一种分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法

本发明涉及锂离子电池电解质锂盐技术领域，具体是一种分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法。


背景技术：

自从锂离子电池(lib)实现商业化以来，由于其具有高能量密度、长循环寿命、记忆效应小、工作电压高、工作温度较宽、稳定性好等优点，对lib的研究成为了近年来的热点，引起了电动汽车、电子设备，以及包括电网储能系统在内等行业的广泛关注。电解液一般由有机溶剂、锂盐和添加剂在一定条件下按照一定比例复配而成，锂盐，是电解液中锂离子的提供者，是电解液中最重要的组成部分，很大程度地决定着电解液的物理和化学性质。因此选择或者研制出一种好的锂盐，对于锂电池的倍率性能、容量、循环寿命和安全性有着重大意义。纯的双氟磺酰亚胺锂(lifsi)外观上是一种白色固体粉末。由于其特殊的分子结构特征，其具有较高的离子电导率以及热稳定性高的优点，能够有效提高锂电池低温放电性能和安全性能，且还与电池中的正负极具有良好的相容性，是应用前景很可观的锂盐之一。目前，国内外公开报道的双氟磺酰亚胺锂的制备技术中，按照原料使用可以分为两类：一是氟/氯磺酸路线，是最早工艺中所用到的原料，发展较成熟，但是原料相对来说偏贵，工艺繁琐，且原料偏多，对除杂工序造成负担；二是硫酰氟/氯路线，该路线发掘较晚，但是具有较大的优势在于原料的廉价且易获得，且氨源也来源广泛，但是由于氨气上的三个氢反应位点，以及硫酰氟的两个s-f反应键位使得反应产物复杂，副产物多。如果能在产物的选择性与产品收率上有较大突破，是未来锂盐生产的一大发展方向。因此基于以上背景提出了一种双氟磺酰亚胺锂制备方法来解决上述问题。


技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法，以解决现有技术中存在的问题，包括产品收率低、生产成本高和杂质多的问题。本发明以氟磺酰胺为制备过程中的中间产物，合成方法具体操作为：(1)先将氨气引入第一有机溶剂中，再缓慢滴入有机碱试剂，此时溶液中是充满氨源的环境；同时不断通入一定量的硫酰氟，反应得到氟磺酰胺三乙胺盐。再用强酸将氟磺酰胺进行置换，后进行过滤洗涤干燥得到氟磺酰胺固体；(2)将步骤(1)中所得到的氟磺酰胺固体继续在有机溶剂与有机碱的环境下处理，继续向非均相体系中通入硫酰氟，反应得到双氟磺酰亚胺三乙胺盐；(3)向步骤(2)的反应体系中加入k2co3，通过强碱制弱碱的原理，置换出有机碱，并得到双氟磺酰亚胺钾kfsi；此时先向非均相体系中加入无水乙醇，再加入libf4固体，得到难溶固体kbf4；过滤得到粗提取的含双氟磺酰亚胺锂的滤液；
(4)将粗提取的含双氟磺酰亚胺锂的滤液先浓缩，后在第二有机溶剂中进行重结晶，过滤，并干燥得到纯的双氟磺酰亚胺锂。优选的，所述步骤(1)中第一有机溶剂选自乙腈、乙醚、丙酮、碳酸二甲酯或其任意两种以上的混合物；进一步优选的，第一有机溶剂为乙腈。优选的，所述步骤(1)中有机碱选自三乙胺、吡啶等，进一步优选的，有机碱为三乙胺。优选的，所述步骤(1)中氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比为(1～1.5)：1：(1～3)；进一步优选的氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比为(1～1.1)：1：(2～3)。优选的，所述步骤(1)中硫酰氟的通入时间为1.5～5h；进一步优选为1.5～3h。优选的，所述步骤(1)中所述反应的反应温度为0～20℃，进一步优选为3～10℃；所述反应的压力为0.01～0.2mpa。优选的，所述步骤(2)中浓硫酸的浓度为98％。优选的，所述步骤(2)中有机碱(三乙胺)与有机溶剂(乙腈)来源于步骤(1)中过滤后滤液的减压蒸馏得到，同时需添加有机碱量满足：氟磺酰胺与有机碱的摩尔比为1：(1～1.5)；此外硫酰氟的量与步骤(1)中所通入的量一致。优选的，所述步骤(2)中的反应温度为-5～0℃。优选的，所述步骤(3)中有机碱(三乙胺)与有机溶剂(乙腈)的量与步骤(1)相同；优选的，所述步骤(3)中所述反应使用碳酸钾与四氟硼酸锂的用量如下：氨气：k2co3：libf4＝1：(0.5～1)：(2～3)；其中，碳酸钾与双氟磺酰亚胺三乙胺盐的反应温度为常温。本发明利用libf4和kbf4在乙醇中溶解度的差异性，通过复分解反应来进行高纯度双氟磺酰亚胺锂的合成，避免了引入其他杂质的过程。优选的，所述步骤(3)第二有机溶剂包括丙酮、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷或其任意两种以上的混合物。优选的，所述步骤(4)中重结晶的温度为-5～10℃，干燥温度为60～100℃，干燥时间为5～8h。进一步优选地，重结晶温度为0℃；干燥温度为80℃，干燥时间6h。本发明有益效果实现如下：本发明从反应动力学角度考虑，不同于常规硫酰氟过量，缓慢通入氨气的方法，而是先将氨气溶于有机溶剂中，使氨气过量，硫酰氟再缓慢通入富含氨气的有机溶剂中，硫酰氟会与氨气在有机溶剂中发生氨解反应生成大量的氟磺酰胺。其有益效果是：以氟磺酰胺进行后续部分合成，这种将双氟磺酰亚胺结构的合成拆分为两部分的反应能够有效地提高双氟磺酰亚胺盐的收率，进而达到较好的终产物收率，能达到96.97％；此外这种方法，分步法采用提取中间体的方式，能够使得反应更加可控，有效提高了产品的纯度(》99％)。
附图说明
图1为本发明化学式方程图；图2为本发明流程框图。
具体实施方式
面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本发明的实施方式不限于此。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件进行，所使用的通用设备、原料、试剂等没有特殊说明，均为常规市售产品。如图1和2所示，本发明方法采用农业上常用于熏蒸剂杀虫的硫酰氟为原料，氨气为氨源、三乙胺为缚酸剂制备双氟磺酰亚胺三乙胺盐。不同于常规的一步法合成，本发明采用分步反应的思路，在充满氨气的环境中，三乙胺作用下，缓慢通入硫酰氟，生成氟磺酰胺三乙胺盐，再将其与强酸置换得到氟磺酰胺作为中间体，然后继续与硫酰氟反应得到双氟磺酰亚胺三乙胺盐。锂化过程，先是采用碳酸钾置换除三乙胺得到kfsi，再利用libf4与kfsi复分解反应得到lifsi，避免了阴离子杂质的引入，给高纯度双氟磺酰亚胺锂的合成提供条件。这样的方法一是避免了常规使用强腐蚀性的氟磺酸作为原料，使用的原料廉价易获得；二是无需氟化过程；三是分步法使得反应可以控制，能够实现产物的高收率(96.97％)和高纯度(≥99％)。实施例1在装配有搅拌器、进气口、恒压滴液的50ml三颈烧瓶中加入4.35ml乙腈，将1.103l氨气按照设定流量缓慢通入乙腈溶剂中，与此同时将10.45ml的三乙胺放置于恒压滴液漏斗中缓慢滴入烧瓶中。待三乙胺滴加结束时，将烧瓶至于5℃的冷水浴中。待温度稳定以及氨气通入结束后，开始向烧瓶中通入1.371l硫酰氟，设置流量为15ml/min，反应一个半小时左右。其中，氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比为1：1：1.5。待原料气体完全通入后，通过恒压滴液漏斗加入浓硫酸，置换出不溶于溶剂的氟磺酰胺固体。过滤，滤液经过减压蒸馏，回收乙腈和未反应完全的三乙胺。固体产物称量为4.52g，再次放置于新的三颈烧瓶中，加入乙腈和三乙胺，待固体完全溶解后，继续通入与第一次等量的硫酰氟气体，生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐。向生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的烧瓶加入k2co3，得到含kfsi的非均相体系，过滤后减压浓缩除去大量的有机溶剂，然后加入10ml无水乙醇；再加入libf4，置换出lifsi，最终过滤掉kbf4，得到双氟磺酰亚胺锂溶液。对双氟磺酰亚胺锂溶液进行浓缩处理，后加入一定量二氯甲烷并于0℃下冷却结晶，过滤后，在80℃的烘箱中干燥6h，得到纯度为99.3％的双氟磺酰亚胺锂7.86g，收率为84％。实施例2在装配有搅拌器、进气口、恒压滴液的50ml三颈烧瓶中加入4.35ml乙腈，将1.16l氨气按照设定流量缓慢通入乙腈溶剂中，与此同时将10.45ml的三乙胺放置于恒压滴液漏斗中缓慢滴入烧瓶中。待三乙胺滴结束时，将烧瓶至于8℃的冷水浴中。待温度稳定以及氨气通入结束后，开始向烧瓶中通入1.371l硫酰氟，设置流量为15ml/min，一个半小时左右。其中，氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比为1.05：1：2。待原料气体完全通入后，通过恒压滴液漏斗加入浓硫酸，置换出不溶于溶剂的氟磺酰胺固体。过滤，固体产物称量为4.75g，再次放置于新的三颈烧瓶中，加入乙腈和三乙胺。待
固体完全溶解后，继续通与第一次等量的硫酰氟气体，生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐。向生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的烧瓶加入k2co3，得到含kfsi的非均相体系，过滤后减压浓缩除去大量的有机溶剂，然后加入10ml无水乙醇；再加入libf4，置换出lifsi，最终过滤掉kbf4，得到双氟磺酰亚胺锂溶液。对双氟磺酰亚胺锂溶液进行浓缩处理，后加入一定量二氯甲烷并于0℃下冷却结晶，过滤后，在80℃的烘箱中干燥6h，得到纯度为99.4％的双氟磺酰亚胺锂8.83g，收率为94.4％。实施例3在装配有搅拌器、进气口、恒压滴液的50ml三颈烧瓶中加入4.35ml乙腈，将1.215l氨气按照设定流量缓慢通入乙腈溶剂中，与此同时将10.45ml的三乙胺放置于恒压滴液漏斗中缓慢滴入烧瓶中。待三乙胺滴结束时，将烧瓶至于10℃的冷水浴中。待温度稳定以及氨气通入结束后，开始向烧瓶中通入1.371l硫酰氟，设置流量为15ml/min，反应一个半小时左右。其中，氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比为1.1：1：1.5。待原料气体完全通入后，通过恒压滴液漏斗加入浓硫酸，置换出不溶于溶剂的氟磺酰胺固体。过滤，固体产物再次放置于新的三颈烧瓶中，加入乙腈和三乙胺。待固体完全溶解后，继续通与第一次等量的硫酰氟气体，生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐。向生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的烧瓶加入k2co3，得到含kfsi的非均相体系，过滤后减压浓缩除去大量的有机溶剂，然后加入10ml无水乙醇；再加入libf4，置换出lifsi，最终过滤掉kbf4，得到双氟磺酰亚胺锂溶液。对双氟磺酰亚胺锂溶液进行浓缩处理，后加入一定量二氯甲烷并于0℃下冷却结晶，过滤后，在80℃的烘箱中干燥6h，得到纯度为99.2％的双氟磺酰亚胺锂8.63g，收率为92.3％。实施例4在装配有搅拌器、进气口、恒压滴液的50ml三颈烧瓶中加入4.35ml乙腈，将1.16l氨气按照设定流量缓慢通入乙腈溶剂中，与此同时将10.45ml的三乙胺放置于恒压滴液漏斗中缓慢滴入烧瓶中。待三乙胺滴结束时，将烧瓶至于0℃的冰水浴中。待温度稳定以及氨气通入结束后，开始向烧瓶中通入1.371l硫酰氟，设置流量为15ml/min，一个半小时左右。其中，氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比为1.05：1：1。待原料气体完全通入后，通过恒压滴液漏斗加入浓硫酸，置换出不溶于溶剂的氟磺酰胺固体。过滤，固体产物称量为4.69g，再次放置于新的三颈烧瓶中，加入乙腈和三乙胺。待固体完全溶解后，继续通与第一次等量的硫酰氟气体，生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐。向生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的烧瓶加入k2co3，得到含kfsi的非均相体系，过滤后减压浓缩除去大量的有机溶剂，然后加入10ml无水乙醇；再加入libf4，置换出lifsi，最终过滤掉kbf4，得到双氟磺酰亚胺锂溶液。对双氟磺酰亚胺锂溶液进行浓缩处理，后加入一定量二氯甲烷并于0℃下冷却结晶，过滤后，在80℃的烘箱中干燥6h，得到纯度为99.3％的双氟磺酰亚胺锂8.69g，收率为92.9％。实施例5在装配有搅拌器、进气口、恒压滴液的50ml三颈烧瓶中加入4.35ml乙腈，将1.16l
氨气按照设定流量缓慢通入乙腈溶剂中，与此同时将10.45ml的三乙胺放置于恒压滴液漏斗中缓慢滴入烧瓶中。待三乙胺滴结束时，将烧瓶至于20℃的冷水浴中。待温度稳定以及氨气通入结束后，开始向烧瓶中通入1.371l硫酰氟，设置流量为15ml/min，一个半小时左右。其中，氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比为1.5：1：3。待原料气体完全通入后，通过恒压滴液漏斗加入浓硫酸，置换出不溶于溶剂的氟磺酰胺固体。过滤，固体产物称量为4.61g，再次放置于新的三颈烧瓶中，加入乙腈和三乙胺。待固体完全溶解后，继续通与第一次等量的硫酰氟气体，生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐。向生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的烧瓶加入k2co3，得到含kfsi的非均相体系，过滤后减压浓缩除去大量的有机溶剂，然后加入10ml无水乙醇；再加入libf4，置换出lifsi，最终过滤掉kbf4，得到双氟磺酰亚胺锂溶液。对双氟磺酰亚胺锂溶液进行浓缩处理，后加入一定量二氯甲烷并于0℃下冷却结晶，过滤后，在80℃的烘箱中干燥6h，得到纯度为99.4％的双氟磺酰亚胺锂8.54g，收率为91.3％。实施例6在装配有搅拌器、进气口、恒压滴液的50ml三颈烧瓶中加入4.35ml乙腈，将1.16l氨气按照设定流量缓慢通入乙腈溶剂中，与此同时将10.45ml的三乙胺放置于恒压滴液漏斗中缓慢滴入烧瓶中。待三乙胺滴结束时，将烧瓶至于20℃的恒温水浴中。待温度稳定以及氨气通入结束后，开始向烧瓶中通入1.371l硫酰氟，设置流量为15ml/min，一个半小时左右。其中，氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比为1.5：1：1。待原料气体完全通入后，通过恒压滴液漏斗加入浓硫酸，置换出不溶于溶剂的氟磺酰胺固体。过滤，固体产物称量为4.53g，再次放置于新的三颈烧瓶中，加入乙腈和三乙胺。待固体完全溶解后，继续通与第一次等量的硫酰氟气体，生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐。向生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的烧瓶加入k2co3，得到含kfsi的非均相体系，过滤后减压浓缩除去大量的有机溶剂，然后加入10ml无水乙醇；再加入libf4，置换出lifsi，最终过滤掉kbf4，得到双氟磺酰亚胺锂溶液。对双氟磺酰亚胺锂溶液进行浓缩处理，后加入一定量二氯甲烷并于0℃下冷却结晶，过滤后，在80℃的烘箱中干燥6h，得到纯度为99.4％的双氟磺酰亚胺锂8.41g，收率为89.92％。实施例7在装配有搅拌器、进气口、恒压滴液的50ml三颈烧瓶中加入4.35ml乙腈，将1.16l氨气按照设定流量缓慢通入乙腈溶剂中，与此同时将10.45ml的三乙胺放置于恒压滴液漏斗中缓慢滴入烧瓶中。待三乙胺滴结束时，将烧瓶至于5℃的冷水浴中。待温度稳定以及氨气通入结束后，开始向烧瓶中通入1.371l硫酰氟，设置流量为10ml/min，两个小时左右。其中，氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比为1.05：1：1.6。待原料气体完全通入后，通过恒压滴液漏斗加入浓硫酸，置换出不溶于溶剂的氟磺酰胺固体。过滤，固体产物称量为4.9g，再次放置于新的三颈烧瓶中，加入乙腈和三乙胺。待固体完全溶解后，继续通与第一次等量的硫酰氟气体，生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐。向生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的烧瓶加入k2co3，得到含kfsi的非均相体系，过滤后减压浓缩除去大量的有机溶剂，然后加入10ml无水乙醇；再加入libf4，置换出lifsi，最
终过滤掉kbf4，得到双氟磺酰亚胺锂溶液。
57.对双氟磺酰亚胺锂溶液进行浓缩处理，后加入一定量二氯甲烷并于0℃下冷却结晶，过滤后，在80℃的烘箱中干燥6h，得到纯度为99.3％的双氟磺酰亚胺锂9.07g，收率为96.97％。对比例1在装配有搅拌器、进气口、恒压滴液的50ml三颈烧瓶中加入4.35ml乙腈，向烧瓶中通入2.742l硫酰氟，设置流量为15ml/min，反应3个小时左右。与此同时将10.45ml的三乙胺放置于恒压滴液漏斗中缓慢滴入烧瓶中，再将1.103l氨气按照设定流量缓慢通入乙腈溶剂中。其中，氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比为1：1：1.5。待三乙胺滴结束时，将烧瓶至于5℃的冷水浴中。待温度稳定以及氨气通入结束后，继续反应2h。得到双氟磺酰亚胺三乙胺盐。向生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的烧瓶加入k2co3，得到含kfsi的非均相体系，过滤后减压浓缩除去大量的有机溶剂，然后加入10ml无水乙醇；再加入libf4，置换出lifsi，最终过滤掉kbf4，得到双氟磺酰亚胺锂溶液。对双氟磺酰亚胺锂溶液进行浓缩处理，后加入一定量二氯甲烷并于0℃下冷却结晶，过滤后，在80℃的烘箱中干燥6h，得到纯度为98.9％的双氟磺酰亚胺锂7.36g，收率为78.69％。对比例2在装配有搅拌器、进气口、恒压滴液的50ml三颈烧瓶中加入4.35ml乙腈，向烧瓶中通入1.371l硫酰氟，设置流量为15ml/min，反应一个半小时左右。与此同时将10.45ml的三乙胺放置于恒压滴液漏斗中缓慢滴入烧瓶中，再将1.103l氨气按照设定流量缓慢通入乙腈溶剂中。其中，氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比为1：1：1.5。待三乙胺滴结束时，将烧瓶至于5℃的冷水浴中。待温度稳定以及氨气通入结束后，继续反应2h。通过恒压滴液漏斗加入浓硫酸，置换出不溶于溶剂的氟磺酰胺固体。过滤，固体产物再次放置于新的三颈烧瓶中，加入乙腈和三乙胺。缓慢加入5g氟磺酸液体，会生成双氟磺酰亚胺铵盐。向生成双氟磺酰亚胺三乙胺盐的烧瓶加入k2co3，得到含kfsi的非均相体系，过滤后减压浓缩除去大量的有机溶剂，然后加入10ml无水乙醇；再加入libf4，置换出lifsi，最终过滤掉kbf4，得到双氟磺酰亚胺锂溶液。对双氟磺酰亚胺锂溶液进行浓缩处理，后加入一定量二氯甲烷并于0℃下冷却结晶，过滤后，在80℃的烘箱中干燥6h，得到纯度为99.1％的双氟磺酰亚胺锂7.59g，收率为81.15％。综上所述，表1为本发明实施例1-7，以及对比例1和2的实验结果表；通过表1可已看出本发明不同于常规硫酰氟过量，缓慢通入氨气的方法，而是先将氨气溶于有机溶剂中，使氨气过量，硫酰氟再缓慢通入富含氨气的有机溶剂中，硫酰氟会与氨气在有机溶剂中发生氨解反应生成大量的氟磺酰胺。且氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比对至最后的收率影响比较大。表1实施例1-7及对比例1-2所得相关产品的收率测定结果 双氟磺酰亚胺纯度双氟磺酰亚胺质量vc收率/％实施例199.3％7.86g84％。
实施例299.4％8.83g94.4％实施例399.2％8.63g92.3％实施例499.3％8.69g92.9％实施例599.4％8.54g91.3％实施例699.4％8.41g89.92％实施例799.3％9.07g96.97％对比例198.9％7.36g78.69％对比例299.1％7.59g81.15％进一步的，通过表1实际的数据结果，可以看到本发明方法获取的双氟磺酰亚胺纯度和vc收率相比较现有方法，有显著的提升。以氟磺酰胺进行后续部分合成，这种将双氟磺酰亚胺结构的合成拆分为两部分的反应能够有效地提高双氟磺酰亚胺盐的收率，进而达到较好的终产物收率，能达到96.97％；此外这种方法，分步法采用提取中间体的方式，能够使得反应更加可控，有效提高了产品的纯度(》99％)以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)先将氨气引入有机溶剂中，再缓慢滴入有机碱试剂，此时溶液中是充满氨源的环境；同时不断通入一定量的硫酰氟，反应得到氟磺酰胺三乙胺盐。再用强酸将氟磺酰胺进行置换，后进行过滤洗涤干燥得到氟磺酰胺固体；(2)将步骤(1)中所得到的氟磺酰胺固体继续在有机溶剂与有机碱的环境下处理，继续向非均相体系中通入硫酰氟，反应得到双氟磺酰亚胺三乙胺盐；(3)向步骤(2)的反应体系中加入k2co3，通过强碱制弱碱的原理，置换出有机碱，并得到双氟磺酰亚胺钾kfsi；此时先向非均相体系中加入无水乙醇，再加入libf4固体，得到难溶固体kbf4；过滤得到粗提取的含双氟磺酰亚胺锂的滤液；；(4)将粗提取的含双氟磺酰亚胺锂的滤液先浓缩，后在第二有机溶剂中进行重结晶，过滤，并干燥得到纯的双氟磺酰亚胺锂。2.根据权利要求1所述的分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法，其特征在于：该方法的关键是步骤(1)中的氟磺酰胺为制备过程中的中间产物。3.根据权利要求1或2所述的分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法，其特征在于：步骤(1)中的第一有机溶剂选自乙腈、乙醚、丙酮、碳酸二甲酯或其任意两种以上的混合物；有机碱选自三乙胺、吡啶。4.根据权利要求3所述的分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法，其特征在于：步骤(1)中氨气：硫酰氟：有机碱的摩尔比为(1～1.5)：1：(1～3)，且硫酰氟的通入时间为1.5～5h，反应温度为0～20℃；所述反应的压力为0.01～0.2mpa。5.根据权利要求3所述的分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法，其特征在于：步骤(1)中氨气：硫酰氟：三乙胺的摩尔比为(1～1.1)：1：(2～3)，且硫酰氟的通入时间为1.5～3h，反应温度为3～10℃；所述反应的压力为0.01～0.2mpa。6.根据权利要求4或5所述的分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法，其特征在于步骤(1)中强酸是浓度为98％的浓硫酸。7.根据权利要求6所述的分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法，其特征在于：所述步骤(2)中有机碱与有机溶剂来源于步骤(1)中过滤后滤液的减压蒸馏得到，同时需继续添加有机碱，从而满足：氟磺酰胺与有机碱的摩尔比为1：(1～1.5)；另硫酰氟的量与步骤(1)中所通入的量一致。8.根据权利要求7所述的分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述反应的反应温度为-5～0℃。9.根据权利要求7所述的分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法，其特征在于：所述步骤(3)中有机碱与有机溶剂的量与步骤(1)相同；碳酸钾与四氟硼酸锂的用量满足如下：氨气：k2co3：libf4＝1：(0.5～1)：(2～3)。10.根据权利要求7所述的分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法，其特征在于：所述步骤(4)中第二有机溶剂包括丙酮、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷或其任意两种以上的混合物。

技术总结
本发明公开了一种分步法合成高纯双氟磺酰亚胺锂的方法。本发明采用分步反应的思路，在充满氨气的环境中，三乙胺作用下，缓慢通入硫酰氟，生成氟磺酰胺三乙胺盐，再将其与强酸置换得到氟磺酰胺作为中间体，然后继续与硫酰氟反应得到双氟磺酰亚胺三乙胺盐。锂化过程，先是采用碳酸钾置换除三乙胺得到KFSI，再利用LiBF4与KFSI复分解反应得到LiFSI，避免了阴离子杂质的引入，给高纯度双氟磺酰亚胺锂的合成提供条件。这样的方法一是避免了常规使用强腐蚀性的氟磺酸作为原料，使用的原料廉价易获得；二是无需氟化过程；三是分步法使得反应可以控制，能够实现产物的高收率(96.97％)和高纯度(≥99％)。纯度(≥99％)。纯度(≥99％)。


技术研发人员：张庆华 陈明洲 詹晓力
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/10/6