[发明专利]制备双氟磺酰亚胺铵及双氟磺酰亚胺碱金属盐的方法

说明书

本发明公开了制备双氟磺酰亚胺铵及双氟磺酰亚胺碱金属盐的方法，双氯磺酰亚胺与高活性的无水氯化铵在有机溶剂进行铵化反应得到双氯磺酰亚胺铵；双氯磺酰亚胺铵与高活性无水氟化铵在有机溶剂进行氟化反应，浓缩析晶后得到双氟磺酰亚胺铵粗品；将粗品溶于有机溶剂中，并加入阳离子吸附剂，析晶后得到高纯双氟磺酰亚胺铵；或者将粗品在有机溶剂下，与含有碱金属阳离子的化合物进行反应，得到双氟磺酰亚胺碱金属盐溶液；向溶液中加入阳离子吸附剂，析晶后得到高纯双氟磺酰亚胺碱金属盐。本发明以较高收率得到高纯的双氟磺酰亚胺盐，可以作为锂离子电池、超级电容器等新能源器件中的关键的高性能电解质材料。

技术领域

本发明涉及一种含氟化合物的制备方法，特别涉及一种制备高纯双氟磺酰亚胺盐，包括双氟磺酰亚胺铵和双氟磺酰亚胺碱金属盐(M⁺(N(SO₂F)₂)^-；M＝Li，Na，K，Rb，Cs等)的制备方法。

背景技术

双氟磺酰亚胺铵和双氟磺酰亚胺碱金属盐，是重要的含氟化合物，可以作为锂离子电池、超级电容器等新能源器件中关键的高性能电解质材料。特别是双氟磺酰亚胺锂，其具有更好的热稳定性和化学稳定性，更高的导电性和较低的腐蚀速率，被认为是可能取代六氟磷酸锂的新一代锂盐，有着极大的应用前景及社会价值。

专利US8377406报道了双氯磺酰亚胺与三氟化铋反应得到双氟磺酰亚胺，然后在乙酸乙酯中与碳酸锂的水溶液反应得到含有双氟磺酰亚胺锂的水溶液，浓缩干燥后得到双氟磺酰亚胺锂。该方法使用三氟化铋，价格昂贵，生产成本高；双氟磺酰亚胺与碳酸锂的水溶液反应副产物多，由于反应有水相参与，双氟磺酰亚胺锂在其中的溶解度大，乙酸乙酯的提取效率低，且产品中含有大量的金属离子杂质。

专利CN101747242报道了双氯磺酰亚胺与三氟化锑反应得到双氟磺酰亚胺，然后与碳酸钾反应得到双氟磺酰亚胺钾，接着与高氯酸锂或者四氟硼酸锂反应得到双氟磺酰亚胺锂。采用该方法制备双氟磺酰亚胺锂时，原料昂贵，三废量大，且产物中的金属离子及阴离子较难去除，较难得到高纯的双氟磺酰亚胺锂，影响其电性能。

CN104925765报道了双氯磺酰亚胺与氟化氢反应制备双氟磺酰亚胺，然后与氢氧化锂等碱性锂源反应制备双氟磺酰亚胺锂，接着加入大量的二氯亚砜除去反应中产生的水分，过滤，滤饼用二氯乙烷和18-冠-6进行打浆，再次过滤、干燥，得到双氟磺酰亚胺锂。该方法提供的制备双氟磺酰亚胺锂的方法在用氟化氢进行氟化反应时，反应进行较慢，反应时间长；反应结束后，氮气鼓吹赶出氯化氢的时间长，降低了生产效率；另外，锂化反应时，由于有水产生，使用了大量的二氯亚砜进行除水，除水反应时间长，且引入了氯离子及亚硫酸根离子等杂质。另外产品采用二氯乙烷和18-冠-6进行打浆，由于产品在二氯甲烷中不溶解，采用冠醚除去钾、钠等离子的效果差，且由于采用氟化氢为原料，产品中铁、镍等金属离子也不易除去。

JP2011144086报道了首先制备双氯磺酰亚胺，接着用氟化锌作为氟化试剂，在乙酸丁酯等溶剂中进行氟化反应，加入氨水反应后得到双氟磺酰亚胺铵的乙酸丁酯溶液，同时去除有机层中的锌离子，最后与氢氧化锂反应得到双氟磺酰亚胺锂。浓缩后，加入不良溶剂甲苯等产生双氟磺酰亚胺锂晶体，过滤，干燥后得到双氟磺酰亚胺锂。但采用该方法制备双氟磺酰亚胺锂时，产生大量的含锌废水，为含重金属三废，需进行锌离子的回收；另外锌离子较难去除完全，双氟磺酰亚胺锂中含有一定的锌离子，增加提纯成本且反应收率较低。