[发明专利]一种双（氟磺酰）亚胺碱金属盐的制备方法

说明书

本发明公开了一种双(氟磺酰)亚胺碱金属盐的制备方法，以双(氯磺酰)亚胺碱金属盐(M₁ClSI)为原料，碱金属氟化物(M₂F)为氟化剂，在弱酸性质子溶剂中进行氟化反应，反应后，所得双(氟磺酰)亚胺碱金属盐粗品经过提取，过滤，浓缩，结晶，干燥，得到目标产物双(氟磺酰)亚胺碱金属盐，其中M₁ClSI中M₁表示碱金属元素，M₂F中M₂表示碱金属元素，所述弱酸性质子溶剂pKa为3～10。本发明提供的制备方法具有反应条件温和，产品产率高、纯度高，原料成本低廉，工艺简单，容易实现工业化制备的特点。

技术领域

本发明涉及一种双(氟磺酰)亚胺碱金属盐的制备方法，属于化学合成技术领域。

背景技术

锂离子电池的研究在能源越来越匮乏的近几十年得到了迅猛的发展。在当前用的最多的是六氟磷酸锂(LiPF₆)和双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)，但是前面两者的热稳定性和化学稳定性都较差，所以双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI) 应运而生，其热稳定性很高，200℃以下不分解，化学稳定性也很好。所以，LiFSI 成了锂电池电解液研究的最新和最热的方向。

本发明所研究的双(氟磺酰)亚胺碱金属盐是制备双(氟磺酰)亚胺锂的重要原料。

双(氟磺酰)亚胺碱金属盐的化学结构式如下：

大多数MFSI的合成方法均是先合成双(氯磺酰)亚胺(HClSI)，然后再用 NH₄F(CN103391896 A)、ZnF₂(CN 102917979 A)、SbF₃(CN 101747242 A)、 BiF₃(US 8377406 B1)、HF(CN 103935970 A)等氟化，得到双(氟磺酰)亚胺(HFSI)，再使得到的HFSI与碱金属的碳酸盐(M₂CO₃)反应得到双(氟磺酰)亚胺碱金属盐(MFSI)。用该方法来合成MFSI工艺繁琐，采用的氟化剂 SbF₃、BiF₃等比较贵，毒性也特别大，而选用ZnF₂则后期会产生大量的含胺废水，而选用HF则更加危险，高毒高腐蚀性让反应的困难度再次提升。用这类方法得到MFSI原料毒性和危险性较高，消耗量大，也会产生大量的废弃物。

中国专利(CN 105523530 A)报道了以KF为氟化剂在有机溶剂存在的条件下与双(氯磺酰)亚胺发生反应，但该反应中KF在有机溶剂中溶解度不好，所以反应速率和氟化效率都不好，如果要达到好的氟化效果，那反应条件会很苛刻。除此之外，用该方法会产生大量的剧毒气体HF，产物难分离，提纯困难，后期结晶步骤繁琐，并且会产生大量的有机溶剂废液。

中国专利(CN 103663393 A)报道了利用双(氯磺酰)亚胺锂(LiClSI)相转移催化剂存在下，以金属氟化物为氟化剂，合成双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)。该方法的实验原理是通过冠醚空穴络合与其空穴半径相适应的碱金属离子，实现相转移催化，更好的释放氟离子，加速氟化进程。但该反应有明显的不足之处。首先，冠醚相对而言成本较高，对于工业化生产消耗较大。其次，冠醚极难除去，因为冠醚上的氧与Li离子配位能力很强。再次，冠醚与其他金属离子形成的络合物容易将金属离子引入LiFSI而不容易除去，这样会影响LiFSI在电池中的应用效果。

中国专利(CN 105731398 A)研究报道了在极性非质子溶剂中，以碱金属氟化物为氟化剂，以离子液体为相转移催化剂来催化反应进行，但是离子液体价格昂贵，虽然专利中说可以回收利用，理论上可行，但实际操作困难，并且回收的离子液体效果并不如以前。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种反应条件温和，产品产率高、纯度高，原料成本低廉，工艺简单，容易实现工业化制备的双(氟磺酰)亚胺碱金属盐的制备方法。