文章涉及鋰離子電池電解質材料的制造技術領域,具體涉及一種二氟草酸硼酸鋰(Li[B(C2O4)F2] ,LiDFOB)的制備。
電解質鹽是鋰離子電池的重要組成部分,它的研究開發對鋰離子二次電池的性能 和發展非常重要。二氟草酸硼酸鋰(Li[B(C2O4)F2] ,LiDFOB)在化學結構上可以被看成一半 是二草酸硼酸鋰(LiBOB),一半是四氟硼酸鋰(LiBF4),同時它的性能巧妙的結合了二者的 優點。二氟草酸硼酸鋰(Li[B(C2O4)F2] ,LiDFOB)具有優異高低溫性能,其熱分解溫度高達 240℃,在-20℃具有很好的電化學性能;在碳酸酯類溶劑中具有較大的溶解度,有比較寬的 電化學穩定窗口,而且其具有相對柔性,有利于降低電解液的粘度,且能夠在電解液-電極 界面形成一層致密的SEI膜,提高電解液的電導率和電池的循環性能。因此,自二氟草酸硼酸鋰(Li[B(C2O4)F2] ,LiDFOB)首次被報道以來,一直被認為是最有可能取代六氟磷酸鋰 (LiPF6)的新型鋰鹽。
目前,有關報道的二氟草酸硼酸鋰(Li[B(C2O4)F2] ,LiDFOB)的制備方法很多,但大 都存在工藝不成熟、反應條件苛刻或原料昂貴等缺點,不利于大規模工業化生產,如:使用LiBF4、CH(CF3)2OLi和草酸(H2C2O4)作為反應物,在極性非質子溶 劑中反應,得到產物LiDFOB,該制備方法存在的缺點為,獲得的LiDFOB純度較低,且有大量的LiBF4未參與反應,造成反應原料的損失;在中國專利CN 104628754中將副產物LiBF4和 H2C2O4進行反應,同時加入AlCl3或SiCl4作為催化劑,從而除去LiBF4,該制備方法存在的缺點為,引入雜質離子Cl-離子和產生腐蝕性HF氣體,且在常溫或加熱條件下,LiBF4和H2C2O4反 應得到LiDFOB的產率較低,且粗產物LiDFOB仍需經過多次重結晶才能得到高純度的LiODFB;中國專利CN 103483368中將合成的二氟草酸硼酸銨鹽與Li2CO3或LiOH反應,再經過 重結晶、析晶等提純步驟得到高純度的LiODFB,但在反應過程中生成的水會使LiODFB分解, 降低了反應的產率。
一種適用于大規模工業生產LiDFOB的方法,該方法反應條 件溫和,產率高而且操作簡便,得到的LiDFOB純度可達99%以上。
(1)將含硼物質和草酸鋰在極性非質子溶劑中進行反應,得到含有二氟草酸硼酸鋰與四氟硼酸鋰的混合物;
(2)將含硼物質和草酸鉀在極性非質子溶劑中進行反應,得到含有二氟草酸硼酸鉀與四氟硼酸鉀的混合物;
(3)將步驟(1)得到的混合物滴加到步驟(2)得到的混合物中,進行反應,得到含有二氟草酸硼酸鋰與四氟硼酸鉀的混合物;
(4)將步驟(3)得到的混合物過濾,濃縮濾液,向濾液中加入適量溶劑后,攪拌析 晶;
(5)析晶結束后,過濾,將濾餅真空干燥,得到二氟草酸硼酸鋰。
提示:
1.其中,步驟(1)所述的含硼物質選自三氟化硼、三氟化硼的乙醚溶液、三氟化硼的 乙腈溶液、三氟化硼的碳酸酯溶液、三氟化硼的甲醚溶液、三氟化硼的丁醚溶液或三氟化硼的苯甲醚醚溶液。
2.步驟(1)所述的極性非質子溶劑選自乙醚、乙腈、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、 碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、硝基甲烷、丙酮、1 ,4-二氧六環、乙酸乙酯或四氫呋喃。
3.步驟(2)所述的含硼物質選自三氟化硼、三氟化硼的乙醚溶液、三氟化硼的 乙腈溶液、三氟化硼的碳酸酯溶液、三氟化硼的甲醚溶液、三氟化硼的丁醚溶液或三氟化硼 的苯甲醚醚溶液。
4.步驟(2)所述的極性非質子溶劑還可以為乙醚、乙腈、碳酸二甲酯、碳酸二乙 酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、硝基甲烷、丙酮、1 ,4-二氧六環、乙酸乙酯或四氫 呋喃。
5.其中,本發明所述草酸鋰或草酸鉀與含硼物質的摩爾比為草酸鋰或草酸鉀與三氟化硼的摩爾比。
6.步驟(4)所述的溶劑為二氯甲烷、1 ,4-二氧六環、甲苯或環己烷,所述的濃 縮后的濾液與溶劑的體積比為:1:1 .5~2 .5。
7.步驟(4)所述攪拌析晶的攪拌速率為:300~800r/min,攪拌析晶時的溫度 為:10~30℃,攪拌析晶的時間為:1 .5~3小時
8.步驟(1)所述的極性 非質子溶劑選自乙醚、乙腈、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯 酯、硝基甲烷、丙酮、1 ,4-二氧六環、乙酸乙酯或四氫呋喃”表示“步驟(1)所述的極性非質子 溶劑選自乙醚、乙腈、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、硝基 甲烷、丙酮、1 ,4-二氧六環、乙酸乙酯或四氫呋喃中的任意一種,也可以是其任意兩種或兩種以上的混合溶劑。