KR20220135281A - Method for manufacturing sodium bis(fluorosulfonyl)imide - Google Patents

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KR20220135281A
KR20220135281A KR1020210040549A KR20210040549A KR20220135281A KR 20220135281 A KR20220135281 A KR 20220135281A KR 1020210040549 A KR1020210040549 A KR 1020210040549A KR 20210040549 A KR20210040549 A KR 20210040549A KR 20220135281 A KR20220135281 A KR 20220135281A
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신미라
강동욱
이석주
추민기
조수흠
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대구가톨릭대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method for producing sodium bis(fluorosulfonyl)imide using a single solvent, and a manufacturing process is simple and economical and the sodium bis(fluorosulfonyl)imide with high purity and high yield can be produced.

Description

나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 제조방법{Method for manufacturing sodium bis(fluorosulfonyl)imide}Method for manufacturing sodium bis(fluorosulfonyl)imide

본 발명은 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 단독 용매를 사용하여 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing sodium bis(fluorosulfonyl)imide, and more particularly, to a method for preparing sodium bis(fluorosulfonyl)imide using a single solvent.

최근 각종 모바일 기기의 상품화에 따라 고성능 이차전지의 필요성이 증대되고 있으며, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차의 상용화 및 전기저장 장치의 개발에 따라 고출력, 고에너지 밀도 및 고방전 전압 등의 성능을 갖춘 이차전지가 필요하게 되었다.Recently, with the commercialization of various mobile devices, the need for high-performance secondary batteries is increasing, and with the commercialization of electric and hybrid electric vehicles and the development of electric storage devices, secondary batteries with high output, high energy density, and high discharge voltage performance are required. became necessary

이차전지 중에서 리튬 이온 전지 또는 나트륨 이온 전지는 음극, 양극, 분리막 및 전해질을 포함한다. 상기 전해질은 일반적으로 유기 카보네이트의 혼합물인 용매에 용해된 리튬 또는 나트륨 염으로 구성되며, 점성과 유전율 사이의 양호한 절충을 갖는다.Among secondary batteries, a lithium ion battery or a sodium ion battery includes a negative electrode, a positive electrode, a separator, and an electrolyte. The electrolyte consists of lithium or sodium salts dissolved in a solvent, usually a mixture of organic carbonates, and has a good compromise between viscosity and permittivity.

가장 널리 사용되는 염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6)를 포함하는 것으로, 이는 요구되는 많은 품질 중 대다수를 갖추고 있지만 플루오르화수소산 기체의 형태로 분해되는 단점이 있다.The most widely used salts include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), which has many of the many qualities required, but has the disadvantage of decomposing in the form of hydrofluoric acid gas.

그에 따라 적합한 전해액의 조성물 중 금속염의 중요성이 대두되고 있으며, 경제적으로 고순도의 비스(플루오로설포닐)이미드 금속염을 제조할 필요성이 요구되고 있다.Accordingly, the importance of a metal salt in the composition of a suitable electrolyte is emerging, and there is a need for economically preparing a high-purity bis(fluorosulfonyl)imide metal salt.

한편, 비스(플루오로설포닐)이미드 금속염은 대표적으로 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드, 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 및 칼륨 비스(플루오로설포닐)이미드 등이 상용화되고 있다.On the other hand, bis(fluorosulfonyl)imide metal salts are commercially available such as lithium bis(fluorosulfonyl)imide, sodium bis(fluorosulfonyl)imide, and potassium bis(fluorosulfonyl)imide. is becoming

그 중에서도 특히 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드는 이러한 전기 자동차용 리튬 이차전지에 부합하는 요구성능을 나타내어 상업적 중요성이 커지고 있다.Among them, lithium bis(fluorosulfonyl)imide, in particular, has increased commercial importance because it exhibits performance required for such lithium secondary batteries for electric vehicles.

또한, 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드는 차세대 이차전지인 나트륨 이차전지에 적용되고, 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드와 칼륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 혼합체는 100℃ 이하에서 용융되는 장점을 이용한 차세대 이차전지에 응용 가능성이 커지고 있다.In addition, sodium bis(fluorosulfonyl)imide is applied to a sodium secondary battery, which is a next-generation secondary battery, and a mixture of sodium bis(fluorosulfonyl)imide and potassium bis(fluorosulfonyl)imide is 100° C. or less Possibility of application to next-generation secondary batteries using the advantage of melting in

WO2010-113483호는 퍼플루오로설폰산과 우레아의 반응으로 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 제조하는 방법을 개시하고 있고, WO2010-113835호는 디플루오로설폭사이드와 암모니아의 반응으로 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 제조하는 방법을 개시하고 있다.WO2010-113483 discloses a method for preparing lithium bis(fluorosulfonyl)imide by reaction of perfluorosulfonic acid with urea, and WO2010-113835 discloses lithium bis(fluorosulfonyl)imide by reaction of difluorosulfoxide with ammonia. Methods for preparing (fluorosulfonyl)imides are disclosed.

이와 같이 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드의 제조방법은 많이 연구되고 있으나, 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법에 대해서는 다양한 연구가 이루어지지 않은 바, 보다 단순한 방법 및 우수한 수율로 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드를 제조하는 방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.As such, a method for preparing lithium bis(fluorosulfonyl)imide has been studied a lot, but various studies have not been made on a method for preparing sodium bis(fluorosulfonyl)imide. There is a need for development of a method for preparing sodium bis(fluorosulfonyl)imide.

WO2010-113483호WO2010-113483 WO2010-113835호WO2010-113835

본 발명자들은 다각적으로 연구를 수행한 결과, 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염의 유기 양이온을 나트륨 이온으로 치환하는 양이온 치환반응 단계에서 단독 용매를 사용하면, 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 순도 및 수율을 향상시킬 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.As a result of various studies conducted by the present inventors, when a single solvent is used in the cation substitution reaction step of replacing the organic cation of bis(fluorosulfonyl)imide ammonium salt with sodium ion, sodium bis(fluorosulfonyl) is already The present invention was completed by confirming that it was possible to improve the purity and yield of de

따라서, 본 발명의 목적은 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 순도 및 수율이 우수하며, 제조공정이 단순한 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for preparing sodium bis(fluorosulfonyl)imide having excellent purity and yield, and a simple manufacturing process.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

본 발명은 (A)반응 용기에 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염 및 단독용매를 투입하여 교반한 후 용해되지 않은 불순물을 여과하여 여액을 형성하는 단계;The present invention comprises the steps of: (A) adding an ammonium salt of bis(fluorosulfonyl)imide and a single solvent to a reaction vessel, stirring, and filtering undissolved impurities to form a filtrate;

(B)다른 반응 용기에 수산화나트륨 및 단독 용매를 투입하여 교반하는 단계;(B) adding sodium hydroxide and a single solvent to another reaction vessel and stirring;

(C)상기 (A)단계의 여액을 상기 (B)단계의 혼합물에 투입하여 교반한 후 단독 용매에 용해되지 않은 불순물을 여과하여 여액을 형성하는 단계; 및(C) forming a filtrate by adding the filtrate of step (A) to the mixture of step (B), stirring, and filtering impurities not dissolved in a single solvent; and

(D)상기 (C)단계의 여액을 농축하는 단계;(D) concentrating the filtrate of step (C);

(E)상기 (D)단계의 농축된 여액을 진공 상태에서 교반한 후 고체화하여 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드를 제조하는 단계;를 포함하는 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법을 제공한다.(E) preparing sodium bis(fluorosulfonyl)imide by stirring the concentrated filtrate of step (D) in a vacuum and then solidifying it to prepare sodium bis(fluorosulfonyl)imide comprising; provide a way

본 발명의 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법은 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드를 고순도 및 높은 수율로 얻을 수 있는 효과를 지니고 있다.The method for preparing sodium bis(fluorosulfonyl)imide of the present invention has the effect of obtaining sodium bis(fluorosulfonyl)imide in high purity and in high yield.

또한, 본 발명의 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법은 제조 공정이 단순하여 제조시간을 단축할 수 있어 경제적인 효과를 지니고 있다.In addition, the method for preparing sodium bis(fluorosulfonyl)imide of the present invention has an economical effect because the manufacturing process is simple and the manufacturing time can be shortened.

이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드(Sodium bis(fluorosulfonyl)imide, NaFSI)의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing sodium bis(fluorosulfonyl)imide (NaFSI).

구체적으로, 본 발명의 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법은,Specifically, the method for preparing sodium bis (fluorosulfonyl) imide of the present invention comprises:

(A)반응 용기에 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염 및 단독 용매를 투입하여 교반한 후 용해되지 않은 불순물을 여과하여 여액을 형성하는 단계;(A) bis(fluorosulfonyl)imide ammonium salt and a single solvent were added to the reaction vessel and stirred, followed by filtering undissolved impurities to form a filtrate;

(B)다른 반응 용기에 수산화나트륨 및 단독 용매를 투입하여 교반하는 단계;(B) adding sodium hydroxide and a single solvent to another reaction vessel and stirring;

(C)상기 (A)단계의 여액을 상기 (B)단계의 혼합물에 투입하여 교반한 후 단독 용매에 용해되지 않은 불순물을 여과하여 여액을 형성하는 단계; 및(C) forming a filtrate by adding the filtrate of step (A) to the mixture of step (B), stirring, and filtering impurities not dissolved in a single solvent; and

(D)상기 (C)단계의 여액을 농축하는 단계;(D) concentrating the filtrate of step (C);

(E)상기 (D)단계의 농축된 여액을 진공 상태에서 교반한 후 고체화하여 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드를 제조하는 단계;를 포함한다.(E) preparing sodium bis(fluorosulfonyl)imide by stirring the concentrated filtrate in step (D) in a vacuum and then solidifying it.

상기 (A)단계는 반응 용기에 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염 및 단독 용매를 투입하여 교반한 후 용해되지 않은 불순물을 여과하여 여액을 형성하는 단계이다.In step (A), bis(fluorosulfonyl)imide ammonium salt and a single solvent are added to the reaction vessel, stirred, and then undissolved impurities are filtered to form a filtrate.

상기 (A)단계의 교반은 상온에서 이루어지며, 단독 용매에 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염이 완전히 용해될 때까지 교반을 진행할 수 있다.The stirring in step (A) is performed at room temperature, and stirring may be performed until the ammonium salt of bis(fluorosulfonyl)imide is completely dissolved in a single solvent.

또한, 상기 (A)단계의 여과는 당 업계에서 사용하는 일반적인 방법으로 실시될 수 있으며, 바람직하게는 감압 여과의 방법으로 실시될 수 있다. In addition, the filtration of step (A) may be carried out by a general method used in the art, and preferably may be carried out by a method of reduced pressure filtration.

상기 (B)단계는 다른 반응 용기에 수산화나트륨 및 단독 용매를 투입하여 교반하는 단계이다.Step (B) is a step of adding sodium hydroxide and a single solvent to another reaction vessel and stirring.

상기 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드는 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염과 수산화나트륨의 양이온 치환 반응을 통해 제조될 수 있다. 따라서, 상기 수산화나트륨은 양이온 치환 반응에 사용되는 나트륨 화합물일 수 있다.The sodium bis(fluorosulfonyl)imide may be prepared through a cationic substitution reaction of bis(fluorosulfonyl)imide ammonium salt and sodium hydroxide. Accordingly, the sodium hydroxide may be a sodium compound used in a cation substitution reaction.

상기 (B)단계의 교반은 0 내지 15℃의 온도에서 4 내지 6시간 동안 이루어질 수 있다.The stirring in step (B) may be performed at a temperature of 0 to 15° C. for 4 to 6 hours.

상기 온도가 0℃ 미만이면 반응 속도가 느려져 제조 공정의 시간이 오래 걸리는 문제가 있을 수 있고, 15℃를 초과하면 불순물이 포함될 수 있어 바람직하지 않다.If the temperature is less than 0°C, the reaction rate may be slowed and there may be a problem that the manufacturing process takes a long time, and if it exceeds 15°C, impurities may be included, which is not preferable.

상기 (A)단계 및 (B)단계에서 사용한 단독 용매는 유기용매이며, 부틸아세테이트, 이소부틸아세테이트, 에틸프로피오네이트, 에틸이소프로피오네이트, 이소프로필아세테이트 및 sec-부틸아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종일 수 있으며, 바람직하게는 부틸아세테이트, 이소부틸아세테이트 및 에틸프로피오네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종일 수 있으며, 가장 바람직하게는 부틸아세테이트일 수 있다.The sole solvent used in steps (A) and (B) is an organic solvent, and is selected from the group consisting of butyl acetate, isobutyl acetate, ethyl propionate, ethyl isopropionate, isopropyl acetate and sec-butyl acetate. It may be one type selected from the group consisting of butyl acetate, isobutyl acetate and ethyl propionate, and most preferably butyl acetate.

또한, 상기 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염 및 수산화나트륨은 5:1 내지 1:1의 중량비, 바람직하게는 3:1 내지 1:1의 중량비, 가장 바람직하게는 2:1의 중량비로 혼합될 수 있다.In addition, the bis(fluorosulfonyl)imide ammonium salt and sodium hydroxide are present in a weight ratio of 5:1 to 1:1, preferably 3:1 to 1:1, and most preferably 2:1. can be mixed.

상기 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염이 상기 중량비를 초과하여 포함되면 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염이 반응에 모두 참여하지 않아 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 수율이 낮아지고, 상기 중량비 미만으로 포함되면 수산화나트륨이 과량으로 포함되어 비경제적일 수 있다.If the bis(fluorosulfonyl)imide ammonium salt is included in excess of the above weight ratio, the bis(fluorosulfonyl)imide ammonium salt does not participate in the reaction, so the yield of sodium bis(fluorosulfonyl)imide is low. And, when included in less than the weight ratio, sodium hydroxide may be included in excess, which may be uneconomical.

상기 (C)단계는 (A)단계의 여액을 상기 (B)단계의 혼합물에 투입하여 교반한 후 단독 용매에 용해되지 않은 불순물을 여과하여 여액을 형성하는 단계이다.Step (C) is a step of forming a filtrate by adding the filtrate of step (A) to the mixture of step (B) and stirring, and then filtering impurities not dissolved in a single solvent.

상기 투입은 상기 (A)단계의 여액을 상기 (B)단계의 혼합물에 적가(dropwise)하는 것이다.The input is to dropwise the filtrate of step (A) to the mixture of step (B).

상기 (C)단계의 교반은 0 내지 25℃의 온도에서 2 내지 6시간 동안 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 0 내지 10℃의 온도에서 3 내지 5시간 동안 이루어질 수 있다. The stirring in step (C) may be made at a temperature of 0 to 25 °C for 2 to 6 hours, preferably at a temperature of 0 to 10 °C for 3 to 5 hours.

상기 교반 온도 범위에서 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 성상 및 수율이 가장 우수하며, 상기 교반 온도가 0℃ 미만이면 반응 온도가 낮아 용매가 냉각되어 반응성이 저하될수 있으며, 25℃를 초과하면 생성물이 분해되어 불순물 함량이 증가됨에 따라 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 순도 및 수율이 저하될 수 있다.In the stirring temperature range, the properties and yield of sodium bis(fluorosulfonyl)imide are the best, and if the stirring temperature is less than 0°C, the reaction temperature is low, the solvent is cooled, and the reactivity may be reduced, exceeding 25°C If the product is decomposed and the impurity content is increased, the purity and yield of sodium bis(fluorosulfonyl)imide may be reduced.

또한, 상기 교반 시간이 2시간 미만이면 반응이 충분히 진행되지 못하여 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 수율이 감소할 수 있으며, 6시간을 초과하면 반응 안정성이 감소하고, 불순물의 함량이 증가하여 순도가 낮아질 수 있다.In addition, if the stirring time is less than 2 hours, the reaction may not proceed sufficiently and the yield of sodium bis(fluorosulfonyl)imide may decrease. If it exceeds 6 hours, the reaction stability decreases and the content of impurities increases. Therefore, the purity may be lowered.

상기 (A)단계의 여액 투입 및 교반은 질소 가스(N2)를 주입하면서 이루어질 수 있다. 만약 상기 질소 가스를 주입하지 않고 (A)단계의 여액을 (B)단계의 혼합물에 투입하면 교반이 잘 이루어지지 않아 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 수율이 현저하게 낮아질 수 있다.The input and stirring of the filtrate in step (A) may be performed while injecting nitrogen gas (N 2 ). If the filtrate of step (A) is added to the mixture of step (B) without injecting the nitrogen gas, stirring may not be performed well, so that the yield of sodium bis(fluorosulfonyl)imide may be significantly lowered.

상기 (C)단계의 여과는 교반 종료 후 증류수를 추가로 투입하여 교반한 후, 용해되지 않은 불순물을 포함하는 증류수층을 제거하고 유기층을 수득하는 것일 수 있다.The filtration in step (C) may be to remove the distilled water layer containing undissolved impurities after stirring by adding distilled water after completion of stirring to obtain an organic layer.

상기 교반 시간은 특별히 정해진 것은 아니며, 약 30분 동안 진행될 수 있다.The stirring time is not particularly set, and may be carried out for about 30 minutes.

또한, 상기 여과는 반복 실시할수록 불순물이 제거될 가능성이 높으나, 본 발명에서는 2 내지 3회 실시하는 것이 바람직하다.In addition, the more the filtration is repeated, the more likely the impurities are removed, but in the present invention, it is preferable to carry out 2-3 times.

상기 불순물이 포함된 증류수층을 제거한 후 유기층을 수득할 수 있다.After removing the distilled water layer containing the impurities, an organic layer may be obtained.

상기 (C)단계의 여액은 상기 유기층을 여과하여 얻은 것일 수 있으며, 여과 방법을 특별히 한정하는 것은 아니나, 감압 여과의 방법으로 실시하는 것이 바람직할 수 있다.The filtrate in step (C) may be obtained by filtration of the organic layer, and the filtration method is not particularly limited, but may be preferably carried out by a reduced pressure filtration method.

상기 (D)단계는 상기 (C)단계의 여액을 농축하는 단계이다.Step (D) is a step of concentrating the filtrate of step (C).

상기 농축은 30 내지 60℃의 온도, 바람직하게는 35 내지 50℃의 온도에서 회전진공 증발기에서 이루어질 수 있다. 상기 농축 시간은 1시간 이상일 수 있으며, 적정 시간은 농축의 진행 정도를 보고 판단하는 것이 바람직하다. 만약, 용매가 과농축된 상태에서 이후 고체화를 진행하면 최종 생성물인 나트륨 비스(플루오로설피놀)이미드의 수율이 낮아지고, 농축이 덜 이루어진 상태에서 고체화를 진행하면 고체가 생성되지 않아 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드를 수득하기 어려워 수율이 떨어질 수 있다.The concentration may be made in a rotary vacuum evaporator at a temperature of 30 to 60 °C, preferably at a temperature of 35 to 50 °C. The concentration time may be 1 hour or more, and the appropriate time is preferably determined by looking at the progress of the concentration. If the solvent is subsequently solidified in an over-concentrated state, the yield of the final product, sodium bis(fluorosulfinol)imide, is lowered. It is difficult to obtain (fluorosulfonyl)imide and the yield may be poor.

상기 (E)단계는 상기 (D)단계의 농축된 여액을 진공 상태에서 교반한 후 고체화하여 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드를 제조하는 단계이다.Step (E) is a step of preparing sodium bis(fluorosulfonyl)imide by stirring the concentrated filtrate of step (D) in a vacuum and then solidifying it.

상기 (E)단계의 교반은 진공 펌프로 감압한 진공 상태에서 질소 가스(N2)를 주입하면서 이루어질 수 있다. 상기 질소 가스 주입이 충분하지 않으면 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드는 파우더(powder) 형태가 아닌 고체 덩어리로 제조될 수 있어 바람직하지 못하다.The agitation of step (E) may be performed while injecting nitrogen gas (N 2 ) in a vacuum state reduced pressure by a vacuum pump. If the nitrogen gas injection is not sufficient, sodium bis(fluorosulfonyl)imide may be prepared in a solid mass rather than a powder form, which is not preferable.

또한, 상기 교반은 30 내지 60℃, 바람직하게는 40 내지 50℃의 온도에서 이루어질 수 있으며, 10분 내지 90분, 바람직하게는 30분 내지 80분동안 이루어질 수 있다.In addition, the stirring may be made at a temperature of 30 to 60 ℃, preferably 40 to 50 ℃, 10 minutes to 90 minutes, preferably 30 minutes to 80 minutes.

상기 교반 온도 범위에서 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 성상 및 수율이 가장 우수하며, 교반 온도가 30℃ 미만이면 용매가 완전히 제거되지 않아 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드가 고체 덩어리로 생성될 수 있으며, 60℃를 초과하면 불순물이 다량 포함될 수 있어 바람직하지 않다.In the above stirring temperature range, the properties and yield of sodium bis(fluorosulfonyl)imide are the best, and if the stirring temperature is less than 30°C, the solvent is not completely removed, so sodium bis(fluorosulfonyl)imide is converted into a solid mass. It may be generated, and if it exceeds 60° C., a large amount of impurities may be included, which is not preferable.

또한, 상기 교반 시간 범위 내에서 잔류하는 용매를 제거하는 정도가 우수하여 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 수율이 상대적으로 향상될 수 있다. 그러나 교반 시간이 10분 미만이면 반응이 충분히 진행되지 못하여 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드의 수율이 감소할 수 있으며, 90분을 초과하면 공정 시간이 길어져 생산성이 떨어지고 비경제적일 수 있다.In addition, the degree of removing the remaining solvent within the stirring time range is excellent, so that the yield of sodium bis(fluorosulfonyl)imide may be relatively improved. However, if the stirring time is less than 10 minutes, the reaction may not proceed sufficiently and the yield of sodium bis(fluorosulfonyl)imide may decrease.

상기 교반 후 톨루엔을 가하여 교반시킴으로써 생성물이 고체화되어 하얀색 고체가 형성될 수 있으며, 상기 고체에 질소 가스를 주입하여 감압 여과하고, 이를 진공 상태에서 건조시켜 최종적으로 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드를 얻을 수 있다.After the stirring, toluene is added and stirred to solidify the product to form a white solid, and nitrogen gas is injected into the solid, filtered under reduced pressure, and dried under vacuum to finally sodium bis(fluorosulfonyl)imide can get

본 발명의 제조방법으로 제조된 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드는 이차전지 등의 전기 화학 디바이스를 구성하는 이온 전도체의 재료로 유용하게 사용될 수 있다.The sodium bis(fluorosulfonyl)imide prepared by the method of the present invention can be usefully used as a material of an ion conductor constituting an electrochemical device such as a secondary battery.

이하 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리 범위가 이들 실시예에 반드시 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples. However, these examples are only presented in order to understand the content of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention to these examples.

실시예 1 내지 5. 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조Examples 1 to 5. Preparation of sodium bis(fluorosulfonyl)imide

둥근 바닥 플라스크(one-neck round bottom flask)에 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염(Bis(fluorosulfonyl)imide ammonium salt, NH4FSI) 20g(1 당량) 및 단독 용매로 이소부틸아세테이트(isobutyl acetate, IBA) 100g을 투입하여 상온에서 10분 동안 교반하여 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염을 용해시켰다. 그 후 용해되지 않은 불순물을 제거하기 위해 감압 여과하여 여액을 수득하였다.In a one-neck round bottom flask, 20 g (1 equivalent) of Bis(fluorosulfonyl)imide ammonium salt (NH 4 FSI) and isobutyl acetate as a sole solvent , IBA) was added and stirred at room temperature for 10 minutes to dissolve the bis(fluorosulfonyl)imide ammonium salt. Thereafter, the filtrate was obtained by filtration under reduced pressure to remove undissolved impurities.

3구 둥근 바닥 플라스크(three-neck round bottom flask)에 수산화 나트륨(NaOH) 10g(2.5 당량) 및 단독 용매로 이소부틸아세테이트 20g을 투입하여 아이스 배스(ice bath)에서 4시간 동안 교반하였다.In a three-neck round bottom flask, 10 g (2.5 equivalents) of sodium hydroxide (NaOH) and 20 g of isobutyl acetate as a single solvent were added, followed by stirring in an ice bath for 4 hours.

상기 3구 둥근 바닥 플라스크에 질소 가스(N2)를 서서히 주입하면서 5분 동안 상기 여액을 적가하였으며, 3구 둥근 바닥 플라스크의 내부 온도를 5℃로 유지하면서 4시간 동안 교반시켰다.The filtrate was added dropwise for 5 minutes while slowly injecting nitrogen gas (N 2 ) into the three-necked round-bottom flask, and stirred for 4 hours while maintaining the internal temperature of the three-necked round-bottom flask at 5°C.

반응 종료 후, 증류수 30g을 투입하여 교반한 후 용해되지 않은 불순물이 포함된 증류수층을 제거하고, 유기층을 수득하였다.After completion of the reaction, 30 g of distilled water was added and stirred, the distilled water layer containing undissolved impurities was removed, and an organic layer was obtained.

상기 유기층을 감압 여과하여 여액을 수득하고, 상기 여액을 회전진공증발기에서 45℃의 온도에서 1시간 동안 농축하였다(1차 농축).The organic layer was filtered under reduced pressure to obtain a filtrate, and the filtrate was concentrated in a rotary vacuum evaporator at a temperature of 45° C. for 1 hour (first concentration).

상기 농축된 여액을 온도계가 장착된 3구 둥근 바닥 플라스크로 옮긴 후, 진공 상태에서 질소 가스를 주입해주면서 45℃의 온도에서 40분 동안 교반하였다(2차 농축).The concentrated filtrate was transferred to a three-necked round-bottom flask equipped with a thermometer, and stirred at a temperature of 45° C. for 40 minutes while injecting nitrogen gas in a vacuum (second concentration).

그 후 톨루엔 82g을 가해줌에 따라 서서히 고체가 생성되었으며, 상온에서 10분 동안 교반하였다. 교반 후 질소 가스를 주입하여 감압 여과하고, 여과한 고체를 진공 상태에서 건조하여 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드(Sodium bis(fluorosulfonyl)imide, NaFSI)를 얻었으며, 수율은 79%이었다.Thereafter, as 82 g of toluene was added, a solid was gradually generated, and the mixture was stirred at room temperature for 10 minutes. After stirring, nitrogen gas was injected and filtered under reduced pressure, and the filtered solid was dried in a vacuum to obtain sodium bis(fluorosulfonyl)imide (NaFSI), and the yield was 79%.

실시예 2 내지 5는 실시예 1의 단독 용매 및 2차 농축의 교반 시간을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드를 제조한 것이며, 그 조건을 하기 표 1에 나타내었다.In Examples 2 to 5, sodium bis(fluorosulfonyl)imide was prepared in the same manner as in Example 1, except for the stirring time of the single solvent and the secondary concentration of Example 1, and the conditions were It is shown in Table 1 below.

NH4FSINH 4 FSI NaOHNaOH 단독 용매Sole solvent 2차 농축시간Second concentration time 수율transference number 실시예 1Example 1 20g(1당량)20 g (1 equivalent) 10g(2.5당량)10 g (2.5 equivalents) IBAIBA 40분40 minutes 79%79% 실시예 2Example 2 15g(1당량)15 g (1 equivalent) 7.5g(2.5당량)7.5 g (2.5 equivalents) EPEP 30분30 minutes 74%74% 실시예 3Example 3 20g(1당량)20 g (1 equivalent) 10g(2.5당량)10 g (2.5 equivalents) EPEP 35분35 minutes 77%77% 실시예 4Example 4 20g(1당량)20 g (1 equivalent) 10g(2.5당량)10 g (2.5 equivalents) BABA 70분70 minutes 78%78% 실시예 5Example 5 20g(1당량)20 g (1 equivalent) 10g(2.5당량)10 g (2.5 equivalents) BABA 75분75 minutes 81%81%

IBA : 이소부틸아세테이트(isobutyl acetate)IBA: isobutyl acetate

EP : 에틸프로피오네이트(ethyl propionate)EP: ethyl propionate

BA : 부틸아세테이트(butyl acetate)BA: butyl acetate

실시예 1 내지 5의 반응은 하기 반응식 1과 같다.The reactions of Examples 1 to 5 are shown in Scheme 1 below.

[반응식 1][Scheme 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 실시예 1 내지 5의 결과를 통해, 본 발명의 제조방법은 단독 용매를 사용하여 단순한 공정으로 높은 수율의 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드를 제조할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 단독 용매 중에서도 부틸아세테이트가 가장 높은 수율의 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드를 제조할 수 있음을 알 수 있었다.From the results of Examples 1 to 5, it was found that the production method of the present invention can produce sodium bis(fluorosulfonyl)imide in high yield in a simple process using a single solvent. In addition, it was found that butyl acetate can prepare sodium bis(fluorosulfonyl)imide with the highest yield among single solvents.

Claims (9)

(A)반응 용기에 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염 및 단독 용매를 투입하여 교반한 후 용해되지 않은 불순물을 여과하여 여액을 형성하는 단계;
(B)다른 반응 용기에 수산화나트륨 및 단독 용매를 투입하여 교반하는 단계;
(C)상기 (A)단계의 여액을 상기 (B)단계의 혼합물에 투입하여 교반한 후 단독 용매에 용해되지 않은 불순물을 여과하여 여액을 형성하는 단계; 및
(D)상기 (C)단계의 여액을 농축하는 단계;
(E)상기 (D)단계의 농축된 여액을 진공 상태에서 교반한 후 고체화하여 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드를 제조하는 단계;를 포함하는 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법.
(A) bis(fluorosulfonyl)imide ammonium salt and a single solvent were added to the reaction vessel and stirred, followed by filtering undissolved impurities to form a filtrate;
(B) adding sodium hydroxide and a single solvent to another reaction vessel and stirring;
(C) forming a filtrate by adding the filtrate of step (A) to the mixture of step (B), stirring, and filtering impurities not dissolved in a single solvent; and
(D) concentrating the filtrate of step (C);
(E) preparing sodium bis(fluorosulfonyl)imide by stirring the concentrated filtrate of step (D) in a vacuum and then solidifying it to prepare sodium bis(fluorosulfonyl)imide comprising; Way.
제1항에 있어서,
상기 단독 용매는 부틸아세테이트, 이소부틸아세테이트, 에틸프로피오네이트, 에틸이소프로피오네이트, 이소프로필아세테이트 및 sec-부틸아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법.
According to claim 1,
The sole solvent is sodium bis (fluorosulfonyl), characterized in that it is one selected from the group consisting of butyl acetate, isobutyl acetate, ethyl propionate, ethyl isopropionate, isopropyl acetate and sec-butyl acetate imide manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 비스(플루오로설포닐)이미드 암모늄염 및 수산화나트륨은 5:1 내지 1:1의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법.
According to claim 1,
The bis(fluorosulfonyl)imide ammonium salt and sodium hydroxide are mixed in a weight ratio of 5:1 to 1:1.
제1항에 있어서,
상기 (C)단계의 투입 및 교반은 질소 가스를 주입하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법.
According to claim 1,
Sodium bis (fluorosulfonyl) imide manufacturing method, characterized in that the input and stirring of step (C) is made while injecting nitrogen gas.
제1항에 있어서,
상기 (C)단계의 교반은 0 내지 25℃의 온도에서 2 내지 6시간 동안 진행하는 것을 특징으로 하는 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법.
According to claim 1,
The stirring in step (C) is a sodium bis (fluorosulfonyl) imide manufacturing method, characterized in that it proceeds for 2 to 6 hours at a temperature of 0 to 25 ℃.
제1항에 있어서,
상기 (C)단계의 여과는 증류수를 추가로 투입하여 교반한 후, 용해되지 않은 불순물을 포함하는 증류수층을 제거하고, 유기층을 수득하는 것을 특징으로 하는 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법.
According to claim 1,
In the filtration of step (C), distilled water is additionally added and stirred, and then the distilled water layer containing undissolved impurities is removed, and sodium bis(fluorosulfonyl)imide preparation, characterized in that to obtain an organic layer Way.
제6항에 있어서,
상기 (C)단계의 여액은 유기층을 감압 여과한 것을 특징으로 하는 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법.
7. The method of claim 6,
The filtrate of step (C) is a sodium bis (fluorosulfonyl) imide manufacturing method, characterized in that the organic layer is filtered under reduced pressure.
제1항에 있어서,
상기 (D)단계의 농축은 30 내지 60℃의 온도에서 진행하는 것을 특징으로 하는 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법.
According to claim 1,
The concentration of step (D) is sodium bis (fluorosulfonyl) imide preparation method, characterized in that proceeding at a temperature of 30 to 60 ℃.
제1항에 있어서,
상기 (E)단계의 교반은 진공 상태에서 질소 가스를 주입하면서, 30 내지 60℃의 온도에서 10분 내지 90분 동안 진행하는 것을 특징으로 하는 나트륨 비스(플루오로설포닐)이미드 제조방법.
According to claim 1,
The stirring of step (E) is sodium bis (fluorosulfonyl) imide manufacturing method, characterized in that it proceeds for 10 to 90 minutes at a temperature of 30 to 60 ℃ while injecting nitrogen gas in a vacuum state.
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