一种纳米碳酸锂的制备方法

本发明属于碳酸锂的制备，具体涉及一种纳米碳酸锂的制备方法。

背景技术：

1、锂及其相关产业是21世纪能源产业新势力，锂有着电导率高、化学电化学活性高的独特性质，被称为“能源金属”和“推动世界前进的重要元素”。碳酸锂是锂的基础工业产品，已被广泛应用于锂离子电池、医药、军工航天等领域，同时碳酸锂也是制备其他锂盐的原料。随着纳米碳酸锂在医药和电池材料方面的应用逐渐发展，纳米碳酸锂的制备方法研究在近年逐渐进入人们视野。

2、碳酸锂的纯化方法有膜电解、重结晶、苛化碳化热解联用等方式，流程长，无法控制碳酸锂的团聚，往往制备出团聚现象严重的大颗粒碳酸锂。中国专利文献cn 114105172a公开了一种粗制碳酸锂石灰苛化碳化生产高纯碳酸锂的方法，该工艺在苛化得到氢氧化锂溶液后利用草酸和氢氧化钡作为除杂剂，并将氢氧化锂的一部分用于碳化制备碳酸氢锂与另一部分反应制备高纯级碳酸锂，该方法减少了杂质的包裹，减少了洗涤工序，但是无法制备小粒径的碳酸锂。

3、纳米碳酸锂的制备方法有水溶液法、气液相接触法等，均采用分散剂作为粒子固型剂，然而分散剂的引入通常会带来新的杂质。中国专利文献cn 113772697 a公开了一种纳米碳酸锂及其制备方法，该方法利用乙二醇、丙二醇、丁三醇等高极性有机溶析剂加入锂盐的碳化沉锂过程，使碳酸锂产品的粒径细小，然而该方法使用的有机溶剂成本较高。中国专利文献cn 111439764 a公开了一种纳米碳酸锂的制备方法，该方法将二氧化碳饱和的乙醇水溶液逐渐滴入氯化锂和无水乙醇混合的醇溶液中，通过减压蒸馏釜梯度升温蒸干得到纳米碳酸锂晶体，该方法实现了纳米碳酸锂的制备，但是生产效率较低，条件难控制。

4、因此，开发一种纳米碳酸锂的制备新工艺具备十分重要的实际意义。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种纳米碳酸锂的制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提出如下解决方案：

3、一种纳米碳酸锂的制备方法，采用碳酸氢锂溶液为电解液，在小电流下进行直流电解反应，电解结束后，将电解液进行固液分离，并将阴极转移至碳酸锂溶解度为不溶、难溶或微溶的液体介质中，剥离阴极极板所得生成物，所述固液分离所得固体和阴极极板所得生成物即为纳米碳酸锂产品。

4、作为优选，所述电解的阴极为不锈钢阴极板，所述阳极为表面具有钌铱涂层的钛阳极。

5、作为优选，所述电解的电流密度为0.1~5a/m2；所述电解的初始温度为25~30℃。

6、作为优选，所述剥离的方式为超声剥离或机械剥离中的一种或两者联用。

7、作为优选，所述液体介质为对碳酸锂溶解度为不溶或难溶的液体介质；所述液体介质包括无水乙醇、丙酮、异丙醇中的一种或两种以上组合及其水溶液。

8、作为优选，所述碳酸氢锂溶液的制备方法包括：

9、（1）将工业级碳酸锂、生石灰和水配制成浆料，进行苛化反应，经固液分离，得到氢氧化锂溶液和苛化渣；

10、（2）将氢氧化锂溶液浓缩后，向所得浓缩液中通入二氧化碳进行碳化反应，直至沉淀先出现然后大量溶解，经固液分离，得到高纯碳酸氢锂溶液和碳化渣。

11、作为优选，步骤（1）中，所述苛化反应的温度为30~95℃；所述苛化反应的时间为1~10h；所述苛化反应在搅拌条件下进行；所述搅拌的速度为200~400rpm。

12、作为优选，步骤（1）中，所述生石灰的纯度≥95%；所述浆料的固液质量比为1:8~12；所述浆料中，li2co3与cao的摩尔比为1:1.05~1.5。

13、作为优选，步骤（2）中，氢氧化锂浓缩液的li含量为25~35g/l。

14、作为优选，步骤（2）中，所述碳化反应的初始温度为25~30℃；所述碳化反应的终点ph值为8~9。

15、作为优选，步骤（1）中，所述苛化渣作为建筑填充材料外售；步骤（2）中，所述碳化渣返回步骤（1）进行苛化反应。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、本发明采用一定浓度的碳酸氢锂溶液作为原料，进行电解，将电解后的阴极在对碳酸锂不溶或难溶的液体介质中进行剥离，可以得到高纯度的纳米碳酸锂材料，该制备方法工艺流程短、操作简单、条件易控、且过程无有害气体生成、无需大量试剂、成本较低、绿色环保，且电解法是一种条件控制简单、容易放大生产的方法，具有可观的工业应用前景。

18、本发明可以采用工业级碳酸锂作为原料，通过苛化、固液分离除去其中的钙镁硅等杂质后，通过碳化能够实现纳米碳酸锂原料碳酸氢锂溶液的制备，原料利用率高、成本较低。

技术特征：

1.一种纳米碳酸锂的制备方法，其特征在于，采用碳酸氢锂溶液为电解液，在小电流下进行直流电解反应，电解结束后，将电解液进行固液分离，并将阴极转移至碳酸锂溶解度为不溶、难溶或微溶的液体介质中，剥离阴极极板所得生成物，所述固液分离所得固体和阴极极板所得生成物即为纳米碳酸锂产品。

2.如权利要求1所述的纳米碳酸锂的制备方法，其特征在于，所述电解的阴极为不锈钢阴极板，所述阳极为表面具有钌铱涂层的钛阳极。

3.如权利要求1所述的纳米碳酸锂的制备方法，其特征在于，所述电解的电流密度为0.1~5a/m2；所述电解的初始温度为25~30℃。

4.如权利要求1所述的纳米碳酸锂的制备方法，其特征在于，所述剥离的方式为超声剥离、机械剥离中的一种或两者联用；所述液体介质为对碳酸锂溶解度为不溶或难溶的液体介质；

5.如权利要求1所述的纳米碳酸锂的制备方法，其特征在于，所述碳酸氢锂溶液的制备方法包括：

6.如权利要求5所述的纳米碳酸锂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述苛化反应的温度为30~95℃；所述苛化反应的时间为1~10h；所述苛化反应在搅拌条件下进行；所述搅拌的速度为200~400rpm。

7.如权利要求5所述的纳米碳酸锂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述生石灰的纯度≥95%；所述浆料的固液质量比为1:8~12；所述浆料中li2co3与cao的摩尔比为1:1.05~1.5。

8.如权利要求5所述的纳米碳酸锂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述浓缩液的li含量为25~35g/l。

9.如权利要求5所述的纳米碳酸锂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述碳化反应的初始温度为25~30℃；所述碳化反应的终点ph值为8~9。

10.如权利要求5所述的纳米碳酸锂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述苛化渣作为建筑填充材料外售；步骤（2）中，所述碳化渣返回步骤（1）进行苛化反应。

技术总结
本发明提供一种纳米碳酸锂的制备方法，采用一定浓度的碳酸氢钠溶液作为电解液，利用微小电流电解可以在阴极极板上沉积纳米碳酸锂晶粒。该方法不仅能够制备纳米碳酸锂，而且产品均一性好、条件容易控制、工艺流程短、过程无有害气体生成、无需大量试剂、成本较低、绿色环保，工艺容易放大用于工业生产。本发明采用工业级碳酸锂作为原料，通过苛化、固液分离除去其中的钙镁硅等杂质后，通过碳化实现纳米碳酸锂原料碳酸氢锂溶液的制备，原料利用率高、成本较低。

技术研发人员：王接喜,刘松霖,王志兴,郭华军,颜果春,段惠,李广超,彭文杰,李新海
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19