[发明专利]双氟磺酰亚胺及其碱金属盐的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含氟化合物的制备方法，具体涉及双氟磺酰亚胺（HN[SO₂F]₂）和双氟磺酰亚胺碱金属盐（MN[SO₂F]₂；M=Li，Na，K，Rb，Cs）的制备方法。 

背景技术

双氟磺酰亚胺和双氟磺酰亚胺碱金属盐，特别是锂盐，是重要的含氟化合物，它们作为锂离子电池、超级电容器等新能源器件中关键的高性能电解质材料，具有很高的产业化应用价值。 

双氟磺酰亚胺和双氟磺酰亚胺碱金属盐的化学结构式如下： 

华中科技大学的专利CN101747242A，首先由磺酰胺与二氯亚砜、氯磺酸反应得到双氯磺酰亚胺，然后将其与三氟化锑反应得到双氟磺酰亚胺，接着与碳酸钾（铷或铯）反应得到双氟磺酰亚胺钾（铷或铯）盐，最后与高氯酸锂（或钠）或四氟硼酸锂（或钠）在非质子极性溶剂中发生复分解交换反应，得到双氟磺酰亚胺锂（或钠）盐。该专利报道的方法存在以下问题：涉及四步化学反应及相关提纯步骤，工艺流程太长；氟化锑、高氯酸锂或四氟硼酸锂等价格相对昂贵，原料成本太高；原料消耗大并生成大量废弃物，包括三氯化锑、二氧化碳、高氯酸钾和有机溶剂等；产物杂质多，难以纯化满足实际应用标准。 

美国Boulder Ionics Corporation的专利US8377406B1，先由磺酰胺与二氯亚砜、氯磺酸反应得到双氯磺酰亚胺，然后将其与三氟化铋反应得到双氟磺酰亚胺，接着与碳酸锂（钠或钾）反应得到双氟磺酰亚胺锂（钠或钾）盐。该专利报道的方法存在以下问题：涉及三步化学反应及相关提纯步骤，工艺流程过长；三氟化铋价格昂贵，即使采用化学方法回收使用，制造成本仍然太高； 双氟磺酰亚胺与碳酸锂在水溶液中反应副产物太多，由乙酸乙酯提取双氟磺酰亚胺锂收率太低，且含有大量杂质。 

株式会社日本触媒专利CN102917979A，首先由磺酰胺与二氯亚砜、氯磺酸反应（或氯磺酰异氰酸酯与氯磺酸反应）得到双氯磺酰亚胺，接着在乙酸丁酯溶液中用氟化锌进行氟化，然后加入氨水溶液得到双氟磺酰亚胺铵的乙酸丁酯溶液，最后与氢氧化锂水溶液反应得到双氟磺酰亚胺锂的乙酸丁酯溶液。通过浓缩，加入不良溶剂甲苯产生沉淀，过滤干燥后得到双氟磺酰亚胺锂。该专利报道的方法存在反应和纯化工艺流程太长，产品纯度和收率太低，原料消耗和废弃物产生太多，制造成本太高等问题。 

日本曹达株式会社专利CN103391896A，首先由氯磺酰异氰酸酯与氯磺酸反应得到双氯磺酰亚胺，然后在乙腈中与氟化铵反应后过滤除去溶剂得到双氟磺酰亚胺铵盐，配成乙酸丁酯溶液后与氢氧化锂（钠或钾）水溶液反应后有机层出去溶剂得到双氟磺酰亚胺锂（钠或钾）盐。该专利报道的方法同样存在反应和纯化工艺流程太长，产品纯度和收率太低，原料消耗和废弃物产生太多，制造成本太高等问题。 

综上所述，目前的专利大多采用公开的方法合成双氯磺酰亚胺（R.Appel et al,Chem.Ber.1962,95,625;M.Goehring et al,Inorg.Synth.1966,8,105;J.Ruff,Inorg.Chem.1967,6,2108;M.Berran et al,Z.Anorg.Allg.Chem.2005,631,55），然后经过氟化、阳离子交换等工艺制备双氟磺酰亚胺及其碱金属盐。但是，这些专利报道的方法生产工艺流程太长、原料消耗太大、废弃物生成太多、产品收率太低、制造成本太高。以上问题若未解决，将阻碍双氟磺酰亚胺及其碱金属盐的大规模应用，尤其是阻碍其成为锂离子电池、超级电容器等新能源器件中的主流电解质材料。 

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种原料成本低且利用率高、产品易纯化的双氟磺酰亚胺及其碱金属盐的制备方法。 

为实现上述发明目的，本发明提供的双氟磺酰亚胺的制备方法，包括将结 构式（A）所示的双氯磺酰亚胺和氟化氢反应制得双氟磺酰亚胺的步骤。 

其中，双氟磺酰亚胺的制备过程发生的化学反应方程式如下： 

从上述技术方案可知，本发明的双氟磺酰亚胺的制备方法，具有以下优点： 

1、以氟化氢作为氟化试剂，氟化氢相对易获得且原料成本较低，从而大大降低了产品的生产成本； 

2、反应产物为双氟磺酰亚胺和氯化氢，不存在其他复杂的反应副产物，从而减少了物料消耗和废弃物生成，提高了原料的利用率、产品收率和纯度；