專利名稱：高鋰含量的鋁-鋰化合物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備鋁-鋰化合物的方法，特別是涉及一種制備高鋰含量 的鋁-鋰化合物的方法。
背景技術(shù)：
由于鋁-鋰(AlLi)化合物在制備上有一定的難度，其制成的合金成分不易 控制，因此目前其應(yīng)用尚不普遍。過去的鐵-鋰(FeLi)化合物、銅-鋰(CuLi) 化合物等制備方法，一般都是在真空或具保護氣體環(huán)境的反應(yīng)室內(nèi)進行球磨法 制備，強迫金屬粉末與鋰?；旌显谝黄穑涔に嚥坏臅r更耗能源。此外，由 于鋁粉及鋰粒都具備高活性，以上述方法制備鋁-鋰化合物極具困難度，可行 性低。
目前一般是將純鋰在真空環(huán)境下加入鋁熔液制備鋁-鋰化合物，然而鋰金 屬的活性強，周圍的微量濕氣皆可能造成鋰的瞬間氣化，使得熔煉過程不僅困 難且危險性高。
此外，由于純鋰活性大，在運送、儲存的過程中極為危險，因此純鋰的價 格高低取決于運送的方式，對于不生產(chǎn)鋰礦而需進口的地區(qū)來說，其為無法降 低成本的原因之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高鋰含量的鋁-鋰化合物的制備方法，用以解 決傳統(tǒng)鋁-鋰化合物制備方法的危險性高、原料運送及儲存成本高的問題。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 一種高鋰含量的鋁-鋰化合物的制備方 法，包含提供一電解槽，其陰極為鋁材，電解槽裝有一電解液，電解液包含氯 化鋰、氯化鉀及氯化鈣。其中，氯化鋰提供鋰來源，而氯化鉀主要作為助熔劑， 借以降低電解液溫度，并增加電解液流動性。
在大氣環(huán)境下，施加電流密度為每單位陰極面積0. 08 0. 1安培的電流于
380 550'C的電解液中，進行一電解擴散反應(yīng)。在高溫下，電解液中所含的鋰 原子可還原于陰極的鋁表面，并擴散入陰極的鋁材內(nèi)部，形成鋁-鋰化合物。
鋁陰極表面及次表面的鋰含量隨著時間而增加，當(dāng)鋰含量到達約50 wt% (Al-50wt. % Li)時(以電解液溫度為500。C為例)，鋁-鋰化合物為液態(tài)。利用 鋁-鋰液態(tài)金屬的密度低于熔融的電解液密度，鋁-鋰液態(tài)金屬會浮在電解液的 液面上，將此鋁-鋰液態(tài)金屬撈出，使用模具或直接凝固后即可得到高鋰含量 的鋁-鋰化合物。
由上所述，本發(fā)明提供一種制備高鋰含量的鋁-鋰化合物的方法，以鋁作 為電化學(xué)反應(yīng)的陰極，在含鋰的電解液中進行電解反應(yīng)，使鋰原子還原并沉積 于陰極材料上，隨著鋰含量增加，可形成鋁-鋰液態(tài)金屬，凝固后即可得到高 鋰含量的鋁-鋰化合物，為一種安全且簡便的制備方法，由于使用的原料為氯 化鋰，具有穩(wěn)定的化學(xué)活性可方便運輸、儲存，更可降低鋁-鋰化合物的生產(chǎn) 成本，增加其應(yīng)用范圍。
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的 限定。


圖1為本發(fā)明的實施例的一種制備高鋰含量的鋁-鋰化合物的步驟流程
圖2為本發(fā)明的一實施例的電解槽結(jié)構(gòu)示意圖; 圖3為鋁-鋰金屬的相圖。 其中，附圖標記 200:電解槽 211:頂蓋 221:支撐板 241:電解液
243:陽極 250:加熱器
210:外槽體 220:內(nèi)層 230:容器 242:陽極 244:陰極支撐架 260:熱電偶
具體實施例方式
請參考圖1，為本發(fā)明的實施例的一種制備高鋰含量的鋁-鋰化合物的步 驟流程圖。
依照本發(fā)明的實施例，制備高鋰含量的鋁-鋰化合物的步驟包含提供一電
解槽及一電解液，將電解液的溫度維持在約38(TC 55(TC以上的高溫，施加 一電流于電解液，電流密度為每單位陰極面積(cm2)流通0.08 0. 1安培，進 行電解擴散反應(yīng)，使電解液的鋰離子還原于陰極而形成鋰原子，該鋰原子擴散 入陰極鋁材內(nèi)，當(dāng)鋰含量越來越高而形成鋰-鋁金屬液體浮于電解液的液面上， 撈出該鋰-鋁金屬液體，凝固后形成鋁-鋰化合物。
依照本發(fā)明的一實施例，電解槽包含一陰極及一陽極，陰極的材料為鋁， 用以使鋰原子還原于其上并形成鋁-鋰化合物。
參考圖2，為本發(fā)明的一實施例的電解槽結(jié)構(gòu)示意圖。電解槽200包含一 外槽體210及一內(nèi)層220，內(nèi)層220為高溫隔熱材質(zhì)，例如氧化鋁；外槽體210 上方具有一頂蓋211，頂蓋211為可動式。電解槽200中具有一支撐板221， 置于內(nèi)層220內(nèi)的底部， 一容器230設(shè)于支撐板221上。容器230可為鋼制， 容器230中盛裝有上述的電解液241。
容器230周圍設(shè)有一加熱器250，容器230內(nèi)包含一熱電偶260、 一陽極 242及一陰極243，加熱器250用以加熱電解液241，使電解液維持在適當(dāng)?shù)?工作溫度，促使電解液中的鋰原子還原并擴散入陰極材料內(nèi)。熱電偶260置于 容器230內(nèi)并浸入電解液241中，用以檢測電解液241的溫度。陽極242及陰 極243設(shè)置于容器230內(nèi)，并部分浸置于電解液241中。陰極243以陰極支撐 架244支撐。陰極243的材料為一鋁材，陽極242的材料可為石墨棒、高分子 復(fù)合材料或合金。
依照本發(fā)明的一實施例，電解液可包含氯化鋰、氯化鉀及氯化鈣。其中電 解液的組成成份包含20 40 wty。(重量百分比)的氯化鋰、30 50 wtW的氯化 鉀及10 wty。以下的氯化鈣。氯化鋰提供鋰來源，而氯化鉀主要作為助熔劑， 借以降低電解液溫度，并增加電解液流動性。
依照本發(fā)明的一實施例，電解擴散反應(yīng)進行的條件包含電流密度為每單 位陰極面積(cm2)流通0. 08安培，電解液的溫度維持在約500°C，可使電解液 的鋰原子還原于陰極上。隨著鋁-鋰化合物的鋰濃度提高，達到約55%時會形
成鋁-鋰化合物的液態(tài)金屬。
由于鋁-鋰化合物的液態(tài)金屬密度小于熔融的電解液，因此會浮在電解液 液面上，將此鋁-鋰化合物的液態(tài)金屬撈出直接凝固或以模具成型，可得到成
分介于Al-40wt,。/c) Li至Al-62wt.% Li之間的鋁-鋰化合物，由于鋰含量相當(dāng) 高，無法以目前現(xiàn)有的儀器測量其含量，因此鋁-鋰化合物的成分測定可根據(jù) 相圖來推測。
參考圖3，為鋁-鋰金屬的相圖，圖中縱軸為溫度，下橫軸為鋰在鋁中的 原子百分比，而上橫軸為鋰在鋁中的重量百分比；本發(fā)明實施例的內(nèi)容都采用 重量百分比來說明。以本發(fā)明實施例所公開最佳操作溫度范圍為例，如圖3 所示，例如當(dāng)溫度550。C時，陰極鋁材表面含有的鋰含量重量百分比達41% 時，該鋁材表面已達圖3中所示的Li-Al液態(tài)區(qū)。由于鋁密度為2.74 g/cm3， 而鋰的密度為0.54 g/cm3，因此可推測上述的Al-41%Li液態(tài)金屬的密度約 1.84 g/cm3，高于電解槽中液態(tài)鹽密度(約2 g/cm3)，所以當(dāng)A1-Li液態(tài)金屬 在陰極表面產(chǎn)生時，因其密度較低而浮出液面。所以持續(xù)的在電解槽中施加適 當(dāng)?shù)碾娏髅芏?，則A1-Li液態(tài)金屬也持續(xù)的產(chǎn)出而浮出電解液面，以供撈取。
依上述方法制成的鋁-鋰化合物的金屬性質(zhì)穩(wěn)定，可存放于大氣環(huán)境下， 大幅緩解了存放純鋰所需顧慮的安全問題。此外，將高鋰含量的鋁-鋰化合物 放置于水中，隨著放置時間漸增，成型的鋁-鋰化合物會與水進行激烈的反應(yīng)， 可證實高含量的鋰存在于鋁-鋰化合物中。
電解液中的其它成分，例如鉀，由于與鋁(陰極材料)的親和性極差，故依 本發(fā)明方法制備的鋁-鋰化合物的鉀含量小于50 ppm。鋁-鋰化合物可能具有 少量的雜質(zhì)，例如鈉，為一般氯化鹽類中常見的雜質(zhì)。經(jīng)定量分析，以本發(fā)明 制備的鋁-鋰化合物的鈉含量小于30 ppm。
當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情 況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這 些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種高鋰含量的鋁-鋰化合物的制備方法，其特征在于，包含提供一電解槽，具有一陽極及一陰極，其中該陰極的材料為鋁；提供一電解液，容置于該電解槽中，該電解液包含氯化鋰、氯化鉀及氯化鈣，并維持該電解液的溫度在約380℃～約550℃之間；施加一電流于該電解液，該電流的密度為每平方厘米陰極面積0.08～0.1安培，以還原該電解液中的鋰原子，使鋰原子擴散入陰極表面形成一鋰-鋁金屬液體浮于該電解液的液面上；以及取出該鋰-鋁金屬液體，凝固后形成鋁-鋰化合物。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋰含量的鋁-鋰化合物的制備方法，其特征在 于，該電解液的組成成份包含重量百分比為20 40%的氯化鋰、重量百分比為 30 50%的氯化鉀及重量百分比為10%以下的氯化鈣。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋰含量的鋁-鋰化合物的制備方法，其特征在 于，該電解液的溫度維持在約500°C。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高鋰含量的鋁-鋰化合物的制備方法，其特征在 于，該電流的密度為每平方厘米陰極面積0.08安培。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋰含量的鋁-鋰化合物的制備方法，其特征在 于，該電解擴散反應(yīng)的陽極材料使用石墨。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋰含量的鋁-鋰化合物的制備方法，其特征在 于，該鋁-鋰化合物的成分可介于鋰的重量百分比為40%至62%之間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋰含量的鋁-鋰化合物的制備方法，其特征在 于，還包含以一模具將鋁-鋰化合物液態(tài)金屬凝固成型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高鋰含量的鋁-鋰化合物的制備方法，包含利用一含氯化鋰、氯化鉀及氯化鈣的電解液，于380～550℃的大氣環(huán)境下進行電解擴散反應(yīng)，使鋰原子還原于陰極并擴散入陰極的鋁內(nèi)，形成鋰-鋁金屬液體并浮于電解液的液面上，將此鋰-鋁金屬液體撈起凝固后可得到含40～62wt％(重量百分比)鋰的鋁-鋰化合物(AlLi)。
文檔編號C25C3/00GK101343757SQ200710128089
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者汪俊延, 蔡德昌 申請人:汪俊延;蔡德昌