電池級碳酸鋰制備方法


       隨著鋰離子電池在電子產品、新能源電動汽車等領域的應用,作為鋰離子電池的重要基礎原料—電池級碳酸鋰的需求量急劇增加。

       電池級碳酸鋰是生產鋰離子電池正極材料的關鍵原料,如鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池以及三元電池等的正極材料,均是以電池級碳酸鋰為基礎合成而得。此外,電池級碳酸鋰作為鋰離子電池的電解質添加劑,不僅能夠顯著提高電池的安全性能,而且可延長使用壽命。

       電池級碳酸鋰生產原料來源廣泛,目前常用的有粗碳酸鋰、鹽湖鹵水、鋰輝石、鋰云母、廢舊鋰電池等。

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       一、粗碳酸鋰提純制備電池級碳酸鋰工藝

       目前,粗碳酸鋰提純制備電池級碳酸鋰主要有有苛化法、重結晶法、氫化法等。苛化方法將精制的石灰乳添加到粗碳酸鋰的漿料中,以形成可溶性氫氧化鋰。鈣雜質主要以碳酸鈣的形式沉淀,而鎂雜質則形成更多不溶的氫氧化鎂沉淀。過濾后除去鈣和鎂雜質后,將高純二氧化碳通入過濾液中以獲得碳酸鋰,將其與其他雜質進一步分離,并將沉淀的碳酸鋰干燥,以獲得高純度碳酸鋰產物。該方法對碳酸鋰與石灰乳的量的比例,石灰乳的純度和溫度提出了嚴格的要求。重結晶方法利用以下特性 :碳酸鋰在水中的溶解度隨溫度升高而降低,而常見雜質離子的溶解度隨溫度升高而升高。當加熱工業級碳酸鋰并與去離子水混合時,碳酸鋰是屬于不溶的。將雜質溶解、過濾除去雜質,干燥后可獲得高純度的碳酸鋰,在高溫下溶解并在操作過程中進行均勻攪拌可加速雜質的溶解。該方法操作簡便,除雜效果好,但碳酸鋰的溶解度低,在混合過程中容易發生壁的附著,損失大,工作周期長。

       碳酸氫化沉淀法是將粗制碳酸鋰和去離子水與水懸浮液混合,使高純二氧化碳氣體進入其中,得到碳酸氫鋰水溶液,將濾液作為沉淀過濾,并通過陽離子交換樹脂除去鈣和鎂等雜質離子。除去雜質后,碳酸氫鋰在高溫下分解,形成碳酸鋰沉淀。過濾后,用熱的去離子水洗滌。干燥后成為高純度碳酸鋰產物。碳酸氫化沉淀法制備高純碳酸鋰在于加入一種沉淀劑,除去大部分鈣鎂等不可溶雜質,碳酸氫鋰高溫分解過濾可以除去可溶性雜質。該制備工藝相對簡單,今后的發展前景也十分可觀,并且能夠獲得相對理想的除雜效果,缺點是循環母液量大。

  • 二、鹽湖鹵水生產電池級碳酸鋰

       據統計,鹽湖鹵水鋰資源的儲量約占鋰總資源 70%~80%,從鹽湖鹵水中提取鋰已成為鋰鹽生產的主要方向??茖W院青海鹽湖研究所創造了水和鹽的多元素體系,從高濃度鹽水中有效分離鎂和濃鋰的新模式-一種選擇性離子遷移的新分離方法。青海鋰業和青海東臺吉乃爾鋰資源股份有限公司的工藝路線如下 :原料鹵水送之鹵水過濾車間,多介質過濾器去除原料鹵水中的雜質,凈液送之鋰鎂分離。經鋰鎂分離處理后的富鎂鹵水返回鹽田,低鎂高鋰的溶液則送之后續碳酸鋰的生產,產出符合質量要求的電池級碳酸鋰。

  • 三、鋰輝石制備電池級碳酸鋰工藝

       硫酸法提鋰工藝主要是基于晶相組織轉變的原理,先將含鋰礦石精礦在1000℃的高溫下焙燒,將其晶相轉化為β型,細粉碎后,與過量的濃硫酸混合均勻后再進入硫酸化焙燒窯焙燒。冷卻之后的硫酸鋰焙砂,漿化后輸送之浸出罐。在浸出罐內,硫酸鋰及硫酸鹽雜質進入溶液體系。加入除雜劑及中和劑,使雜質沉淀,固液分離得到浸出渣和富鋰溶液。富鋰溶液進一步除雜后得到高純硫酸鋰溶液,與碳酸鈉溶液在沉鋰釜中反應生成碳酸鋰晶體。結晶出來的碳酸鋰漿料經過濾洗滌得到電池級碳酸鋰。

  • 四、鋰云母制備電池級碳酸鋰工藝

       以鋰云母為原料、采用焙燒分解置換生產碳酸鋰并聯產鈉、鉀、銣、銫產品 ;采用了新型冶金工藝、設備與材料開發一體化研發的全新思路,通過對鋰云母強化提鋰工藝、符合工藝特點的關鍵設備、高附加值鋰產品等的研究,成功研發了鋰云母礦固氟技術、鋰云母分解技術、選擇性高效浸出技術、綜合利用鈉、鉀、銣、銫的產業化技術、鋰云母高效提鋰關鍵設備制備技術等。以上集成技術突破了傳統工藝的技術經濟瓶頸,實現了從鋰云母礦中高效、經濟提取電池級碳酸鋰新工藝的工業化應用。

  • 五、廢舊鋰電池回收制備電池級碳酸鋰工藝

       研究人員進行從廢磷酸鐵鋰中回收鋰資源的研究,以廢磷酸鐵鋰為原料進行鋰、鐵、磷的綜合回收,并充分利用了廢磷酸鹽中的磷、鐵、鋰資源。鋰、鐵具有高附加值,磷酸鐵,碳酸鋰產品和磷酸鋰是在無鐵渣的過程中生產的,回收率高。以磷酸鐵鋰廢料為原料,通過火法焙燒、鹽酸浸出、轉型除雜、堿化除雜、純堿沉鋰等步驟制備得電池級碳酸鋰。因此從廢舊鋰電池這座“城市礦山”回收制備電池級碳酸鋰,實現資源循環利用,符合節能減排政策,具有重要的經濟意義與社會意義。

文章來源:

上海有色網:需求逐年攀升 未來五年碳酸鋰和氫氧化鋰價格將高位波動

電池網:碳酸鋰 | 價格暴漲!“搶鋰”大戰還將繼續?

李偉達:電池級碳酸鋰制備工藝研究解析

魏昊等:電池級碳酸鋰制備與提純的研究進展

引用文章原鏈接:https://www.sohu.com/a/471506156_121124376





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