电化学提锂电极及制备方法、提锂装置和方法

本发明属于电化学提锂领域，具体涉及一种电化学提锂电极及制备方法、提锂装置和方法。

背景技术：

1、锂离子电池的广泛应用和电动汽车的快速发展极大推动了市场对锂资源的需求。锂资源除了可从锂矿石中获得外，主要存在于盐湖水中。由于相似的离子半径以及理化性质，锂离子和镁离子的分离是从盐湖水中提取锂所面临的重大挑战。

2、传统的锂提取技术包括太阳能蒸发法以及锂离子筛吸附法等，但这些方法都有各自的局限性。常见的蒸发法耗时长，占地面积大，锂的提取效率和选择性较低，杂质离子难以去除。锂离子筛的制备和再生需要大量的酸，产生了严重的环境问题。

3、电化学提锂因其环境友好、电极易于再生，被认为是一种很有前途的盐湖水提锂技术。电化学提锂的阳极和阴极通常基于不同的离子储存机制。阴极活性材料通常选择便于锂离子嵌入/脱嵌的电池型材料包括limn2o4(lmo)和lifepo4(lfp)，而为了最大限度地提高阴极锂离子的嵌入量，用于存储cl-的阳极材料同样至关重要。

4、目前，已将活性炭(ac)、ag/agcl、bi/biocl、和聚苯胺(pani)与lmo、lfp进行组装，应用于电化学提锂。ac因其极低的成本与较大的比表面积而被广泛用作电化学提锂的阳极材料，然而低吸附容量和不可避免的同离子效应极大地影响了ac的性能，使用阴离子交换膜(aem)来避免同离子效应是必要的。基于转化机制的ag/agcl尽管具有较高的氯离子吸附能力，但成本较高，且转化后的agcl导电性差，限制了ag的实际应用。此外，bi/biocl和pani经过长周期的氯离子捕获和解吸后，稳定性并不理想。因此，开发一种具有高氯离子吸附量、高选择性、低成本且稳定性好的电化学提锂阳极材料是非常有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种化学提锂电极及制备方法、提锂装置和方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种电化学提锂电极，mal-ldo作为阳极活性物质，其中m为co、ni、mg中的一种。

4、所述的电化学提锂电极，包括阳极以及阴极；所述的阳极包括阳极活性物质mal-ldo、阳极导电添加剂以及阳极粘结剂；所述的阴极包括阴极活性物质lmo、阴极导电添加剂以及阴极粘结剂。

5、所述的阳极导电剂以及阴极导电剂独立地为常规导电剂中的一种，不做具体限定，本申请中以乙炔黑进行示例性说明。

6、所述的阳极粘结剂以及阴极粘结剂独立地为常规粘结剂中的一种，不做具体限定，本申请中以pvdf进行示例性说明。

7、所述的mal-ldo采用下述方式制备：1)将m盐、铝盐以及尿素与去离子水混合后进行水热反应得到前驱体mal-ldh；2)将步骤1)得到的前驱体高温煅烧得到mal-ldo。

8、步骤1)中所述的m盐、铝盐以及尿素的摩尔比为(1.5-4)：1：(10-20)；具体的可以根据不同的m盐进行调整，可以为1.5：1：10、4：1：20等。

9、m/al的摩尔比例为(1-3)：1；优选为(1.5-3)：1；优选为2.33：1。

10、水热反应的温度为100-120℃，反应时间为10-16h。

11、步骤2)中煅烧温度为400-600℃，反应时间为2-4小时；升温速率为2-4℃/min；优选为500℃。

12、本发明还包括一种所述的电化学提锂电极的制备方法，所述的阳极采用下述方式制备：将阳极活性物质、阳极导电添加剂以及阳极粘结剂按比例溶于nmp得到浆液，并将浆液刮涂到钛片上，干燥后作为阳极；

13、所述的阴极采用下述方式制备：将阴极活性物质、阴极导电添加剂以及阴极粘结剂按比例溶于nmp得到浆液，并将浆液刮涂到钛片上，干燥后作为阴极。

14、本发明还包括一种电化学提锂装置，包括所述的电化学提锂电极，本申请的电化学提锂装置为无膜提锂装置，可以采用现有技术的提锂装置进行组装，例如separationand purification technology,2023,323.中提及的提锂装置中去掉中间的离子交换膜，也可以采用其他现有技术中的无膜提锂装置进行替代。

15、本发明还包括一种电化学提锂方法，使用所述的电化学提锂装置。

16、具体的，对单锂离子溶液进行电化学提锂；优选的，单锂离子溶液为licl溶液，浓度为10-30mmol/l；-流速10-20ml/min，恒定电压为0.8-1.2v，恒定电流密度为10-20ma/g，电压区间为-1.0v至1.0v。

17、具体的，对混合锂离子溶液中进行电化学提锂；优选的，混合锂离子溶液为licl与mgcl2的混合溶液，licl浓度为5-25mmol l-1、mgcl2浓度为5-125mmol l-1，溶液流速为10-20ml/min，恒定电压为0.8-1.2v，恒定电流密度为10-20ma/g，电压区间为-1.0v至1.0v。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、本申请的技术方案将mal-ldo作为阳极活性材料制备得到阳极用以进行电化学提锂，其在无膜条件下即可实现对li+的良好提取性能，这主要归因于mal-ldo对cl-的高吸附容量以及高cl-选择性。本发明涉及的mal-ldh以及mal-ldo的制备工艺简单，成本较低，有望成为极具前景的电化学提锂阳极材料。

技术特征：

1.一种电化学提锂电极，其特征在于，mal-ldo作为阳极活性物质，其中m为co、ni、mg中的一种。

2.根据权利要求1所述的电化学提锂电极，其特征在于，包括阳极以及阴极；所述的阳极包括阳极活性物质mal-ldo、阳极导电添加剂以及阳极粘结剂；所述的阴极包括阴极活性物质lmo、阴极导电添加剂以及阴极粘结剂。

3.根据权利要求1所述的电化学提锂电极，其特征在于，所述的mal-ldo采用下述方式制备：1)将m盐、铝盐以及尿素与去离子水混合后进行水热反应得到前驱体mal-ldh；2)将步骤1)得到的前驱体高温煅烧得到mal-ldo。

4.根据权利要求3所述的电化学提锂电极，其特征在于，步骤1)中所述的m盐、铝盐以及尿素的摩尔比为(1.5-4)：1：(10-20)；水热反应的温度为100-120℃，反应时间为10-16h。

5.根据权利要求3所述的电化学提锂电极，其特征在于，步骤2)中煅烧温度为400-600℃，反应时间为2-4小时；升温速率为2-4℃/min。

6.一种权利要求1-5任一项所述的电化学提锂电极的制备方法，其特征在于，所述的阳极采用下述方式制备：将阳极活性物质、阳极导电添加剂以及阳极粘结剂按比例溶于nmp得到浆液，并将浆液刮涂到钛片上，干燥后作为阳极；

7.一种电化学提锂装置，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的电化学提锂电极。

8.一种电化学提锂方法，其特征在于，使用权利要求7所述的电化学提锂装置。

9.根据权利要求8所述的电化学提锂方法，其特征在于，对单锂离子溶液进行电化学提锂；优选的，单锂离子溶液为licl溶液，浓度为10-30mmol/l；流速为10-20ml/min，恒定电压为0.8-1.2v，恒定电流密度为10-20ma/g，电压区间为-1.0v至1.0v。

10.根据权利要求8所述的电化学提锂方法，其特征在于，对混合锂离子溶液中进行电化学提锂；优选的，混合锂离子溶液为licl与mgcl2的混合溶液，licl浓度为5-25mmoll-1、mgcl2浓度为5-125mmoll-1，流速为10-20ml/min，恒定电压为0.8-1.2v，恒定电流密度为10-20ma/g，电压区间为-1.0v至1.0v。

技术总结
本发明属于电化学提锂领域，具体涉及一种电化学提锂电极及制备方法、提锂装置和方法。电化学提锂电极，MAl‑LDO作为阳极活性物质，其中M为Co、Ni、Mg中的一种。本申请的技术方案将MAl‑LDO作为阳极活性材料制备得到阳极用以进行电化学提锂，其在无膜条件下即可实现对Li<supgt;+</supgt;的良好提取性能，这主要归因于MAl‑LDO对Cl<supgt;‑</supgt;的高吸附容量以及高Cl<supgt;‑</supgt;选择性。本发明涉及的MAl‑LDH以及MAl‑LDO的制备工艺简单，成本较低，有望成为极具前景的电化学提锂阳极材料。

技术研发人员：汪洋,乔一轩
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12