浅析六氟磷酸锂项目生产制备工艺探究

浅析六氟磷酸锂项目生产制备工艺探究锂离子电池中作为综合性能最好的电解质，六氟磷酸锂逐渐成国内外重要的研究对象。本文主要从六氟磷酸锂项目着手，对其生产制备方法进行详细探究，系统地评述该项目制备手段，并对六氟磷酸锂顺利生产制备策略进行探究和分析。标签：生产;制备;工艺前言六氟磷酸锂本身是白色粉末或结晶，其分子式为LiPF6，具有较强的潮解性，便于在水中溶解，也可以溶解各类有机溶剂中，如乙醇、碳酸酯、甲醇等，通常情况下会在加热或者在空气中暴露时发生分解反应。六氟磷酸锂产业在我国的发展还处于初步阶段，大多数情况下我国的锂电子电池厂家都是通过进口解决对六氟磷酸锂的需求。一、建立在无水氟化氢溶剂基础上的生产制备工艺有效分析1.针对制备流程使用无水氟化氢进行LiPF6的生产工艺操作简便，也易于分离产品结晶，推动工业现代化的深入占据，是当前生产工艺路线中较为成熟的方式。制备生产LiPF6工艺过程的第一步是在反应釜内添加氟化氢，之后按照顺序添加氟化锂，并搅拌溶解;其次是在反应釜内添加五氟化磷其他，该气体可以和氟化锂一起发生反应，时反应釜内气体压力得到有效降低，直到降到某一固定值时停止变化，这就意味着完成整个合成过程。生成的成品最终沉淀在反应釜的底部，将其经过过滤和真空干燥后就获得粗制的LiPF6产品;最后一步是使用特定的纯化反应器将获得的粗制品进行纯化。2.针对制备方法通过精馏提纯将工业无水氟化氢内部的重金属杂质和水分有效去除，将去除杂质之后的产品和五氯化磷反应取得两者的混合气体;将高纯度氟化锂加入到无水氟化氢溶液内，继而取得这两者的混合溶液;将氯化氢和五氟化磷有效混合与冷却，再将反应后的气体放到氟化锂和无水氟化氢两者混合溶液中，而纯净的六氟磷酸锂产品则是将其经过结晶、反应、干燥以及分离后得到的;在另一个放有氟化锂无水氟化氢溶液内放入没有反应的氯化氢和氟化磷，经过反应获得LiPF6成品。3.针对制备方法的优势这一制备方法在使用过程中，原料充足，成本消耗不高，且具有很高的反应速率，产品反应彻底，质量高，促进半连续化生产的有效实现。二、针对LiPF6生产制备工艺的几点思考1.关于气固反应法LiPF6合成方法的推广和应用使LiPF6的多种制备方法被应用到锂电池的电解质中。LiPF6的传统制备工艺就是气固反应法，也就是使用无水氟化氢获得多孔氟化锂，之后将其与五氟化磷有效反应，最终获得六氟磷酸锂。在气固反应法的基础上对其进行探索和优化，现阶段获取五氟化磷的主要方法是使用五氧化二磷和氟化钙进行干法制备，之后在加压条件下将五氟化磷气体和纯度较高的纳米氟化锂干法制备成为高纯度LiPF6。气固反应法的优势在于操作并不复杂，相对应的缺点是需要加入干燥惰性气体，需要严格要求设备的密封性，很难开展工业规模化生产;仅局限于固体表面进行反应，转化率不高，最终获得的产品中带有大量氟化锂，且该产品在没有分离操作的前提下纯度不高。2.关于氟化氢溶剂在LiPF6现有的生产工艺中氟化氢溶剂法在国内外规模化产业生产工艺中占有八成比例，因此可以从其中得知该方法方重要性。氟化氢溶剂的工艺优势在于即使使用了氟化氢这一具有腐蚀性的介质，但是在氟化氢加入氟化锂和五氟化磷可以发生均相反应，便于控制占整个反应过程;弊端是控制结晶难度较大，在产品中氟化氢会通过六氟磷酸锂氟化氢配合物的形式残留其中，通常情况下使氟化氢质量分数运用一般方法降低到固定值以下的难度较大，容易影响产品纯度;残留物会对电池造成严重的腐蚀，进而破坏电池自身性能;在实际应用过程中，采用结晶工艺，控制方式通过和利时M6-DCS系统，对晶析槽进行降温，降温过程中不断补充母液，降温方式采用2个阶段不同降温速率，产出高纯度六氟磷酸锂产品;在进行氟化氢溶剂工艺的开展过程中需要严格要求防腐措施以及设备材质、安全生产相关措施等，这就使建设生产成本较高;氟化氢溶剂本身属于深冷工艺，在实际生产过程中能源消耗较大，就会使生产成本不断提高。3.关于有机溶剂法使用制造锂离子电池电解液的有機溶剂作为溶剂，并在其中加入增溶剂或者催化剂，制作液态的LiPF6，例如EMC、DMC、PC、DEC;或者在具有良好分解性和溶解性的有机溶剂中将需要用到的原料进行溶解反应，例如乙二醇二甲醚、碳酸酯类、无水乙醚等。这一方法是长处在于没有使用氟化氢，可以通过该方式取得LiPF6，以此随时更新反应界面，是电解液被直接应用到锂离子电池中。缺点是因为有机溶剂中原料固体溶解度不高，致使生产效率以及反应效率也不高;有机溶剂与反应原料的反应会出现分解和聚合的现象，进而导致生产的产品纯度不高，该方法只适用于对LiPF6的制作。4.关于离子交换法置换LiPF6指的就是离子交换法，该方法的实质是使用含锂化合物与六氟磷酸盐通过有机溶剂的方式对离子进行交换反应，最终取得LiPF6的方法。主要反应模式是LiPF6与MR相加的总值与MPF6和LiR相加的总值相同。这一方式的优势在于生产原料中没有采用五氟化磷，并且能够一步到位完成反应。弊端是成品的纯度较低，通常还会包含部分六氟磷酸盐;使用强碱如钾和钠以及NH4容易与有机溶剂引发副反应，进而产生锂离子电池中并不需要的醇，且生产成本较高;LiPF6的吸水性较高，安全性较差，因此溶剂在选择时需要选择安全且无水的进行生产。结束语现阶段使用无水氟化氢溶剂是制备LiPF6人主要手段，但是这一方法的弊端是容易残留氟化氢，以及产物纯化难度较大，因此在实际操作过程中的安全也无法保障。通过对气固反应法、离子置换法、氟化氢溶剂、有机溶剂等方法的有效分析结合各个方法的优缺点明确溶剂反应法的较为适宜，经过有效完善推动工业现代化的良好发展。参考文