一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法技术

本发明专利技术涉及化学合成领域，具体涉及一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法。本发明专利技术更提供一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法，包括如下步骤：（1）将双氟磺酰亚胺与LiX进行置换反应，其中，X选自Cl、Br或I；（2）将适量氟化氢与置换反应所得反应液混合；（3）将步骤（2）所得反应液固液分离，液相浓缩，加入不良溶剂析晶，固液分离即得双氟磺酰亚胺锂盐。本发明专利技术所提供的双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法能够制备获得高纯度的LiFSI，且产品质量稳定、收率高，有效降低产品中钾离子、钠离子、氯离子、硫酸根离子和水分等杂质含量，并且操作步骤简单、生产成本合理、安全性高，且更适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学合成领域，具体涉及一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法。
技术介绍
双氟磺酰亚胺锂，简称LiFSI，作为锂离子电池、超级电容器等新能源器件中关键的高性能电解质材料，具有很高的产业化应用价值。但该产品易吸水和受热分解，水分和杂质对其性能有不利影响。为满足电解液使用要求，LiFSI对于水分、各种杂质离子等指标有严格限定，而目前尚无有效的产品纯化方法，杂质一旦引入便很难通过纯化来达到指标要求。专利US2013331609、US2012041233等报道了LiFSI的合成方法，均是先制备出金属或有机碱的双氟磺酰亚胺盐中间体，再与LiOH或Li2CO3进行阳离子交换反应制得LiFSI，缺点在于，交换反应达到一个平衡后很难继续进行，转化率偏低；而未反应完的中间体MSFI(M指金属阳离子，有机碱阳离子)与LiFSI性质相似，很难完全分离，致使LiFSI品质不高，无法直接应用于电池电解质。而Electrochemical Society Transactions，2009，24，第91-98页；和Polyhedron，2006，25，第1292-1298页报道的方法，HFSI的锂盐是通过HFSI的钾盐(即，KFSI)与高氯酸锂(LiClO4)的置换反应合成的，这个反应易导致产品中钾离子超标，且LiClO4和反应产生的高氯酸钾(KClO4)，均为爆炸性化合物，这些方法不适用于商业化规模的合成。美国专利US2004097757采用HClSI直接与LiF反应制备LiFSI，盐交换和卤素交换反应同时进行，副产物多、质量纯度差。日本触媒专利CN102917979A，将双氟磺酰亚胺铵的乙酸丁酯溶液，与氢氧化锂水溶液反应得到LiFSI的乙酸丁酯溶液。通过浓缩，加入不良溶剂甲苯产生沉淀，过滤干燥后得到LiFSI。该专利报道的方法存在的问题是产品纯度和收率太低，原料消耗和废弃物产生太多，制造成本太高。专利CN103391896A，首先由双氟磺酰亚胺铵盐，配成乙酸丁酯溶液后与氢氧化锂水溶液反应后有机层除去溶剂得到LiFSI。该专利报道的方法存在的问题同样是产品纯度和收率太低，原料消耗和废弃物产生太多，制造成本太高。以上LiFSI的生产工艺，对反应设备要求较高，原料消耗和废弃物较多，工业操作复杂，有些存在安全问题；且产物收率低，产品中水分、钾离子、钠离子、钙离子、氯离子、硫酸根离子等杂质无法得到有效控制，导致产品质量差，使LiFSI质量难以满足要求，不适用于工业化应用。因此，本领域迫切需要一种LiFSI的制备和纯化方法，该方法易于反应彻底，产物纯化处理方便；以工业上较易购得的原料进行反应，经济实用、三废少，能以较高收率和高纯度制得LiFSI产品，同时可实现工业化。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法，用于解决现有技术中的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法，包括如下步骤：(1)将双氟磺酰亚胺(HFSI)与LiX进行置换反应，其中，X选自Cl、Br或I；(2)将适量氟化氢与置换反应所得反应液混合；(3)将步骤(2)所得反应液固液分离，液相浓缩，加入打浆溶剂析晶，固液分离即得双氟磺酰亚胺锂盐。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(1)中，LiX与双氟磺酰亚胺的摩尔比为0.9～1：1，优选为0.95～1：1。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(1)中，反应温度为0～50℃，优选为10～40℃，更优选为25～40℃。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(1)中，反应在反应溶剂存在的条件下进行，所述反应溶剂为有机溶剂。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(1)中，所述有机溶剂为酮类、醇类、酯类或醚类溶剂中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(1)中，所述酮类溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、丙酮、甲基乙基酮、丁酮、甲基叔丁基酮、4-甲基-2-戊酮等中的一种或多种的组合；所述醇类溶剂可以选自例如甲醇、乙醇、异丙醇、异戊醇中的一种或多种的组合；所述酯类溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、醋酸乙烯酯中的一种或多种的组合；所述醚类溶剂选自乙醚、丙醚、异丙醚、丁醚、异丁醚、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、环戊基甲醚、二氧六环、二氧五环、乙二醇二甲醚中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(1)中，反应在气体保护的条件下进行。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(2)中，氟化氢与LiX的摩尔比为0.1％～4％：1，优选为1％～4％：1。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(2)中，将氟化氢与置换反应所得反应液混合的方法具体为：将氟化氢气体通入置换反应所得反应液中；或，将氟化氢溶解于适量的溶剂中，再将溶解有氟化氢的溶剂与置换反应所得反应液混合，用于溶解氟化氢的溶剂为有机溶剂。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(2)中，用于溶解氟化氢的溶剂为酮类、醇类、酯类或醚类溶剂中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(2)中，所述酮类溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、丙酮、甲基乙基酮、丁酮、甲基叔丁基酮、4-甲基-2-戊酮中的一种或多种的组合；所述醇类溶剂可以选自例如甲醇、乙醇、异丙醇、异戊醇等中的一种或多种的组合；所述酯类溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、醋酸乙烯酯中的一种或多种的组合；所述醚类溶剂选自乙醚、丙醚、异丙醚、丁醚、异丁醚、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、环戊基甲醚、二氧六环、二氧五环、乙二醇二甲醚中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(3)中，不良溶剂选自饱和烃类、卤代烃类、芳香烃类和卤代芳香烃类低极性溶剂中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(3)中，不良溶剂选自正己烷、环己烷、二氯甲烷、二氯乙烷、甲苯，二甲苯，氯苯，二氯苯中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述步骤(3)中，浓缩的温度为10～80℃，优选为25～60℃。在本专利技术一些实施方式中，所述双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法包括如下步骤：双氯磺酰亚胺(HClSI)和氟化氢(HF)在催化剂存在的条件下反应获得双氟磺酰亚胺(HFSI)。在本专利技术一些实施方式中，所述催化剂为质子酸和/或路易斯酸。在本专利技术一些实施方式中，所述路易斯酸选自SbCl5、TiCl4、SnCl4、MoCl5中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述质子酸选自浓硫酸和/或发烟硫酸。在本专利技术一些实施方式中，HClSI与HF摩尔比为1:1.4～1:4，优选为1:1.7～1:2.5。在本专利技术一些实施方式中，所述双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法中，反应体系的温度为90～110℃，优选为100～105℃。本专利技术所提供的双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法能够制备获得高纯度的LiFSI，且产品质量稳定、收率高，有效降低产品中钾离子、钠离子、氯离子、硫酸根离子和水分等杂质含量，并且操作步骤简单、生产成本合理、安全性高，且更适合工业化生产。具体实施方式本专利技术专利技术人以双氯磺酰亚胺(HClSI)为原料制备获得高品质高纯度的双氟磺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法，包括如下步骤：(1)将双氟磺酰亚胺与LiX进行置换反应，其中，X选自Cl、Br或I；(2)将适量氟化氢与置换反应所得反应液混合；(3)将步骤(2)所得反应液固液分离，液相浓缩，加入不良溶剂析晶，固液分离即得双氟磺酰亚胺锂盐。

【技术特征摘要】
1.一种双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法，包括如下步骤：(1)将双氟磺酰亚胺与LiX进行置换反应，其中，X选自Cl、Br或I；(2)将适量氟化氢与置换反应所得反应液混合；(3)将步骤(2)所得反应液固液分离，液相浓缩，加入不良溶剂析晶，固液分离即得双氟磺酰亚胺锂盐。2.如权利要求1所述的双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，LiX与双氟磺酰亚胺的摩尔比为0.9～1：1；和/或，所述步骤(1)中，反应温度为0～50℃；和/或，所述步骤(1)中，反应在反应溶剂存在的条件下进行，所述反应溶剂为有机溶剂；和/或，所述步骤(1)中，反应在气体保护的条件下进行。3.如权利要求2所述的双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，LiX与双氟磺酰亚胺的摩尔比为0.95～1：1；和/或，所述步骤(1)中，反应温度为10～40℃；和/或，所述步骤(1)中，所述有机溶剂为酮类、醇类、酯类或醚类溶剂中的一种或多种的组合。4.如权利要求1所述的双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，氟化氢与LiX的摩尔比为0.1％～4％：1；和/或，所述步骤(2)中，将氟化氢与置换反应所得反应液混合的方法具体为：将氟化氢气体通入置换反应所得反应液中；和/或，所述步骤(2)中，将氟化氢与置换反应所得反应液混合的方法具体为：将氟化氢溶解于适量的溶剂中，再将溶解有氟化氢的溶剂与置换反应所得反应液混合，用于溶解氟化氢的溶剂为有机溶剂。5.如权利要求4所述的双氟磺酰亚胺锂盐的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：何立，袁云龙，杨东，杨建华，赵姗姗，
申请(专利权)人：上海康鹏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31