二(三氟甲基磺酰)亚胺锂研发技术报告

二(三氟甲基磺酰)亚胺锂研发技术报告

1 二(三氟甲基磺酰)亚胺锂性能简介

二(三氟甲基磺酰)亚胺锂是二(全氟甲基磺酰)亚胺盐化合物系列的第1个成员，又名三氟甲基磺酰亚胺锂、二(三氟甲基磺酰)酰亚胺锂，CAS号：90076-65-6，分子式：LiN(CF3SO2)2，英文名称：bistrifluoromethanesulfonimide lithium salt，相对分子量为287，熔点236～237℃，具有良好的热稳定性，加热到360℃才开始分解。电化学稳定性较高。作为锂离子二次电池的电解质，其稳定电压约为5 V。它属于有机阴离子锂盐，从N(CF3SO2 )2的化学结构看，电负性中心的氮原子和2个硫原子同时具有强烈的吸电子能力的-CF3官能团并存。其阴离子电荷分散程度高，阴离子半径在目前所见的电解质锂盐中最大，因此较易电离。它在有机溶剂中易溶解，其溶液呈路易斯酸性，在溶液中的解离度大，离子迁移率高，电导率高。它是目前稳定性最好的有机电解质锂盐。

2 二(三氟甲基磺酰)亚胺锂的应用

2.1 作锂电次有机电解质锂盐

LiN(CF3SO2)2用作锂离子电池有机电解质锂盐，具有较高的电化学稳定性和电导率，而且在较高的电压下对铝集液体没有腐蚀作用。用EC/DMC配成1mol/L 电解质溶液，电导率可达1.0×10-2S/cm。在-30℃下电导率仍然可达到1.0×10-3S/cm 以上，在军事上有着重要的使用价值。

2.2 作反应催化剂

LiN(CF3SO2)2和其他同系物化合物MN(R f SO2)2(其中，M为+1价阳离子，如H+，Li+，Na+，K+等；R f为CF3，C2F5，C3F7，C4F9等全氟烷基)，是用于催化裂化、加氢裂化、催化重整、异构化、烯烃水合、甲苯歧化、酯类脱水以及酰基化反应等过程的路易斯酸催化剂。

这种酸催化剂和过去传统的氯化铝和氯化锡以及已知的氧化铝、沸石等固体酸性催化剂相比，显示出其活性高、用量少、可再生、不给环境造成污染等优点。例如把二(三氟甲基磺酰)亚胺锂用硫酸亚胺化并精制，用于苯甲醚的无水乙酸溶液的乙酰化反应，在乙腈存在下，70℃经过2h反应，苯甲醚的95%转化为甲氧基乙酰苯，其选择性(以苯甲醚为基准)达98%。

2.3 制备室温离子液体

LiN(CF 3SO 2)2是制备某些重要室温离子液的基本原料。以下介绍2种离子液的合成路线：

① 用于锂离子电池电解液的季胺盐类室温离子液体的合成：

R 1R 2R 3N+R 41R 2R 3R 4N +I -R 1R 2R 3R 4N +I -+L i N(CF 3SO 2)2R 1R 2R 3R 4N +N(CF 3SO 2)2-+L i I

② N-甲基-N-丙基哌啶-二(三氟甲基磺酸)亚胺盐离子液(PP13-TFSI ，P-T) N CH 3

+CH 3(CH 2)n Br 70℃

N (CH 2)nCH 3

CH 3

+N (CH 2)nCH 3

CH 3Br -+L i +N -

2CF 3SO 2CF 3室温2N

(CH 2)n CH 3CH 3+2CF 3SO 2CF 3N -+L i Br Br -

P-T ，n=3或4

粗品经2次水洗，将锂盐彻底洗掉，得到产品。

3 二(三氟甲基磺酰)亚胺锂的制备

3.1 制备方法及简介

LiN(CF 3SO 2)2的应用开始于20世界90年代，首先由3M 公司商品化。先后报道的合成方法有8种，这里简评其中的4种。

① 全氟烷基磺酰卤化物和金属氮化物反应：

2CF 3SO 2X +L i N (CF 3SO 2)2NL i +2L i X

式中X 表示卤素。因Li 3N 不稳定，故该法不适宜工业化。

② 无水三氟甲基磺酸和尿素或胺的卤化物反应：

(CF 3SO 2)2O+CO(NH 2)2

(CF 3SO 2)2NH+NH 3+CO 2 (CF 3SO 2)2O+NH 4(CF 3SO 2)2NH+H 2O+HX

式中X 表示卤素。此方法工艺过程需要高压反应装置，收率低，产品精馏困难，不适合规模化生产。

③三氟甲基磺酰氟和三氟甲基磺酰胺锂反应：

CF3SO2NHL i

(CF3SO2)2F+(CF3SO2)2NL i+HF 此方法的工艺中需要使用贵重的硅氮衍生物，工艺复杂，需要加压反应，并产生腐蚀性强的氟化氢气体，反应装置需耐高压、耐腐蚀，不宜工业化生产。

④三氟甲基磺酸酰氯与[(CH3)3Si]2NLi反应：

2CF3SO2Cl+[(CH3)3S i]2NL i(CF3SO2)2L i+2(CH3)3S i Cl 0℃下，边搅拌边滴加CF3SO2Cl到溶有[(CH3)3Si]2L i的四氢呋喃溶液中。然后加热至室温反应，反应毕后过滤。滤液经蒸发器在40～70℃(2kPa)下蒸发后，在120℃下真空定量乙醇，在78℃下搅拌1h，过滤后滤液蒸干并干燥，得纯净的白色粉末状LiN(CF3SO2)2，收率为64%。

此法工艺过程比较长，操作复杂，由于采用二(三甲基硅烷)胺基锂作基本原料，成本高，因此不合适大批量工业化生产。