文章涉及锂离子电池电解质材料的制造技术领域,具体涉及一种二氟草酸硼酸锂(Li[B(C2O4)F2] ,LiDFOB)的制备。
电解质盐是锂离子电池的重要组成部分,它的研究开发对锂离子二次电池的性能 和发展非常重要。二氟草酸硼酸锂(Li[B(C2O4)F2] ,LiDFOB)在化学结构上可以被看成一半 是二草酸硼酸锂(LiBOB),一半是四氟硼酸锂(LiBF4),同时它的性能巧妙的结合了二者的 优点。二氟草酸硼酸锂(Li[B(C2O4)F2] ,LiDFOB)具有优异高低温性能,其热分解温度高达 240℃,在-20℃具有很好的电化学性能;在碳酸酯类溶剂中具有较大的溶解度,有比较宽的 电化学稳定窗口,而且其具有相对柔性,有利于降低电解液的粘度,且能够在电解液-电极 界面形成一层致密的SEI膜,提高电解液的电导率和电池的循环性能。因此,自二氟草酸硼酸锂(Li[B(C2O4)F2] ,LiDFOB)首次被报道以来,一直被认为是最有可能取代六氟磷酸锂 (LiPF6)的新型锂盐。
目前,有关报道的二氟草酸硼酸锂(Li[B(C2O4)F2] ,LiDFOB)的制备方法很多,但大 都存在工艺不成熟、反应条件苛刻或原料昂贵等缺点,不利于大规模工业化生产,如:使用LiBF4、CH(CF3)2OLi和草酸(H2C2O4)作为反应物,在极性非质子溶 剂中反应,得到产物LiDFOB,该制备方法存在的缺点为,获得的LiDFOB纯度较低,且有大量的LiBF4未参与反应,造成反应原料的损失;在中国专利CN 104628754中将副产物LiBF4和 H2C2O4进行反应,同时加入AlCl3或SiCl4作为催化剂,从而除去LiBF4,该制备方法存在的缺点为,引入杂质离子Cl-离子和产生腐蚀性HF气体,且在常温或加热条件下,LiBF4和H2C2O4反 应得到LiDFOB的产率较低,且粗产物LiDFOB仍需经过多次重结晶才能得到高纯度的LiODFB;中国专利CN 103483368中将合成的二氟草酸硼酸铵盐与Li2CO3或LiOH反应,再经过 重结晶、析晶等提纯步骤得到高纯度的LiODFB,但在反应过程中生成的水会使LiODFB分解, 降低了反应的产率。
一种适用于大规模工业生产LiDFOB的方法,该方法反应条 件温和,产率高而且操作简便,得到的LiDFOB纯度可达99%以上。
(1)将含硼物质和草酸锂在极性非质子溶剂中进行反应,得到含有二氟草酸硼酸锂与四氟硼酸锂的混合物;
(2)将含硼物质和草酸钾在极性非质子溶剂中进行反应,得到含有二氟草酸硼酸钾与四氟硼酸钾的混合物;
(3)将步骤(1)得到的混合物滴加到步骤(2)得到的混合物中,进行反应,得到含有二氟草酸硼酸锂与四氟硼酸钾的混合物;
(4)将步骤(3)得到的混合物过滤,浓缩滤液,向滤液中加入适量溶剂后,搅拌析 晶;
(5)析晶结束后,过滤,将滤饼真空干燥,得到二氟草酸硼酸锂。
提示:
1.其中,步骤(1)所述的含硼物质选自三氟化硼、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.步骤(1)所述的极性非质子溶剂选自乙醚、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 ,4-二氧六环、乙酸乙酯或四氢呋喃。
3.步骤(2)所述的含硼物质选自三氟化硼、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.步骤(2)所述的极性非质子溶剂还可以为乙醚、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 ,4-二氧六环、乙酸乙酯或四氢 呋喃。
5.其中,本发明所述草酸锂或草酸钾与含硼物质的摩尔比为草酸锂或草酸钾与三氟化硼的摩尔比。
6.步骤(4)所述的溶剂为二氯甲烷、1 ,4-二氧六环、甲苯或环己烷,所述的浓 缩后的滤液与溶剂的体积比为:1:1 .5~2 .5。
7.步骤(4)所述搅拌析晶的搅拌速率为:300~800r/min,搅拌析晶时的温度 为:10~30℃,搅拌析晶的时间为:1 .5~3小时
8.步骤(1)所述的极性 非质子溶剂选自乙醚、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 ,4-二氧六环、乙酸乙酯或四氢呋喃”表示“步骤(1)所述的极性非质子 溶剂选自乙醚、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 ,4-二氧六环、乙酸乙酯或四氢呋喃中的任意一种,也可以是其任意两种或两种以上的混合溶剂。