CN103556181B - 一种金属锂电解槽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属锂电解槽，包括外槽体和内衬体，所述外槽体与所述内衬体之间设置夹层组件，所述内衬体中央设置有阴极和阳极，所述外槽体和所述内衬体顶部设有槽盖，所述阳极一端设置在所述槽盖上，所述阴极环绕所述阳极设置，所述槽盖上开设有供电解后产生的锂取出的出锂口和供氯气排出的排氯口，所述夹层组件内设置由保温材料制成的可活动地抽插式的保温层，所述保温层与所述外槽体内壁之间设置有冷却装置。本发明的一种金属锂电解槽结构简单、可以根据外界温度调节电解槽内温度，使得电解槽运行更加平稳、提高电流效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解产生金属锂的装置，特别是涉及一种金属锂电解槽。
背景技术
熔盐电解熔融氯化锂和氯化钾的混合物是目前唯一工业化制备金属锂的方法。而电解槽是电解的关键设备，电解槽的结构、工艺参数决定了电解的经济技术指标。电解槽一般由槽体、槽内衬、槽盖、阳极和阴极组成，根据阳极的数量分，可分为单阳极电解槽和多阳极电解槽，按照阴、阳极插入槽体的方式分为上插式电解槽、下插式电解槽和侧插式电解槽，各种电解槽槽体与内衬之间均夹有保温材料，而且保温材料被密封在槽体与内衬之间，除非电解槽报废了，否则保温材料均不能被取出。而在夏季和冬季的环境温度相差较大，当环境温度变化时，由于电解槽内保温材料固定，电解槽本身散热能力基本保持不变，因此可出现在冬季电解槽槽温偏低，而在夏季电解槽的槽温过高，影响电解槽的稳定运行，从而影响电解的电流效率。
发明内容
本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的，本发明的目的是提供一种结构简单、可以根据外界温度调节电解槽内温度，使得电解槽运行更加平稳、提高电流效率的金属锂电解槽。
本发明的一种金属锂电解槽，包括外槽体和内衬体，所述外槽体与所述内衬体之间设置夹层组件，所述内衬体中央设置有阴极和阳极，所述外槽体和所述内衬体顶部设有槽盖，所述阳极一端设置在所述槽盖上，所述阴极环绕所述阳极设置，所述槽盖上开设有供电解后产生的锂取出的出锂口和供氯气排出的排氯口，所述夹层组件内设置由保温材料制成的可活动地抽插式的保温层，所述保温层与所述外槽体内壁之间设置有冷却装置。
本发明的一种金属锂电解槽还可以是：
所述夹层组件包括设置于所述外槽体侧壁和所述内衬体侧壁之间的侧夹层以及位于所述外槽体底表面与所述内衬体底表面之间的底夹层，所述侧夹层内设置的保温层为侧保温层，所述底夹层内设置的保温层为底保温层，所述侧保温层和所述底保温层均为可抽插式保温层。
所述侧保温层包括氧化镁制成的保温板和石棉板，所述底保温层包括耐火保温板和石棉板。
所述冷却装置包括盘管，所述盘管位于所述夹层组件内，所述盘管盘绕设置于所述保温层与外槽体内壁之间，所述盘管的两端连接油冷系统，所述盘管内充设有循环的冷却介质。
所述冷却介质为26号白油。
所述阴极固定在所述底座上，所述底座固定在所述内衬体底部。
所述阴极上设置有阴极绑臂，所述阴极绑臂与所述阴极连接。
所述阴极上倾斜设置有4-8列排列的斜孔，所述斜孔直径为15-35mm，所述斜孔的倾斜方向为由内至外方向上向外向上倾斜。
所述阳极上端通过支撑架固定在所述槽盖上，所述槽盖上设置有加强筋。
所述阴极与所述阳极之间间距为3-10cm。
本发明的一种金属锂电解槽，由于包括外槽体和内衬体，所述外槽体与所述内衬体之间设置夹层组件，所述内衬体中央设置有阴极和阳极，所述外槽体和所述内衬体顶部设有槽盖，所述阳极一端设置在所述槽盖上，所述阴极环绕所述阳极设置，所述槽盖上开设有供电解后产生的锂取出的出锂口和供氯气排出的排氯口，所述夹层组件内设置由保温材料制成的可活动地抽插式的保温层，所述保温层与所述外槽体内壁之间设置有冷却装置。这样，位于外槽体和内衬体之间的夹层组件内可抽插地设置抽插式的保温层，可以根据外界温度调整插入夹层组件内的保温层的数量和位置，进而维持电解槽的热平衡，当电解槽温度过高时，冷却装置对内衬体和保温层进行冷却，进一步保证在冬天时不会出现电解槽槽温偏低的情况，而在夏季不会出现电解槽的槽温过高的情况，避免温度过高和过低而影响电解槽稳定运行，进而而影响电解的电流效率。本发明的金属锂电解槽，电流效率达到85%以上，冬天与夏天的平均电流效率相差不到5%。相对于现有技术的优点是结构简单、可以根据外界温度调节电解槽内温度，使得电解槽运行更加平稳、提高电流效率。
附图说明
图1本发明一种金属锂电解槽实施例示意图。
图2本发明一种金属锂电解槽实施例俯视图。
图号说明
1…外槽体2…内衬体3…槽盖
4…底座5…阴极6…阴极绑臂
7…阳极8…排氯口9…加强筋
10…侧夹层11…底夹层12…侧保温层
13…斜孔14…支撑架15…出锂口
16…盘管17…底保温层
具体实施方式
下面结合附图的图1和图2对本发明的一种金属锂电解槽作进一步详细说明。
本发明的一种金属锂电解槽，请参考图1和图2，包括外槽体1和内衬体2，所述外槽体1与所述内衬体2之间设置夹层组件，所述内衬体2中央设置有阴极5和阳极7，所述外槽体1和所述内衬体2顶部盖设有槽盖3，所述阳极7一端设置在所述槽盖3上，所述阴极5环绕所述阳极7设置，所述槽盖3上开设有供电解后产生的锂取出的出锂口15和供氯气排出的排氯口8，所述夹层组件内设置由保温材料制成的可活动地抽插式的保温层，所述保温层与所述外槽体1内壁之间设置有冷却装置。具体分析，阴极5和阳极7作用对容纳在金属锂电解槽内的电解液进行电解，分离出金属锂。而槽盖3则将外槽体1和内衬体2遮盖起来，避免外界对电解过程影响过大，而出锂口15的作用是采用集锂装置从出锂口15收集金属锂并铸成锂锭，而排氯口8的作用是电解产物氯气通过该排氯口8排出。这样，位于外槽体1和内衬体2之间的夹层组件内可抽插地设置抽插式的保温层，可以根据外界温度调整插入夹层组件内的保温层的数量和位置，进而维持电解槽的热平衡，当电解槽温度过高时，冷却装置对内衬体2和保温层进行冷却，进一步保证在冬天时不会出现电解槽槽温偏低的情况，而在夏季不会出现电解槽的槽温过高的情况，避免温度过高和过低而影响电解槽稳定运行，进而而影响电解的电流效率。本发明的金属锂电解槽，电流效率达到85%以上，冬天与夏天的平均电流效率相差不到5%。相对于现有技术的优点是结构简单、可以根据外界温度调节电解槽内温度，使得电解槽运行更加平稳、提高电流效率。
本发明的一种金属锂电解槽，请参考图1和图2，在前面技术方案的基础上具体可以是所述夹层组件包括设置于所述外槽体1侧壁和所述内衬体2侧壁之间的侧夹层10以及位于所述外槽体1底表面与所述内衬体2底表面之间的底夹层11，所述侧夹层10内设置的保温层为侧保温层12，所述底夹层11内设置的保温层为底保温层17，所述侧保温层12和所述底保温层17均为可抽插式保温层。这样，可以根据外界温度选择插入或抽出一侧或几侧的侧保温层12或者抽出或插入底保温层17，进而用来调节内衬体2外部的温度，进而调节整体电解槽槽内温度。进一步优选的技术方案为所述侧保温层12包括氧化镁制成的保温板和石棉板，所述底保温层17包括耐火保温板和石棉板。这样的上述材料制成的保温层具有耐高温，阻燃，保温效果好的优点，当然还可以是其他的保温层。
本发明的一种金属锂电解槽，请参考图1和图2，在前面技术方案的基础上还可以是所述冷却装置包括盘管16，所述盘管16位于所述夹层组件内，所述盘管16盘绕设置于所述保温层与外槽体1内壁之间，所述盘管16的两端连接油冷系统，所述盘管16内充设有循环的冷却介质。如果电解槽槽内温度过于高，那么启动冷却装置，使得冷却介质在盘管16内循环进而冷却保温层，进一步降低电解槽的槽内温度。实现电解槽槽内温度的全面调节。而油冷系统则是保证冷却介质保持在比较低的温度。更进一步优选的技术方案为所述冷却介质为26号白油。使用26号白油的优点是：26号白油闪点与沸点高，不易分解，不易燃，不与金属锂发生反应。
本发明的一种金属锂电解槽，请参考图1和图2，在前面技术方案的基础上还可以是所述阴极5固定在所述底座4上，所述底座4固定在所述内衬体2底部。这样，可以将阴极5固定在内衬体2内，保证电解过程的稳定性。进一步优选的技术方案为所述阴极5上设置有阴极绑臂6，所述阴极绑臂6与所述阴极5连接，优选为焊接。阴极5为空心圆柱体，阴极膀臂6横向延伸出内衬体2和外槽体1，所述阴极膀臂6与所述内衬体2和外槽体1接触位置设置有密封装置，保证外槽体1和内衬体2的整体密封。阴极膀臂6在外槽体1外部与电解槽母排(即电解槽外部排线)连接，阴极绑臂6的作用是连接阴极5与电解槽母排，保护母排不被高温熔化。更进一步优选的技术方案为所述斜孔13的倾斜方向为由内至外方向上向外向上倾斜。这样，多个斜孔13的设置使得阴极5与阳极7充分与电解液接触，可以保证电解反应更加均匀且提高电解效率。
本发明的一种金属锂电解槽，请参考图1和图2，在前面技术方案的基础上还可以是所述阳极7上端通过支撑架14固定在所述槽盖3上，所述槽盖3上设置有加强筋9。阳极7从槽盖3上插入内衬体2内其端部通过支撑架14固定在槽盖3上，而加强筋9的设置则是提高槽盖3的强度。还可以是所述阴极5与所述阳极7之间间距为3-10cm。该间距称为极距，该极距值是优选值，在该极距范围内，一方面可保持较低的电解质电阻，另一方面，阳极产物氯气与阴极产物金属锂接触机会少，发生二次反应的机率减少，使电解槽保持最优的电流效率与电能效率。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种金属锂电解槽，其特征在于：包括外槽体和内衬体，所述外槽体与所述内衬体之间设置夹层组件，所述内衬体中央设置有阴极和阳极，所述外槽体和所述内衬体顶部设有槽盖，所述阳极一端设置在所述槽盖上，所述阴极环绕所述阳极设置，所述阴极上倾斜设置有4-8列排列的斜孔，所述斜孔直径为15-35mm，所述斜孔的倾斜方向为由内至外方向上向外向上倾斜,所述槽盖上开设有供电解后产生的锂取出的出锂口和供氯气排出的排氯口，所述夹层组件内设置由保温材料制成的可活动地抽插式的保温层，所述保温层与所述外槽体内壁之间设置有冷却装置。
2.根据权利要求1所述的一种金属锂电解槽，其特征在于：所述夹层组件包括设置于所述外槽体侧壁和所述内衬体侧壁之间的侧夹层以及位于所述外槽体底表面与所述内衬体底表面之间的底夹层，所述侧夹层内设置的保温层为侧保温层，所述底夹层内设置的保温层为底保温层，所述侧保温层和所述底保温层均为可抽插式保温层。
3.根据权利要求2所述的一种金属锂电解槽，其特征在于：所述侧保温层包括氧化镁制成的保温板和石棉板，所述底保温层包括耐火保温板和石棉板。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种金属锂电解槽，其特征在于：所述冷却装置包括盘管，所述盘管位于所述夹层组件内，所述盘管盘绕设置于所述保温层与外槽体内壁之间，所述盘管的两端连接油冷系统，所述盘管内充设有循环的冷却介质。
5.根据权利要求4所述的一种金属锂电解槽，其特征在于：所述冷却介质为26号白油。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种金属锂电解槽，其特征在于：所述阴极固定在底座上，所述底座固定在所述内衬体底部。
7.根据权利要求6所述的一种金属锂电解槽，其特征在于：所述阴极上设置有阴极绑臂，所述阴极绑臂与所述阴极连接。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种金属锂电解槽，其特征在于：所述阳极上端通过支撑架固定在所述槽盖上，所述槽盖上设置有加强筋。
9.根据权利要求1或2或3所述的一种金属锂电解槽，其特征在于：所述阴极与所述阳极之间间距为3-10cm。
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