一种双（氟磺酰基）亚胺盐的制备方法技术

本发明专利技术涉及含氟材料的化学合成领域，特别是涉及一种双（氟磺酰基）亚胺盐的制备方法。本发明专利技术提供一种双（氟磺酰基）亚胺盐的制备方法，包括如下步骤：双（氟磺酰基）亚胺与碱金属氟化物MF、四卤化硅在溶剂存在的条件下进行置换反应，制备获得双（氟磺酰基）亚胺盐。本发明专利技术所提供的双（氟磺酰基）亚胺盐的制备方法避免在生产过程中使用大量的水，缓解了环保压力，同时避免使水分引入导致的产品分解质量下降，更加适合工业化生产。

Preparation method of bis (sulfonyl sulfonyl) imide salt

The present invention relates to the field of chemical synthesis of fluorine-containing material, in particular to a preparation method of bis (sulfonyl sulfonyl) imide salt. The invention provides a double (fluorine sulfonyl) imide salt preparation method, which comprises the following steps: (double fluorine sulfonyl) imide and alkali metal fluoride MF, four silicon halide replacement reaction in the presence of solvent, preparation of double (fluorine sulfonyl) imide. The invention provides a double (fluorine sulfonyl) imide salt preparation method avoids the use of a large amount of water in the production process, alleviate the pressure of environmental protection, while avoiding the decrease of water leads to the decomposition of product quality, more suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含氟材料的化学合成领域，特别是涉及一种双(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法。
技术介绍
双(氟磺酰基)亚胺盐，作为二次电池电解质的关键添加剂材料，具有很高的产业化应用价值。双(氟磺酰基)亚胺盐遇水或潮湿环境受热会导致变质，分解产生氟化氢；电解液中的溶剂在氟化氢催化作用下会发生聚合，从而导致电解液黏度增加，电导率降低。另外，氟化氢对电池性能的影响主要在于：电解液中含有的氟化氢在锂电池首次充放电过程中，会在碳负极上发生如下电化学还原反应：HF+e-+Li+→LiF+1/2H2反应产生的LiF是一种热力学稳定的组分，在电池中导锂能力较差，碳负极表面SEI膜组分中LiF含量增多，会导致电极与电解液界面阻抗的增大，从而增大电池内阻。另外电解液中的氟化氢会和电极表面上的SEI膜发生反应，生成水，而产生的水又进一步与双(氟磺酰基)亚胺盐反应生成氟化氢，该过程不断循环，导致电池比容量、循环效率等不断减小，直至整个电池被破坏。专利CN103391896A公开了一种二(氟磺酰基)亚胺钠盐的制备方法，即由二(氟磺酰基)亚胺铵盐的乙酸丁酯溶液与氢氧化钠水溶液减压回流条件下反应，反应液经分液后用乙酸丁酯萃取多次后蒸馏、重结晶得到产品。该方法操作繁琐，工业生产上对设备条件要求很高；另外，反应在含水体系下进行，一方面产生大量工业废水造成污染，另外双(氟磺酰基)亚胺盐对水敏感，需经过复杂的程序将水分去除，否则产品易发生分解，导致纯度下降。专利US2004097757公开了一种双氟磺酰亚胺钾盐的制备方法，即使用KF与双氯磺酰亚胺在硝基甲烷溶剂中反应制成。然而由于使用了5倍量的KF，不但增加了工业生产成本，而且反应剩余的KF混合在KFSI产品中，尚无有效方法将其去除干净，残留的KF对电池性能影响不利。专利CN103935970A公开了一种双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)的制备方法，首先由80mol氟化氢与6mol双氯磺酰亚胺(HClSI)进行氟化反应，得到双氟磺酰亚胺(HFSI)的氟化氢溶液。再向该溶液中加入6mol氟化锂进行离子交换反应，经过滤和真空加热干燥得到双氟磺酰亚胺锂。反应如下：HCISI+HF→HFSI+HCI该方法中使用大量的氟化氢，因存在下列反应而消耗LiF，使原料转化率降低。HF+LiF→LiHF2另外，氟化氢在氢键作用力下会与LiFSI形成稳定的络合物，经过滤或蒸馏难以脱除得到纯净的LiFSI产品，对电解质质量甚至电池的最终性能产生不利影响。因此，本领域迫切需要一种制备双(氟磺酰基)亚胺盐的方法，以解决产品生产过程中废水量大造成环保压力和水分引入导致的产品分解质量下降，和反应进行不彻底、产物提纯工序复杂而不利于工业生产，以及产品中氟化氢残留超标的问题；使双(氟磺酰基)亚胺盐质量满足电池电解液的使用要求。
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(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法，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(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法，包括如下步骤：双(氟磺酰基)亚胺与碱金属氟化物MF、四卤化硅在溶剂存在的条件下进行置换反应，制备获得双(氟磺酰基)亚胺盐，所述双(氟磺酰基)亚胺盐的结构式如式I所示：其中，M选自Li、Na或K。在本专利技术一些实施方式中，所述双(氟磺酰基)亚胺与碱金属氟化物MF的摩尔比为1～1.1：1。在本专利技术一些实施方式中，所述四卤化硅与碱金属氟化物MF的摩尔比为0.25～2：1。在本专利技术一些实施方式中，所述四卤化硅与碱金属氟化物MF的摩尔比为0.3～0.8：1。在本专利技术一些实施方式中，所述四卤化硅选自四氯化硅、四溴化硅中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述反应的反应温度为0～50℃。在本专利技术一些实施方式中，所述反应温度为15～40℃。在本专利技术一些实施方式中，所述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，所述气体保护所使用的气体选自氮气、惰性气体中的一种或多种的组合。在本专利技术一些实施方式中，所述溶剂为有机溶剂。在本专利技术一些实施方式中，所述有机溶剂选自酮类溶剂、酯类溶剂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。在本专利技术一些实施方式中，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。在本专利技术一些实施方式中，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，双(氟磺酰基)亚胺与碱金属氟化物MF、四卤化硅进行置换反应的具体方法为：向含有碱金属氟化物MF的溶剂中加入双(氟磺酰基)亚胺，再加入四卤化硅。在本专利技术一些实施方式中，置换反应结束后，脱除溶剂、固液分离，固相即为双(氟磺酰基)亚胺盐。在本专利技术一些实施方式中，脱除溶剂的具体方法为蒸馏。在本专利技术一些实施方式中，所述蒸馏温度为25-100℃。在本专利技术一些实施方式中，所述蒸馏温度为30-60℃。在本专利技术一些实施方式中，所述脱除溶剂的过程中，还向反应体系中加入不良溶剂。在本专利技术一些实施方式中，所述不良溶剂与双(氟磺酰基)亚胺的质量比为2～10：1；在本专利技术一些实施方式中，所述不良溶剂选自低极性的饱和烃类溶剂、卤代烃类溶剂、芳香烃类溶剂和卤代芳香烃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。本专利技术所提供的双(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法更加环保，且制备获得的双(氟磺酰基)亚胺盐产品质量稳定，满足电池电解液的使用要求，因此该方法更加适合工业化生产。具体实施方式本专利技术专利技术人以双(氟磺酰基)亚胺为原料，通过双(氟磺酰基)亚胺与碱金属氟化物MF、四卤化硅的置换反应，制备获得了双(氟磺酰基)亚胺盐，从而提供了一种环保、产品质量高的双(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法，在此基础上完成了本专利技术。本专利技术一方面提供一种双(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法，包括如下步骤：双(氟磺酰基)亚胺与碱金属氟化物MF、四卤化硅在溶剂存在的条件下进行置换反应，制备获得双(氟磺酰基)亚胺盐，所述双(氟磺酰基)亚胺盐的结构式如式I所示：本专利技术所提供的双(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法的具体反应式如下所示：本专利技术所提供的双(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法中，所述碱金属氟化物MF通常指碱金属(例如，Li、Na、K等)与F所形成的化合物，上述化学结构式中，M可以选自Li、Na或K，所述碱金属氟化物MF可以是包括但不限于LiF、NaF或KF等中的一种或多种的组合；所述双(氟磺酰基)亚胺盐通常可以是所述双(氟磺酰基)亚胺的碱金属盐，所述双(氟磺酰基)亚胺盐可以是包括但不限于双(氟磺酰基)亚胺锂盐、双(氟磺酰基)亚胺钠盐或双(氟磺酰基)亚胺钾盐等中的一种或多种的组合。所述双(氟磺酰基)亚胺的用量通常相对于碱金属氟化物MF是等量(按摩尔比)或略微过量的，本领域技术人员可适当调整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法，包括如下步骤：双(氟磺酰基)亚胺与碱金属氟化物MF、四卤化硅在溶剂存在的条件下进行置换反应，制备获得双(氟磺酰基)亚胺盐，所述双(氟磺酰基)亚胺盐的结构式如式I所示：其中，M选自Li、Na或K。

【技术特征摘要】
1.一种双(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法，包括如下步骤：双(氟磺酰基)亚胺与碱金属氟化物MF、四卤化硅在溶剂存在的条件下进行置换反应，制备获得双(氟磺酰基)亚胺盐，所述双(氟磺酰基)亚胺盐的结构式如式I所示：其中，M选自Li、Na或K。2.如权利要求1所述的一种双(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法，其特征在于，所述双(氟磺酰基)亚胺与碱金属氟化物MF的摩尔比为1～1.1：1；和/或，所述四卤化硅与碱金属氟化物MF的摩尔比为0.25～2：1；和/或，所述四卤化硅选自四氯化硅、四溴化硅中的一种或多种的组合；和/或，所述反应的反应温度为0～50℃；和/或，所述溶剂为有机溶剂；和/或，所述反应在气体保护的条件下进行。3.如权利要求2所述的一种双(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法，其特征在于，所述四卤化硅与碱金属氟化物MF的摩尔比为0.3～0.8：1；和/或，所述反应温度为15～40℃；和/或，所述有机溶剂选自酮类溶剂、酯类溶剂或醚类溶剂中的一种或多种的组合；和/或，所述气体保护所使用的气体选自氮气、惰性气体中的一种或多种的组合。4.如权利要求3所述的一种双(氟磺酰基)亚胺盐的制备方法，其特征在于，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；和/或，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：何立，赵姗姗，杨东，彭勇，袁云龙，
申请(专利权)人：衢州康鹏化学有限公司，上海康鹏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33