[发明专利]一种方酸锂的制备方法

说明书

本发明公开了一种方酸锂的制备方法，具体步骤包括(1)制备碱性的锂源水溶液、(2)方酸与锂源水溶液反应制得方酸锂溶液、(3)交替加入方酸和锂源，提高方酸锂溶液浓度、和(4)提纯，并干燥得到方酸锂固体。相较于现有技术的碱性锂源‑方酸复分解反应，本发明运用独特的交替加料方法，反应体系浓度高，反应产量大，为方酸锂结晶提纯操作创造可调控的任意理想浓度的条件，降温结晶工艺更为可控，制备方法节能绿色。

技术领域

本发明属于锂化合物制备技术领域，具体涉及一种方酸锂的制备方法。

背景技术

在锂离子电池首圈充电激活时，电池内会消耗一部分锂离子形成负极表面的固态电解质膜(即SEI膜)，而为了弥补这部分被消耗的锂离子，在锂离子电池中一般需要加入补锂材料。理论上，正极或负极内都可以加入补锂材料实现补锂，正极补锂具有相对稳定、易于制备、价格低廉及补锂能力较高的优点，在中国专利CN201310413605.9锂离子电池阴极片、锂离子电池及其制备方法中提及方酸锂可以作为补锂添加剂。方酸锂的比容量高达440毫安时每克，其比容量是传统正极材料的比容量的两倍，适合作为牺牲锂盐来补充锂离子的不可逆容量损失。

目前的方酸锂的制备思路主要是将方酸与碱性的锂盐混合反应制得，比如中国专利CN201910970077.4一种方酸盐及其制备方法和应用中提及将方酸与碱性的锂盐在有机溶剂中研磨制得。由于是通过研磨使方酸与锂盐反应，该方法制备的方酸锂材料的尺寸不均匀而且极容易发生团聚，材料整体结构只能停留在微米级别，而且固相研磨反应对原料的纯度要求比较高，难以实现完全反应，总有反应物残留，产物纯度无法保证，另外酸碱反应剧烈放热，配合有机溶剂反应，可能存在安全风险。中国专利CN202011616037.9一种方酸锂及其制备方法和应用中提及，将锂源水溶液与方酸水溶液混合反应，将反应产物进一步制成粉末，再依次用水溶解、速冻、冷冻干燥即可。该制备方法局限于实验室阶段的少量合成，难以直接用于大规模生产，方酸的溶解度极低，为20g/L，以该专利的具体实施方式可知，反应体系的浓度仅约为0.1mol/L，生成的方酸锂溶液浓度仅约为0.063g/ml，如此低的反应产物浓度，意味着浓缩制成方酸锂这一步骤需要蒸发掉大量水，相当耗时耗能，这也不适合应用到量产阶段的浓缩工艺中去。此外，该制备方法采用的提纯操作：速冻及冷冻干燥，使用到了液氮和冷冻干燥设备，这些也都不是大规模生产所优先考虑的工艺模式。

此外，方酸锂制备成本高的问题限制了方酸锂在锂离子电池中的应用，因此，设计出一种更为简单高效，节能绿色，可适用于现代化工业生产的方酸锂制备方法是非常必要的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种方酸锂的制备方法，相较于现有技术的碱性锂源-方酸复分解反应，本发明运用独特的交替加料方法，反应体系浓度高，反应产量大，为方酸锂的降温结晶提纯操作创造可调控的任意理想浓度的条件，无需经过浓缩操作，降温结晶工艺更为可控，制备方法节能绿色。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种方酸锂的制备方法，具体步骤包括(1)将锂化合物制备碱性的锂源水溶液；(2)方酸与锂源水溶液反应制得方酸锂溶液；(3)交替加入方酸和锂源，提高方酸锂溶液浓度；和(4)提纯，并干燥得到方酸锂纯品。

本发明的步骤(1)中以锂化合物和锂源来区分原料及溶质，当锂化合物是以溶解的方式形成锂源水溶液，则锂化合物与锂源水溶液溶质的锂源相同，当锂化合物是以反应的方式形成锂源水溶液，则锂化合物与锂源水溶液溶质的锂源不同，为便于描述，将步骤(1)锂源水溶液溶质的锂源与步骤(3)的锂源统称为锂源，其中，步骤(1)制备锂源水溶液的原料则称为锂化合物。

其中，步骤(1)的锂源水溶液溶质锂源及步骤(3)的锂源均是碱性的锂源，在步骤(2)中，方酸是以与锂源水溶液反应的方式代替溶解，因此步骤(1)的溶质锂源需要是碱性的锂源，在步骤(3)中，锂源也以反应代替溶解的方式进入溶液中，因此步骤(3)的锂源也是碱性的。