电池级碳酸锂制备工艺研究

莫延香

(青海盐湖蓝科锂业股份有限公司，青海 格尔木 816000)

0 引言

随着电动汽车和可再生能源技术的飞速发展，锂离子电池已经成为储能和电动交通的核心技术之一。而电池级碳酸锂作为锂离子电池的关键组成部分，其生产工艺和质量控制对电池性能和安全性具有直接影响。因此，电池级碳酸锂的制备工艺研究至关重要。随着电动汽车和可再生能源市场的持续增长，对高质量电池级碳酸锂的需求将继续上升，因此，其制备工艺的创新和优化将成为未来的研究方向，以此来满足市场需求并推动可持续能源的发展。本文将深入探讨电池级碳酸锂的制备工艺，并展望电池级碳酸锂制备工艺的未来发展前景。

1 电池级碳酸锂制备工艺

1.1 粗碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂工艺

1.1.1 苛化方法

电池级碳酸锂制备工艺中的苛化方法主要是用于提纯粗碳酸锂以获得高纯度的碳酸锂产品。该方法将精制的石灰乳添加到粗碳酸锂浆料中，生成可溶性氢氧化锂，同时实现对钙、镁杂质的有效去除，具体步骤如下。第一，制备粗碳酸锂浆料，该浆料通常含有多种杂质，如钙、镁等[1]。同时制备精制石灰乳，其纯度和质量应满足苛化过程的要求。第二，将精制的石灰乳添加到粗碳酸锂浆料中，精确控制石灰乳与碳酸锂的比例，通常按摩尔比进行计算，在该过程中，石灰乳与碳酸锂反应生成可溶性氢氧化锂，同时，钙、镁杂质以碳酸钙和氢氧化镁的形式沉淀出来，这些杂质沉淀物可通过后续的分离步骤去除。第三，将反应混合物通过过滤或离心分离等方法将固体沉淀物(碳酸钙和氢氧化镁)和溶液分离，该溶液中包含可溶性氢氧化锂以及未反应的碳酸锂。第四，将高纯度的二氧化碳通入上述溶液中，通过碳酸化反应将氢氧化锂转化为碳酸锂，碳酸锂通常以固体形式沉淀出来。然后，将沉淀物碳酸锂与溶液分离，并对碳酸锂进行洗涤以去除其余残留杂质。第五，对碳酸锂进行干燥，通常采用低温或真空烘干的方法，以获得高纯度碳酸锂产品。在整个苛化过程中，需要严格控制反应温度、石灰乳与碳酸锂的摩尔比以及石灰乳纯度，参数的精确控制对苛化反应的成功至关重要，会影响杂质的去除效率和碳酸锂的产率。

1.1.2 重结晶方法

电池级碳酸锂制备工艺中的重结晶方法是一种有效的提纯方法，其利用碳酸锂和常见杂质离子在水中溶解度随温度变化的特性。首先，将工业级粗碳酸锂与去离子水形成混合溶液，再加热升温至70～90 ℃。因为温度较高时，碳酸锂不溶，而常见的杂质离子，如钙离子、镁离子，其溶解度升高，从而将碳酸锂与杂质分离。之后，采用过滤或离心分离等方法，将产生的固体杂质沉淀与溶液分离，溶液中包含已经提纯的碳酸锂，固体部分则包含去除的杂质。最后，使用低温或真空烘干的方法对碳酸锂进行干燥，干燥后，得到高纯度的碳酸锂产品，可以满足电池级碳酸锂的要求。在该方法中，温度是关键因素，其直接影响碳酸锂的溶解度，温度应在适宜温度下维持，需要避免过高温度导致的产物分解或不良反应。另外搅拌速度应确保均匀混合，要避免搅拌过快导致产物附着和损失[2]。

研究学者认为，目前社会所关注的农产品质量问题就是经济问题，预警就是指分析、评价和预报以及决策的过程。在进行农产品质量安全预警研究时，就是完成农产品质量安全防范和控制，其中在保证农产品质量安全的基础之上，依托管理学、经济学等预警研究法，科学评判农产品质量安全情况，并对农产品安全趋势进行有效预测，进而做出相对较准确的预报，利用行之有效的应对措施进行验证[1]。

锂云母制备电池级碳酸锂工艺是一项具有巨大潜力的技术创新，其将锂云母作为提锂原料进行大规模的研究和开发工作，致力于解决锂云母矿在提锂工艺中的问题，如低锂含量、高氟含量和复杂成分。该工艺的原料为锂云母矿石，该矿石通常含有锂、氟等多种元素，其化学成分复杂，通常需要经过粉碎和预处理，以用于后续的提锂工艺。锂云母焙烧是该工艺的关键步骤之一，矿石在高温下经过焙烧，发生化学反应产生焙砂，焙砂是焙烧后的残渣，其中包含锂、氟等元素，可通过分解焙砂以提取锂。富含锂的焙砂通常需要进行浸出反应，在这一步骤中，也可以考虑去除其他杂质，特别是氟，以提高产品质量。之后，高纯度的锂溶液与碳酸钠反应，生成碳酸锂晶体，碳酸锂晶体形成后，经过过滤和洗涤，得到电池级碳酸锂产品。该工艺的重要特点是综合利用，不仅可以提取锂，还联产钠、钾、铷、铯等产品，可提高资源的综合利用率。锂云母制备电池级碳酸锂工艺背后的技术创新包括锂云母固氟技术、分解技术、高效浸出技术以及综合利用钠、钾、铷、铯等的产业化技术，这些创新技术突破传统锂云母提锂工艺的技术瓶颈，实现高效、经济提取电池级碳酸锂的工业化应用[4]。

在新能源汽车产业迅速发展的背景下，废旧锂电池回收制备电池级碳酸锂工艺不仅有助于解决原材料供应不足的问题，还解决废旧锂电池回收和资源利用的迫切需求。废旧锂离子电池通常包含多种有害物质，如有害金属和化学物质，因此回收废旧锂电池是关键的环保措施，可以有效减少有害物质对环境的影响。此外，废锂电池的正极材料通常包含有价值的金属元素，如：锂、钴、镍、锰、铁、铝，因此，回收废旧锂电池还可以实现资源的再利用，并提高废旧电池的经济价值。从废旧锂电池中回收锂资源是关键步骤，通常包括废电池的解体和处理，以获取含锂材料。再将废磷酸铁锂作为原料，经过处理后，可实现锂、铁、磷等多种元素的综合回收，该过程包括火法焙烧、盐酸浸出、转型除杂、碱化除杂、纯碱沉锂等工艺步骤。火法焙烧可将废磷酸铁锂中的有机物和水分除去，产生焙砂；盐酸浸出是提取锂和铁的关键步骤，主要通过盐酸处理分离这两种元素；转型除杂、碱化除杂等步骤有助于进一步提高回收率，去除残留杂质；纯碱沉锂等步骤可将锂资源提纯为高纯度的碳酸锂产品。

为了确保电池级碳酸锂产品的高纯度和质量稳定性，未来将采用多种工艺联合处理的方式，有望降低杂质含量，提高产品的一致性和可控性，减少生产成本并提高产品质量[5]。

1.2 盐湖卤水生产电池级碳酸锂

盐湖卤水生产电池级碳酸锂是一种重要的锂提取方法，尤其在中国青海柴达木盆地的盐湖资源中具有重要地位。然而，由于盐湖卤水中锂资源含量较低、镁锂比高，导致锂盐生产中产生一系列的问题，如难以分离、锂盐损失大、产品质量差以及高生产成本等。该工艺路线的详细说明为：(1)原料采集和预处理。首先，从盐湖中提取盐卤水作为原料。卤水中通常含有锂、镁等多种元素和杂质，原料卤水进入卤水过滤车间，经过多介质过滤器处理，去除其中的杂质，以准备用于后续处理的净液。(2)锂镁分离。净液送至锂镁分离单元，这是该工艺中的核心步骤，在分离单元中采用新型选择性离子迁移方法，有效地将锂和镁分离。富镁卤水被分离出来，返回盐田，实现循环利用并减少环境影响；低镁高锂的溶液则被送往后续的碳酸锂生产单元，为生产高纯度电池级碳酸锂提供原材料[3]。(3)电池级碳酸锂的生产。低镁高锂溶液在碳酸锂生产单元中经过处理，生产出符合质量要求的电池级碳酸锂产品，这一过程通常包括碳酸锂的沉淀、洗涤、干燥等步骤，以获得高纯度的碳酸锂。

1.3 锂辉石制备电池级碳酸锂工艺

可以发现，就知识主题最早开始年级而言，“代数式概念”设置时间较为集中，均在六~八年级开始．“未知数、变量的使用”澳大利亚、美国、南非均从一年级开始设置，英国、新加坡则从六年级开始设置；“代数式的运算”南非从四年级开始设置，澳大利亚、中国从七年级开始设置；“代数式的证明”英国从六年级开始设置，澳大利亚则从十一年级开始设置．相较于六国平均水平，中国在“代数式概念”设置时间与六国一致，“未知数、变量的使用”“代数式的运算”设置时间略晚于六国，“代数式的证明”设置时间略早于六国．

1.4 锂云母制备电池级碳酸锂工艺

1.1.3 碳酸氢化沉淀法

1.5 废旧锂电池回收制备电池级碳酸锂工艺

阿里巴巴副总裁范驰表示，“双十二不仅成为全国消费者的线下吃喝玩乐狂欢节，更是全国本地生活服务类商家的专属节日；就今年而言，数据显示，参与口碑和饿了么1212吃喝玩乐节的线下商家已超过了200万家，涵盖日常生活全场景。”

2 电池级碳酸锂制备工艺发展前景

2.1 多工艺联合处理的趋势

碳酸氢化沉淀法通过引入碳酸氢化物作为沉淀剂，再利用高纯二氧化碳气体，制备高纯度的碳酸锂产品。具体步骤如下。第一，将粗碳酸锂与去离子水混合形成混合物，在该混合物中引入高纯度的二氧化碳气体，引发碳酸氢化反应，将碳酸锂转化为碳酸氢锂，形成碳酸氢锂水溶液。第二，常见杂质离子(如钙、镁等)会以碳酸盐的形式沉淀出来，经过一定时间反应后，将产生的沉淀物与溶液分离，通常采用过滤或离心分离的方法。第三，过滤后的滤液中含有碳酸氢锂以及一些可溶性杂质离子，可以采用阳离子交换树脂去除杂质离子，因为阳离子交换树脂具有高度选择性，可以有效去除杂质离子，特别是钙离子、镁离子。第四，经过阳离子交换树脂处理后的溶液中含有碳酸氢锂，升温后碳酸氢锂转化成碳酸锂沉淀，再通过过滤进行分离。第五，对碳酸锂沉淀物进行洗涤，通常使用去离子水，以去除残留杂质。第六，使用低温或真空烘干的方法将碳酸锂沉淀物进行干燥，以获得高纯度的碳酸锂产品。

锂辉石制备电池级碳酸锂工艺是一种基于硫酸法的提锂工艺，在盐湖卤水提锂周期长且涉及高镁含量等问题的情况下，其显示出较大优势。锂辉石制备电池级碳酸锂工艺的原料是含锂矿石精矿，这些矿石通常含有锂以及其他杂质，初始步骤是将含锂矿石精矿在高温下(通常为1000 ℃左右)进行焙烧，将其晶相转化为β型。经过焙烧后，将矿石粉碎，使其更容易与硫酸反应。将经过细磨处理的矿石和过量浓硫酸搅拌后送入硫酸化焙烧窑，进行硫酸化焙烧。焙砂是硫酸法的产物，是焙烧后的矿石残渣，这些残渣包含硫酸锂和硫酸盐杂质，再将其运到浸出罐中进行后续处理。在浸出罐中，硫酸锂及硫酸盐杂质进入溶液系统，利用除杂剂与中和剂将杂质沉淀，再进行固液分离，获得浸出渣和富锂溶液。富锂溶液经过除杂处理后，得到高纯度硫酸锂溶液，该步骤可以进一步提高产品质量。之后，高纯度硫酸锂溶液与碳酸钠溶液在沉锂釜中反应，形成碳酸锂浆料，碳酸锂浆料经过过滤后，使用去离子水洗涤，去除残留杂质后得到电池级碳酸锂。另外，该过程中产生的母液可用于生产硫酸钠等副产品，可实现资源的综合利用。

2.2 钙和镁的深度去除

在电池级碳酸锂制备过程中，钙、镁等杂质的含量需要满足严格的要求。针对这一问题，可以选择多种方法进行去除，如离子树脂交换法、综合剂吸附法、碳酸钠沉淀法和循环氢化法。未来的发展将重点解决电池级碳酸锂产品中钙、镁的高效去除问题，以满足下游市场对产品纯度的要求。

2.3 磁性物质去除的挑战

磁性物质的含量对于电池级碳酸锂产品的质量至关重要，特别是对于电池的安全性和性能指标。行业标准规定磁物的含量应低于0.0003%，但市场要求更为严格，要求产品的磁物含量低于200 μg/L，未来的发展将面临磁性物质去除的挑战，需要寻找高效的方法来确保产品的高纯度。

(2) 仿真计算得到了中低速磁浮列车单转向架的前6阶模态固有频率值。根据测试点建立了磁浮列车转向架骨架模型，通过锤击模态试验获得了一系列频响函数，分析和处理试验数据得出了X、Y、Z方向的前3阶试验模态频率、阻尼和振型。转向架振动时，1阶模态振型占主导， X方向主要为防侧滚梁的弯曲，Y、Z方向主要为电磁铁梁的弯曲;当共振发生时，电磁铁梁弯曲振动变形会导致电磁力大小发生变化，进而加剧振动。悬浮振动和轨道不平顺振动频率最大为5.8 Hz，转向架1阶固有频率为6.23 Hz,当两频率相近会产生共振。为防止电磁铁梁和防滚侧梁由于悬浮振动和轨道不平顺而产生共振，应提高电磁铁梁和防侧滚梁的结构刚度。

3 结语

综上所述，电动汽车、可再生能源储存系统以及移动设备等领域的快速发展都依赖于高质量、高性能的锂离子电池，而其中的关键组成部分之一就是电池级碳酸锂。通过不断的研究和创新，电池级碳酸锂制备工艺已经取得了显著的成就，从天然矿产资源到废旧锂电池回收再到锂云母提取，都为电池级碳酸锂的生产提供了多种多样的途径。然而，这一领域仍然存在着一些挑战，如杂质的去除、工艺复杂性、成本控制等等。未来，电池级碳酸锂制备工艺的研究和发展将继续前行、持续创新，致力于降低制备成本、提高产品质量和效率，以满足不断增长的市场需求。