一种亚胺碱金属盐和离子液体及其作为非水电解质的应用

摘要

本发明提供了一种含“S-氟烷基磺酰亚胺基”的氟烷基磺酰亚胺盐碱金属盐和含“S-氟烷基磺酰亚胺基”的氟烷基磺酰亚胺阴离子与锍盐、铵盐、磷盐阳离子组成的离子液体，本发明以硫价态为+4的(氟烷基磺酰)(氟烷基亚磺酰)亚胺与羟胺氧磺酸反应来制备氟烷基磺酰亚胺的中间体氟代烷基（S-氟烷基磺酰亚氨基）磺酰胺，有效缩短了由(氟烷基磺酰)(氟烷基亚磺酰)亚胺通过氯化、氟化、胺化三步骤制备氟代烷基（S-氟烷基磺酰亚氨基）磺酰胺的路线，操作简便，产率和纯度高，该碱金属盐具有较好的热稳定性和耐水解性，在传统碳酸酯溶液中具备高的电导率和氧化电位，与广泛应用的电极材料的相容性好，其离子液体可用于锂离子电池和碳基超级电容器。

主权项

制备以下式(Ⅵ)所示结构的亚胺碱金属盐和以下式(Ⅶ)所示结构的亚胺碱金属盐的方法，包括以下步骤： 式(Ⅵ)、式(Ⅶ)中 M⁺是Li、Na、K、Rb或Cs； RF¹＝CmF2m+1，m＝0－8或H(CF2CF2O)nCF2CF2或F(CF2CF2O)nCF2CF2，n＝1，2，3，4，5或6； RF²＝CmF2m+1，m＝0－8或H(CF2CF2O)nCF2CF2或F(CF2CF2O)nCF2CF2，n＝1，2，3，4，5或6； RF³＝CmF2m+1，m＝0－8或H(CF2CF2O)nCF2CF2或F(CF2CF2O)nCF2CF2，n＝1，2，3，4，5或6； RF⁴＝CmF2m+1，m＝0－8或H(CF2CF2O)nCF2CF2或F(CF2CF2O)nCF2CF2，n＝1，2，3，4，5或6； RF¹、RF²、RF³和RF⁴可以相同或不同；步骤1：将氟烷基亚磺酸盐、二氯亚砜按化学计量摩尔比为1：1～1：10混合置于反应烧瓶中，加入氯苯为溶剂，在30～100℃下反应2～8小时，然后将氟烷基亚磺酰氯蒸出； 步骤二：在氩气保护下，将氟烷基亚磺酰氯，氟烷基磺酰胺按化学计量摩尔比为1：1～3：1的比例，加入适量有机溶剂在搅拌下混合于反应瓶中，将上述混合物在‑20～60℃下反应8～48小时，然后减压抽滤除掉固体副产物，在搅拌下，分次将1.2～5倍于亚胺化合物摩尔数的 无水碳酸钾、无水碳酸铯或无水碳酸铷固体，加入到上述的有机溶液中；加完无水碳酸钾、无水碳酸铯或无水碳酸铷后，继续反应5～20小时，减压过滤，滤去不溶物，得产物(氟烷基磺酰)(氟烷基亚磺酰)亚胺碱金属盐； 步骤三：将步骤二中制备的(氟烷基磺酰)(氟烷基亚磺酰)亚胺碱金属盐溶于水中，按化学计量摩尔比为1：1～1：5，加入羟胺氧磺酸，在‑20～60℃下搅拌，反应时间为4～24小时，反应完毕后，加入乙醚萃取产物，得到氟烷基(S‑氟烷基磺酰亚胺基)磺酰胺； 步骤四：将相应的磺酰氟按化学计量摩尔比为1：1～1.5：1滴加到步骤三得到的氟烷基(S‑氟烷基磺酰亚胺基)磺酰胺中，加入体积1～5倍的有机溶剂，所述的有机溶剂是二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、丙酮、乙腈、硝基甲烷、碳酸二甲酯或碳酸丙烯酯，在‑40～60℃下搅拌，反应时间为4～24小时，反应完毕后，减压抽滤除掉固体副产物，在搅拌下，分次将1.2～5倍于亚胺化合物摩尔数的无水碳酸钾、无水碳酸铯或无水碳酸铷固体加入到上述的有机溶液中，继续反应5～20小时，减压过滤，滤去不溶物后得到相应的产物(氟烷基(S‑氟烷基磺酰亚胺基)磺酰)(氟烷基磺酰)亚胺钾盐、(氟烷基(S‑氟烷基磺酰亚胺基)磺酰)(氟烷基磺酰)亚胺铯盐或(氟烷基(S‑氟烷基磺酰亚胺基)磺酰)(氟烷基磺酰)亚胺铷盐； 步骤五：将步骤三得到的氟烷基(S‑氟烷基磺酰亚胺基)磺酰胺、二氯亚砜按化学计量1：1～1：5混合置于反应烧瓶中，加入和(S‑氟烷基磺酰亚胺基)(氟烷基)磺酰胺摩尔比为1：1～1：3的氯磺酸，在60～150℃下搅拌，反应时间为4～24小时，反应完毕后，减压蒸馏得到(氟烷基(S‑氟烷基磺酰亚胺基)磺酰)(氯磺酰)亚胺，按化学计量加入摩尔比为1：1～1：3的三氟化锑，在0～60℃下搅拌，反应时间为4～24小时，反应完毕后，减压蒸馏得到(氟烷基(S‑氟烷基磺酰亚胺基)磺酰)(氟磺酰)亚胺，加入极性非质子溶剂，所述极性非质子溶剂是乙腈、硝基甲烷或碳酸二甲酯，分次将1.2～5倍于亚胺化合物摩尔数的无水碳酸钾、无水碳酸铯或无水碳酸铷固体加入到上述的有机溶液中，继续反应5～20小时，减压过滤，滤去不溶物即相应得到((S‑氟烷基磺酰亚胺基)(氟烷基)磺酰)(氟磺酰)亚胺钾盐、((S‑氟烷基磺酰亚胺基)(氟烷基)磺酰)(氟磺酰)亚胺铯盐或((S‑氟烷基磺酰亚胺基)(氟烷基)磺酰)(氟磺酰)亚胺铷盐；将上述步骤四和本步骤制备的(氟烷基(S‑氟烷基磺酰亚胺基)磺酰)(氟烷基磺酰)亚胺钾或(氟代烷基(S‑氟烷基磺酰亚胺基)磺酰)(氟磺酰)亚胺钾溶解至极性非质子溶剂中，与等摩尔数的MClO₄或MBF₄，M＝Li,或Na进行复分解交换反应，得到无色的锂盐或钠盐，其中所述的极性非质子溶剂是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙腈或丙酮。