[发明专利]一种提锂电极及其制备方法

说明书

本发明一种电化学提锂用高选择性和亲水性电极及其制备方法，包括通过采用聚多巴胺对电极活性物质进行表面包覆改性，利用聚多巴胺具有优先集聚和传输锂离子的作用，实现对杂质离子的截留，提高电极活性物质对锂的选择性。在电极吸附材料制浆过程，通过引入含羟基的极性亲水有机高分子化合物进行共混改性，改善了粘接剂PVDF的亲水性。此外，将无机盐造孔和“先低温‑后高温”的烘干方式结合，使电极形成“多孔—微裂纹”的形貌，提高了溶液在电极板内部的传质效果。本发明所公开的电极制备方法具有简单易行、环境友好和成本低廉等特点，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于盐湖提锂领域，具体来说，涉及一种用于电化学脱嵌法溶液提锂技术所用电极及其制备的方法。

背景技术

近年来，随在新能源汽车、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。

盐湖卤水中的锂浓度低，且含有浓度高得多的杂质元素钠、镁、钾、硼等，给提锂带了巨大困难。针对盐湖提锂的难题，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201110185128.6、201010555927.3、201010552141.6、美国专利US9062385B2)。其主要过程为：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。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，由于盐湖卤水本身的高矿化度和高粘度特性，以致卤水在电极内部的传质非常困难，导致电流密度低，锂的提取速率较低。如何利华等采用上述的专利技术提锂，利用LiFePO₄/FePO₄电极对组建的电化学脱嵌法处理盐湖卤水，其电流密度多维持在2-5A/m²，中国专利CN 107201452 B中公开的一种基于LiMn₂O₄电极材料从含锂溶液中提锂的方法中，其提锂平均电流密度仅为3～6A/m²。此外，中国专利CN108560019 B公开的一种连续流控不对称锂离子电容提锂装置中，同样采用锰酸锂、磷酸铁锂、镍钼锰酸锂、LiA_xB_yC_(1-x-y)Oz三元氧化物的锂离子正极材料作为锂的嵌入材料，其权利要求的电流密度也仅为5A/m²。此外，中国专利(专利号201911082936.2)公开的一种基于“摇椅”式结构电极体系的“自驱动”电化学提锂方法中，其平均电流密度也不超过4A/m²。电流密度越低，单位电极面积的产能就越低，相应的设备投资越高。此外，在传统电化学脱嵌法提锂过程中，由于卤水中杂质离子浓度要高得多，提锂过程中容易发生阴极极化，导致杂质离子会嵌入电极材料。一方面杂质离子的嵌入对锂的选择性造成了很大障碍，导致提锂效率不高；另一方面对材料的循环性能具有潜在的危害。因此，亟待开发出一种具有高电流密度和高选择性的提锂用电极。

发明内容

本发明针对电化学脱嵌法用电极电流密度低、对高杂卤水中锂的选择性低的问题，旨在提供一种具有高提锂效率和高选择性的电极及其制备技术。利用本发明的电极，采用电化学法可以实现锂的高效选择性分离和富集，且该电极的制备工艺简单，易于工业化生产。