[发明专利]一种含有六氟磷酸锂的混合物晶体及其应用

说明书

本发明涉及一种含有六氟磷酸锂的混合物晶体及其应用，所述含有六氟磷酸锂的混合物晶体的长径比为1‑1.5，晶体的平均粒径为0.15‑0.4mm，90%以上的所述晶体中，晶面族{110}占20‑80%、晶面族{111}占20‑80%，所述混合物晶体还包含不溶物、游离酸。采用基于微通道反应器的连续氟氢酸溶剂法制备含有六氟磷酸锂的混合物晶体，制备得到晶体六氟磷酸锂含量高、杂质含量少、达到行业标准要求；且晶体粒径小、粒径分布均匀，晶型结构均一，晶体的流动性好，有利于晶体在电解液中的溶解，溶解放热小且均匀。

技术领域

本发明涉及六氟磷酸锂，具体涉及一种含有六氟磷酸锂的混合物晶体及其应用。

背景技术

六氟磷酸锂（lithium hexafluorophosphate，LiPF6）是一种白色晶体或粉末，相对分子质量为151.91，相对密度为1.50，熔点200℃，易溶于水、乙醚、低浓度甲醇、碳酸酯类等有机溶剂，是锂离子电池用的性能良好的电解质之一，主要用于锂离子动力电池、锂离子储能电池及照明类等其他日用电池，还可用于有机合成反应的催化剂或半导体掺杂剂。

锂离子电池电解质起着在正负极间传导离子的作用，锂离子电池的容量、内阻、倍率、充放电性能、操作温度、循环寿命、安全性等诸多特性与电解质密切相关。电池循环过程中电解质参与电极材料的嵌锂和脱锂过程，所以电解质对电极材料内部结构和界面有较大影响，进而影响电池容量。电化学极化程度与电解质和电极表面的状态、锂离子在电解质中存在的状况、电解质之间的相互作用有关，因此电解质对电池的极化内阻有一定影响。电极材料的稳定性及集流体的腐蚀均与电解质相关，都会影响电池的使用寿命。此外随着电池的循环使用，电解质由于其自身的不稳定性等因素会不可避免地发生分解，会缩短循环使用寿命。

因此，六氟磷酸锂的性能是制约锂离子电池性能的最重要因素，锂电池的循环寿命、倍率充放电性能，高低温性能等都与六氟磷酸锂电解液的质量有直接联系。六氟磷酸锂应该具有很高的纯度、稳定性、一致性。

LiPF6潮解性很强，与空气中的微量水发生反应生成HF等，HF对锂离子电池的循环稳定性具有极其不利的影响，因为它可以将金属溶解在过渡金属氧化物阴极之外，从而导致电极衰变。LiPF6晶体结构形式尽可能少地对水解敏感，比如，具有尽可能小的比表面积，LiPF6应该是自由流动的，可以在自动化系统中进行处理，此外，确保在电解质溶液的生产中以受控的方式释放不可忽略的溶解热，所有这些要求都通过具有均匀颗粒分布的LiPF6结晶来满足。

六氟磷酸锂杂质主要有不溶物，游离酸(主要为六氟磷酸锂晶体内部包裹HF)以及金属杂质离子(如铁、钠、钾、铜等)。其中金属杂质离子主要是由原料、设备腐蚀等引入的，可以通过对原料提纯、设备材质提升等进行控制，但不溶物和游离酸很难去除。而现有六氟磷酸锂的制备工艺都是间歇式反应，反应过程不能做到连续稳定，导致六氟磷酸锂中不溶物、游离酸含量高，同时六氟磷酸锂又对不溶物、游离酸含量要求极高。

专利CN105600809A公开了一种动态结晶制备六氟磷酸锂的方法和装置，采用间歇氢氟酸溶剂法制备得到的六氟磷酸锂溶液，在专门结晶设备中进行结晶，在结晶初期，六氟磷酸锂溶液处于过饱和介稳区，采用超声波诱导成核，在一定温度和超声波的诱导作用下，六氟磷酸锂均匀成核，所得产品纯度达到99.99％，粒径为40-120目，虽然得到的产品纯度较高，但所涉及的工艺能耗较高，结晶处理工艺要求高，设备投资大，且无六氟磷酸锂晶体结构的研究。

CN106745096A公开了一种制备六氟磷酸碱金属盐的制备方法，包括将五氟化磷气体与氟化锂溶液通入微通道反应器进行反应，将所得反应液进行结晶、干燥，制备得到六氟磷酸锂，但该制备方法原料未充分利用，且无六氟磷酸晶体相关性能的研究。