專利名稱：一種制備六氟磷酸鋰的方法
一種制備六氟磷酸鋰的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備六氟磷酸鋰的方法。
技術(shù)背景
鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、重量輕、自放電率低、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)和無污染等突出優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于移動(dòng)電話、筆記本電腦、小型攝像機(jī)、電動(dòng)汽車等。 隨著電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化，鋰離子電池的用量也將越來越大。六氟磷酸鋰作為鋰離子電池電解液的重要電解質(zhì)鹽，其需求量也勢(shì)必會(huì)大大增加。
生產(chǎn)六氟磷酸鋰通常有三種方法干法、濕法和溶劑法，現(xiàn)在一般都采用濕法生產(chǎn)工藝。該工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)也存在產(chǎn)品純度相對(duì)低(作為電解質(zhì)的純度要求達(dá)到 99. 5%以上)、雜質(zhì)多、酸度高；生產(chǎn)過程中還有環(huán)保上磷排放等諸多問題。發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種制備六氟磷酸鋰的方法，以實(shí)現(xiàn)在保證產(chǎn)品質(zhì)量純度的同時(shí)，有效提高收率，并實(shí)現(xiàn)磷的零排放環(huán)保要求，降低生產(chǎn)成本。
技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 一種制備六氟磷酸鋰的方法，包括以下步驟(1)將無水氟化氫溶液加入到五氯化磷罐中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，控溫14(T180°C，控壓 0. 2^0. 3Mpa,反應(yīng)8h，制得五氟化磷和氯化氫的混合氣體；無水氟化氫溶液與五氯化磷的質(zhì)量比為1:2;(2)將氟化鋰加入到無水氟化氫溶液中，控溫12 16°C，攪拌充分溶解，制得含有氟化鋰的混合溶液；其中，氟化鋰與無水氟化氫溶液的質(zhì)量比為1 :3 ；(3)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將步驟(1)的混合氣體加入到步驟(2)的混合溶液中，控壓 0. 3^0. 9Mpa，控溫15 25°C，反應(yīng)6、h，制得六氟磷酸鋰溶液；其中，混合氣體與混合溶液的質(zhì)量比為3:8;(4)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，先控溫一20 一 60°C，使六氟磷酸鋰溶液急速冷卻結(jié)晶，再進(jìn)行固液分離操作，最后控溫6(T75°C，旋轉(zhuǎn)真空干燥得到六氟磷酸鋰晶體；其中，無水氟化氫的純度不小于99. 9%。
純度大于99. 9%的無水氟化氫溶液的由以下方法制得控溫19. 5^26. 5°C，無水氟化氫溶液先通過蒸餾精制；然后通過冷凝吸收分離出無水氟化氫溶液中少量的水分和金屬雜質(zhì)，得到純度大于99. 9%的無水氟化氫溶液。
步驟(3)中，反應(yīng)完成后，用步驟(2)的混合溶液充分吸收殘余氣體中的五氟化磷。
有益效果與現(xiàn)有的六氟磷酸鋰制備方法相比，本發(fā)明的制備六氟磷酸鋰方法具有的突出優(yōu)點(diǎn)包括本發(fā)明采用高效氣、固、液三相反應(yīng)方法，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的純度，同時(shí)還能夠提高收率，產(chǎn)品的收率能達(dá)到90%以上，有效降低了產(chǎn)品中的水份和金屬雜質(zhì)，后處理可以實(shí)現(xiàn)磷元素的零排放，符合目前國(guó)家環(huán)保政策的要求，副產(chǎn)品鹽酸和氫氟酸可以銷售實(shí)現(xiàn)一定的收入，能夠進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，高規(guī)格設(shè)備材質(zhì)使用，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，能夠滿足高端電解液產(chǎn)品的需求，具有很好的實(shí)用性，能夠產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1在襯四氟不銹鋼容器中加入3000kg無水氟化氫粗品溶液，通過蒸汽夾套加熱至22°C 進(jìn)行蒸餾，蒸汽通過冷凝吸收塔回流至精品罐中，冷凝溫度控制在0°C以下，過程時(shí)間在 4. 5h，制得無水氟化氫溶液，其純度純度大于99. 9%。
將IOOkg無水氟化氫溶液和200kg五氯化磷加入到襯四氟不銹鋼罐中，控制溫度 160°C，控制壓力0. 25Mpa，氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)lh，制得五氟化磷和氯化氫的混合氣體。
在配制釜(襯四氟不銹鋼容器)中加入25kg氟化鋰和750kg無水氟化氫溶液中，加熱控制溫度在15°C進(jìn)行攪拌溶解反應(yīng)，過程時(shí)間約為20min，制得含有氟化鋰的混合溶液。
將混合氣體加入到混合溶液中，控制溫度20°C，壓力0. 6Mpa,反應(yīng)2h，制得六氟磷酸鋰溶液。然后再通過氮?dú)鈱堄鄽怏w通入到另外一個(gè)混合溶液中反應(yīng)lh，反應(yīng)條件一致。
將六氟磷酸鋰溶液加入到襯四氟不銹鋼容器中，通過急速冷卻到_38°C，進(jìn)行結(jié)晶，氮?dú)獗Ｗo(hù)，冷卻I0h，然后進(jìn)行固液分離過濾，加入氮?dú)獠⒓訜徇M(jìn)行旋轉(zhuǎn)干燥置換，控制溫度在60°c，最后得到六氟磷酸鋰成品13 ,收率為90. 4%。
實(shí)施例2無水氟化氫溶液通過蒸餾精制吸收得到高純度的氟化氫液體，反應(yīng)過程控制溫度在 19. 5-26. 5°C之間，然后通過冷凝吸收分離出無水氟化氫溶液中少量的水分和金屬雜質(zhì)， 得到純度大于99. 9%的無水氟化氫溶液。蒸餾冷凝吸收過程約為4. 5h (3000kg氟化氫計(jì)) 蒸餾殘液可以和水配制成不同濃度的氫氟酸，出售給不同需求的公司。
將制得的高純度無水氟化氫溶液加入到五氯化磷罐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的環(huán)境下， 反應(yīng)制得五氟化磷和氯化氫混合氣體，反應(yīng)比較劇烈，溫度在140-180°C之間，壓力在 0. 2-0. 3Mpa,注意保證設(shè)備的密封性和耐壓性，整個(gè)反應(yīng)過程約為8h，1000kg氟化氫、 2000kg五氯化磷。
將高純度的氟化鋰200kg，加入到高純度的無水氟化氫溶液中(約6000kg)，加熱至12-16°C經(jīng)過充分?jǐn)嚢枞芙?，制得含有氟化鋰的混合溶液。整個(gè)過程約需要lOOmin。
將制得的混合氣體加入到制得的混合溶液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的環(huán)境下，加壓反應(yīng)制得六氟磷酸鋰溶液，溫度控制在15-25°C之間，整個(gè)過程需要6-8h，壓力在0. 3-0. 9Mpa之間。反應(yīng)完成后殘余氣體繼續(xù)加入到另一個(gè)裝有混合溶液的反應(yīng)容器中，再次反應(yīng)，使得混合氣體中的五氟化磷充分吸收，這樣可以充分滿足磷元素的零排放要求，剩余的氯化氫氣體經(jīng)過冷凝吸收制成鹽酸溶液出售。
將制得的六氟磷酸鋰溶液進(jìn)行急速冷卻結(jié)晶，再進(jìn)行固液分離操作，最后通過旋轉(zhuǎn)真空干燥得到六氟磷酸鋰晶體。整個(gè)過程要使用氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)置換，其中冷卻溫度控制在一 20 一 60°C之間，干燥溫度控制在6(T75°C之間。該過程反應(yīng)時(shí)間約為16h。收率為 91. 2% ο
整個(gè)過程反應(yīng)設(shè)備均使用襯四氟的不銹鋼容器材質(zhì)，有效降低了產(chǎn)品中雜質(zhì)離子的含量。
權(quán)利要求
1.一種制備六氟磷酸鋰的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將無水氟化氫溶液加入到五氯化磷罐中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，控溫14(T180°C，控壓 0. 2^0. 3Mpa,反應(yīng)制得五氟化磷和氯化氫的混合氣體；無水氟化氫溶液與五氯化磷的質(zhì)量比為1 :2 ；(2)將氟化鋰加入到無水氟化氫溶液中，控溫12 16°C，攪拌充分溶解，制得含有氟化鋰的混合溶液；其中，氟化鋰與無水氟化氫溶液的質(zhì)量比為1 :30 ；(3)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將步驟(1)的混合氣體加入到步驟(2)的混合溶液中，控壓 0. 3^0. 9Mpa，控溫15 25°C，反應(yīng)制得六氟磷酸鋰溶液；其中，混合氣體與混合溶液的質(zhì)量比為3 8 ；(4)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，先控溫一20 -60°C，使六氟磷酸鋰溶液急速冷卻結(jié)晶，再進(jìn)行固液分離操作，最后控溫6(T75°C，旋轉(zhuǎn)真空干燥得到六氟磷酸鋰晶體；其中，無水氟化氫的純度不小于99. 9%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備六氟磷酸鋰的方法，其特征在于純度大于99.9%的無水氟化氫溶液的由以下方法制得控溫19. 5^26. 5°C，無水氟化氫溶液先通過蒸餾精制；然后控溫0°C及以下，冷凝吸收分離出無水氟化氫溶液中少量的水分和金屬雜質(zhì)，得到純度大于99. 9%的無水氟化氫溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備六氟磷酸鋰的方法，其特征在于步驟(3)中，反應(yīng)完成后，用步驟(2)的混合溶液充分吸收殘余氣體中的五氟化磷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備六氟磷酸鋰的方法，其特征在于各步驟使用的反應(yīng)容器為襯四氟不銹鋼容器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備六氟磷酸鋰的方法，包括五氟化磷和氯化氫的混合氣體的制備，含有氟化鋰的無水氟化氫混合溶液的制備，混合氣體與混合溶液的很合反應(yīng)，六氟磷酸鋰溶液的急速冷卻結(jié)晶，固液分離，旋轉(zhuǎn)真空干燥，最終制得六氟磷酸鋰晶體。本發(fā)明采用高效氣、固、液三相反應(yīng)方法，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的純度，同時(shí)還能夠提高收率，產(chǎn)品的收率能達(dá)到90%以上，有效降低了產(chǎn)品中的水份和金屬雜質(zhì)，后處理可以實(shí)現(xiàn)磷元素的零排放，符合目前國(guó)家環(huán)保政策的要求，副產(chǎn)品鹽酸和氫氟酸可以銷售實(shí)現(xiàn)一定的收入，能夠進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，高規(guī)格設(shè)備材質(zhì)使用，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，能夠滿足高端電解液產(chǎn)品的需求，具有很好的實(shí)用性，能夠產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C01B25/455GK102502565SQ20111033909
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者姚強(qiáng), 王正元 申請(qǐng)人:江蘇新泰材料科技有限公司