CN112320772A - 一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，该制备方法具体步骤如下：步骤一、由氯磺酰异氰酸酯与氯磺酸作为反应原料，进行滴加反应5小时，再保温反应10小时，制得双氯磺酰亚胺；步骤二、将双氯磺酰亚胺作为反应原料投入四氟反应瓶中，与无水氟化氢在催化剂作用下进行反应，反应20h后生成双氟磺酰亚胺；步骤三、将双氟磺酰亚胺投入反应瓶中，在催化剂的作用下与氢氧化锂或碳酸锂反应，得到含有双氟磺酰亚胺锂产物。本发明制备方法操作简单，易于控制，环境污染小，同时，利用惰性气体作为反应环境、低温干燥除水，避免双氟磺酰亚胺以及最终产品双氟磺酰亚胺锂与空气中水反应，从而保证产品的品质，适于双氟磺酰亚胺锂的工业化生产。

Description

一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法

技术领域

本发明属于双氟磺酰亚胺锂领域，特别涉及一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法。

背景技术

双氟磺酰亚胺锂(简称LiFSI)作为一种重要的锂离子电池电解液添加剂，具有电化学稳定性好、耐水解性好以及电导率高等特点，可以在电解液中普遍使用，尤其在动力电池中，可改善动力电池的循环性能以及倍率性能。双氟磺酰亚胺锂是使用于锂电池电解液中的新型电解质锂盐，对环境友好，且安全性能好，具备了产业化应用的基本条件。与传统的锂盐六氟磷酸锂相比，双氟磺酰亚胺锂中锂离子更加容易解离，因此具有更高的电导率；双氟磺酰亚胺锂分解温度高于200℃，热稳定性和安全性能明显优于锂盐六氟磷酸锂；另外在改善高温存储、低温放电等性能方面也有独特效果，且具有与电极良好的相容性等优良特性，因此，双氟磺酰亚胺锂在锂离子电池中是一个具有良好前景的电解质。

双氟磺酰亚胺锂不同于传统意义的材料，作为锂离子二次电池电解质，需要满足高纯度、无水等苛刻要求；尤其是水分引入后，通过升温带水、干燥除水直至分解都很难彻底除去，即使能除去也需损失较大的收率。目前，国内外报道的双氟磺酰亚胺锂制备技术主要包括以下几种:

1)先合成双氯磺酰亚胺，然后与氟化铵反应得到二(氟磺酰基)亚胺铵盐，再与氢氧化锂进行阳离子交换反应制得双氟磺酰亚胺锂，其缺点在于离子交换难以进行彻底，且反应在含水体系进行，水分难以去除彻底，而水的存在将导致锂盐受热时变质分解；

2)采用双氯磺酰亚胺直接与氟化锂反应制备双氟磺酰亚胺锂，会产生大量腐蚀性气体HF，产物中同时含有氟化氢、氟化锂和双氟磺酰亚胺锂，不易分离，而残留在电解质中的HF最终会对锂电池造成不良影响；

3)以纯化的双氟磺酰亚胺钾与高氯酸锂金属交换制备双氟磺酰亚胺锂，产品中钾离子残留往往很高，影响了双氟磺酰亚胺锂的实际应用，且存在一定的爆炸风险；

4)超低温水溶液中双氟磺酰亚胺直接与碳酸锂反应制备双氟磺酰亚胺锂，这种方法不但能耗高，同时因为双氟磺酰亚胺锂具有良好的水溶解性，萃取效率非常低，同样存在水分去除不彻底的问题。

上述各种方法制造的双氟磺酰亚胺锂纯度很难达到电池级的标准，且无法直接产业化应用，为此我们提出一种氟代碳酸乙烯酯的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，以克服现有技术的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，该制备方法具体步骤如下：

步骤一、制备双氯磺酰亚胺；

步骤二、合成双氟磺酰亚胺；

步骤三、合成双氟磺酰亚胺锂。

进一步的，步骤一中制备双氯磺酰亚胺包括：

1)、由氯磺酰异氰酸酯与氯磺酸作为反应原料，在80～100℃条件下进行滴加反应5小时，再升温至110～120℃保温反应10小时，制得双氯磺酰亚胺粗品；

2)、对双氯代磺酰亚胺粗品进行精馏处理，精馏后制得纯度较高的双氯磺酰亚胺；

其中，所述氯磺酰异氰酸酯与氯磺酸的摩尔比为1:1～1：1.2。

进一步的，步骤二中合成双氟磺酰亚胺包括：

1)、将双氯磺酰亚胺作为反应原料投入四氟反应瓶中，与无水氟化氢在催化剂作用下进行反应，反应20h后生成双氟磺酰亚胺粗品；

2)、在惰性气体的环境条件下，将双氟代磺酰亚胺粗品与溶剂混合，将得到的混合物降温结晶，得到纯度较高的双氟磺酰亚胺；

其中，所述催化剂为四氯化钛、五氯化钼、四氯化锡、五氯化锑，反应温度为100～110℃；

所述溶剂选自甲苯、乙苯、正己烷、碳酸二甲酯、环己烷；

所述惰性气体为氮气、氦气或者氩气。

进一步的，所述双氯代磺酰亚胺中含有少量氯磺酸，且在氟化反应时，氯磺酸反应生成氟磺酸，氟磺酸沸点与双氟代磺酰亚胺接近，难以通过精馏手段制得合格的双氟代磺酰亚胺，且残留的氟磺酸会影响最终双氟代磺酰亚胺锂的品质，因此需要通过结晶进行分离提纯。

进一步的，在步骤三中合成双氟磺酰亚胺锂包括：

1)、将双氟磺酰亚胺投入反应瓶中，在催化剂的作用下与氢氧化锂或碳酸锂反应，得到含有双氟磺酰亚胺锂的混合物；

2)、对混合物进行过滤，再对过滤后的固体进行除水、低温干燥，得到双氟磺酰亚胺锂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

以双氯磺酰亚胺作为反应原料，经过氟化形成中间产物双氟磺酰亚胺，最后与碱性锂反应制得双氟磺酰亚胺锂，制备方法操作简单，易于控制，环境污染小，在制备过程中配合使用催化剂使氟化彻底，缩短反应时间，配合提纯操作，提高双氟磺酰亚胺的纯度，有利于提高双氟磺酰亚胺锂的质量，另外，本发明利用惰性气体作为反应环境、低温干燥除水，避免双氟磺酰亚胺以及最终产品双氟磺酰亚胺锂与空气中水反应，从而保证产品的品质，适于双氟磺酰亚胺锂的工业化生产。

附图说明

图1为本发明一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，该制备方法具体步骤如下：

步骤一、制备双氯磺酰亚胺；

步骤二、合成双氟磺酰亚胺；

步骤三、合成双氟磺酰亚胺锂。

步骤一中制备双氯磺酰亚胺包括：

1)、由氯磺酰异氰酸酯与氯磺酸作为反应原料，在80～100℃条件下进行滴加反应5小时，再升温至110～120℃保温反应10小时，制得双氯磺酰亚胺粗品；

2)、对双氯代磺酰亚胺粗品进行精馏处理，精馏后制得纯度较高的双氯磺酰亚胺；

其中，氯磺酰异氰酸酯与氯磺酸的摩尔比为1:1～1：1.2。

步骤二中合成双氟磺酰亚胺包括：

1)、将双氯磺酰亚胺作为反应原料投入四氟反应瓶中，与无水氟化氢在催化剂作用下进行反应，反应20h后生成双氟磺酰亚胺粗品；

2)、在惰性气体的环境条件下，将双氟代磺酰亚胺粗品与溶剂混合，将得到的混合物降温结晶，得到纯度较高的双氟磺酰亚胺；

其中，催化剂为四氯化钛、五氯化钼、四氯化锡、五氯化锑，反应温度为100～110℃；

溶剂选自甲苯、乙苯、正己烷、碳酸二甲酯、环己烷；

惰性气体为氮气、氦气或者氩气。

双氯代磺酰亚胺中含有少量氯磺酸，且在氟化反应时，氯磺酸反应生成氟磺酸，氟磺酸沸点与双氟代磺酰亚胺接近，难以通过精馏手段制得合格的双氟代磺酰亚胺，且残留的氟磺酸会影响最终双氟代磺酰亚胺锂的品质，因此需要通过结晶进行分离提纯。

在步骤三中合成双氟磺酰亚胺锂包括：

1)、将双氟磺酰亚胺投入反应瓶中，在催化剂的作用下与氢氧化锂或碳酸锂反应，得到含有双氟磺酰亚胺锂的混合物；

2)、对混合物进行过滤，再对过滤后的固体进行除水、低温干燥，得到双氟磺酰亚胺锂。

本发明制备方法操作简单，易于控制，环境污染小，同时，利用惰性气体作为反应环境、低温干燥除水，避免双氟磺酰亚胺以及最终产品双氟磺酰亚胺锂与空气中水反应，从而保证产品的品质，适于双氟磺酰亚胺锂的工业化生产。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：该制备方法具体步骤如下：

步骤一、制备双氯磺酰亚胺；

步骤二、合成双氟磺酰亚胺；

步骤三、合成双氟磺酰亚胺锂。

2.根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：步骤一中制备双氯磺酰亚胺包括：

1)、由氯磺酰异氰酸酯与氯磺酸作为反应原料，在80～100℃条件下进行滴加反应5小时，再升温至110～120℃保温反应10小时，制得双氯磺酰亚胺粗品；

2)、对双氯代磺酰亚胺粗品进行精馏处理，精馏后制得纯度较高的双氯磺酰亚胺；

其中，所述氯磺酰异氰酸酯与氯磺酸的摩尔比为1:1～1：1.2。

3.根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：步骤二中合成双氟磺酰亚胺包括：

1)、将双氯磺酰亚胺作为反应原料投入四氟反应瓶中，与无水氟化氢在催化剂作用下进行反应，反应20h后生成双氟磺酰亚胺粗品；

2)、在惰性气体的环境条件下，将双氟代磺酰亚胺粗品与溶剂混合，将得到的混合物降温结晶，得到纯度较高的双氟磺酰亚胺；

其中，所述催化剂为四氯化钛、五氯化钼、四氯化锡、五氯化锑，反应温度为100～110℃；

所述溶剂选自甲苯、乙苯、正己烷、碳酸二甲酯、环己烷；

所述惰性气体为氮气、氦气或者氩气。

4.根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：所述双氯代磺酰亚胺中含有少量氯磺酸，且在氟化反应时，氯磺酸反应生成氟磺酸，氟磺酸沸点与双氟代磺酰亚胺接近，难以通过精馏手段制得合格的双氟代磺酰亚胺，且残留的氟磺酸会影响最终双氟代磺酰亚胺锂的品质，因此需要通过结晶进行分离提纯。

5.根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于：在步骤三中合成双氟磺酰亚胺锂包括：

1)、将双氟磺酰亚胺投入反应瓶中，在催化剂的作用下与氢氧化锂或碳酸锂反应，得到含有双氟磺酰亚胺锂的混合物；

2)、对混合物进行过滤，再对过滤后的固体进行除水、低温干燥，得到双氟磺酰亚胺锂。

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