[发明专利]在含锂的水溶液中提取锂的电解池用离子筛阴极

说明书

本发明提供了一种在含锂的水溶液中提取锂的电解池用离子筛阴极，将导电剂、可嵌锂氧化物，以及预锂化聚苯硫醚或预锂化聚苯硫醚衍生物，在混料机中混均得粉料A；将聚四氟乙烯粉体和粉料A在混料机中混合为粉料B；再用超音速干燥气体研磨，使粉料B中的聚四氟乙烯分子链延展打开，同碳基粉体形成物理粘连，获得粉料C；经高温热压下制成阴极膜D，再采用热压复合工艺，将阴极膜D热复合在耐蚀集流体的两面制成离子筛阴极。所制备的离子筛阴极活性物质负载量大、厚度均一可控、强度大、耐蚀性好、电导率高、电流效率高，且引入预锂化的聚苯硫醚基离子筛，可有效阻止其他碱金属和碱土金属进入到嵌锂氧化物的晶格中。

分案说明

本发明为申请日为2019年12月30日，申请号为2019113948804，发明名称为“一种在含锂的水溶液中提取锂的电解池用离子筛阴极及其制造方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种在含锂的水溶液中提取锂的电解池用离子筛阴极，属于新能源材料领域。

背景技术

伴随着移动通信、电动汽车、物联网的飞速发展，锂电池需求量持续增长，目前全球以锂电池为主的锂产品，年锂消耗量为~30万吨，并且以每年7%～11% 的速度不断增加，且呈现出指数级上升的趋势。可是，全世界探明的陆上锂资源总量只有1400万吨，远远不能满足未来锂的市场需求。 因此，从回收锂电池的处理液、盐湖卤水中有效提取锂变得尤为重要，并且海水中锂资源量非常巨大，是陆地锂资源总量的一万余倍。世界范围内，对水溶液中锂的提取技术的研究越来越热。

水溶液中提取锂最核心问题是如何让锂有效富集，研究者们提出的方法有采用日本产一价阳离子交换膜的电渗析法（中国专利申请号CN200310122238）、植酸沉淀法（中国专利申请号CN201610853866）、离子筛俘获法（中国专利申请号CN201010555927）等，其中以电渗析和离子筛相结合的办法最为便利（中国专利申请号CN201110185128），且成本较低，但是该方法中离子筛的制造过程沿用了传统的湿法制浆工艺，涂覆在耐蚀集流体的表面，该方法无法有效提高集流体表面的负载，溶剂蒸发过程导致涂层松散，电导率较低，且在腐蚀性和流动的含锂水溶液中容易脱落，寿命较短。另外，涂层中的嵌锂氧化物虽然可以有效防止碱土金属（钙和镁离子）的嵌入，但无法阻止钠、钾等碱金属的电化学嵌入，在含钠较高含锂微量的海水中，提锂较为困难。研究者还提出采用聚苯硫醚基粉体制备固态电解质，和构建阴极中的锂离子导电网络，室温下表现出优良锂离子电导率（中国专利申请号CN201610511980），但该方法中同样采用了的传统的NMP湿法涂布工艺，存在孔隙率高、电导率低、负载量低、无法充分发挥固态电解质锂离子导电能力的缺陷。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供一种在含锂的水溶液中提取锂的电解池用离子筛阴极，所制备的离子筛阴极活性物质负载量大、厚度均一可控、强度大、耐蚀性好、电导率高、电流效率高，并且引入预锂化的聚苯硫醚基离子筛，可以有效阻止其他碱金属和碱土金属进入到嵌锂氧化物的晶格中。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种在含锂的水溶液中提取锂的电解池用离子筛阴极，由可嵌锂氧化物、预锂化聚苯硫醚或预锂化聚苯硫醚衍生物、导电剂和聚四氟乙烯粘接剂组成的阴极膜；所述可嵌锂氧化物、预锂化聚苯硫醚或预锂化聚苯硫醚衍生物、导电剂由聚四氟乙烯粘接剂粘结成膜，且在聚四氟乙烯粘接剂中均匀分布；所述阴极膜热压复合在集流体上；其制备方法包括以下步骤：将导电剂、可嵌锂氧化物，以及预锂化聚苯硫醚或预锂化聚苯硫醚衍生物，在混料机中混合均匀至粉料A；其中，所述预锂化聚苯硫醚或预锂化聚苯硫醚衍生物由聚苯硫醚或其衍生物在高温下与锂盐发生反应而制得；将聚四氟乙烯粉体和粉料A在混料机中混合均匀至粉料B；混合过程在聚四氟乙烯呈玻璃态的温度条件下进行；所述粉料B在研磨设备中使用超音速干燥气体进行研磨，使得粉料B中的聚四氟乙烯的分子链延展打开，同导电剂形成物理粘连，且不发生化学反应，获得粉料C；粉料C在高温热压下制成阴极膜D；采用热压复合工艺，将阴极膜D热复合在耐蚀集流体的两面制成离子筛阴极。