CN104562092A - 一种多阳极金属锂电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多阳极金属锂电解槽，包括外槽体、内衬体、阴极、阳极和盖合于外槽体和内衬体顶部形成用于容纳电解液的容腔的槽盖，槽盖上设置有供氯气排出的排氯口和供金属锂排出的出锂口，阴极环绕设置于阳极外侧，阳极均匀分布设置于内衬体中，阴极与阴极母排连接，阳极与阳极母排连接，阴极固定在内衬体内部，阳极与阴极数目相同均为至少四个，阳极的直径为200-300mm，阳极上端绝缘固定在槽盖上，阳极下部通过阳极底座绝缘固定在内衬体上。发明一种多阳极金属锂电解槽结构简单、可减少阳极石墨发生断裂的机率，提高阳极石墨的使用寿命，降低金属锂电解的运行成的多阳极金属锂电解槽。

Description

一种多阳极金属锂电解槽

技术领域

本发明涉及一种电解槽，特别是涉及一种多阳极金属锂电解槽。

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。电解槽一般由外槽体、内衬体、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。上插式电解槽是一种制作简单、安装简便、制作成本低、寿命长的电解槽。目前上插式电解槽主要有双阳极电解槽和三阳极电解槽，阳极石墨的直径为400～500mm。由于阳极石墨较重，且只有阳极上端通过支撑件固定在槽盖上，导致阳极上端因受力而发生断裂，且阳极上端直接暴露在空气中，与高温空气发生氧化反应，加速了石墨阳极在上端断裂，减少了阳极石墨的运行寿命，增加了电解槽的运行成本。

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、可减少阳极石墨发生断裂的机率，提高阳极石墨的使用寿命，降低金属锂电解的运行成本的多阳极金属锂电解槽。

本发明的一种多阳极金属锂电解槽，包括外槽体、内衬体、阴极、阳极和盖合于所述外槽体和内衬体顶部形成用于容纳电解液的容腔的槽盖，所述槽盖上设置有供氯气排出的排氯口和供金属锂排出的出锂口，所述阴极环绕设置于所述阳极外侧，所述阳极均匀分布设置于所述内衬体中，所述阴极与阴极母排连接，所述阳极与阳极母排连接，所述阴极固定在所述内衬体内部，所述阳极与所述阴极数目相同均为至少四个，所述阳极的直径为200-300mm，所述阳极上端绝缘固定在所述槽盖上，所述阳极下部通过阳极底座绝缘固定在内衬体上。

本发明的一种多阳极金属锂电解槽还可以是：

所述阴极通过阴极底座绝缘固定于所述内衬体内部。

所述阴极底座为支架，所述支架的底端与所述内衬体内底部绝缘固定，所述阴极底端绝缘固定在所述支架的顶部上。

所述阳极下端开设有圆柱形孔，所述阳极底座顶端插入所述圆柱形孔内与所述阳极固定。

所述阳极底座和或阴极底座由高铝氧化镁材料制成。

所述外槽体与所述内衬体之间设置有保温层。

所述保温层由氧化镁砖和石棉板制成。

所述阳极通过位于其上部的铜铝复合夹板与所述阳极母排连接。

所述阴极通过沿阴极一侧横向伸出所述外槽体和内衬体的阴极绑臂与所述阴极母排连接，所述阴极绑臂密封穿过所述外槽体和所述内衬体。

所述阳极分两排均匀排列于所述内衬体内。

本发明的一种多阳极金属锂电解槽，包括外槽体、内衬体、阴极、阳极和盖合于所述外槽体和内衬体顶部形成用于容纳电解液的容腔的槽盖，所述槽盖上设置有供氯气排出的排氯口和供金属锂排出的出锂口，所述阴极环绕设置于所述阳极外侧，所述阳极均匀分布设置于所述内衬体中，所述阴极与阴极母排连接，所述阳极与阳极母排连接，所述阴极固定在所述内衬体内部，所述阳极与所述阴极数目相同均为至少四个，所述阳极的直径为200-300mm，所述阳极上端绝缘固定在所述槽盖上，所述阳极下部通过阳极底座绝缘固定在内衬体上。这样，阴极和阳极均浸泡在电解液中，阴极和阳极的作用是使得电解液发生电解，分离出金属锂，同时排出氯气。槽盖的作用是保证电解液在电解的过程中外界因素尽可能少地对其有作用，相当于其和外槽体和内衬体形成封闭空间，将电解液封闭。所述阳极与所述阴极数目相同均为至少四个，所述阳极的直径为200-300mm。这样，阳极数目增多，优选地是4-10个，在相同的电流下，单根阳极承担的电流强度小，减少了阳极的损耗。而且单根阳极的直径降低，使得阳极的重量变轻，这样的阳极上端绝缘固定在槽盖上后，阳极上端和槽盖连接处承受的重力较小，避免了阳极受力发生断裂，且在这个直径范围内的阳极能够承受长期电解质的侵蚀。由于阳极通过阳极底座固定在内衬体上，进一步减少了阳极上端与槽盖连接处的承受的重力，延长了阳极使用寿命，降低了金属锂电解的运行成本。相对于现有技术的优点是结构简单、可减少阳极发生断裂的机率，提高阳极的使用寿命，降低金属锂电解的运行成本。

附图说明

图1本发明一种多阳极金属锂电解槽实施例主视截面图。

图2本发明一种多阳极金属锂电解槽实施例俯视图。

图3本发明一种多阳极金属锂电解槽实施例左视截面图。

图4本发明一种多阳极金属锂电解槽另一实施例阳极并列两排设置俯视图。

图5本发明一种多阳极金属锂电解槽另一实施例阳极并列两排设置左视截面图。

图号说明

1…外槽体 2…内衬体 3…槽盖

4…隔热夹层 5…阴极 6…阴极绑臂

7…阳极 8…排氯口 9…出锂口

10…阳极母排 11…阴极母排 12…阴极底座

13…保温层 14…阳极底座

具体实施方式

下面结合附图的图1至图5对本发明的一种多阳极金属锂电解槽作进一步详细说明。

本发明的一种多阳极金属锂电解槽，请参考图1至图5，包括外槽体1、内衬体2、阴极5、阳极7和盖合于所述外槽体1和内衬体2顶部形成用于容纳电解液的容腔的槽盖3，所述槽盖3上设置有供氯气排出的排氯口8和供金属锂排出的出锂口9，所述阴极5环绕设置于所述阳极7外侧，所述阳极7均匀分布设置于所述内衬体2中，所述阴极5与阴极母排11连接，所述阳极7与阳极母排10连接，所述阴极5固定在所述内衬体2内部，所述阳极7与所述阴极5数目相同均为至少四个，所述阳极7的直径为200-300mm，所述阳极7上端绝缘固定在所述槽盖3上，所述阳极7下部通过阳极底座14绝缘固定在内衬体2上。这样，阴极5和阳极7均浸泡在电解液中，阴极5和阳极7的作用是使得电解液发生电解，分离出金属锂，同时排出氯气。槽盖3的作用是保证电解液在电解的过程中外界因素尽可能少地对其有作用，相当于其和外槽体1和内衬体2形成封闭空间，将电解液封闭。所述阳极7与所述阴极5数目相同均为至少四个，所述阳极7的直径为200-300mm。这样，阳极7数目增多，优选地是4-10个，在相同的电流下，单根阳极7承担的电流强度小，减少了阳极7的损耗。而且单根阳极7的直径降低，使得阳极7的重量变轻，这样的阳极7上端绝缘固定在槽盖3上后，阳极7上端和槽盖3连接处承受的重力较小，避免了阳极7受力发生断裂，且在这个直径范围内的阳极7能够承受长期电解质的侵蚀。由于阳极7通过阳极底座14固定在内衬体2上，进一步减少了阳极7上端与槽盖3连接处的承受的重力，延长了阳极7使用寿命，降低了金属锂电解的运行成本。相对于现有技术的优点是结构简单、可减少阳极发生断裂的机率，提高阳极的使用寿命，降低金属锂电解的运行成本。另外，阳极可以是石墨阳极。

本发明的一种多阳极金属锂电解槽，请参考图1至图5，在前面描述的技术方案的基础上具体可以是：所述阴极5通过阴极底座12绝缘固定于所述内衬体2内部。这样，阴极5牢固地被固定在内衬体2内，避免其断裂或倾倒而缩减其使用寿命。进一步优选的技术方案为所述阴极底座12为支架，所述支架的底端与所述内衬体2内底部绝缘固定，所述阴极5底端绝缘固定在所述支架的顶部上。这样既可以满足将阴极5固定在内衬体2内的要求，同时也可以使得阴极5距离内衬体2底部有一定距离而方便地环绕在阳极7外侧。而且这样的支架式的阴极底座12使得阴极5固定更加平稳。

本发明的一种多阳极金属锂电解槽，请参考图1至图5，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述阳极7下端开设有圆柱形孔，所述阳极底座14顶端插入所述圆柱形孔内与所述阳极7固定。这样，阳极底座14插入阳极7内将阳极7固定。进一步优选的技术方案为圆柱形孔的深度为50～100mm，直径为50～100mm。这样的圆柱形孔的优点是使得阳极7的固定更加牢固。还可以是所述阳极底座14和或阴极底座12由耐高温绝缘材料制成，优选地是由高铝氧化镁材料制成。这样，可以防止由于电解液的剧烈扰动而导致阳极7位置发生偏移，改变阴极5和阳极7的极间距，影响电解的电流效率，而采用高铝氧化镁材料制成的阳极底座14和或阴极底座12具有耐高温、耐腐蚀性、绝缘性能好的优点。另外，还可以是所述外槽体1与所述内衬体2之间设置有保温层13。保温层13的作用是阻止电解槽内热量与外界环境过快热交换，达到稳定电解槽内电解液温度。所述保温层13由氧化镁砖和石棉板制成。这样的保温层13保温效果良好，避免外界对电解槽内电解液温度有较大影响，确保维持电解槽内电解液的温度。进一步优选的技术方案为所述保温层13由多孔性氧化镁砖和多孔性石棉板制成。这样的优点是，这样的保温层13使空气可充分与保温材料进行热交换，提高热转换效率，达到快速调节电解槽内电解液温度的目的。

发明的一种多阳极金属锂电解槽，请参考图1至图5，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：所述阳极7通过位于其上部的铜铝复合夹板与所述阳极母排10连接,这样设置是由于铜锂复合夹板导电性好，能够有效降低电耗。还可以是所述阴极5通过沿阴极5一侧横向伸出所述外槽体1和内衬体2的阴极绑臂6与所述阴极母排11连接，所述阴极绑臂6密封穿过所述外槽体1和所述内衬体2。这样阴极绑臂6将阴极5与阴极母排11连接起来，同时阴极绑臂6密封穿过外槽体1和内衬体2，保证内部电解液不会流出。

发明的一种多阳极金属锂电解槽，请参考图1至图5，在前面描述的技术方案的基础上还可以是：还可以是在所述槽盖3上设置一层隔热夹层4，可进一步降低电解槽内热量与外部环境交换速率，维持电解槽内温度稳定，减少槽内外空气对流，降低空气对阳极7的侵蚀速率，从而延长阳极7使用寿命。还可以是所述阳极7分两排均匀排列于所述内衬体2内。这样，可提高电解槽电流效率，减小电解槽的占地面积，节约厂房空间。

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 (10)

1.一种多阳极金属锂电解槽，其特征在于：包括外槽体、内衬体、阴极、阳极和盖合于所述外槽体和内衬体顶部形成用于容纳电解液的容腔的槽盖，所述槽盖上设置有供氯气排出的排氯口和供金属锂排出的出锂口，所述阴极环绕设置于所述阳极外侧，所述阳极均匀分布设置于所述内衬体中，所述阴极与阴极母排连接，所述阳极与阳极母排连接，所述阴极固定在所述内衬体内部，所述阳极与所述阴极数目相同均为至少四个，所述阳极的直径为200-300mm，所述阳极上端绝缘固定在所述槽盖上，所述阳极下部通过阳极底座绝缘固定在内衬体上。

2.根据权利要求1所述的一种多阳极金属锂电解槽，其特征在于：所述阴极通过阴极底座绝缘固定于所述内衬体内部。

3.根据权利要求2所述的一种多阳极金属锂电解槽，其特征在于：所述阴极底座为支架，所述支架的底端与所述内衬体内底部绝缘固定，所述阴极底端绝缘固定在所述支架的顶部上。

4.根据权利要求1所述的一种多阳极金属锂电解槽，其特征在于：所述阳极下端开设有圆柱形孔，所述阳极底座顶端插入所述圆柱形孔内与所述阳极固定。

5.根据权利要求1至4任意一个权利要求所述的一种多阳极金属锂电解槽，其特征在于：所述阳极底座和或阴极底座由高铝氧化镁材料制成。

6.根据权利要求1至4任意一个权利要求所述的一种多阳极金属锂电解槽，其特征在于：所述外槽体与所述内衬体之间设置有保温层。

7.根据权利要求6所述的一种多阳极金属锂电解槽，其特征在于：所述保温层由氧化镁砖和石棉板制成。

8.根据权利要求1至4任意一个权利要求所述的一种多阳极金属锂电解槽，其特征在于：所述阳极通过位于其上部的铜铝复合夹板与所述阳极母排连接。

9.根据权利要求1至4任意一个权利要求所述的一种多阳极金属锂电解槽，其特征在于：所述阴极通过沿阴极一侧横向伸出所述外槽体和内衬体的阴极绑臂与所述阴极母排连接，所述阴极绑臂密封穿过所述外槽体和所述内衬体。

10.根据权利要求1至4任意一个权利要求所述的一种多阳极金属锂电解槽，其特征在于：所述阳极分两排均匀排列于所述内衬体内。