一种提锂电极、提锂方法及提锂系统与流程

本文涉及工业提锂，尤其涉及一种电极提锂方法及系统。

背景技术：

1、在盐湖提锂领域中，电化学提锂法其原理是通过在提锂水域中设置工作电极，在放电过程中对水域中的锂离子进行富集，随后在充电过程中将锂离子选择性地回收到回收液中，全程无需引入一些有毒的试剂或高耗能的设备，因此具有节能经济、安全环保的特点。

2、然而，目前的电化学提锂法所用工作电极的提锂效率非常有限，同时工作电极容易饱和失效，因此需要频繁更换。

技术实现思路

1、本文的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种提锂电极及提锂方法，该方法通过设置特定组成及结构的电极作为工作电极，在缺锂状态下置入待提锂水体中通电便可在无需使用额外的提锂装置下可实现高速提锂，且锂离子回收程度高。

2、为实现上述目的，本文所采取的技术方案为：

3、一种提锂电极，包括依次叠加的正极极片层、第一一价阳离子膜、第一传输层、负极极片层、第二传输层以及第二一价阳离子膜；所述正极极片层和负极极片层上设有用于连接电源的极耳。

4、在一实施例中，所述正极极片层包括集流体和活性物质层，所述活性物质为磷酸铁锂、锰酸铁锂、磷酸锰铁锂、钒酸锂、钴酸锂中的至少一种；

5、在一实施例中，所述正极极片层依次包括第一活性物质层、集流体和第二活性物质层；

6、在一实施例中，所述第一活性物质层和第二活性物质层的厚度为20～30μm。

7、在一实施例中，所述正极极片层中活性物质层的总厚度为40～60μm。

8、在一实施例中，所述负极极极片层包括集流体和活性物质层，所述活性物质为石墨、炭黑、石墨烯中的至少一种；

9、在一实施例中，所述负极极片层依次包括第一活性物质层、集流体和第二活性物质层；

10、在一实施例中，所述第一活性物质层和第二活性物质层的厚度为20～30μm。

11、在一实施例中，所述负极极片层中活性物质层的总厚度为40～60μm。

12、在一实施例中，所述第一传输层和第二传输层为含孔的海绵层、树脂层中的至少一种，所述第一传输层和第二传输层的平均孔径为50～200μm，孔隙率为80～90％。

13、在一实施例中，所述第一传输层和第二传输层的厚度为60～80μm。

14、本文的另一目的为提供一种提锂方法，包括以下步骤：

15、将本文所述的提锂电极置入可溶性金属盐溶液中，接通电源并使得提锂电极中的正极极片层发生脱锂反应；

16、将脱锂反应后的提锂电极置入待提锂水体中，接通电源进行并使得提锂电极中的正极极片层发生嵌锂反应；

17、将提锂反应后的提锂电极置入回收溶液中，接通电源并使得提锂电极中的正极极片层发生脱锂反应，即完成所述提锂。

18、本文所述的提锂电极通过类似锂离子电池结构的设置，无需诸如常规电化学提锂方法所用提锂电极需要频繁进行替换，将该提锂电极置入可溶性金属盐溶液中并接通电源时，与锂离子电池类似的脱嵌锂反应类似，提锂电极中的正极极片层将会发生脱锂反应并形成欠锂状态，随后将欠锂状态的该电极置入待提锂的水体中，只需相应在正负极极片的极耳上接通相反的正负电源，即得使得该提锂电极发生相反的嵌锂反应，基于传输层和一价阳离子膜的作用，水体中的锂离子将会发生选择性富集，待富集完成后，只需将提锂电极放入回收溶液中并再次接通相反的正负电源，即可将富集的锂离子释放进溶液中，最终完成提锂回收，而该提锂电极则可以进行下一次的提锂作业，无需对极片层进行更换或处理。

19、同时传输层的作用是为待提锂水体在锂离子富集过程中提供传输通道，促进水体与正极极片层接触，类似于锂离子电池中的隔膜层，如果孔径过小，不利于水体的传输，但如果孔径过大，又会导致水体传输速率过快，可能导致锂离子的富集效果不佳，回收率低。

20、在一实施例中，所述提锂电极中，正极极片层、第一一价阳离子膜、第一传输层、负极极片层、第二传输层以及第二一价阳离子膜依次叠加并卷绕成圆柱形，最内层为正极极片层。

21、在一实施例中，脱锂反应后的提锂电极以提锂电极各层依次叠加方向的垂直方向置入待提锂水体中，在提锂电极中的正极极片层发生嵌锂反应时，待提锂水体自提锂电极底部向上部流动。

22、在一实施例中，所述待提锂水体的流速为0.01～0.03m/s。

23、当本文所述提锂电极采用类似锂离子电池电芯类似的卷绕结构进行设置时，相比于其他结构的电极具有更大的接触面积，同时在进行一次提锂过程中每单位正极极片活性物质的提锂量更多，并且圆柱形结构还可以设置多层电极，因此电极比表面积相对更大，正极极片上的活性物质层相对而言厚度可以设置为较低范围，从而减少提锂过程中的极化作用，如果活性物质层厚度过高，反而可能导致提锂电极无法充分发挥提锂效率。

24、本文的再一目的在于提供一种提锂系统，包括两极电源、本文所述提锂电极以及与提锂电极密闭相连的负压抽水装置，所述提锂电极中的正极极片层呈缺锂状态。

25、如上文所述，本文所述提锂电极在预先进行脱锂反应后便可直接放入待提锂的水体例如卤水当中，同时开启与提锂电极连接的抽水装置，可以使得水体自下而上流动并接触提锂电极，最大程度地使得锂离子富集在电极当中，最终实现高效提锂。

26、相比于现有技术，本文的有益效果为：

27、本文提供了一种提锂电极，基于特定的结构设计，在预先进行脱锂反应后便可直接应用在水体电化学提锂当中，同时该提锂电极在提锂完成后可通过逆向反应直接回收锂离子并再次投入下批次水体提锂当中，无需进行更换或者装置辅助，提锂效率高。

技术特征：

1.一种提锂电极，其特征在于，包括依次叠加的正极极片层、第一一价阳离子膜、第一传输层、负极极片层、第二传输层以及第二一价阳离子膜；所述正极极片层和负极极片层上设有用于连接电源的极耳。

2.如权利要求1所述提锂电极，其特征在于，所述正极极片层包括集流体和活性物质层，所述活性物质为磷酸铁锂、锰酸铁锂、磷酸锰铁锂、钒酸锂、钴酸锂中的至少一种。

3.如权利要求2所述提锂电极，其特征在于，所述正极极片层依次包括第一活性物质层、集流体和第二活性物质层；所述第一活性物质层和第二活性物质层的厚度为20～30μm。

4.如权利要求3所述提锂电极，其特征在于，所述正极极片层中活性物质层的总厚度为40～60μm。

5.如权利要求1所述提锂电极，其特征在于，所述第一传输层和第二传输层为含孔的海绵层、树脂层中的至少一种，所述第一传输层和第二传输层的平均孔径为50～200μm，孔隙率为80～90％。

6.如权利要求5所述提锂电极，其特征在于，所述第一传输层和第二传输层的厚度为60～80μm。

7.一种提锂方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述提锂方法，其特征在于，所述提锂电极中，正极极片层、第一一价阳离子膜、第一传输层、负极极片层、第二传输层以及第二一价阳离子膜依次叠加并卷绕成圆柱形，最内层为正极极片层。

9.如权利要求7所述提锂方法，其特征在于，所述脱锂反应后的提锂电极以提锂电极各层依次叠加方向的垂直方向置入待提锂水体中，在提锂电极中的正极极片层发生嵌锂反应时，待提锂水体自提锂电极底部向上部流动。

10.如权利要求9所述提锂方法，其特征在于，所述待提锂水体的流速为0.01～0.03m/s。

11.一种提锂系统，其特征在于，包括两极电源、权利要求1～6任一项所述提锂电极以及与提锂电极密闭相连的负压抽水装置，所述提锂电极中的正极极片层呈缺锂状态。

技术总结
一种提锂电极、提锂方法及提锂系统，提锂电极基于特定的结构设计，在预先进行脱锂反应后便可直接应用在水体电化学提锂当中，同时该提锂电极在提锂完成后可通过逆向反应直接回收锂离子并再次投入下批次水体提锂当中，无需进行更换或者装置辅助，提锂效率高。

技术研发人员：李爱霞,余海军,谢英豪,李长东
受保护的技术使用者：广东邦普循环科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29