摘要: 在新能源迅速发展形势下，全球对锂资源的需求持续增长，我国盐湖中锂资源储量丰富，其中电控离子交换技术（Electrically switched ion exchange ，简称ESIX）作为一种新型盐湖提锂方法已然成为主流。ESIX技术结合了电化学与离子交换吸附技术，将电活... 展开 在新能源迅速发展形势下，全球对锂资源的需求持续增长，我国盐湖中锂资源储量丰富，其中电控离子交换技术（Electrically switched ion exchange ，简称ESIX）作为一种新型盐湖提锂方法已然成为主流。ESIX技术结合了电化学与离子交换吸附技术，将电活性离子交换材料与导电炭黑、粘结剂混合涂覆于集流体上制备成复合膜电极，通过在集流体上施加电位来控制目标离子的置入与置出，具有环境友好、痕量提取、无二次污染等优点，有良好的应用前景。但实验中集流体与电活性复合膜结合强度弱，可能出现复合膜脱落、集流体被电解液腐蚀等情况，限制了ESIX系统电化学性能的进一步提高，因此寻求一种合适的集流体具有很大的工业价值。基于已商业化电活性复合膜体系——LiMn2O4为电活性材料、导电炭黑、PVDF（聚偏氟乙烯）为粘结剂、碳纤维作为增强电极复合膜的结构强度的骨架，本文主要开展了不同集流体与LiMn2O4基复合膜功能层的界面结合行为与强化作用机制的研究。研究结果表明： （1）碳基集流体石墨板作为集流体时对复合膜的粘附强度（1.33 N/cm）约为金属基钛板（0.71 N/cm）作为集流体时的两倍。这归因于石墨板表面和内部疏松的孔道便于电活性浆料浸润渗入啮合来增强与复合膜的粘合强度。且石墨板作为集流体比钛板具有更高的电化学活性、较高的界面导电子能力，石墨板复合膜电极中平均锂离子扩散系数为3.17×10-10 cm2/s，高于钛板复合膜（1.08×10-10 cm2/s），有利于电化学反应的进行，20圈CV后稳定性保持率为94%，钛板复合膜保持率仅为52.6%。此外，对两种集流体复合膜组装成的ESIX装置进行循环吸/脱附性能、耗能与库伦效率进行分析发现，石墨板作为集流体时稳定性优于钛板，钛板在多次吸/脱附过程中表面被氧化生成的TiO2降低了钛板导电性，从而导致循环稳定性的大大降低。因此碳基石墨板相较于金属基钛板更适合作为ESIX体系的集流体。 （2）利用芬顿试剂对石墨板进行以羟基化改性，随着改性时间的增加，羟基化程度逐渐增强，表面更加疏松多孔、更亲水，与复合膜的粘附强度（1.53 N/cm）略大于改性前石墨板的膜电极（1.33 N/cm）。此外，改性石墨板膜电极较改性前具有更高的电化学活性和界面导电性，20圈CV后循环稳定性增加至97.1%。这归因于改性后的石墨板表面孔道的增加利于电活性复合膜的粘合，表面嫁接的羟基与复合膜之间产生的氢键也增强了两者之间的结合力。ESIX装置循环吸/脱附实验表明，改性后膜电极吸/脱附量略微增大，稳定性大大提高，吸附电流效率较改性前由92.9%增加至95.4%。 收起