CN102583301A

CN102583301A - 一种六氟磷酸锂的制备方法

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Publication number: CN102583301A
Application number: CN2011100224530A
Authority: CN
Inventors: 孟永
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种六氟磷酸锂的制备方法，该产品属于化工领域。六氟磷酸锂外观为白色结晶或粉末，含有LiPF₆的有机电解液具有良好的导电性和电化学稳定性，是目前锂离子电池使用的最主要的电解质锂盐，制造的锂离子电池是理想的化学能源，具有体积小、电容量大、反复充放电500次后电容量只降低3％，被广泛用于移动电话、手提电脑和手提摄像机等电子产品和电动汽车工业。本发明是以三氯化磷、精制氟化氢、氯气、氟化锂为原料，采用氟化氢溶剂法来生产六氟磷酸锂，该工艺的最大优点是：反应易控制，便于批量生产，产品纯度高。

Description

一种六氟磷酸锂的制备方法

技术领域：

本发明产品属于化工领域，其特征是涉及一种六氟磷酸锂的制备方法。

背景技术：

六氟磷酸锂，分子式为LiPF₆，外观为白色结晶或粉末，相对密度1.50，潮解性强，易溶于水，暴露空气中或加热时六氟磷酸锂在空气中由于水蒸气的作用而迅速分解，放出PF₅而产生白色烟雾，溶于低浓度甲醇、乙醇、丙酮、碳酸酯类等有机溶剂，但难溶于烷烃和苯等有机溶剂。六氟磷酸锂是目前锂离子电池使用的最主要的电解质锂盐，含有LiPF₆的有机电解液具有良好的导电性和电化学稳定性，因此被选定为锂离子电池的电解质。锂离子电池是当今国际公认的理想化学能源，具有体积小、电容量大、反复充放电500次后电容量只降低3％，被广泛用于移动电话、手提电脑和手提摄像机等电子产品和电动汽车工业，还被用于电子工业制作晶片的掺杂剂和有机合成的催化剂。使用六氟磷酸锂制造的锂离子电池具有以下优点：1.能在电极上形成适当的SEL膜；2.有较宽广的电化学稳定性；3.能对正极集流体实现有效的钝化，以阻止其溶解；4.在各种废水溶剂中有适当的溶解度和较高的电导率；5.有相对较好的环境友好性。六氟磷酸锂主要制备方法有4种：1.气固反应法，其优点是操作较为简单，但制备均一多孔的LiF难度大，特别是对于工业规模化的生产难度较大；2.有机溶剂法：虽然避免了使用氟化氢，但五氟化磷会和有机溶剂发生反应，而引起聚合、分解，导致很难获得高纯度的产品；3.离子交换法：避免了使用五氟化磷作为原料，但其中使用的醇基锂或氨等同样会和有机溶剂发生类似有机溶剂法中存在的问题，且成本高，LiPF₆比较容易吸水，不安全，必须使用安全无水的溶剂；4.氟化氢溶剂法：虽然使用的氟化氢具有较强的腐蚀性，但由于五氟化磷与氟化锂都易溶于氟化氢中，可以在液相中发生均相反应，使整个反应易于进行和控制，因此，氟化氢溶剂法是目前使用较广泛的生产方法。本发明就是采用氟化氢溶剂法，以三氯化磷、精制氟化氢、氯气、氟化锂为原料，具体流程为：先将三氯化磷，精制氟化氢、氯气低温下引入五氟化磷生成罐，制取氟化磷气体，副产物有盐酸气体和少量氯气；将氟化锂溶解于氟化氢后引入六氟磷酸锂生成罐；将五氟化磷生成罐的气体引入六氟磷酸锂生成罐，生成六氟磷酸锂。该流程的最大优点是：反应易控制，便于批量生产，产品纯度高。

发明内容：

为了克服气固反应法不宜工业规模化生产、有机溶剂法生产产品纯度低、离子交换法生产成本高，安全性低的缺陷，本发明提供了一种采用氟化氢溶剂法来制备六氟磷酸锂的生产方法，该方法虽然使用的氟化氢具有较强的腐蚀性，但由于五氟化磷与氟化锂都易溶于氟化氢中，可以在液相中发生均相反应，使整个反应易于进行和控制，使反应比较安全，该方法具有工艺简单、生产成本低、操作人员少，产品纯度高、生产安全性好、可连续批量生产等优点。生产该产品使用的原料有：粗制氟化氢、三氯化磷、氯气、氟化锂。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

一种批量生产六氟磷酸锂的方法，其特征是由以下步骤构成：

1.将粗制氟化氢送入氟化氢精馏塔进行提纯，得到精制氟化氢后，将精制氟化氢送入储罐储存待用。

2.将液态的三氯化磷在低于10℃、安全密封无泄漏且完全无水的条件下送入五氟化磷生成罐，然后送入氯气，其摩尔比为三氯化磷∶氯气＝1∶1.1-1.2，在五氟化磷生成罐内通过搅拌使三氯化磷和氯气发生反应，时间约为0.6小时后生成五氯化磷结晶体并残留少量的氯气；然后在低于5℃、密封的环境下将精制氟化氢送入五氟化磷生成罐，其摩尔比为五氯化磷∶氟化氢＝1∶1-1.1，搅拌反应1小时后得到五氟化磷气体、盐酸气体和少量氯气。

3.将氟化锂和氟化氢按摩尔比1∶1的比例在密封罐中混合后搅拌至溶解再送入六氟磷酸锂生成罐。

4.将五氟化磷生成罐内的五氟化磷气体、盐酸气体和少量氯气引入六氟磷酸锂生成罐，和氟化锂及氟化氢的混合液在8℃-10℃、常压密封的环境下，搅拌反应1-1.2小时后生成六氟磷酸锂及残留的盐酸气体和氯气。

5.将六氟磷酸锂生成罐内的盐酸气体、氯气在10℃以下的环境下通过管道引入尾气处理罐，加水制成盐酸液体。(此时六氟磷酸锂和氟化氢处于液态或半固态不会随气体排出)

6.将六氟磷酸锂生成罐内含六氟磷酸锂和氟化氢的混合物送入结晶罐，进行结晶，六氟磷酸锂很快结晶为固体，(因为六氟磷酸锂和氟化氢固化的温度不同)而氟化氢为液体，通过过滤罐将其分开，氟化氢液体通过过滤罐引入母液罐存储；将六氟磷酸锂的晶体引入真空干燥罐，烘干后在干燥房内进行筛分和包装，得到成品。

上述步骤6中真空干燥罐的干燥温度为50℃-60℃。

本发明的有益效果是：

1.设备投资少。

2.安全性好，因为五氟化磷与氟化锂都溶于氟化氢中，可以在液相中发生均相反应，使整个反应易于进行和控制，使反应比较安全。

3.工艺简单，全自动化操作。

4.便于批量生产，产品纯度高。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，进一步详细描述本发明。

实施例1

将粗制氟化氢送入氟化氢精馏塔进行提纯，得到精制氟化氢后，将精制氟化氢送入储罐储存待用。将液态的三氯化磷在低于10℃、安全密封无泄漏且完全无水的条件下送入五氟化磷生成罐，然后送入氯气，其摩尔比为三氯化磷∶氯气＝1∶1.1，在五氟化磷生成罐内通过搅拌使三氯化磷和氯气发生反应，时间约为0.6小时后生成五氯化磷结晶体并残留少量的氯气；然后在低于5℃、密封的环境下将精制氟化氢送入五氟化磷生成罐，其摩尔比为五氯化磷∶氟化氢＝1∶1.1，搅拌反应1小时后得到五氟化磷气体、盐酸气体和少量氯气。将氟化锂和氟化氢按摩尔比1∶1的比例在密封罐中混合后搅拌至溶解再送入六氟磷酸锂生成罐。将五氟化磷生成罐内的五氟化磷气体、盐酸气体和少量氯气引入六氟磷酸锂生成罐，和氟化锂及氟化氢的混合液在8℃-10℃、常压密封的环境下，搅拌反应1.2小时后生成六氟磷酸锂及残留的盐酸气体和氯气。将六氟磷酸锂生成罐内的盐酸气体、氯气在10℃以下的环境下通过管道引入尾气处理罐，加水制成盐酸液体。(此时六氟磷酸锂和氟化氢处于液态或半固态不会随气体排出)将六氟磷酸锂生成罐内含六氟磷酸锂和氟化氢的混合物送入结晶罐，进行结晶，因六氟磷酸锂很快结晶为固体，(因为六氟磷酸锂和氟化氢固化的温度不同)而氟化氢为液体，通过过滤罐将其分开，氟化氢液体通过过滤罐引入母液罐存储；将六氟磷酸锂的晶体引入真空干燥罐，烘干后在干燥房内进行筛分和包装，得到成品。

实施例2

将粗制氟化氢送入氟化氢精馏塔进行提纯，得到精制氟化氢后，将精制氟化氢送入储罐储存待用。将液态的三氯化磷在低于10℃、安全密封无泄漏且完全无水的条件下送入五氟化磷生成罐，然后送入氯气，其摩尔比为三氯化磷∶氯气＝1∶1.15，在五氟化磷生成罐内通过搅拌使三氯化磷和氯气发生反应，时间约为0.6小时后生成五氯化磷结晶体并残留少量的氯气；然后在低于5℃、密封的环境下将精制氟化氢送入五氟化磷生成罐，其摩尔比为五氯化磷∶氟化氢＝1∶1.05，搅拌反应1小时后得到五氟化磷气体、盐酸气体和少量氯气。将氟化锂和氟化氢按摩尔比1∶1的比例在密封罐中混合后搅拌至溶解再送入六氟磷酸锂生成罐。将五氟化磷生成罐内的五氟化磷气体、盐酸气体和少量氯气引入六氟磷酸锂生成罐，和氟化锂及氟化氢的混合液在8℃-10℃、常压密封的环境下，搅拌反应1.1小时后生成六氟磷酸锂及残留的盐酸气体和氯气。将六氟磷酸锂生成罐内的盐酸气体、氯气在10℃以下的环境下通过管道引入尾气处理罐，加水制成盐酸液体。(此时六氟磷酸锂和氟化氢处于液态或半固态不会随气体排出)将六氟磷酸锂生成罐内含六氟磷酸锂和氟化氢的混合物送入结晶罐，进行结晶，因六氟磷酸锂很快结晶为固体，(因为六氟磷酸锂和氟化氢固化的温度不同)而氟化氢为液体，通过过滤罐将其分开，氟化氢液体通过过滤罐引入母液罐存储；将六氟磷酸锂的晶体引入真空干燥罐，烘干后在干燥房内进行筛分和包装，得到成品。

实施例3

将粗制氟化氢送入氟化氢精馏塔进行提纯，得到精制氟化氢后，将精制氟化氢送入储罐储存待用。将液态的三氯化磷在低于10℃、安全密封无泄漏且完全无水的条件下送入五氟化磷生成罐，然后送入氯气，其摩尔比为三氯化磷∶氯气＝1∶1.2，在五氟化磷生成罐内通过搅拌使三氯化磷和氯气发生反应，时间约为0.6小时后生成五氯化磷结晶体并残留少量的氯气；然后在低于5℃、密封的环境下将精制氟化氢送入五氟化磷生成罐，其摩尔比为五氯化磷∶氟化氢＝1∶1，搅拌反应1小时后得到五氟化磷气体、盐酸气体和少量氯气。将氟化锂和氟化氢按摩尔比1∶1的比例在密封罐中混合后搅拌至溶解再送入六氟磷酸锂生成罐。将五氟化磷生成罐内的五氟化磷气体、盐酸气体和少量氯气引入六氟磷酸锂生成罐，和氟化锂及氟化氢的混合液在8℃-10℃、常压密封的环境下，搅拌反应1小时后生成六氟磷酸锂及残留的盐酸气体和氯气。将六氟磷酸锂生成罐内的盐酸气体、氯气在10℃以下的环境下通过管道引入尾气处理罐，加水制成盐酸液体。(此时六氟磷酸锂和氟化氢处于液态或半固态不会随气体排出)将六氟磷酸锂生成罐内含六氟磷酸锂和氟化氢的混合物送入结晶罐，进行结晶，因六氟磷酸锂很快结晶为固体，(因为六氟磷酸锂和氟化氢固化的温度不同)而氟化氢为液体，通过过滤罐将其分开，氟化氢液体通过过滤罐引入母液罐存储；将六氟磷酸锂的晶体引入真空干燥罐，烘干后在干燥房内进行筛分和包装，得到成品。

Claims

1.一种六氟磷酸锂的制备方法，其特征是：以粗制氟化氢、三氯化磷、氯气、氟化锂为原料，通过以下步骤来得到成品。

2.根据权利要求1所述的一种六氟磷酸锂的制备方法，其第一步的特征是：将粗制氟化氢送入氟化氢精馏塔进行提纯，得到精制氟化氢后，将精制氟化氢送入储罐储存待用。

3.根据权利要求1所述的一种六氟磷酸锂的制备方法，其第二步的特征是：将液态的三氯化磷在低于10℃、安全密封无泄漏且完全无水的条件下送入五氟化磷生成罐，然后送入氯气，其摩尔比为三氯化磷∶氯气＝1∶1.1-1.2，在五氟化磷生成罐内通过搅拌使三氯化磷和氯气发生反应，时间约为0.6小时后生成五氯化磷结晶体并残留少量的氯气；然后在低于5℃、密封的环境下将精制氟化氢送入五氟化磷生成罐，其摩尔比为五氯化磷∶氟化氢＝1∶1-1.1，搅拌反应1小时后得到五氟化磷气体、盐酸气体和少量氯气。

4.根据权利要求1所述的一种六氟磷酸锂的制备方法，其第三步的特征是：将氟化锂和氟化氢按摩尔比1∶1的比例在密封罐中混合后搅拌至溶解再送入六氟磷酸锂生成罐。

5.根据权利要求1所述的一种六氟磷酸锂的制备方法，其第四步的特征是：将五氟化磷生成罐内的五氟化磷气体、盐酸气体和少量氯气引入六氟磷酸锂生成罐，和氟化锂及氟化氢的混合液在8℃-10℃、常压密封的环境下，搅拌反应1-1.2小时后生成六氟磷酸锂及残留的盐酸气体和氯气。

6.根据权利要求1所述的一种六氟磷酸锂的制备方法，其第五步的特征是：将六氟磷酸锂生成罐内的盐酸气体、氯气在10℃以下的环境下通过管道引入尾气处理罐，加水制成盐酸液体。(此时六氟磷酸锂和氟化氢处于液态或半固态不会随气体排出)

7.根据权利要求1所述的一种六氟磷酸锂的制备方法，其第六步的特征是：将六氟磷酸锂生成罐内含六氟磷酸锂和氟化氢的混合物送入结晶罐，进行结晶，六氟磷酸锂很快结晶为固体，(因为六氟磷酸锂和氟化氢固化的温度不同)而氟化氢为液体，通过过滤罐将其分开，氟化氢液体通过过滤罐引入母液罐存储；将六氟磷酸锂的晶体引入真空干燥罐，烘干后在干燥房内进行筛分和包装，得到成品。

8.上述权利要求7中的真空干燥罐的干燥温度为50℃-60℃。