[發明專利]一種雙氟磺酰亞胺鋰鹽的制備方法

在審

• 申請號: 202010095024.5
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111320151A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 談子瑜;林群;黃杰;周云斌
• 申請（專利權）人: 白銀科奧夫化學科技有限公司
• 主分類號: C01B21/086
• 分類號: C01B21/086
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 蔣秀清

本發明公開了一種雙氟磺酰亞胺鋰鹽的制備方法，包括以下步驟：(1)在反應容器中加入溶劑、胺源、堿和助催化劑，然后通入硫酰氟進行氟化反應，25℃反應24h，體系由渾濁變澄清，滴加強酸調至PH＝1～3，減壓蒸餾去除溶劑，得到無色液體雙氟磺酰亞胺；(2)向反應容器中加入步驟(1)制得的無色液體雙氟磺酰亞胺，以及溶劑、鋰鹽；(3)在保護氣體的保護下攪拌6h，溫度控制在25℃，體系由渾濁變澄清，減壓濃縮，加入不良試劑析晶，固液分離即得到雙氟磺酰亞胺鋰鹽。本發明采用硫酰氟和醋酸銨反應得到雙氟磺酰亞胺，并以此為原料用鋰鹽反應得到雙氟磺酰亞胺鋰鹽。可以用其制備熱穩定性好、電化學穩定性高、發生副反應概率小等特性的電解質。

技術領域

本發明涉及化學合成技術領域，具體涉及一種雙氟磺酰亞胺鋰鹽的制備方法。

背景技術

按照國家發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》，2020年我國純電動汽車動力電池的能量密度目標為350wh/kg，2025年目標為400wh/kg，2030年目標為500wh/kg。為了達到這一系列的目標，高能量密度的三元電池成為電池界的“寵兒”，同時推動了更多更先進材料的研發與產業化進程，如高鎳材料就已成為目前鋰電正極材料的主流方向。因為三元電池對電解液的要求更高，而作為電池重要組成部分的電解液也需要有技術革新。傳統鋰鹽LiPF6由于在高溫高壓下易分解且對水敏感，60℃時便開始分解產生HF氣體，無法應用在高能量密度的特殊環境下。因此，開發新型電解質鋰鹽是當前開發高能量密度鋰離子電池過程中的核心關鍵問題。

雙氟磺酰亞胺鋰鹽，即LiFSI，由于其特殊的分子結構，Li+與FSI-之間具有較低的結合能，有利于Li+的解離，因而在電解液中添加LiFSI，能獲得較高的電導率，同時LiFSI還具有熱穩定性高、電化學窗口較寬、腐蝕速率較低的特性，有望成為鋰離子電池的新型電解質鋰鹽。2012年日本觸媒首次展示LiFSI，并于2013年進行量產，但目前僅將其用在高端產品和軍事領域中，無法大規模使用。

LiFSI之所以目前無法大規模使用的原因，主要是因合成工藝條件的限制導致了生產成本高昂。一般是先由氯磺酸、氨基磺酸、二氯亞砜為原料制得雙氯磺酰亞胺(CN102786452、US4315935)，再將雙氯磺酰亞胺用HF(CN104755418A)、KF(M.Berran etal，Z.Anorg.Allg.Chem.2005，631，55)、ZnF₂(CN102917979)、NH₄F(CN103391896)、SbF3(CN101747242)等氟化劑進行氟化得到HFSI，最后與堿金屬鋰鹽進行離子交換得到LiFSI。在合成過程中，存在著工藝繁瑣、流程較長、產品轉化率低、能耗較大和環境污染等缺點，尤其是在合成HFSI的過程中，進行氟化的同時還需要對氯離子有效去除，加大了提純HFSI的難度。

發明內容

針對背景技術中提到的問題，本發明提出了一種雙氟磺酰亞胺鋰鹽的制備方法，解決了現有技術中的問題，同時該制備方法具有方法簡單、收率高、純度高以及穩定性好的優點。

為了實現上述目的，本發明提供一種雙氟磺酰亞胺鋰鹽的制備方法，包括以下步驟：

(1)在反應容器中加入溶劑、胺源、堿和助催化劑，然后通入硫酰氟進行氟化反應，25℃反應24h，體系由渾濁變澄清，滴加強酸調至PH＝1～3，減壓蒸餾去除溶劑，得到無色液體雙氟磺酰亞胺；

(2)向反應容器中加入步驟(1)制得的無色液體雙氟磺酰亞胺，以及溶劑、鋰鹽；

(3)在保護氣體的保護下攪拌6h，溫度控制在25℃，體系由渾濁變澄清，減壓濃縮，加入不良試劑析晶，固液分離即得到雙氟磺酰亞胺鋰鹽。

技術原理：首先采用硫酰氟和醋酸銨反應得到雙氟磺酰亞胺(HFSI)，并以此為原料用鋰鹽(LiR)反應得到雙氟磺酰亞胺鋰鹽(LiFSI)，綜合產率為99％。用其制備熱穩定性好、電化學穩定性高、發生副反應概率小等特性的電解質。合成工藝路線如下：