[发明专利]一种双氟磺酰亚胺及双氟磺酰亚胺锂的制备方法

说明书

为克服现有双氟磺酰亚胺的制备方法存在的副产物多、收率低以及反应条件难以控制的问题，本发明提供了一种双氟磺酰亚胺的制备方法，包括以下操作步骤：制备S.nHF络合物，其中化合物S选自于液氨、N,N’‑二甲基甲酰胺、N,N’‑二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺、1‑甲基‑2‑吡咯烷酮、四甲基脲、N,N’‑二甲基丙脲、1,3‑二甲基‑2‑咪唑啉酮、1,3‑二正丁基‑2‑咪唑啉酮、三聚氰胺、聚(乙烯基吡啶)和酯类化合物中的一种或多种；将S.nHF络合物与双氯磺酰亚胺混合，收集双氟磺酰亚胺的馏分。同时，本发明还公开了一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法。本发明提供的双氟磺酰亚胺的制备方法能够有效降低副产物的生成，提高双氟磺酰亚胺的收率。

技术领域

本发明属于含氟化合物制备技术领域，具体涉及一种双氟磺酰亚胺及双氟磺酰亚胺锂的制备方法。

背景技术

双氟磺酰亚胺锂LiFSI是锂离子电池、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。

现有一类LiFSI的合成方法是采用HClSI直接与氟化锂LiF反应制备LiFSI，如专利US2004097757中所记载的，该种制备方法会产生大量的腐蚀性气体氟化氢，同时过量的LiF难以与LiFSI彻底分离，从而影响产品的品质。

现有大部分LiFSI的合成方法是先合成双氯磺酰亚胺HClSI，然后由其与氟代金属盐MF_x反应，制备相应的双氟磺酰亚胺盐中间体，该中间体再与氢氧化锂LiOH或碳酸锂Li₂CO₃进行阳离子交换制得LiFSI，如专利US2013331609、US2012041233、EP2415757、US2011034716、CN101747242A所记载的，这类方法的缺陷在于阳离子交换达到平衡后很难继续进行完全，未反应完全的中间体难以与LiFSI完全分离，从而无法得到高品质的产品。

现有最为经济有效的方法是直接采用双氟磺酰亚胺HFSI直接与LiOH或Li₂CO₃反应，生成LiFSI。因此合成和提纯中间体HFSI便成了制备LiFSI的关键。

美国Boulder Ionics Corporation的专利US8377406B1中，通过将HClSI与三氟化铋BiF₃反应合成HFSI，该方法存在BiF₃原料成本较高的问题，同时生成大量的副产物三氯化铋BiCl₃，该副产物处理成BiF₃过程繁琐且流程长，不适合工业化生产。

上海康鹏化学有限公司的专利CN 104925765A和CN 106044728A中，均是采用HClSI与氟化氢HF在催化剂作用下于100℃左右下反应得到HFSI，由于氟化氢的沸点只有19℃且具有强腐蚀性，故该反应涉及到高温高压，且对设备材质有很高的要求，在工业化生产过程中存在安全风险。

武汉海斯普林科技发展有限公司的专利CN 106829892A中，通过将氯磺酸异氰酸酯ClSO₂NCO与氟磺酸FSO₃H反应得到HFSI，该方法存在问题为：FSO₃H是超酸，腐蚀性强，一般设备无法耐受，且未反应的FSO₃H沸点166℃和HFSI接近(171℃)，普通蒸馏无法彻底分离，从而导致HFSI的纯度不够。

武汉松石科技股份有限公司的专利CN 106219503A中，通过将HClSI与醚-nHF配合物混合搅拌反应得到HFSI，该方法存在问题为：实际生产中HClSI的投入无法完全转化为HFSI，生成大量副产物，HFSI产物的收率低。

苏州华一新能源科技有限公司的专利CN 107215853A中，通过将HClSI在溶剂下与氟化氢络合剂、引发剂发生氟化反应生成HFSI，该方法存在会产生大量的有机废溶剂和废铵盐难以处理的问题，不利于工业化生产。