[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，包括以下步骤：(1)在反应容器中加入溶剂、胺源、碱和助催化剂，然后通入硫酰氟进行氟化反应，25℃反应24h，体系由浑浊变澄清，滴加强酸调至PH＝1～3，减压蒸馏去除溶剂，得到无色液体双氟磺酰亚胺；(2)向反应容器中加入步骤(1)制得的无色液体双氟磺酰亚胺，以及溶剂、锂盐；(3)在保护气体的保护下搅拌6h，温度控制在25℃，体系由浑浊变澄清，减压浓缩，加入不良试剂析晶，固液分离即得到双氟磺酰亚胺锂盐。本发明采用硫酰氟和醋酸铵反应得到双氟磺酰亚胺，并以此为原料用锂盐反应得到双氟磺酰亚胺锂盐。可以用其制备热稳定性好、电化学稳定性高、发生副反应概率小等特性的电解质。

技术领域

本发明涉及化学合成技术领域，具体涉及一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法。

背景技术

按照国家发布的《节能与新能源汽车技术路线图》，2020年我国纯电动汽车动力电池的能量密度目标为350wh/kg，2025年目标为400wh/kg，2030年目标为500wh/kg。为了达到这一系列的目标，高能量密度的三元电池成为电池界的“宠儿”，同时推动了更多更先进材料的研发与产业化进程，如高镍材料就已成为目前锂电正极材料的主流方向。因为三元电池对电解液的要求更高，而作为电池重要组成部分的电解液也需要有技术革新。传统锂盐LiPF6由于在高温高压下易分解且对水敏感，60℃时便开始分解产生HF气体，无法应用在高能量密度的特殊环境下。因此，开发新型电解质锂盐是当前开发高能量密度锂离子电池过程中的核心关键问题。

双氟磺酰亚胺锂盐，即LiFSI，由于其特殊的分子结构，Li+与FSI-之间具有较低的结合能，有利于Li+的解离，因而在电解液中添加LiFSI，能获得较高的电导率，同时LiFSI还具有热稳定性高、电化学窗口较宽、腐蚀速率较低的特性，有望成为锂离子电池的新型电解质锂盐。2012年日本触媒首次展示LiFSI，并于2013年进行量产，但目前仅将其用在高端产品和军事领域中，无法大规模使用。

LiFSI之所以目前无法大规模使用的原因，主要是因合成工艺条件的限制导致了生产成本高昂。一般是先由氯磺酸、氨基磺酸、二氯亚砜为原料制得双氯磺酰亚胺(CN102786452、US4315935)，再将双氯磺酰亚胺用HF(CN104755418A)、KF(M.Berran etal，Z.Anorg.Allg.Chem.2005，631，55)、ZnF₂(CN102917979)、NH₄F(CN103391896)、SbF3(CN101747242)等氟化剂进行氟化得到HFSI，最后与碱金属锂盐进行离子交换得到LiFSI。在合成过程中，存在着工艺繁琐、流程较长、产品转化率低、能耗较大和环境污染等缺点，尤其是在合成HFSI的过程中，进行氟化的同时还需要对氯离子有效去除，加大了提纯HFSI的难度。

发明内容

针对背景技术中提到的问题，本发明提出了一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法，解决了现有技术中的问题，同时该制备方法具有方法简单、收率高、纯度高以及稳定性好的优点。

为了实现上述目的，本发明提供一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法，包括以下步骤：

(1)在反应容器中加入溶剂、胺源、碱和助催化剂，然后通入硫酰氟进行氟化反应，25℃反应24h，体系由浑浊变澄清，滴加强酸调至PH＝1～3，减压蒸馏去除溶剂，得到无色液体双氟磺酰亚胺；

(2)向反应容器中加入步骤(1)制得的无色液体双氟磺酰亚胺，以及溶剂、锂盐；

(3)在保护气体的保护下搅拌6h，温度控制在25℃，体系由浑浊变澄清，减压浓缩，加入不良试剂析晶，固液分离即得到双氟磺酰亚胺锂盐。

技术原理：首先采用硫酰氟和醋酸铵反应得到双氟磺酰亚胺(HFSI)，并以此为原料用锂盐(LiR)反应得到双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)，综合产率为99％。用其制备热稳定性好、电化学稳定性高、发生副反应概率小等特性的电解质。合成工艺路线如下：