一种电化学装置

本发明涉及电化学，具体而言，涉及一种电化学装置。

背景技术：

1、锂，是最轻的碱金属元素，有“白色石油”之称，在民用和高科技军事领域中有不可或缺的地位。随着便携式电子产品、电动汽车和储能领域的快速发展，锂资源的需求逐年增加，未来锂资源的供应将无法满足需求。锂资源主要存在于矿物、卤水和海水中，分别以锂化合物和离子的形式存在。随着固态锂矿的开采，高品位的固态锂矿石越来越少，且矿石提锂的成本也逐渐升高。相较于固态锂矿中的锂资源，在卤水和海水中以锂离子形式存在的液态锂资源的开采具有天然的成本优势

2、由于盐湖卤水环境的复杂性，采取的提锂方法也不同，目前，已经开发了一些从卤水中回收锂的技术包括：碳化法、膜分离、浸渍法煅烧、吸附法、溶剂萃取法、沉淀法等。但是，这些方法受到气候、环境污染和选择性损失等因素影响，这些因素会影响这些方法的有效性和可行性。而电化学提锂相较于以上方法具有提锂效率高，对环境友好，分离系数高等优点，逐渐受到重视。

3、目前电化学提锂主要采用的是摇椅式的电极提锂系统，即由富锂态和贫锂态的正极材料构成阴阳极板，中间加以阴离子膜，在阴阳极板和阴离子膜分别组成的阴阳极腔室中充满卤水和富锂液，由此组成一个电化学提锂装置。在整个锂提取的过程中，存在完整的电化学反应。所以该过程会受电极本身的电荷传递步骤和锂离子在液相中的传质步骤影响。而锂离子在电极中参与电化学反应的前提是其在液相中顺利的迁移到电极表面。这意味着溶液对整个极板电极材料部分上的浸润以及流动对整个提锂过程产生很大影响。

4、目前，大部分电化学提锂使用的电极基本都为正常涂覆后直接与阴离子膜组成提锂单元。这会出现当卤水或富锂液进入阴阳极腔室后不能很好地浸润极板的情况，导致锂离子进入电极材料内参与电极反应受到限制，进而影响提锂装置的提锂电流密度、提锂容量以及提锂效率等一系列性能指标。

5、有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电化学装置，以解决上述背景技术中提出的卤水和富锂液在装置阴阳极腔室中不能很好地浸润极板而对提锂性能产生影响的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种电化学装置，技术方案如下：

3、根据本发明具体实施方式的一种电化学装置，所述电化学装置由阴极板、阳极板和阴离子膜组成。其中，阴、阳极板关于阴离子膜对称设置并紧密贴合。所述阴、阳极板上具有流道设计。

4、根据本发明具体实施方式的一种电化学装置，所述极板包括阴极板和阳极板，阴、阳极板均由极板外框体和极板电极材料两部分构成。所述流道在极板框体和极板电极材料上均有设计。

5、根据本发明具体实施方式的一种电化学装置，所述阴极板正反面流道形状设计相同；所述阳极板正反面流道形状设计相同。

6、根据本发明具体实施方式的一种电化学装置，所述阴极板和阳极板极板外框体的流道设计呈镜面对称。所述阴阳极板电极材料部分流道在水平方向上凹凸互补。

7、根据本发明具体实施方式的一种电化学装置，所述阴阳极板外框体的流道设计由至少2个通水孔构成，每个通水孔下方由至少1个导流槽和通水孔连通。

8、作为优选，所述通水孔的数量可以为2、4、6个。

9、作为优选，所述导流槽的数量可以为2、3、4个。

10、根据本发明具体实施方式的一种电化学装置，所述阴阳极板的极板材料部分的流道设计由倾斜流道、垂直流道以及水平流道构成。

11、根据本发明具体实施方式的一种电化学装置，所述倾斜流道由左斜流道和右斜流道构成，左右斜流道呈一定夹角，连续交叉排布。所述垂直流道分布在极板电极材料部分的左右两侧，所述水平流道分布在极板电极材料部分的上下两侧。

12、作为优选，所述左右斜流道的夹角可以为30°、45°、60°。

13、根据本发明具体实施方式的一种电化学装置，所述左右倾斜流道交叉排布构成菱形网格，其中每平方分米有4-16个网格。所述水平和垂直流道在极板单面各两条。

14、作为优选，所述左右倾斜流道构成的菱形网格的密度可以为每平方分米6、8、10、12个。

15、根据本发明具体实施方式的一种电化学装置，所述通水孔的直径为20-50mm，导流槽宽度为5-15mm，深度为宽度的0.5倍。

16、作为优选，所述通水孔的直径可以为25mm、30mm、35mm、40mm。

17、作为优选，所述导流槽宽度可以为6mm、7mm、8mm、9mm、10mm。

18、根据本发明具体实施方式的一种电化学装置，所述极板电极材料部分单面的倾斜、水平、垂直流道的宽度为5-15mm，深度为宽度的0.5倍。另一面凸起的宽度为5-15mm，高度为宽度的0.5倍。

19、作为优选，所述倾斜、水平、垂直流道的宽度可以为6mm、7mm、8mm、9mm、10mm。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、1、本发明提供一种电化学装置在阴、阳极板的极板外框体和极板电极材料部分均进行了流道设计，该极板组成的提锂装置可以使卤水和富锂液在阴阳极腔室更均匀地流动，进而充分浸润整个极板电极材料部分，使电极材料表面锂离子的液相传质顺利进行，从而提高提锂装置的提锂性能。

22、2、本发明提供一种电化学装置在阴、阳极板的极板外框体和极板电极部分均进行了流道设计，该极板组成的提锂装置可以使卤水和富锂液与阴阳极板的接触面积增大，进而有效地降低锂离子在界面处的传导阻力，从而提高提锂装置的提锂性能。

23、3、本发明提供的一种电化学装置中，阴阳极板的流道设计在极板自身内部，不需要额外增加布水网等结构，降低了提锂单元的冗余性，减少了制造成本。

技术特征：

1.一种电化学装置，其特征在于，所述电化学装置由阴极板、阳极板和阴离子膜组成，其中，阴、阳极板关于阴离子膜对称设置并紧密贴合，所述阴、阳极板上具有流道设计。

2.根据权利要求1所述的一种电化学装置，其特征在于，所述阴阳极板均由极板外框体和极板电极材料两部分构成，所述流道在极板框体和极板电极材料上均有设计。

3.根据权利要求1所述的一种阴阳极板，其特征在于，所述外框体为塑料，橡胶材质中的一种，所述阴阳极板电极材料为磷酸铁锂，锰酸锂，三元材料中的一种，所述导流体框架为钛网、泡沫镍、铜网中的一种。

4.根据权利要求3所述的一种电化学装置，其特征在于，所述阴阳极板部分流道凹凸互补。

5.根据权利要求4所述的一种电化学装置，其特征在于，所述阴阳极板外框体的流道设计由至少2个通水孔构成，每个通水孔下方由至少1个导流槽和通水孔连通。

6.根据权利要求4所述的一种电化学装置，其特征在于，所述阴阳极板的流道设计由倾斜流道、垂直流道以及水平流道构成。

7.根据权利要求6所述的一种电化学装置，其特征在于，所述倾斜流道由左斜流道和右斜流道构成，左右斜流道连续交叉排布，倾斜角度为30-60°之间，所述垂直流道分布在极板电极材料部分的左右两侧，所述水平流道分布在极板电极材料部分的上下两侧。

8.根据权利要求7所述的一种电化学装置，其特征在于，所述左右倾斜流道交叉排布构成菱形网格，其中每平方分米有4-20个网格，所述水平和垂直流道在极板单面各两条。

9.根据权利要求5所述的一种电化学装置，其特征在于，所述导流槽形状为方槽或圆槽，宽度为5-15mm，深度为宽度的0.5倍。

10.根据权利要求6所述的一种电化学装置，其特征在于，所述极板电极材料部分单面的倾斜、水平、垂直流道的宽度为5-15mm，深度为宽度的0.5倍，另一面凸起的宽度为5-15mm，高度为宽度的0.5倍。

技术总结本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种电化学装置，可用于电化学脱嵌法提锂。本发明所述装置由阴极板、阳极板以及阴离子膜组成。其中，阴、阳极板关于阴离子膜对称设置并紧密贴合。所述阴、阳极板上具有流道设计。本发明的电化学装置的阴、阳极板上设置有流道，包括极板电极材料上的倾斜流道、左右垂直流道以及上下水平流道，其中倾斜流道连续交叉排布；同时包括极板外框体上的通水孔以及导流槽。所述流道设计在提锂电极阴、阳极板的双面。本发明的电化学装置，在阴、阳极板上设计一定形状构造的液体流道，使提锂时的卤水与富锂液沿流道流动，均匀浸润整个提锂极板。进而减少锂离子扩散引起的极化，提高所述提锂装置的提锂电流密度和提锂效率。技术研发人员：张云,尧猛受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17