Соли металлов первой группы с объемным трис(пентафторэтил)трифторфосфат анионом (FAP-3-анионом, [(C2F5)3PF3]-) перспективны в качестве проводящих солей электролитов и модифицирующих добавок для составных компонентов ионных аккумуляторов, а также источников разветвленного перфторэтилзамещенного фторфосфорного аниона. В работе обсуждаются основы технология получения перфторированных солей щелочных металлов реакцией карбоната или гидрокарбоната одновалентного металла (Li, Na, K, Rb, Cs) и трис(пентафторэтил)трифторфосфорной кислоты (HFAP-3, H+[PF3(C2F5)3]-), полученной обработкой исходного трис(пентафторэтил)дифторфосфорана ((C2F5)3PF2) плавиковой кислотой (HF) в одном реакторе. Главными отличиями предлагаемой технологии от описанных ранее, является отсутствие необходимости использования растворителя и однореакторный характер процесса, что упрощает и удешевляет процедуру производства. В статье обсуждаются способы оптимизации процесса, приведены оптимальные температурные и временные характеристики, при которых выход реакции является максимальным. Спектральные характеристики продуктов реакции были исследованы с использованием метода ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). Обнаружено, что в смеси наряду с целевыми продуктами присутствуют побочные вещества, структура которых была определена методом ЯМР ядер 19F и 31P, а для бис(пентафторэтил)фосфината и пентафторэтилфосфоната лития, также методом рентгеноструктурного анализа (РСА). На основе проведённых исследований предложена оптимизированная лабораторная технология получения солей, предложены принципиальная и технологическая схемы процесса, составлена режимная карта процесса, проведён расчёт прямых производственных затрат (ППЗ). Показано, что производство перфторированных солей по однореакторной технологии с использованием карбонатов и гидрокарбонатов, в среднем более экономически рентабельно, чем по традиционному способу, где используются фториды металлов первой группы.
Alkali metal salts with the bulky tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate anion (FAP-3 anion, [(C2F5)3PF3]-) are promising as conductive salts in electrolytes and as modifying additives for the components of ion batteries, as well as sources of the most branched perfluoroethyl-substituted fluorophosphoric anion. This work discusses the fundamentals of the technology for producing perfluorinated alkali metal salts through the one-pot reaction of the carbonate or bicarbonate of a monovalent metal (Li, Na, K, Rb, Cs) with tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphoric acid (HFAP-3, H+[PF3(C2F5)3]-), obtained by treating the starting tris(pentafluoroethyl)difluorophosphorane ((C2F5)3PF2) with hydrofluoric acid (HF). The main differences between the proposed technology and those described earlier are the absence of the need for a solvent and the single-reactor nature of the process, which simplifies and reduces the cost of production. The article discusses ways to optimize the process and presents the optimal temperature and time characteristics for maximum reaction yield. The spectral characteristics of the reaction products were studied using nuclear magnetic resonance (NMR). It was found that, in addition to the target products, the mixture contains by-products, the structures of which were determined using 19F and 31P NMR, and for bis(pentafluoroethyl)phosphinate and pentafluoroethylphosphonate lithium, also using X-ray structural analysis (XRD). Based on the conducted studies, an optimized laboratory technology for producing these salts is proposed, along with the principal and technological process schemes and a process flow diagram. Direct production costs (DPC) were calculated. It is shown that the production of perfluorinated salts using single-reactor technology with carbonates and bicarbonates is, on average, more economically feasible than the traditional method using alkali metal fluorides.