一种双三氟甲基磺酰亚胺的制备方法与流程

本发明属于电解液，具体涉及一种双三氟甲基磺酰亚胺的制备方法。

背景技术：

1、双三氟甲基磺酰亚胺锂作为新的电解液添加剂，越来越被市场所认可，而且广泛应用于离子液体制备和催化剂，市场需求量与日俱增；而且碳中和已经是世界各国共同努力的方向，目前电力是可再生资源的中流砥柱。电车替代油车已经大势所趋，随着锂电池技术的日益成熟，更是将电车热度进一步推向了高潮。电池需求量激增，尤其锂电池需求量更是供不应求，其所配套的电解液也水涨船高。电池电解液的研究不应仅仅是市场经济所主导的产物，更不应仅仅是停留在满足需求的基础上。电池能否具有出色的性能，不仅是由设计和电极所主导的，电解液性能的高低同样是具有决定性的意义，因此电解液的研究任重而道远。

2、现今锂电池在电池行业中占据着主导地位，各类电解液的制备方法更是层出不穷，六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺等的合成更是如火如荼；目前双三氟甲基磺酰亚胺锂的各方面性能都很优良，被认为具有很大的发展前景。

3、专利cn104926700a提供了一种双三氟磺酰亚胺锂的制备方法，反应过程涉及浓硫酸与低温，反应三废高，且收率并不高。

4、专利cn109776362a提供了一种双三氟磺酰亚胺盐的新工艺，虽然三废较低，但是反应过程需要设计-78℃的超低温，生产条件苛刻，成本较高。

5、因此，在本领域中，期望开发一种经济高效的双三氟甲基磺酰亚胺制备方法来改善现有合成方法中存在的不足。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明目的在于提供一种双三氟甲基磺酰亚胺的制备方法，具有反应流程短，反应条件温和，且收率较高等优势，该方法在催化剂三氧化二锑，以及助剂路易斯酸作用下，由双氯磺酰亚胺与氟化剂通过一步法反应制得，以氟化剂为三氟甲烷为例，其反应式如下：

2、

3、本发明提供一种双三氟甲基磺酰亚胺的制备方法，所述方法是通过将双氯磺酰亚胺、溶剂、氟化剂、催化剂、助剂混合反应制得双氟磺酰亚胺；

4、所述催化剂选自三氧化二锑，所述助剂选自路易斯酸。

5、本发明中，所述催化剂的加入量为双氯磺酰亚胺的1-15wt％，优选5-10wt％。

6、本发明中，所述助剂为路易斯酸，所述路易斯酸优选为氯化锌、氯化铝、氯化锡、氯化钴、氯化铁、氯化镁中的至少一种，更优选为氯化钴、氯化锌中的至少一种；

7、所述助剂加入量为催化剂质量的10-100％，优选30-60％。

8、本发明中，所述氟化剂选自氟取代的烷烃类、氟取代的醇类，优选三氟取代的烷烃类、三氟取代的醇类，更优选三氟取代的c1-c12烷烃类、三氟取代的c1-c12醇类；

9、优选地，所述氟化剂选自三氟氯甲烷、三氟乙醇、三氟碘甲烷、三氟甲烷中的至少一种，更优选为三氟碘甲烷；

10、所述氟化剂的加入量为双氯磺酰亚胺的摩尔量的2.0-4.0倍，优选2.2-3.0倍。

11、本发明中，先将双氯磺酰亚胺与溶剂混合得到溶剂稀释后的双氯磺酰亚胺溶液，所述双氯磺酰亚胺溶液含水量控制为0-20ppm，优选4-10ppm；实验发现体系中的水分含量对本发明反应的影响较大，其中的水分主要由双氯磺酰亚胺与溶剂引入，当双氯磺酰亚胺与溶剂中含水量高于20ppm时，不仅会消耗反应液中双氯磺酰亚胺，而且会造成反应失控等危险，因此经溶剂配制好的双氯磺酰亚胺溶液中水分的检测和调控尤为重要，其中，水分的检测和调控方法为本领域操作，本发明不做特别限定。

12、所述双氯磺酰亚胺原料本发明对其来源没有特别要求，可以通过市售购买得到，也可以由本领域技术人员参照现有技术已经公开的任意可实现方法通过自制得到，例如氯化亚砜法方法制备；

13、优选地，所述双氯磺酰亚胺通过氯化亚砜法制备得到，采用精制后的双氯磺酰亚胺纯品，纯度＞99.5％。

14、本发明中，所述溶剂选自氯代烷烃，优选为二氯甲烷、氯仿，更优选为二氯甲烷；

15、所述溶剂加入量为双氯磺酰亚胺质量的50-300％，优选100-200％；

16、本发明所述溶剂对双氟磺酰亚胺具有较好的溶解效果，可以避免双氯磺酰亚胺过高的浓度而引发局域发生副反应，同时对催化剂也具有极好的分散效果，能够提升反应选择性。

17、本发明中，所述反应，压力为0.5-10mpag，优选2.0-7mpag；

18、优选地，所述反应在氮气环境下进行。

19、本发明中，所述反应，温度为50-160℃，优选90-140℃；时间为0.5-12h，优选1-2h。

20、本发明中，所述反应完成后，还包括将反应液进行精馏提纯等后处理过程，制得双氟磺酰亚胺纯品，为本领域常规操作，不做具体限定；例如，所述反应液精馏条件可以为：温度130-175℃，压力2-20paa，回流比3-5：1。

21、本发明中，还包括催化剂回收使用，具体是将精馏纯化后母液通过过滤回收催化剂，回收催化剂可直接用于下次反应；优选地，采用孔径为20-50um的过滤器进行过滤回收催化剂。

22、与现有技术相比，本发明技术方案有益效果在于：

23、本发明实验发现在采用氟盐作为氟化试剂制备双三氟甲基磺酰亚胺的传统方法中，收率较低，且存在产品中金属离子残存超标，难以脱除的问题；如果氟化氢作为氟化试剂，虽然能够避免金属离子超标的问题，但是在实际生产中会带来极大的安全隐患，而且设备成本极高；此外，传统的双三氟甲基磺酰亚胺合成路线涉及强酸，且步骤繁琐，反应温度需要超低温，反应条件苛刻。本发明以三氟甲烷等三氟化物作为氟化试剂，再加入催化剂三氧化二锑，并配合使用路易斯酸作为助剂，对反应进行催化可以直接实现三氟甲基的取代，不但有效解决了传统制备方法中存在的上述问题，同时大幅提升了反应速率和选择性，节省了生产成本，合成路线较短，反应条件温和，可以有效地降低设备成本，而且母液中的催化剂可以多次套用。

技术特征：

1.一种双三氟甲基磺酰亚胺的制备方法，其特征在于，通过将双氯磺酰亚胺、溶剂、氟化剂、催化剂、助剂混合反应制得双氟磺酰亚胺；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂的加入量为双氯磺酰亚胺的1-15wt％，优选5-10wt％。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述助剂为路易斯酸，所述路易斯酸为氯化锌、氯化铝、氯化锡、氯化钴、氯化铁、氯化镁中的至少一种，优选为氯化钴、氯化锌中的至少一种；和/或

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述氟化剂选自氟取代的烷烃类、氟取代的醇类，优选三氟取代的烷烃类、三氟取代的醇类，更优选三氟取代的c1-c12烷烃类、三氟取代的c1-c12醇类；

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，先将双氯磺酰亚胺与溶剂混合得到双氯磺酰亚胺溶液；

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自氯代烷烃，优选为二氯甲烷、氯仿中的至少一种，更优选为二氯甲烷；和/或

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述反应，压力为0.5-10mpag，优选2.0-7mpag；

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述反应，温度为50-160℃，优选90-140℃；时间为0.5-12h，优选1-2h。

9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述反应完成后，包括反应液进行精馏提纯操作；

10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，包括催化剂回收使用，具体是将精馏纯化后母液通过过滤回收催化剂；优选地，采用孔径为20-50um的过滤器进行过滤回收催化剂。

技术总结
本发明提供一种双三氟甲基磺酰亚胺的制备方法，所述方法是通过将双氯磺酰亚胺、溶剂、氟化剂、催化剂、助剂混合反应制得双氟磺酰亚胺；所述催化剂为三氧化二锑，所述助剂选自路易斯酸。本发明方法可以直接实现三氟甲基的取代，同时大幅提升了反应速率和选择性，节省了生产成本，合成路线较短，反应条件温和，可以有效地降低设备成本，而且母液中的催化剂可以多次套用。

技术研发人员：蔺海政,桂振友,董菁,张永振
受保护的技术使用者：万华化学集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15