CN113801040A - N,n-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法 - Google Patents

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邢艳召
刘鹏
田丽霞
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张民
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郝俊
侯荣雪
王军
葛建民
武利斌
闫彩桥
许晓丹
闫朋飞
杨世雄
赵光华
高山
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Abstract

本发明公开了N,N‑二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，涉及电池电解液添加剂技术领域，所述合成方法是是取三氟甲磺酰氟与二甲胺，在0.1～0.5MPa条件下，经酰胺化反应，即得所述N,N‑二甲基三氟甲磺酰胺。本发明以三氟甲磺酰氟与二甲胺为原料，直接进行酰胺化反应；本发明的反应过程简单，反应中所用到的原料易获得，反应过程较现有技术更为温和、安全，各阶段反应条件的控制保证了该生产过程的产品收率和产品纯度的最大化，通过合理控制反应原料用量及反应过程，进一步提高产品的收率，使收率达到88.29％以上，纯度达99.5％以上。

Description

N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法
技术领域
本发明涉及电池电解液添加剂技术领域，具体为N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法。
背景技术
锂离子电池时目前最常见的电能存储装置，其相较于传统蓄电池有着更高的储电量和更稳定的性能，影响锂离子电池性能的关键因素在于有机电解液的各方面性能。在电池生产中在电解液中添加含有N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的电解液添加剂以增加电解液氢离子浓度从而降低电能转换过程中的损耗。
现有技术中，N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的制备工艺主要通过三氟甲磺酰胺和卤代甲烷反应生成N,N-二甲基三氟甲磺酰胺，该反应的缺点是，反应过程所需条件苛刻，不易实现，整体反应收率低。目前对N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的制造和提纯方法还不够完善，由制造过程的各个参数的不确定性导致产能较低，且纯度相对较差。
发明内容
本发明的目的在于提供N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，是取三氟甲磺酰氟与二甲胺，在0.1～0.5MPa条件下，经酰胺化反应，即得所述N,N-二甲基三氟甲磺酰胺，具体化学反应式如下：
Figure BDA0003297259410000011
进一步的，所述合成方法的具体步骤是取二甲胺水溶液加至高压反应釜中，降温至0～5℃，滴加三氟甲磺酰氟，滴加完毕后，升高压力至0.1～0.5MPa，维持0.1～0.5MPa进行酰胺化反应，即得述N,N-二甲基三氟甲磺酰胺。
进一步的，所述三氟乙酰胺滴加完毕后且升高压力前，还需加入缚酸剂。
进一步的，所述缚酸剂为三乙胺。
进一步的，所述三氟甲磺酰氟与缚酸剂的摩尔比为1:0.5～0.8。
进一步的，所述酰胺化反应的温度≤20℃、时间为20～24h。
进一步的，所述三氟甲磺酰氟与二甲胺的摩尔比为1∶1.5～1.7。
进一步的，所述酰胺化反应完成后，浓缩，再经柱层析纯化，即得所述N,N-二甲基三氟甲磺酰胺。
进一步的，柱层析纯化的洗脱液为乙醚。
进一步的，所述干燥为20～30℃真空干燥。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以三氟甲磺酰氟与二甲胺为原料，直接进行酰胺化反应；本发明的反应过程简单，反应中所用到的原料易获得，反应过程较现有技术更为温和、安全，各阶段反应条件的控制保证了该生产过程的产品收率和产品纯度的最大化，通过合理控制反应原料用量及反应过程，进一步提高产品的收率，使收率达到88.29％以上，纯度达99.5％以上。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其合成步骤如下：
取16.91g(0.15mol)浓度为40wt％二甲胺水溶液加至高压反应釜中，降温至5℃，缓慢滴加15.2g(0.1mol)三氟甲磺酰氟，滴加完毕后，再加入8.1g(0.08mol)三乙胺，然后升高压力至0.5MPa，维持0.5MPa升温至20℃进行酰胺化反应20h，酰胺化反应完成后，浓缩，再以乙醚为洗脱液经柱层析纯化，收集、浓缩洗脱液，减压浓缩，得15.89g的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺，收率89.70％，纯度99.5％，具体化学反应式如下：
Figure BDA0003297259410000031
实施例二：
N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其合成步骤如下
取19.16g(0.17mol)浓度为40wt％二甲胺水溶液加至高压反应釜中，降温至0℃，缓慢滴加15.2g(0.1mol)三氟甲磺酰氟，滴加完毕后，再加入7.08g(0.07mol)三乙胺，然后升高压力至0.1MPa，维持0.1MPa升温至15℃进行酰胺化反应22h，酰胺化反应完成后，浓缩，再以乙醚为洗脱液经柱层析纯化，收集、浓缩洗脱液，减压浓缩，得15.64g的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺，收率88.29％，纯度99.6％。
实施例三：
N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其合成步骤如下：
取18.03g(0.16mol)浓度为40wt％二甲胺水溶液加至高压反应釜中，降温至3℃，缓慢滴加15.2g(0.1mol)三氟甲磺酰氟，滴加完毕后，再加入6.07g(0.06mol)三乙胺，然后升高压力至0.3MPa，维持0.3MPa升温至10℃进行酰胺化反应20h，酰胺化反应完成后，浓缩，再以乙醚为洗脱液经柱层析纯化，收集、浓缩洗脱液，减压浓缩，得15.73g的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺，收率88.79％，纯度99.6％。
实施例四：
N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其合成步骤如下：
取17.47g(0.155mol)浓度为40wt％二甲胺水溶液加至高压反应釜中，降温至1℃，缓慢滴加15.2g(0.1mol)三氟甲磺酰氟，滴加完毕后，再加入8.1g(0.08mol)三乙胺，然后升高压力至0.2MPa，维持0.2MPa升温至15℃进行酰胺化反应23h，酰胺化反应完成后，浓缩，再以乙醚为洗脱液经柱层析纯化，收集、浓缩洗脱液，减压浓缩，得15.81g的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺，收率89.25％，纯度99.7％。
实施例五：
N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其合成步骤如下：
取18.6g(0.165mol)浓度为40wt％二甲胺水溶液加至高压反应釜中，降温至2℃，缓慢滴加15.2g(0.1mol)三氟甲磺酰氟，滴加完毕后，再加入7.08g(0.07mol)三乙胺，然后升高压力至0.4MPa，维持0.4MPa升温至10℃进行酰胺化反应24h，酰胺化反应完成后，浓缩，再以乙醚为洗脱液经柱层析纯化，收集、浓缩洗脱液，减压浓缩，得15.76g的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺，收率88.96％，纯度99.7％。
实施例六：
N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其合成步骤如下：
取18.26g(0.162mol)浓度为40wt％二甲胺水溶液加至高压反应釜中，降温至4℃，缓慢滴加15.2g(0.1mol)三氟甲磺酰氟，滴加完毕后，再加入6.07g(0.06mol)三乙胺，然后升高压力至0.3MPa，维持0.3MPa升温至15℃进行酰胺化反应23h，酰胺化反应完成后，浓缩，再以乙醚为洗脱液经柱层析纯化，收集、浓缩洗脱液，减压浓缩，得15.69g的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺，收率88.57％，纯度99.6％。
对比例：
购买市场上订购了成品N,N-二甲基三氟甲磺酰胺，得知其产品收率为80.7％，纯度为95.2％。
将实施例一至实施例六的成品产物的收率和纯度与对比例的产品收率和纯度进行比对，其比对结果如表1所示：
通过表1可以得知，采用本发明的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，生产出的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的收率和纯度高于市面上售卖的产品收率和纯度。
表1
项目 总收率(％) 纯度(％)
实施例一 89.70 99.5
实施例二 88.29 99.6
实施例三 88.79 99.6
实施例四 89.25 99.7
实施例五 88.96 99.7
实施例六 88.57 99.6
对比例 80.7 95.2
应用实验：
以三元材料NCM(622)锂为正极材料，负极采用中间相碳微球，正负极集流体分布为铝箔和铜箔，隔膜采用陶瓷隔膜组成软包电池，注入电解液后，在手套箱中组装成软包电池，静置8小时后进行测试。在室温25℃恒温下分别以1/10C 3.0V到4.2V以上进行充放电对电池进行活化，得到待测试电池。所测试的电解液包括基础电解液E1和电解液E2，其成分如下所示：
1、基础电解液E1
EC：Solution-1：DEC＝3：3：4(v:v:v)，LiPF6：1.0M，0.5％LiFSI，1％VC
2、电解液E2
EC：Solution-1：DEC＝3：3：4(v:v:v)，LiPF6：1.0M，0.5％LiFSI，1％VC，1％的五氟苯基二氧唑酮
测试结果：
1、60℃循环后测试结果如下：
表2
Figure BDA0003297259410000061
2、将电池搁置在低温箱中，分别控制温度为-30℃或-40℃，搁置时间240min，随后测量电池的容量保持率。
表3
Figure BDA0003297259410000062
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其特征在于：所述合成方法是取三氟甲磺酰氟与二甲胺，在0.1～0.5MPa条件下，经酰胺化反应，即得所述N,N-二甲基三氟甲磺酰胺，具体化学反应式如下：
Figure FDA0003297259400000011
2.根据权利要求1所述的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其特征在于：所述合成方法的具体步骤是取二甲胺水溶液加至高压反应釜中，降温至0～5℃，滴加三氟甲磺酰氟，滴加完毕后，升高压力至0.1～0.5MPa，维持0.1～0.5MPa进行酰胺化反应，即得述N,N-二甲基三氟甲磺酰胺。
3.根据权利要求2所述的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其特征在于：所述三氟乙酰胺滴加完毕后且升高压力前，还需加入缚酸剂。
4.根据权利要求3所述的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其特征在于：所述缚酸剂为三乙胺。
5.根据权利要求2或3所述的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其特征在于：所述三氟甲磺酰氟与缚酸剂的摩尔比为1:0.5～0.8。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其特征在于：所述酰胺化反应的温度≤20℃、时间为20～24h。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其特征在于：所述三氟甲磺酰氟与二甲胺的摩尔比为1∶1.5～1.7。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其特征在于：所述酰胺化反应完成后，浓缩，再以乙醚为洗脱液经柱层析纯化，即得所述N,N-二甲基三氟甲磺酰胺。
9.根据权利要求8所述的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其特征在于：柱层析纯化的洗脱液为乙醚。
10.根据权利要求8所述的N,N-二甲基三氟甲磺酰胺的合成方法，其特征在于：所述干燥为20～30℃真空干燥。
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