有机溶剂法制备六氟磷酸锂关键技术的研究

摘要

目前国内外工业化生产LiPF6绝大多数仍采用无水HF作为溶剂,这对生产设备材质和安全措施的要求都很严格,而且合成条件十分苛刻,深冷工艺能耗大,生产成本自然居高不下。由于从技术转向规模化生产存在着上述诸多困难,目前国内能够自主生产LiPF6的厂家依然屈指可数。而有机溶剂法可以选用普通而廉价的有机溶剂替代强腐蚀性的HF,可以不用极端的温度而在温和的条件下进行反应,降低了对生产设备材质的要求,节约了生产成本和能耗,且安全隐患大大减小。基于以上优势,有机溶剂法被应用于大规模工业生产的可能性很大。鉴于此,本论文针对有机溶剂法制备LiPF6的几个关键技术问题,展开了以下三个方面的探讨和研究工作:
　　 (1)对固体原料PCl5和LiF分别在乙腈、DMC、DME、乙醚等四种有机溶剂中的溶解性进行了研究和比较,结果表明,乙腈和DME分别对LiF和PCl5具有相对最好的溶解性能。选用PEG400分别对乙腈、DMC和DME中的难溶性LiF做了增溶和分散沉降测试,增溶测试结果表明,在0～40℃的温度范围内,适当体积分数的PEG400能对这几种溶剂中的LiF均起到增溶效果,分散沉降测试结果表明,常温下体积分数为0～50％的PEG400能对这几种溶剂中的悬浮LiF均起到分散效果,且相对而言,PEG400在DMC中的分散效果最佳。
　　 (2)基于传统有机溶剂法制备工艺,以自制HF气体以及廉价易得的PCl5和LiF固体为原料、以挑选出的乙腈为溶剂进行了“一锅法”制备LiPF6的探索试验,并从反应后物料的滤液及其结晶上层清液的红外光谱中发现了PF6-的特征吸收峰,分别位于847cm-1和559cm-1。
　　 (3)出于测定“一锅法”制备试验所得中间产品中PF6-含量的直接目的,建立起一种用傅里叶变换红外光谱仪快速定量分析样品中PF6-或LiPF6的方法。用该方法测得上述试验所得反应后物料的滤液中PF6-的浓度为103.6 mg·mL-1。实验证明,该方法简便实用,测得数据准确可靠,适合指导LiPF6的科研工作和实际生产。
　　 本论文的研究结果对发展具有工业应用价值的LiPF6合成方法、对深入了解有机溶剂法制备LiPF6的主要技术难题以及对研究LiPF6或PF6-产品的定量分析方法都具有一定的借鉴意义和指导价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 锂离子电池发展概况

1.2 锂离子电池电解质材料

1.3 六氟磷酸锂产业现状及发展趋势

1.4 六氟磷酸锂研究进展及相关问题

1.4.1 六氟磷酸锂的性质

1.4.2 六氟磷酸锂的制备方法

1.4.3 六氟磷酸锂含量的分析方法

1.4.4 氟化锂的溶解性

1.5 论文的研究思路和研究内容

1.5.1 论文的研究思路

1.5.2 论文的主要研究内容

第二章 五氯化磷和氟化锂在有机溶剂中的溶解性研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验方法

2.2.2 主要试剂

2.2.3 主要仪器

2.2.4 五氯化磷的溶解度测定

2.2.5 氟化锂的溶解度测定

2.2.6 氟化锂的增溶测试

2.2.7 氟化锂的分散沉降测试

2.3 结果与讨论

2.3.1 五氯化磷的溶解度测定结果及分析

2.3.2 氟化锂的溶解度测定结果及分析

2.3.3 氟化锂的增溶测试结果及分析

2.3.4 氟化锂的分散沉降测试结果及分析

2.4 本章小结

第三章 “一锅法”制备六氟磷酸锂的探索试验

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与仪器

3.2.2 实验装置及流程

3.3 结果与讨论

3.3.1 试验条件

3.3.2 低温“一锅法”所得中间产品的红外光谱测试

3.3.3 低温“一锅法”所得最终产品的XRD分析

3.3.4 低温“一锅法”所得最终产品的元素分析

3.3.5 常温“一锅法”所得最终产品的XRD分析

3.4 本章小结

第四章 红外光谱法对六氟磷酸根的快速定量分析

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要试剂

4.2.2 主要仪器

4.2.3 标准溶液系列的配制

4.2.4 样品溶液的配制

4.2.5 红外光谱测试

4.3 结果与讨论

4.3.1 LiPF6样品的定性分析

4.3.2 红外光谱法定量分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果