[发明专利]二元或三元含氟磺酰亚胺的碱金属盐和离子液体及其应用

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，具体涉及一种二元或三元含氟磺酰亚胺的碱金属盐和离子液体的制备方法，及其碱金属盐和离子液体作为电解质材料在锂(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和离子液体，特别是锂盐，是重要的含氟有机离子化合物。它们在二次锂（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。因此，人们一直都在致力于开展新型含氟磺酰亚胺及其衍生物的合成与应用研究。 

目前，关于含氟磺酰亚胺的研究主要集中在一元含氟磺酰亚胺（即分子中仅含有一个磺酰亚氨基团-SO₂-N-SO₂-）（Coord.Chem.Rev.,1997,158,413），如全氟烷基磺酰亚胺（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），具有代表性的是双（三氟甲基磺酰）亚胺锂（Li[(CF₃SO₂)₂N]，简称LiTFSI）和双（氟磺酰）亚胺锂（Li[(FSO₂)₂N]，简称LiFSI）等。申请者最近在含氟磺酰亚胺及其碱金属盐的制备及其应用领域，也开发了一些新的方法和技术（CN101654229，CN101747242，CN101747242,Chem.Lett.,2010,39,472）。 

关于多元磺酰亚胺及其金属盐的研究报道较少。Argropoulos等采用双（氯磺酰）亚胺（H[(ClSO₂)₂N]）与芳胺缩合得到相应芳胺的三元磺酰亚胺，并对其结构进行了表征（J.Appli.Poly.Sci.,1981,26,3073）。聂进等利用双（氯磺酰）亚胺（H[(ClSO₂)₂N]）与全氟烷基磺酰胺（R_FSO₂NH₂）反应，制得了含有双（全氟烷基磺酰基）的三元磺酰亚胺及其碱金属盐和过渡金属盐，并报道了它们在电解质及催化剂方面的应用（CN1450052，CN1450053，J.Fluorine Chem.,2004,125,27），但其工作仅限于含有全氟烷基的三元磺酰亚胺类化合物，未包括取代基团为氟原子的三元磺酰亚胺、碱金属盐及其它衍生物的制备方法与应用。DesMarteau等报道了一种以脂肪族含氟长链连接的二元磺酰亚胺锂盐和全氟烷基磺酰亚胺锂盐聚合物，并研究了这些锂盐与聚醚（PEO）共混形成的高分子固体电解质的导电性能（Solid State Ionics,2002,148,173）。但是，DesMarteau等报道的这类二元及聚合物含氟磺 酰亚胺锂盐的合成步骤繁琐，并且在分子结构上由于磺酰亚胺基团之间被氟烷基间隔而未能形成共轭离域体系。此外，Zhang等利用尿素与硫酰氯（SO₂Cl₂）或双（氯磺酰）亚胺（H[(ClSO₂)₂N]）反应，或利用氨基磺酸（NH₂SO₃H）与五氯化磷（PCl₅）反应，分别制得了碳酰磺酰亚胺及磺酰亚胺的寡聚物和聚合物。所得碳酰磺酰亚胺或磺酰亚胺的寡聚物和聚合物进一步与氢化锂反应，制得了相应的锂盐寡聚物和聚合物，并测定了这些锂盐作为聚合物电解质的电化学性能（Electrochim.Acta,2000,45,1229）。