[发明专利]一种高导电性提锂电极的制备方法

说明书

本发明提供了一种高导电性提锂电极的制备方法，包括采用导电聚合物单体对电极活性物质进行表面包覆改性，提高电极活性物质的导电性和亲水性；在电极吸附材料制浆过程引入高分子有机化合物，通过共混改性改善粘结相的亲水性，并增强导电聚合物的导电性和化学稳定性。此外，通过加入粒度不同的造孔剂，并采用程序烘干电极，使电极形成“多孔—微裂纹”的内部结构，提高溶液在电极板内部的传质效果。本发明所提供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。该电极具有高导电性、亲水性和渗水性，提锂效率优良。

技术领域

本发明属于盐湖提锂技术领域，具体涉及一种高导电性提锂电极的制备方法。

背景技术

近年来，盐湖提锂越来越受到人们的重视。针对盐湖锂资源的开发，发明了诸如蒸发法、吸收法、溶剂萃取法、电渗析法和膜分离法等多种工艺。蒸发法适合从低镁锂比溶液中提取锂(Mg/Li6)，即便如此在蒸发过程中约有50％的锂会损失在蒸发结晶盐中，而对高Mg/Li比值卤水的处理情况则更为严重。电渗析法和膜分离法虽然环保，但卤水需要用大量的水稀释，更糟糕的是，由于同为一价阳离子Li⁺和Na⁺/K⁺难以通过膜分离，因此需要将卤水中的Na⁺和K⁺通过蒸发法进行脱除，导致锂的大量损失。而对于溶剂萃取法，由于盐水的粘度较高，容易造成乳化现象。虽然通过离心萃取技术可以在一定程度上缓解这一现象，但有机萃取剂在卤水中具有一定溶解度，对环境带来潜在的污染。离子筛吸法因其选择性高、成本低、无毒等特点，被认为是盐水提锂的可行方法之一，但目前工业使用的离子筛材料的吸附容量低，且常需要对卤水进行升温吸附和解吸，能耗高。

针对盐湖提锂的难题，现有技术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201010555927.3、201010552141.6、201110185128.6和美国专利US 9062385B2)。通过利用LiFePO₄/FePO₄或LiMn₂O₄/MnO₂为电极对，通电后锂离子嵌入阴极电极材料被提取，与此同时阳极电极中的锂被释放到干净的溶液中，实现锂的回收和富集，但电流密度较低。中国专利CN 107201452 B、CN 108560019 B、201911082936.2等采用相同电极材料和类似原理的提锂工艺，其平均电流密度也基本都低于5A/m²。造成这一现象的主要原因在于：(1)电极活性材料本身的导电性差，不利于电化学性能的发挥，特别在盐湖所在的高寒地区，较低的自然温度进一步限制了材料电化学性能的发挥；(2)电极制备过程中采用疏水性的PVDF作为粘接剂，导致电极板亲水性差，溶液与电极材料界面的浸润性差；(3)电化学提锂电极活性物质的涂覆层较厚，且缺乏良好的溶液传质渠道，导致卤水在电极内部的传递速度慢，浓差极化严重。因此，亟待开发出具有高导电性、亲水性和渗透性的电化学提锂用电极，提高电极材料的低温电化学性能，实现锂的高效提取。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明针对传统电化学脱嵌法提锂用电极存在的导电性、亲水性和渗透性差的问题，旨在提供一种电化学提锂用的高导电性、亲水性和渗透性的电极，以及该电极的制备方法。利用本发明的高效电极，采用电化学脱嵌法可以实现锂的高效分离和富集。此外，本发明的电极制备工艺简单，加工成本低，极易工业化生产。

为实现上述目的，本发明提供了一种高导电性提锂电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将电极活性物质加入到含有十二烷基苯磺酸钠和FeCl₃的混合水溶液中，搅拌分散后加入导电聚合物单体，在0～5℃下反应1-10小时，反应结束后经过滤、洗涤、滤渣烘干后，得到导电聚合物改性电极粉体材料；

(2)将高分子有机化合物和粘结剂加入到有机溶剂中，真空机械搅拌直至溶解，得到混合胶液；