[发明专利]一种高选择性合成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的方法

说明书

本发明属于化工与材料技术领域，具体涉及一种高选择性合成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的方法。所述方法为：一种三段耦合的连续反应过程，以磺酰氟、氨气和三乙胺作为原料，一步法合成双氟磺酰亚胺三乙胺盐。本发明采用分区温度+分区流速+分区浓度的的方法，实现了连续法高选择性合成双氟磺酰亚胺三乙胺盐。其三段耦合作用原理表述为：第一段保证反应的快速移热避免副反应，第二段保证原料的转化率，第三段通过改变缚酸剂浓度使副产物转化完全。此三段耦合连续化合成方法可以使双氟磺酰亚胺三乙胺盐的选择性超过98％。

技术领域

本发明属于化工反应工艺技术领域，具体涉及一种高选择性合成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的方法。

背景技术

在“双碳”背景下，对新能源领域提出了日益增高的技术需求。高性能锂离子电池在移动设备、动力电池中有大量的成熟应用，而为了进一步提高目前商用锂离子电池的性能，各种研究蓬勃发展，包括电极材料、电解液、隔膜、电池模组开发等方面。在电解液的研究中，双氟磺酰亚胺锂被认为是一种优良的锂离子电池电解液组分，但由于其复杂的生产工艺，使得其商品价格居高不下。

双氟磺酰亚胺(FSI)是双氟磺酰亚胺锂的生产原料。FSI的生产目前主要包括以磺酰氯起始的两步法和以磺酰氟起始的一步法。两步法虽然步骤冗长，但已实现了工业化；而一步法具有步骤短、成本低的优势，但由于反应副产物体系复杂，因此在实际工业化过程中具有较大的困难。在当前已有报道的工艺路线中，由两分子磺酰氟和一分子氨气在乙腈和三乙胺(Et₃N)作为溶剂和缚酸剂的条件下(US2014142338A1)，反应生成磺酰胺键，从而得到目标产物FSI，并以双氟磺酰亚胺三乙胺盐(FSI·NEt₃)的形式存在。然而，由于磺酰氟和氨气的反应过于剧烈，通常使用氟化铵作为氨源进行反应，这样虽然可以使反应进行的更加平稳，但是会副产更多的氟化产物，加大循环量并且产生更多的含氟废弃物。另一个解决方案是在减压条件下通入氨气，虽然也可以降低反应的剧烈程度，但是减压条件下氨气的通量太小，不利于生成工业化的反应技术。

为了解决以上问题，提出本发明。

发明内容

本发明提供一种高选择性合成双氟磺酰亚胺的方法，以三乙胺盐的形式作为产物，该产物可经锂化反应直接得到双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)。

一种高选择性合成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的方法所述方法包括以下步骤：

在三段耦合式的连续流反应器中，以磺酰氟、氨气和三乙胺作为原料，一步法合成双氟磺酰亚胺三乙胺盐；

所述三段耦合式的连续流反应器包括：第一反应区、第二反应区和第三反应区；

所述第一反应区包括低温高流速反应微通道，物料停留时间为5～60分钟，反应温度为-20～5℃；

所述第二反应区包括中温低流速反应管路，物料停留时间为0.5～5小时，反应温度为20～50℃；

所述第三反应区包括滞留釜。

优选地，所述第一反应区和/或第二反应区为恒温。

优选地，所述第一反应区和/或第二反应区的反应管路中的流体温度呈梯度分布。

优选地，所述第一反应区和/或第二反应区的反应管路中的流体温度呈顺流梯度升温形式。

优选地，在所述第三反应区，添加来料(即第二反应区来料)0.5～2体积倍的三乙胺，并且回流反应0.5～5小时，使中间产物和副产物完全转化，蒸除溶剂之后得到双氟磺酰亚胺三乙胺盐。

优选地，所述第一反应区加入第一原料混合液和第二原料混合液，所述第一原料混合液为三乙胺、乙腈和磺酰氟的混合溶液，所述第二原料混合液为氨气与乙腈的混合溶液；