隨著國家對新能源汽車扶持力度的持續(xù)加大，新能源汽車市場占有率逐年增長，鋰離子電池作為新能源汽車主要動力及儲能設(shè)備也迎來了井噴式的發(fā)展。鋰離子電池四大關(guān)鍵材料包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其中電解液在電池中承擔(dān)正負(fù)極之間傳輸電荷的作用，它的質(zhì)量好壞直接影響電池循環(huán)壽命、安全性能以及能量密度。六氟磷酸鋰LiPF6具有良好的離子電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定性以及能在鋁箔上形成一層穩(wěn)定的鈍化膜，已被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池中。但是LiPF6穩(wěn)定性較差，極易發(fā)生分解反應(yīng)，在高溫下容易發(fā)生爆炸，不利于儲存和使用。
雙氟磺酰亞胺鋰(簡稱LiFSI)作為一種重要的鋰離子電池電解液添加劑，具有電化學(xué)穩(wěn)定性好、耐水解性好以及電導(dǎo)率高等特點，可以在電解液中普遍使用，尤其在動力電池中，可改善動力電池的循環(huán)性能以及倍率性能。雙氟磺酰亞胺鋰是使用于鋰電池電解液中的新型電解質(zhì)鋰鹽，對環(huán)境友好，且安全性能好，具備了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的基本條件。與傳統(tǒng)的鋰鹽六氟磷酸鋰相比，雙氟磺酰亞胺鋰中鋰離子更加容易解離，因此具有更高的電導(dǎo)率；雙氟磺酰亞胺鋰分解溫度高于200℃，熱穩(wěn)定性和安全性能明顯優(yōu)于鋰鹽六氟磷酸鋰；另外在改善高溫存儲、低溫放電等性能方面也有獨(dú)特效果，且具有與電極良好的相容性等優(yōu)良特性，因此，雙氟磺酰亞胺鋰在鋰離子電池中是一個具有良好前景的電解質(zhì)。
目前，國內(nèi)外公開報道的雙氟磺酰亞胺鋰的制備技術(shù)，主要有兩種路線：
(1) 由雙氟磺酰亞胺鉀鹽與四氟硼酸鋰或高氯酸鋰等有機(jī)鋰鹽在非質(zhì)子有機(jī)溶劑中發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成雙氟磺酰亞胺鋰和四氟硼酸鉀或高氯酸鉀，再經(jīng)過濾分離，蒸發(fā)濃縮結(jié)晶得到產(chǎn)品。其缺陷在于：① 復(fù)分解反應(yīng)難以完全，產(chǎn)品中殘留的鉀離子較高；② 作為反應(yīng)原料的四氟硼酸鋰和高氯酸鋰在反應(yīng)有機(jī)溶劑中具有較大的溶解度，難以分離，得到的產(chǎn)品中往往含有部分未反應(yīng)或過量的原料，產(chǎn)品純度不高；③ 原料四氟硼酸鋰或高氯酸鋰等有機(jī)鋰鹽售價較高，導(dǎo)致制造成本偏高；高氯酸鋰為易爆性化合物，帶來一定的安全風(fēng)險，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
(2) 雙氟磺酰亞胺與堿性鋰鹽如氫氧化鋰或碳酸鋰等在低極性有機(jī)溶劑中發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，生成雙氟磺酰亞胺鋰和水。再通過加入二氯亞砜與水反應(yīng)生成氯化氫和二氧化硫氣體，以達(dá)到除水目的。過濾，固液分離，再進(jìn)行進(jìn)一步的純化處理得到產(chǎn)品。其主要缺陷在于：① 雙氟磺酰亞胺為質(zhì)子強(qiáng)酸，與堿反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量熱量。反應(yīng)過程需冷凍低溫控制，能耗高；② 該反應(yīng)本質(zhì)為酸堿中和反應(yīng)，同時生成等摩爾的水，采用二氯亞砜除水反應(yīng)難以徹底，反應(yīng)時間較長，三廢多。同時，除水反應(yīng)過程易造成產(chǎn)品部分水解，導(dǎo)致產(chǎn)品中水份殘留、氯離子和硫酸根離子超標(biāo)，難以得到高品質(zhì)的產(chǎn)品。
錐形過濾洗滌干燥機(jī)優(yōu)化的雙氟磺酰亞胺鋰提純工藝，反應(yīng)條件溫和，易于操作，產(chǎn)生的三廢少，對環(huán)境友好，能夠較為簡便的獲得高技術(shù)指標(biāo)的高純雙氟磺酰亞胺鋰產(chǎn)品，雙氟磺酰亞胺鋰產(chǎn)品中殘留的水份、游離酸、氟離子、氯離子和其它雜質(zhì)等可控制在較低的水平，具有較高的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和收率。
錐形過濾洗滌干燥機(jī)提純雙氟磺酰亞胺鋰 工藝步驟
反應(yīng)液通過管道進(jìn)入濃縮結(jié)晶釜，升溫至 25～30℃蒸餾，經(jīng)一級-15℃冷凍鹽水+-50℃深冷回收一定量的氟化氫，時間 2～3h。再低溫結(jié)晶過程控制溫度-35℃，時間 3h。
結(jié)晶后進(jìn)入三合一進(jìn)行過濾，母液蒸餾經(jīng)一級-15℃冷凍鹽水+-50℃深冷回收氟化氫。過濾固體在三合一中加入二氯甲烷溶劑進(jìn)行洗滌、過濾，過濾母液蒸餾經(jīng)一級 15℃冷凍鹽水+-50℃深冷回收二氯甲烷。粗品減壓干燥得到雙氟磺酰亞胺鋰。
(1) 無水鹵化鋰鹽與非極性溶劑混合攪拌條件下，滴加雙氟磺酰亞胺，尾氣采用堿液吸收；滴加完畢后于0～60℃繼續(xù)反應(yīng)1～12小時后，降至室溫，滴加有機(jī)堿性化合物，調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH至5～8；過濾，濾餅采用非極性溶劑淋洗，得到雙氟磺酰亞胺鋰粗產(chǎn)品。
(2) 雙氟磺酰亞胺鋰的制備方法還包括將雙氟磺酰亞胺鋰粗產(chǎn)品溶解于非質(zhì)子極性有機(jī)溶劑中，過濾去除不溶物，濾液經(jīng)減壓濃縮后，加入不良溶劑結(jié)晶；經(jīng)過濾、洗滌、干燥，得到高純雙氟磺酰亞胺鋰產(chǎn)品，該雙氟磺酰亞胺鋰純度≥99.70%，水份≤30ppm，酸度（以HF計）≤50ppm，游離氯≤10ppm，金屬鉀、鈉等雜質(zhì)離子均≤5ppm。
(3) 非質(zhì)子極性有機(jī)溶劑為酯類化合物、酮類化合物、腈類化合物或醚類化合物，選自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸異丙酯、丙酮、甲乙酮、丁酮、乙腈、丙腈、乙醚、異丙醚、甲基叔丁基醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、1,4-二氧六環(huán)、四氫呋喃或2-甲基四氫呋喃中的一種或兩種以上的混合。
(4) 非質(zhì)子極性有機(jī)溶劑的加入量為雙氟磺酰亞胺鋰粗產(chǎn)品的0.8～5倍質(zhì)量倍數(shù)；從能耗、過濾作業(yè)順暢等角度綜合考慮，所述非質(zhì)子極性有機(jī)溶劑加入量優(yōu)選為雙氟磺酰亞胺鋰粗產(chǎn)品的1～3倍質(zhì)量倍數(shù)。
(5) 非極性溶劑為鹵代烷烴類，選自二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、三氯乙烷、四氯乙烷、二氯丙烷、三氯丙烷、四氯丙烷中的一種或兩種以上的混合；優(yōu)選為相對毒性更低的二氯甲烷、二氯乙烷，更優(yōu)選的，當(dāng)非極性溶劑為二氯甲烷時，保溫反應(yīng)溫度控制為回流溫度60℃。
(6) 非極性溶劑的加入量為雙氟磺酰亞胺的1～5倍質(zhì)量倍數(shù)。
(7) 鹵代烷烴非極性溶劑中具有較好的溶解度，而產(chǎn)品雙氟磺酰亞胺鋰在該類溶劑中幾乎不溶，通過簡單過濾即可達(dá)到較好的分離效果。
(8) 本工藝為無水體系，從而根本上避免了反應(yīng)原料及目標(biāo)產(chǎn)物在升溫和酸性條件下的水解問題。
錐形過濾洗滌干燥機(jī)提純雙氟磺酰亞胺鋰 工作原理
(1) 壓濾或真空過濾
反應(yīng)結(jié)束，打開下部濾液出口，在設(shè)備內(nèi)通入壓縮空氣或氮?dú)獾葰怏w，對經(jīng)過反應(yīng)的固液混合物進(jìn)行加壓過濾，直到把機(jī)內(nèi)物料壓干。也可在濾液出口抽真空，對物料進(jìn)行真空過濾，直到把濾液抽干為止。過濾時可使空心軸和空心螺帶按順時針方向旋轉(zhuǎn)(從頂部往下看)，對物料進(jìn)行提升，并使空心螺帶在旋轉(zhuǎn)時限制濾餅層的厚度，使物料在薄的濾餅層條件下進(jìn)行過濾，以提高過濾速率。對于易過濾的物料，過濾時可不攪拌，直接把物料濾干。
(2) 可多次洗滌過濾
有些物料過濾完以后，還要進(jìn)行多次洗滌。反應(yīng)過濾干燥多功能機(jī)用于對物料的反復(fù)多次洗滌是理想的設(shè)備。物料在機(jī)內(nèi)壓干后，可在頂部洗滌液入口加入洗滌液, 然后通過空心軸和空心螺帶的攪拌，對濾餅進(jìn)行均勻再漿，再漿攪拌均勻后再把物料壓干。若洗滌一次不夠，可進(jìn)行多次洗滌，這時重復(fù)上述步驟多次即可，操作方便，勞動強(qiáng)度極低。
(3) 真空干燥
過濾或洗滌過濾壓干的濾餅存留在機(jī)內(nèi)，這時在筒體夾套、錐體夾套和空心軸、空心螺帶內(nèi)通入熱媒，對物料進(jìn)行加熱，同時空心軸和空心螺帶仍以順時針方向旋轉(zhuǎn)(從頂部往下看)，對物料進(jìn)行向上提升并充分?jǐn)嚢?，而在設(shè)備的頂部則進(jìn)行抽真空，使物料在機(jī)內(nèi)進(jìn)行真空密閉干燥。由于除夾套加熱以外，還有空心軸和空心螺帶從內(nèi)部加熱，再加上是在抽真空條件下進(jìn)行干燥，因而干燥效率很高。
(4) 脈動真空深度干燥
真空干燥過程是采用真空系統(tǒng)將罐內(nèi)的惰性氣體抽走，使氣體分子數(shù)減少，隔絕空氣，主要適合于易氧化變質(zhì)的物料，也適合于蒸發(fā)需要回收溶劑的物料、熱敏性物料。真空狀態(tài)下，可以減少物料染菌的機(jī)會，或者抑制某些細(xì)菌的生長，因此特別適合于無菌物料的干燥。
過濾洗滌干燥一體機(jī)的加熱有以下幾種加熱方式：筒體有半管或夾套，是主要提供的加熱部件、底盤內(nèi)加熱裝置、通過軸端的旋轉(zhuǎn)接頭連通的空心槳葉。這些加熱結(jié)構(gòu)可組合使用，也可單獨(dú)使用。
三合一設(shè)備在干燥后期可以先采用一定時間進(jìn)行真空干燥，然后再進(jìn)行常壓干燥，常壓干燥后再采用真空干燥，反復(fù)循環(huán)(即采用脈動式的真空干燥方法)，可提高干燥效率、縮短干燥時間。
干燥結(jié)束，打開設(shè)備下部的快開出料口，使空心軸和空心螺帶按逆時針方向旋轉(zhuǎn)(從頂部往下看)，機(jī)內(nèi)干燥好的物料將自動被推向出料口。至此，一批物料的反應(yīng)、過濾、洗滌和干燥過程結(jié)束。
