CN116947006A - 一种制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,属于含氟磷酸盐的制备技术领域。本发明的方法包括以下步骤:提供以六氟硅酸锂和五氧化二磷作为分散质,以六氟硅酸锂的有机良溶剂为分散剂的分散系;向所述分散系中通入氨气进行反应。本发明的方法,原料廉价易得,反应条件温和易控,并且反应过程中能够同时生成二氟磷酸锂和六氟磷酸锂,产品成本低,市场竞争力强。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,属于含氟磷酸盐的制备技术领域。
背景技术
锂离子电池具有工作电压高、容量大,循环寿命长,能量密度大等优点,广泛应用于电动汽车、储能系统、计算机、通讯和消费电子产品中。随着新能源电动汽车市场的扩张以及移动设备和储能系统的大规模应用,其市场需求量越来越大。作为锂离子电池的关键材料,六氟磷酸锂(LiPF6)是商品化锂离子电池中使用最广泛的电解质锂盐,其市场前景广阔。
近年来,二氟磷酸锂(LiPO2F2)作为一种性能表现十分优异的功能添加剂,广泛应用于锂离子二次电池的电解液中。二氟磷酸锂可以在锂离子电池的正负极表面形成低阻抗的界面膜,抑制了电极与电解液之间的副反应,提高了电池的循环寿命。随着二氟磷酸锂的应用日益广泛,其制备研究也越来越受到关注。
当前二氟磷酸锂的制备多以六氟磷酸锂为原料,如申请公布号为CN113651306A的中国发明专利申请公开的二氟磷酸锂的制备方法将六氟磷酸锂、五氧化二磷、氧化锂粉末在无水条件下混合并加热反应,生成二氟磷酸锂;又如申请公布号为CN112028046A的中国发明专利申请公开的二氟磷酸锂的制备方法将将六氟磷酸锂与磷酸二氢锂在无水条件下混合,加热进行反应,得到二氟磷酸锂;再如授权公告号为CN108706565B的中国发明专利公开的制备方法在干燥惰性气体氛围下,将三氧化二硼与六氟磷酸锂加入到非水溶剂中搅拌混合,反应生成二氟磷酸锂;这些二氟磷酸锂的制备方法工艺简单、反应快速,然而其原料六氟磷酸锂价格较高,导致二氟磷酸锂的成本居高不下。其他二氟磷酸锂的制备方法,如授权公告号为CN113184824B中国专利公开的方法将六氟硅酸锂(Li2SiF6)和五氧化二磷(P2O5)混合、烧结,再用有机溶剂溶解、固液分离,所得清液再结晶得二氟磷酸锂。该方法以廉价的六氟硅酸锂为原料,有一定的成本优势,但制备过程需要高温烧结,低价值副产物多又增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法。
为了实现以上目的,本发明所采用的技术方案是:
一种制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,包括以下步骤:提供以六氟硅酸锂和五氧化二磷作为分散质,以六氟硅酸锂的有机良溶剂为分散剂的分散系;向所述分散系中通入氨气进行反应。
本发明的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,原料廉价易得,反应条件温和易控,并且反应过程中能够同时生成二氟磷酸锂和六氟磷酸锂,产品成本低,市场竞争力强。本发明涉及的化学反应有:
2Li2SiF6+2P2O5→2SiO2↓+3LiPO2F2↓+LiPF6。
本发明所采用的六氟硅酸锂可由湿法磷肥副产物氟硅酸与碳酸锂反应制得,成本低廉。
在分散系中通入的氨气起催化作用,催化Si-F键断裂并与P2O5中的O结合生成SiO2。进一步地,向分散系中通入氨气进行反应的过程中,控制分散系的温度不低于室温且不高于所述有机良溶剂的沸点。
进一步地,反应的过程中,持续向分散系中通入氨气。将氨气通过鼓泡式通入分散系中。氨气的通入量为五氧化二磷摩尔数的20-40%,流量为1-20L/min。例如从反应器的底部鼓泡式通入,顶部收集再从底部通入,循环持续进行。
进一步地,六氟硅酸锂的有机良溶剂为二氟磷酸锂的不良溶剂。这样反应过程中产生的二氟磷酸锂因溶解度较小也以沉淀和二氧化硅同时沉淀析出,便于二氟磷酸锂和六氟磷酸锂的分离。进一步地,所述有机良溶剂为碳酸酯类溶剂;向分散系中通入氨气进行反应的过程中,控制分散系的温度为40~60℃;所述反应的时间为4~8h;所述反应在搅拌下进行。所述碳酸酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或任意组合。通过对体系进行搅拌,可以降低反应产物对原料五氧化二磷的包裹,促进反应快速进行。进一步地,所述搅拌的转速为400~800rpm。
进一步地,所述分散系是将五氧化二磷分散在六氟硅酸锂溶液中形成的浆料;所述六氟硅酸锂溶液的溶剂为六氟硅酸锂的有机良溶剂。例如所述六氟硅酸锂溶液中的六氟硅酸锂质量分数为5-15%。
进一步地,六氟硅酸锂与五氧化二磷的摩尔比为(1.02-1.08):1。过量的六氟硅酸锂可以确保五氧化二磷完全反应,若过量太多则会增加目标产品的杂质含量。
进一步地,所述六氟硅酸锂与所述有机良溶剂的质量之比为5~15:85~95。
为了得到二氟磷酸锂和六氟磷酸锂的粗品,进一步地,所述的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,还包括以下步骤:将反应结束后的体系进行固液分离,将固液分散所得液体进行浓缩结晶和/或将固液分离所得固体采用二氟磷酸锂的良溶剂进行溶解后,固液分离,然后将得到液体进行浓缩结晶。将固液分离所得固体采用二氟磷酸锂的良溶剂进行溶解时,所采用的二氟磷酸锂的良溶剂为二氟磷酸锂质量的7-20倍。
进一步地,所述二氟磷酸锂的良溶剂为醇类溶剂和醚类溶剂;所述醇类溶剂为甲醇和/或乙醇,所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚。
进一步地,将反应结束后的体系进行固液分离所得液体进行的浓缩结晶是将液体挥发掉70-90%的溶剂,然后降温到0-5℃进行结晶;例如在80~90℃挥发掉80-90%的溶剂,然后降温到0-3℃进行结晶。
为了提高六氟磷酸锂的纯度,对浓缩结晶得到的六氟磷酸锂进行重结晶。进一步地,所述的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,还包括以下步骤:将反应结束后的体系进行固液分离所得液体进行浓缩结晶得到的晶体溶于六氟磷酸锂的良溶剂中,去除不溶物后挥发掉70-90%的溶剂,然后降温到0-5℃进行结晶,再对得到晶体进行干燥处理;例如在50~90℃挥发掉85~90%的溶剂后降温到0-5℃进行结晶。六氟磷酸锂的良溶剂为醇类溶剂和醚类溶剂;所述醇类溶剂为甲醇和/或乙醇,所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚和/或乙醚。将浓缩结晶得到的晶体溶于六氟磷酸锂的良溶剂中时,所采用的六氟磷酸锂的良溶剂为六氟磷酸锂质量的7-20倍,例如为7~10倍。
进一步地,将固液分离所得固体溶解后进行固液分离得到液体进行的浓缩结晶是将液体挥发掉70-90%的溶剂,然后降温到0-5℃进行结晶;例如在50~90℃挥发掉80~90%的溶剂后降温到0-5℃进行结晶。
为了提高二氟磷酸锂的纯度,将固液分离所得固体溶解后进行固液分离得到液体进行的浓缩结晶得到的晶体进行干燥处理。
进一步地,所述干燥处理为真空干燥处理;所述真空干杂处理的真空度为-60~-90kPa、温度为70-90℃、时间为2-4h。
具体实施方式
以下结合具体实施方式本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
本实施例的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,包括以下步骤:
1)在六氟硅酸锂质量含量5%的碳酸二甲酯溶液1000g中,加入44.6g五氧化二磷搅拌分散成浆料,升温到40℃,然后在40℃下持续鼓泡式循环通入1.1g氨气反应8h(溢出浆料的氨气收集后再次从浆料底部通入实现氨气的持续鼓泡式通入,控制氨气的流量为1.4L/min),通入氨气的过程中以400rpm的转速对体系进行搅拌,反应结束后降至室温,然后进行过滤,得六氟磷酸锂溶液和以二氟磷酸锂、二氧化硅为主的滤渣。
2)将得到的六氟磷酸锂溶液在80℃下减压蒸馏除去90%的溶剂,然后降温到0℃进行析晶,析出六氟磷酸锂20.4g,再将析出的六氟磷酸锂溶于150g无水乙醇中,过滤除去不溶物后在70℃下减压蒸馏除去90%的溶剂,然后降温到0℃进行析晶,六氟磷酸锂结晶析出,再将析出的六氟磷酸锂在90℃下于-60kPa真空干燥2h,得六氟磷酸锂产品18.1g,纯度99.96%,含水11ppm。
将上述以二氟磷酸锂和二氧化硅为主的滤渣68.5g溶于1030g无水乙醇中,过滤除去不溶的二氧化硅,对所得滤液在70℃下减压蒸馏除去90%的溶剂,降温到0℃进行析晶,二氟磷酸锂结晶析出,再将析出的二氟磷酸锂在90℃下于-60kPa真空干燥2h,得二氟磷酸锂产品45.9g,纯度99.83%,含水10ppm。
实施例2
本实施例的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,包括以下步骤:
1)在六氟硅酸锂质量含量15%的碳酸二乙酯溶液1000g中,加入127g五氧化二磷搅拌分散成浆料,升温到60℃,然后在60℃下持续鼓泡式循环通入6.0g氨气反应4h(溢出浆料的氨气收集后再次从浆料底部通入实现氨气的持续鼓泡式通入,控制氨气的流量为8.0L/min),通入氨气的过程中以800rpm的转速对体系进行搅拌,反应结束后降至室温,然后进行过滤,得六氟磷酸锂溶液和以二氟磷酸锂、二氧化硅为主的滤渣。
2)将得到的六氟磷酸锂溶液在90℃下减压蒸馏除去80%的溶剂,然后降温到0℃进行析晶,析出六氟磷酸锂54.6g,再将析出的六氟磷酸锂溶于550g无水乙醚中,过滤除去不溶物后在50℃下减压蒸馏除去85%的溶剂,降温到5℃进行析晶,六氟磷酸锂结晶析出,再将析出的六氟磷酸锂在70℃下于-90kPa真空干燥4h,得六氟磷酸锂产品48.3g,纯度99.86%,含水12ppm。
将上述以二氟磷酸锂和二氧化硅为主的滤渣195.0g溶于3900g无水乙醚中,过滤除去不溶的二氧化硅,对所得滤液在50℃下减压蒸馏除去80%的溶剂,降温到5℃进行析晶,二氟磷酸锂结晶析出,再将析出的二氟磷酸锂在70℃下于-90kPa真空干燥4h,得二氟磷酸锂产品132.8g,纯度99.85%,含水10ppm。
实施例3
本实施例的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,包括以下步骤:
1)在六氟硅酸锂质量含量10%的碳酸甲乙酯溶液1000g中,加入86g五氧化二磷搅拌分散成浆料,升温到50℃,然后在50℃下持续鼓泡式循环通入3.1g氨气反应4h(溢出浆料的氨气收集后再次从浆料底部通入实现氨气的持续鼓泡式通入,控制氨气的流量为4.1L/min),通入氨气的过程中以600rpm的转速对体系进行搅拌,反应结束后降至室温,然后进行过滤,得六氟磷酸锂溶液和以二氟磷酸锂、二氧化硅为主的滤渣。
2)将得到的六氟磷酸锂溶液在90℃下减压蒸馏除去85%的溶剂,然后降温到3℃进行析晶,析出六氟磷酸锂40.7g,再将析出的六氟磷酸锂溶于330g无水乙二醇二甲醚中,过滤除去不溶物后在90℃下减压蒸馏除去86%的溶剂,降温到3℃进行析晶,六氟磷酸锂结晶析出,再将析出的六氟磷酸锂在85℃下于-80kPa真空干燥3h,得六氟磷酸锂产品36.4g,纯度99.80%,含水9ppm。
将上述以二氟磷酸锂和二氧化硅为主的滤渣129.0g溶于2300g无水乙二醇二甲醚中,过滤除去不溶的二氧化硅,对所得滤液在90℃下减压蒸馏除去86%的溶剂,降温到3℃进行析晶,二氟磷酸锂结晶析出,再将析出的二氟磷酸锂在85℃下于-80kPa真空干燥3h,得二氟磷酸锂产品90.5g,纯度99.90%,含水11ppm。
Claims (10)
1.一种制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,其特征在于:包括以下步骤:
提供以六氟硅酸锂和五氧化二磷作为分散质,以六氟硅酸锂的有机良溶剂为分散剂的分散系;向所述分散系中通入氨气进行反应。
2.根据权利要求1所述的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,其特征在于:向分散系中通入氨气进行反应的过程中,控制分散系的温度不低于室温且不高于所述有机良溶剂的沸点。
3.根据权利要求1或2所述的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,其特征在于:反应的过程中,持续向分散系中通入氨气。
4.根据权利要求1或2所述的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,其特征在于:六氟硅酸锂的有机良溶剂为二氟磷酸锂的不良溶剂。
5.根据权利要求1或2所述的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,其特征在于:所述有机良溶剂为碳酸酯类溶剂;向分散系中通入氨气进行反应的过程中,控制分散系的温度为40~60℃;所述反应的时间为4~8h;所述反应在搅拌下进行。
6.根据权利要求5所述的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,其特征在于:所述分散系是将五氧化二磷分散在六氟硅酸锂溶液中形成的浆料;所述六氟硅酸锂溶液的溶剂为六氟硅酸锂的有机良溶剂。
7.根据权利要求1或2所述的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,其特征在于:六氟硅酸锂与五氧化二磷的摩尔比为(1.02-1.08):1。
8.根据权利要求1或2所述的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,其特征在于:所述六氟硅酸锂与有机良溶剂的质量之比为5~15:85~95。
9.根据权利要求1或2所述的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,其特征在于:还包括以下步骤:将反应结束后的体系进行固液分离,将固液分散所得液体进行浓缩结晶和/或将固液分离所得固体采用二氟磷酸锂的良溶剂进行溶解后,固液分离,然后将得到液体进行浓缩结晶。
10.根据权利要求9所述的制备二氟磷酸锂联产六氟磷酸锂的方法,其特征在于:还包括以下步骤:将反应结束后的体系进行固液分离所得液体进行浓缩结晶得到的晶体溶于六氟磷酸锂的良溶剂中,去除不溶物后挥发掉70-90%的溶剂,然后降温到0-5℃进行结晶,再对得到晶体进行干燥处理;
将固液分离所得固体溶解后进行固液分离得到液体进行的浓缩结晶是将液体挥发掉70-90%的溶剂,然后降温到0-5℃进行结晶;
将反应结束后的体系进行固液分离所得液体进行的浓缩结晶是将液体挥发掉70-90%的溶剂,然后降温到0-5℃进行结晶;
所述二氟磷酸锂的良溶剂为醇类溶剂和醚类溶剂;所述醇类溶剂为甲醇和/或乙醇,所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚。
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