CN113277982A - 一种连续制备2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐的方法及反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了种连续制备2‑三氟甲基‑4,5‑二氰基咪唑锂盐的方法及反应装置，涉及2‑三氟甲基‑4,5‑二氰基咪唑锂盐的制备领域，包括三氟乙酸酐和二氨基马来腈生成2‑三氟甲基‑4,5‑二氰基咪唑，2‑三氟甲基‑4,5‑二氰基咪唑在与碳酸锂反应生成2‑三氟甲基‑4,5‑二氰基咪唑锂盐。本发明克服现有间歇反应的不足，提供一种可连续生产，效率较高的制备2‑三氟甲基‑4,5‑二氰基咪唑锂盐的方法及反应设备。

Description

一种连续制备2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐的方法及反 应装置
技术领域
本发明属于2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐的制备领域，尤其是连续制备2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐的方法及反应装置。
背景技术
含氟锂盐是锂电池电解液的主要原料，目前使用最为广泛，市场占有率最高的含氟锂盐为LiPF6(六氟磷酸锂)，但LiPF6存在热稳定性和化学稳定性差、对水分敏感等问题，因此需要合成新含氟型锂盐。对电解液来讲，导电锂盐的电导率是首先要考虑的因素。阴离子结构直接影响锂盐性能，阴离子半径越大，锂盐的晶格越小，在有机溶剂中的溶解度越高，电解液的电导率也越大。因此新型导电锂盐的研究更偏向于增大阴离子半径，并且使阴离子电荷更趋于分散。基于这一理论思路，科研人员开发了新型咪唑基含氟锂盐，如LiTDI(2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐)、LiPDI(2-五氟乙基-4,5-二氰基咪唑锂盐)、LiHDI(2-七氟丙基-4,5-二氰基咪唑锂盐)。咪唑基含氟锂电池锂盐与LiPF6相比，具有更好的热稳定性能，可在4.5V以上电压下稳定存在，极易溶于碳酸丙烯酯(PC，锂电子电池电解液常用溶剂)中，当浓度为0.1～1mol/L时，其离子电导率高达10-2～10-3S/cm，具有较高的锂离子迁移数，能满足商品化正极材料的充放电需求。
根据文献报道( Electrochim. Acta 55 (2010) 1450、CN104447564B、CN106008262B)，咪唑基含氟锂盐的合成方法有以下三种路线(以2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐为例)：
路线一：
Figure 302391DEST_PATH_IMAGE001
路线二：
Figure 19811DEST_PATH_IMAGE002
路线三：
Figure 601971DEST_PATH_IMAGE003
上述文献主要报道的合成方法及制备工艺路线，均为间歇操作，不利于工业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有间歇反应的不足，提供一种可连续生产，效率较高的制备2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐的方法及反应设备。
一种连续制备2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐的方法，包括以下5个阶段：
第一阶段三氟乙酸酐与二氨基马来腈生成2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑，减压蒸去反应溶剂及副产，水相碳酸锂悬浊液加入2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑中，中和反应得到2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐；
第二阶段为2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐水溶液通过脱色装置；
第三阶段为2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐在冷却装置中重结晶；
第四阶段为过滤装置得到2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐固体；
第五阶段为制成2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐悬浊液，在流化床真空干燥一体机中干燥得到2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐成品。
进一步的技术方案：第一阶段二氨基马来腈和三氟乙酸酐摩尔比为1:1.05～1.1，反应温度为为20～70℃，所用溶剂包括有乙腈、苯甲醚、甲基叔丁醚中的一种或几种的混合物，装置为反应脱溶装置。
进一步的技术方案：第二阶段脱色装置的脱色剂采用活性炭或脱色硅胶，脱色过程中脱色温度为50～70℃。
进一步的技术方案：第四阶段的过滤装置采用膜过滤装置。
进一步的技术方案：第五阶段中用于制备2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐悬浊液的溶剂采用无水甲醇、无水乙醇、二氯甲烷、二氯乙烷，优选无水甲醇或者无水乙醇。
进一步的技术方案：第五阶段采用流化床真空干燥一体机。
进一步的技术方案：第一阶段的反应脱溶装置的底部与第二阶段的脱色装置的底部相连，第二阶段的脱色装置的顶部与第三阶段的重结晶装置的顶部相连，第三阶段的重结晶装置的底部分别与第四阶段的过滤装置、第五阶段的流化床真空干燥一体机相连。
进一步的技术方案：连续制备2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐装置需定期更换活性炭或者脱色硅胶。
本发明的有益效果
本发明所要解决的技术问题是克服现有间歇反应的不足，提供一种可连续生产，效率较高的制备2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐的方法及反应设备。
附图说明
图1为本发明的反应装置示意图。
图中；1、2、3、7为高位槽；4为反应脱溶釜；5、9、11为接受釜；6为脱色塔；8为结晶釜；10为流化床真空干燥一体机。
具体实施方式
下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
具体实施方式：
实施方案1：
下面通过实施实例来进一步阐述本专利。
在0.5m3反应脱溶釜中加入250L无水乙腈，高位槽1、2、3分别加入0.5t二氨基马来腈、1.02t三氟乙酸酐、1.67t碳酸锂制成的水相悬浮液，0.5t二氨基马来腈、1.02t三氟乙酸酐滴入反应脱溶釜中，升温至50℃，反应搅拌2h，减压蒸馏去除乙腈和副产至接受釜5，待反应溶剂及副产去除后，滴加碳酸锂制成的水相悬浮液，碳酸锂制成的水相悬浮液滴加完毕，继续搅拌反应1h，得到2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐粗品；2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐粗品通过“下进料，上出料”的方式进入脱色塔6，脱色塔内有0.05t的活性炭，脱色塔6保持稳定70℃，在脱色塔的停留时间为3～5h，脱色后的物料进入结晶釜8，冷却至室温，在结晶釜8重结晶析出2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐；2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐析出后，通膜过滤装置，滤液进入接受釜9，关闭接受釜9与结晶釜8连接处；在结晶釜8加入0.4m3无水乙醇，形成2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂无水乙醇的悬浊液；2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂无水乙醇的悬浊液滴入流化床真空干燥一体机10，真空干燥得到2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂成品0.73t。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种连续制备2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐的方法，包括以下5个阶段：
第一阶段三氟乙酸酐与二氨基马来腈生成2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑，减压蒸去反应溶剂及副产，水相碳酸锂悬浊液加入2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑中，中和反应得到2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐；
第二阶段为2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐水溶液通过脱色装置；
第三阶段为2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐在冷却装置中重结晶；
第四阶段为过滤装置得到2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐固体；
第五阶段为制成2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐悬浊液，在流化床真空干燥一体机中干燥得到2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐成品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：第一阶段二氨基马来腈和三氟乙酸酐摩尔比为1:1.05～1.1，反应温度为为20～70℃，所用溶剂包括有乙腈、苯甲醚、甲基叔丁醚中的一种或几种的混合物，装置为反应脱溶装置。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：第二阶段脱色装置的脱色剂采用活性炭或脱色硅胶，脱色过程中脱色温度为50～70℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：第四阶段的过滤装置采用膜过滤装置。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：第五阶段中用于制备2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐悬浊液的溶剂采用无水甲醇、无水乙醇、二氯甲烷、二氯乙烷，优选无水甲醇或者无水乙醇。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：第五阶段采用流化床真空干燥一体机。
7.根据权利要求1～6的任意一项所述的反应装置，其特征在于：第一阶段的反应脱溶装置的底部与第二阶段的脱色装置的底部相连，第二阶段的脱色装置的顶部与第三阶段的重结晶装置的顶部相连，第三阶段的重结晶装置的底部分别与第四阶段的过滤装置、第五阶段的流化床真空干燥一体机相连。
8.根据权利要求7所述反应装置，其特征在于：连续制备2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂盐装置需定期更换活性炭或者脱色硅胶。
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