一种三丁基甲基铵双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐的制备方法与流程

本发明涉及精细化工领域，尤其是一种三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐的制备方法。

背景技术：

1、能源是国民经济的基础产业，是保证各国经济稳定发展，人民生活质量持续改善的重要保障。进入二十一世纪以来，伴随着社会经济飞速发展，科技创新日新月异，以及全球人口和经济规模不断增长，能源作为最基本的动力源得到了更加广泛的应用与需求。但是不可再生能源资源的日益枯竭导致能源供需矛盾突现，化石能源开发、利用以及排放过程中造成的环境污染和生态破坏等问题日渐突出，因此能源和环境已经成为二十一世纪必须面对的两个严峻问题，而清洁可再生新能源的开发研究是世界各国大力发展的热点领域和政策导向。化学电源作为能源储存和转化的模式已经广泛应用于人们的日常生活以及生产工作中，二次电池主要经历了铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池以及锂离子电池等几个阶段。与其它二次电池相比，锂离子电池具有工作电压和能量密度高、使用寿命长、自放电小、无记忆效应，以及对环境友好等优点。它不仅适用于小型电子器件和便携式测量仪器，也是大型储能设备、纯电动车、混合动力汽车和插电式混合动力汽车的首选高能动力源。

2、如中国专利cn201710201730.1：公开一种可充电离子液体双离子电池及其制备方法。该双离子电池包含正极、负极、电解液和隔膜，正负极材料均为石墨结构碳材料，电解液为双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体。制备时，先将正负极石墨结构碳材料、隔膜加工成片状，然后在氮气手套箱中组装扣式电池，正负极之间放入三层玻璃纤维隔膜。充电时，本发明电池中的正离子从电解质嵌入到负极石墨中，双(三氟甲磺酰)负离子嵌入到正极石墨中；放电时，两种离子又分别从石墨中脱嵌而进入电解质。本发明电池在30ma/g的放电电流下，拥有4.4v的放电电压平台，82mah/g的比容量，258wh/kg的能量密度；拥有极宽的1.0-5.0v的充放电电压区间。

3、又如中国专利cn201310532457.2：一种离子液体的制备方法，包括以下步骤：a、将叔胺化合物、叔亚胺化合物或叔磷化合物与碳酸酯反应，得到含有季铵阳离子或季鏻阳离子的中间体；b、将a步骤中生成的中间体与亚胺化合物反应；或者将a步骤中生成的中间体进行水解，然后再与亚胺化合物或者亚胺盐反应。根据该方法制得的亚胺型季铵或季鏻离子液体特别适用于对卤素离子敏感的电化学系统，例如锂离子二次电池、电化学超级电容器等。根据该方法，原料无毒无害、反应条件温和，对生产设备要求不高，原则上可以使用所有常规的适用液相反应的反应容器，加料、混料、蒸馏、过滤等操作也简单。

4、又如中国专利cn201510575017.4：涉及一种离子液体的制备方法，特别涉及一种一步法合成季铵或季鏻化合物的方法。该方法将氮化合物或者含磷化合物与质子化合物、碳酸酯一起加入反应器中一步反应合成相应的季铵盐或者季鏻盐离子液体，即“一锅法”反应，是涉及三种反应物的一步反应。本发明还提供了一种含有由上述制备方法制备的离子液体的锂离子二次电池。本发明的离子液体制备方法可以拓宽离子液体制备原料的选择范围，进而拓宽了合成的离子液体种类，该制备方法中原料无毒无害、反应条件温和，对生产设备要求不高，生产成本低，适用于绿色工业和大工业化生产需求。

5、非水电解液是锂(离子)电池的关键材料之一，与电池的循环寿命、耐高温性、安全性等关键性能密切相关。现已商业化的二次锂(离子)电池电解液主要由有机碳酸酯如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸乙烯酯、lipf6导电盐以及各种功能添加剂等组成。有机碳酸酯电解液存在溶剂易挥发和易燃等缺点，电池在不当使用时，如过充、短路等，易造成电池热失控，发生燃烧甚至爆炸等安全事故。lipf6化学活性高，对水、热敏感，热分解产生的和是影响电池循环寿命的重要因素。因此传统的碳酸酯和lipf6电解液体系已成为二次储能电池大型化、高功率化的技术瓶颈。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种操作简易、工艺条件温和的三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐的制备方法。

2、具体技术方案如下：一种三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐的制备方法，其操作步骤为：

3、s1：按重量份，常温下将22-30份的甲基三丁基氯化铵缓慢滴加到28-36份的双三氟甲基磺酰亚胺中，控制反应温度；

4、s2：反应完成后分离油相与水相：用100-150份弱极性溶剂萃取水相，合并有机相；

5、s3：用水反复洗涤，直到氯离子检不出来，且ph至6-7；

6、s4：常压蒸馏去除弱极性溶剂，再进行抽真空，进一步脱除弱极性溶剂，得到三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐。

7、作为优选方案，所述的甲基三丁基氯化铵滴加时间为1-1.5h。

8、作为优选方案，所述的反应温度为70-90℃，反应时间1-3h。

9、作为优选方案，所述的弱极性溶剂包括二氯甲烷、环己烷、甲苯、三氯甲烷或正己烷中的一种或多种。

10、作为优选方案，所述的双三氟甲基磺酰亚胺的制备方法为：

11、按重量份，在反应器中加入35-50份三乙胺，冷却至-50～-65℃，溶入25-35份氨，边搅拌边滴加22-30份cf3so2cl后，升至室温下，搅拌3-5h，再加热至沸腾，反应1-3h后，用二氯甲烷提取，并用水洗3次，有机液层用改性吸水树脂干燥后过滤，取滤液，减压蒸馏除去弱极性溶剂后，再经结晶、过滤、真空干燥后，得到双三氟甲基磺酰亚胺。

12、作为优选方案，所述的搅拌速率为100-300rpm。

13、作为优选方案，所述的结晶温度为-25～-10℃，结晶时间为2-5h。

14、作为优选方案，所述的真空干燥温度为50-70℃，压力为-0.09～-0.1mpa，时间为3-8h。

15、作为优选方案，所述的改性吸水树脂的制备方法为：

16、s1：按重量份，将100-130份巯基树脂使用乙醇洗涤2-5次，真空干燥，真空度在-0.06mpa～-0.10mpa，得到无水巯基树脂；

17、s2：将无水巯基树脂，1000-1500份二氯乙烷加入到密闭的反应釜中，在氮气保护下升温到60-70℃，搅拌反应90-150min，然后将加入0.1-0.6份1-烯丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐，cas:655249-87-9，4-7份有机胺，搅拌反应20-60min，再加入10-20份丙烯酸镁，0.5-2份过氧化苯甲酰，70-90℃反应50-120min，完成后过滤，乙醇洗涤2-5次，真空干燥，即可得到改性吸水树脂。

18、作为优选方案，所述的巯基树脂为市售产品，如用d190大孔巯基树脂或lsc-400除汞专用树脂等。

19、反应机理：

20、巯基树脂首先与1-烯丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐进行加成反应，再与丙烯酸镁进行加成反应，再经过交联，干燥，得到改性吸水树脂，可以提高改性吸水树脂与双三氟甲基磺酰亚胺的相容性，丙烯酸镁可以增加吸水性，提高吸水效果。

21、技术效果：

22、本发明的一种三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐的制备方法，与现有技术相比，具有以下显著效果：

23、1、本发明采用无毒无害的原料、反应条件温和，对生产设备要求不高，操作简单；

24、2、本发明只需通过常压蒸馏、抽真空等方法去除溶剂后，即可得到高纯度三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐，无需进一步提纯，工艺简单；

25、3、本发明制备的三丁基甲基铵双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐离子液，具有较好的热稳定性，电池循环寿命长。