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中国六氟磷酸锂市场供需现状分析及预测
六氟磷酸锂(LiPF6)是制造锂离子电池电解质的主要原料,由于其具有良好的离子导电率和电化学稳定性,是目前最常用的电解质锂盐,主要用于锂离子储能电池及其它日用电池,开发利用前景广阔。目前,六氟磷酸锂的生产方法主要有氟化氢溶剂法和有机溶剂法等。其中氟化氢溶剂法是工业上生产六氟磷酸锂的主要方法。
锂离子电池由正极、负极、电解液、隔膜等四大材料构成,其中电解液成本占比约5%-10%,是锂离子电池主要关键原材料之一。锂电池电解液由锂盐、溶剂等合成,其中锂盐目前有六氟磷酸锂(分子式LiPF6,简写成6F)、四氟硼酸锂等,六氟磷酸锂是目前全球商业化程度最高的锂盐,使用量最多,主要用于锂电池。一般而言,六氟磷酸锂与溶剂(包括添加剂)的用量配比为1:7,用于生产电解液,六氟磷酸锂成本占电解液成本约40%-70%,随着价格波动较大。2016年由于六氟磷酸锂供不应求,价格快速上涨,导致成本结构发生较大变化,6F成本占比达到约70%。
六氟磷酸锂(6F)生产工艺及成本构成
六氟磷酸锂合成工艺主要有气-固反应法、氢氟酸溶剂法、有机溶剂法、离子交换法等,目前大规模工业生产主要采用氢氟酸溶剂法。
气-固反应法:美国科学家早在1950年就提出气-固反应法,该方法是将经过处理的过孔LiF固体与PF5气体直接反应,生成LiPF6,该反应在高温高压下进行,未使用任何溶剂,该方法的优点是反应步骤少,操作简单。缺点是反应过程中需要使用干燥惰性气体进行保护,因此对反应容器的密封性要求高,反应只是在固体表面进行,LiF转化效率低,最终剩余大量未有反应的LiF,分离纯化较为复杂,很难得到高纯度的产品。目前该方法没有在大规模的工业化生产,部分实验室有使用。
氢氟酸溶剂法:是将卤化锂溶解在无水氟化氢中,再通入高纯PF5气体进行反应,生成六氟磷酸锂晶体,再经过分离、干燥得到六氟磷酸锂产品。反应化学式如下:5HF+产六氟磷酸锂的主要方法之一。
有机溶剂法:有机溶剂使用的有机溶剂主要有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)等。该方法将LiF固体悬浮于有机溶剂中,然后通入纯化后的PF5气体。反应生成的LiPF5直接溶解在有机溶剂中,所得溶液可直接用作锂离子电池的电解
液。该方法避免了使用氟化氢,生产过程中不会污染到产品,同时降低危险性,操作相对安全,降低了对设备的防腐要求;反应速度快,产品纯度高,所得电解液也可直接用于锂离子电池,产率较高。工艺相对简单工况条件温和,装备投资少,生产过程中无污染无产生。缺点是反应原料会和部分有机溶剂发生聚合、分解等反应,很难获得高纯度产品,适用于制备六氟磷酸锂液体溶剂产品。
离子交换法:是将六氟磷酸盐与含锂化合物在有机溶剂中发生离子交换反应,得到六氟磷酸锂的方法。根据六氟磷酸锂理化特性,六氟磷酸锂产品要尽量避免受热,以免不稳定,受热分解,且遇水易吸潮分解,生产六氟磷酸锂时均应尽量在无水的环境中进行,原料进行无水处理。该方法所制备的产品纯度不高,六氟磷酸锂比较容易吸水,必须使用安全无水的溶剂,对溶剂的要求高,相对的原料成本也较高。
不同的六氟磷酸锂制备方法及优缺点
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