淺析六氟磷酸鋰項(xiàng)目生產(chǎn)制備工藝探究

淺析六氟磷酸鋰項(xiàng)目生產(chǎn)制備工藝探究鋰離子電池中作為綜合性能最好的電解質(zhì)，六氟磷酸鋰逐漸成國內(nèi)外重要的研究對象。本文主要從六氟磷酸鋰項(xiàng)目著手，對其生產(chǎn)制備方法進(jìn)行詳細(xì)探究，系統(tǒng)地評(píng)述該項(xiàng)目制備手段，并對六氟磷酸鋰順利生產(chǎn)制備策略進(jìn)行探究和分析。標(biāo)簽：生產(chǎn);制備;工藝前言六氟磷酸鋰本身是白色粉末或結(jié)晶，其分子式為LiPF6，具有較強(qiáng)的潮解性，便于在水中溶解，也可以溶解各類有機(jī)溶劑中，如乙醇、碳酸酯、甲醇等，通常情況下會(huì)在加熱或者在空氣中暴露時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)。六氟磷酸鋰產(chǎn)業(yè)在我國的發(fā)展還處于初步階段，大多數(shù)情況下我國的鋰電子電池廠家都是通過進(jìn)口解決對六氟磷酸鋰的需求。一、建立在無水氟化氫溶劑基礎(chǔ)上的生產(chǎn)制備工藝有效分析1.針對制備流程使用無水氟化氫進(jìn)行LiPF6的生產(chǎn)工藝操作簡便，也易于分離產(chǎn)品結(jié)晶，推動(dòng)工業(yè)現(xiàn)代化的深入占據(jù)，是當(dāng)前生產(chǎn)工藝路線中較為成熟的方式。制備生產(chǎn)LiPF6工藝過程的第一步是在反應(yīng)釜內(nèi)添加氟化氫，之后按照順序添加氟化鋰，并攪拌溶解;其次是在反應(yīng)釜內(nèi)添加五氟化磷其他，該氣體可以和氟化鋰一起發(fā)生反應(yīng)，時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)氣體壓力得到有效降低，直到降到某一固定值時(shí)停止變化，這就意味著完成整個(gè)合成過程。生成的成品最終沉淀在反應(yīng)釜的底部，將其經(jīng)過過濾和真空干燥后就獲得粗制的LiPF6產(chǎn)品;最后一步是使用特定的純化反應(yīng)器將獲得的粗制品進(jìn)行純化。2.針對制備方法通過精餾提純將工業(yè)無水氟化氫內(nèi)部的重金屬雜質(zhì)和水分有效去除，將去除雜質(zhì)之后的產(chǎn)品和五氯化磷反應(yīng)取得兩者的混合氣體;將高純度氟化鋰加入到無水氟化氫溶液內(nèi)，繼而取得這兩者的混合溶液;將氯化氫和五氟化磷有效混合與冷卻，再將反應(yīng)后的氣體放到氟化鋰和無水氟化氫兩者混合溶液中，而純凈的六氟磷酸鋰產(chǎn)品則是將其經(jīng)過結(jié)晶、反應(yīng)、干燥以及分離后得到的;在另一個(gè)放有氟化鋰無水氟化氫溶液內(nèi)放入沒有反應(yīng)的氯化氫和氟化磷，經(jīng)過反應(yīng)獲得LiPF6成品。3.針對制備方法的優(yōu)勢這一制備方法在使用過程中，原料充足，成本消耗不高，且具有很高的反應(yīng)速率，產(chǎn)品反應(yīng)徹底，質(zhì)量高，促進(jìn)半連續(xù)化生產(chǎn)的有效實(shí)現(xiàn)。二、針對LiPF6生產(chǎn)制備工藝的幾點(diǎn)思考1.關(guān)于氣固反應(yīng)法LiPF6合成方法的推廣和應(yīng)用使LiPF6的多種制備方法被應(yīng)用到鋰電池的電解質(zhì)中。LiPF6的傳統(tǒng)制備工藝就是氣固反應(yīng)法，也就是使用無水氟化氫獲得多孔氟化鋰，之后將其與五氟化磷有效反應(yīng)，最終獲得六氟磷酸鋰。在氣固反應(yīng)法的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行探索和優(yōu)化，現(xiàn)階段獲取五氟化磷的主要方法是使用五氧化二磷和氟化鈣進(jìn)行干法制備，之后在加壓條件下將五氟化磷氣體和純度較高的納米氟化鋰干法制備成為高純度LiPF6。氣固反應(yīng)法的優(yōu)勢在于操作并不復(fù)雜，相對應(yīng)的缺點(diǎn)是需要加入干燥惰性氣體，需要嚴(yán)格要求設(shè)備的密封性，很難開展工業(yè)規(guī)?；a(chǎn);僅局限于固體表面進(jìn)行反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率不高，最終獲得的產(chǎn)品中帶有大量氟化鋰，且該產(chǎn)品在沒有分離操作的前提下純度不高。2.關(guān)于氟化氫溶劑在LiPF6現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中氟化氫溶劑法在國內(nèi)外規(guī)模化產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)工藝中占有八成比例，因此可以從其中得知該方法方重要性。氟化氫溶劑的工藝優(yōu)勢在于即使使用了氟化氫這一具有腐蝕性的介質(zhì)，但是在氟化氫加入氟化鋰和五氟化磷可以發(fā)生均相反應(yīng)，便于控制占整個(gè)反應(yīng)過程;弊端是控制結(jié)晶難度較大，在產(chǎn)品中氟化氫會(huì)通過六氟磷酸鋰氟化氫配合物的形式殘留其中，通常情況下使氟化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)運(yùn)用一般方法降低到固定值以下的難度較大，容易影響產(chǎn)品純度;殘留物會(huì)對電池造成嚴(yán)重的腐蝕，進(jìn)而破壞電池自身性能;在實(shí)際應(yīng)用過程中，采用結(jié)晶工藝，控制方式通過和利時(shí)M6-DCS系統(tǒng)，對晶析槽進(jìn)行降溫，降溫過程中不斷補(bǔ)充母液，降溫方式采用2個(gè)階段不同降溫速率，產(chǎn)出高純度六氟磷酸鋰產(chǎn)品;在進(jìn)行氟化氫溶劑工藝的開展過程中需要嚴(yán)格要求防腐措施以及設(shè)備材質(zhì)、安全生產(chǎn)相關(guān)措施等，這就使建設(shè)生產(chǎn)成本較高;氟化氫溶劑本身屬于深冷工藝，在實(shí)際生產(chǎn)過程中能源消耗較大，就會(huì)使生產(chǎn)成本不斷提高。3.關(guān)于有機(jī)溶劑法使用制造鋰離子電池電解液的有機(jī)溶劑作為溶劑，并在其中加入增溶劑或者催化劑，制作液態(tài)的LiPF6，例如EMC、DMC、PC、DEC;或者在具有良好分解性和溶解性的有機(jī)溶劑中將需要用到的原料進(jìn)行溶解反應(yīng)，例如乙二醇二甲醚、碳酸酯類、無水乙醚等。這一方法是長處在于沒有使用氟化氫，可以通過該方式取得LiPF6，以此隨時(shí)更新反應(yīng)界面，是電解液被直接應(yīng)用到鋰離子電池中。缺點(diǎn)是因?yàn)橛袡C(jī)溶劑中原料固體溶解度不高，致使生產(chǎn)效率以及反應(yīng)效率也不高;有機(jī)溶劑與反應(yīng)原料的反應(yīng)會(huì)出現(xiàn)分解和聚合的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)品純度不高，該方法只適用于對LiPF6的制作。4.關(guān)于離子交換法置換LiPF6指的就是離子交換法，該方法的實(shí)質(zhì)是使用含鋰化合物與六氟磷酸鹽通過有機(jī)溶劑的方式對離子進(jìn)行交換反應(yīng)，最終取得LiPF6的方法。主要反應(yīng)模式是LiPF6與MR相加的總值與MPF6和LiR相加的總值相同。這一方式的優(yōu)勢在于生產(chǎn)原料中沒有采用五氟化磷，并且能夠一步到位完成反應(yīng)。弊端是成品的純度較低，通常還會(huì)包含部分六氟磷酸鹽;使用強(qiáng)堿如鉀和鈉以及NH4容易與有機(jī)溶劑引發(fā)副反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生鋰離子電池中并不需要的醇，且生產(chǎn)成本較高;LiPF6的吸水性較高，安全性較差，因此溶劑在選擇時(shí)需要選擇安全且無水的進(jìn)行生產(chǎn)。結(jié)束語現(xiàn)階段使用無水氟化氫溶劑是制備LiPF6人主要手段，但是這一方法的弊端是容易殘留氟化氫，以及產(chǎn)物純化難度較大，因此在實(shí)際操作過程中的安全也無法保障。通過對氣固反應(yīng)法、離子置換法、氟化氫溶劑、有機(jī)溶劑等方法的有效分析結(jié)合各個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)明確溶劑反應(yīng)法的較為適宜，經(jīng)過有效完善推動(dòng)工業(yè)現(xiàn)代化的良好發(fā)展。參考文