[发明专利]一种导电性钛系锂离子筛及其制备方法

说明书

本发明涉及一种导电性钛系锂离子筛，特别是一种纳米导电氧化物掺杂和包覆的导电性钛系锂离子筛，能够应用电化学方法强化锂离子的吸脱附过程；导电性钛系锂离子筛中钛系锂离子筛所占的质量百分比为75%‑85%，掺杂的导电氧化物所占的质量百分比为3%‑5%，表面包覆的导电氧化物所占的质量百分比为15%‑20%；钛系锂离子筛的前驱体化学组成为Li₂TiO₃或Li₄Ti₅O₁₂之一；导电氧化物的化学组成为Zn_1‑xAl_xOAg_y，其中，x=0.05‑0.2,y=0‑0.05。本发明导电性钛系锂离子筛可应用电化学方法强化锂离子的吸脱附过程，从而提高了锂离子筛的吸附容量、锂离子的吸脱附速度和脱附率。

技术领域

本发明涉及一种导电性钛系锂离子筛及其制备方法，特别是一种纳米导电氧化物掺杂和包覆的导电性钛系锂离子筛及其制备方法，属于新能源材料领域。

技术背景

锂资源已成为国内外重要的战略资源，广泛应用于陶瓷、电池、制药等行业，人们把它称为“21 世纪的能源元素”。锂及其化合物主要存在于海水、盐湖卤水以及矿床中。锂的生产方法主要有两种，一种是从矿石中提取锂，另一种是从海水或者盐湖卤水中提取锂。从矿石中提取锂存在步骤繁琐、能耗较大等缺点，因此从溶液中提取锂将成为提锂的发展方向。从溶液中提取锂的技术关键是合成高效的锂吸附剂材料，国内外在吸附和离子交换提锂方面取得了一定的成绩。吸附法提取锂工艺简单、回收率高、选择性好，特别适合从低浓度含锂水溶液中提取锂，该方法的关键是制备吸附容量大和循环性能良好的吸附剂。

锂离子筛是通过向无机化合物中导入模板Li⁺，经热处理生成锂离子筛前驱体，然后去掉其中的Li⁺得到。锂离子筛由于尺寸效应和筛分效应，对Li⁺离子具有特定的记忆选择性，能在多离子共存情况下将Li⁺离子同其它离子分离开来，常用于海水或卤水等富锂溶液中Li⁺的选择性提取。锂离子筛主要有锰系锂离子筛、钛系锂离子筛和其它系锂离子筛等。常见的钛系锂离子筛前驱体主要有单斜晶系的 Li₂TiO₃ 和尖晶石结构的 Li₄Ti₅O₁₂。世界专利WO2017020090公开了采用钛酸吸附剂从卤水中提取锂的方法；中国专利CN105238927(2016-01-13)公开一种偏钛酸吸附剂及其前驱体的制备方法。钛系锂离子筛具有溶损率低、结构稳定、重复使用性好等优点，但存在实际吸附容量大大低于理论吸附容量、吸附和脱附速度较慢，锂离子脱附不彻底，使用中脱锂量逐渐减小的问题，阻碍了工业化应用。

为克服锂离子筛应用中存在的不足，可以采用施加磁场、电场或超声波等方式强化锂离子的吸脱附过程，例如，中国专利CN105408521(2016-03-16)、CN105948081(2016-09-21)和CN102382984(2012-03-21)中公开采用电化学方法强化吸脱附锂离子。由于钛系锂离子筛及其前驱体是几乎不导电的半导体材料，通常需要和石墨粉或金属粉末混合模压制成电极，缺乏具有导电性的锂离子筛及前驱体。

发明内容

本发明的目的是提供一种导电性钛系锂离子筛，特别是一种纳米导电氧化物掺杂和包覆的导电性钛系锂离子筛，能够应用电化学方法强化锂离子的吸脱附过程；导电性钛系锂离子筛中钛系锂离子筛所占的质量百分比为75%-85%，掺杂的导电氧化物所占的质量百分比为3%-5%，表面包覆的导电氧化物所占的质量百分比为15%-20%，所述的钛系锂离子筛的前驱体化学组成为Li₂TiO₃ 或 Li₄Ti₅O₁₂之一，所述的导电氧化物是耐酸的铝掺杂氧化锌或铝银掺杂氧化锌。