目前工业上制备金属锂的设备主要是锂电解槽,现有工业电解槽能耗高,电流效率在80%左右,电解生产得到的金属锂大都采用人工舀出的方式,工人操作环境恶劣,且金属容易被氧化,使金属锂纯度降低,对金属锂纯度要求较高的领域则需进一步提纯。鉴于这种情况,有必要设计一种电流效率高,操作安全简便,金属锂纯度高的电解槽,以解决上述不足。研究现有电解槽结构和电解原理,设计电解槽基本结构,通过仿真软件对电解槽主要结构进行优化设计,具体内容如下:(1)根据金属锂电解原理对槽体进行结构设计,确定电解槽初始结构,计算阴极和阳极等电解槽结构基本参数,利用三维软件对电解槽各部件进行三维建模及装配。(2)确定电解槽三维流场仿真计算所需要的流体参数及初始条件,建立熔盐电解质三维流场模型,利用多物理场仿真软件对熔盐电解质的三维流场进行模拟仿真,并对阳极产生的气体以及阴极产生的金属在电解质中的运动情况进行研究,分析金属和气体的分布状况以及熔盐的流动趋势;对电解槽不同阴极直径及不同电极插入深度下的三维流场进行仿真分析,确定阴极直径及电极插入深度。(3)研究金属锂电解槽热平衡计算方法,确定电解槽产生的热量和散出的热量及熔盐电解质的边界条件,建立电解槽三维热场仿真模型,利用多物理场仿真软件对熔盐电解质的热场进行仿真分析,结果表明电解槽温度较高的区域在阴阳极之间,阳极表面温度要高于阴极表面,由内向外温度逐渐减小,电解槽四周温度相对较低;对电解槽不同电压和不同外辅热温度下的热场进行仿真分析,确定电解槽工作时的电解参数。(4)对金属锂电解槽主要零部件进行设计制作,对加热方式和保温材料进行分析选择,最后完成了锂电解槽的装配。(5)对安装好的金属锂电解槽进行电解实验,确定实验方案,介绍了实验所需设备及注意事项、实验准备和过程,分析实验结果及遇到的问题,找出装置中的不足,证实电解槽的可行性及仿真结果的正确性。本文提出了一种高纯度的金属锂电解设备,通过仿真软件对电解槽主要零件的结构参数和电解槽工作时的电解参数进行优化,在优化好的结构上对电解槽整体进行设计,然后将设计好的电解装置进行制作安装,最后进行电解锂实验,为大电流电池级金属锂电解槽的设计提供基础。