高纯4，5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂的制备与性能研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0144

摘要/Abstract

摘要：

以4，5-二氰基-2-三氟甲基咪唑（TDI）和无水氯化锂为原料，制备高纯4，5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂（LiTDI）。考察了原料物质的量比、反应温度和反应时间对粗品收率的影响，以及重结晶溶剂、溶剂用量、降温速率、重结晶时间对产品纯度和收率的影响。实验结果表明：在m（DMC）/m（TDI）=2、n（LiCl）/n（TDI）=1、反应温度为45 ℃、反应时间为5 h条件下，反应液经过滤-浓缩-降温结晶后，粗品收率可达78%；在重结晶溶剂为乙二醇二甲醚、m（乙二醇二甲醚）/m（LiTDI粗品）=2、降温速率为3 ℃/h、结晶时间为10 h条件下，制得的LiTDI纯度≥99.95%、收率可达88%。此外，LiTDI作为锂离子电池添加剂，可以显著提升锂电池的常温和高温循环性能。

关键词: 4，5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂, 4，5-二氰基-2-三氟甲基咪唑, 氯化锂, 锂电池

Abstract:

Lithium 2-trifluoromethyl-4，5-dicyanoimidazole（LiTDI） with high purity was synthesized by the raw materials of 2-trifluoromethyl-4，5-dicyanoimidazole（TDI） and lithium chloride.The effects of volume ratio of reactants，reaction temperature，reaction time on the crude product yield were investigated，and the effects of recrystallization solvent，amount of solvent，cooling rate，recrystallization time on the product purity and yield were studied.The experimental results showed that after filtration⁃concentration⁃cooling crystallization of the reaction liquid，the crude product yield was 78% at m（DMC）/m（TDI）=2，n（LiCl）/n（TDI）=1，reaction temperature of 45 ℃，reaction time of 5 h，and the product purity was greater than or equal to 99.95% and the yield was 88%，when the recrystallization solvent was dimethoxyethane，m（dimethoxyethane）/m（crude LiTDI）=2，the cooling rate was 3 ℃/h，the recrystallization time was 10 h.In addition，adding LiTDI in electrolyte could significantly improve the performance of battery at room temperature and high temperature.

Key words: LiTDI, TDI, lithium chloride, lithium battery

中图分类号:

O614.11

杨水艳, 杨明霞, 辛婉婉. 高纯4，5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂的制备与性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 74-79.

YANG Shuiyan, YANG Mingxia, XIN Wanwan. Study on preparation and properties of high⁃purity lithium 2-trifluoromethyl-4，5-dicyanoimidazole[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(2): 74-79.

图/表 13

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参考文献 16

1	薛旭金.国内外高性能六氟磷酸锂性能分析［J］.无机盐工业，2014，46（3）：1-4.
	XUE Xujin.Analysis on performances of high quality lithium hexafluorophosphate in China and abroad［J］.Inorganic Chemicals Industry，2014，46（3）：1-4.
2	PAILLET S， SCHMIDT G， LADOUCEUR S，et al.Power capability of LiTDI-based electrolytes for lithium⁃ion batteries［J］.Journal of Power Sources，2015，294：507-515.
3	NIEDZICKI L， ŻUKOWSKA G Z， BUKOWSKA M，et al.New type of imidazole based salts designed specifically for lithium ion batteries［J］.Electrochimica Acta，2010，55（4）：1450-1454.
4	WEN Zhipeng， LI Hang， LI Huiyang，et al.Highly stable and robust bi⁃electrodes interfacial protective films for practical lithium metal batteries［J］.Journal of Power Sources，2021，509：230370.
5	NOJABAEE M， KÜSTER K， STARKE U，et al.Solid electrolyte interphase evolution on lithium metal in contact with glyme⁃based electrolytes［J］.Small，2020，16（23）：2000756.
6	SHKROB I A， PUPEK K Z， GILBERT J A，et al.Chemical stability of lithium 2-trifluoromethyl-4，5-dicyanoimidazolide，an electrolyte salt for Li-ion cells［J］.The Journal of Physical Chemistry C，2016，120（50）：28463-28471.
7	周旺鹰，陶哲，冯娜娜.一种连续制备 2-三氟甲基-4，5-二氰基咪唑锂盐的方法及反应装置：中国，113277982A［P］.2022-07-05.
8	周旺鹰，冯娜娜，陶哲.一种咪唑基含氟锂盐的干燥方法：中国，113354587B［P］.2022-07-05.
9	周永妍，周宜海，杨光，等.4，5-二氰基-2-三氟甲基咪唑、其制备中间体及其盐的制备方法：中国，106008262A［P］.2016-10-12.
10	陈晓军，张利萍，徐三善.高纯度4，5-二氰基-2-三氟甲基咪唑及其盐的制备方法：中国，104447564A［P］.2016-08-31.
11	王广强，魏范杰.一种4，5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑盐的制备方法：中国，113582930A［P］.2021-11-02.
12	时二波，刘磊，印李达，等.4，5-二氰基-2-三氟甲基咪唑盐的合成方法：中国，113683568A［P］.2021-11-23.
13	XU Chao， RENAULT S， EBADI M，et al.LiTDI：A highly efficient additive for electrolyte stabilization in lithium⁃ion batteries［J］.Chemistry of Materials，2017，29（5）：2254-2263.
14	JANKOWSKI P， ŻUKOWSKA G Z， DRANKA M，et al.Understanding of lithium 4，5-dicyanoimidazolate⁃poly（ethylene oxide） system：Effect of the architecture of the solid phase on the conductivity［J］.The Journal of Physical Chemistry C，2016，120（41）：23358-23367.
15	RUSHING J C， LEONIK F M， KURODA D G.Effect of solvation shell structure and composition on ion pair formation：The case study of LiTDI in organic carbonates［J］.The Journal of Physical Chemistry C，2019，123（41）：25102-25112.
16	DRANKA M， JANKOWSKI P， ŻUKOWSKA G Z.Snapshots of the hydrolysis of lithium 4，5-dicyanoimidazolate⁃glyme solvates.impact of water molecules on aggregation processes in lithium⁃ion battery electrolytes［J］.The Journal of Physical Chemistry C，2018，122（6）：3201-3210.

重结晶溶剂	产品纯度/%	w（不溶物）/10^-6	酸度/ 10^-6	w（水分）/10^-6	w（Cl^-）/10^-6	收率/ %
碳酸二甲酯	99.79	673	208	105	447	78
碳酸甲乙酯	99.76	796	229	114	530	75
碳酸二乙酯	99.81	683	221	102	375	71
乙酸乙酯	99.77	814	151	111	439	65
异丙醚	99.92	278	73	75	41	85
乙醚	99.94	169	93	55	37	83
1，4-二氧六环	99.93	122	245	96	63	80
乙二醇二甲醚	99.96	121	59	27	21	87

m（乙二醇二甲醚）/ m（LiTDI粗品）	产品纯度/ %	产品收率/ %
1.0	99.91	88
1.5	99.95	87
2.0	99.96	87
2.5	99.97	81
3.0	99.98	76

批次	w（主要物质）/%	w（水分）/10^-6	酸度/ 10^-6	w（不溶物）/10^-6	w（Cl）/ 10^-6	w（Na）/ 10^-6	w（K）/ 10^-6	w（Ca）/ 10^-6	w（Mg）/ 10^-6	w（Fe）/ 10^-6
1	99.96	61	55	121	21	3.5	1.4	2.5	0.7	1.8
2	99.95	73	89	133	23	2.2	1.6	2.4	0.6	2.9
3	99.97	47	53	104	15	1.7	0.2	1.2	0.2	0.2
4	99.96	59	79	123	19	2.6	0.9	1.4	0.4	0.7
5	99.98	24	48	101	9	1.1	0.1	1.3	0.1	0.6
6	99.96	62	77	129	20	1.8	0.3	1.5	0.3	0.9

[1]	马静媛, 李妍, 周晗洁, 李建刚. PEO基有机/无机复合固态电解质的研究进展[J]. 无机盐工业, 2025, 57(3): 1-8.
[2]	祝增虎, 王敏, 彭正军, 贾国凤, 李燕. 氯化锂溶液中钾离子的吸附分离研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(6): 61-66.
[3]	杨博, 马珍, 曾英, 严雄仲, 李琪, 侯元昇, 于旭东. 三元体系Li⁺（K⁺），Rb⁺//Cl^--H₂O 288.2 K固液相平衡研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(11): 116-122.
[4]	王彦飞, 杨超凡, 曹迪, 许史杰. 多温下三元体系Li⁺，Na⁺∥Cl^--H₂O固液相平衡研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 33-39.
[5]	陆钧皓. 退役三元动力锂电池全元素循环再利用工艺研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(6): 92-103.
[6]	于建国,孙庆,裘晟波,张以任,陈君. 支撑国家新能源战略发展的锂资源开发[J]. 无机盐工业, 2023, 55(1): 1-14.
[7]	赵展一,钟永恒,刘佳,李晓妍,勇美菁. 全球锂产业专利布局及发展对策研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(7): 10-17.
[8]	谢堂锋,陈若葵,蔡罗蓉,王明,蒋快良. 离子色谱法测定废旧锂电池湿法浸出液中氟和氯[J]. 无机盐工业, 2021, 53(7): 101-104.
[9]	范庆科,孟庆华,罗凤钰. 汽车锂电池正极材料的制备与性能研究[J]. 无机盐工业, 2021, 53(1): 44-49.
[10]	余凡,魏润涛,赵少丹. 大颗粒硫酸钴晶体工业生产工艺研究进展[J]. 无机盐工业, 2020, 52(8): 20-24.
[11]	王冬斌,梁精龙,邓孝纯,王晶. 锂资源提取与回收及锂制备工艺研究现状[J]. 无机盐工业, 2020, 52(6): 8-12.
[12]	李通,史云斌,刘庆彬,何爽. 硒掺杂改性新能源汽车锂电池正极材料的结构与电化学性能[J]. 无机盐工业, 2020, 52(2): 17-22.
[13]	韩光,韩积斌,刘久波,侯献华,陈金牛,曹毅章. 开采背景下柴达木盆地东台吉乃尔盐湖氯化锂矿床变化特征[J]. 无机盐工业, 2020, 52(12): 17-22.
[14]	陈洁,陈侠. 制备碳酸锂结晶的工艺优化[J]. 无机盐工业, 2019, 51(8): 29-32.
[15]	韩国栋, 赵庆云, 赵继安. 锂电池用有机电解液生产过程中静电的防护与控制方法[J]. 无机盐工业, 2012, 44(2): 56-.

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