一種雙氟磺酰亞胺鋰的制備方法技術

本發明專利技術提供了一種雙氟磺酰亞胺鋰的制備方法，以硫酰氟為反應原料，在非質子極性溶劑中，通過無機酸銨鹽、碳酸鋰和氫氧化鋰作用制得雙氟磺酰亞胺鋰。該方法原料價廉易得，制備工藝簡單，對設備要求低，反應條件溫和，操作安全，產品質量好，后處理簡單，成本低；在縮合反應過程中，沒有使用氨氣，達到了安全環保的綠色制備技術。

【技術實現步驟摘要】
一種雙氟磺酰亞胺鋰的制備方法
本專利技術涉及新能源材料
，具體涉及一種雙氟磺酰亞胺鋰的制備方法。
技術介紹
鋰離子電池因工作電壓高、能量密度大、循環壽命長、可快速充放電的優良特性已廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、小型電動工具等領域，并且迅速向新能源電動汽車和大型儲能電站拓展。當前鋰離子電池中應用最為廣泛的電解質鋰鹽為六氟磷酸鋰。六氟磷酸鋰具有良好的離子電導率和電化學穩定性，但其缺點是抗熱性弱和遇水敏感。雙氟磺酰亞胺鋰具有良好的熱穩定性和化學穩定性被認為是可取代六氟磷酸鋰的新一代鋰離子電池電解質。雙氟磺酰亞胺鋰作為鋰離子電池電解質除水解穩定性好外，還具有使用壽命長，安全性高，對環境友好等特點。目前，國內外制備雙氟磺酰亞胺及其金屬鹽的方法概括起來主要為先經過雙氯磺酰亞胺氟化合成雙氟磺酰亞胺，雙氟磺酰亞胺再與堿金屬制備堿金屬鹽兩個主要階段。例如，PCT申請WO2016093399A1報道了ClSO3H和氯磺酰異氰酸脂反應得到二氯磺酸酰亞胺，然后將二氯磺酰亞胺緩慢的滴入氟化胺乙腈溶液中，回流兩小時后將溶劑移除得到雙氟磺酰亞胺銨鹽，銨鹽再與金屬氫氧化反應最終得到雙氟磺酰亞胺金屬鹽。中國專利CN105523970A報道了雙氟磺酰亞胺金屬鹽與高氯酸鋰，四氟硼酸鋰交換得到雙氟磺酰亞胺鋰，高氯酸鋰與四氟硼酸鋰制備雙氟磺酰亞胺鋰。DesMarteau報道了利用干燥的雙氟磺酰亞胺鈉溶解在濃硫酸升華，在真空條件下制得雙氟磺酰亞胺。另外，中國專利CN101747242A報道了由磺酰胺與二氯亞砜、氯磺酸反應得到雙氯磺酰亞胺，然后與三氟化銻反應得到雙氟磺酰亞胺。美國專利US5916475報道了采用氟磺酸與尿素反應制備雙氟磺酰亞胺而后鋰化得到產物。中國專利CN105523529A報道了雙氯磺酰亞胺與氟化鉀反應制得雙氟磺酰亞胺鉀，然后在非質子有機溶劑存在下再與足量的強酸(高氯酸，氫碘酸，氟磺酸，氯磺酸，氟磺酸，三氟乙酸)反應制得雙氟磺酰亞胺。世界專利WO2009123328A1報道了采用劇毒氣體氯化氰和三氧化硫制備得到氯磺酸異氰酸酯，而后與氯磺酸反應制備得到雙氯磺酰亞胺。US20120245386A1和US20140142338A1專利中采用了SO2F2和NH3為原料四甲基丙二胺(TMPDA)為堿，乙腈為溶劑，在10-15℃下反應，反應完成后將低沸點液體減壓分離，用甲醇將粘稠的產物在30℃下溶解，再向甲醇溶液中滴加一當量的四丁基溴化胺水溶液，隨后有白色固體析出，過濾后得到產率84.4％的四丁基銨雙氟磺酰亞胺金屬鹽。PCT申請WO2010113835A1報道了SO2F2，NH3和Et3N物質量比為2:1:3，乙腈為溶劑，在冰水浴下以超過90％收率得到三乙胺雙氟磺酰亞胺金屬鹽和少量的副產物，三乙胺雙氟磺酰亞胺金屬鹽溶液中緩慢加入各種金屬氫氧化物，移除三乙胺就能得到產物雙氟磺酰亞胺金屬鹽。此專利用SO2F2，NH3和Et3N廉價的原料有效的合成了雙氟磺酰亞胺三乙胺鹽，且此鹽具有極佳的離子交換能力，能高效的交換得到雙氟磺酰亞胺金屬鹽。但是此反應會中過量的三乙胺會促使SO2F2生成水解產物氟磺酸三乙胺鹽以及其他副產物。將此方法直接用于制備雙氟磺酰亞胺鋰后期純化處理成本高。PCT專利WO2010140580報道了SO2F2與氨氣與6倍當量的氟鹽在加熱到60℃反應直接生成雙氟磺酰亞胺金屬鹽。中國專利CN103664712B報道了利用濃硫酸酸化雙氟磺酰亞胺金屬鹽，減壓蒸餾制得雙氟磺酰亞胺，然后進一步精餾純化，得到的純度大于99％的亞胺，亞胺與鋰鹽反應得到產物雙氟磺酰亞胺鋰。我公司生產硫酰氟已有三十年的歷史。因此，利用我公司自有產品硫酰氟開發一種成本低，純度高，穩定性好的雙氟磺酰亞胺鋰產品，既有利于雙氟磺酰亞胺鋰在電池行業的應用，也達到了公司可持續發展的目的。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是發揮企業自身生產硫酰氟的優勢，克服現有雙氟磺酰亞胺鹽制備技術的不足，以及產品純度、生產操作、工藝條件等方面的缺陷，提供了一種由硫酰氟出發一鍋法制備雙氟磺酰亞胺鋰的方法。為實現專利技術目的，本專利技術采取如下的技術方案：一種雙氟磺酰亞胺鋰的制備方法，以硫酰氟為反應原料，在非質子極性溶劑中，通過無機酸銨鹽、碳酸鋰和氫氧化鋰作用制得雙氟磺酰亞胺鋰。作為優選，所述硫酰氟、無機酸銨鹽與碳酸鋰和氫氧化鋰之間的摩爾比為2：1～2:1～5。作為優選，所述的無機酸銨鹽是以氟化銨為主，配以硫酸氫銨、硫酸銨或硝酸銨中的任意一種或任意兩種以上混合物；更為優選，所述氟化銨與硫酸氫銨、硫酸銨或硝酸銨中的任意一種或任意兩種以上混合物的摩爾比為1:0.1～1。作為優選，所述的碳酸鋰和氫氧化鋰的摩爾比為1:0.1～1。作為優選，所述的非質子極性溶劑選自乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮或二者及以上以任意比例的混合溶劑。更具體地，一種雙磺酰亞胺鋰的制備方法，包括在高壓反應釜中，加入非質子極性溶劑，無機酸銨鹽，碳酸鋰，氫氧化鋰，通入硫酰氟氣體，反應結束后，用氮氣將反應體系中的氣體置換，室溫和常壓下取出反應物，放置，濾除不溶物，濾液濃縮，用四氫呋喃再溶解，加入活性炭，過濾，除去活性炭和不溶物，用旋轉蒸發儀濃縮，真空干燥制得目標產物。作為優選，所述高壓反應釜的溫度為-20～50℃，壓力為0.01～2.00MPa。本專利技術關于雙磺酰亞胺鋰的制備方法具有如下有益效果：1)本專利技術所用的原料價廉易得，制備工藝簡單，對設備要求低，反應條件溫和，操作安全，產品質量好，后處理簡單，收率高，成本低。2)在縮合反應過程中，沒有使用氨氣，達到了安全環保的綠色制備技術。3)本專利技術采用一鍋法反應，簡化了后處理操作，避免了雙磺酰亞胺分解導致的副反應發生。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行進一步描述，但本專利技術的保護范圍并不僅限于此。實施例1在高壓反應釜中，依次加入乙腈150毫升，氟化銨3.7克(0.1摩爾)，硫酸氫銨5.8克(0.05摩爾)，碳酸鋰7.4克(0.1摩爾)，氫氧化鋰2.4克(0.1摩爾)。在-20℃攪拌，通入硫酰氟氣體20.4克(0.2摩爾)，保持反應器中壓力0.01MPa，反應結束后，用氮氣對反應體系置換三次，在室溫和常壓下取出反應物，濾除不溶物，濾液濃縮。用四氫呋喃將濃縮液再溶解，加入活性炭室溫攪拌30分鐘，過濾，除去活性炭和不溶物，用旋轉蒸發儀濃縮，真空干燥制得白色粉末目標產物18克，收率96％。19FNMR(乙腈為溶劑，一氟三氯甲烷為內標)：+52.25。實施例2在高壓反應釜中，依次加入N-甲基吡咯烷酮150毫升，氟化銨3.7克(0.1摩爾)，硫酸銨6.6克(0.05摩爾)，硫酸氫銨5.8克(0.05摩爾)，碳酸鋰3.7克(0.05摩爾)，氫氧化鋰0.12克(0.005摩爾)。在0℃攪拌，通入硫酰氟氣體20.4克(0.1摩爾)，保持反應器中壓力2.00MPa，反應結束后，用氮氣對反應體系置換三次，在室溫和常壓下取出反應物，濾除不溶物，濾液本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種雙氟磺酰亞胺鋰的制備方法，其特征在于以硫酰氟為反應原料，在非質子極性溶劑中，通過無機酸銨鹽、碳酸鋰和氫氧化鋰作用制得雙氟磺酰亞胺鋰。/n

【技術特征摘要】
1.一種雙氟磺酰亞胺鋰的制備方法，其特征在于以硫酰氟為反應原料，在非質子極性溶劑中，通過無機酸銨鹽、碳酸鋰和氫氧化鋰作用制得雙氟磺酰亞胺鋰。


2.一種雙氟磺酰亞胺鋰的制備方法，其特征在于包括在高壓反應釜中，加入非質子極性溶劑，無機酸銨鹽，碳酸鋰，氫氧化鋰，通入硫酰氟氣體，反應結束后，用氮氣將反應體系中的氣體置換，室溫和常壓下取出反應物，放置，濾除不溶物，濾液濃縮，用四氫呋喃再溶解，加入活性炭，過濾，除去活性炭和不溶物，用旋轉蒸發儀濃縮，真空干燥制得雙氟磺酰亞胺鋰。


3.根據權利要求1或2所述的雙氟磺酰亞胺鋰的制備方法，其特征在于所述硫酰氟、無機酸銨鹽與碳酸鋰和氫氧化鋰之間的摩爾比為2：1～2:1～5。


4.根據權利要求1或2所述的雙氟磺酰亞胺鋰的制備方法，其特征在于所述的無機酸銨...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何建明，裴文，
申請(專利權)人：臨海市利民化工有限公司，浙江利化新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33