盐湖中锂离子吸附材料制备研究进展开题报告

一 文献综述与调研报告

锂及其化合物在高能电池、航空航天、核聚变发电和超轻高强度合金等方面得到广泛应用， 目前世界锂产品消耗量以每年 15%~20%的速度持续增长，仍不能满足锂的未来市场需求。 自然界中的锂主要存储于海水、盐湖卤水、地热水和花岗伟晶岩型矿床中，其中矿石中锂的储量不足总储量的 3%，迫切需要开发盐湖卤水和海水等稀锂液态资源。 锂离子筛吸附法工艺简单、回收率高、选择性好，特别适合从稀锂液态资源中提锂， 该方法的关键是制备吸附容量大和循环性能良好的锂离子筛吸附剂。 锂离子筛吸附剂通常是细微的粉末材料，工业化应用时需要加工成型为填料，关键是得到吸附容量大和循环性能良好的锂离子筛吸附剂。 现有的造粒和铸膜成型工艺导致锂离子筛吸附剂的吸附容量大幅降低，希望能够开发出不使用有机聚合物黏结剂的负载型锂离子筛吸附剂。锂是现代能源发展的重要元素，这种最轻的碱金属广泛地应用于新能源等各个领域，是高比能量密度锂电池必不可少的原料，而锂电池又是新能源汽车、电网储能、便携式电子设备、电动工具的重要动力来源。 近年来，随着新能源产业的快速发展，锂电池的需求呈爆发式增长，从而引发全球对锂资源的市场需求的不断增加。全球锂资源主要存在两种形式： 一是含锂矿石，如锂云母、锂辉石、锂皂石；二是含锂水资源，如盐湖卤水和海水。 有调查表明，超过锂总量的60%的锂存在于盐湖和海水中。 所以盐湖锂资源成为锂电池产业发展的重要来源。 盐湖提锂的方法有吸附法、电渗析、电化学脱嵌、溶媒萃取等。 但除了南美的低镁锂比优质盐湖已经大规模开采外，大部分高镁锂比的盐湖锂资源的开采遇到困难。 由于 Mg2 和 Li 之间有着几乎相同的性质，对镁锂物质的量比超过 6 的盐湖卤水， 常规的太阳能蒸发沉淀法的应用就非常有限，而吸附法就为解决这一难题提供了可能性。

作为自然界最轻的金属元素，锂及其化合物在现代社会中的方方面面应用广泛，是一种重要的战略资源。现今随着新能源尤其是锂离子电池的大量推广应用，各国的锂资源需求量与日俱增，然而全球的锂矿石不断减少，已经不能满足其需求，盐湖卤水和海水中的锂资源能很好地解决这一矛盾，从盐湖卤水和海水中锂具有重大意义。相比之下，盐湖卤水中锂储量约占锂资源总量的 61.8%，并且与锂矿石提锂相比，其提取成本低，比较环保，今后盐湖卤水将逐渐取代锂矿石成为锂资源的主要来源。目前提锂方法众多，相比之下，离子筛吸附法具有众多优势，是目前普遍认可的比较有前途的盐湖卤水提锂方法。锰氧化物型锂离子筛由于吸附容量相对较高、循环使用简单、环境友好等特点备受各界关注。然而如何进一步提高锰基锂离子筛的吸附容量、延长使用寿命等问题是实现锰基锂离子筛工业应用的关键。

锂离子筛是通过向无机或有机化合物中导入模板 Li ，首先形成锂离子筛前驱体，然后将其中的 Li 抽出形成锂离子筛吸附剂。根据分子的记忆效应、尺寸效应和筛分效应， 锂离子筛吸附剂在多种离子共存下，对 Li 具有很高的吸附选择性，进而将 Li 同其他离子分离开来，特别适合卤水和海水等稀锂溶液中 Li 的选择性吸附分离。锂吸附容量较大的锂离子筛吸附剂主要有锰

系、钛系、锑酸盐、铝盐和磷酸盐型等。 锂离子筛吸附剂性能的主要评价指标是吸附容量、 容量稳定性、溶解损失率和循环使用寿命等。 目前还缺少适合实际应用的吸附容量大、稳定性好和循环寿命长的锂离子筛吸附剂。 锂离子筛吸附剂及前驱体的研究改进主要集中在锰系、钛系、掺杂系锂离子筛。常见的锰系锂离子筛为 Li1.3Mn1.6O4和 Li1.6Mn1.6O4，其中 Li1.6Mn1.6O4经过酸洗得到 MnO2·0.5H2O 型锂离子筛，具有锰溶损率小、循环使用性能好等优点。 常见的 钛 系 锂 离 子 筛 前 驱 体 主 要 有 尖 晶 石 结 构 的Li4Ti5O12、单斜晶系的 Li2TiO3等，与锰系锂离子筛相比，钛系锂离子筛吸附剂具有溶损率低、结构稳定、重复使用性能好等优点。 掺杂系锂离子筛以锰系锂离子筛为基础进行掺杂改性，掺杂元素主要有 Cr3 、Co3 、Al3 、Ni2 、Ti2 等。

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