碳酸锂（Li₂CO₃）作为一种最基础、最重要的锂化合物,在锂离子电池、材料、医药等行业有着广泛的应用,尤其随着新能源行业的快速发展,碳酸锂在储能、无线设备等领域发挥着至关重要的作用。自然界中的一次锂资源主要包括锂矿石和盐湖卤水,二次资源锂离子电池中锂的回收也逐渐受到关注。工业中矿石和盐湖卤水提锂工艺都是通过添加碳酸钠直接沉淀得到碳酸锂,制备过程粗放、产品纯度低、粒度不可控。针对传统工艺过程不可控、产品质量差等问题,本文提出LiCl-NH₃·H2O-CO₂气液反应结晶制备Li₂CO₃的新体系,以过饱和度及成核与生长过程控制机理为核心,通过在线、离线手段对结晶过程进行解耦分析,重点研究体系介稳特征和结晶特性、成核生长动力学规律、粒度调控及机理等问题。主要取得如下结果:（1）研究了 LiCl-NH·H₂0-C02体系气液反应结晶过程特性。结果表明NH₃·H₂O对结晶过程有明显的缓和效果,且可以抑制Li₂CO₃晶体的过度碳化。增大NH₃·H₂O浓度可以显著提高CO₂的吸收效率,增大Li₂CO₃的过饱和度,提高[Li+]转化率;NH₃·H₂0的存在使得CO₂的吸收过程对温度更加敏感。气液反应结晶过程可分为两个阶段,第一阶段,从25℃至50℃,温度显著影响Li₂CO₃的结晶速率,随着温度的提高,结晶速率逐渐增大;当温度增大到60℃时,结晶速率受到过饱和度的限制从而不再增大,说明温度和过饱和度都是影响结晶速率的重要参数。（2）研究了LiCl-NH₃·H₂O-CO₂体系Li₂CO₃结晶动力学。通过测定不同温度下的结晶速率,得到表观活化能为23.55 kJ/mol,说明Li₂CO₃结晶过程由表面反应和扩散混合控制。利用FBRM测定成核速率得到成核活化能为79.15 kJ/mol,表明初级成核速率受温度影响较大。通过相同温度下改变过饱和度,确定生长速率关于过饱和度的级数为6.81;通过过饱和度与成核速率的关系得到Li₂CO₃的成核界面能为22.03 mJ/m2,通过诱导期与成核速率的关系得到的成核界面能为18.80 mJ/m2,两者相近,表明通过FBRM计算成核速率具有一定的可行性。通过测定生长速率得到生长活化能为26.79 kJ/mol,其明显小于成核活化能,说明成核过程受温度的影响更显著。（3）对Li₂CO₃在氨水和氯化铵混合体系下的溶解度进行了测定,氨水浓度一定时,其溶解度随着氯化铵浓度的增大而增大;氯化铵浓度较低时,随着温度的升高,Li₂CO₃的溶解度逐渐减小,与Li₂CO₃在水中的溶解度规律一致;然而,当氯化铵浓度较高时,Li₂CO₃溶解度随着温度的升高而增大。（4）探究了Li₂CO₃粒度与二次成核和生长速率的关系。Li₂CO₃的超溶解度随着温度的升高而减小,从而二次成核速率减小,生长速率增大,使得温度和Li₂CO₃平均粒度呈正相关。过饱和度影响二次成核与生长速率,即改变Li₂CO₃成核与生长的主导机制,从而得到不同粒度分布的Li₂CO₃产品,过饱和度越大,成核过程占主导,生长过程被削弱,从而晶体粒度越小。（5）通过添加剂与微气泡两种手段调控Li₂CO₃的粒度和形貌,并对其调控机理进行初步探索。添加聚丙烯酸（PAA）可以改善Li₂CO₃形貌,得到由一次片状晶体团聚形成的球形簇状Li₂CO₃颗粒。添加六偏磷酸钠能得到较为密实的一次片状单体团聚成的球状颗粒,并且对Li₂CO₃成核有更加明显的抑制作用。焦磷酸钠、聚乙烯亚胺（PEI）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）能够减缓反应结晶过程中溶液pH值的下降,使Li₂CO₃成核延迟,介稳区宽度变大,强化成核过程,从而有效减小晶体粒度;其中,焦磷酸钠的影响最大,使得Li₂CO₃的平均粒径减小了48%左右。通过微气泡装置引入微气泡,从纳微尺度增大气液界面从而强化传质及CO₂的吸收,提高局部过饱和度;在微气泡气液界面附近形成反应微区,利于成核过程,抑制晶体团聚。微气泡能够有效减小Li₂CO₃晶体粒度,35 ℃条件下得到的晶体平均粒径为13-17 μm,相比常规通气条件减小了47%-65%。