CN112938912B - 一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,包括如下步骤:(a)缩合反应;(b)氟化反应;(c)锂化反应。本发明工艺路线短,工艺条件温和,反应体系简单,易于操作、控制,反应转化率高,保证了产品的高品质、高收率和高纯度,绿色环保,适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电解质制备技术领域,尤其涉及一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法。
背景技术
双氟磺酰亚胺锂(Li[N(SO2F)2],简称LiFSI),是一种非常重要的锂电池电解质添加剂,其具有电导率高、热稳定性好、电化学稳定性高、循环性能好、安全性能好等优点,与当前应用最广泛的LiPF6相比,具有多方面的优异性能,是锂电池电解质的更优选择对象。
现有大部分双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)的合成方法是先合成双氯磺酰亚胺(HClSI),然后由其与氟代金属盐反应,制备相应的双氟磺酰亚胺盐中间体,该中间体再与氢氧化锂(LiOH)或碳酸锂(Li2CO3)进行阳离子交换制得双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI),缺陷在于阳离子交换达到平衡后很难继续进行,使得反应不完全,转化率偏低,未反应完全的中间体难以与LiFSI完全分离,从而无法得到高品质的产品。
中国专利CN103524387A公开了双氯磺酰亚胺(HClSI)在氯化亚砜中与氯化锂反应生成双氯磺酰亚胺锂(LiClSI),然后利用金属氟化物(如KF、ZnF2)作为氟化剂与LiClSI反应得到LiFSI,金属盐的引入会造成与最终产品分离时困难,从而得不到高纯度的LiFSI。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题,提供一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,工艺路线短,工艺条件温和,反应体系简单,易于操作、控制,反应转化率高,保证了产品的高品质、高收率和高纯度,绿色环保,适合工业化生产。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(a)缩合反应:先将氯磺酸和催化剂加入到反应釜中,搅拌并升温,然后加入氯磺酰异氰酸酯进行反应,得到双氯磺酰亚胺,通过蓄液槽收集;
(b)氟化反应:
⑴将蓄液槽内的双氯磺酰亚胺通过抽液泵打入到反应塔内,双氯磺酰亚胺经进液管进入到混合盖内,将催化剂通过加料管加入到混合盖内,使催化剂和双氯磺酰亚胺在混合盖内进行混合;
⑵混合液经混合盖底部的喷管向下喷出,冲击搅拌辊,使搅拌辊发生转动,搅拌辊上的切片获得旋切力,将混合液打散成雾状,液滴落到集液斗内聚集;
⑶将氟化氢从反应塔底部的进气管通入,进入到分配盒内,氟化氢经分配盒分配至各根U型导气管,U型导气管将氟化氢导入到集液斗内,受到导液斗的阻挡,使得氟化氢与集液斗内的混合液接触,进行氟化反应,得到双氟磺酰亚胺;
⑷反应结束后将反应塔内的废气排出,并进行吸收,然后打开排液管上的控制阀,将集液斗内的溶液排出收集;
(c)锂化反应:将有机溶剂和含锂化合物加入到反应器内,降温后搅拌,然后加入双氟磺酰亚胺,反应得到双氟磺酰亚胺锂盐。
进一步,步骤(c)后还包括步骤(d)提纯:将双氟磺酰亚胺锂盐加入到装有有机溶剂的溶解槽中,进行搅拌溶解,同时向溶解槽中通入氮气保护,过滤后对滤液进行降温冷却,降温速率为2℃/h~4℃/h,结晶析出,经过滤、干燥后得到产品,双氟磺酰亚胺锂盐中的杂质难溶于有机溶剂,可过滤去除,以提高产品纯度;合理控制降温速率,利于形成粒度均一的晶体,减少杂质掺入,以提高产品纯度。
进一步,有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酸、碳酸甲乙酯、丙醚、异丙醚、15-冠-5、18-冠-6、乙腈、***、乙酸甲酯、乙酸丙酯中的一种或两种以上的组合。
进一步,步骤(b)中排出反应塔内废气的具体做法为:⑴将氮气经进气管通入,通过分配盒将氮气分配至各根U型导气管,经U型导气管导入到混合筒内,再经混合筒侧壁上的通气孔排出,充满反应塔内部,通气时间为5~7h;⑵反应塔内气体从塔顶排出,进入水洗塔进行水洗吸收处理,水洗塔内气体从塔顶排空,反应生成的HCl气体和过量的HF气体无法进入安装板与反应塔、集液斗之间的下区域内,氮气通入后,将残留在导气组件内的HF气体排入到集液斗内,逐步充满混合筒和安装板、反应塔之间的上区域,将HCl气体和HF气体从顶部排出,排除效果好,大大降低了排除难度,减少了氮气的使用量和通气时间,降低了成本,加快了整体进度,再通过水洗塔水洗吸收HCl和HF气体,吸收效果好,全面彻底,排空无污染,绿色环保。
进一步,步骤(b)中反应塔内设有混合筒,混合筒的侧壁上均匀分布有通气孔,混合筒的顶部设有混合盖,混合盖内设有混合腔,混合盖的底部设有喷管,混合筒内转动连接有搅拌辊,搅拌辊上周向分布有切片,混合盖与反应塔之间设有进液管和加料管,混合筒的底部设有安装板,安装板固定在反应塔的内壁上,安装板的中心设有落料孔,落料孔内设有导液斗,导液斗的底部设有下沿部,安装板的底部设有集液斗,导液斗位于集液斗内,集液斗的底部与反应塔之间设有排液管,反应原料进入到混合盖的混合腔中,由喷管喷出,搅拌辊受到冲击后发生转动,切片获得旋切力,将反应原料打散成雾状,弥漫在混合筒内,增大了与氟化氢的接触面积,提高了反应效率和反应转化率,生成物经导液斗向下导流,暂存在集液斗内。
进一步,反应塔内设有导气组件,导气组件包括进气管、分配盒和U型导气管,进气管设于分配盒与反应塔的底部之间,U型导气管设于分配盒的侧面,U型导气管的一端伸入到集液斗内,导气组件结构简单,通过U型导气管和进气管实现导气组件在反应塔内的固定安装,不容易松动,可靠性高。
进一步,步骤(a)中所用催化剂为NiCl2、FeCl2、FeCl3、ZnCl2、MnCl2中的一种或两种以上的组合,步骤(b)中所用催化剂为SbCl5、TiCl4、SnCl4、FeCl3、MoCl5的一种或两种以上的组合。
进一步,步骤(a)中使用氯磺酸前先进行提纯,具体做法为通过蒸馏釜对氯磺酸进行蒸馏,收集沸点在150~152℃的馏分,然后加入到反应釜中,一般市场上出售的氯磺酸中含有少量HCl、SO3、SO2、Cl2、SO2Cl2等杂质,使用前进行提纯,提高了氯磺酸的纯度,减少这些杂质对后续反应的影响。
进一步,步骤(c)中含锂化合物为LiOH·H2O、Li2CO3、LiNH2中的一种。
进一步,步骤(a)中氯磺酸与氯磺酰异氰酸酯的摩尔比为1:0.9~1:1.1,反应温度为100~120℃,步骤(b)中双氯磺酰亚胺与氟化氢的摩尔比为1:1.5~1:2,反应温度为95~100℃,步骤(c)中双氟磺酰亚胺与含锂化合物中锂的摩尔比为1:1.2~1:1.3,反应温度为0~5℃。
本发明由于采用了上述技术方案,具有以下有益效果:
催化剂和双氯磺酰亚胺在混合盖的混合腔内进行混合,增大了催化剂和双氯磺酰亚胺的接触面积,提高了催化剂的催化效果,混合液由喷管向下喷出,搅拌辊受到冲击后发生转动,切片获得旋切力,将混合液打散成雾状,弥漫在混合筒内,氟化氢通过导气组件通入,经进气管进入到分配盒内,再经分配盒分配至各根U型导气管,U型导气管将氟化氢导入到集液斗内,受到导液斗的阻挡,氟化氢只能向下流动,与集液斗内的混合液接触,进行氟化反应,氟化氢在U型导气管内不断改变流速及流向,进入到集液斗内基本趋于稳定,未反应的氟化氢缓缓上升,与混合筒内的雾滴接触后发生反应,接触面积充足,逆流接触,接触效果好,利于氟化反应完全,提高了反应效率和反应转化率。
反应生成的HCl气体和过量的HF气体无法进入安装板与反应塔、集液斗之间的下区域内,氮气通入后,将残留在导气组件内的HF气体排入到集液斗内,逐步充满混合筒和安装板、反应塔之间的上区域,将HCl气体和HF气体从顶部排出,排除效果好,大大降低了排除难度,减少了氮气的使用量和通气时间,降低了成本,加快了整体进度,再通过水洗塔水洗吸收HCl气体和HF气体,吸收效果好,全面彻底,排空无污染,绿色环保。
本发明工艺路线短,工艺条件温和,反应体系简单,易于操作、控制,反应转化率高,保证了产品的高品质、高收率和高纯度,绿色环保,适合工业化生产。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明:
图1为本发明中反应塔和蓄液槽连接的结构示意图;
图2为本发明中反应塔和水洗塔连接的结构示意图;
图3为本发明中混合筒和导气组件连接的结构示意图;
图4为本发明中导液斗和集液斗的位置关系示意图;
图5为本发明中混合筒的结构示意图。
图中:1-反应塔;2-混合筒;3-导气组件;4-通气孔;5-混合盖;6-混合腔;7-喷管;8-搅拌辊;9-切片;10-进液管;11-加料管;12-导液斗;13-下沿部;14-集液斗;15-排液管;16-进气管;17-分配盒;18-U型导气管;19-蓄液槽;20-抽液泵;21-水洗塔;22-安装板。
具体实施方式
如图1至图5所示,为本发明一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,包括如下步骤:
(a)缩合反应:先对氯磺酸进行提纯,氯磺酸的沸点为151℃,利用常压蒸馏原理,采用蒸馏釜对氯磺酸进行蒸馏,收集沸点在150~152℃的馏分,一般市场上出售的氯磺酸中含有少量HCl、SO3、SO2、Cl2、SO2Cl2等杂质,使用前进行提纯,提高了氯磺酸的纯度,减少这些杂质对后续反应的影响。然后将氯磺酸和催化剂加入到反应釜中,搅拌并升温至100~120℃,然后滴加氯磺酰异氰酸酯进行反应,氯磺酸与氯磺酰异氰酸酯的摩尔比为1:0.9~1:1.1,得到双氯磺酰亚胺,通过蓄液槽19收集,氯磺酸与氯磺酰异氰酸酯作为反应原料,避免了SO2和HCl等废气的产生,更符合环保要求。催化剂选用NiCl2、FeCl2、FeCl3、ZnCl2、MnCl2中的一种或两种以上的组合,相较于腐蚀性强的硫酸溶液,对反应釜的损伤很小,延长了使用寿命。
(b)氟化反应:反应塔1内设有混合筒2和导气组件3,混合筒2的侧壁上均匀分布有通气孔4,混合筒2的顶部设有混合盖5,混合盖5内设有混合腔6,混合盖5的底部设有喷管7,混合筒2内转动连接有搅拌辊8,搅拌辊8上周向分布有切片9,混合盖5与反应塔1之间设有进液管10和加料管11,混合筒2的底部设有安装板22,安装板22固定在反应塔1的内壁上,提高了混合筒2的安装牢固性,安装板22将反应塔1内部分成上下两个区域,相互独立,避免过量的HF气体和生成的HCl气体充满整个反应塔1而增加后续反应塔1内废气的去除难度。安装板22的中心设有落料孔,落料孔内设有导液斗12,导液斗12为上大下小状,导液斗12的底部设有下沿部13,安装板22的底部设有集液斗14,导液斗12位于集液斗14内,集液斗14的底部与反应塔1之间设有排液管15,反应原料进入到混合盖5的混合腔6中,由喷管7喷出,搅拌辊8受到冲击后发生转动,切片9获得旋切力,将反应原料打散成雾状,弥漫在混合筒2内,增大了与氟化氢的接触面积,提高了反应效率和反应转化率,生成物经导液斗12向下导流,暂存在集液斗14内。导气组件3包括进气管16、分配盒17和U型导气管18,进气管16设于分配盒17与反应塔1的底部之间,U型导气管18设于分配盒17的侧面,U型导气管18的一端伸入到集液斗14内,导气组件3结构简单,通过U型导气管18和进气管16实现导气组件3在反应塔1内的固定安装,不容易松动,可靠性高。反应塔1通过导气组件3连接混合筒2,相互牵制,提高了导气组件3和混合筒2安装在反应塔1内的可靠性。
⑴将蓄液槽19内的双氯磺酰亚胺通过抽液泵20打入到反应塔1内,双氯磺酰亚胺经进液管10进入到混合盖5内,将催化剂通过加料管11加入到混合盖5内,使催化剂和双氯磺酰亚胺在混合盖5的混合腔6内进行混合,增大了催化剂和双氯磺酰亚胺的接触面积,提高了催化剂的催化效果。
⑵混合液经混合盖5底部的喷管7向下喷出,冲击搅拌辊8,使搅拌辊8发生转动,搅拌辊8上的切片9获得旋切力,切片9获得旋切力,将混合液打散成雾状,弥漫在混合筒2内,形成大液滴后落到集液斗14内聚集。
⑶升温至95~100℃,将氟化氢从反应塔1底部的进气管16通入,双氯磺酰亚胺与氟化氢的摩尔比为1:1.5~1:2,氟化氢进入到分配盒17内,经分配盒17分配至各根U型导气管18,U型导气管18将氟化氢导入到集液斗14内,受到导液斗12的阻挡,氟化氢只能向下流动,与集液斗14内的混合液接触,进行氟化反应,得到双氟磺酰亚胺,下沿部13的设置增大了导液斗12的阻挡范围,使得氟化氢与双氯磺酰亚胺和催化剂的混合液强制接触反应,提高了原料的利用率,从而提高了转化率。氟化氢在U型导气管18内不断改变流速及流向,进入到集液斗14内基本趋于稳定,延长了停留时间,从而增加了氟化氢与双氯磺酰亚胺的接触时间,利于反应完全。未反应的氟化氢上升后与混合筒2内的雾滴接触后发生反应,反应原料被打散成雾状小液滴,与氟化氢接触更加充分,提高了反应转化率,反应生成的HCl气体和过量的HF气体可从通气孔4流出,催化剂选用SbCl5、TiCl4、SnCl4、FeCl3、MoCl5的一种或两种以上的组合。
表1为各类催化剂的使用效果比较:
序号 | 双氯磺酰亚胺/g | 催化剂 | 氟化氢/g | 反应温度/℃ | 摩尔收率/% |
1 | 502 | SbCl<sub>5</sub> | 100 | 100℃ | 87.5 |
2 | 506 | TiCl<sub>4</sub> | 100 | 100℃ | 72.6 |
3 | 505 | SnCl<sub>4</sub> | 100 | 98℃ | 76.1 |
4 | 512 | FeCl<sub>3</sub> | 100 | 98℃ | 52.7 |
5 | 496 | MoCl<sub>5</sub> | 100 | 95℃ | 83.8 |
从表1可知,SbCl5的使用效果较好,反应速率快,反应彻底,转化率高。
⑷反应结束后将氮气经进气管16通入,通过分配盒17将氮气分配至各根U型导气管18,经U型导气管18导入到混合筒2内,再经混合筒2侧壁上的通气孔4排出,充满反应塔1内部,通气时间为5~7h,保证氮气充足的通气量,将反应塔1内的HCl气体和HF气体完全排出。
⑸反应塔1内气体从塔顶排出,进入水洗塔21进行水洗吸收处理,水洗塔21内气体从塔顶排空,反应生成的HCl气体和过量的HF气体无法进入安装板22与反应塔1、集液斗14之间的下区域内,氮气通入后,将残留在导气组件3内的HF气体排入到集液斗14内,逐步充满混合筒2和安装板22、反应塔1之间的上区域,将HCl气体和HF气体从顶部排出,排除效果好,大大降低了排除难度,减少了氮气的使用量和通气时间,降低了成本,加快了整体进度,再通过水洗塔21水洗吸收HCl气体和HF气体,吸收效果好,全面彻底,排空无污染,绿色环保。然后打开排液管15上的控制阀,将集液斗14内的溶液排出收集。
(c)锂化反应:将有机溶剂和含锂化合物加入到反应器内,降温至0~5℃,搅拌下加入双氟磺酰亚胺,有机溶剂选用乙酸乙酯、乙酸甲酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酸、***、丙醚、丁醚中的一种或多种的组合,双氟磺酰亚胺与含锂化合物中锂的摩尔比为1:1.2~1:1.3,反应结束后过滤,滤液减压脱溶,得到呈粘稠状的双氟磺酰亚胺锂盐。含锂化合物为LiOH·H2O、Li2CO3、LiNH2中的一种,选用LiOH·H2O、Li2CO3时,两者所得产品的收率差别不大,但与LiOH·H2O体系相比,Li2CO3体系中水量过少,对Li2CO3和双氟磺酰亚胺锂盐的溶解度不够,导致反应过程中体系非常黏稠,搅拌困难,还存在产品包裹Li2CO3的情况,影响了产品的品质,LiOH·H2O的反应时间也较短,反应更彻底,选用LiNH2时,反应不生成水,避免水带入体系中造成产物分解和影响产物的质量,生成的氨气也容易去除,对产品无影响。
(d)提纯:将双氟磺酰亚胺锂盐加入到装有有机溶剂的溶解槽中,有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酸、碳酸甲乙酯、丙醚、异丙醚、15-冠-5、18-冠-6、乙腈、***、乙酸甲酯、乙酸丙酯中的一种或两种以上的组合,进行搅拌溶解,同时向溶解槽中通入氮气保护,在氮气氛围下,排除外部空气因素对双氟磺酰亚胺锂盐的影响,双氟磺酰亚胺锂盐中的杂质难溶于有机溶剂,可过滤去除,以提高产品纯度,有机溶剂的用量越少,越容易造成粗产品溶解不完全,过滤时会将部分粗产品过滤出去,导致收率低,且冷却结晶过程中析出的杂质含量会变高,进而降低最终产品的纯度。有机溶剂的用量越大,所溶解的杂质含量会变高,在冷却结晶时最终产品中掺入的杂质含量会变高,选择有机溶剂的使用量为双氟磺酰亚胺锂盐质量的5~6倍。有机溶剂优选为15-冠-5、18-冠-6和乙腈的混合溶剂,18-冠-6和15-冠-5可以降低杂质在乙腈中的溶解度,可过滤除去杂质,以提高产品的纯度。
过滤后对滤液进行降温冷却,降温速率为2℃/h~4℃/h,降温至-10~0℃,结晶析出,经过滤、干燥后得到高纯产品,将有机溶剂析晶和降温析晶两种析晶方式结合,降低了杂质含量,大大提高了产品的纯度。表2为降温速率对产品纯度的影响:
降温速率/(℃*h<sup>-1</sup>) | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
产品纯度/% | 95.1 | 94.8 | 94.3 | 93.2 | 91.1 | 88.3 | 84.7 | 80.3 |
从表2可知,当降温速率大于4℃/h时,产品纯度随着降温速率的增大明显降低,降温速率越大,产品的析出速率越大,容易导致产品晶核生长不完整,杂质易于掺杂在晶体中,杂质含量增大,产品纯度降低,降温速率优选为3℃/h,利于形成粒度均一的晶体,减少杂质掺入,以提高产品纯度。
实施例1
将450g氯磺酸和1.8gZnCl2加入到反应釜中,开启搅拌,升温至100~105℃,滴加630g氯磺酰异氰酸酯进行反应,搅拌反应9h,减压蒸馏,得到产物双氯磺酰亚胺813g;取680g双氯磺酰亚胺、0.6gSnCl4加入反应塔1内,升温至95~100℃,将160g氟化氢通入到反应塔1内,反应7h后自然冷却至室温,通入氮气6h,得到产物双氟磺酰亚胺561g;将500g乙酸甲酯、10gLiOH·H2O加入到反应器内,降温至0~5℃,搅拌下加入150g双氟磺酰亚胺,反应结束后过滤,滤液减压脱溶,得到呈粘稠状的双氟磺酰亚胺锂盐,将上述双氟磺酰亚胺锂盐加入到装有550g冠醚(15-冠-5)的溶解槽中,搅拌溶解1h,同时向溶解槽中通入氮气保护,过滤后对滤液进行降温冷却,降温速率为2℃/h,降温至-10~-5℃,结晶析出,经过滤、干燥后得到产品146g,收率为95.1%。
实施例2
将500g氯磺酸和2.0gMnCl2加入到反应釜中,开启搅拌,升温至100~105℃,滴加700g氯磺酰异氰酸酯进行反应,搅拌反应10h,减压蒸馏,得到产物双氯磺酰亚胺946g;取800g双氯磺酰亚胺、1.2g SbCl5加入反应塔1内,升温至95~100℃,将220g氟化氢通入到反应塔1内,反应8h后自然冷却至室温,通入氮气7h,得到产物双氟磺酰亚胺673g;将500g碳酸二甲酯、34gLi2CO3加入到反应器内,降温至0~5℃,搅拌下加入150g双氟磺酰亚胺,反应结束后过滤,滤液减压脱溶,得到呈粘稠状的双氟磺酰亚胺锂盐,将上述双氟磺酰亚胺锂盐加入到装有550g乙腈的溶解槽中,搅拌溶解1h,同时向溶解槽中通入氮气保护,过滤后对滤液进行降温冷却,降温速率为3℃/h,降温至-5~0℃,结晶析出,经过滤、干燥后得到产品145g,收率为94.7%。
实施例3
将480g氯磺酸和2.1gNiCl2加入到反应釜中,开启搅拌,升温至100~105℃,滴加670g氯磺酰异氰酸酯进行反应,搅拌反应10h,减压蒸馏,得到产物双氯磺酰亚胺882g;取700g双氯磺酰亚胺、1.1g MoCl5加入反应塔1内,升温至95~100℃,将200g氟化氢通入到反应塔1内,反应8h后自然冷却至室温,通入氮气7h,得到产物双氟磺酰亚胺582g;将500g***、25g LiNH2加入到反应器内,降温至0~5℃,搅拌下加入150g双氟磺酰亚胺,反应结束后过滤,滤液减压脱溶,得到呈粘稠状的双氟磺酰亚胺锂盐,将上述双氟磺酰亚胺锂盐加入到装有550g丙醚的溶解槽中,搅拌溶解1h,同时向溶解槽中通入氮气保护,过滤后对滤液进行降温冷却,降温速率为4℃/h,降温至-5~0℃,结晶析出,经过滤、干燥后得到产品140g,收率为92.4%。
以上仅为本发明的具体实施例,但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础,为解决基本相同的技术问题,实现基本相同的技术效果,所作出的简单变化、等同替换或者修饰等,皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(a)缩合反应:先将氯磺酸和催化剂加入到反应釜中,搅拌并升温,然后加入氯磺酰异氰酸酯进行反应,得到双氯磺酰亚胺,通过蓄液槽收集;
(b)氟化反应:
⑴将蓄液槽内的双氯磺酰亚胺通过抽液泵打入到反应塔内,双氯磺酰亚胺经进液管进入到混合盖内,将催化剂通过加料管加入到混合盖内,使催化剂和双氯磺酰亚胺在混合盖内进行混合;
⑵混合液经混合盖底部的喷管向下喷出,冲击搅拌辊,使搅拌辊发生转动,搅拌辊上的切片获得旋切力,将混合液打散成雾状,液滴落到集液斗内聚集;
⑶将氟化氢从反应塔底部的进气管通入,进入到分配盒内,氟化氢经分配盒分配至各根U型导气管,U型导气管将氟化氢导入到集液斗内,受到导液斗的阻挡,使得氟化氢与集液斗内的混合液接触,进行氟化反应,得到双氟磺酰亚胺;
⑷反应结束后将反应塔内的废气排出,并进行吸收,然后打开排液管上的控制阀,将集液斗内的溶液排出收集;
(c)锂化反应:将有机溶剂和含锂化合物加入到反应器内,降温后搅拌,然后加入双氟磺酰亚胺,反应得到双氟磺酰亚胺锂盐。
2.根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,其特征在于:步骤(c)后还包括步骤(d)提纯:将双氟磺酰亚胺锂盐加入到装有有机溶剂的溶解槽中,进行搅拌溶解,同时向溶解槽中通入氮气保护,过滤后对滤液进行降温冷却,降温速率为2℃/h~4℃/h,结晶析出,经过滤、干燥后得到产品。
3.根据权利要求2所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,其特征在于:所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酸、碳酸甲乙酯、丙醚、异丙醚、15-冠-5、18-冠-6、乙腈、***、乙酸甲酯、乙酸丙酯中的一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,其特征在于:步骤(b)中排出反应塔内废气的具体做法为:
⑴将氮气经进气管通入,通过分配盒将氮气分配至各根U型导气管,经U型导气管导入到混合筒内,再经混合筒侧壁上的通气孔排出,充满反应塔内部,通气时间为5~7h;
⑵反应塔内气体从塔顶排出,进入水洗塔进行水洗吸收处理,水洗塔内气体从塔顶排空。
5.根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,其特征在于:步骤(b)中所述反应塔内设有混合筒,所述混合筒的侧壁上均匀分布有通气孔,所述混合筒的顶部设有混合盖,所述混合盖内设有混合腔,所述混合盖的底部设有喷管,所述混合筒内转动连接有搅拌辊,所述搅拌辊上周向分布有切片,所述混合盖与所述反应塔之间设有进液管和加料管,所述混合筒的底部设有安装板,所述安装板固定在所述反应塔的内壁上,所述安装板的中心设有落料孔,所述落料孔内设有导液斗,所述导液斗的底部设有下沿部,所述安装板的底部设有集液斗,所述导液斗位于所述集液斗内,所述集液斗的底部与所述反应塔之间设有排液管。
6.根据权利要求5所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,其特征在于:所述反应塔内设有导气组件,所述导气组件包括进气管、分配盒和U型导气管,所述进气管设于所述分配盒与所述反应塔的底部之间,所述U型导气管设于所述分配盒的侧面,所述U型导气管的一端伸入到所述集液斗内。
7.根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,其特征在于:步骤(a)中所用催化剂为NiCl2、FeCl2、FeCl3、ZnCl2、MnCl2中的一种或两种以上的组合,步骤(b)中所用催化剂为SbCl5、TiCl4、SnCl4、FeCl3、MoCl5的一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,其特征在于:步骤(a)中使用氯磺酸前先进行提纯,具体做法为通过蒸馏釜对氯磺酸进行蒸馏,收集沸点在150~152℃的馏分,然后加入到反应釜中。
9.根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,其特征在于:步骤(c)中所述含锂化合物为LiOH·H2O、Li2CO3、LiNH2中的一种。
10.根据权利要求1所述的一种双氟磺酰亚胺锂的制备方法,其特征在于:步骤(a)中氯磺酸与氯磺酰异氰酸酯的摩尔比为1:0.9~1:1.1,反应温度为100~120℃,步骤(b)中双氯磺酰亚胺与氟化氢的摩尔比为1:1.5~1:2,反应温度为95~100℃,步骤(c)中双氟磺酰亚胺与含锂化合物中锂的摩尔比为1:1.2~1:1.3,反应温度为0~5℃。
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