六氟磷酸镁的制备

背景及概述^[1][2]

六氟磷酸镁用作镁离子电池电解质材料，是制造离子电池的主要原料。离子电池是目前世界公认的理想绿色能源，其体积小、电容量大，已被广泛应用于笔记本电脑、手机、电动自行车、电动工具等便携式电器的主要电源。近年来，离子电池还应用于电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车的能源，应用前景非常广阔。镁离子作为二价离子，每摩尔离子可反应产生两倍于镁离子的电荷量。此外，镁元素地壳丰度排名第八，自然储量均远高于镁。为此镁离子电池有望成为新一代高性能、低成本储能技术。

六氟磷酸镁

应用^[3]

六氟磷酸镁电解质具有众多出色的优点，例如：较好的稳定性；与常规有机溶剂良好的兼容性；在常规有机溶剂中较高的溶解度；由其组成的电解液具有良好的导电性和离子迁移率；不腐蚀集流体；等。基于上述优势六氟磷酸镁及其电解液已被广泛应用于离子电池。相应地，其碱土金属电解质，尤其是六氟磷酸镁及其电解液，对镁离子电池的开发至关重要。

镁离子电池是当今最具前景的储能电池，其比较传统电池具有电容量更大，平均输出电压更高，循环性能、电导性能更好等优势，为当前主流电源产品。广泛应用于电子、信息、计算机、军事、航空航天、动力汽车、电动车等领域。

制备^[2]

方法一：

在一个压力为1MPa磁力搅拌反应釜中，在氮气保护下加入52g氟化镁及122g无水氟化氢，电磁搅拌使之形成氟化镁的氢氟酸溶液，然后加入438g二氯六氟磷酸，搅拌形成悬浊液，反应釜温度为25℃。然后将反应釜的温度的逐渐升高至60℃，反应4小时；反应结束后使得体系自然冷却至室温，然后降温至0℃，并维持2小时，保证结晶析出完全；然后排除未参与反应的氯化氢气体，并过滤干燥得到六氟磷酸镁成品，母液以备回用；最终得到六氟磷酸成品为258.8g，一次性产出率达到84.8％。

方法二：

将干燥脱水后的氟化镁20千克溶解在400千克无水氟化氢中，然后密闭通入110千克五氟化磷气体，在温度为0℃、压力为0.1MPa条件下使其反应制得25％浓度的六氟磷酸镁溶液。

将制得的六氟磷酸镁溶液，维持压力为0.4MPa，在一聚四氟乙烯衬里的气流干燥设备中进行雾化；雾化同时，在干燥器底部先通入气体温度为100℃的热气流；热气流为氮气、氩气等惰性气体，气体水分含量小于0.001％。经过气流干燥后得到游离氟化氢含量0.015％、水分0.0008％、平均粒度为200微米的六氟磷酸镁粉状结晶119千克。将得到的六氟磷酸镁粉状结晶转移通过温度150℃、水分含量小于0.001％的氮气、氩气惰性气体热气流进行干燥；再移至一真空设备中继续进行干燥，真空干燥的温度为40℃，真空度为-0.03MPa。得到符合镁离子电池用电解液使用要求的游离氟化氢含量0.008％六氟磷酸镁电解质118千克。

方法三：

按摩尔比1：0.6称取吡啶：六氟磷酸，吡啶装入带搅拌和加热的反应釜中，加热至45℃，并用氮气置换釜中空气，六氟磷酸溶液以滴加方式加入，反应3小时后，得到吡啶六氟磷酸悬浮液；将悬浮液过滤，滤液返回做反应液，滤渣用乙醇洗涤，洗涤后的乙醇溶液回收利用；得到的吡啶六氟磷酸固体在温度120℃的鼓风干燥箱中干燥4h；称取18g干燥好的吡啶六氟磷酸放入带搅拌反应釜，加入45mL无水乙醇和3mL高纯水，预热至35℃，称取2.96g碳酸镁加入混合，镁交换反应9小时后，热过滤得吡啶六氟磷酸镁溶液；将吡啶六氟磷酸镁溶液浓缩结晶，得到吡啶六氟磷酸镁晶体；将吡啶六氟磷酸镁晶体干燥4小时，除去晶体中残存的乙醇和水，得到的吡啶六氟磷酸镁在惰性环境中保存；将吡啶六氟磷酸镁快速移入分解反应器，氮气置换后封闭设备抽真空。待反应器内压强稳定至1Pa之后，将温度控制至30℃进行加热，反应6小时之后，得到电池级六氟磷酸镁，其纯度为99.97％。

主要参考资料

[1] 邓天龙, 张楠, 高道林, 刘明明, 余晓平, & 郭亚飞等. (2017). 一种高镁锂比卤水提锂的新型共萃体系及其共萃方法.

[2] 李云峰, 闫春生, 罗成果, 贾雪峰, 舒伟峰, & 李凌云等. (2010). 六氟磷酸锂的制备方法.

[3] 沙顺萍. (2005). 锂离子电池电解质材料六氟磷酸锂的制备及性能研究. 青海盐湖研究所知识仓储:2014年之前.