CN109019526B - 一种利用有机溶剂法制备硫化锂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用有机溶剂法制备硫化锂的方法，其特征在于包含如下步骤：（1）将金属锂加入到有机溶剂中，持续搅拌确保充分溶解，得到溶液A；（2）将硫加入到有机溶剂中，持续搅拌至充分溶解，得到溶液B；（3）将溶液A移入夹套反应釜中，在夹套中通入冷却水，维持低温；（4）将溶液B缓慢地加入溶液A中，并充分搅拌混合，得到混合溶液C；（5）将混合溶液C减压蒸馏，去除溶剂后，得到硫化锂。该方法无副产物，原料成本低廉，过程简单，无三废问题。

Description

一种利用有机溶剂法制备硫化锂的方法
技术领域
本发明涉及硫化锂合成领域，具体涉及一种利用有机溶剂法制备硫化锂的方法。
背景技术
硫化锂是一种重要的化工原料，尤其是在化学电源中有着广泛的应用。近些年，我们国家大力发展新能源汽车，以实现节能减排，降低污染。但是锂离子电池本身的问题使得人们开始开发锂硫电池和全固态锂离子电池。在锂硫电池中，有研究认为，如果放弃使用硫单质为正极，则可以采用硫化锂为正极材料，这样负极材料可以选择石墨和硅等材料，可以极大地解决金属锂负极的诸多问题。在全固态电池中，以硫化锂为原材料，制备的硫化物固体电解质具有绝佳的室温锂离子传导性能，是固体电解质中最具潜力的一种电解质材料。但是硫化锂对水和氧高度敏感，极易与空气中的水和氧发生反应，合成较为困难。
在现有的有机溶剂法制备技术中，在盖莫林无机化学手册中，记录了一种将硫和金属锂进行充分球磨的方法制备硫化锂的方法；以及硫化氨和锂金属在液氨中发生反应的方法；还有使用乙醇锂和硫化氢在乙醇中反应的方法。在EP0802159A1中记录了一种氢氧化锂与硫化氢在气相中高温反应合成硫化锂的方法。在US4126666A1中也记录了一种碳酸锂与硫化氢在气相中高温反应的合成方法。在US3615191A1和US3642436A1中记录了使用金属锂和氢化锂与硫化氢在醚类溶剂中反应制备硫化锂的方法。在EP1460039A1中记录了氢氧化锂或碳酸锂与硫化氢在N-甲基吡咯烷酮中反应，制备硫化锂的方法。EP1681263A1中记录了使用氢氧化锂与硫化氢在加热条件下，在有机溶剂中反应获得硫化锂的方法。在CN103813980A中记录了一种使用丁基锂等含锂强碱与硫化氢在有机溶剂中反应制备硫化锂的方法。在CN106299261A和CN106229487A中，记录了一种使用硫酸锂与碳在高温下反应，通过碳的还原作用制备硫化锂与碳的复合材料的方法。在CN103985866A中，提供了一种采用硫氢化钠、氢氧化钠、硫等一同反应制备多硫化锂的方法，但是该方法无法得到硫化锂。
在现有的技术存在有一些缺点，或者需要使用丁基锂、氢化氨、乙醇锂等不易得的原料，或者需要高温处理等高耗能的处理方法，或者使用液氨、硫化氢等不易控制的原料和介质，或者是难以进行完全且易存留杂质的固相反应。这些缺点导致合成硫化锂的成本较高，且提纯过程较为困难。
发明内容
本发明提出了一种利用有机溶剂法制备硫化锂的方法，采用更少的步骤、更廉价的原料、更温和的反应条件，合成硫化锂材料。
实现本发明的技术方案是：一种利用有机溶剂法制备硫化锂的方法，包含如下步骤：
（1）将金属锂加入到有机溶剂中，持续搅拌确保充分溶解，得到溶液A；
（2）将硫加入到有机溶剂中，持续搅拌至充分溶解，得到溶液B；
（3）将溶液A移入夹套反应釜中，在夹套中通入冷却水，维持低温；
（4）将溶液B缓慢地加入溶液A中，并充分搅拌混合，得到混合溶液C；
（5）将混合溶液C减压蒸馏，去除溶剂后，得到硫化锂。
所述有机溶剂为乙二胺和丙二胺中的至少一种。
所述步骤（3）中低温的温度为1~60℃。
所述步骤（4）中溶液B中的硫和溶液A中的锂的摩尔比为1：（2~2.2）。
所述步骤（5）中减压蒸馏的压力为-0.9~ -0.99MPa，加热温度为30~90℃。
所述步骤（4）中溶液B滴加完毕后，搅拌1h后停止通入冷却水，继续搅拌1h，得到混合溶液C。
所述步骤（4）中将溶液B加入到溶液A中，搅拌过程中，温度超过80℃时停止滴加。
本发明的有益效果是：
（1）本合成方法使用的原料为硫和金属锂，主要溶剂介质为乙二胺的胺类有机溶剂，设计的原料较少，以上原料均廉价易得，且容易储存保管，原料成本较容易控制。
（2）合成过程涉及的反应为：2Li+S→Li2S。该合成方法没有副产物，产品提纯较为容易，无废水、废气、废渣处理问题。
（3）反应为液相反应，易于反应完全，不易残留杂质，产品提纯容易。
（4）所使用的有机溶剂易于回收再使用，不存在废液问题。
（5）该方法不需要高温处理，能源损耗较小。
（6）该方法步骤少，工艺简单，所需的条件易于控制，成本低廉。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的有机溶剂法制备硫化锂方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种利用有机溶剂法制备硫化锂的方法，包含如下步骤：
（1）将14g金属锂加入到100ml无水乙二胺中，持续搅拌，直至金属锂完全溶解；
（2）将32g硫加入到100ml无水乙二胺中，持续搅拌，直至硫完全溶解；
（3）将金属锂的溶液加入到夹套反应釜中并持续搅拌，夹套中通入冷却水，控制溶液温度为15℃，并使用温度计观察溶液温度；
（4）将硫的溶液缓慢地滴加到金属锂的溶液当中，并注意观察金属锂溶液中的温度，如果温度升高超过80℃，则停止滴加；
（5）待硫的溶液滴加完成后，继续搅拌1小时，使其反应充分，然后停冷却水，继续搅拌1小时；
（6）将所得的混合溶液移入蒸馏设备，进行减压蒸馏，压力位-0.98MPa，加热温度为30℃。待溶剂蒸干后，收集固体产品，即得到硫化锂。
综上所述，本发明中的方法可以有效的合成硫化锂。同时，所述的方法步骤少，方法简单，原料价格低廉。
实施例2
一种利用有机溶剂法制备硫化锂的方法，包含如下步骤：
（1）将15.4g金属锂加入到100ml无水丙二胺中，持续搅拌，直至金属锂完全溶解；
（2）将32g硫加入到100ml无水丙二胺中，持续搅拌，直至硫完全溶解；
（3）将金属锂的溶液加入到夹套反应釜中并持续搅拌，夹套中通入冷却水，控制溶液温度为60℃，并使用温度计观察溶液温度；
（4）将硫的溶液缓慢地滴加到金属锂的溶液当中，并注意观察金属锂溶液中的温度，如果温度升高超过80℃，则停止滴加；
（5）待硫的溶液滴加完成后，继续搅拌1小时，使其反应充分，然后停冷却水，继续搅拌1小时；
（6）将所得的混合溶液移入蒸馏设备，进行减压蒸馏，压力位-0.9MPa，加热温度为90℃。待溶剂蒸干后，收集固体产品，即得到硫化锂。
实施例3
一种利用有机溶剂法制备硫化锂的方法，包含如下步骤：
（1）将14.7g金属锂加入到100ml无水乙二胺中，持续搅拌，直至金属锂完全溶解；
（2）将32g硫加入到100ml无水乙二胺中，持续搅拌，直至硫完全溶解；
（3）将金属锂的溶液加入到夹套反应釜中并持续搅拌，夹套中通入冷却水，控制溶液温度为1℃，并使用温度计观察溶液温度；
（4）将硫的溶液缓慢地滴加到金属锂的溶液当中，并注意观察金属锂溶液中的温度，如果温度升高超过80℃，则停止滴加；
（5）待硫的溶液滴加完成后，继续搅拌1小时，使其反应充分，然后停冷却水，继续搅拌1小时；
（6）将所得的混合溶液移入蒸馏设备，进行减压蒸馏，压力位-0.99MPa，加热温度为30℃。待溶剂蒸干后，收集固体产品，即得到硫化锂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用有机溶剂法制备硫化锂的方法，其特征在于包含如下步骤：
（1）将金属锂加入到有机溶剂中，持续搅拌确保充分溶解，得到溶液A；
（2）将硫加入到有机溶剂中，持续搅拌至充分溶解，得到溶液B，所述有机溶剂为乙二胺和丙二胺中的至少一种；
（3）将溶液A移入夹套反应釜中，在夹套中通入冷却水，维持低温，所述低温的温度为1~60℃；
（4）将溶液B缓慢地加入溶液A中，并充分搅拌混合，得到混合溶液C；
（5）将混合溶液C减压蒸馏，去除溶剂后，得到硫化锂。
2.根据权利要求1所述的利用有机溶剂法制备硫化锂的方法，其特征在于：所述步骤（4）中溶液B中的硫和溶液A中的锂的摩尔比为1：（2~2.2）。
3.根据权利要求1所述的利用有机溶剂法制备硫化锂的方法，其特征在于：所述步骤（5）中减压蒸馏的压力为-0.9~ -0.99MPa，加热温度为30~90℃。
4.根据权利要求1所述的利用有机溶剂法制备硫化锂的方法，其特征在于：所述步骤（4）中溶液B滴加完毕后，搅拌1h后停止通入冷却水，继续搅拌1h，得到混合溶液C。
5.根据权利要求1所述的利用有机溶剂法制备硫化锂的方法，其特征在于：所述步骤（4）中将溶液B加入到溶液A中，搅拌过程中，温度超过80℃时停止滴加。
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