[发明专利]固体超强酸二氯六氟磷酸及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体超强酸二氯六氟磷酸及其制备方法和用途。

技术背景

六氟磷酸锂（LiPF₆）是作为锂离子电池用综合性能良好的一种主要的电解质锂盐，在商业上已得到广泛的应用。新近发展起来的纯电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)是一种全新的运载车辆，是现代汽车发展的前沿学科，是综合运用了汽车、发动机、机械、电子、现代控制理论和新材料等多种学科的知识和成就，将成为21世纪的主要车型。由于锂离子电池具有高比容量、高电压，并且高功率下有很好的稳定性，已大量用作EV、HEV电源，而作为锂离子电池电解质的六氟磷酸锂的需求量将非常巨大。

目前，因为制备六氟磷酸锂（LiPF₆）的生产工艺流程长、工艺复杂、设备要求苛刻，所以导致生产成本居高不下。此外在目前工业生产六氟磷酸锂的方法中，尚存在有易爆的安全隐患。

为了克服以上缺点，本发明采用流变相反应法制备出了新型固体超强酸二氯六氟磷酸晶体，该固体化合物作为生产六氟磷酸锂的原料，可大大简化生产六氟磷酸锂工艺流程，消除生产六氟磷酸锂流程中易爆的安全隐患。此外，二氯六氟磷酸固体超强酸还可做为合成六氟磷酸铵、有机六氟磷酸酯和/或含有六氟磷酸根的离子液体的原料。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体超强酸二氯六氟磷酸及其制备方法和用途。

实现本发明目的的技术方案是，一种固体超强酸二氯六氟磷酸，其化学式为H₃PF₆Cl₂或HPF₆·2HCl。

所述的固体超强酸二氯六氟磷酸的晶体结构属于四方晶系，空间群为P4₂/n，晶胞参数为a = 8.6180、b = 8.6180、c = 6.0827 ?，V = 451.77 ?³，Z = 3, D_calc = 2.4137 g/cm³；其中a、b、c代表晶胞尺寸，V代表晶胞体积，Z代表单胞内的分子数，D_calc代表密度计算值，?³是体积单位。

本发明还提供了制备二氯六氟磷酸的方法，包括如下步骤：以五氯化磷和无水氟化氢为原料，在惰性气氛下将五氯化磷固体粉末加入按化学计量比过量的无水氟化氢液体中，搅拌使之形成流变体，并进行流变相反应生成二氯六氟磷酸和液体无水氟化氢的混合物；最后，蒸馏分离过量的无水液体氟化氢得到二氯六氟磷酸。

所述无水氟化氢的用量按化学反应计量比质量过量20％～70％。

本发明流变相反应的温度为-20°C～-40°C，反应时间为2～6小时。

所述惰性气氛为氮气或氩气。

本发明蒸馏分离过量的无水液体氟化氢的温度为30°C～50°C。

本发明分离的无水氟化氢可回收作为下一批的原料循环使用。

本发明固体超强酸二氯六氟磷酸可用于制备六氟磷酸盐，有机六氟磷酸酯或含有六氟磷酸根的离子液体等，尤其是用于制备六氟磷酸锂或六氟磷酸铵。

本发明采用固体超强酸二氯六氟磷酸制备六氟磷酸锂，其优点在于工艺简单，适合于大批量工业生产，所得产品质量批次稳定，产品纯度高。

本发明通过流变相反应法（Rheological Phase Reaction method）制备固体超强酸二氯六氟磷酸。其中所谓的流变体是指通过搅拌（如电磁搅拌）使固体PCl₅、液体HF和固体产物H₃PF₆Cl₂的混合物呈现为均匀的流变相状态，流变相状态的物质既显示出固体的性质又显示出液体的性质，或者说似固非固,似液非液。其中的流变相反应是指在流变相状态下的反应,它是将固体反应物用适当的液体物质调制成固体粒子和液体物质均匀分布的流变体，然后进行反应。流变相反应法的优点是：固体微粒的表面面积能有效利用，和流体接触紧密、均匀，热交换良好，可以避免局部过热，温度调节容易；流变相反应法是在更接近自然状态下的化学反应，反应体积小、浓度高、容量大，是一种对环境友好、高效、节能和经济的绿色化学反应方法；在流变相状态下许多物质会表现出超浓度现象和新的反应特性。