双氟磺酰亚胺锂的纯度测定

背景及概述^[1][2]

双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)由于具有稳定性高 (200℃以下不分解)、低温性能优异、水解稳定性好和环境更友好等优点，可作为替代六氟磷酸锂的下一代二次锂离子电池电解质锂盐。双氟磺酰亚胺锂具有电化学稳定性好、耐水解性好以及电导率高等特点，可以在电解液中普遍使用，尤其在动力电池中，可改善动力电池的循环性能以及倍率性能。

制备^[1]

在250ml单口烧瓶中加入10g(0.046mol)实施例1所得的纯度≥99.9％的双(氟磺酰) 亚胺钾，加入50ml溶剂(20ml乙酸乙酯、15ml乙酸丁酯、15ml乙腈)，机械搅拌至完全溶解，得到双(氟磺酰)亚胺钾溶液。另取4.3g(0.046mol)四氟硼酸锂溶于50ml溶剂(5ml 二氯甲烷、15ml乙酸乙酯、15ml乙酸丁酯、15ml乙腈)，得到四氟硼酸锂溶液。将双(氟磺 酰)亚胺钾溶液缓慢滴加到40℃的四氟硼酸锂溶液中，保持机械搅拌，反应30分钟。反应 后过滤掉不溶物，取滤液，650Pa减压加热到50℃，将滤液浓缩至其原体积的1/4。趁热将浓缩液加入到300ml二氯甲烷中，在室温下静置48小时。待晶体充分生长后用二氯甲烷和氯 仿洗涤晶体，得到高纯度双(氟磺酰)亚胺锂。得到的高纯度双(氟磺酰)亚胺锂，ICP检测铁离子＜0.1ppm，钠离子浓度为1.49ppm， 钾离子浓度为3.5ppm，由离子色谱测定氯离子含量为20.2ppm，¹⁹FNMR(400MHz，D₂O)：δ (ppm)53.59。

提纯方法^[2]

在500mL反应瓶A中加入200g乙酸丁酯、37.4g(0.2mol)双氟磺酰亚胺锂粗品(纯度 98.1％，水分0.5％)，搅拌溶解后，过滤除去不溶物。在500mL反应瓶B中加入过滤后的滤液，加入乙酸酐10g，通干燥氮气，在50℃条件下搅拌处理3h。将处理后的溶液转移进行减压蒸发浓缩，浓缩至溶液剩余60g停止，将浓缩液移入无水手套箱，向其中加入二氯甲烷120g，搅拌0.5h后静置结晶，12h后过滤。将得到的晶体经真空干燥后称重25.2g，得到纯品。

纯度测定^[3]

双氟磺酰亚胺锂在高温下容易水解，在低温下完全电离生成双氟磺酰亚胺根离子 及锂离子，其化学反应如下所示：

Li(FSO₂)₂NH+H₂O＝[(FSO₂)₂NH]^-+Li⁺

本发明采用离子色谱检测双氟磺酰亚胺锂的纯度，检测步骤如下：

(1)离子色谱操作条件：

采用Supp5或其它同类型的色谱柱；进样量为20uL；洗脱液为碳酸钠-乙腈水溶液， 其中，碳酸钠的浓度为8-10mmol/L，乙腈的质量分数为20％-30％，采用所述浓度的洗脱液 对分离效果和峰形并无显著影响，本实施例采用碳酸钠浓度为9mmol/L、乙腈的质量分数为 25％的洗脱液进行等梯度洗脱。

色谱柱温度为30-45℃；通常，色谱柱温度对分离度有一定的影响，温度越高，分离 度越好，峰形呈正态分布；因此，为了减少双氟磺酰亚胺锂的水解，得到理想的峰形，优选温 度为30-34℃。

(2)标准溶液的配制：称取双氟磺酰亚胺锂1.0983g于25mL烧杯中，用4度的超纯水定容于100mL容量瓶中，制成浓度为10.575g/L的双氟磺酰亚胺根标准储备液，分别移取 1.0mL、3.0mL、5.0mL、7.0mL、10.0mL标准储备液于5个100mL容量瓶中，用4度的超纯水定容， 分别得到105.75mg/L、317.25mg/L、528.75mg/L、740.25mg/L、1057.5mg/L的标准溶液。

(3)样品溶液的配制

称取1g(精确至0.0001g)的双氟磺酰亚胺锂样品溶于水中，于25mL烧杯中，加入适 量冰超纯水溶解后转移至100mL容量瓶中，用超纯水洗涤烧杯，洗涤液一并转入容量瓶中，用超纯水定容，摇匀得到待测样品。

(4)标准工作曲线：将标准溶液过滤后进样分析，根据双氟磺酰亚胺根的浓度和出峰面积绘制标准工作曲线

(5)检测：将样品溶液过滤后进样分析，将与步骤(4)相同时间下所得双氟磺酰亚胺根的出峰面积带入步骤(4)所得的标准工作曲线中，得样品溶液中双氟磺酰亚胺根的浓度。

(6)双氟磺酰亚胺锂纯度的计算：

式中：w:双氟磺酰亚胺锂纯度，单位为百分数(％)；

c：曲线计算得到双氟磺酰亚胺根离子的浓度，单位为毫克/升(mg/L)；

V：样品前处理定容体积，单位为毫升(mL)；

m：称取样品的质量，单位为克(g)

187：双氟磺酰亚胺锂摩尔质量，单位克/摩尔g/moL；

180.06：双氟磺酰亚胺根摩尔质量，单位克/摩尔g/moL；

主要参考资料

[1] CN201410571793.2 一种双(氟磺酰)亚胺锂的制备方法

[2] CN201710261887.3 一种双氟磺酰亚胺锂的提纯方法

[3] CN201810081611.1 一种双氟磺酰亚胺锂纯度的测定方法