過程所王志團隊: 微氣泡強化CO?氣液反應結晶制備電池級碳酸鋰
研究介紹
碳酸鋰作為一種最重要的基礎鋰鹽，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、電解質添加劑、光學器件以及醫藥等，其中用于鋰離子電池行業的數量占比最大。然而，無論以何種鋰資源為原料制備 Li?CO? 產品，通常需使用 Na?CO? 作為沉淀劑，導致相似性質雜質金屬 Na? 的引入，產品純度低于電池級要求（Na? 含量低于 0.025%），需再次提純；再者， Na?CO? 沉淀結晶制備 Li?CO? 過程屬于液-液混合結晶，反應速率快、難控制，獲得的產品粒徑很難滿足電池級產品要求（9μm ≤ D90 ≤ 15μm）。
因此，開發適宜的反應結晶工藝來替代傳統 Na?CO? 液-液反應結晶體系，對于制備純度和粒徑滿足要求的電池級 Li?CO? 產品具有重要意義。
基于此，中國科學院過程工程研究所王志研究員團隊提出了一種氣-液反應結晶工藝，利用 NH?·H?O 和 CO? 替代 Na?CO? 作為沉淀劑，同時引入微氣泡調節氣-液反應結晶過程，一步制備純度和粒徑均滿足電池級要求的 Li?CO? 產品。
圖 1. 微氣泡強化 CO? 氣液反應結晶制備電池級 Li?CO? 產品及性能
該新策略以 CO? 氣-液反應結晶替代傳統 Na?CO? 液-液反應結晶體系，避免了雜質金屬 Na? 的引入，有效提高了 Li?CO? 產品的純度，還可以捕集和轉化 CO?；微氣泡的引入可增加氣-液反應結晶過程的傳質速率，調節晶體的成核和生長動力學，以制備出純度和粒徑均滿足要求的電池級 Li?CO?。此外，驗證了利用制備的電池級 Li?CO? 為原料合成 LiFePO? 正極材料的可行性。
該策略的成功應用為電池級 Li?CO? 的可控制備和 CO? 的轉化提供了新途徑。該成果以“Preparation of battery-grade lithium carbonate by microbubble enhanced CO? gas–liquid reactive crystallization”（《微氣泡強化的 CO? 氣液反應結晶制備電池級碳酸鋰》）為題，發表在英國皇家化學會期刊 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
