[发明专利]金属锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用熔融盐电解法的金属锂的制备方法，其中，可以连续地实施作为电解原料的无水氯化锂的制备和该熔融盐电解法。

背景技术

无水氯化锂作为利用熔融盐电解法制备金属锂的原料或除湿材料来使用。作为无水氯化锂的制备方法，例如专利文献1中公开了使盐酸与氢氧化锂反应来制备高纯度品的方法，另外，专利文献2中公开了在铁-镍催化剂存在下使悬浮于水的碳酸锂与氯气反应来进行制备的方法。

这些方法为了制备无水氯化锂，均需要将所得到的氯化锂进行脱水或干燥，在操作方面、设备方面需要花费成本。

专利文献3中公开了通过使氯气与氢氧化锂反应来制备无水氯化锂的方法。但是，由于原料氢氧化锂为强碱性，因此刺激眼、皮肤、粘膜。尤其是在用干式法进行反应的情况下，由于产生粉尘飞扬，因此难以作业，在操作方面、设备方面需要花费成本。

但是，在制备无水氯化锂时，在使用碳酸锂的溶融盐的情况下，由于该溶融盐显著地腐蚀金属材料，因此反应容器及配管类中所使用的材料受到很大限制(非专利文献1、非专利文献2)。而且，由于该溶融盐为高温，因此也必须考虑反应容器的耐热性。另外，当制备无水氯化锂时，在使用氯气的情况下，该氯气也为腐蚀性气体，通常如果高于500℃，则几乎不存在在氯气的氛围下可以使用的金属材料。因此，作为反应容器及配管类的材料，需要采用能够耐受高温的腐蚀环境的陶瓷等。

在金属锂的制备中，利用熔融盐电解法，早先进行了使用廉价的碳酸锂作为锂源的尝试。但是，目前不进行使用碳酸锂的商业生产。其理由列举如下：在主反应中发生在电解时消耗阳极石墨的电解反应(2Li₂CO₃+C→4Li+3CO₂)、及由电解生成的金属锂和碳酸锂在电解液中进行反应(Li₂CO₃+4Li→3Li₂O+C)，由此难以持续电解。

因此，现状是：以无水氯化锂为锂源，利用熔融盐电解法制备金属锂。

专利文献4中公开了如下方法：在用无水氯化锂进行熔融盐电解的情况下，将碳酸锂添加在阳极部浴表面，由此发生2Li₂CO₃+2Cl₂→4LiCl+2CO₂+O₂的反应，生成无水氯化锂，持续电解。

专利文献5中公开了如下方法：在用无水氯化锂进行熔融盐电解的情况下，将碳酸锂及作为碳源的木碳等同时添加在阳极室中，发生2Li₂CO₃+2Cl₂+C→4LiCl+3CO₂的反应，不会消耗阳极。

在这些专利文献4及5公开的方法中，关于由电解生成的金属锂和碳酸锂进行反应的上述问题，未得到解决。因此，这些方法中，碳酸盐浓度的控制较难、电流效率降低、产生黑泡、发生短路现象等操作上的问题较多。

专利文献6中公开了如下方法：将含有无水氯化锂的混合溶融盐的电解液的一部分抽出到电解槽外，装入氯化炉，在该炉中添加碳酸锂和氯化材料，使溶融的碳酸锂和氯化材料进行反应制成无水氯化锂，然后使该无水氯化锂返回到电解槽制成电解原料。该方法难以进行电解液的浓度调节，还需要循环设备，从安全性观点出发，也不能说是实用的。

专利文献7中公开了如下的电解法：用绝缘性的多孔隔壁将阳极室和阴极室隔开，将碳酸锂装入阳极室，仅使锂离子移动到阴极室，从而析出金属锂。该方法需要在高温下进行，电流效率低，绝缘性隔壁的耐腐蚀性也成为问题。

专利文献1：美国专利第4980136号公报

专利文献2：俄罗斯专利第2116251号公报

专利文献3：美国专利第2968526号公报

专利文献4：美国专利第3344049号公报

专利文献5：日本特开昭59-200731号公报

专利文献6：日本特开平1-152226号公报

专利文献7：美国专利第4988417号公报

非专利文献1：溶融盐/热技术的基础、溶融盐/热技术研究会编著，アグネ技术中心，1993、97页

非专利文献2：溶融盐的应用，伊藤靖彦编著，アイピ一シ一(IPC信息处理中心)、2003、305页

发明内容