[发明专利]一种双氟磺酰亚胺有机铵盐的制备方法

说明书

本发明公开了一种双氟磺酰亚胺有机铵盐的制备方法，属于化学合成技术领域，其特征在于，包括如下步骤：以硫酰氟和铵盐为反应原料，在非质子极性溶剂和有机碱性缚酸剂作用下，在高压釜中反应获得双氟磺酰亚胺有机铵盐反应液，减压蒸馏回收反应溶剂，所得反应产物水洗纯化；加入溶剂溶解，在氮气气氛下可用于不同的化学反应，如加入金属盐试剂，搅拌反应，经纯化操作后可得到相应的双氟磺酰亚胺金属盐；本发明提供了一种双氟磺酰亚胺有机盐的制备方法，反应步骤少、收率高，且规避了高温高压条件下的氟化反应步骤，不使用氟化氢、氟气等高危险性有毒气体物料，反应安全性高，易操作及设备要求不苛刻，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种双氟磺酰亚胺有机铵盐的制备方法，属于化学合成技术领域。

背景技术

近年来，随着国家对新能源汽车产业的支持，促进新能源电动汽车(ElectricVehicle,EV),储能等产业的快速发展，随之对新能源关键核心技术的锂离子电池能量密度、循环寿命、安全性和环保等要求不断提高。为了确保新能源市场健康地发展，迫切地需要开发高性能、高安全性和环保，并又能以较合理成本生产锂离子电池产业技术。考虑到锂离子电池生产成本、电化学、安全和环保等综合性能，六氟磷酸锂(LiPF₆)是目前已经产业化的锂离子电池最被广泛采用的电解质，起到输送电荷作用，是决定电池性能优劣的关键要素之一，但LiPF₆具有无法克服对热和化学稳定性、安全性和低温循环效率差等天然缺陷，比如60℃左右LiPF₆就开始分解，这一过程如再遇微量水将进一步加快电解质的降解。伴随着LiPF₆降解过程还会产生高腐蚀性的氟化氢(HF)气体,不仅会破坏电解质的化学结构而降低电解质浓度，同时还可能会引发电解液和电极化学结构的变化，破坏电池可逆循环工作条件，导致电池容量快速衰减，给实际生产和应用带来了巨大挑战和安全隐患。因此开发更安全、更高效、并能适用于低温和高温等苛刻条件下的优质电解质，将是改善各类离子电池的综合性能以及拓展它们应用范围最经济和最有效的途径。双氟磺酰亚胺锂(Lithium bisfluorosulfonylimide,LiFSI)及其它金属双氟磺酰亚胺盐的电导率、耐热稳定性、耐水稳定性、以及低温循环效率等综合电化学性能均比相应的六氟磷酸盐(MPF₆)更优异。双氟磺酰亚胺盐已被国内外业内专家公认为是替代六氟磷酸盐电解质的下一代新型离子电池电解质，是当前最具有产业化前景的理想电解质，将成为新能源锂电企业的核心竞争力。

双氟磺酰亚胺锂及其它金属盐的制备首先是通过合成双氟磺酰亚胺；最初在实验室中，双氟磺酰亚胺的制备是通过氨基磺酸和五氯化磷为原料经多步反应合成得到(J.K.Ruff,et.al.,Inorg.Synth.1968,11,138；J.M.Shreeve,et al.,Inorg.Chem.1998,37,6295.)，但该反应工艺路线复杂、中间产物种类多、产物提纯困难、致使生产难度大且生产成本高，制约其商业化使用。近年来，随着双氟磺酰亚胺生产技术的突破以及生产成本不断下降，双氟磺酰亚胺已具备产业化生产及大规模商业化应用的条件。目前已经产业化的双氟磺酰亚胺合成路线主要有两条:

(1).基于传统合成反应工艺的优化，通过改变原材料的选择，以氯磺酸和氨基磺酸或者氯磺酰异氰酸酯为原料先通过反应合成双氯磺酰亚胺(HClSI)中间产物，随后通过氟化反应并蒸馏得到双氟磺酰亚胺(HFSI)中间产物，最后通过锂化等三步反应得到LiFSI(例如：CN105731399B和CN106044728B等)。相比传统反应工艺，上述优化后的生产工艺减少了反应步骤和反应中间产物种类，生产难度和生产成本均比传统工艺有显著的降低，目前大多数化工企业如多氟多等公司都采用该反应工艺生产双氟磺酰亚胺锂。但该工艺所采用的氟化过程通常采用氟化氢或氟气等腐蚀性极强的原料在高温高压下反应，反应工艺过程风险大，并且对生产设备要求很高。由于需要经过三步反应合成才能得到双氟磺酰亚胺锂，反应步骤多、反应复杂、提纯困难、收率低、污染大、生产成本较高，导致其综合性价比很难满足锂离子电池市场井喷式发展对高质量和高产能生产双氟磺酰亚胺锂等盐的需求和期待。