[发明专利]一种盐湖提锂用电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种盐湖提锂用电极材料及其制备方法和应用，所述的制备方法，通过在提锂用电极活性材料表面包覆氧化石墨烯/锰系离子筛复合物，提高了电极活性材料的选择性和亲水性。以该改性电极活性材料为原料，在电极制备过程中，引入无机纳米氧化物对粘接剂进行共混改性，通过添加造孔剂制备多孔电极，进一步改善了电极对溶液的亲和性，并且多孔结构的存在强化了溶液在电极内部传质，降低了提锂过程的浓差扩大，提高了电极的电化学性能。本发明所述方法制备得到的电极材料，极大的提高了锂离子的选择性以及提锂反应速率，可以实现高镁锂比、钠锂比溶液中锂的快速提取。该电极材料具有制备方法简单，提锂效率高，工艺应用价值显著的特点。

技术领域

本发明属于盐湖提锂领域，具体涉及一种盐湖提锂用电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着新能源汽车、化学储能的快速发展，对锂的需求量激增。盐湖卤水赋存储量巨大的锂资源(约占全球锂资源储量的70％)，因此盐湖提锂越来越受到人们的重视。

针对盐湖锂资源的开发，发明了诸如蒸发法、吸附法、溶剂萃取法、电渗析法和膜分离法等多种工艺。蒸发法适合从低镁锂比溶液中提取锂(Mg/Li6)，即便如此在蒸发过程中约有50％的锂会损失在蒸发结晶盐中，而对高Mg/Li比值卤水的处理情况则更为严重。电渗析法和膜分离法虽然环保，但卤水需要用大量的水稀释，更糟糕的是，由于同为一价阳离子Li⁺和Na⁺/K⁺难以通过膜分离，因此需要将卤水中的Na⁺和K⁺通过蒸发法进行脱除，导致锂的大量损失。而对于溶剂萃取法，由于盐水的粘度较高，容易造成乳化现象。虽然通过离心萃取技术可以在一定程度上缓解这一现象，但有机萃取剂在卤水中具有一定溶解度，对环境带来潜在的污染。离子筛吸法因其选择性高、成本低、无毒等特点，被认为是盐水提锂的可行方法之一，但目前工业使用的离子筛材料的吸附容量低，且常需要对卤水进行升温吸附和解吸，能耗高。

针对盐湖提锂的难题，我们公开了一种从含锂溶液或盐湖卤水中分离和富集锂的电化学脱嵌的方法(中国专利201010555927.3、201010552141.6、201110185128.6和美国专利US 9062385B2)。其具体步骤为：用阴离子交换膜将电渗析装置隔成锂盐室和卤水室两个区域，卤水室内充入盐湖卤水，锂盐室内充入不含杂质的支持电解质溶液；将涂覆有离子筛的导电基体置于卤水室中，作为阴极；将涂覆有嵌锂态离子筛的导电基体置于锂盐室中，作为阳极；在外电势的驱动下，使卤水室卤水中的Li⁺嵌入到离子筛中形成嵌锂态离子筛，锂盐室中的嵌锂态离子筛将Li⁺释放到导电溶液后，恢复为离子筛；卤水室中的嵌锂后液排出，重新加入盐湖卤水，两室电极交换放置，重复循环操作。该方法对锂具有很好的选择性和富集能力。但是在实际生产过程中，由于卤水中的Li⁺浓度较低(0.1～1g/L)，导致电化学脱嵌法对锂的提取速率较低。此外，刘旭恒^[1]在研究锂钠混合溶液时发现，溶液中的钠会与锂竞争进入磷酸铁锂晶格中，为了削弱钠对嵌锂的影响，需要严格控制电解过程中的槽电压，而槽电压的降低也将大大减慢提锂反应的速率。由于卤水中的Li⁺浓度较低(0.1～1g/L)而钠离子含量过高(80～110g/L)，且卤水中高的矿化度和粘度会阻碍卤水在电极内部的传质，再加上PVDF具有极强的疏水性，这就使得高电流密度工作时会存在明显的极化现象，导致大量的钠嵌入电极材料内部，降低了材料的选择性和循环性能。因此，现有的电化学脱嵌法只能在低电流密度下工作，生产效率低，设备投入较高。亟待开发一种对锂具有高选择性，并且在低温下具有高电流密度的电极吸附材料。

发明内容

本发明针对电化学脱嵌法用电极电流密度低，处理低锂浓度卤水时选择性低的问题，旨在提供一种具有高选择性和提取效率的提锂电极材料及其电极的制备技术。