CN110980668A - 一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法 - Google Patents

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曹红梅
姚刚
商洪涛
户帅帅
张雷
李丹丹
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罗文键
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Abstract

本发明涉及一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，属于氟化学合成领域。保护气体保护下，将双氟磺酰亚胺与惰性溶剂混合，静置分层后，将锂单质置于溶剂层中反应，反应结束后过滤，得到的固体烘干得到一种双氟磺酰亚胺锂。反应中采用惰性溶剂，有效降低反应速率，所述制备方法收率高，产品纯度高，能满足大规模应用的产量和质量上的需求。

Description

一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，属于氟化学合成领域。
背景技术
双氟磺酰亚胺锂因其导电率适宜、热稳定性高、发生副反应概率小成为一种有广泛应用前景的电解质物质，在锂电池领域尤其突出。双氟磺酰亚胺锂由于其良好的电化学和化学性能在离子液体和抗静电剂领域展示出重要的产业化应用价值。
双氟磺酰亚胺锂合成方法报道有双氟磺酰亚胺铵盐或碱金属盐与锂盐交换法(氟磺酰亚胺碱金属盐和离子液体：合成、表征以及在锂离子电池中的应用、CN201280010507.4、CN 201310002647.3等)，双氯磺酰亚胺锂氟化法(CN 201310511620.7、CN201210331995.0等)，以及双氟磺酰亚胺与锂盐反应法。其中第三种方法受到较多关注。
双氟磺酰亚胺与锂盐反应成盐，目前成盐试剂主要采用碱性盐(CN201510261089.1、CN 201280010511.0等)、无水盐(CN 201410112056.6、CN201410673417.4等)和有机盐(CN 201711025082.5、CN 201710680013.1等)三类。碱性盐成盐过程有水存在使其副产物多，水份去除困难。卤代盐存在卤离子大量存留杂质超标的问题。有机盐则存在原料成本高，收率低等问题。
综上所述，现有技术中报道的制备方法存在生产工艺流程长、杂质含量高、产品收率低、工艺危险高以及制造成本高等问题，所述问题若未解决，将阻碍双氟磺酰亚胺锂盐的大规模应用，尤其是阻碍其成为锂离子电池、超级电容器等新能源中的重要电解质材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法。所述利用金属锂的低密度特性，选择惰性溶剂使金属锂(漂浮在惰性溶剂上方)和双氟磺酰亚胺(在惰性溶剂下方)脱离直接接触，双氟磺酰亚胺在惰性溶剂层中扩散并以一定浓度梯度穿越惰性溶剂层与金属锂反应生成双氟磺酰亚胺锂。所述制备方法操作简单，安全性好，制备得到的产品纯度高，收率高。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，所述方法步骤如下：
保护气体保护下，将双氟磺酰亚胺与惰性溶剂混合，静置分层后，将锂单质置于溶剂层中反应，反应结束后过滤，得到的固体烘干得到一种双氟磺酰亚胺锂；
其中，所述双氟磺酰亚胺的纯度为99％以上；
所述锂单质为颗粒或薄片；
所述双氟磺酰亚胺与锂单质的摩尔比为1.01～10:1；
所述反应温度为-10℃～60℃；
所述反应时间为1h～120h；
所述惰性溶剂为苯、甲苯、正己烷、环己烷、环戊烷或正戊烷；
所述双氟磺酰亚胺与惰性溶剂的质量比1:0.1～50；
所述保护气体为氮气和惰性气体中的一种以上。
优选的，所述双氟磺酰亚胺与锂单质摩尔比为1.1～5:1。
优选的，所述双氟磺酰亚胺与锂单质摩尔比为1.5～2:1。
优选的，所述反应温度为10℃～40℃。
优选的，所述反应温度为25℃～30℃。
优选的，所述反应时间为8h～60h。
优选的，所述反应时间为24h～48h。
优选的，所述双氟磺酰亚胺与溶剂的质量比1:0.5～20。
优选的，所述双氟磺酰亚胺与溶剂的质量比1:1～5。
优选的，所述惰性溶剂为苯、甲苯或环己烷。
有益效果
(1)成盐反应过程使用金属锂单质成盐，避免引入水分和阴离子，后处理工序少，分离简单，产品中残留杂质含量容易控制，有利于提高产品品质；
(2)反应中采用惰性溶剂，有效降低反应速率，使得反应可控，安全性显著提高；
(3)反应完成后无需溶剂清洗，节约成本和资源；
(4)成盐反应过程无需过高温度，可提高产品生产过程中的稳定性，减少资源能源浪费；
(5)所述制备方法收率高，产品纯度高，能满足大规模应用的产量和质量上的需求。
具体实施方式
以下，通过部分非限定性的具体实施例子用于更详细地说明本发明，但是，本发明不限定于以下的实施例，实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理；也就是说，以下所述仅仅是本发明的一部分优选实施例子，不能以此来限定本发明的权利范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明精神、原理和范围的前提下，本发明还可作出各种变化、改进和润饰，这些改进的额外特征可以单独或者以任意组合形式存在，这些变化、改进和润饰也应视为本发明要求保护的发明范围之内。
实施例中双氟磺酰亚胺的化学式为HN(SO2F)2，简称HFSI。双氟磺酰亚胺锂的化学式为LiN(SO2F)2，简称LiFSI。
实施例中的产率的计算，根据实际产物的摩尔数与理论产物的摩尔数的比值进行计算，当一种反应原料过量时，以不足量的原料进行理论产物的摩尔数计算，以下同。
在实施例中的对双氟磺酰亚胺锂的测试，具体情况如下：
主产品的纯度使用差量法计算；
水分含量的测试使用卡尔费休水分仪进行测定；
氯离子含量使用紫外可见光谱比色分析进行测定；
氟离子含量使用氟离子电极进行测定；
钠离子含量和钾离子含量使用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行测定。
实施例1
氩气保护下，双氟磺酰亚胺271.7g与环己烷271.7g置于1000mL烧瓶中，混合后静置30min，25℃下将金属锂颗粒6.94g放入溶剂层中，反应36h，过滤取固体，氩气保护下烘干即得双氟磺酰亚胺锂183.4g，产率98％，经检验纯度≥99.99％，其中氯离子含量<0.1ppm，氟离子含量＜0.4ppm，水份含量＜10ppm，钠离子含量＜1ppm，钾离子含量＜1ppm。
将所述终产物溶于溶剂CD3CN中，然后进行核磁氟谱测试，核磁氟谱结果显示在51.1ppm处出现信号峰，表明所述终产物为双氟磺酰亚胺锂。
实施例2
氩气保护下，双氟磺酰亚胺362.3g与环戊烷1087g置于2000mL烧瓶中，混合后静置30min，30℃下将金属锂薄片6.94g放入溶剂层中，反应8h，过滤取固体，氩气保护下烘干即得双氟磺酰亚胺锂177.7g，产率95％，经检验纯度≥99.99％，其中氯离子含量<0.1ppm，氟离子含量＜0.4ppm，水份含量＜10ppm，钠离子含量＜1ppm，钾离子含量＜1ppm。
将所述终产物溶于溶剂CD3CN中，然后进行核磁氟谱测试，核磁氟谱结果显示在51.1ppm处出现信号峰，表明所述终产物为双氟磺酰亚胺锂。
实施例3
氮气保护下，双氟磺酰亚胺308.0g与苯923.8g置于2000mL烧瓶中，混合后静置30min，20℃下将金属锂颗粒6.94g放入溶剂层中，反应24h，过滤取固体，氮气保护下烘干即得双氟磺酰亚胺锂180g，产率96.5％，经检验纯度≥99.91％，其中氯离子含量<0.1ppm，氟离子含量＜0.4ppm，水份含量＜10ppm，钠离子含量＜1ppm，钾离子含量＜1ppm。
将所述终产物溶于溶剂CD3CN中，然后进行核磁氟谱测试，核磁氟谱结果显示在51.1ppm处出现信号峰，表明所述终产物为双氟磺酰亚胺锂。

Claims (10)

1.一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
保护气体保护下，将双氟磺酰亚胺与惰性溶剂混合，静置分层后，将锂单质置于溶剂层中反应，反应结束后过滤，得到的固体烘干得到一种双氟磺酰亚胺锂；
其中，所述双氟磺酰亚胺的纯度为99％以上；
所述锂单质为颗粒或薄片；
所述双氟磺酰亚胺与锂单质的摩尔比为1.01～10:1；
所述反应温度为-10℃～60℃；
所述反应时间为1h～120h；
所述惰性溶剂为苯、甲苯、正己烷、环己烷、环戊烷或正戊烷；
所述双氟磺酰亚胺与惰性溶剂的质量比1:0.1～50；
所述保护气体为氮气和惰性气体中的一种以上。
2.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：所述双氟磺酰亚胺与锂单质摩尔比为1.1～5:1。
3.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：所述双氟磺酰亚胺与锂单质摩尔比为1.5～2:1。
4.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：所述反应温度为10℃～40℃。
5.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：所述反应温度为25℃～30℃。
6.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：所述反应时间为8h～60h。
7.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：所述反应时间为24h～48h。
8.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：所述双氟磺酰亚胺与溶剂的质量比1:0.5～20。
9.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：所述双氟磺酰亚胺与溶剂的质量比1:1～5。
10.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：所述的惰性溶剂为苯、甲苯或环己烷。
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