[发明专利]一种双极膜及其制备高纯氢氧化锂的方法

说明书

本发明涉及双极膜的制备方法，包括以下步骤：1)将聚乙烯醇、聚吡咯烷酮、锂盐的膜液喷涂或流延，获得中间膜层；2)将混有磺化聚乙烯醇和磺化聚醚醚酮的膜液喷涂或流涎到所述的中间膜层上，干燥后获得阴离子交换膜层；3)将混有铵化聚乙烯醇和铵化聚醚醚酮的膜液喷涂或流涎到所述的中间膜层的另一面，干燥后获得阳离子交换膜层，并得到初始双极膜基膜；4)将步骤3)所得的双极膜基膜浸没在含有醛类化合物的溶液中，进行化学交联，取出后进行热处理，即得到双极膜；本发明不仅制备方法简单，易于操作，节能环保，而且制得的双极膜膜材料对锂离子具有较高的截留性能，并且不易分层、具有较高的离子交换容量、离子交换速率。

[技术领域]

本发明涉及双极膜制备技术领域，具体地说是一种双极膜及其制备高纯氢氧化锂的方法。

[背景技术]

双极膜是一种新型的复合离子交换膜，一般由阴离子交换层、中间界面层以及阴离子交换层组成；双极膜在直流电的作用下，中间界面层的水在高电场强度作用下发生解离，得到氢氧根离子和氢根离子，在电场作用下，分别迁移到膜的两侧。双极膜系统包含双极膜以及阴离子交换膜和阳离子交换膜，可以在不进入其他化合物的情况下，将盐类拆解转化为相应的碱和酸。可以在不产生氢气和氧气的情况下生成酸碱，降低了传统电解过程中的电极极化的能耗。为环境、资源、能源等领域的技术难题提供了新的思路和解决方案。

双极膜的制备方法一般包括以下几类：阴阳离子交换膜层热压、阴阳离子交换膜层粘合、膜层流延成型、基膜两侧引入阴阳离子交换基团等。其中，阴阳离子交换膜层热压成型法具体步骤为：将干燥的阴阳离子交换膜层叠放置，进行加热加压制的双极膜；该法制的的双极膜，阴阳离子交换膜层间相互渗透，活性基团静电作用强，中间界面层电阻较高，双极膜的工作电压较高。粘合成型法粘结剂采用离子可渗透性的粘结剂，可降低中间界面层的电阻和工作电压。流延法是指以阳离子交换膜为基底，流延一层阴离子交换膜液，干燥冷却后获得双极膜，膜层长期运行易于分层。此外，还可通过基膜两侧的化学反应分别引入阴阳离子交换膜层，获得双极膜，但是反应控制要求较高。我国双极膜的制备及相关研究起步较晚，近年来已经取得较快的发展，其应用领域也大大拓宽，如有机酸碱的制备、工业废水的零排放等。

氢氧化锂是一种强碱，在冶金、原子能、化学试剂、航空航天、国防工业具有广泛的应用。高纯的氢氧化锂在能源领域具有重要作用，作为添加剂，可增加碱性蓄电池的蓄电量，延长电池使用寿命。镍钴锰酸锂(NCM811)和镍钴铝酸锂(NCA)型三元电极材料中，氢氧化锂是镍正极材料唯一的锂源，在烧结温度、产品性能方面较电池级碳酸锂均具有较大优势，同时其纯度也要求达到电池级。

目前，氢氧化锂的制备方法有苛化法，石灰石煅烧、纯碱浸出、电解法。苛化法、石灰石煅烧以及纯碱浸出法均引入了新的化合物，氢氧化锂的纯度较低，纯化步骤复杂；双级膜电解法可有效的制备氢氧化锂，目前的双极膜锂离子截留率低，造成锂的损失；并且氢氧化锂纯度较低，若要获得高纯度的氢氧化锂，还需引入其他纯化步骤，工艺复杂，能耗高。CN10957160A公开了一种高锂离子截留的双极膜的制备方法，在聚醚醚酮膜上进行活化，经过电解催化和碱液浸泡等方式获得了锂离子高截留性能的双极膜，对锂离子的截留率较高。CN106040013A公开了一种双极膜的制备方法，采用磺化聚苯醚和铵化聚苯醚涂覆基地上获得不易分层的双极膜。CN109516479A公开了一种电池级氢氧化锂的制备方法，采用碱液沉降，并进行多次蒸发结晶的方法。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种双极膜的制备方法，不仅制备方法简单，易于操作，节能环保，而且制得的双极膜膜材料对锂离子具有较高的截留性能，并且不易分层、具有较高的离子交换容量、离子交换速率。