由于鋰在不同領(lǐng)域的多種應(yīng)用，例如電池、藥理學(xué)制劑(例如，治療躁狂抑郁癥)、冷卻劑、鋁熔煉、陶瓷、搪瓷和玻璃、核燃料或鈮酸鋰、鉭酸鋰和氟化鋰的電子級晶體的生產(chǎn)，無論在金屬形式方面或者作為化合物，鋰的工業(yè)重要性正在迅速增高。制造用于電動車輛和混合動力電動車輛的鋰-空氣電池和鋰-離子電池中的多個部件(例如陰極材料和電解質(zhì)鹽)所需要的鋰化合物。一些電池需要高純度鋰金屬。在鋰-離子電池的情況下，制造陰極可能需要鋰化合物。鋰化合物，例如鋰錳氧化物、鋰鐵磷酸鹽或混合的金屬氧化物(例如鋰鈷鎳錳氧化物)可被用作陰極的活性材料。通常通過從含鋰礦物質(zhì)(例如鋰輝石(硅酸鋁鋰))中經(jīng)過傳統(tǒng)的開采進行提取、或通過從含鋰鹽水中提取而生產(chǎn)鋰化合物(例如氯化鋰或碳酸鋰)，所述含鋰鹽水例如在高海拔鹽湖(例如智利的SalardeAtacama、玻利維亞的SalardeUyuni、阿根廷的SalardeOllaroz或SalardelHombreMuerto)中發(fā)現(xiàn)的鹽水?？商娲柠}水資源(例如地熱、油田以及殘余水熱鹽水)也是用于鋰提取的有希望的來源。目前用于從高海拔湖泊中提取和純化鋰的商用方法依賴于氯化鋰、氯化鈉、氯化鉀和氯化鎂等的分餾重結(jié)晶的蒸發(fā)過程。在該過程中，含鋰沉積物溶于水中或作為鹽水回收、在開放池塘中蒸發(fā)以濃縮鹽、以及通過加入蘇打灰使鋰沉淀為碳酸鋰。隨后，排出鋰-貧化的鹽水。化學(xué)加工相對簡單，然而，由于發(fā)生在高海拔鹽湖(高于海平面4,000米)(其中水資源缺乏并且生態(tài)系統(tǒng)脆弱)，所述化學(xué)加工對環(huán)境具有高的影響。該提取過程極大地改變了高海拔鹽湖中的水平衡，向環(huán)境中引入了化學(xué)品，并生成大量化學(xué)廢物。例如，在太陽能的影響下，鹽水的蒸發(fā)和濃縮是非常緩慢的過程，其中，每生產(chǎn)一公噸碳酸鋰，則在高海拔沙漠地區(qū)通過蒸發(fā)損失至少成億升(220,000US加侖)的水。陸地上的鋰儲備(主要來自鹽水)為約1400萬噸。感興趣的是開發(fā)替代儲備以滿足增長的需求。在海水中，盡管鋰的存在濃度遠小于來自鹽灘的鹽水中的濃度(0.1-0.2ppm)，但鋰儲備估計為約23,000萬噸，因此，它的提取明顯更貴。參見例如，Abe&Chitrakar，Hydrometallurgy19：117-128(1987)；Chitrakar等，Ind.Eng.Chem.Res.40：2054-2058(2001)；Kaneko&Takahashi，ColloidsandSurfaces47：69-79(1990)；Kitajou，ArsSeparatoriaActa2：97-106(2003)；Kunugita等，KagakuKogakuRonbunshu16：1045-1052(1990)；Miyai等，SeparationScienceandTechnology23：179-191(1988)；Ooi等，SeparationScienceandTechnology4：270-281(1986)；DangandSteinberg，Energy3：325-336(1978)；Ryabtsev等，RussianJournalofAppliedChemistry75：1069-1074(2002)。因此，需要有效且經(jīng)濟地從鹽水和從低濃度來源中提取鋰，并同時對環(huán)境具有較小影響的方法和裝置。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了有效且低環(huán)境影響的方法，用于從水性溶液(例如，來自高海拔鹽湖的鹽水)中回收鋰。更具體而言，所公開的方法包括使用具有電極的電化學(xué)裝置，所述電極對鋰具有高度選擇性。在提取步驟中，將鋰離子置入充當陰極的電池型鋰置入電極(例如，錳氧化物)的晶體結(jié)構(gòu)中，其中，電解質(zhì)為鹽水或含鋰的其它水性溶液。然后，在提取或濃縮步驟中，從錳氧化物的晶體結(jié)構(gòu)中提取置入的鋰，其中，電池型鋰置入電極充當陽極，并且電解質(zhì)是稀釋的水性溶液。本發(fā)明還公開了包含三維電極的電化學(xué)裝置，所述三維電極由嵌入在鋰置入化合物(例如，錳氧化物)中的多孔基底(例如，碳氈)構(gòu)成，并且將多個電化學(xué)裝置組裝以形成電化學(xué)反應(yīng)器。在一些方面，所公開的電池型電極通過如下形成：用鋰-錳氧化物/碳黑漿料浸漬多孔載體(例如碳氈或經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒)，并隨后對鋰-錳氧化物進行電解脫鋰(delithiating)。本公開提供了用于從含有鋰離子的水性溶液中提取鋰的填充床電化學(xué)電池，所述填充床電化學(xué)電池包含：(a)第一電極，所述第一電極包含填充有高表面碳基底的隔室，所述高表面碳基底涂覆有包含LiMn2O4的鋰置入化合物；(b)第二電極，所述第二電極包含填充有高表面碳基底的隔室，所述高表面碳基底涂覆有氯化物可逆電極材料；以及(c)插入至第一電極與第二電極之間的非膜狀多孔材料；其中，所述高表面碳基底包含經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒。在一些方面，經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒為經(jīng)煅燒的石油焦炭碳顆粒。在一些方面，氯化物可逆電極材料包含聚吡咯。在一些方面，分隔第一電極和第二電極的非膜狀多孔材料包含多孔燒結(jié)的玻璃分隔物。在一些方面，填充床電化學(xué)電池進一步包含與電極相接觸的集電觸頭。在一些方面，集電觸頭為鈦網(wǎng)集電體。本公開還提供了填充床電化學(xué)反應(yīng)器，所述填充床電化學(xué)反應(yīng)器包含至少兩個填充床電化學(xué)電池。本公開還提供了用于從含有鋰離子的水性溶液中提取鋰的電化學(xué)方法，所述方法包括：(a)使兩個電極與含有鋰離子的水性溶液接觸，其中，所述電極為電池型電極和氯化物或聚吡咯可逆電極；(b)在兩個電極之間施加電壓或循環(huán)電流，其中，通過電池型電極捕獲鋰離子；以及(c)用氯化鋰的稀溶液(或氯化鉀的稀溶液)替換含有鋰離子的水性溶液，并使電極性反轉(zhuǎn)；其中，極性反轉(zhuǎn)使鋰離子從電池型電極釋放入稀溶液中。在一些方面，上述公開的方法進一步包括：重復(fù)步驟(a)-步驟(c)至少兩次，使用從在先步驟(c)得到的含有鋰離子的水性溶液作為后續(xù)的步驟(a)的含有鋰離子的水性溶液，其中，將來自各相繼的步驟(c)的水性溶液用作下一步驟(a)的含有鋰離子的水性溶液。在一些方面，重復(fù)步驟(a)-步驟(c)至少三次，其中，將來自各相繼的步驟(c)的水性溶液用作下一步驟(a)的含有鋰離子的水性溶液。在一些方面，水性溶液選自于由以下溶液所組成的組：海水、湖水、地下水、溫泉水、地熱鹽水、油田鹽水、殘余水熱鹽水、或高海拔鹽湖鹽水。在具體的方面，水性溶液為海水。在其它的具體方面，水性溶液為高海拔鹽湖鹽水。在一些方面，水性溶液包含鋰離子和雜質(zhì)非鋰金屬離子。在一些方面，電池型電極為鋰置入電池型電極，所述電極包含多孔或高表面基底和鋰置入化合物。在一些方面，基底是碳基底。在其它方面，碳基底是導(dǎo)電性基底。在一些方面，電池型電極包含導(dǎo)電性添加材料。在某些方面，導(dǎo)電性添加材料是碳黑。在一些方面，鋰置入化合物包括錳氧化物。在一些方面，錳氧化物包括γ-MnO2和/或λ-MnO2。在一些方面，錳氧化物具有尖晶石晶體結(jié)構(gòu)。在某些方面，錳氧化物包括LiMn2O4。在其它方面，鋰置入化合物包括鋰鈷氧化物、鋰鐵磷酸鹽、鋰錳氧化物或者它們的組合。在一些方面，鋰鈷氧化物包括LiCoO2。在其它方面，鋰鐵磷酸鹽包括LiFePO4。在一些方面，電池型電極通過多孔基底或高表面基底的電解脫鋰制備，所述多孔基底或高表面基底涂覆有鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鐵磷酸鹽(LiFePO4)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)或它們的組合。在一些方面，碳基底選自于由以下物質(zhì)所組成的組：碳氈、碳布、碳紙、石墨粒子、石墨泡沫、高表面積石墨纖維以及它們的組合。在一些方面，碳基底為碳氈。在一些方面，碳基底為經(jīng)煅燒的焦炭碳基底。在一些方面，氯化物可逆電極包含多孔碳基底或高表面碳基底以及銀金屬顆粒。在其它方面，銀金屬顆粒為納米顆粒。在一些方面，氯化物可逆電極包含導(dǎo)電聚合物。在其它方面，導(dǎo)電聚合物為聚吡咯。在一些方面，通過置入電池型電極的晶體結(jié)構(gòu)中來捕獲處于水性溶液中的鋰離子。本公開還提供了用于從含有鋰離子的水性溶液中提取鋰的電化學(xué)裝置，所述電化學(xué)裝置包含至少一個電池型電極，所述電池型電極包含涂覆有鋰置入化合物的多孔基底或高表面基底，其中，所述裝置不包含反電極。在一些方面，裝置進一步包含氯化物可逆電極或聚吡咯可逆電極。在一些方面，基底為碳基底。在其它方面，碳基底為導(dǎo)電性基底。在一些方面，電池型電極包含導(dǎo)電性添加材料。在一些方面，導(dǎo)電性添加材料為碳黑。在其它方面，鋰置入化合物包括錳氧化物。在一些方面，錳氧化物包括γ-MnO2和/或λ-MnO2。在一些方面，錳氧化物具有尖晶石晶體結(jié)構(gòu)。在一些方面，錳氧化物括含LiMn2O4。在其它方面，鋰置入化合物包括鋰鈷氧化物、鋰鐵磷酸鹽、鋰錳氧化物或它們的組合。在一些方面，鋰鈷氧化物包括LiCoO2。在其它方面，鋰鐵磷酸鹽包括LiFePO4。在一些方面，電池型電極通過多孔基底或高表面基底的電解脫鋰制備，所述多孔基底或高表面基底涂覆有鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鐵磷酸鹽(LiFePO4)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)或它們的組合，在一些方面，碳基底選自于由以下物質(zhì)所組成的組：碳氈、碳布、碳紙、石墨粒子、石墨泡沫、高表面積石墨纖維以及它們的組合，在一些方面，碳基底為碳氈，在一些方面，碳基底為經(jīng)煅燒的焦炭碳基底，在一些方面，氯化物可逆電極包含多孔基底或高表面碳基底以及銀金屬顆粒。在一些方面，銀金屬顆粒為納米顆粒。在一些方面，氯化物可逆電極包含導(dǎo)電聚合物。在一些方面，導(dǎo)電聚合物為聚吡咯。在其它方面，通過置入電池型電極的晶體結(jié)構(gòu)中來捕獲水溶液中的鋰離子。在一些方面，電池型電極和氯化物可逆電極位于分開的半電池中。在一些方面，通過半滲透性的電解膜分隔開包含電池型電極的半電池和包含氯化物可逆電極的半電池。在一些方面，電解膜為離聚物膜。在一些方面，離聚物膜為膜。在一些方面，膜為324。在一些方面，包含電池型電極的半電池和包含氯化物可逆電極或聚吡咯可逆電極的半電池未被半滲透性的電解膜分隔開。在一些方面，通過多孔材料分隔開包含電池型電極的半電池和包含氯化物可逆電極或聚吡咯可逆電極的半電池。在一些方面，多孔材料為紗。在一些方面，紗為聚酯紗。在一些方面，多孔材料為多孔的燒結(jié)玻璃。本公開還提供了用于從含有鋰離子的水性溶液中提取鋰的鋰提取設(shè)備，所述鋰提取設(shè)備包含至少一個如本文所公開的電化學(xué)裝置。在一些方面，含有鋰離子的水性溶液為鹽水。在其它方面，鹽水從高海拔鹽湖中得到。在一些方面，通過清潔能源電壓源控制鋰提取設(shè)備。在其它方面，清潔能源電壓源為太陽能源。本公開還提供了制造高純度鋰的方法，所述方法包括使用本文所公開的方法、電化學(xué)裝置或鋰提取設(shè)備。本公開還提供了用于從含有鋰離子的水性溶液中提取鋰的電化學(xué)方法，所述電化學(xué)方法包括使用：(a)本文所公開的填充床電化學(xué)電池、(b)本文所公開的填充床電化學(xué)反應(yīng)器、(c)本文所公開的鋰提取方法、(d)本文所公開的電化學(xué)裝置、(e)本文所公開的鋰提取設(shè)備、或者(e)它們的任意組合。附圖說明圖1是表示LiMn2O4標準品的X射線衍射圖案的圖。圖2是表示在實驗室中制備、并用于使用電化學(xué)離子交換從鹽水中提取鋰的分析中的鋰和錳的氧化物(LiMn2O4)樣品的X射線衍射圖案的圖。圖3是LiMn2O4納米晶體的電子顯微圖像，所述LiMn2O4納米晶體用于使用電化學(xué)離子交換從鹽水中提取鋰。圖4是導(dǎo)電性碳氈電極的電子顯微圖像。圖5示出了用于從鹽水中提取鋰的電化學(xué)電池。將陰極置入包含鹽水的“S”半電池中。將陽極置入包含0.1MHCl溶液的“HCl”半電池中。將離聚物膜插入兩個半電池之間。圖6示出了在50mMLiClO4水性溶液中于50mVs-1下，嵌有LiMn2O4的碳氈電極的循環(huán)伏安圖。錳氧化物中的鋰離子化學(xué)嵌入根據(jù)以下公式進行：LiMn2O4(LiMnIIIMnIVO4)→2α-MnO2+Li++e-。圖7(A)是表示FM100型電化學(xué)反應(yīng)器的示意圖，所述電化學(xué)反應(yīng)器用于從鹽水和濃縮的氯化鋰溶液中電化學(xué)提取鋰。圖7(B)示出了拆開的FM100型電化學(xué)反應(yīng)器的組件。圖8是用于從鹽水中提取鋰離子的電化學(xué)反應(yīng)器的照片，所述電化學(xué)反應(yīng)器具有穿過半電池的鹽水循環(huán)，所述半電池含有陰極和處于連接至鈦泵(ColeParmer75211流量泵)的陽極中的鋰提取溶液。圖9示出了相對于Ag/AgCl在0.2V下，置入LiMn2O4碳負載電極中的鋰離子電流瞬態(tài)，以及在50mM高氯酸鋰水性溶液中于1.2V下相對于Ag/AgCl而言的鋰釋放。圖10是表示聚吡咯的氧化態(tài)/還原態(tài)的示意圖，在氧化時攝取陰離子以保持電荷中性，另一方面，在還原時將陰離子釋放入溶液中。圖11A、圖11B和圖11C示出了用于在實施例7中出現(xiàn)的聚吡咯/碳電極和LiMn2O4/碳電極系統(tǒng)中的實驗裝備的不同視圖。圖12示出了在碳氈中的碳纖維的SEM顯微照片，所述碳氈被LiMn2O4晶體覆蓋，對應(yīng)于實施例7中出現(xiàn)的實驗裝備。圖13示出了描繪沉積在碳氈上的聚吡咯的SEM顯微照片，對應(yīng)于實施例7中出現(xiàn)的實驗裝備。圖14示出了對應(yīng)于LiMn2O4/碳氈陰極中的四個氯化鋰捕獲步驟的瞬態(tài)，對應(yīng)于實施例7中出現(xiàn)的實驗裝備。圖15示出了一系列鋰回收步驟的電流瞬態(tài)，在鋰回收步驟中，根據(jù)實施例7中的實驗條件從LiMn2O4電極釋放鋰。圖16示出了根據(jù)實施例7中的實驗條件，在鋰離子從LiMn2O4/碳電極釋放入電解質(zhì)期間的電荷演變。圖17示出了負載有LiMn2O4晶體的焦炭顆粒的SEM顯微照片，對應(yīng)于在實施例8中出現(xiàn)的實驗裝備。圖18顯示了具有電解質(zhì)的軸向磁通和垂直電流的壓濾機反應(yīng)器(FM100型)。所述反應(yīng)器由如下組成：(i)鈦集電體、(ii)處于一個電極的LiMn2O4的石油煅燒焦炭碳支撐物和碳氈支撐物、(iii)處于其它電極的碳氈支撐物和聚吡咯、(iv)聚四氟乙烯框架、以及(v)未分開的電池中的聚酯紗。圖19示出了根據(jù)實施例8中的實驗條件，對應(yīng)于鋰離子由LiMn2O4電極捕獲和釋放的充電瞬態(tài)和放電瞬態(tài)。圖20示出了根據(jù)實施例8中的實驗條件，在2小時內(nèi)于恒定電流(±0.5mA/cm2)下通過LiMn2O4電極的放電和充電曲線。圖21示出了根據(jù)實施例8中的實驗條件，LiMn2O4電極的電勢-充電曲線。圖22示出了實驗室規(guī)模的三維反應(yīng)器，所述三維反應(yīng)器具有分別負載有LiMn2O4和聚吡咯的焦炭緊湊床電極，對應(yīng)于實施例8中出現(xiàn)的實驗填充床裝備。圖23示出了縱向填充床圓柱形反應(yīng)器原型，所述反應(yīng)器原型包含具有通過多孔燒結(jié)玻璃分隔開的兩個隔室的玻璃圓筒、具有鈦棒電連接器的鈦網(wǎng)集電體、含有20g負載有電極材料的焦炭的兩個填充床、橡膠塞、以及連接至活塞式流量泵的管。圖24示出了使用水銀壓力計在不同流速(每秒0-30mL)下測定圖23中所示的反應(yīng)器中的壓降。具體實施方式本發(fā)明公開了有效且環(huán)境友好的方法，所述方法用于從含有鋰離子的水性電解溶液中提取鋰值(lithiumvalue)以及其它金屬離子如鈉離子、鉀離子、鎂離子和氯離子(例如，富含氯化物的鹽水、海水等)。本文所述的方法和裝置從含有其它離子的溶液中(甚至當這些其它離子以相對高的濃度存在時)選擇性地提取鋰。本公開還提供了用于以低能耗快速提取鋰的清潔技術(shù)。在這方面，不同于目前用于從南美和其它地點的鹽湖中回收鋰的蒸發(fā)方法，本文所公開的方法和裝置可用于從高海拔湖泊中的鹽沉積物或鹽水中提取鋰而不改變水的平衡。應(yīng)當注意的是，本文所公開的方法可應(yīng)用于例如：(i)僅含有鋰、或含有鋰和其它鹽的人工鹽水；以及(ii)天然鹽水。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白的是，適合于從僅含有鋰、含有鋰和低濃度的其它鹽的人工鹽水中，或者從具有限定組成的人工鹽水中提取鋰的方法，可能無法成功地從不僅含鋰而且還含有高鈉濃度和高濃度的許多其它鹽的天然鹽水中提取鋰。特別是，本公開提供了用于從含有鋰離子的水性溶液中提取鋰的電化學(xué)方法，所述電化學(xué)方法包括將鋰離子置入到鋰置入材料(例如，錳氧化物)的晶體結(jié)構(gòu)中，所述鋰置入材料嵌在陰極中的多孔基底上(例如，碳氈)，并且隨后鋰離子從陽極中的鋰飽和氧化物的晶體結(jié)構(gòu)中脫出(提取)。在一些方面，鋰置入材料通過經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒支撐。在美國專利公開號2011/0174739中已描述了從海水(含有約0.17mg/L鋰)中回收鋰，使用了以錳氧化物作為聚合物膜中的吸附劑的吸附/脫附方法。不同于本發(fā)明，膜中吸附的鋰隨后通過用鹽酸溶液進行處理而釋放，導(dǎo)致產(chǎn)生了大量的化學(xué)廢物。本文所公開的方法通過使用電化學(xué)途徑而避免了這一缺陷，其中，低價金屬陽離子在電池型鋰置入電極中氧化、并且氯化物通過電還原在氯化物可逆電極處釋放。在一個方面，本文所公開的電化學(xué)方法包括將立方尖晶石錳氧化物MnO2的MnIV離子還原為MnIII，隨后經(jīng)歷了存在于溶液(例如，鹽湖鹽水或海水)中的鋰離子向LiMn2O4氧化物(或另一合適的鋰離子置入材料，例如LiCoO2、LiFePO4等)的晶體結(jié)構(gòu)中的自發(fā)置入。在本文所公開方法的后續(xù)的鋰濃縮步驟中，通過恢復(fù)電化學(xué)電池的極性，將MnIII氧化為MnIV，從而將存在于離子置入材料的晶體結(jié)構(gòu)中的置入鋰離子釋放至水性溶液。這使得水性溶液中的氯化鋰的濃度增高。同樣地，可通過使用其它鋰置入材料(例如含鐵或鈷的鋰化合物)而推廣所述方法。在這些情況下，例如分別在含有LiCoO2和LiFePO4的電極中將CoII氧化為CoIII、或?qū)eII氧化為FeIII，將各自晶體結(jié)構(gòu)中含有的鋰離子釋放至水性溶液。在兩個步驟(鋰提取以及鋰釋放/濃縮)中，第二電極是可逆電極，例如Ag/AgCl可逆電極或聚吡咯可逆電極。例如，在鋰提取步驟中，Ag/AgCl可逆電極可從溶液中攝取氯離子以形成不溶的氯化銀。然后，在鋰釋放/濃縮步驟中，Ag/AgCl可逆電極可通過形成金屬銀而將氯化物釋放至溶液中。類似地，當將聚吡咯可逆電極用于鋰釋放/濃縮步驟中時，聚吡咯將氯離子釋放至溶液中。因此，電化學(xué)電池中的電荷平衡通過氯離子和鋰離子維持，并且沒有氫離子的失衡而改變?nèi)芤簆H(這是相對于使用非活性反電極的方法的關(guān)鍵區(qū)別，例如美國專利號5,198,081中所述的方法)。定義本文所使用的術(shù)語“鋰”是指取決于上下文的鋰金屬、鋰離子、鋰原子或鋰化合物。術(shù)語“鋰化合物”涉及從含有鋰離子的水性溶液中提取的鋰產(chǎn)物，例如氯化鋰、氫氧化鋰、磷酸鋰和碳酸鋰等。本文所使用的術(shù)語“電池型電極”是指包含通常在鋰電池陰極發(fā)現(xiàn)的組分的電極，例如具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰錳氧化物。正尖晶石結(jié)構(gòu)通常為立方密堆積氧化物，各氧化物具有一個八面體位點和兩個四面體位點。四面體點小于八面體點。由于電荷因子(chargefactor)，三價陽離子(B3+)占據(jù)了八面體孔，但只能占據(jù)半數(shù)的八面體孔。二價陽離子(A2+)占據(jù)1/8的四面體孔。正尖晶石為LiMn2O4。另外，存在中間情形，其中陽離子分布可描述為(Α1-xΒx)[Αx/2Β1-x/2]2O4，其中，圓括號()和方括號[]分別用于表示四面體位點和八面體位點，并且A和B代表陽離子。所謂的反轉(zhuǎn)程度x的取值介于0(正常)至1(反轉(zhuǎn))之間，并且對于完全隨機的陽離子分布而言，x＝2/3。本文所使用的術(shù)語“鋰置入化合物”是指能夠可逆地寄存(host)并釋放鋰的化合物。在置入過程中，鋰離子嵌入寄存化合物的晶體結(jié)構(gòu)中。本文所使用的術(shù)語嵌入是指材料的如下性質(zhì)：允許離子容易地進出材料的晶體結(jié)構(gòu)而材料不用改變其晶體結(jié)構(gòu)。本文所使用的術(shù)語“導(dǎo)電性基底”是指用作電極的基底。因此，本文所使用的導(dǎo)電性基底涵蓋了由導(dǎo)電性材料制成的基底、以及通過將“導(dǎo)電性添加材料”的導(dǎo)電層涂敷、沉積或?qū)訅涸诜菍?dǎo)電性基底的表面上而獲得的基底。術(shù)語“導(dǎo)電性添加材料”是指可施用至另外的非導(dǎo)電性基底以賦予其導(dǎo)電性的導(dǎo)電組合物。導(dǎo)電性添加材料可包含導(dǎo)電微粒或非微粒材料。例如，導(dǎo)電性添加材料可包含導(dǎo)電性材料，例如碳黑或碳納米纖維。其它合適的導(dǎo)電微粒材料包括但不限于，金屬微粒(例如，處于具有不同尺寸和不同尺寸分布的粒子、薄片、球體形式的導(dǎo)電金屬，如鋁、銀、鎳等)、非導(dǎo)電級的碳黑、涂覆有導(dǎo)電性材料的顆粒或纖維、碳纖維、固有導(dǎo)電聚合物(即，一類具有共軛鏈構(gòu)造、賦予其類似半導(dǎo)體的傳輸電子的固有能力的聚合物材料，例如聚乙炔或聚苯胺)。導(dǎo)電性添加材料還可包含在其中分散著導(dǎo)電性材料的液體組分。用于導(dǎo)電性添加材料中的液體組分可選自多種液體組分。合適的液體組分包括但不限于：聚酯載體、多元醇載體、環(huán)氧樹脂、增塑劑和單體(例如，苯乙烯、二乙烯基苯和乙烯基甲苯等)。本文所使用的術(shù)語“基底”是指在制造電極的過程中使用的結(jié)構(gòu)，在所述結(jié)構(gòu)上建造其它層，例如在所述結(jié)構(gòu)上沉積錳氧化物的碳氈。在一些方面，基底包含經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒。在一些方面，通過石油煅燒生成焦炭碳顆粒。本文所使用的術(shù)語“納米顆?！笔侵妇哂兄辽賰蓚€100納米(nm)以下的尺寸的顆粒。術(shù)語納米顆粒包括，例如納米球、納米棒、納米纖維，包括納米線、納米帶、納米片、納米卡(nanocards)和納米棱柱(nanoprisms)。本文所使用的術(shù)語“碳黑”是指通過碳質(zhì)燃料的不完全燃燒或熱分解制得的任意的各種細碎形式的碳。本文所使用的術(shù)語“碳氈”是指主要包含隨機取向并交織的碳纖維的紡織材料，所述碳纖維通常通過有機氈的碳化制成(參見例如，IUPACCompendiumofChemicalTerminology第二版(1997))。最典型的是，有機紡織纖維氈在至少1200°K、更典型在1400°K、并且最典型在1600°K的溫度下于惰性氣氛中接受熱解，使得殘余物的碳含量為90wt％、更典型為95wt％、最典型為99wt％。碳氈的表面為至少約0.01-100m2/g、并且更典型為0.1-5m2/g、最典型為0.3-3m2/g。當碳氈活化時，碳氈的表面積通常大于100-500m2/g、更典型為至少約500-1200m2/g、并且最典型為至少約1200-1500m2/g以上。根據(jù)有機紡織材料和碳化條件，碳氈可為石墨的、非晶形的、具有部分金剛石結(jié)構(gòu)(添加或通過碳化形成)、或它們的混合物。必須注意的是，當在本說明書和所附的權(quán)利要求書中使用時，除非上、下文另有明確指示，單數(shù)形式的“一(a、an、the)”包含復(fù)數(shù)形式。本文中的術(shù)語“一(a或an)”以及術(shù)語“一個或多個”、“至少一個”可互換使用。此外，本文所使用的“和/或”用作兩個指定特征的各特征、或者具有或不具有另一組分的兩個指定組分的各組分的具體公開。因此，例如在本文所述的短語“A和/或B”中使用的術(shù)語“和/或”旨在包括“A和B”、“A或B”、“A”(單獨)、以及“B”(單獨)。同樣地，例如在短語“A、B和/或C”中使用的術(shù)語“和/或”旨在涵蓋以下各個實施方式：A、B和C；A、B或C；A或C；A或B；B或C；A和C；A和B；B和C；A(單獨)；B(單獨)；以及C(單獨)。單位、前綴和符號以在其SystèmeInternationaldeUnites(SI)中接受的形式加以表示。數(shù)值范圍包括限定該范圍的數(shù)字在內(nèi)。本文所提供的標題并不會限制本發(fā)明的各個方面或?qū)嵤┓绞剑赏ㄟ^將申請文件作為整體進行參考而獲得。將能理解的是，在本文中無論何處使用措詞“包含”對實施方式進行描述時，還提供了以術(shù)語“由···組成”和/或“基本上由…組成”描述的另外的類似實施方式。提取鋰的電化學(xué)方法本公開提供了用于從含有鋰離子的水性溶液中提取鋰的電化學(xué)方法，所述方法包括：i.將兩個電極與含有鋰離子的水性溶液接觸，其中，所述電極(陽極和陰極)為電池型電極和氯化物可逆電極(“鋰提取步驟”)；ii.在兩個電極之間(在鋰提取步驟中，陰極負極且陽極正極)施加電壓或循環(huán)電流，其中，通過電池型電極捕獲鋰離子；以及iii.用氯化鋰的稀溶液替換含有鋰離子的水性溶液，并使電極性反轉(zhuǎn)，由此將鋰離子釋放入稀溶液中(“鋰釋放/濃縮步驟”)。在一些方面，步驟(ii)和(iii)重復(fù)多次。在一些方面，步驟(ii)和(iii)重復(fù)2次。在一些方面，步驟(ii)和(iii)重復(fù)3次。在一些方面，步驟(ii)和(iii)重復(fù)4次。在一些方面，步驟(ii)和(iii)重復(fù)多于4次。在一些方面，步驟(ii)和(iii)的重復(fù)可提高稀溶液中的Li:Na濃度比，相對于鹽水提高至少2倍、至少4倍、至少6倍、至少8倍、至少10倍、至少20倍、至少30倍、至少40倍、至少50倍、至少60倍、至少70倍、至少80倍、至少90倍、至少100倍、至少200倍、至少300倍、至少400倍、至少500倍、至少600倍、至少800倍、至少900倍、至少1000倍、至少1100倍、至少1200倍、至少1300倍、至少1400倍、至少1500倍、至少1600倍、至少1700倍、1800倍、1900倍或至少2000倍。在一些方面，由于步驟(ii)和(iii)的重復(fù)而在Li:Na濃度方面的提高可用于增高使用本文公開方法生產(chǎn)得到的鋰的純度。在一些方面，步驟(iii)重復(fù)多次。在一些方面，步驟(iii)重復(fù)2次。在一些方面，步驟(iii)重復(fù)3次。在一些方面，步驟(iii)重復(fù)4次。在一些方面，步驟(iii)重復(fù)多于4次。在一些方面，步驟(iii)的重復(fù)可提高稀溶液中的Li:Na濃度比，相對于鹽水提高至少2倍、至少4倍、至少6倍、至少8倍、至少10倍、至少20倍、至少30倍、至少40倍、至少50倍、至少60倍、至少70倍、至少80倍、至少90倍、至少100倍、至少200倍、至少300倍、至少400倍、至少500倍、至少600倍、至少800倍、至少900倍、至少1000倍、至少1100倍、至少1200倍、至少1300倍、至少1400倍、至少1500倍、至少1600倍、至少1700倍、1800倍、1900倍或至少2000倍。在一些方面，步驟(iii)的重復(fù)可使鹽水中的Li:Na濃度提高大于2000倍。在一些方面，步驟(iii)的重復(fù)可提高鹽水中的Li:Na濃度大于2000倍。在一些方面，由步驟(iii)的重復(fù)得到的Li:Na濃度的提高可用于增高使用本文公開方法生產(chǎn)得到的鋰的純度。在一些方面，可將步驟(iii)中獲得的水性溶液用作步驟(i)的含有鋰離子的水性溶液，并且步驟(i)至步驟(iii)可循環(huán)進行，使用來自各相繼的步驟(iii)中的水性溶液作為下一步驟(i)的含有鋰離子的水性溶液。在一些方面，步驟序列(i)-(iii)重復(fù)2次，其中，將來自各相繼的步驟(iii)中的水性溶液用作下一步驟(i)的含有鋰離子的水性溶液。在一些方面，步驟序列(i)-(iii)重復(fù)3次，其中，將來自各相繼的步驟(iii)中的水性溶液用作下一步驟(i)的含有鋰離子的水性溶液。在一些方面，步驟序列(i)-(iii)重復(fù)4次，其中，將來自各相繼的步驟(iii)中的水性溶液用作下一步驟(i)的含有鋰離子的水性溶液。在一些方面，步驟序列(i)-(iii)重復(fù)多于4次，其中，將來自各相繼的步驟(iii)中的水性溶液用作下一步驟(i)的含有鋰離子的水性溶液。在一些方面，步驟序列(i)-(iii)的重復(fù)(其中，將來自各相繼的步驟(iii)中的水性溶液用作下一步驟(i)的含有鋰離子的水性溶液)可提高稀溶液中的Li:Na濃度比，相對于鹽水提高至少2倍、至少4倍、至少6倍、至少8倍、至少10倍、至少20倍、至少30倍、至少40倍、至少50倍、至少60倍、至少70倍、至少80倍、至少90倍、至少100倍、至少200倍、至少300倍、至少400倍、至少500倍、至少600倍、至少800倍、至少900倍、至少1000倍、至少1100倍、至少1200倍、至少1300倍、至少1400倍、至少1500倍、至少1600倍、至少1700倍、1800倍、1900倍或至少2000倍。在一些方面，步驟序列(i)-(iii)的重復(fù)(其中，將來自各相繼的步驟(iii)中的水性溶液用作下一步驟(i)的含有鋰離子的水性溶液)可使鹽水中的Li:Na濃度提高大于2000倍。在一些方面，步驟序列(i)-(iii)的重復(fù)(其中，將來自各相繼的步驟(iii)中的水性溶液用作下一步驟(i)的含有鋰離子的水性溶液)可使鹽水中的Li:Na濃度提高大于2000倍。在一些方面，由步驟序列(i)-(iii)的重復(fù)(其中，將來自各相繼的步驟(iii)中的水性溶液用作下一步驟(i)的含有鋰離子的水性溶液)得到的Li:Na濃度的提高可用于增高使用本文公開方法生產(chǎn)得到的鋰的純度。在一些方面，可將所公開的方法施用至含有鋰的多種水性溶液，例如海水、湖水、地下水、溫泉水、地熱鹽水、油田鹽水和殘余的水熱鹽水等。因此，在一些方面，水性溶液可含有低濃度的鋰(例如，海水為約0.17ppm)，而在其它方面，水性電解質(zhì)溶液可含有高濃度的鋰(例如，來自高海拔湖泊的鹽水為約700ppm)。在一些方面，水性電解質(zhì)溶液中的鋰濃度為至少約0.10ppm、或至少約0.12ppm、或至少約0.14ppm、或至少約0.16ppm、或至少約0.18ppm、或至少約0.20ppm、或至少約0.22ppm、或至少約0.24ppm、或至少約0.26ppm、或至少約0.28ppm、或至少約0.30ppm。在一些方面，水性電解質(zhì)溶液中的鋰濃度為至少約0.4ppm、或至少約0.5ppm、或至少約0.6ppm、或至少約0.7ppm、或至少約0.8ppm、或至少約0.9ppm、或至少約1ppm。在其它方面，水性電解質(zhì)溶液中的鋰濃度為至少約2ppm、或至少約3ppm、或至少約4ppm、或至少約5ppm、或至少約6ppm、或至少約7ppm、或至少約8ppm、或至少約9ppm、或至少約10ppm。在其它方面，水性電解質(zhì)溶液中的鋰濃度為至少約20ppm、或至少約30ppm、或至少約40ppm、或至少約50ppm、或至少約60ppm、或至少約70ppm、或至少約80ppm、或至少約90ppm、或至少約100ppm。在其它方面，水性電解質(zhì)溶液中的鋰濃度為至少約150ppm、或至少約200ppm、或至少約250ppm、或至少約300ppm、或至少約350ppm、或至少約400ppm、或至少約450ppm、或至少約500ppm、或至少約550ppm、或至少約600ppm、或至少約650ppm、或至少約700ppm、或至少約750ppm、或至少約800ppm、或至少約850ppm、或至少約900ppm、或至少約950ppm、或至少約1000ppm。本文所公開的方法可施用至含有鋰的任何水性電解質(zhì)溶液，例如含有氯化鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰、硫酸鋰、硝酸鋰、磷酸鋰等的溶液。在一些方面，可將所公開的方法施用至包含鋰離子、以及雜質(zhì)非鋰金屬離子(例如鈉、鉀等)和/或非金屬離子(例如氯化物、硫酸根、碳酸根、硝酸根等)的水性溶液。另一方面，可將所公開的方法施用至含有純化或部分純化的單一的鋰化合物(例如碳酸鋰)的溶液，從而生產(chǎn)氯化鋰。還可通過保持電極性并反轉(zhuǎn)半電池(其中，各電極定位)，而非保持電極的位置并反轉(zhuǎn)電極性，從而施用所公開的方法。在一些方面，可用高氯酸鋰稀溶液替換“鋰釋放/濃縮步驟”中的氯化鋰稀溶液。通常將高氯酸鋰用作鋰電池中的非活性電解質(zhì)。還可將含鋰礦石(例如，鋰輝石、透鋰長石、鋰磷鋁石、鋰云母如鐵鋰云母或鱗云母(lepidolite))用作提供從其產(chǎn)生的含鋰水性電解質(zhì)溶液的來源。在一些方面，可通過溶解天然沉積物(例如，來自高海拔鹽湖的鹽沉積物或地下蒸發(fā)鹽沉積物)或人工沉積物(例如，來自鹽場的鹽沉積物)來制備適用于本文所公開的方法的水性電解質(zhì)溶液。在一些方面，在根據(jù)本文所公開的電化學(xué)方法進行純化之前，可通過本領(lǐng)域已知的用于除去或減少各雜質(zhì)的適當方法(例如，沉淀或離子交換)來減少或除去存在于水性電解質(zhì)溶液中的雜質(zhì)(例如，除鋰以外的離子，如金屬離子或非金屬離子)。在一些方面，可通過常規(guī)能源(例如，由常規(guī)化石燃料源(如煤或天然氣)、或者核能產(chǎn)生的電力)或清潔能源、例如太陽能(例如來自熱發(fā)生器或光電發(fā)生器)提供電壓或循環(huán)電流。可使用其它清潔能源，例如從水力發(fā)電機、生物質(zhì)、地熱源、風能、波/潮汐能、掩埋氣或氣體驅(qū)動的燃料電池獲得的能量。在一些方面，在兩個電極之間施加小的DC電壓，所述電極為鋰提取步驟中的電池型電極負極和氯化物可逆電極正極。在一些方面，DC電壓介于約0.1V至約0.5V之間。在一些方面，DC電壓低于0.1V。在其它方面，DC電壓高于0.5V。在一些方面，DC電壓為至少約0.1V、或至少約0.2V、或至少約0.3V、或至少約0.4V、或至少約0.5V。或者，DV電流能夠以相同的電極極性循環(huán)。在一些方面，DC電流介于0.5mA.cm-2至1.0mA.cm-2之間。在一些方面，DC電流低于0.5mA.cm-2。在其它方面，DC電流高于1.0mA.cm-2。在一些方面中，DC電流為至少約0.5mA.cm-2、或至少約0.6mA.cm-2、或至少約0.7mA.cm-2、或至少約0.8mA.cm-2、或至少約0.9mA.cm-2、或至少約1.0mA.cm-2。在一些方面，本文公開的提取物電化學(xué)工藝可在恒定電勢下操作。在其它方面，本文公開的提取物電化學(xué)工藝可在電流控制下操作。在一些方面，在將水性溶液與電極接觸并在電極之間施加DC電壓后，可通過稀的水性溶液(例如，氯化鋰稀溶液)替換水性電解質(zhì)溶液，從而對電化學(xué)電池提供歐姆導(dǎo)電性，并且電極性可隨后反轉(zhuǎn)。在該步驟中，電池型鋰置入電極(例如，負載有錳氧化物的碳氈)為正極，且錳離子(或鈷、鐵等，取決于所使用的鋰置入化合物)可被氧化以將鋰離子釋放至稀溶液中。結(jié)果，稀的水性溶液中的鋰離子濃度增高。另一方面，氯化物可逆電極(例如，銀/氯化銀電極或聚吡咯電極)為負電極。當負極中的材料還原時，例如聚吡咯或氯化銀發(fā)生還原(例如，還原為銀)，則釋放氯離子以形成氯化鋰濃縮溶液。在一些方面，在電解質(zhì)極性反轉(zhuǎn)之前，稀溶液中的氯化鋰濃度為約50mmol。在一些方面，在電解質(zhì)極性反轉(zhuǎn)之前，稀溶液中的氯化鋰濃度為至少約10mmol、或至少約15mmol、或至少約20mmol、或至少約25mmol、或者至少約30mmol、或至少約35mmol、或至少約40mmol、或者至少約45mmol、或至少約50mmol、或者至少約55mmol、或至少約60mmol、或至少約65mmol、或至少約70mmol、或至少約75mmol、或至少約80mmol、或至少約85mmol、或至少約90mmol、或至少約95mmol、或至少約100mmol。本文所公開的電池型鋰置入電極可包含多孔或高表面基底以及鋰置入化合物。所述多孔或高表面基底可為，例如導(dǎo)電性多孔碳氈、網(wǎng)狀玻璃碳、經(jīng)煅燒的焦炭碳、或者在其中可嵌入鋰置入材料的任何其它大面積導(dǎo)電性碳電極材料?？蓪⑷魏胃弑砻婊蚨嗫滋冀Y(jié)構(gòu)、或它們的組合用于制造本文所公開的電極。例如，可使用碳布、碳紙、石墨粒子、石墨泡沫、高表面積石墨纖維、經(jīng)煅燒的焦炭碳等制造電極。還可使用非碳基的導(dǎo)電性多孔基底。在一些方面，基底為包含碳組分和非碳粘合劑的高表面復(fù)合材料，所述碳組分例如碳粉或碳纖維、和/或經(jīng)煅燒的焦炭碳。在一些方面，可使用碳材料的組合(例如含有碳基泡沫、或碳顆粒、或經(jīng)煅燒的焦炭碳的碳布套)制造電極。在一些方面，鋰置入電極包含高表面或多孔基底，所述基底包含經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒。在一些方面，通過石油煅燒獲得經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒。在一些方面，經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒的直徑為約200微米至約800微米。在一些方面，經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒的直徑為至少約100微米、至少約200微米、至少約300微米、至少約400微米、至少約500微米、至少約600微米、至少約700微米、至少約800微米、至少約900微米或至少約1000微米。在一些具體方面，經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒的直徑為約500微米。在一些方面，碳氈基底的表面積為約500m2g-1至約3000m2g-1。在一些方面，碳氈基底的表面積為至少約500m2g-1、至少約600m2g-1、至少約700m2g-1、至少約800m2g-1、至少約900m2g-1、至少約1000m2g-1、至少約1100m2g-1、至少約1200m2g-1、至少約1300m2g-1、至少約1400m2g-1、至少約1500m2g-1、至少約1600m2g-1、至少約1700m2g-1、至少約1800m2g-1、至少約1900m2g-1、至少約2000m2g-1、至少約2100m2g-1、至少約2200m2g-1、至少約2300m2g-1、至少約2400m2g-1、至少約2500m2g-1、至少約2600m2g-1、至少約2700m2g-1、至少約2800m2g-1、至少約2900m2g-1、或至少約3000m2g-1。可將這些多孔基底用于制備電池型鋰置入電極、氯化物可逆電極、或同時制備兩者。在一些方面，碳基底為導(dǎo)電性碳基底(例如，碳納米管基底或基于石墨的基底)。然而，在基底為非導(dǎo)電性的情況下，電池型鋰置入電極可包含導(dǎo)電性添加材料。在一些方面，導(dǎo)電性添加材料為碳黑，例如SHAWINIGAN或碳黑。因此，可通過將由懸浮于適當溶劑中的鋰置入化合物(例如，鋰錳氧化物)和導(dǎo)電性添加材料(例如碳黑)組成的漿料施用至多孔導(dǎo)電性基底(例如，碳氈和/或經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒、如經(jīng)石油煅燒的焦炭碳顆粒)，從而制備電池型鋰置入電極。鋰置入化合物一般為鋰置入氧化物、例如鋰錳氧化物。鋰錳氧化物是用于生產(chǎn)錳氧化物的前體，可將錳氧化物用作離子篩型鋰吸附劑。因此，在一些方面，電池型鋰置入電極可包含嵌有鋰置入材料的碳氈和/或經(jīng)石油煅燒的焦炭碳(例如，經(jīng)石油煅燒的焦炭碳顆粒)，所述鋰置入材料包括但不限于γ-MnO2和/或λ-MnO2。在一些方面，鋰置入錳氧化物為γ-MnO2。在一些方面，鋰置入錳氧化物為λ-MnO2。一旦將電池型鋰置入化合物摻入電池型鋰置入電極中，電池型鋰置入化合物可進行電化學(xué)脫鋰。鋰離子從電池型鋰置入化合物的晶體結(jié)構(gòu)中的電化學(xué)移除在晶體結(jié)構(gòu)中留下空隙，從而產(chǎn)生離子篩型錳氧化物，所述離子篩型錳氧化物可用作高選擇性的鋰吸附劑。因此，在鋰提取步驟中，當離子篩型錳氧化物暴露至含有鋰離子的水性溶液時，錳氧化物晶體結(jié)構(gòu)中的空隙可被來自含有鋰離子的水性溶液中的鋰填充。在一些方面，鋰置入氧化物包含具有尖晶石結(jié)構(gòu)、特別是具有3D隧道結(jié)構(gòu)的尖晶石結(jié)構(gòu)的錳氧化物。作為實例，錳氧化物可為LinMn2-xO4，其中，1≤n≤1.33、0≤x≤0.33且n≤1+x，例如Li1.33Mn1.67O4或為Li1.6Mn1.6O4。在一些方面，錳氧化物為LiMn2O4，然而，可使用其它電池型鋰置入化合物，例如鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鐵磷酸鹽(LiFePO4)等。本領(lǐng)域已知的其它鋰置入材料包括，例如鋰鎳錳氧化物(參見例如，Ohzuku等，JournalofMaterialsChemistry，21：10179-10188(2011))；鋰鎳氧化物(參見例如，Ohzuku等，JournalofMaterialsChemistry，21：10179-10188(2011))；鈷釩氧化物(參見例如，Hibino等，Electrochem.Solid-StateLett，8：A500-A503(2005))；鉬氧化物(參見例如，Lee等，AdvancedMaterials，20：3627-3632(2008))；釩氧化物(參見例如，Liu等，AdvancedMaterials，14：27-30(2002))；反尖晶石釩酸鹽，如LiNiVO4(參見例如，Broussely等，ElectrochimicaActa，45：3-22(1999))；或進一步包含三價金屬如鋁、鉻、鎵、銦或鈧的鋰錳氧化物(參見例如，PCT公開號WO01/24293)。在一些方面，電池型鋰置入電極包含單一的電池型鋰置入化合物。在其它方面，電池型鋰置入電極可包含大于一種的電池型鋰置入化合物?？赡媛然镫姌O還可包含多孔或高表面碳基底(例如，如上所公開的碳氈或經(jīng)煅燒的焦炭碳)和金屬顆粒，例如銀金屬顆粒。在一些方面，銀顆?？蔀榧{米顆粒。將金屬顆?；蚪饘偻繉映练e在基底上的方法是本領(lǐng)域公知的，例如使用層-層沉積。因此，在一些方面，可逆氯化物電極可包含在導(dǎo)電碳氈中支撐的銀納米顆粒，在所述導(dǎo)電性碳氈上具有通過層-層沉積而沉積的銀離子。這些銀離子被截留在碳氈纖維上的多層聚電解質(zhì)中，通過化學(xué)還原或電化學(xué)還原可產(chǎn)生具有大的表面積的銀納米顆粒。反過來，這些銀納米顆?？膳c氯離子反應(yīng)以形成氯化銀。在一些方面，可逆氯化物電極包含高表面或多孔基底，所述基底包含經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒。在一些方面，可通過石油煅燒而獲得經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒。在一些方面，經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒的直徑為約200微米至約800微米。在一些方面，經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒的直徑為至少約100微米、至少約200微米、至少約300微米、至少約400微米、至少約500微米、至少約600微米、至少約700微米、至少約800微米、至少約900微米、或至少約1000微米。在一些具體方面，經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒的直徑為約500微米?？蓪⒑倾y金屬的電極用于制造可逆氯化物電極。例如，可使用包含導(dǎo)電性聚合物(例如聚吡咯/氯化物、聚苯胺、聚合酚等)的替代性氯化物可逆電極。因此，在一些方面，氯化物可逆電極可包含可攝取和釋放氯離子的導(dǎo)電性聚合物，例如聚吡咯?？蓪⒕哂辛己秒娀瘜W(xué)活性的其它導(dǎo)電聚合物(例如聚苯胺、聚噻吩、聚酰亞胺、聚乙炔、聚亞苯基亞乙烯、聚亞苯基硫酸鹽/酯、或?qū)щ娋酆衔锏慕M合)用于制造可逆氯化物電極。參見例如，Imisides等，Electroanalysis，3：879-889(2005)；Bidan，SensorandActuatorsb:Chemical，6：45-56(1992)；Walram&Bargon，CanadianJournalofChemistry，64：76-95(1986)；Mermilliod等，JournaloftheElectrochemicalSociety，133：1073-1079(1986)；Roth&Graupner，SyntheticMetals，57：3623-3631(1993)，以引用的方式將這些內(nèi)容整體并入本文。在一些方面，聚吡咯可逆氯化物電極還可包含多孔或高表面碳基底(例如，如上所公開的碳氈和/或經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒)。生產(chǎn)涂覆在基底上的聚吡咯的方法是本領(lǐng)域公知的，例如使用在基底上的化學(xué)聚合。因此，在一些方面，可逆氯化物電極可包含通過化學(xué)聚合至導(dǎo)電性碳氈和/或經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒上形成的聚吡咯。然后，聚吡咯可與氯化物反應(yīng)。在一些方面，聚吡咯可逆氯化物電極可包含其它組分，例如摻雜劑。在一些方面，聚吡咯可逆氯化物電極可包含銀，例如截留在聚合的聚吡咯膜或涂層中的銀顆粒(例如，納米顆粒)。參見例如，Song&Shiu，JournalofElectroanalyticalChemistry，498：161-170(2001)。用于鋰提取的電化學(xué)裝置本公開還提供了用于從含有鋰離子的水性溶液中提取鋰的電化學(xué)裝置，所述電化學(xué)裝置包含至少一個電池型鋰置入電極，所述電池型鋰置入電極包含涂覆有鋰置入化合物的多孔或高表面基底，其中，所述裝置不包含反電極。在一些方面，電化學(xué)裝置進一步包含氯化物可逆電極，例如Ag/AgCl或聚吡咯氯化物可逆電極。適合用于本公開的電化學(xué)裝置中的電池型鋰置入電極和氯化物可逆電極已在上文中進行了詳細描述。本文所公開的電化學(xué)裝置可包含兩個隔室或半電池，每個隔室或半電池由浸入電解質(zhì)溶液中的電極組成。這些半電池被設(shè)計為獨立地含有氧化半反應(yīng)和還原半反應(yīng)。在一些方面，電池型鋰置入電極和氯化物可逆電極放置在分開的半電池中。在一些方面，通過半滲透性電解膜、例如離聚物膜(例如，膜)將包含電池型鋰置入電極的半電池與包含氯化物可逆電極的半電池分隔開。在一些方面，膜為324。可將任何可得到的、選擇性地透過陽離子并抑制陰離子透過的半滲透性電解膜用于本裝置中。該膜對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的。在一些方面，沒有使用膜。在一些方面，作為多孔材料分隔開半電池。在一些方面，多孔材料可為紗。在一些方面，紗可為聚酯紗。在一些方面，多孔材料可為多孔的燒結(jié)玻璃。在一些方面，電化學(xué)裝置為填充床反應(yīng)器。在這一反應(yīng)器構(gòu)造中，電池型鋰置入電極材料和氯化物可逆電極材料(例如，負載有如LiMn2O4或聚吡咯的多孔顆粒、例如經(jīng)煅燒的焦炭碳顆粒)被放置在集電體(例如，鈦集電體)和分離的多孔屏障(例如，聚酯紗)之間。在一些方面，填充床反應(yīng)器并不包含分隔開陽極隔室與陰極隔室的半滲透性電解膜。在一些方面，填充床反應(yīng)器中的鋰提取顆粒包含：每60g經(jīng)煅燒的焦炭顆粒約13gLiMn2O4。在一些方面，鋰提取顆粒包含：每60g經(jīng)煅燒的焦炭顆粒至少約1g、至少約2g、至少約3g、至少約4g、至少約5g、至少約6g、至少約7g、至少約8g、至少約9g、至少約10g、至少約11g、至少約12g、至少約13g、至少約14g、或至少約15g的LiMn2O4。在一些方面，將水性溶液直接輸送至電化學(xué)裝置用于鋰提取。在其它方面，可針對鋰含量對水性電解質(zhì)溶液進行濃縮。在其它方面，將雜質(zhì)從隨后針對鋰含量進行濃縮的水性電解質(zhì)溶液中移除。在一些方面，例如可使用如同在實施例4中公開的FM100壓濾機電化學(xué)反應(yīng)器樣式構(gòu)建電化學(xué)裝置。在一個方面，電化學(xué)裝置包含與碳氈電極(例如，分別為電池型鋰置入電極和氯化物可逆電極)接觸的兩個集電體觸頭(例如，不銹鋼金屬板)。電池型鋰置入電極和可逆電極安裝在絕緣支撐件上(例如，框架)，并且流場通道允許溶液進行循環(huán)。允許溶液循環(huán)的絕緣體(例如，網(wǎng)狀分隔物)嵌入在各電極之間以防止電極短路。反應(yīng)器通過穿過所有組件板的絕緣螺栓固定在一起。系統(tǒng)可擴展至成堆中的多個電極(參見圖7A和圖7B)。在一些方面，可根據(jù)實施例8中公開的FM100電化學(xué)電池樣式對FM100電化學(xué)反應(yīng)器進行組裝。因此，在一些方面，反應(yīng)器包含集電體觸頭(例如，鈦金屬板)，所述觸頭與包含官能團化多孔基底的碳氈電極接觸。例如，一個電極包含碳氈，所述碳氈含有支撐電池型鋰置入電極材料(例如，LiMn2O4)的經(jīng)煅燒的石油焦炭碳顆粒；而另一電極包含碳氈，所述碳氈含有支撐氯化物可逆電極材料(例如，聚吡咯)的經(jīng)煅燒的石油焦炭碳顆粒。電極通過非膜狀多孔材料(例如，聚酯紗或多孔燒結(jié)玻璃)分隔開，所述非膜狀多孔材料可任選地安裝在合適的支撐物上(例如，框架)。為增高鋰的生產(chǎn)，多個未分離的電化學(xué)電池可堆疊并串聯(lián)連接。相同的電流可穿過所有串聯(lián)的電化學(xué)電池循環(huán)。參見圖18。在一些方面，電化學(xué)反應(yīng)器為根據(jù)實施例8中公開的填充床電化學(xué)電池樣式組裝的填充床反應(yīng)器。因此，在一些方面，電極包含官能團化多孔基底(例如，經(jīng)煅燒的石油焦炭碳)，而不含碳氈基底。在該配置中，一個電極包含填充有支撐電池型鋰置入電極材料(例如，LiMn2O4)的經(jīng)煅燒的石油焦炭碳顆粒的隔室，而另一電極包含填充有支撐氯化物可逆電極材料(例如，聚吡咯)的經(jīng)煅燒的石油焦炭碳顆粒的隔室。兩個隔室均由非膜狀多孔材料(例如多孔燒結(jié)玻璃)分隔開。反應(yīng)器還包含與電極接觸的集電觸頭。在一些方面，可使用具有鈦棒電連接件的鈦網(wǎng)集電體。參見圖22和圖23。在一些情況下，填充床反應(yīng)器可包含2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、或多于10個的上述公開的填充床電化學(xué)電池。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，本文公開的電化學(xué)電池能夠以多種形式(例如，串聯(lián)或并聯(lián))進行組裝，并且本文公開的電池可與設(shè)計用于從鹽水中提取其它具有商業(yè)價值的離子的其它電化學(xué)電池以串聯(lián)或并聯(lián)的方式進行組合。術(shù)語“非膜狀多孔材料”是指例如織造物和非織造物(例如紗)、玻璃纖維墊、熔噴墊、氈、燒結(jié)玻璃等材料。這些多孔的非膜狀材料被廣泛地用作過濾介質(zhì)或者用作過濾的預(yù)過濾器。因此，術(shù)語非膜狀多孔材料涵蓋本領(lǐng)域中已知的、適于過濾或預(yù)過濾的任何材料，并且通常用于阻止大顆粒(例如，碳顆粒(如碳黑顆粒))在兩個以上分隔開的隔室之間遷移。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到的是，其它電池構(gòu)造和材料可用于：(i)構(gòu)建包含本申請中公開的電池型鋰置入電極和氯化物可逆電極的電化學(xué)裝置；以及(ii)根據(jù)本文公開的方法對該電化學(xué)裝置進行操作。例如，作為不銹鋼或鈦板或者網(wǎng)的替代，電化學(xué)裝置可使用任何其它耐腐蝕金屬、合金、或者導(dǎo)電性合成材料或復(fù)合物。此外，可使用聚氨基甲酸酯、PVC、硅酮橡膠、玻璃等構(gòu)建絕緣體(如果使用的話)。參見例如，M.I.Ismail，Ed."Electrochemicalreactorstheirscienceandtechnology-PartA:Fundamentals,electrolysers,batteriesandfuelcells"，Elsevier，Amsterdam，TheNetherlands，1989，ISBN0-444-87139-X。不銹鋼、塑料管或其它合適的管使得鹽水和清潔的電解質(zhì)分別通過三維擴展的碳氈電極進行循環(huán)，所述碳氈電極含有活性材料(例如，錳氧化物、銀沉積物、銀納米顆粒、聚吡咯)。電化學(xué)裝置可通過集電體觸頭連接至外部能量供給，所述外部能量供給使用來自例如清潔能源(如太陽能、風能、地熱能等)的能量。含有鋰離子的水性溶液(例如，來自高海拔鹽湖的鹽水)和氯化鋰的稀溶液可通過裝置以恒定的流量循環(huán)。在一些方面，溶液能夠以可變的流量循環(huán)。在一些方面，溶液以約20mL/分鐘至約50mL/分鐘進行循環(huán)。在一些情況下，溶液以低于約20mL/分鐘的流速進行循環(huán)。在其它情況下，溶液以高于約50mL/分鐘的流速進行循環(huán)。在一些情況下，溶液以約5mL/分鐘、或約10mL/分鐘、或約15mL/分鐘、或約20mL/分鐘、或約25mL/分鐘、或約30mL/分鐘、或約35mL/分鐘、或約40mL/分鐘、或約45mL/分鐘、或約50mL/分鐘、或約55mL/分鐘、或約60mL/分鐘、或約65mL/分鐘、或約70mL/分鐘、或約75mL/分鐘的流速進行循環(huán)。在一些方面，通過一些電壓或電流源，可同時對多于一種的電化學(xué)裝置進行操作。在這種情況下，電化學(xué)裝置能夠以串聯(lián)或并聯(lián)的方式進行操作。在其它方面，各電化學(xué)裝置以單獨的電壓或電流源進行操作。電化學(xué)純化的鋰在一些方面，本文公開的方法和裝置可用于生產(chǎn)非常高純度的氯化鋰溶液，所述氯化鋰溶液可進行結(jié)晶并用于生產(chǎn)具有極低水平雜質(zhì)的金屬鋰(例如，用于電池組分)。因此，在一些方面，所公開的方法和裝置可生產(chǎn)純度水平為至少約99.9％的氯化鋰。在其它方面，根據(jù)所公開的方法和裝置生產(chǎn)的氯化鋰具有的純度為至少約99.99％。在其它方面，根據(jù)所公開的方法和裝置生產(chǎn)的氯化鋰具有至少約99.999％的純度。高純度鋰可電解為鋰金屬。用于鋰提取的電化學(xué)設(shè)備本公開還提供了電化學(xué)設(shè)備，所述電化學(xué)設(shè)備通過使用從高海拔鹽湖中提取的作為原料的鹽水來提取鋰和其它有價值的金屬。電化學(xué)設(shè)備包含多個本發(fā)明所述的電化學(xué)裝置，其中，對提取自高海拔鹽湖的鹽水進行處理，并且根據(jù)本文公開的方法提取鋰。可使用低環(huán)境影響的能源(例如太陽能、風能、或地熱能)操作電化學(xué)設(shè)備。使用該類型的能源消除了構(gòu)建高排放發(fā)電設(shè)備或電力傳輸線的需要。此外，使用清潔能源減少了在高海拔生態(tài)系統(tǒng)中由化石燃料泄漏或煙塵排放造成的環(huán)境破壞的可能性。用作設(shè)備的原料的鹽水可通過湖面下鉆井來獲得，并且經(jīng)處理的鋰貧乏鹽水可重新注入湖面下，進一步降低了設(shè)備的環(huán)境影響和視覺影響。該生產(chǎn)工藝比起現(xiàn)有技術(shù)高度有利的方面在于：(i)含鋰的鹽沉積物并不需要溶于水中，由此降低了來自高海拔生態(tài)系統(tǒng)中的水通過蒸發(fā)的損失；(ii)該工藝無需加入化學(xué)品，如蘇打灰；以及(iii)該工藝不會釋放可在高海拔鹽湖中積累的副產(chǎn)品(例如氯化鈉)。可將類似的方法用于實現(xiàn)電化學(xué)設(shè)備從海水中提取鋰，其中，可使用低環(huán)境影響的能源(例如太陽能、風能、潮汐能、或地熱能)操作所述電化學(xué)設(shè)備，并且使經(jīng)處理的鋰貧乏海水返回至海洋。在一些方面，可將本文公開的方法和裝置用于回收鋰。根據(jù)這一方式，將從例如鋰電池中提取的金屬鋰溶解以獲得鋰鹽，所述鋰鹽可通過使用本文公開的方法和裝置進行處理以生產(chǎn)高純度鋰。在其它方面，可將本文公開的方法和裝置用于精煉鋰。根據(jù)這一方式，使用本文公開的方法和裝置、或使用傳統(tǒng)方法得到的低純度水平的鋰可使用本文公開的方法和裝置進一步精煉，從而產(chǎn)生高純度鋰。等同物本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到、或僅使用常規(guī)實驗?zāi)軌虼_定本文所述的發(fā)明特定實施方式的多種等同物。該等同物旨在由所附的權(quán)利要求書涵蓋。本文所引用的所有出版物、專利和專利申請均以引用的方式將其整體明確地并入本文中。實施例實施例1：LiMn2O4的制備使用固態(tài)化學(xué)法合成LiMn2O4。在研缽中將0.377gLi2CO3(Aldrich)和1.74gMnO2(Aldrich)以摩爾比0.51:2充分混合，并在350℃下加熱12小時。隨后將樣品在800℃下加熱24小時，伴隨3個循環(huán)的研磨和焙燒。通過掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)對所得到的粉末進行表征。將根據(jù)上述方法獲得的LiMn2O4樣品的X-射線衍射圖示于圖2中。將該衍射圖與LiMn2O4標準品的X射線衍射圖(圖1)進行比較表明，獲得了單一相的混合氧化物。所得LiMn2O4樣品的SEM檢測顯示出形成了非常良好的晶體，所述晶體的平均尺寸為數(shù)納米至毫米(參見圖3)。實施例2：嵌有LiMn2O4的碳氈的制備將導(dǎo)電性碳氈電極(國家電碳產(chǎn)品，MorganSpecialtyGraphite的部門；Greenville，SouthCarolina，US)切割成20×10×3mm的片，用1:1的異丙醇:Milli-Q水徹底清洗，最后用Milli-Q水進行漂洗(圖4)。將合成的LiMn2O4粉末作為漿料負載至碳氈電極上，所述漿料用80％鋰錳氧化物、10％碳黑(ChevronPhillipsSHAWINIGAN)和10％PVC(聚氯乙烯)在二氯甲烷中制備。隨后，將碳氈在60℃下于真空中干燥24小時。隨后，使負載有LiMn2O4的碳氈電極接受電解，從而對氧化物進行脫鋰，而同時保持高選擇性的晶體結(jié)構(gòu)以允許鋰離子的嵌入。將負載有氧化物的碳電極置于兩隔室電池中的一個隔室，并將鉑反電極置于第二個隔室。兩個隔室通過324膜(E.I.duPontdeNemoursandCompany)分隔開。使用銀/氯化銀3MKCl參比電極，并將0.1M氯化鈉或0.1M鹽酸用作電解質(zhì)。鋰離子的嵌入-脫出通過循環(huán)伏安法在由324膜分隔開的6mL兩隔室電池中進行表征。使用AutolabPG30穩(wěn)壓器(EcoChemie，Netherlands)進行循環(huán)伏安法測定(參見圖5)。將所得的伏安圖在圖6中示出。循環(huán)伏安數(shù)據(jù)(50mVs-1)與由Cairns等(JournalofTheElectrochemicalSociety，146：4339-4347(1999))所述的在還原周期中的錳二氧化物的晶體結(jié)構(gòu)中的鋰置入和在氧化周期中的鋰離子從錳二氧化物的晶體結(jié)構(gòu)中的釋放相一致。所觀察到的反應(yīng)為LiMn2O4(LiMnIIIMnIVO4)→2α-MnO2+Li++e-，對應(yīng)于混合氧化物晶格中的Mn(III)離子的氧化，以及在陽極循環(huán)期間鋰離子向溶液中的排出。實施例3：氯化銀可逆電極的制備使用多種方式制備氯化物可逆電極。在一種氯化物可逆電極的制備中，通過將碳氈的電勢保持在-0.1V，將銀直接從商業(yè)化的氰化銀浴(Argex，LaringS.A.，Argentina)中沉積。所述氰化銀浴已預(yù)先在異丙醇中超聲30分鐘，并用Milli-Q水漂洗。在導(dǎo)電性碳纖維上獲得100納米至1微米的銀晶體。在另一種氯化物可逆電極的制備中，例如在Rubner等，Langmuir，18：3370-75(2002)和Vago等，Chem.Commun.，5746-48(2008)中所述，將層疊的多層聚電解質(zhì)沉積在碳纖維上。所述多層聚電解質(zhì)充當納米反應(yīng)器以限制銀離子。將銀離子用5mM硼氫化鈉進一步進行化學(xué)還原或進行電化學(xué)還原，從而在碳纖維上生成具有大的表面積的納米顆粒。在另一種制備中，通過將碳氈順次浸漬于各聚電解質(zhì)溶液中并在浸漬步驟之間進行漂洗，使10毫摩爾的聚(丙烯酸)和聚(烯丙胺)逐層進行自組裝。然后，通過將經(jīng)修飾的碳氈浸漬于處于水中的10毫摩爾至50毫摩爾硝酸銀溶液中，用蒸餾水進行漂洗，并進行化學(xué)還原或電化學(xué)還原，使經(jīng)修飾的碳氈接受銀離子交換。通過SEM對所得到的沉積在氈的碳纖維上的納米顆粒進行檢查，并進一步通過循環(huán)伏安法在50毫摩爾氯化鋰中進行表征。實施例4：電化學(xué)反應(yīng)器的構(gòu)建如圖7中所示，在具有處于兩個碳氈電極(分別對鋰可逆和對氯離子可逆)之間的塑料分隔物的不銹鋼中建造FM100壓濾機電化學(xué)反應(yīng)器，所述電化學(xué)反應(yīng)器用于從含有氯化物的鹽水、鹽水(saltwater)、溫泉水等中提取鋰。使用5mm不銹鋼板(B)和薄板(G)構(gòu)建在圖7A中示意性示出的電化學(xué)電池。兩個2mm不銹鋼板(FP)充當集電體，并與框架(S)中的碳氈電極接觸，所述碳氈電極具有流場通道使液體循環(huán)。將網(wǎng)狀分割物嵌入各碳氈電極(46×156×3mm，橫截面約60cm2)之間，即鋰置入電極和氯化物可逆電極之間，從而防止導(dǎo)電性碳電極短路。夾層結(jié)構(gòu)電池由穿過所有組件板的絕緣螺絲固定在一起。該系統(tǒng)可擴展至成堆的多個電極。不銹鋼或塑料管允許鹽水和清潔電解質(zhì)分別穿過含有活性物質(zhì)(分別為錳氧化物和銀沉積物或納米顆粒)的三維擴展碳氈電極循環(huán)。電化學(xué)電池通過集電體觸頭與外部能量供給物相連。鹽水和清潔的回收電解質(zhì)以可變流速(一般為20mL/min至50mL/min)用Cole-Parmer75211流量泵(Cole-Parmer，VernonHills，IL)循環(huán)。用穩(wěn)壓器/穩(wěn)流器(RadiometerDEA332(Radiometer，Denmark)或者具有20安培電流升壓器的AutolabPG30(EcoChemie，Netherlands))對電池電勢進行控制。對Li+/Na+的選擇性取決于陽離子的相對濃度，對于鋰濃縮的溶液而言具有更大的選擇性(大的Li+/Na+)(圖8)。實施例5：鋰提取-釋放瞬態(tài)實驗圖9描繪了：(i)相對于Ag/AgCl在0.2V下，鋰離子置入負載有LiMn2O4碳的電極中的瞬態(tài)(“鋰提取步驟”)；以及(ii)相對于Ag/AgCl在1.2V下，在50mM高氯酸鋰水性溶液中的鋰釋放的瞬態(tài)(“鋰釋放/濃縮步驟”)。該實驗示出了系統(tǒng)的如下能力：通過置入于沉積在碳氈上的錳氧化物鋰置入化合物的晶體結(jié)構(gòu)中，從水性溶液中提取鋰，同時在稀的回收溶液中發(fā)生鋰的釋放。實施例6：從高海拔鹽湖中提取鋰的電化學(xué)設(shè)備可將本申請中公開的電池型鋰置入電極和氯化物可逆電極、“鋰提取”/“鋰釋放/濃縮”方法、以及電化學(xué)裝置設(shè)計施用至對來自高海拔湖泊(例如，來自阿根廷puna的salares)的鹽水進行的大規(guī)模處理。將清潔能源(例如太陽能、風能、地熱能或它們的組合)用于驅(qū)動泵，所述泵從湖面下抽取富含鋰的鹽水。電化學(xué)設(shè)備使用多種由清潔能源驅(qū)動的電化學(xué)裝置，從而對鹽水進行處理并提取其鋰內(nèi)含物。隨后，將鋰貧乏的鹽水泵回湖面下。可使用本申請中公開的電化學(xué)裝置對所得到的氯化鋰進行進一步的精煉，以生成處于純度大于99％形式的高純度氯化鋰。純化的氯化鋰可依次通過使用來自清潔能源的電力的常規(guī)方法直接進行電解，以生產(chǎn)用于多種用途的鋰金屬。由于該提取系統(tǒng)并不用像用于從鹽湖中提取鋰的現(xiàn)有工藝中通過蒸發(fā)消耗水，所以該提取系統(tǒng)是可持續(xù)的。此外，該提取系統(tǒng)比起目前使用的蒸發(fā)方法更快(本專利申請中公開的系統(tǒng)和方法需要數(shù)分鐘-數(shù)小時；而蒸發(fā)方法需數(shù)月)。此外，由于鋰從鹽水中的置入(提取)在電池型電極中是自發(fā)過程，并且鋰的釋放、以及鹽水和電解質(zhì)的泵送是低能耗過程，該過程可通過可再生能源(如太陽能)驅(qū)動，因此所公開的系統(tǒng)具有低的能量影響。實施例7：使用聚吡咯/氯化碳可逆電極以捕獲(或釋放)氯離子、以及使用LiMn2O4/碳置入電極以捕獲(或釋放)鋰聚吡咯為導(dǎo)電性聚合物，可通過使吡咯從酸性溶液中化學(xué)聚合或電化學(xué)聚合來沉積在碳氈纖維上。一旦氧化，聚吡咯攝取陰離子以保持電荷中性，反過來，當聚吡咯還原時，將陰離子釋放入溶液中。因此，根據(jù)圖10中示出的反應(yīng)，聚吡咯可用作陽極/陰極以選擇性地從電解質(zhì)(在我們的實驗中為鹽水)中捕獲/釋放陰離子(如氯)。因此，對提取工藝進行設(shè)計，其中，鋰嵌入陰極為碳支撐的LiMn2O4電極，并且在捕獲氯離子的同時使鋰離子陰極置入的可逆氯化物電極為包含在碳氈上支撐的聚吡咯的復(fù)合電極。聚吡咯電極比起Ag/AgCl電極提供了多種優(yōu)勢。聚吡咯電極成本較低，使用與碳基底(例如，碳氈)接觸的吡咯溶液進行化學(xué)氧化易于制造聚吡咯電極，聚吡咯電極不會將銀離子釋放入環(huán)境中，并且聚吡咯電極具有大的表面積。鋰提取工藝的概述實施鋰提取工藝，其中，通過在與鹽水接觸的碳氈陰極上支撐的LiMn2O4中進行連續(xù)電化學(xué)置入，隨后通過從不含鋰的KCl電解質(zhì)溶液中的電極處釋放LiCl，富集氯化鋰(LiCl)溶液，從富鈉的鋰鹽水(Li:Na為1:100)中提取氯化鋰。使用基于碳氈的電極。碳氈為導(dǎo)電性的，并呈現(xiàn)出非常高的表面積以支撐用于鋰置入的催化氧化物(LiMn2O4)。由于相對于鈉的鋰提取選擇性取決于Li與Na的濃度比，對于選擇性地提取鋰，需要置入和釋放的連續(xù)電化學(xué)步驟。鋰置入電極(正極陰極)包含混合的鋰錳氧化物，所述鋰錳氧化物在還原態(tài)時在晶格中具有三價和四價錳離子(即MnIII和MnIV)，并且晶體中置入的Li+補償了MnIII的較低的電荷。置入過程如同在電池中一樣自發(fā)發(fā)生。第二電極(負極陽極)捕獲氯離子以補償聚吡咯在還原的中性態(tài)PP0時的電荷，同時氧化為[PP+Cl-]態(tài)。在LiCl于不含鋰的電解質(zhì)中釋放期間，在具有相對極性的電極處發(fā)生反轉(zhuǎn)過程，即錳氧化物為負極電極(陽極)，而聚吡咯電極為正極電極(陰極)。該過程并不是自發(fā)的，并且需要對電化學(xué)電池提供能量。在氯化鋰回收步驟中，鋰離子選擇性地置入在陰極處且氯離子置入在陽極處，而在氯化鋰釋放入不含鋰的電解質(zhì)期間，發(fā)生相反的反應(yīng)：在各電極上的電化學(xué)過程為，在陰極：以及在還原的中性聚吡咯陽極：由于181g化合物含有7g鋰，從而能夠計算LiMn2O4的容量。因此，完全置入可使每克錳氧化物產(chǎn)生的鋰的理論最大值為39mg。在LiFePO4的情況下，158g化合物可置入7g鋰，因此每克鐵磷酸鹽可產(chǎn)生的鋰的理論最大值為44.3mg。此前圖6示出了在碳支撐的LiMn2O4電極上的鋰置入/釋放的循環(huán)伏安法。電極電勢以相對于Ag/AgCl參比電極的方式表示，并且同樣處于Li/Li+規(guī)模。將在陰極末端的鋰置入錳氧化物晶格中，而在正電勢時，鋰離子從氧化物釋放至溶液中。參見Cairns等，JournalofTheElectrochemicalSociety146：4339-4347(1999)。由于電極電勢是氧化物中的鋰置入程度的量度(參見，Tarascon&Guyomard，J.Electrochem.Soc.，138：2864(1991))，在鋰從鹽水中釋放和置入期間，對電極電勢進行監(jiān)測。電極將holder支撐的導(dǎo)電性碳氈電極(國家電碳產(chǎn)品，MorganSpecialtyGraphite的部門，Greenville，SouthCarolina，USA)切割成50×50mm的片，并浸于180mL電解質(zhì)中(鹽水或回收溶液)。圖11中的照片描繪了實驗裝備?？蚣芄潭ㄌ細蛛姌O，所述碳氈電極被網(wǎng)分隔開以避免短路。各電極通過金板連接至穩(wěn)壓器的頂端。在該實驗裝備中未使用例如NAFIONTM膜。用異丙醇清洗碳氈樣品(50×50mm)5分鐘，然后用稀硫酸在超聲下預(yù)處理10分鐘。通過用由懸浮于5mLN-甲基吡咯烷酮中的2.4gLiMn2O4、0.3gSHAWINIGAN碳和0.3gPVC粘合劑制成的漿料浸漬碳氈片，制備LiMn2O4電極，并在70℃下干燥12小時。圖12示出了所得到的覆蓋有LiMn2O4晶體的氈中的碳纖維的SEM顯微照片。觀察到LiMn2O4晶體良好地覆蓋了碳纖維。聚吡咯電極通過如下的吡咯化學(xué)聚合得到：將碳氈樣品依次浸于處于0.02M鹽酸中的0.5M吡咯(溶液A)中、以及0.5M過硫酸銨(溶液B)中，在各溶液中持續(xù)5分鐘。用蒸餾水漂洗后，將氈在105℃下干燥24小時。圖13為描繪沉積在碳氈上的聚吡咯的SEM顯微照片。使用兩種電化學(xué)處理從鹽水中捕獲氯化鋰，并將捕獲的鋰釋放入不含鋰的溶液中，所述過程如下：a.為在陰極捕獲鋰并在陽極捕獲氯，使用恒流方法。將-25mA的恒定DC電流施加至25cm2幾何面積的三維多孔碳氈電極，隨后將電極電勢作為時間的函數(shù)。通過電流乘以流逝的時間給出電解電荷，一般為7200秒(2小時)或180庫侖。b.為將LiCl釋放入含有稀的氯化鉀的不含鋰的溶液中或最終含有稀的氯化鋰的溶液中，按如下所述采用在攪拌下的恒電勢處理。相對于Ag/AgCl，LiMn2O4/碳電極在1.4V下極化；3MNaCl參比電極，以及MnIII的氧化釋放所置入的鋰。隨后為電流瞬態(tài)。當氧化的聚吡咯還原時，在另一電極(負極)上發(fā)生氯的釋放。從天然鹽水中提取鋰使用在Jujuy(阿根廷)省的Ollaroz鹽湖的鹽水樣品，對所公開的方法和裝置選擇性地從天然鹽水中提取鋰的能力進行了測試，所述鹽水樣品含有濃度比為1:100的Li:Na。除鋰以外，所述鹽水樣品含有鈉、鉀、鎂、硼等。通過鹽水的原子發(fā)射進行的化學(xué)分析表明，在其它組分中，Li：1.3g/L；Na：62.6g/L；Ca：3.6g/L；Mg：3.3g/L；K：8.1g/L。1.從天然鹽水中置入LiCl使用恒電流電化學(xué)置入法，從鋰與鈉的初始濃度比為1:100的鹽水溶液(180mL)中，將鋰離子置入LiMn2O4/碳氈陰極中，并將氯離子置入聚吡咯/碳氈陽極中。電極幾何面積為25cm2，并且載量為0.6gLiMn2O4。當將-25mA的恒定電流施加至電化學(xué)反應(yīng)器時，在鋰置入期間，相對于Ag/AgCl的陰極電勢、3MNaCl參比電極(相對于Li/Li+約3V)隨時間而發(fā)展?？傠姾蔀?80庫侖。圖14示出了對應(yīng)于四個氯化鋰捕獲步驟的四個瞬態(tài)。根據(jù)能斯特方程，電極電勢取決于溶液中的鋰濃度。在第一提取中，鹽水溶液在鋰方面高度濃縮，而隨后的鋰回收溶液非常稀(在毫摩爾范圍內(nèi))。所穿過的總電荷為-180庫侖(-25mA×7200秒)。如果所有電荷均歸因于鋰的置入，則應(yīng)該已提取了13mg鋰。2.漂洗氈通過在攪拌下將電極浸入一系列水浴中，直至洗滌液中的鈉濃度小于1ppm，用蒸餾水對電極進行漂洗。3.鋰釋放可通過如上述循環(huán)伏安法中所示的，在將MnIII氧化為MnIV的區(qū)域中施加恒定電勢或流過恒定電流(恒電流脈沖)來實現(xiàn)鋰的釋放。優(yōu)選恒電勢瞬態(tài)，以避免當鋰在鹽水或回收電解質(zhì)中耗盡時達到過氧化電勢。在鋰釋放的過程中，電極的極性在電解質(zhì)溶液中反轉(zhuǎn)，所述電解質(zhì)溶液不含鋰而含有稀的KCl作為背景電解質(zhì)，從而提供足夠的導(dǎo)電性。在不含鋰的0.05MKCl溶液中，于控制在1.4V的電勢、總電荷為22.18庫侖下，在7200秒內(nèi)發(fā)生了鋰離子從LiMn2O4/碳氈陽極中的恒電勢電化學(xué)釋放、以及氯化物從聚吡咯/碳氈陰極中的釋放。攪拌電解質(zhì)，以避免鋰離子在電極表面上的濃縮極化。圖15示出了一系列鋰回收步驟中的電流瞬態(tài)，在此期間，鋰從LiMn2O4電極中釋放。或者，在一些實驗(未示出)中，使用稀的氯化鋰溶液，然后在處理過程中，對所述氯化鋰溶液在鋰方面進行富集。分析電解質(zhì)的鋰收率和鈉收率。富集過程產(chǎn)生了1.9mg(1.5mM)鋰和3.9mg(0.94mM)鈉。因此，第一電化學(xué)置入提取步驟實現(xiàn)了Li:Na原子比由初始鹽水中的0.01達到1.59。保留在電極中的鈉可能已經(jīng)靜電吸附至大面積的氧化物和碳氈上，并且還共同置入至LiMn2O4納米顆粒中。由于鈉離子(9.8nm)或鉀離子(13.6nm)的晶體離子半徑大于鋰離子(6.8nm)的晶體離子半徑，因此較少的鈉或鉀可置入尖晶石氧化物晶格中。在對第一步驟中使用的電極徹底漂洗后，使從第一提取得到的液體(Li:Na原子比為1.59)接受用LiMn2O4/碳氈陰極和還原的聚吡咯陽極進行的第二提取處理。恒電流的電勢-時間瞬態(tài)顯示出類似于第一電化學(xué)提取步驟中得到的形狀。在控制在1.4V的恒電勢下(反轉(zhuǎn)電極極性)，在相同的時間(7200秒)內(nèi)，LiCl在不含鋰的KCl稀溶液中釋放。圖16示出了在將鋰離子從LiMn2O4/碳電極釋放入電解質(zhì)期間的電荷發(fā)展。如表1中所示，增高提取/釋放步驟的次數(shù)提高了鋰相對于鈉的選擇性，在三個周期之后，由初始的1:100的Li:Na濃度比變?yōu)樽罱K的12.4:1的Li:Na濃度比。表1：通過增高的提取和釋放步驟的次數(shù)來提高鋰選擇性的結(jié)果提取[Li+]ppmLi[Na-]PpmNa[Li]/[Na]0.01第一次1.51.90.943.91.59第二次2.32.91.084.52.30第三次3.54.90.311.312.4實施例8：可替代的電極和電化學(xué)裝置在該可替代方法中，將直徑為200微米-800微米的碳顆粒(來自石油的經(jīng)煅燒的焦炭)用LiMn2O4或聚吡咯負載，并置于處于鈦集電體與聚酯紗之間的薄的填充物床中。這種安排允許電解質(zhì)以相當大的流速(即，2mL/s-30mL/s)軸向流動時，在焦炭顆粒之間、以及在焦炭顆粒與集電體之間保持良好的電接觸。反應(yīng)器組件在陰極和陽極隔室之間沒有分離膜。在電化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計中重要的是，實現(xiàn)高的電解質(zhì)流、低的壓降、顆粒與顆粒的良好電接觸、以及在最低的電解質(zhì)濃度下的低歐姆降。與之前的實施例中所述的僅使用碳氈的情況相比，使用尺寸為數(shù)百微米的焦炭顆粒給予了：(i)在支撐在碳顆粒上的電極材料和電解質(zhì)之間的更大的接觸表面積；以及(ii)良好的流動床。在制備鋰提取電極材料的一般方法中，將60g尺寸為500微米的焦炭顆粒與13gLiMn2O4、2.75g聚偏二氟乙烯(PVDF)和2.75g碳黑混合。將該混合物分散于吡咯烷酮中，在24小時內(nèi)充分攪拌，并在70℃下于真空烘箱中干燥24小時。將所得到的粉末在碳氈與聚酯紗之間擠壓。對于氯化物提取電極材料，將60g尺寸為500微米的焦炭顆粒分散于含0.5M吡咯、0.02M鹽酸的溶液中以及0.5M過硫酸銨的溶液中。在110℃下蒸發(fā)24小時后，將負載有聚吡咯的焦炭顆粒用蒸餾水洗滌、干燥、并在第二電極的聚酯紗與碳氈之間擠壓。在圖17中示出負載有LiMn2O4結(jié)晶的焦炭顆粒的典型的SEM顯微照片。將官能團化的焦炭電極顆粒用于組裝如圖18所示的具有電解質(zhì)的軸向通量和垂直電流流動的壓濾機反應(yīng)器(FM100型)。反應(yīng)器由如下組成：(i)鈦集電體；(ii)在一個電極處的LiMn2O4的碳氈支撐物和經(jīng)石油煅燒的焦炭碳支撐物；(iii)在另一電極處的碳氈支撐物和聚吡咯；(iv)框架；以及(v)在未分隔開的電池中的聚酯紗。為提高鋰的產(chǎn)量，將多個未分隔開的電池堆疊，并在FM100型反應(yīng)器中串聯(lián)連接。相同的電流穿過所有串聯(lián)的電池循環(huán)，施加各電池的陽極和陰極之間的電勢差(一般為1.2V)。充電瞬態(tài)和放電瞬態(tài)顯示出，通過LiMn2O4進行的鋰離子的捕獲和釋放是可逆的(參見圖19)。理論上，從鹽水中每提取7g鋰將需要26.8A.h的電荷(96,500庫侖/3600s.h-1)。為提取7gLi+，需要126gLiMn2O4或174gMnO2。由于ArgentinianPuna鹽水(例如，來自O(shè)llarozSaltpan的鹽水)中的鋰濃度為約1g/L，7L鹽水將產(chǎn)生的鋰的理論最大值為7g。在第一個周期中，LiMn2O4電極脫鋰，以生產(chǎn)鋰離子置入氧化物電極材料，當與含鋰鹽水接觸時，所述鋰離子置入氧化物電極材料自發(fā)地提取鋰離子。將在恒定電流(±0.5mA/cm2)下、于2小時內(nèi)的放電和充電曲線示于圖20中。圖21示出了電勢-電荷曲線圖。電勢-電荷曲線的積分表明提取每噸鋰的能量平衡為200kWh。還可將官能團化的焦炭電極顆粒用于組裝可替代類型的反應(yīng)器。根據(jù)圖22中示出的構(gòu)造，對具有焦炭碳上支撐的LiMn2O4和聚吡咯的填充床反應(yīng)器進行組裝。該構(gòu)造提供了實驗室規(guī)模的實際三維反應(yīng)器的構(gòu)思的證據(jù)，所述反應(yīng)器具有分別負載有LiMn2O4和聚吡咯的焦炭緊湊床電極。電解質(zhì)流動和電流流動為縱向。在充斥著電解質(zhì)的填充床中，該系統(tǒng)呈現(xiàn)出大的歐姆降，但呈現(xiàn)出非常小的壓降?？v向填充床圓柱形反應(yīng)器原型由如下組成：具有通過多孔燒結(jié)玻璃分隔開的兩個隔室的玻璃圓筒、具有鈦棒電連接件的鈦網(wǎng)集電體、包含負載有電極材料的20g焦炭的兩個填充床、橡膠塞和連接至活塞流量泵的管(參見圖23和表2)。如圖24所示，通過連接水銀壓力計，在不同流速(每秒0-30mL)下對反應(yīng)器中的壓降進行測量。表2：填充床圓柱形反應(yīng)器原型的特征焦炭顆粒的質(zhì)量20g填充床高度4cm反應(yīng)器直徑4cm反應(yīng)器橫截面12,57cm2填充床體積50,27cm3焦炭密度2,0775g/cm3孔隙率80.85％考慮到(i)太陽能電池板的成本為每千瓦$2,000；(ii)提取每噸鋰的能量消耗為200kWh；以及(iii)太陽能一天產(chǎn)生50kW，一噸鋰每天回收的資本投入為$100,000美元(800平方米的太陽能電池板，其壽命為30年)。在太陽能電池板30年的壽命中，該太陽能驅(qū)動的電化學(xué)生產(chǎn)系統(tǒng)可得到11,000噸鋰。因此，使用本文公開的電化學(xué)提取方法的生產(chǎn)成本為約每噸鋰10美元(加上用于泵送鹽水和其它工程操作的能量以及歸因于動力學(xué)的能量損失等的成本)。該系統(tǒng)可用于從水性溶液(包括鹽湖鹽水、海水、地熱水和油鹽水)中回收鋰。所述方法除了低的貨幣成本外，該方法由于如下方面而高度有利：(i)該方法是清潔的，不消耗水、石灰或Solvay；(ii)該方法具有低的能耗，即200kWh/噸；(iii)如果以重復(fù)的周期施用，該方法相對于鈉而言對鋰具有選擇性；以及(iv)該方法產(chǎn)生適合于電池用的高純度氯化鋰。將能理解的是，具體實施方式部分(而非
發(fā)明內(nèi)容和摘要部分)旨在用于對權(quán)利要求進行解釋。
發(fā)明內(nèi)容和摘要部分可闡明一個或多個本發(fā)明人所考慮到的本發(fā)明的示例性實施方式，而非全部的示例性實施方式，并且因此，
發(fā)明內(nèi)容和摘要部分并非旨在以任何方式對本發(fā)明和所附的權(quán)利要求書進行限定。借助于功能化構(gòu)造模塊對本發(fā)明進行了以上描述，所述模塊說明了特定功能的實施及其關(guān)系。為了便于描述，對這些功能化構(gòu)造模塊的界限進行了主觀定義。只要指定的功能及其關(guān)系被適當施行，就可定義為替代的界限。具體實施方式的前述描述非常充分地揭示了本發(fā)明的一般性質(zhì)，在不脫離本發(fā)明一般概念的情況下，其他人可通過施用本領(lǐng)域技術(shù)范圍內(nèi)的知識，容易地變更和/或修改各該具體實施方式的多種應(yīng)用，而無需過多的實驗。因此，基于本文中展現(xiàn)的教導(dǎo)和指導(dǎo)，此類修改和變更旨在落入所公開的實施方式的等同物的含義和范圍內(nèi)。將能理解的是，本文中的措詞或術(shù)語用于說明而非限制的目的，從而本申請文件的術(shù)語或措詞將能由技術(shù)人員根據(jù)教導(dǎo)和指導(dǎo)進行解釋。本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)受限于任何上述示例性實施方式，而是應(yīng)當僅根據(jù)所附的權(quán)利要求書及其等同物進行定義。當前第1頁1 2 3