[发明专利]一种磷腈氟烷基磺酰亚胺碱金属盐的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化合物制备领域，更具体地，本发明涉及一种磷腈氟烷基磺酰亚胺碱金属盐的制备方法。

背景技术

含氟烷基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，关于含氟烷基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。

另一方面，非水电解液是高比能锂离子电池等储能器件的关键材料之一，其综合性能，如化学和电化学稳定性，安全性等，直接影响锂离子电池的使用。目前,商业化的锂离子电池电解液主要由有机碳酸酯如碳酸二甲酯(CH₃OCOOCH₃，DMC),碳酸二乙酯(C₂H₅OCOOC₂H₅，DEC),乙烯碳酸酯(EC)等，和电解质导电盐(主要是LiPF₆)组成。该体系中有机碳酸酯的易燃和易挥发性是目前锂离子电池的主要安全隐患(如燃烧，爆炸，泄漏等)(J.Electrochem.Soc.，2001，148，1100；Chem.Rev.，2004，104，4303)。同时，传统电解质导电盐LiPF₆由于其化学不稳定性(包括热不稳定和容易水解)，使得使用LiPF₆的(二次)锂离子电池在高温(>55℃)下工作时，循环性能和使用寿命大为缩减(Electrochem.Communs,2005,7,669)。而其它常见的锂盐中，如高氯酸锂(LiClO₄)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、三氟甲基磺酸锂(Li[CF₃SO₃])、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双草酸硼酸锂(LiBOB)等，由于分别存在不同方面的性能缺陷，如LiClO₄具有潜在的爆炸性，LiBF₄电导率过低，Li[SO₃CF₃]和LiTFSI对正极集流体材料铝箔有腐蚀性，LiBOB在碳酸酯中溶解度低，使这些锂盐未能在锂离子电池中获得广泛使用。因此，研究开发化学稳定性(如热稳定性，对水稳定性等)高，电化学性能(如高电导率，宽的电化学窗口，对铝箔没腐蚀性等)优异的新型导电锂盐电解质材料取代传统锂盐LiPF₆是开发大型动力电池和大型储能电子器件的重要研究方向。

发明人经过大量的实验发现，磷腈氟烷基磺酰亚胺碱金属盐，尤其是锂盐在锂离子电池中应用时，可以有效改善电池的循环性能、储存性能和安全特性等。

发明内容

鉴于背景技术所存在的问题，发明人经过长期的创新和改进，创造了步骤简单、产率高、生产成本较低的磷腈氟烷基磺酰亚胺碱金属盐的制备方法。