温州大学张伟明教授课题组在锂离子正极材料研究获得进展

（1）随着动力锂电池需求的激增，LiNi1-y-zMnyCozO2（NMC）已成为炙手可热的正极材料，因而其上游原料的供应极为重要。目前三元锂电池正极材料的锂源主要来自LiOH，但LiOH的制备过程需要额外添加大量化学品，涉及大量副产品和排放，并不理想。同样是三元锂电池前驱体的LiNO3，其传统制备方法主要利用LiOH或Li2CO3与硝酸或硝酸盐反应而制备得到，由于其自身的制备路线较LiOH更为复杂，程序繁琐，制约了其应用。根据文献报道，由硝酸盐制备的NCM正极材料，不管是在电化学性能，还是在容量和循环性能方面，均优于LiOH制得的商业材料。因此，能否找到一种碳足迹低、简易便捷、原子经济的合成硝酸锂的新方法显得尤为重要。

近日，温州大学张伟明教授课题组在国际著名化学期刊《Journal of Membrane Science》发表了“Direct production of lithium nitrate from the primary lithium salt by electrodialysis metathesis”的论文。该工作实现锂资源的转化，直接从含有锂离子和相应阴离子的两种进料盐中生产锂盐产品，获得高价值LiNO3产物。

为了深入研究从初级锂盐（LiCl）和大量存在的智利硝石（NaNO3）出发一步生产得到LiNO3的可行性，课题设计了不同进料浓度对电渗析系统性能的影响，包括能耗、产品浓度及纯度，结果表明118 g/L 98.8%的LiNO3溶液可以直接制备得到，并在后续的进一步蒸发过程中可以获得高纯（99.7%）固体产品，整个过程成本低至0.219 $/kg LiNO3。为了进一步分析实验过程中物质的传质机理，本论文设计了扩散泄露评估实验，证明了产物溶液中存在的杂质离子主要归因于离子交换膜中的同离子传质，若能进一步提高离子交换膜的选择性，产品质量能更进一步。这项工作为硝酸锂的制备提供了一种可靠、绿色清洁、原子经济的方法，有望成为硝酸锂大规模生产的新技术，保证了锂离子电池正极材料的供应链，扩大了其可用性和应用前景。

相关研究结果已于近期发表于《Journal of Membrane Science》，温州大学为第一通讯单位，化学与材料工程学院2019级研究生温伟芬为第一作者，化材学院陈庆副教授与张伟明教授为该论文共同通讯作者，相关工作受到国家自然科学基金（21673159， 21203139，21003097）的资助。

论文链接

https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.120555

（2）由于低碳经济的发展，锂离子电池在过去十年中一直处于现代电动汽车革命的中心位置。锂离子正极材料是影响锂离子电池性能的关键部分，LiFePO4正极材料具有理论容量相对较高、热稳定性好、价格低、环境友好等优点，受到了广泛的关注。

制备LiFePO4的常用锂源为Li2CO3，但是Li2CO3并不是锂产业链的初级锂盐。生产Li2CO3需要通过锂矿石酸化焙烧获得Li2SO4溶液，之后再加入纯碱制备得Li2CO3.该路线生产Li2CO3,因额外添加了H2SO4、Na2CO3等化学试剂产生了Na2SO4废弃物，造成资源的浪费。CH3COOLi也是一种非常好的LiFePO4前驱体材料，CH3COOLi没有广泛应用于LiFePO4的制备，是因为CH3COOLi复杂的合成路线和锂资源的损失限制了它的应用。因此，能开发出一种简单、绿色、经济高效的新方法制备CH3COOLi，将有很好的应用前景。

张伟明教授课题组在国际著名化学期刊《ACS Sustainable Chemistry Engineering》上发表了“Sustainable Production of Lithium Acetate by Bipolar Membrane Electrodialysis Metathesis”的论文。

该工作利用初级锂盐Li2SO4和CH3COOH通过双极膜电渗析复分解反应转化为高价值的CH3COOLi产品。结合蒸发浓缩法，当溶液冷却至室温可得到厘米级的CH3COOLi晶体,其SO42-杂质含量仅0.075%。而且全流程核算的总成本显示该过程具有明显的成本优势。因此，双极膜电渗析与蒸发浓缩集成工艺是一个经济有效、高产、环境友好的绿色合成工艺路线，该工作有利于推动醋酸锂作为LiFePO4/C前驱体的工业应用，为锂离子电池发展助力。

相关研究结果已于近期发表，温州大学为第一通讯单位，化学与材料工程学院2019级研究生钟崇媛为第一作者，化材学院陈庆副教授与张伟明教授为该论文共同通讯作者，相关工作受到国家自然科学基金（21673159， 21203139，21003097）的资助。

论文链接

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c01012

来源： 综合于温州大学