一種二氟草酸硼酸鈉的合成方法技術

本發明專利技術公開了一種二氟草酸硼酸鈉的合成方法，屬于電化學領域。該合成方法在硼酸的水溶液中加入氟化鈉、草酸和氟化氫，形成均一的混合水溶液，蒸干得到白色沉淀，然后進行徹底干燥得到粗產品，將得到的粗產品在乙腈或乙醚溶劑中進行萃取，最后將萃取液蒸發結晶得到最終產品二氟草酸硼酸鈉。

【技術實現步驟摘要】
一種二氟草酸硼酸鈉的合成方法
本專利技術涉及一種二氟草酸硼酸鈉的合成方法，屬于電化學領域。
技術介紹
目前發展比較成熟的鋰離子二次電池具有能量密度高，循環壽命長、自放電小等優點，廣泛用作各種便攜電子產品的工作電源（手機、掌上電腦等），并逐漸應用為移動式裝備的動力電池（電動車、潛艇等）。但是，全球鋰資源并不富裕，地殼中豐度僅為0.006%，同時分布不均，成為未來大規模應用的憂患。與鋰資源相比，鈉儲量十分豐富，地殼豐度約為2.64%，海水中也有大量的鈉。同時鈉和鋰為同一主族元素，化學性質相近，且鈉的再循環利用更加成熟廉價，用鈉替代鋰，開發鈉離子二次電池具有廣闊的應用前景。對于鈉離子電池，開發高性能的電解質是非常關鍵的環節，而高性能的鈉鹽又是組成電解質的重要組成部分。目前應用到鈉離子電解質材料中的鈉鹽主要有六氟磷酸鈉和高氯酸鈉，二者對于微量水分的抗性不好，因此電解質材料雖然離子電導率較高，但是穩定性較差，使得電池最終循環性能不良，達不到使用要求。在鋰離子電解質材料中，硼系鋰鹽如雙草酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰對于水分具有較好的抗性，綜合性能優異。制備相應的鈉鹽就具有很高的實用價值。但是，另一方面，直接利用鋰鹽的制備方法去制備鈉鹽時，轉化率很低，這就需要針對特定鈉鹽發展專有的制備工藝。文獻JournalofPowerSources237:104-111.公開了一種基于有機反應物的二副草酸硼酸鈉的合成方法，具體工藝是在乙醚溶液中將草酸鈉與三氟化硼反應后過濾并抽干溶劑，其缺點是采用了昂貴的有機反應物和低沸點的有機溶劑，操作的安全性很難保證，同時較長的回流反應時間使得實驗代價較高。中國專利CN103483367A公開了一種制備二氟草酸硼酸金屬鹽的方法，具體是將含硼化合物和草酸銨鹽化合物進行反應合成二鹵代草酸硼酸銨鹽或二烷氧基草酸硼酸銨鹽，然后與氟化試劑反應制備二氟草酸硼酸銨鹽，所得產物與適量的MxCO3或M(OH)y(M=Li、Na、K、Rb、Cs時，x=2，y=1；M=Mg、Zn時，x=1，y=2)進行反應，得到二氟草酸硼酸金屬鹽，通過重結晶提純后得到高純度的二氟草酸硼酸金屬鹽產品。
技術實現思路
本專利技術旨在提供一種二氟草酸硼酸鈉的合成方法，公開了一種在水溶液中混合實現反應物均勻反應，結合有機溶劑實現活性成分的萃取，最終得到高質量產品的方法。解決了現有技術中存在的成本和轉化率問題，本專利技術提供了一種二氟草酸硼酸鈉的合成方法，首先在硼酸的水溶液中加入氟化鈉、草酸和氟化氫，形成均一的混合水溶液，蒸干得到白色沉淀，然后進行徹底干燥得到粗產品，將得到的粗產品在乙腈或乙醚溶劑中進行萃取，最后將萃取液蒸發結晶得到最終產品二氟草酸硼酸鈉。所述原料的摩爾比為：硼酸：氟化鈉：草酸：氟化氫=1:1:1:1。本專利技術提供的合成方法，工藝步驟為：（1）按照二氟草酸硼酸鈉中各元素的化學計量比，首先在去離子水中加入硼酸，并加熱至70℃~90℃，硼酸的濃度為0.5mol/L，之后加入氟化鈉、氟化氫和草酸，攪拌1-4h；（2）攪拌后蒸發水分，控制溫度為50~95℃，時間為12h~36h，相對真空度為-80kPa~-95kPa，得到粗產品；（3）將得到的粗產品轉移到乙醚或乙腈中，加熱至30℃~80℃，并攪拌1~4h，將有機溶液過濾得到的濾液進行蒸發結晶即得到純度達到99%的的二氟草酸硼酸鈉。整體反應可用以下化學反應方程式來描述：NaF+HF+H3BO3+H2C2O4→NaBF2C2O4+3H2O本專利技術采用均相混合，副產物很少，使得轉化率較其他工藝顯著提高。同時本方法不再使用耗時的回流操作，整體用時顯著縮短。附圖說明圖1為實施例1制備得到的二氟草酸硼酸鈉的紅外光譜圖。圖2為實施例1制備得到的二氟草酸硼酸鈉的熱重曲線圖。圖3為實施例2制備得到的二氟草酸硼酸鈉的XRD譜圖。圖4為實施例2制備得到的二氟草酸硼酸鈉溶解于混合溶劑EC/PC=1:1制備的液態電解液的電導率溫度曲線。圖5為實施例2制備得到的二氟草酸硼酸鈉溶解于混合溶劑EC/PC=1:1制備的液態電解液應用于實驗電池的循環性能曲線。具體實施方式下面通過實施例來進一步說明本專利技術，但不局限于以下實施例。實施例1：（1）選反應器為四氟容器，4L去離子水中加入123.66g硼酸，并加熱至80℃，開始攪拌。（2）加入含兩個結晶水的草酸252.12g，攪拌待完全溶解后加入質量濃度為36%的氫氟酸111.2g，以及氟化鈉83.98g，攪拌反應4h。（3）將水溶液轉移到旋轉蒸發儀中，溫度設為85℃，真空度為-90kPa，蒸干24h，得到白色固體。（4）將得到的白色固體轉移到2L乙醚中，加熱至30度，攪拌2h后過濾。（5）對于得到的濾液在30度條件下蒸發溶劑，得到二氟草酸硼酸鈉約265g，一次轉化率約82.8%，純度約99%。由本實施例制備得到的二氟草酸硼酸鈉的紅外光譜圖見圖1所示，圖中給出二氟草酸硼酸鋰的紅外光譜圖以供參照。圖2為實施例1制備得到的二氟草酸硼酸鈉的熱重曲線圖，說明二氟草酸硼酸鈉在250度以上才開始顯著分解，具有較好的熱穩定性。實施例2：（1）選反應器為四氟容器，2L去離子水中加入92.75g硼酸，并加熱至90℃，開始攪拌。（2）加入質量濃度為36%的氫氟酸83.4g，再加入含兩個結晶水的草酸189.09g，攪拌待完全溶解后，以及氟化鈉62.98g，攪拌反應2h。（3）將水溶液轉移到旋轉蒸發儀中，溫度設為80攝氏度，真空度為-95kPa，蒸干36h，得到白色固體。（4）將得到的白色固體轉移到2L乙腈中，加熱至70度，攪拌4h后過濾。（5）對于得到的濾液在50度條件下蒸發溶劑，得到二氟草酸硼酸鈉約218g，一次轉化率約91.6%，純度約98%。圖3示出了本實施例制備得到的二氟草酸硼酸鈉的XRD譜圖，衍射峰尖銳說明得到了較好的二氟草酸硼酸鈉晶體，且無明顯的雜相峰出現。圖4為本實施例制備得到的二氟草酸硼酸鈉溶解于混合溶劑EC/PC=1:1制備的液態電解液的電導率溫度曲線，可以看到其室溫離子電導率達到10-3S/cm以上，滿足二次電池對于電解液電導率的要求。圖5為本實施例制備得到的二氟草酸硼酸鈉溶解于混合溶劑EC/PC=1:1制備的液態電解液應用于實驗電池的循環性能曲線，可見采用二氟草酸硼酸鈉為電解液鹽的電解液具有優良的電池循環性能。作為一種性能優異的電解液，本專利技術專利提出的二氟草酸硼酸鈉鹽制備的電解液可以用于鈉離子二次電池和超級電容中。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種二氟草酸硼酸鈉的合成方法，其特征在于：首先在硼酸的水溶液中加入氟化鈉、草酸和氟化氫，形成均一的混合水溶液，蒸干得到白色沉淀，然后進行徹底干燥得到粗產品，將得到的粗產品在乙腈或乙醚溶劑中進行萃取，最后將萃取液蒸發結晶得到最終產品二氟草酸硼酸鈉；所述原料的摩爾比為：硼酸：氟化鈉：草酸：氟化氫=1:1:1:1。

【技術特征摘要】
1.一種二氟草酸硼酸鈉的合成方法，其特征在于：首先在硼酸的水溶液中加入氟化鈉、草酸和氟化氫，形成均一的混合水溶液，蒸干得到白色沉淀，然后進行徹底干燥得到粗產品，將得到的粗產品在乙腈或乙醚溶劑中進行萃取，最后將萃取液蒸發結晶得到最終產品二氟草酸硼酸鈉；所述原料的摩爾比為：硼酸：氟化鈉：草酸：氟化氫=1:1:1:1；具體包括以下步驟：（1）按照二氟草酸硼酸鈉中各元素的化學計量比，首先在去...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張鼎，趙翰慶，王瑛，趙成龍，徐守冬，劉世斌，段東紅，李瑜，
申請(專利權)人：太原理工大學，山東玉皇新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：山西;14