[发明专利]一种二氟磺酰亚胺酸的制备方法

说明书

本发明公开了一种二氟磺酰亚胺酸的制备方法，包括如下步骤：将二氟化氢铵加入反应釜中，氮气保护下升温至熔融状态，滴加硫酸酯，反应温度控制在120℃～160℃之间，反应时间为8～12小时，反应过程要连续蒸馏出副产物醇，直至无采出为止；将得到的反应液过滤后转移至精馏釜，进行减压精馏，收集馏分温度为90℃～120℃,真空度为14～20mmHg，从而得到电子级二氟磺酰亚胺酸。本发明的优点是采用硫酸酯与二氟化氢铵反应制得二氟磺酰亚胺酸，降低原料成本，减少物料消耗和废弃物生成，提高原料利用率、产品收率和纯度，并使产品的纯化更容易，制备工艺流程更简洁高效，为大规模产业化制备二氟磺酰亚胺酸打下良好的技术基础。

技术领域

本发明属于含氟类锂离子电池电解液添加剂的制造领域，尤其涉及一种二氟磺酰亚胺酸(HFSI)的制备方法。

背景技术

二氟磺酰亚胺酸是一种应用非常广泛的阴离子供体，结构式如下：其沸点为170℃，熔点17℃，密度1.89g/cm³。二氟磺酰亚胺酸与有机胺反应可以生成各种高性能离子液体溶剂，如二乙基(甲基)丙基铵二(氟磺酰)亚胺、三乙基铵二(氟磺酰)亚胺等被广泛应用于化学研究的各个领域中。二氟磺酰亚胺酸与碱金属离子反应可以得到各种碱金属盐，特别是锂盐，是重要的含氟锂离子电解质。它们作为超级电容器、锂离子电池等新能源器件中关键的高性能电解质材料。例如：二氟磺酰亚胺钾(亦称KFSI)可作为超级电容器的添加剂使用。以及二氟磺酰亚胺酸是二氟磺酰亚胺锂(亦称LiFSI)的核心中间体。而二氟磺酰亚胺锂是被广泛认为最有可能取代传统锂离子电池电解质六氟磷酸锂的新型电解质。在锂离子电池和超级电容器中，将有着极佳的应用前景及产业化价值。

目前合成二氟磺酰亚胺酸的方法主要一下几种：

(1)利用SOCl₂、ClSO₃H和HSO₂NH₂合成HClSI然后经过KF，CsF,SbF₃等氟化试剂制得HFSI，该方法所用的原料都是酸性易腐蚀原料，且反应过程生产大量的氯化氢，二氧化硫等酸性气体对设备要求很高。氟化过程使用的氟代试剂具有高毒性，且反应结束后残留大量的副产物盐需要处理。

(2)将尿素和氟磺酸混合后加热反应制备HFSI方法，生成的HFSI以及过量加入的氟磺酸经过减压精馏除去，该方法使用的原料价格昂贵，且反应过程中产生大量氟化氢，对设备要求极高，且过量的氟磺酸在精馏过程容易造成共沸影响最终产品纯度及收率。

(3)直接将HClSI与氟化氢进行高压反应，生成HFSI，该方法中HCLSI是非常规原料，获取成本高，且是气液高压高危反应，对安全设施要求极高，尾气吸收会产生大量的腐蚀性氢氟酸溶液。

正如以上所描述的那样，目前合成二氟磺酰亚胺酸的工艺繁琐、流程较长、产品转化率低、副产物难以分离、对反应设备要求较高等缺点，导致操作困难、能耗较大，污染环境等缺陷，使二氟磺酰亚胺酸无法实现工业应用。需要进一步优化现有工艺，降低原料消耗，降低反应过程中产品与副产物分离难度，提升产品纯度，从而进一步降低生产成本，提升产品性能和成本竞争力。

发明内容

为克服现有制备二氟磺酰亚胺酸的方法中副产物的生成，操作复杂，有机溶剂使用量大，三废量大等不利于工业化生产的缺陷，本发明提供一种二氟磺酰亚胺酸的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二氟磺酰亚胺酸的制备方法，包括如下步骤：

步骤一将二氟化氢铵加入反应釜中，氮气保护下升温至熔融状态，滴加硫酸酯，反应温度控制在120℃～160℃之间，反应时间为8～12小时，反应过程要连续蒸馏出副产物醇，直至无采出为止；