專利名稱：一種六氟磷酸鋰的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種六氟磷酸鋰的制備方法。
背景技術(shù)：
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)壽命長和無污染等突出優(yōu)點(diǎn)。近年來，其以其它電池所不可比擬的優(yōu)勢(shì)迅速占 領(lǐng)了許多領(lǐng)域，被廣泛應(yīng)用于大家所熟知的移動(dòng)電話、筆記本電腦、小型攝像機(jī)、電動(dòng) 汽車等產(chǎn)品中。隨著電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化，鋰離子電池的用量勢(shì)必越來越大。應(yīng)用表明， 鋰離子電池是一種理想的小型綠色電源。六氟磷酸鋰作為鋰離子電池電解液的重要電解質(zhì)鹽，要求其具有很高的純度 (通常要不低于99.5%)，其中的雜質(zhì)例如水份，堿金屬，重金屬以及其它雜質(zhì)如PC13
和POC13的含量必須嚴(yán)格控制，否則將導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大，電池容量衰減快，循環(huán)壽命 縮短，甚至影響電池的安全性。獲得高純度和低含量的有害雜質(zhì)的六氟磷酸鋰產(chǎn)品具有 重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種六氟磷酸鋰的制 備方法，其所得六氟磷酸鋰純度高，且生產(chǎn)成本低。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明所采用如下技術(shù)方案 一種六氟磷酸鋰的制備方法，其包括如下步驟
(1)、高純?cè)系闹苽鋵o水氟化氫送至蒸餾塔精制，蒸餾溫度控制在20 25°C，蒸出的氟化氫氣體經(jīng)過冷凝器冷凝后制得純度在99.99wt%以上的氟化氫液體；
(2)、五氟化磷的制備與純化將氟化氫液體投加到已加入五氯化磷的反應(yīng)釜中， 其中氟化氫液體相對(duì)于五氯化磷是過量的，將溫度控制在178°C 182°C之間，壓力控制 在0.13Mpa 0.17Mpa之間，氟化氫與五氯化磷反應(yīng)產(chǎn)生五氟化磷和氯化氫的混合氣體， 反應(yīng)結(jié)束，過量的氟化氫液體經(jīng)冷凝裝置的冷凝水吸收制成副產(chǎn)物氫氟酸；
(3)、六氟磷酸鋰的制備將步驟(2)得到的五氟化磷和氯化氫的混合氣體通 入到已投加有氟化鋰和氟化氫液體的反應(yīng)釜中，溫度控制30°C 35°C之間，壓力控制在 0.6Mpa 0.7Mpa之間，反應(yīng)，得到六氟磷酸鋰溶液，其中，氟化鋰、氟化氫液體以及五 氟化磷的投料重量比為1:3 7:6 12，氯化氫氣體定時(shí)排出經(jīng)水吸收后制成副產(chǎn)物鹽酸 溶液；
(4)、結(jié)晶分離工序?qū)⒉襟E(3)所得六氟磷酸鋰溶液經(jīng)過濾除去不溶性雜質(zhì)， 濾液送至晶析槽中，降溫至-70°C -80°C，使六氟磷酸鋰析出，過濾，在溫度50°C 70°C下進(jìn)行一級(jí)干燥得到六氟磷酸鋰粗品，所獲得的六氟磷酸鋰粗品再按照粒徑要求進(jìn) 行粉碎后，在溫度120°C 130°C下進(jìn)行二級(jí)干燥得到六氟磷酸鋰產(chǎn)品，其中所述一級(jí)干 燥和二級(jí)干燥過程中，還采 用氮?dú)鈦碇脫Q殘留氟化氫氣體。
根據(jù)本發(fā)明，步驟(3)中，所述氟化鋰、氟化氫液體以及五氟化磷的投料重量 比優(yōu)選為1:4.5 5.5:8.1 8.5。由于上述技術(shù)方案的采用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明是以氟化氫、五氯化磷、高純氟化鋰為原料制備六氟磷酸鋰，各種原料來源 豐富，原料易得并且廉價(jià)，生產(chǎn)成本低，工藝過程簡單，操作控制簡單方便，生產(chǎn)效率 高，反應(yīng)率、產(chǎn)品收率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，而且有效地降低了產(chǎn)品中的水分、游離酸、金 屬等雜質(zhì)含量，六氟磷酸鋰產(chǎn)品純度能夠達(dá)到99.9%以上，水份控制在IOppm以下，能 夠滿足鋰離子電池生產(chǎn)的需求。此外，本發(fā)明工藝過程中，五氯化磷、高純氟化鋰99% 以上能夠直接轉(zhuǎn)化為六氟磷酸鋰，過量的無水氟化氫經(jīng)多級(jí)水噴淋吸收后變成氫氟酸， 出售給玻璃雕刻企業(yè)，從而避免了較大的環(huán)保、安全上面的壓力。因此，本發(fā)明具有良 好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及社會(huì)價(jià)值，易于推廣應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明 實(shí)施例1
按照本實(shí)施例的六氟磷酸鋰的制備方法包括以下步驟
(1)、高純度氟化氫液體的制備在密閉的SUS316容器中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入 5000kg無水氟化氫，通過不銹鋼容器夾套加熱，溫度控制在25°C，蒸餾出的氟化氫氣體 通過冷凝器冷凝，冷凝溫度控制在_15°C，冷凝獲得高純度的氟化氫液體。蒸餾冷凝時(shí)間 為4小時(shí)。(2)、氟化鋰溶液的調(diào)制取步驟(1)所得氟化氫液體500kg加入到第二合 成反應(yīng)器中，再通過自動(dòng)加料機(jī)加入純度99.9%以上的高純氟化鋰20 kg，充分?jǐn)嚢?，?度控制在0°C附近。(3)、PF5W制備以及純化向不銹鋼(SUS316)的第一合成反應(yīng)器中加入 164kg五氯化磷，再向反應(yīng)器中加入步驟(1)所得氟化氫液體100 kg，反應(yīng)過程溫度控 制在180°C左右，壓力控制在0.15Mpa，反應(yīng)生成PF5和氯化氫氣體，得到PF5和氯化氫 氣體的混合氣體242.6kg，收集于不銹鋼容器中；過量的氟化氫經(jīng)冷凝裝置冷凝水吸收， 根據(jù)需要制成不同副產(chǎn)物氫氟酸。(4)、六氟磷酸鋰產(chǎn)品的制備將步驟(3)所得PF5和氯化氫氣體242.6kg通 入第二合成反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，溫度控制在30°C 35°C之間，壓力控制在0.6 0.7Mpa 之間，反應(yīng)生成了六氟磷酸鋰溶液。反應(yīng)結(jié)束后將溫度降到15°C。由于氯化氫氣體不能 溶于氟化氫液體中，故步驟(3)產(chǎn)生的氯化氫氣體定時(shí)排出經(jīng)水吸收后制成副產(chǎn)物鹽酸 溶液；
(5)、結(jié)晶分離工序使步驟(4)所得六氟磷酸鋰溶液經(jīng)過2級(jí)精細(xì)過濾器(濾 徑分別為3μιη和 μιη)過濾后，進(jìn)入結(jié)晶器中進(jìn)行結(jié)晶，最終溫度到-80°C，結(jié)晶 時(shí)間控制在24h左右。通過結(jié)晶器自帶的過濾裝置進(jìn)行固液分離，在結(jié)晶器中，于溫 度60°C以及氮?dú)庵脫Q下，干燥2h獲得粗品。所得粗品按照粒徑要求進(jìn)行粉碎，再經(jīng) 120°C 130°C干燥，并且通入氮?dú)膺M(jìn)行置換，最終得到六氟磷酸鋰產(chǎn)品82 kg。計(jì)算最終 收率為70%，經(jīng)過分析，所得產(chǎn)品的純度為99.98%，游離酸為45ppm，水分為9.2ppm，不溶物為56ppm，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。實(shí)施例2
按照本實(shí)施例的六氟磷酸鋰的制備方法包括以下步驟
(1)、向第二合成反應(yīng)器返回實(shí)施例1結(jié)晶后的母液535kg，投加高純度氟化鋰14 kg,充分?jǐn)嚢?，溫度控制在o°c附近。(2)、向不銹鋼(SUS316)的第一合成反應(yīng)器中加入115 kg五氯化磷，再加入高純氟化氫液體70 kg，反應(yīng)過程溫度控制在180°C左右，壓力控制在0.15Mpa，反應(yīng)生 成PFjP氯化氫氣體，得到PF5和氯化氫氣體的混合氣體170.1kg，收集于不銹鋼容器中； 過量的氟化氫經(jīng)冷凝裝置冷凝水吸收，根據(jù)需要制成不同副產(chǎn)物氫氟酸。(3)、六氟磷酸鋰產(chǎn)品的制備將步驟(2)所得PF5和氯化氫氣體170.1kg通 入第二合成反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，溫度控制在30°C 35°C之間，壓力控制在0.6 0.7Mpa 之間，反應(yīng)生成了六氟磷酸鋰溶液。反應(yīng)結(jié)束后將溫度降到15°C。氯化氫氣體定時(shí)排出 經(jīng)水吸收后制成副產(chǎn)物鹽酸溶液；
(4)、結(jié)晶分離工序使步驟(3)所得六氟磷酸鋰溶液經(jīng)過2級(jí)精細(xì)過濾器(濾 徑分別為3μιη和 μιη)過濾后，進(jìn)入結(jié)晶器中進(jìn)行結(jié)晶，最終溫度到-80°C，結(jié)晶 時(shí)間控制在24h左右。通過結(jié)晶器自帶的過濾裝置進(jìn)行固液分離，在結(jié)晶器中，于溫 度60°C以及氮?dú)庵脫Q下，干燥2h獲得粗品。所得粗品按照粒徑要求進(jìn)行粉碎，再經(jīng) 120°C 130°C干燥，并且通入氮?dú)膺M(jìn)行置換，最終得到六氟磷酸鋰產(chǎn)品80 kg，本次收率 為97.78%;經(jīng)過分析，所得產(chǎn)品純度為99.98%，游離酸為38ppm，水分為8.6ppm，不溶 物為45ppm。處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。綜上，本發(fā)明制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)勢(shì)
1、在制備得到六氟磷酸鋰后的干燥、包裝全過程采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，避免成品因吸收 水份而水解，增加雜質(zhì)。而在反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化氫氣體也能帶走部分水分，從而極大的 降低了母液、生產(chǎn)過程中的水分。在反應(yīng)中控制溫度、壓力可以有效的抑制副反應(yīng)的發(fā) 生，大大的提高了產(chǎn)品收率。、本發(fā)明所用設(shè)備的主要材料為SUS316，較鋼襯四氟、哈氏合金、蒙乃爾合金 有著很大的成本優(yōu)勢(shì)，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下也杜絕了因設(shè)備的腐蝕大量金屬進(jìn)入到產(chǎn)品。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的 人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本 發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種六氟磷酸鋰的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)、高純?cè)系闹苽鋵o水氟化氫送至蒸餾塔精制，蒸餾溫度控制在20 25°C，蒸出的氟化氫氣體經(jīng)過冷凝器冷凝后制得純度在99.99wt%以上的氟化氫液體；(2)、五氟化磷的制備與純化將氟化氫液體投加到已加入五氯化磷的反應(yīng)釜中， 其中氟化氫液體相對(duì)于五氯化磷是過量的，將溫度控制在178°C 182°C之間，壓力控制 在0.13Mpa 0.17Mpa之間，氟化氫與五氯化磷反應(yīng)產(chǎn)生五氟化磷和氯化氫的混合氣體， 反應(yīng)結(jié)束，過量的氟化氫液體經(jīng)冷凝裝置的冷凝水吸收制成副產(chǎn)物氫氟酸；(3)、六氟磷酸鋰的制備將步驟(2)得到的五氟化磷和氯化氫的混合氣體通 入到已投加有氟化鋰和氟化氫液體的反應(yīng)釜中，溫度控制30°C 35°C之間，壓力控制在 0.6Mpa 0.7Mpa之間，反應(yīng)，得到六氟磷酸鋰溶液，其中，氟化鋰、氟化氫液體以及五 氟化磷的投料重量比為1:3 7:6 12，氯化氫氣體定時(shí)排出經(jīng)水吸收后制成副產(chǎn)物鹽酸 溶液；(4)、結(jié)晶分離工序?qū)⒉襟E(3)所得六氟磷酸鋰溶液經(jīng)過濾除去不溶性雜質(zhì)， 濾液送至晶析槽中，降溫至-70°C -80°C，使六氟磷酸鋰析出，過濾，在溫度50°C 70°C下進(jìn)行一級(jí)干燥得到六氟磷酸鋰粗品，所獲得的六氟磷酸鋰粗品再按照粒徑要求進(jìn) 行粉碎后，在溫度120°C 130°C下進(jìn)行二級(jí)干燥得到六氟磷酸鋰產(chǎn)品，其中所述一級(jí)干 燥和二級(jí)干燥過程中，還采用氮?dú)鈦碇脫Q殘留氟化氫氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六氟磷酸鋰的制備方法，其特征在于步驟(3)中，所述 氟化鋰、氟化氫液體以及五氟化磷的投料重量比為1:4.5 5.5:8.1 8.5。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種六氟磷酸鋰的制備方法，其包括(1)通過蒸餾獲得純度在99.99wt%以上的氟化氫液體；(2)使高純的氟化氫液體與五氯化磷反應(yīng)得到五氟化磷與氯化氫的混合氣體；(3)將無氟化磷與氯化氫的混合氣體通入到氟化氫和氟化鋰中，使在一定溫度和壓力下反應(yīng)制得六氟磷酸鋰溶液，氯化氫氣體定時(shí)排出并經(jīng)水吸收后制成副產(chǎn)物鹽酸；(4)結(jié)晶分離對(duì)六氟磷酸鋰溶液進(jìn)行過濾，濾液送至晶析槽中，在溫度-70℃-80℃下，六氟磷酸鋰析出，過濾，經(jīng)一級(jí)干燥和二級(jí)干燥得六氟磷酸鋰產(chǎn)品，其中，還采用氮?dú)鈦碇脫Q殘留氟化氫氣體。本發(fā)明原料易得，操作簡單，所獲得六氟磷酸鋰產(chǎn)品純度在99.9%以上，水份低于10ppm，滿足鋰離子電解池的生產(chǎn)需求。
文檔編號(hào)C01B25/455GK102009972SQ20101055010
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者堀尾博英 申請(qǐng)人:森田化工(張家港)有限公司