科创中国

行业领域

电子信息技术,微电子技术,新型电子元器件

需求背景

碘化锂，分子式 LiI，易溶于水、甲醇、乙醇、丙酮，融化时对玻璃和陶瓷有腐蚀性；碘化锂固体易潮解，产物多以三水合碘化锂存在。三水合碘化锂不稳定，光照或置于空气中易被氧化而呈黄色（单质碘）。三水合碘化锂在 70.5℃时溶于结晶水，75-80℃失水变成二水合物，80-120℃失水变成一水合物，300℃以上失水成为无水碘化锂。新型锂离子电池关键材料无水碘化锂常用于照相工业和制药工业中及合成相关人工晶体，以及烃类的催化脱氢反应，主要作为一种新型的电解质锂盐添加剂，是电解液添加剂中不可或缺的产品。由于碘化锂容易潮解和被氧化的特点，制备无水碘化锂通常步骤复杂，较为困难，因此目前国内该产品相应的工艺技术大多停留在实验室研发阶段，并且无法工业化生产，只能小量实验室生产，大多依赖进口。

根据目前已有专利和文献，无水碘化锂的制备方法有如下几种。

1、三水合碘化锂真空加热脱水制备无水碘化锂

往碳酸锂或氢氧化锂水溶液中加入 45％氢碘酸进行反应，在溶液 pH 值为 3 左右条件下将反应溶液保持沸腾约半小时，然后用氢氧化锂调节 pH 值至 7～8。溶液过滤除去不溶物，再蒸发、冷却结晶、固液分离，得到三水合碘化锂，最后在真空条件下 300℃脱水干燥制得无水碘化锂。

Li2CO3 + 2HI + 5H2O → 2LiI·3H2O + CO2

LiI·3H2O → LiI + 3H2O (真空干燥脱水) 

2、碘化氢-氢气干燥制备无水碘化锂

先采用溶液方法制备三水合碘化锂，再将三水合碘化锂在碘化氢气氛中干燥脱水成固体粉末，然后升温至熔融状态，并在熔融盐表面通以干燥的氢气，制备得到无水碘化锂。

3、非水溶剂中反应制备无水碘化锂

a）无水氯化锂与碘化钠在丙酮反应生成氯化钠沉淀，过滤，然后重结晶制备无水碘化锂。

LiCl + NaI → LiI + NaCl (氯化钠析出) 

b）氢化锂与碘在乙醚中反应得到无水碘化锂。

LiH + I2 → LiI + HI

c）金属锂与碘化铵在液氨中反应得到无水碘化锂。

2Li + 2NH4I → 2LiI + 2NH3 + H2

4、有机溶剂中除水剂制备无水碘化锂

先将三水合碘化锂在真空干燥箱内180℃下干燥，所得固体溶解在有机溶剂中，然后加入含锂除水剂（氢化锂等），80℃下反应数小时，得到含无水碘化锂的有机溶液。过滤除去不溶物，再除去有机溶剂，得到无水碘化锂。

需解决的主要技术难题

技术痛点问题：

制备新型锂离子电池关键材料无水碘化锂的方法根据以上所述，总结为以下两种：

（1）采用三水碘化锂脱氧干燥方法制备。该工艺耗时长，就烘干过程而言，至少需要30个小时以上，水分含量达不到要求，且对腐蚀设备不能进行工业化生产。碘化锂在干燥过程中，在150℃左右会除去大部分的结晶水，但是其余的结晶水不容易除去即使在大幅提高温度的情况下，这是由于碘化锂在高于150℃下会发生分解，为了抑制碘化锂在高温下的分解，在碘化锂干燥时通HI等气体来抑制分解，因而通过此技术得到的无水碘化锂过程复杂、产量低、价格昂贵等。

（2）采用有机溶剂中的除水剂制备无水碘化锂。首先需将水、单质碘粒和过量铁粉混合后在 20 ～ 50℃条件下搅拌反应 5 ～ 8h，然后加入过量氢氧化锂搅拌反应 4 ～ 7h，固液分离，所得液相经浓缩、干燥后得到含结晶水的碘化锂固体材料。将含结晶水的碘化锂固体材料溶于有机溶剂中，在20-80℃处理1-200h后，在催化还原电极和金属锂电极作用下进行恒电压电解，至总功率输出不大于 160 毫瓦完成电解，电解结束后过滤电解液、滤液除去有机溶剂得到无水碘化锂。该工艺中提取碘化锂固体材料及有机溶剂除水耗时长，时间成本高，过程复杂，使用有机溶剂，成品中存在残留杂质，提纯困难且纯度不高，无法满足新能源材料对高端无水碘化锂的需求。同时，有机溶液若产生蒸气，对环境及人体具有较大的污染和危害性。

技术解决的价值意义：

随着电子信息技术的不断进步，消费电子产品不断向多样化、小型化、高功率化的趋势发展，对电池各方面的性能要求也在快速提升，要求电池能量密度大、功率密度高、价格适宜、使用方便、自放电率低、储存寿命长，特别是对电池的能量密度和功率密度提出了越来越高的要求。碘化锂是一种重要的化学试剂，在有机合成化学中作为催化剂具有收率高、反应稳定、选择性高等优点受到化学界的重视。而电池级无水碘化锂作为电池的电解质，是一种高附加值产品，现在广泛应用于心脏起搏器的电源材料，其具有高能量、低损耗、寿命长和密封性能好、能防止液体流入等优点。

本项目需解决无水碘化锂干燥过程中因固体熔融、包裹等因素对脱水效果的影响；解决无水碘化锂脱水过程中对生产设备的腐蚀问题；解决无水碘化锂容易潮解、被氧化对成品包装储存的影响，解决无水碘化锂生产过程中容易结块的问题；解决无水碘化锂生产过程中需要高温、避光、隔绝空气的问题；进一步优化工艺，达成设备与工艺条件之间的匹配，正常连续生产无水碘化锂。

本项目拟开发出一套制备工艺方法简单、制备过程中不易高温氧化、整个合成过程减少使用或不使用有机溶剂，无毒，绿色环保、易于规模化工业生产、无环境污染、原料廉价易得的无水碘化锂制备生产工艺。

期望实现的主要技术目标

产品目标：

新型锂离子电池关键材料无水碘化锂生产工艺的研发，将实现以下产品目标：

（1）获得最佳制备工艺。项目以三水合碘化锂为原料，通过研发新的工艺技术，在制备无水碘化锂全过程中减少使用或不使用有机溶剂等锂化物，在整个生产制备过程中无复杂工艺操作和相应设备，使得整个脱水的工艺流程和技术参数达到最佳。

    （2）实现产品工业化生产。近年来，碘化锂的市场需求量增大，国内该产品相应的工艺技术大多停留在实验室研发阶段，通过锂离子电池关键材料无水碘化锂项目，符合国家安全生产标准，达到最佳的制备技术，可实现无水碘化锂工业化生产，满足国内高端新材料对无水碘化锂的要求，降低该产品对国外进口的依赖性。

（3）降低产品生产成本。随着无水碘化锂实现工业化、标准化生产，生产效率提升，制造费用下降，最终降低该产品生产成本。

参数要求：

技术参数要求：LiI≥99.9%、Na≤0.001%、K≤0.001%、Fe≤0.001%、Ca≤0.001%、Mg≤0.0005%、Pb≤0.0005%、Cl－≤0.002%、SO42-≤0.008%、H2O≤0.05%。

专利要求：关于碘化锂技术，现公司已获得授权发明专利“一种无水碘化锂的水分检测方法”、实用新型专利“一种三水碘化锂制备专用蒸发器皿”。在本项目技术开发过程中，还将申请发明类专利一项以上。

处理进度