Способ получения соединений графита с литием

Способ получения соединений графита с литием

Реферат

 

(19)SU(11)1062186(13)A1(51)  МПК ⁵    _C01B31/00(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ ГРАФИТА С ЛИТИЕМ

Изобретение относится к получению соединений внедрения графита с щелочными металлами, в частности с литием, которые могут быть использованы для изготовления высокопроводных материалов, химических источников тока, катализаторов полимеризации. При этом при большем содержании лития в соединении каталитическая активность катализатора повышается. Известен способ получения соединения графита с литием, включающий обработку порошка природного графита раствором лития в смеси тетрагидрофурана и нафталина в течение 12 ч в среде инертного газа при атмосферном давлении [1] . Недостаток способа заключается в низком содержании лития в образующихся соединениях внедрения (от LiC₁₆ до LiС₄₀) и большой длительности процесса. Кроме того, тетрагидрофуран также внедряется между графитовыми слоями. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, который заключается в обработке графита расплавленным литием при 345-355^оС в среде аргона при атмосферном давлении в течение 2-8 ч [2] . Однако содержание лития в образующемся соединении является сравнительно низким, а длительность процесса высокой. Цель изобретения состоит в повышении содержания лития в соединении и сокращении длительности процесса. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения соединений графита с литием обработку ведут под давлением 2,5-10 ГПа. Кроме того, обработку ведут при 130-400^оС. Обработка под давлением менее 2,5 ГПа не приводит к заметному увеличению содержания лития в соединении по сравнению с известными способами, а под давлением выше 10 ГПа дальнейшего увеличения содержания лития не наблюдается. Проведения обработки при температуре менее 130^оС не приводит к заметному увеличению содержания лития, а при температуре более 400^оС начинает образовываться не соединение внедрения, а карбид лития (Li₂С₂). П р и м е р. 0,120 г порошка графита марки МГОСЧ фракции 50 - 100 мкм смешивают с 0,0351 г измельченного металлического лития (массовое отношение графит/литий равно 3,4/1, атомное - 2/1) фракции 100-300 мкм. Используют металлический литий (ГОСТ 8774-58), дополнительно очищенный перегонкой в вакууме при 600^оС. Смесь прессуют в таблетку диаметром 6 мм и помещают в самоуплотняющуюся ампулу из нержавеющей стали. Все операции проводят в атмосфере аргона. Ампулу помещают в камеру высокого давления типа "наковальни с лункой" и с помощью 500-тонного пресса создают давление 6,0 ГПа. Камеру нагревают до 300^оС со скоростью 10-12 град/мин, после 10-минутной выдержки прекращают нагрев, снижают давление в камере до атмосферного и извлекают ампулу из камеры высокого давления. Получают монолитный продукт золотисто-желтого цвета с металлическим блеском. Выход соединения составляет 97% и определяется только полнотой извлечения продукта из ампулы. Проведенный химический анализ полученного соединения показывает содержание лития 22,5 мас. % , графита 77,5 мас. % . Рентгенофазный анализ показывает наличие только соединения графита l ступени с периодом идентичности вдоль оси С 3,7 , линии графита и лития на дифрактограммах отсутствуют. Формула полученного соединения С₂Li. Плотность, определенная пикнометрически в гептане, 2,56 г/см³. С помощью дифференциально-сканирующего кaлориметра ДАК-1-1А установлено, что при 155-165^оС С₂Li разлагается на С₃Li и металлический литий. В таблице представлены результаты получения других соединений графита с литием и их характеристика. Во всех случаях образуются однофазные продукты без примеси графита и металлического лития, представляющие соединения графита с литием I ступени, толщина заполненного слоя (расстояние между графитовыми сетками) для всех соединений не меняется и составляет 3,7 А. Соединения С₃Li и менее богатые литием (С₄Li и т. д) устойчивы по крайней мере до 200^оС. Выход продуктов во всех случаях составляет 95-98% и определяется только полнотой извлечения продуктов из ампулы. Соединений, содержащих большее количество лития, чем в С₂Li (22,5 мас. % лития), в указанном интервале давлений и температур (2,5-10 ГПа, 130 - 400^оС) получить не удается. При атомном отношении графит - литий < 2 образуется смесь С₂Li и металлического лития. В этом случае на дифрактограммах имеются линии металлического лития. Кроме того, дифференциально-термический анализ, проведенный при высоких давлениях и температурах (в условиях синтеза соединений) показывает при охлаждении наличие пика, связанного с кристаллизацией непрореагировавшего металлического лития. В случаях, когда отношение графит/литий 2, на ДТА-граммах отсутствуют пики кристаллизации лития. Из таблицы видно, что использование изобретения позволяет увеличить содержание лития в 1,4 2,5 раза, что соответственно обеспечивает повышение каталитической активности соединения; сократить длительность процесса в 2,5-16 раз. (56) Патент Франции N 1402947, кл. С 01 В, 1965. Basu S, et al. Syntheis and properties of lithium-graphite intercalation compounds. - "Materials science and engineering". 1979, 38, N 3, р. 275-283 (прототип).

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ ГРАФИТА С ЛИТИЕМ, включающий обработку графита литием при повышенной температуре, отличающийся тем, что, с целью повышения содержания лития в соединении и сокращения длительности процесса, обработку ведут под давлением 2,5 - 10 ГПа. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку ведут при 130 - 400^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1