一种高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法。该方法仅包含两个步骤：(1)以氟化氢、氟化锂、双氯磺酰亚胺混合反应生成粗品双氟磺酰亚胺锂；(2)以非极性溶剂溶解粗品双氟磺酰亚胺锂，加热结晶后，获取高纯度双氟磺酰亚胺锂。该方法具有产品收率高、杂质少，工艺流程短，工艺绿色环保等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法
本专利技术属于锂电池添加剂和氟化工
，具体涉及一种高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法。
技术介绍
双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)是一种重要的含氟有机离子化合物。由于其具有环境友好、稳定性高、低温性能优异、电导率高等优良性质，而在锂电池、离子液体催化剂和超级电容器等领域具有重要的产业化应用价值。LiFSI在产业化应用的过程中，存在着量产工艺壁垒高，价格高等问题。所以探究新的、适用于工业生产的合成方法，成为研究的热点。近年来，报道的合成方法归纳起来，主要有以下几类：(1)先以磺酰胺、二氯亚砜、氯磺酸等物质为原料，合成双氯磺酰亚胺中间体，之后将中间体与含氟物质反应实现氟化，与含锂物质反应实现锂化，经重结晶后制得LiFSI；(2)先以硫酰氟与氨气等物质为原料，合成双氟磺酰亚胺盐中间体，之后将中间体与含锂物质反应实现锂化，经重结晶后制得LiFSI；(3)直接以双氟磺酰亚胺盐为原料，将其与含锂物质反应实现锂化，经重结晶后制得LiFSI。可以看出，为了缩短工艺路线，上述几种方法依次进行了工艺优化，但仍然存在生产成本高，工艺路线长的问题；并且，合成LiFSI的过程中，引入的氯离子等杂质，难以通过重结晶方法除去，严重影响了LiFSI的工业化应用。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法。本专利技术提供了一种高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)在低温条件下，将双氯磺酰亚胺加入氟化氢和氟化锂的混合溶液中进行反应，蒸干剩余的氟化氢，得到粗品双氟磺酰亚胺锂；(2)以非极性溶剂溶解所述粗品双氟磺酰亚胺锂，经过过滤、滤液蒸发结晶后，即得所述的高纯度双氟磺酰亚胺锂；所述的高纯度双氟磺酰亚胺锂，主成分≥99.95％，水分≤50ppm，氯化物(以Cl-计)≤10ppm，硫酸盐(以SO42-计)≤20ppm，碳酸二甲酯(DMC)不溶物≤300ppm，游离酸(以HF计)≤50ppm，阳离子≤2ppm。其中，主成分指双氟磺酰亚胺锂。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(1)中，所述氟化氢和氟化锂的摩尔比为(10～12)：1。根据本专利技术的一种优选的实施方式，步骤(1)中，所述氟化氢和氟化锂的摩尔比为11：1。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(1)中，所述双氯磺酰亚胺与氟化锂的摩尔比为1：(1～2)。根据本专利技术的一种优选的实施方式，步骤(1)中，所述双氟磺酰亚胺与氟化锂的摩尔比为1：1。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(1)中，所述氟化氢，既是反应体系的溶剂，又是一种反应物。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(1)中，所述氟化氢，相较于所述氟化锂是过量的，反应结束后，剩余的氟化锂是微量的。根据本专利技术的一种优选的实施方式，步骤(1)中，将双氯磺酰亚胺加入氟化氢和氟化锂的混合溶液中时，应缓慢加入，加料时间为20min～30min。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(1)中，所述的低温为-15℃～5℃。根据本专利技术的一种优选的实施方式，步骤(1)中，所述的低温条件为-10℃～0℃。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(1)中，所述氟化氢、氟化锂、双氯磺酰亚胺混合反应，为放热反应，随反应进行，体系温度会有升高趋势。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(1)中，所述氟化氢、氟化锂、双氯磺酰亚胺混合反应过程中，体系的温度升高值应控制在5℃以内。若温度升高值超过5℃，可能会导致双氯磺酰亚胺锂分解，产生F-和SO42-，影响产品品质。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(1)中，所述氟化氢、氟化锂、双氯磺酰亚胺混合反应的时间为14h～30h。根据本专利技术的一种优选的实施方式，步骤(1)中，所述氟化氢、氟化锂、双氯磺酰亚胺混合反应的时间为20h～30h。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(1)中，将所述氟化氢蒸干的温度为40±5℃。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(1)中，蒸出的氟化氢气体，冷却至-15℃±5℃，以液体形式回收。根据本专利技术的一种实施方式，所述的合成方法还包括用碱液回收步骤(1)中反应生成的尾气，所述的碱液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的至少一种。根据本专利技术的一种优选实施方式，所述的合成方法还包括，用质量浓度为30％-50％的氢氧化钠溶液回收步骤(1)中反应生成的尾气。根据本专利技术的一种实施方式，生成双氟磺酰亚胺锂的反应机理为：Cl2HNO4S2+HF(过量)+LiF→F2LiNO4S2+2HCl↑(1)。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(1)中，所述粗品双氟磺酰亚胺锂中的杂质，主要是少量未反应完全的氟化锂。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(2)中，所述非极性溶剂选自二氯甲烷、二氯乙烷和氯仿中的至少一种。根据本专利技术的一种优选的实施方式，步骤(2)中，所述非极性溶剂为二氯甲烷。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(2)中，所述非极性溶剂，蒸发后，可以冷凝回收，重复使用。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(2)中，所述非极性溶剂与所述粗品氟磺酰亚胺锂的质量比例为(1～5)：1。根据本专利技术的一种优选的实施方式，步骤(2)中，所述非极性溶剂与所述粗品氟磺酰亚胺锂的质量比例为2：1。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(2)中，所述滤液蒸发结晶的条件为：惰性气体环境，温度为40～50℃。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(2)中，所述滤液蒸发结晶的条件为：氮气环境，40℃±5℃。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(2)中，过滤得到的滤液主要溶质为双氟磺酰亚胺锂，得到的滤渣主要成分为氟化锂，滤渣可以回收再利用。根据本专利技术的一种实施方式，步骤(2)中，选用所述非极性溶剂的原因是，所述双氟磺酰亚胺锂易溶于非极性溶剂；所述粗品双氟磺酰亚胺锂的主要杂质为氟化锂，氟化锂不溶于所述非极性溶剂。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法为一锅法，仅需要经过合成和除杂两个步骤，即可制得高纯度的双氟磺酰亚胺锂，工艺路线短，操作简单。(2)本专利技术中，液体氟化氢既是溶剂，同时又起到氟化剂的作用，减少了原料的成本投入和杂质引入，提高了产品纯度。(3)本专利技术提供的高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法中，粗品双氟磺酰亚胺锂中所含杂质主要为氟化锂，反应后剩余的氟化锂是微量的，故除杂后，产物收率≥98.9％。(4)本专利技术以氟化氢、氟化锂和双氯磺酰亚胺为原料生成双氟磺酰亚胺锂，无固体副产物产生，且溶解除杂可有效去除不溶反应物氟化锂，故产品的纯度高，产品纯度可以达到99.99％。(5)本专利技术所用溶剂，沸点均较低，产品易干燥；成品双氟磺酰亚胺锂中，溶剂残留低。(6)本专利技术中，步骤(1)中低温收集的氟化氢、步骤(2)中冷凝回收的非极性溶剂与过滤所得滤渣均可被循环利用，材料利用率高。(7)本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于，步骤包括：/n(1)在低温条件下，将双氯磺酰亚胺加入氟化氢和氟化锂的混合溶液中进行反应，蒸干剩余的氟化氢，得到粗品双氟磺酰亚胺锂；/n(2)以非极性溶剂溶解所述粗品双氟磺酰亚胺锂，经过过滤、滤液蒸发结晶后，即得所述的高纯度双氟磺酰亚胺锂；/n所述的高纯度双氟磺酰亚胺锂，水分≤50ppm，氯化物≤10ppm，硫酸盐≤20ppm，碳酸二甲酯不溶物≤300ppm，游离酸≤50ppm，阳离子≤2ppm。/n

【技术特征摘要】
1.一种高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于，步骤包括：
(1)在低温条件下，将双氯磺酰亚胺加入氟化氢和氟化锂的混合溶液中进行反应，蒸干剩余的氟化氢，得到粗品双氟磺酰亚胺锂；
(2)以非极性溶剂溶解所述粗品双氟磺酰亚胺锂，经过过滤、滤液蒸发结晶后，即得所述的高纯度双氟磺酰亚胺锂；
所述的高纯度双氟磺酰亚胺锂，水分≤50ppm，氯化物≤10ppm，硫酸盐≤20ppm，碳酸二甲酯不溶物≤300ppm，游离酸≤50ppm，阳离子≤2ppm。


2.根据权利要求1所述的高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氟化氢和所述氟化锂的摩尔比为(10～12)：1。


3.根据权利要求1所述的高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于，所述双氯磺酰亚胺与所述氟化锂的摩尔比为1：(1～2)。


4.根据权利要求1所述的高纯度双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的低温条件为-10℃～5℃。

【专利技术属性】
技术研发人员：邵俊华，李海杰，孔东波，张利娟，王郝为，郭飞，闫国锋，张照坡，宋东亮，王亚洲，侯红歧，谢佳庆，韩飞，乔文忠，
申请(专利权)人：湖南博信新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43