氢氧化锂

一种碱金属氢氧化物

氢氧化锂

氢氧化锂(Lithium hydroxide)又称无水氢氧化锂,是一种碱金属氢氧化物。其化学式为LiOH,白色结晶或粒状粉末,[0]有辣味,[1]易溶于水,在20℃的水中溶解度为12.8g/100ml,[0]微溶于乙醇,[1]密度为2.54 g/cm³,熔点为450~471℃,沸点为924℃(分解)。[0]其有强碱性和腐蚀性,在空气中易吸收二氧化碳;[1]高温下可发生分解生成氧化锂;[2]也可与金属单质、卤素单质、酸及金属盐反应。[3]氢氧化锂主要用于制备锂盐及润滑脂添加剂、碱性蓄电池的电解液、二氧化碳吸收剂、照相用的显影剂和锂盐类抗抑郁药。[4][5]其可由氢氧化钡与硫酸锂反应制得,或由锂辉石精矿与石灰石混合磨细、高温焙烧,再经浸出,结晶而制得,[6]还可由金属锂与水反应[1]以及石灰苛化法制得。[7]随着新能源汽车产业的快速发展,作为高性能动力电池高镍三元正极材料的核心,全球氢氧化锂一直处于供不应求的局面。[8]

氢氧化锂(Lithium hydroxide)又称无水氢氧化锂,是一种碱金属氢氧化物。其化学式为LiOH,白色结晶或粒状粉末,[1]有辣味,[2]易溶于水,在20℃的水中溶解度为12.8g/100ml,[1]微溶于乙醇,[2]密度为2.54 g/cm³,熔点为450~471℃,沸点为924℃(分解)。[1]其有强碱性和腐蚀性,在空气中易吸收二氧化碳;[2]高温下可发生分解生成氧化锂;[3]也可与金属单质、卤素单质、酸及金属盐反应。[4]

氢氧化锂主要用于制备锂盐及润滑脂添加剂、碱性蓄电池的电解液、二氧化碳吸收剂、照相用的显影剂和锂盐类抗抑郁药。[5][6]其可由氢氧化钡与硫酸锂反应制得,或由锂辉石精矿与石灰石混合磨细、高温焙烧,再经浸出,结晶而制得,[7]还可由金属锂与水反应[2]以及石灰苛化法制得。[8]随着新能源汽车产业的快速发展,作为高性能动力电池高niè三元正极材料的核心,全球氢氧化锂一直处于供不应求的局面。[9]

相关历史

锂,是瑞典化学家阿·阿尔夫维特桑在1817年首先在一种稀有的岩石中发现的。[10]

将锂与电池联系在一起,最早可能要追溯到1908年的爱迪生(Edison),他当时申请的镍铁电池专利提到氢氧化锂添加到电解质中能够使得容量增加10%,而且循环更加稳定。当时他并不知道氢氧化锂的添加对电池性能有没有作用,是误打误撞发现的氢氧化锂在电池中的作用。[11]

物理性质

氢氧化锂为白色结晶体或粒状粉末,[1]有辣味。[2]其化学式为LiOH,相对分子质量为24.0 g/mol,密度为2.54 g/cm³,熔点为450-471℃,沸点为924℃(分解)。可溶于水,在20℃的水中溶解度为12.8 g/100mL,[1]微溶于乙醇。[2]

吸收二氧化碳

有强碱性和腐蚀性,在空气中易吸收二氧化碳。[2][12]

分解反应

氢氧化锂加热到600℃分解成氧化锂。[3]

与金属单质反应

在加温条件下,氢氧化锂与镁或钙作用,均生成金属锂和相应的氧化物[4]

氢氧化锂与锌作用生成锌酸锂和氢气[4]

与卤素单质反应

氢氧化锂与氯或碘作用,均生成卤化锂和次卤酸锂。[4]

与酸反应

盐酸反应

氢氧化锂可与盐酸生成氯化锂和水。[3]

与磷酸反应

氢氧化锂和过量磷酸反应可生成磷酸二氢锂;浓的氢氧化锂与磷酸反应则生成磷酸氢二锂;若是过量的氢氧化锂则会生成二水磷酸锂沉淀。[3]

与亚铁氰酸浓溶液反应

将氢氧化锂与亚铁qíng酸浓溶液作用,生成亚铁氰化锂。[3]

与盐反应

氢氧化锂能与盐反应生成另一种碱。[13][4]如与氯化钙反应生成氯化锂[4]

显色反应

氢氧化锂的饱和溶液可使酚酞改变结构,能使酚酞由深红色转变为无色。[14]也可使紫色石蕊试液变蓝。[15]

电池

氢氧化锂在碱性蓄电池中有重要的作用,将少量氢氧化锂加入由氢氧化钾所化合的电解液中,[16]电池组的容量就能增12%~15%,使电池寿命延长2~3倍。[5]以含有氢氧化锂的氢氧化钠或者氢氧化钾做电解液的镍镉电池非常结实,其是密封的,不会漏液。这种电池适合在极端环境中工作,例如寒冷和炎热的天气。该种电池可充电700~1000次,非常适合用于大电流输出和深度放电应用。其缺点是“记忆效应”,即如果不充分放电,再充电时只能充入已经放过电的电量,电池容量变小。[17]

二氧化碳吸收剂

氢氧化锂固体具有多孔结构,能迅速吸收二氧化碳,可用作宇宙飞船、潜艇等乘务员的二氧化碳吸收剂。[5]它比其它固体吸收剂具有单位重量与单位体积吸收二氧化碳能力大的特征,吸收效果最佳,温度因素影响小,它还能在低温(摄氏零下十度)下使用。其能清除一些有毒气体,如氯气。它的吸收产物稳定。使用时不需要特别控制。氢氧化锂是包括潜艇在内的密闭系统清除二氧化碳比较好的固体吸收剂。[18]

氢氧化锂实际吸收二氧化碳的效率可达90%以上。所以,每公斤氢氧化锂至少可吸收0.8公斤二氧化碳。氢氧化锂的吸收效率决定于环境空气的相对湿度、温度和二氧化碳浓度,一般情况下,需要有少量水蒸汽存在吸收二氧化碳才有效。吸收反应是不可逆的,很难再生。无水氢氧化锂的容积重量(容重)为0.45~0.48 g/ml。[18]

其他

氢氧化锂还可用于制造聚合、缩合及水解催化剂,锂盐、锂皂及陶瓷等,[5]以及用于照相业作显影剂[2]。其用作润滑脂添加剂时可提高耐热性、耐水性及稳定性。[5]氢氧化锂在医药领域为锂盐类抗抑郁药,用于治疗躁狂性抑郁症[6]

制备

简要制法

可由氢氧化钡与硫酸锂反应制得,或由锂辉石精矿与石灰石混合磨细、高温焙烧,再经浸出,结晶而制得。[7]

金属锂与水反应制得

工业上金属锂与水作用制得水合氢氧化锂。[2]

水合氢氧化锂脱水得无水氢氧化锂。[2]

石灰苛化法制备

用碳酸锂制备氢氧化锂是普遍应用的工业方法。[8]

生产情况

随着新能源汽车产业的快速发展,作为高性能动力电池高镍三元正极材料的核心,全球氢氧化锂一直处于供不应求的局面。[9]2022 年,全球锂电池按容量加权平均价格为151美元/千瓦时,较2021年增长7%。[19]

在中国,华东与西南地区为氢氧化锂主要产区,氢氧化锂的制备原料主要是锂辉石[20]2022年,1-10月氢氧化锂产量达到18.2万吨。市场价格持续高位震荡,1-10月电池级氢氧化锂(微粉级)均价为44.5万元/吨。[21]根据锂盐行业分会统计,截至2022年底,中国主要氢氧化锂生产企业产品总产能达30.38万吨/年,较2021年同比增长21.33%。[20]

2022年中国占全球氢氧化锂出口份额的77.9%,江西省氢氧化锂出口167.9亿元,[9]其中赣锋锂业是全球最大的金属锂生产商及全球第三大、中国最大的锂化合物生产商。[22]

2023年,中国二阶材料方面,1-2月氢氧化锂产量达4.4万吨,市场价格从高位逐步下行,同一时间段,氢氧化锂(微粉级)均价为47.4万元/吨;[23]2023年上半年氢氧化锂产量达14万吨,电池级氢氧化锂(微粉级)上半年均价为36.4万元/吨。[24]

安全标识象形图

GHS分类

GHS危险说明危险等级
H301 (11.83%)吞咽有毒危险:口服产生急性毒性
H302 (83.59%)吞咽有害警告:口服产生急性毒性
H311 (10.04%)皮肤接触有毒危险:皮肤接触有毒
H314 (99.44%)造成严重皮肤烧伤和眼睛损伤危险:皮肤腐蚀/刺激
H318 (80.58%)造成严重眼损伤危险:严重眼损伤/眼刺激
参考资料:[1]

毒性

大鼠吸入氢氧化锂0.49mg/m3,每天1小时,历时几周,先有呼吸道刺激症状,其后见口、鼻流血,初5周见极度兴奋,后转入抑制。氢氧化锂达5~55mg/m3时,对小鼠、大鼠、豚鼠和兔都具有剧烈的刺激作用,可引起鼻中隔损害。[25]

危害

健康危害:氢氧化锂腐蚀性极强,能灼伤眼睛、皮肤和上呼吸道;口服腐蚀消化道,可引起死亡;吸入可引起喉、支气管炎症、痉挛化学性肺炎、肺水肿[26]环境危害:对环境可能有危害,对水体可造成污染。[26]

急救措施

皮肤接触:脱去被污染的衣物,用流动清水冲洗。[26]眼接触:提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗。[26]吸入:至空气新鲜处。如呼吸困难,给输氧;如呼吸停止,进行人工呼吸。[26]食入:漱口,给饮牛奶或蛋清,醋或1%醋酸,并送医院救治。[27]

泄漏与消防

隔离泄漏污染区,限制出入。小量泄漏:小心扫起,转移至安全场所。大量泄漏:收集回收或运至废物处理场所处置。灭火方法:消防人员必须穿全身耐酸碱消防服。灭火时尽可能将容器从火场移至空旷处。然后根据着火原因选择适当灭火剂灭火。[26]

储存

用玻璃瓶、铁皮罐或铁桶盛装,[27]储存于干燥清洁的仓间内。远离火种、热源。防止阳光直射。包装密封。应与氧化剂、酸类、二氧化碳、食用化学品分开存放,切忌混储。[26]

参考资料 27

  1. Lithium Hydroxide — pubchem
  2. 参考 2
  3. 参考 3
  4. 参考 4
  5. 参考 5
  6. 参考 6
  7. 参考 7
  8. 参考 8
  9. 参考 9
  10. 参考 10
  11. 参考 11
  12. 参考 12
  13. 参考 13
  14. 参考 14
  15. 参考 15
  16. 参考 16
  17. 参考 17
  18. 参考 18
  19. 参考 19
  20. 2022年国内锂盐行业数据统计 — 中国无机盐工业协会
  21. 2022年1-10月全国锂离子电池行业运行情况 — 中华人民共和国工业和信息化部
  22. 2018年度二等奖:锂电新材料企业以技术创新驱动的产业链延伸战略实施 — 中华人民共和国工业和信息化部
  23. 2023年1-2月全国锂离子电池行业运行情况 — 中华人民共和国工业化和信息化部
  24. 2023年上半年锂离子电池行业运行情况 — 中华人民共和国工业和信息化部
  25. 参考 25
  26. 参考 26
  27. 参考 27
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