《中南大学赵中伟教授团队“电化学脱嵌法盐湖提锂”获阶段性进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2019-01-03
  • 中国有色金属工业协会组织的专家委员会对中南大学和江苏中南锂业有限公司合作完成的“电化学脱嵌法盐湖提锂新技术”项目进行了科技成果评价,专家一致认为:“该项发明对充分开发我国丰富的高镁锂比盐湖资源具有重要的战略意义”、“技术发明属国内外首创,居国际领先水平”。 锂是重要的战略金属,被广泛地应用于能源、化工、电子、冶金、医药等诸多领域,在国民经济和国防建设中具有非常重要的战略地位,被誉为“21世纪的新能源金属”、“明天的宇航合金”。 我国是锂资源大国,其储量居世界第二,其中80%左右赋存于盐湖卤水。尽管如此,目前我国对锂产品的供需中50%以上依赖进口,且锂资源对外依存度高达70%。其主要原因在于是我国盐湖卤水镁锂比较高,难以绿色、经济提取。 当前,锂产品大多被用于锂离子电池材料的制备。在锂离子电池材料充电过程中,锂离子会从正极材料中脱出进入电解液;而在放电过程中,电解质中的锂离子则会重新嵌入进正极材料。实际上,锂离子电池工作过程中锂的嵌入和脱出行为,亦可看作为一种基于电位控制下的锂的“电化学吸附”和“电化学解吸”。 赵中伟教授团队反其道而行之,将锂离子电池的工作原理应用于从盐湖卤水中选择性提取锂,创造性地发明了“电化学脱嵌法盐湖提锂”新技术。基于这一创新思路,构筑了“富锂态吸附材料│支持电解质│阴离子膜│卤水│欠锂态吸附材料”的电化学提锂新体系,经过近十年的攻关,实现了盐湖卤水中锂的高选择性、低成本、绿色提取和富集。技术成果获授权发明专利6件(美国和德国各1件、中国4件),该项目技术具有完全自主知识产权,属国际首创。2017年技术成果转让给上海郸华科技发展有限公司(转让经费1.048亿元),并由上海郸华和中南大学共同成立江苏中南锂业有限公司,对技术进行持续开发和推广。 据悉,该成果转化技术已经完成工业化试验,且开发出第二代电化学脱嵌法膜堆电解槽关键设备及智能专家控制系统,并与相关企业签订年产2万吨碳酸锂项目的技术合作协议。与传统技术相比,采用该技术处理高镁锂比盐湖卤水:(1)显著提高了锂的综合回收率(提高30~50个百分点);(2)大幅度降低了可处理卤水品位(可直接处理原卤、老卤及任意阶段的卤水);(3)生产成本低(碳酸锂成本低于2万元/吨);(4)无需调节卤水的酸碱度、盐度等,亦无有毒、有害物质的添加和产生,过程清洁环保;(5)提锂装置模块化、智能化,可组建不同规模的生产线,快速投产。该项目技术的实施,将有望大幅提高我国盐湖锂资源利用率,降低盐湖提锂成本,实现盐湖卤水锂资源的高效、清洁生产,对降低我国锂资源对外依存度具有重要的战略意义。 .

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    • 编译者:郭楷模
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    • 新华社南京9月28日电(记者陈席元)记者从南京大学获悉,该校教授朱嘉、中国科学院院士陈骏等通过模仿盐土植物的蒸腾过程,成功从盐湖卤水中高效、环保地提取到高纯度锂盐,有望助力我国高原盐湖锂产业绿色高质量发展。国际学术期刊《科学》27日发表了相关成果。 据论文第一作者、南京大学特任副研究员宋琰介绍,作为电动汽车电池等储能材料中的关键矿物,锂主要以盐湖卤水和固体矿石两种形态存在。我国高原地区分布着众多盐湖,锂资源丰富,但湖水的“镁锂比”这一关键指标偏高,导致镁与锂分离难度大,生产出的锂盐成本高、质量低。高原地区生态脆弱,也对相关产业提出严格的环保要求。 南京大学科研团队想到,在盐碱环境下,盐土植物能够通过蒸腾作用,选择性地吸收盐分和水分。通过模仿蒸腾作用的原理,团队成功研制出“界面光热‘盐湖提锂’装置”。该装置分3层,在阳光照射下,蒸发器的纳米通道内产生超高压,高压传递到离子分离层,就会选择性地将卤水中的锂离子“驱赶”到储存层,最后通过水循环系统收集储存层中的锂盐。 宋琰告诉记者,在实验室模拟的昼夜交替与盐湖卤水环境中,该装置已连续运行528小时,卤水的“镁锂比”从初始数值422降至2.5,锂的纯度提升160多倍,验证了整套装置的可行性与高效率。 朱嘉说,通过模块化拼装组合,该装置的面积可以不断扩展,从而增加锂盐的产量。“更重要的是,该装置依靠太阳能即可运行,不需要消耗额外的电力和化学药剂,尤其适合在光照资源丰富但生态环境脆弱的高原地区应用,能耗低,还环保。” 据了解,该团队计划下阶段到高原开展中试和产业化试验,针对高原各类盐湖不同的物理化学特性,进一步优化装置设计,争取在多方支持下早日形成实用的盐湖锂矿生产线。
  • 《青岛储能院在锂金属电池研究中取得阶段性进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-05-20
    • 随着经济全球化以及科技的快速发展,人类对能源的需求日益增加,尤其是近年来电动汽车和移动电子设备的蓬勃发展,高能量密度储能材料成为科学研究的焦点。尽管传统的以石墨为负极材料的插层式锂离子电池在电子设备产品市场中占据重要地位,然而它的能量密度已经接近其上限,逐渐无法满足消费者的使用需求。与插层式的锂离子电池相比,以金属锂直接作为负极使用的锂金属电池(如Li-S,Li-O 2 等电池体系)在能量密度方面表现出得天独厚的优势,已经成为近期的研究热点。然而,金属锂阳极在使用过程中表现出许多亟待解决的实际问题。首先,它具有极高的电化学还原性能,在充放电过程中极易与电解液反应,大量消耗活性锂和电解液。其次,不可控的枝晶生长和电极体积变化以及逐渐积累的副反应产物和“死锂”始终是金属锂阳极面临的严峻问题。依托中国科学院青岛能源所建设的青岛储能产业技术研究院(以下简称“青岛储能院”)研究人员深入分析了锂金属的特性,考虑到实际应用中的客观情况,首先从原位实时形成角度来构筑人造界面(Chem. Mater. 2017, 29, 4682-4689),实现负极稳定的锂沉积和脱出;此外,工作人员对锂金属电池用电解液进行优化,分别设计了含有添加剂的双盐电解液(Small, 2019, 1900269),改性聚碳酸亚乙烯酯基高电压聚合物电解质(J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 5295-5304)以及刚柔并济的高锂离子迁移系数的复合电解质(Small, 2018, 14, 1802244),对金属锂阳极的界面进行有效的改性调控,对开发高能的锂金属二次电池的具有较好的指导意义。其中,实验所用添加剂为青岛储能院自主开发的新型大阴离子结构的全氟叔丁氧基三氟硼酸锂(LiTFPFB)。 随着锂金属阳极保护工作的不断深入,研究人员对锂金属电池中的锂枝晶和“死锂”导致的失效机理越发关注,但是由于两者相似的形貌,如何观测和区分两者是一个非常有挑战的课题,而这个问题对于了解电池失效机理和预测锂金属电池的循环寿命极其重要。为描述锂金属负极表面活性锂物种分布,并区分锂枝晶和“死锂”,青岛储能院的研究人员受分析化学中荧光探针方法的启发,设计了一种 9,10-二甲基(DMA)荧光探针,通过传统可见光学手段完成了这项任务,该技术得到了国际同行的肯定,相关成果撰写了题目为“Fluorescence Probing of Active Lithium Distribution for Lithium Metal Anode”的科研论文(Angewandte Chemie International Edition,2019,DOI:10.1002/anie.201900105)。    在电池进行充放电循环后,金属锂负极表面可能会产生副产物积累(大量副产物包覆会使活性锂失活,即产生“死锂”)。因此研究人员将荧光小分子DMA均匀涂覆在循环后的锂金属表面。由于DMA可以与活性锂发生荧光猝灭的反应,而在副产物表面保持稳定,因此可以表征锂离子电池阳极表面活性锂及其副产物在各种电解质中的分布情况,为锂离子电池电解质的选择提供了重要的参考依据;在锂沉积溶解过程中,副产物的积累被可视化和半定量地识别出来,可以把电池的性能衰减与副产物的量联系起来,实现对电池性能失效的防控预警;在循环后的锂负极表面可以清楚地识别出锂枝晶和“死锂”的位置, 能够对失效电池进行原因分析。这项技术为锂金属电池的失效机理分析提供了一个思路和方向。    相关系列研究获得了国家自然科学基金相关人才计划,新能源汽车固态电池项目,中国科学院深海先导专项,山东省重点研发计划基金,中国科学院青年促进会基金等项目支持。