[发明专利]一种(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亚胺的碱金属盐及其离子液体

说明书

技术领域

本发明属于有机氟化学和新能源材料领域，具体涉及一种(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亚胺碱金属盐和离子液体的合成方法，以及制备的离子液体和碱金属盐作为电解质材料在锂二次电池和超级电容器中的应用。 

背景技术：

含氟磺酰亚胺及其碱金属盐，特别是锂盐，是重要的含氟有机离子化合物。它们在二次锂(离子)电池、超级电容器、以及铝电解电容器等能量转换器件用高性能非水电解质材料、以及新型高效催化剂等领域，均具有重要的应用价值。因此，人们一直都在致力于开展新型含氟磺酰亚胺及其衍生物的合成与应用的研究。 

现有技术中关于不对称氟磺酰亚胺及其碱金属盐的制备主要集中于(氟磺酰)(全氟烷基磺酰)亚胺。其中，关于(氟磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺(H[(FSO₂)(CF₃SO₂)N])的报道最多，其制备的方法主要有：1)由三氟甲基磺酰胺(CF₃SO₂NH₂)与五氯化磷(PCl₅)反应制得三氟甲基磺酰三氯磷腈(CF₃SO₂N＝PCl₃)中间体，进一步与氟磺酸(FSO₃H)反应得到H[(FSO₂)(CF₃SO₂)N]。但是该制备方法存在易生成二亚胺(CF₃SO₂NHSO₂NHSO₂CF₃)，而副产物POCl₃较难通过蒸馏除尽，同时原料FSO₃H腐蚀性极强且价格昂贵等明显缺点(Inorg.Nucl.Chem.Letters7(1971)171；Acta Crystallographica Section C60(2004)o79；Polyhedron 29(2010)991)。2)改进上述方法，由三氟甲基磺酰三氯磷腈(CF₃SO₂N＝PCl₃)与氯磺酸(ClSO₃H)反应或氯磺酰三氯磷腈((ClSO₂N＝PCl₃))与三氟甲基磺酸(CF₃SO₃H)反应，制得(氯磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺(H[(ClSO₂)(CF₃SO₂)N])，该方法合成H[(ClSO₂)(CF₃SO₂)N]的产率较高，但反应条件较苛刻，步骤繁多(Inorg.Nucl.Chem.Letters7(1971)171；Inorg.Chem.Commun.2(1999)261)。3)通过CF₃SO₂NH₂、SOCl₂和ClSO₃H在回流的条件下反应得到H[(ClSO₂)(CF₃SO₂)N]，随后用氟化试剂氟化制备得到K[(FSO₂)(CF₃SO₂)N](CN101747243A；Polyhedron29(2010)991)。3)以三氟甲基磺酰胺(CF₃SO₂NH₂)与二氟砜(SO₂F₂)气体为原料，在弱亲核性碱性物质三乙胺((C₂H₅)₃N)催化下，得到H[(FSO₂)(CF₃SO₂)N]。由于SO₂F₂气体的使用，使该方法反应条件苛刻、操作繁琐，产物的产率也不高(WO1997/023448)。4)由三氟甲基磺酰胺钾盐(CF₃SO₂NHK)与氟磺酸酐(FSO₂)₂O)反应制备，但氟磺酸酐剧毒，因而，不适用于大量制备(JP2005200359)。5)通过氟磺酸(FSO₃H)向三氧化硫(SO₃)中导入三氟甲基磺酰胺(CF₃SO₂NH₂)，但此法的产率不高，同时原料FSO₃H和SO₃等具有较强的腐蚀性(WO2011148961)。