[发明专利]双氟代磺酰亚胺锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双氟代磺酰亚胺锂的制备方法。

背景技术

本发明所指的双氟代磺酰亚胺锂是具有如下结构的化合物：

双氟代磺酰亚胺锂可用于多种领域，可作为锂离子电池电解液添加剂，改善锂离子电池循环性能，也可以作为一次电池用电解质使用；可作为聚合反应催化剂；也可用于工业领域内抗静电剂使用。

现在研究表明，双氟代磺酰亚胺锂应用于可充电锂电池的电解液中，能有效降低形成在电极板表面上的SEI层在低温下的高低温电阻，降低锂电池在放置过程中的容量损失，从而提供高容量电池，提高了电池的电化学性能。

双氟代磺酰亚胺锂的制备技术，国内外已见报道主要为双氯代磺酰亚胺为原料与氟磺酸反应，得到双氟代磺酰亚胺，再与锂盐反应得到双氟代磺酰亚胺锂，以及Beran等提出以高氯酸锂为原料与双氟代磺酰亚胺钾进行置换反应，得到双氟代磺酰亚胺锂盐产品。美国专利US7253317以碱金属氟化物和双氯代磺酰亚胺在硝基甲烷中合成双氟代磺酰亚胺碱金属盐，产物中含有一氯一氟代磺酰亚胺、氟代磺酰胺等杂质，难以分离，收率低，同时难以得到固态的盐。以上工艺路线中都存在着工艺路线长、产物组成复杂以及产品中夹带杂质如酸酯或钾等离子含量不容易进一步分离等缺点，也进一步影响了产品的工业化实施。

本发明针对以上缺点，直接以双氯代磺酰亚胺锂为原料，在催化剂和适宜的溶剂下，直接与碱金属氟化物进行氟氯交换，得到固态的双氟代磺酰亚胺锂，产品中氟、氯以及钾等离子含量均在10ppm以下，完全达到应用锂电池电解液材料要求，同时工艺路线简单，容易实现工业化制备。

发明内容

本发明的发明人针对现有技术中存在的问题，经过深入研究后发现了一种适合于制备双氟代磺酰亚胺锂的新工艺：采取双氯代磺酰亚胺锂为原料，与碱金属氟化物在合适的催化剂和溶剂下直接进行氟氯交换，得到双氟代磺酰亚胺锂产品。与目前国际上通用的工艺相比，本发明制备方法的工艺路线简单易控制，产品中夹带的氟、氯以及碱金属离子等杂质都低于100ppm，甚至低于10ppm，满足电子级应用要求。

一方面，本发明提供一种双氟代磺酰亚胺锂的制备方法，所述方法包括：在饱和碳酸烷基酯和/或饱和氟代碳酸烷基酯溶剂中，在与碱金属氟化物相适应的冠醚类相转移催化剂的催化条件下，使双氯代磺酰亚胺锂与作为氟化剂的碱金属氟化物反应，得到双氟代磺酰亚胺锂。

其中，所述双氯代磺酰亚胺锂的结构式为：

所述双氟代磺酰亚胺锂的结构式为：

在本发明一个实施方式中，所述碱金属氟化物选自氟化锂、氟化钾、氟化钠或者它们的混合物，该碱金属氟化物的加入量为双氯代磺酰亚胺锂摩尔数的2.01~10倍。

在本发明优选实施方式中，所述饱和碳酸烷基酯溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、中的一种或多种的混合物，其加入量为双氯代磺酰亚胺锂质量分数的1~10倍。

在本发明优选实施方式中，所述饱和氟代碳酸烷基酯溶剂选自三氟乙基乙基碳酸酯、双三氟乙基碳酸酯、三氟乙基甲基碳酸酯中的一种或多种的混合物，其加入量为双氯代磺酰亚胺锂质量份数的1~10倍。

在本发明优选实施方式中，所述与碱金属氟化物相适应的冠醚类相转移催化剂为12-冠-4(氟化锂)、15-冠-5(氟化钠）或18-冠-6（氟化钾）。

在本发明优选实施方式中，所述冠醚类相转移催化剂的加入量为双氯代磺酰亚胺锂质量分数的0.1%~10%。

在一个实施方式中，本发明所述反应在40~130℃的温度下进行，反应时间为8~24小时。

具体来说，本发明提供一种双氟代磺酰亚胺锂的制备方法，所述方法包括：在饱和碳酸烷基酯和/或饱和氟代碳酸烷基酯溶剂溶剂中，在与碱金属氟化物相适应的冠醚类相转移催化剂的催化条件下，使双氯代磺酰亚胺锂与作为氟化剂的碱金属氟化物反应，得到双氟代磺酰亚胺锂。

在本发明中，所述反应式如下：

其中，R选自锂、钾、钠中的一种或多种。

在本发明中，所述碱金属氟化物RF选自氟化锂、氟化钾、氟化钠或者它们的混合物，该碱金属氟化物的加入量为双氯代磺酰亚胺锂摩尔数的2.01~10倍。

在本发明的一个实施方式中，所述饱和碳酸烷基酯溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯中的一种或多种的混合物，其加入量为双氯代磺酰亚胺锂质量分数的1~10倍。