从零开始看懂锂的电解制备——金属锂是怎么炼成的？

发布时间：2025-09-12 阅读量：21

一、为什么要生产金属锂？

锂是目前新能源领域的“明星金属”，不仅是锂电池正负极的重要材料，从手机电池到电动汽车，从航空航天合金到未来核聚变能源，锂的身影无处不在。

但金属锂的化学活性极高，在自然界中找不到单质形态，只能以矿物或盐类的形式存在。要得到高纯度金属锂，电解法几乎是唯一可行的工业化路线。

二、为什么用电解？

对于活泼金属（如锂、钠、钾等），常见的冶炼方式—如碳热还原—几乎行不通，因为它们的氧化物极其稳定，难以用碳或氢还原。
水溶液电解也不行，因为在还原这些金属前，水会先被电解产生氢气。
因此，只能选择在高温下电解熔融盐类化合物来制备金属锂。

三、锂电解的基本原理

工业上常用的原料：氯化锂（LiCl）或氯化锂与氯化钾（LiCl-KCl）的混合盐。

电解质熔化：加热到约450～600℃，使盐完全熔融。

通电分解：阴极（负极）：Li⁺ + e⁻ → Li（金属锂析出）

阳极（正极）：2Cl⁻ → Cl₂↑（氯气逸出）

产物收集：金属锂密度低于熔盐，会浮在表面，便于收集；

氯气则通过管道排出并回收利用。

四、锂电解的难点与挑战

高温腐蚀性强：熔盐在高温下对内衬、阳极和阴极材料都有严重腐蚀，材料要求高，需要选择高耐腐蚀材料。

能耗高：保持熔盐在高温下熔融需要大量热量，同时电解过程本身消耗大量直流电能；需要改进保温、热回收、降低槽压降等方法来节能。

气体副产物处理：氯气具有毒性和腐蚀性，工业上必须配置多级碱液吸收系统，保证排放安全达标。

纯度要求严苛：杂质（尤其是水和氧）会降低电流效率并污染锂产品，因此原料预处理也是关键环节。

五、现代锂电解槽的设计思路

提升电流效率：通过电极结构优化，减少锂与氯气的二次反应。

降低能耗：优化槽体保温性能，减少热量损失。

延长寿命：选用高耐腐蚀材料作为内衬。

提高安全性：完善氯气收集和防泄漏系统。

六、嘉悦智能的布局与优势

杭州嘉悦智能设备有限公司在熔盐电解装备领域有多年技术积累，目前已开发出多款适用于轻金属（Li、Na、Mg、Ca等）的电解设备方案：

双温区加热系统：独立控制电解区与收集区温度（最高 1000℃，精度 ±1℃），快速升降温，减少热量损失。
模块化电解系统：腐蚀耐用的电解槽和可定制的电解室，支持不同规模（百克级到公斤级）生产需求，适配直流电源或科研级电化学工作站。
惰性气氛保护：配置手套箱系统，将电解装置与外界隔绝，防止吸湿导致熔盐性能劣化，可选自动传输模块提升操作效率。

副产物处理系统：多级碱液吸收塔+喷淋冷却，安全吸收氯气等副产物，确保环保与安全。
收集优化：金属锂因密度低漂浮在熔盐表面，通常用金属漏勺人工捞取；可选真空吸铸法（但要解决管路易被熔盐堵塞的问题）。