日本确立从海水中提取锂的新技术

日本原子能研究开发机构（JAEA）开发出了使用离子导电体作为分离膜、从海水中分离锂的技术，并成功利用海水制备出了锂离子充电电池的原料——碳酸锂（Li2CO3）粉末。虽然JAEA的目的是稳定供应核聚变炉使用的锂，但也把锂离子充电电池的需求纳入了视野。

据推测，陆地上的锂资源储量为3000万吨，并不会很快枯竭。但锂资源主要分布在智利及阿根廷等南美地区，日本使用的锂完全依靠从南美各国进口。南美是利用庞大的占地面积，用1年多的时间让含锂的盐湖水自然蒸发来制造锂，因此，无法满足今后锂需求的增加，可能会陷入资源短缺的局面。而海水中含有约2300 亿吨的锂资源。

通过在离子分离膜两侧供给海水和不含锂的回收溶液（稀盐酸），使海水和回收溶液之间产生锂浓度差，海水中的锂就会移动到回收溶液中（图1）。锂离子移动到离子传导体中，电极间会流过电子，产生电。离子传导体采用的是含有锂、铝、钛、锗、硅、磷、氧的NASICON型晶体结构陶瓷。其原理类似“电池”，但又不同于电解，不使用电力，反而会发电。不过，制作稀盐酸和碳酸钠（Na2CO3）等原料时必须使用能源。

图1：原理图

JAEA实施了从海水中提取锂的试验，用三天时间把海水中所含的锂提取出了约7％（图2）。另外，用做豆腐使用的“卤水”（锂浓度约为海水的50～100倍）代替海水，在同样的测试条件下提取锂时，获得了与海水相同的回收性能。

图2：从海水中提取锂的试验

虽然此次实验使用的是海水和卤水，其实从很多其他原料中也能获得锂。比如，可以制造对废旧的锂离子充电电池进行溶解并回收利用的系统。用海水制盐、以及用海水制造淡水时废弃的浓缩海水也可以用来提取锂。

锂离子电池使用的主要原料是碳酸锂（Li2CO3）。利用此次开发的技术获得的锂以氯化锂（LiCl）溶解在稀盐酸中的状态存在。因此，JAEA研究了从 LiCl获得Li2CO3粉末的工序。首先，使LiCl与廉价的碳酸钠（Na2CO3）水溶液混合，获得Li2CO3沉淀物。然后，通过过滤回收沉淀物，进行干燥，就可成功获得Li2CO3粉末（图3）。

图3：获得的LiCO3粉末

另外，在提取锂的反应中，正极可获得氢气（H2），负极可获得氯气（Cl2）。这两种气体的用途也非常广泛，具备商业价值。（作者：浜田 基彦，日经技术在线！供稿）