[發明專利]二元或三元含氟磺酰亞胺的堿金屬鹽和離子液體及其應用

有效

• 申請號: 201310559805.5
• 申請日: 2011-05-20
• 公開（公告）號: CN103641751A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 周志彬;韓鴻波;聶進;宋威;張恒
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;蘇州氟特電池材料有限公司
• 主分類號: C07C311/48
• 分類號: C07C311/48;C07C303/40;C07C319/20;C07C321/04;C07C323/12;C07C211/63;C07C209/68;C07C217/08;C07C213/08;C07C255/24;C07C253/30;C07D295/037;C0
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏惠忠

技術領域

本發明屬于有機氟化學、新材料及先進電源技術領域，具體涉及一種二元或三元含氟磺酰亞胺的堿金屬鹽和離子液體的制備方法，及其堿金屬鹽和離子液體作為電解質材料在鋰(離子)電池和碳基超級電容器中的應用。?

背景技術

含氟磺酰亞胺及其堿金屬鹽和離子液體，特別是鋰鹽，是重要的含氟有機離子化合物。它們在二次鋰（離子）電池、超級電容器、以及鋁電解電容器等清潔能源器件用高性能非水電解質材料、以及新型高效催化劑等領域，均具有重要的產業化應用價值。因此，人們一直都在致力于開展新型含氟磺酰亞胺及其衍生物的合成與應用研究。?

目前，關于含氟磺酰亞胺的研究主要集中在一元含氟磺酰亞胺（即分子中僅含有一個磺酰亞氨基團-SO₂-N-SO₂-）（Coord.Chem.Rev.,1997,158,413），如全氟烷基磺酰亞胺（H[(R_FSO₂)₂N]，R_F＝C_mF_2m＋1，m＝1－8）及其堿金屬鹽（M[(R_FSO₂)₂N]，M=Li,Na,K,Rb,Cs），具有代表性的是雙（三氟甲基磺酰）亞胺鋰（Li[(CF₃SO₂)₂N]，簡稱LiTFSI）和雙（氟磺酰）亞胺鋰（Li[(FSO₂)₂N]，簡稱LiFSI）等。申請者最近在含氟磺酰亞胺及其堿金屬鹽的制備及其應用領域，也開發了一些新的方法和技術（CN101654229，CN101747242，CN101747242,Chem.Lett.,2010,39,472）。?

關于多元磺酰亞胺及其金屬鹽的研究報道較少。Argropoulos等采用雙（氯磺酰）亞胺（H[(ClSO₂)₂N]）與芳胺縮合得到相應芳胺的三元磺酰亞胺，并對其結構進行了表征（J.Appli.Poly.Sci.,1981,26,3073）。聶進等利用雙（氯磺酰）亞胺（H[(ClSO₂)₂N]）與全氟烷基磺酰胺（R_FSO₂NH₂）反應，制得了含有雙（全氟烷基磺酰基）的三元磺酰亞胺及其堿金屬鹽和過渡金屬鹽，并報道了它們在電解質及催化劑方面的應用（CN1450052，CN1450053，J.Fluorine?Chem.,2004,125,27），但其工作僅限于含有全氟烷基的三元磺酰亞胺類化合物，未包括取代基團為氟原子的三元磺酰亞胺、堿金屬鹽及其它衍生物的制備方法與應用。DesMarteau等報道了一種以脂肪族含氟長鏈連接的二元磺酰亞胺鋰鹽和全氟烷基磺酰亞胺鋰鹽聚合物，并研究了這些鋰鹽與聚醚（PEO）共混形成的高分子固體電解質的導電性能（Solid?State?Ionics,2002,148,173）。但是，DesMarteau等報道的這類二元及聚合物含氟磺?酰亞胺鋰鹽的合成步驟繁瑣，并且在分子結構上由于磺酰亞胺基團之間被氟烷基間隔而未能形成共軛離域體系。此外，Zhang等利用尿素與硫酰氯（SO₂Cl₂）或雙（氯磺酰）亞胺（H[(ClSO₂)₂N]）反應，或利用氨基磺酸（NH₂SO₃H）與五氯化磷（PCl₅）反應，分別制得了碳酰磺酰亞胺及磺酰亞胺的寡聚物和聚合物。所得碳酰磺酰亞胺或磺酰亞胺的寡聚物和聚合物進一步與氫化鋰反應，制得了相應的鋰鹽寡聚物和聚合物，并測定了這些鋰鹽作為聚合物電解質的電化學性能（Electrochim.Acta,2000,45,1229）。?