一种液态六氟磷酸锂的制备方法、电解液及锂离子电池技术

为克服现有六氟磷酸锂的制备过程中存在氯化氢残留的问题，本发明专利技术提供了一种液态六氟磷酸锂的制备方法，包括以下操作步骤：向反应器分别加入五氯化磷和氟化氢，得到含五氟化磷的混合气体；将混合气体通入精馏塔中，对五氟化磷进行分离，得到初级五氟化磷；再将初级五氟化磷气体通入设置吸附材料的吸收塔中，得到纯化的五氟化磷气体；所述吸附材料包括氯代芳香烃、氯代芳香烃聚合物和芳基醚中至少一种；将氟化锂溶于溶剂中，通入五氟化磷气体，制备得到液态六氟磷酸锂。同时，本发明专利技术还公开了采用上述制备方法制备得到的电解液和锂离子电池。本发明专利技术提供的制备方法可以有效减低电解液中氯化氢的残留，利于提高锂离子电池性能。利于提高锂离子电池性能。

【技术实现步骤摘要】
一种液态六氟磷酸锂的制备方法、电解液及锂离子电池


[0001]本专利技术属于二次电池制造
，具体涉及一种液态六氟磷酸锂的制备方法、电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]进入新世纪，高性能的锂离子电池日益成为新能源产业发展的重要领域。六氟磷酸锂（LiPF6）作为生产锂离子二次电池的关键原材料，其制备工艺已非常成熟，一般制备方法为将五氟化磷（PF5）气体导入到盛有氟化锂的无水氟化氢溶液中反应，得到液态六氟磷酸锂产品。其中，工业化生产五氟化磷的方法是通过五氯化磷和无水氟化氢反应来生成，或是采用三氯化磷、无水氟化氢和液氯混合反应生成，具体反应过程如下：PCl
5 + HF PF
5 + HCl；PCl
3 + Cl
2 + HF PF
5 + HCl；上述工艺生产得到五氟化磷、氯化氢以及未反应完全的氟化氢的混合气体，由于五氟化磷的强路易斯酸性，极易与碱或亲核试剂进行反应，与氯化氢、氟化氢形成竞争，所以无法通过一般除酸的方法得到纯的五氟化磷。现有经过冷凝可以将大量的氟化氢气体去除。然而，副产物氯化氢通过简单蒸馏不能分离完全，不利于工艺化生产和绿色环保的理念，同时残余的氯化氢会影响后续生产六氟磷酸锂产品的纯度。因此开发一种操作简单，分离效率高，产生三废少的分离提纯工艺很有必要。

技术实现思路

[0003]针对现有六氟磷酸锂的制备过程中存在氯化氢残留的问题，本专利技术提供了一种液态六氟磷酸锂的制备方法、电解液及锂离子电池。
[0004]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种液态六氟磷酸锂的制备方法，包括以下操作步骤：制备五氟化磷：向反应器分别加入五氯化磷和氟化氢，控制反应温度为
‑
50~30℃，反应时间为6~12h，反应压强为0.1~1.0MPa，得到含五氟化磷的混合气体；精馏：将混合气体通入精馏塔中，控制进料温度为5~35℃，塔顶压力0.06~0.5MPa，对五氟化磷进行分离，得到初级五氟化磷；再将初级五氟化磷气体通入设置吸附材料的吸收塔中，除去初级五氟化磷气体中的杂质，得到纯化的五氟化磷气体；所述吸附材料包括氯代芳香烃、氯代芳香烃聚合物和芳基醚中至少一种；合成反应：将氟化锂溶于溶剂中，通入五氟化磷气体，制备得到液态六氟磷酸锂。
[0005]可选的，所述氯代芳香烃选自结构式1所示的化合物：
结构式1其中，R1~R6各自独立选自H、C1~C4的烃基、C1~C4的卤代烃基或卤素原子，且R1~R6中至少含有1个氯原子。
[0006]可选的，所述结构式1所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种：可选的，所述结构式1所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种：可选的，所述结构式1所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种：可选的，所述结构式1所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种：。
[0007]可选的，所述氯代芳香烃聚合物选自结构式2所示的化合物：结构式2其中，R选自氯原子，Y选自氢、甲基或聚丁二烯基团，n为500~1000。
[0008]可选的，所述结构式2所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种：其中，n为500~1000，m为500~1000。
[0009]可选的，所述芳基醚选自结构式3所示的化合物：结构式3其中，R
11
~R
20
各自独立选自H、甲基、乙基、异丙基、叔丁基或卤素。
[0010]可选的，所述结构式3所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种：物选自以下化合物中的一种或多种：。
[0011]可选的，所述吸附材料为液体，将所述吸附材料导入喷淋塔中，采用循环泵进行循环喷淋，从喷淋塔的底部导入初级五氟化磷气体，气体导入流速为200~300L/h，从喷淋塔的顶部导出纯化的五氟化磷气体。
[0012]可选的，所述吸附材料为固体，将所述吸附材料制备为颗粒并填充于填料塔中，将初级五氟化磷气体由填料塔的进料口导入，并从填料塔的出料口导出，气体导入流速为100~200L/h，得到纯化的五氟化磷气体；当所述吸附材料吸附氯化氢饱和后，采用有机溶剂将吸附材料上的氯化氢溶解脱除，脱除氯化氢的吸附材料重复使用。
[0013]可选的，所述“合成反应”操作中，温度控制在
‑
20℃~10℃，所述溶剂选自直链碳酸酯。
[0014]另一方面，本专利技术提供了一种电解液，包括液态六氟磷酸锂，所述液态六氟磷酸锂由上述的制备方法制备得到。
[0015]另一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，包括正极、负极以及如上所述的电解液。
[0016]根据本专利技术提供的液态六氟磷酸锂的制备方法，采用五氯化磷和氟化氢反应生成五氟化磷与氯化氢、氟化氢的混合气体，先通过精馏的方式去除混合气体中大部分的氯化氢和几乎全部的氟化氢，得到含有少量氯化氢的初级五氟化磷气体，采用了氯代芳香烃、氯代芳香烃聚合物和芳基醚中至少一种作为初级五氟化磷气体的吸附材料，所述吸附材料具有苯环，其与氯原子存在一种“p
‑
π”相互作用力，使氯原子与碳原子的距离与二者的范德华半径基本相同，从而起到吸附氯化氢的作用。苯环还可与氯离子形成“阴离子
‑
π”相互作用力，进一步增加其对氯化氢的吸附作用。同时，化合物中的卤素原子可同氯化氢的氢原子形成类似于氢键结构的Cl
‑
H
…
Cl卤键，可进一步吸附氯化氢分子，同时，吸附材料对于五氟化磷的吸附能力较弱，从而能够将五氟化磷与氯化氢混合气体有效分离，有效提高五氟化磷的纯度，进而最终提高所得的液态六氟磷酸锂的纯度，使其可以直接应用于电解液中，提高锂离子电池的电化学性能。
具体实施方式
[0017]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0018]本专利技术实施例提供了一种液态六氟磷酸锂的制备方法，包括以下操作步骤：制备五氟化磷：向反应器分别加入五氯化磷和氟化氢，控制反应温度为
‑
50~30℃，反应时间为6~12h，反应压强为0.1~1.0MPa，得到含五氟化磷的混合气体；精馏：将混合气体通入精馏塔中，控制进料温度为5~35℃，塔顶压力0.06~0.5MPa，对五氟化磷进行分离，得到初级五氟化磷；
再将初级五氟化磷气体通入设置吸附材料的吸收塔中，除去初级五氟化磷气体中的杂质，得到纯化的五氟化磷气体；所述吸附材料包括氯代芳香烃、氯代芳香烃聚合物和芳基醚中至少一种；合成反应：将氟化锂溶于溶剂中，通入五氟化磷气体，制备得到液态六氟磷酸锂。
[0019]所述液态六氟磷酸锂的制备方法采用五氯化磷和氟化氢反应生成五氟化磷与氯化氢、氟化氢的混合气体，通过精馏的方式去除混合气体中大部分的氯化氢和几乎全部的氟化氢，得到含有少量氯化氢的初级五氟化磷气体，采用了氯代芳香烃、氯代芳香烃聚合物和芳基醚中至少一种作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液态六氟磷酸锂的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：制备五氟化磷：向反应器分别加入五氯化磷和氟化氢，控制反应温度为
‑
50℃~30℃，反应时间为6~12h，反应压强为0.1~1.0MPa，得到含五氟化磷的混合气体；精馏：将混合气体通入精馏塔中，控制进料温度为5~35℃，塔顶压力0.06~0.5MPa，对五氟化磷进行分离，得到初级五氟化磷；再将初级五氟化磷气体通入设置吸附材料的吸收塔中，除去初级五氟化磷气体中的杂质，得到纯化的五氟化磷气体；所述吸附材料包括氯代芳香烃、氯代芳香烃聚合物和芳基醚中至少一种；合成反应：将氟化锂溶于溶剂中，通入五氟化磷气体，制备得到液态六氟磷酸锂。2.根据权利要求1所述的液态六氟磷酸锂的制备方法，其特征在于，所述氯代芳香烃选自结构式1所示的化合物：结构式1其中，R1~R6各自独立选自H、C1~C4的烃基、C1~C4的卤代烃基或卤素原子，且R1~R6中至少含有1个氯原子。3.根据权利要求2所述的液态六氟磷酸锂的制备方法，其特征在于，所述结构式1所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种：的化合物选自以下化合物中的一种或多种：的化合物选自以下化合物中的一种或多种：的化合物选自以下化合物中的一种或多种：。4.根据权利要求1所述的液态六氟磷酸锂的制备方法，其特征在于，所述氯代芳香烃聚合物选自结构式2所示的化合物：结构式2其中，R选自氯原子，Y选自氢、甲基或聚丁二烯基团，n为500~1000。5.根据权利要求1所述的液态六氟磷酸锂的制备方法，其特征在于，所述结构式2所示的化合物选自以下化合物中的一种或多种：

【专利技术属性】
技术研发人员：向书槐，贾超洋，韦松，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：