專利名稱：六氟鋯酸鋰的合成方法及其新用途的制作方法
技術領域：
本發明屬于鋰離子電池研究技術領域，具體涉及一種六氟鋯酸鋰的合成方法及其新用途。
背景技術：
鋰離子電池具有能量密度比大、環境負荷小等特點，因此，廣泛應用于便攜式電子設備、將來會大規模應用于電動汽車，儲能電站等領域。電解質作為鋰離子電池的重要組成部分之一，是完成電化學反應不可缺少的部分。現有技術中，主要采用六氟磷酸鋰作為電解質，其導電能力仍然有限，從而會降低鋰離子電池的性能。
發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種六氟鋯酸鋰的合成方法及其新用途，所合成的六氟鋯酸鋰的純度高，當將其應用到含有六氟磷酸鋰的鋰電池電解液中時，明顯增強鋰電池電解液的導電性，從而提高鋰電池的性能。本發明采用的技術方案如下:
本發明第一目的在于提供一種六氟鋯酸鋰的合成方法，包括以下步驟:第一步，用純水將二氧化鋯ZrO2粉末配制為15-25%的懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加60-70%的氫氟酸，制得透明的氟鋯酸H2ZrF6溶液；第二步，用純水將碳酸鋰粉末配制為20-30%的碳酸鋰懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加60-70%的氫氟酸,制得氟化鋰懸濁液；過濾氟化鋰懸濁液,濾餅用純水洗漆后，取濾餅即氟化鋰，用純水將氟化鋰配制為20-30%的氟化鋰懸濁液；第三步，將第二步配制得到的氟化鋰懸濁液，滴加到第一步配制得到的透明的氟鋯酸溶液中，配制得到白濁的六氟鋯酸鋰懸濁液；第四步,攪拌加熱第三步制得的六氟鋯酸鋰懸濁液,使六氟鋯酸鋰懸濁液中的水分蒸發濃縮，待懸濁液充分白濁后過濾，用純水洗滌濾餅結晶，然后將結晶放置于PTFE板上加熱烘干，自然冷卻后研磨粉碎，即得到六氟鋯酸鋰粉末。優選的，所述濾餅用純水洗滌結晶具體為:將濾餅放置到離心管中，向離心管中加入純水；25°C離心0.5-lh，靜置5-8小時，析出結晶；其中，濾餅與純水的質量比為10: 1-15: I。優選的，第四步中，加熱烘干條件為:首先加熱至60度烘干2小時，然后再加熱至110度烘干2小時。現有技術中，公開一種將氫氧化鋰或氯化鋰或碳酸鋰溶液或懸濁液滴加到已配制成的六氟鋯酸鋰溶液中，從而制備得到六氟鋯酸鋰。但該種方法所制備得到的六氟鋯酸鋰的純度較低。而采用本發明提供的制備方法，可以制得純度非常高的六氟鋯酸鋰。對本發明制備得到的最終產品進行X-射線粉末衍射測試，通過圖1所得的圖譜，驗證了最終產品即為六氟鋯酸鋰。其純度為97.8%。本發明第二目的在于提供一種上述方法制備得到的六氟鋯酸鋰的新用途，將所述六氟鋯酸鋰加入含有六氟磷酸鋰的鋰電池電解液中；其中，所述六氟磷酸鋰為主電解質，所述六氟鋯酸鋰為輔助電解質。優選的，在所述鋰電池電解液中，六氟磷酸鋰和六氟鋯酸鋰的摩爾比為10: 1-10: 2。優選的，六氟磷酸鋰和六氟鋯酸鋰的摩爾比為10: 1.5。優選的，鋰電池電解液中，有機溶劑為碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二甲酯DMC、碳酸丙烯酯PC和碳酸甲乙酯MEC中的一種或幾種。本發明人長期致力于鋰電池電解液的研究，在經過多次實驗后，意外發現，當向含有六氟磷酸鋰的鋰電池電解液中加入一定比例的六氟鋯酸鋰時，可以明顯提高鋰電池電解液的導電性，從而提高鋰電池的性能。后續的比較例2證明了這一結論。
圖1為本發明制備得到的六氟鋯酸鋰的X-射線粉末衍射圖。
具體實施例方式六氟鋯酸鋰制備實施例一第一步，用純水將二氧化鋯ZrO2粉末配制為20%的懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加65%的氫氟酸，制得透明的氟鋯酸H2ZrF6溶液；第二步，用純水將碳酸鋰粉末配制為25%的碳酸鋰懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加65%的氫氟酸，制得氟化鋰懸濁液；過濾氟化鋰懸濁液,濾餅用純水洗滌后,取濾餅即氟化鋰，用純水將氟化鋰配制為25%的氟化鋰懸濁液；第三步，將第二步配制得到的氟化鋰懸濁液，滴加到第一步配制得到的透明的氟鋯酸溶液中，配制得到白濁的六氟鋯酸鋰懸濁液；第四步,攪拌加熱第三步制得的六氟鋯酸鋰懸濁液,使六氟鋯酸鋰懸濁液中的水分蒸發濃縮，待懸濁液充分白濁后過濾，用純水洗滌濾餅結晶，其中，結晶條件為:將濾餅放置到離心管中，向離心管中加入純水；25°C離心0.8h，靜置7小時，析出結晶；其中，濾餅與純水的質量比為12:1 ;然后將結晶放置于PTFE板上加熱烘干，其中，加熱烘干條件為:首先加熱至60度烘干2小時，然后再加熱至110度烘干2小時；自然冷卻后研磨粉碎，即得到六氟鋯酸鋰粉末。上述方法 制備得到的六氟鋯酸鋰粉末的純度為97.8%。六氟鋯酸鋰制備實施例二第一步，用純水將二氧化鋯ZrO2粉末配制為15%的懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加70%的氫氟酸，制得透明的氟鋯酸H2ZrF6溶液；第二步，用純水將碳酸鋰粉末配制為30%的碳酸鋰懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加60%的氫氟酸，制得氟化鋰懸濁液；過濾氟化鋰懸濁液,濾餅用純水洗滌后,取濾餅即氟化鋰，用純水將氟化鋰配制為30%的氟化鋰懸濁液；
第三步，將第二步配制得到的氟化鋰懸濁液，滴加到第一步配制得到的透明的氟鋯酸溶液中，配制得到白濁的六氟鋯酸鋰懸濁液；第四步，攪拌加熱第三步制得的六氟鋯酸鋰懸濁液，使六氟鋯酸鋰懸濁液中的水分蒸發濃縮，待懸濁液充分白濁后過濾，用純水洗滌濾餅結晶，其中，結晶條件為:將濾餅放置到離心管中，向離心管中加入純水；25°C離心lh，靜置5小時，析出結晶；其中，濾餅與純水的質量比為10:1 ;然后將結晶放置于PTFE板上加熱烘干，其中，加熱烘干條件為:首先加熱至60度烘干2小時，然后再加熱至110度烘干2小時；自然冷卻后研磨粉碎，即得到六氟鋯酸鋰粉末。上述方法制備得到的六氟鋯酸鋰粉末的純度為97.9%。六氟鋯酸鋰制備實施例三第一步，用純水將二氧化鋯ZrO2粉末配制為25%的懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加60%的氫氟酸，制得透明的氟鋯酸H2ZrF6溶液；第二步，用純水將碳酸鋰粉末配制為20%的碳酸鋰懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加70%的氫氟酸，制得氟化鋰懸濁液；過濾氟化鋰懸濁液,濾餅用純水洗滌后,取濾餅即氟化鋰，用純水將氟化鋰配制為20%的氟化鋰懸濁液；第三步，將第二步配制得到的氟化鋰懸濁液，滴加到第一步配制得到的透明的氟鋯酸溶液中，配制得到白濁的六氟鋯酸鋰懸濁液；第四步,攪拌加熱第三 步制得的六氟鋯酸鋰懸濁液,使六氟鋯酸鋰懸濁液中的水分蒸發濃縮，待懸濁液充分白濁后過濾，用純水洗滌濾餅結晶，其中，結晶條件為:將濾餅放置到離心管中，向離心管中加入純水；25°C離心0.5h，靜置8小時，析出結晶；其中，濾餅與純水的質量比為15:1 ;然后將結晶放置于PTFE板上加熱烘干，其中，加熱烘干條件為:首先加熱至60度烘干2小時，然后再加熱至110度烘干2小時；自然冷卻后研磨粉碎，即得到六氟鋯酸鋰粉末。上述方法制備得到的六氟鋯酸鋰粉末的純度為97.8%。六氟鋯酸鋰制備實施例四第一步，用純水將二氧化鋯ZrO2粉末配制為18%的懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加63%的氫氟酸，制得透明的氟鋯酸H2ZrF6溶液；第二步，用純水將碳酸鋰粉末配制為24%的碳酸鋰懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加67%的氫氟酸，制得氟化鋰懸濁液；過濾氟化鋰懸濁液,濾餅用純水洗滌后,取濾餅即氟化鋰，用純水將氟化鋰配制為28%的氟化鋰懸濁液；第三步，將第二步配制得到的氟化鋰懸濁液，滴加到第一步配制得到的透明的氟鋯酸溶液中，配制得到白濁的六氟鋯酸鋰懸濁液；第四步,攪拌加熱第三步制得的六氟鋯酸鋰懸濁液,使六氟鋯酸鋰懸濁液中的水分蒸發濃縮，待懸濁液充分白濁后過濾，用純水洗滌濾餅結晶，其中，結晶條件為:將濾餅放置到離心管中，向離心管中加入純水；25°C離心0.9h，靜置6小時，析出結晶；其中，濾餅與純水的質量比為14:1 ;然后將結晶放置于PTFE板上加熱烘干，其中，加熱烘干條件為:首先加熱至60度烘干2小時，然后再加熱至110度烘干2小時；自然冷卻后研磨粉碎，即得到六氟鋯酸鋰粉末。上述方法制備得到的六氟鋯酸鋰粉末的純度為97.9%。六氟鋯酸鋰制備實施例五第一步，用純水將二氧化鋯ZrO2粉末配制為19%的懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加63%的氫氟酸，制得透明的氟鋯酸H2ZrF6溶液；第二步，用純水將碳酸鋰粉末配制為27%的碳酸鋰懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加62%的氫氟酸，制得氟化鋰懸濁液；過濾氟化鋰懸濁液,濾餅用純水洗滌后,取濾餅即氟化鋰，用純水將氟化鋰配制為26%的氟化鋰懸濁液；第三步，將第二步配制得到的氟化鋰懸濁液，滴加到第一步配制得到的透明的氟鋯酸溶液中，配制得到白濁的六氟鋯酸鋰懸濁液；第四步,攪拌加熱第三步制得的六氟鋯酸鋰懸濁液,使六氟鋯酸鋰懸濁液中的水分蒸發濃縮，待懸濁液充分白濁后過濾，用純水洗滌濾餅結晶，其中，結晶條件為:將濾餅放置到離心管中，向離心管中加入純水；25 °C離心0.9h，靜置7小時，析出結晶；其中，濾餅與純水的質量比為11:1;然后將結晶放置于PTFE板上加熱烘干，其中，加熱烘干條件為:首先加熱至60度烘干2小時，然后再加熱至110度烘干2小時；自然冷卻后研磨粉碎，即得到六氟鋯酸鋰粉末。上述方 法制備得到的六氟鋯酸鋰粉末的純度為97.9%。六氟錯酸鋰制備實施例六第一步，用純水將二氧化鋯ZrO2粉末配制為23%的懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加62%的氫氟酸，制得透明的氟鋯酸H2ZrF6溶液；第二步，用純水將碳酸鋰粉末配制為23%的碳酸鋰懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加66%的氫氟酸，制得氟化鋰懸濁液；過濾氟化鋰懸濁液,濾餅用純水洗滌后,取濾餅即氟化鋰，用純水將氟化鋰配制為28%的氟化鋰懸濁液；第三步，將第二步配制得到的氟化鋰懸濁液，滴加到第一步配制得到的透明的氟鋯酸溶液中，配制得到白濁的六氟鋯酸鋰懸濁液；第四步,攪拌加熱第三步制得的六氟鋯酸鋰懸濁液,使六氟鋯酸鋰懸濁液中的水分蒸發濃縮，待懸濁液充分白濁后過濾，用純水洗滌濾餅結晶，其中，結晶條件為:將濾餅放置到離心管中，向離心管中加入純水；25°C離心0.9h，靜置6小時，析出結晶；其中，濾餅與純水的質量比為11:1;然后將結晶放置于PTFE板上加熱烘干，其中，加熱烘干條件為:首先加熱至60度烘干2小時，然后再加熱至110度烘干2小時；自然冷卻后研磨粉碎，即得到六氟鋯酸鋰粉末。上述方法制備得到的六氟鋯酸鋰粉末的純度為97.8%。用途實施例一將制備實施例一制備得到的六氟鋯酸鋰加入到含有六氟磷酸鋰的鋰電池電解液中；其中，鋰電池電解液中的有機溶劑為PC;六氟磷酸鋰和六氟鋯酸鋰的摩爾比為10: 1.0，濃度分別為 1.0mol/1 和 0.10mol/l。
用途實施例二將制備實施例三制備得到的六氟鋯酸鋰加入到含有六氟磷酸鋰的鋰電池電解液中；其中，鋰電池電解液中的有機溶劑為碳酸二乙酯DEC ;六氟磷酸鋰和六氟鋯酸鋰的摩爾比為 10: 1.2，濃度分別為 1.0mol/1 和 0.12mol/l。用途實施例三將制備實施例六制備得到的六氟鋯酸鋰加入到含有六氟磷酸鋰的鋰電池電解液中；其中，鋰電池電解液中的有機溶劑為碳酸二甲酯DMC ;六氟磷酸鋰和六氟鋯酸鋰的摩爾比為 10: 1.8，濃度分別為 1.0mol/1 和 0.18mol/l。用途實施例四將制備實施例六制備得到的六氟鋯酸鋰加入到含有六氟磷酸鋰的鋰電池電解液中；其中，鋰電池電解液中的有機溶劑為碳酸乙烯酯EC ;六氟磷酸鋰和六氟鋯酸鋰的摩爾比為 10: 1.4，濃度分別為 1.0mol/1 和 0.14mol/l。用途實施例五將制備實施例六制備得到的六氟鋯酸鋰加入到含有六氟磷酸鋰的鋰電池電解液中；其中，鋰電池電解液中的有機溶劑為碳酸甲乙酯MEC ;六氟磷酸鋰和六氟鋯酸鋰的摩爾比為 10: 1.6，濃度分別為 1.0mol/1 和 0.16mol/l。試驗例I本試驗例用于考察用途實施例1-5所制備得到的電解液在20°C的摩爾電導率，結果見表I。 表I
權利要求
1.一種六氟鋯酸鋰的合成方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，用純水將二氧化鋯ZrO2粉末配制為15-25%的懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加60-70%的氫氟酸，制得透明的氟鋯酸H2ZrF6溶液； 第二步，用純水將碳酸鋰粉末配制為20-30%的碳酸鋰懸濁液，攪拌該懸濁液，向懸濁液中滴加60-70%的氫氟酸，制得氟化鋰懸濁液；過濾氟化鋰懸濁液,濾餅用純水洗滌后，取濾餅即氟化鋰，用純水將氟化鋰配制為20-30%的氟化鋰懸濁液； 第三步，將第二步配制得到的氟化鋰懸濁液，滴加到第一步配制得到的透明的氟鋯酸溶液中，配制得到白濁的六氟鋯酸鋰懸濁液； 第四步，攪拌加熱第三步制得的六氟鋯酸鋰懸濁液，使六氟鋯酸鋰懸濁液中的水分蒸發濃縮，待懸濁液充分白濁后過濾，用純水洗滌濾餅結晶，然后將結晶放置于PTFE板上加熱烘干，自然冷卻后研磨粉碎，即得到六氟鋯酸鋰粉末。
2.根據權利要求1所述的六氟鋯酸鋰的合成方法，其特征在于，所述濾餅用純水洗滌結晶具體為: 將濾餅放置到離心管中，向離心管中加入純水；25°C離心0.5-lh，靜置5-8小時，析出結晶；其中，濾餅與純水的質量比為10: 1-15: I。
3.根據權利要求1所述的六氟鋯酸鋰的合成方法，其特征在于，第四步中，加熱烘干條件為:首先加熱至60度烘干2小時，然后再加熱至110度烘干2小時。
4.一種權利要求1-3任一項制備得到的六氟鋯酸鋰的新用途，其特征在于，將所述六氟鋯酸鋰加入含有六氟磷酸鋰的鋰電池電解液中；其中，所述六氟磷酸鋰為主電解質，所述六氟鋯酸鋰為輔助電解質。
5.根據權利要求4所述的六氟鋯酸鋰的新用途，其特征在于，在所述鋰電池電解液中，六氟磷酸鋰和六氟錯酸鋰的摩爾比為10: 1-10: 2。
6.根據權利要求5所述的六氟鋯酸鋰的新用途，其特征在于，六氟磷酸鋰和六氟鋯酸鋰的摩爾比為10: 1.5。
7.根據權利要求4所述的六氟鋯酸鋰的新用途，其特征在于，鋰電池電解液中，有機溶劑為碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二甲酯DMC、碳酸丙烯酯PC和碳酸甲乙酯MEC中的一種或幾種。
全文摘要
本發明提供一種六氟鋯酸鋰的合成方法及其新用途，合成方法包括第一步，制得透明的氟鋯酸溶液；第二步，用純水將氟化鋰配制為20-30％的氟化鋰懸濁液；第三步，將第二步配制得到的氟化鋰懸濁液，滴加到第一步配制得到的透明的氟鋯酸溶液中，配制得到白濁的六氟鋯酸鋰懸濁液；第四步，攪拌加熱第三步制得的六氟鋯酸鋰懸濁液，使六氟鋯酸鋰懸濁液中的水分蒸發濃縮，待懸濁液充分白濁后過濾，用純水洗滌濾餅結晶，然后將結晶放置于PTFE板上加熱烘干，自然冷卻后研磨粉碎，即得到六氟鋯酸鋰粉末。所合成的六氟鋯酸鋰的純度高，當將其應用到含有六氟磷酸鋰的鋰電池電解液中時，明顯增強鋰電池電解液的導電性，從而提高鋰電池的性能。
文檔編號H01M4/58GK103227326SQ20131012795
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月12日 優先權日2013年4月12日
發明者石世昆 申請人:北京石磊乾坤含氟新材料研究院有限責任公司, 石世昆