JP2018035060A - Lithium bis(fluorosulfonyl) imide composition - Google Patents

Lithium bis(fluorosulfonyl) imide composition Download PDF

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憲侍 山田
Kenji Yamada
憲侍 山田
大嗣 清水
Taishi Shimizu
大嗣 清水
裕大 勝山
Yuudai Katsuyama
裕大 勝山
弘行 水野
Hiroyuki Mizuno
弘行 水野
康則 奥村
Yasunori Okumura
康則 奥村
直彦 板山
Naohiko Itayama
直彦 板山
幸宏 深田
Yukihiro Fukada
幸宏 深田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium bis(fluorosulfonyl) imide composition that shows improvements in high-temperature discharge properties, low-temperature input/output properties, and room-temperature rate properties, in a non-aqueous electrolyte using LiFSI.SOLUTION: A lithium bis(fluorosulfonyl) imide composition contains lithium bis(fluorosulfonyl) imide of 90 mass% or more and Fions of more than 1000 mass ppm, with the content of SOions of 6000 mass ppm or less. The content of HF is 5000 mass ppm or less, preferably.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物に関する。   The present invention relates to a lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition.

リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタに使用されるリチウム塩として、LiTFSIやLiPF、LiFSI[リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド]が知られている。特許文献1には、フッ化物イオン(F)の含有量が好ましくは1000ppm以下であるフルオロスルホニルイミドのアルカリ金属塩が記載されている。そして、フッ化物イオン(F)は不純物として、含有量が多い場合には、フルオロスルホニルイミドを各種用途に用いた場合に所期の特性が得られ難くなると記載されている。 LiTFSI, LiPF 6 , and LiFSI [lithium bis (fluorosulfonyl) imide] are known as lithium salts used in lithium ion batteries and lithium ion capacitors. Patent Document 1 describes an alkali metal salt of fluorosulfonylimide having a fluoride ion (F ) content of preferably 1000 ppm or less. And it is described that when the content of fluoride ion (F ) is large as an impurity, it is difficult to obtain desired characteristics when fluorosulfonylimide is used in various applications.

特許文献2には、フッ素イオンの含有量が、100ppm以下であることを特徴とするビス(フルオロスルホニル)イミド塩が記載されている。そして、ビス(フルオロスルホニル)イミド塩中へのフッ素イオン等の不純物の混入を抑制して、高純度のビス(フルオロスルホニル)イミド塩を単離することが可能なビス(フルオロスルホニル)イミド塩の製造方法を提供することが記載されている。また、特許文献3には、フッ素イオンを1〜500ppm含むフルオロスルホニルイミドのアルカリ金属塩が記載されている。   Patent Document 2 describes a bis (fluorosulfonyl) imide salt characterized in that the content of fluorine ions is 100 ppm or less. Further, a bis (fluorosulfonyl) imide salt capable of isolating a high-purity bis (fluorosulfonyl) imide salt by suppressing contamination of impurities such as fluorine ions into the bis (fluorosulfonyl) imide salt Providing a manufacturing method is described. Patent Document 3 describes an alkali metal salt of fluorosulfonylimide containing 1 to 500 ppm of fluorine ions.

WO2011/149095号公報WO2011 / 149095 gazette 特許第5377784号公報Japanese Patent No. 5377784 WO2015/158979号公報WO2015 / 158879 Publication

本発明者らは、二次電池等の電池にリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドを含む電解液を用いた場合に、電池抵抗が低減するため、充電後の正極電位が貴な状態となり、例えば80℃以上の高温と4.3V以上の高電圧の併用保存試験において、正極の劣化が進行し、正極中の金属溶出が進行することを見出した。   In the case where an electrolyte solution containing lithium bis (fluorosulfonyl) imide is used for a battery such as a secondary battery, the present inventors reduce the battery resistance, so that the positive electrode potential after charging becomes a noble state. In a combined storage test of a high temperature of ℃ or higher and a high voltage of 4.3 V or higher, it was found that the deterioration of the positive electrode progressed and the metal elution in the positive electrode progressed.

従って、本発明の課題は、二次電池等の電池にリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドを含む電解液を用いた場合に、例えば80℃以上の高温と4.3V以上の高電圧の併用保存試験において、正極劣化の進行による正極中の金属溶出が抑制され、かつ電解液の分解や電気化学デバイスの構成部材の腐食といった問題を生じ難い、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to use a combined storage test of, for example, a high temperature of 80 ° C. or higher and a high voltage of 4.3 V or higher when an electrolyte containing lithium bis (fluorosulfonyl) imide is used for a battery such as a secondary battery. The lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition, in which elution of the metal in the positive electrode due to the progress of the deterioration of the positive electrode is suppressed, and problems such as decomposition of the electrolytic solution and corrosion of the components of the electrochemical device are difficult to occur. is there.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドを90質量%以上含み、FイオンならびにSO 2−イオンを特定量含む、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物により、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成した。 The present inventors have made intensive studies in order to solve the above problems, including lithium bis (fluorosulfonyl) imide 90 mass% or more, F - including a specific amount of ion and SO 4 2-ion, lithium bis The present inventors have found that the above problems can be solved by a (fluorosulfonyl) imide composition, and have completed the present invention.

即ち、本発明のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドを90質量%以上含み、Fイオンを1000質量ppm超含み、さらにSO 2−イオンの含有量が6000質量ppm以下である。
本発明のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物では、HF(フッ化水素)の含有量は5000質量ppm以下であることが好ましい。
さらに、本発明のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物は、LiFSOを100質量ppm〜5質量%含んでいることが好ましい。
さらにまた、本発明のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物では、上記何れかのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物1gを、脱水メタノール30mL中に溶解した溶液のpHが、3以上8以下であることが好ましい。
That is, the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition of the present invention contains 90% by mass or more of lithium bis (fluorosulfonyl) imide, contains more than 1000 ppm by mass of F ions, and further has a SO 4 2- ion content. It is 6000 mass ppm or less.
In the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition of the present invention, the content of HF (hydrogen fluoride) is preferably 5000 ppm by mass or less.
Further, the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition of the present invention preferably contains 100 mass ppm to 5 mass% of LiFSO 3 .
Furthermore, in the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition of the present invention, the pH of a solution obtained by dissolving 1 g of any of the above lithium bis (fluorosulfonyl) imide compositions in 30 mL of dehydrated methanol is 3 or more and 8 or less. Preferably there is.

本発明の、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドを90質量%以上含み、FイオンならびにSO 2−イオンを特定量含む、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物によれば、二次電池等の電池において、含有するFイオン成分が正極活物質と反応し正極活物質表面にフッ素含有保護被膜を形成する等により、高温高電圧放置後の金属溶出を抑えられ、かつ電解液の分解や電気化学デバイスの構成部材の腐食といった問題が生じ難く、容量維持率を改善できる。 Of the present invention, it includes lithium bis (fluorosulfonyl) imide 90 mass% or more, F - including ions and SO 4 2-ion specific amount, according to the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition, such as a secondary battery In the battery, the F - ion component contained reacts with the positive electrode active material to form a fluorine-containing protective film on the surface of the positive electrode active material, so that elution of the metal after leaving at high temperature and high voltage can be suppressed, and the decomposition of the electrolyte and electrical Problems such as corrosion of the components of the chemical device hardly occur, and the capacity retention rate can be improved.

1.リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物
本発明に係るリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(以下、LiFSIという場合がある)を90質量%以上含み、Fイオンを1000質量ppm超含み、さらにSO 2−イオンの含有量が6000質量ppm以下である。
1. Lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition The lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition according to the present invention contains 90% by mass or more of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (hereinafter sometimes referred to as LiFSI), and is an F ion. More than 1000 ppm by mass, and the SO 4 2- ion content is 6000 ppm by mass or less.

本発明のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物におけるFイオンの含有量は、好ましくは1000質量ppm超50000質量ppm以下、より好ましくは2000質量ppm超30000質量ppm以下、さらに好ましくは3000質量ppm超20000質量ppm以下である。本発明に係るリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物では、Fイオンを1000質量ppm超含むことにより、含有するFイオン成分が正極活物質と反応し正極活物質表面にフッ素含有保護被膜を形成する等により、二次電池等の電池に使用した場合に、高温高電圧放置後の金属溶出を抑えられ、容量維持率を改善できる。Fイオンの含有量は、アニオンイオンクロマトグラフィーで測定できる。 The content of F ions in the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition of the present invention is preferably more than 1000 mass ppm and less than or equal to 50000 mass ppm, more preferably more than 2000 mass ppm and less than or equal to 30000 mass ppm, more preferably 3000 mass ppm. Ultra 20000 mass ppm or less. The lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition according to the present invention, F - by a containing more than 1000 ppm by mass ions, F comprises - a fluorine-containing protective coating reaction was positive electrode active material surface ion component positive electrode active material When used in a battery such as a secondary battery, the metal elution after being left at high temperature and high voltage can be suppressed and the capacity retention rate can be improved. The content of F ions can be measured by anion ion chromatography.

本発明のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物では、SO 2−イオンの含有量が6000質量ppm以下であり、好ましくは3000質量ppm以下、より好ましくは1000質量ppm以下、さらに好ましくは500質量ppm以下、最も好ましくは300質量ppm以下である。SO 2−イオンの含有量の下限としては、特に限定されないが1質量ppmとすることができる。本発明に係るリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物では、SO 2−イオンを6000質量ppm以下とすることにより、電気化学デバイス用の電解液に用いても、電解液の分解や電気化学デバイスの構成部材の腐食といった問題を生じ難い。SO 2−イオンの含有量は、アニオンイオンクロマトグラフィーで測定できる。 In the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition of the present invention, the content of SO 4 2- ion is 6000 mass ppm or less, preferably 3000 mass ppm or less, more preferably 1000 mass ppm or less, and further preferably 500 mass. ppm or less, most preferably 300 ppm by mass or less. The lower limit of the content of SO 4 2-ions is not particularly limited can be 1 mass ppm. In the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition according to the present invention, by using SO 4 2- ion at 6000 mass ppm or less, decomposition of the electrolytic solution or electrochemical device is possible even when used as an electrolytic solution for electrochemical devices. It is difficult to cause problems such as corrosion of the components. The content of SO 4 2- ion can be measured by anion ion chromatography.

本発明のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物では、HFの含有量が5000質量ppm以下であることが好ましく、50質量ppm以上5000質量ppm以下であることがより好ましい。HF濃度が高すぎると、HFが正極活物質または正極アルミ集電体を腐食し、金属溶出がより促進される場合があるため、HF量は5000質量ppm以下が好ましい。HFの含有量は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物を脱水メタノール中に溶解し、NaOHメタノール溶液を用いて中和滴定し、得られた酸分をHFとして測定できる。   In the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition of the present invention, the HF content is preferably 5000 ppm by mass or less, and more preferably from 50 ppm by mass to 5000 ppm by mass. If the HF concentration is too high, HF corrodes the positive electrode active material or the positive electrode aluminum current collector, and metal elution may be further promoted. Therefore, the amount of HF is preferably 5000 ppm by mass or less. The content of HF can be measured by dissolving the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition in dehydrated methanol, neutralizing with a NaOH methanol solution, and measuring the resulting acid content as HF.

また、本発明のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物は、さらに、LiFSOを100質量ppm〜5質量%含んでいてもよい。LiFSOの含有量がこのような範囲である場合には、二次電池等の電池に使用した場合に、電池の低温入出力特性、レート特性、(45℃)サイクル特性がより向上する場合がある。LiFSOの含有量は、F−NMRで測定できる。 Moreover, the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition of the present invention may further contain 100 mass ppm to 5 mass% of LiFSO 3 . When the content of LiFSO 3 is in such a range, when used in a battery such as a secondary battery, the low temperature input / output characteristics, rate characteristics, and (45 ° C.) cycle characteristics of the battery may be further improved. is there. The content of LiFSO 3 can be measured by F-NMR.

本発明のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物では、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物1gを、脱水メタノール30mL中に溶解した溶液のpHが、3以上8以下であることが好ましい。   In the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition of the present invention, the pH of a solution obtained by dissolving 1 g of the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition in 30 mL of dehydrated methanol is preferably 3 or more and 8 or less.

本発明に係るリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物におけるリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの含有量は、95質量%以上であることが好ましく、97質量%以上であることがより好ましく、さらに好ましくは98質量%以上であり、99質量%以上であることが特に好ましい。また、溶媒の含有量は、70質量ppm以下であることが好ましく、50質量ppm以下であることがより好ましく、さらに好ましくは30質量ppm以下であり、特に好ましくは10質量ppm以下であり、特により好ましくは5質量ppm以下であり、中でもさらに特に好ましくは1質量ppm以下であり、最も好ましくは溶媒を含まないことである。   The lithium bis (fluorosulfonyl) imide content in the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition according to the present invention is preferably 95% by mass or more, more preferably 97% by mass or more, and still more preferably. It is 98 mass% or more, and it is especially preferable that it is 99 mass% or more. The content of the solvent is preferably 70 ppm by mass or less, more preferably 50 ppm by mass or less, further preferably 30 ppm by mass or less, and particularly preferably 10 ppm by mass or less. Is preferably 5 ppm by mass or less, more preferably 1 ppm by mass or less, and most preferably no solvent.

上記溶媒としては、例えば、有機溶媒が挙げられる。溶媒の沸点は、例えば、0〜250℃である。具体的には、ジメトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、シクロペンチルメチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル等の脂肪族エーテル系溶媒;ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル等のエステル系溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルオキサゾリジノン等のアミド系溶媒;ニトロメタン、ニトロベンゼン等のニトロ系溶媒;スルホラン、3−メチルスルホラン、ジメチルスルホキシド等の硫黄系溶媒;アセトニトリル、プロピオニトリル、イソブチロニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒;等の非プロトン性溶媒、また、芳香族炭化水素系溶媒、直鎖状、分枝鎖状又は環状脂肪族炭化水素系溶媒及び芳香族エーテル系溶媒等のフルオロスルホニルイミドのリチウム塩に対する貧溶媒が挙げられる。   As said solvent, an organic solvent is mentioned, for example. The boiling point of the solvent is, for example, 0 to 250 ° C. Specifically, dimethoxymethane, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 4-methyl-1,3-dioxolane, cyclopentylmethyl ether, methyl-t-butyl ether, diethylene glycol dimethyl ether Aliphatic ether solvents such as diethylene glycol diethyl ether and triethylene glycol dimethyl ether; ester solvents such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate and methyl propionate; N, N-dimethylformamide, N- Amide solvents such as methyl oxazolidinone; Nitro solvents such as nitromethane and nitrobenzene; Sulfur solvents such as sulfolane, 3-methylsulfolane and dimethyl sulfoxide; Acetonitrile Niprotic solvents such as propionitrile, isobutyronitrile, butyronitrile, valeronitrile, benzonitrile; aprotic solvents such as aromatic hydrocarbon solvents, linear, branched or cycloaliphatic Examples include poor solvents for lithium salts of fluorosulfonylimide, such as hydrocarbon solvents and aromatic ether solvents.

上記貧溶媒としては、トルエン(沸点110.6℃)、o−キシレン(沸点144℃)、m−キシレン(沸点139℃)、p−キシレン(沸点138℃)、エチルベンゼン(沸点136℃)、イソプロピルベンゼン(沸点153℃)、1,2,3−トリメチルベンゼン(沸点169℃)、1,2,4−トリメチルベンゼン(沸点168℃)、1,3,5−トリメチルベンゼン(沸点165℃)、テトラリン(沸点208℃)、シメン(沸点177℃)、メチルエチルベンゼン(沸点153℃)、2−エチルトルエン(沸点164℃)等の芳香族炭化水素系溶媒;オクタン(沸点127℃)、デカン(沸点174℃)、ドデカン(沸点217℃)、ウンデカン(沸点196℃)、トリデカン(沸点234℃)、デカリン(沸点191℃)、2,2,4,6,6−ペンタメチルヘプタン(沸点170℃−195℃)、イソパラフィン(例えば、「マルカゾールR」(丸善石油化学株式会社製の2,2,4,6,6−ペンタメチルヘプタン、2,2,4,4,6−ペンタメチルヘプタンの混合物、沸点178℃−181℃)、「アイソパー(登録商標)G」(エクソンモービル製のC9−C11混合イソパラフィン、沸点167℃−176℃)、「アイソパー(登録商標)E」(エクソンモービル製のC8−C10混合イソパラフィン、沸点115℃−140℃))等の直鎖状又は分枝鎖状脂肪族炭化水素系溶媒;シクロヘキサン(沸点81℃)、メチルシクロヘキサン(沸点101℃)、1,2−ジメチルシクロヘキサン(沸点123℃)、1,3−ジメチルシクロヘキサン(沸点120℃)、1,4−ジメチルシクロヘキサン(沸点119℃)、エチルシクロヘキサン(沸点130℃)、1,2,4−トリメチルシクロヘキサン(沸点145℃)、1,3,5−トリメチルシクロヘキサン(沸点140℃)、プロピルシクロヘキサン(沸点155℃)、ブチルシクロヘキサン(沸点178℃)、炭素数8〜12のアルキルシクロヘキサン(例えば、「スワクリーン150」(丸善石油化学株式会社製のC9アルキルシクロヘキサンの混合物、沸点152−170℃)等の環状脂肪族炭化水素系溶媒;アニソール(沸点154℃)、2−メチルアニソール(沸点170℃)、3−メチルアニソール(沸点175℃)、4−メチルアニソール(沸点174℃)等の芳香族エーテル系溶媒;等が挙げられる。
但し、本発明によって規定される溶媒は上記具体例に示すものに特に限定されるものではない。
Examples of the poor solvent include toluene (boiling point 110.6 ° C), o-xylene (boiling point 144 ° C), m-xylene (boiling point 139 ° C), p-xylene (boiling point 138 ° C), ethylbenzene (boiling point 136 ° C), isopropyl. Benzene (boiling point 153 ° C), 1,2,3-trimethylbenzene (boiling point 169 ° C), 1,2,4-trimethylbenzene (boiling point 168 ° C), 1,3,5-trimethylbenzene (boiling point 165 ° C), tetralin (Boiling point 208 ° C.), cymene (boiling point 177 ° C.), methylethylbenzene (boiling point 153 ° C.), 2-ethyltoluene (boiling point 164 ° C.) and other aromatic hydrocarbon solvents; octane (boiling point 127 ° C.), decane (boiling point 174 ° C), dodecane (boiling point 217 ° C), undecane (boiling point 196 ° C), tridecane (boiling point 234 ° C), decalin (boiling point 191 ° C), 2, , 4,6,6-pentamethylheptane (boiling point 170 ° C.-195 ° C.), isoparaffin (for example, “Marcazole R” (2,2,4,6,6-pentamethylheptane manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd., 2 , 2,4,4,6-pentamethylheptane, boiling point 178 ° C.-181 ° C.), “Isopar® G” (C9-C11 mixed isoparaffin manufactured by ExxonMobil, boiling point 167 ° C.-176 ° C.), Linear or branched aliphatic hydrocarbon solvents such as “Isopar (registered trademark) E” (C8-C10 mixed isoparaffin, boiling point 115 ° C.-140 ° C. manufactured by ExxonMobil); cyclohexane (boiling point 81 ° C.) , Methylcyclohexane (boiling point 101 ° C.), 1,2-dimethylcyclohexane (boiling point 123 ° C.), 1,3-dimethylcyclohexane (boiling point 12) ° C), 1,4-dimethylcyclohexane (boiling point 119 ° C), ethylcyclohexane (boiling point 130 ° C), 1,2,4-trimethylcyclohexane (boiling point 145 ° C), 1,3,5-trimethylcyclohexane (boiling point 140 ° C) , Propylcyclohexane (boiling point 155 ° C.), butylcyclohexane (boiling point 178 ° C.), alkylcyclohexane having 8 to 12 carbon atoms (for example, “Swaclean 150” (mixture of C9 alkylcyclohexane manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd., boiling point 152− Cyclic aliphatic hydrocarbon solvents such as 170 ° C; anisole (boiling point 154 ° C), 2-methylanisole (boiling point 170 ° C), 3-methylanisole (boiling point 175 ° C), 4-methylanisole (boiling point 174 ° C), etc. An aromatic ether solvent;
However, the solvent prescribed | regulated by this invention is not specifically limited to what is shown to the said specific example.

また、本発明に係るリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物は、FSONHを10質量ppm〜1質量%含んでいることが好ましい。FSONHの含有量は、好ましくは10質量ppm以上であり、より好ましくは100質量ppm以上であり、さらに好ましくは500質量ppm以上であり、特に好ましくは1000ppm以上である。また、1質量%以下が好ましく、より好ましくは0.7質量%以下であり、さらに好ましくは0.5質量%以下であり、特に好ましくは0.3質量%以下である。FSONHの含有量がこのような範囲である場合に、二次電池等に使用した場合に、二次電池等の低温入出力特性、レート特性、(45℃)サイクル特性が向上する。FSONHの含有量は、F−NMRで測定できる。
リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物の他の形態として、溶媒量は特に限定されず、FSONHを10質量ppm〜1質量%含む形態も好ましい形態である。
Moreover, lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition according to the present invention preferably contains a FSO 2 NH 2 10 wt ppm~1 wt%. The content of FSO 2 NH 2 is preferably 10 mass ppm or more, more preferably 100 mass ppm or more, still more preferably 500 mass ppm or more, and particularly preferably 1000 ppm or more. Moreover, 1 mass% or less is preferable, More preferably, it is 0.7 mass% or less, More preferably, it is 0.5 mass% or less, Most preferably, it is 0.3 mass% or less. When the content of FSO 2 NH 2 is in such a range, when used for a secondary battery or the like, the low-temperature input / output characteristics, rate characteristics, and (45 ° C.) cycle characteristics of the secondary battery and the like are improved. The content of FSO 2 NH 2 can be measured by F-NMR.
As another form of the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition, the amount of the solvent is not particularly limited, and a form containing 10 mass ppm to 1 mass% of FSO 2 NH 2 is also a preferred form.

2.電解液
電解液は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドを90質量%以上含み、Fイオンを1000質量ppm超含む上記リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物を含んでいる。上記電解液における上記リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物の含有量は、0.05mol/L以上が好ましく、より好ましくは0.1mol/L以上、さらに好ましくは0.5mol/L超、最も好ましくは0.6mol/L以上であり、好ましくは6mol/L以下、より好ましくは4mol/L以下、さらに好ましくは2mol/L以下、最も好ましくは1.5mol/L以下である。
2. Electrolytic Solution The electrolytic solution contains the above lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition containing 90% by mass or more of lithium bis (fluorosulfonyl) imide and containing more than 1000 ppm by mass of F ions. The content of the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition in the electrolytic solution is preferably 0.05 mol / L or more, more preferably 0.1 mol / L or more, still more preferably more than 0.5 mol / L, most preferably. Is 0.6 mol / L or more, preferably 6 mol / L or less, more preferably 4 mol / L or less, still more preferably 2 mol / L or less, and most preferably 1.5 mol / L or less.

上記電解液は、LiPF等の他のリチウム塩や、酸化防止剤や難燃剤等のラジカル捕捉剤、酸化還元型安定化剤等の他の公知の成分を含んでいてもよい。 The electrolyte solution may contain other known components such as other lithium salts such as LiPF 6 , radical scavengers such as antioxidants and flame retardants, and redox stabilizers.

上記電解液は溶媒を含んでいてもよい。上記電解液に用いることのできる溶媒としては、電解質塩(スルホニルイミド化合物及び上述のリチウム塩等)を溶解、分散させられるものであれば特に限定されず、例えば、環状カーボネートや環状カーボネート以外の溶媒といった非水系溶媒、溶媒に代えて用いられるポリマー及びポリマーゲル等の媒体等、電池に用いられる従来公知の溶媒はいずれも使用できる。   The electrolytic solution may contain a solvent. The solvent that can be used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve and disperse electrolyte salts (sulfonylimide compounds and the above-described lithium salts). For example, solvents other than cyclic carbonate and cyclic carbonate Any conventionally known solvent used for batteries, such as a non-aqueous solvent, a medium such as a polymer and a polymer gel used in place of the solvent, and the like can be used.

上記電解液では、Fイオンを1000質量ppm超含んだリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物を用いる事で、含有するFイオン成分が正極活物質と反応し正極活物質表面にフッ素含有保護被膜を形成する等により、二次電池等の電池に使用した場合に、高温高電圧放置後の金属溶出を抑えられ、容量維持率を改善できる。 In the above electrolytic solution, by using a lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition containing more than 1000 ppm by mass of F ions, the contained F ion component reacts with the positive electrode active material to protect the surface of the positive electrode active material with fluorine. When used in a battery such as a secondary battery by forming a film, etc., metal elution after being left at high temperature and high voltage can be suppressed, and the capacity retention rate can be improved.

3.電解液の製造方法
電解液の製造方法は、ビス(フルオロスルホニル)イミドとリチウム化剤とを反応させて、上記リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物を製造する、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物製造工程と;該リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物製造工程で得られた該リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物を用いて電解液を製造する電解液製造工程と;を含んでいる。
3. Method for Producing Electrolyte A method for producing an electrolyte includes a lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition in which a bis (fluorosulfonyl) imide and a lithiating agent are reacted to produce the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition. And an electrolytic solution manufacturing step of manufacturing an electrolytic solution using the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition obtained in the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition manufacturing step.

3−1 リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物製造工程
リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物製造工程では、ビス(フルオロスルホニル)イミドとリチウム化剤とを反応させて、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物を製造する。
3-1 Lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition production process In the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition production process, bis (fluorosulfonyl) imide is reacted with a lithiating agent to produce lithium bis (fluorosulfonyl) imide. A composition is produced.

本発明においては、ビス(フルオロスルホニル)イミドを合成する方法は特に限定されないが、例えば、ビス(ハロゲン化スルホニル)イミドからフッ素化剤を用いてビス(フルオロスルホニル)イミドを合成する方法が挙げられる。ビス(ハロゲン化スルホニル)イミドにおけるハロゲンとしては、F以外の、Cl、Br、I、Atが挙げられる。   In the present invention, the method for synthesizing bis (fluorosulfonyl) imide is not particularly limited, and examples thereof include a method for synthesizing bis (fluorosulfonyl) imide from bis (halogenated sulfonyl) imide using a fluorinating agent. . Examples of the halogen in the bis (halogenated sulfonyl) imide include Cl, Br, I, and At other than F.

以下に、ビス(ハロゲン化スルホニル)イミドからフッ素化剤を用いてビス(フルオロスルホニル)イミドを合成するフッ素化工程について説明する。   Hereinafter, a fluorination step of synthesizing bis (fluorosulfonyl) imide from bis (halogenated sulfonyl) imide using a fluorinating agent will be described.

フッ素化工程では、ビス(ハロゲン化スルホニル)イミドのフッ素化反応を行う。例えば、CA2527802号公報に記載の方法、Jean’ne M. Shreeveら、Inorg. Chem. 1998, 37 (24), 6295-6303に記載の方法などがある。出発原料となるビス(ハロゲン化スルホニル)イミドは、市販のものを使用してもよく、また、公知の方法で合成したものを用いてもよい。また、特表平8−511274号公報に記載の、尿素とフルオロスルホン酸を用いて、ビス(フルオロスルホニル)イミドを合成する方法などもある。   In the fluorination step, a fluorination reaction of bis (halogenated sulfonyl) imide is performed. For example, there are a method described in CA2527802, a method described in Jean'ne M. Shreeve et al., Inorg. Chem. 1998, 37 (24), 6295-6303, and the like. A commercially available bis (halogenated sulfonyl) imide as a starting material may be used, or a bis (halogenated sulfonyl) imide synthesized by a known method may be used. There is also a method of synthesizing bis (fluorosulfonyl) imide using urea and fluorosulfonic acid described in JP-A-8-511274.

ビス(ハロゲン化スルホニル)イミドからフッ素化剤を用いてビス(フルオロスルホニル)イミドを合成する方法としては、フッ素化剤としてHFを使用する方法が好ましく使用できる。一例として、ビス(クロロスルホニル)イミドのフッ素化反応を、下記式(1)に示す。例えば、ビス(クロロスルホニル)イミドに、HFを導入することで、ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)を得ることができる。   As a method for synthesizing bis (fluorosulfonyl) imide from bis (halogenated sulfonyl) imide using a fluorinating agent, a method using HF as the fluorinating agent can be preferably used. As an example, the fluorination reaction of bis (chlorosulfonyl) imide is represented by the following formula (1). For example, bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) can be obtained by introducing HF into bis (chlorosulfonyl) imide.

上記フッ素化工程の開始時点におけるビス(ハロゲン化スルホニル)イミドに対するHFのmol比は、2以上が好ましい。下限としては、3以上、5以上を挙げることができ、上限としては100以下、50以下、20以下、10以下を挙げることができる。mol比をこのように設定することにより、ビス(ハロゲン化スルホニル)イミドのフッ素化をより確実に行うことができる。使用量が少ない場合には、反応速度が低下したり、反応が十分に進行しないなどの場合があり望ましくなく、使用量が多い場合には原料回収が煩雑になり生産性が低下する場合があり望ましくない。   The molar ratio of HF to bis (halogenated sulfonyl) imide at the start of the fluorination step is preferably 2 or more. The lower limit may be 3 or more and 5 or more, and the upper limit may be 100 or less, 50 or less, 20 or less, 10 or less. By setting the molar ratio in this manner, fluorination of bis (halogenated sulfonyl) imide can be performed more reliably. If the amount used is small, the reaction rate may decrease or the reaction may not proceed sufficiently, which is not desirable. If the amount used is large, the recovery of raw materials may become complicated and productivity may decrease. Not desirable.

上記フッ素化工程の温度は、下限として20℃以上、40℃以上、60℃以上、80℃以上、上限として200℃以下、160℃以下、140℃以下、120℃以下を挙げることができる。反応速度をみて、適宜選択すればよい。
上記フッ素化工程は、高圧下、常圧下、いずれで行ってもよい。
As for the temperature of the said fluorination process, 20 degreeC or more, 40 degreeC or more, 60 degreeC or more, 80 degreeC or more can be mentioned as a minimum, and 200 degrees C or less, 160 degrees C or less, 140 degrees C or less, 120 degrees C or less can be mentioned as an upper limit. What is necessary is just to select suitably in view of reaction rate.
The fluorination step may be performed under high pressure or normal pressure.

続いて、上記方法により得られたビス(フルオロスルホニル)イミドとリチウム化剤とを含む混合物を反応させてリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物を製造する。   Subsequently, a mixture containing the bis (fluorosulfonyl) imide obtained by the above method and a lithiating agent is reacted to produce a lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition.

ビス(フルオロスルホニル)イミドとリチウム化剤とを含む混合物を反応させた後の混合物は、未反応のビス(フルオロスルホニル)イミドと、未反応のリチウム化剤と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドと副生物を含んでいる。反応後の混合物全体に対するビス(フルオロスルホニル)イミドとリチウム化剤とリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの重量比の合計は0.8以上であることが好ましく、0.85以上であることがより好ましく、0.9以上であることがさらに好ましく、0.95以上であることが特に好ましい。   The mixture after reacting the mixture containing bis (fluorosulfonyl) imide and the lithiating agent comprises unreacted bis (fluorosulfonyl) imide, unreacted lithiating agent, lithium bis (fluorosulfonyl) imide, Contains by-products. The total weight ratio of bis (fluorosulfonyl) imide, lithiating agent and lithium bis (fluorosulfonyl) imide with respect to the entire mixture after the reaction is preferably 0.8 or more, more preferably 0.85 or more. 0.9 or more is more preferable, and 0.95 or more is particularly preferable.

ビス(フルオロスルホニル)イミドとリチウム化剤とを含む混合物の、反応開始時点におけるビス(フルオロスルホニル)イミドとリチウム化剤の上記混合物全体に対する重量比の合計は0.8以上であることが好ましく、0.85以上であることがより好ましく、0.9以上であることがさらに好ましく、0.95以上であることが特に好ましい。   The total weight ratio of the mixture containing bis (fluorosulfonyl) imide and lithiating agent to the whole mixture of bis (fluorosulfonyl) imide and lithiating agent at the start of the reaction is preferably 0.8 or more, It is more preferably 0.85 or more, further preferably 0.9 or more, and particularly preferably 0.95 or more.

リチウム化剤としては、LiOH、LiCO、LiHCO、LiCl、LiF、CHOLi、EtLi、BuLiおよびt−BuLi(尚、Etはエチル基、Buはブチル基を示す)等のアルキルリチウム化合物等が挙げられる。中でも、LiFが好ましい。 Examples of lithiating agents include alkyllithiums such as LiOH, Li 2 CO 3 , LiHCO 3 , LiCl, LiF, CH 3 OLi, EtLi, BuLi, and t-BuLi (where Et represents an ethyl group and Bu represents a butyl group). Compounds and the like. Among these, LiF is preferable.

下記式(2)に、ビス(フルオロスルホニル)イミドとLiFとを含む混合物を反応させることによる、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの製造を示す。   The following formula (2) shows the production of lithium bis (fluorosulfonyl) imide by reacting a mixture containing bis (fluorosulfonyl) imide and LiF.

ビス(フルオロスルホニル)イミドとLiFとを含む混合物を反応させた後の混合物は、未反応のビス(フルオロスルホニル)イミドと未反応のLiFとを含んでいる可能性があり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドと、Fイオンと、SO 2−イオンと、副生したHFを含み、さらにLiFSOを含んでいる場合がある。 The mixture after reacting the mixture containing bis (fluorosulfonyl) imide and LiF may contain unreacted bis (fluorosulfonyl) imide and unreacted LiF, and lithium bis (fluorosulfonyl). ) imide, F - comprises an ion, and SO 4 2-ions, the by-product HF, it may further contain LiFSO 3.

反応後の混合物全体に対するビス(フルオロスルホニル)イミドとLiFとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの重量比の合計は0.8以上であることが好ましく、0.85以上であることがより好ましく、0.9以上であることがさらに好ましく、0.95以上であることが特に好ましい。また、反応中に生成したHFの含有量を低減する工程を含んでいることが好ましい。   The total weight ratio of bis (fluorosulfonyl) imide, LiF and lithium bis (fluorosulfonyl) imide with respect to the entire mixture after the reaction is preferably 0.8 or more, more preferably 0.85 or more, and 0 Is more preferably 0.9 or more, and particularly preferably 0.95 or more. Moreover, it is preferable to include the process of reducing content of HF produced | generated during reaction.

ビス(フルオロスルホニル)イミドとLiFとを含む混合物の、反応開始時点におけるビス(フルオロスルホニル)イミドとLiFの上記混合物全体に対する重量比の合計は0.8以上であることが好ましく、0.85以上であることがより好ましく、0.9以上であることがさらに好ましく、0.95以上であることが特に好ましい。   The total weight ratio of the mixture containing bis (fluorosulfonyl) imide and LiF to the whole mixture of bis (fluorosulfonyl) imide and LiF at the start of the reaction is preferably 0.8 or more, and 0.85 or more. Is more preferably 0.9 or more, and particularly preferably 0.95 or more.

リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物製造工程において、HFを、反応後の混合物全体に対するビス(フルオロスルホニル)イミドとリチウム化剤とビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム塩の重量比の合計が0.8以上となる範囲で使用してもよい。リチウム塩化工程では、HFは使用しなくてもよい。   In the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition production process, the total weight ratio of bis (fluorosulfonyl) imide, lithiating agent, and bis (fluorosulfonyl) imide lithium salt to the total mixture after the reaction is 0.8. You may use in the range used as the above. In the lithium chloride step, HF may not be used.

ビス(フルオロスルホニル)イミドとリチウム化剤とを含む混合物の反応温度は、50℃以上であることが好ましく、80℃以上であることがより好ましく、100℃以上であることがさらに好ましく、120℃以上であることが特に好ましい。上限温度は、180℃以下、160℃以下が挙げられ、140℃、150℃でも行うことができる。反応温度が低すぎると反応が十分に進行しない場合があり、反応温度が高すぎると生成物が分解するおそれがあり望ましくない。また、上記反応の圧力範囲は、好ましくは1250hPa以下であり、より好ましくは1150hPa以下、さらに好ましくは1050hPa以下である。   The reaction temperature of the mixture containing bis (fluorosulfonyl) imide and the lithiating agent is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, further preferably 100 ° C. or higher, 120 ° C. The above is particularly preferable. Examples of the upper limit temperature include 180 ° C. or lower and 160 ° C. or lower, and 140 ° C. and 150 ° C. can be used. If the reaction temperature is too low, the reaction may not proceed sufficiently. If the reaction temperature is too high, the product may be decomposed, which is undesirable. Moreover, the pressure range of the said reaction becomes like this. Preferably it is 1250 hPa or less, More preferably, it is 1150 hPa or less, More preferably, it is 1050 hPa or less.

ビス(フルオロスルホニル)イミドに対するリチウム化剤に含まれるリチウムのmol比は0.8以上1.2以下であることが好ましく、0.9以上1.1以下であることがより好ましく、1.0付近が最も好ましい。   The molar ratio of lithium contained in the lithiating agent relative to bis (fluorosulfonyl) imide is preferably 0.8 or more and 1.2 or less, more preferably 0.9 or more and 1.1 or less, and 1.0 The vicinity is most preferable.

3−2 乾燥、粉体化工程
上記の反応後の混合物は、そのままリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物として使用してもよいが、乾燥し、粉体化して、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物とすることが好ましい。
リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物を乾燥し、粉体化する方法は特に限定されないが、HFを含む場合、(1)リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの融点以上の温度でHFを留去してから融点以下に冷却して粉体化する方法、(2)リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの融点以下の温度で粉体化し、さらにHFを留去する方法、(3)(1)及び(2)を組み合わせた方法、等が使用できる。
上記の反応後の混合物を、乾燥し、粉体化して、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物とすることにより、より確実に、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドを90質量%以上含み、Fイオンを1000質量ppm超含むリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物とすることができ、より優れた電解液を製造できる。
3-2 Drying and powdering step The mixture after the above reaction may be used as it is as a lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition, but is dried and powdered to obtain lithium bis (fluorosulfonyl) imide. A composition is preferred.
The method for drying and pulverizing the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition is not particularly limited. When HF is contained, (1) HF is distilled off at a temperature equal to or higher than the melting point of lithium bis (fluorosulfonyl) imide. (2) a method of powdering at a temperature below the melting point of lithium bis (fluorosulfonyl) imide and further distilling off HF, (3) (1) and ( A method combining 2) can be used.
The mixture after the above reaction is dried and pulverized to obtain a lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition, thereby more reliably containing 90% by mass or more of lithium bis (fluorosulfonyl) imide, F A lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition containing more than 1000 ppm by mass of ions can be obtained, and a more excellent electrolytic solution can be produced.

リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物の乾燥方法は特に限定されず、従来公知の乾燥装置が使用できる。リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの融点以上で乾燥する場合、乾燥時の温度は140℃以上とするのが好ましい。融点以下で乾燥する場合、乾燥時の温度は0℃〜140℃とするのが好ましい。より好ましくは10℃以上、さらに好ましくは20℃以上である。リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物の乾燥は、減圧でおこなってもよいし、乾燥装置にガスを供給しながら行ってもよい。使用可能なガスとしては、例えば、窒素、アルゴンなどの不活性ガスや乾燥空気が挙げられる。特に、HFを含む場合、HFの沸点が20℃未満と低いため、上記の温度範囲で効果的に乾燥できる。   The drying method of a lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition is not specifically limited, A conventionally well-known drying apparatus can be used. When drying above the melting point of lithium bis (fluorosulfonyl) imide, the drying temperature is preferably 140 ° C. or higher. When drying below the melting point, the drying temperature is preferably 0 ° C to 140 ° C. More preferably, it is 10 degreeC or more, More preferably, it is 20 degreeC or more. Drying of the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition may be performed under reduced pressure or may be performed while supplying a gas to a drying apparatus. Examples of usable gas include inert gas such as nitrogen and argon and dry air. In particular, when HF is contained, since the boiling point of HF is as low as less than 20 ° C., it can be effectively dried in the above temperature range.

なお、上記の工程で好ましく用いられる原料であるビス(クロロスルホニル)イミド、HF、LiF等のリチウム化剤などは、必要に応じて溶剤に溶解してから、蒸留、晶析、再沈殿などの公知の方法で精製することが可能である。
また、好ましくは、原料として用いられるビス(クロロスルホニル)イミド、HF、LiF等のリチウム化剤、生成物であるビス(フルオロスルホニル)イミド、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、副生成物として生成し得る塩化水素、HFなどは、必要に応じて溶剤に溶解してから、蒸留、晶析、再沈殿など、公知の方法で回収することが可能である。
Note that bis (chlorosulfonyl) imide, a lithiating agent such as HF and LiF, which is a raw material preferably used in the above steps, is dissolved in a solvent as necessary, and then subjected to distillation, crystallization, reprecipitation, etc. It can be purified by a known method.
Preferably, bis (chlorosulfonyl) imide used as a raw material, lithiating agent such as HF and LiF, bis (fluorosulfonyl) imide as a product, lithium bis (fluorosulfonyl) imide, and produced as a by-product. The obtained hydrogen chloride, HF, and the like can be recovered by a known method such as distillation, crystallization, reprecipitation, etc. after dissolving in a solvent as necessary.

3−3 電解液製造工程
電解液製造工程では、上記リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物製造工程で得られた上記リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物を用いて電解液を製造する。電解液は、上記リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物製造工程で得られた上記リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物と、上記公知の他の成分や添加物、溶媒とを混合することにより調製できる。上記電解液における上記リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物の含有量は、0.05mol/L以上が好ましく、より好ましくは0.1mol/L以上、さらに好ましくは0.5mol/L超、最も好ましくは0.6mol/L以上であり、好ましくは6mol/L以下、より好ましくは4mol/L以下、さらに好ましくは2mol/L以下、最も好ましくは1.5mol/L以下である。
3-3 Electrolytic Solution Manufacturing Step In the electrolytic solution manufacturing step, an electrolytic solution is manufactured using the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition obtained in the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition manufacturing step. The electrolytic solution is prepared by mixing the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition obtained in the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition production process with the other known components, additives, and solvent. it can. The content of the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition in the electrolytic solution is preferably 0.05 mol / L or more, more preferably 0.1 mol / L or more, still more preferably more than 0.5 mol / L, most preferably. Is 0.6 mol / L or more, preferably 6 mol / L or less, more preferably 4 mol / L or less, still more preferably 2 mol / L or less, and most preferably 1.5 mol / L or less.

上記電解液の製造方法では、上記リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物製造工程で得られた該リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物を、精製工程に付すことなく、そのまま使用することもできる。このため、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドを含む電解液の製造コストを抑制できる。   In the method for producing the electrolytic solution, the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition obtained in the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition production step can be used as it is without being subjected to a purification step. For this reason, the manufacturing cost of the electrolyte solution containing lithium bis (fluorosulfonyl) imide can be suppressed.

4.電池
電池は、上記電解液と、負極および正極とを含んでおり、具体的には、一次電池、リチウムイオン二次電池、充電及び放電機構を有する電池等が挙げられる。以下では、これらを代表して、リチウムイオン二次電池について説明する。
4). Battery The battery includes the above-described electrolytic solution, a negative electrode, and a positive electrode. Specific examples include a primary battery, a lithium ion secondary battery, a battery having a charging and discharging mechanism, and the like. Below, a lithium ion secondary battery is demonstrated on behalf of these.

リチウムイオン二次電池とは、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な正極活物質を含有する正極、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な負極活物質を含有する負極、及び非水電解液を有する。より詳細には、正極と負極との間にはセパレーターが設けられており、非水電解液は上記セパレーターに含浸された状態で、正極、負極等と共に外装ケースに収容されている。   The lithium ion secondary battery includes a positive electrode containing a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, a negative electrode containing a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and a non-aqueous electrolyte. More specifically, a separator is provided between the positive electrode and the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte is contained in the outer case together with the positive electrode, the negative electrode, and the like in a state of being impregnated in the separator.

4−1 正極
正極は、正極活物質、導電助剤及び結着剤等を含む正極合剤が正極集電体に担持されてなるものであり、通常、シート状に成形されている。
4-1 Positive Electrode The positive electrode is formed by supporting a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive additive, a binder, and the like on a positive electrode current collector, and is usually formed into a sheet shape.

正極の製造方法は特に限定されないが、例えば、(i)分散用溶媒に正極合剤を溶解又は分散させた正極活物質組成物を正極集電体にドクターブレード法等で塗工したり、正極集電体を正極活物質組成物に浸漬した後、乾燥する方法;(ii)正極活物質組成物を混練成形し乾燥して得たシートを正極集電体に導電性接着剤を介して接合し、プレス、乾燥する方法;(iii)液状潤滑剤を添加した正極活物質組成物を正極集電体上に塗布又は流延して、所望の形状に成形した後、液状潤滑剤を除去し、次いで、一軸又は多軸方向に延伸する方法;等が挙げられる。また、必要に応じて乾燥後の正極合剤層を加圧してもよい。これにより正極集電体との接着強度が増し、電極密度も高められる。   The method for producing the positive electrode is not particularly limited. For example, (i) a positive electrode active material composition in which a positive electrode mixture is dissolved or dispersed in a dispersion solvent is applied to a positive electrode current collector by a doctor blade method or the like. A method of immersing the current collector in the positive electrode active material composition and then drying; (ii) bonding a sheet obtained by kneading and drying the positive electrode active material composition to the positive electrode current collector through a conductive adhesive (Iii) A positive electrode active material composition added with a liquid lubricant is applied or cast onto a positive electrode current collector to form a desired shape, and then the liquid lubricant is removed. Then, the method of extending | stretching to a uniaxial or multiaxial direction; etc. are mentioned. Moreover, you may pressurize the positive mix layer after drying as needed. Thereby, the adhesive strength with the positive electrode current collector is increased, and the electrode density is also increased.

正極集電体の材料、正極活物質、導電助剤、結着剤、正極活物質組成物に用いられる溶媒(正極合剤を分散または溶解する溶媒)としては特に限定されず、従来公知の各材料を用いることができ、例えば、特開2014−13704号公報に記載の各材料を用いることができる。   The material used for the positive electrode current collector, the positive electrode active material, the conductive auxiliary agent, the binder, and the solvent used in the positive electrode active material composition (solvent for dispersing or dissolving the positive electrode mixture) is not particularly limited. A material can be used, for example, each material described in JP, 2014-13704, A can be used.

正極活物質の使用量は、正極合剤100質量部に対して75質量部以上、99質量部以下とするのが好ましく、より好ましくは85質量部以上であり、さらに好ましくは90質量部以上であり、より好ましくは98質量部以下であり、さらに好ましくは97質量部以下である。   The amount of the positive electrode active material used is preferably 75 parts by mass or more and 99 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the positive electrode mixture, more preferably 85 parts by mass or more, and further preferably 90 parts by mass or more. Yes, more preferably 98 parts by mass or less, still more preferably 97 parts by mass or less.

導電助剤を用いる場合の、正極合剤中の導電助剤の含有量としては、正極合剤100質量%に対して、0.1質量%〜10質量%の範囲で用いるのが好ましい(より好ましくは0.5質量%〜10質量%、さらに好ましくは1質量%〜10質量%)。導電助剤が少なすぎると、導電性が極端に悪くなり、負荷特性及び放電容量が劣化する虞がある。一方、多すぎると正極合剤層のかさ密度が高くなり、結着剤の含有量をさらに増やす必要があるため好ましくない。   In the case of using a conductive additive, the content of the conductive additive in the positive electrode mixture is preferably 0.1% by mass to 10% by mass with respect to 100% by mass of the positive electrode mixture (more preferably Preferably 0.5% by mass to 10% by mass, more preferably 1% by mass to 10% by mass). If the amount of the conductive assistant is too small, the conductivity is extremely deteriorated and the load characteristics and the discharge capacity may be deteriorated. On the other hand, when the amount is too large, the bulk density of the positive electrode mixture layer is increased, and the content of the binder needs to be further increased.

結着剤を用いる場合の、正極合剤中の結着剤の含有量としては、正極合剤100質量%に対して0.1質量%〜10質量%が好ましい(より好ましくは0.5質量%〜9質量%、さらに好ましくは1質量%〜8質量%)。結着剤が少なすぎると良好な密着性が得られず、正極活物質や導電助剤が集電体から脱離してしまう虞がある。一方、多すぎると内部抵抗の増加を招き電池特性に悪影響を及ぼしてしまう虞がある。
導電助剤及び結着剤の配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視等)、イオン伝導性等を考慮して適宜調整することができる。
In the case of using the binder, the content of the binder in the positive electrode mixture is preferably 0.1% by mass to 10% by mass with respect to 100% by mass of the positive electrode mixture (more preferably 0.5% by mass). % To 9% by mass, more preferably 1% to 8% by mass). If the amount of the binder is too small, good adhesion cannot be obtained, and the positive electrode active material and the conductive additive may be detached from the current collector. On the other hand, if the amount is too large, the internal resistance may be increased, and the battery characteristics may be adversely affected.
The blending amounts of the conductive auxiliary agent and the binder can be appropriately adjusted in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, importance on energy, etc.), ion conductivity, and the like.

4−2 負極
負極は、負極活物質、結着剤及び必要に応じて導電助剤等を含む負極合剤が負極集電体に担持されてなるものであり、通常、シート状に成形されている。
負極の製造方法としては、正極の製造方法と同様の方法を採用することができる。また、負極の製造時に使用する導電助剤、結着剤、材料分散用の溶媒も、正極で用いられるものと同様のものが用いられる。
4-2 Negative electrode A negative electrode is formed by supporting a negative electrode active material, a binder, and, if necessary, a negative electrode mixture containing a conductive auxiliary agent on a negative electrode current collector, and is usually formed into a sheet shape. Yes.
As a manufacturing method of the negative electrode, a method similar to the manufacturing method of the positive electrode can be employed. In addition, the same conductive auxiliary agent, binder, and material dispersing solvent as used in the positive electrode are used in the production of the negative electrode.

負極集電体の材料、負極活物質としては、従来公知の負極活物質を用いることができ、例えば、特開2014−13704号公報に記載の各材料を用いることができる。   As the material of the negative electrode current collector and the negative electrode active material, conventionally known negative electrode active materials can be used. For example, each material described in JP-A-2014-13704 can be used.

4−3 セパレーター
セパレーターは正極と負極とを隔てるように配置されるものである。セパレーターには特に制限がなく、本発明では、従来公知のセパレーターはいずれも使用でき、例えば、特開2014−13704号公報に記載の各材料を用いることができる。
4-3 Separator The separator is disposed so as to separate the positive electrode and the negative electrode. There is no restriction | limiting in particular in a separator, In this invention, all the conventionally well-known separators can be used, For example, each material as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2014-13704 can be used.

4−4 電池外装材
正極、負極、セパレーター及び非水電解液等を備えた電池素子は、リチウムイオン二次電池使用時の外部からの衝撃、環境劣化等から電池素子を保護するため電池外装材に収容される。本発明では、電池外装材の素材は特に限定されず従来公知の外装材はいずれも使用することができる。
4-4 Battery exterior material Battery elements equipped with a positive electrode, negative electrode, separator, non-aqueous electrolyte, etc. are provided with battery exterior materials to protect the battery elements from external impacts and environmental degradation when using lithium ion secondary batteries. Is housed in. In the present invention, the material of the battery exterior material is not particularly limited, and any conventionally known exterior material can be used.

リチウムイオン二次電池の形状は特に限定されず、円筒型、角型、ラミネート型、コイン型、大型等、リチウムイオン二次電池の形状として従来公知の形状はいずれも使用することができる。また、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等に搭載するための高電圧電源(数10V〜数100V)として使用する場合には、個々の電池を直列に接続して構成される電池モジュールとすることもできる。   The shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and any conventionally known shape can be used as the shape of the lithium ion secondary battery, such as a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a coin shape, and a large size. Further, when used as a high voltage power source (several tens of volts to several hundreds of volts) for mounting on an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, etc., a battery module configured by connecting individual batteries in series can be used. .

リチウムイオン二次電池の定格充電電圧は特に限定されないが、3.6V以上であるのが好ましい。更に好ましくは4.1V以上、最も好ましくは4.2V超である。本発明による効果は特に4.2Vを超える電圧で使用する場合に顕著となる。より好ましくは4.3V以上であり、さらに好ましくは4.35V以上である。定格充電電圧が高いほど、エネルギー密度を高めることはできるが、高すぎると安全性を確保し難い場合がある。したがって、定格充電電圧は4.6V以下であるのが好ましい。より好ましくは4.5V以下である。   The rated charging voltage of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, but is preferably 3.6 V or higher. More preferably, it is 4.1 V or more, and most preferably more than 4.2 V. The effect of the present invention is particularly remarkable when used at a voltage exceeding 4.2V. More preferably, it is 4.3 V or more, and further preferably 4.35 V or more. The higher the rated charging voltage, the higher the energy density, but if it is too high, it may be difficult to ensure safety. Therefore, the rated charging voltage is preferably 4.6 V or less. More preferably, it is 4.5 V or less.

以下、実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。   Hereinafter, although an Example demonstrates in more detail, this invention is not limited at all by these.

[NMR測定]
H−NMR、19F−NMRの測定は、Varian社製の「Unity Plus−400」を使用して行った(内部標準物質:ベンゼンスルホニルフルオライド、溶媒:重アセトニトリル、積算回数:16回)。
[NMR measurement]
1 H-NMR and 19 F-NMR were measured using “Unity Plus-400” manufactured by Varian (internal standard substance: benzenesulfonyl fluoride, solvent: deuterated acetonitrile, integration number: 16 times). .

[ICP発光分光分析法]
下記例で得られたLiFSI 0.1gを超純水9.9gと混合した濃度1質量%の水溶液を測定試料とし、マルチタイプICP発光分光分析装置(島津製作所製「ICPE−9000」)を使用した。
[ICP emission spectroscopy]
Using a multi-type ICP emission spectrophotometer ("ICPE-9000" manufactured by Shimadzu Corp.) using an aqueous solution with a concentration of 1% by mass obtained by mixing 0.1 g of LiFSI obtained in the following example with 9.9 g of ultrapure water. did.

[イオンクロマトグラフィー分析法]
上記実験例で得られたLiFSI 0.01gを超純水(18.2Ω・cm超)で1000倍に希釈して測定溶液とし、イオンクロマトグラフィーシステム ICS−3000(日本ダイオネクス株式会社製)を用いて、LiFSI中に含まれるFイオン、SO 2−イオンを測定した。
分離モード:イオン交換
溶離液:7〜20mM KOH水溶液
検出器:電気伝導度検出器
カラム:アニオン分析用カラム Ion PAC AS−17C(日本ダイオネクス株式会社製)
[Ion chromatography analysis]
0.01 g LiFSI obtained in the above experimental example was diluted 1000 times with ultrapure water (over 18.2 Ω · cm) to obtain a measurement solution, and an ion chromatography system ICS-3000 (manufactured by Nippon Dionex Co., Ltd.) was used. Then, F ions and SO 4 2− ions contained in LiFSI were measured.
Separation mode: Ion exchange Eluent: 7-20 mM KOH aqueous solution Detector: Electrical conductivity detector Column: Anion analysis column Ion PAC AS-17C (manufactured by Nippon Dionex Co., Ltd.)

[ヘッドスペースガスクロマトグラフィー分析法]
下記実施例で得られたLiFSI組成物0.05gにジメチルスルホキシド水溶液(ジメチルスルホキシド/超純水=20/80、体積比)200μL、20質量%塩化ナトリウム水溶液2mLを加えて測定溶液とし、これをバイアル瓶に入れ密閉し、ヘッドスペース−ガスクロマトグラフィーシステム(「Agilent6890」、Agilent社製)により、フルオロスルホニルイミドのリチウム塩中に含まれる残留溶媒量を測定した。
装置:Agilent6890
カラム:HP−5(長さ:30m、カラム内径:0.32mm、膜厚:0.25μm)(Agilent社製)
カラム温度条件:60℃(2分保持)、30℃/分で300℃まで昇温、300℃(2分保持)
ヘッドスペース条件:80℃(30分保持)
インジェクター温度:250℃
検出器:FID(300℃)
[Headspace gas chromatography analysis]
To 0.05 g of LiFSI composition obtained in the following Examples, 200 μL of dimethyl sulfoxide aqueous solution (dimethyl sulfoxide / ultra pure water = 20/80, volume ratio) and 2 mL of 20 mass% sodium chloride aqueous solution were added to obtain a measurement solution. The vial was sealed in a vial, and the amount of residual solvent contained in the lithium salt of fluorosulfonylimide was measured by a headspace-gas chromatography system (“Agilent 6890”, manufactured by Agilent).
Device: Agilent 6890
Column: HP-5 (length: 30 m, column inner diameter: 0.32 mm, film thickness: 0.25 μm) (manufactured by Agilent)
Column temperature conditions: 60 ° C. (2 minutes hold), 30 ° C./min. To 300 ° C., 300 ° C. (2 minutes hold)
Headspace condition: 80 ° C (30 minutes hold)
Injector temperature: 250 ° C
Detector: FID (300 ° C)

以下の製法にてLiFSIを作成した。   LiFSI was prepared by the following manufacturing method.

実施例1
PFA(フッ素樹脂製)反応容器に、LiF 1.17g(45mmol)を量り取った。反応容器を氷冷して、HFSI 9.59g(53mmol)を投入した。反応溶液を120℃に加熱し、1.5時間反応を行った。反応溶液を10hPa、140℃で、2時間減圧脱揮し、LiFSIを含む組成物を得た。この結果、LiFSI 7.30gを得た。なお、LiFSI生成量は、F−NMR測定により求めた。
Example 1
LiF 1.17 g (45 mmol) was weighed into a PFA (made of fluororesin) reaction vessel. The reaction vessel was ice-cooled, and 9.59 g (53 mmol) of HFSI was added. The reaction solution was heated to 120 ° C. and reacted for 1.5 hours. The reaction solution was evacuated under reduced pressure at 10 hPa and 140 ° C. for 2 hours to obtain a composition containing LiFSI. As a result, 7.30 g of LiFSI was obtained. The LiFSI production amount was determined by F-NMR measurement.

実施例2
PFA反応容器に、LiF 3.2g(125mmol)を量り取った。反応容器を氷冷して、HFSI 25.0g(139mmol)を投入した。反応溶液を140℃に加熱し、1時間反応を行った。反応溶液を1.4KPa、140℃で、2時間減圧脱揮し、LiFSIを含む組成物を得た。この結果、LiFSI 22.70gを得た。
Example 2
In a PFA reaction vessel, 3.2 g (125 mmol) of LiF was weighed. The reaction vessel was ice-cooled, and 25.0 g (139 mmol) of HFSI was added. The reaction solution was heated to 140 ° C. and reacted for 1 hour. The reaction solution was evacuated under reduced pressure at 1.4 KPa and 140 ° C. for 2 hours to obtain a composition containing LiFSI. As a result, 22.70 g of LiFSI was obtained.

実施例3
PFA反応容器に、LiF 1.43g(55mmol)を量り取った。反応容器を氷冷して、HFSI 7.45g(41mmol)を投入した。反応溶液を120℃に加熱し、1.5時間反応を行った。反応溶液を10hPa、140℃で、2時間減圧脱揮した。この結果、LiFSI[ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム塩]7.40gを得た。なお、LiFSI生成量は、F−NMR測定により求めた。
Example 3
LiF (1.43 g, 55 mmol) was weighed into a PFA reaction vessel. The reaction vessel was ice-cooled, and 7.45 g (41 mmol) of HFSI was added. The reaction solution was heated to 120 ° C. and reacted for 1.5 hours. The reaction solution was evacuated under reduced pressure at 10 hPa and 140 ° C. for 2 hours. As a result, 7.40 g of LiFSI [bis (fluorosulfonyl) imide lithium salt] was obtained. The LiFSI production amount was determined by F-NMR measurement.

比較例1
特開2014−201453号公報に開示の方法に従って、LiFSIを含む組成物を得た。
Comparative Example 1
According to the method disclosed in JP 2014-201453 A, a composition containing LiFSI was obtained.

実施例1〜3および比較例1で得られたLiFSIを含む各組成物をF−NMRで分析し、LiFSOを定量した。LiFSI中のFイオンとSO 2−イオンの含有量をイオンクロマトグラフィーで分析した。また、超脱水メタノール[和光純薬工業(株)製、水分量10ppm以下]溶媒30mL中に実施例1,2および比較例1で得られたLiFSIを含む各組成物を1g溶解し、0.01N NaOHメタノール溶液を用いた中和滴定によりHFを定量した(滴定温度25℃)。pHは中和滴定時の初期値をpH電極で測定した。
結果を表1に示す。なお、F−NMRは検出限界100質量ppm、イオンクロマトグラフィー定量限界は1質量ppmである。
Each composition containing LiFSI obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was analyzed by F-NMR, and LiFSO 3 was quantified. The contents of F ions and SO 4 2− ions in LiFSI were analyzed by ion chromatography. Also, 1 g of each composition containing LiFSI obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was dissolved in 30 mL of ultra-dehydrated methanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., water content of 10 ppm or less). HF was quantified by neutralization titration with 01N NaOH methanol solution (titration temperature 25 ° C.). The pH was measured with a pH electrode at the initial value during neutralization titration.
The results are shown in Table 1. In addition, F-NMR has a detection limit of 100 mass ppm and an ion chromatography determination limit of 1 mass ppm.

実施例1〜3および比較例1で得られたLiFSIを含む各組成物を用いて0.6M LiFSI+0.6M LiPF EC/MEC=3/7組成の電解液を作成した。FSIの秤量に当たっては、LiFSOの含有量を考慮して1.2M/Lとなるように調整した。LiPFは市販品を使用した。ECはエチレンカーボネート、MECはメチルエチルカーボネートである。
これらの各電解液を用いて電池評価を実施した。電池評価に用いるセルとして、LiCoOを正極に、グラファイトを負極に、PE(ポリエチレン)のセパレーターを用い、充電電圧4.35V、34mAh設計のラミネート電池を用いた。
Using each composition containing LiFSI obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, an electrolyte solution having a composition of 0.6M LiFSI + 0.6M LiPF 6 EC / MEC = 3/7 was prepared. In weighing FSI, the content of LiFSO 3 was considered and adjusted to 1.2 M / L. A commercially available product of LiPF 6 was used. EC is ethylene carbonate and MEC is methyl ethyl carbonate.
Battery evaluation was carried out using each of these electrolytic solutions. As a cell used for battery evaluation, a LiCoO 2 positive electrode, graphite as a negative electrode, a PE (polyethylene) separator, and a laminate battery with a charging voltage of 4.35 V and a design of 34 mAh were used.

<初期レート特性(25℃)測定>
上記仕様のセルを以下の条件で充放電を行い、初期レート特性を測定した。
充電:定電流定電圧充電:4.35V 1C(34mA) 1/50C(0.68mA)終止 → 放電:定電流放電:0.2C(6.8mA)、1C(34mA)、2C(68mA)それぞれのレートで2.75V終止
初期レート特性(25℃)を、0.2C放電容量と1C,2C各放電容量の比(%)を用いて評価した。結果を表2に示す。実施例1〜3が比較例1よりも改善している。
<Initial rate characteristics (25 ° C) measurement>
The cell with the above specifications was charged and discharged under the following conditions, and the initial rate characteristics were measured.
Charging: Constant current Constant voltage charging: 4.35V 1C (34 mA) 1/50 C (0.68 mA) termination → Discharging: Constant current discharging: 0.2 C (6.8 mA), 1 C (34 mA), 2 C (68 mA) respectively The initial rate characteristics (25 ° C.) at a rate of 2.75 V were evaluated using the ratio (%) of the 0.2C discharge capacity and each of the 1C and 2C discharge capacities. The results are shown in Table 2. Examples 1 to 3 are improved over Comparative Example 1.

<初期低温入出力特性評価>
実施例1〜3と比較例1で得られたLiFSIを含む各組成物を用いた電解液を使用したセルの初期低温入出力特性を以下のように評価した。
・(0.2C定電流2.75V終止放電状態から、0℃ 1C定電流充電 4.35V終止時の充電容量)/(0.2C定電流2.75V終止放電状態から、25℃ 4.35V 1C 定電流定電圧充電1/50C終止時の充電容量)比(%)を低温入力特性とした。
・(25℃ 4.35V 1C定電流定電圧充電1/50C終止充電状態から0℃ 1C 定電流放電2.75V終止放電容量)/(25℃ 4.35V 1C定電流定電圧充電1/50C終止充電状態から25℃ 1C 定電流放電2.75V終止放電容量)比(%)を低温放電特性とした。
初期低温入出力特性を、低温入力特性と低温放電特性の各比(%)を用いて評価した。結果を表3に示す。
<Evaluation of initial low temperature input / output characteristics>
The initial low temperature input / output characteristics of the cells using the electrolytic solutions using the compositions containing LiFSI obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were evaluated as follows.
・ (Charge capacity when 0.2C constant current 2.75V end discharge state, 0 ° C 1C constant current charge 4.35V end) / (0.2C constant current 2.75V end discharge state, 25 ° C 4.35V 1C constant current constant voltage charge 1 / 50C charge capacity at end of charge) ratio (%) was defined as low temperature input characteristics.
・ (25 ° C 4.35V 1C constant current constant voltage charge 1 / 50C end charge state to 0 ° C 1C constant current discharge 2.75V end discharge capacity) / (25 ° C 4.35V 1C constant current constant voltage charge 1 / 50C end The low temperature discharge characteristic was defined as the ratio (%) of 25 ° C 1C constant current discharge 2.75V end discharge capacity) from the charged state.
The initial low-temperature input / output characteristics were evaluated using the ratio (%) between the low-temperature input characteristics and the low-temperature discharge characteristics. The results are shown in Table 3.

<4.35V充電60℃1週間放置試験>
25℃ 4.35V 1C定電流定電圧充電1/50C終止充電済み電池を60℃1週間保存し、保存前後のセル回路電圧を測定した。また保存後のセルを初期レート特性測定と同様の方法で測定し、保存前後の各レートでの放電容量から容量維持率を測定した。
表4にセル回路電圧(V)を、表5に容量維持率(%)を示す。
<4.35V charge 60 ° C 1 week standing test>
25 ° C. 4.35 V 1 C constant current constant voltage charge 1/50 C end-charged battery was stored at 60 ° C. for 1 week, and the cell circuit voltage before and after storage was measured. Further, the cell after storage was measured by the same method as the initial rate characteristic measurement, and the capacity retention rate was measured from the discharge capacity at each rate before and after storage.
Table 4 shows the cell circuit voltage (V), and Table 5 shows the capacity retention rate (%).

<4.35V 60℃1週間放置後、4.4V 85℃48時間放置試験>
4.35V充電状態で60℃1週間放置したセルを、追加で4.4V充電状態で85℃48時間放置を行った。
実施例1〜3と比較例1で得られたLiFSIを含む各組成物を用いた電解液を使用したセルについて、放置前後の各レートでの放電容量比を用いて保存後劣化率を測定した。結果を表6に示す。
<After standing for 4.35V at 60 ° C for 1 week, standing for 4.4V at 85 ° C for 48 hours>
The cell which was left at 60 ° C. for 1 week in the state of 4.35 V charge was left to stand at 85 ° C. for 48 hours in the state of 4.4 V charge.
About the cell using the electrolyte solution using each composition containing LiFSI obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, the deterioration rate after storage was measured using the discharge capacity ratio at each rate before and after being left. . The results are shown in Table 6.

表5、6に示すように、Fイオンをほとんど含まない比較例1と比べ、Fイオンを1000質量ppm超含み、さらにSO 2−イオンの含有量が6000質量ppm以下である実施例1〜3の方が、容量維持率や保存後劣化率が改善した。 As shown in Table 5, 6, F - in comparison with Comparative Example 1 containing little ion, F - ions comprise ultra 1000 mass ppm, further the content of SO 4 2-ionic or less 6000 mass ppm Example 1 to 3 improved the capacity retention rate and the deterioration rate after storage.

<ICP分析>
4.35V充電後60℃1週間放置後、さらに4.4V充電状態85℃48時間放置後の容量測定済みセルを放電状態で開封し、電解液を遠心分離機2000rpm,5分の条件で採取し、0.4%硝酸水溶液で100倍希釈し、希釈液をICPで分析し、電解液中のコバルト量を分析した。
また、解体した負極、セパレーターを分別し、それぞれEMC(エチルメチルカーボネート)溶液で洗浄後、45℃で24時間真空乾燥した。
その後、負極は活物質を剥離し、69%硝酸水溶液1mLで8時間浸漬し、水15g加えて水溶液を濾過し、水溶液をICPで溶液中のコバルト量を分析した。
セパレーターも同様に69%硝酸水溶液で8時間浸漬後、水15gを加えて濾過し、濾過後の水溶液をICPでコバルト量を分析した。
比較例1の電解液を用いたコバルト量を100%とした時の実施例1〜3の分析値を表7に示す。なお、ICP定量限界は0.05ppmである。
<ICP analysis>
4. After charging at 35 ° C for 1 week after charging at 35 ° F, open the capacity-measured cell after leaving at 4.4 ° C at 85 ° C for 48 hours in a discharged state, and collect the electrolyte under conditions of centrifuge at 2000 rpm for 5 minutes. Then, it was diluted 100 times with a 0.4% nitric acid aqueous solution, the diluted solution was analyzed by ICP, and the amount of cobalt in the electrolytic solution was analyzed.
The disassembled negative electrode and separator were separated, washed with an EMC (ethyl methyl carbonate) solution, and then vacuum dried at 45 ° C. for 24 hours.
Thereafter, the active material was peeled off from the negative electrode, immersed in 1 mL of 69% nitric acid aqueous solution for 8 hours, 15 g of water was added, the aqueous solution was filtered, and the amount of cobalt in the solution was analyzed by ICP.
Similarly, the separator was immersed in a 69% nitric acid aqueous solution for 8 hours, then 15 g of water was added and filtered, and the aqueous solution after filtration was analyzed for the amount of cobalt by ICP.
Table 7 shows the analytical values of Examples 1 to 3 when the amount of cobalt using the electrolytic solution of Comparative Example 1 is 100%. The ICP quantitative limit is 0.05 ppm.

表7から、実施例1〜3では、負極上、セパレーター中、電解液中いずれもコバルト量が減少しており、Fイオンの含有量と相関関係にあり、放置後容量維持率と同様な関係になったことが分かった。 From Table 7, in Examples 1 to 3, the amount of cobalt is reduced on the negative electrode, in the separator, and in the electrolyte solution, and is correlated with the content of F ions, which is similar to the capacity retention rate after standing. I knew it was a relationship.

実施例4
PFA製の100mLフラスコに、HFSIを20.0g(110.6mmol)とLiF 2.57g(99.5mmol)を量り取った。常圧(1013hPa)で反応溶液を140℃まで加熱して15分間反応を行った後、2kPaまで減圧し、143℃で1時間脱揮処理を行った。その後冷却し、LiFSIを主成分とする組成物19.4gを得た。分析値を表8に示す。
溶媒量は、Agilent6890N Network GC Systemを用いて行い、検出下限の1質量ppm未満を未検出(N.D.)とした。
Example 4
In a 100 mL flask made of PFA, 20.0 g (110.6 mmol) of HFSI and 2.57 g (99.5 mmol) of LiF were weighed. The reaction solution was heated to 140 ° C. under normal pressure (1013 hPa) and reacted for 15 minutes, then the pressure was reduced to 2 kPa and devolatilization was performed at 143 ° C. for 1 hour. Thereafter, the mixture was cooled to obtain 19.4 g of a composition mainly composed of LiFSI. The analysis values are shown in Table 8.
The amount of the solvent was measured using Agilent 6890N Network GC System, and the lower limit of detection of less than 1 ppm by mass was not detected (ND).

実施例5、6
LiFの使用量を、表8に示すHFSI/LiFのmol比となるように変更した以外は、実施例4と同様にしてLiFSIを主成分とする組成物を得た。分析値を表8に示す。
Examples 5 and 6
A composition containing LiFSI as a main component was obtained in the same manner as in Example 4 except that the amount of LiF used was changed so that the molar ratio of HFSI / LiF shown in Table 8 was obtained. The analysis values are shown in Table 8.

実施例7
PFA製の100mLフラスコに、HFSIを101.0g(558mmol)とLiF 14.5g(558mmol)を量り取った。常圧(1013hPa)で反応溶液を150℃まで加熱して15分間反応を行った後、50kPaまで減圧して1時間熟成を行った。その後10kPaに減圧して、10mL/minの窒素流通下145〜150℃で1時間脱揮処理を行った。冷却し、LiFSIを主成分とする組成物103.3gを得た。分析値を表8に示す。
Example 7
In a 100 mL flask made of PFA, 101.0 g (558 mmol) of HFSI and 14.5 g (558 mmol) of LiF were weighed. The reaction solution was heated to 150 ° C. at normal pressure (1013 hPa) and reacted for 15 minutes, and then the pressure was reduced to 50 kPa and aging was performed for 1 hour. Thereafter, the pressure was reduced to 10 kPa, and devolatilization was performed at 145 to 150 ° C. for 1 hour under a nitrogen flow of 10 mL / min. It cooled and obtained 103.3g of compositions which have LiFSI as a main component. The analysis values are shown in Table 8.

比較例2
[フルオロスルホニルイミド合成工程(フッ素化工程)]
攪拌装置を備えたパイレックス(登録商標)製反応容器A(内容量5L)に、窒素気流下で酢酸ブチル990gを加え、ここに110g(514mmol)のビス(クロロスルホニル)イミドを室温(25℃)で滴下した。
Comparative Example 2
[Fluorosulfonylimide synthesis step (fluorination step)]
990 g of butyl acetate was added to a Pyrex (registered trademark) reaction vessel A (internal volume 5 L) equipped with a stirrer under a nitrogen stream, and 110 g (514 mmol) of bis (chlorosulfonyl) imide was added thereto at room temperature (25 ° C.). It was dripped at.

得られたビス(クロロスルホニル)イミドの酢酸ブチル溶液に、室温で、フッ化亜鉛55.6g(540mmol、ビス(クロロスルホニル)イミドに対して1.05当量)を一度に加え、これが完全に溶解するまで室温で6時間攪拌した。   To the resulting bis (chlorosulfonyl) imide solution in butyl acetate, 55.6 g of zinc fluoride (540 mmol, 1.05 equivalents relative to bis (chlorosulfonyl) imide) was added at once at room temperature, and this was completely dissolved. The mixture was stirred at room temperature for 6 hours.

[カチオン交換工程1−アンモニウム塩の合成]
攪拌装置を備えたパイレックス(登録商標)製反応容器B(内容量3L)に、25質量%アンモニア水297g(4360mmol、ビス(クロロスルホニル)イミドに対して8.49当量)を加えた。アンモニア水の攪拌下、室温で、反応容器Bに、反応容器Aの反応溶液を滴下して加えた。反応溶液の滴下終了後、攪拌を停止し、水層と酢酸ブチル層の2層に分かれた反応溶液から、塩化亜鉛などの副生物を含む水層を除去し、有機層として、アンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの酢酸ブチル溶液を得た。
[Cation Exchange Step 1-Synthesis of Ammonium Salt]
To a Pyrex (registered trademark) reaction vessel B (internal volume: 3 L) equipped with a stirrer, 297 g (4360 mmol, 8.49 equivalents relative to bis (chlorosulfonyl) imide) of 25% by mass ammonia water was added. The reaction solution in the reaction vessel A was added dropwise to the reaction vessel B at room temperature with stirring of aqueous ammonia. After completion of the addition of the reaction solution, stirring was stopped, and the aqueous layer containing by-products such as zinc chloride was removed from the reaction solution divided into two layers, an aqueous layer and a butyl acetate layer, and ammonium bis (fluoro A butyl acetate solution of sulfonyl) imide was obtained.

得られた有機層を試料として、19F−NMR(溶媒:重アセトニトリル)測定を行った。得られたチャートにおいて、内部標準物質として加えたトリフルオロメチルベンゼンの量、及び、これに由来するピークの積分値と、目的生成物に由来するピークの積分値との比較から、有機層に含まれるアンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドの粗収量を求めた(416mmol)。
19F−NMR(溶媒:重アセトニトリル):δ56.0
19 F-NMR (solvent: deuterated acetonitrile) was measured using the obtained organic layer as a sample. In the obtained chart, the amount of trifluoromethylbenzene added as an internal standard substance, and the comparison between the integrated value of the peak derived from this and the integrated value of the peak derived from the target product, was included in the organic layer. The crude yield of ammonium bis (fluorosulfonyl) imide was determined (416 mmol).
19 F-NMR (solvent: deuterated acetonitrile): δ 56.0

[カチオン交換工程2−リチウム塩の合成]
得られた有機層に含まれるアンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミドに対して、リチウムの量が2当量となるように、15質量%の水酸化リチウム水溶液133g(Liとして834mmol)を加え、室温で10分間攪拌した。その後、反応溶液から水層を除去して、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの酢酸ブチル溶液を得た。
[Cation Exchange Step 2-Synthesis of Lithium Salt]
With respect to ammonium bis (fluorosulfonyl) imide contained in the obtained organic layer, 133 g (834 mmol as Li) of a 15 mass% lithium hydroxide aqueous solution was added so that the amount of lithium was 2 equivalents. Stir for minutes. Thereafter, the aqueous layer was removed from the reaction solution to obtain a butyl acetate solution of lithium bis (fluorosulfonyl) imide.

得られた有機層を試料とし、ICP発光分光分析法により、フルオロスルホニルイミドのプロトンがリチウムイオンに交換されていることを確認した。また、有機層中のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド濃度は7質量%であった(収量:994g、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド収量:69.6g)。   Using the obtained organic layer as a sample, it was confirmed by ICP emission spectroscopic analysis that protons of fluorosulfonylimide were exchanged for lithium ions. The concentration of lithium bis (fluorosulfonyl) imide in the organic layer was 7% by mass (yield: 994 g, yield of lithium bis (fluorosulfonyl) imide: 69.6 g).

なお、フルオロスルホニルイミドの濃度は、得られた有機層を試料として、19F−NMR(溶媒:重アセトニトリル)測定を行い、測定結果のチャートにおいて、内部標準物質として加えたトリフルオロメチルベンゼンの量、及び、これに由来するピークの積分値と、目的生成物に由来するピークの積分値との比較から求めた。 The concentration of fluorosulfonylimide was measured by 19 F-NMR (solvent: deuterated acetonitrile) using the obtained organic layer as a sample, and the amount of trifluoromethylbenzene added as an internal standard substance in the measurement result chart. And the peak integration value derived from this and the peak integration value derived from the target product.

[濃縮工程]
ロータリーエバポレーター(「REN−1000」、IWAKI社製)を使用して、減圧下で、カチオン交換工程2で得られたリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの酢酸ブチル溶液から反応溶媒を一部留去し、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド溶液162gを得た(濃度:43質量%)。
[Concentration process]
Using a rotary evaporator ("REN-1000", manufactured by IWAKI), part of the reaction solvent was distilled off from the butyl acetate solution of lithium bis (fluorosulfonyl) imide obtained in cation exchange step 2 under reduced pressure. 162 g of lithium bis (fluorosulfonyl) imide solution was obtained (concentration: 43% by mass).

滴下ロートおよび冷却管と溜出受器を備えた500mLセパラブルフラスコに、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド69.6gを含んだ酢酸ブチル溶液162gを加えた。真空ポンプを使用して、上記セパラブルフラスコ内を667Paまで減圧し、55℃に加温したオイルバスにセパラブルフラスコを浸漬させ、セパラブルフラスコ内の酢酸ブチル溶液を攪拌しながらゆっくりと加熱することで、フルオロスルホニルイミド合成工程からの反応溶媒である酢酸ブチルを溜出させた。溜出が始まってから10分間の間に溜出受器に回収した液の総量と同体積量の1,2,4−トリメチルベンゼンを貧溶媒としてセパラブルフラスコに添加した。その後、10分毎に溜出液と同体積量の1,2,4−トリメチルベンゼンをセパラブルフラスコ内に添加し続けることで、反応溶液を濃縮しつつ、系内の酢酸ブチル(反応溶媒)と1,2,4−トリメチルベンゼンとの配合比率を変化させて、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの白色結晶を析出させた。セパラブルフラスコ内の上澄み液が透明になるまで上記操作を繰り返した後、フラスコを室温まで冷却し、得られたリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド結晶の懸濁液を濾過し、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの結晶を濾取した。なお、酢酸ブチル溶液の加熱開始から濃縮工程終了するまでの時間は6時間であり、白色結晶析出開始までに要した時間は2時間であった。   162 g of butyl acetate solution containing 69.6 g of lithium bis (fluorosulfonyl) imide was added to a 500 mL separable flask equipped with a dropping funnel, a condenser and a distillation receiver. Using a vacuum pump, the pressure inside the separable flask is reduced to 667 Pa, the separable flask is immersed in an oil bath heated to 55 ° C., and the butyl acetate solution in the separable flask is slowly heated while stirring. Thus, butyl acetate, which is a reaction solvent from the fluorosulfonylimide synthesis step, was distilled out. During the 10 minutes after the start of distillation, 1,2,4-trimethylbenzene having the same volume as the total amount of liquid collected in the distillation receiver was added as a poor solvent to the separable flask. Thereafter, butyl acetate (reaction solvent) in the system was concentrated while continuing to add 1,2,4-trimethylbenzene in the same volume as the distillate into the separable flask every 10 minutes. The white crystal of lithium bis (fluorosulfonyl) imide was precipitated by changing the blending ratio of bis and 1,2,4-trimethylbenzene. After the above operation was repeated until the supernatant in the separable flask became transparent, the flask was cooled to room temperature, and the resulting lithium bis (fluorosulfonyl) imide crystal suspension was filtered to obtain lithium bis (fluorosulfonyl). ) Imido crystals were collected by filtration. The time from the start of heating of the butyl acetate solution to the end of the concentration step was 6 hours, and the time required to start the precipitation of white crystals was 2 hours.

ついで、得られた結晶を少量のヘキサンで洗浄した後、平底バットに移し、55℃、667Paで12時間減圧乾燥を行い、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの白色結晶を得た(収量:65.4g)。分析値を表8に示す。   Next, the obtained crystals were washed with a small amount of hexane, transferred to a flat bottom vat and dried under reduced pressure at 55 ° C. and 667 Pa for 12 hours to obtain white crystals of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (yield: 65. 4g). The analysis values are shown in Table 8.

<耐電圧性評価>
実施例4および比較例2で得られた試料を用い、LSV(Linear Sweep Voltammetry)測定を行った。25℃、露点−40℃以下の環境下で北斗電工製HZ3000を用いて、参照極にLi、作用極にグラッシーカーボン、対極に白金を用い、3Vから7Vまで掃引速度0.5mV/secで測定を行った。測定液は、1M LiFSIのEC/EMC=3/7溶液を用いて行った。実施例4の試料を用いた場合では5Vでの分解電流値が0.003mA/cmであったが、比較例2の試料を用いた場合では5Vでの分解電流値は0.25mA/cmであった。
<Withstand voltage evaluation>
Using the samples obtained in Example 4 and Comparative Example 2, LSV (Linear Sweep Voltammetry) measurement was performed. Measured at a sweep rate of 0.5 mV / sec from 3 V to 7 V using HZ3000 manufactured by Hokuto Denko under the environment of 25 ° C. and dew point −40 ° C., using Li as the reference electrode, glassy carbon as the working electrode, and platinum as the counter electrode. Went. The measurement solution was an EC / EMC = 3/7 solution of 1M LiFSI. When the sample of Example 4 was used, the decomposition current value at 5 V was 0.003 mA / cm 2 , but when the sample of Comparative Example 2 was used, the decomposition current value at 5 V was 0.25 mA / cm 2. 2 .

<電池評価>
実施例4〜6、並びに比較例2で得られた試料を用いて電池性能評価を行った。結果を表9にまとめる。
<Battery evaluation>
Battery performance evaluation was performed using the samples obtained in Examples 4 to 6 and Comparative Example 2. The results are summarized in Table 9.

30mAh相当 ラミネート電池での検討結果
4.2V設計 正極:LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O 負極:グラファイト セパレーター:PE
※1 容量測定条件 充電:4.2V 1C(30mA)定電流定電圧充電 0.6mA終止
⇒放電:0.2C(6mA)/1C(30mA) 定電流放電 2.75V終止
0.2C/1Cは各放電容量の比
※2 放電容量測定条件 充電:4.2V 1C(30mA)定電流定電圧充電 0.6mA終止 25℃
⇒0℃休止2時間⇒放電:1C(30mA) 定電流放電 2.75V終止 0℃
※3 充電容量測定条件 放電:0.2C(6mA)定電流放電 終止2.75V 25℃
⇒0℃ 休止2時間⇒充電条件 1C(30mA) 4.2V 定電流充電
※4 充電条件:4.2V 1C(30mA)定電流定電圧充電 0.6mA 終止 45℃
⇒放電条件:1C(30mA) 2.75V終止 45℃
30mAh equivalent laminate study results 4.2V design positive electrode of the battery: LiCo1 / 3Ni1 / 3Mn1 / 3O 2 negative: Graphite separator: PE
* 1 Capacity measurement condition Charging: 4.2V 1C (30mA) constant current constant voltage charging 0.6mA termination ⇒ Discharging: 0.2C (6mA) / 1C (30mA) constant current discharging 2.75V termination 0.2C / 1C Ratio of each discharge capacity * 2 Discharge capacity measurement conditions Charging: 4.2V 1C (30mA) constant current constant voltage charging 0.6mA termination 25 ° C
⇒ 0 ° C rest 2 hours ⇒ Discharge: 1C (30mA) Constant current discharge 2.75V end 0 ° C
* 3 Charging capacity measurement conditions Discharge: 0.2C (6mA) constant current discharge End 2.75V 25 ℃
⇒ 0 ° C Rest 2 hours ⇒ Charging conditions 1C (30mA) 4.2V constant current charging * 4 Charging conditions: 4.2V 1C (30mA) constant current constant voltage charging 0.6mA termination 45 ° C
⇒ Discharge condition: 1C (30mA) 2.75V end 45 ° C

以上のように、FイオンならびにSO 2−イオンを所定量含んだLiFSI組成物を用いる事で高温放置時の容量劣化が抑えられた。特に高電圧、高温の環境ではその効果は顕著であった。
推定メカニズムとしては、Fイオンが正極側に被膜を形成する事で、高温で正極活物質中のコバルト溶出を抑え、容量劣化を抑制していると考えられる。
HF濃度が高すぎると、HFが正極活物質または正極アルミ集電体を腐食し、金属溶出が促進するため、HF量は5000質量ppm以下が好ましい。

As described above, capacity deterioration at the time of standing at high temperature was suppressed by using a LiFSI composition containing a predetermined amount of F ions and SO 4 2− ions. The effect was particularly remarkable in a high voltage and high temperature environment.
As the presumed mechanism, it is considered that F ions form a film on the positive electrode side, thereby suppressing cobalt elution in the positive electrode active material at a high temperature and suppressing capacity deterioration.
If the HF concentration is too high, HF corrodes the positive electrode active material or the positive electrode aluminum current collector and promotes metal elution, so the amount of HF is preferably 5000 ppm by mass or less.

Claims (4)

リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドを90質量%以上含み、Fイオンを1000質量ppm超含み、さらにSO 2−イオンの含有量が6000質量ppm以下である、
リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物。
Containing 90% by mass or more of lithium bis (fluorosulfonyl) imide, containing more than 1000 ppm by mass of F ions, and having a SO 4 2- ion content of 6000 ppm by mass or less,
Lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition.
HFの含有量が5000質量ppm以下である、
請求項1に記載のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物。
The content of HF is 5000 mass ppm or less,
The lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition according to claim 1.
さらに、LiFSOを100質量ppm〜5質量%含む、
請求項1又は2に記載のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物。
Further, LiFSO 3 is contained in an amount of 100 mass ppm to 5 mass%,
The lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition according to claim 1 or 2.
請求項1〜3の何れか1項に記載のリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物1gを、脱水メタノール30mL中に溶解した溶液のpHが、3以上8以下である、
リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド組成物。

The pH of a solution obtained by dissolving 1 g of the lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition according to any one of claims 1 to 3 in 30 mL of dehydrated methanol is 3 or more and 8 or less.
Lithium bis (fluorosulfonyl) imide composition.

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