一种二氟草酸硼酸锂及其制备方法和应用与流程

本发明属于电池材料，具体涉及一种二氟草酸硼酸锂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、二氟草酸硼酸锂是一种重要的化合物。其独特的化学结构，使其具备了高离子导电性、更宽泛的宽电化学窗口、良好的化学稳定性、低毒性等优点，使其成为锂离子电池和其他电化学系统中重要的材料。

2、目前，在二氟草酸硼酸锂的制备领域内，研究人员也提出了多种的制备方法。在专利cn113980045b、cn113968877a、cn109836444b、cn111978339a和cn111943969a中描述了利用草酸锂和含硼化合物进行反应，制备二氟草酸硼酸锂；在专利cn107698611b、cn107698611b中描述了一种使用硅烷化合物与草酸反应形成缩合物，再与氟硼酸锂反应制备二氟草酸硼酸锂的制备方法。但是这些制备方法存在一定的缺陷：首先，反应的转化率较低，最终得到的产品纯度不高。其次，这些制备方法所使用的物料成本价格高，不适用于大规模的生产。此外，整个制备过程中工艺流程复杂且副产物较多，增加了工艺的复杂度。

3、综上所述，为了解决现有的二氟草酸硼酸锂的制备方法中产品纯度低、制备工艺复杂，反应条件高、成本高等缺点，亟需设计一种成本低、产率高、产物纯度高且操作简便的二氟草酸硼酸锂的制备方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种二氟草酸硼酸锂及其制备方法和应用。本发明提供了一种操作简单、成本低的二氟草酸硼酸锂的制备方法，该制备方法有效就降低了副产物的含量，大大提高了反应收率；同时减少了生产过程中产品以及物料的损失，节约了成本，降低了工业废弃物对环境造成的污染；并且，本发明制备得到的产品纯度可以达到99.95％以上，收率可以达到98％以上，能够满足工业化生产的需求。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种二氟草酸硼酸锂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、(1)将氟化锂、三氟化硼草酸络合物、催化剂和有机溶剂混合，进行反应，得到反应液；

5、(2)对所述反应液进行多级结晶处理，得到所述二氟草酸硼酸锂。

6、本发明提供了一种操作简单、成本低的二氟草酸硼酸锂的制备方法，该制备方法有效就降低了副产物的含量，大大提高了反应收率；同时减少了生产过程中产品以及物料的损失，节约了成本，降低了工业废弃物对环境造成的污染；并且，本发明制备得到的产品纯度可以达到99.95％以上，收率可以达到98％以上，能够满足工业化生产的需求。

7、需要说明的是，反应过程中所产生的气体可以通过氢氧化钠溶液进行吸收处理。

8、需要说明的是，有机溶剂可以在工业化生产中循环使用，减少损失，节约了成本，同时降低工业废弃物对环境造成的污染。

9、本发明中，催化剂的作用是消耗反应生成的hf，提高反应速率，同时也有利于产品的纯化分离。

10、作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述催化剂包括卤代硅烷和/或卤代硅基化合物。

11、优选地，所述卤代硅烷包括二甲基二氯硅烷、甲基二氯氢硅、甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷、三氯硅烷或四氯硅烷中的任意一种或至少两种的组合。

12、优选地，所述卤代硅基化合物包括三氯化硅、四氯化硅、一甲基二氯化硅或二甲基二氯化硅中的任意一种或至少两种的组合。

13、优选地，步骤(1)所述有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、碳酸甲乙酯或乙腈中的任意一种或至少两种的组合。

14、作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述有机溶剂和氟化锂的质量比为(4～8):1，例如可以是4:1、5:1、6:1、7:1或8:1等。

15、优选地，步骤(1)所述三氟化硼草酸络合物和所述氟化锂的摩尔比为1:(1.01～1.04)，例如可以是1:1.01、1:1.02、1:1.03或1:1.04等。

16、本发明中，若三氟化硼草酸络合物和氟化锂的摩尔比过小，则氟化锂的残留量过多不利于产物的分离纯化；若三氟化硼草酸络合物和氟化锂的摩尔比过大，则反应进行不完全，三氟化硼草酸络合物不能被完全反应掉，加大了产物纯化的难度。

17、优选地，步骤(1)所述催化剂和三氟化硼草酸络合物的摩尔比为(1.01～1.04):1，例如可以是1.01:1、1.02:1、1.03:1或1.04:1等。

18、本发明中，若催化剂和三氟化硼草酸络合物的摩尔比过小，即催化剂的用量过少，则反应中产生的hf不能被完全转化，不利于产物的纯化；若催化剂和三氟化硼草酸络合物的摩尔比过大，即催化剂的用量过多，则过量的催化剂会加大产物的纯化难度。

19、作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述混合的方式包括：

20、(a)将氟化锂、三氟化硼草酸络合物和有机溶剂混合，进行一级反应，得到一级反应液；

21、(b)将所述一级反应液和催化剂混合，进行二级反应，得到二级反应液。

22、本发明中，一级反应可以得到二氟草酸硼酸锂、hf的混合反应液，二级反应可以得到二氟草酸硼酸锂反应液。

23、作为本发明一种优选的技术方案，步骤(a)所述一级反应的温度为40～50℃，例如可以是40℃、42℃、44℃、46℃、48℃或50℃等，时间为3～4h，例如可以是3h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h或4h等。

24、优选地，步骤(b)所述混合的方式包括：将催化剂滴加至一级反应液中。

25、优选地，步骤(b)所述催化剂的滴加速度为1～1.5kg/h，例如可以是1kg/h、1.1kg/h、1.2kg/h、1.3kg/h、1.4kg/h或1.5kg/h等。

26、优选地，步骤(b)所述二级反应的温度为60～80℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等，时间为5～6h，例如可以是5h、5.2h、5.4h、5.6h、5.8h或6h等。

27、本发明中，若二级反应的温度过低，则反应活性较差，反应转化率降低；若二级反应的温度过高，则可能造成催化剂大量挥发，不利于反应的进行。

28、作为本发明一种优选的技术方案，步骤(2)所述多级结晶处理包括一级结晶和二级结晶。

29、优选地，所述一级结晶的温度为-15～5℃，例如可以是-15℃、-10℃、-5℃、0℃或5℃等，时间为2～4h，例如可以是2h、2.5h、3h、3.5h或4h等。

30、优选地，所述二级结晶的步骤包括：

31、将一级结晶得到的粗晶体和结晶溶剂混合，进行重结晶。

32、需要说明的是，结晶溶剂可以在工业化生产中循环使用，减少损失，节约了成本，同时降低工业废弃物对环境造成的污染。

33、优选地，所述结晶溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、碳酸甲乙酯或乙腈中的任意一种或至少两种的组合。

34、优选地，所述结晶溶剂和粗晶体的质量比为(2～4):1，例如可以是2:1、2.5:1、3:1、3.5:1或4:1等。

35、作为本发明一种优选的技术方案，所述多级结晶处理后，还进行后处理的步骤，所述后处理的步骤包括过滤和干燥。

36、优选地，所述干燥的温度为80-120℃，例如可以是80℃、90℃、100℃、110℃或120℃等，时间为4～6h，例如可以是4h、4.5h、5h、5.5h或6h等。

37、作为本发明一种优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：

38、(ⅰ)将氟化锂、三氟化硼草酸络合物和有机溶剂混合，升温至40～50℃进行3～4h的一级反应，得到一级反应液；

39、其中，有机溶剂和氟化锂的质量比为(4～8):1，三氟化硼草酸络合物和氟化锂的摩尔比为1:(1.01～1.04)；

40、(ⅱ)调节所述一级反应液的温度为60～80℃，然后以1～1.5kg/h的滴加速度滴加卤催化剂至一级反应液中，进行5～6h的二级反应，得到二级反应液；

41、其中，催化剂和三氟化硼草酸络合物的摩尔比为(1.01～1.04):1；

42、(ⅲ)将所述二级反应液在-15～5℃的条件下冷却结晶2～4h，压滤后得到粗晶体，然后将所述粗晶体和结晶溶剂混合，进行重结晶，结束后进行压滤和干燥，得到所述二氟草酸硼酸锂；

43、其中，结晶溶剂和粗晶体的质量比为(2～4):1，干燥的温度为80-120℃，时间为4～6h。

44、第二方面，本发明提供一种二氟草酸硼酸锂，所述二氟草酸硼酸锂采用如第一方面所述的制备方法制备得到。

45、第三方面，本发明提供一种电池用电解液，所述电池用电解液中包括如第二方面所述的二氟草酸硼酸锂。

46、本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

47、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

48、本发明提供了一种操作简单、成本低的二氟草酸硼酸锂的制备方法，该制备方法有效就降低了副产物的含量，大大提高了反应收率；同时减少了生产过程中产品以及物料的损失，节约了成本，降低了工业废弃物对环境造成的污染；并且，本发明制备得到的产品纯度可以达到99.95％以上，收率可以达到98％以上，能够满足工业化生产的需求。