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一种利用有机金属锂试剂制备双氟磺酰亚胺锂的方法

技术摘要:
本发明公开了一种利用有机金属锂试剂制备双氟磺酰亚胺锂的方法,包括以下步骤:S1以有机金属锂试剂为原料,与双氟磺酰亚胺酸进行混合反应得到双氟磺酰亚胺锂粗品。S2对粗品进行减压抽干,加入双氟磺酰亚胺锂的不良有机溶剂洗涤多次,再真空抽干得固体。S3向固体中加入有  全部
背景技术:
双氟磺酰亚胺锂可用于多种领域,例如,可作为二次锂离子电池电解液添加剂,改 善锂离子电池循环性能,也可以作为一次电池用电解质使用;可作为聚合反应催化剂;也可 用于工业领域内抗静电剂使用。已有的研究结果表明,六氟磷酸锂(LiPF6)是当前比较成功 的商用锂盐电解质,  但是LiPF6热稳定和化学稳定性较差,而双氟磺酰亚胺锂相比就具有 较好稳定性,且其低温性能优异,耐水解性好,因此双氟磺酰亚胺锂有潜力替代六氟磷酸锂 成为新一代的二次锂离子电池电解质。因此,能够简单的制备高纯度的双氟磺酰亚胺锂成 为近年来锂离子电池电解液领域的主要发展方向。 现有技术中,对于双氟磺酰亚胺锂的制备主要有以下报道: 针对双氟磺酰亚胺锂的制备,中国专利(CN  101747242)报道了利用双氟磺酰亚胺钾与 高氯酸锂在乙腈中发生复分解反应得到双氟磺酰亚胺锂。该方法需要在真空箱中操作,使 得操作难度增加,也很难保证反应完全,得不到高纯度的双(氟磺酰)亚胺锂。 中国专利(CN  105523970A)也报道了利用纯度≥99.9%的双氟磺酰亚胺金属盐为 原料与四氟硼酸锂或高氯酸锂反应,再经过纯化结晶得到高纯度双氟磺酰亚胺锂。但该方 法首先四氟硼酸锂与高氯酸锂成本较高,其次高氯酸锂比较危险,使反应的安全得不到保 证,最重要一点是由于四氟硼酸锂与高氯酸锂在溶剂中有很大的溶解度,导致双氟磺酰亚 胺锂中残留的四氟硼酸锂与高氯酸锂难以分离,导致除锂以外的金属离子容易超标,并且 不易提纯。 中国专利(CN106276829B)也报道了利用双氯磺酰亚胺与有机溶剂充分混合后置 入带冷凝器的反应器中,随后向反应器中依次加入氟化锂、液态氟化氢升温进行反应制得 双氟磺酰亚胺锂。但该方法所需要使用的液态氟化氢需要特殊装备存储,因此此方法同样 存在难以利用常规存储设备来实施,进而导致存储成本增大的问题。
技术实现要素:
本发明的目的在于克服以上技术缺陷,提供一种利用有机金属锂试剂制备双氟磺 酰亚胺锂的方法。 制备方法如下; S1:以有机金属锂试剂为原料,在低温条件下与双氟磺酰亚胺酸进行混合反应得到双 氟磺酰亚胺锂粗品; S2:对粗品进行减压抽干,再加入双氟磺酰亚胺锂的不良有机溶剂洗涤多次,再真空抽 干得固体; S3:向固体中加入有机溶剂萃取,过滤,浓缩,向浓缩液中加入低极性非质子溶剂,静止 结晶,过滤,晶体真空干燥便得到双氟磺酰亚胺锂盐。 4 CN 111573639 A 说 明 书 2/4 页 进一步的方案,步骤S1中有机金属锂试剂包括烷基锂、炔基锂、芳香基锂。 进一步的方案,烷基锂包括甲基锂、乙基锂、正丁基锂、异丁基锂、叔丁基锂、1,5二 锂戊烷的一种或多种组合。 进一步的方案,炔基锂包括乙炔基锂、乙炔基二锂、1,3-二锂丙炔的一种或多种组 合。 进一步的方案,芳香基锂包括苯基锂、苄基锂,苯乙炔基锂、2,4,6-三甲基苯锂、萘 锂的一种或多种组合。 进一步的方案,S1中低温条件为0~-78℃,优选温度为0~-20℃。 进一步的方案,S1中双氟磺酰亚胺酸与有机金属锂试剂进行反应的摩尔比例为 1.0  :  1.0~3.0,优选比例为1.0  :  1.0~1.5。 进一步的方案,步骤S1中反应时间为1~6小时,优选反应时间为2~4小时。 进一步的方案,所述步骤S2中减压抽干的真空度为4~10  torr,优选3~5torr,温 度0~40℃,优选温度为20~40℃。 进一步的方案,S2中不良有机溶剂选自正己烷、环己烷、环戊烷、二氯甲烷、氯仿、 二氯乙烷、溴乙烷、二溴乙烷、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯的一种或多种组合。 进一步的方案,S3中萃取溶剂包括酯类、碳酸酯类、醚类、醇类、酮类、腈类,所述脂 类选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸乙烯酯的 一种或多种组合,所述碳酸酯类碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙 烯酯、氟代碳酸乙烯酯、双氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种组合,所述醚类选自乙醚、丙醚、 异丙醚、丁醚、异丁醚、四氢呋喃、叔丁基甲基醚、甲基四氢呋喃、二氧五环、二氧六环、乙二 醇单甲醚、乙二醇二甲醚、二乙醇单乙醚、乙二醇二乙醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚的一种或 多种组合,所述醇类选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇的一种或多种组合,所述酮 类选自丙酮、丁酮、甲基乙基酮、甲基叔丁基酮、吡咯烷酮的一种或多种组合,所述腈类选自 乙腈、丙腈、异丙腈的一种或多种组合。 进一步的方案,S3中浓缩时真空度为4~10  torr、温度为0~50℃,优选温度为25 ~35℃,浓缩至原溶液体积的1/6~1/3。 进一步的方案,所述步骤S3中低极性非质子溶剂选自正己烷、环己烷、环戊烷、二 氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、溴乙烷、二溴乙烷、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯的一种或多种组合。 进一步的方案,步骤S3中结晶时间为12~48小时,优选时间为16~24小时,结晶温 度为-20~-10℃。 进一步的方案,步骤S3中真空干燥真空度为3~4  torr,温度为10~50℃,优选温 度为20~40℃。 有益效果: 本发明提供的制备方法能制备高纯度的双氟磺酰亚胺锂,产率高,而且产品质量稳定, 有效降低产品中的钾离子、钠离子、钙离子、氟离子、氯离子、硫酸根离子和水份等杂质含 量。 实施例 下面对本发明作进一步描述,以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案, 而不能以此来限制本发明的保护范围。以下所有操作均在无水无氧条件下完成。 5 CN 111573639 A 说 明 书 3/4 页 实施例1 取100mL溶剂存储瓶(瓶A)移入1mol/L(乙基锂/苯)溶液33.2mL,待用。另取50mL溶剂存 储瓶(瓶B)移入5g的HFSI与15g苯,充分混合,待用。准备一个250mL反应瓶,先往瓶里添加 30ml苯与搅拌子,并冷却至-10℃,然后瓶A与瓶B溶液分别通过毛细管慢慢滴加至反应瓶中 开始反应。保持反应温度-10℃。滴加约2小时完成,滴加完毕后。继续反应1小时。反应完毕 后,停止搅拌,恢复室温,此时会有固体沉淀在瓶底,把反应溶剂苯倾倒出一个1000ml瓶中 (瓶D)。然后采用30mL苯洗涤5次固体。洗涤液体统一也收集到瓶D中。洗涤完毕后,采用减压 4  torr真空度下抽干残留溶剂苯得到白色固体。固体采用60mL二氯甲烷洗涤3次。洗涤完后 再采用4  torr真空度把残余的二氯甲烷抽干。便可以得到双氟磺酰亚胺锂粗品。粗品采用 30mL碳酸二甲酯溶解,充分溶解后,采用0.22μm孔径的PTFE滤膜进行过滤处理,得到的清液 采用旋转蒸发仪在4  torr真空度下浓缩得到粘稠状浓缩物。向浓缩物中加入100  mL甲苯 在-20度下进行结晶24小时。再过滤得到晶体,晶体移去真空干燥箱中3  torr真空度下35 ℃下干燥8小时。得到白色双氟磺酰亚胺锂晶体4.64g,产率89 .7%。检测结果:ICP-OES (ppm):Na =3.82ppm,  K =1.18ppm,  Fe2 =0.61ppm,  Ca2 =0.42ppm;  Mg2 =0.11ppm;  IC:F-= 10 .19ppm  ,Cl-=8 .25ppm,NO -3 =7 .23ppm,  SO 2-4   =6 .97ppm,PO 3-4   =3 .92ppm。KF:H2O= 12.8ppm。19FNMR(400MHz,  Acetone-d6):51.33ppm。 实施例2 取100mL溶剂存储瓶(瓶A)移入1.6mol/L(正丁基锂/正己烷)溶液21.6mL,待用。另取 50mL溶剂存储瓶(瓶B)移入5g的HFSI与15g正己烷,充分混合,待用。准备一个250mL反应瓶, 先往瓶里添加30ml正己烷与搅拌子,并冷却至-15℃,然后瓶A与瓶B溶液分别通过毛细管慢 慢滴加至反应瓶中开始反应。保持反应温度-15℃。滴加约3小时完成,滴加完毕后。继续反 应1小时。反应完毕后,停止搅拌,恢复室温,此时会有固体沉淀在瓶底,把反应溶剂正己烷 倾倒出一个1000ml瓶中(瓶D)。然后采用30mL正己烷洗涤5次固体。洗涤液体统一也收集到 瓶D中。洗涤完毕后,采用减压3  torr真空度下抽干残留溶剂正己烷得到白色固体。固体采 用60mL二氯甲烷洗涤3次。洗涤完后再采用4  torr真空度把残余的二氯甲烷抽干。便可以得 到双氟磺酰亚胺锂粗品。粗品采用30mL乙腈溶解,充分溶解后,采用0.22μm孔径的PTFE滤膜 进行过滤处理,得到的清液采用旋转蒸发仪在4  torr真空度下浓缩得到粘稠状浓缩物。向 浓缩物中加入100  mL二氯甲烷在-20度下进行结晶24小时。再过滤得到晶体,晶体移去真 空干燥箱中3  torr真空度下35℃下干燥8小时。得到白色双氟磺酰亚胺锂晶体4.75g。产率 91.9%。检测结果:ICP-OES(ppm):Na =2.97ppm,  K =1.52ppm,  Fe2 =0.34ppm,Ca2 =0.96ppm;  Mg2 =0.26ppm;  IC:F-=12.01ppm  ,Cl-=7.53ppm,NO -3 =3.97ppm,  SO 2-4   =4.59ppm,PO 3-4   = 4.85ppm。KF:H2O=10.1ppm。19FNMR(400MHz,  Acetone-d6):51.34ppm。 实施例3 取100mL溶剂存储瓶(瓶A)移入1.6mol/L(苯基锂/环己烷)溶液21.6mL,待用。另取50mL 溶剂存储瓶(瓶B)移入5g的HFSI与15g环己烷,充分混合,待用。准备一个250mL反应瓶,先往 瓶里添加30ml环己烷与搅拌子,并冷却至-20℃,然后瓶A与瓶B溶液分别通过毛细管慢慢滴 加至反应瓶中开始反应。保持反应温度-20℃。滴加约2小时完成,滴加完毕后。继续反应2小 时。反应完毕后,停止搅拌,恢复室温,此时会有固体沉淀在瓶底,把反应溶剂环己烷倾倒出 一个1000ml瓶中(瓶D)。然后采用30mL环己烷洗涤5次固体。洗涤液体统一也收集到瓶D中。 6 CN 111573639 A 说 明 书 4/4 页 洗涤完毕后,采用减压3  torr真空度下抽干残留的溶剂环己烷得到白色固体。固体采用 60mL氯仿洗涤3次。洗涤完后再采用4  torr真空度把残余的氯仿抽干。便可以得到双氟磺酰 亚胺锂粗品。粗品采用30mL四氢呋喃溶解,充分溶解后,采用0.22μm孔径的PTFE滤膜进行过 滤处理,得到的清液采用旋转蒸发仪在4  torr真空度下浓缩得到粘稠状浓缩物。向浓缩物 中加入150  mL二氯乙烷在-20度下进行结晶24小时。再过滤得到晶体,晶体移去真空干燥 箱中3  torr真空度下35℃下干燥8小时。得到白色双氟磺酰亚胺锂晶体4.67g。产率90.4%。 检测结果:ICP-OES(ppm):Na =4.12ppm,  K =0.85ppm,  Fe2 =0.22ppm,  Ca2 =1.41ppm;  Mg2 = 0 .17ppm;  IC:F-=9 .51ppm  ,Cl-=8 .28ppm,NO -3 =5 .31ppm,  SO 2-4   =6 .12ppm,PO 3-4   = 5.48ppm。KF:H O=11.8ppm。192 FNMR(400MHz,  Acetone-d6):51.34ppm。 实施例4 在100mL反应瓶(瓶A)中加入乙炔二锂(碳化锂)0.5759  g,再加入二氯甲烷10ml,然后 冷却至-78℃,待用。另取50mL溶剂存储瓶(瓶B)移入5g的HFSI与10ml二氯甲烷,充分混合, 待用。然后瓶B中溶液通过毛细管慢慢滴加至反应瓶A中。保持反应温度-78℃。滴加约2小时 完成,滴加完毕后。继续反应2小时。反应完毕后,停止搅拌,恢复室温,把反应溶剂二氯甲烷 倾倒出一个1000ml瓶中(瓶D)。然后采用30mL二氯甲烷洗涤固体3次。洗涤液体统一也收集 到瓶D中。洗涤完毕后,采用减压3  torr真空度下抽干残留的溶剂环二氯甲烷得到白色固 体。便可以得到双氟磺酰亚胺锂粗品。粗品采用50mL无水二氧六环溶解,充分溶解后,采用 0.22μm孔径的PTFE滤膜进行过滤处理,得到的清液采用旋转蒸发仪在4  torr真空度下浓缩 得到粘稠状浓缩物。向浓缩物中加入150  mL二氯甲烷在-20度下进行结晶24小时。再过滤 得到晶体,晶体移去真空干燥箱中4  torr真空度下30℃下干燥8小时。得到白色双氟磺酰亚 胺锂晶体4.79g。产率92.7%。检测结果:ICP-OES(ppm):Na =2.12ppm,  K =0.65ppm,  Fe2 = 0.19ppm,Ca2 =0.76ppm;  Mg2 =0.23ppm;  IC:F-=10.12ppm  ,Cl-=9.91ppm,NO -3 =2.59ppm,  SO 2-=7.37ppm,PO 3-=4.72ppm。KF:H O=14.1ppm。194 4 2 FNMR(400MHz,  Acetone-d6):51.34ppm。 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,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。 7
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