[發明專利]一種制備高純五氟化磷的系統及方法

有效

• 申請號: 201210192690.6
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN102757027A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 李立;丁利群;劉燕;楊軍堂;王劍;聶劍飛
• 申請（專利權）人: 陜西延長石油集團氟硅化工有限公司
• 主分類號: C01B25/10
• 分類號: C01B25/10
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 張倩

技術領域

本發明涉及一種制備高純度五氟化磷的方法，該材料是制備鋰離子電池電解質LiPF₆的必需原料。

背景技術

在商品化鋰離子電池中，LiPF₆是最主要的電解質鋰鹽。LiPF₆的外觀呈白色粉末狀或細小顆粒，化學性質穩定，與大多數無機或有機物接觸不反應，但遇水將分解成氫氟酸，使用時必須在濕度小于10ppm的干燥氣氛下進行，以防分解。當LiPF₆作為鋰離子電池電解質鋰鹽進行使用時，對其質量參數特別是產品中水分和自由酸（以HF計）的含量有嚴格的要求。一般情況下，要求LiPF₆中水分含量小于20ppm，自由酸含量小于80ppm。由于作為鋰離子電池電解質鋰鹽的LiPF₆要滿足以上要求，它的制備過程特別困難，首先需要高純度的原料，許多原料都要經過特殊的純化步驟或專門的制備方法來獲得。其中，PF₅作為制備LiPF₆的關鍵原材料之一，對其制備方法和純化步驟的研究已成為提高LiPF₆純度的重要環節。

PF₅的制備方法大體分為直接法和間接法兩類。直接法指由反應物經過一步生成PF₅的方法，例如氟氣與紅磷、PCl₅與AsF₃、PCl₅與無水HF等；間接法指由反應物首先生成中間產物，再由中間產物進一步反應得到PF₅的方法，最常見的中間產物是POF₃與HPF₆，中間產物經過與無水HF反應和加熱分解的方式制備出PF₅。

以上所述方法中，利用PCl₅與無水HF反應直接制備PF₅氣體是目前LiPF₆合成工藝中通常采用的方法。如專利CN1850592A提出了一種PF₅的生產方法，主要將PCl₅升華提純，將無水HF精餾提純，將提純后的PCl₅和無水HF接觸制備出PF₅和HF的混合氣體，再將混合氣體通入溶有LiF的無水HF溶液中，制得LiPF₆，該方法的缺點是通過升華的方法很難將PCl₅中的水分等雜質完全除去。專利CN101353161A在乙醚、乙腈、碳酸酯等有機溶劑的存在下，使PCl₅和無水HF接觸制備出PF₅該方法的缺點是PF₅可與乙醚、乙腈、碳酸酯等有機溶劑生成絡合物，導致部分PF₅無法完全分離。專利CN101844754A利用混有氟氣的無水HF與PCl₅進行混合反應，其目的是利用氟氣將PCl₅中的水分反應去除，該方法存在氟氣優先與PCl₅發生反應的可能性，因此無法完全去除反應體系中的水分。

目前采用PCl₅＋HF→PF₅＋HCl原理合成PF₅時存在的主要問題是：所使用的PCl₅原料一般通過購買獲得，PCl₅由于極易吸潮，在包裝、運輸和使用等環節中都可能與空氣接觸而產生潮解，產品中常含有水分、PCl₃、POCl₃等雜質，采用常規的升華、化學干燥等方式很難將其中的雜質清除干凈，從而采用上述方法制備的PF₅中常含有水分、PF₃、POF₃等雜質，上述雜質將會在LiPF₆制備過程中進入到產品中，導致目標產品的性能降低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種經濟高效、便于實現的高純度五氟化磷制備方法。

本發明的技術解決方案：

一種制備高純五氟化磷的系統，其特殊之處在于：包括PCl₃容器、第一干燥器、霧化泵、夾套反應器、一級冷凝器、二級冷凝器、無水HF容器4、氯氣容器5、第二干燥器以及PF₅容器，