隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,鋰及其化合物的需求量日益增長。世界鋰資源中的65%都賦存于鹽湖鹵水中,從鹽湖鹵水中選擇性提鋰越來越受到人們的重視,實(shí)現(xiàn)鹽湖鹵水中鋰的綠色、高效提取是新能源汽車產(chǎn)業(yè)和鋰工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。鋰離子電池材料由于其過渡金屬的可氧化還原和鋰的可逆循環(huán)脫嵌特性,越來越多地被用于鹽湖提鋰,由此開發(fā)出了系列不同的提鋰新技術(shù)。該綜述主要介紹了由不同鋰離子電池正極材料所構(gòu)成的鹽湖鹵水提鋰體系的工作原理、工藝參數(shù)和提鋰性能,并對利用鋰離子電池正極材料從鹽湖鹵水中選擇性提鋰的發(fā)展及其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。 

【文章來源】：礦產(chǎn)保護(hù)與利用. 2020,40(05)

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

NCM材料在純鋰溶液,含鋰以及不含鋰的混合溶液的循環(huán)伏安曲線[22]

基于這一創(chuàng)新思路,中南大學(xué)趙中偉教授提出并構(gòu)筑了“富鋰態(tài)吸附材料 (陽極)│支持電解質(zhì)│陰離子膜│鹵水│欠鋰態(tài)吸附材料 (陰極) ”電化學(xué)脫嵌法鹽湖提鋰新體系,實(shí)現(xiàn)了鹽湖鹵水中鋰的高效選擇性提取和富集,并且基于不同的鹽湖鹵水和含鋰溶液,可用的吸附材料可為磷酸鐵鋰、錳酸鋰或鈦酸鋰離子篩材料等材料[24,25]。新方法的提鋰原理如圖7(a)所示[7],具體而言(以LiFePO4為例):(1)采用LiFePO4為陽極,LiFePO4脫鋰后的FePO4為陰極,用陰離子交換膜將陰陽極分割成兩個室;(2)陽極室(即富鋰室)注入NaCl等不含Mg2+的支持電解質(zhì),陰極室(鹵水室)注入待提鋰的鹽湖鹵水;(3)在陰、陽極兩端施加一定電壓,陽極LiFePO4失去電子將Li+ 脫出進(jìn)入富鋰室(即反應(yīng) LiFePO4-e = Li++FePO4),而陰極FePO4因得到電子而迫使鹽湖中的Li+ 進(jìn)入到FePO4晶格中以維持材料的電中性(反應(yīng)Li++FePO4+e = LiFePO4),與此同時,鹵水室的陰離子則通過陰離子膜進(jìn)入富鋰室以維持整個體系的電荷平衡;(4)將完成電解周期的電極對調(diào),進(jìn)行下一周期電解,實(shí)現(xiàn)鹽湖鹵水中鋰的不斷提取與富集,電解提鋰時陽極陰極分別如反應(yīng)(9)和(10)所示。最后得到的陽極溶液中不含鎂離子等雜質(zhì)陽離子,僅為富含鋰的純凈溶液,可以采用碳酸鹽沉淀法生產(chǎn)碳酸鋰產(chǎn)品。

當(dāng)前鋰產(chǎn)品50%以上被用于鋰離子電池材料,如鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰以及鎳鈷錳三元鋰電池等的制備。對于鋰離子電池而言(以錳酸鋰鋰離子電池為例),充電時錳酸鋰材料中的鋰離子會從晶格中脫出,并在電場驅(qū)動下插入負(fù)極層狀石墨形成層間化合物;放電過程則相反,負(fù)極中的鋰從石墨層中脫出,經(jīng)電解質(zhì)溶液重新進(jìn)入到錳酸鋰晶格中。由于錳酸鋰獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu),鋰能自由地嵌入和脫出而不破壞其晶體結(jié)構(gòu),可以反復(fù)進(jìn)行充放電過程,從而使電池?fù)碛辛己玫难h(huán)能力,其工作原理如圖1所示[6]。實(shí)際上,鋰離子電池充放電過程中鋰的嵌入和脫出行為,亦可看作一種基于電位控制下的鋰的“電化學(xué)吸附”和“電化學(xué)解吸”。在此過程中,由于鋰離子電池材料的晶體結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的鋰離子遷移通道、穩(wěn)定的電化學(xué)氧化還原位點(diǎn),因而對鋰離子嵌入表現(xiàn)出高度選擇性的特性。因此,如果將含鋰的鹽湖鹵水來“代替”傳統(tǒng)的LiPF6鋰離子電解液,采用類似于鋰離子電池的工作原理,那么在新的充放電或以化學(xué)試劑來實(shí)現(xiàn)的氧化/還原體系中,鹵水中的鋰將選擇性地在電極材料中進(jìn)行鋰的嵌入和脫出,即鋰離子電極材料被氧化時鋰離子從電極材料中脫出(鋰的解吸過程),而再將其還原時實(shí)現(xiàn)鋰重新嵌入至電極材料(鋰的吸附過程)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]富鋰礦物的鋰提取與戰(zhàn)略性應(yīng)用[J]. 尚璽,孟宇航,張乾,楊華明.  礦產(chǎn)保護(hù)與利用. 2019(06)
[2]聚吡咯作為水系鋰離子電池的負(fù)極材料[J]. 丁偉,王林霞,胡天陽,IBINEWO Michael,王高軍.  電源技術(shù). 2019(12)
[3]全球鋰礦資源現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 楊卉芃,柳林,丁國峰.  礦產(chǎn)保護(hù)與利用. 2019(05)
[4]能源金屬鋰資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J]. 譚秀民,張永興,張利珍,趙恒勤,張秀峰,伊躍軍,馬亞夢.  礦產(chǎn)保護(hù)與利用. 2017(05)
[5]新能源材料鋰:資源儲量與供需形勢分析[J]. 吳榮慶.  國土資源情報(bào). 2017(01)
[6]全球鹽湖鹵水型鋰礦床成礦特征與資源潛力分析[J]. 王秋舒,邱景智,邵鶴楠,許虹.  中國礦業(yè). 2015(11)
[7]鹽湖提鋰研究和工業(yè)化進(jìn)展[J]. 黃維農(nóng),孫之南,王學(xué)魁,乜貞,卜令忠.  現(xiàn)代化工. 2008(02)
[8]碳酸鋰及鈣鎂雜質(zhì)在扎布耶混鹽碳化過程中的行為[J]. 楊卉芃.  礦產(chǎn)保護(hù)與利用. 2005(03)
[9]鋰離子電池正極材料鋰鎳鈷氧化物的研究[J]. 桂陽海,趙恒勤,胡國榮.  礦產(chǎn)保護(hù)與利用. 2004(06)

碩士論文
[1]鋰離子電池正極錳酸鋰的制備[D]. 徐靜.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 2019
[2]納米錳酸鋰及錳酸鋰/石墨烯復(fù)合物的制備與電化學(xué)性質(zhì)研究[D]. 伏勇勝.陜西科技大學(xué) 2015



本文編號：3462419