[发明专利]基于锂离子固态电解质的锂元素提取方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于锂离子固态电解质的锂元素提取方法及装置，其中，方法包括以下步骤：将参加反应的金属材料插入含有锂盐溶液的阳极中，得到阳极集流体的活性电极；将惰性材料插入含有氯化锂水溶液的阴极中，得到阴极集流体的惰性电极；将阳极集流体与阴极集流体隔离，并在电场驱动下，将含有锂盐液体中的锂离子通过锂离子固态电解质或含有锂离子固态电解质的混合物从阳极迁移到阴极，在惰性电极提取到锂元素。该方法可以利用锂离子固态电解质对锂离子的高选择通过性，通过电化学的办法实现对海水和盐湖水中锂离子的高效和低成本提取。

技术领域

本发明涉及材料科学与工程技术和化学技术领域，特别涉及一种基于锂离子固态电解质的锂元素提取方法及装置。

背景技术

针对锂元素的主要存在形式：陆地矿物(主要存在于大陆)和溶液离子(主要存在于盐湖和海水)，人们开发出了不同的开采技术。中国丰富的锂资源主要分布在青海、西藏、四川、江西、湖北和湖南。其中锂辉石主要分布于新疆、四川和河南；锂云母型矿床主要分布于江西、湖南等地。盐湖型锂矿主要有盐湖晶间卤水和井卤水，其中的锂盐矿主要赋存与盐湖地表卤水和晶间水中。我国的盐湖锂资源储量占总储量的64.81％，但由于我国绝大多数盐湖资源分布在青藏高原生态脆弱地区，锂资源的开发受到环境影响和技术壁垒制约。青海盐湖卤水中的氯化锂(LiCl)资源储量供给1982万吨，具有极高的开采价值和巨大的经济效益。

然而，我国卤水提锂比例较低，矿石提锂占比高达80％，究其原因，一方面碳酸盐型盐湖卤水提锂技术虽已成熟并产业化，但由于企业生产管理、技术应用等方面的问题，导致生产效益较低，难以达产、扩产；另一方面青海柴达木盆地尽管盐湖锂资源极其可观，但因镁锂分离技术难题尚未解决，大大限制了盐湖提锂企业的产能扩张。在提取技术上，盐湖卤水是一个复杂的多元开放系统，卤水中的阳离子主要有锂、钠、钾、钙、镁和硼等，且锂含量一般较低；阴离子主要为硫酸根离子、氯离子、碳酸根离子等。卤水提锂技术的成败取决于卤水中锂的绝对浓度和伴生离子的复杂性，原因在于二价镁离子、硼等元素存在给锂与其他阳离子的分离带来诸多麻烦。根据盐湖卤水赋存形式的不同，目前主要的卤水提锂技术主要包括沉淀法、膜法、萃取法和吸附法等，但这些方法都具有提取效率低，选择性低，杂质离子分离工艺复杂和成本高等缺点。

另外，对于储量最丰富的海水，目前尚无一种有效的，可行的开采方法。海水提锂存在着以下特点：(1)锂元素含量巨大，原料易得。(2)锂离子浓度极低，受其他离子影响大。海洋锂资源与大陆中的盐湖锂资源相似，即溶解在海水中的锂离子。二者的开采技术会有相似之处，但要实现海洋锂资源的有效开采难度更大，主要是因为锂离子的浓度：海水中的锂离子浓度为～120ppb，仅为盐湖中锂离子浓度的～1/2000。排除海水中大量的钠离子、镁离子和钾离子等的干扰，从中把极度稀释的锂离子大规模、低成本提取出来，是十分困难的事情，但也是收益巨大且有战略意义的事情。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

在能源方面，锂元素由于其高能量密度和高电化学势而被广泛应用于制造高效率的化学电源，被公认为“推动世界进步的能源金属”。尤其在新能源汽车领域，锂离子电池显示出其他类型电池没有的众多优势：具有工作电压高、能量密度高、寿命长、自放电速率小、无记忆效应、不含铅镉等有害物质、对环境友好等等。目前，锂离子电池已经成为最广泛使用的汽车电池能源，随着近期各国陆续提出燃油车禁售时间表，电动车带动的动力电池产能扩张增速必将继续提高。