KR20190004844A - 리튬 또는 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드의 제조 방법 - Google Patents

리튬 또는 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학식 (I) (OH)-SO2-NH2 의 아미도술퍼산과 화학식 (II) (OH)-SO2-X (식 중, X 는 할로겐 원자를 나타냄) 의 할로겐화 술폰산의 반응을 포함하고, 양이온 C+ 와 형성된 염인 염기와의 반응을 포함하는, 화학식 (III) (SO3-)N--(SO3-),3C+ (식 중, C+ 는 1가 양이온을 나타냄) 의 비스(술포네이토)이미드 염의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 화학식 (V) F-(SO2)-NH-(SO2)-F 의 비스(플루오로술포닐)이미드 산의 제조 방법, 및 화학식 (VII) F-(SO2)-N--(SO2)-F, Li+ 의 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드 염의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

리튬 또는 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING LITHIUM OR SODIUM BIS(FLUOROSULFONYL)IMIDIDE}
본 발명은 리튬 또는 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드 염의 제조 방법, 및 또한 리튬 또는 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드의 제조에서 사용되는 중간 생성물의 제조 방법, 및 이에 따라 수득된 리튬 또는 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드의 리튬-이온 또는 나트륨-이온 유형의 배터리 및 전해질의 생산에서의 용도에 관한 것이다.
리튬-이온 또는 나트륨-이온 배터리는 적어도 음극, 양극, 분리기 및 전해질을 포함한다. 전해질은 일반적으로 유기 카르보네이트의 혼합물인 용매에 용해된 리튬 또는 나트륨 염으로 구성되어, 점성과 유전율 사이의 양호한 절충을 갖는다.
가장 널리 사용된 염은 리튬 헥사플루오로포스페이트 (LiPF6) 를 포함하는데, 이는 요구되는 많은 품질 중 대다수를 갖추고 있지만 플루오르화수소산 기체의 형태로 분해되는 단점을 나타낸다. 이는 특히 자동차에서의 리튬-이온 배터리의 임박한 사용의 맥락에서 안전 문제를 나타낸다.
따라서 다른 염 예컨대 LiTFSI (리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드) 및 LiFSI (리튬 비스(플루오로술포닐)이미드) 가 개발되었다. 이러한 염은 자발적 분해를 약간 나타내거나 나타내지 않고, LiPF6 보다 가수분해에 더 안정하다. 그럼에도 불구하고, LiTFSI 는 알루미늄 집전기 (current collector) 와 관련하여 부식성이라는 단점을 나타내는데, 이는 LiFSI 를 사용하는 경우 그러하지 않다. 따라서, LiFSI 는 LiPF6 에 대한 유망한 대안인 것으로 드러났다.
리튬 비스(플루오로술포닐)이미드의 생산을 위한 여러 공지된 합성 경로가 존재한다. 이러한 경로 중 하나는 퍼플루오로술폰산과 우레아의 반응으로 이루어진다: 이에 관해서는 문헌 WO 2010/113483 참조. 이러한 반응으로부터의 생성물은 이후 물에 용해되고, 비스(플루오로술포닐)이미드는 테트라부틸암모늄과의 염의 형태로 침전된다. 그러나, 이러한 합성 경로는 전체 수율이 매우 낮으므로 대규모로 실행가능하지는 않다.
또다른 경로는 디플루오로술폭시드와 암모니아를 반응시키는 것으로 이루어진다: 이에 관하여서는 문헌 WO 2010/113835 참조. 그러나, 이러한 방법은 또한 다양한 부산물을 형성하는데, 이는 값비싼 정제 단계를 필요로 한다.
또한, 문헌 WO 2009/123328 은 일반적으로 술포닐이미드 화합물의 생산을 기재하고 있다. 특히 상기 문헌은 이후에 플루오르 첨가 반응에 적용되는 비스(클로로술포닐)이미드를 형성하기 위한 아미노술퍼산과 티오닐 클로라이드, 이후 클로로술폰산과의 사이에서의 반응을 기재하고 있다. 그러나, 비스(클로로술포닐)이미드는 정제를 용인하지 않는 불안정한 화합물이다. 이러한 이유로, 존재하는 불순물은 플루오르 첨가 단계의 마지막까지 유지되고, 분리를 더 어렵게 만든다.
따라서, 더 단순한 방법으로 및/또는 더 양호한 수율로 LiFSI 또는 NaFSI 를 얻을 수 있게 만드는 방법을 개발하는 것에 대한 실제 요구가 존재한다.
본 발명은 먼저, 화학식 (I) (OH)-SO2-NH2 의 아미도술퍼산과 화학식 (II) (OH)-SO2-X (식 중, X 는 할로겐 원자를 나타냄) 의 할로술폰산의 반응을 포함하고, 양이온 C+ 와 형성된 염인 염기와의 반응을 포함하는, 화학식 (III) (SO3 -)-N--(SO3 -) 3C+ (식 중, C+ 는 1가 양이온을 나타냄) 의 비스(술포네이토)이미드 염의 제조 방법에 관한 것이다. C+ 가 양성자 H+ 인 경우, 염기는 물이다.
한 구현예에 따르면, X 는 염소 원자를 나타낸다.
한 구현예에 따르면, C+ 는 양성자 H+, 칼륨 이온 K+, 나트륨 이온 Na+, 리튬 이온 Li+ 또는 세슘 이온 Cs+, 바람직하게는 양성자 H+, Na+ 이온 및 칼륨 이온 K+ 를 나타낸다.
한 구현예에 따르면, 방법은 양이온 C+ 를 포함하는 비-친핵성 염기의 존재 하에, 화학식 (I) 의 아미도술퍼산과 화학식 (II) 의 할로술폰산의 반응을 포함하고, 상기 비-친핵성 염기는 바람직하게는 탄산칼륨 K2CO3 또는 탄산나트륨 Na2CO3 이다.
대안적 구현예에 따르면, 방법은 화학식 (IV) (OH)-SO2-NH-SO2-(OH) 의 비스(술포닐)이미드를 제공하기 위한 제 1 염기의 존재 하에서의 화학식 (I) 의 아미도술퍼산과 화학식 (II) 의 할로술폰산의 반응, 및 이후 화학식 (III) 의 비스(술포네이토)이미드 염을 수득하기 위한 양이온 C+ 와 형성된 염인 제 2 염기와 화학식 (IV) 의 비스(술포닐)이미드의 반응을 포함한다.
한 구현예에 따르면, 제 1 염기는 트리에틸아민이고, 제 2 염기는 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 탄산칼륨으로부터 선택된다.
또다른 대안적 구현예에 따르면, 방법은 가수분해 후에 화학식 (IV) 의 비스(술포닐)이미드를 제공하기 위한, 염소화제 예컨대 티오닐 클로라이드의 존재 하에서의 화학식 (I) 의 아미도술퍼산과 화학식 (II) 의 할로술폰산의 반응을 포함한다.
한 구현예에 따르면, 방법은 바람직하게는 물 또는 극성 용매, 예컨대 알코올로부터의 재결정화에 의한 화학식 (III) 의 비스(술포네이토)이미드 염의 정제 단계를 포함한다.
본 발명의 또다른 주제는 상기 기재된 화학식 (III) 의 비스(술포네이토)이미드 염의 제조, 이후 상기 비스(술포네이토)이미드 염의 플루오르화를 포함하는, 화학식 (V) F-(SO2)-NH-(SO2)-F 의 비스(플루오로술포닐)이미드 산의 제조 방법이다.
한 구현예에 따르면, 비스(술포네이토)이미드 염의 플루오르화는 바람직하게는 플루오르화 수소, 디에틸아미노술퍼 트리플루오라이드 및 황 테트라플루오라이드로부터 선택되는 플루오르화제와 비스(술포네이토)이미드 염의 반응을 포함한다.
대안적 구현예에 따르면, 비스(술포네이토)이미드 염의 플루오르화는 하기를 포함한다: (a) 화학식 (VI) Cl-(SO2)-N-(SO2)-Cl C+ 의 비스(클로로술포닐)이미드 염을 수득하기 위한, 바람직하게는 티오닐 클로라이드, 인 펜타클로라이드, 인 옥시클로라이드 및 옥살릴 클로라이드로부터 선택되는 염화제에 의한 비스(술포네이토)이미드 염의 염소화, 및 이후 (b) 화학식 (V) 의 비스(플루오로술포닐)이미드 산을 수득하기 위한, 플루오르화제에 의한 화학식 (VI) 의 비스(클로로술포닐)이미드 염의 플루오르화, 상기 플루오르화제는 바람직하게는 플루오르화 수소, 디에틸아미노술퍼 트리플루오라이드, 황 테트라플루오라이드 및 플루오라이드 염, 특히 아연 플루오라이드로부터 선택된다.
본 발명의 또다른 주제는 상기 기재된 화학식 (V) 의 비스(플루오로술포닐)이미드 산의 제조 및 이후 이러한 비스(플루오로술포닐)이미드 산과 리튬 또는 나트륨 염기의 반응을 포함하는, 하기 화학식 (VII) 의 리튬 또는 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드 염의 제조 방법이다:
(VII) F-(SO2)-N--(SO2)-F M+
[식 중, M 은 Li 또는 Na 를 나타냄].
본 발명의 매우 특정한 주제는 화학식 (VII) 의 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드 염의 제조 방법이다.
한 구현예에 따르면, 리튬 또는 나트륨 염기는 수산화리튬, 수산화나트륨, 탄산리튬 또는 탄산나트륨으로부터 선택된다.
본 발명의 또다른 주제는 상기 기재된 화학식 (VII) 의 비스(플루오로술포닐)이미드 염의 제조 및 비스(플루오로술포닐)이미드 염의 용매 중에의 용해를 포함하는, 전해질의 제조 방법이다.
본 발명의 또다른 주제는 상기 기재된 전해질의 생산 및 이러한 전해질의 애노드와 캐소드 사이에의 삽입을 포함하는, 배터리 또는 배터리 전지의 생산 방법이다.
본 발명의 또다른 주제는 하기 화학식 (III) 의 비스(술포네이토)이미드 염이다:
(III) (SO3 -)-N--(SO3 -) 3C+
[식 중, C+ 는 1가 양이온을 나타냄].
한 구현예에 따르면, C+ 는 H+ 이온 또는 Na+ 이온 또는 Li+ 이온 또는 Cs+ 이온 또는 K+ 이온, 바람직하게는 H+ 이온 또는 Na+ 이온 또는 K+ 이온을 나타낸다.
본 발명의 추가 주제는 화학식 (VI) 의 비스(클로로술포닐)이미드 화합물 (염 또는 산) 이다. 이러한 화합물은 플루오르화 단계 (b) 전에 단리될 수 있다.
본 발명은 당업계의 단점을 극복할 수 있게 한다. 이는 더욱 특히 단순한 방법으로 및/또는 더 양호한 수율로 LiFSI 또는 NaFSI 를 수득할 수 있게 하는 방법을 제공한다.
이는 상기 언급된 양이온을 포함하는 염인 하나 이상의 염기의 첨가와 함께 아미도술퍼산과 할로술폰산의 반응을 포함하는, 비스(술포네이토)이미드 및 양이온의 3염의 제조 방법의 개발에 의해 완수된다.
이러한 비스(술포네이토)이미드 3염은 이후 비스(플루오로술포닐)이미드를 제조하는데 사용될 수 있는데, 이는 결국 LiFSI 또는 NaFSI 를 수득할 수 있게 하고, 이는 당업계에 제공된 합성 경로에서보다 더 양호한 수율로 달성된다.
문헌 WO 2009/123328 에 비해, 본 발명에 따른 방법은 비스(클로로술포닐)이미드 염 (VI) 의 단리를 포함하고, 이에 따라 제 1 단계 동안 형성된 잔여 클로로술폰계 유도체와 같은 불순물을 제거할 수 있게 한다.
본 발명의 또다른 주제는 고순도 리튬 또는 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드이다.
본 발명이 이제 보다 자세하게 그리고 하기와 같은 상세한 설명에 한정되지 않으면서 기재된다:
본 발명은 하기 3 개의 부분의 일반적 도식에 따른 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드 염의 제조를 제공한다:
1) (OH)-SO2-NH2 + (OH)-SO2-X → (SO3 -)-N-(SO3 -) 3C+
2) (SO3 -)-N--(SO3 -) 3C+ → F-(SO2)-NH-(SO2)-F
3) F-(SO2)-NH-(SO2)-F → F-(SO2)-N--(SO2)-F M+
제 1 부분 - 비스(술포네이토)이미드 3염의 제조
이러한 제 1 부분의 경우, 2 개의 대안적 형태가 예상된다. 제 1 대안적 형태는 하기 반응 도식에 해당한다:
(OH)-SO2-NH2 + (OH)-SO2-X + zCxBy → (SO3 -)-N--(SO3 -)　3C+ + z'By'HX' + CX
상기 도식에서, (OH)-SO2-NH2 은 아미도술퍼산 (이의 화학식은 (I) 로 나타내어짐) 이고; (OH)-SO2-X 는 할로술폰산 (X 는 할로겐 원자를 나타냄) (이의 화학식은 (II) 로 나타내어짐) 이고; CxBy 는 비-친핵성 염기 (즉, (OH)-SO2-X 에 영구히 첨가됨으로써 반응에 지장을 줄 수 없는 유기 염기) 이고, C+ 는 이러한 염기로부터 산출된 1가 양이온을 나타내고, x, y, z, x', y' 및 z' 는 곱 zx 및 곱 z'x' 가 4 인 정수 또는 분수이다.
3염 (SO3 -)-N--(SO3 -) 3C+ 의 화학식은 (III) 으로 나타내어진다.
바람직하게는, X 는 염소를 나타낸다.
C+ 는 예를 들어 칼륨 이온 K+ 를 나타낸다. CxBy 는 예를 들어 탄산칼륨 K2CO3 를 나타낸다. 이러한 경우, C 는 칼륨 K 를 나타내고, B 는 CO3 를 나타내고, x 는 값 2 이고, y 는 값 1 이고, z 는 값 2 이고, x' 는 값 2 이고, y' 는 값 1 이고, z' 는 값 2 이다.
대안적으로, C+ 는 예를 들어 나트륨 이온 Na+, 세슘 이온 Cs+, 리튬 이온 Li+ 또는 H+ 이온을 나타낼 수 있다.
상기 반응은 예를 들어 0 내지 150 ℃ 의 온도 (바람직하게는 0 내지 50 ℃, 더욱 특히 바람직하게는 10 내지 40 ℃, 특히 15 내지 30 ℃) 및 대기압 내지 15 bar 이하 범위의 압력에서 수행될 수 있다. 술팜산은 바람직하게는 제한 물질이고, 할로술폰산 (OH)-SO2-X 는 과량 (1 내지 3 등가) 으로 사용될 수 있다.
제 2 대안적 형태는 하기 반응 도식에 해당한다:
(OH)-SO2-NH2 + (OH)-SO2-X + B' → (OH)-SO2-NH-SO2-(OH) + B'H+X-
(OH)-SO2-NH-SO2-(OH) + z CxBy → (SO3 -)-N--(SO3 -) 3C+ + z'By'Hx'
이러한 도식에서, (OH)-SO2-NH-SO2-(OH) 는 비스(술포닐)이미드 (이의 화학식은 (IV) 로 나타내어짐) 이고; X 는 여전히 할로겐 원자를 나타내고; B' 는 친핵성 또는 비친핵성 염기이고; CxBy 는 친핵성 또는 비친핵성 염기이고, C+ 는 이러한 염기로부터 산출된 1가 양이온을 나타내고, x, y, z, x', y' 및 z' 는 곱 zx 및 곱 z'x' 가 3 인 정수 또는 분수이다. 상기 반응 도식에서, 2 개의 단계는 연속 단계이고, 화학식 (IV) 의 비스(술포닐)이미드는 단리되지 않는다.
C+ 가 양성자 H+ 인 경우, 제 2 대안적 형태는 오로지 제 1 단계만을 포함한다.
바람직하게는, X 는 염소를 나타낸다.
C+ 는 예를 들어 칼륨 이온 K+ 를 나타낸다.
CxBy 는 예를 들어 수산화칼륨 (KOH), 수산화나트륨 (NaOH) 또는 탄산칼륨 (K2CO3) 를 나타낸다.
B' 는 예를 들어 트리에틸아민 (NEt3) 을 나타낸다.
상기 반응 도식은 예를 들어 0 내지 150 ℃ 의 온도 (바람직하게는 0 내지 50 ℃, 더욱 특히 바람직하게는 10 내지 40 ℃, 특히 15 내지 30 ℃) 및 대기압 내지 15 bar 범위의 압력에서 수행될 수 있다. 술팜산은 바람직하게는 제한 물질이고, 할로술폰산 (OH)-SO2-X 는 과량으로 (1 내지 3 등가) 사용될 수 있다. 염기 B' 는 또한 반응 용매로서 사용되고, 염기 CxBy 는 8 내지 14 의 염기성 pH 가 얻어질 때까지 과량으로 첨가된다.
이러한 제 1 부분의 마지막에, 화학식 (III) 의 화합물 (3염 또는 산) 은 바람직하게는 정제된다. 이는 3염 (III) 또는 산이 비교적 수불용성인 한편, 반응 동안 형성된 불순물은 염기성 조건 하에 매우 수용성이기 때문이다. 정제는 또한 기타 극성 용매, 예컨대 알코올로부터 수행될 수 있다.
제 2 부분- 비스(플루오로술포닐)이미드 산의 제조
이러한 제 2 부분의 경우, 2 개의 대안적 형태가 예상된다. 제 1 대안적 형태는 염소화 및 이후 플루오르화를 포함하는 한편, 제 2 대안적 형태는 직접적 플루오르화를 포함한다.
제 1 대안적 형태는 하기 반응 도식에 해당한다:
(SO3 -)-N--(SO3 -) 3C+ + xA1 → Cl-(SO2)-N--(SO2)-Cl C+ + A2
Cl-(SO2)-N--(SO2)-Cl C+ + 3HF → F-(SO2)-NH-(SO2)-F + 2HCl + CF.
이러한 도식에서, F-(SO2)-NH-(SO2)-F 는 비스(플루오로술포닐)이미드 산 (이의 화학식은 (V) 로 나타내어짐) 이고; A1 은 염소화제를 나타내고; A2 는 일반적으로 염소화 반응으로부터의 하나 이상의 생성물을 나타내고; C+ 는 여전히 상기 기재된 1가 양이온을 나타내고; x 는 정수 또는 분수이고; Cl-(SO2)-N--(SO2)-Cl C+ 는 비스(클로로술포닐)이미드 염 (이의 화학식은 (VI) 로 나타내어짐) 이다.
A1 은 예를 들어 티오닐 클로라이드 SOCl2 (x = 1) 일 수 있고, 이 경우에 C+ 가 칼륨 이온이라면 A2 는 2KCl + 2SO2 를 나타낸다.
A1 은 또한 인 펜타클로라이드 (PCl5), 인 옥시클로라이드 (POCl3) 또는 옥살릴 클로라이드일 수 있다.
염소화 반응은 예를 들어 0 내지 150 ℃ 의 온도에서 및 대기압 내지 15 bar 이하 범위의 압력에서 수행될 수 있다. 염소화제는 바람직하게는 과량으로 사용되고, 일반적으로 용매로서 작용한다. 반응의 온도는 유리하게는 용매의 비점 부근에 있다. 예를 들어 티오닐 클로라이드의 경우, 비점은 76 ℃ 부근이고, 이에 따라 반응 온도는 예를 들어 60 내지 90 ℃ 또는 70 내지 80 ℃ 일 것이다.
적절한 플루오르화 반응에 관하여, 후자는 예를 들어 0 내지 350 ℃ (바람직하게는 0 내지 50 ℃, 더욱 특히 바람직하게는 10 내지 40 ℃, 특히 15 내지 30 ℃) 의 온도 및 대기압 내지 15 bar 범위의 압력에서 수행될 수 있다.
또한 HF 대신에 기타 플루오르화제, 예컨대 디에틸아미노술퍼 트리플루오라이드 (DAST) 또는 황 테트라플루오라이드 (SF4), 또는 대안적으로 화학식 CxFy (식 중, x 및 y 는 양의 정수이고, C 는 양이온임) 의 플루오라이드 염을 사용할 수 있다. 예를 들어, CxFy 는 문헌 WO 2009/123328 에 기재된 바와 같은 아연 플루오라이드 ZnF2 일 수 있다.
제 2 대안적 형태는 예를 들어 하기 반응 도식에 해당한다:
(SO3 -)-N--(SO3 -) 3C+ + 5HF → F-(SO2)-NH-(SO2)-F + 2H2O + 3CF.
이러한 도식에서, C+ 는 여전히 상기 기재된 1가 양이온, 예를 들어 K+ 를 나타낸다.
반응은 예를 들어 0 내지 350 ℃ 의 온도 (바람직하게는 0 내지 50 ℃, 더욱 특히 바람직하게는 10 내지 40 ℃, 특히 15 내지 30 ℃) 및 대기압 내지 15 bar 범위의 압력에서 수행될 수 있다. 플루오르화 수소는 일반적으로 과량으로 사용된다. 반응은 용매 없이 수행된다.
플루오르화 수소 대신에 기타 플루오르화제, 예컨대 디에틸아미노술퍼 트리플루오라이드 (DAST) 또는 황 테트라플루오라이드 (SF4) 를 사용할 수 있다.
상기 플루오르화제는 플루오르화 수소보다 더 반응성이므로, 이는 동일한 압력 및 온도 범위에서 플루오르화 수소보다 더 적은 과량으로 사용될 수 있다.
비스(플루오로술포닐)이미드 산은 이후 정제되고; 반응의 마지막에, 산은 불순물이 유기 용매에 불용성이거나 약간만 가용성이므로 유기 용매를 사용하여 잔여 고체로부터 추출된다. 이러한 유기 용매는 바람직하게는 디메틸 카르보네이트이다.
제 3 부분 - MFSI 의 제조
이러한 제 3 부분은 하기 반응 도식에 해당한다:
F-(SO2)-NH-(SO2)-F + MB → F-(SO2)-N--(SO2)-F M+ + BH.
F-(SO2)-N--(SO2)-F M+ 은 LiFSI 또는 NaFSI 이고, 이의 화학식은 (VII) 로 나타내어진다. MB 는 리튬 또는 나트륨 염기, 즉 리튬 양이온 Li+ 또는 나트륨 양이온 Na+ 및 음이온 B- 로부터 형성된 염 형태의 염기이다. 이러한 염기는 예를 들어 수산화리튬, 수산화나트륨, 탄산리튬 또는 탄산나트륨일 수 있다.
반응은 예를 들어 25 ℃ 내지 80 ℃ 의 온도에서 수행될 수 있다. 리튬 또는 나트륨 염기는 바람직하게는 물, 또는 또한 극성 용매, 예컨대 알코올에서 1 내지 1.5 등가의 비율로 사용된다.
본 발명에 따르면, 리튬 또는 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드 (MFSI) 의 순도는 바람직하게는 99.5 중량% 이상, 유리하게는 99.9 중량% 이상이다.
비스(술포네이토)이미드 염에 존재하는 불순물, 예컨대 LiCl, LiF 및 FSO3Li 또는 NaCl, NaF 및 FSO3Na 는 각각 바람직하게는 1000 ppm 이하, 유리하게는 500 ppm 이하를 나타낸다.
제조 방법에 상관없이, FSO3Li 는 바람직하게는 5 ppm 이하를 나타낸다.
본 발명의 임의의 구현예에 따르면, 리튬 또는 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드 (MFSI) 는 바람직하게는 습기, 또는 주기율표의 11 내지 15 족 및 4 내지 6 주기의 양이온 (예컨대 Zn, Cu, Sn, Pb, Bi) 으로부터의 염으로 이루어지는 불순물을 함유하지 않는다. 이의 전기화학적 활성으로 인해, 이러한 불순물은 Li 또는 Na-이온 배터리의 용량에 부정적 영향을 준다.
전해질의 제조
상기 기재된 바와 같이 제조된 MFSI 는, 이를 적절한 용매에 용해시킴으로써 전해질의 제조에 사용될 수 있다.
예를 들어 문헌 [J.　Electrochemical Society, 2011, 158, A74-82] 에 기재된 바와 같이, LiFSI 는 에틸렌 카르보네이트 (EC), 디메틸 카르보네이트 (DMC) 및 에틸 메틸 카르보네이트 (EMC) 의 부피로써 5:2:3 의 혼합물에 1 mol/l 의 농도로 용해될 수 있고; 상기 전해질은 매우 양호한 전도도, 양호한 순환 안정성 및 4.2 V 초과의 알루미늄 부식을 나타낸다.
이러한 전해질은, 이후 이를 공지된 방법 자체로 캐소드와 애노드 사이에 위치시킴으로써 배터리 또는 배터리 전지의 생산에 사용될 수 있다.
실시예
하기 실시예는 본 발명을 제한 없이 본 발명을 설명한다.
실시예 1 - 칼륨 비스(술포네이토)이미드 3염의 합성
반응은 건조된 둥근-바닥 유리 플라스크에서 용매 없이 수행하였다. 1.1 ml 의 클로로술폰산에 1.61 g 의 술팜산을 교반 하에 첨가하였다. 이후, 2 ml 의 트리에틸아민을 첨가하였다. 반응 혼합물을 1 일 동안 교반되게 두었다. 20 ml 의 물을 첨가하여 반응을 멈추었다. 이후, 2.79 g 의 수산화칼륨을 첨가하였다. 최종 생성물이 침전되었고, 여과에 의해 회수하고, 2 × 30 ml 의 CH2Cl2 로 세척하였다.
실시예 2 - 칼륨 비스(클로로술포닐)이미드의 합성
250 ml 둥근-바닥 플라스크에 15.3 g 의 3염을 첨가하였다. 60 ml 의 옥살릴 클로라이드를 이후 적가한 후, 1 ml 의 디메틸포름아미드를 적가하였다. 반응 매질을 3 시간 동안 환류 하에 교반하였고, 용액은 황색이되었다. 반응의 마지막에, 용액을 여과하고, 염소화 화합물 및 칼륨 클로라이드를 포함하는 백색 고체 (w = 19.0 g) 를 수득하였다.
실시예 3 - 비스(플루오로술포닐)이미드의 합성
800 ml 오토클레이브에 칼륨 비스(클로로술포닐)이미드 및 칼륨 클로라이드의 혼합물 19.0 g 을 첨가하였다. 20 g 의 플루오르화 수소를 이후 주변 온도에서 첨가하였다. 반응 매질을 3 시간 동안 교반하였다. 발생된 과량의 플루오르화 수소 및 염화 수소를 이후 공기의 스트림으로 제거하였다. 이후 황금색의 고체가 수득되었다.

Claims (5)

  1. 99.5 중량% 이상의 리튬 또는 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드 및 1000 ppm 이하의 LiCl, LiF 및 LiFSO3 또는 NaCl, NaF 및 NaFSO3 를 포함하는 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 습기 및 주기율표의 11 내지 15 족 및 4 내지 6 주기의 양이온으로부터의 염으로 이루어지는 불순물을 포함하지 않는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 500 ppm 이하의 LiCl, LiF 및 LiFSO3 또는 NaCl, NaF 및 NaFSO3 를 포함하는 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 5 ppm 이하의 LiFSO3 를 포함하는 조성물,
  5. 제 1 항에 있어서, 99.9 중량% 이상의 리튬 또는 나트륨 비스(플루오로술포닐)이미드 및 1000 ppm 이하의 LiCl, LiF 및 LiFSO3 또는 NaCl, NaF 및 NaFSO3 를 포함하는 조성물.
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