[发明专利]一种制备高纯五氟化磷的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备高纯度五氟化磷的方法，该材料是制备锂离子电池电解质LiPF₆的必需原料。

背景技术

在商品化锂离子电池中，LiPF₆是最主要的电解质锂盐。LiPF₆的外观呈白色粉末状或细小颗粒，化学性质稳定，与大多数无机或有机物接触不反应，但遇水将分解成氢氟酸，使用时必须在湿度小于10ppm的干燥气氛下进行，以防分解。当LiPF₆作为锂离子电池电解质锂盐进行使用时，对其质量参数特别是产品中水分和自由酸（以HF计）的含量有严格的要求。一般情况下，要求LiPF₆中水分含量小于20ppm，自由酸含量小于80ppm。由于作为锂离子电池电解质锂盐的LiPF₆要满足以上要求，它的制备过程特别困难，首先需要高纯度的原料，许多原料都要经过特殊的纯化步骤或专门的制备方法来获得。其中，PF₅作为制备LiPF₆的关键原材料之一，对其制备方法和纯化步骤的研究已成为提高LiPF₆纯度的重要环节。

PF₅的制备方法大体分为直接法和间接法两类。直接法指由反应物经过一步生成PF₅的方法，例如氟气与红磷、PCl₅与AsF₃、PCl₅与无水HF等；间接法指由反应物首先生成中间产物，再由中间产物进一步反应得到PF₅的方法，最常见的中间产物是POF₃与HPF₆，中间产物经过与无水HF反应和加热分解的方式制备出PF₅。

以上所述方法中，利用PCl₅与无水HF反应直接制备PF₅气体是目前LiPF₆合成工艺中通常采用的方法。如专利CN1850592A提出了一种PF₅的生产方法，主要将PCl₅升华提纯，将无水HF精馏提纯，将提纯后的PCl₅和无水HF接触制备出PF₅和HF的混合气体，再将混合气体通入溶有LiF的无水HF溶液中，制得LiPF₆，该方法的缺点是通过升华的方法很难将PCl₅中的水分等杂质完全除去。专利CN101353161A在乙醚、乙腈、碳酸酯等有机溶剂的存在下，使PCl₅和无水HF接触制备出PF₅该方法的缺点是PF₅可与乙醚、乙腈、碳酸酯等有机溶剂生成络合物，导致部分PF₅无法完全分离。专利CN101844754A利用混有氟气的无水HF与PCl₅进行混合反应，其目的是利用氟气将PCl₅中的水分反应去除，该方法存在氟气优先与PCl₅发生反应的可能性，因此无法完全去除反应体系中的水分。

目前采用PCl₅＋HF→PF₅＋HCl原理合成PF₅时存在的主要问题是：所使用的PCl₅原料一般通过购买获得，PCl₅由于极易吸潮，在包装、运输和使用等环节中都可能与空气接触而产生潮解，产品中常含有水分、PCl₃、POCl₃等杂质，采用常规的升华、化学干燥等方式很难将其中的杂质清除干净，从而采用上述方法制备的PF₅中常含有水分、PF₃、POF₃等杂质，上述杂质将会在LiPF₆制备过程中进入到产品中，导致目标产品的性能降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济高效、便于实现的高纯度五氟化磷制备方法。

本发明的技术解决方案：

一种制备高纯五氟化磷的系统，其特殊之处在于：包括PCl₃容器、第一干燥器、雾化泵、夹套反应器、一级冷凝器、二级冷凝器、无水HF容器4、氯气容器5、第二干燥器以及PF₅容器，