已提纯的氢双(氟磺酰基)酰亚胺产品、提纯粗产品的方法和已提纯产品的用途与流程

相关申请信息

本申请要求于2019年3月1日提交的名称为“processforpurificationofhydrogenbis(fluorosulfonyl)imide(hfsi)”的美国临时专利申请第62/812,371号和于2019年4月12日提交的名称为“processforpurificationofhydrogenbis(fluorosulfonyl)imide(hfsi)”的美国临时专利申请第62/832,968号的优先权的权益，其每个以其整体通过引用并入本文。

本发明大体上涉及氢双(氟磺酰基)酰亚胺(hfsi)的领域。具体地，本发明涉及已提纯的hfsi产品，提纯粗hfsi的方法和已提纯的hfsi产品的用途。

背景技术：

氢双(氟磺酰基)酰亚胺(hfsi)可以在合成各种化合物中的任何中被使用，包括碱金属双(氟磺酰基)酰亚胺(fsi)盐，例如锂fsi(lifsi)、钠fsi(nafsi)和钾fsi(kfsi)，除了别的以外。典型地，碱金属fsi盐的合成以获得或合成粗hfsi开始。合成hfsi的方法的例子包括在足以合成hfsi的条件下将clso2nhso2cl与氟化剂例如asf3、sbf3、bif3或无水hf反应或在足以合成hfsi的条件下将氟磺酸与尿素反应。然而，所合成的hfsi可以被视为“粗hfsi”，因为反应产物中的hfsi被是相应的反应的副产物的各种杂质污染，例如氟磺酸(fso3h)、盐酸(hcl)、氟化氢(hf)和硫酸(h2so4)。

当粗hfsi被用于合成碱金属fsi盐时，来自hfsi的合成的杂质导致碱金属fsi盐的杂质。使用lifsi作为一个例子，当lifsi通过中和粗hfsi被合成时，杂质例如hf、fso3h、hcl和h2so4被转化为相应的锂盐以生产lif、fso3li、licl和li2so4。取决于从粗hfsi合成的碱金属fsi盐的期望的用途，由于粗hfsi中的杂质导致的杂质可以是对于该用途不利的。

再次地使用lifsi作为一个例子，lifsi盐可以在用于锂离子电池的电解质中使用，由于其具有对于该用途期望的性质。这些期望的性质的例子包括但不限于与lipf6(普遍的用于锂离子电池的电解质盐)相比极其优越的稳定性、优异的溶解性、与lipf6相似的离子导电性、高性价比、环境友好以及形成良好的固体电解质界面(sei)的能力。然而，由于基础的粗hfsi中的杂质例如hf、fso3h、hcl和h2so4导致的lifsi盐产品中的杂质例如lif、fso3li、licl和li2so4可以具有对锂离子电池的操作和寿命的非期望的影响，如果它们的水平不低于某个上限的话。因此，将期望的是能够在使用hfsi合成lifsi、另一个碱金属fsi或其他的组合物之前从粗hfsi可靠地除去杂质，例如上文提到的合成杂质。

技术实现要素：

在一个实施中，本公开内容涉及一种从含有氢双(氟磺酰基)酰亚胺(hfsi)和一个或更多个目标杂质的粗氢双(氟磺酰基)酰亚胺(hfsi)除去一个或更多个目标杂质从而创造已提纯的hfsi产品的方法。方法包括在惰性条件下将粗hfsi与至少一个无水有机溶剂接触以创造含有粗hfsi和所述一个或更多个目标杂质的溶液；使溶液具有足以使溶液中的hfsi结晶同时所述一个或更多个目标杂质保持溶解在溶液的母液中的温度；以及将已结晶的hfsi从含有所述一个或更多个被溶解的目标杂质的母液分离。

附图说明

为了图示本发明的目的，附图示出了本发明的一个或更多个实施方式的方面。然而，应当理解，本发明不限于附图中示出的精确的方法和装置，在附图中：

图1是图示了根据本公开内容的方面的提纯氢双(氟磺酰基)酰亚胺(hfsi)的多工序方法的流程图；并且

图2是图示了根据本公开内容的方面制造的电化学装置的高水平图。

具体实施方式

在某些方面，本公开内容涉及提纯粗氢双(氟磺酰基)酰亚胺以从粗hfsi除去各种杂质中的任何一种或更多种的方法。如在本文中以及在所附的权利要求中使用的，术语“粗hfsi”和相似的术语指示含有hfsi和一个或更多个杂质，例如由于hfsi的合成导致的杂质，的合成产品。在下文以及在所附的权利要求中，这种类型的杂质被称为“合成杂质”。针对使用所公开的方法被除去至一个或另一个程度的杂质中的每个在本文中以及在所附的权利要求中被称为“目标杂质”。在一个实施例中，目标杂质可以是合成杂质，该合成杂质是hfsi的合成的副产物，如上文提到的。

如在本文中以及在所附的权利要求中使用的，术语“无水”是指具有约1％以重量计的水或更少，典型地约0.5％以重量计的水或更少，经常地约0.1％以重量计的水或更少，更经常地约0.01％以重量计的水或更少，并且最经常地约0.001％以重量计的水或更少。在该定义内，术语“基本上无水”是指具有约0.1％以重量计的水或更少，典型地约0.01％以重量计的水或更少，并且经常地约0.001％以重量计的水或更少。

贯穿本公开内容，术语“约”，当与相应的数值共同使用时，是指该数值的±20％，典型地该数值的±10％，经常地该数值的±5％，并且最经常地该数值的±2％。在某些实施方式中，术语“约”意指该数值本身。

如上文在背景技术部分中描述的，示例性的合成hfsi的方法包括在足以合成hfsi的条件下将clso2nhso2cl与氟化剂例如asf3、sbf3、bif3或无水hf反应或是在足以合成hfsi的条件下将氟磺酸与尿素反应。然而，所合成的hfsi可以被视为“粗hfsi”，因为其被是相应的合成反应的副产物的各种合成杂质污染，例如氟磺酸(fso3h)、盐酸(hcl)、氟化氢(hf)和硫酸(h2so4)。在某些实施方式中，本公开内容的提纯方法除去一个或更多个合成杂质，例如hf、fso3h、hcl、hbr和h2so4中的一个或更多个，和/或任何其他的具有容易通过所公开的方法除去的分子结构和性质的杂质，其中的每个是本公开内容的描述中的“目标杂质”。

在另一个方面，本公开内容涉及含有hfsi和一个或更多个目标杂质的相对低的水平的已提纯的hfsi产品，例如一个或更多个合成杂质，例如hf、fso3h、hcl和h2so4，如上文提到的。如在下文更详细地描述的，这样的已提纯的hfsi产品可以使用可以生成已提纯的hfsi产品的本公开内容的提纯方法通过所公开的基本的工艺中的一个在单工序中或通过所公开的基本的工艺中的一个或更多个在多工序中被制造。

在又另一个方面，本公开内容涉及使用本公开内容的提纯工艺合成碱金属fsi盐产品的方法。可以根据本公开内容制造的碱金属盐产品的实施例包括锂fsi(lifsi)、钠fsi(nafsi)和钾fsi(kfsi)，除了别的以外。

在一个进一步的方面，本公开内容涉及含有期望的碱金属fsi盐和相对低的水平的一个或更多个目标杂质的碱金属fsi盐产品。这样的目标杂质可以是基于来自用于制造碱金属hfsi盐的hfsi的合成的合成杂质的一个或更多个杂质，例如，来源于可以存在于用于制造碱金属fsi盐产品的粗hfsi中的hf、fso3h、hcl和/或h2so4的转化的碱金属盐。这样的碱金属盐杂质的实施例包括但不限于lif、fso3li、licl和li2so4。

在再一个进一步的方面，本公开内容涉及本公开内容的碱金属fsi盐产品的用途。例如，本公开内容的碱金属fsi盐产品可以被用于制造可以在任何合适的电化学装置中使用的电解质，例如电池或超级电容器。使用本公开内容的相对低杂质的碱金属fsi盐制造的电解质将具有相应地低的水平的杂质，例如将另外来源于来自用于制造碱金属fsi盐的hfsi的合成的合成杂质的杂质。

本公开内容的上文的和其他的方面的细节在下文描述。

示例性的提纯粗hfsi的方法

虽然许多用于生产hfsi的工艺是已知的，但是已知的用于合成hfsi的方法中的每个产生含有各种水平的杂质例如合成杂质的粗hfsi。例如，一种合成hfsi的方法使用尿素(nh2conh2)和氟磺酸(fso3h)。该工艺的缺点是hfsi的低的产率以及被分离的hfsi具有大量过量的氟磺酸作为杂质。因为氟磺酸的沸点(165.5℃)和hfsi的沸点(170℃)非常接近于彼此，所以通过简单的分馏将它们与彼此分离是非常困难的[1]。一个除去氟磺酸的尝试已经通过使用氯化钠处理hfsi和氟磺酸的混合物作出，在其中氯化钠选择性地与氟磺酸反应以制造钠盐和hcl副产物。该工艺已经遭受已提纯的hfsi的低的产率，并且hfsi产品也被作为杂质的某些氯化物杂质(hcl和nacl)污染。

另一种合成hfsi的方法涉及使用三氟化砷(asf3)氟化双(氯磺酰基)酰亚胺(hcsi)。在该反应中，hcsi被使用asf3处理。三氟化砷是毒性的，并且因为其具有高的蒸气压，所以其特别地难以以工业规模操纵。典型的反应使用hcsi与asf3的1:8.6比率。通过本方法生产的hfsi也被发现被asf3和ascl3合成杂质污染，其被发现是氯化物和氟化物杂质的主要的来源[2]。

hfsi可以也通过使用三氟化锑(sbf3)氟化hcsi被制备。该反应的三氯化锑副产物具有在hfsi中的高的溶解性并且是在自然中可升华；其非常难以从期望的产品分离。该反应的产物典型地被三氯化锑污染，其是氯化物杂质的主要的来源[3]。

又另一种用于生产hfsi的方法涉及在高的温度将hcsi与过量的无水hf反应[4]。该反应的产率是至多60％，其中产物被从hcsi的分解产生的氟磺酸污染。该副产物是难以除去的，因为沸点接近于hfsi的沸点。使用无水hf来氟化hsci的这种反应已经实现>95％产率[5]，但是产物仍然被作为合成杂质的氟磺酸、氟化氢、氯化氢和硫酸污染。

将hcsi与三氟化铋(bif3)反应已经被报道获得在更澄清的反应产物中的hfsi。在该反应中，所形成的bicl3副产物可以通过分馏被从hfsi容易地分离，因为bicl3不是可升华的[6]。然而，仍然，产物具有作为合成杂质的某些氯化物、氟化物和氟磺酸。

在另一种合成hfsi的方法中，将钾双(氟磺酰基)酰亚胺(kfsi)与高氯酸反应[7]。在该工艺中，副产物高氯酸钾被认为是爆炸性的。此外，已分离的hfsi被在kfsi中存在的高水平的钾阳离子和某些氯化物杂质污染。

氢双(氟磺酸)也被称为二氟化酰亚胺-双(硫酸)，具有分子式fso2nh-o2f，是具有17℃的熔点、170℃的沸点和1.892g/cm³的密度的无色的液体。其在水中和在许多有机溶剂中是非常可溶解的。在水中的水解是相对慢的并且导致hf、h2so4和酰胺基硫酸(h3nso3)的形成。hfsi是强酸，具有1.28的pka[8]。

本公开内容的提纯方法可以被用于除去在粗hfsi，例如使用上文的合成方法中的任何一个或更多个合成的粗hfsi，中存在的目标杂质，例如合成杂质和/或其他的杂质。在某些实施方式中，方法包括在惰性条件下将粗hfsi与至少一个无水有机溶剂接触以创造含有粗hfsi和该一个或更多个目标杂质的溶液。惰性条件可以使用任何合适的技术被创造，例如通过使用氮气和/或氩气，除了别的以外。

使溶液具有足以使溶液中的hfsi结晶同时该一个或更多个目标杂质保持溶解在溶液的母液中的温度。在一个实施例中，使温度在低于17℃的温度，其是hfsi的熔点。在一个实施例中，使溶液的温度在小于17℃至约-83℃的范围内。在一个实施例中，使溶液的温度是约15℃至约-20℃。在一个实施例中，使溶液的温度在约5℃至约-20℃的范围内。在一个实施例中，使溶液的温度在约10℃至约-10℃的范围内。可以以各种方式中的任何使溶液具有该足够的温度，例如具有冷却系统的夹套烧瓶，如本领域已知的。在一个实施例中，溶液中的该一个或更多个无水有机溶剂的量可以在相对于溶液约15％以重量计至约50％以重量计的范围内。在某些实施方式中，增加溶剂的重量百分数会增加目标杂质的除去的程度但是降低hfsi的产率。

在hfsi已经结晶之后，已结晶的hfsi可以被从含有该一个或更多个目标杂质的母液分离以分离已结晶的hfsi。该分离可以使用任何合适的技术进行，例如机械过滤、重力分离、水力旋流、在溶液是冷的的同时使用干燥氮气冲洗，或任何其他的合适的技术，或其的任何组合。在已结晶的hfsi已经被从母液分离之后，其可以另外地使用在低于hfsi的熔点的温度的一个或更多个合适的无水有机溶剂被洗涤。在一个实施例中，已结晶的hfsi可以使用具有约10℃或更少的温度的至少一个无水有机溶剂被洗涤。在一个实施例中，已结晶的hfsi可以使用具有约5℃至约-20℃的温度的至少一个无水有机溶剂被洗涤。在某些实施方式中，已洗涤的已结晶的hfsi可以使用干燥氮气被洗涤以除去可以保留在已洗涤的已结晶的hfsi上的溶剂的痕量。已干燥的已结晶的hfsi可以被储存在干燥惰性容器中，例如对于游离氟化物惰性的干燥聚四氟乙烯容器，并且在减少的温度下，例如约25℃或更低，以抑制hfsi在存储期间的劣化。

在某些实施方式中，无水有机溶剂中的每个，用于形成溶液或用于洗涤已结晶的hfsi或用于二者，可以选自由以下组成的组：二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸甲丙酯(pmc)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、反式碳酸丁烯酯、乙腈、丙二腈、己二腈、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯(mp)、丙酸乙酯(ep)、甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇。

在某些实施方式中，所选择的无水有机溶剂是二氯甲烷。作为一个实施例，下文的表格示出了hfsi和多种示例性的目标杂质的沸点、熔点和在二氯甲烷中的溶解性，目标杂质在此是fso3h、hf和hcl。

基于上文的表格，看到，hfsi具有17℃的熔点、170℃的沸点，并且在二氯甲烷中是可溶解的。fso3h的熔点是-87.5℃，并且其的沸点是165℃。其在二氯甲烷中也是可溶解的。hf具有19.5℃的沸点和-83.6℃的熔点。hcl具有-85℃的沸点和-114.2℃的熔点。hf和hcl二者在二氯甲烷中都是可溶解的。二氯甲烷具有39.6℃的沸点和-96.7℃的熔点。根据所公开的方法，在表格中报道的目标杂质在约10℃至约-20℃的温度范围内溶解在二氯甲烷中，而具有17℃的熔点的hfsi结晶。当已结晶的hfsi被从母液小心地分离时，目标杂质由于它们的较低的熔点保留在母液中。因此，以这种方式被分离的hfsi没有保留在母液中的目标杂质。如上文提到的，一个或更多个另外的步骤，例如使用一个或更多个无水有机溶剂洗涤，和/或除去任何其余的溶剂，可以被进行。

虽然上文的例证使用二氯甲烷，但是一个或更多个其他的合适的无水有机溶剂可以被使用。例如，所使用的该一个或更多个无水有机溶剂中的每个可以基于溶解粗hfsi，包括hfsi和每个目标杂质，的能力被选择，但是也在温度上被控制以使hfsi结晶同时目标杂质保持溶解在母液中。合适的无水有机溶剂的实施例被上文列出。

取决于被使用上文的方法中的任何一种提纯的粗hfsi中的目标杂质的浓度并且取决于已提纯的hfsi产品中的这些目标杂质中的一个或更多个的期望的最大浓度，其可以是期望的是进行多工序方法以使用每个工序顺序地减少该一个或更多个目标杂质的量。这样的多工序方法可以串联地利用上文的方法中的任何一种或更多种以连续地减少初始地在粗hfsi中的一个或更多个目标杂质中的每个的水平并且然后其可以仍然保持在所得到的已提纯的hfsi产品中。本公开内容的一种示例性的多工序提纯方法100在图1中图示。

参考图1，在框105，提供含有在某些水平存在的一个或更多个目标杂质的粗hfsi。在框110，使用上文描述的包括通过将一个或更多个无水有机溶剂加入至粗hfsi制造溶液的方法中的任何一种提纯粗hfsi。在框110的提纯的最终结果是在其中每个目标杂质的水平已经被减少的已提纯的hfsi产品。在可选择的框115，使用合适的测量程序测量已提纯的hfsi产品中的目标杂质中的一个或更多个中的每个的水平。在可选择的框120，将测量到的水平中的每个与对于相应的目标杂质在已提纯的hfsi产品中可接受的最大期望的水平比较。在可选择的框125，确定测量到的水平中的任何一个或更多个是否超过相应的期望的最大水平。如果否，即如果每个测量到的水平低于相应的期望的最大水平，那么已提纯的hfsi产品满足期望的杂质水平规格并且不需要进一步的提纯。因此，多工序提纯方法100可以在框130结束。

然而，如果在框125测量到的水平中的任何一个或更多个超过相应的期望的最大水平，那么在通过在框110的提纯的前一个工序中被提纯的已提纯的hfsi产品可以经过环路在框110被提纯。在该通过在框110的提纯的工序中，用于制造溶液和/或洗涤已结晶的hfsi的无水有机溶剂可以是与在通过在框110的提纯的前一个工序中使用的相同的或不同的。在在框110的提纯结束时，在可选择的框115和框120目标杂质水平的一个或更多个测量和测量到的水平与一个或更多个相应的期望的最大水平的一个或更多个比较可以被进行以确定方法100是否可以在框130结束或最近工序的已提纯的hfsi产品中的hfsi是否应该经过环路135再次地经受提纯。

在其中多工序提纯方法可以是有用的一个非限制性的但是例证性的实施例是用于锂基电池的锂基电解质，例如lifsi。使用粗hfsi制造的lifsi将典型地具有在约为150ppm或更多的氯化物杂质，例如来自hcl合成杂质。然而，这样的氯化物水平对于锂金属电池是有腐蚀性的。因此，期望的是将用于锂金属电池的lifsi基的电解质中的氯化物水平保持在低水平，例如小于约10ppm或小于1ppm。使用本公开内容的多工序提纯方法，例如在图1中图示的多工序提纯方法100，用于合成在电解质中使用的lifsi盐的粗hfsi可以是实现这样低的氯化物水平的有用的方式。

作为一个非限制性的但是例证性的实施例，多工序提纯方法100可以被用于将hfsi产品中的氯(以目标杂质hcl的形式)含量降低至低于1ppm，以含有200ppm的hcl作为合成杂质的粗hfsi开始。在框105，提供期望量的粗hfsi。在框110，粗hfsi使用上文描述的提纯方法中的任何被提纯，这包括制造包含粗hfsi和一个或更多个合适的无水有机溶剂的溶液，使hfsi结晶，并且将已结晶的hfsi从来自最初的粗hfsi的含有某个量的hcl杂质的母液分离，除了其他的提纯步骤以外，以创造已提纯的hfsi产品。

在可选择的框115，已提纯的hfsi产品中的hcl(或氯化物)的水平被测量是100ppm。在可选择的框120，将测量到的100ppm的水平与小于1ppm的要求比较。在可选择的框125，因为100ppm大于小于1ppm的要求，所以已提纯的hfsi产品被在框110处理，经过环路135，使用与用于提纯初始的粗hfsi相同的或不同的提纯工艺。在该第二工序中，开始的目标杂质水平是100ppm，并且已两次提纯的hfsi产品中的结束的杂质水平现在是20ppm，如在可选择的框115测量的。在在可选择的框120将该20ppm水平与小于1ppm的要求比较之后，在可选择的框125确定已两次提纯的hfsi产品需要在框110被再次地提纯，经过环路135，使用在两个之前的工序中任何一个中的相同的或不同的提纯方法。

在该第三工序中，开始的目标杂质水平是20ppm，并且已三次提纯的hfsi产品中的结束的杂质水平现在是小于1ppm，如在可选择的框115测量的。在在可选择的框120将该小于一ppm水平与小于1ppm的要求比较之后，在可选择的框125确定已三次提纯的hfsi产品满足该要求使得多工序提纯方法100可以在框130结束。

实施例

上文的方法通过以下的实施例进一步例证，虽然将理解，这些实施例仅为了例证的目的被包括并且不意图限制本公开内容的范围。除非另有说明，否则所有的在这些实施例中使用的化学物具有高的纯度并且从规范的商业的来源获得。采取严格的预防以将湿气从工艺排除，并且反应使用通风良好的罩进行。在以下的实施例中，粗hfsi根据在已知的文献中可用的程序通过clso2nhso2cl(hcsi)与三氟化铋的反应被制备。[6]在典型的实验中，将hcsi(642g，3摩尔)置于三口烧瓶中并且加热至45℃。将无水bif3(618g，3.25摩尔)逐部分地加入。在bif3的完全的加入之后，将反应混合物加热至70℃持续1小时。将hfsi作为粗产品蒸馏，并且然后使用各种水平的杂质稀释，例如fso3h、hf、hcl和h2so4，并且在本文公开的提纯的下文的实施例中使用。hfsi在二氯甲烷中是高度地可溶解的。因此，hfsi的产率和纯度取决于在提纯工艺中使用的二氯甲烷的量。

实施例1

在500ml干燥的过滤漏斗中，将具有各种水平的目标杂质的粗hfsi(200g)，在此，fso3h＝1000ppm，hcl＝200ppm，hf＝500ppm，并且h2so4＝500ppm，在干燥氮气气氛下溶解在50g的无水二氯甲烷中，得到对于溶液的20％以重量计溶剂含量。使用塞子封闭过滤漏斗并且在0℃储存4小时。hfsi产品的晶体形成。将hfsi产品在干燥氮气气氛下过滤并且使用25ml冷的二氯甲烷洗涤以得到以95％产率的无色晶体。所得到的已洗涤的已结晶的hfsi产品含有以下的杂质：fso3h＝550ppm；hcl＝100ppm；hf＝80ppm；并且h2so4＝500ppm。

实施例2

在500ml干燥的过滤漏斗中，将具有各种水平的目标杂质的粗hfsi(200g)，在此，fso3h＝1000ppm，hcl＝200ppm，hf＝500ppm，并且h2so4＝500ppm，在干燥氮气气氛下溶解在75g的无水二氯甲烷中，得到对于溶液的27％以重量计溶剂含量。使用塞子封闭过滤漏斗并且在0℃储存4小时。hfsi产品的晶体形成。将hfsi产品在干燥氮气气氛下过滤并且使用25ml冷的二氯甲烷洗涤以得到以90％产率的无色晶体。所得到的已洗涤的已结晶的hfsi产品含有以下的杂质：fso3h＝300ppm；hcl＝80ppm；hf＝60ppm；并且h2so4＝400ppm。

实施例3

在500ml干燥的过滤漏斗中，将具有各种水平的目标杂质的粗hfsi(200g)，在此，fso3h＝1000ppm，hcl＝200ppm，hf＝500ppm，并且h2so4＝500ppm，在干燥氮气气氛下溶解在100g的无水二氯甲烷中，得到对于溶液的33％以重量计溶剂含量。使用塞子封闭过滤漏斗并且在0℃储存4小时。hfsi产品的晶体形成。将hfsi产品在干燥氮气气氛下过滤并且使用25ml冷的二氯甲烷洗涤以得到以85％产率的无色晶体。所得到的已洗涤的已结晶的hfsi产品含有以下的杂质：fso3h＝215ppm；hcl＝50ppm；hf＝40ppm；并且h2so4＝280ppm。

实施例4

在500ml干燥的过滤漏斗中，将具有各种水平的目标杂质的粗hfsi(200g)，在此，fso3h＝1000ppm，hcl＝200ppm，hf＝500ppm，并且h2so4＝500ppm，在干燥氮气气氛下溶解在150g的无水二氯甲烷中，得到对于溶液的43％以重量计溶剂含量。使用塞子封闭过滤漏斗并且在0℃储存4小时。hfsi产品的晶体形成。将hfsi产品在干燥氮气气氛下过滤并且使用25ml冷的二氯甲烷洗涤以得到以75％产率的无色晶体。所得到的已洗涤的已结晶的hfsi产品含有以下的杂质：fso3h＝150ppm；hcl＝20ppm；hf＝20ppm；并且h2so4＝100ppm。

在上文的实施例中的每个中，所有的实验参数和变量是相同的，除了所使用的无水有机溶剂的量。所使用的无水有机溶剂的量以及相应地溶液中的溶剂的重量百分数从实施例1至实施例4增加。如通过比较在洗涤已结晶的hfsi产品之后的目标杂质的水平和在上文的四个实施例中的相应的hfsi产品产率可以看到的，当用于制造初始的溶液的溶剂的量增加时，被除去的目标杂质的量增加但是hfsi产品产率减少。作为一个实施例，单工序的溶剂可以给出以约90％产率的hfsi，而双工序可以给出以约85％产率的hfsi，其中双工序提供比单工序高的纯度。

示例性的已提纯的hfsi产品

使用上文的提纯方法中的任何，例如上文公开的单工序提纯方法或图1的多工序方法100中的任何，所得到的已提纯的hfsi产品可以具有通过提纯方法除去的目标杂质的罕见地低的水平。例如，在其中目标杂质中的至少一个是cl^-的本公开内容的已提纯的hfsi产品可以具有不多于约20ppm、小于或等于10ppm或小于1ppm的cl^-水平。作为另一个实施例，在其中目标杂质中的至少一个包括f^-、fso3^-和cl^-的本公开内容的已提纯的hfsi产品可以具有：小于或等于约100ppm的f^-，小于或等于约400ppm的fso3^-，以及小于约20ppm的cl^-；小于或等于约40ppm的f^-，小于或等于约250ppm的fso3^-，以及小于或等于约20ppm的cl^-；或小于或等于约200ppm的f^-，小于或等于约100ppm的fso3^-，以及小于或等于约30ppm的hcl。在另一个实施例中，杂质的上文的水平中的每个和其的组合可以以具有约500ppm或更多的f^-、约1000ppm或更多的fso3^-和/或约200ppm或更多的cl^-的粗hfsi开始被实现。在又另一个实施例中，在其中目标杂质中的至少一个是so4^2-的本公开内容的已提纯的hfsi产品可以具有小于或等于约200ppm或小于或等于约100ppm的so4^2-水平。在一个另外的实施例中，上文的so4^2-水平中的每个可以以具有约500ppm或更多的so4^2-的粗hfsi开始被实现。在再一个进一步的实施例中，本公开内容的已提纯的hfsi产品可以具有以下的杂质：f^-<20ppm，cl^-<2ppm，so4^2-<20ppm，以及水<50ppm。

示例性的合成已提纯的碱金属fsi产品的方法

如上文提到的，具有一个或更多个目标杂质的减少的水平的已提纯的hfsi产品可以被用于制造具有由于可以仍然在已提纯的hfsi产品内存在的目标杂质导致的杂质的相称地低的水平的已提纯的碱金属(ma)fsi产品。在此，ma可以是锂、钠(na)、钾(k)、铷(rb)、铯(cs)和钫(fr)中的任何一个。这些已提纯的mafsi产品中的任何一个或更多个可以被用于各种目的中的任何，例如用于制造用于电化学装置的电解质，例如电池或超级电容器，除了别的以外。

使用lifsi作为示例性的可以根据本公开内容制造的已提纯的mafsi产品，制造这样的已提纯的lifsi产品的方法可以以从合适的来源获得粗hfsi或合成粗hfsi开始，例如，使用上文描述的合成方法中的任何一种或更多种。粗hfsi可以然后使用本文公开的方法中的任何一种或更多种被提纯，包括在上文详细地描述的单工序和多工序方法。这样的方法可以被用于减少一个或更多个目标杂质的水平，包括在粗hfsi中存在的任何合成杂质。此外，这样的方法可以被用于实现用于目标杂质中的任何一个的期望的规格。例如，如上文提到的，对于lifsi，在锂金属电池中使用的lifsi电解质中的氯化物杂质的量可以影响电池的性能和寿命。因此，电池设计者可以设置氯化物杂质的最大可接受水平，例如不大于10ppm或小于1ppm。在这样的和相似的情况下，粗hfsi的提纯可以以确保每个期望的目标杂质满足其的规格的方式被进行。这可以例如如上文参考图1描述的被进行。

一旦被提纯，已提纯的hfsi产品可以被用于合成具有高于使用粗hfsi被生产的纯度的已提纯的lifsi产品。合成本公开内容的已提纯的lifsi产品的实施例包括使用碳酸锂或氢氧化锂中和已提纯的hfsi产品。如在上文在背景技术部分中提到的，hfsi的中和将hfsi中的杂质转化为相应的锂盐以生产lif、fso3li、licl和li2so4。分别的反应是如下的：

当目标hf、fso3h、hcl和h2so4杂质的量使用本文公开的hfsi提纯方法中的任何一种或更多种被减少时，在中和期间从这些目标杂质形成的锂盐的量被相应地减少，得到高于以粗hfsi开始能够实现的纯度。

lifsi可以使用使用另一种合成方法提纯的已提纯的hfsi被合成。例如，其可以伴随有li金属与已提纯的hfsi的反应，使用或不使用溶剂，如下：2hfsi+2li＝2lifsi+h2。作为另一个实施例，已提纯的hfsi可以被与氢化锂反应，使用或不使用溶剂，如下：hfsi+lih＝lifsi+h2。

本领域的技术人员将容易地理解，上文的合成本公开内容的已提纯的lifsi产品的实施例仅是示例性的并且相似的合成技术可以被用于形成其他的已提纯的碱金属fsi产品。例如，本公开内容的nafsi产品可以通过使用碳酸钠或氢氧化钠中和本公开内容的已提纯的hfsi产品被合成，并且本公开内容的kfsi产品可以通过使用碳酸钾或氢氧化钾中和本公开内容的已提纯的hfsi产品被合成。相应的目标杂质可以是例如maf、fso3ma、macl和(ma)2so4，其中ma是li、na、k、rb、cs中的任何一个。

示例性的已提纯的碱金属fsi产品

使用上文的提纯方法中的任何，例如上文公开的单工序提纯方法或图1的多工序方法100中的任何，所得到的已提纯的hfsi产品可以具有由于目标杂质的通过该提纯方法的除去导致的目标杂质的罕见地低的水平。相应地，借助于用于合成根据本公开内容被提纯的已提纯的mafsi产品的hfsi被提纯的已提纯的mafsi产品将具有从目标杂质形成的相应的杂质的低的水平，例如maf、fso3ma、macl和(ma)2so4，其中ma是li、na、k、rb、cs和fr中的任何一个。例如，在其中目标杂质中的至少一个是macl的本公开内容的已提纯的mafsi产品可以具有小于或等于约10ppm或小于1ppm的macl水平。作为另一个实施例，在其中目标杂质中的至少一个包括maf、fso3ma和macl的本公开内容的已提纯的mafsi产品可以具有：小于或等于约80ppm的maf，小于或等于约550ppm的fso3ma，以及小于或等于约100ppm的macl；小于或等于约40ppm的maf，小于或等于约250ppm的fso3ma，以及小于或等于约20ppm的macl；或小于或等于约200ppm的maf，小于或等于约100ppm的fso3ma，以及小于或等于约30ppm的macl。在另一个实施例中，杂质的上文的水平中的每个和其的组合可以以具有约500ppm或更多的hf、约1000ppm或更多的fso3h和/或约200ppm或更多的hcl的粗hfsi开始被实现。在又另一个实施例中，在其中目标杂质中的至少一个是(ma)2so4的本公开内容的已提纯的mafsi产品可以具有小于或等于约280ppm或小于约100ppm的(ma)2so4水平。在一个进一步的实施例中，上文的(ma)2so4水平中的每个可以从具有约500ppm或更多的h2so4的粗hfsi开始被实现。

已提纯的碱金属fsi产品的示例性的用途

如上文提到的，已提纯的mafsi产品可以被用于制造用于电化学装置的已提纯的电解质，除了别的以外。在此，已提纯的电解质的纯度来源于以下事实，即已提纯的mafsi产品被从其制造的粗hfsi已经根据本文公开的方法中的任何一种或更多种被提纯。这样的已提纯的电解质可以使用各种方法中的任何被制造，例如通过将本公开内容的已提纯的mafsi产品(盐)与一个或更多个溶剂、一个或更多个稀释剂和/或一个或更多个添加剂混合，该溶剂、稀释剂和添加剂可以是本领域已知的。如上文提到的，已提纯的mafsi产品可以是lifsi、nafsi、kfsi、rbfsi、csfsi和frfsi中的任何一个从而制造lifsi基的、nafsi基的、kfsi基的、rbfsi基的、csfsi基的和frfsi基的电解质中的相应的一个。

图2图示了根据本公开内容的方面制造的电化学装置200。本领域的技术人员将容易地意识到，电化学装置200可以是例如电池或超级电容器。此外，本领域的技术人员将容易地理解，图2图示了电化学装置200的仅某些基本的功能部件并且电化学装置的现实的实例化，例如二次电池或超级电容器，将典型地使用缠绕的构造或堆叠的构造被体现。此外，本领域的技术人员将理解，电化学装置200将包括为了便于图示未在图2中示出的其他的部件，例如电端子、密封物、热击穿层和/或通风孔，除了别的以外。

在本实施例中，电化学装置200包括分别地间隔开的正电极和负电极204、208和一对的相应的各自的集电器204a、208a。多孔介电隔膜212位于正电极和负电极204、208之间以电地分离正电极和负电极但是允许根据本公开内容制造的已提纯的mafsi电解质216的离子流动经过其。多孔介电隔膜212和/或正电极和负电极204、208中的一个、另一个或二者被已提纯的mafsi电解质216浸渍。如上文描述的，使用本公开内容的已提纯的mafsi电解质用于已提纯的mafsi电解质216的益处是可能在mafsi电解质中的杂质例如合成杂质能够被减少至对于在电化学装置200中的使用可接受(例如满足一个或更多个杂质水平规格)的水平。已提纯的mafsi电解质产品(盐)的实施例和它们的各种杂质的能够用于制造已提纯的mafsi电解质216的示例性的低的水平在上文描述。电化学装置200包括容纳集电器204a、208a、正电极和负电极204、208、多孔介电隔膜212和已提纯的mafsi电解质216的容器220。

如本领域的技术人员将理解的，取决于电化学装置的类型和设计，正电极和负电极204、208中的每个包含与已提纯的mafsi电解质216中的碱金属离子和其他的成分相容的合适的材料。集电器204a、208a中的每个可以由任何合适的导电材料制造，例如铜或铝，或其的任何组合。多孔介电隔膜212可以由任何合适的多孔介电材料制造，例如多孔聚合物，除了别的以外。能够用于构建图2的电化学装置200的各种电池和超级电容器构造是本领域已知的。如果这样的已知的构造中的任何被使用，那么电化学装置200的新颖性在于尚未使用常规的制造mafsi盐和相应的电解质的方法实现的已提纯的mafsi电解质216的高的纯度。

在一个实施例中，电化学装置200可以被如下制造。已提纯的mafsi电解质216可以以粗hfsi开始制造，其然后被使用本文描述的提纯方法中的任何一种或更多种提纯以创造具有一个或更多个目标杂质的合适的低的水平的已提纯的hfsi产品。在一个可选择的实施例中，粗hfsi可以首先被合成，例如通过上文描述的合成方法中的任何。该已提纯的hfsi产品可以然后被用于合成已提纯的mafsi产品(盐)，其将作为开始的已提纯的hfsi产品具有最初的目标杂质的低的水平的结果具有杂质的相应地低的水平。该已提纯的mafsi产品可以然后被用于制造已提纯的mafsi电解质216，例如，通过加入增强电化学装置200的性能的一个或更多个溶剂、一个或更多个稀释剂和/或一个或更多个添加剂。已提纯的mafsi电解质216可以然后被加入至电化学装置200，在这之后容器220可以被密封。

在某些方面，本公开内容涉及一种合成ma(双(氟磺酰基)酰亚胺)(mafsi)产品的方法，其中ma是碱金属或碱土金属，该方法包括：根据本文公开的提纯方法中的任何提纯粗hfsi从而获得已提纯的hfsi；以及在足以形成mafsi产品的条件下使用ma碳酸盐或ma氢氧化物中和已提纯的hfsi。

在方法的一个或更多个实施方式中，ma是碱金属。

在方法的一个或更多个实施方式中，ma是锂。

在方法的一个或更多个实施方式中，ma是碱土金属。

在某些方面，本公开内容涉及一种制造电化学装置的方法，该方法包括：使用本文公开的mafsi合成方法中的任何一个合成ma(双(氟磺酰基)酰亚胺)(mafsi)盐，其中ma是碱金属或碱土金属；使用已合成的盐配制电解质；提供电化学装置结构，电化学装置结构包括正电极，与正电极间隔开的负电极，以及在正电极和负电极之间延伸的体积并且，当电解质在其中存在时允许电解质中的离子在正电极和负电极之间运动；以及将电解质加入至体积。

在方法的一个或更多个实施方式中，电化学装置是电化学电池，并且电化学装置结构还包括位于体积内的隔膜。

在方法的一个或更多个实施方式中，ma是锂。

在方法的一个或更多个实施方式中，电化学电池是锂离子电池。

在方法的一个或更多个实施方式中，电化学电池是锂金属电池。

在方法的一个或更多个实施方式中，电化学装置是超级电容器。

在某些方面，本公开内容涉及通过合成工艺制造的已提纯的氢双(氟磺酰基)酰亚胺(hfsi)产品，已提纯的hfsi产品包含：hfsi；一个或更多个杂质，其是合成工艺的副产物，其中该一个或更多个杂质包括：以相对于已提纯的hfsi产品小于约一百万分之(ppm)100的量存在的hcl；以相对于已提纯的hfsi产品小于约500ppm的量存在的fso3h；以及以相对于已提纯的hfsi产品小于约150ppm的量存在的hf。

在已提纯的hfsi产品的一个或更多个实施方式中，hcl以相对于已提纯的hfsi产品小于约10ppm的量存在。

在已提纯的hfsi产品的一个或更多个实施方式中，hcl以相对于已提纯的hfsi产品小于1ppm的量存在。

在某些方面，本公开内容涉及通过合成工艺制造的已提纯的ma(双(氟磺酰基)酰亚胺)(mafsi)产品，其中ma是碱金属或碱土金属，已提纯的mafsi产品包含：mafsi；一个或更多个杂质，其是合成工艺的副产物，其中所述一个或更多个杂质包括：以相对于已提纯的mafsi产品小于约一百万分之(ppm)100的量存在的macl；以相对于已提纯的mafsi产品小于约500ppm的量存在的fso3ma；以及以相对于已提纯的mafsi产品小于约150ppm的量存在的maf。

在已提纯的mafsi产品的一个或更多个实施方式中，macl以相对于已提纯的mafsi产品小于约10ppm的量存在。

在已提纯的mafsi产品的一个或更多个实施方式中，macl以相对于已提纯的mafsi产品小于1ppm的量存在。

在已提纯的mafsi产品的一个或更多个实施方式中，ma选自由锂、钠和钾组成的组。

在某些方面，本公开内容涉及电化学装置，包括：正电极；与正电极间隔开的负电极；位于正电极和负电极之间的多孔介电隔膜；以及被容纳在至少多孔介电隔膜内的电解质，电解质使用本公开内容的已提纯的mafsi产品中的任何制造。

在电化学装置的一个或更多个实施方式中，电化学装置是锂离子电池并且包括位于体积内的多孔隔膜，并且ma是锂。

在电化学装置的一个或更多个实施方式中，电化学装置是锂金属电池并且包括位于体积内的多孔隔膜，并且ma是锂。

在电化学装置的一个或更多个实施方式中，电化学装置是超级电容器。

上文已经是本发明的例证性的实施方式的详细描述。注意到，在说明书和所附的权利要求中，连接词语言，例如在短语“x、y和z中的至少一个”和“x、y和z中的一个或更多个”中使用的，除非另有具体地声明或指示，应该被视为意指连接词列表中的每个项目可以以排除列表中的每隔一个项目的任何数目或以与连接词列表中的任何或所有的其他的项目组合的任何数目存在，其中的每个可以也以任何数目存在。应用该一般规则，上文的例子中的在其中连接词列表由x、y和z组成的连接词短语应该每个涵盖：x中的一个或更多个；y中的一个或更多个；z中的一个或更多个；x中的一个或更多个和y中的一个或更多个；y中的一个或更多个和z中的一个或更多个；x中的一个或更多个和z中的一个或更多个；以及x中的一个或更多个、y中的一个或更多个和z中的一个或更多个。

可以作出各种修改和加入，而不偏离本发明的精神和范围。上文描述的各种实施方式中的每个的特征可以如合适的被与其他的所描述的实施方式的特征组合以提供在相关联的新的实施方式中的多种特征组合。此外，虽然上文描述了许多分离的实施方式，但是本文已经描述的内容仅是本发明的原理的应用的例证。此外，虽然本文的具体的方法可以被图示和/或描述为被以特定的顺序进行，但是顺序是在一般常识内高度地可变的以实现本公开内容的方面。据此，本描述意图仅以例子的方式，并且不以其他方式限制本发明的范围。

示例性的实施方式已经在上文公开并且在附图中图示。本领域的技术人员将理解，对本文具体地公开的内容的各种改变、省略和加入可以作出，而不偏离本发明的精神和范围。

引用的参考文献

以下的参考文献中的每个通过引用并入用于所教导的有关的主题，如从相应的引用在本文中的位置确定的。

[1]rolfappel，gerhardeisenhauer，chemischeberichte，1962，246-248。

[2]inorganicsyntheses，1967，11，138-143。

[3]ref.b.krumm，a.vij，r.l.kirchmeier，j.m.shreeve，inorganicchemistry，1998，37，6295-6303。

[4]美国专利第7,919,629号，名称为“sulphonyl-1,2,4-triazolesalts”并且于2011年4月5日授权，以christophemichot的名义。

[5]美国专利第8,722,005号，名称为“synthesisofhydrogenbis(fluoro-sulfonyl)imide”并且于2014年5月13日授权，以josephc.poshuta、jerryl.martin和rajendrap.singh的名义。

[6]美国专利第8,377,406号，名称为“synthesisofbis(fluoro-sulfonyl)imide”并且于2013年2月19日授权，以rajendrap.singh、josephc.poshusta和jerryl.martin的名义。

[7]martinberan，jiriprihoda，zdiradzak，miloscernik，polyhedron，2006，25，1292-1298。

[8]z.anorg.allg.chem.2005，631，55-59。