[發明專利]經由電化學溶解進行的金屬硫酸鹽制備系統

在審

• 申請號: 201980065337.1
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN112805410A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 有元真司;M·德梅爾;孫志文
• 申請（專利權）人: 特斯拉公司
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C25B9/40
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 黃倩

一種金屬硫酸鹽制備系統包括電化學溶解系統，該電化學溶解系統具有容納金屬原料的陽極電極、陰極電極、電解質浴、混合電解質浴的攪拌設備、溫度控制系統和在陽極電極與陰極電極之間以恒定電壓提供電流的整流器，該電解質浴具有用于接收初始酸或金屬酸絡合物溶液的入口以及用于排出已處理金屬硫酸鹽溶液的出口。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2018年8月2日提交的題為“METAL SULFATE MANUFACTURING SYSTEMVIA ELECTROCHEMICAL DISSOLUTION”的美國臨時專利申請No.62/713,702的權益，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本公開總體上涉及合成金屬硫酸鹽溶液，具體地是從金屬原料合成金屬硫酸鹽。

背景技術

鎳和鈷硫酸鹽通常被用作鋰離子電池陰極前驅體材料、鎳金屬氫化物電池陰極和鎳鎘電池陰極的原料。由于其供應量有限，從市場上購買金屬硫酸鹽產品有時很難或很昂貴。結果，數家公司通過從更容易獲取的金屬產品(諸如鎳粉末、鎳團塊、鈷粉末和鈷團塊)溶解在硫酸中來合成金屬硫酸鹽溶液。然而，電動和混合動力汽車市場的增長預計將持續到未來，并且除了硫酸鹽之外還導致金屬粉末和團塊的短缺。

金屬陰極市場大于金屬粉末和團塊市場，使得更容易獲取金屬陰極材料。然而，金屬陰極可能難以使用硫酸、尤其是稀硫酸溶解，這是因為與金屬粉末和團塊形式相比，陰極暴露于酸中的表面積明顯更少。

現有方法使用高溫、高壓和高硫酸濃度由硫酸溶解金屬。然而，這些方法需要昂貴的設備和額外的安全措施，這是因為以高壓和酸濃度進行溶解本身就更危險。另外，使用常規方法不具有長反應時間的情況下很難消耗在經由硫酸溶解而制得的金屬硫酸鹽溶液中的殘留酸。高殘留酸水平對于后續的處理是不被希望的，并且需要增加預處理步驟。

發明內容

一個實施例是一種使用相對較稀的硫酸從各種金屬產品(陰極、團塊、粉末等)制備水基金屬(鎳、鈷、錳等)硫酸鹽溶液的電化學溶解系統和方法。在該實施例中，使用具有陽極和陰極的電化學溶解設備以及酸溶液，以便由金屬陰極、粉末或團塊原料合成金屬硫酸鹽溶液。在一些實施例中，與常規方法相比，電化學溶解系統允許使用者使用相對較低濃度的硫酸，并且使得所得到的金屬硫酸鹽溶液具有比現有系統更低的殘留硫酸濃度。

在一方面，描述了一種用于溶解金屬原料的電化學溶解系統。該系統包括電解質浴容器，該電解質浴容器具有入口、出口、溫度控制系統，并且被配置為容納電解質溶液。系統還包括設置在浴容器內的液體可滲透陽極。系統還包括圍繞液體可滲透陽極電極的陰極電極。系統還包括電連接到液體可滲透陽極電極和陰極電極的電源。在系統的一些實施例中，陰極電極在所有側面上均等地圍繞液體可滲透陽極電極。在一些實施例中，該系統還包括攪拌器，攪拌器被配置為攪拌在浴容器內的電解質。

在一些實施例中，液體可滲透陽極包括籃型形狀、夾層型形狀或托盤型形狀。在一些實施例中，液體可滲透陽極電極包括以下至少一種：鉑、鉑涂覆的鈦、以及銥涂覆的鈦。在一些實施例中，該系統還包括浸入電解質浴內、并且由液體可滲透陽極電極保持的金屬原料。在一些實施例中，金屬原料包括以下至少一種：鎳陰極、鎳團塊、鈷陰極和鈷團塊。在一些實施例中，液體可滲透陽極電極包括陽極電極本體，陽極電極本體包括以下至少一項：網孔型材料和穿孔型材料。

在一些實施例中，陰極電極包括以下至少一項：鉑、鉑涂覆的鎳以及鎳。在一些實施例中，陰極電極包括陰極電極本體，陰極電極本體包括以下至少一種：波紋型材料、海綿型材料和壓紋型材料。

在一些實施例中，電解質浴容器包括電解質。在一些實施例中，電解質包括酸。在一些實施例中，酸是硫酸。在一些實施例中，酸濃度在約1M至約3M之間。在一些實施例中，電解質浴攪拌器包括以下至少一項：機械攪拌器、磁力攪拌子、液體循環器和空氣攪拌器。