[发明专利]一种新型三氟甲磺酰胺类锂盐及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种新型三氟甲磺酰胺类锂盐及其制备方法与应用。所述的新型三氟甲磺酰胺类锂盐具有式Ⅰ所示分子结构。本发明提供的新型三氟甲磺酰胺类锂盐的耐水解性和热稳定性好，其非水电解液具有较高的电导率和锂离子迁移数，将其应用于锂离子电池电解液中，使锂离子电池具有较高的电池容量，而且能在电极上形成稳定的钝化(SEI)膜，赋予了锂离子电池良好的循环性能和容量恢复率，表现出良好的实用性和经济价值。

技术领域

本发明属于锂离子电池电解质材料技术领域，具体涉及一种新型三氟甲磺酰胺类锂盐及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池具有高电动势、高能量密度、循环次数长、无记忆效应等优点，在电子产品、移动设备、电动汽车等领域有着广泛应用。锂离子电池电解液是锂离子电池的重要组成部分，是锂离子电池获得高电势、高能量比的重要保证。目前锂离子电池电解液是将电解质锂盐如LiPF6等溶解到碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等有机溶剂中配制而成。现在商业应用的锂盐主要是LiPF6，但是由于其易水解和热不稳定性，限制了锂离子电池在某些领域的应用。其他常见的锂盐都有不同的性能缺陷，如高氯酸锂(LiClO4)有爆炸风险，双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)对锂离子电池的铝箔有腐蚀性，四氟硼酸锂(LiBF4)电导率低，双草酸硼酸锂(LiBOB)在碳酸酯中溶解度低等，使得这些锂盐未能在锂离子电池中得到广泛的应用。

因此，开发化学性能稳定，电化学性能优异、功能性好的新型锂离子电池导电锂盐对锂离子电池产业的发展至关重要。

专利JP 2012028311报道了一种具有高导电率、高氧化电位等优异的电化学性能且能促进电极SEI膜形成的新型锂盐-氰氟磷酸锂；专利CN 110299562 A报道了一种新型的双环磷酰亚胺锂盐或双环硫代磷酰亚胺锂盐化合物，该锂盐能促进电极界面膜的形成并提高其稳定性，因此添加该类新型锂盐可有效地改善锂离子电池的高温性能、低温性能和循环性能。专利CN 108172900 A报道了一种新型1-氟烷基-4,5-二(1',1'-二氰乙烯基)咪唑基锂盐，该锂盐具有良好的热稳定性和耐水解性，其非水电解液的电导率和锂离子迁移数都较高，并与广泛应用的电极材料有良好的相容性，能满足锂离子电池的使用要求。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种新型三氟甲磺酰胺类锂盐。所述的新型三氟甲磺酰胺类锂盐，具有式Ⅰ所示分子结构：

本发明提供的新型三氟甲磺酰胺类锂盐热稳定性好，热分解温度超过250℃，对水不敏感，在碳酸酯类溶剂中有良好的溶解性和导电性，不仅能使锂离子电池具有较高的电池容量，而且能在电极上形成稳定的SEI膜，赋予了锂离子电池良好的循环性能和容量恢复率。

本发明的第二个目的是提供一种制备上述的新型三氟甲磺酰胺类锂盐的方法，包括以下步骤：

S1：在惰性气体保护下，温度为40～70℃的条件下，将2-[N,N-双(三氟甲烷烷磺酰)氨基]吡啶与2-氨基吡啶在非质子溶剂中反应，制备出N'-三氟甲磺酰基-2-氨基吡啶，再通过重结晶得到高纯度的N'-三氟甲磺酰基-2-氨基吡啶；

S2：在惰性气体保护下，将锂试剂加入到含有N'-三氟甲磺酰基-2-氨基吡啶的反应溶剂中，于-80～70℃下反应1～6h，得到新型三氟甲磺酰胺类锂盐溶液，减压浓缩回收溶剂，将所得粗产物经重结晶提纯，即得到新型三氟甲磺酰胺类锂盐。

作为优选方案，所述的2-[N,N-双(三氟甲烷烷磺酰)氨基]吡啶与2-氨基吡啶的摩尔比为1:1；所述的N'-三氟甲磺酰基-2-氨基吡啶与锂试剂的摩尔比为1:0.5～1.2。