鎂離子電池電解質材料
六氟磷酸鎂的制備
六氟磷酸鎂用作鎂離子電池電解質材料,是制造離子電池的主要原料。離子電池是目前世界公認的理想綠色能源,其體積小、電容量大,已被廣泛應用于筆記本電腦、手機、電動自行車、電動工具等便攜式電器的主要電源。近年來,離子電池還應用于電動汽車、混合動力汽車等新能源汽車的能源,應用前景非常廣闊。鎂離子作為二價離子,每摩爾離子可反應產生兩倍于鎂離子的電荷量。此外,鎂元素地殼豐度排名第八,自然儲量均遠高于鎂。為此鎂離子電池有望成為新一代高性能、低成本儲能技術。

六氟磷酸鎂
應用[3]
六氟磷酸鎂電解質具有眾多出色的優點,例如:較好的穩定性;與常規有機溶劑良好的兼容性;在常規有機溶劑中較高的溶解度;由其組成的電解液具有良好的導電性和離子遷移率;不腐蝕集流體;等。基于上述優勢六氟磷酸鎂及其電解液已被廣泛應用于離子電池。相應地,其堿土金屬電解質,尤其是六氟磷酸鎂及其電解液,對鎂離子電池的開發至關重要。
鎂離子電池是當今最具前景的儲能電池,其比較傳統電池具有電容量更大,平均輸出電壓更高,循環性能、電導性能更好等優勢,為當前主流電源產品。廣泛應用于電子、信息、計算機、軍事、航空航天、動力汽車、電動車等領域。
制備[2]
方法一:
在一個壓力為1MPa磁力攪拌反應釜中,在氮氣保護下加入52g氟化鎂及122g無水氟化氫,電磁攪拌使之形成氟化鎂的氫氟酸溶液,然后加入438g二氯六氟磷酸,攪拌形成懸濁液,反應釜溫度為25℃。然后將反應釜的溫度的逐漸升高至60℃,反應4小時;反應結束后使得體系自然冷卻至室溫,然后降溫至0℃,并維持2小時,保證結晶析出完全;然后排除未參與反應的氯化氫氣體,并過濾干燥得到六氟磷酸鎂成品,母液以備回用;最終得到六氟磷酸成品為258.8g,一次性產出率達到84.8%。
方法二:
將干燥脫水后的氟化鎂20千克溶解在400千克無水氟化氫中,然后密閉通入110千克五氟化磷氣體,在溫度為0℃、壓力為0.1MPa條件下使其反應制得25%濃度的六氟磷酸鎂溶液。
將制得的六氟磷酸鎂溶液,維持壓力為0.4MPa,在一聚四氟乙烯襯里的氣流干燥設備中進行霧化;霧化同時,在干燥器底部先通入氣體溫度為100℃的熱氣流;熱氣流為氮氣、氬氣等惰性氣體,氣體水分含量小于0.001%。經過氣流干燥后得到游離氟化氫含量0.015%、水分0.0008%、平均粒度為200微米的六氟磷酸鎂粉狀結晶119千克。將得到的六氟磷酸鎂粉狀結晶轉移通過溫度150℃、水分含量小于0.001%的氮氣、氬氣惰性氣體熱氣流進行干燥;再移至一真空設備中繼續進行干燥,真空干燥的溫度為40℃,真空度為-0.03MPa。得到符合鎂離子電池用電解液使用要求的游離氟化氫含量0.008%六氟磷酸鎂電解質118千克。
方法三:
按摩爾比1:0.6稱取吡啶:六氟磷酸,吡啶裝入帶攪拌和加熱的反應釜中,加熱至45℃,并用氮氣置換釜中空氣,六氟磷酸溶液以滴加方式加入,反應3小時后,得到吡啶六氟磷酸懸浮液;將懸浮液過濾,濾液返回做反應液,濾渣用乙醇洗滌,洗滌后的乙醇溶液回收利用;得到的吡啶六氟磷酸固體在溫度120℃的鼓風干燥箱中干燥4h;稱取18g干燥好的吡啶六氟磷酸放入帶攪拌反應釜,加入45mL無水乙醇和3mL高純水,預熱至35℃,稱取2.96g碳酸鎂加入混合,鎂交換反應9小時后,熱過濾得吡啶六氟磷酸鎂溶液;將吡啶六氟磷酸鎂溶液濃縮結晶,得到吡啶六氟磷酸鎂晶體;將吡啶六氟磷酸鎂晶體干燥4小時,除去晶體中殘存的乙醇和水,得到的吡啶六氟磷酸鎂在惰性環境中保存;將吡啶六氟磷酸鎂快速移入分解反應器,氮氣置換后封閉設備抽真空。待反應器內壓強穩定至1Pa之后,將溫度控制至30℃進行加熱,反應6小時之后,得到電池級六氟磷酸鎂,其純度為99.97%。
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