[发明专利]经由电化学溶解进行的金属硫酸盐制备系统

说明书

一种金属硫酸盐制备系统包括电化学溶解系统，该电化学溶解系统具有容纳金属原料的阳极电极、阴极电极、电解质浴、混合电解质浴的搅拌设备、温度控制系统和在阳极电极与阴极电极之间以恒定电压提供电流的整流器，该电解质浴具有用于接收初始酸或金属酸络合物溶液的入口以及用于排出已处理金属硫酸盐溶液的出口。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月2日提交的题为“METAL SULFATE MANUFACTURING SYSTEMVIA ELECTROCHEMICAL DISSOLUTION”的美国临时专利申请No.62/713,702的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开总体上涉及合成金属硫酸盐溶液，具体地是从金属原料合成金属硫酸盐。

背景技术

镍和钴硫酸盐通常被用作锂离子电池阴极前驱体材料、镍金属氢化物电池阴极和镍镉电池阴极的原料。由于其供应量有限，从市场上购买金属硫酸盐产品有时很难或很昂贵。结果，数家公司通过从更容易获取的金属产品(诸如镍粉末、镍团块、钴粉末和钴团块)溶解在硫酸中来合成金属硫酸盐溶液。然而，电动和混合动力汽车市场的增长预计将持续到未来，并且除了硫酸盐之外还导致金属粉末和团块的短缺。

金属阴极市场大于金属粉末和团块市场，使得更容易获取金属阴极材料。然而，金属阴极可能难以使用硫酸、尤其是稀硫酸溶解，这是因为与金属粉末和团块形式相比，阴极暴露于酸中的表面积明显更少。

现有方法使用高温、高压和高硫酸浓度由硫酸溶解金属。然而，这些方法需要昂贵的设备和额外的安全措施，这是因为以高压和酸浓度进行溶解本身就更危险。另外，使用常规方法不具有长反应时间的情况下很难消耗在经由硫酸溶解而制得的金属硫酸盐溶液中的残留酸。高残留酸水平对于后续的处理是不被希望的，并且需要增加预处理步骤。

发明内容

一个实施例是一种使用相对较稀的硫酸从各种金属产品(阴极、团块、粉末等)制备水基金属(镍、钴、锰等)硫酸盐溶液的电化学溶解系统和方法。在该实施例中，使用具有阳极和阴极的电化学溶解设备以及酸溶液，以便由金属阴极、粉末或团块原料合成金属硫酸盐溶液。在一些实施例中，与常规方法相比，电化学溶解系统允许使用者使用相对较低浓度的硫酸，并且使得所得到的金属硫酸盐溶液具有比现有系统更低的残留硫酸浓度。

在一方面，描述了一种用于溶解金属原料的电化学溶解系统。该系统包括电解质浴容器，该电解质浴容器具有入口、出口、温度控制系统，并且被配置为容纳电解质溶液。系统还包括设置在浴容器内的液体可渗透阳极。系统还包括围绕液体可渗透阳极电极的阴极电极。系统还包括电连接到液体可渗透阳极电极和阴极电极的电源。在系统的一些实施例中，阴极电极在所有侧面上均等地围绕液体可渗透阳极电极。在一些实施例中，该系统还包括搅拌器，搅拌器被配置为搅拌在浴容器内的电解质。

在一些实施例中，液体可渗透阳极包括篮型形状、夹层型形状或托盘型形状。在一些实施例中，液体可渗透阳极电极包括以下至少一种：铂、铂涂覆的钛、以及铱涂覆的钛。在一些实施例中，该系统还包括浸入电解质浴内、并且由液体可渗透阳极电极保持的金属原料。在一些实施例中，金属原料包括以下至少一种：镍阴极、镍团块、钴阴极和钴团块。在一些实施例中，液体可渗透阳极电极包括阳极电极本体，阳极电极本体包括以下至少一项：网孔型材料和穿孔型材料。

在一些实施例中，阴极电极包括以下至少一项：铂、铂涂覆的镍以及镍。在一些实施例中，阴极电极包括阴极电极本体，阴极电极本体包括以下至少一种：波纹型材料、海绵型材料和压纹型材料。

在一些实施例中，电解质浴容器包括电解质。在一些实施例中，电解质包括酸。在一些实施例中，酸是硫酸。在一些实施例中，酸浓度在约1M至约3M之间。在一些实施例中，电解质浴搅拌器包括以下至少一项：机械搅拌器、磁力搅拌子、液体循环器和空气搅拌器。