一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法

摘要

本发明提供了一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，属于双氟磺酰亚胺盐合成领域。以硫酰氟、金属锂或钠以及氨气为原材料，制备双氟磺酰亚胺盐碳酸酯溶液，该溶液可直接用于电解液，避免下游电解液使用双氟磺酰亚胺盐结晶体溶解至碳酸酯溶剂中，减少双氟磺酰亚胺盐的成盐、溶解过程，可以节省能耗、物耗和人工消耗，有利于工业过程的节能减排。

权利要求

1.一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，其特征在于，通过以下步骤：

S1：氨基盐的制备：

将氨气加压液化，转入金属取代反应釜中，控制反应压力和反应温度；向金属取代反应釜中逐渐加入金属锂或钠，控制投加速度以控制反应速度，反应生成氨基盐；

S2：双氟磺酰亚胺盐制备：

将硫酰氟转入缓冲罐中，计量备用；将碳酸酯溶剂加入S1中的反应釜内，搅拌均匀，制备氨基盐碳酸酯溶液，调节所述溶液的浓度与温度；将缓冲罐中的硫酰氟逐步加入盛有氨基盐碳酸酯溶液的反应釜中，控制其进料速度；控制硫酰氟和氨基盐的摩尔比进行反应，得到双氟磺酰亚胺盐的碳酸酯溶液，反应完成后进行脱酸，脱酸后对双氟磺酰亚胺盐溶液加热浓缩，控制双氟磺酰亚胺盐的质量浓度，蒸发回收的碳酸酯溶剂循环使用，或通过浓缩结晶制备固体双氟磺酰亚胺盐；

反应方程式如下：

氨基锂或氨基钠的制备：

2Li+2NH3=2LiNH2+H2↑ 或

2Na+2NH3=2NaNH2+H2↑双氟磺酰亚胺盐制备：

LiNH2+2SO2F2=LiN(SO2F)2+2HF 或NaNH2+2SO2F2=NaN(SO2F)2+2HF ；

所述S1中控制反应压力为0.9±0.05 MPa，控制反应温度为‑10±5℃；

所述S2中氨基盐碳酸酯溶液的浓度为5～7%；

所述S2中氨基盐碳酸酯溶液温度为20±5℃；

所述S2中硫酰氟进料速度为5‑10L/min；

所述S2中硫酰氟和氨基盐的摩尔比为1.8～2：1。

2.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，其特征在于：所述S1中制备的氨基盐为双氟磺酰亚胺盐的中间原料。

3.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，其特征在于：所述S2中碳酸酯溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯中的至少一种。

4.如权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，其特征在于：所述S2中双氟磺酰亚胺盐的质量浓度40±1%。

说明书

一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及双氟磺酰亚胺盐合成领域，尤其是一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法。

背景技术

[0002] 氨气是一种重要的无机化合物，在工业上被广泛应用。双氟磺酰亚胺锂或双氟磺酰亚胺钠作为锂或钠离子电池电解质，主要用于锂或钠离子二次电池，双氟磺酰亚胺锂或双氟磺酰亚胺钠结构稳定性，具有优异的物理和电化学性能等，逐渐成为锂离子电池重要的添加剂或电解质。

[0003] 中国专利CN114956017A公布了一种双氟磺酰亚胺锂制备方法，涉及电解质锂盐技术领域，制备方法步骤如下：1)、将氨气通入溶解有硫酰氯的三乙胺有机溶液中，使其发生反应，生成Et3NN(SO2Cl)2；2)、将浓硫酸缓慢加入步骤1)反应后的有机溶液中置换出双氯磺酰亚胺,减压蒸馏得到双氯磺酰亚胺液体；3)、缓慢将无水氢氟酸液体通入步骤2)所得双氯磺酰亚胺液体中发生氟代反应生成双氟磺酰亚胺液体；通过上述方式，该发明采用硫酰氯和氨气在有机碱三乙胺的条件下反应生成双氯磺酰亚胺的有机碱盐,再与强酸置换减压蒸馏得到双氟磺酰亚胺，再依次进行氟代和锂代，经过滤、干燥得到双氟磺酰亚胺锂。

[0004] 目前双氟磺酰亚胺锂或双氟磺酰亚胺钠的制备以氯磺酸、氨基磺酸和二氯亚砜等原料为主，该制备工艺复杂、提纯难度大、杂质高、生产成本高，导致相关企业不具备量产能力。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于：提供一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，通过本发明可以使用金属锂或钠、氨气及硫酰氟制备双氟磺酰亚胺盐。

[0006] 本发明采用的技术如下：

[0007] S1：氨基盐的制备：

[0008] 将氨气加压液化，转入金属取代反应釜中，控制反应压力0.9±0.05MPa，温度‑10±5℃；向金属取代反应釜中逐渐加入金属锂或钠，控制投加速度以控制反应速度，反应生成氨基锂或氨基钠；

[0009] S2：双氟磺酰亚胺盐制备：

[0010] a、将硫酰氟转入缓冲罐中，计量备用；

[0011] b、将碳酸酯溶剂加入S1中的反应釜内，搅拌均匀，制备氨基钠碳酸酯溶液或氨基锂碳酸酯溶液，调节所述溶液的温度为20±5℃；

[0012] c、将缓冲罐中的硫酰氟逐步加入盛有氨基钠碳酸酯溶液或氨基锂碳酸酯溶液的反应釜中，控制进料速度为5‑10L/min，其中控制硫酰氟和氨基锂或氨基钠的摩尔比1.8～2：1进行反应，得到双氟磺酰亚胺锂或双氟磺酰亚胺钠的碳酸酯溶液，反应完成后进行脱酸，脱酸后对双氟磺酰亚胺锂或双氟磺酰亚胺钠溶液加热浓缩，蒸发回收的碳酸酯溶剂循环使用，最终控制双氟磺酰亚胺锂或双氟磺酰亚胺钠的质量浓度40±1%，也可以通过浓缩结晶制备固体双氟磺酰亚胺锂或双氟磺酰亚胺钠。

[0013] 作为优选，所述步骤b中碳酸酯溶剂所用的碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯中的至少一种。

[0014] 作为优选，所述步骤b中氨基锂或氨基钠的碳酸酯溶液浓度质量含量为5～7%。

[0015] 作为优选，所述步骤c中硫酰氟和氨基锂或氨基钠的摩尔比1.8～2：1。

[0016] 本发明的反应方程式如下：

[0017] （1）氨基锂或氨基钠的制备：

[0018] 2Li+2NH3=2LiNH2+H2↑或

[0019] 2Na+2NH3=2NaNH2+H2↑

[0020] （2）双氟磺酰亚胺盐制备：

[0021] LiNH2+2SO2F2=LiN(SO2F)2+2HF或

[0022] NaNH2+2SO2F2=NaN(SO2F)2+2HF。

[0023] 本发明的有益效果是：

[0024] 与现有技术相比，本发明的一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法原料简单，较传统的制备方法纯度高，可以避免过程中的各种精制。

[0025] 本发明制备得到双氟磺酰亚胺盐溶液，可以实现双氟磺酰亚胺盐直接做到电解液，避免下游电解液使用双氟磺酰亚胺盐结晶体溶解至碳酸酯溶剂中，减少双氟磺酰亚胺盐的成盐、溶解过程，从而降低能耗、物耗和人工消耗，有利于工业过程的节能减排。

附图说明

[0026] 图1为本发明制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

[0027] 本发明实施例通过提供一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，解决了现有双氟磺酰亚胺盐制备方法难的几种缺陷。

[0028] 为了更好的理解上述技术方案，下面通过具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。应当理解的是，这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。

[0029] 以下通过实施例对本申请作更详细的描述。这些实施例仅是对本申请最佳实施方式的描述，并不对本申请的范围有任何的限制。

[0030] 实施例1

[0031] 一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，以制备双氟磺酰亚胺锂为例，包括如下步骤：

[0032] 步骤1：向金属取代反应釜中加入485.7g液化氨气，控制应压力0.91MPa，温度‑11℃，然后逐渐加入200g金属锂，反应生成657.1g氨基锂，反应完成后加入10294.6g碳酸酯并搅拌均匀，得到质量浓度为6%的氨基锂碳酸酯，调节该溶液的温度为21℃；

[0033] 步骤2：将5828.6g硫酰氟转入缓冲罐中，逐渐加入盛有氨基锂碳酸酯的反应釜中，进料速度为6L/min，反应得到双氟磺酰亚胺锂的碳酸酯溶液，反应完成后进行脱酸，脱酸后对双氟磺酰亚胺锂溶液加热浓缩，蒸发回收2606.6g碳酸酯循环使用，最终控制双氟磺酰亚胺锂的质量浓度41%，其中含制备的5342.5g双氟磺酰亚胺锂。

[0034] 实施例2

[0035] 一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，以制备双氟磺酰亚胺锂为例，包括如下步骤：

[0036] 步骤1：向金属取代反应釜中加入600g液化氨气，控制应压力0.92MPa，温度‑15℃，然后逐渐加入247.1g金属锂，反应生成811.8g氨基锂，反应完成后加入12718.2g碳酸酯并搅拌均匀，得到质量浓度6%的氨基锂碳酸酯，调节该溶液的温度为24℃；

[0037] 步骤2：将7200.0g硫酰氟转入缓冲罐中，逐渐加入盛有氨基锂碳酸酯的反应釜中，进料速度为9L/min，反应得到双氟磺酰亚胺锂的碳酸酯溶液，反应完成后进行脱酸，脱酸后对双氟磺酰亚胺锂溶液加热浓缩，蒸发回收2817.7g碳酸酯循环使用，最终控制双氟磺酰亚胺锂的质量浓度40%，其中含制备的6600.0g双氟磺酰亚胺锂。

[0038] 实施例3

[0039] 一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，以制备双氟磺酰亚胺钠为例，包括如下步骤：

[0040] 步骤1：向金属取代反应釜中加入850.0g液化氨气，控制应压力0.93MPa，温度‑12℃，然后逐渐加入1150.0金属钠，反应生成1950.0g氨基钠，反应完成后加入28050.0g碳酸酯并搅拌均匀，得到质量浓度为6.5%的氨基钠碳酸酯，调节该溶液的温度为25℃；

[0041] 步骤2：将10200.0g硫酰氟转入缓冲罐中，逐渐加入盛有氨基钠碳酸酯的反应釜中，进料速度为8L/min，反应得到双氟磺酰亚胺钠的碳酸酯溶液，脱酸后对双氟磺酰亚胺钠溶液加热浓缩，蒸发回收13138.3g碳酸酯循环使用，最终控制双氟磺酰亚胺钠的质量浓度40.5%，其中含制备的10150.0g双氟磺酰亚胺钠。

[0042] 实施例4

[0043] 一种双氟磺酰亚胺盐的制备方法，以制备双氟磺酰亚胺钠为例，包括如下步骤：

[0044] 步骤1：向金属取代反应釜中加入1000.0g液化氨气，控制应压力0.89MPa，温度‑9℃，然后逐渐加入1352.9g金属钠，反应生成2294.1g氨基钠，反应完成后加入30953.7g碳酸酯并搅拌均匀，得到质量浓度为6.9%的氨基钠碳酸酯，调节该溶液的温度为23℃；

[0045] 步骤2：将12000.0g硫酰氟转入缓冲罐中，逐步加入盛有氨基钠碳酸酯的反应釜中，进料速度为7L/min，反应得到双氟磺酰亚胺钠的碳酸酯溶液，脱酸后对双氟磺酰亚胺钠溶液加热浓缩，蒸发回收13190.6g碳酸酯循环使用，最终控制双氟磺酰亚胺钠的质量浓度40.2%，其中含制备的11941.1g双氟磺酰亚胺钠。

[0046] 上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

[0047] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0048] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。