电压以便在电化学设备内提取锂，从而从含锂材料中浸出锂。公开的方法更节能，并且不需要加热来产生相变。
技术介绍
1、由于电动车辆(ev)的商业化和广泛应用，对用于储能的关键元素如锂的需求显著增加。同时，典型的锂化学品(例如碳酸锂)的价格在2021年内提高了五倍。为了增加锂供应并稳定其成本，探索更多的资源和提取方法来生产锂化学品是迫切的。目前，超过70％的含锂化学品是从盐水中收获的。但是，它们仅源于小的地质区域，如阿根廷、智利和中国。此外，该方法占地面积大、耗时长，并会造成土壤污染。除了盐水之外，含锂矿石是锂化学品的替代资源，在大多数地区广泛可得。但是，目前从矿石中浸出的方法耗能巨大且消耗大量酸，导致提取价格高并限制了其广泛应用。因此，锂供应的主要障碍是开发一种经济、可持续的方法来从广泛可得的资源中提取锂。
2、在所有含锂矿石中，锂辉石(lialsi2o6)由于最高的锂含量(约8重量％的li2o、27.4重量％的al2o3、64.6重量％的sio2)是最有希望的候选物。锂辉石可以α、β和γ相存在，其中α相是自然状态，γ相是在700℃至900℃下加热α相时的亚稳相。目前的提取技术不能直接从α相锂辉石中直接浸出锂，需要从α相向β相的相转变。通过将α相加热到1100℃以上，可以获得具有较小密度(即每体积较小的原子密度)的β相锂辉石。通过使用超高浓硫酸(98重量％)和250℃的焙烧温度，可以仅从β相锂辉石中浸出锂离子。但是，从α相向β相的完全转变通常需要在1100
3、除了传统的酸浸出方法之外，电化学浸出被广泛应用于从电子废物和用过的电池中回收关键元素(例如稀土元素)。电化学浸出(其中关键元素通过电解池的反应溶解到电解质中)具有选择性、更高的能量效率和浸出效率的优点。电化学浸出可以在室温下操作，并由于电流驱动而减少了硫酸的使用(通常0.1-1m)。它还对某些元素具有高选择性，例如锂离子从层状结构阴极中脱嵌，导致更高的能量效率。此外，电化学浸出可以达到超过90％的浸出效率，比传统浸出技术有效得多。但是，典型的电化学浸出是一种非均相过程，需要原料的良好电导率和离子电导率，而大多数矿石几乎不传导电子和离子。因此，直接应用现有的电化学浸出方法从矿石中提取锂是一个挑战。在本文中，在以下章节中介绍了一种新的电化学浸出方法，其可以在没有相变的情况下从α相锂辉石中直接浸出锂。
技术实现思路
1、在一个方面，本文中公开了一种经由电化学设备浸出锂的方法，所述电化学设备包括：a)具有固态/悬浮的含锂材料的集流体；b)碳基或金属/合金基电极；c)电解质。将氧化电压施加到集流体以便将锂离子从不溶性含锂材料中电化学浸出到液相中。在再一方面，该含锂材料包括α锂辉石、β锂辉石、锂云母、锂蒙脱石、贾达尔石(jadarite)、富li粘土、用过的li电池材料、来自煤的开采或加工、煤副产物、煤矿物、油页岩、煤底粘土、煤层表土和/或再循环材料的含li废弃物料流。
2、在另一些方面，加入电化学浸出促进剂以促进电化学浸出。该促进剂可以携带电子并降低反应电位，因此改善能量效率。在再一方面，该促进剂包含一种或多种含有o2、o3、h2o2、hno3、f2、cl2、br2、i2、clo-、fe2+、fe3+、s2o82-、so52-、kmno4、n2o、no2和/或so2的化合物。
3、在另一些方面，引入了一种用于规模化(scale-up)浸出的多功能集流体，其由以下组成a)碳或金属骨架；b)具有大表面积的泡沫；c)催化剂纳米颗粒负载。该多功能集流体具有大的表面、低的电化学过电位、和产生过氧化氢的能力。
4、一种示例性实施方案可以涉及经由电化学设备浸出锂的方法，所述电化学设备包括碳基或金属/合金基集流体，以及具有分散或悬浮于其中的含锂材料或涂覆到集流体上的含锂材料的电解质。该方法可以包括向该集流体施加电压以便从含锂材料中浸出锂。
5、在一些实施方案中，施加电压可以提高电化学设备内锂提取的量和/或速率。
6、在一些实施方案中，该电极可以包括石墨、碳纸、碳布、碳毡、碳纤维、金属和/或金属合金材料，例如铝、不锈钢、铂、金、钛、2d材料例如bn、mos2、ws2、mxenes，或其任意组合。
7、在一些实施方案中，该含锂材料可以是涂覆到集流体上或分散或悬浮在电解质中的固态含锂材料。
8、在一些实施方案中，该含锂材料可以包括α锂辉石、β锂辉石、锂云母、锂蒙脱石、贾达尔石、富li粘土、li电池材料、来自煤的开采或加工、煤副产物、煤矿物、油页岩、煤底粘土、煤层表土和/或再循环材料的含li废弃物料流。
9、在一些实施方案中，该含锂材料可以包括铝、钙、铁、硅、钠和/或稀土元素。
10、在一些实施方案中，含锂材料的锂含量可以为大于0重量％至100重量％；和/或该电解质可具有0-14的ph。
11、在一些实施方案中，该电解质可以是水溶剂或有机溶剂中的h2so4、hcl、h3po4、h3bo3、hclo、h2s2o8、h2s2o8、kmno4、hno3、h2o2、naoh、na2co3、nahco3、nacl、kcl、naclo、kclo、na2hpo4或kh2po4的任一种或组合，例如在碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯中的lipf6、在1,3-二氧戊环和1,2-二甲氧基乙烷中的litfsi等。
12、在一些实施方案中，该电极可以包括与导电碳材料和聚合物粘合剂混合的含锂材料或悬浮的含锂材料或其任意组合。
13、在一些实施方案中，该电极的含锂材料可以包括α锂辉石、β锂辉石、锂云母、锂蒙脱石、贾达尔石、富li粘土、li电池材料、来自煤的开采或加工、煤副产物、煤矿物、油页岩、煤底粘土、煤层表土和/或再循环材料的含li废弃物料流。
14、在一些实施方案中，该聚合物粘合剂可以包括nafion、聚偏二氟乙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶/羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、藻酸钠和/或多糖。
15、在一些实施方案中，该电极的导电碳材料可以包括炭黑、天然石墨、人造石墨、石墨烯、氧化石墨烯和/或还原的氧化石墨烯。
16、在一些实施方案中，用于该电化学设备的电化学浸出方法可以施加恒定电压、恒定电流和/或扫描电压。
17、在一些实施方案中，该方法可以包括向电解质中非原位(ex-situ)添加氧化剂促进剂以提高电子传导的量或速率和/或降低电化学设备的反应电位。
18、在一些实施方案中，非原位添加氧化剂促进剂可以改进该电化学设备的能量效率。
19、在一些实施方案中，该氧化剂促进剂可以包括o2、o3、h2o2、hno3、f2、cl2、br2、i2、clo-、fe2+、fe3+、s2o82-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种经由电化学设备浸出锂的方法，所述电化学设备包括：
2.权利要求1的方法，其中：
3.权利要求1或权利要求2的方法，其中：
4.权利要求2的方法，其中：
5.权利要求4的方法，其中：
6.权利要求1-5任一项的方法，其中：
7.权利要求1-6任一项的方法，其中：
8.权利要求5的方法，其中：
9.权利要求1-8任一项的方法，其中：
10.权利要求1-9任一项的方法，其中：
11.权利要求10的方法，其中：
12.权利要求1-11任一项的方法，其中：
13.权利要求12的方法，其中：
14.权利要求12的方法，其中：
15.权利要求12的方法，其中：
16.权利要求1-15任一项的方法，其中：
17.权利要求1-16任一项的方法，进一步包括：
18.权利要求17的方法，其中：
19.权利要求17的方法，其中：
20.权利要求1-16任一项的方法，进一步
21.权利要求20的方法，其中：
22.权利要求20或权利要求21的方法，其中：
23.一种多功能集流体，包含：
24.权利要求23的多功能集流体，其中：
25.权利要求23或权利要求24的多功能集流体，其中：
26.权利要求23、权利要求24或权利要求25的多功能集流体，进一步包含：
27.权利要求26的多功能集流体，其中：
28.权利要求23、权利要求24或权利要求25的多功能集流体，进一步包含：
29.权利要求23-28任一项的多功能集流体，其中：
30.权利要求23-29任一项的多功能集流体，其中：
31.权利要求23-30任一项的多功能集流体，其中：
32.权利要求31的多功能集流体，其中：
33.权利要求23-32的多功能集流体，其中：
34.权利要求23-33任一项的多功能集流体，其中：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种经由电化学设备浸出锂的方法，所述电化学设备包括：
2.权利要求1的方法，其中：
3.权利要求1或权利要求2的方法，其中：
4.权利要求2的方法，其中：
5.权利要求4的方法，其中：
6.权利要求1-5任一项的方法，其中：
7.权利要求1-6任一项的方法，其中：
8.权利要求5的方法，其中：
9.权利要求1-8任一项的方法，其中：
10.权利要求1-9任一项的方法，其中：
11.权利要求10的方法，其中：
12.权利要求1-11任一项的方法，其中：
13.权利要求12的方法，其中：
14.权利要求12的方法，其中：
15.权利要求12的方法，其中：
16.权利要求1-15任一项的方法，其中：
17.权利要求1-16任一项的方法，进一步包括：
18.权利要求17的方法，其中：
19.权利要求17的方法，其中：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：史菲菲，张涵瑞，
申请(专利权)人：宾夕法尼亚州研究基金会，
类型：发明
国别省市：
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