[发明专利]一种金属锂的提取方法

说明书

本发明公开了一种金属锂的提取方法，包括如下步骤：制备供锂电极、中转电极、收集电极这三种气凝胶膜电极；按照供锂电极/隔膜/中转电极/隔膜/收集电极方式组成三电极平行电池，插入惰性气体保护的六氟磷酸锂基电解液中，形成提锂电池系统；接着对收集电极(负极)/中转电极(正极)电池进行充电，使中转电极中锂离子迁移到收集电极上；然后再对中转电极(负极)/供锂电极(正极)电池进行充电，使供锂电极中的锂离子迁移到中转电极上，重复以上充电过程，使供锂电极中的锂离子持续迁移到收集电极上；含锂的收集电极经过液氨浸泡，将所得含锂液氨溶液蒸发，得到金属锂和氨气。本方法工艺简单，资源可循环使用，具有广泛的商业化应用前景。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种金属锂的提取方法。

背景技术

锂离子电池是当今电池行业的绝对主流，发展迅速，推动了智能手机、笔记本电脑和电动汽车等诸多领域的革命性进步。随着众多企业进入新能源汽车领域，动力锂电池驶入快速发展车道，多企业跨界布局锂电，作为锂电池的核心原料锂的需求量越来越大，各企业间的“抢锂”大战不断持续。在锂电池的产业链中，锂资源成为关键。谁占有了锂资源，谁就拥有了定价权。但目前资源日益枯竭，导致锂成本大幅增加。

解决锂资源紧缺，布局多途径的锂源提取技术将是今后锂资源发展的方向。

长期以来，锂资源主要由锂矿石提供。目前，矿石提锂的方法主要有硫酸法、硫酸盐法、石灰烧结法、氯化焙烧法，纯碱压煮法等。硫酸法从锂辉石中提取碳酸锂是当前比较成熟的矿石提锂工艺，此方法先将天然锂辉石在950-1100℃焙烧，使其由单斜晶系的α-锂辉石转变成高化学活性的四方晶系β-锂辉石，然后将硫酸与β-锂辉石在250-300℃下焙烧，通过硫酸化焙烧发生置换反应，生成可溶性硫酸锂和不溶性脉石，过程包括生料焙烧、冷却细磨、酸化焙烧、水浸、分离等几个主要工序，此方法不仅步骤繁琐、需要高温焙烧，还要用到大量浓硫酸，存在较大安全隐患；硫酸盐法是用硫酸钾与天然锂辉石烧结，使矿石中的锂转变为硫酸锂，通过熟料溶出使锂从矿石中进入溶液，该方法号称几乎能分解所有的含锂矿石，但是若不用Na₂SO₄替代部分K₂SO₄，即消耗大量的钾盐，最终导致生产成本较高、产品也常被钾污染；石灰烧结法是用石灰或石灰石与含锂矿石烧结，再将烧结块溶出以制取碳酸锂，过程包括生料制备、焙烧、浸出、洗澄、浸出液浓缩、净化、结晶等几个主要工序，此方法不仅步骤繁琐，溶液浓度低，蒸发能耗大，物料流通量大，锂回收率较低，并且浸出后矿泥有凝聚性，维护设备困难；氯化培烧法是利用氯化剂使矿石中的锂及其它有价金属转化为氯化物，进而提取金属及其化合物，但是LiCl的收集较难，炉气腐蚀性强，试剂用量大；纯碱压煮法主要包括晶型转化焙烧、压煮、碳化溶出及沉锂四大工艺，此法同样存在步骤繁琐问题，并且压煮须在高压高温条件下进行，操作技术要求相对较高，目前没有现成的锂盐生产工厂可供借鉴。

目前，动力电池回收市场日渐升温，为锂资源供给开辟了新渠道。目前废旧锂离子电池回收一般是从含有金属资源的黑粉中采用湿法浸出、萃取技术先提取镍、钴、锰、铁等金属资源，然后通过碳酸盐沉淀的方式最后提取锂金属资源，让金属锂资源经过这么长的工艺流程，不可避免地造成金属锂资源在回收过程中流失，锂的回收率显著下降；另一方面，正因为大量的锂离子存在于浸出、萃取、返萃过程，使萃取得到的镍、钴等盐纯度达不到电池级的标准，难以回用于锂离子电池的再制造。

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。

发明内容

针对上述存在的技术问题至少之一，本发明目的是提供一种金属锂的提取方法，该方法首先利用冷冻干燥技术制备三种不同用途的气凝胶膜电极，并以此组装供锂电极/隔膜/中转电极/隔膜/收集电极的三电极平行电池，然后依次对收集电极(负极)/中转电极(正极)电池、中转电极(负极)/供锂电极(正极)电池、收集电极(负极)/中转电极(正极)电池进行充电，使供锂电极中的锂离子迁移到收集电极上，从而实现对含锂矿石或废旧锂离子正极材料中金属锂的提取。

本发明的技术方案为：