一种电化学制备高纯电池级氢氧化锂的装置及其方法与流程

文档序号:19540199发布日期:2019-12-27 16:21阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种电化学制备高纯电池级氢氧化锂的装置,其特征在于,所述的装置包含两个电催化电极和两个隔膜:氧化电极(100)、制氢电极(200)、阴离子交换膜(300)以及阳离子交换膜(400);

所述的氧化电极(100)和阴离子交换膜(300)组成阳极池;

所述的制氢电极(200)和阳离子交换膜(400)组成阴极池;

所述的装置还包括脱锂池,所述的脱锂池通过阴离子交换膜(300)与阳极池连接;所述的脱锂池还通过阳离子交换膜(400)与阴极池连接;

所述的阳极池中电解液为有机物水溶液(500),所述的有机物水溶液(500)作为牺牲剂,用于控制阳极电氧化反应,降低阳极电位;

所述的脱锂池中电解液为锂盐溶液(600);

所述的阴极池中电解液为回收锂的清液(700)。

2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的氧化电极(100)的制备方式如下:将电极材料a(150)加入到乙醇和5wt%的nafion的混合溶液中混合超声制备成浆料,乙醇和nafion(5wt%)体积比为9:1,均匀涂覆到导电基体(800)上,再经过烘干获得氧化电极(100);

所述的氧化电极(100)的电极材料a(150)选自下列材料中的任意一种或几种:

pt-m合金催化剂、pt-氧化物修饰型催化剂、pt-碳/氮化物型催化剂或pt-杂多酸型催化剂;m选自ru,sn,w或pd;pt-氧化物选自ruo2、ceo2、tio2或iro2;pt-碳/氮化物选自wc或tin;

基于非贵金属fe,co,ni,cu,mn,cr,v及ceox氧化物;

基于多元非贵金属mn-ce、mn-cu、co-ce、sn-ce、mn-co及ce-cu的氧化物;

基于au、rh及pd系金属与la2o3、ceo2、fe2o3、mgo、zno、cuo以及v2o5氧化物中的两种或多种材料的复合;

所述的导电基体(800)选自钛网、泡沫钛、泡沫镍、碳纸或碳布。

3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的制氢电极(200)的制备方式如下:将电极材料b(250)加入到乙醇和5wt%的nafion的混合溶液中混合超声制备成浆料,乙醇和nafion(5wt%)体积比为9:1,均匀涂覆到导电基体(800)上,再经过烘干获得制氢电极(200);

其中,所述的制氢电极(200)的电极材料b(250)选自下列材料中的任意一种或几种:

基于金属pt、ru、rh、ir及ag的单质、合金或者化合物;

基于pt、ru、ir,co及ni的金属单原子-碳基材料的复合物;

基于过渡金属ni,co,fe,mo、w、mn、cr、zn、ti、v的氧化物、氢氧化物、碳化物、硫化物、磷化物、硫磷化物或者氮化物;

基于过渡金属合金:ni、fe、co、zn、cr、mo、w、sn中的一种或几种的多元合金;

基于阴离子、阳离子以及缺陷工程改性后的金属化合物;

所述的导电基体(800)选自钛网、泡沫钛、泡沫镍、泡沫铜、碳纸、碳布、不锈钢网或者镍网。

4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的有机物水溶液(500)选自甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、苯甲醇以及四氯苯酚中的任意一种的水溶液。

5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的锂盐溶液(600)选自盐湖卤水、海水、废旧锂离子电池回收溶液纯化或酸化处理后的氯化锂、硫酸锂、碳酸锂或者磷酸锂水溶液中的一种。

6.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的回收锂的清液(700)选自纯水或者氢氧化锂水溶液。

7.采用如权利要求1-6任意一项装置进行电化学制氢氧化锂、氢气和酸的方法,其特征在于,包括如下步骤:

1)将制备得到的氧化电极(100)放入到阳极池中的有机物水溶液(500)中,有机物水溶液(500)中的有机物浓度为0.5~10mol/l;将制备得到的制氢电极(200)放入到阴极池中的回收锂的清液(700)中,回收锂的清液(700)中氢氧化锂浓度为0~1mol/l;在脱锂池中加入锂盐溶液(600),锂盐溶液(600)中锂离子浓度为0.05~1mol/l;

2)将电源正极接通氧化电极(100),负极接通制氢电极(200),构成电化学反应体系,对电化学体系施加2~500ma的电流,在恒电流的条件下进行反应,时间持续2~24h;

阳极池中,在恒电流的反应条件下,阳极池中有机物溶液(500)在氧化电极(100)的催化作用下发生氧化反应,生成二氧化碳气体和氢离子,同时脱锂池中锂盐溶液(600)中的阴离子在电场的作用下透过阴离子膜(300)迁移到阳极池中与氢离子结合得到相应的酸;

阴极池中,在恒电流的反应条件下,阴极池中的水在制氢电极(200)的催化作用下发生析氢反应,产生氢气和氢氧根离子,同时脱锂池中锂盐溶液(600)中的锂离子在电场的作用下透过阳离子膜(400)迁移到阴极池中与氢氧根离子结合得到氢氧化锂;

在持续施加恒电流的条件下,阳极池中的有机物不断被氧化,同时溶液中酸的浓度不断增大;阴极池中不断的析出氢气,同时溶液中氢氧化锂浓度不断增加;

3)将上述阳极池中的溶液转移,经过分离得到纯度较高的酸溶液,其分离出的上清液通过补液池重新注入到阳极池中;将上述阴极池中氢氧化锂富集的水溶液转移,通过蒸发、冷却结晶、固液分离以及沉淀烘干的方式获得氢氧化锂固体粉末,其分离出的水溶液通过补液池重新注入到阴极池中;脱锂池中的锂盐溶液通过补液池进行循环补充,可不断获得氢氧化锂、氢气和酸。


技术总结
本发明提供了一种电化学制备高纯电池级氢氧化锂的装置及其方法,所述的装置包含两个电催化电极和两个隔膜:氧化电极(100)、制氢电极(200)、阴离子交换膜(300)以及阳离子交换膜(400);所述的氧化电极(100)和阴离子交换膜(300)组成阳极池;所述的制氢电极(200)和阳离子交换膜(400)组成阴极池;所述的装置还包括脱锂池,所述的脱锂池通过阴离子交换膜(300)与阳极池连接;所述的脱锂池还通过阳离子交换膜(400)与阴极池连接。与已有技术相比,本发明具有如下技术效果:(1)本发明首次将电催化有机物氧化、电催化析氢还原以及电脱锂相结合:整个体系实现了同时制备氢氧化锂、氢气和酸三种产物。

技术研发人员:钟成林;张会刚
受保护的技术使用者:南京宁智高新材料研究院有限公司
技术研发日:2019.08.19
技术公布日:2019.12.27
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