[发明专利]一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法

说明书

本发明公开了一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，包括如下步骤：(a)缩合反应；(b)氟化反应；(c)锂化反应。本发明工艺路线短，工艺条件温和，反应体系简单，易于操作、控制，反应转化率高，保证了产品的高品质、高收率和高纯度，绿色环保，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电解质制备技术领域，尤其涉及一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法。

背景技术

双氟磺酰亚胺锂(Li[N(SO₂F)₂]，简称LiFSI)，是一种非常重要的锂电池电解质添加剂，其具有电导率高、热稳定性好、电化学稳定性高、循环性能好、安全性能好等优点，与当前应用最广泛的LiPF6相比，具有多方面的优异性能，是锂电池电解质的更优选择对象。

现有大部分双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)的合成方法是先合成双氯磺酰亚胺(HClSI)，然后由其与氟代金属盐反应，制备相应的双氟磺酰亚胺盐中间体，该中间体再与氢氧化锂(LiOH)或碳酸锂(Li₂CO₃)进行阳离子交换制得双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)，缺陷在于阳离子交换达到平衡后很难继续进行，使得反应不完全，转化率偏低，未反应完全的中间体难以与LiFSI完全分离，从而无法得到高品质的产品。

中国专利CN103524387A公开了双氯磺酰亚胺(HClSI)在氯化亚砜中与氯化锂反应生成双氯磺酰亚胺锂(LiClSI)，然后利用金属氟化物(如KF、ZnF₂)作为氟化剂与LiClSI反应得到LiFSI，金属盐的引入会造成与最终产品分离时困难，从而得不到高纯度的LiFSI。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，工艺路线短，工艺条件温和，反应体系简单，易于操作、控制，反应转化率高，保证了产品的高品质、高收率和高纯度，绿色环保，适合工业化生产。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(a)缩合反应：先将氯磺酸和催化剂加入到反应釜中，搅拌并升温，然后加入氯磺酰异氰酸酯进行反应，得到双氯磺酰亚胺，通过蓄液槽收集；

(b)氟化反应：

⑴将蓄液槽内的双氯磺酰亚胺通过抽液泵打入到反应塔内，双氯磺酰亚胺经进液管进入到混合盖内，将催化剂通过加料管加入到混合盖内，使催化剂和双氯磺酰亚胺在混合盖内进行混合；

⑵混合液经混合盖底部的喷管向下喷出，冲击搅拌辊，使搅拌辊发生转动，搅拌辊上的切片获得旋切力，将混合液打散成雾状，液滴落到集液斗内聚集；

⑶将氟化氢从反应塔底部的进气管通入，进入到分配盒内，氟化氢经分配盒分配至各根U型导气管，U型导气管将氟化氢导入到集液斗内，受到导液斗的阻挡，使得氟化氢与集液斗内的混合液接触，进行氟化反应，得到双氟磺酰亚胺；

⑷反应结束后将反应塔内的废气排出，并进行吸收，然后打开排液管上的控制阀，将集液斗内的溶液排出收集；

(c)锂化反应：将有机溶剂和含锂化合物加入到反应器内，降温后搅拌，然后加入双氟磺酰亚胺，反应得到双氟磺酰亚胺锂盐。

进一步，步骤(c)后还包括步骤(d)提纯：将双氟磺酰亚胺锂盐加入到装有有机溶剂的溶解槽中，进行搅拌溶解，同时向溶解槽中通入氮气保护，过滤后对滤液进行降温冷却，降温速率为2℃/h～4℃/h，结晶析出，经过滤、干燥后得到产品，双氟磺酰亚胺锂盐中的杂质难溶于有机溶剂，可过滤去除，以提高产品纯度；合理控制降温速率，利于形成粒度均一的晶体，减少杂质掺入，以提高产品纯度。