CN115784265B - 一种氟磺酸锂的精制提纯方法 - Google Patents
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Abstract
一种氟磺酸锂的精制提纯方法,属于氟磺酸锂精制提纯技术领域。现有的洗涤、萃取溶解、浓缩的提纯方法低温结晶的氟磺酸锂损耗高,时间长,并且产品酸值高。本发明依次包括以下步骤:氟磺酸锂溶解、过滤、浓缩、冷冻、不良溶剂融化、过滤与干燥;其中,所述的氟磺酸锂溶解采用的氟磺酸锂溶剂凝固点大于‑10℃;所述的冷冻终点为氟磺酸锂溶液变为固体。大大提高生产效率,同时减少生产设备的投入,能够得到纯度更高,酸值合格的产品。
Description
技术领域
一种氟磺酸锂的精制提纯方法,属于氟磺酸锂精制提纯技术领域。
背景技术
氟磺酸锂是一种锂盐,简写LiFSO3,分子量为106.1,为白色固体粉末状化学品。高纯度的氟磺酸锂主要作为添加剂应用在电子、电池领域,其在二次锂电池非水解电解液中具有良好的化学稳定性和热稳定性,可以提高二次锂电池的循环充电性能。氟磺酸锂还可作为聚合反应的催化剂使用,也可用于工业领域内的抗静电剂使用。
CN113562748A公开了一种超声波协助制备氟磺酸锂晶体的方法和装置,利用超声波的干扰作用同时进行降温获得氟磺酸锂晶体,然后进行养晶过程进一步得到高纯度的氟磺酸锂晶体,但整个工序耗时较长,需要的设备复杂。专利CN111977674A公开的氟磺酸锂的制备方法中,采用低温结晶得到氟磺酸锂,但结晶过程耗时较长,生产效率低。专利CN112739651 B公开的氟磺酸锂的提纯方法中,也是采用了类似的洗涤、萃取溶解、浓缩的方法,低温结晶的氟磺酸锂损耗高,时间长。
另外,结晶法所得到的的氟磺酸锂晶体并非纯的氟磺酸锂粉末,而是与溶剂形成一定配比的晶体,这样得到的产品往往因为溶剂原本的酸性而使得结晶产品的酸值不达标(≥20ppm氟化氢)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种耗时短、操作简单、酸值低的氟磺酸锂的精制提纯方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种氟磺酸锂的精制提纯方法,其特征在于:依次包括以下步骤:氟磺酸锂溶解、过滤、浓缩、冷冻、不良溶剂融化、过滤与干燥;
其中,所述的氟磺酸锂溶解采用的氟磺酸锂溶剂凝固点大于-10℃;所述的冷冻终点为氟磺酸锂溶液变为固体。
溶解所用的溶剂一方面应当对氟磺酸锂有溶解性,另一方面还应当不与氟磺酸锂发生反应。第一次的过滤目的是出去粗品中含有的不溶无机盐杂质,并且溶剂中水分含量过高时,将会发生氟磺酸锂水解变质,过滤能将变质物质除去。浓缩步骤氟磺酸锂不会因为溶液的过饱和而析出氟磺酸锂固体,随着溶剂减少,氟磺酸锂与溶剂形成摩尔比1:1的配合物,此配合物呈灰白色浓稠液体。
以上方法基于的原理是:实验中发现,氟磺酸锂不会因为溶液的过饱和而析出氟磺酸锂固体而是与溶剂形成摩尔比为1:1的配合物,本发明在浓缩后,先采取低温冷冻凝固,再加入不良溶剂融化的方式,在冷冻过程中温度达到该溶剂的凝固点(冰点)后,配合物之间的作用力就会断开,然后被氟磺酸锂不良溶剂融化时,氟磺酸锂就会以粉末颗粒的形式悬浮在混合溶剂中,相比于结晶,更快速的在不良溶剂中获得氟磺酸锂,最后通过过滤和干燥就可以得到高纯度的氟磺酸锂粉末。整个过程不需要长时间的结晶过程,可以大大提高生产效率,同时减少生产设备的投入,也更容易得到酸值合格的产品。
优选的,所述的氟磺酸锂溶解采用的氟磺酸锂溶剂为碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、四氢呋喃、甲苯和乙酸乙酯中的一种或者多种任意比例的混合物。
在这些溶剂中,当溶剂浓缩减少后,氟磺酸锂并不会以晶体或者粉末颗粒的形式析出,而是会与溶剂形成配合物;优选的溶剂凝固点均在-10℃以上,能够在较高的温度下实现快速凝固,进一步提高效率,缩短提纯时间。进一步优选的,溶解氟磺酸锂溶剂选用碳酸二甲酯,原因是碳酸二甲酯的凝固点为0℃,较其他溶剂更容易实现。
优选的,所述的不良溶剂为正己烷、环己烷、环戊烷、二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷和二氯乙烷中的一种或者多种任意比例的混合物。
采用优选的不良溶剂能够与上述的溶解性的溶剂互溶从而获得悬浮的粉末颗粒,并且能配合加热快速融化凝固体,尽可能的获得粉末颗粒。
优选的,所述的浓缩为减压蒸馏浓缩或常压蒸馏浓缩,蒸馏出的溶剂量为溶剂添加量的30~55wt%。
浓缩程度影响到最终的冷冻效果,优选的蒸出比下,保证氟磺酸锂与溶剂形成按摩尔比1:1配合物,溶剂过多则可能氟磺酸锂融化过程中回到溶剂中,或可能在融化过程中携带氟磺酸锂溶剂导致酸值过高,无法以粉末态进入不良溶剂;溶剂过少则可能氟磺酸锂无法形成配合物后再断裂而无法获得粉末态氟磺酸锂。
优选的,各个所述的步骤操作环境含水量在10ppm以下。
进一步优选为手套箱或惰性气体保护下,降低氟磺酸锂产品与水的反应,提高产品纯度。
优选的,所述的干燥采用真空烘干,烘干温度为50~250℃。当温度低于50℃时,干燥效率较低,干燥时间过长,当温度高于250℃时,能耗升高,并且容易导致在干燥过程中氟磺酸锂颜色变黑。
优选的,所述的氟磺酸锂溶剂与不良溶剂含水量10ppm以下。
优选的,所述的氟磺酸锂溶解条件为加热50~100℃。
优选的,所述的氟磺酸锂溶解中,氟磺酸锂与氟磺酸锂溶剂的质量比为1:3~5。
优选的,所述的不良溶剂融化中,氟磺酸锂与不良溶剂的质量比为1:3~5。
与现有技术相比,本发明所具有的有益效果是:1、大大提高了产品提纯过程的效率,减少了设备投入,结晶工艺中为了提高产品的纯度,养晶过程往往需要24小时甚至48小时,而本发明通过直接降温凝固,然后用不良溶剂融化后再经过滤即可得到湿品氟磺酸锂。
2、第二次过滤步骤所得滤液不可避免的会溶解一定量的氟磺酸锂(约10g/100g),只能通过再次的浓缩再次的结晶,才能完全回收氟磺酸锂。而本发明中过滤后的滤液中氟磺酸锂的剩余量为1g/100g以下。
3、结晶工艺所得氟磺酸锂产品为含有溶剂的晶体,其酸值往往因为原始溶液的酸性导致晶体产品酸值超标,而本发明纯化过程氟磺酸锂与溶剂短时间内完成完全断链,所得到的是氟磺酸锂纯粉末颗粒,酸值更能符合电子级标准。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,实施例6是本发明的最佳实施例。
实施例1~7
一种氟磺酸锂的精制提纯方法,在手套箱中称取50g含有杂质的氟磺酸锂粗品置入聚四氟乙烯烧瓶中,加入氟磺酸锂溶剂,搅拌加热至60℃至氟磺酸锂固体全部溶解,用微孔过滤器进行过滤,滤膜孔径为0.5μm。然后进行减压蒸馏浓缩,蒸馏出部分氟磺酸锂溶剂,将浓缩后的粘稠液体放在低温恒温反应浴中进行降温并恒温冷冻2h,粘稠液体凝固成为固体后,加入200g不良溶剂并升温至25℃搅拌2小时。最后用G4砂芯漏斗过滤,100℃真空干燥得到。
实施例1~7采用的氟磺酸锂溶剂及其用量、不良溶剂及其用量、浓缩蒸馏出的溶剂量、冷冻降温的恒温温度(降温温度)、真空干燥后获得的氟磺酸锂重量、ICP分析鉴定氟磺酸锂纯度均见下表1。
表1 实施例1~7
。
蒸馏量过小,则残留未配合的溶剂过多,会导致融化过程中独立的氟磺酸锂再次与这部分溶剂结合,进而产量会进一步降低。
对比例1
参照专利CN112739651B实施例1公开的制备方法:一种氟磺酸锂的精制提纯方法,50g氟磺酸锂粗品,采用二氯甲烷洗涤(100g×3次);采用200g碳酸二甲酯溶解;采用0 .22μm孔径的PTFE滤膜进行过滤处理,得到的清液采用旋转蒸发仪在4torr真空度下浓缩得到粘稠状浓缩物。向浓缩物中加入200g甲苯在-20℃度下进行结晶24小时。再过滤得到晶体,晶体移去真空干燥箱中3torr真空度下35℃下干燥8小时。得到氟磺酸锂晶体44.7g,产率89.5%,纯度95.5%。仅结晶步骤耗时超过24h,收率与纯度均较低。
对比例2
参照专利CN113562748A实施例1公开的制备方法:一种氟磺酸锂的精制提纯方法,采用本申请实施例1减压蒸馏浓缩后的氟磺酸锂饱和溶液,在超声波作用下于60min内降温至10℃,得到含氟磺酸锂晶核的溶液;以5℃/h降温速率进行结晶,2h后降温至0℃,无结晶析出;悬浮液过滤,二氯甲烷对滤渣洗涤,真空干燥滤渣后获得氟磺酸锂晶体;获得38.3g氟磺酸锂晶体,收率76.7%,纯度99.4%。超声波功率为250W,频率为50KHz。能耗高,收率较低。
对比例3
参照专利CN111977674A实施例1公开的制备方法:一种氟磺酸锂的精制提纯方法,参照其实施例1步骤S6,50g氟磺酸锂粗品溶于200g碳酸二乙酯,过滤后0℃结晶12h,过滤、二氯甲烷洗涤,干燥后获得氟磺酸锂产品42.5g,收率85.1%,纯度99.0%。
对比例4
一种氟磺酸锂的精制提纯方法,在实施例1的基础上,加入氟磺酸锂溶剂溶解时,采用加热45℃溶解,其他条件与实施例1相同。最终获得产品36.3g,纯度85.3%。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种氟磺酸锂的精制提纯方法,其特征在于:依次包括以下步骤:氟磺酸锂溶解、过滤、浓缩、冷冻、不良溶剂融化、过滤与干燥;
其中,所述的氟磺酸锂溶解采用的氟磺酸锂溶剂凝固点大于-10℃;所述的冷冻终点为氟磺酸锂溶液变为固体;
所述的浓缩为减压蒸馏浓缩或常压蒸馏浓缩,蒸馏出的溶剂量为溶剂添加量的30~55wt%;
所述的氟磺酸锂溶解采用的氟磺酸锂溶剂为碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、四氢呋喃、甲苯和乙酸乙酯中的一种或者多种任意比例的混合物;
所述的不良溶剂为正己烷、环己烷、环戊烷、二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷和二氯乙烷中的一种或者多种任意比例的混合物;
所述的氟磺酸锂溶解条件为加热50~100℃。
2.根据权利要求1所述的氟磺酸锂的精制提纯方法,其特征在于:各个所述的步骤操作环境含水量在10ppm以下。
3.根据权利要求1所述的氟磺酸锂的精制提纯方法,其特征在于:所述的干燥采用真空烘干,烘干温度为50~250℃。
4.根据权利要求1所述的氟磺酸锂的精制提纯方法,其特征在于:所述的氟磺酸锂溶剂与不良溶剂含水量10ppm以下。
5.根据权利要求1所述的氟磺酸锂的精制提纯方法,其特征在于:所述的氟磺酸锂溶解中,氟磺酸锂与氟磺酸锂溶剂的质量比为1:3~5。
6.根据权利要求1所述的氟磺酸锂的精制提纯方法,其特征在于:所述的不良溶剂融化中,氟磺酸锂与不良溶剂的质量比为1:3~5。
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