一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法与流程

本发明涉及新能源电池材料制造领域，特别是涉及一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法。

背景技术：

1、目前，新能源电动汽车所使用的电解质锂盐几乎全是六氟磷酸锂，但其热稳定性差，且较易水解并产生腐蚀性气体氟化氢；相比之下，双氟磺酰亚胺锂具有更佳的耐高低温性能，结构稳定，遇水具有较低的敏感性。因此，目前已经成为最可能替代六氟磷酸锂的电解质。

2、公开号为cn115557475a的中国发明专利《一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法》公布了一种以硫酰氟、金属锂、钠以及氨气为原料的双氟磺酰亚胺盐制备方法，其中氨气要分别与锂单质和钠单质反应生成氨基锂和氨基钠，反应过程中对于温度和压力控制极为严格，极易发生爆炸，且锂单质价格非常昂贵。

3、公开号为cn115285951a的中国发明专利《一种双氟磺酰亚胺盐电解质的制备方法及其应用》将苄基伯胺类化合物和三氧化硫在溶剂中反应后得到的双磺酸基苄胺类化合物，在催化剂与供氢体的作用下合成双磺酸基亚胺，再与二氯亚砜反应合成双氯磺酰亚胺，并最终与碱金属氟化物反应合成双氟磺酰亚胺盐，该制备方法步骤繁杂，需逐步进行合成，所需时间长，工艺复杂，在工业生产中不易进行。

4、公开号为cn115321498a的中国发明专利《一种以氟磺酸为原料制备双氟磺酰亚胺锂盐的方法》使用了高毒性和腐蚀性的氟磺酸，并且氟磺酸与双氟磺酰亚胺沸点接近，即使采用精馏技术也难以进行分离，产率较低，工业上无法生产。

5、公开号为cn107188138b的中国发明专利《一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法》首先使用氟磺酰胺与碳酸锂在水溶液或者有机溶剂中反应制备氟磺酰胺锂，进一步使用硫酰氯与氟化试剂反应合成硫酰氟，然后将后者通入氟磺酰胺锂溶液中，并以叔胺作为缚酸剂制备得到双氟磺酰亚胺铵盐，最后将其溶解在水溶液中再次与碳酸锂反应合成双氟磺酰亚胺锂，该工艺反应步骤复杂，并且在合成过程中一直有溶剂水的参与，使得后期除水会比较困难，因此该工艺难以实现工业生产。

6、目前双氟磺酰亚胺盐合成普遍存在的问题主要包括工艺操作复杂，制备步骤繁琐，所使用的原料、催化剂等价格较高，从而造成其不易实现工业生产。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于提供一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，可以解决目前双氟磺酰亚胺盐生产成本高，工艺复杂等问题。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，包括以下步骤：

4、双氟磺酰亚胺与有机碱金属盐在反应溶剂中进行成盐反应，制备双氟磺酰亚胺盐。

5、优选的，所述有机碱金属盐的碱金属元素为锂、钠、钾中的一种。

6、具体的，所述有机碱金属盐包括有机固体碱金属盐。具体的，所述制备得到的双氟磺酰亚胺盐为双氟磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺钠、双氟磺酰亚胺钾中的一种。

7、本发明的双氟磺酰亚胺盐的制备方法，有机碱金属盐与双氟磺酰亚胺反应合成双氟磺酰亚胺盐和、及与有机碱金属盐相应的有机酸。

8、其中，有机碱金属盐与其相应的有机酸不溶于双氟磺酰亚胺盐的良性有机溶剂，并且其有机酸通过与碱金属碳酸盐或者碱金属碳酸氢盐反应合成对应的有机碱金属盐，再与双氟磺酰亚胺反应合成双氟磺酰亚胺盐，可以进行循环使用，因此该方法具有生产成本低、产物纯度高等优点，适合工业化生产。

9、优选地，所述有机碱金属盐为3-苯基丙烯酸锂、3-苯基丙烯酸钠、3-苯基丙烯酸钾、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚甲基丙烯酸锂、聚甲基丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钾中的一种。

10、具体的，有机碱金属盐在合成双氟磺酰亚胺盐之前需要用溶剂进行打浆洗涤干燥处理。所述溶剂为乙醇、二氯甲烷、二氯乙烷、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、四氯化碳、正己烷、环己烷、正庚烷中的至少一种。

11、优选地，聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚甲基丙烯酸锂、聚甲基丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钾的重均分子量(mw)为20000～2000000。

12、进一步优选地，聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚甲基丙烯酸锂、聚甲基丙烯酸钠、聚甲基丙烯酸钾的重均分子量(mw)为200000～1500000。

13、优选地，所述双氟磺酰亚胺与有机碱金属盐摩尔比为(1:1～1.5)。

14、优选地，所述成盐反应的温度为0～50℃；成盐反应时间为2～24h。

15、优选地，所述反应溶剂为双氟磺酰亚胺盐的良性有机溶剂；

16、先将有机碱金属盐与双氟磺酰亚胺盐的良性有机溶剂混合均匀，后续在控制成盐反应温度的条件下滴加双氟磺酰亚胺进行成盐反应。

17、具体的，混合均匀是有机碱金属盐在双氟磺酰亚胺盐的良性有机溶剂中均匀的分散。

18、优选地，所述双氟磺酰亚胺盐的良性有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一种。

19、进一步优选地，所述双氟磺酰亚胺盐的良性有机溶剂和双氟磺酰亚胺的质量比为(2～8:1)。

20、优选地，还包括以下步骤：双氟磺酰亚胺与有机碱金属盐反应结束后得到双氟磺酰亚胺盐合成液；在氮气保护下将双氟磺酰亚胺盐合成液进行正压过滤，分别收集固体以及液体。

21、优选地，所得液体即为双氟磺酰亚胺盐溶液；将双氟磺酰亚胺盐溶液经浓缩、重结晶、干燥后得到双氟磺酰亚胺盐。

22、具体的，利用真空旋蒸将双氟磺酰亚胺盐溶液浓缩，得到浓缩液；浓缩液与双氟磺酰亚胺盐的不良溶剂进行重结晶处理得到双氟磺酰亚胺盐固体；对双氟磺酰亚胺盐固体进行减压浓缩干燥，得到双氟磺酰亚胺盐。所述减压浓缩干燥温度为60～120℃，所述浓缩液的粘度为1.55～1.62mpa·s。

23、所述双氟磺酰亚胺盐的不良溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氯化碳、正己烷、环己烷、正庚烷中的至少一种。所述双氟磺酰亚胺盐的不良有机溶剂和浓缩液的质量比为(1～4):1。

24、优选地，所述固体为成盐反应中有机碱金属盐对应的有机酸以及未反应的有机碱金属盐。

25、所述固体(成盐反应中有机碱金属盐对应的有机酸以及未反应的有机碱金属盐)不溶于双氟磺酰亚胺盐的良性有机溶剂，通过一定的后处理上述固体可以进行循环利用，符合国家绿色可持续发展战略。

26、优选地，将固体洗涤、干燥后，使其在纯水中与碱金属碳酸盐或者碱金属碳酸氢盐反应合成对应的有机碱金属盐。

27、具体的，将固体使用双氟磺酰亚胺盐的良性有机溶剂进行打浆、洗涤，然后干燥；然后在纯水中与碱金属碳酸盐或者碱金属碳酸氢盐反应合成对应的有机碱金属盐。

28、上述所涉及反应如下：

29、c9h7o2·x+hfsi→xfsi+c9h8o2；

30、(c3h3o2)n·nx+hfsi→xfsi+(c3h4o2)n；

31、(c4h5o2)n·nx+hfsi→xfsi+(c4h6o2)n；

32、c9h10o2+x2co3→c9h9o2·x+h2o+co2；

33、c9h8o2+xhco3→c9h7o2·x+h2o+co2；

34、(c3h4o2)n+x2co3→(c3h3o2)n·nx+h2o+co2；

35、(c3h4o2)n+xhco3→(c3h3o2)n·nx+h2o+co2；

36、(c4h6o2)n+x2co3→(c4h5o2)n·nx+h2o+co2；

37、(c4h6o2)n+xhco3→(c4h5o2)n·nx+h2o+co2。

38、其中，x代表碱金属元素锂、钠、钾中的一种。hfsi为双氟磺酰亚胺，xfsi为双氟磺酰亚胺盐，c9h7o2·x为3-苯基丙烯酸的碱金属盐，(c3h3o2)n·nx为聚丙烯酸的碱金属盐，(c4h5o2)n·nx为聚甲基丙烯酸的碱金属盐，x2co3为碱金属碳酸盐，xhco3为碱金属碳酸氢盐，c9h8o2为3-苯基丙烯酸，(c3h4o2)n为聚丙烯酸，(c4h6o2)n为聚甲基丙烯酸。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

40、本发明的双氟磺酰亚胺盐的制备方法，有机碱金属盐与双氟磺酰亚胺反应合成双氟磺酰亚胺盐和、及与有机碱金属盐相应的有机酸。有机碱金属盐与其相应的有机酸不溶于双氟磺酰亚胺盐的良性有机溶剂，并且其有机酸通过与碱金属碳酸盐或者碱金属碳酸氢盐反应合成对应的有机碱金属盐，再与双氟磺酰亚胺反应合成双氟磺酰亚胺盐，可以进行循环使用，因此该方法具有生产成本低、产物纯度高等优点，适合工业化生产。