[发明专利]一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法

说明书

本发明公开了一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法，包括如下步骤：(1)将双氯磺酰亚胺通入无水氟化氢气体，制得双氟磺酰亚胺；(2)将上述双氟磺酰亚胺与第一有机溶剂混合后，加入除水剂，混合均匀后，再加入锂盐进行反应，反应完毕后进行过滤得双氟磺酰亚胺锂盐粗品；(3)将上述双氟磺酰亚胺锂盐粗品第二有机溶剂清洗，再加入第一有机溶剂进行提纯，得到双氟磺酰亚胺锂盐颗粒。本发明的氟化反应时采用氟化氢作为氟化试剂并兼作溶剂，省去溶剂费用及其回收等步骤，具有成本低、原料易获得的优点，且该反应生成的HCl气体只需要用碱液吸收即可，反应完毕后通过减压蒸馏的方式，即可得到纯度高的双氟磺酰亚胺。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法。

背景技术

自二十世纪九十年代提出锂离子电池概念并实现其商业化应用以来，锂离子电池的基础以及相关应用的研究逐渐成为国际化电化学研究的热点之一。氟元素作为元素周期表中电负性最大的元素，在化合物中加入氟元素后，往往能使其物理性质与化学性质发生较大的变化。也正因如此，许多含氟锂化合物被应用到电池中，用于改善电池的性能，如六氟磷酸锂(LiPF₆)与双(三氟甲基)磺酰亚胺锂(LiTFSI)等。美国专利US5916475公开了一种比LiPF₆和LiTFSI热稳定性和化学稳定性更好、导电性更高、腐蚀速率更低的新型含氟锂盐双(磺酰氟)亚胺锂(双氟磺酰亚胺锂盐)，在锂电池中，有着良好的应用前景。

国内外多数合成双氟磺酰亚胺锂盐的方法为先通过氯磺酸、氨基磺酸、二氯亚砜为原料合成双氯磺酰亚胺，再将双氯磺酰亚胺用氟化试剂氟化，得到双氟磺酰亚胺或其金属盐，最后通过锂化后得到双氟磺酰亚胺锂盐产品(如美国专利US4315935，CN101980955，CN101654229)。关于氟化试剂的选择，现公开专利多数采用金属氟化试剂，包括氟化锂、氟化钠、氟化钾、氟化锌、三氟化锑、三氟化铋等等。但用以上氟化试剂，都会存在一些问题，如使用LiF做氟化试剂时，可直接得到双氟磺酰亚胺锂盐，但该反应收率较低，杂质较多，不易提纯且产生HF等，对设备要求较高，所得到的双氟磺酰亚胺锂盐同样存在难以提纯的问题。以三氟化锑为氟化试剂，可得到较高的收率，但反应结束后，生成的三氯化锑易升华，难以蒸馏得到高纯度的双氟磺酰亚胺。采用氟化钾进行氟化后，需要将所得到的KFSI与高氯酸锂进行离子交换反应制备双氟磺酰亚胺锂盐，用此方法需要用到高氯酸锂且生成高氯酸钾，存在着易爆的安全隐患，且成本较高，同时离子交换也难以进行彻底，导致最终产品中有大量的钾离子存在，难以进行实际应用。

除了金属氟化物，氟化氢也可作为氟化试剂。现有的专利中，采用氟化氢作为氟化试剂进行反应时多数需要加入路易斯酸为催化剂进行催化。加入路易斯酸催化剂可提高其反应选择性，但同时会降低氟化反应的活性，需要在更高的温度(～100℃)下反应，且催化剂会带入后续的反应中，在蒸馏提纯时，部分路易斯酸会出现升华的现象，被混入到产物中，影响纯度及下一步反应，如CN101654229、CN104925765、CN106241757中所述。

针对锂化反应的研究，制备得到的双氟磺酰亚胺多数采用与碳酸锂反应制备得到双氟磺酰亚胺锂盐(US8377406)。但现有的一些专利存在明显的不足，若采用水做溶剂，在反应过程中大量放热，产物与水反应会导致反应产生大量副反应。若采用有机溶剂作为溶剂，则也会生成少量水，放热时同样会导致部分产品变质，且难以从有机溶剂中析出，因此须要将反应中的水及时除去以减少副反应。

锂化后的纯化过程，现公布的文献主要采用单一溶剂直接结晶，得到的产品结晶性差，多为粉末型产品，不利于后续使用(CN104085864)。也有采用先溶解，然后进行一系列处理后，再除干溶剂，最后加入其他溶剂的方式，过程复杂，影响收率(CN106241757)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法。

本发明的技术方案如下：