[发明专利]一种多孔碳支撑复合提锂电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔碳支撑复合提锂电极及其制备方法。该法将提锂活性成分或其前驱体与致孔剂、调节剂和有机高分子聚合物单体混合，在酸或碱催化作用下，高分子单体发生原位聚合反应，并在模具中固化成型。成型后的材料在无氧条件下进行高温焙烧原位转化，并经酸和碱处理去除致孔剂后，获得多孔碳支撑复合提锂电极。本发明制备的提锂复合电极，合成方法简单，稳定性好，不仅有效解决了传统涂覆法制备电极的电极材料脱落问题，还可显著提升电极的导电性、提锂容量和速率，从而有利于促进提锂电极的规模化制备和电化学提锂技术的工业化推广应用。

技术领域

本发明属于锂提取技术领域，具体涉及一种多孔碳支撑复合提锂电极及其制备方法。

背景技术

锂作为“21世纪的能源金属”，广泛应用于润滑剂、航空航天、玻璃、陶瓷、锂电池等领域。近年来，随着便携式设备及电动汽车等行业的迅速发展，全球锂资源的需求量逐年上升。虽然固体矿提锂工艺成熟，但存在能耗高、污染重等诸多问题。盐湖卤水、地下卤水等卤水型液体锂矿储量在各类型锂矿中占绝对优势。由于卤水提锂的规模和成本优势，从液体锂矿中回收锂成为全球提锂行业的研究热点。

根据不同液体锂矿组成和特性的不同，人们开发了沉淀法、溶剂萃取法、吸附法、膜分离法、电化学法等提锂技术。相较于其他几种方法，电化学法因其良好的选择性和绿色环保等优势，引起人们的广泛关注。如何高效和稳定地从液体锂矿中提取锂，成为电化学提锂技术关注的重点。

电极性能的优劣是电化学提锂技术的关键。在水溶液中进行电化学提锂时，需先将活性成分(如LiFePO₄、LiMn₂O₄等)制备成特定形状的电极。为获取高性能提锂电极，人们已开展了相关研究。CN113278819A公开了一种高选择性和亲水性电极及其制备方法，改善了粘接剂聚偏氟乙烯(PVDF)的亲水性，提高了溶液在电极内部的传质；CN113293285B公开了一种快离子导体改性提锂电极制备方法，有效提高了电极的选择性和循环性能；CN113293312B公开了一种提锂用复合多孔电极制备方法，通过使用水性粘结剂代替PVDF提高了电极的亲水性，并通过加入纤维结构增强剂，提高了电极结构强度；CN113293291B公开了一种高导电性提锂电极制备方法，通过采用高分子导电聚合物对电极活性物质进行改性，制备了具有“多孔—微裂纹”内部结构的电极，有效提高了电极的亲水性、导电性和提锂速率。

正如所公开的相关专利技术或研究报道，在电极制备时，主要以PVDF等高分子为粘结剂将活性物质涂敷于集流体。然而，由于粘结剂的结晶度高、表面能低，导致其锂离子传导能力差，且由于集流体和粘结剂的使用，降低了电极的提锂容量。此外，采用涂覆法获取的电极存在电极材料脱落等稳定性问题。鉴于此，开发一种提锂速率快且稳定性高的电极及其制备方法，对于卤水型液体锂矿资源的开发具有重要意义。

发明内容

为解决传统涂覆法制备提锂电极存在的缺陷，本发明提供一种具有优异电化学提锂性能和高稳定性的多孔碳支撑复合提锂电极及其制备方法。

本发明的创新点是：通过树脂原位聚合和高温碳化转化创新手段，开发出了不含集流体和粘结剂的新型树脂基多孔碳原位支撑提锂电极，开辟了另一种简单且低成本的提锂电极制备方法。

本发明提供的技术方案和工艺过程如下：

方法，其步骤如下：

1)将提锂活性成分或其前躯体、致孔剂、调节剂、有机高分子聚合物单体混合。

2)混合物中的聚合物单体在酸或碱作用下发生聚合，并在模具中固化成型。

3)固化成型后的材料在无氧条件下焙烧，有机高分子原位转化为碳支撑体，提锂活性成分的前驱体原位同步转化为提锂活性成分。

4)焙烧后的材料经酸和碱浸泡去除致孔剂后，获得多孔碳支撑复合提锂电极。