一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法，特别是指以双氟磺酰亚胺有机铵盐为反应原料，直接与碱性钠试剂反应制备双氟磺酰亚胺钠盐的方法，属于化学合成和钠离子电池技术领域，其特征在于：在极性溶剂中，以双氟磺酰亚胺有机铵盐为反应原料，直接与碱性钠试剂反应，获得双氟磺酰亚胺钠；本发明专利技术提供了一种双氟磺酰亚胺钠盐的制备方法，反应原料易得，安全，易操作，产品纯度好，收率高，适合大规模工业化生产

【技术实现步骤摘要】
一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法，特别是指以双氟磺酰亚胺三烷基铵盐为反应原料，直接与碱性钠试剂反应制备双氟磺酰亚胺钠盐的方法，属于化学合成和钠离子电池

。

技术介绍

[0002]钠离子电池
(Sodium
‑
ion battery)
，与锂离子电池工作原理相似，是一种二次电池，通过钠离子在正极和负极之间移动达到输送电荷作用
。
锂离子电池由于具有较高能量密度
、
无记忆效应
、
工作电压高
、
工作温度范围宽
、
循环使用次数高
、
以及对环境友好等优点，在电子产品
、
电动汽车
、
航空航天
、
军工产品
、
以及可再生能源的储存等领域有着广泛的应用，但锂资源储量比较稀缺，地壳中锂资源储量丰度仅为
0.0065
％，按目前消耗锂资源速度计算，地球上锂资源储量估计仅能维持
65
年左右
(J.
‑
Y.Hwang,S.
‑
T.Myung,Y.
‑
K.Sun,Chem.Soc.Rev.2017,46,3529
‑
3614.)。
另外，锂资源的地域分布也极不均匀，中国锂资源储量占全球锂资源的比例少于～6％，但在中国加工的锂材料总量则达到～
60
％左右，其中超过～
90
％锂资源是靠进口，不难理解稀缺的锂资源将成为阻碍我国新能源锂离子电池可持续健康发展的卡脖子问题
。
[0003]地壳中钠资源丰度达到
2.75
％，超过锂资源丰度
420
多倍，并且其地域分布较均匀，同时钠资源提取也远比相应的锂资源提取容易得多，因此钠资源生产成本价格远比锂资源来得便宜，也就是说对钠离子电池基本不存在材料资源约束问题！由于钠离子质量和体积比锂离子大，故钠离子电池能量密度相对较低，限制了其在许多领域如电动汽车等的应用，但随着钠离子电池技术不断改进，钠离子电池能量密度不断地提升，而且钠盐比锂盐还有着更高的电导率，可降低电解液的浓度而降低相应的生产成本
。
另外钠离子电池内阻也比相应锂离子电池高，致使在短路等危险瞬间发热量少
、
温升较低，因此钠离子电池安全性能
、
循环寿命
、
高低温性能
、
倍率等电池性能均更为优异，可明显地提高电池产品的运输和操作使用的安全性
。
在
‑
20℃
时，钠离子电池依然能够保证～
90
％的能量效率，在
‑
40℃
时，也能达到～
70
％的能量效率
。
随着新型硬碳电极材料突破了钠离子电池的低能量密度瓶颈，明显地加快了对钠离子电池技术研发和产业化进程
(Yabuuchi,N.,et al.Chem.Rev.2014,114,11636
‑
11682)
，其在储能和低动力电池等领域应用优点越来越受到关注，钠离子电池将会与锂离子电池形成一个相互共存的局面！
[0004]钠盐电解质性能优劣，将直接影响钠离子电池的储电能力
、
电化学性能
、
安全性能等诸多重要指标，是决定钠离子电池性能优劣的关键因素
。
高氯酸钠
(NaClO4)
和六氟磷酸钠
(NaPF6)
是目前钠离子电池最广泛采用的电解质，其中高氯酸钠是强氧化剂，容易出现安全风险，而六氟磷酸钠对热和化学稳定性较差
、
低温循环效率差
、
以及易被微量水分解生成腐蚀性氟化氢
(HF)
气体等缺点，不仅会造成电解质进一步分解和丢失，而且还会破坏电解液和电极的化学结构，导致电池容量衰减并带来安全隐患，给实际应用带来了巨大挑战
。
开发更安全，更高效，并能适用于低温和高温等苛刻条件下的电解质，将是提高钠离子电池化
学性能最经济和最有效的方法
。
双氟磺酰亚胺钠
(Sodium bisfluorosulfonylimide,Na
+
FSI
‑
)
的电导率
、
对热和微量水的稳定性
、
以及低高温循环效率等综合电化学性能均比相应六氟磷酸钠优异，已被国内外业内专家公认为替代六氟磷酸钠电解质的下一代钠离子电池电解质，是当前最有产业化前景的理想钠盐电解质
。
[0005]双氟磺酰亚胺的
N
‑
H
键链接二个强吸电子基团
(FSO2‑
),
因此双氟磺酰亚胺具有较强的酸性
(pK
a
＝
1.28)
，在有机溶剂中，其酸性与硫酸接近
。
已有公开文献和专利报道双氟磺酰亚胺可直接与与碳酸钠反应制得双氟磺酰亚胺钠
(J.K.Ruff,M.Lustig,Inorg.Synth.1968,11,138.
；
J.K.Ruff,Inorg.Chem.1965,4,1446
；周志彬，韩洪波，聂进，等
,CN102786451A)。
双氟磺酰亚胺钠也可通过双氯磺酰亚胺与过量的无水氟化钠反应制得
(M.Beran,J.Prihoda,Z.Anorg.Allg.Chem.2005
，
631,55
；
M.Beran,et.al.,Polyhedron,2006,25,1292
‑
1298
和专利
M.Cernik,et al.,US Patent 7253317B2,FR.Patent PCT/FR01/04164
和
WO02/053494,2001)
，但是这些制备双氟磺酰亚钠电解质方法所需的反应原料具有强酸性
、
强腐蚀性和不易得，并且反应产品纯度不高和难提纯，因此不适合大规模工业化生产
。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种全新合成生产纯度好
、
产物收率高
、
安全
、
绿色环保和高效双氟磺酰亚胺钠的制备方法
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法，其特征在于：在极性溶剂中，以双氟磺酰亚胺有机铵盐为反应原料，直接与碱性钠试剂反应，获得双氟磺酰亚胺钠
。
[0009]本专利技术涉及的化学反应方程式如下所示：
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法，其特征在于：在极性溶剂中，以双氟磺酰亚胺有机铵盐为反应原料，直接与碱性钠试剂反应，获得双氟磺酰亚胺钠
。2.
根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法，其特征在于：所述极性溶剂选自：水
、
甲醇
、
乙醇
、
乙腈
、
丙腈
、
丙酮
、2
‑
丁酮
、
碳酸二甲酯
、
碳酸二乙酯
、
乙酸乙酯等
、
四氢呋喃
、
甲基叔丁基醚
、
乙二醇二甲醚的任意一种或按不同比例配成的混合溶剂
。3.
根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法，其特征在于：所述极性溶剂为乙醇或乙腈，双氟磺酰亚胺三乙铵盐与极性溶剂的质量比为
1:1
～
1.5。4.
根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法，其特征在于：所述的碱性钠试剂选自：氢氧化钠
、
醋酸钠
、
甲醇钠
、
乙醇钠
、
碳酸钠
、
碳酸氢钠
、
氧化钠
、
硫酸钠的任意一种，所述双氟磺酰亚胺有机铵盐和碱性钠试剂的摩尔比为
1:0.5
～
10。5.
根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法，其特征在于：所述双氟磺酰亚胺有机铵盐和碱性钠试剂的摩尔比为
1:0.5
～
1.1。6.
根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法，其特征在于：所述反应温度为
‑
40
～
120℃。7.
根据权利要求6所述的一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法，其特征在于：所述反应温度为0～
60℃。8.
根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法，其特征在于：反应结束后，除去不溶的无机物，减压蒸馏回收反应溶剂和有机碱性缚酸剂，所得固体物经纯化后，得到双氟磺酰亚胺钠白色固体，所述减压蒸馏的温度为
50
～
80℃。9.
根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺钠的制备方法，其特征在于：所述的双氟磺酰亚胺有机铵盐采用以下方法制备而得：将硫酰氟在有机胺缚酸剂作用下，与氨气或铵盐在高亚釜中反应，获得双氟磺酰亚胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔毅鑫，张涛，施正军，袁少岚，胡泽慧，杜二星，葛特，王梓汀，王超，陈寅镐，徐建国，张先满，
申请(专利权)人：福建中欣氟材高宝科技有限公司，
类型：发明
国别省市：