CN110342550A - 一种干法制备氟化锂的方法 - Google Patents

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梁鑫
洪侃
赖耀斌
陈冬英
李忠岐
徐建兵
张选旭
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    • C01D15/00—Lithium compounds
    • C01D15/04—Halides
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Abstract

本发明公开一种干法制备氟化锂的方法，将电池级固体碳酸锂与固体氟化铵混合反应后再焙烧即得高纯氟化锂。本发明反应最高温度优选为低于150℃，使其低于氟化铵理论分解温度，能有效保证碳酸锂充分反应，进而保障了氟化锂纯度；无需惰性气体保护，对设备要求较低，工艺流程相对较简单；相较于氯化锂与氢氧化锂，碳酸锂为最基础锂盐，价格低廉，稳定性高。

Description

一种干法制备氟化锂的方法
技术领域
本发明涉及一种高纯氟化锂的制备技术，具体是一种干法制备氟化锂的方法。
背景技术
氟化锂是一种重要的锂基础材料，在原子能工业、陶瓷、光学纤维及电解铝等行业中有着广泛的应用。近年来，随着锂电池等新能源的地位日渐突起，氟化锂作为制造锂离子二次电池所用电解质六氟磷酸锂(LiPF6)的重要原材料，其战略意义尤为重要。
目前，高纯氟化锂的制备方法主要有直接制备法、离子交换法、萃取法、复分解法四种方法，其中直接制备法为制备氟化锂的主要工艺。直接制备法分为干法与湿法两类，截至到目前为止，国内制备高纯氟化锂主要在液相中完成，通常为高纯锂盐(如碳酸锂或氢氧化锂)溶液与过量的氟化铵水溶液或氢氟酸制备所得，例如：多氟多公司提供了一种用氟化铵水溶液与氢氧化锂水溶液反应制备氟化锂的方法，并应用至生产实践。
由于湿法制备氟化锂的特点，通常湿法工艺具备流程长、氟化锂活性低、引入杂质量大等特点，同时，在湿法生产氟化锂过程中常用氢氟酸进行洗涤、提纯，因此，湿法工艺对反应设备要求较大。相比于湿法工艺，干法工艺具备操作简单、能耗较低、氟化锂纯度高等特点，但传统干法工艺通常需使用氟化氢气体，气体使用量较大，操作复杂，安全风险大。目前，不利用气体氟化氢制备氟化锂虽然也取得了一定成绩，如中南大学胡启阳教授副教授在专利高纯纳米氟化锂的制备方法(CN 100447086C、CN 101195495B)中，分别介绍了以氯化锂与氟化铵、氢氧化锂与氟化铵作为原料制备氟化锂，但工艺反应温度为150-250℃之间，而氟化铵的分解温度一般在200℃左右，这便导致氟化铵利用率不高，造成一定资源的浪费，且为保证氟化锂纯度，反应需在惰性气体保护中进行，对设备要求较高，此外，氯化锂与氢氧化锂在常用锂盐中售价加高，以其为原料制备氟化锂经济价值一般。
发明内容
为了解决现有氟化锂制备工艺存在的不足，本发明的目的是提供一种能有效简化生产流程，降低能耗、生产成本，安全可靠的干法制备氟化锂的方法。
为了实现上述技术目的，本发明提供一种干法制备氟化锂的方法，将电池级固体碳酸锂与固体氟化铵混合反应后再焙烧即得高纯氟化锂。
优选的，所述电池级固体碳酸锂的制备工艺为：将碳酸锂经过氢化配置成锂含量为5g/L-8.5g/L碳酸氢锂溶液，随后经过脱碳、干燥工序提纯至电池级碳酸锂。
优选的，所述电池级固体碳酸锂与固体氟化铵的质量比为1：1.1-2.0。
优选的，所述氟化铵为AR级。
优选的，所述混合反应温度低于150℃，时间为2～6h。
进一步优选的，所述混合反应温度为25～100℃。
更进一步优选的，所述混合反应温度为25～80℃。
本发明反应主要分为两步，其一为碳酸锂与氟化铵反应制得氟化锂，其二为氟化铵与碳酸铵的分解，相较于现有技术中所述锂盐与氟化铵的反应，本发明反应温度优选为低于氟化铵的理论分解温度，能有效保障碳酸锂的充分反应，且反应不需要惰性气体保护，对设备要求低。
优选的，所述焙烧温度为250-500℃，焙烧时间为1～5h。
优选的，所述高纯氟化锂的纯度大于99.5％。
本发明以固体碳酸锂与固体氟化铵为原料，采用干法直接制备高纯氟化锂，其工艺原理如下所示：
Li2CO3(s)+2NH4F(s)＝2LiF(s)+(NH4)CO3(s)
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明反应最高温度优选为低于150℃，使其低于氟化铵理论分解温度，能有效保证碳酸锂充分反应，进而保障了氟化锂纯度；
(2)本发明无需惰性气体保护，对设备要求较低，工艺流程相对较简单；
(3)相较于氯化锂与氢氧化锂，碳酸锂为最基础锂盐，价格低廉，稳定性高。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定于本发明。
实施例1
将工业碳酸锂经过氢化配置成含锂7.6g/L的碳酸氢锂溶液，随后经过脱碳、干燥等工序提纯至电池级碳酸锂；将电池级碳酸锂与氟化铵按质量比为1：1.2混合均匀，随后置入马弗炉中，在25℃条件下反应5h，然后升高温度至350℃焙烧4h，反应结束后，取出物料，测量其中氟化锂为99.56％。
实施例2
将工业碳酸锂经过氢化配置成含锂5.3g/L的碳酸氢锂溶液，随后经过脱碳、干燥等工序提纯至电池级碳酸锂；将电池级碳酸锂与氟化铵按质量比为1：1.0混合均匀，随后置入马弗炉中，在50℃条件下反应2h，然后升高温度至300℃焙烧2h，反应结束后，取出物料，测量其中氟化锂为99.63％。
实施例3
将工业碳酸锂经过氢化配置成含锂6.8g/L的碳酸氢锂溶液，随后经过脱碳、干燥等工序提纯至电池级碳酸锂；将电池级碳酸锂与氟化铵按质量比为1：2.0混合均匀，随后置入马弗炉中，在80℃条件下反应6h，然后升高温度至500℃焙烧3h，反应结束后，取出物料，测量其中氟化锂为99.82％。
实施例4
将工业碳酸锂经过氢化配置成含锂7.2g/L的碳酸氢锂溶液，随后经过脱碳、干燥等工序提纯至电池级碳酸锂；将电池级碳酸锂与氟化铵按质量比为1：1.5混合均匀，随后置入马弗炉中，在100℃条件下反应3h，然后升高温度至450℃焙烧1h，反应结束后，取出物料，测量其中氟化锂为99.66％。
实施例5
将工业碳酸锂经过氢化配置成含锂8.0g/L的碳酸氢锂溶液，随后经过脱碳、干燥等工序提纯至电池级碳酸锂；将电池级碳酸锂与氟化铵按质量比为1：1.7混合均匀，随后置入马弗炉中，在150℃条件下反应4h，然后升高温度至400℃焙烧5h，反应结束后，取出物料，测量其中氟化锂为99.73％。

Claims (9)

1.一种干法制备氟化锂的方法，其特征在于：将电池级固体碳酸锂与固体氟化铵混合反应后再焙烧即得高纯氟化锂。
2.根据权利要求1所述的一种干法制备氟化锂的方法，其特征在于：所述电池级固体碳酸锂的制备工艺为：将碳酸锂经过氢化配置成锂含量为5g/L-8.5g/L碳酸氢锂溶液，随后经过脱碳、干燥工序提纯至电池级碳酸锂。
3.根据权利要求1所述的一种干法制备氟化锂的方法，其特征在于：所述电池级固体碳酸锂与固体氟化铵的质量比为1：1.1-2.0。
4.根据权利要求1所述的一种干法制备氟化锂的方法，其特征在于：所述氟化铵为AR级。
5.根据权利要求1所述的一种干法制备氟化锂的方法，其特征在于：所述反应温度低于150℃，时间为2～6h。
6.根据权利要求5所述的一种干法制备氟化锂的方法，其特征在于：所述反应温度为25～100℃。
7.根据权利要求6所述的一种干法制备氟化锂的方法，其特征在于：所述反应温度为25～80℃。
8.根据权利要求1所述的一种干法制备氟化锂的方法，其特征在于：所述焙烧温度为250-500℃，焙烧时间为1～5h。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种干法制备氟化锂的方法，其特征在于：所述高纯氟化锂的纯度大于99.5％。
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