乙二酸二锂盐的应用及制备

2020/10/26 11:48:35

背景及概述[1][2]

近年来,随着锂离子电池行业飞速发展,使得其电解质锂盐研究开发日益火热,具有新结构和功能的新锂盐不断被报道,目前从性能、价格、工艺等各个环节的综合考虑,市场上最具代表性和发展前景的是二氟草酸硼酸锂(LiODFB)。其各方面性能都优于目前锂离子电池所用的六氟磷酸锂,未来可能取代其成为锂电池电解质主盐。而制备二氟草酸硼酸锂的原料为乙二酸二锂盐,乙二酸二锂盐的纯度和性能指标影响着二氟草酸硼酸锂的质量,从而对二氟草酸硼酸锂电解液体系的锂离子电池容量、循环次数、安全性能都有着直接的影响。正因如此,生产出性能优异的高纯乙二酸二锂盐是非常有必要的,

乙二酸二锂盐易溶于水,不溶于乙醇、乙醚。水溶液 显碱性。受热分解。有研究公开一种高纯乙二酸二锂盐的制备方法,是以草酸与工业级的单水氢 氧化锂反应,反应终点控制7~7.5,然后经分离烘干得到高纯乙二酸二锂盐。以草酸与氯化锂溶液制备草酸氢锂,再以草酸氢锂制备乙二酸二锂盐的方法未见报道,而氯化锂的成本较氢氧化锂低。

应用[2-4]

乙二酸二锂盐可作为制备二氟草酸硼酸锂的原料之一。二氟草酸硼酸锂主要作为锂离子电池、锂离子电容器等的非水电解液电池用添加剂使用。加入该种添加剂后,电解液具有优异的高低温性能,并且能够在电极材料的负极材料表面能够形成更加稳定的SEI膜结构,能够显著提高电池的循环性能。

制备方法以下述步骤进行:将硼源、氟源、锂源及含草酸根的化合物按理论摩尔比一次投入到非水溶剂中,通过适当的压力、温度及时间控制,生成草酸二氟硼酸锂和乙二酸二锂盐混合液;上述所得的混合液经过冷却将乙二酸二锂盐固体分离,得到含草酸二氟硼酸锂的母液;通过温度调节得到草酸二氟硼酸锂的母液。然后将母液干燥、重结晶得到高纯度的草酸二氟硼酸锂。

上述工艺线路简单,工艺成本低,反应的产物易于分离,水分及杂质含量低,适合大批量制备满足锂电要求的电解质盐。还有研究以乙二酸二锂盐和三氟化硼乙醚在碳酸二甲酯(DMC)等溶剂中催化合成得到含草酸二氟硼酸锂和四氟硼酸锂(LiBF4)的液相混合物和少量未反应的乙二酸二锂盐固体,过滤后蒸发结晶,得到粗产品LiODFB。粗产品LiODFB经过重结晶后符合锂离子电池电解质盐的要求。收集过滤后的母液和结晶母液,加入草酸和催化剂,催化转化得到主要含LiODFB的液相混合物,再返回到蒸发结晶。该工艺流程成本低廉,制备得到的草酸二氟硼酸锂(LiODFB)的纯度达到99.9%以上,产率在90%以上,操作方便,具有良好的经济效益和环境效益,适合工业化生产。

乙二酸二锂盐还可用于制备一种锂离子电池硅酸锰锂复合材料。包括如下步骤:

(1)依照化学式Li2MnSiO4,称取乙二酸二锂盐、硝酸锰和正硅酸乙酯;

(2)将上述乙二酸二锂盐、硝酸锰与蔗糖在室温下溶解于蒸馏水中,形成溶液A;将正硅酸乙酯与乙酸溶解于蒸馏水中搅拌,形成溶液B;将溶液A到入溶液B中,在惰性气体保护下、搅拌,形成溶胶;

(3)将所述溶胶经水洗、过滤、干燥,然后将产物机械球磨得到前驱体粉末;

(4)三次烧结得到碳包覆完整的硅酸锰锂复合材料。

本发明制备的锂离子电池正极材料,均匀细腻,密度高,比表面大,并完整包覆了碳,因此在具有高比容量的同时,还具有良好的导电性,用于锂离子电池时,比容量高,循环稳定性好,使用寿命长。

制备 [1,5]

方法1:一种工艺简单、成本低的乙二酸二锂盐的制备方法,包括以下步骤:

A、取二水合草酸晶体,按固液比1:1~1.5加入纯水,加热至80℃~90℃溶解后,按 Li+:C2O42-为1~2.02:1加入Li+浓度为30~95g/L的氯化锂溶液,搅拌反应30min~60min,冷却析晶,过滤得到草酸氢锂湿料;

B、取上述A步骤产生的草酸氢锂湿料按固液比1:1~1.5加纯水加热至80℃~90℃ 溶解形成混合溶液,用LiOH·H2O调节所述混合溶液的pH值8~9,继续反应30min~60min,过滤后得到乙二酸二锂盐湿料;

C、将B步骤产生的乙二酸二锂盐湿料在烘箱内在130℃~160℃烘3h~5h,得到乙二酸二锂盐干料成品。

方法2:一种高纯乙二酸二锂盐的制备方法,:以工业级氢氧化锂为原料,包括以下步骤:

1)工业级单水氢氧化锂与纯水按1:5质量比在容器中溶解,搅拌至溶液澄清,得到工业级氢氧化锂溶液;同时称取与所述工业级单水氢氧化锂中锂元素摩尔比为1:2的草酸,与1-1.5倍草酸质量的 90-100℃纯水在容器中搅拌溶解得到草酸溶液,再从草酸溶液中取 10%-20%缓慢加入工业级氢氧化锂溶液中,搅拌至完全反应,静置 10-30min,过滤除杂至溶液清亮,得到过滤好的氢氧化锂溶液。

2)从步骤(1)剩余草酸溶液中取其20-30%加入反应釜中,搅拌,然后缓慢加入步骤(1)所得过滤好的氢氧化锂溶液,至底部有少量白色沉淀生成,停止加过滤好的氢氧化锂溶液,使之充分反应;然后采用均相合成,将剩余过滤好的氢氧化锂溶液和剩余草酸溶液同时缓慢加入反应釜中,添加过程中持续搅拌,温度控制在50-80℃之间,加完后用氢氧化锂或者草酸调节反应体系的pH值到7.0-7.5, 继续搅拌10-30min。

(3)控制步骤(2)所得乙二酸二锂盐溶液温度以5-15℃/h的速度降至常温,静置待白色沉淀乙二酸二锂盐全部沉入底部,可收集上层清液返回步骤(1)作为溶剂替代纯水循环利用。

(4)用衬四氟离心机甩干步骤(3)所得乙二酸二锂盐,湿料在100-200℃ 烘干3-6h得高纯乙二酸二锂盐成品。所述的草酸为质量含量≥99.9%的草酸。

主要参考资料

[1] CN201610428334.8 一种高纯乙二酸二锂盐的制备方法

[2] CN201511027895.9 一种草酸二氟硼酸锂的制备方法

[3] CN201510049889.7一种锂离子电池电解质盐草酸二氟硼酸锂(LiODFB)的制备方法

[4] CN201210391909.5一种锂离子电池硅酸锰锂复合材料的制备方法

[5] CN201711446010.8 一种乙二酸二锂盐的制备方法

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