Способ получения гексафторфосфата лития

 

Изобретение относится к технологии получения гексафторфосфата лития - ионогенного компонента электролитов в химических источниках тока с литиевым анодом. Способ включает взаимодействие фторида лития и пентафторида фосфора во фтористом водороде при массовом соотношении фторида лития и фтористого водорода, равном 1:(2-4), фильтрование полученной реакционной смеси при температуре от -80 до -50^oC и выдерживание отфильтрованного продукта при температуре 50-80^oC и давлении менее 10 мм рт.ст. Данным способом получают целевой продукт с содержанием основного вещества 99,5 - 99,7%, выход по LiF составляет от 93 до 97%. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения гексафторфосфата лития - ионогенного компонента электролитов для высокоэффективных перезаряжаемых литиевых источников тока.

Известен способ получения гексафторфосфата лития взаимодействием фторида лития и пентахлорида фосфора в среде жидкого фтористого водорода [1] в сосуде, охлаждаемом азотом и смесью "сухой лед ацетон". После прибавления последней порции пентахлорида фосфора сосуд нагревали до 0^oC и из реакционной смеси испаряли в токе азота фтористый водород и хлористый водород. Затем продукт отделяли фильтрацией и выдерживали при 20^oC и давлении 20 мм рт.ст. Чистота полученного продукта ≈99% выход продукта по LiF ≈66% по PCl₅≈ 50% Недостатками способа являются невысокий выход продукта, недостаточная его чистота для использования в качестве ионогенного компонента в литиевых химических источниках тока (ХИТ) и крайне коррозионная среда (смесь HF и HCl). Кроме того, при использовании очень гигроскопичного пентахлорида фосфора не исключена возможность попадания воды в систему, в то время как низкое содержание влаги одно из важнейших требований, предъявляемых к компонентам литиевых ХИТ.

Наиболее близком к заявляемому способу по технической сущность является способ получения гексафторфосфата лития взаимодействием фторида лития и пентафторида фосфора в растворе фтористого водорода [2] (прототип).

В реактор, содержащий раствор фторида лития во фтористом водороде при массовом соотношении LiF:HF, равном 1:12, при температуре около 25^oC подают пентафторид фосфора до заданного давления и выдерживают реакционную смесь в течение суток. Избыток пентафторида фосфора и растворитель фтористый водород отгоняют из реакционной смеси, полученной при этом гексафторфосфата лития имеет чистоту 92,1% выход по LiF составляет примерно 73% Далее гексафторфосфат лития очищают с помощью ацетонитрила следующим образом: синтезируют комплексное соединение Li(CH₃CN)₄PF₆, отделяют от него примеси (в комплексное соединение они не связываются), затем разложением Li(CH₃CN)₄PF₆ получают LiPF₆ чистотой свыше 99% Способ имеет следующие недостатки: низкая чистота продукта, выделяемого непосредственно из реакционной смеси и, следствие этого, необходимость дополнительной трудоемкой операции очистки с помощью ацетонитрила, а также невысокий выход продукта.

Задачей изобретения является получение гексафторфосфата лития высокой чистоты (>99%) с высоким выходом при выделении непосредственно из реакционной смеси, т.е. без дополнительной операции очистки.

Задачу решают тем, что в способе получения гексафторфосфата лития, включающем взаимодействие фторида лития и пентафторида фосфора во фтористом водороде и выделение целевого продукта из реакционной смеси, фторид лития и фтористый водород берут в массовом соотношении, равном 1:(2^oC4), а полученную в результате взаимодействия реакционную смесь фильтруют при температуре от -80 до -50^oC.

Отфильтрованный продукт выдерживают при давлении менее 10 мм рт.ст. и температуре +50^oC+80^oC.

Способ осуществляют следующим образом. В реактор помещают фторид лития и фтористый водород в заданном количестве (соотношение от 1:2 до 1:4), реактор охлаждают до -50^oC и подают в него пентафторид фосфора. При указанном соотношении выход продукта и его качество, как показали экспериментальные исследования, наилучшие. После окончания реакции взаимодействия реакционную смесь (суспензию) охлаждают до температуры -80^oC-50^oC и фильтруют при этой температуре через никелевую сетку. При понижении температуры ниже -80^oC начинается замерзание смеси, а увеличение температуры свыше -50^oC уменьшает выход и снижает качество продукта. Отфильтрованный осадок выдерживают в вакууме (менее10 мм рт. ст.) при температуре +50^oC+80^oC. Этот интервал температуры обусловлен стремлением наиболее полно удалить остатки фтористого водорода и свести к минимуму термораспад гексафторфосфата лития. Экспериментальные данные приведены в таблице.

Как видно из таблицы, в результате осуществления заявляемого способа получают гексафторфосфат лития с содержанием основного вещества 99,5 99,7% с выходом по LiF от 93 до 97% (опыты 1-4). Способ обеспечивает получение целевого продукта высокой степени очистки и с высоким выходом без дополнительной очистки.

Формула изобретения

1. Способ получения гексафторфосфата лития, включающий взаимодействие фторида лития и пентафторида фосфора во фтористом водороде и выделение целевого продукта из реакционной смеси, отличающийся тем, что фторид лития и фтористый водород берут в массовом соотношении, равном 1 (2 4), а полученную в результате взаимодействия реакционную смесь фильтруют при температуре от -80 до -50^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отфильтрованный продукт выдерживают при давлении менее 10 мм рт.ст. и температуре 50 80^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1