超亲水多孔PVA基LiFePO4电极的构建及其在高盐低锂卤水中选择性提锂的应用研究

为解决PVDF基电极疏水性导致的活性物质接触不良、结构缺陷及回收困难等问题，研究人员以PVA为粘结剂、尿素为交联剂，开发了超亲水多孔LiFePO4电极（LFP-AN）。该电极在Na/Li=100/1的高盐卤水中仍保持38.6?mg/g的锂嵌入容量（循环100次后保留率95.3%），提锂速率达2.24?g/m2/h，为低品位卤水锂资源开发提供了绿色高效的解决方案。

　　

随着新能源产业对锂资源需求的爆发式增长，从高盐低锂卤水中高效提锂成为研究热点。传统沉淀法、萃取法等存在能耗高、选择性差等问题，而基于LiFePO₄/FePO₄（磷酸铁锂）电化学脱嵌技术的提锂方法虽具有绿色高效优势，但常用粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)的疏水性导致电极易开裂、活性物质利用率低。针对这一技术瓶颈，陕西某研究团队创新性地采用水溶性聚合物聚乙醇(PVA)替代PVDF，通过尿素交联构建了兼具超亲水性和多孔结构的LFP-AN电极，相关成果发表于《Separation and Purification Technology》。

研究团队通过循环伏安法(CV)优化尿素/PVA质量比至40%，采用扫描电镜(SEM)表征多孔结构，结合接触角测试证实超亲水性（接触角接近0°）。通过理论计算揭示了PVA羟基与Li⁺的特异性结合机制（结合能比Na⁺高1.8倍），并采用恒电流充放电测试评估实际卤水提锂性能。

【Reagents and instruments】
实验采用市售LiFePO₄为活性物质，以镍泡沫为集流体，通过水相涂布法制备电极，避免了传统NMP（N-甲基吡咯烷酮）有机溶剂的使用。

【CV curve of electrode】
CV测试表明，未添加尿素的LFP-AN0电极因PVA溶解导致氧化还原峰消失，而尿素添加量20%的LFP-AN2在第三圈循环即出现形变。优化后的LFP-AN4（尿素/PVA=40%）展现稳定的Li⁺脱嵌峰，峰值电流差较PVDF电极降低62%。

【Conclusions】
LFP-AN电极在模拟卤水（Na/Li=100/1）中经100次循环后容量保持率达95.3%，其多孔结构使Li⁺扩散系数提升至PVDF电极的2.3倍。当LiFePO₄涂覆密度为120?mg/cm²时，实际提锂速率达2.24?g/m²/h，且电极可通过简单酸洗再生。

该研究首次实现PVA基LiFePO₄电极的工业化应用探索，其水相制备工艺较传统方法节能37%，为开发环境友好型提锂技术提供了新思路。作者Haohao Wei和Xiaorong Meng在讨论中指出，该电极对Mg²⁺/Li⁺的选择性机制仍需进一步研究，但其在盐湖卤水和海水提锂领域的应用前景已通过实验数据得到充分验证。