一种锂基蒙脱石包覆LiFePO4核壳材料及其制备方法和应用与流程

本公开涉及冶金，具体而言，涉及一种锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂资源在锂离子电池等相关领域有着广泛的应用，随着锂离子电池行业的快速发展，工业生产对锂资源的需求量增速愈来愈快，甚至近年来已出现锂原料供不应求的局面。如何从盐湖中高效快捷提取锂元素一直是一个待解决的科学问题。盐湖中锂含量低，镁等其它金属含量高，由于镁锂性质相近，从盐湖中选择性提取锂资源难度较大。电化学法从盐湖卤水中提锂，相比于传统的方法如沉淀法、煅烧浸取法、碳化法、纳滤膜法、溶剂萃取法及吸附法等可实现更清洁、更低能耗、更高提取效率的优点。

2、电化学法从盐湖卤水中提锂，是基于锂离子筛可在不同电压下实现氧化还原反应、同时完成li+嵌入/脱出过程的原理。现有的锂离子筛基材有：尖晶石型limn2o4、层状氧化物型limo2(m为过渡金属离子，即ni、co、mn等)、聚阴离子盐lifepo4，但前两者为氧化物，通常涉及金属离子溶出过程，导致基材寿命差，因此lifepo4最适合水系条件下进行电化学工作。lifepo4作为锂离子筛进行电化学li+嵌/脱过程，会由于电极-溶液界面电阻、电极本身电阻问题，导致li+嵌/脱电压平台存在极化现象(充放电电压较高)。

3、鉴于此，特提出本公开。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料及其制备方法和应用。

2、为了实现本公开的上述目的中的至少一个目的，可采用以下技术方案：

3、第一方面，本公开提供一种锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料，其包括作为核层的lifepo4和作为壳层的锂基蒙脱石，所述锂基蒙脱石包覆于所述lifepo4的表面。

4、在本公开的一些实施方式中，所述lifepo4和所述锂基蒙脱石的质量比为1：0.1％～1％。

5、第二方面，本公开提供一种锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料的制备方法，其包括将lifepo4和锂基蒙脱石混合，并加入醇溶剂，进行凝胶反应，对获得的凝胶进行干燥并研磨即得。

6、在本公开的一些实施方式中，所述lifepo4和所述锂基蒙脱石的质量比为1：0.1％～1％。

7、在本公开的一些实施方式中，所述醇溶剂的加入量占所述lifepo4质量的30％～300％。

8、在本公开的一些实施方式中，所述醇溶剂包括乙醇、乙二醇、聚乙二醇、丙醇或甲醇中的任意一种或至少两种的组合。

9、在本公开的一些实施方式中，所述凝胶反应的温度为70～100℃。

10、在本公开的一些实施方式中，对所述凝胶进行干燥的温度为80～120℃，干燥时间为1～18h。

11、在本公开的一些实施方式中，所述锂基蒙脱石的制备方法包括：将蒙脱石与第一锂溶液混合浸润，随后过滤并收集固体粉末，干燥即得。

12、在本公开的一些实施方式中，所述第一锂溶液中的锂离子浓度大于1g/l。

13、在本公开的一些实施方式中，所述浸润的温度为70～100℃，所述浸润的时间大于12h。

14、在本公开的一些实施方式中，对所述固体粉末进行干燥的温度为80～120℃，干燥时间为3～12h。

15、第三方面，本公开提供如前述实施方式任一项所述的锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料或如前述实施方式任一项所述的锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料的制备方法制备获得的锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料在盐湖卤水提锂中的应用。

16、第四方面，本公开提供一种盐湖卤水提锂的方法，其包括：将如前述实施方式任一项所述的锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料或如前述实施方式任一项所述的锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料的制备方法制备获得的锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料作为锂离子筛，记为m-lifepo4，将所述锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料中的一部分进行脱锂制备贫锂离子筛，记为m-fepo4；

17、将所述m-lifepo4和所述m-fepo4分别加入阳极室和阴极室内进行电化学提锂；

18、或者，

19、将所述m-lifepo4和所述m-fepo4分别涂覆于阳极板和阴极板上进行电化学提锂。

20、在本公开的一些实施方式中，在将所述m-lifepo4和所述m-fepo4分别加入阳极室和阴极室进行电化学提锂时，包括如下操作：

21、将所述m-lifepo4与第二锂溶液混合制浆置于阳极室内，将所述m-fepo4与卤水混合制浆置于阴极室内；

22、将所述阳极室内插入阳极板，所述阴极室内插入阴极板，所述阳极室和所述阴极室以阴离子膜隔开，对所述阳极板和所述阴极板施加电压，进行电化学提锂，到达第一截止电压时停止工作。

23、在本公开的一些实施方式中，所述m-lifepo4与所述第二锂溶液合制浆的固液比为1：1～30；所述m-fepo4与所述卤水混合制浆的固液比为1：1～30。

24、在本公开的一些实施方式中，所述阳极室和所述阴极室在提锂过程中保持搅拌。

25、在本公开的一些实施方式中，所述搅拌的速度为100～1000r/min。

26、在本公开的一些实施方式中，所述第二锂溶液的主要成分为licl，其中锂浓度为<15g/l。

27、在本公开的一些实施方式中，在将所述m-lifepo4和所述m-fepo4分别涂覆于阳极板和阴极板上进行电化学提锂时，所述m-lifepo4的涂覆厚度为0.01～1cm；所述m-fepo4的涂覆厚度为0.01～1cm。

28、在本公开的一些实施方式中，所述阳极板包括石墨电极、铂金属片或碳纤维电极中的一种。

29、在本公开的一些实施方式中，所述阳极板为石墨电极。

30、在本公开的一些实施方式中，所述阴极板包括石墨电极、铂金属片或碳纤维电极中的一种。

31、在本公开的一些实施方式中，所述阴极板为石墨电极。

32、在本公开的一些实施方式中，制备所述m-fepo4的方法包括：将所述m-lifepo4与含锂液混合制浆置于阳极室内，并保持搅拌，向阴极室内装填卤水，向腔室内分别插入阳极板、阴极板，按恒流方式进行通电，直至到达截止电压，从所述阳极室取出浆料过滤收集固体，即得所述m-fepo4。

33、在本公开的一些实施方式中，所述含锂液包括锂溶液或卤水。

34、在本公开的一些实施方式中，所述通电时的电流密度为10～100a/m2。

35、在本公开的一些实施方式中，所述第一截止电压和所述第二截止电压均为0.1～0.6v。

36、与现有技术相比，本公开的有益效果包括：

37、本公开提供的锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料通过将其锂基蒙脱石包覆在lifepo4锂离子筛表面，获得的产品为蒙脱石型核壳结构，所合成核壳结构材料制备的水系浆料电阻率显著降低。本公开的锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料是基于蒙脱石层状结构中层间离子极易发生类质通向置换的原理，lifepo4包覆锂基蒙脱石后能够产生极强的li+传导能力以及优秀的亲水性，显著降低了固-液界面li+嵌入脱出离子传导电阻，因此，用本公开制备的锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料，具备较高离子传导能力(降低整体电阻)，能够弥补lifepo4-水界面li+传导电阻大的缺陷，能够促进li+在水相-lifepo4晶粒之间的传导，即浆料整体电阻率降低，工作电压更低，从而进一步可以降低电化学盐湖提锂能耗。本公开制备获得的锂基蒙脱石包覆lifepo4核壳材料可以广泛应用于盐湖卤水提锂中。