[发明专利]一种基于固态电解质的双室熔盐电解槽制备高纯锂的方法

说明书

本发明属于锂冶金技术领域，特别涉及一种基于固态电解质的双室熔盐电解槽制备高纯锂的方法。方法具体包括：将干燥的LiCl、KCl按比例混合均匀，加入双室熔盐电解槽的阳极室；向阴极室中加入适量的金属锂，在电解槽中升温直至熔盐和金属锂全部熔化并使电解槽温度维持在420～500℃，通入直流电开始电解，启动氯气回收系统；由阴极室的阴极板获得高纯锂，本发明利用固态电解质的单一锂离子导电能力，实现了金属锂与熔盐的自动分离与流出，避免了杂质元素进入阴极室，极大地提升产品纯度；生产过程无需人工出锂，电解槽封闭性提高，能够实现连续生产，极大提升生产效率。

技术领域

本发明涉及锂冶金技术领域，特别涉及一种基于固态电解质的双室熔盐电解槽制备高纯锂的方法。

背景技术

锂是自然界最轻的金属元素，具有高活性。锂化合物广泛应用于耐热玻璃、陶瓷、锂润滑剂等行业。金属锂则在能源领域备受瞩目，由于其优异的核性质和导热性，金属锂可用于制备核反应原料氚，也可用作核反应堆冷却剂；而极高的比容量和较低的电势则使金属锂成为高能量密度电池体系的理想负极材料。因此，锂被誉为“21世纪的能源金属”。随着新能源产业的不断发展，人们对金属锂的需求日益增加。

由于其活泼的性质，锂在自然界仅以化合态的形式存在于卤水或岩石矿物中，目前工业上主要采用LiCl-KCl熔盐电解法制备金属锂。工业锂电解槽采用石墨阳极和低碳钢阴极，在直流电作用下，氯气由阳极产生上浮离开熔盐，熔融锂由阴极析出浮于熔盐上方，中间使用隔膜将两者分开，避免二次反应。目前采用的锂电解槽主要由法国式、美国式和德国式三种类型。法国式电解槽需要从集锂槽内人工出锂，美国式电解槽采用无隔板设计，也需要定期使用金属漏勺将金属锂从锂收集区舀出，德国式电解槽利用多孔隔膜隔离金属锂与氯气，金属锂经过上升管溢流至贮锂槽中。这些电解槽都存在一定的缺陷：(1)液态金属锂需要人工舀出。舀锂过程容易夹带杂质，对操作要求高；出锂过程中容易导致锂被氧化或氮化；工人操作环境恶劣。(2)生产的金属锂容易被Na污染。由于NaCl的分解电位小于LiCl的分解电位，电解过程中原料中未除净的Na⁺将先于Li⁺析出，进入产品，因此熔盐电解对原料LiCl及助剂KCl的提纯工艺要求极高。专利CN105624752A公开了一种锂电解槽结构，在传统电解槽中增设可拆卸板和临时储锂槽，一定程度上避免工人与锂的直接接触，但出锂时需控制电解槽倾斜，增加了操作难度，无法连续生产。专利CN101760759A利用电解质对金属锂的浮力，自动将锂导出槽外，解决了人工出锂的问题，提升了产品纯度，但无法避免Na对金属锂产品的污染。

随着高能量密度电池、可控核聚变技术的发展，对高纯金属锂的需求日益旺盛，因此需要对传统的锂电解工艺进行改进。

发明内容

针对现有金属锂熔盐电解槽存在的缺陷，本发明旨在提供一种高效、清洁的方式电解制备高纯金属锂。该方法通过双室熔盐电解槽对LiCl-KCl熔盐进行电解，在电解槽的阴极室和阳极室之间设置锂离子导体陶瓷隔膜，熔盐置于阳极室内，Cl-在阳极被还原，生成的氯气经集气罩进入氯气回收系统，Li⁺经过固体电解质陶瓷隔膜进入阴极室，并被还原成金属锂。整个过程为连续电解，可实现高度自动化。

为实现上述发明目的，本发明实施例提供了一种基于固态电解质的双室熔盐电解槽制备高纯锂的方法，所述双室熔盐电解槽包括电解槽外壳、阳极板、阳极室、阴极板、阴极室、固体电解质陶瓷隔膜，所述阳极室和阴极室由固体电解质陶瓷隔膜分隔；

所述制备高纯锂的方法具体包括：

将干燥的LiCl和KCl均匀混合后加入至双室熔盐电解槽的阳极室，并向阴极室中加入金属锂；

将所述双室熔盐电解槽加热至阳极室中的盐和阴极室中的锂完全融化并保温，使得所述双室熔盐电解槽形成连续通路；

将所述形成连续通路的双室熔盐电解槽通直流电进行电解，将阳极室中产生的气体进行回收，从阴极室中获得高纯金属锂。