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雙氟磺酰亞胺鋰精制過濾洗滌干燥機
隨著我國對新能源汽車扶持力度的持續加大，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備也迎來了井噴式的發展。鋰離子電池四大關鍵材料包括正極、負極、隔膜和電解液，其中電解液在電池中承擔正負極之間傳輸電荷的作用，它的質量好壞直接影響電池循環壽命、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率、電化學穩定性以及能在鋁箔上形成一層穩定的鈍化膜，已被廣泛應用于鋰離子電池中。但是LiPF6穩定性較差，極易發生分解反應，在高溫下容易發生爆炸，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，具有電化學穩定性好、耐水解性好以及電導率高等特點，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鋰鹽，對環境友好，且安全性能好，具備了產業化應用的基本條件。與傳統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率；雙氟磺酰亞胺鋰分解溫度高于200℃，熱穩定性和安全性能明顯優于鋰鹽六氟磷酸鋰；另外在改善高溫存儲、低溫放電等性能方面也有獨特 效果，且具有與電極良好的相容性等優良特性，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。
目前，國內外公開報道的雙氟磺酰亞胺鋰的制備技術，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鋰鹽在非質子有機溶劑中發生復分解反應，生成雙氟磺酰亞胺鋰和四氟硼酸鉀或高氯酸鉀，再經過濾分離，蒸發濃縮結晶得到產品。其缺陷在于：① 復分解反應難以完全，產品中殘留的鉀離子較高；② 作為反應原料的四氟硼酸鋰和高氯酸鋰在反應有機溶劑中具有較大的溶解度，難以分離，得到的產品中往往含有部分未反應或過量的原料，產品純度不高；③ 原料四氟硼酸鋰或高氯酸鋰等有機鋰鹽售價較高，導致制造成本偏高；高氯酸鋰為易爆性化合物，帶來一定的安全風險，不適用于工業化生產。
(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溶劑中發生酸堿中和反應，生成雙氟磺酰亞胺鋰和水。再通過加入二氯亞砜與水反應生成氯化氫和二氧化硫氣體，以達到除水目的。過濾，固液分離，再進行進一步的純化處理得到產品。其主要缺陷在于：① 雙氟磺酰亞胺為質子強酸，與堿反應劇烈，產生大量熱量。反應過程需冷凍低溫控制，能耗高；② 該反應本質為酸堿中和反應，同時生成等摩爾的水，采用二氯亞砜除水反應難以徹底，反應時間較長，三廢多。同時，除水反應過程易造成產品部分水解，導致產品中水份殘留、氯離子和硫酸根離子超標，難以得到高品質的產品。
錐形過濾洗滌干燥機優化的雙氟磺酰亞胺鋰提純工藝，反應條件溫和，易于操作，產生的三廢少，對環境友好，能夠較為簡便的獲得高技術指標的高純雙氟磺酰亞胺鋰產品，雙氟磺酰亞胺鋰產品中殘留的水份、游離酸、氟離子、氯離子和其它雜質等可控制在較低的水平，具有較高的反應轉化率和收率。
結晶后進入三合一進行過濾，母液蒸餾經一級-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行洗滌、過濾，過濾母液蒸餾經一級 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℃繼續反應1～12小時后，降至室溫，滴加有機堿性化合物，調節反應液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品溶解于非質子極性有機溶劑中，過濾去除不溶物，濾液經減壓濃縮后，加入不良溶劑結晶；經過濾、洗滌、干燥，得到高純雙氟磺酰亞胺鋰產品，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、鈉等雜質離子均≤5ppm。
(3) 非質子極性有機溶劑為酯類化合物、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、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) 非質子極性有機溶劑的加入量為雙氟磺酰亞胺鋰粗產品的0.8～5倍質量倍數；從能耗、過濾作業順暢等角度綜合考慮，所述非質子極性有機溶劑加入量優選為雙氟磺酰亞胺鋰粗產品的1～3倍質量倍數。
(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；優選為相對毒性更低的二氯甲烷、二氯乙烷，更優選的，當非極性溶劑為二氯甲烷時，保溫反應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倍質量倍數。
(7) 鹵代烷烴非極性溶劑中具有較好的溶解度，而產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原料及目標產物在升溫和酸性條件下的水解問題。
反應結束，打開下部濾液出口，在設備內通入壓縮空氣或氮氣等氣體，對經過反應的固液混合物進行加壓過濾，直到把機內物料壓干。也可在濾液出口抽真空，對物料進行真空過濾，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(從頂部往下看)，對物料進行提升，并使空心螺帶在旋轉時限制濾餅層的厚度，使物料在薄的濾餅層條件下進行過濾，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，還要進行多次洗滌。反應過濾干燥多功能機用于對物料的反復多次洗滌是理想的設備。物料在機內壓干后，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，可進行多次洗滌，這時重復上述步驟多次即可，操作方便，勞動強度極低。
(3) 真空干燥
過濾或洗滌過濾壓干的濾餅存留在機內，這時在筒體夾套、錐體夾套和空心軸、空心螺帶內通入熱媒，對物料進行加熱，同時空心軸和空心螺帶仍以順時針方向旋轉(從頂部往下看)，對物料進行向上提升并充分攪拌，而在設備的頂部則進行抽真空，使物料在機內進行真空密閉干燥。由于除夾套加熱以外，還有空心軸和空心螺帶從內部加熱，再加上是在抽真空條件下進行干燥，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將罐內的惰性氣體抽走，使氣體分子數減少，隔絕空氣，主要適合于易氧化變質的物料，也適合于蒸發需要回收溶劑的物料、熱敏性物料。真空狀態下，可以減少物料染菌的機會，或者抑制某些細菌的生長，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、底盤內加熱裝置、通過軸端的旋轉接頭連通的空心槳葉。這些加熱結構可組合使用，也可單獨使用。
三合一設備在干燥后期可以先采用一定時間進行真空干燥，然后再進行常壓干燥，常壓干燥后再采用真空干燥，反復循環(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。
干燥結束，打開設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(從頂部往下看)，機內干燥好的物料將自動被推向出料口。至此，一批物料的反應、過濾、洗滌和干燥過程結束。
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，具有電化學穩定性好、耐水解性好以及電導率高等特點，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鋰鹽，對環境友好，且安全性能好，具備了產業化應用的基本條件。與傳統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率；雙氟磺酰亞胺鋰分解溫度高于200℃，熱穩定性和安全性能明顯優于鋰鹽六氟磷酸鋰；另外在改善高溫存儲、低溫放電等性能方面也有獨特 效果，且具有與電極良好的相容性等優良特性，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。
目前，國內外公開報道的雙氟磺酰亞胺鋰的制備技術，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鋰鹽在非質子有機溶劑中發生復分解反應，生成雙氟磺酰亞胺鋰和四氟硼酸鉀或高氯酸鉀，再經過濾分離，蒸發濃縮結晶得到產品。其缺陷在于：① 復分解反應難以完全，產品中殘留的鉀離子較高；② 作為反應原料的四氟硼酸鋰和高氯酸鋰在反應有機溶劑中具有較大的溶解度，難以分離，得到的產品中往往含有部分未反應或過量的原料，產品純度不高；③ 原料四氟硼酸鋰或高氯酸鋰等有機鋰鹽售價較高，導致制造成本偏高；高氯酸鋰為易爆性化合物，帶來一定的安全風險，不適用于工業化生產。
(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溶劑中發生酸堿中和反應，生成雙氟磺酰亞胺鋰和水。再通過加入二氯亞砜與水反應生成氯化氫和二氧化硫氣體，以達到除水目的。過濾，固液分離，再進行進一步的純化處理得到產品。其主要缺陷在于：① 雙氟磺酰亞胺為質子強酸，與堿反應劇烈，產生大量熱量。反應過程需冷凍低溫控制，能耗高；② 該反應本質為酸堿中和反應，同時生成等摩爾的水，采用二氯亞砜除水反應難以徹底，反應時間較長，三廢多。同時，除水反應過程易造成產品部分水解，導致產品中水份殘留、氯離子和硫酸根離子超標，難以得到高品質的產品。
錐形過濾洗滌干燥機優化的雙氟磺酰亞胺鋰提純工藝，反應條件溫和，易于操作，產生的三廢少，對環境友好，能夠較為簡便的獲得高技術指標的高純雙氟磺酰亞胺鋰產品，雙氟磺酰亞胺鋰產品中殘留的水份、游離酸、氟離子、氯離子和其它雜質等可控制在較低的水平，具有較高的反應轉化率和收率。
錐形過濾洗滌干燥機提純雙氟磺酰亞胺鋰 工藝步驟
反應液通過管道進入濃縮結晶釜，升溫至 25～30℃蒸餾，經一級-15℃冷凍鹽水+-50℃深冷回收一定量的氟化氫，時間 2～3h。再低溫結晶過程控制溫度-35℃，時間 3h。結晶后進入三合一進行過濾，母液蒸餾經一級-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行洗滌、過濾，過濾母液蒸餾經一級 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℃繼續反應1～12小時后，降至室溫，滴加有機堿性化合物，調節反應液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品溶解于非質子極性有機溶劑中，過濾去除不溶物，濾液經減壓濃縮后，加入不良溶劑結晶；經過濾、洗滌、干燥，得到高純雙氟磺酰亞胺鋰產品，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、鈉等雜質離子均≤5ppm。
(3) 非質子極性有機溶劑為酯類化合物、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、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) 非質子極性有機溶劑的加入量為雙氟磺酰亞胺鋰粗產品的0.8～5倍質量倍數；從能耗、過濾作業順暢等角度綜合考慮，所述非質子極性有機溶劑加入量優選為雙氟磺酰亞胺鋰粗產品的1～3倍質量倍數。
(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；優選為相對毒性更低的二氯甲烷、二氯乙烷，更優選的，當非極性溶劑為二氯甲烷時，保溫反應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倍質量倍數。
(7) 鹵代烷烴非極性溶劑中具有較好的溶解度，而產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原料及目標產物在升溫和酸性條件下的水解問題。
錐形過濾洗滌干燥機提純雙氟磺酰亞胺鋰 工作原理
(1) 壓濾或真空過濾反應結束，打開下部濾液出口，在設備內通入壓縮空氣或氮氣等氣體，對經過反應的固液混合物進行加壓過濾，直到把機內物料壓干。也可在濾液出口抽真空，對物料進行真空過濾，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(從頂部往下看)，對物料進行提升，并使空心螺帶在旋轉時限制濾餅層的厚度，使物料在薄的濾餅層條件下進行過濾，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，還要進行多次洗滌。反應過濾干燥多功能機用于對物料的反復多次洗滌是理想的設備。物料在機內壓干后，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，可進行多次洗滌，這時重復上述步驟多次即可，操作方便，勞動強度極低。
(3) 真空干燥
過濾或洗滌過濾壓干的濾餅存留在機內，這時在筒體夾套、錐體夾套和空心軸、空心螺帶內通入熱媒，對物料進行加熱，同時空心軸和空心螺帶仍以順時針方向旋轉(從頂部往下看)，對物料進行向上提升并充分攪拌，而在設備的頂部則進行抽真空，使物料在機內進行真空密閉干燥。由于除夾套加熱以外，還有空心軸和空心螺帶從內部加熱，再加上是在抽真空條件下進行干燥，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將罐內的惰性氣體抽走，使氣體分子數減少，隔絕空氣，主要適合于易氧化變質的物料，也適合于蒸發需要回收溶劑的物料、熱敏性物料。真空狀態下，可以減少物料染菌的機會，或者抑制某些細菌的生長，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、底盤內加熱裝置、通過軸端的旋轉接頭連通的空心槳葉。這些加熱結構可組合使用，也可單獨使用。
三合一設備在干燥后期可以先采用一定時間進行真空干燥，然后再進行常壓干燥，常壓干燥后再采用真空干燥，反復循環(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。
干燥結束，打開設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(從頂部往下看)，機內干燥好的物料將自動被推向出料口。至此，一批物料的反應、過濾、洗滌和干燥過程結束。