過程所王志團(tuán)隊(duì): 微氣泡強(qiáng)化CO?氣液反應(yīng)結(jié)晶制備電池級(jí)碳酸鋰
研究介紹
碳酸鋰作為一種最重要的基礎(chǔ)鋰鹽，被用于制取金屬鋰和其他鋰化合物，包括鋰離子電池正極材料、電解質(zhì)添加劑、光學(xué)器件以及醫(yī)藥等，其中用于鋰離子電池行業(yè)的數(shù)量占比最大。然而，無論以何種鋰資源為原料制備 Li?CO? 產(chǎn)品，通常需使用 Na?CO? 作為沉淀劑，導(dǎo)致相似性質(zhì)雜質(zhì)金屬 Na? 的引入，產(chǎn)品純度低于電池級(jí)要求（Na? 含量低于 0.025%），需再次提純；再者， Na?CO? 沉淀結(jié)晶制備 Li?CO? 過程屬于液-液混合結(jié)晶，反應(yīng)速率快、難控制，獲得的產(chǎn)品粒徑很難滿足電池級(jí)產(chǎn)品要求（9μm ≤ D90 ≤ 15μm）。
因此，開發(fā)適宜的反應(yīng)結(jié)晶工藝來替代傳統(tǒng) Na?CO? 液-液反應(yīng)結(jié)晶體系，對(duì)于制備純度和粒徑滿足要求的電池級(jí) Li?CO? 產(chǎn)品具有重要意義。
基于此，中國科學(xué)院過程工程研究所王志研究員團(tuán)隊(duì)提出了一種氣-液反應(yīng)結(jié)晶工藝，利用 NH?·H?O 和 CO? 替代 Na?CO? 作為沉淀劑，同時(shí)引入微氣泡調(diào)節(jié)氣-液反應(yīng)結(jié)晶過程，一步制備純度和粒徑均滿足電池級(jí)要求的 Li?CO? 產(chǎn)品。
圖 1. 微氣泡強(qiáng)化 CO? 氣液反應(yīng)結(jié)晶制備電池級(jí) Li?CO? 產(chǎn)品及性能
該新策略以 CO? 氣-液反應(yīng)結(jié)晶替代傳統(tǒng) Na?CO? 液-液反應(yīng)結(jié)晶體系，避免了雜質(zhì)金屬 Na? 的引入，有效提高了 Li?CO? 產(chǎn)品的純度，還可以捕集和轉(zhuǎn)化 CO?；微氣泡的引入可增加氣-液反應(yīng)結(jié)晶過程的傳質(zhì)速率，調(diào)節(jié)晶體的成核和生長動(dòng)力學(xué)，以制備出純度和粒徑均滿足要求的電池級(jí) Li?CO?。此外，驗(yàn)證了利用制備的電池級(jí) Li?CO? 為原料合成 LiFePO? 正極材料的可行性。
該策略的成功應(yīng)用為電池級(jí) Li?CO? 的可控制備和 CO? 的轉(zhuǎn)化提供了新途徑。該成果以“Preparation of battery-grade lithium carbonate by microbubble enhanced CO? gas–liquid reactive crystallization”（《微氣泡強(qiáng)化的 CO? 氣液反應(yīng)結(jié)晶制備電池級(jí)碳酸鋰》）為題，發(fā)表在英國皇家化學(xué)會(huì)期刊 Green Chemistry (10.1039/d2gc03375e) 上，并入選“2022 Green Chemistry Hot Articles”。
論文信息
Preparation of battery-grade lithium carbonate by microbubble enhanced CO? gas–liquid reactive crystallization
Jijun Lu, Menghua Tian, Jianwei Cao, Junhao Liu, Jianwei Guo, Yiwei Sun, Sheng Pang, Guoyu Qian*(錢國余，中科院過程所) and Zhi Wang*(王志，中科院過程所)
Green Chem., 2022, 24, 9084–9093
https://doi.org/10.1039/D2GC03375E
