[发明专利]Li回收方法和现场生产用于Li回收方法的化学品

说明书

本公开介绍了用于使Li回收方法中所需的酸、碱和盐试剂再循环的方法。实施包含氧去极化阴极的膜电解池以在现场产生所需的化学品。该系统可以利用一部分盐沼盐水或其他含锂的盐水或固体废物产生盐酸或硫酸、氢氧化钠和碳酸盐。同时产生酸和碱使得可以在从盐水和矿物岩石中回收Li的常规方法中利用这两种化学物质。脱盐的水也可用于回收方法中的洗涤步骤或返回到蒸发池塘中。该方法还可用于将锂盐直接转化为高价值的LiOH产品。该方法不产生任何固体流出物，这使其易于用于现有的工业Li回收设备。

相关申请的交叉引用

本申请是申请号为201980092809.2、申请日为2019年12月19日的中国发明专利申请的分案申请。

本申请要求于2018年12月21日提交的美国临时申请号62/784,324以及于2019年9月27日提交的美国临时申请号62/907,486的优先权，出于所有目的，将二者的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及Li回收方法和Li回收方法中使用的化学品的现场生产。本发明可用于改进从包括盐水来源或锂矿石来源在内的各种来源提取锂，其中可能需要盐酸、氢氧化钠和/或硫酸。本发明可以通过利用现场已有的盐水来消除对酸和碱原料进行外包的需要，无论该盐水是来自盐沼盐水或锂矿石精炼过程中产生的盐水溶液或锂离子电池再循环过程中产生的盐水。本发明还可用于将含锂盐(例如氯化锂或硫酸锂)直接转化为更高价值的氢氧化锂产品。本发明还可以提供一种被配置用于膜电解池的气体扩散电极和生产该气体扩散电极的方法。此外，本发明可以提供一种用于处理含盐溶液的膜电解池。本发明还可以提供一种使用膜电解池来纯化或浓缩或生产LiOH的方法。

背景技术

由于锂离子电池(LIB)作为汽车和电子应用储能的主要来源的出现，锂在过去几十年中受到越来越多的关注。严重依赖LIB的电动汽车(EV)市场在过去十年中也在以创纪录的速度扩张，预计将与内燃机共享20％的运输市场。预计包括太阳能和风能应用在内的可再生能源发电也将依赖LIB来实现负载均衡。回收(例如从LIB中再循环Li)被认为是锂的二次资源。除了电池，Li还应用于玻璃和陶瓷、化学品和制药、冶金和润滑脂。因此，对改进的Li回收方法和相关设备的需求仍然不断增长。

发明内容

作为本发明的一个方面，本文公开了一种用于膜电解池的气体扩散电极。气体扩散电极包括被配置为扩散气体的扩散层；设置在扩散层的表面上的亲水性催化剂层，该亲水性催化剂层具有大于扩散层的亲水性并且能够传输负离子；设置在亲水性催化剂层的表面上的离子交换膜，该离子交换膜被配置为将离子从亲水性催化剂层交换到离子交换膜的相对表面。

根据本发明的另一方面，还公开了一种生产用于膜电解池的气体扩散电极的方法。该方法包括在扩散层的表面上设置亲水性催化剂层，该亲水性催化剂层的亲水性大于扩散层的亲水性；以及在所述催化剂层的表面上设置离子交换膜，所述离子交换膜被配置为将离子从催化剂层交换到离子交换膜的相对表面并防止催化剂层的溢流。

根据本发明的另一方面，还公开了一种用于处理含盐溶液的膜电解池。该膜电解池包括入口，通过该入口将含盐溶液引入到膜电解池的内部；阳极，其被定位以在膜电解池的内部延伸并被定位在阳极隔室中；阴极，其包括被定位以在膜电解池的内部延伸并被定位在阴极隔室中的气体扩散电极，该气体扩散电极包括被配置为扩散气体的扩散层和设置在所述扩散层的表面上的亲水性催化剂层，所述亲水性催化剂层的亲水性大于所述扩散层的亲水性，并且所述亲水性催化剂层被配置为传输负离子；气体入口，包含O₂的气体通过该气体入口被引入以与气体扩散电极接触；第一离子交换膜，其介于阳极隔室和气体扩散电极的亲水性催化剂层之间，该第一离子交换膜被配置为将从阳极接收的离子交换到第一离子交换膜的相对表面；以及至少一个出口，通过该出口将盐溶液的产物从膜电解池的内部去除。

最后，根据本发明的又一方面，公开了使用膜电化学槽来纯化或浓缩LiOH的方法。

附图说明