基于LiMn2O4的电化学法提锂研究

作     者：赵孟瑶 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：纪志永

授予年度：2017年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电化学法 提锂 迁出容量 分离系数 单位能耗 卤水 浓海水 

摘      要：随着工业文明的快速发展,全球市场对锂的需求持续增长。目前,盐湖卤水/海水中锂资源的提取已然成为主流。电化学法提锂无需引入杂质离子,且工艺简单、易于控制,因此具有良好的应用前景。在直流电作用下,锂电池正极材料(LiMnO)在电解液中具有良好的脱/嵌锂行为,并考虑到LiMnO是锰基锂离子筛的优良前驱体,因此本课题对基于LiMnO电极的电化学提锂过程进行了研究。以LiMnO为活性物质,采用不同材料(石墨片、碳纸、碳纤维布)为集流体制得了LiMnO电极,探究了电压(0-1.2 V)、溶液温度(15、25、35°C)及部分常量共存离子(Na、Mg、Ca、K)对基于LiMnO电极的电化学提锂性能的影响。结果表明:基于三种集流体所制得的电极,在电压为1.2 V时,虽然能耗较高,但Li的迁出容量最大(≥34.3 mg/g);温度越高Li的迁出速率越快,但考虑到能耗也随温度上升,最佳温度以25°C为宜;共存离子对Li的提取影响顺序为MgNaCaK,电压越小Li与共存离子的分离效果越好;相同条件下,以碳纤维布为集流体制备的电极提锂性能最好。在0.6V电压下,将以碳纤维布为集流体制备的电极应用于模拟卤水和浓海水提锂。结果表明:以卤水为提取液,Li的平均迁出容量为22.2 mg/g,一次提取率为22.5%,分离系数α、α和α分别在310、71和110左右,电流效率大于89%,单位能耗约为18.0 W h/mol;以浓海水为提取液,Li的平均迁出容量为21.1 mg/g,一次提取率为14.0%,α、α和α分别约为380、97和110,电流效率大于86%,单位能耗约为18.6 W h;5次循环应用表明,电极的循环性能较好,可重复使用。