JP2019172574A - リチウム塩錯化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
ヘキサフルオロリン酸リチウムと酸化カルシウムと1,3−ジオキソラン−2−オンとを、前記1,3−ジオキソラン−2−オン以外の有機溶媒中で反応させることにより、前記リチウム塩錯化合物の溶液を得る工程を含むリチウム塩錯化合物の製造方法。
ヘキサフルオロリン酸リチウムと酸化カルシウムとを、有機溶媒中で反応させることにより、前記リチウム塩錯化合物の溶液と固体析出物との混合物を得る工程と、
前記混合物から前記固体析出物を除去する工程と、
を含む<1>又は<2>に記載のリチウム塩錯化合物の製造方法。
<5> 前記有機溶媒が、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネートからなる群から選ばれる少なくとも1種である<1>〜<4>のいずれか1つに記載のリチウム塩錯化合物の製造方法。
本明細書において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本明細書において、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本開示のリチウム塩錯化合物の製造方法(以下、「本開示の製造方法」ともいう。)について説明する。
本開示の製造方法は、ヘキサフルオロリン酸リチウムとジフルオロリン酸リチウムと1,3−ジオキソラン−2−オンとからなるリチウム塩錯化合物(構造は、以下に示す錯化合物A)の製造方法であって、ヘキサフルオロリン酸リチウムと酸化カルシウムと1,3−ジオキソラン−2−オンとを、1,3−ジオキソラン−2−オン以外の有機溶媒(以下、「有機溶媒A」ともいう。)中で反応させることにより、上記リチウム塩錯化合物(以下、「錯化合物A」ともいう。)の溶液を得る工程(以下、「溶液製造工程」ともいう。)を含む。
溶液製造工程における反応の反応スキームは、以下のとおりと考えられる。
ジフルオロリン酸リチウム(LiPO2F2)の生成、
生成されたジフルオロリン酸リチウム(LiPO2F2)による錯化合物Aの形成、及び形成された錯化合物Aの有機溶媒A中への溶解が起こる。
溶液製造工程における反応では、このようにして錯化合物Aの溶液が生成される。
また、錯化合物Aの溶液にはフッ化カルシウム(CaF2)が生成しており、生成されたフッ化カルシウム(CaF2)は、上記反応後の反応液(即ち、錯化合物Aの溶液)から析出除去される。
錯化合物Aにおけるモル比〔LiPF6/LiPO2F2〕は、有機溶媒A中での安定性及び有機溶媒Aへの溶解性の観点から、好ましくは1/5〜5/1であり、より好ましくは1/3〜3/1であり、さらに好ましくは1/2〜2/1である。
上記反応を有機溶媒Aの存在下で行う具体的な態様としては特に限定はない。
具体的な態様としては、例えば、
ヘキサフルオロリン酸リチウムを有機溶媒Aに溶解させた溶液に対し酸化カルシウムを添加する態様(以下、「態様1」とする);
酸化カルシウムの粉体を有機溶媒Aに分散させた分散液(例えばスラリー)に対し、ヘキサフルオロリン酸リチウムを添加する態様(以下、「態様2」とする);
等が挙げられる。
ここで、態様1では、1,3−ジオキソラン−2−オンを、ヘキサフルオロリン酸リチウムを有機溶媒Aに溶解させた溶液側、及び酸化カルシウム側の少なくとも一方に含有させる。
また、態様2では、1,3−ジオキソラン−2−オンを、酸化カルシウムの粉体を有機溶媒Aに分散させた分散液側、及びヘキサフルオロリン酸リチウム側の少なくとも一方に含有させる。
本開示の製造方法における有機溶媒Aとしては、1種の化合物からなる単独溶媒を用いてもよいし、2種以上の化合物からなる混合溶媒を用いてもよい。
本開示の製造方法における有機溶媒Aとしては、リチウム塩錯化合物をより安定的に、かつ、より高濃度で溶解させる観点から、
アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネートからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネートからなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことがより好ましく、
ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネートからなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが更に好ましい。
有機溶媒の使用量が50質量%以上である場合には、製造される溶液中に錯化合物Aを、より安定的に溶解させることができる。
有機溶媒の使用量が97質量%以下である場合には、原料の量がある程度多く確保され、その結果、生成される錯化合物Aの量も確保しやすいので、実用性の面で有利である。
錯化合物Aの濃度が3質量%以上であると、各種の用途(用途の具体例は後述する)への実用性に優れる。
錯化合物Aの濃度が50質量%以下であると、錯化合物Aの溶液の保存安定性に優れる。
上記反応は、ジフルオロリン酸リチウムの生成を阻害する成分(例えば水分)の混入を防ぐ観点から、不活性雰囲気下(例えば、窒素雰囲気下、アルゴン雰囲気下、等)で行うことが好ましい。
反応温度が20℃以上であると、錯化合物Aの生成が促進されやすい。
反応温度が150℃以下であると、生成した錯化合物Aの分解がより抑制され、生成率が向上しやすい。
また、溶液製造工程における反応が錯化合物Aの溶液のみを得る反応である場合、錯化合物Aの溶液から、加熱濃縮等により有機溶媒を除去して錯化合物Aを取り出し、取り出した錯化合物Aを、各種用途に用いてもよい。
即ち、溶液製造工程は、ヘキサフルオロリン酸リチウムと酸化カルシウムと1,3−ジオキソラン−2−オンとを、有機溶媒A中で反応させることにより、錯化合物Aの溶液と固体析出物との混合物を得る工程と、混合物から固体析出物を除去する工程と、を含んでもよい。
固体析出物としては、例えば、フッ化カルシウムが挙げられる。
その他の工程としては、溶液製造工程で得られた錯化合物Aの溶液から、錯化合物Aを取り出す工程が挙げられる。
加熱濃縮における加熱温度は、40℃〜150℃であることが好ましく、40℃〜100℃であることがより好ましく、50℃〜70℃であることがさらに好ましい。
加熱温度が40℃以上であると錯化合物Aの取り出し効率に優れる。
加熱温度が150℃以下であると、錯化合物Aを安定して取り出しやすい。
加熱濃縮は、常圧下又は減圧下で行うことができる。
加熱濃縮を減圧下で行う場合の圧力は10kPa以下が好ましい。
乾燥方法としては、例えば、棚段式乾燥機での静置乾燥法;コニカル乾燥機での流動乾燥法;ホットプレート、オーブン等の装置を用いて乾燥させる方法;ドライヤーなどの乾燥機で温風又は熱風を供給する方法;等が挙げられる。
乾燥を減圧下で行う場合の圧力は10kPa以下が好ましい。
取り出された錯化合物Aを乾燥する際の乾燥温度は、20℃〜150℃であることが好ましく、20℃〜100℃であることがより好ましく、40℃〜80℃であることが更に好ましく、50℃〜70℃であることが更に好ましい。
乾燥温度が20℃以上であると乾燥効率に優れる。
乾燥温度が150℃以下であると、錯化合物Aを安定して乾燥させやすい。
本開示の製造方法により得られるリチウム塩錯化合物(錯化合物A)又はその溶液は、特に電池用非水電解液(好ましくはリチウム二次電池用非水電解液)に添加される添加剤として用いた場合に、電池特性の向上に寄与することが期待される。
この場合、錯化合物Aの溶液を原料の一部として用いて電池用非水電解液を調製してもよいし、錯化合物Aの溶液から取り出した錯化合物Aを原料の一部として用いて電池用非水電解液を調製してもよい。
また、以下において、室温は25℃を意味する。
撹拌装置、温度計、ガス導入ライン、及び排気ラインを備えた100mLのフラスコを乾燥窒素ガスでパージした後、ここに、酸化カルシウム2.02g(0.036mol)と1,3−ジオキソラン−2−オン9.51g(0.108mol)とジメチルカーボネート14.00gとを入れ、室温(25℃。以下同じ。)で攪拌し、スラリーを得た。ここに、ヘキサフルオロリン酸リチウム5.45g(0.036mol)をジメチルカーボネート16.35gに溶解させた溶液を、1時間かけて滴下して加えることにより、すべての原料を含む混合液を得た。この混合液を、25℃で12時間撹拌することにより反応を行い、反応液を得た。得られた反応液は、固体が析出したスラリーであった。この反応液(スラリー)を濾過することにより、濾液として、溶液A(44.28g)を得た。この溶液Aを、10kPa以下の減圧下、60℃に加温することにより、溶液Aからジメチルカーボネートを留去させ、固体を得た。得られた固体を、更に、10kPa以下の減圧下、60℃で乾燥処理することにより、固体生成物14.08gを得た。
結果を以下に示す。
19F−NMR:−72ppm(3F)、−74ppm(3F)、−82ppm(1F)、−85ppm(1F)。
また、室温から600℃までの示差走査熱量(DSC)測定の結果、得られた固体生成物には、各原料化合物を単独で測定する際には認められない180℃ピークの吸熱熱解離挙動が観測された。
撹拌装置、温度計、ガス導入ライン、及び排気ラインを備えた100mLのフラスコを乾燥窒素ガスでパージした後、ここに、酸化カルシウム2.02g(0.036mol)と1,3−ジオキソラン−2−オン9.51g(0.108mol)とジメチルカーボネート14.00gとを入れ、90℃(88℃還流状態)に加熱しながら攪拌し、スラリーを得た。ここに、ヘキサフルオロリン酸リチウム5.45g(0.036mol)をジメチルカーボネート16.35gに溶解させた溶液を、1時間かけて滴下して加えることにより、すべての原料を含む混合液を得た。この混合液を、90℃(88℃還流状態)で1時間撹拌することにより反応を行い、反応液を得た。得られた反応液は、固体が析出したスラリーであった。この反応液(スラリー)を濾過することにより、濾液として、溶液A(44.19g)を得た。この溶液Aを、10kPa以下の減圧下、60℃に加温することにより、溶液Aからジメチルカーボネートを留去させ、固体を得た。得られた固体を、更に、10kPa以下の減圧下、60℃で乾燥処理することにより、固体生成物14.10gを得た。
結果を以下に示す。
19F−NMR:−72ppm(3F)、−74ppm(3F)、−82ppm(1F)、−85ppm(1F)。
また、室温から600℃までの示差走査熱量(DSC)測定の結果、得られた固体生成物には、各原料化合物を単独で測定する際には認められない180℃ピークの吸熱熱解離挙動が観測された。
Claims (5)
- ヘキサフルオロリン酸リチウムとジフルオロリン酸リチウムと1,3−ジオキソラン−2−オンとからなるリチウム塩錯化合物の製造方法であって、
ヘキサフルオロリン酸リチウムと酸化カルシウムと1,3−ジオキソラン−2−オンとを、前記1,3−ジオキソラン−2−オン以外の有機溶媒中で反応させることにより、前記リチウム塩錯化合物の溶液を得る工程を含むリチウム塩錯化合物の製造方法。 - 前記ヘキサフルオロリン酸リチウムと前記酸化カルシウムと前記1,3−ジオキソラン−2−オンとの反応における反応温度が、20℃以上である請求項1に記載のリチウム塩錯化合物の製造方法。
- 前記リチウム塩錯化合物の溶液を得る工程は、
前記ヘキサフルオロリン酸リチウムと前記酸化カルシウムと前記1,3−ジオキソラン−2−オンとを、前記1,3−ジオキソラン−2−オン以外の有機溶媒中で反応させることにより、前記リチウム塩錯化合物の溶液と固体析出物との混合物を得る工程と、
前記混合物から前記固体析出物を除去する工程と、
を含む請求項1又は請求項2に記載のリチウム塩錯化合物の製造方法。 - 更に、前記リチウム塩錯化合物の溶液から前記リチウム塩錯化合物を取り出す工程を含む請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のリチウム塩錯化合物の製造方法。
- 前記1,3−ジオキソラン−2−オン以外の有機溶媒が、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジエチルカーボネートからなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のリチウム塩錯化合物の製造方法。
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