[发明专利]一种亚胺碱金属盐和离子液体及其作为非水电解质的应用

说明书

技术领域

本发明属于有机氟化学、新材料及先进电源技术领域，具体涉及一种含“S-氟烷基磺酰亚胺基”的氟烷基磺酰亚胺的碱金属盐和离子液体及其制备方法，以及该碱金属盐和离子液体作为电解质材料在二次锂（离子）电池和碳基超级电容器中的应用。

背景技术

含氟磺酰亚胺及其碱金属盐，特别是锂盐，是重要的含氟离子化合物，在二次锂（离子）电池、超级电容器、以及铝电解电容器等清洁能源器件用高性能非水电解质材料、以及新型高效催化剂等领域，均具有重要的产业化应用价值。

目前，关于含氟磺酰亚胺的研究多集中在一元含氟磺酰亚胺（Coord.Chem.Revs.,1997,158,413.），也就是阴离子结构中含有一个磺酰亚胺（-SO₂NSO₂-）单元，如双（氟烷基磺酰）亚胺（H[(R_FSO₂)₂N]，R_F＝C_mF_2m+1，m＝1－8）及其碱金属盐（M[(R_FSO₂)₂N]，M=Li,Na,K,Rb,Cs），其中具有代表性的是双（三氟甲基磺酰）亚胺锂（Li[(CF₃SO₂)₂N]，简称LiTFSI）。由于分子中CF₃的强吸电子作用，以及磺酰亚胺基团（-SO₂-N-SO₂-）的共轭离域作用，使得[(CF₃SO₂)₂N]^－（TFSI^-）阴离子中的负电荷高度分散，而成为弱配位的有机阴离子，故而使得HTFSI具有极强的酸性和耐氧化还原性能，其碱金属盐、离子液体具有良好的化学和电化学稳定性。为此，人们考虑进一步将具有强吸电子能力的氟烷基磺酰基（R_FSO₂）引入上述双（氟烷基磺酰）亚胺（[(R_FSO₂)₂N]^－）阴离子中，如TFSI^-阴离子，以期开发出具有更强的有机超酸和配位性更弱的含氟有机阴离子，如代表性的（三氟甲基（S-三氟甲基磺酰亚胺基）磺酰）（三氟甲基磺酰）亚胺阴离子（式（A）），双（三氟甲基（S-三氟甲基磺酰亚胺基）磺酰）亚胺阴离子（式（A））等“S-氟烷基磺酰亚胺（R_FSO₂N=S）基”的氟烷基磺酰亚胺阴离子（Org.Biomol.Chem.,2005,3,2239）。

现有制备技术中有关含“S-氟烷基磺酰亚胺基”的氟烷基磺酰亚胺及其碱金属盐，一般以硫（S）价态为+4的氟烷基（S-氟烷基磺酰亚胺基）亚磺酸盐（R_F(R_FSO₂N)SOM，式（Ⅰ）)或其磺酰氯（R_F(R_FSO₂N)SOCl，式（Ⅱ））为基础原料进一步转化，其合成方法有：