一种双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法与流程

本发明属于锂电池电解质合成，具体涉及一种双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法。

背景技术：

1、双三氟甲基磺酰亚胺金属盐，例如，双三氟甲基磺酰亚胺锂（litfsi）具有良好的热稳定性和电化学稳定性，作为锂离子二次电池的电解质，其稳定电压约为5 v。litfsi在有机溶剂中易溶解，其溶液呈路易斯酸性，在溶液中的解离度大，离子迁移率高，电导率高。它是目前稳定性最好的有机电解质锂盐之一。

2、现有的合成方法中，双三氟甲基磺酰氨锂盐的合成方法主要使用铵盐或者氨气作为氨的来源，之后，氨源与三氟甲基磺酰氯和缚酸剂等合成出双三氟甲基磺酰亚胺有机碱盐，最后，通过酸化、锂化反应得到双三氟甲基磺酰亚胺锂。尽管该合成工艺较为成熟，但也存在如下缺点：

3、1）合成步骤较长，综合收率较低，且每一步都需要进行纯化操作；

4、2）大量使用氨气时，反应放热剧烈，稳定控温较难实现，容易引起爆炸等安全隐患；

5、3）合成步骤需要低温，能耗较高。

6、因此，有必要开发一种能够兼容能耗低、步骤短和收率高的双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法。

技术实现思路

1、本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备新方法，该方法避免了目前合成方法的缺点，成本低、副产物少、且后处理简单，保证产品的品质和纯度，从而提供了一种能得到高品质高纯度产品且经济实惠的制备方法，适合工业化生产。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法，其包括以下步骤：

4、（1）双三氟甲基磺酰亚胺的制备：在惰性气体（如氮气、氩气等）氛围以及溶剂一存在条件下，三氟甲基磺酰氯与六甲基二硅氮烷反应制备双三氟甲基磺酰亚胺，同时得到副产物三甲基氯硅烷；

5、

6、（2）成盐反应：在溶剂二存在条件下，将步骤（1）中的双三氟甲基磺酰亚胺与碱性金属盐mx反应，再经过滤、干燥，得到双三氟甲基磺酰亚胺金属盐；

7、

8、（3）三甲基氯硅烷的循环利用：副产物三甲基氯硅烷与氨气在一定条件下反应得到六甲基二硅氮烷，作为步骤（1）中的原料循环使用；

9、。

10、具体的，在所述步骤（1）中，低温下将三氟甲基磺酰氯与溶剂混合后，缓慢加入六甲基二硅氮烷，升温至30~120℃反应1~10h，制备双三氟甲基磺酰亚胺。

11、进一步的，在所述步骤（1）中，所述溶剂一包括环状醚、氟氯代烷烃、酯类、或腈类等；所述环状醚为四氢呋喃等，所述氟氯代烷烃包括全氟正庚烷、全氟正癸烷、三氯三氟乙烷（r113）、二氯乙烷等中的一种或两种以上，所述酯类包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等中的一种或两种以上，所述腈类包括乙腈、丙腈等中的一种或两种。

12、进一步的，在所述步骤（1）中，所述三氟甲基磺酰氯和六甲基二硅氮烷的摩尔比为2~5：1，所述溶剂一用量为总投料重量的50%以上。

13、具体的，在所述步骤（2）中，所述碱性金属盐mx为 mf、moh、mhco3和m2co3等中的一种或多种，m为li、na、k或cs等，步骤（2）中所述双三氟甲基磺酰亚胺与碱性金属盐的摩尔比为 1：0.5~1.5。。

14、进一步的，所述步骤（2）中，反应体系的反应温度为0～40℃，反应时间为0.5～5h；在加料过程中将反应体系冷却至-10℃以下。

15、步骤（2）中，所述溶剂二为酯类、腈类等；酯类包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等中的一种或两种以上，所述腈类包括乙腈、丙腈等的一种或两种。所述溶剂二用量为总投料重量的50%以上。

16、进一步的，所述步骤（2）中，双三氟甲基磺酰亚胺与碱性金属盐反应结束后，过滤除去未反应的碱性金属盐，浓缩后加入弱极性溶剂或非极性溶剂，析出固体双三氟甲基磺酰亚胺金属盐，烘干得双三氟甲基磺酰亚胺金属盐产品。

17、进一步优选的，所述步骤（2）中，加入的弱极性溶剂包括卤代烃类溶剂、烷烃类或卤代芳烃类溶剂等；所述卤代烃类溶剂包括二氯甲烷、二氯乙烷等中的一种或两种，所述烷烃类溶剂包括正己烷、石油醚、正庚烷等中的一种或两种以上，所述卤代芳烃类溶剂包括甲苯、二甲苯等中的一种或两种。所述步骤（2）中，弱极性溶剂加入量为双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的 5-20 倍量。

18、和现有技术相比，本发明方法的有益效果如下：

19、本发明所提供的三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法成本低、副产物少、且后处理简单，保证产品的品质和纯度，从而提供了一种能得到高品质高纯度产品且经济实惠的制备方法，适合工业化生产。该制备方法具有产物纯度高（在96%以上，最高达99%）、步骤短、收率高（达97.5%以上）等优点。

技术特征：

1.一种双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求 1 所述双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，将三氟甲基磺酰氯与溶剂一混合后，加入六甲基二硅氮烷，于30~120℃反应1~10h，制备双三氟甲基磺酰亚胺；副产物三甲基氯硅烷与氨气在一定条件下反应得到六甲基二硅氮烷。

3.根据权利要求 2 所述的双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述溶剂一包括环状醚、氟氯代烷烃、酯类、或腈类；所述环状醚为四氢呋喃，所述氟氯代烷烃包括全氟正庚烷、全氟正癸烷、三氯三氟乙烷、二氯乙烷中的一种或两种以上，所述酯类包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种或两种以上，所述腈类包括乙腈、丙腈中的一种或两种。

4.根据权利要求 1 所述的双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述三氟甲基磺酰氯和六甲基二硅氮烷的摩尔比为 2~5：1，所述溶剂一用量为总投料重量的50%以上。

5.根据权利要求 1 所述的双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述碱性金属盐为 mf、moh、mhco3和m2co3中的一种或多种，m为li、na、k或cs；所述双三氟甲基磺酰亚胺与碱性金属盐的摩尔比为 1：0.5~1.5。

6.根据权利要求 1 所述的双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，反应体系的反应温度为 0～40℃，反应时间为0.5～5h；在加料过程中将反应体系冷却至-10℃以下。

7.根据权利要求 1 所述的双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述溶剂二为酯类、腈类；酯类包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种或两种以上，所述腈类包括乙腈、丙腈的一种或两种。

8.根据权利要求 1 所述的双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，双三氟甲基磺酰亚胺与碱性金属盐反应结束后，过滤除去未反应的碱性金属盐，浓缩后加入弱极性溶剂，析出固体，烘干得双三氟甲基磺酰亚胺金属盐。

9.根据权利要求 8 所述的双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，加入的弱极性溶剂包括卤代烃类溶剂、烷烃类或卤代芳烃类溶剂；所述卤代烃类溶剂包括二氯甲烷、二氯乙烷中的一种或两种，所述烷烃类溶剂包括正己烷、石油醚、正庚烷中的一种或两种以上，所述卤代芳烃类溶剂包括甲苯、二甲苯中的一种或两种。

10.根据权利要求 8 所述的双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，弱极性溶剂加入量为双三氟甲基磺酰亚胺金属盐的 5-20 倍量。

技术总结
本发明公开了一种双三氟甲烷磺酰亚胺金属盐的制备方法，包括以下步骤：（1）在惰性气体氛围以及溶剂一存在条件下，三氟甲基磺酰氯与六甲基二硅氮烷反应制备双三氟甲基磺酰亚胺，同时得到副产物三甲基氯硅烷；（2）在溶剂二存在条件下，将步骤（1）中的双三氟甲基磺酰亚胺与碱性金属盐反应，再经过滤、干燥，得到双三氟甲基磺酰亚胺金属盐。该制备方法具有产物纯度高、步骤短、收率高等优点。

技术研发人员：李凌云,杨华春,翟小勇,岳亚迪,周阳,李霞
受保护的技术使用者：多氟多新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13