低水高纯电解质亚胺锂盐的制备方法技术

本发明专利技术涉及电解质亚胺锂盐材料制备技术领域，具体涉及低水高纯电解质亚胺锂盐的制备方法，包括如下步骤：(1)将氟化铵、乙腈加入到反应器中，密封后于0

【技术实现步骤摘要】
低水高纯电解质亚胺锂盐的制备方法


[0001]本专利技术涉及电解质亚胺锂盐材料制备
，具体涉及低水高纯电解质亚胺锂盐的制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池的关键材料包括正极、负极、隔膜和电解液，其中电解液在电池中起着在正负极之间传输电荷的作用，它的质量好坏直接影响到电池的循环寿命、安全性能和能量密度。而影响电解液性能的关键组分为溶质锂盐，其理化性能的优劣对电解液性能有重要影响。根据锂盐中阴离子的中心原子不同，可以将常见的锂盐主要分为：
①
以P为中心原子的磷基锂盐，如六氟磷酸锂(LiPF6)；
②
以B为中心原子的硼基锂盐，如四氟硼酸锂(LiBF4)；
③
以N为中心原子的亚胺锂盐，如双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)。
[0003]目前商业化应用最为广泛的溶质锂盐为LiPF6，该产品具有电导率高的优点，但同时也存在热稳定差、制备过程苛刻和高低温性能不佳等缺点。相较于传统的锂盐LiPF6，溶质锂盐LiFSI具有以下优点：
①
LiFSI的阴离子半径更大，更易于解离出锂离子，进而提高锂离子电池电导率；
②
当温度大于200℃时，LiFSI不发生分解，仍能稳定存在，具有较好的热稳定性，能够提高锂离子电池的安全性能；
③
具有LiFSI的电解液能够与正负极材料保持良好的相容性，显著提高锂离子电池的高低温性能。因此LiFSI是锂离子电池中最具良好发展前景的电解质。
[0004]现有技术CN111620315A公开了双氟磺酰亚胺锂的制备方法，是实施例中将氟化铵与磺酰氟在乙腈等有机溶剂存在下与叔胺(如三乙胺、四甲基丙二胺等)进行反应得到双氟磺酰亚胺叔胺盐中间体，然后将其与氧化锂粉末在有机溶剂中室温反应、过滤、脱溶、结晶、干燥后得到双氟磺酰亚胺锂，产物纯度大于99.9％，产物收率在89
‑
95％之间。该专利方法虽然原料无水无氯引入，但实际反应过程中，氧化锂和双氟磺酰亚胺叔胺盐中间体反应的副产物氢氧化锂也会和双氟磺酰亚胺叔胺盐中间体反应，进而生成水。在较低温度或常温下氧化锂和水的反应速度很慢，氧化锂并不能将生成的水去除掉，反应体系仍存在一定量的水，在后处理蒸馏浓缩时双氟磺酰亚胺锂会有部分水解，进而导致制备得到的双氟磺酰亚胺锂产品水含量大于0.01％，硫酸根离子含量大于0.03％，氟离子含量大于0.02％，产品质量难以满足锂电池行业对电解质盐的要求。
[0005]现有技术CN114506829A公开了一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法，其将双氟磺酰亚胺三乙胺盐与碱性锂(氢氧化锂)进行锂化反应，通过边反应边蒸馏的方式脱除反应生成的水和三乙胺，反应产物纯度大于99.9％、收率达到了96
‑
98％，虽然产物收率相较于前者有一定提高，但是该工艺方法在反应及蒸馏浓缩过程，有更大量水的存在，双氟磺酰亚胺锂水解更严重，制备得到的双氟磺酰亚胺锂水含量仍大于0.01％，硫酸根离子含量大于0.05％，氟离子含量大于0.03％。该方法制备的产品也未能满足锂电池对电解质盐的质量要求。
[0006]为了解决现有工艺过程中产生水而影响最终所得双氟磺酰亚胺锂的理化性质，本专利技术开发了低水高纯电解质亚胺锂盐的制备方法的制备方法。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，而提供低水高纯电解质亚胺锂盐的制备方法的制备方法。本专利技术方法所获得的双氟磺酰亚胺锂纯度高达99.99％，且水含量小于20ppm，氟离子、硫酸根离子含量分别均小于5ppm，氯离子含量小于2ppm。
[0008]为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0009]低水高纯电解质亚胺锂盐的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)将氟化铵、乙腈加入到反应器中，密封后于0
‑
5℃温度下冷却，抽真空至负压后通入硫酰氟气体至常压，混合均匀后加入沸点不超过100℃的仲胺，同时持续通入所述硫酰氟气体进行反应，至所述密封体系内反应压力不再发生变化后结束反应，对反应液进行减压蒸馏得到中间产物；
[0011](2)保护气氛下，在所得中间产物中滴加含仲胺锂盐化合物的有机溶液，同时搅拌进行锂化反应，待反应结束后浓缩，无水条件下析晶，过滤、烘干后得到终产物双氟磺酰亚胺锂，即低水高纯电解质锂盐。
[0012]进一步地，所述仲胺为二乙胺、二异丙基胺中的一种或多种；所述仲胺锂盐化合物为二甲基氨基锂、二乙基氨基锂、二异丙基氨基锂中的一种。由于最终产物双氟磺酰亚胺锂很容易受热分解，尤其是在有微量水存在下，因此沸点太高的仲胺是不适合的，沸点超过100℃后不利于锂化反应后去除。
[0013]优选地，所述仲胺中除活泼氢外的仲氨基基团与所述仲胺锂盐化合物中除锂离子外的有机基团是相同的。例如当采用的仲胺是二乙胺时，则优选仲胺锂盐化合物为二乙基氨基锂，方便二乙基氨基锂与中间体锂化反应后重新生成二乙胺，可以返回至步骤(1)中进行套用。
[0014]更优选地，所述仲胺为二异丙基胺，所述仲胺锂盐化合物为二异丙基氨基锂。所述仲胺在步骤(1)中作用为催化剂和缚酸剂，常规现有技术中采用的缚酸剂为叔胺例如三乙胺，而本专利技术采用空间位阻较大的二异丙基胺，更有利于氟化铵的解离和硫酰氟的活化，使得步骤(1)的缩合反应更快更有效的进行，后续采用具有相同仲胺基团的锂盐，可以使得在锂化反应后重新生成仲胺，从而实现回收后套用到前一步中。
[0015]进一步地，步骤(2)中所述含仲胺锂盐化合物的有机溶液为含仲胺锂盐化合物的四氢呋喃溶液；
[0016]控制所述锂化反应过程中的反应温度不高于30℃；
[0017]滴加所述含仲胺锂盐化合物的有机溶液完毕后继续搅拌反应0.5
‑
1h；
[0018]所述非水溶剂为二氯甲烷。
[0019]进一步地，所述硫酰氟、所述氟化铵、所述仲胺的摩尔比为(2
‑
3.5):1:(3
‑
5.5)；所述仲胺锂盐化合物的用量是所述中间产物质量的0.37～0.45倍。
[0020]以上步骤(1)和步骤(2)的反应式如下：
[0021][0022]其中R1R2NH表示仲胺。
[0023]有益技术效果：
[0024]本专利技术方法采用硫酰氟、氟化铵、以及沸点低于100℃的仲胺为原料，先制备得到中间体，避免使用了强腐蚀性原料所带来的设备成本高、环境污染及产物杂质含量高的问题；本专利技术中间产物稳定，将其与仲胺锂盐化合物反应，不仅锂化反应快速、彻底，若选择具有相同基团的仲胺和仲胺锂盐化合物，则反应副产物还可以套用于前一步；本专利技术整个过程无水、无氯引入，且反应过程中也无水生成，本专利技术反应条件温和，所得终产物电解质锂盐为双氟磺酰亚胺锂，具有较高品质，纯度高达99.99％，且水含量小于20ppm，氟离子、硫酸根离子含量分别均小于5ppm，氯离子含量小于2ppm。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术的实施例，对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.低水高纯电解质亚胺锂盐的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氟化铵、乙腈加入到反应器中，密封后于0
‑
5℃温度下冷却，抽真空至负压后通入硫酰氟气体至常压，混合均匀后加入沸点不超过100℃的仲胺，同时持续通入所述硫酰氟气体进行反应，至所述密封体系内反应压力不再发生变化后结束反应，对反应液进行减压蒸馏得到中间产物；(2)保护气氛下，在所得中间产物中滴加含仲胺锂盐化合物的有机溶液，同时搅拌进行锂化反应，待反应结束后浓缩，无水条件下析晶，过滤、烘干后得到终产物双氟磺酰亚胺锂，即低水高纯电解质锂盐。2.根据权利要求1所述的低水高纯电解质亚胺锂盐的制备方法，其特征在于，所述仲胺为二乙胺、二异丙基胺中的一种或多种；所述仲胺锂盐化合物为二甲基氨基锂、二乙基氨基锂、二异丙基氨基锂中的一种。3.根据权利要求2所述的低水高纯电解质亚胺锂盐的制备方法，其特征在于，所述仲胺中除活泼氢外的仲氨基基团与所述仲胺锂盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨伟领，凌芳，丁海全，刘鲁杰，
申请(专利权)人：上海沃凯生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：