一种双氟磺酰二乙胺锂的制备方法与流程

1.本发明涉及锂电池电解质材料技术领域，尤其涉及一种双氟磺酰二乙胺锂的制备方法。


背景技术：

2.双氟磺酰二乙胺锂分子式为lic4h8n(so2f)2，是一种新型锂离子电池电解质添加剂。随着大众环保意识的提升，新能源汽车产业的发展趋势日益高涨，锂电池作为新能源汽车的储能设备倍受重视。电解质添加剂作为锂离子电池关键材料之一，其性能差异显著影响着电池的循环寿命、安全性能以及能量密度和充放电倍率。传统锂盐六氟磷酸锂(lipf6)以其良好的离子导电性及电化学稳定性得到广泛的应用，但较差的抗水解性和热稳定性也严重制约了锂电池行业的发展。双氟磺酰二乙胺锂作为一种新型锂盐电解质添加剂，有着更大的阴离子基团，锂离子更容易解离，因此具有更高的电导率；另外，双氟磺酰二乙胺锂作为电解质添加剂能进一步提高电解液导电性，改善其高低温稳定性和安全性能，可在电解液中普遍使用；因此，双氟磺酰二乙胺锂在锂离子电池领域中具有良好的应用前景。
3.然而现有技术中报道的双氟磺酰二乙胺锂的制备方法存在工艺流程长、杂质含量高、产品收率低以及制造成本高等问题，因此，如何得到一种方法简单、反应条件温和、产品纯度高、收率高的双氟磺酰二乙胺锂的制备方法是目前急需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种双氟磺酰二乙胺锂的制备方法，本发明的制备方法。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种双氟磺酰二乙胺锂的制备方法，包括以下步骤：
7.1)将磺酰氯、二乙胺在催化剂作用下反应，得到双氯磺酰二乙胺；
8.2)将双氯磺酰二乙胺、无水氟化氢在催化剂作用下继续反应，得到双氟磺酰二乙胺；
9.3)将双氟磺酰二乙胺与氢氧化锂反应，得到双氟磺酰二乙胺锂。
10.进一步的，步骤1)中，所述催化剂为碘化钾。
11.进一步的，所述磺酰氯、二乙胺和催化剂的质量比为250.0～300.0：70.0～75.0：0.5～1.5。
12.进一步的，步骤1)中，反应的温度为10～30℃，反应的时间为4～6h。
13.进一步的，步骤2)中，所述催化剂包含sbcl5、ticl4、sncl4、mocl5和fecl3中的一种或几种。
14.进一步的，所述双氯磺酰二乙胺、无水氟化氢和催化剂的质量比为130.0～150.0：20.0～25.0：0.5～1.5。
15.进一步的，步骤2)中，反应的温度为60～120℃，反应的时间为5～10h。
16.进一步的，步骤3)中，所述双氟磺酰二乙胺和氢氧化锂的质量比为50～65：10～
20。
17.进一步的，步骤3)中，反应的温度为5～20℃，反应的时间为2～4h。
18.本发明的有益效果：
19.本发明得到的双氟磺酰二乙胺锂是一种电解质添加剂，能广泛应用于锂电池行业，可以增强锂电池的导电性能、稳定性能和安全性能。本技术制备方法操作简单，反应条件温和，通过本发明方法得到的双氟磺酰二乙胺锂纯度高、杂质少、产物收率高。
附图说明
20.图1为实验例中编号1～5的电解液的电导率随温度的变化图。
具体实施方式
21.本发明提供了一种双氟磺酰二乙胺锂的制备方法，包括以下步骤：
22.1)将磺酰氯、二乙胺在催化剂作用下反应，得到双氯磺酰二乙胺；
23.2)将双氯磺酰二乙胺、无水氟化氢在催化剂作用下继续反应，得到双氟磺酰二乙胺；
24.3)将双氟磺酰二乙胺与氢氧化锂反应，得到双氟磺酰二乙胺锂。
25.在本发明中，步骤1)中，所述催化剂优选为碘化钾。
26.在本发明中，所述磺酰氯、二乙胺和催化剂的质量比为250.0～300.0：70.0～75.0：0.5～1.5，优选为255.0～285.0：71.0～74.0：0.8～1.2，进一步优选为291.5：73.2：1.0。
27.在本发明中，步骤1)中，反应的温度为10～30℃，反应的时间为4～6h，优选为反应的温度为15～25℃，反应的时间为4～5h，进一步优选为反应的温度为20℃，反应的时间为5h。
28.在本发明中，在步骤1)反应之后，还需要对反应体系加热去除磺酰氯、二乙胺和氯化氢杂质，所述加热的温度为70～80℃，加热的时间为20～30min，优选为加热的温度为75℃，加热的时间为25min。
29.在本发明中，步骤2)中，所述催化剂包含sbcl5、ticl4、sncl4、mocl5和fecl3中的一种或几种，优选为sncl4和/或mocl5。
30.在本发明中，所述双氯磺酰二乙胺、无水氟化氢和催化剂的质量比为130.0～150.0：20.0～25.0：0.5～1.5，优选为135.0～145.0：21.5～24.5：0.8～1.2，进一步优选为135.1：23.0：1.0。
31.在本发明中，步骤2)中，反应的温度为60～120℃，反应的时间为5～10h，优选为反应的温度为70～110℃，反应的时间为6～9h，进一步优选为反应的温度为80～100℃，反应的时间为8h。
32.在本发明中，步骤3)中，所述双氟磺酰二乙胺和氢氧化锂的质量比为50～65：10～20，优选为51～63：12～18，进一步优选为59.3：15.0。
33.在本发明中，步骤3)中，反应结束后需要对产物进行纯化处理，所述纯化处理的方式为有机溶剂提纯，所述有机溶剂包含碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、乙腈和丙腈中的一种或几种，优选为碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、乙腈和
丙腈中的一种或几种，进一步优选为乙酸乙酯。
34.下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
35.实施例1
36.1)在干燥的反应器中依次加入291.5g磺酰氯、73.2g二乙胺和1g碘化钾，加热至25℃进行反应，溢出的气体用碱液吸收。反应5h后再升温至75℃并保温30min，得到双氯磺酰二乙胺液体252.92g，收率93.6％。
37.2)在四氟反应瓶中加入双氯磺酰二乙胺135.1g，五氯化锑0.5g，升温至100℃，搅拌下缓慢通入ahf 23.0g，反应6h后降至室温并鼓吹氮气3h，得到双氟磺酰二乙胺109.2g，收率92％。
38.3)在1000ml反应瓶中加入无水乙酸乙酯300ml，然后加入单水氢氧化锂15.0g，反应瓶温度维持5℃，在搅拌条件下缓慢加入双氟磺酰二乙胺59.3g，保温反应3h，搅拌转速为100r/min，过滤除去未反应的氢氧化锂，减压蒸馏得到双氟磺酰二乙胺锂59.6g，收率98％。
39.实施例2
40.1)在干燥的反应器中依次加入291.5g磺酰氯、73.2g二乙胺和1g碘化钾，加热至25℃进行反应，溢出的气体用碱液吸收。反应5h后再升温至75℃并保温30min，得到双氯磺酰二乙胺液体250.72g，收率92.6％。
41.2)在四氟反应瓶中加入双氯磺酰二乙胺135.1g，四氯化钛0.5g，升温至105℃，搅拌下缓慢通入ahf 23.0g，反应6h后降至室温并鼓吹氮气3h，得到双氟磺酰二乙胺102.6g，收率86.5％。
42.3)在1000ml反应瓶中加入无水乙酸乙酯300ml，然后加入单水氢氧化锂15.0g，反应瓶温度维持10℃，在搅拌条件下缓慢加入双氟磺酰二乙胺59.3g，保温反应3h搅拌转速为100r/min，过滤除去未反应的氢氧化锂，减压蒸馏得到双氟磺酰二乙胺锂59.2g，收率97.4％。
43.实施例3
44.1)在干燥的反应器中依次加入291.5g磺酰氯、73.2g二乙胺和1g碘化钾，加热至25℃进行反应，溢出的气体用碱液吸收。反应5h后再升温至75℃并保温30min，得到双氯磺酰二乙胺液体251.79g，收率93％。
45.2)在四氟反应瓶中加入双氯磺酰二乙胺135.1g，五氯化钼0.5g，升温至110℃，搅拌下缓慢通入ahf 23.0g，反应6h后降至室温并鼓吹氮气3h，得到双氟磺酰二乙胺100.8g，收率85％。
46.3)在1000ml反应瓶中加入无水乙酸乙酯300ml，然后加入单水氢氧化锂15.0g，反应瓶温度维持15℃，在搅拌条件下缓慢加入双氟磺酰二乙胺59.3g，保温反应3h搅拌转速为100r/min，过滤除去未反应的氢氧化锂，减压蒸馏得到双氟磺酰二乙胺锂59.0g，收率97％。
47.实验例
48.通过将电解质盐(lipf6)溶解在非水溶剂(ec和dmc，质量比为ec：dmc＝1：1)中，然后向非水溶剂中加入一定量的双氟磺酰二乙胺锂来制备电解液，并组装成棱柱型锂离子二次电池。电解质盐相对于非水溶剂的含量为1mol/kg。
49.在室温环境下对编号1～5的锂离子二次电池进行充电和放电第一次循环以使电
池状态稳定，然后在高温环境下(60℃)对每个二次电池进行充电和放电第二次循环确定每个二次电池的放电容量，并在相同条件下重复操作100次再确定每个二次电池的放电容量，计算出二次电池的循环保持率(％)＝(第100次循环的放电容量/第二次循环的放电容量)*100。所得的结果如表1所示：
50.表1二次电池循环保持率数据
[0051][0052]
由以上实施例可知，本发明提供了一种双氟磺酰二乙胺锂的制备方法，本发明制备方法得到的双氟磺酰二乙胺锂纯度高，杂质少。当电解液中使用一定量的双氟磺酰二乙胺锂作为添加剂时，在高温环境下(60℃)，二次电池的循环保持率得到了提升。
[0053]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。