JP2022507458A - A process for removing the reactive solvent from lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LIFSI) using an organic solvent that is stable to the anode of lithium ion and lithium metal batteries. - Google Patents

A process for removing the reactive solvent from lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LIFSI) using an organic solvent that is stable to the anode of lithium ion and lithium metal batteries. Download PDF

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Abstract

反応性溶媒除去/置換方法およびLiFSI精製方法の一方、他方または両方を使用して高純度LiFSI塩および中間生成物を生成する方法。いくつかの実施形態では、反応性溶媒除去/置換方法は、非反応性無水有機溶媒を使用して、粗LiFSI中の1種または複数の反応性溶媒を除去および/または置換することを含む。いくつかの実施形態では、LiFSI精製方法は、無水有機溶媒を使用して、粗LiFSIから合成不純物などの不純物を除去することを含む。いくつかの実施形態では、粗LiFSIは、水性中和プロセスを使用して生成することができる。本開示の方法を使用して生成されたLiFSI塩および生成物も記載され、そのような塩および生成物の使用ならびにそのような塩および生成物を含む電気化学デバイスも記載される。A method for producing high-purity LiFSI salts and intermediate products using one, the other or both of the reactive solvent removal / substitution method and the LiFSI purification method. In some embodiments, the reactive solvent removal / replacement method comprises using a non-reactive anhydrous organic solvent to remove and / or replace one or more reactive solvents in the crude LiFSI. In some embodiments, the LiFSI purification method comprises using an anhydrous organic solvent to remove impurities such as synthetic impurities from the crude LiFSI. In some embodiments, crude LiFSI can be produced using an aqueous neutralization process. LiFSI salts and products produced using the methods of the present disclosure are also described, as well as the use of such salts and products and electrochemical devices containing such salts and products.

Description

関連出願データ
本出願は、2019年9月13日に出願され、「PURIFIED LITHIUM BIS(FLUOROSULFONYL)IMIDE(LiFSI)PRODUCTS,METHODS OF PURIFYING CRUDE LiFSI,AND USES OF PURIFIED LiFSI PRODUCTS」と題された米国非仮出願第16/570,262号の一部継続出願であり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願はまた、以下の出願の優先権の利益を主張し、その各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
2019年8月6日に出願され、「PROCESS FOR PRODUCING ULTRAPURE LITHIUM BIS(FLUOROSULFONYL)IMIDE(LiFSI)FOR LITHIUM METAL ANODE BATTERIES APPLICATIONS」と題する米国仮特許出願第62/883,177号明細書;
2019年8月6日に出願され、「PROCESS FOR REMOVING REACTIVE SOLVENT FROM LITHIUM BIS(FLUOROSULFONYL)IMIDE(LIFSI)USING ORGANIC SOLVENTS THAT ARE STABLE TOWARD ANODES IN LITHIUM-ION AND LITHIUM-METAL BATTERIES」と題する米国仮特許出願第62/883,178号明細書;
2019年4月30日に出願され、「PROCESS FOR REMOVING PROTIC SOLVENTS FROM LITHIUM BIS(FLUORO-SULFONYL)IMIDE(LiFSI)」と題する米国仮特許出願第62/840,949号明細書;
2018年11月16日に出願され、「PROCESS FOR THE PURIFICATION OF LITHIUM BIS(FLUOROSULFONYL)IMIDE(LiFSI)」と題する米国仮特許出願第62/768,447号。
Related Application Data This application was filed on September 13, 2019, and was filed on September 13, 2019, "PURIFIED LITHIUM BIS (FLUOROSULFONYL) IMIDE (LiFSI) PRODUCTS, METHODS OF PURIFYING CRUDE LiFSI, AND USES OF PURIFSI It is a partial continuation application of Application No. 16 / 570,262, which is incorporated herein by reference in its entirety. The application also asserts the priority interests of the following applications, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.
Filed on August 6, 2019, "PROCESS FOR PRODUCTING ULTRAPURE LITHIUM BIS (FLUOROSULFONYL) IMIDE (LiFSI) FOR LITHIUM METAL ANODE BATTERIES, Japanese Patent No. 7, Japanese Patent No. 7, APPLICATIONS, U.S.A.
Filed on August 6, 2019, "PROCESS FOR REMOVING SOLVENT FROM LITHIUM BIS (FLUOROSULFONYL) IMIDE (LIFSI) USING ORGANIC SOLVENTS THAT ALPHA 62 / 883,178;
US Provisional Patent Application No. 62 / 840,949, filed April 30, 2019, entitled "PROCESS FOR REMOVING PROTIC SOLVENTS FROM LITHIUM BIS (FLUORO-SULFONYL) IMIDE (LiFSI)";
US Provisional Patent Application No. 62 / 768,447, filed November 16, 2018, entitled "PROCESS FOR THE PURIFICANION OF LITHIUM BIS (FLUOROSULFONYL) IMIDE (LiFSI)".

本発明は、一般に、リチウム系電気化学デバイス用の電解質のためのリチウムスルホンイミド塩の分野に関する。特に、本発明は、リチウムイオンおよびリチウム金属電池のアノードに対して安定な有機溶媒を使用して、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)から反応性溶媒を除去するためのプロセスに関する。 The present invention generally relates to the field of lithium sulfoneimide salts for electrolytes for lithium-based electrochemical devices. In particular, the present invention relates to a process for removing a reactive solvent from a lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) using a lithium ion and an organic solvent stable to the anode of a lithium metal battery.

リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)は、その望ましい物理化学的および電気化学的特性のために、リチウム系電池の伝導性塩として報告されている。LiFSIは、融点が143℃であり、200℃まで熱的に安定である。LiFSIは、リチウムイオン電池の電解質に一般的に使用される塩である六フッ化リン酸リチウム(LiPF)と比較して、加水分解に対してはるかに優れた安定性を示す。LiFSIは、優れた溶解性、LiPF系電解質に匹敵するイオン伝導度、費用対効果、環境への優しさ、および良好な固体電解質界面(SEI)形成特性などの固有の特性のために、リチウムイオン電池の電解質/添加剤として大きな関心を集めている。電池電解質に使用されるLiFSIの純度レベルは、LiFSI系電解質を使用する電池の動作およびサイクル寿命にとって重要である可能性がある。しかし、LiFSIを合成するための多くの商業的プロセスは、合成プロセスによって生成される粗LiFSI中に残留する副生成物を生成する。LiFSI中の主な合成不純物は、フッ化リチウム(LiF)、塩化リチウム(LiCl)、硫酸リチウム(LiSO)、フルオロスルホン酸リチウム(LiFSO)、および酸型不純物、例えばフッ化水素(HF)である。これらの不純物は、電池にLiFSI塩を使用する前に、除去するか、または様々な許容レベルに低減しなければならない。しかし、それらを除去することは困難である可能性がある。 Lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) has been reported as a conductive salt in lithium-based batteries due to its desirable physicochemical and electrochemical properties. LiFSI has a melting point of 143 ° C and is thermally stable up to 200 ° C. LiFSI exhibits much better stability to hydrolysis compared to lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), which is a commonly used salt for lithium ion battery electrolytes. LiFSI is a lithium due to its unique properties such as excellent solubility, ionic conductivity comparable to LiPF 6 -based electrolytes, cost effectiveness, environmental friendliness, and good solid electrolyte interface (SEI) forming properties. It is attracting great interest as an electrolyte / additive for ion batteries. The purity level of LiFSI used in the battery electrolyte may be important for the operation and cycle life of the battery using the LiFSI-based electrolyte. However, many commercial processes for synthesizing LiFSI produce by-products that remain in the crude LiFSI produced by the synthesis process. The main synthetic impurities in LiFSI are lithium fluoride (LiF), lithium chloride (LiCl), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), lithium fluorosulfonate (LiFSO 3 ), and acid-type impurities such as hydrogen fluoride (LiF). HF). These impurities must be removed or reduced to various acceptable levels before using the LiFSI salt in the battery. However, it can be difficult to remove them.

粗LiFSIから上記の合成不純物などの不純物を除去するためのいくつかのプロセスは、リチウム金属に対して反応性である1種または複数の溶媒、例えばアルコール(1種または複数)および水などを利用する。また、粗LiFSIは、溶媒以外の手段により水を含んでいる可能性がある。したがって、そのようなLiFSIが、精製されたLiFSIがデバイスの電解質中に配置されたときに標的合成不純物のレベルが電気化学デバイスの機能を妨害しないほど十分に低い点まで精製されたとしても、この精製されたLiFSIは依然として二次リチウム金属電池での使用に適さない可能性がある。これは、精製LiFSIが、そうでなければ存在し得る標的不純物および/または水を除去するために使用される反応性溶媒の残留物を含有し、反応性溶媒残留物および/または水がデバイスのアノードのリチウム金属と反応し、それによってリチウム金属の完全性およびアノードが適切に機能する能力を破壊するためである。経時的には、電解質を製造するために使用されるLiFSI塩中の(1種または複数の)反応性溶媒の量が比較的少量であっても、二次リチウム金属電池の性能およびサイクル寿命に大きく影響する可能性がある。 Some processes for removing impurities such as the above synthetic impurities from crude LiFSI utilize one or more solvents that are reactive with the lithium metal, such as alcohol (s) and water. do. In addition, the crude LiFSI may contain water by means other than the solvent. Thus, even if such LiFSI is purified to a point where the level of targeted synthetic impurities is low enough not to interfere with the function of the electrochemical device when the purified LiFSI is placed in the electrolyte of the device. Purified LiFSI may still not be suitable for use in secondary lithium metal batteries. This is because the purified LiFSI contains a residue of the reactive solvent used to remove target impurities and / or water that may otherwise be present, and the reactive solvent residue and / or water of the device. This is because it reacts with the lithium metal of the anode, thereby destroying the integrity of the lithium metal and the ability of the anode to function properly. Over time, even relatively small amounts of the reactive solvent (s) in the LiFSI salt used to produce the electrolyte will affect the performance and cycle life of the secondary lithium metal battery. It can have a big impact.

合成不純物のレベルが非常に低いだけでなく、反応性溶媒のレベルも非常に低い超高純度LiFSI塩が必要とされている。 There is a need for ultra-high purity LiFSI salts with very low levels of synthetic impurities as well as very low levels of reactive solvents.

一実施態様では、本開示は、反応性溶媒低減リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)生成物(reduced-reactive-solvent lithium bis(fluorosulfonyl) imide (LiFSI) product)を生成する方法に関する。本方法は、LiFSIおよび1種または複数の反応性溶媒を含有する第1の粗LiFSIを提供すること、不活性条件下で、第1の粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させて、第1の粗LiFSIおよび1種または複数の反応性溶媒を含有する溶液を生成することであって、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒中のLiFSIの溶解度が25℃未満で少なくとも約35%であること、溶液を真空に供して、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒および1種または複数の反応性溶媒を除去し、固体塊(solid mass)を得ること、LiFSIが不溶性である少なくとも1種の第2の無水有機溶媒で固体塊を処理して、不溶性部分を有する組み合わせを生成すること、不活性雰囲気中で不溶性部分を単離すること、不溶性部分を少なくとも1種の乾燥不活性ガスでフラッシングして、微量の少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を除去すること、およびフラッシングされた不溶性部分を約100Torr未満の圧力に供して、反応性溶媒低減LiFSI生成物を得ることを含む。 In one embodiment, the present disclosure relates to a method for producing a reduced-reactive-solvent lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) product. The method provides a first crude LiFSI containing LiFSI and one or more reactive solvents, the first crude LiFSI under inert conditions with at least one first anhydrous organic solvent. Contacting is to produce a solution containing the first crude LiFSI and one or more reactive solvents, wherein the solubility of LiFSI in at least one first anhydrous organic solvent is less than 25 ° C. LiFSI is at least about 35%, subjecting the solution to vacuum to remove at least one first anhydrous organic solvent and one or more reactive solvents to obtain a solid mass. Treating the solid mass with at least one second anhydrous organic solvent that is insoluble to produce a combination with an insoluble moiety, isolating the insoluble moiety in an inert atmosphere, at least one insoluble moiety. Reactive solvent-reduced LiFSI product by flushing with a dry inert gas to remove traces of at least one second anhydrous organic solvent and subjecting the flushed insoluble moiety to a pressure of less than about 100 Torr. Including getting.

本発明を説明する目的で、図面は、本発明の1つまたは複数の実施形態の態様を示す。しかし、本発明は、図面に示された正確な配置および手段に限定されないことを理解されたい。 For purposes of illustrating the invention, the drawings show aspects of one or more embodiments of the invention. However, it should be understood that the invention is not limited to the exact arrangement and means shown in the drawings.

本開示の態様によるリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)中の反応性溶媒を低減するマルチパス方法を示す流れ図である。It is a flow chart which shows the multipath method which reduces the reactive solvent in lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) by the aspect of this disclosure.

本開示の態様により作製された電気化学デバイスを示す高レベル図である。It is a high level figure which shows the electrochemical device made by the aspect of this disclosure.

本開示の態様によるLiFSIを精製するマルチパス方法を示す流れ図である。It is a flow chart which shows the multipath method for purifying LiFSI by the aspect of this disclosure.

本開示の態様により合成されたLiFSI塩を利用する非水電解質(上の線)および市販のLiFSI塩を利用する同様の非水電解質(下の線)の放電容量対サイクル数のグラフである。It is a graph of the discharge capacity vs. the number of cycles of a non-aqueous electrolyte using a LiFSI salt synthesized according to the present disclosure (upper line) and a similar non-aqueous electrolyte using a commercially available LiFSI salt (lower line).

本開示の態様により合成されたLiFSI塩を利用する非水電解質(上の線)および市販のLiFSI塩を利用する同様の非水電解質(下の線)の容量維持率対サイクル数のグラフである。It is a graph of the capacity retention rate vs. the number of cycles of a non-aqueous electrolyte using a LiFSI salt synthesized according to the present disclosure (upper line) and a similar non-aqueous electrolyte using a commercially available LiFSI salt (lower line). ..

いくつかの態様では、本開示は、粗リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)から1種または複数の反応性溶媒を除去する方法に関する。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、特に明記しない限り、「溶媒(solvent)」または「溶媒(solvents)」などを修飾するための「反応性」という用語の使用は、(1種または複数の)溶媒がリチウム系電池内のリチウム金属、例えばリチウム金属電池のアノード中のリチウム金属に対して反応性であることを意味するものとする。当業者が理解するように、この文脈における「反応性」は、(1種または複数の)溶媒に対するリチウム金属の還元電位の大きさを指す。反応性溶媒は、比較的低い還元電位を有するリチウム金属に対して比較的高い還元電位を有する反応性プロトンを有する。反応性溶媒の例としては、水などのプロトン性溶媒、およびアルコールなどの反応性有機溶媒が挙げられる。逆に、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、特に明記しない限り、「溶媒(solvent)」または「溶媒(solvents)」などを修飾するための「非反応性」という用語の使用は、(1種または複数の)溶媒がリチウム金属に対して非反応性であることを意味するものとする。また、(1種または複数の)反応性溶媒は、リチウム金属を不動態化するのに有効ではないが、(1種または複数の)非反応性溶媒は、リチウム金属に対して非反応性であるか、またはリチウム金属に対して効果的に不動態化する、すなわち、電解質/リチウムアノードシステムを動的に安定にする。非反応性溶媒の例としては、ジメチルカルボナート、エチルメチルカルボナート、ジエチルカルボナート、フッ素含有カルボナートおよびグリコールエーテルが挙げられる。 In some embodiments, the present disclosure relates to a method of removing one or more reactive solvents from a crude lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI). As used herein and in the context of the accompanying patent claims, the use of the term "reactive" to modify "solvents" or "solvents", etc., unless otherwise stated. It is assumed that the solvent (s) is reactive with a lithium metal in a lithium-based battery, for example, a lithium metal in the anode of a lithium metal battery. As will be appreciated by those skilled in the art, "reactivity" in this context refers to the magnitude of the reduction potential of a lithium metal with respect to a solvent (s). The reactive solvent has a reactive proton having a relatively high reduction potential with respect to a lithium metal having a relatively low reduction potential. Examples of the reactive solvent include a protonic solvent such as water and a reactive organic solvent such as alcohol. Conversely, as used herein and in the appended claims, the term "non-reactive" to modify "solvents" or "solvents" and the like, unless otherwise stated. The use of is meant that the solvent (s) is non-reactive with the lithium metal. Also, reactive solvents (s) are not effective in passivating lithium metals, whereas non-reactive solvents (s) are non-reactive with lithium metals. There is or effectively passivates to the lithium metal, i.e. dynamically stabilizes the electrolyte / lithium anode system. Examples of non-reactive solvents include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, fluorine-containing carbonate and glycol ether.

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、LiFSIを指す場合の「粗」という用語および同様の用語は、少なくともLiFSIと、LiFSIの合成および/または精製から生じるかまたはLiFSIに存在する反応性溶媒などの1種または複数の反応性溶媒を含む合成生成物を示す。リチウムイオン電池およびリチウム金属電池用の電解質に使用されるLiFSI塩中の(1種または複数の)反応性溶媒の存在は、そのような電池の放電容量および容量維持率などのサイクル性能に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、LiFSI塩中に存在する(1種または複数の)反応性溶媒を可能な限り多く除去することが望ましい。そのような反応性溶媒はまた、本明細書および添付の特許請求の範囲において「溶媒残留物(solvent residue)」または「溶媒残留物(solvent residues)」と呼ばれることもある。粗LiFSIは、セクションIIで後述する不純物などのさらなる不純物を含有し得る。 As used herein and in the appended claims, the term "crude" and similar terms when referring to LiFSI result from or are present at least LiFSI and the synthesis and / or purification of LiFSI. A synthetic product comprising one or more reactive solvents, such as a reactive solvent, is shown. The presence of reactive solvent (s) in LiFSI salts used in electrolytes for lithium-ion batteries and lithium metal batteries adversely affects cycle performance such as battery discharge capacity and capacity retention. May affect. Therefore, it is desirable to remove as much of the reactive solvent (s) present in the LiFSI salt as possible. Such reactive solvents may also be referred to as "solvent residues" or "solvent residues" as used herein and in the appended claims. The crude LiFSI may contain additional impurities, such as the impurities described below in Section II.

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、「無水」という用語は、約1重量%以下の水、典型的には約0.5重量%以下の水、しばしば約0.1重量%以下の水、より頻繁には約0.01重量%以下の水、最も頻繁には約0.001重量%以下の水を有することを指す。この定義内で、「実質的に無水」という用語は、約0.1重量%以下の水、典型的には約0.01重量%以下の水、しばしば約0.001重量%以下の水を有することを指す。 As used herein and in the appended claims, the term "anhydrous" refers to about 1% by weight or less of water, typically about 0.5% by weight or less of water, often about 0.1%. It refers to having water of less than or equal to weight, more often less than or less than about 0.01% by weight, and most often less than or less than about 0.001% by weight. Within this definition, the term "substantially anhydrous" refers to water of about 0.1% by weight or less, typically about 0.01% by weight or less, often about 0.001% by weight or less. Refers to having.

本開示を通して、「約」という用語は、対応する数値と共に使用される場合、数値の±20%、典型的には数値の±10%、しばしば数値の±5%、最も頻繁には数値の±2%を指す。いくつかの実施形態では、「約」という用語は、数値自体を意味することができる。 Throughout this disclosure, the term "about", when used with the corresponding number, is ± 20% of the number, typically ± 10% of the number, often ± 5% of the number, and most often ± of the number. Refers to 2%. In some embodiments, the term "about" can mean the number itself.

本明細書に記載されるおよび/または添付の特許請求の範囲で対処される合成および精製反応のいずれかなどの化学反応を説明する場合、「処理する」、「接触させる」、および「反応させる」という用語は互換的に使用され、示されたおよび/または(1種または複数の)所望の生成物を生成するのに十分な条件下で2種以上の試薬を添加または混合することを指す。示されたおよび/または所望の生成物を生成する反応は、必ずしも最初に添加された(1種または複数の)試薬の組み合わせから直接生じるとは限らないことを理解されたい。すなわち、混合物中で生成され、最終的に、示されたおよび/または所望の生成物の形成をもたらす1種または複数の中間体が存在し得る。 When describing a chemical reaction, such as any of the synthetic and purification reactions described herein and / or addressed within the appended claims, "treat," "contact," and "react." The term is used interchangeably and refers to the addition or mixing of two or more reagents under conditions sufficient to produce the indicated and / or desired product (s). .. It should be appreciated that the reactions shown and / or producing the desired product do not necessarily result directly from the combination of reagents added initially (s). That is, there may be one or more intermediates that are produced in the mixture and ultimately result in the formation of the indicated and / or desired product.

商業規模では、粗LiFSIは通常、LiFSIが合成または精製される溶媒源に由来するメタノール、エタノールまたは水などの1種または複数の反応性溶媒残留物を含む。これらの反応性溶媒残留物は、アルカリ金属塩と非常に強く溶媒和することが知られており、高温に加熱することなく真空下で吸引することによって除去することは困難である。しかし、LiFSIは、反応性溶媒の存在下では高温での加熱に対して不安定であり、高熱はLiFSIの脱フッ素化を引き起こし、腐食性であることが知られている強酸であるフッ化水素(HF)を生成する。以下のスキームは、加熱時のプロトン性溶媒を含むLiFSIの脱フッ素化を示す。

Figure 2022507458000002
On a commercial scale, crude LiFSI usually contains one or more reactive solvent residues such as methanol, ethanol or water from the solvent source from which LiFSI is synthesized or purified. These reactive solvent residues are known to be very strongly solvated with alkali metal salts and are difficult to remove by suction under vacuum without heating to high temperatures. However, LiFSI is unstable to heating at high temperatures in the presence of reactive solvents, and high heat causes defluorination of LiFSI, which is a strong acid known to be corrosive, hydrogen fluoride. (HF) is generated. The following scheme shows the defluorination of LiFSI containing a protonic solvent during heating.
Figure 2022507458000002

すべてのプロトン性溶媒はまた、プロトン還元を受けて水素ガスを生成する傾向があり、それらは一般に、プロトン還元が速度論的に遅い水銀または炭素などの電極を用いた還元電気化学にのみ使用される。プロトン性溶媒はまた、リチウム系電池中に存在するリチウム金属と反応し、特に、以下のスキームによりリチウム金属電池のリチウム金属アノードと反応して水素ガスを生成する。

Figure 2022507458000003
All protic solvents also tend to undergo proton reduction to produce hydrogen gas, which are generally used only for reduction electrochemical using electrodes such as mercury or carbon, which are kinetically slow in proton reduction. To. The protonic solvent also reacts with the lithium metal present in the lithium-based battery, and in particular, reacts with the lithium metal anode of the lithium metal battery to generate hydrogen gas according to the following scheme.
Figure 2022507458000003

上記の詳細はLiFSIに関するものであるが、粗リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、特に商業規模プロセスを使用して製造された粗LiTFSIについても、反応性溶媒に関する同じまたは同様の問題が存在することに留意されたい。その結果、粗LiFSIについて本明細書に記載の1種または複数の反応性溶媒のそれぞれの量を減少させる一般的な方法論も、粗LiTFSIに関連する。 Although the above details relate to LiFSI, crude lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imides (LiTFSI), especially crude LiTFSI manufactured using commercial scale processes, have the same or similar problems with reactive solvents. Note that it exists. As a result, general methodologies for reducing the amount of each of the one or more reactive solvents described herein for crude LiFSI are also relevant to crude LiTFSI.

別の態様では、本開示は、LiFSIと、比較的低レベルの1種または複数の反応性溶媒、例えば粗LiFSIの合成および/または精製に使用される1種または複数の反応性溶媒とを含有する反応性溶媒低減(reduced-reactive-solvent)LiFSI生成物に関する。粗LiFSIまたはLiTFSI中に存在し得る反応性溶媒の例としては、とりわけ、単独または互いに様々な組み合わせでの、水、メタノール、エタノールおよびプロパノールが挙げられる。以下でより詳細に説明するように、そのような反応性溶媒低減LiFSI生成物は、開示された基本プロセスのうちの1種の単回パススルー、あるいは開示された基本プロセスのうちの1種または複数の複数回パススルーにおいて反応性溶媒低減LiFSI生成物を生成することができる本開示の反応性溶媒低減方法を使用して生成することができる。 In another aspect, the disclosure comprises LiFSI and one or more reactive solvents used for the synthesis and / or purification of relatively low levels of one or more reactive solvents, such as crude LiFSI. Reduced-reactive-solvent with respect to LiFSI products. Examples of reactive solvents that may be present in crude LiFSI or LiTFSI include, among others, water, methanol, ethanol and propanol, alone or in various combinations with each other. As described in more detail below, such reactive solvent-reduced LiFSI products may be a single passthrough of one of the disclosed basic processes, or one or more of the disclosed basic processes. It can be produced using the reactive solvent reduction method of the present disclosure, which is capable of producing a reactive solvent-reduced LiFSI product in multiple pass-throughs.

なおさらなる態様では、本開示は、本開示のLiFSI塩生成物の使用に関する。例えば、本開示のLiFSI塩生成物を使用して、電池またはスーパーキャパシタ、特に二次リチウムイオン電池および二次リチウム金属電池などの任意の適切な電気化学デバイスで使用することができる電解質を生成することができる。 In yet a further aspect, the present disclosure relates to the use of the LiFSI salt products of the present disclosure. For example, the LiFSI salt products of the present disclosure are used to produce an electrolyte that can be used in any suitable electrochemical device such as a battery or supercapacitor, in particular a secondary lithium ion battery and a secondary lithium metal battery. be able to.

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される方法を使用した(1種または複数の)反応性溶媒の除去および/または(1種または複数の)反応性溶媒の(1種または複数の)非反応性溶媒による置換は、LiFSI(またはLiTFSI)の特定の使用に十分であり得るが、他の場合では、本開示の反応性溶媒除去/置換方法を他の方法で利用可能なLiFSI生成物よりも高純度のLiFSI生成物に適用することが有益であり得る。以下に具体的に扱うそのような高純度LiFSIを提供する2つの経路は、粗LiFSIから非溶媒不純物を除去する方法、および水性中和プロセスを使用して粗LiFSIを合成する方法である。結果として、以下に述べるように、本開示の追加の態様は、これらの方法およびプロセス、ならびに本明細書に開示される2つ以上の方法の様々な組み合わせ、それらの付随する中間体および最終生成物ならびにそれらの使用を含み、これらは以下ですぐに述べる。 In some embodiments, the methods disclosed herein are used to remove (s) reactive solvents and / or (s) reactive solvents (s). Substitution with a non-reactive solvent may be sufficient for a particular use of LiFSI (or LiTFSI), but in other cases LiFSI generation in which the reactive solvent removal / replacement methods of the present disclosure can be used otherwise. It may be beneficial to apply to LiFSI products of higher purity than the product. The two routes that provide such high-purity LiFSI specifically addressed below are a method of removing non-solvent impurities from the crude LiFSI and a method of synthesizing the crude LiFSI using an aqueous neutralization process. As a result, as described below, additional embodiments of the present disclosure include various combinations of these methods and processes, as well as two or more of the methods disclosed herein, their accompanying intermediates and final production. These include objects as well as their use, which are described shortly below.

いくつかの追加の態様では、本開示は、粗LiFSIから様々な非溶媒不純物のうちのいずれか1種または複数を除去するために粗LiFSIを精製する方法に関する。非溶媒不純物除去の文脈および添付の特許請求の範囲で使用される場合、「粗LiFSI」という用語および同様の用語は、少なくともLiFSIと、LiFSIの合成から生じる非溶媒不純物などの1種または複数の非溶媒不純物とを含む合成生成物を示す。以下および添付の特許請求の範囲では、この種の不純物は、「合成不純物」と呼ばれる。開示された方法を使用してある程度または別の程度まで除去される標的となる不純物の各々は、本明細書および添付の特許請求の範囲において「標的不純物」と呼ばれる。一例では、標的不純物は、上記のようにLiFSIの合成の副生成物である合成不純物である可能性がある。 In some additional embodiments, the present disclosure relates to a method of purifying crude LiFSI to remove any one or more of various non-solvent impurities from crude LiFSI. As used in the context of non-solvent impurity removal and in the appended claims, the term "crude LiFSI" and similar terms refer to at least LiFSI and one or more non-solvent impurities resulting from the synthesis of LiFSI. The synthetic product containing non-solvent impurities is shown. In the following and attached claims, this type of impurity is referred to as a "synthetic impurity". Each of the targeted impurities that is removed to some extent or to some extent using the disclosed method is referred to as "targeted impurities" as used herein and in the appended claims. In one example, the target impurity may be a synthetic impurity that is a by-product of the synthesis of LiFSI as described above.

商業規模では、粗LiFSIは、一般に、フッ化水素(HF)、フルオロ硫酸(FSOH)、塩化水素(HCl)、および硫酸(HSO)などの様々な濃度の合成不純物を含む水素ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)を、炭酸リチウム(LiCO)または水酸化リチウム(LiOH)で中和することによって得られる。一例として、LiOHベースの合成を使用すると、粗LiFSIを生成するこのプロセス中に、以下のスキームによって、HFSIおよびHF、FSOH、HCl、およびHSOなどの不純物が対応するLi塩に変換されて、LiFSI、LiSO、FSOLi、LiF、およびLiClがそれぞれ生成される。

Figure 2022507458000004

この例では、LiSO、FSOLi、LiF、およびLiClは、粗LiFSIから除去されることが望ましい標的不純物(ここでは、合成不純物)である。いくつかの実施形態では、本開示の精製方法は、LiSO、FSOLi、LiF、およびLiClのうちの1種または複数などの1種または複数の合成不純物、および/または開示された方法による除去に適した分子構造および特性を有する任意の他の不純物を除去し、その各々は本開示の用語では「標的不純物」である。 On a commercial scale, crude LiFSI is generally hydrogen containing various concentrations of synthetic impurities such as hydrogen fluoride (HF), fluorosulfuric acid (FSO 3 H), hydrogen chloride (HCl), and sulfuric acid (H 2 SO 4 ). It is obtained by neutralizing bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) with lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) or lithium hydroxide (LiOH). As an example, using LiOH-based synthesis, impurities such as HFSI and HF, FSO 3 H, HCl, and H 2 SO 4 are added to the corresponding Li salts by the following scheme during this process to produce crude LiFSI. The conversion produces LiFSI, Li 2 SO 4 , FSO 3 Li, LiF, and Li Cl, respectively.
Figure 2022507458000004

In this example, Li 2 SO 4 , FSO 3 Li, LiF, and LiCl are target impurities (here, synthetic impurities) that should be removed from the crude LiFSI. In some embodiments, the purification methods of the present disclosure are one or more synthetic impurities, such as one or more of Li 2 SO 4 , FSO 3 Li, LiF, and Li Cl, and / or disclosed. It removes any other impurities with molecular structure and properties suitable for removal by method, each of which is a "target impurity" in the terms of the present disclosure.

別の態様では、本開示は、LiFSIと、比較的低レベルの1種または複数の標的不純物、例えば1つまたは複数の合成不純物、例えば上述のLiSO、FSOLi、LiF、およびLiClとを含有する精製LiFSI生成物に関する。以下でより詳細に説明するように、そのような精製LiFSI生成物は、開示された基本プロセスのうちの1種の単回パススルー、あるいは開示された基本プロセスのうちの1種または複数の複数回パススルーにおいて精製LiFSI生成物を生成することができる本開示の精製方法を使用して生成することができる。 In another aspect, the present disclosure discloses LiFSI and relatively low levels of one or more target impurities, such as one or more synthetic impurities, such as the Li 2 SO 4 , FSO 3 Li, LiF, and LiCl described above. With respect to purified LiFSI products containing. As described in more detail below, such purified LiFSI products may be a single passthrough of one of the disclosed basic processes, or one or more of the disclosed basic processes. It can be produced using the purification methods of the present disclosure which can produce purified LiFSI products in pass-through.

なおさらなる態様では、本開示は、本開示のLiFSI塩生成物の使用に関する。例えば、本開示のLiFSI塩生成物を使用して、電池またはスーパーキャパシタなどの任意の適切な電気化学デバイスで使用することができる電解質を生成することができる。 In yet a further aspect, the present disclosure relates to the use of the LiFSI salt products of the present disclosure. For example, the LiFSI salt products of the present disclosure can be used to produce electrolytes that can be used in any suitable electrochemical device such as batteries or supercapacitors.

さらに別の態様では、本開示は、不純物の除去に続く水性中和法を使用してLiFSIを合成する方法に関する。以下により詳細に説明するように、1つの例示的なLiFSI合成方法は、水素ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)(例えば、精製HFSI)を脱イオン水中の1種または複数のリチウム塩基で中和して、LiFSIおよび1種または複数の合成不純物の水溶液を得ることを含む。追加のステップは、脱イオン水の少なくとも一部を除去して粗LiFSIを得ること、次いで粗LiFSIを精製して1種または複数の合成不純物の少なくとも一部を除去することを含んでもよい。 In yet another aspect, the present disclosure relates to a method of synthesizing LiFSI using an aqueous neutralization method following removal of impurities. As described in more detail below, one exemplary LiFSI synthesis method neutralizes hydrogen bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) (eg, purified HFSI) with one or more lithium bases in deionized water. To obtain an aqueous solution of LiFSI and one or more synthetic impurities. Additional steps may include removing at least a portion of the deionized water to obtain crude LiFSI and then purifying the crude LiFSI to remove at least a portion of one or more synthetic impurities.

またさらなる態様では、本開示は、本明細書に開示された様々な方法の様々な組み合わせのいずれか1つを実行することに関する。例えば、全体的なプロセスは、本開示の水性中和合成方法を使用してLiFSIを合成することと、この合成に続いて、合成されたLiFSIを使用して、本開示の非反応性溶媒精製プロセスもしくは本開示の反応性溶媒低減/置換方法、またはこれら2つの組み合わせのいずれかを実施することとを含むことができる。両方の追加の方法が使用される場合、特にいずれかの反応性溶媒が非反応性溶媒精製プロセスで使用される場合、反応性溶媒低減/置換方法を最後に行うことが一般に好ましい。別の例として、全体的なプロセスは、商業的に供給され、従来法で合成された粗LiFSIなどの既に合成された粗LiFSIから開始し、次いで、本開示の非反応性溶媒精製プロセスまたは本開示の反応性溶媒低減/置換方法の一方、他方または両方を行うことを含み得る。 Also in a further aspect, the present disclosure relates to performing any one of the various combinations of the various methods disclosed herein. For example, the overall process is to synthesize LiFSI using the aqueous neutralization synthesis method of the present disclosure, followed by this synthesis using the synthesized LiFSI to purify the non-reactive solvent of the present disclosure. It can include the process, the reactive solvent reduction / substitution methods of the present disclosure, or any combination of the two. If both additional methods are used, especially if either reactive solvent is used in the non-reactive solvent purification process, it is generally preferred to carry out the reactive solvent reduction / substitution method last. As another example, the overall process begins with an already synthesized crude LiFSI, such as a commercially supplied crude LiFSI synthesized by conventional methods, followed by the non-reactive solvent purification process or book of the present disclosure. It may include performing one, the other or both of the reactive solvent reduction / substitution methods disclosed.

なおさらなる態様では、本開示は、直前の段落に記載された方法の組み合わせのいずれか1つを使用して生成されたLiFSIを含有する精製LiFSI生成物、直前の段落に記載された組み合わせのいずれか1つを使用して生成された精製LiFSI塩を使用して生成された電解質、およびそのような電解質の使用に関する。 In yet a further aspect, the present disclosure is either a purified LiFSI product containing LiFSI produced using any one of the combinations of methods described in the preceding paragraph, or any of the combinations described in the preceding paragraph. With respect to electrolytes produced using purified LiFSI salts produced using one of them, and the use of such electrolytes.

本開示の前述および他の態様の詳細を以下に説明する。 Details of the aforementioned and other aspects of the present disclosure will be described below.

I.反応性溶媒(1種または複数)の除去/置換 I. Removal / replacement of reactive solvent (s)

このセクションは、リチウムスルホンイミド塩中の反応性溶媒を除去および/または置換する方法、それによって生成される反応性溶媒低減リチウムスルホンイミド塩、およびそのような反応性溶媒低減リチウムスルホンイミド塩の使用を扱う。 This section covers methods of removing and / or substituting reactive solvents in lithium sulfoneimide salts, the reactive solvent-reduced lithium sulfoneimide salts produced thereby, and the use of such reactive solvent-reduced lithium sulfoneimide salts. Handle.

I.A.粗LiFSI中の反応性溶媒(1種または複数)を除去/置換する例示的な方法 I. A. An exemplary method of removing / replacing the reactive solvent (s) in the crude LiFSI.

上記のように、粗LiFSIは、例えば、LiFSIの合成および/または精製からの残留物として、1種または複数の反応性溶媒を含むことができる。本開示の反応性溶媒除去方法を使用して、粗LiFSI中の1種または複数の反応性溶媒を完全に除去することを含めて低減することができる。反応性溶媒(1種または複数)の除去は、1種または複数の非反応性溶媒を利用し、非反応性溶媒(1種または複数)の少なくとも一部は、反応性溶媒除去方法を完了した後に残留するので、いくつかの実施形態では、この方法は、また/あるいは、溶媒置換方法と考えられてもよく、望ましくない反応性溶媒(1種または複数)は、反応性溶媒(1種または複数)の電池性能に悪影響を及ぼさない非反応性溶媒(1種または複数)に置換される。以下に記載されるように、いくつかの実施形態では、残留する非反応性溶媒(1種または複数)は、約3000ppm以下、例えば約100ppm~約3000ppmの範囲であることが多い。 As mentioned above, the crude LiFSI can include, for example, one or more reactive solvents as residues from the synthesis and / or purification of LiFSI. The reactive solvent removal methods of the present disclosure can be used to reduce the amount, including the complete removal of one or more reactive solvents in the crude LiFSI. The removal of the reactive solvent (s) used one or more non-reactive solvents, and at least a portion of the non-reactive solvents (s) completed the reactive solvent removal method. In some embodiments, this method may also be considered as a solvent replacement method, as it remains behind, and the undesired reactive solvent (s) may be a reactive solvent (s). It is replaced with a non-reactive solvent (s) that does not adversely affect the battery performance of (s). As described below, in some embodiments, the residual non-reactive solvent (s) is often in the range of about 3000 ppm or less, eg, about 100 ppm to about 3000 ppm.

いくつかの実施形態では、反応性溶媒除去方法は、不活性条件下で粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させて、粗LiFSIおよび1種または複数の反応性溶媒を含有する溶液を生成することを含む。一般に、このステップは、イオンに結合した配位反応性溶媒分子を所望の非反応性分子で置換することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒中のLiFSIの溶解度は、室温で少なくとも約35%~約65%である。いくつかの実施形態では、粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させることは、粗LiFSIを、溶液全体の重量に対して約35重量%~約65重量%の範囲内にある量の少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させることを含む。 In some embodiments, the reactive solvent removal method comprises contacting the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent under inert conditions to contain the crude LiFSI and one or more reactive solvents. Includes producing a solution. In general, this step involves replacing the ion-bound coordination-reactive solvent molecule with the desired non-reactive molecule. In some embodiments, the solubility of LiFSI in at least one first anhydrous organic solvent is at least about 35% to about 65% at room temperature. In some embodiments, contacting the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent keeps the crude LiFSI in the range of about 35% to about 65% by weight based on the total weight of the solution. It involves contacting with an amount of at least one first anhydrous organic solvent.

LiFSIと少なくとも1種の第1の無水有機溶媒との接触中の不活性条件は、とりわけ、アルゴンガスおよび/または窒素ガス、および/または他の不活性乾燥(すなわち、無水)ガスを使用するなど、任意の適切な技術を使用して生成することができる。精製方法は、1気圧など、任意の適切な圧力で実施することができる。 Inactive conditions during contact of LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent include, among other things, the use of argon gas and / or nitrogen gas, and / or other inert dry (ie, anhydrous) gas. , Can be produced using any suitable technique. The purification method can be carried out at any suitable pressure, such as 1 atmosphere.

少なくとも1種の第1の無水有機溶媒の各々が選択され得る無水有機溶媒の例としては、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、プロピルメチルカルボナート(PMC)、エチレンカルボナート(EC)、フルオロエチレンカルボナート(FEC)、およびトランスブチレンカルボナートなどの有機カルボナート、アセトニトリル、マロノニトリル、およびアジポニトリルなどのニトリル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、および酢酸ブチルなどの酢酸アルキル、プロピオン酸メチル(MP)およびプロピオン酸エチル(EP)などのプロピオン酸アルキルが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されない。例えば、リチウムイオン電池またはリチウム金属電池用のLiFSI塩を生成するために、1種または複数の非反応性有機溶媒を使用して1種または複数の反応性溶媒を除去する場合、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒に対して選択された各無水有機溶媒は、リチウム金属と非反応性であることが望ましい。このような非反応性の無水有機溶媒としては、DMC、DEC、EMC、フルオロエチレンカルボナート、ジフルオロエチレンカルボナート、およびトリフルオロメチルエチルカルボナートが挙げられる。 Examples of anhydrous organic solvents in which each of at least one first anhydrous organic solvent can be selected are dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), ethylmethylcarbonate (EMC), propylmethylcarbonate. Organic carbonates such as (PMC), ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), and transbutylene carbonate, nitriles such as acetonitrile, malononitrile, and adiponitrile, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, and acetic acid. Examples include, but are not limited to, alkyl acetates such as butyl and alkyl propionates such as methyl propionate (MP) and ethyl propionate (EP). For example, when removing one or more reactive solvents using one or more non-reactive organic solvents to produce LiFSI salts for lithium ion batteries or lithium metal batteries, at least one. It is desirable that each anhydrous organic solvent selected for the first anhydrous organic solvent be non-reactive with lithium metal. Examples of such non-reactive anhydrous organic solvents include DMC, DEC, EMC, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, and trifluoromethyl ethyl carbonate.

粗LiFSIまたはLiTFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させた後、溶液を真空に供して、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒および1種または複数の反応性溶媒、例えば存在し得るものの中でも特に水、メタノールまたはエタノールのうちの1種または複数を除去して、固体塊を得る。いくつかの実施形態では、真空の圧力は、約100Torr未満、約10Torr未満、または約1Torr未満、約0.1Torr未満、または約0.01Torr未満であってもよい。いくつかの実施形態では、真空は、約25℃~約40℃の範囲の温度などの制御された温度で行われる。 After contacting the crude LiFSI or LiTFSI with at least one first anhydrous organic solvent, the solution is subjected to vacuum to present at least one first anhydrous organic solvent and one or more reactive solvents, eg. One or more of the possible ones, especially water, methanol or ethanol, are removed to give a solid mass. In some embodiments, the vacuum pressure may be less than about 100 Torr, less than about 10 Torr, or less than about 1 Torr, less than about 0.1 Torr, or less than about 0.01 Torr. In some embodiments, the vacuum is performed at a controlled temperature, such as a temperature in the range of about 25 ° C to about 40 ° C.

次いで、固体塊を、固体塊中のLiFSIが不溶性である少なくとも100重量%の1種または複数の第2の無水有機溶媒で処理して、不溶性部分を有する組み合わせを生成することができる。この処理は、任意の配位溶媒または溶媒和溶媒を除去することができる。1種または複数の第2の無水有機溶媒の各々が選択され得る無水有機溶媒の例としては、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、およびドデカンが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されない。 The solid mass can then be treated with at least 100% by weight of one or more second anhydrous organic solvents in which the LiFSI in the solid mass is insoluble to produce a combination with an insoluble moiety. This treatment can remove any coordination solvent or solvate solvent. Examples of anhydrous organic solvents in which each of the one or more second anhydrous organic solvents may be selected include dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, and dodecane. However, it is not always limited to these.

不溶性部分は、アルゴン、窒素、別の乾燥不活性ガス、またはそれらの任意の組み合わせなどの乾燥不活性ガスによって提供される不活性雰囲気中で組み合わせから単離される。不溶性部分は、1種または複数の濾過材、遠心分離、比重分離、ハイドロサイクロンなどの任意の適切な方法を使用して行われる濾過などの任意の適切な方法で単離され得る。当業者は、本開示のプロトン性溶媒低減方法の任意の特定の具体化に使用するための適切な濾過技術を理解するであろう。 The insoluble moiety is isolated from the combination in the inert atmosphere provided by the dry inert gas, such as argon, nitrogen, another dry inert gas, or any combination thereof. The insoluble moiety can be isolated by any suitable method such as filtration performed using any suitable method such as one or more filters, centrifugation, specific gravity separation, hydrocyclone and the like. One of ordinary skill in the art will understand suitable filtration techniques for use in any particular embodiment of the protonic solvent reduction methods of the present disclosure.

不溶性部分は、少なくとも1種の不活性ガス(例えば、乾燥不活性ガス、すなわち1ppm未満の水)でフラッシングし、微量の少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を除去することができる。少なくとも1種の乾燥不活性ガスの各々が選択され得る不活性ガスの例としては、アルゴンおよび窒素が挙げられる。 The insoluble moiety can be flushed with at least one inert gas (eg, a dry inert gas, i.e. less than 1 ppm of water) to remove trace amounts of at least one second anhydrous organic solvent. Examples of the inert gas in which each of the at least one dry inert gas can be selected includes argon and nitrogen.

フラッシングした不溶性部分を、約100Torr未満の圧力に供して、プロトン性溶媒が低減されたLiFSI生成物またはプロトン性溶媒が低減されたLiTFSI生成物を得ることができる。いくつかの実施形態では、圧力は、約10Torr未満、または約1Torr未満、約0.1Torr未満、または約0.01Torr未満であってもよい。一例では、真空中の圧力は約0.01Torr未満である。いくつかの実施形態では、真空は、約40℃未満(例えば、約20℃~約40℃の範囲内)の温度などの制御された温度で行われる。得られた反応性溶媒低減LiFSI生成物は、典型的には、白色の自由流動性粉末である。 The flushed insoluble moiety can be subjected to a pressure of less than about 100 Torr to give a LiFSI product with reduced protonic solvent or a LiTFSI product with reduced protonic solvent. In some embodiments, the pressure may be less than about 10 Torr, or less than about 1 Torr, less than about 0.1 Torr, or less than about 0.01 Torr. In one example, the pressure in vacuum is less than about 0.01 Torr. In some embodiments, the vacuum is performed at a controlled temperature, such as a temperature below about 40 ° C (eg, in the range of about 20 ° C to about 40 ° C). The resulting reactive solvent-reduced LiFSI product is typically a white, free-flowing powder.

乾燥した反応性溶媒低減LiFSI生成物は、保管中のLiFSIの分解を抑制するために、乾燥ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)容器または遊離フッ化物に対して不活性なニッケル合金などの乾燥不活性容器に、約25℃以下などの低温で、アルゴンなどの不活性ガス内で保管することができる。 The dried reactive solvent-reduced LiFSI product is a dry polytetrafluoroethylene (PTFE) container or a dry inert container such as a nickel alloy that is inert to free fluoride to suppress the decomposition of LiFSI during storage. In addition, it can be stored in an inert gas such as argon at a low temperature such as about 25 ° C. or lower.

一般的な例であり、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒としてDMCを使用し、少なくとも1種の第2の無水有機溶媒としてジクロロメタンを使用する例において、典型的なプロセスでは、とりわけ水、メタノール、および/またはエタノールなどの様々なレベルの1種または複数の反応性溶媒を有する粗LiFSIを、LiFSIが可溶性である約30重量%~約50重量%の無水ジメチルカルボナートと接触させる。この例では、粗LiFSIをDMCと接触させた後、真空下(例えば、約0.01Torr未満)で水、メタノール、および/またはエタノールなどの反応性溶媒(1種または複数)を用いてDMCを除去する。DMCの除去により、固体塊が得られる。この方法は、得られた固体塊を、LiFSIが不溶性である無水ジクロロメタンで処理して、不溶性部分と無水ジクロロメタンと任意の他の非不溶性成分(1種または複数)との組み合わせを得ることをさらに含んでもよい。不溶性部分(例えば、粉末LiFSI)を濾過によって得ることができ、乾燥Arおよび/または乾燥Nでフラッシングすることによって微量のジクロロメタンを除去することができる。次いで、フラッシングされたLiFSIを約40℃未満の温度で真空(例えば、0.01Torr未満)に供して、乾燥反応性溶媒低減LiFSI生成物、ここでは遊離溶媒を含まないLiFSI生成物を得ることができる。反応性溶媒低減LiFSI生成物は、遊離溶媒を含まなくてもよいが、実際に言えば、LiFSI生成物は、典型的には、LiFSIと配位した少なくともいくらかの反応性および/または非反応性溶媒を含む。乾燥プロトン性溶媒を含まないLiFSI生成物は、不活性条件下、例えば、約25℃未満の温度でPTFE容器に保存されてもよい。 In a general example where DMC is used as at least one first anhydrous organic solvent and dichloromethane is used as at least one second anhydrous organic solvent, the typical process is particularly water. Crude LiFSI with various levels of one or more reactive solvents such as methanol and / or ethanol is contacted with about 30% to about 50% by weight anhydrous dimethylcarbonate in which LiFSI is soluble. In this example, the crude LiFSI is contacted with the DMC and then under vacuum (eg, less than about 0.01 Torr) with a reactive solvent (s) such as water, methanol, and / or ethanol. Remove. Removal of DMC results in a solid mass. This method further comprises treating the resulting solid mass with anhydrous dichloromethane in which LiFSI is insoluble to obtain an insoluble moiety and a combination of anhydrous dichloromethane and any other insoluble component (s). It may be included. Insoluble moieties (eg, powdered LiFSI) can be obtained by filtration and trace amounts of dichloromethane can be removed by flushing with dry Ar and / or dry N2 . The flushed LiFSI can then be subjected to vacuum (eg, less than 0.01 Torr) at a temperature below about 40 ° C. to give a dry reactive solvent-reduced LiFSI product, in this case a free solvent-free LiFSI product. can. Reactive solvent-reduced LiFSI products may be free of free solvent, but in practice LiFSI products are typically at least some reactive and / or non-reactive coordinated with LiFSI. Contains solvent. The LiFSI product, which does not contain a dry protonic solvent, may be stored in a PTFE container under inert conditions, for example, at a temperature of less than about 25 ° C.

上記方法のいずれか1つを使用して反応性溶媒(1種または複数)が除去される粗LiFSI中の反応性溶媒(1種または複数)の量および所望のLiFSI生成物中の反応性溶媒(1種または複数)の所望の最大量に応じて、各パスで1種または複数の反応性溶媒の量を順次減少させるためにマルチパス法を実施することが必要であり得る。そのようなマルチパス方法は、最初は粗LiFSI中にあり、その後、得られた反応性溶媒低減LiFSI生成物中に依然として残留している可能性のある、1種または複数の反応性溶媒の各々のレベルを連続的に低下させるために、前述の方法のうちのいずれか1つまたは複数を連続的に利用することができる。本開示の例示的なマルチパス反応性溶媒低減方法100を図1に示す。 The amount of reactive solvent (s) in the crude LiFSI from which the reactive solvent (s) is removed using any one of the above methods and the reactive solvent in the desired LiFSI product. It may be necessary to carry out a multipass method to sequentially reduce the amount of one or more reactive solvents in each pass, depending on the desired maximum amount (s). Such a multipath method is initially in crude LiFSI and then each of one or more reactive solvents that may still remain in the resulting reactive solvent-reduced LiFSI product. Any one or more of the above methods can be continuously utilized to continuously reduce the level of. An exemplary multipath-reactive solvent reduction method 100 of the present disclosure is shown in FIG.

図1を参照すると、ブロック105において、特定のレベル(1または複数)で存在する1種または複数の反応性溶媒を含有する粗LiFSIが提供される。ブロック110において、粗LiFSIの反応性溶媒含有量が、上記の方法のいずれか1つを用いて低減される。ブロック110における反応性溶媒低減の最終成果は、各反応性溶媒のレベルが低下した反応性溶媒低減LiFSI生成物である。任意選択のブロック115において、反応性溶媒低減LiFSI生成物中の反応性溶媒のうちの1種または複数の各々のレベルを、適切な測定手順を用いて測定する。任意選択のブロック120において、測定されたレベルの各々は、反応性溶媒低減LiFSI生成物中に存在することが許容される反応性溶媒(1種または複数)の最大所望レベルと比較される。任意選択のブロック125において、測定されたレベルのうちの1または複数が、対応する所望の最大レベルを超えるかどうかが判定される。超えていない場合、すなわち、各測定されたレベルが対応する所望の最大レベルを下回る場合、反応性溶媒低減LiFSI生成物は、所望の反応性溶媒低減レベルの仕様を満たし、さらなる反応性溶媒低減を必要としない。したがって、マルチパス反応性溶媒低減方法100は、ブロック130で終了することができる。 Referring to FIG. 1, in block 105, crude LiFSI containing one or more reactive solvents present at a particular level (s) is provided. In block 110, the reactive solvent content of the crude LiFSI is reduced using any one of the above methods. The end result of reactive solvent reduction in block 110 is a reactive solvent reduced LiFSI product with reduced levels of each reactive solvent. In the optional block 115, the level of each of one or more of the reactive solvents in the reactive solvent reduced LiFSI product is measured using appropriate measurement procedures. In the optional block 120, each of the measured levels is compared to the maximum desired level of the reactive solvent (s) that are allowed to be present in the reactive solvent reduced LiFSI product. In the optional block 125, it is determined whether one or more of the measured levels exceeds the corresponding desired maximum level. If not exceeded, i.e., if each measured level is below the corresponding desired maximum level, the reactive solvent reduced LiFSI product meets the specifications for the desired reactive solvent reduction level, further reducing the reactive solvent. do not need. Therefore, the multipath reactive solvent reduction method 100 can be terminated at block 130.

しかし、ブロック125において、測定されたレベルのうちのいずれか1または複数が対応する所望の最大レベル(1または複数)を超える場合、ブロック110における前のパススルー反応性溶媒低減で処理された反応性溶媒低減LiFSI生成物は、ブロック110においてループ135を介して処理することができる。このブロック110における反応性溶媒低減パススルーでは、溶液の生成および/または結晶化LiFSIの洗浄に使用される無水有機溶媒(1種または複数)は、ブロック110における前のパススルー反応性溶媒低減で使用されたものと同じであっても異なっていてもよい。ブロック110における反応性溶媒低減の最後に、任意選択のブロック115および120において、反応性溶媒レベル(1または複数)の一回または複数の測定、および測定されたレベル(1または複数)の1種または複数の対応する所望の最大レベルとの比較を行って、方法100がブロック130で終了することができる、または最新のパスの反応性溶媒低減LiFSI生成物中のLiFSIがループ135を介して再び反応性溶媒低減に供されるべきかを決定することができる。 However, in block 125, if any one or more of the measured levels exceeds the corresponding desired maximum level (s), the reactivity treated with the previous pass-through reactive solvent reduction in block 110. The solvent-reduced LiFSI product can be processed in block 110 via loop 135. In this reactive solvent reduction pass-through in block 110, the anhydrous organic solvent (s) used for solution formation and / or washing of the crystallized LiFSI is used in the previous pass-through reactive solvent reduction in block 110. It may be the same as or different from the original. At the end of the reactive solvent reduction in block 110, one or more measurements of the reactive solvent level (s) and one of the measured levels (s) in the optional blocks 115 and 120. Alternatively, the method 100 can be terminated at block 130 by comparison with multiple corresponding desired maximum levels, or LiFSI in the reactive solvent-reduced LiFSI product of the latest pass is again via loop 135. It can be determined whether it should be subjected to reactive solvent reduction.

マルチパス反応性溶媒低減法が有用であり得る非限定的で例示的な例は、リチウム系電池用のLiFSIなどのリチウム系電解質である。粗LiFSIは、典型的には、LiFSIの結晶化プロセスからのメタノール、エタノール、および/またはプロパノールなどの反応性溶媒を有する。これらの反応性溶媒は、3000ppmを超えて存在することがある。しかし、このような反応性溶媒のレベルは、反応性溶媒がリチウム金属と反応して水素ガスおよびリチウムアルコキシドを生成するため、リチウム金属電池にとって有害である。その結果、リチウム金属電池用のLiFSI系電解質中の反応性溶媒レベルを低く、例えば約200ppm未満、約100ppm未満、約50ppm未満、または約10ppm未満に保つことが望ましい。電解質に使用されるLiFSI塩を合成するために使用される粗LiFSIについて、図1に示すマルチパス反応性溶媒低減方法100などの本開示のマルチパス精製方法を使用することは、そのような低い反応性溶媒レベルを達成する有用な方法であり得る。 A non-limiting and exemplary example in which a multipath-reactive solvent reduction method may be useful is a lithium-based electrolyte such as LiFSI for lithium-based batteries. Crude LiFSI typically has a reactive solvent such as methanol, ethanol, and / or propanol from the LiFSI crystallization process. These reactive solvents can be present in excess of 3000 ppm. However, such levels of the reactive solvent are detrimental to the lithium metal battery as the reactive solvent reacts with the lithium metal to produce hydrogen gas and lithium alkoxide. As a result, it is desirable to keep the level of the reactive solvent in the LiFSI-based electrolyte for lithium metal batteries low, for example, less than about 200 ppm, less than about 100 ppm, less than about 50 ppm, or less than about 10 ppm. For crude LiFSI used to synthesize the LiFSI salt used in the electrolyte, it is such low to use the multipath purification methods of the present disclosure, such as the multipath reactive solvent reduction method 100 shown in FIG. It can be a useful method of achieving reactive solvent levels.

非限定的であるが例示的な例として、マルチパス反応性溶媒低減方法100を使用して、合成不純物として3000ppmのアルコールを含有する粗LiFSIから出発して、LiFSI生成物中の(標的反応性アルコールの形態の)反応性溶媒含有量を1ppm未満に低下させることができる。ブロック105において、所望の量の粗LiFSIが提供される。ブロック110において、粗LiFSIが精製される、すなわち、上記または下記に例示される方法のいずれかを使用して、望ましくないアルコールの量が低減される。 As a non-limiting but exemplary example, the multipass reactive solvent reduction method 100 is used to start with crude LiFSI containing 3000 ppm alcohol as a synthetic impurity (target reactivity) in the LiFSI product. The reactive solvent content (in the form of alcohol) can be reduced to less than 1 ppm. At block 105, the desired amount of crude LiFSI is provided. In block 110, the crude LiFSI is purified, i.e., using either the method described above or exemplified below, the amount of undesired alcohol is reduced.

任意選択のブロック115において、反応性溶媒低減LiFSI生成物中のアルコールのレベルは、1000ppmであると測定される。任意選択のブロック120において、1000ppmの測定されたレベルを、100ppm未満の必要条件と比較する。任意選択のブロック125では、1000ppmが100ppm未満の必要条件よりも大きいので、反応性溶媒低減LiFSI生成物は、ブロック110において、ループ135を介して、最初の粗LiFSI中の反応性溶媒レベルを低減するために使用されたものと同じまたは異なる反応性溶媒低減プロセスを使用して処理される。この第2のパスでは、出発アルコールレベルは1000ppmであり、2回反応性溶媒低減LiFSI生成物中の最終不純物レベルは、任意選択のブロック115で測定して、ここでは500ppmである。この500ppmレベルを任意選択のブロック120において100ppm未満の必要条件と比較した後、任意選択のブロック125において、2回反応性溶媒低減LiFSI生成物は、ブロック110において、ループ135を介して、前の2回のパスのいずれかで使用されたものと同じまたは異なる反応性溶媒低減方法で再度処理する必要があると決定される。 In the optional block 115, the level of alcohol in the reactive solvent-reduced LiFSI product is measured to be 1000 ppm. In the optional block 120, a measured level of 1000 ppm is compared to a requirement of less than 100 ppm. In the optional block 125, the reactive solvent-reduced LiFSI product reduces the reactive solvent level in the initial crude LiFSI via loop 135 in block 110, as 1000 ppm is greater than the requirement of less than 100 ppm. It is processed using the same or different reactive solvent reduction process as that used to. In this second pass, the starting alcohol level is 1000 ppm and the final impurity level in the double-reactive solvent-reduced LiFSI product is 500 ppm as measured in optional block 115. After comparing this 500 ppm level with the requirement of less than 100 ppm in the optional block 120, the double-reactive solvent-reduced LiFSI product in the optional block 125 is previously in block 110 via loop 135. It is determined that the treatment needs to be retreated with the same or different reactive solvent reduction method as that used in either of the two passes.

この第3のパスでは、出発アルコールレベルは500ppmであり、3回反応性溶媒低減LiFSI生成物中の最終不純物レベルは、任意選択のブロック115で測定して、ここでは100ppm未満である。この100ppm未満のレベルを任意選択のブロック120で100ppm未満の必要条件と比較した後、任意選択のブロック125において、3回反応性溶媒低減LiFSI生成物は、マルチパス反応性溶媒低減方法100がブロック130で終了することができるような必要条件を満たすと判定される。 In this third pass, the starting alcohol level is 500 ppm and the final impurity level in the triplicate solvent-reduced LiFSI product is less than 100 ppm, as measured by optional block 115. After comparing this level of less than 100 ppm with the requirement of less than 100 ppm in the optional block 120, the triple-reactive solvent-reduced LiFSI product is blocked by the multipath-reactive solvent reduction method 100 in the optional block 125. It is determined that the requirement is satisfied so that the process can be completed at 130.

I.B.例 I. B. example

上記の方法は、以下の例によってさらに説明されるが、これらの例は単に例示の目的で含まれており、本開示の範囲を限定することを意図しないことが理解されよう。特に明記しない限り、これらの例で使用したすべての化学物質は高純度であり、信頼できる商業的供給源から得た。プロセスから水分を排除するために厳しい予防措置を講じ、十分に換気されたフードを使用して反応を行った。 The above methods are further described by the following examples, but it will be appreciated that these examples are included solely for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of the present disclosure. Unless otherwise stated, all chemicals used in these examples were of high purity and were obtained from reliable commercial sources. Strict precautions were taken to remove water from the process and the reaction was carried out using a well-ventilated hood.

I.B.1.例1 I. B. 1. 1. Example 1

DMCおよびジクロロメタンを使用したLiFSIからのメタノールの除去:250mL乾燥フラスコ中で、4000ppmのメタノールおよび50ppmの水を含有するLiFSI(200g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水DMC(140g(約41重量%))を撹拌しながら少しずつ添加して、透明な溶液を得た。混合物を室温で0.5時間撹拌した。透明な溶液を0.01Torr未満の減圧で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(150g)で処理した。組み合わせを室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離した。微量のジクロロメタンを、乾燥Ar/Nガスでフラッシングすることによって除去した。単離したLiFSIを真空中(0.1Torr未満)、35℃で乾燥させて、0ppmのメタノールおよび15.0ppmの水を含む反応性溶媒低減LiFSI生成物を90%の収率で得た。 Removal of Methanol from LiFSI Using DMC and dichloromethane: LiFSI (200 g) containing 4000 ppm methanol and 50 ppm water was sampled in a 250 mL dry flask under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. .. Anhydrous DMC (140 g (about 41% by weight)) was added little by little with stirring to obtain a clear solution. The mixture was stirred at room temperature for 0.5 hours. The clear solution was concentrated under reduced pressure below 0.01 Torr to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (150 g) under argon. The combination was stirred at room temperature for 1 hour and the desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration. Traces of dichloromethane were removed by flushing with dry Ar / N 2 gas. The isolated LiFSI was dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give a reactive solvent-reduced LiFSI product containing 0 ppm methanol and 15.0 ppm water in 90% yield.

I.B.2.例2 I. B. 2. 2. Example 2

DMCおよびジクロロメタンを使用したLiFSIからのエタノールの除去:250mL乾燥フラスコ中で、2900ppmのエタノールおよび15ppmの水を含有するLiFSI(178g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水DMC(140g(約44重量%))を撹拌しながら少しずつ添加して、透明な溶液を得た。混合物を室温で0.5時間撹拌した。透明な溶液を0.01Torr未満の減圧で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(150g)で処理した。組み合わせを室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離した。微量のジクロロメタンを、乾燥Ar/Nガスでフラッシングすることによって除去した。単離したLiFSIを真空中(0.1Torr未満)、35℃で乾燥させて、0ppmのエタノールおよび4ppmの水を含む反応性溶媒低減LiFSI生成物を90%の収率で得た。 Removal of Ethanol from LiFSI Using DMC and dichloromethane: LiFSI (178 g) containing 2900 ppm ethanol and 15 ppm water was sampled in a 250 mL dry flask under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. .. Anhydrous DMC (140 g (about 44% by weight)) was added little by little with stirring to obtain a clear solution. The mixture was stirred at room temperature for 0.5 hours. The clear solution was concentrated under reduced pressure below 0.01 Torr to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (150 g) under argon. The combination was stirred at room temperature for 1 hour and the desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration. Traces of dichloromethane were removed by flushing with dry Ar / N 2 gas. The isolated LiFSI was dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give a reactive solvent-reduced LiFSI product containing 0 ppm ethanol and 4 ppm water in 90% yield.

I.B.3.例3 I. B. 3. 3. Example 3

DMCおよびジクロロメタンを用いたLiFSIからのイソプロパノールの除去:250mL乾燥フラスコ中で、2000ppmのイソプロパノールおよび30ppmの水を含有するLiFSI(350g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水DMC(200g(約36重量%))を撹拌しながら少しずつ添加して、透明な溶液を得た。混合物を室温で0.5時間撹拌した。透明な溶液を0.01Torr未満の減圧で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(350g)で処理した。組み合わせを室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離した。微量のジクロロメタンを、乾燥Ar/Nガスでフラッシングすることによって除去した。単離したLiFSIを真空中(0.1Torr未満)、35℃で乾燥させて、0ppmのイソプロパノールおよび4ppmの水を含む反応性溶媒低減LiFSI生成物を92%の収率で得た。 Removal of Isopropanol from LiFSI Using DMC and dichloromethane: LiFSI (350 g) containing 2000 ppm isopropanol and 30 ppm water was sampled in a 250 mL dry flask under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. .. Anhydrous DMC (200 g (about 36% by weight)) was added little by little with stirring to obtain a clear solution. The mixture was stirred at room temperature for 0.5 hours. The clear solution was concentrated under reduced pressure below 0.01 Torr to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (350 g) under argon. The combination was stirred at room temperature for 1 hour and the desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration. Traces of dichloromethane were removed by flushing with dry Ar / N 2 gas. The isolated LiFSI was dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give a reactive solvent-reduced LiFSI product containing 0 ppm isopropanol and 4 ppm water in 92% yield.

I.C.例示的な反応性溶媒低減LiFSI生成物 I. C. Exemplary Reactive Solvent Reduced LiFSI Products

上記に開示されたシングルパス反応性溶媒低減方法または図1のマルチパス方法100のいずれかなどの前述の反応性溶媒低減方法のいずれかを使用すると、得られた精製LiFSI生成物は、反応性溶媒(1種または複数)の標的反応性レベルが非常に低い可能性がある。例えば、リチウム金属電池での使用に特に適したいくつかの実施形態では、最終的な超高純度LiFSI塩生成物(すなわち、本明細書に開示される反応性溶媒低減の完了後)中に残留する反応性溶媒(1種または複数)の量は、好ましくは約100ppm未満、より好ましくは約50ppm未満、最も好ましくは約25ppm未満である。いくつかの実施形態では、最終的な超高純度LiFSI塩生成物中に残留する非反応性溶媒は、反応性溶媒よりも電池性能に悪影響を及ぼさないが、そのような実施形態では、最終的な超高純度LiFSI塩生成物中に残留する非反応性溶媒(1種または複数)の量は、典型的には約3000ppm未満、より典型的には約1000ppm未満である。すべての精製ステップについて非反応性溶媒のみを使用して精製を行う場合、最終的な超高純度LiFSI塩生成物は、典型的には、少なくとも約100ppmの非反応性溶媒(1種または複数)を有するが、典型的には、約100ppm以下の反応性溶媒(1種または複数)を有する。本開示による反応性溶媒低減前の粗LiFSI中の反応性溶媒(1種または複数)のレベルは、約500ppm以上、約1000ppm以上、または約2000ppm以上であってもよい。DMCが反応性溶媒除去/置換方法において使用される一例では、本開示の精製LiFSIは、約0.2%~約0.3%のDMCおよび100ppm未満の反応性溶媒としての水を有する。 Using either of the single-pass reactive solvent reduction methods disclosed above or the reactive solvent reduction methods described above, such as any of the multi-pass methods 100 of FIG. 1, the resulting purified LiFSI product is reactive. The target reactivity level of the solvent (s) can be very low. For example, in some embodiments particularly suitable for use in lithium metal batteries, they remain in the final ultra-purity LiFSI salt product (ie, after completion of the reactive solvent reduction disclosed herein). The amount of the reactive solvent (s) is preferably less than about 100 ppm, more preferably less than about 50 ppm, most preferably less than about 25 ppm. In some embodiments, the non-reactive solvent remaining in the final ultra-purity LiFSI salt product does not adversely affect battery performance more than the reactive solvent, but in such embodiments it is final. The amount of non-reactive solvent (s) remaining in the ultra-purity LiFSI salt product is typically less than about 3000 ppm, more typically less than about 1000 ppm. If purification is performed using only non-reactive solvents for all purification steps, the final ultra-purity LiFSI salt product will typically be at least about 100 ppm non-reactive solvent (s). However, typically, it has a reactive solvent (s) of about 100 ppm or less. The level of the reactive solvent (s) in the crude LiFSI prior to the reduction of the reactive solvent according to the present disclosure may be about 500 ppm or more, about 1000 ppm or more, or about 2000 ppm or more. In one example where DMC is used in a reactive solvent removal / replacement method, the purified LiFSI of the present disclosure has about 0.2% to about 0.3% DMC and less than 100 ppm water as a reactive solvent.

I.D.反応性溶媒低減LiFSI塩生成物の使用例 I. D. Example of use of reactive solvent-reduced LiFSI salt product

上述のように、反応性溶媒低減LiFSI塩生成物を使用して、とりわけ、電気化学デバイス用の反応性溶媒低減LiFSI系電解質を生成することができる。ここで、反応性溶媒低減電解質の反応性溶媒低減は、反応性溶媒低減LiFSI塩生成物が本明細書に開示される方法のうちのいずれか1つまたは複数により処理されたという事実から生じる。そのような反応性溶媒低減電解質は、本開示の反応性低減溶媒LiFSI塩生成物(塩)を1種または複数の溶媒、1種または複数の希釈剤、および/または1種または複数の添加剤と混合することなどの様々な方法のいずれかを使用して生成することができ、溶媒、希釈剤、および添加剤は当技術分野で公知であり得る。 As mentioned above, reactive solvent-reduced LiFSI salt products can be used to produce reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolytes, among other things, for electrochemical devices. Here, the reactive solvent reduction of the reactive solvent reduced electrolyte results from the fact that the reactive solvent reduced LiFSI salt product was treated by any one or more of the methods disclosed herein. Such reactive solvent reducing electrolytes are the reactive solvent reducing solvent LiFSI salt products (salts) of the present disclosure in one or more solvents, one or more diluents, and / or one or more additives. It can be produced using any of a variety of methods, such as mixing with, and solvents, diluents, and additives may be known in the art.

電気化学デバイスが二次リチウムイオン電池または二次リチウム金属電池などのリチウム系デバイスである場合、反応性溶媒(1種または複数)が電池の性能に影響を与えないように、電解質を生成するために使用されるLiFSI塩中の反応性溶媒(1種または複数)の量を最小限にすることが望ましい。例えば、LiFSI塩中の反応性溶媒が多いほど、放電容量および容量維持率などのサイクル性能に対するその反応性溶媒の悪影響が大きくなる。したがって、リチウム系二次電池の場合、このような電池の電解質に使用されるLiFSI塩から可能な限り多くの反応性溶媒(1種または複数)を除去することが望ましい。典型的には、上記のように、これは、本明細書に開示される反応性溶媒低減プロセスにおいて1種または複数の非反応性溶媒を使用することを含む。したがって、最初の粗LiFSI中の反応性溶媒の大部分は、対応する反応性溶媒低減プロセスで使用される非反応性溶媒(1種または複数)で除去および/または置換される。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される技術を使用して生成された反応性溶媒低減LiFSI生成物は、上記の「I.C.例示的なプロトン性溶媒低減LiFSI生成物」と題するセクションに示される反応性および/または非反応性溶媒レベルを有することができる。 If the electrochemical device is a lithium-based device such as a secondary lithium-ion battery or a secondary lithium metal battery, the reactive solvent (s) will generate an electrolyte so that it does not affect the performance of the battery. It is desirable to minimize the amount of reactive solvent (s) in the LiFSI salt used in. For example, the more reactive solvent in the LiFSI salt, the greater the adverse effect of the reactive solvent on cycle performance such as discharge capacity and capacity retention. Therefore, in the case of lithium-based secondary batteries, it is desirable to remove as much reactive solvent (s) as possible from the LiFSI salt used in the electrolyte of such batteries. Typically, as described above, this involves the use of one or more non-reactive solvents in the reactive solvent reduction process disclosed herein. Therefore, the majority of the reactive solvent in the initial crude LiFSI is removed and / or replaced with the non-reactive solvent (s) used in the corresponding reactive solvent reduction process. In some embodiments, the reactive solvent-reduced LiFSI product produced using the techniques disclosed herein is referred to as the "IC exemplary protonic solvent-reduced LiFSI product" described above. It can have reactive and / or non-reactive solvent levels as shown in the title section.

I.D.1.リチウム系電気化学デバイス用の電解質に使用するためのLiFSI塩の調製 I. D. 1. 1. Preparation of LiFSI salt for use in electrolytes for lithium-based electrochemical devices

上記で言及したように、リチウム金属アノードを有する二次リチウム電池などのリチウム系電気化学デバイスで使用するための電解質を調製する際の重要なステップは、そのような残留物を含有するLiFSI塩から、例えば、LiFSI塩を合成および/または精製するプロセス(1または複数)から、反応性溶媒残留物をできる限り多く除去することである。いくつかの実施形態では、この除去プロセスは、1種または複数のアルコールおよび水などの1種または複数の反応性溶媒が1種または複数の非反応性溶媒によって少なくとも部分的に置き換えられる置換態様を含み得る。上記のように、リチウム系電気化学デバイス用の電解質を生成する前にLiFSI塩中の反応性溶媒残留物(1種または複数)を除去および/または置換することにより、LiFSI塩中に存在してデバイス内のリチウム金属と反応する反応性溶媒がはるかに少ない(場合によっては存在しない)という事実に起因して、電気化学デバイスのより良好な性能および/またはサイクル寿命の向上がもたらされる。置換/除去プロセスで使用される非反応性溶媒(1種または複数)は、リチウム系電気化学デバイスにとって有益であることに基づいて選択することができることに留意されたい。例えば、選択される非反応性溶媒は、電解質に所望の濃度を与えるようにLiFSI塩が溶解された溶媒として使用することができる種類のものであってもよい。この場合、本開示の反応性溶媒除去/置換方法を使用して反応性溶媒(1種または複数)を除去し、潜在的には、反応性溶媒を少量の最終溶媒で置き換えることも、最終電解質にとって有益になる。あるいは、反応性溶媒除去/置換プロセスのために選択される非反応性溶媒(1種または複数)は、任意の主要な塩溶解機能とは別に、とりわけリチウム金属アノード上の固体電解質界面(SEI)層の形成を促進するための添加剤など、電気化学デバイスに特に有益になるように添加される望ましい添加剤であってもよい。 As mentioned above, an important step in preparing electrolytes for use in lithium-based electrochemical devices such as secondary lithium batteries with lithium metal anodes is from LiFSI salts containing such residues. For example, removing as much reactive solvent residue as possible from the process of synthesizing and / or purifying the LiFSI salt (s). In some embodiments, the removal process comprises a substitution embodiment in which one or more reactive solvents such as one or more alcohols and water are at least partially replaced by one or more non-reactive solvents. Can include. As described above, it is present in the LiFSI salt by removing and / or substituting the reactive solvent residue (s) in the LiFSI salt prior to forming the electrolyte for lithium-based electrochemical devices. Due to the fact that there is much less (and in some cases non-existent) reactive solvent in the device that reacts with the lithium metal, better performance and / or improved cycle life of the electrochemical device is brought about. It should be noted that the non-reactive solvent (s) used in the substitution / removal process can be selected on the basis of its benefit to lithium-based electrochemical devices. For example, the non-reactive solvent selected may be of a type that can be used as a solvent in which the LiFSI salt is dissolved so as to give the electrolyte the desired concentration. In this case, the reactive solvent removal / replacement method of the present disclosure may be used to remove the reactive solvent (s) and potentially replace the reactive solvent with a small amount of final solvent, as well as the final electrolyte. Will be beneficial to you. Alternatively, the non-reactive solvent (s) selected for the reactive solvent removal / substitution process, apart from any major salt dissolution function, is a solid electrolyte interface (SEI), especially on a lithium metal anode. It may be a desirable additive added to be particularly beneficial to the electrochemical device, such as an additive to promote layer formation.

リチウム系電気化学デバイスで使用するためのLiFSI塩を調製する方法は、リチウム系デバイスのための電解質を調製するためにLiFSI塩を使用する前にそのような溶媒残留物が除去および/または置換されなかった場合、リチウム系デバイスの機能に有害であろう1種または複数の反応性溶媒残留物を含有するLiFSI塩を提供することを含む。LiFSI塩を提供することは、そのような塩の商業的供給者からLiFSI塩を購入すること、または粗LiFSI塩を社内で合成および/または精製することを含んでもよい。次いで、この反応性溶媒残留物含有LiFSI塩を、本明細書中に開示される方法のいずれかにより、例えば、「I.A.粗LiFSIから反応性溶媒(1種または複数)を除去する例示的な方法」と題されたセクションにおいて上に記載される方法により処理することができる。リチウム系電気化学デバイスで使用するためのLiFSI塩を調製する方法は、反応性溶媒除去/置換方法で使用するための1種または複数の非反応性溶媒を選択することを含み得る。「除去/置換」および同様の位置における前方スラッシュまたは斜線は、一般に理解されるように、「および/または」、すなわち一方、他方、または両方を意味することに留意されたい。いくつかの実施形態では、選択される非反応性溶媒の少なくとも1種は、リチウム金属に対して非反応性であるだけでなく、電解質添加剤のようにSEI層成長促進などのプラスの利益を提供することに基づいて選択される。LiFSI塩は、反応性溶媒の除去/置換処理に供されると、リチウム系電気化学デバイス用の電解質を生成するために使用され得る。 The method of preparing LiFSI salts for use in lithium-based electrochemical devices removes and / or replaces such solvent residues prior to using LiFSI salts to prepare electrolytes for lithium-based devices. It involves providing a LiFSI salt containing one or more reactive solvent residues that, if not, would be detrimental to the function of the lithium-based device. Providing LiFSI salts may include purchasing LiFSI salts from commercial suppliers of such salts, or synthesizing and / or purifying crude LiFSI salts in-house. The Reactive Solvent Residue-Containing LiFSI Salt is then exemplified by removing, for example, "IA crude LiFSI from the reactive solvent (s) by any of the methods disclosed herein. Methods "can be processed by the methods described above in the section entitled". The method of preparing a LiFSI salt for use in a lithium-based electrochemical device may include selecting one or more non-reactive solvents for use in a reactive solvent removal / substitution method. Note that "removal / replacement" and forward slashes or diagonal lines at similar positions, as is generally understood, mean "and / or", i.e. one, the other, or both. In some embodiments, at least one of the non-reactive solvents selected is not only non-reactive with lithium metals, but also has positive benefits such as promoting SEI layer growth like electrolyte additives. Selected based on the offer. LiFSI salts can be used to produce electrolytes for lithium-based electrochemical devices when subjected to reactive solvent removal / substitution treatments.

I.D.2.本開示の方法を用いて生成されたLiFSI塩を利用する例示的な電気化学デバイス I. D. 2. 2. An exemplary electrochemical device utilizing the LiFSI salt produced using the methods of the present disclosure.

図2は、本開示の態様により作製された電気化学デバイス200を示す。当業者は、電気化学デバイス200が、例えば、電池またはスーパーキャパシタであってもよいことを容易に理解するであろう。さらに、当業者は、図2は電気化学デバイス200のいくつかの基本的な機能的構成要素のみを示すものであり、二次電池またはスーパーキャパシタなどの電気化学デバイスの実際の具体化が、典型的には、巻回構造または積層構造のいずれかを使用して具体化されることを容易に理解するであろう。さらに、当業者は、電気化学デバイス200が、例示を容易にするために図2には示されていない、とりわけ、電気端子、シール(1種または複数)、熱遮断層(1種または複数)、および/または通気口(1種または複数)などの他の構成要素を含むことを理解するであろう。 FIG. 2 shows an electrochemical device 200 made according to the aspects of the present disclosure. Those skilled in the art will readily appreciate that the electrochemical device 200 may be, for example, a battery or a supercapacitor. In addition, those skilled in the art show that FIG. 2 shows only some basic functional components of the electrochemical device 200, which is typically a realization of an electrochemical device such as a secondary battery or supercapacitor. It will be easy to understand that it is embodied using either a wound structure or a laminated structure. In addition, those skilled in the art will appreciate that the electrochemical device 200 is not shown in FIG. 2 for ease of illustration, among others, electrical terminals, seals (s), heat shield layers (s). , And / or will be understood to include other components such as vents (s).

この例では、電気化学デバイス200は、間隔を置いて配置された正極および負極204、208、ならびにそれぞれ対応する一対の集電体204A、208Aを含む。多孔質誘電体セパレータ212は、正極および負極204、208の間に配置され、正極および負極を電気的に分離するが、本開示により生成された反応性溶媒低減LiFSI系電解質216のイオンがそこを流れることを可能にする。多孔質誘電体セパレータ212および/または正極および負極204、208の一方、他方、または両方は、多孔質であるか否かに応じて、プロトン性溶媒低減LiFSI系電解質またはLiTFSI系電解質216が含浸されている。図2では、正極および負極204、208の両方は、反応性溶媒低減LiFSI系電解質216が内部に延在するように示されていることにより、多孔質であるように示されている。上述したように、反応性溶媒低減LiFSI系電解質216に本開示の反応性溶媒低減LiFSI系電解質を使用する利点は、合成または精製によるプロトン性溶媒などのLiFSI系電解質中に存在し得る反応性溶媒(1種または複数)を、電気化学デバイス200での使用に許容可能なレベル(例えば、1または複数のプロトン性溶媒レベルの仕様を満たす)まで低減できることである。反応性溶媒低減LiFSI生成物(塩)の例、および反応性溶媒低減LiFSI系電解質216を生成するために使用することができる反応性溶媒(1種または複数)の低レベルの例は、上述されている。電気化学デバイス200は、集電体204A、208A、正極および負極204、208、多孔質誘電体セパレータ212、ならびにプロトン性溶媒低減LiFSI系電解質またはLiTFSI系電解質216を収容する容器220を含む。 In this example, the electrochemical device 200 includes spaced positive and negative electrodes 204, 208, and a pair of corresponding current collectors 204A, 208A, respectively. The porous dielectric separator 212 is arranged between the positive electrode and the negative electrodes 204 and 208 to electrically separate the positive electrode and the negative electrode, and the ions of the reactive solvent-reducing LiFSI-based electrolyte 216 produced by the present disclosure are placed therein. Allows to flow. One, the other, or both of the porous dielectric separator 212 and / or the positive electrode and the negative electrode 204, 208 is impregnated with the protic and aprotic solvent-reduced LiFSI-based electrolyte or the LiTFSI-based electrolyte 216, depending on whether or not they are porous. ing. In FIG. 2, both the positive electrode and the negative electrodes 204, 208 are shown to be porous by showing the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 extending internally. As described above, the advantage of using the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte of the present disclosure for the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 is that the reactive solvent may be present in the LiFSI-based electrolyte such as a synthetic or purified protonic solvent. (One or more) can be reduced to acceptable levels for use in the electrochemical device 200 (eg, meeting the specifications for one or more protonic solvent levels). Examples of reactive solvent-reduced LiFSI products (salts) and low-level examples of reactive solvents (s) that can be used to produce the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 are described above. ing. The electrochemical device 200 includes collectors 204A, 208A, positive and negative electrodes 204, 208, a porous dielectric separator 212, and a container 220 containing a protonic solvent-reduced LiFSI-based electrolyte or LiTFSI-based electrolyte 216.

当業者には理解されるように、電気化学デバイスの種類および設計に応じて、正極および負極204、208の各々は、精製LiFSI系電解質216中のアルカリ金属イオンおよび他の成分と適合する適切な材料を含む。集電体204A、208Aの各々は、銅またはアルミニウムあるいはそれらの任意の組み合わせなどの任意の適切な導電性材料で作成することができる。多孔質誘電体セパレータ212は、とりわけ、多孔質ポリマーなどの任意の適切な多孔質誘電材料で作成することができる。図2の電気化学デバイス200を構築するために使用することができる様々な電池およびスーパーキャパシタ構造が当技術分野で知られている。そのような既知の構造のいずれかが使用される場合、電気化学デバイス200の新規性は、LiFSI塩および対応する電解質を生成する従来の方法では達成されなかった高純度の反応性溶媒低減LiFSI系電解質216にある。 As will be appreciated by those skilled in the art, depending on the type and design of the electrochemical device, each of the positive and negative electrodes 204, 208 will be suitable for alkali metal ions and other components in the purified LiFSI-based electrolyte 216. Including materials. Each of the current collectors 204A, 208A can be made of any suitable conductive material such as copper or aluminum or any combination thereof. The porous dielectric separator 212 can be made of any suitable porous dielectric material, in particular, such as a porous polymer. Various battery and supercapacitor structures that can be used to build the electrochemical device 200 of FIG. 2 are known in the art. When any of such known structures are used, the novelty of the electrochemical device 200 is a high-purity reactive solvent-reduced LiFSI system that was not achieved by conventional methods of producing LiFSI salts and corresponding electrolytes. It is in the electrolyte 216.

一例では、電気化学デバイス200は、以下のように作製され得る。反応性溶媒低減LiFSI系電解質216は、粗LiFSIから出発して生成することができ、次いで、これを本明細書に記載の反応性溶媒低減方法のうちのいずれか1つまたは複数を使用して精製して、適切な低レベルの1種または複数の標的反応性溶媒を有する反応性溶媒低減LiFSI生成物を生成する。次いで、この反応性溶媒低減LiFSI生成物を使用して、例えば、電気化学デバイス200の性能を向上させる1種または複数の溶媒、1種または複数の希釈剤、および/または1種または複数の添加剤を添加することによって、反応性溶媒低減LiFSI系電解質216を生成することができる。次いで、反応性溶媒低減LiFSI系電解質216を電気化学デバイス200に添加することができ、その後、容器220を密封することができる。 In one example, the electrochemical device 200 can be made as follows. The reactive solvent reduction LiFSI-based electrolyte 216 can be produced starting from the crude LiFSI, which can then be made using any one or more of the reactive solvent reduction methods described herein. Purification is performed to produce reactive solvent-reduced LiFSI products with suitable low levels of one or more target reactive solvents. The reactive solvent-reduced LiFSI product is then used, for example, to improve the performance of the electrochemical device 200, for example, one or more solvents, one or more diluents, and / or one or more additions. By adding the agent, the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 can be produced. The reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 can then be added to the electrochemical device 200 and then the container 220 can be sealed.

II.粗リチウムスルホンイミド塩からの非溶媒不純物の除去 II. Removal of non-solvent impurities from crude lithium sulfone imide salt

本セクションは、粗リチウムスルホンイミド塩から非溶媒不純物を除去する方法、それによって生成された精製リチウムスルホンイミド塩、およびそのような精製リチウムスルホンイミド塩の使用を扱う。 This section deals with methods of removing non-solvent impurities from crude lithium sulfoneimide salts, the purified lithium sulfoneimide salts produced thereby, and the use of such purified lithium sulfoneimide salts.

II.A.粗LiFSIを精製する例示的な方法 II. A. An exemplary method for purifying crude LiFSI

LiFSIを生成するためのいくつかのプロセスが知られているが、商業規模でLiFSIを合成するための既知の方法の各々は、合成不純物などの様々なレベルの不純物を含有する粗LiFSIを生成する。例えば、上記のように、LiFSIは、LiCOまたはLiOHと反応する粗HFSIを使用して商業的に生成されることが多く、粗HFSIは、そのように合成された粗LiFSI中に不純物を生じる様々な合成不純物を含有する。 Although several processes for producing LiFSI are known, each of the known methods for synthesizing LiFSI on a commercial scale produces crude LiFSI containing various levels of impurities such as synthetic impurities. .. For example, as mentioned above, LiFSI is often produced commercially using crude HFSI that reacts with Li 2 CO 3 or LiOH, and crude HFSI is an impurity in the crude LiFSI so synthesized. Contains various synthetic impurities that produce.

例えば、HFSIを合成する1つの方法は、尿素(NHCONH)およびフルオロスルホン酸(FSOH)を使用する。このプロセスの欠点は、HFSIの収率が低いこと、および不純物として大過剰のフルオロスルホン酸を有する単離されたHFSIである。フルオロスルホン酸の沸点(b.p.)(b.p.165.5℃)およびHFSIのb.p.(b.p.170℃)は互いに非常に近く、単純な分別蒸留によってそれらを互いに分離することは非常に困難である[1]。HFSIとフルオロスルホン酸の混合物を塩化ナトリウムで処理することによってフルオロスルホン酸を除去する試みがなされている。この場合、塩化ナトリウムがフルオロスルホン酸と選択的に反応してナトリウム塩およびHCl副生成物を生成する。このプロセスには、精製HFSIの収率が低く、また、HFSI生成物が不純物としていくらかの塩化物不純物(HClおよびNaCl)で汚染されるという難点がある。 For example, one method of synthesizing HFSI uses urea (NH 2 CONH 2 ) and fluorosulfuric acid (FSO 3 H). Disadvantages of this process are the low yield of HFSI and the isolated HFSI with a large excess of fluorosulfonic acid as an impurity. The boiling point of fluorosulfonic acid (bp) (bp165.5 ° C.) and b. Of HFSI. p. (B. p. 170 ° C.) are very close to each other and it is very difficult to separate them from each other by simple fractional distillation [1]. Attempts have been made to remove fluorosulfuric acid by treating a mixture of HFSI and fluorosulfuric acid with sodium chloride. In this case, sodium chloride selectively reacts with fluorosulfuric acid to produce sodium salts and HCl by-products. This process has the disadvantages that the yield of purified HFSI is low and that the HFSI product is contaminated with some chloride impurities (HCl and NaCl) as impurities.

LiFSI合成に使用するためのHFSIを合成する別の方法は、三フッ化ヒ素(AsF)でビス(クロロスルホニル)イミド(HCSI)をフッ素化することを含む。この反応では、HCSIをAsFで処理する。三フッ化ヒ素は有毒であり、蒸気圧が高いため、工業的規模での取り扱いが特に困難である。典型的な反応は、HCSI対AsFが1:8.6の比を使用する。本方法によって生成されたHFSIはまた、AsFおよびAsCl合成不純物で汚染されていることが分かり、これらは塩化物およびフッ化物不純物の良好な供給源であることが分かった[2]。 Another method of synthesizing HFSI for use in LiFSI synthesis involves fluorinating the bis (chlorosulfonyl) imide (HCSI) with arsenic trifluoride (AsF 3 ). In this reaction, HCSI is treated with AsF 3 . Arsenic trifluoride is toxic and has a high vapor pressure, making it particularly difficult to handle on an industrial scale. A typical reaction uses a ratio of HCSI to AsF 3 of 1: 8.6. The HFSI produced by this method was also found to be contaminated with AsF 3 and AsCl 3 synthetic impurities, which were found to be good sources of chloride and fluoride impurities [2].

LiFSI合成に使用するためのHFSIは、三フッ化アンチモン(SbF)でHCSIをフッ素化することによって調製することもできる。この反応の三塩化アンチモン副生成物は、HFSIに高い溶解度を有し、本質的に昇華可能であり、所望の生成物から分離することは非常に困難である。この反応の生成物は、典型的には、塩化物不純物の良好な供給源である三塩化アンチモンで汚染されている[3]。 HFSI for use in LiFSI synthesis can also be prepared by fluorinating HCSI with antimony trifluoride (SbF 3 ). The antimony trichloride by-product of this reaction has high solubility in HFSI, is essentially sublimable, and is very difficult to separate from the desired product. The product of this reaction is typically contaminated with antimony trichloride, which is a good source of chloride impurities [3].

LiFSI合成に使用するためのHFSIを生成するためのさらに別の方法は、高温でHCSIを過剰の無水HFと反応させることを含む[4]。この反応の収率は最大で60%であり、生成物はHCSIの分解から生成されるフルオロスルホン酸で汚染されている。沸点はHFSIの沸点に近いため、この副生成物は除去することが困難である。無水HFを使用してHSCIをフッ素化するこの反応は、95%超の収率[5]を達成したが、それでも生成物は合成不純物としてフルオロスルホン酸、フッ化水素、塩化水素、および硫酸で汚染されている。 Yet another method for producing HFSI for use in LiFSI synthesis involves reacting HCSI with excess anhydrous HF at elevated temperatures [4]. The yield of this reaction is up to 60% and the product is contaminated with the fluorosulfonic acid produced from the decomposition of HCSI. Since the boiling point is close to the boiling point of HFSI, this by-product is difficult to remove. This reaction of fluorinating HSCI using anhydrous HF achieved yields of> 95% [5], but the product was still a synthetic impurity with fluorosulfuric acid, hydrogen fluoride, hydrogen chloride, and sulfuric acid. It is contaminated.

HCSIを三フッ化ビスマス(BiF)と反応させると、より清浄な反応生成物中にHFSIが生じることが報告されている。この反応では、BiClは昇華性ではないため、形成されたBiCl副生成物を分別蒸留によってHFSIから容易に分離することができる[6]。しかし、生成物は、合成不純物としていくらかの塩化物、フッ化物、およびフルオロスルホン酸を有する。 It has been reported that reaction of HCSI with bismuth trifluoride (BiF 3 ) produces HFSI in a cleaner reaction product. Since BiCl 3 is not sublimable in this reaction, the formed BiCl 3 by-product can be easily separated from HFSI by fractional distillation [6]. However, the product has some chloride, fluoride, and fluorosulfonic acid as synthetic impurities.

HFSIを合成する別の方法では、カリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(KFSI)を過塩素酸と反応させる[7]。このプロセスでは、副生成物の過塩素酸カリウムは爆発性であると考えられる。また、単離されたHFSIは、KFSI中に存在する高レベルのカリウムカチオンおよびいくらかの塩化物不純物で汚染されている。 Another method of synthesizing HFSI is to react potassium bis (fluorosulfonyl) imide (KFSI) with perchloric acid [7]. In this process, the by-product potassium perchlorate is considered explosive. Also, the isolated HFSI is contaminated with high levels of potassium cations and some chloride impurities present in KFSI.

式FSONH-OFを有するイミドビス(硫酸)ジフルオリドとしても知られる水素ビス(フルオロスルホン酸)は、融点(m.p.)が17℃であり、b.p.が170℃であり、密度が1.892g/cmである無色の液体である。これは、水および多数の有機溶媒に非常によく溶解する。水中での加水分解は比較的遅く、HF、HSO、およびアミド硫酸(HNSO)の形成をもたらす。HFSIは強酸であり、pKaは1.28である[8]。 Hydrogen bis (fluorosulfonic acid), also known as imidebis (sulfuric acid) difluoride having the formula FSO 2 NH-O 2 F, has a melting point (mp) of 17 ° C. and b. p. Is a colorless liquid having a density of 1.892 g / cm 3 at 170 ° C. It dissolves very well in water and many organic solvents. Hydrolysis in water is relatively slow, resulting in the formation of HF, H 2 SO 4 , and amidosulfate (H 3 NSO 3 ). HFSI is a strong acid and pKa is 1.28 [8].

本開示の精製方法を使用して、粗LiFSI中に存在する合成不純物および/または他の不純物などの標的不純物、例えば、前述の合成方法のうちのいずれか1つまたは複数を使用して生成された粗HFSIを使用して合成された粗LiFSIを除去することができる。いくつかの実施形態では、精製方法は、不活性条件下で粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させて、粗LiFSIおよび1種または複数の標的不純物を含有する溶液を生成することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒中のLiFSIの溶解度は、室温で少なくとも約60%、典型的には約60%~約90%の範囲であり、1種または複数の標的不純物の各々の溶解度は、典型的には室温で約20パーツ・パー・ミリオン(ppm)以下、多くの場合、例えば約13ppm未満である。いくつかの実施形態では、粗LiFSIと少なくとも1種の第1の無水有機溶媒との接触は、最小量の少なくとも1種の第1の無水有機溶媒を使用して行われる。少なくとも1種の第1の無水有機溶媒の文脈における「最小量」とは、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒が、実質的に、LiFSIがもはや溶解し続けない量で提供されることを意味する。いくつかの実施形態では、最小量の少なくとも1種の無水無機溶媒は、溶液の約50重量%~約75重量%の範囲にある。 Produced using the purification methods of the present disclosure using targeted impurities such as synthetic impurities and / or other impurities present in crude LiFSI, eg, one or more of the synthetic methods described above. The crude LiFSI synthesized can be removed using the crude HFSI. In some embodiments, the purification method contacts the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent under inert conditions to produce a solution containing the crude LiFSI and one or more target impurities. Including doing. In some embodiments, the solubility of LiFSI in at least one first anhydrous organic solvent is at least about 60% at room temperature, typically in the range of about 60% to about 90%, and one or more. The solubility of each of the plurality of target impurities is typically less than about 20 parts per million (ppm) at room temperature, often less than about 13 ppm, for example. In some embodiments, contact of the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent is carried out using a minimum amount of at least one first anhydrous organic solvent. The "minimum amount" in the context of at least one first anhydrous organic solvent means that the at least one first anhydrous organic solvent is provided in an amount that substantially no longer continues to dissolve LiFSI. means. In some embodiments, the minimum amount of at least one anhydrous inorganic solvent is in the range of about 50% by weight to about 75% by weight of the solution.

いくつかの実施形態では、粗LiFSIと少なくとも1種の第1の無水有機溶媒との接触は、約15℃~約25℃の範囲内の温度よりも低い温度で行われる。粗LiFSIの少なくとも1つの第1の無水有機溶媒への溶解は発熱反応である。その結果、いくつかの実施形態では、冷却器、サーモスタット、サーキュレータなどの任意の適切な温度制御装置を使用して溶液の温度を制御することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも1種の無水有機溶媒を粗LiFSIと接触させる際に、溶液の温度を約25℃未満に維持するように溶液の温度を制御する。最小量の少なくとも1種の第1の無水有機溶媒を達成するために、および/または少なくとも1種の第1の無水有機溶媒による粗LiFSIの接触中に溶液の温度を制御するために、少なくとも1種の無水有機溶媒を、適切な供給装置または投入装置を使用して、正確に制御された速度で、または正確に制御された量で連続的または継続的に添加することができる。 In some embodiments, the contact of the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent is carried out at a temperature below the temperature in the range of about 15 ° C to about 25 ° C. Dissolution of the crude LiFSI in at least one anhydrous organic solvent is an exothermic reaction. As a result, in some embodiments, the temperature of the solution can be controlled using any suitable temperature control device such as a cooler, thermostat, circulator or the like. In some embodiments, the temperature of the solution is controlled to maintain the temperature of the solution below about 25 ° C. when contacting the crude LiFSI with at least one anhydrous organic solvent. At least one to achieve a minimum amount of at least one first anhydrous organic solvent and / or to control the temperature of the solution during contact of the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent. Anhydrous organic solvents of the species can be added continuously or continuously at precisely controlled rates or in precisely controlled amounts using appropriate feeders or feeders.

LiFSIと少なくとも1種の第1の無水有機溶媒との接触中の不活性条件は、とりわけ、アルゴンガスおよび/または窒素ガス、および/または他の不活性乾燥(すなわち、無水)ガスを使用するなど、任意の適切な技術を使用して生成することができる。精製方法は、1気圧など、任意の適切な圧力で実施することができる。 Inactive conditions during contact of LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent include, among other things, the use of argon gas and / or nitrogen gas, and / or other inert dry (ie, anhydrous) gas. , Can be produced using any suitable technique. The purification method can be carried out at any suitable pressure, such as 1 atmosphere.

少なくとも1種の第1の無水有機溶媒の各々が選択され得る無水有機溶媒の例としては、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、プロピルメチルカルボナート(PMC)、エチレンカルボナート(EC)、フルオロエチレンカルボナート(FEC)、トランスブチレンカルボナート、アセトニトリル、マロノニトリル、アジポニトリル、酢酸メチル、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(MP)、プロピオン酸エチル(EP)、メタノール、エタノール、プロパノールおよびイソプロパノールが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されない。 Examples of anhydrous organic solvents in which each of at least one first anhydrous organic solvent can be selected include dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), ethylmethylcarbonate (EMC), and propylmethylcarbonate. (PMC), Ethyl Carbonate (EC), Fluoroethylene Carbonate (FEC), Transbutylene Carbonate, acetonitrile, Marononitrile, Adiponitrile, Methyl Acetate, Ethyl Acetate, Propyl Acetate, Butyl Acetate, Methyl Propionate (MP), Propion Examples include, but are not limited to, ethyl acetate (EP), methanol, ethanol, propanol and isopropanol.

粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させた後、少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を溶液に添加して、その少なくとも1種の標的不純物を沈殿させる。少なくとも1種の第2の無水有機溶媒は、LiFSIおよび1種または複数の標的不純物が、少なくとも1種の第2の無水有機溶媒に実質的に不溶性(上記のように、標的不純物は20ppmを超えて可溶性であるべきではないことが一般に望ましい)であるように選択される。いくつかの実施形態では、少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を最小量で添加する。少なくとも1種の第2の無水有機溶媒の文脈における「最小量」とは、少なくとも1種の第2の無水有機溶媒が、実質的に、1種または複数の標的不純物がもはや溶液から析出し続けない量で提供されることを意味する。いくつかの実施形態において、最小量の少なくとも1種の無水無機溶媒は、溶液の0重量%超~10重量%以下の範囲にある。少なくとも1種の第2の無水有機溶媒は、粗LiFSIと少なくとも1種の第1の無水有機溶媒との接触中に存在するのと同じ温度、圧力および不活性条件下で添加することができる。 After contacting the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent, at least one second anhydrous organic solvent is added to the solution to precipitate the at least one target impurity. The at least one second anhydrous organic solvent is substantially insoluble in LiFSI and one or more target impurities in at least one second anhydrous organic solvent (as mentioned above, the target impurities exceed 20 ppm). It is generally desirable that it should not be soluble). In some embodiments, the minimum amount of at least one second anhydrous organic solvent is added. The "minimum amount" in the context of at least one second anhydrous organic solvent is that at least one second anhydrous organic solvent substantially continues to precipitate one or more target impurities from the solution. Means that it is provided in no quantity. In some embodiments, the minimum amount of at least one anhydrous inorganic solvent ranges from more than 0% by weight to less than 10% by weight of the solution. The at least one second anhydrous organic solvent can be added under the same temperature, pressure and inert conditions as present during contact between the crude LiFSI and the at least one first anhydrous organic solvent.

少なくとも1種の第2の無水有機溶媒の各々が選択され得る無水有機溶媒の例としては、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されない。 Examples of anhydrous organic solvents in which each of at least one second anhydrous organic solvent can be selected include dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, etc. Not necessarily limited to these.

少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を添加した後、1種または複数の標的不純物の各々の不溶性部分を、例えば濾過またはカニューレ挿入して溶液から分離し、溶液中にLiFSIを含有する濾液を生成する。濾過は、1種または複数の濾過材、遠心分離、重力分離、ハイドロサイクロンなどを使用するなど、任意の適切な方法を使用して実施することができる。当業者は、本開示の精製方法の任意の特定の具体化に使用するための適切な濾過技術(1種または複数)を理解するであろう。 After adding at least one second anhydrous organic solvent, the insoluble portion of each of the one or more target impurities is separated from the solution, for example by filtration or cannulating, and a filtrate containing LiFSI in the solution. Generate. Filtration can be performed using any suitable method, such as using one or more filters, centrifugation, gravity separation, hydrocyclone, and the like. One of ordinary skill in the art will understand suitable filtration techniques (s) for use in any particular embodiment of the purification methods of the present disclosure.

濾液を濾過から得た後、濾液中の溶媒を除去して、主にLiFSIおよびいくらか減少した量の1種または複数の標的不純物からなる固体塊を得る。除去される溶媒は、典型的には、前の処理からの1種または複数の第1の無水有機溶媒および1種または複数の第2の無水有機溶媒の各々である。溶媒は、任意の適切な技術を使用して、例えば適切な温度および減圧条件下で除去することができる。例えば、溶媒を除去することは、約0.5Torr以下または約0.1Torr以下の圧力で行ってもよい。除去時の温度は、例えば、約25℃~約40℃以下であってもよい。 After the filtrate is obtained from filtration, the solvent in the filtrate is removed to give a solid mass consisting primarily of LiFSI and a somewhat reduced amount of one or more target impurities. The solvent removed is typically each of one or more first anhydrous organic solvents and one or more second anhydrous organic solvents from the previous treatment. The solvent can be removed using any suitable technique, for example under suitable temperature and reduced pressure conditions. For example, removing the solvent may be performed at a pressure of about 0.5 Torr or less or about 0.1 Torr or less. The temperature at the time of removal may be, for example, about 25 ° C. to about 40 ° C. or lower.

固体塊を得た後、固体塊を、LiFSIが実質的に不溶性である少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させて、第3の溶媒と溶媒和する1種または複数の標的不純物によって、より多くの1種または複数の標的不純物をさらに除去することができる。別の利点は、特に減圧および室温よりわずかに高い温度で溶媒を吸引することによって、プロセス中に形成された任意のppmレベルのHFを除去することである。いくつかの実施形態では、固体塊と接触するために使用される少なくとも1種の第3の無水有機溶媒の量は、固体塊の質量の少なくとも50重量%であってもよい。少なくとも1種の第3の無水有機溶媒の各々が選択され得る無水有機溶媒の例としては、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されない。 After obtaining the solid mass, the solid mass is contacted with at least one third anhydrous organic solvent in which LiFSI is substantially insoluble and solvated with the third solvent by one or more target impurities. , More one or more target impurities can be further removed. Another advantage is to remove any ppm levels of HF formed during the process, especially by aspirating the solvent at reduced pressure and slightly above room temperature. In some embodiments, the amount of at least one third anhydrous organic solvent used to contact the solid mass may be at least 50% by weight by weight of the solid mass. Examples of anhydrous organic solvents in which each of at least one third anhydrous organic solvent can be selected include dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, etc. Not necessarily limited to these.

固体塊を少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させた後、LiFSIを少なくとも1種の第3の無水有機溶媒から単離して、低減された量の1種または複数の標的不純物の各々を含有する精製LiFSI生成物を得る。少なくとも1種の第3の無水有機溶媒からのLiFSIの単離は、固体形態のLiFSIの濾過および/または真空中などでの固体LiFSIの乾燥などの任意の1つまたは複数の適切な技術を使用して行うことができる。いくつかの実施形態では、真空中の圧力は、約0.1Torr未満または約0.01Torr未満である。得られた精製LiFSI生成物は、典型的には、白色の自由流動性粉末である。 After contacting the solid mass with at least one third anhydrous organic solvent, LiFSI is isolated from at least one third anhydrous organic solvent and each of the reduced amounts of one or more target impurities. A purified LiFSI product containing the above is obtained. Isolation of LiFSI from at least one third anhydrous organic solvent uses any suitable technique, such as filtration of LiFSI in solid form and / or drying of solid LiFSI in vacuum, etc. Can be done. In some embodiments, the pressure in vacuum is less than about 0.1 Torr or less than about 0.01 Torr. The resulting purified LiFSI product is typically a white free-flowing powder.

乾燥した精製LiFSI生成物は、保管中のLiFSIの分解を抑制するために、乾燥ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)容器または遊離フッ化物に対して不活性なニッケル合金などの乾燥不活性容器に、約25℃以下などの低温で、アルゴンなどの不活性ガス内で保管することができる。 The dried purified LiFSI product is placed in a dry polytetrafluoroethylene (PTFE) container or a dry inert container such as a nickel alloy that is inert to free fluoride to suppress the decomposition of LiFSI during storage. It can be stored in an inert gas such as argon at a low temperature such as 25 ° C. or lower.

以下の表Iは、本開示のLiFSI精製方法のための第1、第2および第3の無水有機溶媒の各々の選択例を示す。表に見られるように、選択された第1の無水有機溶媒はジメチルカルボナートであり、選択された第2および第3の無水有機溶媒はジクロロメタンである。

Figure 2022507458000005
Table I below shows examples of selection of each of the first, second and third anhydrous organic solvents for the LiFSI purification method of the present disclosure. As can be seen in the table, the selected first anhydrous organic solvent is dimethylcarbonate and the selected second and third anhydrous organic solvents are dichloromethane.
Figure 2022507458000005

上記の表Iに基づくと、ジメチルカルボナート中のLiFSIの溶解度は90%超であり、ジクロロメタンには不溶性である。一方、この例におけるLiF、LiClおよびLiSOなどの標的不純物の溶解度は、無水条件下でジメチルカルボナート中13ppm未満である。したがって、粗LiFSIを精製するこの例では、無水ジメチルカルボナートおよび無水ジクロロメタン溶媒を選択し、本開示による精製LiFSI生成物を得た。上記の方法の態様によれば、上記の表Iに報告された不純物を含有する粗LiFSIをジメチルカルボナート中で約40%~約75%の濃度で約25℃で混合し、室温で撹拌し、続いて約2%~約10%のジクロロメタンを添加して標的不純物を沈殿させることができる。次いで、標的不純物を例えば濾過によって除去し、濾液を濃縮乾固することができる。次いで、得られた固体を無水ジクロロメタンで処理して、ジクロロメタンに可溶性の任意の標的HF不純物を除去することができる。しかし、LiFSIはジクロロメタンに不溶である。 Based on Table I above, the solubility of LiFSI in dimethylcarbonate is greater than 90% and is insoluble in dichloromethane. On the other hand, the solubility of target impurities such as LiF, LiCl and Li 2 SO 4 in this example is less than 13 ppm in dimethylcarbonate under anhydrous conditions. Therefore, in this example of purifying crude LiFSI, anhydrous dimethylcarbonate and anhydrous dichloromethane solvents were selected to obtain the purified LiFSI product according to the present disclosure. According to the embodiment of the above method, the crude LiFSI containing the impurities reported in Table I above is mixed in dimethylcarbonate at a concentration of about 40% to about 75% at about 25 ° C. and stirred at room temperature. , Subsequently, about 2% to about 10% dichloromethane can be added to precipitate the target impurities. The target impurities can then be removed, for example by filtration, and the filtrate can be concentrated to dryness. The resulting solid can then be treated with anhydrous dichloromethane to remove any target HF impurities soluble in dichloromethane. However, LiFSI is insoluble in dichloromethane.

精製LiFSIを濾過によって回収し、最後に減圧下(一例では、約0.1Torr未満)および約40℃未満で乾燥させて、白色の自由流動性粉末を得ることができる。この例では、白色粉末をPTFE容器内のアルゴン雰囲気下で保存した。 Purified LiFSI can be recovered by filtration and finally dried under reduced pressure (less than about 0.1 Torr in one example) and below about 40 ° C. to give a white free-flowing powder. In this example, the white powder was stored in an argon atmosphere in a PTFE container.

上記の方法のいずれか1つを使用して精製される粗LiFSI中の標的不純物(1種または複数)の濃度および所望の精製LiFSI生成物中の標的不純物のうちの1種または複数の所望の最大濃度に応じて、各パスで1種または複数の標的不純物の量を順次減少させるためにマルチパス法を実施する必要があり得る。そのようなマルチパス方法は、最初に粗LiFSI中にあり、その後、得られた精製LiFSI生成物中に依然として残留している可能性のある、1種または複数の標的不純物の各々のレベルを連続的に低下させるために、前述の方法のいずれかのうちの1つまたは複数を連続的に利用することができる。本開示の例示的なマルチパス精製方法100を図1に示す。 The concentration of the target impurity (s) in the crude LiFSI purified using any one of the above methods and the desired one or more of the target impurities in the desired purified LiFSI product. Depending on the maximum concentration, it may be necessary to perform a multi-pass method to sequentially reduce the amount of one or more target impurities in each pass. Such a multipath method is first in crude LiFSI and then continuous with each level of one or more target impurities that may still remain in the resulting purified LiFSI product. One or more of the above-mentioned methods can be continuously utilized in order to reduce the temperature. An exemplary multipath purification method 100 of the present disclosure is shown in FIG.

図3を参照すると、ブロック305において、特定のレベル(1または複数)で存在する1種または複数の標的不純物を含有する粗LiFSIが提供される。ブロック310において、粗LiFSIを上記の方法のいずれか1つを用いて精製する。ブロック310における精製の最終成果は、各標的不純物のレベルが低減された精製LiFSI生成物である。任意選択のブロック315において、精製LiFSI生成物中の標的不純物のうちの1または複数の各々のレベルを、適切な測定手順を用いて測定する。任意選択のブロック320において、測定されたレベルの各々は、精製LiFSI生成物中に存在することが許容される対応する標的不純物の最大所望レベルと比較される。任意選択のブロック325において、測定されたレベルのうちのいずれか1または複数が、対応する所望の最大レベルを超えるかどうかが判定される。超えていない場合、すなわち、各測定されたレベルが対応する所望の最大レベルを下回る場合、精製LiFSI生成物は、所望の不純物レベルの仕様を満たし、さらなる精製を必要としない。したがって、マルチパス精製方法300はブロック330で終了することができる。 Referring to FIG. 3, in block 305, crude LiFSI containing one or more target impurities present at a particular level (s) is provided. In block 310, crude LiFSI is purified using any one of the above methods. The end result of purification in block 310 is a purified LiFSI product with reduced levels of each target impurity. In optional block 315, the level of each of one or more of the target impurities in the purified LiFSI product is measured using appropriate measurement procedures. In optional block 320, each of the measured levels is compared to the maximum desired level of the corresponding target impurity that is allowed to be present in the purified LiFSI product. In the optional block 325, it is determined whether any one or more of the measured levels exceed the corresponding desired maximum level. If not exceeded, i.e., if each measured level is below the corresponding desired maximum level, the purified LiFSI product meets the desired impurity level specifications and does not require further purification. Therefore, the multipath purification method 300 can be terminated at block 330.

しかし、ブロック325において、測定されたレベルのいずれかのうちの1種または複数が対応する所望の最大レベル(1または複数)を超える場合、ブロック310における前のパススルー精製で精製された精製LiFSI生成物は、ブロック310においてループ335を介して精製することができる。ブロック310におけるこのパススルー精製では、溶液の生成および/または結晶化LiFSIの洗浄に使用される無水有機溶媒(1種または複数)は、ブロック310における前のパススルー精製で使用されたものと同じであっても異なっていてもよい。ブロック310における精製の最後に、任意選択のブロック315および320において、標的不純物レベル(1または複数)の1回または複数の測定、および測定されたレベル(1または複数)と1または複数の対応する所望の最大レベルとの1つまたは複数の比較を行って、方法300がブロック330で終了することができるかどうか、または最新のパスの精製LiFSI生成物中のLiFSIがループ335を介して再び精製に供されるべきかどうかを決定することができる。 However, in block 325, if one or more of the measured levels exceeds the corresponding desired maximum level (s), the purified LiFSI production purified by the previous pass-through purification in block 310. The material can be purified via loop 335 in block 310. In this pass-through purification at block 310, the anhydrous organic solvent (s) used to generate the solution and / or wash the crystallized LiFSI were the same as those used in the previous pass-through purification at block 310. May be different. At the end of purification in block 310, in optional blocks 315 and 320, one or more measurements of the target impurity level (s), and one or more correspondences with the measured levels (s). Whether the method 300 can be terminated at block 330 by making one or more comparisons with the desired maximum level, or the LiFSI in the purified LiFSI product of the latest path is purified again via loop 335. It is possible to decide whether or not it should be offered to.

マルチパス精製方法が有用であり得る非限定的であるが例示的な例は、リチウム系電池用のLiFSIなどのリチウム系電解質である。粗LiFSIは、典型的には、塩化物不純物、例えば、LiFSIを生成するために使用される粗HFSI中のHCl合成不純物からのLiClを350ppm以上程度有する。しかし、そのような塩化物レベルは、リチウム金属電池に対して腐食性である。その結果、リチウム金属電池用のLiFSI系電解質中の塩化物レベルを低く、例えば約10ppm未満または1ppm未満に保つことが望ましい。電解質に使用されるLiFSI塩を合成するために使用される粗LiFSIについて、図3に示すマルチパス精製方法300などの本開示のマルチパス精製方法を使用することは、そのような低い塩化物レベルを達成する有用な方法であり得る。 A non-limiting but exemplary example in which a multipath purification method may be useful is a lithium-based electrolyte such as LiFSI for lithium-based batteries. Crude LiFSI typically has around 350 ppm LiCl from chloride impurities, eg, HCl synthetic impurities in crude HFSI used to produce LiFSI. However, such chloride levels are corrosive to lithium metal batteries. As a result, it is desirable to keep the chloride level in the LiFSI-based electrolyte for lithium metal batteries low, for example less than about 10 ppm or less than 1 ppm. For crude LiFSI used to synthesize the LiFSI salt used in the electrolyte, using the multipath purification methods of the present disclosure, such as the multipath purification method 300 shown in FIG. 3, is such a low chloride level. Can be a useful way to achieve.

非限定的であるが例示的な例として、マルチパス精製方法300を使用して、合成不純物として200ppmのLiClを含有する粗LiFSIから出発して、LiFSI生成物中の(標的不純物LiClの形態の)塩素含有量を1ppm未満に低下させることができる。ブロック305において、所望の量の粗HFSIが提供される。ブロック310において、粗LiFSIを、上記または下記に例示される精製方法のいずれかを用いて精製する。 As a non-limiting but exemplary example, the multipath purification method 300 is used to start with crude LiFSI containing 200 ppm LiCl as a synthetic impurity and in the LiFSI product (in the form of the target impurity LiCl). ) The chlorine content can be reduced to less than 1 ppm. At block 305, the desired amount of crude HFSI is provided. In block 310, the crude LiFSI is purified using either the purification method described above or exemplified below.

任意選択のブロック315において、精製LiFSI生成物中のLiCl(または塩化物)のレベルは、100ppmであると測定される。任意選択のブロック320において、300ppmの測定されたレベルを、1ppm未満の必要条件と比較する。任意選択のブロック325では、100ppmが1ppm未満の必要条件よりも大きいので、精製LiFSI生成物は、ブロック310において、ループ335を介して、最初の粗LiFSIを精製するために使用されたものと同じまたは異なる精製プロセスを使用して処理される。この第2のパスでは、出発標的不純物レベルは100ppmであり、2回精製LiFSI生成物中の最終不純物レベルは、任意選択のブロック315で測定して、ここでは20ppmである。この20ppmレベルを任意選択のブロック320において1ppm未満の必要条件と比較した後、任意選択のブロック325において、2回精製LiFSI生成物は、ブロック310において、ループ335を介して、前の2回パスのいずれかで使用された同じまたは異なる精製方法で再度精製される必要があると決定される。 In optional block 315, the level of LiCl (or chloride) in the purified LiFSI product is measured to be 100 ppm. In the optional block 320, a measured level of 300 ppm is compared to a requirement of less than 1 ppm. In the optional block 325, 100 ppm is greater than the requirement of less than 1 ppm, so the purified LiFSI product is the same as that used to purify the first crude LiFSI in block 310 via loop 335. Or it is processed using a different purification process. In this second pass, the starting target impurity level is 100 ppm and the final impurity level in the double purified LiFSI product is 20 ppm as measured in optional block 315. After comparing this 20 ppm level with the requirement of less than 1 ppm in optional block 320, the double purified LiFSI product in block 310 via loop 335 the previous two passes. It is determined that it needs to be purified again by the same or different purification method used in any of the above.

この第3のパスでは、出発標的不純物レベルは20ppmであり、3回精製LiFSI生成物の最終不純物レベルは、任意選択のブロック315で測定して、ここでは1ppm未満である。この1ppm未満のレベルを任意選択のブロック320で1ppm未満の必要条件と比較した後、任意選択のブロック325において、3回精製LiFSI生成物は、マルチパス精製方法300がブロック330で終了することができるような必要条件を満たすと判定される。 In this third pass, the starting target impurity level is 20 ppm and the final impurity level of the triple purified LiFSI product is less than 1 ppm as measured in optional block 315. After comparing this less than 1 ppm level with less than 1 ppm requirements in optional block 320, the triple-purified LiFSI product in optional block 325 may be terminated in block 330 by the multipath purification method 300. It is determined that the necessary conditions that can be met are satisfied.

II.B.例 II. B. example

上記の方法は、以下の例によってさらに説明されるが、これらの例は単に例示の目的で含まれており、本開示の範囲を限定することを意図しないことが理解されよう。特に明記しない限り、これらの例で使用したすべての化学物質は高純度であり、信頼できる商業的供給源から得た。プロセスから水分を排除するために厳しい予防措置を講じ、十分に換気されたフードを使用して反応を行った。 The above methods are further described by the following examples, but it will be appreciated that these examples are included solely for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of the present disclosure. Unless otherwise stated, all chemicals used in these examples were of high purity and were obtained from reliable commercial sources. Strict precautions were taken to remove water from the process and the reaction was carried out using a well-ventilated hood.

II.B.1.例1 II. B. 1. 1. Example 1

ジメチルカルボナート(DMC)およびジクロロメタンを使用するLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =400ppm、Cl=50ppm、F=200ppm、SO 2-=200ppm、および水=200ppmを含有する粗LiFSI(250g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水DMC(250g(50重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン20g(4重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって混合物から除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、次いで、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(200g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率95%で得た。この例では、精製LiFSI生成物は以下の不純物、FSO =100ppm、Cl=10ppm、F=50ppm、SO 2-=60ppm、および水=50ppmを有していた。 Purification of LiFSI using dimethyl carbonate (DMC) and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3- = 400 ppm , Cl- = 50 ppm , F- = 200 ppm, SO 4-2 . Crude LiFSI (250 g) containing = 200 ppm and water = 200 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Anhydrous DMC (250 g (50% by weight)) was added little by little to the flask with stirring, followed by 20 g (4% by weight) of anhydrous dichloromethane. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed from the mixture by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was then treated with anhydrous dichloromethane (200 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 95% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI product had the following impurities: FSO 3 = 100 ppm, Cl = 10 ppm, F = 50 ppm, SO 4-2 = 60 ppm, and water = 50 ppm.

II.B.2.例2 II. B. 2. 2. Example 2

エチルメチルカルボナート(EMC)およびジクロロメタンを使用するLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =200ppm、Cl=10ppm、F=100ppm、SO 2-=100ppm、および水=100ppmを含む粗LiFSI(250g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水EMC(200g(約44重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン25g(約5.6重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、次いで、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(250g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率92%で得た。この例では、精製LiFSIは以下の不純物、FSO =40ppm、Cl=1ppm、F=10ppm、SO 2-=20ppm、および水=30ppmを有していた。 Purification of LiFSI using Ethyl Methyl Carbonate (EMC) and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3 = 200 ppm, Cl = 10 ppm, F = 100 ppm, SO 42 . Crude LiFSI (250 g) containing = 100 ppm and water = 100 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Anhydrous EMC (200 g (about 44% by weight)) was added little by little to the flask with stirring, followed by 25 g (about 5.6% by weight) of anhydrous dichloromethane. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was then treated with anhydrous dichloromethane (250 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 92% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI had the following impurities: FSO 3 = 40 ppm, Cl = 1 ppm, F = 10 ppm, SO 4-2 = 20 ppm, and water = 30 ppm.

II.B.3.例3 II. B. 3. 3. Example 3

ジエチルカルボナート(DEC)およびジクロロメタンを使用したLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =400ppm、Cl=50ppm、F=200ppm、SO 2-=200ppm、および水=200ppmを含有する粗LiFSI(250g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水DEC(250g(50重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン20g(4重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって混合物から除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、次いで、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(200g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率90%で得た。この例では、精製LiFSI生成物は以下の不純物、FSO =80ppm、Cl=5ppm、F=30ppm、SO 2-=50ppm、および水=45ppmを有する。 Purification of LiFSI using diethyl carbonate (DEC) and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3- = 400 ppm , Cl- = 50 ppm , F- = 200 ppm, SO 4-2 . Crude LiFSI (250 g) containing = 200 ppm and water = 200 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Anhydrous DEC (250 g (50% by weight)) was added little by little to the flask with stirring, followed by 20 g (4% by weight) of anhydrous dichloromethane. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed from the mixture by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was then treated with anhydrous dichloromethane (200 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 90% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI product has the following impurities: FSO 3 = 80 ppm, Cl = 5 ppm, F = 30 ppm, SO 4-2 = 50 ppm, and water = 45 ppm.

II.B.4.例4 II. B. 4. Example 4

ジプロピルカルボナート(DPC)およびジクロロメタンを使用するLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =200ppm、Cl=10ppm、F=100ppm、SO 2-=100ppm、および水=100ppmを含有する粗LiFSI(250g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水ジプロピルカルボナート(200g(約44重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン20g(約4.4重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって混合物から除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(250g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率90%で得た。この例では、精製LiFSI生成物は以下の不純物、FSO =30ppm、Cl=1ppm、F=11ppm、SO 2-=15ppm、および水=30ppmを有していた。 Purification of LiFSI using dipropylcarbonate (DPC) and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3- = 200 ppm , Cl- = 10 ppm , F- = 100 ppm, SO 42 . Crude LiFSI (250 g) containing = 100 ppm and water = 100 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Dipropyl carbonate (200 g (about 44% by weight)) was added little by little to the flask with stirring, followed by 20 g (about 4.4% by weight) of dichloromethane. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed from the mixture by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (250 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 90% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI product had the following impurities: FSO 3 = 30 ppm, Cl = 1 ppm, F = 11 ppm, SO 4-2 = 15 ppm, and water = 30 ppm.

II.B.5.例5 II. B. 5. Example 5

メチルプロピルカルボナート(MPC)およびジクロロメタンを使用するLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =200ppm、Cl=10ppm、F=100ppm、SO 2-=100ppm、および水=100ppmを含有する粗LiFSI(250g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水メチルプロピルカルボナート(MPC)(200g(約44.4重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン20g(約4.4重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(250g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率91%で得た。この例では、精製LiFSI生成物は以下の不純物、FSO =32ppm、Cl=2ppm、F=12ppm、SO 2-=22ppm、および水=35ppmを有していた。 Purification of LiFSI using Methylpropyl Carbonate (MPC) and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3 = 200 ppm, Cl = 10 ppm, F = 100 ppm, SO 42 . Crude LiFSI (250 g) containing = 100 ppm and water = 100 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Methylpropylcarbonate anhydride (MPC) (200 g (about 44.4% by weight)) was added to the flask little by little with stirring, followed by 20 g (about 4.4% by weight) of dichloromethane. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (250 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 91% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI product had the following impurities: FSO 3 = 32 ppm, Cl = 2 ppm, F = 12 ppm, SO 4-2 = 22 ppm, and water = 35 ppm.

II.B.6.例6 II. B. 6. Example 6

酢酸エチルおよびクロロホルムを使用するLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =200ppm、Cl=10ppm、F=100ppm、SO 2-=100ppm、および水=100ppmを含有する粗LiFSI(250g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水酢酸エチル(150g(37.5重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水クロロホルム20g(5重量%)を添加する。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水クロロホルム(250g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率88%で得た。この例では、精製LiFSIは以下の不純物、FSO =40ppm、Cl=2ppm、F=15ppm、SO 2-=20ppm、および水=40ppmを有していた。 Purification of LiFSI using ethyl acetate and chloroform: various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3- = 200 ppm , Cl- = 10 ppm , F- = 100 ppm, SO 4-2 = 100 ppm, and. Crude LiFSI (250 g) containing 100 ppm of water was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Acetic anhydride (150 g (37.5% by weight)) is added little by little to the flask with stirring, followed by 20 g (5% by weight) of anhydrous chloroform. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous chloroform (250 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 88% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI had the following impurities: FSO 3 = 40 ppm, Cl = 2 ppm, F = 15 ppm, SO 4-2 = 20 ppm, and water = 40 ppm.

II.B.7.例7 II. B. 7. Example 7

酢酸ブチルおよびジクロロメタンを使用したLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =200ppm、Cl=10ppm、F=100ppm、SO 2-=100ppm、および水=100ppmを含有する粗LiFSI(200g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水酢酸ブチル(150g(約43重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン30g(約8.6重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(250g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率89%で得た。この例では、精製されたLiFSI生成物は以下の不純物、FSO =38ppm、Cl=1ppm、F=15ppm、SO 2-=22ppm、および水=40ppmを有していた。 Purification of LiFSI using butyl acetate and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3- = 200 ppm , Cl- = 10 ppm , F- = 100 ppm, SO 4-2 = 100 ppm, and. Crude LiFSI (200 g) containing water = 100 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Acetic anhydride butyl acetate (150 g (about 43% by weight)) was added little by little to the flask with stirring, followed by addition of 30 g (about 8.6% by weight) of acetic anhydride. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (250 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 89% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI product had the following impurities: FSO 3 = 38 ppm, Cl = 1 ppm, F = 15 ppm, SO 4-2 = 22 ppm, and water = 40 ppm.

II.B.8.例8 II. B. 8. Example 8

アセトニトリルおよびジクロロメタンを使用したLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =200ppm、Cl=10ppm、F=100ppm、SO 2-=100ppm、および水=100ppmを含有する粗LiFSI(200g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴で10℃に冷却した。無水酢酸ブチル(150g(約43重量%))を撹拌しながら少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン30g(約8.6重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(250g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率90%で得た。この例では、精製LiFSIは以下の不純物、FSO =50ppm、Cl=5ppm、F=20ppm、SO 2-=22ppm、および水=38ppmを有していた。 Purification of LiFSI using acetonitrile and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3- = 200 ppm , Cl- = 10 ppm , F- = 100 ppm, SO 4-2 = 100 ppm, and water. Crude LiFSI (200 g) containing = 100 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. in a water bath. Acetic anhydride butyl acetate (150 g (about 43% by weight)) was added little by little with stirring, followed by 30 g (about 8.6% by weight) of acetic anhydride. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (250 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 90% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI had the following impurities: FSO 3 = 50 ppm, Cl = 5 ppm, F = 20 ppm, SO 4-2 = 22 ppm, and water = 38 ppm.

II.C.例示的な精製LiFSI生成物 II. C. Exemplary Purified LiFSI Products

上記に開示されたシングルパス精製方法または図3のマルチパス方法300のいずれかなどの前述の精製方法のいずれかを使用して、得られた精製LiFSI生成物は、精製方法によって除去された例外的に低レベルの標的不純物を有することができる。例えば、標的不純物の少なくとも1種がLiClである本開示の精製LiFSI生成物は、10ppm以下または1ppm未満のLiCl(Cl)レベルを有することができる。別の例として、標的不純物の少なくとも1種がLiF(F)、FSOLi(FSO )、およびLiCl(Cl)を含む本開示の精製LiFSI生成物は、約80ppm以下のF、約100ppm以下のFSO 、および約100ppm未満のCl、約40ppm以下のF、約250ppm以下のFSO 、および約20ppm以下のCl、または約200ppm以下のF、約100ppm以下のFSO 、および約30ppm以下のClを有することができる。別の例では、約200ppm以上のF、約200ppm以上のFSO 、および/または約200ppm以上のClを有する粗LiFSIから出発して、前述のレベルの不純物およびそれらの組み合わせの各々を達成することができる。さらに別の例では、標的不純物の少なくとも1種がSO 2-である本開示の精製LiFSI生成物は、約280ppm以下、または約100ppm以下のSO 2-レベルを有することができる。さらなる例では、前述のSO 2-レベルの各々は、約500ppm以上のSO 2-を有する粗LiFSIから開始して達成することができる。本開示の精製方法の有用な特徴は、本方法の各(または唯一の)パススルーにおいて互いに異なる種類の標的不純物を同時に除去する能力である。 Purified LiFSI products obtained using any of the aforementioned purification methods, such as either the single-pass purification method disclosed above or the multipath method 300 of FIG. 3, were removed by the purification method as an exception. Can have low levels of target impurities. For example, the purified LiFSI products of the present disclosure in which at least one of the target impurities is LiCl can have LiCl (Cl ) levels of 10 ppm or less or less than 1 ppm. As another example, the purified LiFSI products of the present disclosure containing at least one of the target impurities LiF (F ), FSO 3 Li (FSO 3 ), and LiCl (Cl ) are F of about 80 ppm or less. , FSO 3- of about 100 ppm or less, Cl- of less than about 100 ppm, F- of about 40 ppm or less, FSO 3- of about 250 ppm or less , and Cl- of about 20 ppm or less , or F- of about 200 ppm or less , about 100 ppm It can have the following FSO 3 - and Cl- of about 30 ppm or less. In another example, starting from a crude LiFSI with an F- of about 200 ppm or more , an FSO 3- of about 200 ppm or more, and / or a Cl- of about 200 ppm or more, each of the above-mentioned levels of impurities and combinations thereof. Can be achieved. In yet another example, the purified LiFSI products of the present disclosure in which at least one of the target impurities is SO 4-2 can have SO 4-2 levels of about 280 ppm or less, or about 100 ppm or less. In a further example, each of the aforementioned SO 4-2 levels can be achieved starting with a crude LiFSI having an SO 4-2 of about 500 ppm or higher. A useful feature of the purification methods of the present disclosure is the ability to simultaneously remove different types of target impurities in each (or only) pass-through of the method.

II.D.精製LiFSI生成物の例示的な使用 II. D. Illustrative Use of Purified LiFSI Product

上述のように、精製LiFSI生成物を使用して、とりわけ、電気化学デバイス用の精製LiFSI系電解質を生成することができる。ここで、精製電解質の純度は、精製LiFSI生成物が本明細書に開示される方法のいずれかのうちの1つまたは複数により精製されたという事実からもたらされる。そのような精製電解質は、本開示の精製LiFSI生成物(塩)を1種または複数の溶媒、1種または複数の希釈剤、および/または1種または複数の添加剤と混合することなど、様々な方法のいずれかを使用して生成することができ、溶媒、希釈剤、および添加剤は当技術分野で公知であってもよい。 As mentioned above, purified LiFSI products can be used to produce purified LiFSI-based electrolytes, among other things, for electrochemical devices. Here, the purity of the purified electrolyte comes from the fact that the purified LiFSI product was purified by one or more of the methods disclosed herein. Such purified electrolytes may vary, such as mixing the purified LiFSI product (salt) of the present disclosure with one or more solvents, one or more diluents, and / or one or more additives. Can be produced using any of the above methods, and solvents, diluents, and additives may be known in the art.

セクションI.D.2で上述したように、図2は、本開示の態様により作製された電気化学デバイス200を示す。この例では、上述した反応性溶媒低減LiFSI系電解質216の代わりに、本開示により生成された精製LiFSI系電解質216Aを使用してもよい。上述したように、精製LiFSI系電解質216Aについて、非溶媒不純物を除去するために精製された本開示の精製LiFSI系電解質を使用する利点は、合成不純物などのLiFSI系電解質中に存在し得る不純物を、電気化学デバイス200での使用に許容可能なレベル(例えば、1種または複数の不純物レベル仕様を満たす)まで低減できることである。精製LiFSI生成物(塩)の例および精製LiFSI系電解質216Aを生成するために使用することができる低レベルのそれらの様々な不純物の例は、上述されている。 Section I. D. As mentioned above in 2, FIG. 2 shows an electrochemical device 200 made according to the aspects of the present disclosure. In this example, the purified LiFSI-based electrolyte 216A produced in the present disclosure may be used instead of the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 described above. As mentioned above, for the purified LiFSI-based electrolyte 216A, the advantage of using the purified LiFSI-based electrolyte of the present disclosure purified to remove non-solvent impurities is that impurities that may be present in the LiFSI-based electrolyte such as synthetic impurities can be removed. , To a level acceptable for use in the electrochemical device 200 (eg, satisfying one or more impurity level specifications). Examples of purified LiFSI products (salts) and examples of their various impurities at low levels that can be used to produce the purified LiFSI-based electrolyte 216A are described above.

一例では、精製LiFSI系電解質216Aは、粗LiFSIから出発して生成することができ、次いで、これを本明細書に記載の精製方法のうちのいずれか1つまたは複数を使用して精製して、適切な低レベルの1種または複数の標的不純物を有する精製LiFSI生成物を生成する。別の例では、粗HFSIを最初に、例えば上記の合成方法のいずれかによって合成することができ、この粗HFSIを使用して粗LiFSIを合成することができる。この粗LiFSIを、本明細書に記載の精製方法のいずれかのうちの1つまたは複数を使用して精製して、精製LiFSI生成物(塩)を生成することができる。次いで、この精製LiFSI生成物を使用して、例えば、電気化学デバイス200の性能を向上させる1種または複数の溶媒、1種または複数の希釈剤、および/または1種または複数の添加剤を添加することによって、精製LiFSI系電解質216Aを生成することができる。次いで、精製LiFSI系電解質216Aを電気化学デバイス200に添加することができ、その後、容器220を密封することができる。 In one example, the purified LiFSI-based electrolyte 216A can be produced starting from crude LiFSI, which is then purified using any one or more of the purification methods described herein. , Produces purified LiFSI products with suitable low levels of one or more target impurities. In another example, the crude HFSI can be first synthesized, for example by any of the above synthesis methods, and the crude HFSI can be used to synthesize the crude LiFSI. The crude LiFSI can be purified using one or more of the purification methods described herein to produce a purified LiFSI product (salt). The purified LiFSI product is then used to add, for example, one or more solvents, one or more diluents, and / or one or more additives that improve the performance of the electrochemical device 200. By doing so, the purified LiFSI-based electrolyte 216A can be produced. The purified LiFSI-based electrolyte 216A can then be added to the electrochemical device 200 and then the container 220 can be sealed.

III.水性中和プロセスを用いたLiFSIの合成 III. Synthesis of LiFSI using an aqueous neutralization process

このセクションは、水性中和プロセスを使用してLiFSIを合成する方法、それによって生成されるLiFSI塩、およびそのようなLiFSI塩の使用を扱う。 This section deals with methods of synthesizing LiFSI using an aqueous neutralization process, the LiFSI salts produced thereby, and the use of such LiFSI salts.

III.A.例示的な水性中和合成方法 III. A. Exemplary Aqueous Neutralization Synthesis Methods

本開示では、LiFSI生成物(例えば、塩)は、最初に、精製水素ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)を、炭酸リチウム(LiCO)または水酸化リチウム(LiOH)などの1種または複数のリチウム塩基で中和することによって得ることができ、LiFSIの水溶液を得るために脱イオン水中で行うことができる。上述したLiSO、LiCl、LiF、およびLiFSOなどの不溶性不純物は、濾過により除去することができる。水は、例えば真空中で除去することができる。このプロセスで使用するための精製HFSIは、例えば、HFSIの精製の教示について参照により本明細書に組み込まれる、2019年9月13日に出願され、「Purified Hydrogen Bis(fluorosulfonyl)imide(HFSI)Products,Methods of Purifying Crude HFSI,and Uses of Purified HFSI Products(精製水素ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)生成物、粗HFSIの精製方法、および精製HFSI生成物の使用)」と題する米国特許出願第16/570,131号に記載されているように、結晶化によってHFSIを精製することなどの任意の適切な方法で得ることができる。水性中和を使用してLiFSIを合成する実験例およびそれらの対応する結果として生じる不純物レベルは、それぞれセクションIII.C.1、III.C.4、およびIII.C.6の例1、4、および6に以下に記載されている。 In the present disclosure, the LiFSI product (eg, salt) is initially purified hydrogen bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI), one such as lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) or lithium hydroxide (LiOH) or It can be obtained by neutralizing with a plurality of lithium bases, and can be carried out in deionized water to obtain an aqueous solution of LiFSI. Insoluble impurities such as Li 2 SO 4 , LiCl, LiF, and LiFSO 3 described above can be removed by filtration. Water can be removed, for example, in vacuum. Purified HFSI for use in this process is, for example, filed September 13, 2019, which is incorporated herein by reference with reference to the teaching of purification of HFSI, "Purified Hydrogen Bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) Products). , Methods of Purifying Crystal HFSI, and Uses of Purified HFSI Products (purified hydrogen bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) product, method for purifying crude HFSI, and use of purified HFSI product). As described in / 570,131, it can be obtained by any suitable method such as purifying HFSI by crystallization. Experimental examples of synthesizing LiFSI using aqueous neutralization and their corresponding resulting impurity levels are described in Section III. C. 1, III. C. 4, and III. C. 6 Examples 1, 4, and 6 are described below.

III.B.水性中和を用いて生成したLiFSI塩の例示的な精製 III. B. Exemplary purification of LiFSI salt produced using aqueous neutralization

上記のセクションIII.Aの水性中和プロセスを使用して生成された粗LiFSI生成物を精製して、合成LiFSI生成物から水を除去した後に残留する任意の合成不純物などの1種または複数の標的不純物を除去することができる。加えて、または代替的に、上記のセクションIII.Aの水性中和プロセスを使用して生成された粗LiFSI生成物を精製して、LiFSI生成物中に存在する水などの反応性溶媒(1種または複数)を除去および/または置換することができる。このセクションでは、水性中和プロセスを使用して生成された粗LiFSIの精製の例を簡単に説明する。 Section III above. Purify the crude LiFSI product produced using the aqueous neutralization process of A to remove one or more target impurities, such as any synthetic impurities remaining after removing water from the synthetic LiFSI product. be able to. In addition or alternatively, Section III. The crude LiFSI product produced using the aqueous neutralization process of A can be purified to remove and / or replace the reactive solvent (s) such as water present in the LiFSI product. can. This section briefly describes an example of purification of crude LiFSI produced using an aqueous neutralization process.

III.B.1.非反応性溶媒不純物の除去 III. B. 1. 1. Removal of non-reactive solvent impurities

セクションII.Aで上述したように、セクションIII.Aで上述した水性中和プロセスを使用して生成された粗LiFSI生成物を含む粗LiFSIを精製して、標的不純物を除去することができる。そのような標的不純物は、そのような不溶性塩の濾過および水の除去後に残留し得る任意の合成塩、例えば、セクションIII.Aで上述したLiSO、LiCl、LiFおよびLiFSOを含み得る。一例として、水性中和プロセスから水を除去した後、得られたLiFSI生成物(ここで、上記のセクションII.Aによる精製の文脈については「粗LiFSI」)をセクションII.Aで上述した精製に供することができる。得られた精製LiFSI生成物は、標的とされる不純物(1種または複数)のレベルが低下する。そのような精製および対応する標的不純物レベルの実験例は、それぞれIII.C.2、III.C.5およびIII.C.7のセクションの例2、5および7に以下に記載されている。精製LiFSI生成物を使用して電解液を調製する場合、精製プロセスで使用される溶媒(1種または複数)は、最終電解液で使用される溶媒(1種または複数)のうちの1種または複数であってもよいことに留意されたい。このようにして、精製プロセスから残留した溶媒(1種または複数)は、最終的な電解液溶媒(1種または複数)の一部となる。 Section II. As mentioned above in A, Section III. The crude LiFSI containing the crude LiFSI product produced using the aqueous neutralization process described in A can be purified to remove the target impurities. Such target impurities can remain in any synthetic salt that may remain after filtration of such insoluble salts and removal of water, eg, Section III. A may include Li 2 SO 4 , LiCl, LiF and LiFSO 3 described above. As an example, after removing water from the aqueous neutralization process, the resulting LiFSI product (where "crude LiFSI" for the context of purification according to Section II.A above) is referred to Section II. It can be subjected to the above-mentioned purification in A. The resulting purified LiFSI product has reduced levels of targeted impurities (s). Experimental examples of such purification and corresponding target impurity levels are described in III. C. 2, III. C. 5 and III. C. Section 7, Examples 2, 5 and 7 are described below. When preparing an electrolyte using purified LiFSI products, the solvent (s) used in the purification process is one or more of the solvents (s) used in the final electrolyte. Note that there may be more than one. In this way, the solvent (s) remaining from the purification process becomes part of the final electrolyte solvent (s).

III.B.2.反応性溶媒(1種または複数)の除去/置換 III. B. 2. 2. Removal / replacement of reactive solvent (s)

セクションI.Aで上述したように、セクションIII.Aで上述した水性中和プロセスを使用して生成された粗LiFSI生成物を含む粗LiFSIを精製して、1種または複数の反応性溶媒を除去/置換することができる。そのような反応性溶媒は、セクションIII.Aで上述した水除去ステップで除去されなかった任意の残留水を含み得る。さらに、除去および/または1種または複数の非反応性溶媒による置換の標的とされる1種または複数の反応性溶媒が、上記のセクションIII.B.1およびII.A.に記載されているように、非反応性溶媒不純物を除去するための精製後に存在し得る。一例として、水性中和プロセスから水を除去した後、得られたLiFSI生成物(ここで、上記のセクションI.Aによる精製の文脈については「粗LiFSI」)をセクションI.A.に記載の精製に供することができる。別の例として、セクションIII.Aの水性中和プロセスにより合成したLiFSIの精製(上記のセクションIII.B.1を参照されたい)後、得られた精製LiFSI生成物(ここで、上記のセクションI.Aによる精製の文脈については「粗LiFSI」)をセクションI.Aで上述した精製に供することができる。いずれの場合も、得られた精製LiFSI生成物は、標的とされる反応性溶媒(1種または複数)のレベルが低下する。そのような精製および対応する標的不純物レベルの実験例は、セクションIII.C.3の例3において以下に記載されている。精製LiFSI生成物を使用して電解液を調製する場合、反応性溶媒除去/置換プロセスで使用される溶媒(1種または複数)は、最終電解液で使用される溶媒(1種または複数)のうちの1種または複数であってもよいことに留意されたい。このようにして、除去/置換プロセスから残留した溶媒(1種または複数)は、最終的な電解液溶媒(1種または複数)の一部となる。 Section I. As mentioned above in A, Section III. The crude LiFSI containing the crude LiFSI product produced using the aqueous neutralization process described in A can be purified to remove / replace one or more reactive solvents. Such reactive solvents are described in Section III. It may contain any residual water that was not removed in the water removal step described above in A. In addition, one or more reactive solvents targeted for removal and / or replacement with one or more non-reactive solvents are described in Section III. B. 1 and II. A. As described in, may be present after purification to remove non-reactive solvent impurities. As an example, after removing water from the aqueous neutralization process, the resulting LiFSI product (where "crude LiFSI" for the context of purification by Section I.A. above) is referred to Section I. A. Can be used for the purification described in 1. As another example, Section III. Purification of LiFSI synthesized by the aqueous neutralization process of A (see Section III.B.1 above) followed by the resulting purified LiFSI product (where, in the context of purification by Section I.A. above). Section I. It can be subjected to the above-mentioned purification in A. In either case, the resulting purified LiFSI product will have reduced levels of the targeted reactive solvent (s). Experimental examples of such purification and corresponding target impurity levels are described in Section III. C. It is described below in Example 3 of 3. When preparing an electrolyte using purified LiFSI products, the solvent (s) used in the reactive solvent removal / substitution process is that of the solvent (s) used in the final electrolyte. Note that one or more of them may be used. In this way, the solvent (s) remaining from the removal / replacement process becomes part of the final electrolyte solvent (s).

そのようにして得られた粗LiFSIを精製して、粗LiFSI中に存在する合成不純物および/または他の不純物などの1種または複数の標的不純物を除去することができる。いくつかの実施形態では、粗LiFSIを、LiFSIが可溶性である1種または複数の第1の無水有機溶媒の最小量(例えば、約50重量%~約70重量%)と混合して、LiSO、LiCl、LiF、およびLiFSOなどの不純物をさらに不溶性にすることができる。このために使用することができる無水有機溶媒としては、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、プロピルメチルカルボナート(PMC)、エチレンカルボナート(EC)、フルオロエチレンカルボナート(FEC)、トランスブチレンカルボナート、アセトニトリル、マロノニトリル、アジポニトリル、酢酸メチル、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(MP)およびプロピオン酸エチル(EP)が挙げられる。 The crude LiFSI thus obtained can be purified to remove one or more target impurities such as synthetic impurities and / or other impurities present in the crude LiFSI. In some embodiments, crude LiFSI is mixed with a minimum amount of one or more first anhydrous organic solvents in which LiFSI is soluble (eg, from about 50% to about 70% by weight) to Li 2 . Impurities such as SO 4 , LiCl, LiF, and LiFSO 3 can be further insoluble. Anhydrous organic solvents that can be used for this purpose include dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), ethylmethylcarbonate (EMC), propylmethylcarbonate (PMC), and ethylenecarbonate (EC). , Fluoroethylene carbonate (FEC), transbutylene carbonate, acetonitrile, malononitrile, adiponitrile, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate (MP) and ethyl propionate (EP).

上記溶液に、LiFSIが不溶性である1種または複数の第2の無水有機溶媒を添加する(例えば、約2重量%~10重量%の量で)。このために使用することができる有機溶媒としては、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカンおよびドデカンが挙げられる。 To the solution is added one or more second anhydrous organic solvents insoluble in LiFSI (eg, in an amount of about 2% to 10% by weight). Organic solvents that can be used for this include dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane and dodecane.

いくつかの実施形態では、不純物は、1種または複数の第2の無水有機溶媒の添加後に沈殿したままであり、濾過によって除去することができる。濾液を回収し、そこから溶媒(1種または複数)を除去して固体を得ることができる。いくつかの例では、溶媒(1種または複数)を制御された温度(例えば、約40℃未満)で真空中(例えば、約0.1Torr未満)で除去して固体を得る。次いで、得られた固体を、LiFSIが不溶性である少なくとも1種の第3の無水有機溶媒で処理することができる。このために使用することができる有機溶媒としては、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンが挙げられる。次いで、沈殿したLiFSI塩生成物を、不活性環境下(例えば、アルゴンガス)での濾過によって単離し、例えば、真空中(例えば、約0.1Torr未満)で約40℃未満で乾燥させることができる。 In some embodiments, the impurities remain precipitated after the addition of one or more second anhydrous organic solvents and can be removed by filtration. The filtrate can be recovered and the solvent (s) removed from it to give a solid. In some examples, the solvent (s) is removed in vacuum (eg, less than about 0.1 Torr) at a controlled temperature (eg, less than about 40 ° C.) to give a solid. The resulting solid can then be treated with at least one third anhydrous organic solvent insoluble in LiFSI. Examples of the organic solvent that can be used for this include dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, and dodecane. The precipitated LiFSI salt product can then be isolated by filtration in an inert environment (eg, argon gas) and dried, for example, in vacuum (eg, less than about 0.1 Torr) at less than about 40 ° C. can.

例示するために、以下の表IIは、不純物ならびにジメチルカルボナートおよびジクロロメタン中のそれらの溶解度の詳細な例を提供する。

Figure 2022507458000006
For illustration purposes, Table II below provides detailed examples of impurities and their solubility in dimethylcarbonate and dichloromethane.
Figure 2022507458000006

上記の表IIに見られるように、ジメチルカルボナート中のLiFSIの溶解度は90%超であり、ジクロロメタンには不溶性である。一方、LiF、LiCl、LiSOなどの不純物の溶解度は、無水条件下で炭酸ジメチル中で13ppm未満である。 As seen in Table II above, the solubility of LiFSI in dimethylcarbonate is greater than 90% and is insoluble in dichloromethane. On the other hand, the solubility of impurities such as LiF, LiCl and Li 2 SO 4 is less than 13 ppm in dimethyl carbonate under anhydrous conditions.

これらの溶解性/不溶性特性に基づいて、ジメチルカルボナートおよびジクロロメタン溶媒は、一例では、上記の水性中和プロセスを使用して生成された粗LiFSIを精製するプロセスのために選択される。この例では、上記の表IIに報告された不純物を含有する粗LiFSIをジメチルカルボナート中に50%~75%の濃度で約25℃(ここでは室温)で混合し、室温で撹拌し、続いて約2重量%~約10重量%のジクロロメタンを添加して不純物を沈殿させた。不純物を濾過により除去し、濾液を濃縮乾固した。得られた乾燥固体を無水ジクロロメタンで処理して、LiFSIがジクロロメタンに不溶性である一方でジクロロメタンに可溶性であるHF不純物を除去した。 Based on these soluble / insoluble properties, dimethylcarbonate and dichloromethane solvents are selected, in one example, for the process of purifying the crude LiFSI produced using the aqueous neutralization process described above. In this example, crude LiFSI containing the impurities reported in Table II above is mixed in dimethylcarbonate at a concentration of 50% to 75% at about 25 ° C. (here room temperature), stirred at room temperature, followed by About 2% by weight to about 10% by weight of dichloromethane was added to precipitate impurities. Impurities were removed by filtration and the filtrate was concentrated to dryness. The resulting dry solid was treated with anhydrous dichloromethane to remove HF impurities where LiFSI was insoluble in dichloromethane while soluble in dichloromethane.

超高純度LiFSI塩生成物を濾過によって回収し、最後に減圧下(例えば、約0.1Torr未満)および約40℃未満の温度で乾燥させて、白色の自由流動性粉末を得た。これを場合により乾燥ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)容器に保存することができる。 The ultra-purity LiFSI salt product was recovered by filtration and finally dried under reduced pressure (eg, less than about 0.1 Torr) and at a temperature of less than about 40 ° C. to give a white free-flowing powder. This can optionally be stored in a dry polytetrafluoroethylene (PTFE) container.

上記を考慮して、いくつかの態様では、本開示は、リチウム金属アノード電池用途のための超高純度リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を生成するプロセスを記載する。このプロセスは、約25℃未満の約40%未満の脱イオン水中で、精製水素ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)を、炭酸リチウム(LiCO)または水酸化リチウム(LiOH)などのリチウム塩基で中和することを含む。LiSO、LiCl、LiF、およびLiFSOなどの不溶性不純物は、濾過によって除去することができる。水は、約35℃未満などの適切な温度で真空中(例えば、約0.1Torr未満)で除去することができる。 In view of the above, in some embodiments, the present disclosure describes a process of producing an ultra-high purity lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) for lithium metal anode battery applications. This process involves purifying hydrogen bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) in less than about 40% deionized water below about 25 ° C., lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) or lithium hydroxide (LiOH). Includes base neutralization. Insoluble impurities such as Li 2 SO 4 , LiCl, LiF, and LiFSO 3 can be removed by filtration. Water can be removed in vacuum (eg, less than about 0.1 Torr) at a suitable temperature, such as less than about 35 ° C.

得られた粗LiFSIを、LiFSIが可溶性である無水有機溶媒(例えば、ジメチルカルボナート(DMC)またはエチルメチルカルボナート(EMC)など)の最小量(例えば、50重量%~70重量%)と混合して、LiCl、LiF、LiSO4および/またはLiFSOなどの不純物をさらに不溶性にすることができる。いくつかの実施形態では、溶液の温度は、約25℃未満に維持される。次いで、溶液を不活性雰囲気中で濾過して不純物を除去することができる。 The resulting crude LiFSI is mixed with a minimum amount (eg, 50% to 70% by weight) of an anhydrous organic solvent in which LiFSI is soluble (eg, dimethylcarbonate (DMC) or ethylmethylcarbonate (EMC)). Thus, impurities such as LiCl, LiF, Li 2 SO4 and / or LiFSO 3 can be further insoluble. In some embodiments, the temperature of the solution is maintained below about 25 ° C. The solution can then be filtered in an inert atmosphere to remove impurities.

このプロセスは、濾液から有機溶媒を除去して固体塊を得ること、およびリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドが不溶性である有機溶媒(例えば、ジクロロメタン)で固体を処理することをさらに含むことができる。不溶性LiFSIは、不活性雰囲気中で濾過し、微量の有機溶媒を乾燥アルゴンおよび/または窒素ガスでフラッシングすることによって単離することができる。得られたLiFSIを、適切な温度(例えば、約35℃未満)で適切な期間(例えば、少なくとも24時間)吸引して(例えば、約0.1Torr未満)、超高純度無水LiFSI塩生成物を白色の自由流動性粉末として得ることができ、これを場合により乾燥ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)容器に保存することができる。 This process can further include removing the organic solvent from the filtrate to give a solid mass and treating the solid with an organic solvent (eg, dichloromethane) in which lithium bis (fluorosulfonyl) imide is insoluble. The insoluble LiFSI can be isolated by filtering in an inert atmosphere and flushing a trace amount of organic solvent with dry argon and / or nitrogen gas. The resulting LiFSI is aspirated (eg, less than about 0.1 Torr) at a suitable temperature (eg, less than about 35 ° C.) for a suitable period (eg, at least 24 hours) to obtain an ultra-high purity anhydrous LiFSI salt product. It can be obtained as a white free-flowing powder, which can optionally be stored in a dry polytetrafluoroethylene (PTFE) container.

いくつかの実施形態では、開示された水性中和法によって合成され、精製して非反応性溶媒不純物を除去し、精製して反応性溶媒(1種または複数)を除去/置換したLiFSI塩生成物を、電解質溶液に生成し、リチウム金属電池、すなわちリチウム金属アノードを有する電池で使用することができる。以下のセクションIII.C.8の例8に示すように、この「超高純度」LiFSI塩生成物およびそれを用いて生成した電解質は、日本触媒株式会社(日本)、Shenzhen Capchem株式会社(中国)、Shang Hai Shengzhan Chemifish株式会社(中国)、およびオークウッド・プロダクツ社(米国)などの商業的供給源からのLiFSIと比較して、はるかに良好なサイクル寿命を示した。 In some embodiments, LiFSI salt production synthesized by the disclosed aqueous neutralization method and purified to remove non-reactive solvent impurities and purified to remove / replace the reactive solvent (s). The material can be produced in an electrolyte solution and used in a lithium metal battery, i.e. a battery having a lithium metal anode. Section III below. C. As shown in Example 8 of 8, this "ultra-high purity" LiFSI salt product and the electrolyte produced using it are the stocks of Nippon Catalyst Co., Ltd. (Japan), Shanghai Capchem Co., Ltd. (China), and Shang Hai Shengzhan Chemifish. It showed much better cycle life compared to LiFSI from commercial sources such as the company (China) and Oakwood Products (USA).

本開示では、超高純度LiFSIの生成プロセスは、中和の開始から超高純度LiFSI生成物の生成の終了までの連続プロセスであってもよい。 In the present disclosure, the process for producing ultra-high purity LiFSI may be a continuous process from the start of neutralization to the end of production of ultra-high purity LiFSI product.

III.C.例 III. C. example

本開示の態様は、以下の例によってさらに説明されるが、これらの例は単に例示の目的で含まれており、本開示の範囲を限定することを意図しないことが理解されよう。特に明記しない限り、使用したすべての化学物質は高純度であり、商業的供給源から得た。プロセス中の水分を排除するために厳しい予防措置を講じ、十分に換気されたフード内で反応を行った。 The embodiments of the present disclosure will be further described by the following examples, but it will be appreciated that these examples are included solely for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of the present disclosure. Unless otherwise stated, all chemicals used were of high purity and were obtained from commercial sources. Strict precautions were taken to eliminate moisture during the process and the reaction was carried out in a well-ventilated hood.

III.C.1.例1 III. C. 1. 1. Example 1

脱イオン水中の炭酸リチウムによる精製HFSIの中和:1000mLフラスコ中で、炭酸リチウム(LiCO)1モルを脱イオン水40gと混合した。懸濁液を氷水浴20℃未満で冷却する。水素ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)2モルを滴下漏斗に取り、撹拌した炭酸リチウム懸濁液スラリー中に滴下した。HFSIの添加が完了した後、水浴を取り外し、溶液を室温で0.5時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。得られた透明な濾液を0.1Torr未満および35℃未満の真空中で濃縮して、粗LiFSIを定量的収率で得て、これを以下の例2で使用した。 Neutralization of Purified HFSI with Lithium Carbonate in Deionized Water: In a 1000 mL flask, 1 mol of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) was mixed with 40 g of deionized water. The suspension is cooled in an ice water bath below 20 ° C. 2 mol of hydrogen bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) was taken in a dropping funnel and dropped into a stirred lithium carbonate suspension slurry. After the addition of HFSI was complete, the water bath was removed and the solution was stirred at room temperature for 0.5 hours. Insoluble impurities were removed by filtration. The resulting clear filtrate was concentrated in vacuum below 0.1 Torr and below 35 ° C. to give crude LiFSI in quantitative yield, which was used in Example 2 below.

III.C.2.例2 III. C. 2. 2. Example 2

粗LiFSIの炭酸ジメチルを用いた処理:上記の例1で得られた粗LiFSIをこの例2で使用した。フラスコを窒素雰囲気下にし、水浴を用いて10℃に冷却した。無水ジメチルカルボナート(DMC)(300g)を撹拌しながら少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン50gを添加する。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(200g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃未満で乾燥させて、LiFSIを収率95%で得た。得られたLiFSI生成物は、不純物FSO =100ppm、Cl=1ppm、F=40ppm、SO 2-=40ppm、および水=50ppmを有していた。 Treatment of crude LiFSI with dimethyl carbonate: The crude LiFSI obtained in Example 1 above was used in Example 2. The flask was placed in a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Add anhydrous dimethyl carbonate (DMC) (300 g) little by little with stirring, followed by adding 50 g of anhydrous dichloromethane. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (200 g) under argon. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration and finally dried in vacuo (<0.1 Torr) below 35 ° C. to give LiFSI in 95% yield. The obtained LiFSI product had impurities FSO 3 = 100 ppm, Cl = 1 ppm, F = 40 ppm , SO 4-2- = 40 ppm, and water = 50 ppm.

III.C.3.例3 III. C. 3. 3. Example 3

LiFSIの炭酸ジメチルを用いた処理:例2で得られたLiFSIをこの例3で使用した。上記の例2で得られた200gのLiFSIを、水分測定値1ppm未満を有するグローブボックスに入れ、1Lドライフラスコに移した。フラスコを取り出し、15℃未満の水浴で冷却した。LiFSIを、5ppm未満の水を含有する無水ジメチルカルボナート100gと混合した。不溶性不純物をアルゴン下で濾過によって除去し、濾液を1Lフラスコに回収した。濾液を0.1Torr未満の減圧下で濃縮して固体を得た。固体をアルゴン下で無水ジクロロメタン(150g)で処理し、溶液を室温で1時間撹拌した。所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、真空中(0.1Torr未満)、30℃で乾燥させて、白色の遊離流動性粉末LiFSIを収率95%で得た。得られたLiFSI生成物をイオンクロマトグラフィーで分析したところ、不純物F-=1.3ppm、Cl=0.18ppm、SO 2-=4.4ppmであった。カールフィッシャーによって分析したところ、含水量は1.3ppmであった。プロトンNMRに基づくと、0.2%のジメチルカルボナートを有する。ジメチルカルボナートは電気化学デバイス内でリチウム金属と非反応性であるため、これを試験電解質配合物に使用した。この塩電解質配合物をリチウム金属電池試験に使用した。 Treatment of LiFSI with dimethyl carbonate: The LiFSI obtained in Example 2 was used in this Example 3. 200 g of LiFSI obtained in Example 2 above was placed in a glove box having a measured moisture value of less than 1 ppm and transferred to a 1 L dry flask. The flask was removed and cooled in a water bath below 15 ° C. LiFSI was mixed with 100 g of anhydrous dimethyl carbonate containing less than 5 ppm of water. Insoluble impurities were removed by filtration under argon and the filtrate was collected in a 1 L flask. The filtrate was concentrated under reduced pressure below 0.1 Torr to give a solid. The solid was treated with anhydrous dichloromethane (150 g) under argon and the solution was stirred at room temperature for 1 hour. The desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration and dried in vacuo (<0.1 Torr) at 30 ° C. to give a white free fluid powder LiFSI in 95% yield. When the obtained LiFSI product was analyzed by ion chromatography, impurities F- = 1.3 ppm, Cl- = 0.18 ppm, and SO 4-2 = 4.4 ppm were found. When analyzed by Karl Fischer, the water content was 1.3 ppm. Based on proton NMR, it has 0.2% dimethyl carbonate. Since dimethyl carbonate is non-reactive with lithium metals in electrochemical devices, it was used in the test electrolyte formulation. This salt electrolyte formulation was used in a lithium metal battery test.

III.C.3.i.比較例 III. C. 3. 3. i. Comparative example

Capchem(中国)から得られたLiFSI塩の比較例:目視検査により、Capchem LiFSI塩の色は、この例3で得られたLiFSIよりも白色が低かった。Capchem LiFSI塩は、以下の不純物、水=15ppm、F=1ppm、Cl=1ppm、およびSO 2-=5.98ppmを有していた。プロトンNMRに基づいて、Capchem LiFSI塩は0.3%のエタノールを含有し、これは、その反応性のためにリチウム金属と適合しない。エタノールは、以下の反応によってリチウム金属と反応し、望ましくない副生成物を形成する。
2Li+2CHCHOH=2CHCHOLi+H
Comparative example of LiFSI salt obtained from Capchem (China): By visual inspection, the color of the Capchem LiFSI salt was lower in white than the LiFSI obtained in this Example 3. The Capchem LiFSI salt had the following impurities: water = 15 ppm, F = 1 ppm, Cl = 1 ppm, and SO 4-2 = 5.98 ppm. Based on proton NMR, the Capchem LiFSI salt contains 0.3% ethanol, which is incompatible with lithium metals due to its reactivity. Ethanol reacts with the lithium metal by the following reaction to form an undesired by-product.
2Li + 2CH 3 CH 2 OH = 2CH 3 CH 2 OLi + H 2

III.C.4 例4 III. C. 4 Example 4

ジオン化(Dionized)水中での精製HFSIの水酸化リチウムを用いた中和:1Lフラスコ中で、水酸化リチウム(LiOH)(2モル)を脱イオン水40gに溶解した。懸濁液を氷水浴20℃未満で冷却した。HFSI、2モルを滴下漏斗に取り、撹拌した炭酸リチウム懸濁液スラリー中に滴下した。HFSIの添加が完了した後、水浴を取り外し、溶液を室温で0.5時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。得られた透明濾液を0.1Torr未満および温度35℃未満の真空中で濃縮して、粗LiFSIを定量的収率で得て、これを以下の例5で使用した。 Neutralization of purified HFSI in water with dionized water using lithium hydroxide: In a 1 L flask, lithium hydroxide (LiOH) (2 mol) was dissolved in 40 g of deionized water. The suspension was cooled in an ice water bath below 20 ° C. 2 mol of HFSI was placed in a dropping funnel and added dropwise to the stirred lithium carbonate suspension slurry. After the addition of HFSI was complete, the water bath was removed and the solution was stirred at room temperature for 0.5 hours. Insoluble impurities were removed by filtration. The resulting clear filtrate was concentrated in vacuum below 0.1 Torr and below 35 ° C. to give crude LiFSI in quantitative yield, which was used in Example 5 below.

III.C.5 例5 III. C. 5 example 5

粗LiFSIの炭酸ジメチル(DMC)を用いた処理:上記の例4で得られた粗LiFSIをこの例5で使用した。フラスコを窒素雰囲気下にし、水浴を用いて10℃に冷却した。無水ジメチルカルボナート(DMC)(300g)を撹拌しながら少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン50gを添加した。溶液を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(200g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃未満で乾燥させて、LiFSIを収率92%で得た。得られた精製LiFSIは、不純物FSO =100ppm、Cl=1ppm、F=45ppm、SO 2-=35ppm、水=60ppmを有していた。 Treatment of crude LiFSI with dimethyl carbonate (DMC): The crude LiFSI obtained in Example 4 above was used in Example 5. The flask was placed in a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Anhydrous dimethylcarbonate (DMC) (300 g) was added little by little with stirring, followed by 50 g of anhydrous dichloromethane. The solution was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (200 g) under argon. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration and finally dried in vacuo (<0.1 Torr) below 35 ° C. to give LiFSI in 92% yield. The obtained purified LiFSI had impurities FSO 3 = 100 ppm, Cl = 1 ppm, F = 45 ppm, SO 4-2 = 35 ppm, and water = 60 ppm.

III.C.6.例6 III. C. 6. Example 6

ジオン化(Dionized)水中の炭酸リチウムによる精製HFSIの中和:1Lフラスコ中で、炭酸リチウム(LiCO)0.5モルを脱イオン水20gと混合した。懸濁液を氷水浴20℃未満で冷却した。HFSI、1モルを滴下漏斗に取り、撹拌した炭酸リチウム懸濁液スラリー中に滴下した。HFSIの添加が完了した後、水浴を取り外し、溶液を室温で0.5時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。得られた透明濾液を0.1Torr未満および温度35℃未満の真空中で濃縮して、粗LiFSIを定量的収率で得て、これを以下の例7で使用した。 Neutralization of Purified HFSI with Lithium Carbonate in Dionized Water In a 1 L flask, 0.5 mol of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) was mixed with 20 g of deionized water. The suspension was cooled in an ice water bath below 20 ° C. 1 mol of HFSI was taken into a dropping funnel and dropped into a stirred lithium carbonate suspension slurry. After the addition of HFSI was complete, the water bath was removed and the solution was stirred at room temperature for 0.5 hours. Insoluble impurities were removed by filtration. The resulting clear filtrate was concentrated in vacuum below 0.1 Torr and below 35 ° C. to give crude LiFSI in quantitative yield, which was used in Example 7 below.

III.C.7.例7 III. C. 7. Example 7

粗LiFSIのエチルメチルカルボナートを用いた処理:例6で得られた粗LiFSIをこの例7で使用した。フラスコを窒素雰囲気下で冷却し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水エチルメチルカルボナート(EMC)(100g)を撹拌しながら少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン50gを添加した。溶液を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(200g)で処理した。これを室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、LiFSIを収率90%で得た。精製LiFSI生成物は、不純物FSO =100ppm、Cl=0.5ppm、F=20ppm、SO 2-=20ppm、水=46ppmを有していた。 Treatment of Crude LiFSI with Ethyl Methyl Carbonate: The crude LiFSI obtained in Example 6 was used in this Example 7. The flask was cooled in a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Ethylmethylcarbonate anhydrous (EMC) (100 g) was added in small portions with stirring, followed by 50 g of dichloromethane. The solution was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (200 g) under argon. This was stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give LiFSI in 90% yield. The purified LiFSI product had impurities FSO 3 = 100 ppm, Cl = 0.5 ppm, F = 20 ppm, SO 4-2 = 20 ppm, and water = 46 ppm.

III.C.8.例8 III. C. 8. Example 8

リチウム金属アノード電池における上記の例7の超高純度LiFSIの使用および結果と市販のLiFSIとの比較:電池グレードの電気化学的に安定な有機溶媒(ジメチルカルボナート、エチルメチルカルボナート、ジメトキシメタン、ジエトキシエタンなど)を使用して、本開示の得られたLiFSIの電解質を生成し、同様の条件下で、様々な市販のLiFSI塩および対応する電解質を使用して比較研究を行った。 Comparison of use and results of the ultra-high purity LiFSI of Example 7 above with commercially available LiFSI in lithium metal anode batteries: Battery grade electrochemically stable organic solvents (dimethylcarbonate, ethylmethylcarbonate, dimethoxymethane, Diethoxyethane, etc.) was used to produce the obtained LiFSI electrolytes of the present disclosure, and comparative studies were performed using various commercially available LiFSI salts and corresponding electrolytes under similar conditions.

本開示により生成された超高純度LiFSI生成物は、Capchem、日本触媒、Chemfishおよびオークウッドから市販されているLiFSIと比較した場合、リチウム金属アノード電池において最大のサイクル数を与えた。本開示の超高純度LiFSI生成物のより良好な性能の例は、図4Aおよび図4Bで見られ、図4Aおよび図4Bは、それぞれ、電解質の一方は、本開示のセクションIIIの水性中和合成方法(図4Aおよび図4Bの各々の上側ライン、「SES LiFSI」)を使用して生成された超高純度LiFSI塩生成物を使用して生成され、もう一方の電解質は、Capchem(図4Aおよび図4Bの各々の下側ライン、「CapChem LiFSI」)から供給されたLiFSI塩を使用して生成されたことを除き、同じ濃度および同一の化学物質を有する2つの非水電解質についての放電容量対サイクル数および容量維持率対サイクル数を示す。 The ultra-purity LiFSI product produced by the present disclosure provided the maximum number of cycles in a lithium metal anode battery when compared to LiFSI commercially available from Capchem, Nippon Shokubai, Chemfish and Oakwood. Examples of better performance of the ultra-purity LiFSI products of the present disclosure can be found in FIGS. 4A and 4B, respectively, where one of the electrolytes is the aqueous neutralization of Section III of the present disclosure. The ultra-purity LiFSI salt product produced using the synthetic method (upper line of each of FIGS. 4A and 4B, "SES LiFSI") is used and the other electrolyte is Capchem (FIG. 4A). And the discharge capacity for two non-aqueous electrolytes with the same concentration and the same chemicals, except that they were produced using LiFSI salts supplied from each lower line of FIG. 4B, "CapChem LiFSI"). The number of cycles and the capacity retention rate are shown.

図4Aおよび図4Bのグラフが得られた実験で使用した電池は、3層のカソードおよび4層のアノードを有するパウチセルであった。電解質はそれぞれ、溶媒混合物1リットル中2.0モルのLiFSIから構成されていた。LiFSI塩の供給源を除いて、他のすべての電池設計因子および試験条件は同じであった。電池を0.2Cレート充電および1.0Cレート放電下でサイクルした。図4Aおよび図4Bが示すように、両方の供給源からのLiFSIを有する電池は、初期サイクルで同じ容量を送達した。しかし、本開示の超高純度LiFSI塩を使用して生成した電解質を有する電池は、約100サイクル後にCapchem LiFSI塩を有する電池よりも良好な容量保持を示した。このデータは、リチウム金属アノード充電式電池を用いた長期サイクル条件下でのCapchem LiSFI塩に対する超高純度LiFSI塩の安定性の利点を示している。 The battery used in the experiment for which the graphs of FIGS. 4A and 4B were obtained was a pouch cell with a three-layer cathode and a four-layer anode. Each electrolyte was composed of 2.0 mol LiFSI in 1 liter of solvent mixture. Except for the source of LiFSI salt, all other battery design factors and test conditions were the same. Batteries were cycled under 0.2 C rate charge and 1.0 C rate discharge. As shown in FIGS. 4A and 4B, batteries with LiFSI from both sources delivered the same capacity in the initial cycle. However, batteries with electrolytes produced using the ultra-purity LiFSI salt of the present disclosure showed better capacity retention than batteries with Capchem LiFSI salt after about 100 cycles. This data shows the advantage of stability of ultra-purity LiFSI salt over Capchem LiSFI salt under long cycle conditions with lithium metal anode rechargeable battery.

III.D.超高純度LiFSIの例示的な使用 III. D. Illustrative use of ultra-high purity LiFSI

上述のように、上述のプロセスにより生成された超高純度LiFSI塩生成物は、リチウム金属アノードを有するリチウム金属電池に特に有益である可能性がある。これに関連して、少なくとも一部の溶媒が超高純度LiFSI生成物中に残留する可能性があり、リチウム金属に対して反応性である場合、超高純度LiFSI生成物が電解質として使用されるリチウム金属電池の性能を妨害し得るので、処理のために適切な無水有機溶媒を選択することが重要である。実際、上記の例3で報告されたエタノールなどのCapchem LiFSI塩中の残留溶媒は、上記の例8(セクションIII.C.8)で証明されるように、そのCapchem LiFSI塩の性能が超高純度LiFSI塩生成物の性能よりも劣っていた理由である可能性がある。前述の例3(セクションIII.C.3)で述べたように、エタノールは、リチウム金属電池のアノード上/中に存在するリチウム金属に対して反応性である。 As mentioned above, the ultra-purity LiFSI salt product produced by the process described above may be particularly beneficial for lithium metal batteries with lithium metal anodes. In this regard, the ultra-purity LiFSI product is used as the electrolyte if at least some of the solvent can remain in the ultra-purity LiFSI product and is reactive with the lithium metal. It is important to select a suitable anhydrous organic solvent for the treatment as it can interfere with the performance of lithium metal batteries. In fact, the residual solvent in the Capchem LiFSI salt such as ethanol reported in Example 3 above has very high performance of the Capchem LiFSI salt, as evidenced by Example 8 above (Sections III.C.8). This may be the reason why it was inferior to the performance of the purity LiFSI salt product. As mentioned in Example 3 above (Sections III.C.3), ethanol is reactive with the lithium metal present on / in the anode of the lithium metal battery.

したがって、本開示によるリチウム金属電池用の超高純度LiFSI塩生成物を生成する場合、選択される溶媒は、リチウム金属に対して非反応性であることが知られている溶媒でなければならない。このようにして、(例えば、LiFSIとの配位によって、または他の方法によって)最終的な乾燥固体超高純度LiFSI塩生成物中に残留し得る任意の溶媒は、リチウム金属に対して非反応性であり、したがって、超高純度LiFSI塩生成物が使用されるリチウム金属電池の性能に悪影響を及ぼす可能性が低い。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、特に明記しない限り、「非反応性」という用語は、「溶媒(solvent)」または「溶媒(solvents)」を修飾するために使用される場合、溶媒(1種または複数)がリチウム金属に対して非反応性であることを意味するものとする。逆に、特に明記しない限り、「溶媒(solvent)」または「溶媒(solvents)」を修飾するために本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「反応性」という用語は、溶媒(1種または複数)がリチウム金属に対して反応性であることを意味するものとする。当業者が理解するように、この文脈における「反応性」は、(1種または複数の)溶媒に対するリチウム金属の還元電位の大きさを指す。反応性溶媒はまた、リチウム金属を不動態化するのに有効ではないが、非反応性溶媒は、リチウム金属に対して非反応性であるか、またはリチウム金属を効果的に不動態化する、すなわち速度論的に安定である。 Therefore, when producing the ultra-high purity LiFSI salt product for lithium metal batteries according to the present disclosure, the solvent selected must be a solvent known to be non-reactive with lithium metals. In this way, any solvent that can remain in the final dry solid ultra-purity LiFSI salt product (eg, by coordination with LiFSI or by other methods) is non-reactive with the lithium metal. It is property and therefore is unlikely to adversely affect the performance of lithium metal batteries in which ultra-high purity LiFSI salt products are used. As used herein and in the appended claims, the term "non-reactive" is used to modify "solvents" or "solvents" unless otherwise stated. If so, it is meant that the solvent (s) is non-reactive with the lithium metal. Conversely, unless otherwise stated, the term "reactive" as used herein and in the appended claims to modify "solvents" or "solvents" refers to solvents (solvents). It shall mean that one or more) is reactive with the lithium metal. As will be appreciated by those skilled in the art, "reactivity" in this context refers to the magnitude of the reduction potential of a lithium metal with respect to a solvent (s). Reactive solvents are also not effective in passivating lithium metals, but non-reactive solvents are either non-reactive with lithium metals or effectively passivated lithium metals. That is, it is stable in terms of speed.

リチウム金属電池での使用に特に適したいくつかの実施形態では、最終的な超高純度LiFSI塩生成物(すなわち、本明細書に開示されるプロセスおよび/または精製の完全な処理後)中に残留する反応性溶媒の量は、好ましくは約500ppm未満、より好ましくは約100ppm未満、最も好ましくは約50ppm未満である。いくつかの実施形態では、利用されるカソード-電解質-アノードシステム全体に応じて、最終的なLiFSI塩生成物中に残留する非反応性溶媒は、除去された反応性溶媒よりも電池性能に悪影響を与えない可能性がある。そのような実施形態では、最終LiFSI塩生成物中に残留する非反応性溶媒(1種または複数)の量は、好ましくは約3000ppm未満、より好ましくは約2000ppm未満、最も好ましくは約500ppm未満である。いくつかの実施形態では、また利用されるカソード-電解質-アノードシステム全体に応じて、使用される非反応性溶媒(1種または複数)が、電解質内のSEI形成の改善および/またはイオン利用可能性の改善など、カソード-電解質-アノードシステムに1つまたは複数の利点を提供するように意図的に選択される場合など、最終的なLiFSI塩生成物中に残留する非反応性溶媒が電池性能に有益である可能性がある。いくつかの実施形態では、必要に応じて、精製および/または反応性溶媒の除去/置換中に使用される追加量の非反応性溶媒(1種または複数)を添加して、最終電解質を生成することができる。LiFSIを処理するために使用される非反応性溶媒(1種または複数)が電池性能に有益である実施形態では、残留する非反応性溶媒の量は、2000ppm超または3000ppm超であってもよい。すべての精製ステップについて非反応性溶媒のみを使用して精製を行う場合、最終的なLiFSI塩生成物は、典型的には少なくとも約100ppmの非反応性溶媒(1種または複数)を有するが、典型的には約100ppm以下の反応性溶媒(1種または複数)を有する。本開示による反応性溶媒(1種または複数)の除去/置換後にLiFSI塩中に残留するのに適し得る非反応性溶媒の例としては、ヘキサン、炭化水素、トルエン、キシレン、芳香族溶媒、エステルおよびニトリルが挙げられる。 In some embodiments particularly suitable for use in lithium metal batteries, during the final ultra-purity LiFSI salt product (ie, after complete treatment of the process and / or purification disclosed herein). The amount of residual reactive solvent is preferably less than about 500 ppm, more preferably less than about 100 ppm, most preferably less than about 50 ppm. In some embodiments, depending on the entire cathode-electrolyte-anode system utilized, the non-reactive solvent remaining in the final LiFSI salt product adversely affects battery performance over the removed reactive solvent. May not be given. In such embodiments, the amount of non-reactive solvent (s) remaining in the final LiFSI salt product is preferably less than about 3000 ppm, more preferably less than about 2000 ppm, most preferably less than about 500 ppm. be. In some embodiments, the non-reactive solvent (s) used also, depending on the entire cathode-electrolyte-anode system utilized, can improve and / or ionize SEI formation within the electrolyte. Battery performance is the non-reactive solvent that remains in the final LiFSI salt product, such as when deliberately selected to provide one or more benefits to the cathode-electrolyte-anode system, such as improved properties. May be beneficial to. In some embodiments, additional amounts of the non-reactive solvent (s) used during purification and / or removal / replacement of the reactive solvent are added as needed to produce the final electrolyte. can do. In embodiments where the non-reactive solvent (s) used to treat LiFSI is beneficial to battery performance, the amount of non-reactive solvent remaining may be greater than 2000 ppm or greater than 3000 ppm. .. When purification is performed using only non-reactive solvents for all purification steps, the final LiFSI salt product typically has at least about 100 ppm of non-reactive solvent (s). It typically has about 100 ppm or less of the reactive solvent (s). Examples of non-reactive solvents that may be suitable to remain in the LiFSI salt after removal / substitution of the reactive solvent (s) according to the present disclosure include hexane, hydrocarbons, toluene, xylene, aromatic solvents, esters. And nitriles.

セクションI.D.2で上述したように、図2は、本開示の態様により作製された電気化学デバイス200を示す。この例では、上述した反応性溶媒低減LiFSI系電解質216の代わりに、セクションIIIにより生成された超高純度LiFSI系電解質216Bを使用してもよい。上述したように、精製LiFSI系電解質216Bに本開示の超高純度LiFSI系電解質を使用する利点は、合成不純物および反応性溶媒(1種または複数)などのLiFSI系電解質中に存在し得る不純物を、電気化学デバイス200での使用に許容可能なレベル(例えば、1または複数の不純物レベル仕様を満たす)まで低減できることである。精製LiFSI系電解質216Bを生成するために使用することができる超高純度LiFSI生成物(塩)の例および低レベルのそれらの様々な不純物の例は、上述されている。次いで、この超高純度LiFSI生成物を使用して、例えば、電気化学デバイス200の性能を向上させる1種または複数の溶媒、1種または複数の希釈剤、および/または1種または複数の添加剤を添加することによって、超高純度LiFSI系電解質216Bを生成することができる。次いで、超高純度LiFSI系電解質216Bを電気化学デバイス200に添加することができ、その後、容器220を密封することができる。 Section I. D. As mentioned above in 2, FIG. 2 shows an electrochemical device 200 made according to the aspects of the present disclosure. In this example, the ultra-high purity LiFSI-based electrolyte 216B produced by Section III may be used instead of the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 described above. As mentioned above, the advantage of using the ultra-high purity LiFSI-based electrolyte of the present disclosure for the purified LiFSI-based electrolyte 216B is that it contains impurities that may be present in the LiFSI-based electrolyte, such as synthetic impurities and reactive solvents (s). , To a level acceptable for use in the electrochemical device 200 (eg, satisfying one or more impurity level specifications). Examples of ultra-high purity LiFSI products (salts) that can be used to produce the purified LiFSI-based electrolyte 216B and examples of their various impurities at low levels are described above. The ultra-purity LiFSI product is then used, for example, to improve the performance of the electrochemical device 200, for example, one or more solvents, one or more diluents, and / or one or more additives. Can be added to produce an ultra-high purity LiFSI-based electrolyte 216B. The ultra-high purity LiFSI-based electrolyte 216B can then be added to the electrochemical device 200 and then the container 220 can be sealed.

リチウム金属電池用途における最終的な超高純度LiFSI塩生成物から多くの反応性溶媒(1種または複数)を除去するという要望を考慮して、本明細書に開示される精製方法は、精製を実施するために使用される方法の適切なステップ(1または複数)のための、リチウム金属に対して非反応性であることが知られている1種または複数の溶媒の選択によって増強され得る。 Given the desire to remove many reactive solvents (s) from the final ultra-purity LiFSI salt product in lithium metal battery applications, the purification methods disclosed herein are to purify. It can be enhanced by the selection of one or more solvents known to be non-reactive to the lithium metal for the appropriate step (s) of the method used to carry out.

いくつかの態様では、本開示は、反応性溶媒低減リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)生成物を生成する方法に関し、本方法は、LiFSIおよび1種または複数の反応性溶媒を含有する第1の粗LiFSIを提供すること、不活性条件下で、第1の粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させて、第1の粗LiFSIおよび1種または複数の反応性溶媒を含有する溶液を生成することであって、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒中のLiFSIの溶解度が25℃未満で少なくとも約35%であること、溶液を真空に供して、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒および1種または複数の反応性溶媒を除去し、固体塊を得ること、LiFSIが不溶性である少なくとも1種の第2の無水有機溶媒で固体塊を処理して、不溶性部分を有する組み合わせを生成すること、不活性雰囲気中で不溶性部分を単離すること、不溶性部分を少なくとも1種の乾燥不活性ガスでフラッシングして、微量の少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を除去すること、フラッシングされた不溶性部分を約100Torr未満の圧力に供して、反応性溶媒低減LiFSI生成物を得ることを含む。 In some embodiments, the present disclosure relates to a method for producing a reactive solvent-reduced lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) product, wherein the method comprises LiFSI and one or more reactive solvents. To provide one crude LiFSI, under inert conditions, contact the first crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent to provide the first crude LiFSI and one or more reactive solvents. The solubility of LiFSI in at least one first anhydrous organic solvent is at least about 35% below 25 ° C., and the solution is subjected to vacuum to produce at least one. The first anhydrous organic solvent and one or more reactive solvents are removed to obtain a solid mass, and the solid mass is treated with at least one second anhydrous organic solvent insoluble in LiFSI to be insoluble. Producing a moiety-bearing combination, isolating the insoluble moiety in an inert atmosphere, flushing the insoluble moiety with at least one dry inert gas to create a trace amount of at least one second anhydrous organic solvent. Includes removing the flushed insoluble moiety to a pressure of less than about 100 Torr to obtain a reactive solvent-reduced LiFSI product.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第1の粗LiFSIを提供することは、LiFSIおよび1種または複数の標的不純物を含有する第2の粗LiFSIを提供すること、不活性条件下で、第2の粗LiFSIを少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させて、LiFSIおよび1種または複数の標的不純物を含有する溶液を生成することであって、室温で少なくとも1種の第3の無水有機溶媒に対して、LiFSIが可溶性であり、1種または複数の標的不純物の各々が実質的に不溶性であること、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液に添加して、少なくとも1種の標的不純物を沈殿させることであって、LiFSIおよび1種または複数の標的不純物の各々が少なくとも1種の第4の無水有機溶媒に実質的に不溶性であること、1種または複数の標的不純物の各々の不溶性部分を溶液から濾過して、濾液を生成すること、濾液から溶媒を除去して、固体塊を得ること、固体塊を、LiFSIが実質的に不溶性である少なくとも1種の第5の無水有機溶媒と接触させること、および少なくとも1種の第5の無水有機溶媒からLiFSIを単離して、第1の粗LiFSIを得ることを含む。 In one or more embodiments of the method, providing a first crude LiFSI provides a LiFSI and a second crude LiFSI containing one or more target impurities, under inert conditions. The second crude LiFSI is contacted with at least one third anhydrous organic solvent to produce a solution containing LiFSI and one or more target impurities, wherein at least one first at room temperature. LiFSI is soluble in 3 anhydrous organic solvents and each of the one or more target impurities is substantially insoluble, and at least one fourth anhydrous organic solvent is added to the solution. Precipitating at least one target impurity, wherein each of LiFSI and one or more target impurities is substantially insoluble in at least one fourth anhydrous organic solvent, one or more. Filtering each insoluble portion of the target impurity from the solution to form a filtrate, removing the solvent from the filtrate to obtain a solid mass, the solid mass, at least one in which LiFSI is substantially insoluble. It involves contacting with a fifth anhydrous organic solvent and isolating LiFSI from at least one fifth anhydrous organic solvent to obtain a first crude LiFSI.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第2の粗LiFSIは、少なくとも1種の第3の無水有機溶媒に対して室温で少なくとも約50%の溶解度を有し、1種または複数の標的不純物の各々は、少なくとも1種の第3の無水有機溶媒に対して室温で約20パーツ・パー・ミリオン(ppm)以下である溶解度を有する。 In one or more embodiments of the method, the second crude LiFSI has a solubility of at least about 50% at room temperature with respect to at least one third anhydrous organic solvent and is one or more targets. Each of the impurities has a solubility of less than about 20 parts per million (ppm) at room temperature with respect to at least one third anhydrous organic solvent.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第2の粗LiFSIを少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させることは、第2の粗LiFSIを最小量の少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させることを含む。 In one or more embodiments of the method, contacting the second crude LiFSI with at least one third anhydrous organic solvent causes the second crude LiFSI to have a minimum amount of at least one third. Includes contact with anhydrous organic solvent.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、最小量の少なくとも1種の第3の無水有機溶媒は、溶液の約40重量%~約75重量%である。 In one or more embodiments of the method, the minimum amount of at least one third anhydrous organic solvent is from about 40% to about 75% by weight of the solution.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液に添加することは、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液の約10重量%以下の量で添加することを含む。 In one or more embodiments of the method, adding at least one fourth anhydrous organic solvent to the solution is an amount of at least one fourth anhydrous organic solvent in an amount of about 10% by weight or less of the solution. Including adding in.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第2の粗LiFSIと少なくとも1種の第3の無水有機溶媒との接触は、約25℃未満の温度で行われる。 In one or more embodiments of the method, contact of the second crude LiFSI with at least one third anhydrous organic solvent is carried out at a temperature of less than about 25 ° C.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第2の粗LiFSIと少なくとも1種の第3の無水有機溶媒との接触中に溶液の温度を制御して、温度を目標温度の約2℃以内に維持することを含む。 In one or more embodiments of the method, the temperature of the solution is controlled during contact between the second crude LiFSI and at least one third anhydrous organic solvent so that the temperature is within about 2 ° C. of the target temperature. Including maintaining in.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、濾過は、不活性雰囲気中で行われる。 In one or more embodiments of the method, filtration is performed in an inert atmosphere.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、不活性雰囲気は、アルゴンガスを含む。 In one or more embodiments of the method, the inert atmosphere comprises argon gas.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、溶媒を除去することは、真空中で行われる。 In one or more embodiments of the method, removing the solvent is done in vacuum.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、溶媒を除去することは、約0.1Torr以下の圧力で行われる。 In one or more embodiments of the method, removing the solvent is performed at a pressure of about 0.1 Torr or less.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、溶媒を除去することは、約40℃未満の温度で行われる。 In one or more embodiments of the method, removal of the solvent is carried out at a temperature below about 40 ° C.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、LiFSIを単離することは、少なくとも1種の第5の無水有機溶媒から固体形態のLiFSIを濾過することを含む。 In one or more embodiments of the method, isolating LiFSI comprises filtering the solid form of LiFSI from at least one fifth anhydrous organic solvent.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、LiFSIを単離することは、固体LiFSIを真空中で乾燥させることを含む。 In one or more embodiments of the method, isolating LiFSI comprises drying the solid LiFSI in vacuo.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、固体LiFSIを真空中で乾燥させることは、約0.1Torr以下の圧力で固体LiFSIを乾燥させることを含む。 In one or more embodiments of the method, drying the solid LiFSI in vacuum comprises drying the solid LiFSI at a pressure of about 0.1 Torr or less.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、1種または複数の標的不純物は、塩化リチウム(LiCl)、フッ化リチウム(LiF)、硫酸リチウム(LiSO)、フルオロ硫酸リチウム(LiSO)、フッ化水素(HF)、およびフルオロスルホン酸(FSOH)からなる群からの1種または複数の標的不純物を含む。 In one or more embodiments of the method, the one or more target impurities are lithium chloride (LiCl), lithium fluoride (LiF), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), lithium fluorosulfate (LiSO 3 ). Includes one or more target impurities from the group consisting of, hydrogen fluoride (HF), and fluorosulfuric acid (FSO 3H ).

本方法の1つまたは複数の実施形態では、1種または複数の標的不純物は硫酸リチウム(LiSO)を含み、1種または複数の標的不純物の各々の不溶性部分を濾過することは、LiSOの不溶性部分を同時に濾過することを含む。 In one or more embodiments of the method, one or more target impurities contain lithium sulphate (Li 2 SO 4 ), and filtering each insoluble portion of one or more target impurities is Li. 2 Includes simultaneous filtration of insoluble moieties of SO4 .

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第3の無水有機溶媒は、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、プロピルメチルカルボナート(PMC)、エチレンカルボナート(EC)、フルオロエチレンカルボナート(FEC)、トランスブチレンカルボナート、アセトニトリル、マロノニトリル、アジポニトリル、酢酸メチル、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(MP)、プロピオン酸エチル(EP)、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を含む。 In one or more embodiments of the method, the at least one third anhydrous organic solvent is dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), ethylmethylcarbonate (EMC), propylmethylcarbonate. (PMC), Ethyl Carbonate (EC), Fluoroethylene Carbonate (FEC), Transbutylene Carbonate, acetonitrile, Marononitrile, Adiponitrile, Methyl Acetate, Ethyl Acetate, Propyl Acetate, Butyl Acetate, Methyl Propionate (MP), Propion It contains at least one solvent selected from the group consisting of ethyl acetate (EP), methanol, ethanol, propanol and isopropanol.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第2の粗LiFSIを少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させることは、第2の粗LiFSIを、溶液の約50重量%~約75重量%の量の少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させることを含む。 In one or more embodiments of the method, contacting the second crude LiFSI with at least one third anhydrous organic solvent brings the second crude LiFSI to about 50% by weight to about 75% by weight of the solution. It comprises contacting with at least one third anhydrous organic solvent in an amount by weight%.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液に添加することは、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液の約10重量%以下の量で添加することを含む。 In one or more embodiments of the method, adding at least one fourth anhydrous organic solvent to the solution is an amount of at least one fourth anhydrous organic solvent in an amount of about 10% by weight or less of the solution. Including adding in.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒は、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を含む。 In one or more embodiments of the method, the at least one fourth anhydrous organic solvent is selected from the group consisting of dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane. Contains at least one solvent to be used.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液に添加することは、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液の約10重量%以下の量で添加することを含む。 In one or more embodiments of the method, adding at least one fourth anhydrous organic solvent to the solution is an amount of at least one fourth anhydrous organic solvent in an amount of about 10% by weight or less of the solution. Including adding in.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第5の無水有機溶媒は、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を含む。 In one or more embodiments of the method, at least one fifth anhydrous organic solvent is selected from the group consisting of dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane. Contains at least one solvent to be used.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒は、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を含む。 In one or more embodiments of the method, the at least one fourth anhydrous organic solvent is selected from the group consisting of dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane. Contains at least one solvent to be used.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第5の無水有機溶媒は、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を含む。 In one or more embodiments of the method, at least one fifth anhydrous organic solvent is selected from the group consisting of dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane. Contains at least one solvent to be used.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、遊離フッ素と実質的に反応しない容器内の乾燥雰囲気中に第1の粗LiFSIを配置すること、容器を約25℃未満の温度で保存することをさらに含む。 In one or more embodiments of the method, placing the first crude LiFSI in a dry atmosphere in a container that does not substantially react with free fluorine, and storing the container at a temperature below about 25 ° C. Further included.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、1種または複数の標的不純物は、第2の粗LiFSI中のLiFSIを合成するプロセスの副生成物である。 In one or more embodiments of the method, the one or more target impurities are by-products of the process of synthesizing LiFSI in the second crude LiFSI.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第1の粗LiFSIは、10パーツ・パー・ミリオン(ppm)以下のLiClを含む。 In one or more embodiments of the method, the first crude LiFSI comprises 10 parts per million (ppm) or less of LiCl.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第1の粗LiFSIは、1ppm未満のLiClを含む。 In one or more embodiments of the method, the first crude LiFSI contains less than 1 ppm LiCl.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第1の粗LiFSIは、約500パーツ・パー・ミリオン(ppm)以下のFSOLi、約100ppm以下のLiCl、および約150ppm以下のLiFを含有する。 In one or more embodiments of the method, the first crude LiFSI contains about 500 parts per million (ppm) or less FSO 3 Li, about 100 ppm or less LiCl, and about 150 ppm or less LiF. ..

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第2の粗LiFSIを提供することは、水性中和プロセスを使用して第2の粗LiFSIを合成することを含む。 In one or more embodiments of the method, providing a second crude LiFSI comprises synthesizing a second crude LiFSI using an aqueous neutralization process.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第1の粗LiFSIを提供することは、水性中和プロセスを使用して第1の粗LiFSIを合成することを含む。 In one or more embodiments of the method, providing the first crude LiFSI comprises synthesizing the first crude LiFSI using an aqueous neutralization process.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、反応性溶媒低減LiFSI生成物は、リチウム金属電池用の電解質の塩であり、本方法は、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒の各々を選択して、リチウムイオン電池の性能を向上させることをさらに含む。 In one or more embodiments of the method, the reactive solvent-reduced LiFSI product is a salt of an electrolyte for a lithium metal battery, the method selecting each of at least one first anhydrous organic solvent. Further, it includes improving the performance of the lithium ion battery.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第2の無水有機溶媒の各々を選択して、リチウムイオン電池の性能を向上させることをさらに含む。 One or more embodiments of the method further include selecting each of at least one second anhydrous organic solvent to improve the performance of the lithium ion battery.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、反応性溶媒低減LiFSI生成物は、添加剤溶媒を含有する電解質の塩であり、少なくとも1種の第1の無水溶媒の少なくとも1種は、添加剤溶媒と同じである。 In one or more embodiments of the method, the reactive solvent-reduced LiFSI product is a salt of the electrolyte containing an additive solvent and at least one of the first anhydrous solvents is an additive. Same as solvent.

いくつかの態様では、本開示は、電気化学デバイスを作製する方法に関し、本方法は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)塩を本明細書に列挙した方法のいずれかを用いて処理し、精製LiFSI塩を生成すること、精製LiFSI塩を使用して電解質を配合すること、正極、正極から離間した負極、および正極と負極との間に延在するボリュームを含む電気化学デバイス構造を提供し、電解質が存在する場合は、電解質中のイオンが正極と負極との間を移動することを可能にすること、およびボリュームに電解質を添加することを含む。 In some embodiments, the present disclosure relates to a method of making an electrochemical device, wherein the method treats a lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) salt using any of the methods listed herein. Provided an electrochemical device structure comprising producing a purified LiFSI salt, compounding an electrolyte using the purified LiFSI salt, a positive electrode, a negative electrode separated from the positive electrode, and a volume extending between the positive electrode and the negative electrode. And if an electrolyte is present, it involves allowing ions in the electrolyte to move between the positive and negative electrodes, and adding the electrolyte to the volume.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、電気化学デバイスは、電気化学電池であり、電気化学デバイス構造は、ボリューム内に配置されたセパレータをさらに含む。 In one or more embodiments of the method, the electrochemical device is an electrochemical cell, and the electrochemical device structure further comprises a separator disposed within the volume.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、電気化学電池は、リチウムイオン電池である。 In one or more embodiments of the method, the electrochemical battery is a lithium ion battery.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、電気化学電池は、リチウム金属電池である。 In one or more embodiments of the method, the electrochemical battery is a lithium metal battery.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、電気化学デバイスは、スーパーキャパシタである。 In one or more embodiments of the method, the electrochemical device is a supercapacitor.

いくつかの態様では、本開示は、正極、正極から離間した負極、正極と負極との間に位置する多孔質誘電体セパレータ、および少なくとも多孔質誘電体セパレータ内に含まれる電解質を含み、電解質が本明細書に記載の方法のいずれか1つを使用して生成されたLiFSI塩を使用して生成される、電気化学デバイスに関する。 In some embodiments, the present disclosure comprises a positive electrode, a negative electrode separated from the positive electrode, a porous dielectric separator located between the positive electrode and the negative electrode, and at least the electrolyte contained within the porous dielectric separator. It relates to an electrochemical device produced using a LiFSI salt produced using any one of the methods described herein.

電気化学デバイスの1つまたは複数の実施形態では、電気化学デバイスは、リチウム電池である。 In one or more embodiments of the electrochemical device, the electrochemical device is a lithium battery.

電気化学デバイスの1つまたは複数の実施形態では、電気化学デバイスは、リチウム金属二次電池である。 In one or more embodiments of the electrochemical device, the electrochemical device is a lithium metal secondary battery.

電気化学デバイスの1つまたは複数の実施形態では、電気化学デバイスは、スーパーキャパシタである。 In one or more embodiments of the electrochemical device, the electrochemical device is a supercapacitor.

上記は、本発明の例示的な実施形態の詳細な説明である。本明細書および本明細書に添付された特許請求の範囲において、特に明記または他に示されない限り、語句「X、YおよびZの少なくとも1つ」および「X、Y、およびZのうちの1つまたは複数」で使用されるような連言語は、連言リスト内の各項目が、リスト内の他のすべての項目を除く任意の数で、あるいは連言リスト内の任意のまたはすべての他の項目と組み合わせて任意の数で存在することができ、その各々が任意の数で存在してもよいことを意味すると解釈されることに留意されたい。この一般規則を適用して、連言リストがX、Y、およびZからなる前述の例における連言句は、Xのうちの1つまたは複数、Yのうちの1つまたは複数、Zのうちの1つまたは複数、Xのうちの1つまたは複数およびYのうちの1つまたは複数、Yのうちの1つまたは複数およびZのうちの1つまたは複数、Xのうちの1つまたは複数およびZのうちの1つまたは複数、ならびにXのうちの1つまたは複数、Yのうちの1つまたは複数およびZのうちの1つまたは複数を各々包含するものとする。 The above is a detailed description of an exemplary embodiment of the invention. The terms "at least one of X, Y and Z" and "one of X, Y, and Z, unless expressly specified or otherwise indicated in this specification and the claims attached herein. A conjunctive language, such as used in one or more, means that each item in the conjunctive list is any number except all other items in the list, or any or all others in the conjunctive list. It should be noted that it can be present in any number in combination with the item of, and is interpreted to mean that each may be present in any number. Applying this general rule, the conjunctive phrase in the above example where the conjunctive list consists of X, Y, and Z is one or more of X, one or more of Y, of Z. One or more of, one or more of X and one or more of Y, one or more of Y and one or more of Z, one or more of X And one or more of Z, and one or more of X, one or more of Y and one or more of Z, respectively.

本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および追加を行うことができる。上述した様々な実施形態の各々の特徴は、関連する新規の実施形態において多数の特徴の組み合わせを提供するために、必要に応じて他の記載された実施形態の特徴と組み合わせることができる。さらに、上記はいくつかの別個の実施形態を説明しているが、本明細書に記載されているものは、本発明の原理の適用の単なる例示である。さらに、本明細書の特定の方法は、特定の順序で実行されるものとして図示および/または説明することができるが、順序は、本開示の態様を達成するために当業者内で高度に多様である。したがって、この説明は、例としてのみ解釈されることを意図しており、本発明の範囲を限定するものではない。 Various modifications and additions can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Each feature of the various embodiments described above can be combined with the features of other described embodiments as needed to provide a combination of numerous features in the relevant novel embodiments. Further, although the above describes some separate embodiments, those described herein are merely exemplary of the application of the principles of the invention. Further, certain methods herein can be illustrated and / or described as being performed in a particular order, the order of which is highly diverse within one of ordinary skill in the art to achieve aspects of the present disclosure. Is. Therefore, this description is intended to be construed as an example only and is not intended to limit the scope of the invention.

例示的な実施形態が上に開示され、添付の図面に示されている。当業者であれば、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に具体的に開示されているものに対して様々な変更、省略、および追加を行うことができることを理解するであろう。
An exemplary embodiment is disclosed above and shown in the accompanying drawings. It will be appreciated by those skilled in the art that various modifications, omissions, and additions may be made to those specifically disclosed herein without departing from the spirit and scope of the invention. There will be.

関連出願データ
本出願は、2019年9月13日に出願され、「PURIFIED LITHIUM BIS(FLUOROSULFONYL)IMIDE(LiFSI)PRODUCTS,METHODS OF PURIFYING CRUDE LiFSI,AND USES OF PURIFIED LiFSI PRODUCTS」と題された米国非仮出願第16/570,262号の一部継続出願であり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願はまた、以下の出願の優先権の利益を主張し、その各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
2019年8月6日に出願され、「PROCESS FOR PRODUCING ULTRAPURE LITHIUM BIS(FLUOROSULFONYL)IMIDE(LiFSI)FOR LITHIUM METAL ANODE BATTERIES APPLICATIONS」と題する米国仮特許出願第62/883,177号明細書;
2019年8月6日に出願され、「PROCESS FOR REMOVING REACTIVE SOLVENT FROM LITHIUM BIS(FLUOROSULFONYL)IMIDE(LIFSI)USING ORGANIC SOLVENTS THAT ARE STABLE TOWARD ANODES IN LITHIUM-ION AND LITHIUM-METAL BATTERIES」と題する米国仮特許出願第62/883,178号明細書;
2019年4月30日に出願され、「PROCESS FOR REMOVING PROTIC SOLVENTS FROM LITHIUM BIS(FLUORO-SULFONYL)IMIDE(LiFSI)」と題する米国仮特許出願第62/840,949号明細書;
2018年11月16日に出願され、「PROCESS FOR THE PURIFICATION OF LITHIUM BIS(FLUOROSULFONYL)IMIDE(LiFSI)」と題する米国仮特許出願第62/768,447号。
Related Application Data This application was filed on September 13, 2019, and was filed on September 13, 2019, "PURIFIED LITHIUM BIS (FLUOROSULFONYL) IMIDE (LiFSI) PRODUCTS, METHODS OF PURIFYING CRUDE LiFSI, AND USES OF PURIFSI It is a partial continuation application of Application No. 16 / 570,262, which is incorporated herein by reference in its entirety. The application also asserts the priority interests of the following applications, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.
Filed on August 6, 2019, "PROCESS FOR PRODUCTING ULTRAPURE LITHIUM BIS (FLUOROSULFONYL) IMIDE (LiFSI) FOR LITHIUM METAL ANODE BATTERIES, Japanese Patent No. 7, Japanese Patent No. 7, APPLICATIONS, U.S.A.
Filed on August 6, 2019, "PROCESS FOR REMOVING SOLVENT FROM LITHIUM BIS (FLUOROSULFONYL) IMIDE (LIFSI) USING ORGANIC SOLVENTS THAT ALPHA 62 / 883,178;
US Provisional Patent Application No. 62 / 840,949, filed April 30, 2019, entitled "PROCESS FOR REMOVING PROTIC SOLVENTS FROM LITHIUM BIS (FLUORO-SULFONYL) IMIDE (LiFSI)";
US Provisional Patent Application No. 62 / 768,447, filed November 16, 2018, entitled "PROCESS FOR THE PURIFICANION OF LITHIUM BIS (FLUOROSULFONYL) IMIDE (LiFSI)".

本発明は、一般に、リチウム系電気化学デバイス用の電解質のためのリチウムスルホンイミド塩の分野に関する。特に、本発明は、リチウムイオンおよびリチウム金属電池のアノードに対して安定な有機溶媒を使用して、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)から反応性溶媒を除去するためのプロセスに関する。 The present invention generally relates to the field of lithium sulfoneimide salts for electrolytes for lithium-based electrochemical devices. In particular, the present invention relates to a process for removing a reactive solvent from a lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) using a lithium ion and an organic solvent stable to the anode of a lithium metal battery.

リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)は、その望ましい物理化学的および電気化学的特性のために、リチウム系電池の伝導性塩として報告されている。LiFSIは、融点が143℃であり、200℃まで熱的に安定である。LiFSIは、リチウムイオン電池の電解質に一般的に使用される塩である六フッ化リン酸リチウム(LiPF)と比較して、加水分解に対してはるかに優れた安定性を示す。LiFSIは、優れた溶解性、LiPF系電解質に匹敵するイオン伝導度、費用対効果、環境への優しさ、および良好な固体電解質界面(SEI)形成特性などの固有の特性のために、リチウムイオン電池の電解質/添加剤として大きな関心を集めている。電池電解質に使用されるLiFSIの純度レベルは、LiFSI系電解質を使用する電池の動作およびサイクル寿命にとって重要である可能性がある。しかし、LiFSIを合成するための多くの商業的プロセスは、合成プロセスによって生成される粗LiFSI中に残留する副生成物を生成する。LiFSI中の主な合成不純物は、フッ化リチウム(LiF)、塩化リチウム(LiCl)、硫酸リチウム(LiSO)、フルオロスルホン酸リチウム(LiFSO)、および酸型不純物、例えばフッ化水素(HF)である。これらの不純物は、電池にLiFSI塩を使用する前に、除去するか、または様々な許容レベルに低減しなければならない。しかし、それらを除去することは困難である可能性がある。 Lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) has been reported as a conductive salt in lithium-based batteries due to its desirable physicochemical and electrochemical properties. LiFSI has a melting point of 143 ° C and is thermally stable up to 200 ° C. LiFSI exhibits much better stability to hydrolysis compared to lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), which is a commonly used salt for lithium ion battery electrolytes. LiFSI is a lithium due to its unique properties such as excellent solubility, ionic conductivity comparable to LiPF 6 -based electrolytes, cost effectiveness, environmental friendliness, and good solid electrolyte interface (SEI) forming properties. It is attracting great interest as an electrolyte / additive for ion batteries. The purity level of LiFSI used in the battery electrolyte may be important for the operation and cycle life of the battery using the LiFSI-based electrolyte. However, many commercial processes for synthesizing LiFSI produce by-products that remain in the crude LiFSI produced by the synthesis process. The main synthetic impurities in LiFSI are lithium fluoride (LiF), lithium chloride (LiCl), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), lithium fluorosulfonate (LiFSO 3 ), and acid-type impurities such as hydrogen fluoride (LiF). HF). These impurities must be removed or reduced to various acceptable levels before using the LiFSI salt in the battery. However, it can be difficult to remove them.

粗LiFSIから上記の合成不純物などの不純物を除去するためのいくつかのプロセスは、リチウム金属に対して反応性である1種または複数の溶媒、例えばアルコール(1種または複数)および水などを利用する。また、粗LiFSIは、溶媒以外の手段により水を含んでいる可能性がある。したがって、そのようなLiFSIが、精製されたLiFSIがデバイスの電解質中に配置されたときに標的合成不純物のレベルが電気化学デバイスの機能を妨害しないほど十分に低い点まで精製されたとしても、この精製されたLiFSIは依然として二次リチウム金属電池での使用に適さない可能性がある。これは、精製LiFSIが、そうでなければ存在し得る標的不純物および/または水を除去するために使用される反応性溶媒の残留物を含有し、反応性溶媒残留物および/または水がデバイスのアノードのリチウム金属と反応し、それによってリチウム金属の完全性およびアノードが適切に機能する能力を破壊するためである。経時的には、電解質を製造するために使用されるLiFSI塩中の(1種または複数の)反応性溶媒の量が比較的少量であっても、二次リチウム金属電池の性能およびサイクル寿命に大きく影響する可能性がある。 Some processes for removing impurities such as the above synthetic impurities from crude LiFSI utilize one or more solvents that are reactive with the lithium metal, such as alcohol (s) and water. do. In addition, the crude LiFSI may contain water by means other than the solvent. Thus, even if such LiFSI is purified to a point where the level of targeted synthetic impurities is low enough not to interfere with the function of the electrochemical device when the purified LiFSI is placed in the electrolyte of the device. Purified LiFSI may still not be suitable for use in secondary lithium metal batteries. This is because the purified LiFSI contains a residue of the reactive solvent used to remove target impurities and / or water that may otherwise be present, and the reactive solvent residue and / or water of the device. This is because it reacts with the lithium metal of the anode, thereby destroying the integrity of the lithium metal and the ability of the anode to function properly. Over time, even relatively small amounts of the reactive solvent (s) in the LiFSI salt used to produce the electrolyte will affect the performance and cycle life of the secondary lithium metal battery. It can have a big impact.

合成不純物のレベルが非常に低いだけでなく、反応性溶媒のレベルも非常に低い超高純度LiFSI塩が必要とされている。 There is a need for ultra-high purity LiFSI salts with very low levels of synthetic impurities as well as very low levels of reactive solvents.

一実施態様では、本開示は、反応性溶媒低減リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)生成物(reduced-reactive-solvent lithium bis(fluorosulfonyl) imide (LiFSI) product)を生成する方法に関する。本方法は、LiFSIおよび1種または複数の反応性溶媒を含有する第1の粗LiFSIを提供すること、不活性条件下で、第1の粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させて、第1の粗LiFSIおよび1種または複数の反応性溶媒を含有する溶液を生成することであって、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒中のLiFSIの溶解度が25℃未満で少なくとも約35%であること、溶液を真空に供して、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒および1種または複数の反応性溶媒を除去し、固体塊(solid mass)を得ること、LiFSIが不溶性である少なくとも1種の第2の無水有機溶媒で固体塊を処理して、不溶性部分を有する組み合わせを生成すること、不活性雰囲気中で不溶性部分を単離すること、不溶性部分を少なくとも1種の乾燥不活性ガスでフラッシングして、微量の少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を除去すること、およびフラッシングされた不溶性部分を約100Torr未満の圧力に供して、反応性溶媒低減LiFSI生成物を得ることを含む。 In one embodiment, the present disclosure relates to a method for producing a reduced-reactive-solvent lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) product. The method provides a first crude LiFSI containing LiFSI and one or more reactive solvents, the first crude LiFSI under inert conditions with at least one first anhydrous organic solvent. Contacting is to produce a solution containing the first crude LiFSI and one or more reactive solvents, wherein the solubility of LiFSI in at least one first anhydrous organic solvent is less than 25 ° C. LiFSI is at least about 35%, subjecting the solution to vacuum to remove at least one first anhydrous organic solvent and one or more reactive solvents to obtain a solid mass. Treating the solid mass with at least one second anhydrous organic solvent that is insoluble to produce a combination with an insoluble moiety, isolating the insoluble moiety in an inert atmosphere, at least one insoluble moiety. Reactive solvent-reduced LiFSI product by flushing with a dry inert gas to remove traces of at least one second anhydrous organic solvent and subjecting the flushed insoluble moiety to a pressure of less than about 100 Torr. Including getting.

本発明を説明する目的で、図面は、本発明の1つまたは複数の実施形態の態様を示す。しかし、本発明は、図面に示された正確な配置および手段に限定されないことを理解されたい。 For purposes of illustrating the invention, the drawings show aspects of one or more embodiments of the invention. However, it should be understood that the invention is not limited to the exact arrangement and means shown in the drawings.

本開示の態様によるリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)中の反応性溶媒を低減するマルチパス方法を示す流れ図である。It is a flow chart which shows the multipath method which reduces the reactive solvent in lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) by the aspect of this disclosure.

本開示の態様により作製された電気化学デバイスを示す高レベル図である。It is a high level figure which shows the electrochemical device made by the aspect of this disclosure.

本開示の態様によるLiFSIを精製するマルチパス方法を示す流れ図である。It is a flow chart which shows the multipath method for purifying LiFSI by the aspect of this disclosure.

本開示の態様により合成されたLiFSI塩を利用する非水電解質(上の線)および市販のLiFSI塩を利用する同様の非水電解質(下の線)の放電容量対サイクル数のグラフである。It is a graph of the discharge capacity vs. the number of cycles of a non-aqueous electrolyte using a LiFSI salt synthesized according to the present disclosure (upper line) and a similar non-aqueous electrolyte using a commercially available LiFSI salt (lower line).

本開示の態様により合成されたLiFSI塩を利用する非水電解質(上の線)および市販のLiFSI塩を利用する同様の非水電解質(下の線)の容量維持率対サイクル数のグラフである。It is a graph of the capacity retention rate vs. the number of cycles of a non-aqueous electrolyte using a LiFSI salt synthesized according to the present disclosure (upper line) and a similar non-aqueous electrolyte using a commercially available LiFSI salt (lower line). ..

いくつかの態様では、本開示は、粗リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)から1種または複数の反応性溶媒を除去する方法に関する。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、特に明記しない限り、「溶媒(solvent)」または「溶媒(solvents)」などを修飾するための「反応性」という用語の使用は、(1種または複数の)溶媒がリチウム系電池内のリチウム金属、例えばリチウム金属電池のアノード中のリチウム金属に対して反応性であることを意味するものとする。当業者が理解するように、この文脈における「反応性」は、(1種または複数の)溶媒に対するリチウム金属の還元電位の大きさを指す。反応性溶媒は、比較的低い還元電位を有するリチウム金属に対して比較的高い還元電位を有する反応性プロトンを有する。反応性溶媒の例としては、水などのプロトン性溶媒、およびアルコールなどの反応性有機溶媒が挙げられる。逆に、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、特に明記しない限り、「溶媒(solvent)」または「溶媒(solvents)」などを修飾するための「非反応性」という用語の使用は、(1種または複数の)溶媒がリチウム金属に対して非反応性であることを意味するものとする。また、(1種または複数の)反応性溶媒は、リチウム金属を不動態化するのに有効ではないが、(1種または複数の)非反応性溶媒は、リチウム金属に対して非反応性であるか、またはリチウム金属に対して効果的に不動態化する、すなわち、電解質/リチウムアノードシステムを動的に安定にする。非反応性溶媒の例としては、ジメチルカルボナート、エチルメチルカルボナート、ジエチルカルボナート、フッ素含有カルボナートおよびグリコールエーテルが挙げられる。 In some embodiments, the present disclosure relates to a method of removing one or more reactive solvents from a crude lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI). As used herein and in the context of the accompanying patent claims, the use of the term "reactive" to modify "solvents" or "solvents", etc., unless otherwise stated. It is assumed that the solvent (s) is reactive with a lithium metal in a lithium-based battery, for example, a lithium metal in the anode of a lithium metal battery. As will be appreciated by those skilled in the art, "reactivity" in this context refers to the magnitude of the reduction potential of a lithium metal with respect to a solvent (s). The reactive solvent has a reactive proton having a relatively high reduction potential with respect to a lithium metal having a relatively low reduction potential. Examples of the reactive solvent include a protonic solvent such as water and a reactive organic solvent such as alcohol. Conversely, as used herein and in the appended claims, the term "non-reactive" to modify "solvents" or "solvents" and the like, unless otherwise stated. The use of is meant that the solvent (s) is non-reactive with the lithium metal. Also, reactive solvents (s) are not effective in passivating lithium metals, whereas non-reactive solvents (s) are non-reactive with lithium metals. There is or effectively passivates to the lithium metal, i.e. dynamically stabilizes the electrolyte / lithium anode system. Examples of non-reactive solvents include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, fluorine-containing carbonate and glycol ether.

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、LiFSIを指す場合の「粗」という用語および同様の用語は、少なくともLiFSIと、LiFSIの合成および/または精製から生じるかまたはLiFSIに存在する反応性溶媒などの1種または複数の反応性溶媒を含む合成生成物を示す。リチウムイオン電池およびリチウム金属電池用の電解質に使用されるLiFSI塩中の(1種または複数の)反応性溶媒の存在は、そのような電池の放電容量および容量維持率などのサイクル性能に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、LiFSI塩中に存在する(1種または複数の)反応性溶媒を可能な限り多く除去することが望ましい。そのような反応性溶媒はまた、本明細書および添付の特許請求の範囲において「溶媒残留物(solvent residue)」または「溶媒残留物(solvent residues)」と呼ばれることもある。粗LiFSIは、セクションIIで後述する不純物などのさらなる不純物を含有し得る。 As used herein and in the appended claims, the term "crude" and similar terms when referring to LiFSI result from or are present at least LiFSI and the synthesis and / or purification of LiFSI. A synthetic product comprising one or more reactive solvents, such as a reactive solvent, is shown. The presence of reactive solvent (s) in LiFSI salts used in electrolytes for lithium-ion batteries and lithium metal batteries adversely affects cycle performance such as battery discharge capacity and capacity retention. May affect. Therefore, it is desirable to remove as much of the reactive solvent (s) present in the LiFSI salt as possible. Such reactive solvents may also be referred to as "solvent residues" or "solvent residues" as used herein and in the appended claims. The crude LiFSI may contain additional impurities, such as the impurities described below in Section II.

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、「無水」という用語は、約1重量%以下の水、典型的には約0.5重量%以下の水、しばしば約0.1重量%以下の水、より頻繁には約0.01重量%以下の水、最も頻繁には約0.001重量%以下の水を有することを指す。この定義内で、「実質的に無水」という用語は、約0.1重量%以下の水、典型的には約0.01重量%以下の水、しばしば約0.001重量%以下の水を有することを指す。 As used herein and in the appended claims, the term "anhydrous" refers to about 1% by weight or less of water, typically about 0.5% by weight or less of water, often about 0.1%. It refers to having water of less than or equal to weight, more often less than or less than about 0.01% by weight, and most often less than or less than about 0.001% by weight. Within this definition, the term "substantially anhydrous" refers to water of about 0.1% by weight or less, typically about 0.01% by weight or less, often about 0.001% by weight or less. Refers to having.

本開示を通して、「約」という用語は、対応する数値と共に使用される場合、数値の±20%、典型的には数値の±10%、しばしば数値の±5%、最も頻繁には数値の±2%を指す。いくつかの実施形態では、「約」という用語は、数値自体を意味することができる。 Throughout this disclosure, the term "about", when used with the corresponding number, is ± 20% of the number, typically ± 10% of the number, often ± 5% of the number, and most often ± of the number. Refers to 2%. In some embodiments, the term "about" can mean the number itself.

本明細書に記載されるおよび/または添付の特許請求の範囲で対処される合成および精製反応のいずれかなどの化学反応を説明する場合、「処理する」、「接触させる」、および「反応させる」という用語は互換的に使用され、示されたおよび/または(1種または複数の)所望の生成物を生成するのに十分な条件下で2種以上の試薬を添加または混合することを指す。示されたおよび/または所望の生成物を生成する反応は、必ずしも最初に添加された(1種または複数の)試薬の組み合わせから直接生じるとは限らないことを理解されたい。すなわち、混合物中で生成され、最終的に、示されたおよび/または所望の生成物の形成をもたらす1種または複数の中間体が存在し得る。 When describing a chemical reaction, such as any of the synthetic and purification reactions described herein and / or addressed within the appended claims, "treat," "contact," and "react." The term is used interchangeably and refers to the addition or mixing of two or more reagents under conditions sufficient to produce the indicated and / or desired product (s). .. It should be appreciated that the reactions shown and / or producing the desired product do not necessarily result directly from the combination of reagents added initially (s). That is, there may be one or more intermediates that are produced in the mixture and ultimately result in the formation of the indicated and / or desired product.

商業規模では、粗LiFSIは通常、LiFSIが合成または精製される溶媒源に由来するメタノール、エタノールまたは水などの1種または複数の反応性溶媒残留物を含む。これらの反応性溶媒残留物は、アルカリ金属塩と非常に強く溶媒和することが知られており、高温に加熱することなく真空下で吸引することによって除去することは困難である。しかし、LiFSIは、反応性溶媒の存在下では高温での加熱に対して不安定であり、高熱はLiFSIの脱フッ素化を引き起こし、腐食性であることが知られている強酸であるフッ化水素(HF)を生成する。以下のスキームは、加熱時のプロトン性溶媒を含むLiFSIの脱フッ素化を示す。

Figure 2022507458000012
On a commercial scale, crude LiFSI usually contains one or more reactive solvent residues such as methanol, ethanol or water from the solvent source from which LiFSI is synthesized or purified. These reactive solvent residues are known to be very strongly solvated with alkali metal salts and are difficult to remove by suction under vacuum without heating to high temperatures. However, LiFSI is unstable to heating at high temperatures in the presence of reactive solvents, and high heat causes defluorination of LiFSI, which is a strong acid known to be corrosive, hydrogen fluoride. (HF) is generated. The following scheme shows the defluorination of LiFSI containing a protonic solvent during heating.
Figure 2022507458000012

すべてのプロトン性溶媒はまた、プロトン還元を受けて水素ガスを生成する傾向があり、それらは一般に、プロトン還元が速度論的に遅い水銀または炭素などの電極を用いた還元電気化学にのみ使用される。プロトン性溶媒はまた、リチウム系電池中に存在するリチウム金属と反応し、特に、以下のスキームによりリチウム金属電池(lithium-metal battery)のリチウム金属アノードと反応して水素ガスを生成する。

Figure 2022507458000013
All protic solvents also tend to undergo proton reduction to produce hydrogen gas, which are generally used only for reduction electrochemical using electrodes such as mercury or carbon, which are kinetically slow in proton reduction. To. The protonic solvent also reacts with the lithium metal present in the lithium-based battery and, in particular, reacts with the lithium metal anode of the lithium -metal battery to produce hydrogen gas according to the following scheme.
Figure 2022507458000013

上記の詳細はLiFSIに関するものであるが、粗リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、特に商業規模プロセスを使用して製造された粗LiTFSIについても、反応性溶媒に関する同じまたは同様の問題が存在することに留意されたい。その結果、粗LiFSIについて本明細書に記載の1種または複数の反応性溶媒のそれぞれの量を減少させる一般的な方法論も、粗LiTFSIに関連する。 Although the above details relate to LiFSI, crude lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imides (LiTFSI), especially crude LiTFSI manufactured using commercial scale processes, have the same or similar problems with reactive solvents. Note that it exists. As a result, general methodologies for reducing the amount of each of the one or more reactive solvents described herein for crude LiFSI are also relevant to crude LiTFSI.

別の態様では、本開示は、LiFSIと、比較的低レベルの1種または複数の反応性溶媒、例えば粗LiFSIの合成および/または精製に使用される1種または複数の反応性溶媒とを含有する反応性溶媒低減(reduced-reactive-solvent)LiFSI生成物に関する。粗LiFSIまたはLiTFSI中に存在し得る反応性溶媒の例としては、とりわけ、単独または互いに様々な組み合わせでの、水、メタノール、エタノールおよびプロパノールが挙げられる。以下でより詳細に説明するように、そのような反応性溶媒低減LiFSI生成物は、開示された基本プロセスのうちの1種の単回パススルー、あるいは開示された基本プロセスのうちの1種または複数の複数回パススルーにおいて反応性溶媒低減LiFSI生成物を生成することができる本開示の反応性溶媒低減方法を使用して生成することができる。 In another aspect, the disclosure comprises LiFSI and one or more reactive solvents used for the synthesis and / or purification of relatively low levels of one or more reactive solvents, such as crude LiFSI. Reduced-reactive-solvent with respect to LiFSI products. Examples of reactive solvents that may be present in crude LiFSI or LiTFSI include, among others, water, methanol, ethanol and propanol, alone or in various combinations with each other. As described in more detail below, such reactive solvent-reduced LiFSI products may be a single passthrough of one of the disclosed basic processes, or one or more of the disclosed basic processes. It can be produced using the reactive solvent reduction method of the present disclosure, which is capable of producing a reactive solvent-reduced LiFSI product in multiple pass-throughs.

なおさらなる態様では、本開示は、本開示のLiFSI塩生成物の使用に関する。例えば、本開示のLiFSI塩生成物を使用して、電池またはスーパーキャパシタ、特に二次リチウムイオン電池および二次リチウム金属電池などの任意の適切な電気化学デバイスで使用することができる電解質を生成することができる。 In yet a further aspect, the present disclosure relates to the use of the LiFSI salt products of the present disclosure. For example, the LiFSI salt products of the present disclosure are used to produce an electrolyte that can be used in any suitable electrochemical device such as a battery or supercapacitor, in particular a secondary lithium ion battery and a secondary lithium metal battery. be able to.

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される方法を使用した(1種または複数の)反応性溶媒の除去および/または(1種または複数の)反応性溶媒の(1種または複数の)非反応性溶媒による置換は、LiFSI(またはLiTFSI)の特定の使用に十分であり得るが、他の場合では、本開示の反応性溶媒除去/置換方法を他の方法で利用可能なLiFSI生成物よりも高純度のLiFSI生成物に適用することが有益であり得る。以下に具体的に扱うそのような高純度LiFSIを提供する2つの経路は、粗LiFSIから非溶媒不純物を除去する方法、および水性中和プロセスを使用して粗LiFSIを合成する方法である。結果として、以下に述べるように、本開示の追加の態様は、これらの方法およびプロセス、ならびに本明細書に開示される2つ以上の方法の様々な組み合わせ、それらの付随する中間体および最終生成物ならびにそれらの使用を含み、これらは以下ですぐに述べる。 In some embodiments, the methods disclosed herein are used to remove (s) reactive solvents and / or (s) reactive solvents (s). Substitution with a non-reactive solvent may be sufficient for a particular use of LiFSI (or LiTFSI), but in other cases LiFSI generation in which the reactive solvent removal / replacement methods of the present disclosure can be used otherwise. It may be beneficial to apply to LiFSI products of higher purity than the product. The two routes that provide such high-purity LiFSI specifically addressed below are a method of removing non-solvent impurities from the crude LiFSI and a method of synthesizing the crude LiFSI using an aqueous neutralization process. As a result, as described below, additional embodiments of the present disclosure include various combinations of these methods and processes, as well as two or more of the methods disclosed herein, their accompanying intermediates and final production. These include objects as well as their use, which are described shortly below.

いくつかの追加の態様では、本開示は、粗LiFSIから様々な非溶媒不純物のうちのいずれか1種または複数を除去するために粗LiFSIを精製する方法に関する。非溶媒不純物除去の文脈および添付の特許請求の範囲で使用される場合、「粗LiFSI」という用語および同様の用語は、少なくともLiFSIと、LiFSIの合成から生じる非溶媒不純物などの1種または複数の非溶媒不純物とを含む合成生成物を示す。以下および添付の特許請求の範囲では、この種の不純物は、「合成不純物」と呼ばれる。開示された方法を使用してある程度または別の程度まで除去される標的となる不純物の各々は、本明細書および添付の特許請求の範囲において「標的不純物」と呼ばれる。一例では、標的不純物は、上記のようにLiFSIの合成の副生成物である合成不純物である可能性がある。 In some additional embodiments, the present disclosure relates to a method of purifying crude LiFSI to remove any one or more of various non-solvent impurities from crude LiFSI. As used in the context of non-solvent impurity removal and in the appended claims, the term "crude LiFSI" and similar terms refer to at least LiFSI and one or more non-solvent impurities resulting from the synthesis of LiFSI. The synthetic product containing non-solvent impurities is shown. In the following and attached claims, this type of impurity is referred to as a "synthetic impurity". Each of the targeted impurities that is removed to some extent or to some extent using the disclosed method is referred to as "targeted impurities" as used herein and in the appended claims. In one example, the target impurity may be a synthetic impurity that is a by-product of the synthesis of LiFSI as described above.

商業規模では、粗LiFSIは、一般に、フッ化水素(HF)、フルオロ硫酸(FSOH)、塩化水素(HCl)、および硫酸(HSO)などの様々な濃度の合成不純物を含む水素ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)を、炭酸リチウム(LiCO)または水酸化リチウム(LiOH)で中和することによって得られる。一例として、LiOHベースの合成を使用すると、粗LiFSIを生成するこのプロセス中に、以下のスキームによって、HFSIおよびHF、FSOH、HCl、およびHSOなどの不純物が対応するLi塩に変換されて、LiFSI、LiSO、FSOLi、LiF、およびLiClがそれぞれ生成される。

Figure 2022507458000014

この例では、LiSO、FSOLi、LiF、およびLiClは、粗LiFSIから除去されることが望ましい標的不純物(ここでは、合成不純物)である。いくつかの実施形態では、本開示の精製方法は、LiSO、FSOLi、LiF、およびLiClのうちの1種または複数などの1種または複数の合成不純物、および/または開示された方法による除去に適した分子構造および特性を有する任意の他の不純物を除去し、その各々は本開示の用語では「標的不純物」である。 On a commercial scale, crude LiFSI is generally hydrogen containing various concentrations of synthetic impurities such as hydrogen fluoride (HF), fluorosulfuric acid (FSO 3 H), hydrogen chloride (HCl), and sulfuric acid (H 2 SO 4 ). It is obtained by neutralizing bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) with lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) or lithium hydroxide (LiOH). As an example, using LiOH-based synthesis, impurities such as HFSI and HF, FSO 3 H, HCl, and H 2 SO 4 can be added to the corresponding Li salts by the following scheme during this process to produce crude LiFSI. The conversion produces LiFSI, Li 2 SO 4 , FSO 3 Li, LiF, and Li Cl, respectively.
Figure 2022507458000014

In this example, Li 2 SO 4 , FSO 3 Li, LiF, and LiCl are target impurities (here, synthetic impurities) that should be removed from the crude LiFSI. In some embodiments, the purification methods of the present disclosure are one or more synthetic impurities, such as one or more of Li 2 SO 4 , FSO 3 Li, LiF, and Li Cl, and / or disclosed. It removes any other impurities with molecular structure and properties suitable for removal by method, each of which is a "target impurity" in the terms of the present disclosure.

別の態様では、本開示は、LiFSIと、比較的低レベルの1種または複数の標的不純物、例えば1つまたは複数の合成不純物、例えば上述のLiSO、FSOLi、LiF、およびLiClとを含有する精製LiFSI生成物に関する。以下でより詳細に説明するように、そのような精製LiFSI生成物は、開示された基本プロセスのうちの1種の単回パススルー、あるいは開示された基本プロセスのうちの1種または複数の複数回パススルーにおいて精製LiFSI生成物を生成することができる本開示の精製方法を使用して生成することができる。 In another aspect, the present disclosure discloses LiFSI and relatively low levels of one or more target impurities, such as one or more synthetic impurities, such as the Li 2 SO 4 , FSO 3 Li, LiF, and LiCl described above. With respect to purified LiFSI products containing. As described in more detail below, such purified LiFSI products may be a single passthrough of one of the disclosed basic processes, or one or more of the disclosed basic processes. It can be produced using the purification methods of the present disclosure which can produce purified LiFSI products in pass-through.

なおさらなる態様では、本開示は、本開示のLiFSI塩生成物の使用に関する。例えば、本開示のLiFSI塩生成物を使用して、電池またはスーパーキャパシタなどの任意の適切な電気化学デバイスで使用することができる電解質を生成することができる。 In yet a further aspect, the present disclosure relates to the use of the LiFSI salt products of the present disclosure. For example, the LiFSI salt products of the present disclosure can be used to produce electrolytes that can be used in any suitable electrochemical device such as batteries or supercapacitors.

さらに別の態様では、本開示は、不純物の除去に続く水性中和法を使用してLiFSIを合成する方法に関する。以下により詳細に説明するように、1つの例示的なLiFSI合成方法は、水素ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)(例えば、精製HFSI)を脱イオン水中の1種または複数のリチウム塩基で中和して、LiFSIおよび1種または複数の合成不純物の水溶液を得ることを含む。追加のステップは、脱イオン水の少なくとも一部を除去して粗LiFSIを得ること、次いで粗LiFSIを精製して1種または複数の合成不純物の少なくとも一部を除去することを含んでもよい。 In yet another aspect, the present disclosure relates to a method of synthesizing LiFSI using an aqueous neutralization method following removal of impurities. As described in more detail below, one exemplary LiFSI synthesis method neutralizes hydrogen bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) (eg, purified HFSI) with one or more lithium bases in deionized water. To obtain an aqueous solution of LiFSI and one or more synthetic impurities. Additional steps may include removing at least a portion of the deionized water to obtain crude LiFSI and then purifying the crude LiFSI to remove at least a portion of one or more synthetic impurities.

またさらなる態様では、本開示は、本明細書に開示された様々な方法の様々な組み合わせのいずれか1つを実行することに関する。例えば、全体的なプロセスは、本開示の水性中和合成方法を使用してLiFSIを合成することと、この合成に続いて、合成されたLiFSIを使用して、本開示の非反応性溶媒精製プロセスもしくは本開示の反応性溶媒低減/置換方法、またはこれら2つの組み合わせのいずれかを実施することとを含むことができる。両方の追加の方法が使用される場合、特にいずれかの反応性溶媒が非反応性溶媒精製プロセスで使用される場合、反応性溶媒低減/置換方法を最後に行うことが一般に好ましい。別の例として、全体的なプロセスは、商業的に供給され、従来法で合成された粗LiFSIなどの既に合成された粗LiFSIから開始し、次いで、本開示の非反応性溶媒精製プロセスまたは本開示の反応性溶媒低減/置換方法の一方、他方または両方を行うことを含み得る。 Also in a further aspect, the present disclosure relates to performing any one of the various combinations of the various methods disclosed herein. For example, the overall process is to synthesize LiFSI using the aqueous neutralization synthesis method of the present disclosure, followed by this synthesis using the synthesized LiFSI to purify the non-reactive solvent of the present disclosure. It can include the process, the reactive solvent reduction / substitution methods of the present disclosure, or any combination of the two. If both additional methods are used, especially if either reactive solvent is used in the non-reactive solvent purification process, it is generally preferred to carry out the reactive solvent reduction / substitution method last. As another example, the overall process begins with an already synthesized crude LiFSI, such as a commercially supplied crude LiFSI synthesized by conventional methods, followed by the non-reactive solvent purification process or book of the present disclosure. It may include performing one, the other or both of the reactive solvent reduction / substitution methods disclosed.

なおさらなる態様では、本開示は、直前の段落に記載された方法の組み合わせのいずれか1つを使用して生成されたLiFSIを含有する精製LiFSI生成物、直前の段落に記載された組み合わせのいずれか1つを使用して生成された精製LiFSI塩を使用して生成された電解質、およびそのような電解質の使用に関する。 In yet a further aspect, the present disclosure is either a purified LiFSI product containing LiFSI produced using any one of the combinations of methods described in the preceding paragraph, or any of the combinations described in the preceding paragraph. With respect to electrolytes produced using purified LiFSI salts produced using one of them, and the use of such electrolytes.

本開示の前述および他の態様の詳細を以下に説明する。 Details of the aforementioned and other aspects of the present disclosure will be described below.

I.反応性溶媒(1種または複数)の除去/置換 I. Removal / replacement of reactive solvent (s)

このセクションは、リチウムスルホンイミド塩中の反応性溶媒を除去および/または置換する方法、それによって生成される反応性溶媒低減リチウムスルホンイミド塩、およびそのような反応性溶媒低減リチウムスルホンイミド塩の使用を扱う。 This section covers methods of removing and / or substituting reactive solvents in lithium sulfoneimide salts, the reactive solvent-reduced lithium sulfoneimide salts produced thereby, and the use of such reactive solvent-reduced lithium sulfoneimide salts. Handle.

I.A.粗LiFSI中の反応性溶媒(1種または複数)を除去/置換する例示的な方法 I. A. An exemplary method of removing / replacing the reactive solvent (s) in the crude LiFSI.

上記のように、粗LiFSIは、例えば、LiFSIの合成および/または精製からの残留物として、1種または複数の反応性溶媒を含むことができる。本開示の反応性溶媒除去方法を使用して、粗LiFSI中の1種または複数の反応性溶媒を完全に除去することを含めて低減することができる。反応性溶媒(1種または複数)の除去は、1種または複数の非反応性溶媒を利用し、非反応性溶媒(1種または複数)の少なくとも一部は、反応性溶媒除去方法を完了した後に残留するので、いくつかの実施形態では、この方法は、また/あるいは、溶媒置換方法と考えられてもよく、望ましくない反応性溶媒(1種または複数)は、反応性溶媒(1種または複数)の電池性能に悪影響を及ぼさない非反応性溶媒(1種または複数)に置換される。以下に記載されるように、いくつかの実施形態では、残留する非反応性溶媒(1種または複数)は、約3000ppm以下、例えば約100ppm~約3000ppmの範囲であることが多い。 As mentioned above, the crude LiFSI can include, for example, one or more reactive solvents as residues from the synthesis and / or purification of LiFSI. The reactive solvent removal methods of the present disclosure can be used to reduce the amount, including the complete removal of one or more reactive solvents in the crude LiFSI. The removal of the reactive solvent (s) used one or more non-reactive solvents, and at least a portion of the non-reactive solvents (s) completed the reactive solvent removal method. In some embodiments, this method may also be considered as a solvent replacement method, as it remains behind, and the undesired reactive solvent (s) may be a reactive solvent (s). It is replaced with a non-reactive solvent (s) that does not adversely affect the battery performance of (s). As described below, in some embodiments, the residual non-reactive solvent (s) is often in the range of about 3000 ppm or less, eg, about 100 ppm to about 3000 ppm.

いくつかの実施形態では、反応性溶媒除去方法は、不活性条件下で粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させて、粗LiFSIおよび1種または複数の反応性溶媒を含有する溶液を生成することを含む。一般に、このステップは、イオンに結合した配位反応性溶媒分子を所望の非反応性分子で置換することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒中のLiFSIの溶解度は、室温で少なくとも約35%~約65%である。いくつかの実施形態では、粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させることは、粗LiFSIを、溶液全体の重量に対して約35重量%~約65重量%の範囲内にある量の少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させることを含む。 In some embodiments, the reactive solvent removal method comprises contacting the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent under inert conditions to contain the crude LiFSI and one or more reactive solvents. Includes producing a solution. In general, this step involves replacing the ion-bound coordination-reactive solvent molecule with the desired non-reactive molecule. In some embodiments, the solubility of LiFSI in at least one first anhydrous organic solvent is at least about 35% to about 65% at room temperature. In some embodiments, contacting the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent keeps the crude LiFSI in the range of about 35% to about 65% by weight based on the total weight of the solution. It involves contacting with an amount of at least one first anhydrous organic solvent.

LiFSIと少なくとも1種の第1の無水有機溶媒との接触中の不活性条件は、とりわけ、アルゴンガスおよび/または窒素ガス、および/または他の不活性乾燥(すなわち、無水)ガスを使用するなど、任意の適切な技術を使用して生成することができる。精製方法は、1気圧など、任意の適切な圧力で実施することができる。 Inactive conditions during contact of LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent include, among other things, the use of argon gas and / or nitrogen gas, and / or other inert dry (ie, anhydrous) gas. , Can be produced using any suitable technique. The purification method can be carried out at any suitable pressure, such as 1 atmosphere.

少なくとも1種の第1の無水有機溶媒の各々が選択され得る無水有機溶媒の例としては、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、プロピルメチルカルボナート(PMC)、エチレンカルボナート(EC)、フルオロエチレンカルボナート(FEC)、およびトランスブチレンカルボナートなどの有機カルボナート、アセトニトリル、マロノニトリル、およびアジポニトリルなどのニトリル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、および酢酸ブチルなどの酢酸アルキル、プロピオン酸メチル(MP)およびプロピオン酸エチル(EP)などのプロピオン酸アルキルが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されない。例えば、リチウムイオン電池またはリチウム金属電池用のLiFSI塩を生成するために、1種または複数の非反応性有機溶媒を使用して1種または複数の反応性溶媒を除去する場合、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒に対して選択された各無水有機溶媒は、リチウム金属と非反応性であることが望ましい。このような非反応性の無水有機溶媒としては、DMC、DEC、EMC、フルオロエチレンカルボナート、ジフルオロエチレンカルボナート、およびトリフルオロメチルエチルカルボナートが挙げられる。 Examples of anhydrous organic solvents in which each of at least one first anhydrous organic solvent can be selected are dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), ethylmethylcarbonate (EMC), propylmethylcarbonate. Organic carbonates such as (PMC), ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), and transbutylene carbonate, nitriles such as acetonitrile, malononitrile, and adiponitrile, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, and acetic acid. Examples include, but are not limited to, alkyl acetates such as butyl and alkyl propionates such as methyl propionate (MP) and ethyl propionate (EP). For example, when removing one or more reactive solvents using one or more non-reactive organic solvents to produce LiFSI salts for lithium ion batteries or lithium metal batteries, at least one. It is desirable that each anhydrous organic solvent selected for the first anhydrous organic solvent be non-reactive with lithium metal. Examples of such non-reactive anhydrous organic solvents include DMC, DEC, EMC, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, and trifluoromethyl ethyl carbonate.

粗LiFSIまたはLiTFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させた後、溶液を真空に供して、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒および1種または複数の反応性溶媒、例えば存在し得るものの中でも特に水、メタノールまたはエタノールのうちの1種または複数を除去して、固体塊を得る。いくつかの実施形態では、真空の圧力は、約100Torr未満、約10Torr未満、または約1Torr未満、約0.1Torr未満、または約0.01Torr未満であってもよい。いくつかの実施形態では、真空は、約25℃~約40℃の範囲の温度などの制御された温度で行われる。 After contacting the crude LiFSI or LiTFSI with at least one first anhydrous organic solvent, the solution is subjected to vacuum to present at least one first anhydrous organic solvent and one or more reactive solvents, eg. One or more of the possible ones, especially water, methanol or ethanol, are removed to give a solid mass. In some embodiments, the vacuum pressure may be less than about 100 Torr, less than about 10 Torr, or less than about 1 Torr, less than about 0.1 Torr, or less than about 0.01 Torr. In some embodiments, the vacuum is performed at a controlled temperature, such as a temperature in the range of about 25 ° C to about 40 ° C.

次いで、固体塊を、固体塊中のLiFSIが不溶性である少なくとも100重量%の1種または複数の第2の無水有機溶媒で処理して、不溶性部分を有する組み合わせを生成することができる。この処理は、任意の配位溶媒または溶媒和溶媒を除去することができる。1種または複数の第2の無水有機溶媒の各々が選択され得る無水有機溶媒の例としては、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、およびドデカンが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されない。 The solid mass can then be treated with at least 100% by weight of one or more second anhydrous organic solvents in which the LiFSI in the solid mass is insoluble to produce a combination with an insoluble moiety. This treatment can remove any coordination solvent or solvate solvent. Examples of anhydrous organic solvents in which each of the one or more second anhydrous organic solvents may be selected include dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, and dodecane. However, it is not always limited to these.

不溶性部分は、アルゴン、窒素、別の乾燥不活性ガス、またはそれらの任意の組み合わせなどの乾燥不活性ガスによって提供される不活性雰囲気中で組み合わせから単離される。不溶性部分は、1種または複数の濾過材、遠心分離、比重分離、ハイドロサイクロンなどの任意の適切な方法を使用して行われる濾過などの任意の適切な方法で単離され得る。当業者は、本開示のプロトン性溶媒低減方法の任意の特定の具体化に使用するための適切な濾過技術を理解するであろう。 The insoluble moiety is isolated from the combination in the inert atmosphere provided by the dry inert gas, such as argon, nitrogen, another dry inert gas, or any combination thereof. The insoluble moiety can be isolated by any suitable method such as filtration performed using any suitable method such as one or more filters, centrifugation, specific gravity separation, hydrocyclone and the like. One of ordinary skill in the art will understand suitable filtration techniques for use in any particular embodiment of the protonic solvent reduction methods of the present disclosure.

不溶性部分は、少なくとも1種の不活性ガス(例えば、乾燥不活性ガス、すなわち1ppm未満の水)でフラッシングし、微量の少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を除去することができる。少なくとも1種の乾燥不活性ガスの各々が選択され得る不活性ガスの例としては、アルゴンおよび窒素が挙げられる。 The insoluble moiety can be flushed with at least one inert gas (eg, a dry inert gas, i.e. less than 1 ppm of water) to remove trace amounts of at least one second anhydrous organic solvent. Examples of the inert gas in which each of the at least one dry inert gas can be selected includes argon and nitrogen.

フラッシングした不溶性部分を、約100Torr未満の圧力に供して、プロトン性溶媒が低減されたLiFSI生成物またはプロトン性溶媒が低減されたLiTFSI生成物を得ることができる。いくつかの実施形態では、圧力は、約10Torr未満、または約1Torr未満、約0.1Torr未満、または約0.01Torr未満であってもよい。一例では、真空中の圧力は約0.01Torr未満である。いくつかの実施形態では、真空は、約40℃未満(例えば、約20℃~約40℃の範囲内)の温度などの制御された温度で行われる。得られた反応性溶媒低減LiFSI生成物は、典型的には、白色の自由流動性粉末である。 The flushed insoluble moiety can be subjected to a pressure of less than about 100 Torr to give a LiFSI product with reduced protonic solvent or a LiTFSI product with reduced protonic solvent. In some embodiments, the pressure may be less than about 10 Torr, or less than about 1 Torr, less than about 0.1 Torr, or less than about 0.01 Torr. In one example, the pressure in vacuum is less than about 0.01 Torr. In some embodiments, the vacuum is performed at a controlled temperature, such as a temperature below about 40 ° C (eg, in the range of about 20 ° C to about 40 ° C). The resulting reactive solvent-reduced LiFSI product is typically a white, free-flowing powder.

乾燥した反応性溶媒低減LiFSI生成物は、保管中のLiFSIの分解を抑制するために、乾燥ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)容器または遊離フッ化物に対して不活性なニッケル合金などの乾燥不活性容器に、約25℃以下などの低温で、アルゴンなどの不活性ガス内で保管することができる。 The dried reactive solvent-reduced LiFSI product is a dry polytetrafluoroethylene (PTFE) container or a dry inert container such as a nickel alloy that is inert to free fluoride to suppress the decomposition of LiFSI during storage. In addition, it can be stored in an inert gas such as argon at a low temperature such as about 25 ° C. or lower.

一般的な例であり、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒としてDMCを使用し、少なくとも1種の第2の無水有機溶媒としてジクロロメタンを使用する例において、典型的なプロセスでは、とりわけ水、メタノール、および/またはエタノールなどの様々なレベルの1種または複数の反応性溶媒を有する粗LiFSIを、LiFSIが可溶性である約30重量%~約50重量%の無水ジメチルカルボナートと接触させる。この例では、粗LiFSIをDMCと接触させた後、真空下(例えば、約0.01Torr未満)で水、メタノール、および/またはエタノールなどの反応性溶媒(1種または複数)を用いてDMCを除去する。DMCの除去により、固体塊が得られる。この方法は、得られた固体塊を、LiFSIが不溶性である無水ジクロロメタンで処理して、不溶性部分と無水ジクロロメタンと任意の他の非不溶性成分(1種または複数)との組み合わせを得ることをさらに含んでもよい。不溶性部分(例えば、粉末LiFSI)を濾過によって得ることができ、乾燥Arおよび/または乾燥Nでフラッシングすることによって微量のジクロロメタンを除去することができる。次いで、フラッシングされたLiFSIを約40℃未満の温度で真空(例えば、0.01Torr未満)に供して、乾燥反応性溶媒低減LiFSI生成物、ここでは遊離溶媒を含まないLiFSI生成物を得ることができる。反応性溶媒低減LiFSI生成物は、遊離溶媒を含まなくてもよいが、実際に言えば、LiFSI生成物は、典型的には、LiFSIと配位した少なくともいくらかの反応性および/または非反応性溶媒を含む。乾燥プロトン性溶媒を含まないLiFSI生成物は、不活性条件下、例えば、約25℃未満の温度でPTFE容器に保存されてもよい。 In a general example where DMC is used as at least one first anhydrous organic solvent and dichloromethane is used as at least one second anhydrous organic solvent, the typical process is particularly water. Crude LiFSI with various levels of one or more reactive solvents such as methanol and / or ethanol is contacted with about 30% to about 50% by weight anhydrous dimethylcarbonate in which LiFSI is soluble. In this example, the crude LiFSI is contacted with the DMC and then under vacuum (eg, less than about 0.01 Torr) with a reactive solvent (s) such as water, methanol, and / or ethanol. Remove. Removal of DMC results in a solid mass. This method further comprises treating the resulting solid mass with anhydrous dichloromethane in which LiFSI is insoluble to obtain an insoluble moiety and a combination of anhydrous dichloromethane and any other insoluble component (s). It may be included. Insoluble moieties (eg, powdered LiFSI) can be obtained by filtration and trace amounts of dichloromethane can be removed by flushing with dry Ar and / or dry N2 . The flushed LiFSI can then be subjected to vacuum (eg, less than 0.01 Torr) at a temperature below about 40 ° C. to give a dry reactive solvent-reduced LiFSI product, in this case a free solvent-free LiFSI product. can. Reactive solvent-reduced LiFSI products may be free of free solvent, but in practice LiFSI products are typically at least some reactive and / or non-reactive coordinated with LiFSI. Contains solvent. The LiFSI product, which does not contain a dry protonic solvent, may be stored in a PTFE container under inert conditions, for example, at a temperature of less than about 25 ° C.

上記方法のいずれか1つを使用して反応性溶媒(1種または複数)が除去される粗LiFSI中の反応性溶媒(1種または複数)の量および所望のLiFSI生成物中の反応性溶媒(1種または複数)の所望の最大量に応じて、各パスで1種または複数の反応性溶媒の量を順次減少させるためにマルチパス法を実施することが必要であり得る。そのようなマルチパス方法は、最初は粗LiFSI中にあり、その後、得られた反応性溶媒低減LiFSI生成物中に依然として残留している可能性のある、1種または複数の反応性溶媒の各々のレベルを連続的に低下させるために、前述の方法のうちのいずれか1つまたは複数を連続的に利用することができる。本開示の例示的なマルチパス反応性溶媒低減方法100を図1に示す。 The amount of reactive solvent (s) in the crude LiFSI from which the reactive solvent (s) is removed using any one of the above methods and the reactive solvent in the desired LiFSI product. It may be necessary to carry out a multipass method to sequentially reduce the amount of one or more reactive solvents in each pass, depending on the desired maximum amount (s). Such a multipath method is initially in crude LiFSI and then each of one or more reactive solvents that may still remain in the resulting reactive solvent-reduced LiFSI product. Any one or more of the above methods can be continuously utilized to continuously reduce the level of. An exemplary multipath-reactive solvent reduction method 100 of the present disclosure is shown in FIG.

図1を参照すると、ブロック105において、特定のレベル(1または複数)で存在する1種または複数の反応性溶媒を含有する粗LiFSIが提供される。ブロック110において、粗LiFSIの反応性溶媒含有量が、上記の方法のいずれか1つを用いて低減される。ブロック110における反応性溶媒低減の最終成果は、各反応性溶媒のレベルが低下した反応性溶媒低減LiFSI生成物である。任意選択のブロック115において、反応性溶媒低減LiFSI生成物中の反応性溶媒のうちの1種または複数の各々のレベルを、適切な測定手順を用いて測定する。任意選択のブロック120において、測定されたレベルの各々は、反応性溶媒低減LiFSI生成物中に存在することが許容される反応性溶媒(1種または複数)の最大所望レベルと比較される。任意選択のブロック125において、測定されたレベルのうちの1または複数が、対応する所望の最大レベルを超えるかどうかが判定される。超えていない場合、すなわち、各測定されたレベルが対応する所望の最大レベルを下回る場合、反応性溶媒低減LiFSI生成物は、所望の反応性溶媒低減レベルの仕様を満たし、さらなる反応性溶媒低減を必要としない。したがって、マルチパス反応性溶媒低減方法100は、ブロック130で終了することができる。 Referring to FIG. 1, in block 105, crude LiFSI containing one or more reactive solvents present at a particular level (s) is provided. In block 110, the reactive solvent content of the crude LiFSI is reduced using any one of the above methods. The end result of reactive solvent reduction in block 110 is a reactive solvent reduced LiFSI product with reduced levels of each reactive solvent. In the optional block 115, the level of each of one or more of the reactive solvents in the reactive solvent reduced LiFSI product is measured using appropriate measurement procedures. In the optional block 120, each of the measured levels is compared to the maximum desired level of the reactive solvent (s) that are allowed to be present in the reactive solvent reduced LiFSI product. In the optional block 125, it is determined whether one or more of the measured levels exceeds the corresponding desired maximum level. If not exceeded, i.e., if each measured level is below the corresponding desired maximum level, the reactive solvent reduced LiFSI product meets the specifications for the desired reactive solvent reduction level, further reducing the reactive solvent. do not need. Therefore, the multipath reactive solvent reduction method 100 can be terminated at block 130.

しかし、ブロック125において、測定されたレベルのうちのいずれか1または複数が対応する所望の最大レベル(1または複数)を超える場合、ブロック110における前のパススルー反応性溶媒低減で処理された反応性溶媒低減LiFSI生成物は、ブロック110においてループ135を介して処理することができる。このブロック110における反応性溶媒低減パススルーでは、溶液の生成および/または結晶化LiFSIの洗浄に使用される無水有機溶媒(1種または複数)は、ブロック110における前のパススルー反応性溶媒低減で使用されたものと同じであっても異なっていてもよい。ブロック110における反応性溶媒低減の最後に、任意選択のブロック115および120において、反応性溶媒レベル(1または複数)の一回または複数の測定、および測定されたレベル(1または複数)の1種または複数の対応する所望の最大レベルとの比較を行って、方法100がブロック130で終了することができる、または最新のパスの反応性溶媒低減LiFSI生成物中のLiFSIがループ135を介して再び反応性溶媒低減に供されるべきかを決定することができる。 However, in block 125, if any one or more of the measured levels exceeds the corresponding desired maximum level (s), the reactivity treated with the previous pass-through reactive solvent reduction in block 110. The solvent-reduced LiFSI product can be processed in block 110 via loop 135. In this reactive solvent reduction pass-through in block 110, the anhydrous organic solvent (s) used for solution formation and / or washing of the crystallized LiFSI is used in the previous pass-through reactive solvent reduction in block 110. It may be the same as or different from the original. At the end of the reactive solvent reduction in block 110, one or more measurements of the reactive solvent level (s) and one of the measured levels (s) in the optional blocks 115 and 120. Alternatively, the method 100 can be terminated at block 130 by comparison with multiple corresponding desired maximum levels, or LiFSI in the reactive solvent-reduced LiFSI product of the latest pass is again via loop 135. It can be determined whether it should be subjected to reactive solvent reduction.

マルチパス反応性溶媒低減法が有用であり得る非限定的で例示的な例は、リチウム系電池用のLiFSIなどのリチウム系電解質である。粗LiFSIは、典型的には、LiFSIの結晶化プロセスからのメタノール、エタノール、および/またはプロパノールなどの反応性溶媒を有する。これらの反応性溶媒は、3000ppmを超えて存在することがある。しかし、このような反応性溶媒のレベルは、反応性溶媒がリチウム金属と反応して水素ガスおよびリチウムアルコキシドを生成するため、リチウム金属電池にとって有害である。その結果、リチウム金属電池用のLiFSI系電解質中の反応性溶媒レベルを低く、例えば約200ppm未満、約100ppm未満、約50ppm未満、または約10ppm未満に保つことが望ましい。電解質に使用されるLiFSI塩を合成するために使用される粗LiFSIについて、図1に示すマルチパス反応性溶媒低減方法100などの本開示のマルチパス精製方法を使用することは、そのような低い反応性溶媒レベルを達成する有用な方法であり得る。 A non-limiting and exemplary example in which a multipath-reactive solvent reduction method may be useful is a lithium-based electrolyte such as LiFSI for lithium-based batteries. Crude LiFSI typically has a reactive solvent such as methanol, ethanol, and / or propanol from the LiFSI crystallization process. These reactive solvents can be present in excess of 3000 ppm. However, such levels of the reactive solvent are detrimental to the lithium metal battery as the reactive solvent reacts with the lithium metal to produce hydrogen gas and lithium alkoxide. As a result, it is desirable to keep the level of the reactive solvent in the LiFSI-based electrolyte for lithium metal batteries low, for example, less than about 200 ppm, less than about 100 ppm, less than about 50 ppm, or less than about 10 ppm. For crude LiFSI used to synthesize the LiFSI salt used in the electrolyte, it is such low to use the multipath purification methods of the present disclosure, such as the multipath reactive solvent reduction method 100 shown in FIG. It can be a useful method of achieving reactive solvent levels.

非限定的であるが例示的な例として、マルチパス反応性溶媒低減方法100を使用して、反応性溶媒として3000ppmのアルコールを含有する粗LiFSIから出発して、LiFSI生成物中の(標的反応性アルコールの形態の)反応性溶媒含有量を1ppm未満に低下させることができる。ブロック105において、所望の量の粗LiFSIが提供される。ブロック110において、粗LiFSIが精製される、すなわち、上記または下記に例示される方法のいずれかを使用して、望ましくないアルコールの量が低減される。 As a non-limiting but exemplary example, the multipass reactive solvent reduction method 100 is used to start with a crude LiFSI containing 3000 ppm alcohol as the reactive solvent (target reaction) in the LiFSI product. The reactive solvent content (in the form of a sex alcohol) can be reduced to less than 1 ppm. At block 105, the desired amount of crude LiFSI is provided. In block 110, the crude LiFSI is purified, i.e., using either the method described above or exemplified below, the amount of undesired alcohol is reduced.

任意選択のブロック115において、反応性溶媒低減LiFSI生成物中のアルコールのレベルは、1000ppmであると測定される。任意選択のブロック120において、1000ppmの測定されたレベルを、100ppm未満の必要条件と比較する。任意選択のブロック125では、1000ppmが100ppm未満の必要条件よりも大きいので、反応性溶媒低減LiFSI生成物は、ブロック110において、ループ135を介して、最初の粗LiFSI中の反応性溶媒レベルを低減するために使用されたものと同じまたは異なる反応性溶媒低減プロセスを使用して処理される。この第2のパスでは、出発アルコールレベルは1000ppmであり、2回反応性溶媒低減LiFSI生成物中の最終不純物レベルは、任意選択のブロック115で測定して、ここでは500ppmである。この500ppmレベルを任意選択のブロック120において100ppm未満の必要条件と比較した後、任意選択のブロック125において、2回反応性溶媒低減LiFSI生成物は、ブロック110において、ループ135を介して、前の2回のパスのいずれかで使用されたものと同じまたは異なる反応性溶媒低減方法で再度処理する必要があると決定される。 In the optional block 115, the level of alcohol in the reactive solvent-reduced LiFSI product is measured to be 1000 ppm. In the optional block 120, a measured level of 1000 ppm is compared to a requirement of less than 100 ppm. In the optional block 125, the reactive solvent-reduced LiFSI product reduces the reactive solvent level in the initial crude LiFSI via loop 135 in block 110, as 1000 ppm is greater than the requirement of less than 100 ppm. It is processed using the same or different reactive solvent reduction process as that used to. In this second pass, the starting alcohol level is 1000 ppm and the final impurity level in the double-reactive solvent-reduced LiFSI product is 500 ppm as measured in optional block 115. After comparing this 500 ppm level with the requirement of less than 100 ppm in the optional block 120, the double-reactive solvent-reduced LiFSI product in the optional block 125 is previously in block 110 via loop 135. It is determined that the treatment needs to be retreated with the same or different reactive solvent reduction method as that used in either of the two passes.

この第3のパスでは、出発アルコールレベルは500ppmであり、3回反応性溶媒低減LiFSI生成物中の最終アルコールレベルは、任意選択のブロック115で測定して、ここでは100ppm未満である。この100ppm未満のレベルを任意選択のブロック120で100ppm未満の必要条件と比較した後、任意選択のブロック125において、3回反応性溶媒低減LiFSI生成物は、マルチパス反応性溶媒低減方法100がブロック130で終了することができるような必要条件を満たすと判定される。 In this third pass, the starting alcohol level is 500 ppm and the final alcohol level in the triplicate solvent-reduced LiFSI product is less than 100 ppm as measured in optional block 115. After comparing this level of less than 100 ppm with the requirement of less than 100 ppm in the optional block 120, the triple-reactive solvent-reduced LiFSI product is blocked by the multipath-reactive solvent reduction method 100 in the optional block 125. It is determined that the requirement is satisfied so that the process can be completed at 130.

I.B.例 I. B. example

上記の方法は、以下の例によってさらに説明されるが、これらの例は単に例示の目的で含まれており、本開示の範囲を限定することを意図しないことが理解されよう。特に明記しない限り、これらの例で使用したすべての化学物質は高純度であり、信頼できる商業的供給源から得た。プロセスから水分を排除するために厳しい予防措置を講じ、十分に換気されたフードを使用して反応を行った。 The above methods are further described by the following examples, but it will be appreciated that these examples are included solely for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of the present disclosure. Unless otherwise stated, all chemicals used in these examples were of high purity and were obtained from reliable commercial sources. Strict precautions were taken to remove water from the process and the reaction was carried out using a well-ventilated hood.

I.B.1.例1 I. B. 1. 1. Example 1

DMCおよびジクロロメタンを使用したLiFSIからのメタノールの除去:250mL乾燥フラスコ中で、4000ppmのメタノールおよび50ppmの水を含有するLiFSI(200g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水DMC(140g(約41重量%))を撹拌しながら少しずつ添加して、透明な溶液を得た。混合物を室温で0.5時間撹拌した。透明な溶液を0.01Torr未満の減圧で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(150g)で処理した。組み合わせを室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離した。微量のジクロロメタンを、乾燥Ar/Nガスでフラッシングすることによって除去した。単離したLiFSIを真空中(0.1Torr未満)、35℃で乾燥させて、0ppmのメタノールおよび15.0ppmの水を含む反応性溶媒低減LiFSI生成物を90%の収率で得た。 Removal of Methanol from LiFSI Using DMC and dichloromethane: LiFSI (200 g) containing 4000 ppm methanol and 50 ppm water was sampled in a 250 mL dry flask under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. .. Anhydrous DMC (140 g (about 41% by weight)) was added little by little with stirring to obtain a clear solution. The mixture was stirred at room temperature for 0.5 hours. The clear solution was concentrated under reduced pressure below 0.01 Torr to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (150 g) under argon. The combination was stirred at room temperature for 1 hour and the desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration. Traces of dichloromethane were removed by flushing with dry Ar / N 2 gas. The isolated LiFSI was dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give a reactive solvent-reduced LiFSI product containing 0 ppm methanol and 15.0 ppm water in 90% yield.

I.B.2.例2 I. B. 2. 2. Example 2

DMCおよびジクロロメタンを使用したLiFSIからのエタノールの除去:250mL乾燥フラスコ中で、2900ppmのエタノールおよび15ppmの水を含有するLiFSI(178g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水DMC(140g(約44重量%))を撹拌しながら少しずつ添加して、透明な溶液を得た。混合物を室温で0.5時間撹拌した。透明な溶液を0.01Torr未満の減圧で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(150g)で処理した。組み合わせを室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離した。微量のジクロロメタンを、乾燥Ar/Nガスでフラッシングすることによって除去した。単離したLiFSIを真空中(0.1Torr未満)、35℃で乾燥させて、0ppmのエタノールおよび4ppmの水を含む反応性溶媒低減LiFSI生成物を90%の収率で得た。 Removal of Ethanol from LiFSI Using DMC and dichloromethane: LiFSI (178 g) containing 2900 ppm ethanol and 15 ppm water was sampled in a 250 mL dry flask under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. .. Anhydrous DMC (140 g (about 44% by weight)) was added little by little with stirring to obtain a clear solution. The mixture was stirred at room temperature for 0.5 hours. The clear solution was concentrated under reduced pressure below 0.01 Torr to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (150 g) under argon. The combination was stirred at room temperature for 1 hour and the desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration. Traces of dichloromethane were removed by flushing with dry Ar / N 2 gas. The isolated LiFSI was dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give a reactive solvent-reduced LiFSI product containing 0 ppm ethanol and 4 ppm water in 90% yield.

I.B.3.例3 I. B. 3. 3. Example 3

DMCおよびジクロロメタンを用いたLiFSIからのイソプロパノールの除去:250mL乾燥フラスコ中で、2000ppmのイソプロパノールおよび30ppmの水を含有するLiFSI(350g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水DMC(200g(約36重量%))を撹拌しながら少しずつ添加して、透明な溶液を得た。混合物を室温で0.5時間撹拌した。透明な溶液を0.01Torr未満の減圧で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(350g)で処理した。組み合わせを室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離した。微量のジクロロメタンを、乾燥Ar/Nガスでフラッシングすることによって除去した。単離したLiFSIを真空中(0.1Torr未満)、35℃で乾燥させて、0ppmのイソプロパノールおよび4ppmの水を含む反応性溶媒低減LiFSI生成物を92%の収率で得た。 Removal of Isopropanol from LiFSI Using DMC and dichloromethane: LiFSI (350 g) containing 2000 ppm isopropanol and 30 ppm water was sampled in a 250 mL dry flask under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. .. Anhydrous DMC (200 g (about 36% by weight)) was added little by little with stirring to obtain a clear solution. The mixture was stirred at room temperature for 0.5 hours. The clear solution was concentrated under reduced pressure below 0.01 Torr to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (350 g) under argon. The combination was stirred at room temperature for 1 hour and the desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration. Traces of dichloromethane were removed by flushing with dry Ar / N 2 gas. The isolated LiFSI was dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give a reactive solvent-reduced LiFSI product containing 0 ppm isopropanol and 4 ppm water in 92% yield.

I.C.例示的な反応性溶媒低減LiFSI生成物 I. C. Exemplary Reactive Solvent Reduced LiFSI Products

上記に開示されたシングルパス反応性溶媒低減方法または図1のマルチパス方法100のいずれかなどの前述の反応性溶媒低減方法のいずれかを使用すると、得られた精製LiFSI生成物は、反応性溶媒(1種または複数)の標的反応性レベルが非常に低い可能性がある。例えば、リチウム金属電池での使用に特に適したいくつかの実施形態では、最終的な超高純度LiFSI塩生成物(すなわち、本明細書に開示される反応性溶媒低減の完了後)中に残留する反応性溶媒(1種または複数)の量は、好ましくは約100ppm未満、より好ましくは約50ppm未満、最も好ましくは約25ppm未満である。いくつかの実施形態では、最終的な超高純度LiFSI塩生成物中に残留する非反応性溶媒は、反応性溶媒よりも電池性能に悪影響を及ぼさないが、そのような実施形態では、最終的な超高純度LiFSI塩生成物中に残留する非反応性溶媒(1種または複数)の量は、典型的には約3000ppm未満、より典型的には約1000ppm未満である。すべての精製ステップについて非反応性溶媒のみを使用して精製を行う場合、最終的な超高純度LiFSI塩生成物は、典型的には、少なくとも約100ppmの非反応性溶媒(1種または複数)を有するが、典型的には、約100ppm以下の反応性溶媒(1種または複数)を有する。本開示による反応性溶媒低減前の粗LiFSI中の反応性溶媒(1種または複数)のレベルは、約500ppm以上、約1000ppm以上、または約2000ppm以上であってもよい。DMCが反応性溶媒除去/置換方法において使用される一例では、本開示の精製LiFSIは、約0.2%~約0.3%のDMCおよび100ppm未満の反応性溶媒としての水を有する。 Using either of the single-pass reactive solvent reduction methods disclosed above or the reactive solvent reduction methods described above, such as any of the multi-pass methods 100 of FIG. 1, the resulting purified LiFSI product is reactive. The target reactivity level of the solvent (s) can be very low. For example, in some embodiments particularly suitable for use in lithium metal batteries, they remain in the final ultra-purity LiFSI salt product (ie, after completion of the reactive solvent reduction disclosed herein). The amount of the reactive solvent (s) is preferably less than about 100 ppm, more preferably less than about 50 ppm, most preferably less than about 25 ppm. In some embodiments, the non-reactive solvent remaining in the final ultra-purity LiFSI salt product does not adversely affect battery performance more than the reactive solvent, but in such embodiments it is final. The amount of non-reactive solvent (s) remaining in the ultra-purity LiFSI salt product is typically less than about 3000 ppm, more typically less than about 1000 ppm. If purification is performed using only non-reactive solvents for all purification steps, the final ultra-purity LiFSI salt product will typically be at least about 100 ppm non-reactive solvent (s). However, typically, it has a reactive solvent (s) of about 100 ppm or less. The level of the reactive solvent (s) in the crude LiFSI prior to the reduction of the reactive solvent according to the present disclosure may be about 500 ppm or more, about 1000 ppm or more, or about 2000 ppm or more. In one example where DMC is used in a reactive solvent removal / replacement method, the purified LiFSI of the present disclosure has about 0.2% to about 0.3% DMC and less than 100 ppm water as a reactive solvent.

I.D.反応性溶媒低減LiFSI塩生成物の使用例 I. D. Example of use of reactive solvent-reduced LiFSI salt product

上述のように、反応性溶媒低減LiFSI塩生成物を使用して、とりわけ、電気化学デバイス用の反応性溶媒低減LiFSI系電解質を生成することができる。ここで、反応性溶媒低減電解質の反応性溶媒低減は、反応性溶媒低減LiFSI塩生成物が本明細書に開示される方法のうちのいずれか1つまたは複数により処理されたという事実から生じる。そのような反応性溶媒低減電解質は、本開示の反応性低減溶媒LiFSI塩生成物(塩)を1種または複数の溶媒、1種または複数の希釈剤、および/または1種または複数の添加剤と混合することなどの様々な方法のいずれかを使用して生成することができ、溶媒、希釈剤、および添加剤は当技術分野で公知であり得る。 As mentioned above, reactive solvent-reduced LiFSI salt products can be used to produce reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolytes, among other things, for electrochemical devices. Here, the reactive solvent reduction of the reactive solvent reduced electrolyte results from the fact that the reactive solvent reduced LiFSI salt product was treated by any one or more of the methods disclosed herein. Such reactive solvent reducing electrolytes are the reactive solvent reducing solvent LiFSI salt products (salts) of the present disclosure in one or more solvents, one or more diluents, and / or one or more additives. It can be produced using any of a variety of methods, such as mixing with, and solvents, diluents, and additives may be known in the art.

電気化学デバイスが二次リチウムイオン電池または二次リチウム金属電池などのリチウム系デバイスである場合、反応性溶媒(1種または複数)が電池の性能に影響を与えないように、電解質を生成するために使用されるLiFSI塩中の反応性溶媒(1種または複数)の量を最小限にすることが望ましい。例えば、LiFSI塩中の反応性溶媒が多いほど、放電容量および容量維持率などのサイクル性能に対するその反応性溶媒の悪影響が大きくなる。したがって、リチウム系二次電池の場合、このような電池の電解質に使用されるLiFSI塩から可能な限り多くの反応性溶媒(1種または複数)を除去することが望ましい。典型的には、上記のように、これは、本明細書に開示される反応性溶媒低減プロセスにおいて1種または複数の非反応性溶媒を使用することを含む。したがって、最初の粗LiFSI中の反応性溶媒の大部分は、対応する反応性溶媒低減プロセスで使用される非反応性溶媒(1種または複数)で除去および/または置換される。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される技術を使用して生成された反応性溶媒低減LiFSI生成物は、上記の「I.C.例示的な反応性溶媒低減LiFSI生成物」と題するセクションに示される反応性および/または非反応性溶媒レベルを有することができる。 If the electrochemical device is a lithium-based device such as a secondary lithium-ion battery or a secondary lithium metal battery, the reactive solvent (s) will generate an electrolyte so that it does not affect the performance of the battery. It is desirable to minimize the amount of reactive solvent (s) in the LiFSI salt used in. For example, the more reactive solvent in the LiFSI salt, the greater the adverse effect of the reactive solvent on cycle performance such as discharge capacity and capacity retention. Therefore, in the case of lithium-based secondary batteries, it is desirable to remove as much reactive solvent (s) as possible from the LiFSI salt used in the electrolyte of such batteries. Typically, as described above, this involves the use of one or more non-reactive solvents in the reactive solvent reduction process disclosed herein. Therefore, the majority of the reactive solvent in the initial crude LiFSI is removed and / or replaced with the non-reactive solvent (s) used in the corresponding reactive solvent reduction process. In some embodiments, the reactive solvent-reduced LiFSI product produced using the techniques disclosed herein is referred to as the "IC exemplary reactive solvent-reduced LiFSI product" described above. It can have reactive and / or non-reactive solvent levels as shown in the title section.

I.D.1.リチウム系電気化学デバイス用の電解質に使用するためのLiFSI塩の調製 I. D. 1. 1. Preparation of LiFSI salt for use in electrolytes for lithium-based electrochemical devices

上記で言及したように、リチウム金属アノードを有する二次リチウム電池などのリチウム系電気化学デバイスで使用するための電解質を調製する際の重要なステップは、そのような残留物を含有するLiFSI塩から、例えば、LiFSI塩を合成および/または精製するプロセス(1または複数)から、反応性溶媒残留物をできる限り多く除去することである。いくつかの実施形態では、この除去プロセスは、1種または複数のアルコールおよび水などの1種または複数の反応性溶媒が1種または複数の非反応性溶媒によって少なくとも部分的に置き換えられる置換態様を含み得る。上記のように、リチウム系電気化学デバイス用の電解質を生成する前にLiFSI塩中の反応性溶媒残留物(1種または複数)を除去および/または置換することにより、LiFSI塩中に存在してデバイス内のリチウム金属と反応する反応性溶媒がはるかに少ない(場合によっては存在しない)という事実に起因して、電気化学デバイスのより良好な性能および/またはサイクル寿命の向上がもたらされる。置換/除去プロセスで使用される非反応性溶媒(1種または複数)は、リチウム系電気化学デバイスにとって有益であることに基づいて選択することができることに留意されたい。例えば、選択される非反応性溶媒は、電解質に所望の濃度を与えるようにLiFSI塩が溶解された溶媒として使用することができる種類のものであってもよい。この場合、本開示の反応性溶媒除去/置換方法を使用して反応性溶媒(1種または複数)を除去し、潜在的には、反応性溶媒を少量の最終溶媒で置き換えることも、最終電解質にとって有益になる。あるいは、反応性溶媒除去/置換プロセスのために選択される非反応性溶媒(1種または複数)は、任意の主要な塩溶解機能とは別に、とりわけリチウム金属アノード上の固体電解質界面(SEI)層の形成を促進するための添加剤など、電気化学デバイスに特に有益になるように添加される望ましい添加剤であってもよい。 As mentioned above, an important step in preparing electrolytes for use in lithium-based electrochemical devices such as secondary lithium batteries with lithium metal anodes is from LiFSI salts containing such residues. For example, removing as much reactive solvent residue as possible from the process of synthesizing and / or purifying the LiFSI salt (s). In some embodiments, the removal process comprises a substitution embodiment in which one or more reactive solvents such as one or more alcohols and water are at least partially replaced by one or more non-reactive solvents. Can include. As described above, it is present in the LiFSI salt by removing and / or substituting the reactive solvent residue (s) in the LiFSI salt prior to forming the electrolyte for lithium-based electrochemical devices. Due to the fact that there is much less (and in some cases non-existent) reactive solvent in the device that reacts with the lithium metal, better performance and / or improved cycle life of the electrochemical device is brought about. It should be noted that the non-reactive solvent (s) used in the substitution / removal process can be selected on the basis of its benefit to lithium-based electrochemical devices. For example, the non-reactive solvent selected may be of a type that can be used as a solvent in which the LiFSI salt is dissolved so as to give the electrolyte the desired concentration. In this case, the reactive solvent removal / replacement method of the present disclosure may be used to remove the reactive solvent (s) and potentially replace the reactive solvent with a small amount of final solvent as well as the final electrolyte. Will be beneficial to you. Alternatively, the non-reactive solvent (s) selected for the reactive solvent removal / substitution process, apart from any major salt dissolution function, is a solid electrolyte interface (SEI), especially on a lithium metal anode. It may be a desirable additive added to be particularly beneficial to the electrochemical device, such as an additive to promote layer formation.

リチウム系電気化学デバイスで使用するためのLiFSI塩を調製する方法は、リチウム系デバイスのための電解質を調製するためにLiFSI塩を使用する前にそのような溶媒残留物が除去および/または置換されなかった場合、リチウム系デバイスの機能に有害であろう1種または複数の反応性溶媒残留物を含有するLiFSI塩を提供することを含む。LiFSI塩を提供することは、そのような塩の商業的供給者からLiFSI塩を購入すること、または粗LiFSI塩を社内で合成および/または精製することを含んでもよい。次いで、この反応性溶媒残留物含有LiFSI塩を、本明細書中に開示される方法のいずれかにより、例えば、「I.A.粗LiFSIから反応性溶媒(1種または複数)を除去する例示的な方法」と題されたセクションにおいて上に記載される方法により処理することができる。リチウム系電気化学デバイスで使用するためのLiFSI塩を調製する方法は、反応性溶媒除去/置換方法で使用するための1種または複数の非反応性溶媒を選択することを含み得る。「除去/置換」および同様の位置における前方スラッシュまたは斜線は、一般に理解されるように、「および/または」、すなわち一方、他方、または両方を意味することに留意されたい。いくつかの実施形態では、選択される非反応性溶媒の少なくとも1種は、リチウム金属に対して非反応性であるだけでなく、電解質添加剤のようにSEI層成長促進などのプラスの利益を提供することに基づいて選択される。LiFSI塩は、反応性溶媒の除去/置換処理に供されると、リチウム系電気化学デバイス用の電解質を生成するために使用され得る。 The method of preparing LiFSI salts for use in lithium-based electrochemical devices removes and / or replaces such solvent residues prior to using LiFSI salts to prepare electrolytes for lithium-based devices. It involves providing a LiFSI salt containing one or more reactive solvent residues that, if not, would be detrimental to the function of the lithium-based device. Providing LiFSI salts may include purchasing LiFSI salts from commercial suppliers of such salts, or synthesizing and / or purifying crude LiFSI salts in-house. The Reactive Solvent Residue-Containing LiFSI Salt is then exemplified by removing, for example, "IA crude LiFSI from the reactive solvent (s) by any of the methods disclosed herein. Methods "can be processed by the methods described above in the section entitled". The method of preparing a LiFSI salt for use in a lithium-based electrochemical device may include selecting one or more non-reactive solvents for use in a reactive solvent removal / substitution method. Note that "removal / replacement" and forward slashes or diagonal lines at similar positions, as is generally understood, mean "and / or", i.e. one, the other, or both. In some embodiments, at least one of the non-reactive solvents selected is not only non-reactive with lithium metals, but also has positive benefits such as promoting SEI layer growth like electrolyte additives. Selected based on the offer. LiFSI salts can be used to produce electrolytes for lithium-based electrochemical devices when subjected to reactive solvent removal / substitution treatments.

I.D.2.本開示の方法を用いて生成されたLiFSI塩を利用する例示的な電気化学デバイス I. D. 2. 2. An exemplary electrochemical device utilizing the LiFSI salt produced using the methods of the present disclosure.

図2は、本開示の態様により作製された電気化学デバイス200を示す。当業者は、電気化学デバイス200が、例えば、電池またはスーパーキャパシタであってもよいことを容易に理解するであろう。さらに、当業者は、図2は電気化学デバイス200のいくつかの基本的な機能的構成要素のみを示すものであり、二次電池またはスーパーキャパシタなどの電気化学デバイスの実際の具体化が、典型的には、巻回構造または積層構造のいずれかを使用して具体化されることを容易に理解するであろう。さらに、当業者は、電気化学デバイス200が、例示を容易にするために図2には示されていない、とりわけ、電気端子、シール(1種または複数)、熱遮断層(1種または複数)、および/または通気口(1種または複数)などの他の構成要素を含むことを理解するであろう。 FIG. 2 shows an electrochemical device 200 made according to the aspects of the present disclosure. Those skilled in the art will readily appreciate that the electrochemical device 200 may be, for example, a battery or a supercapacitor. In addition, those skilled in the art show that FIG. 2 shows only some basic functional components of the electrochemical device 200, which is typically a realization of an electrochemical device such as a secondary battery or supercapacitor. It will be easy to understand that it is embodied using either a wound structure or a laminated structure. In addition, those skilled in the art will appreciate that the electrochemical device 200 is not shown in FIG. 2 for ease of illustration, among others, electrical terminals, seals (s), heat shield layers (s). , And / or will be understood to include other components such as vents (s).

この例では、電気化学デバイス200は、間隔を置いて配置された正極および負極204、208、ならびにそれぞれ対応する一対の集電体204A、208Aを含む。多孔質誘電体セパレータ212は、正極および負極204、208の間に配置され、正極および負極を電気的に分離するが、本開示により生成された反応性溶媒低減LiFSI系電解質216のイオンがそこを流れることを可能にする。多孔質誘電体セパレータ212および/または正極および負極204、208の一方、他方、または両方は、多孔質であるか否かに応じて、プロトン性溶媒低減LiFSI系電解質またはLiTFSI系電解質216が含浸されている。図2では、正極および負極204、208の両方は、反応性溶媒低減LiFSI系電解質216が内部に延在するように示されていることにより、多孔質であるように示されている。上述したように、反応性溶媒低減LiFSI系電解質216に本開示の反応性溶媒低減LiFSI系電解質を使用する利点は、合成または精製によるプロトン性溶媒などのLiFSI系電解質中に存在し得る反応性溶媒(1種または複数)を、電気化学デバイス200での使用に許容可能なレベル(例えば、1または複数のプロトン性溶媒レベルの仕様を満たす)まで低減できることである。反応性溶媒低減LiFSI生成物(塩)の例、および反応性溶媒低減LiFSI系電解質216を生成するために使用することができる反応性溶媒(1種または複数)の低レベルの例は、上述されている。電気化学デバイス200は、集電体204A、208A、正極および負極204、208、多孔質誘電体セパレータ212、ならびにプロトン性溶媒低減LiFSI系電解質またはLiTFSI系電解質216を収容する容器220を含む。 In this example, the electrochemical device 200 includes spaced positive and negative electrodes 204, 208, and a pair of corresponding current collectors 204A, 208A, respectively. The porous dielectric separator 212 is arranged between the positive electrode and the negative electrodes 204 and 208 to electrically separate the positive electrode and the negative electrode, and the ions of the reactive solvent-reducing LiFSI-based electrolyte 216 produced by the present disclosure are placed therein. Allows to flow. One, the other, or both of the porous dielectric separator 212 and / or the positive electrode and the negative electrode 204, 208 is impregnated with the protic and aprotic solvent-reduced LiFSI-based electrolyte or the LiTFSI-based electrolyte 216, depending on whether or not they are porous. ing. In FIG. 2, both the positive electrode and the negative electrodes 204, 208 are shown to be porous by showing the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 extending internally. As described above, the advantage of using the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte of the present disclosure for the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 is that the reactive solvent may be present in the LiFSI-based electrolyte such as a synthetic or purified protonic solvent. (One or more) can be reduced to acceptable levels for use in the electrochemical device 200 (eg, meeting the specifications for one or more protonic solvent levels). Examples of reactive solvent-reduced LiFSI products (salts) and low-level examples of reactive solvents (s) that can be used to produce the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 are described above. ing. The electrochemical device 200 includes collectors 204A, 208A, positive and negative electrodes 204, 208, a porous dielectric separator 212, and a container 220 containing a protonic solvent-reduced LiFSI-based electrolyte or LiTFSI-based electrolyte 216.

当業者には理解されるように、電気化学デバイスの種類および設計に応じて、正極および負極204、208の各々は、精製LiFSI系電解質216中のアルカリ金属イオンおよび他の成分と適合する適切な材料を含む。集電体204A、208Aの各々は、銅またはアルミニウムあるいはそれらの任意の組み合わせなどの任意の適切な導電性材料で作成することができる。多孔質誘電体セパレータ212は、とりわけ、多孔質ポリマーなどの任意の適切な多孔質誘電材料で作成することができる。図2の電気化学デバイス200を構築するために使用することができる様々な電池およびスーパーキャパシタ構造が当技術分野で知られている。そのような既知の構造のいずれかが使用される場合、電気化学デバイス200の新規性は、LiFSI塩および対応する電解質を生成する従来の方法では達成されなかった高純度の反応性溶媒低減LiFSI系電解質216にある。 As will be appreciated by those skilled in the art, depending on the type and design of the electrochemical device, each of the positive and negative electrodes 204, 208 will be suitable for alkali metal ions and other components in the purified LiFSI-based electrolyte 216. Including materials. Each of the current collectors 204A, 208A can be made of any suitable conductive material such as copper or aluminum or any combination thereof. The porous dielectric separator 212 can be made of any suitable porous dielectric material, in particular, such as a porous polymer. Various battery and supercapacitor structures that can be used to build the electrochemical device 200 of FIG. 2 are known in the art. When any of such known structures are used, the novelty of the electrochemical device 200 is a high-purity reactive solvent-reduced LiFSI system that was not achieved by conventional methods of producing LiFSI salts and corresponding electrolytes. It is in the electrolyte 216.

一例では、電気化学デバイス200は、以下のように作製され得る。反応性溶媒低減LiFSI系電解質216は、粗LiFSIから出発して生成することができ、次いで、これを本明細書に記載の反応性溶媒低減方法のうちのいずれか1つまたは複数を使用して精製して、適切な低レベルの1種または複数の標的反応性溶媒を有する反応性溶媒低減LiFSI生成物を生成する。次いで、この反応性溶媒低減LiFSI生成物を使用して、例えば、電気化学デバイス200の性能を向上させる1種または複数の溶媒、1種または複数の希釈剤、および/または1種または複数の添加剤を添加することによって、反応性溶媒低減LiFSI系電解質216を生成することができる。次いで、反応性溶媒低減LiFSI系電解質216を電気化学デバイス200に添加することができ、その後、容器220を密封することができる。 In one example, the electrochemical device 200 can be made as follows. The reactive solvent reduction LiFSI-based electrolyte 216 can be produced starting from the crude LiFSI, which can then be made using any one or more of the reactive solvent reduction methods described herein. Purification is performed to produce reactive solvent-reduced LiFSI products with suitable low levels of one or more target reactive solvents. The reactive solvent-reduced LiFSI product is then used, for example, to improve the performance of the electrochemical device 200, for example, one or more solvents, one or more diluents, and / or one or more additions. By adding the agent, the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 can be produced. The reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 can then be added to the electrochemical device 200 and then the container 220 can be sealed.

II.粗リチウムスルホンイミド塩からの非溶媒不純物の除去 II. Removal of non-solvent impurities from crude lithium sulfone imide salt

本セクションは、粗リチウムスルホンイミド塩から非溶媒不純物を除去する方法、それによって生成された精製リチウムスルホンイミド塩、およびそのような精製リチウムスルホンイミド塩の使用を扱う。 This section deals with methods of removing non-solvent impurities from crude lithium sulfoneimide salts, the purified lithium sulfoneimide salts produced thereby, and the use of such purified lithium sulfoneimide salts.

II.A.粗LiFSIを精製する例示的な方法 II. A. An exemplary method for purifying crude LiFSI

LiFSIを生成するためのいくつかのプロセスが知られているが、商業規模でLiFSIを合成するための既知の方法の各々は、合成不純物などの様々なレベルの不純物を含有する粗LiFSIを生成する。例えば、上記のように、LiFSIは、LiCOまたはLiOHと反応する粗HFSIを使用して商業的に生成されることが多く、粗HFSIは、そのように合成された粗LiFSI中に不純物を生じる様々な合成不純物を含有する。 Although several processes for producing LiFSI are known, each of the known methods for synthesizing LiFSI on a commercial scale produces crude LiFSI containing various levels of impurities such as synthetic impurities. .. For example, as mentioned above, LiFSI is often produced commercially using crude HFSI that reacts with Li 2 CO 3 or LiOH, and crude HFSI is an impurity in the crude LiFSI so synthesized. Contains various synthetic impurities that produce.

例えば、HFSIを合成する1つの方法は、尿素(NHCONH)およびフルオロスルホン酸(FSOH)を使用する。このプロセスの欠点は、HFSIの収率が低いこと、および不純物として大過剰のフルオロスルホン酸を有する単離されたHFSIである。フルオロスルホン酸の沸点(b.p.)(b.p.165.5℃)およびHFSIのb.p.(b.p.170℃)は互いに非常に近く、単純な分別蒸留によってそれらを互いに分離することは非常に困難である[1]。HFSIとフルオロスルホン酸の混合物を塩化ナトリウムで処理することによってフルオロスルホン酸を除去する試みがなされている。この場合、塩化ナトリウムがフルオロスルホン酸と選択的に反応してナトリウム塩およびHCl副生成物を生成する。このプロセスには、精製HFSIの収率が低く、また、HFSI生成物が不純物としていくらかの塩化物不純物(HClおよびNaCl)で汚染されるという難点がある。 For example, one method of synthesizing HFSI uses urea (NH 2 CONH 2 ) and fluorosulfuric acid (FSO 3 H). Disadvantages of this process are the low yield of HFSI and the isolated HFSI with a large excess of fluorosulfonic acid as an impurity. Boiling point of fluorosulfonic acid (bp) (bp 165.5 ° C.) and b. Of HFSI. p. (B. p. 170 ° C.) are very close to each other and it is very difficult to separate them from each other by simple fractional distillation [1]. Attempts have been made to remove fluorosulfuric acid by treating a mixture of HFSI and fluorosulfuric acid with sodium chloride. In this case, sodium chloride selectively reacts with fluorosulfuric acid to produce sodium salts and HCl by-products. This process has the disadvantages that the yield of purified HFSI is low and that the HFSI product is contaminated with some chloride impurities (HCl and NaCl) as impurities.

LiFSI合成に使用するためのHFSIを合成する別の方法は、三フッ化ヒ素(AsF)でビス(クロロスルホニル)イミド(HCSI)をフッ素化することを含む。この反応では、HCSIをAsFで処理する。三フッ化ヒ素は有毒であり、蒸気圧が高いため、工業的規模での取り扱いが特に困難である。典型的な反応は、HCSI対AsFが1:8.6の比を使用する。本方法によって生成されたHFSIはまた、AsFおよびAsCl合成不純物で汚染されていることが分かり、これらは塩化物およびフッ化物不純物の良好な供給源であることが分かった[2]。 Another method of synthesizing HFSI for use in LiFSI synthesis involves fluorinating the bis (chlorosulfonyl) imide (HCSI) with arsenic trifluoride (AsF 3 ). In this reaction, HCSI is treated with AsF 3 . Arsenic trifluoride is toxic and has a high vapor pressure, making it particularly difficult to handle on an industrial scale. A typical reaction uses a ratio of HCSI to AsF 3 of 1: 8.6. The HFSI produced by this method was also found to be contaminated with AsF 3 and AsCl 3 synthetic impurities, which were found to be good sources of chloride and fluoride impurities [2].

LiFSI合成に使用するためのHFSIは、三フッ化アンチモン(SbF)でHCSIをフッ素化することによって調製することもできる。この反応の三塩化アンチモン副生成物は、HFSIに高い溶解度を有し、本質的に昇華可能であり、所望の生成物から分離することは非常に困難である。この反応の生成物は、典型的には、塩化物不純物の良好な供給源である三塩化アンチモンで汚染されている[3]。 HFSI for use in LiFSI synthesis can also be prepared by fluorinating HCSI with antimony trifluoride (SbF 3 ). The antimony trichloride by-product of this reaction has high solubility in HFSI, is essentially sublimable, and is very difficult to separate from the desired product. The product of this reaction is typically contaminated with antimony trichloride, which is a good source of chloride impurities [3].

LiFSI合成に使用するためのHFSIを生成するためのさらに別の方法は、高温でHCSIを過剰の無水HFと反応させることを含む[4]。この反応の収率は最大で60%であり、生成物はHCSIの分解から生成されるフルオロスルホン酸で汚染されている。沸点はHFSIの沸点に近いため、この副生成物は除去することが困難である。無水HFを使用してHSCIをフッ素化するこの反応は、95%超の収率[5]を達成したが、それでも生成物は合成不純物としてフルオロスルホン酸、フッ化水素、塩化水素、および硫酸で汚染されている。 Yet another method for producing HFSI for use in LiFSI synthesis involves reacting HCSI with excess anhydrous HF at elevated temperatures [4]. The yield of this reaction is up to 60% and the product is contaminated with the fluorosulfonic acid produced from the decomposition of HCSI. Since the boiling point is close to the boiling point of HFSI, this by-product is difficult to remove. This reaction of fluorinating HSCI using anhydrous HF achieved yields of> 95% [5], but the product was still a synthetic impurity with fluorosulfuric acid, hydrogen fluoride, hydrogen chloride, and sulfuric acid. It is contaminated.

HCSIを三フッ化ビスマス(BiF)と反応させると、より清浄な反応生成物中にHFSIが生じることが報告されている。この反応では、BiClは昇華性ではないため、形成されたBiCl副生成物を分別蒸留によってHFSIから容易に分離することができる[6]。しかし、生成物は、合成不純物としていくらかの塩化物、フッ化物、およびフルオロスルホン酸を有する。 It has been reported that reaction of HCSI with bismuth trifluoride (BiF 3 ) produces HFSI in a cleaner reaction product. Since BiCl 3 is not sublimable in this reaction, the formed BiCl 3 by-product can be easily separated from HFSI by fractional distillation [6]. However, the product has some chloride, fluoride, and fluorosulfonic acid as synthetic impurities.

HFSIを合成する別の方法では、カリウムビス(フルオロスルホニル)イミド(KFSI)を過塩素酸と反応させる[7]。このプロセスでは、副生成物の過塩素酸カリウムは爆発性であると考えられる。また、単離されたHFSIは、KFSI中に存在する高レベルのカリウムカチオンおよびいくらかの塩化物不純物で汚染されている。 Another method of synthesizing HFSI is to react potassium bis (fluorosulfonyl) imide (KFSI) with perchloric acid [7]. In this process, the by-product potassium perchlorate is considered explosive. Also, the isolated HFSI is contaminated with high levels of potassium cations and some chloride impurities present in KFSI.

式FSONH-OFを有するイミドビス(硫酸)ジフルオリドとしても知られる水素ビス(フルオロスルホン酸)は、融点(m.p.)が17℃であり、b.p.が170℃であり、密度が1.892g/cmである無色の液体である。これは、水および多数の有機溶媒に非常によく溶解する。水中での加水分解は比較的遅く、HF、HSO、およびアミド硫酸(HNSO)の形成をもたらす。HFSIは強酸であり、pKaは1.28である[8]。 Hydrogen bis (fluorosulfonic acid), also known as imidebis (sulfuric acid) difluoride having the formula FSO 2 NH-O 2 F, has a melting point (mp) of 17 ° C. and b. p. Is a colorless liquid having a density of 1.892 g / cm 3 at 170 ° C. It dissolves very well in water and many organic solvents. Hydrolysis in water is relatively slow, resulting in the formation of HF, H 2 SO 4 , and amidosulfate (H 3 NSO 3 ). HFSI is a strong acid and pKa is 1.28 [8].

本開示の精製方法を使用して、粗LiFSI中に存在する合成不純物および/または他の不純物などの標的不純物、例えば、前述の合成方法のうちのいずれか1つまたは複数を使用して生成された粗HFSIを使用して合成された粗LiFSIを除去することができる。いくつかの実施形態では、精製方法は、不活性条件下で粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させて、粗LiFSIおよび1種または複数の標的不純物を含有する溶液を生成することを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒中のLiFSIの溶解度は、室温で少なくとも約60%、典型的には約60%~約90%の範囲であり、1種または複数の標的不純物の各々の溶解度は、典型的には室温で約20パーツ・パー・ミリオン(ppm)以下、多くの場合、例えば約13ppm未満である。いくつかの実施形態では、粗LiFSIと少なくとも1種の第1の無水有機溶媒との接触は、最小量の少なくとも1種の第1の無水有機溶媒を使用して行われる。少なくとも1種の第1の無水有機溶媒の文脈における「最小量」とは、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒が、実質的に、LiFSIがもはや溶解し続けない量で提供されることを意味する。いくつかの実施形態では、最小量の少なくとも1種の無水機溶媒は、溶液の約50重量%~約75重量%の範囲にある。 Produced using the purification methods of the present disclosure using targeted impurities such as synthetic impurities and / or other impurities present in the crude LiFSI, eg, one or more of the synthetic methods described above. The crude LiFSI synthesized can be removed using the crude HFSI. In some embodiments, the purification method contacts the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent under inert conditions to produce a solution containing the crude LiFSI and one or more target impurities. Including doing. In some embodiments, the solubility of LiFSI in at least one first anhydrous organic solvent is at least about 60% at room temperature, typically in the range of about 60% to about 90%, and one or more. The solubility of each of the plurality of target impurities is typically less than about 20 parts per million (ppm) at room temperature, often less than about 13 ppm, for example. In some embodiments, contact of the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent is carried out using a minimum amount of at least one first anhydrous organic solvent. The "minimum amount" in the context of at least one first anhydrous organic solvent means that the at least one first anhydrous organic solvent is provided in an amount that substantially no longer continues to dissolve LiFSI. means. In some embodiments, the minimum amount of at least one anhydrous organic solvent ranges from about 50% by weight to about 75% by weight of the solution.

いくつかの実施形態では、粗LiFSIと少なくとも1種の第1の無水有機溶媒との接触は、約15℃~約25℃の範囲内の温度よりも低い温度で行われる。粗LiFSIの少なくとも1つの第1の無水有機溶媒への溶解は発熱反応である。その結果、いくつかの実施形態では、冷却器、サーモスタット、サーキュレータなどの任意の適切な温度制御装置を使用して溶液の温度を制御することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも1種の無水有機溶媒を粗LiFSIと接触させる際に、溶液の温度を約25℃未満に維持するように溶液の温度を制御する。最小量の少なくとも1種の第1の無水有機溶媒を達成するために、および/または少なくとも1種の第1の無水有機溶媒による粗LiFSIの接触中に溶液の温度を制御するために、少なくとも1種の無水有機溶媒を、適切な供給装置または投入装置を使用して、正確に制御された速度で、または正確に制御された量で連続的または継続的に添加することができる。 In some embodiments, the contact of the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent is carried out at a temperature below the temperature in the range of about 15 ° C to about 25 ° C. Dissolution of the crude LiFSI in at least one anhydrous organic solvent is an exothermic reaction. As a result, in some embodiments, the temperature of the solution can be controlled using any suitable temperature control device such as a cooler, thermostat, circulator or the like. In some embodiments, the temperature of the solution is controlled to maintain the temperature of the solution below about 25 ° C. when contacting the crude LiFSI with at least one anhydrous organic solvent. At least one to achieve a minimum amount of at least one first anhydrous organic solvent and / or to control the temperature of the solution during contact of the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent. Anhydrous organic solvents of the species can be added continuously or continuously at precisely controlled rates or in precisely controlled amounts using appropriate feeders or feeders.

LiFSIと少なくとも1種の第1の無水有機溶媒との接触中の不活性条件は、とりわけ、アルゴンガスおよび/または窒素ガス、および/または他の不活性乾燥(すなわち、無水)ガスを使用するなど、任意の適切な技術を使用して生成することができる。精製方法は、1気圧など、任意の適切な圧力で実施することができる。 Inactive conditions during contact of LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent include, among other things, the use of argon gas and / or nitrogen gas, and / or other inert dry (ie, anhydrous) gas. , Can be produced using any suitable technique. The purification method can be carried out at any suitable pressure, such as 1 atmosphere.

少なくとも1種の第1の無水有機溶媒の各々が選択され得る無水有機溶媒の例としては、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、プロピルメチルカルボナート(PMC)、エチレンカルボナート(EC)、フルオロエチレンカルボナート(FEC)、トランスブチレンカルボナート、アセトニトリル、マロノニトリル、アジポニトリル、酢酸メチル、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(MP)、プロピオン酸エチル(EP)、メタノール、エタノール、プロパノールおよびイソプロパノールが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されない。 Examples of anhydrous organic solvents in which each of at least one first anhydrous organic solvent can be selected include dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), ethylmethylcarbonate (EMC), and propylmethylcarbonate. (PMC), Ethyl Carbonate (EC), Fluoroethylene Carbonate (FEC), Transbutylene Carbonate, acetonitrile, Marononitrile, Adiponitrile, Methyl Acetate, Ethyl Acetate, Propyl Acetate, Butyl Acetate, Methyl Propionate (MP), Propion Examples include, but are not limited to, ethyl acetate (EP), methanol, ethanol, propanol and isopropanol.

粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させた後、少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を溶液に添加して、その少なくとも1種の標的不純物を沈殿させる。少なくとも1種の第2の無水有機溶媒は、LiFSIおよび1種または複数の標的不純物が、少なくとも1種の第2の無水有機溶媒に実質的に不溶性(上記のように、標的不純物は20ppmを超えて可溶性であるべきではないことが一般に望ましい)であるように選択される。いくつかの実施形態では、少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を最小量で添加する。少なくとも1種の第2の無水有機溶媒の文脈における「最小量」とは、少なくとも1種の第2の無水有機溶媒が、実質的に、1種または複数の標的不純物がもはや溶液から析出し続けない量で提供されることを意味する。いくつかの実施形態において、最小量の少なくとも1種の無水機溶媒は、溶液の0重量%超~10重量%以下の範囲にある。少なくとも1種の第2の無水有機溶媒は、粗LiFSIと少なくとも1種の第1の無水有機溶媒との接触中に存在するのと同じ温度、圧力および不活性条件下で添加することができる。 After contacting the crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent, at least one second anhydrous organic solvent is added to the solution to precipitate the at least one target impurity. The at least one second anhydrous organic solvent is substantially insoluble in LiFSI and one or more target impurities in at least one second anhydrous organic solvent (as mentioned above, the target impurities exceed 20 ppm). It is generally desirable that it should not be soluble). In some embodiments, the minimum amount of at least one second anhydrous organic solvent is added. The "minimum amount" in the context of at least one second anhydrous organic solvent is that at least one second anhydrous organic solvent substantially continues to precipitate one or more target impurities from the solution. Means that it is provided in no quantity. In some embodiments, the minimum amount of at least one anhydrous organic solvent ranges from more than 0% by weight to less than 10% by weight of the solution. The at least one second anhydrous organic solvent can be added under the same temperature, pressure and inert conditions as present during contact between the crude LiFSI and the at least one first anhydrous organic solvent.

少なくとも1種の第2の無水有機溶媒の各々が選択され得る無水有機溶媒の例としては、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されない。 Examples of anhydrous organic solvents in which each of at least one second anhydrous organic solvent can be selected include dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, etc. Not necessarily limited to these.

少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を添加した後、1種または複数の標的不純物の各々の不溶性部分を、例えば濾過またはカニューレ挿入して溶液から分離し、溶液中にLiFSIを含有する濾液を生成する。濾過は、1種または複数の濾過材、遠心分離、重力分離、ハイドロサイクロンなどを使用するなど、任意の適切な方法を使用して実施することができる。当業者は、本開示の精製方法の任意の特定の具体化に使用するための適切な濾過技術(1種または複数)を理解するであろう。 After adding at least one second anhydrous organic solvent, the insoluble portion of each of the one or more target impurities is separated from the solution, for example by filtration or cannulating, and a filtrate containing LiFSI in the solution. Generate. Filtration can be performed using any suitable method, such as using one or more filters, centrifugation, gravity separation, hydrocyclone, and the like. One of ordinary skill in the art will understand suitable filtration techniques (s) for use in any particular embodiment of the purification methods of the present disclosure.

濾液を濾過から得た後、濾液中の溶媒を除去して、主にLiFSIおよびいくらか減少した量の1種または複数の標的不純物からなる固体塊を得る。除去される溶媒は、典型的には、前の処理からの1種または複数の第1の無水有機溶媒および1種または複数の第2の無水有機溶媒の各々である。溶媒は、任意の適切な技術を使用して、例えば適切な温度および減圧条件下で除去することができる。例えば、溶媒を除去することは、約0.5Torr以下または約0.1Torr以下の圧力で行ってもよい。除去時の温度は、例えば、約25℃~約40℃以下であってもよい。 After the filtrate is obtained from filtration, the solvent in the filtrate is removed to give a solid mass consisting primarily of LiFSI and a somewhat reduced amount of one or more target impurities. The solvent removed is typically each of one or more first anhydrous organic solvents and one or more second anhydrous organic solvents from the previous treatment. The solvent can be removed using any suitable technique, for example under suitable temperature and reduced pressure conditions. For example, removing the solvent may be performed at a pressure of about 0.5 Torr or less or about 0.1 Torr or less. The temperature at the time of removal may be, for example, about 25 ° C. to about 40 ° C. or lower.

固体塊を得た後、固体塊を、LiFSIが実質的に不溶性である少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させて、第3の溶媒と溶媒和する1種または複数の標的不純物によって、より多くの1種または複数の標的不純物をさらに除去することができる。別の利点は、特に減圧および室温よりわずかに高い温度で溶媒を吸引することによって、プロセス中に形成された任意のppmレベルのHFを除去することである。いくつかの実施形態では、固体塊と接触するために使用される少なくとも1種の第3の無水有機溶媒の量は、固体塊の質量の少なくとも50重量%であってもよい。少なくとも1種の第3の無水有機溶媒の各々が選択され得る無水有機溶媒の例としては、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されない。 After obtaining the solid mass, the solid mass is contacted with at least one third anhydrous organic solvent in which LiFSI is substantially insoluble and solvated with the third solvent by one or more target impurities. , More one or more target impurities can be further removed. Another advantage is to remove any ppm levels of HF formed during the process, especially by aspirating the solvent at reduced pressure and slightly above room temperature. In some embodiments, the amount of at least one third anhydrous organic solvent used to contact the solid mass may be at least 50% by weight by weight of the solid mass. Examples of anhydrous organic solvents in which each of at least one third anhydrous organic solvent can be selected include dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, etc. Not necessarily limited to these.

固体塊を少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させた後、LiFSIを少なくとも1種の第3の無水有機溶媒から単離して、低減された量の1種または複数の標的不純物の各々を含有する精製LiFSI生成物を得る。少なくとも1種の第3の無水有機溶媒からのLiFSIの単離は、固体形態のLiFSIの濾過および/または真空中などでの固体LiFSIの乾燥などの任意の1つまたは複数の適切な技術を使用して行うことができる。いくつかの実施形態では、真空中の圧力は、約0.1Torr未満または約0.01Torr未満である。得られた精製LiFSI生成物は、典型的には、白色の自由流動性粉末である。 After contacting the solid mass with at least one third anhydrous organic solvent, LiFSI is isolated from at least one third anhydrous organic solvent and each of the reduced amounts of one or more target impurities. A purified LiFSI product containing the above is obtained. Isolation of LiFSI from at least one third anhydrous organic solvent uses any suitable technique, such as filtration of LiFSI in solid form and / or drying of solid LiFSI in vacuum, etc. Can be done. In some embodiments, the pressure in vacuum is less than about 0.1 Torr or less than about 0.01 Torr. The resulting purified LiFSI product is typically a white free-flowing powder.

乾燥した精製LiFSI生成物は、保管中のLiFSIの分解を抑制するために、乾燥ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)容器または遊離フッ化物に対して不活性なニッケル合金などの乾燥不活性容器に、約25℃以下などの低温で、アルゴンなどの不活性ガス内で保管することができる。 The dried purified LiFSI product is placed in a dry polytetrafluoroethylene (PTFE) container or a dry inert container such as a nickel alloy that is inert to free fluoride to suppress the decomposition of LiFSI during storage. It can be stored in an inert gas such as argon at a low temperature such as 25 ° C. or lower.

以下の表Iは、本開示のLiFSI精製方法のための第1、第2および第3の無水有機溶媒の各々の選択例を示す。表に見られるように、選択された第1の無水有機溶媒はジメチルカルボナートであり、選択された第2および第3の無水有機溶媒はジクロロメタンである。

Figure 2022507458000015
Table I below shows examples of selection of each of the first, second and third anhydrous organic solvents for the LiFSI purification method of the present disclosure. As can be seen in the table, the selected first anhydrous organic solvent is dimethylcarbonate and the selected second and third anhydrous organic solvents are dichloromethane.
Figure 2022507458000015

上記の表Iに基づくと、ジメチルカルボナート中のLiFSIの溶解度は90%超であり、ジクロロメタンには不溶性である。一方、この例におけるLiF、LiClおよびLiSOなどの標的不純物の溶解度は、無水条件下でジメチルカルボナート中13ppm未満である。したがって、粗LiFSIを精製するこの例では、無水ジメチルカルボナートおよび無水ジクロロメタン溶媒を選択し、本開示による精製LiFSI生成物を得た。上記の方法の態様によれば、上記の表Iに報告された不純物を含有する粗LiFSIをジメチルカルボナート中で約40%~約75%の濃度で約25℃で混合し、室温で撹拌し、続いて約2%~約10%のジクロロメタンを添加して標的不純物を沈殿させることができる。次いで、標的不純物を例えば濾過によって除去し、濾液を濃縮乾固することができる。次いで、得られた固体を無水ジクロロメタンで処理して、ジクロロメタンに可溶性の任意の標的HF不純物を除去することができる。しかし、LiFSIはジクロロメタンに不溶である。 Based on Table I above, the solubility of LiFSI in dimethylcarbonate is greater than 90% and is insoluble in dichloromethane. On the other hand, the solubility of target impurities such as LiF, LiCl and Li 2 SO 4 in this example is less than 13 ppm in dimethylcarbonate under anhydrous conditions. Therefore, in this example of purifying crude LiFSI, anhydrous dimethylcarbonate and anhydrous dichloromethane solvents were selected to obtain the purified LiFSI product according to the present disclosure. According to the embodiment of the above method, the crude LiFSI containing the impurities reported in Table I above is mixed in dimethylcarbonate at a concentration of about 40% to about 75% at about 25 ° C. and stirred at room temperature. , Subsequently, about 2% to about 10% dichloromethane can be added to precipitate the target impurities. The target impurities can then be removed, for example by filtration, and the filtrate can be concentrated to dryness. The resulting solid can then be treated with anhydrous dichloromethane to remove any target HF impurities soluble in dichloromethane. However, LiFSI is insoluble in dichloromethane.

精製LiFSIを濾過によって回収し、最後に減圧下(一例では、約0.1Torr未満)および約40℃未満で乾燥させて、白色の自由流動性粉末を得ることができる。この例では、白色粉末をPTFE容器内のアルゴン雰囲気下で保存した。 Purified LiFSI can be recovered by filtration and finally dried under reduced pressure (less than about 0.1 Torr in one example) and below about 40 ° C. to give a white free-flowing powder. In this example, the white powder was stored in an argon atmosphere in a PTFE container.

上記の方法のいずれか1つを使用して精製される粗LiFSI中の標的不純物(1種または複数)の濃度および所望の精製LiFSI生成物中の標的不純物のうちの1種または複数の所望の最大濃度に応じて、各パスで1種または複数の標的不純物の量を順次減少させるためにマルチパス法を実施する必要があり得る。そのようなマルチパス方法は、最初に粗LiFSI中にあり、その後、得られた精製LiFSI生成物中に依然として残留している可能性のある、1種または複数の標的不純物の各々のレベルを連続的に低下させるために、前述の方法のいずれかのうちの1つまたは複数を連続的に利用することができる。本開示の例示的なマルチパス精製方法100を図1に示す。 The concentration of the target impurity (s) in the crude LiFSI purified using any one of the above methods and the desired one or more of the target impurities in the desired purified LiFSI product. Depending on the maximum concentration, it may be necessary to perform a multi-pass method to sequentially reduce the amount of one or more target impurities in each pass. Such a multipath method is first in crude LiFSI and then continuous with each level of one or more target impurities that may still remain in the resulting purified LiFSI product. One or more of the above-mentioned methods can be continuously utilized in order to reduce the temperature. An exemplary multipath purification method 100 of the present disclosure is shown in FIG.

図3を参照すると、ブロック305において、特定のレベル(1または複数)で存在する1種または複数の標的不純物を含有する粗LiFSIが提供される。ブロック310において、粗LiFSIを上記の方法のいずれか1つを用いて精製する。ブロック310における精製の最終成果は、各標的不純物のレベルが低減された精製LiFSI生成物である。任意選択のブロック315において、精製LiFSI生成物中の標的不純物のうちの1または複数の各々のレベルを、適切な測定手順を用いて測定する。任意選択のブロック320において、測定されたレベルの各々は、精製LiFSI生成物中に存在することが許容される対応する標的不純物の最大所望レベルと比較される。任意選択のブロック325において、測定されたレベルのうちのいずれか1または複数が、対応する所望の最大レベルを超えるかどうかが判定される。超えていない場合、すなわち、各測定されたレベルが対応する所望の最大レベルを下回る場合、精製LiFSI生成物は、所望の不純物レベルの仕様を満たし、さらなる精製を必要としない。したがって、マルチパス精製方法300はブロック330で終了することができる。 Referring to FIG. 3, in block 305, crude LiFSI containing one or more target impurities present at a particular level (s) is provided. In block 310, crude LiFSI is purified using any one of the above methods. The end result of purification in block 310 is a purified LiFSI product with reduced levels of each target impurity. In optional block 315, the level of each of one or more of the target impurities in the purified LiFSI product is measured using appropriate measurement procedures. In optional block 320, each of the measured levels is compared to the maximum desired level of the corresponding target impurity that is allowed to be present in the purified LiFSI product. In the optional block 325, it is determined whether any one or more of the measured levels exceed the corresponding desired maximum level. If not exceeded, i.e., if each measured level is below the corresponding desired maximum level, the purified LiFSI product meets the desired impurity level specifications and does not require further purification. Therefore, the multipath purification method 300 can be terminated at block 330.

しかし、ブロック325において、測定されたレベルのいずれかのうちの1種または複数が対応する所望の最大レベル(1または複数)を超える場合、ブロック310における前のパススルー精製で精製された精製LiFSI生成物は、ブロック310においてループ335を介して精製することができる。ブロック310におけるこのパススルー精製では、溶液の生成および/または結晶化LiFSIの洗浄に使用される無水有機溶媒(1種または複数)は、ブロック310における前のパススルー精製で使用されたものと同じであっても異なっていてもよい。ブロック310における精製の最後に、任意選択のブロック315および320において、標的不純物レベル(1または複数)の1回または複数の測定、および測定されたレベル(1または複数)と1または複数の対応する所望の最大レベルとの1つまたは複数の比較を行って、方法300がブロック330で終了することができるかどうか、または最新のパスの精製LiFSI生成物中のLiFSIがループ335を介して再び精製に供されるべきかどうかを決定することができる。 However, in block 325, if one or more of the measured levels exceeds the corresponding desired maximum level (s), the purified LiFSI production purified by the previous pass-through purification in block 310. The material can be purified via loop 335 in block 310. In this pass-through purification at block 310, the anhydrous organic solvent (s) used to generate the solution and / or wash the crystallized LiFSI were the same as those used in the previous pass-through purification at block 310. May be different. At the end of purification in block 310, in optional blocks 315 and 320, one or more measurements of the target impurity level (s), and one or more correspondences with the measured levels (s). Whether the method 300 can be terminated at block 330 by making one or more comparisons with the desired maximum level, or the LiFSI in the purified LiFSI product of the latest path is purified again via loop 335. It is possible to decide whether or not it should be offered to.

マルチパス精製方法が有用であり得る非限定的であるが例示的な例は、リチウム系電池用のLiFSIなどのリチウム系電解質である。粗LiFSIは、典型的には、塩化物不純物、例えば、LiFSIを生成するために使用される粗HFSI中のHCl合成不純物からのLiClを350ppm以上程度有する。しかし、そのような塩化物レベルは、リチウム金属電池に対して腐食性である。その結果、リチウム金属電池用のLiFSI系電解質中の塩化物レベルを低く、例えば約10ppm未満または1ppm未満に保つことが望ましい。電解質に使用されるLiFSI塩を合成するために使用される粗LiFSIについて、図3に示すマルチパス精製方法300などの本開示のマルチパス精製方法を使用することは、そのような低い塩化物レベルを達成する有用な方法であり得る。 A non-limiting but exemplary example in which a multipath purification method may be useful is a lithium-based electrolyte such as LiFSI for lithium-based batteries. Crude LiFSI typically has around 350 ppm LiCl from chloride impurities, eg, HCl synthetic impurities in crude HFSI used to produce LiFSI. However, such chloride levels are corrosive to lithium metal batteries. As a result, it is desirable to keep the chloride level in the LiFSI-based electrolyte for lithium metal batteries low, for example less than about 10 ppm or less than 1 ppm. For crude LiFSI used to synthesize the LiFSI salt used in the electrolyte, using the multipath purification methods of the present disclosure, such as the multipath purification method 300 shown in FIG. 3, is such a low chloride level. Can be a useful way to achieve.

非限定的であるが例示的な例として、マルチパス精製方法300を使用して、合成不純物として200ppmのLiClを含有する粗LiFSIから出発して、LiFSI生成物中の(標的不純物LiClの形態の)塩素含有量を1ppm未満に低下させることができる。ブロック305において、所望の量の粗HFSIが提供される。ブロック310において、粗LiFSIを、上記または下記に例示される精製方法のいずれかを用いて精製する。 As a non-limiting but exemplary example, the multipath purification method 300 is used to start with crude LiFSI containing 200 ppm LiCl as a synthetic impurity and in the LiFSI product (in the form of the target impurity LiCl). ) The chlorine content can be reduced to less than 1 ppm. At block 305, the desired amount of crude HFSI is provided. In block 310, the crude LiFSI is purified using either the purification method described above or exemplified below.

任意選択のブロック315において、精製LiFSI生成物中のLiCl(または塩化物)のレベルは、100ppmであると測定される。任意選択のブロック320において、300ppmの測定されたレベルを、1ppm未満の必要条件と比較する。任意選択のブロック325では、100ppmが1ppm未満の必要条件よりも大きいので、精製LiFSI生成物は、ブロック310において、ループ335を介して、最初の粗LiFSIを精製するために使用されたものと同じまたは異なる精製プロセスを使用して処理される。この第2のパスでは、出発標的不純物レベルは100ppmであり、2回精製LiFSI生成物中の最終不純物レベルは、任意選択のブロック315で測定して、ここでは20ppmである。この20ppmレベルを任意選択のブロック320において1ppm未満の必要条件と比較した後、任意選択のブロック325において、2回精製LiFSI生成物は、ブロック310において、ループ335を介して、前の2回パスのいずれかで使用された同じまたは異なる精製方法で再度精製される必要があると決定される。 In optional block 315, the level of LiCl (or chloride) in the purified LiFSI product is measured to be 100 ppm. In the optional block 320, a measured level of 300 ppm is compared to a requirement of less than 1 ppm. In the optional block 325, 100 ppm is greater than the requirement of less than 1 ppm, so the purified LiFSI product is the same as that used to purify the first crude LiFSI in block 310 via loop 335. Or it is processed using a different purification process. In this second pass, the starting target impurity level is 100 ppm and the final impurity level in the double purified LiFSI product is 20 ppm as measured in optional block 315. After comparing this 20 ppm level with the requirement of less than 1 ppm in optional block 320, the double purified LiFSI product in block 310 via loop 335 the previous two passes. It is determined that it needs to be purified again by the same or different purification method used in any of the above.

この第3のパスでは、出発標的不純物レベルは20ppmであり、3回精製LiFSI生成物の最終不純物レベルは、任意選択のブロック315で測定して、ここでは1ppm未満である。この1ppm未満のレベルを任意選択のブロック320で1ppm未満の必要条件と比較した後、任意選択のブロック325において、3回精製LiFSI生成物は、マルチパス精製方法300がブロック330で終了することができるような必要条件を満たすと判定される。 In this third pass, the starting target impurity level is 20 ppm and the final impurity level of the triple purified LiFSI product is less than 1 ppm as measured in optional block 315. After comparing this less than 1 ppm level with less than 1 ppm requirements in optional block 320, the triple-purified LiFSI product in optional block 325 may be terminated in block 330 by the multipath purification method 300. It is determined that the necessary conditions that can be met are satisfied.

II.B.例 II. B. example

上記の方法は、以下の例によってさらに説明されるが、これらの例は単に例示の目的で含まれており、本開示の範囲を限定することを意図しないことが理解されよう。特に明記しない限り、これらの例で使用したすべての化学物質は高純度であり、信頼できる商業的供給源から得た。プロセスから水分を排除するために厳しい予防措置を講じ、十分に換気されたフードを使用して反応を行った。 The above methods are further described by the following examples, but it will be appreciated that these examples are included solely for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of the present disclosure. Unless otherwise stated, all chemicals used in these examples were of high purity and were obtained from reliable commercial sources. Strict precautions were taken to remove water from the process and the reaction was carried out using a well-ventilated hood.

II.B.1.例1 II. B. 1. 1. Example 1

ジメチルカルボナート(DMC)およびジクロロメタンを使用するLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =400ppm、Cl=50ppm、F=200ppm、SO 2-=200ppm、および水=200ppmを含有する粗LiFSI(250g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水DMC(250g(50重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン20g(4重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって混合物から除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、次いで、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(200g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率95%で得た。この例では、精製LiFSI生成物は以下の不純物、FSO =100ppm、Cl=10ppm、F=50ppm、SO 2-=60ppm、および水=50ppmを有していた。 Purification of LiFSI using dimethyl carbonate (DMC) and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3- = 400 ppm , Cl- = 50 ppm , F- = 200 ppm, SO 4-2 . Crude LiFSI (250 g) containing = 200 ppm and water = 200 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Anhydrous DMC (250 g (50% by weight)) was added little by little to the flask with stirring, followed by 20 g (4% by weight) of anhydrous dichloromethane. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed from the mixture by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was then treated with anhydrous dichloromethane (200 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 95% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI product had the following impurities: FSO 3 = 100 ppm, Cl = 10 ppm, F = 50 ppm, SO 4-2 = 60 ppm, and water = 50 ppm.

II.B.2.例2 II. B. 2. 2. Example 2

エチルメチルカルボナート(EMC)およびジクロロメタンを使用するLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =200ppm、Cl=10ppm、F=100ppm、SO 2-=100ppm、および水=100ppmを含む粗LiFSI(250g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水EMC(200g(約44重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン25g(約5.6重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、次いで、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(250g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率92%で得た。この例では、精製LiFSIは以下の不純物、FSO =40ppm、Cl=1ppm、F=10ppm、SO 2-=20ppm、および水=30ppmを有していた。 Purification of LiFSI using Ethyl Methyl Carbonate (EMC) and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3 = 200 ppm, Cl = 10 ppm, F = 100 ppm, SO 42 . Crude LiFSI (250 g) containing = 100 ppm and water = 100 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Anhydrous EMC (200 g (about 44% by weight)) was added little by little to the flask with stirring, followed by 25 g (about 5.6% by weight) of anhydrous dichloromethane. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was then treated with anhydrous dichloromethane (250 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 92% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI had the following impurities: FSO 3 = 40 ppm, Cl = 1 ppm, F = 10 ppm, SO 4-2 = 20 ppm, and water = 30 ppm.

II.B.3.例3 II. B. 3. 3. Example 3

ジエチルカルボナート(DEC)およびジクロロメタンを使用したLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =400ppm、Cl=50ppm、F=200ppm、SO 2-=200ppm、および水=200ppmを含有する粗LiFSI(250g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水DEC(250g(50重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン20g(4重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって混合物から除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、次いで、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(200g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率90%で得た。この例では、精製LiFSI生成物は以下の不純物、FSO =80ppm、Cl=5ppm、F=30ppm、SO 2-=50ppm、および水=45ppmを有する。 Purification of LiFSI using diethyl carbonate (DEC) and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3- = 400 ppm , Cl- = 50 ppm , F- = 200 ppm, SO 4-2 . Crude LiFSI (250 g) containing = 200 ppm and water = 200 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Anhydrous DEC (250 g (50% by weight)) was added little by little to the flask with stirring, followed by 20 g (4% by weight) of anhydrous dichloromethane. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed from the mixture by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was then treated with anhydrous dichloromethane (200 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 90% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI product has the following impurities: FSO 3 = 80 ppm, Cl = 5 ppm, F = 30 ppm, SO 4-2 = 50 ppm, and water = 45 ppm.

II.B.4.例4 II. B. 4. Example 4

ジプロピルカルボナート(DPC)およびジクロロメタンを使用するLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =200ppm、Cl=10ppm、F=100ppm、SO 2-=100ppm、および水=100ppmを含有する粗LiFSI(250g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水ジプロピルカルボナート(200g(約44重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン20g(約4.4重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって混合物から除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(250g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率90%で得た。この例では、精製LiFSI生成物は以下の不純物、FSO =30ppm、Cl=1ppm、F=11ppm、SO 2-=15ppm、および水=30ppmを有していた。 Purification of LiFSI using dipropylcarbonate (DPC) and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3- = 200 ppm , Cl- = 10 ppm , F- = 100 ppm, SO 42 . Crude LiFSI (250 g) containing = 100 ppm and water = 100 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Dipropyl carbonate (200 g (about 44% by weight)) was added little by little to the flask with stirring, followed by 20 g (about 4.4% by weight) of dichloromethane. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed from the mixture by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (250 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 90% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI product had the following impurities: FSO 3 = 30 ppm, Cl = 1 ppm, F = 11 ppm, SO 4-2 = 15 ppm, and water = 30 ppm.

II.B.5.例5 II. B. 5. Example 5

メチルプロピルカルボナート(MPC)およびジクロロメタンを使用するLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =200ppm、Cl=10ppm、F=100ppm、SO 2-=100ppm、および水=100ppmを含有する粗LiFSI(250g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水メチルプロピルカルボナート(MPC)(200g(約44.4重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン20g(約4.4重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(250g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率91%で得た。この例では、精製LiFSI生成物は以下の不純物、FSO =32ppm、Cl=2ppm、F=12ppm、SO 2-=22ppm、および水=35ppmを有していた。 Purification of LiFSI using Methylpropyl Carbonate (MPC) and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3 = 200 ppm, Cl = 10 ppm, F = 100 ppm, SO 42 . Crude LiFSI (250 g) containing = 100 ppm and water = 100 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Methylpropylcarbonate anhydride (MPC) (200 g (about 44.4% by weight)) was added to the flask little by little with stirring, followed by 20 g (about 4.4% by weight) of dichloromethane. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (250 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 91% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI product had the following impurities: FSO 3 = 32 ppm, Cl = 2 ppm, F = 12 ppm, SO 4-2 = 22 ppm, and water = 35 ppm.

II.B.6.例6 II. B. 6. Example 6

酢酸エチルおよびクロロホルムを使用するLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =200ppm、Cl=10ppm、F=100ppm、SO 2-=100ppm、および水=100ppmを含有する粗LiFSI(250g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水酢酸エチル(150g(37.5重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水クロロホルム20g(5重量%)を添加する。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水クロロホルム(250g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率88%で得た。この例では、精製LiFSIは以下の不純物、FSO =40ppm、Cl=2ppm、F=15ppm、SO 2-=20ppm、および水=40ppmを有していた。 Purification of LiFSI using ethyl acetate and chloroform: various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3- = 200 ppm , Cl- = 10 ppm , F- = 100 ppm, SO 4-2 = 100 ppm, and. Crude LiFSI (250 g) containing 100 ppm of water was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Acetic anhydride (150 g (37.5% by weight)) is added little by little to the flask with stirring, followed by 20 g (5% by weight) of anhydrous chloroform. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous chloroform (250 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 88% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI had the following impurities: FSO 3 = 40 ppm, Cl = 2 ppm, F = 15 ppm, SO 4-2 = 20 ppm, and water = 40 ppm.

II.B.7.例7 II. B. 7. Example 7

酢酸ブチルおよびジクロロメタンを使用したLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =200ppm、Cl=10ppm、F=100ppm、SO 2-=100ppm、および水=100ppmを含有する粗LiFSI(200g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水酢酸ブチル(150g(約43重量%))を撹拌しながらフラスコに少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン30g(約8.6重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(250g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率89%で得た。この例では、精製されたLiFSI生成物は以下の不純物、FSO =38ppm、Cl=1ppm、F=15ppm、SO 2-=22ppm、および水=40ppmを有していた。 Purification of LiFSI using butyl acetate and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3- = 200 ppm , Cl- = 10 ppm , F- = 100 ppm, SO 4-2 = 100 ppm, and. Crude LiFSI (200 g) containing water = 100 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Acetic anhydride butyl acetate (150 g (about 43% by weight)) was added little by little to the flask with stirring, followed by addition of 30 g (about 8.6% by weight) of acetic anhydride. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (250 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 89% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI product had the following impurities: FSO 3 = 38 ppm, Cl = 1 ppm, F = 15 ppm, SO 4-2 = 22 ppm, and water = 40 ppm.

II.B.8.例8 II. B. 8. Example 8

アセトニトリルおよびジクロロメタンを使用したLiFSIの精製:500mL乾燥フラスコ中で、様々なレベルの不純物、ここでは、FSO =200ppm、Cl=10ppm、F=100ppm、SO 2-=100ppm、および水=100ppmを含有する粗LiFSI(200g)を窒素雰囲気下で採取し、水浴で10℃に冷却した。無水酢酸ブチル(150g(約43重量%))を撹拌しながら少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン30g(約8.6重量%)を添加した。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(250g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、精製LiFSI生成物を収率90%で得た。この例では、精製LiFSIは以下の不純物、FSO =50ppm、Cl=5ppm、F=20ppm、SO 2-=22ppm、および水=38ppmを有していた。 Purification of LiFSI using acetonitrile and dichloromethane: Various levels of impurities in a 500 mL dry flask, here FSO 3- = 200 ppm , Cl- = 10 ppm , F- = 100 ppm, SO 4-2 = 100 ppm, and water. Crude LiFSI (200 g) containing = 100 ppm was collected under a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. in a water bath. Acetic anhydride butyl acetate (150 g (about 43% by weight)) was added little by little with stirring, followed by 30 g (about 8.6% by weight) of acetic anhydride. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (250 g) under argon. The mixture is stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product is isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give the purified LiFSI product in 90% yield. rice field. In this example, the purified LiFSI had the following impurities: FSO 3 = 50 ppm, Cl = 5 ppm, F = 20 ppm, SO 4-2 = 22 ppm, and water = 38 ppm.

II.C.例示的な精製LiFSI生成物 II. C. Exemplary Purified LiFSI Products

上記に開示されたシングルパス精製方法または図3のマルチパス方法300のいずれかなどの前述の精製方法のいずれかを使用して、得られた精製LiFSI生成物は、精製方法によって除去された例外的に低レベルの標的不純物を有することができる。例えば、標的不純物の少なくとも1種がLiClである本開示の精製LiFSI生成物は、10ppm以下または1ppm未満のLiCl(Cl)レベルを有することができる。別の例として、標的不純物の少なくとも1種がLiF(F)、FSOLi(FSO )、およびLiCl(Cl)を含む本開示の精製LiFSI生成物は、約80ppm以下のF、約100ppm以下のFSO 、および約100ppm未満のCl、約40ppm以下のF、約250ppm以下のFSO 、および約20ppm以下のCl、または約200ppm以下のF、約100ppm以下のFSO 、および約30ppm以下のClを有することができる。別の例では、約200ppm以上のF、約200ppm以上のFSO 、および/または約200ppm以上のClを有する粗LiFSIから出発して、前述のレベルの不純物およびそれらの組み合わせの各々を達成することができる。さらに別の例では、標的不純物の少なくとも1種がSO 2-である本開示の精製LiFSI生成物は、約280ppm以下、または約100ppm以下のSO 2-レベルを有することができる。さらなる例では、前述のSO 2-レベルの各々は、約500ppm以上のSO 2-を有する粗LiFSIから開始して達成することができる。本開示の精製方法の有用な特徴は、本方法の各(または唯一の)パススルーにおいて互いに異なる種類の標的不純物を同時に除去する能力である。 Purified LiFSI products obtained using any of the aforementioned purification methods, such as either the single-pass purification method disclosed above or the multipath method 300 of FIG. 3, were removed by the purification method as an exception. Can have low levels of target impurities. For example, the purified LiFSI products of the present disclosure in which at least one of the target impurities is LiCl can have LiCl (Cl ) levels of 10 ppm or less or less than 1 ppm. As another example, the purified LiFSI products of the present disclosure containing at least one of the target impurities LiF (F ), FSO 3 Li (FSO 3 ), and LiCl (Cl ) are F of about 80 ppm or less. , FSO 3- of about 100 ppm or less, Cl- of less than about 100 ppm, F- of about 40 ppm or less, FSO 3- of about 250 ppm or less , and Cl- of about 20 ppm or less , or F- of about 200 ppm or less , about 100 ppm It can have the following FSO 3 - and Cl- of about 30 ppm or less. In another example, starting from a crude LiFSI with an F- of about 200 ppm or more , an FSO 3- of about 200 ppm or more, and / or a Cl- of about 200 ppm or more, each of the above-mentioned levels of impurities and combinations thereof. Can be achieved. In yet another example, the purified LiFSI products of the present disclosure in which at least one of the target impurities is SO 4-2 can have SO 4-2 levels of about 280 ppm or less, or about 100 ppm or less. In a further example, each of the aforementioned SO 4-2 levels can be achieved starting with a crude LiFSI having an SO 4-2 of about 500 ppm or higher. A useful feature of the purification methods of the present disclosure is the ability to simultaneously remove different types of target impurities in each (or only) pass-through of the method.

II.D.精製LiFSI生成物の例示的な使用 II. D. Illustrative Use of Purified LiFSI Product

上述のように、精製LiFSI生成物を使用して、とりわけ、電気化学デバイス用の精製LiFSI系電解質を生成することができる。ここで、精製電解質の純度は、精製LiFSI生成物が本明細書に開示される方法のいずれかのうちの1つまたは複数により精製されたという事実からもたらされる。そのような精製電解質は、本開示の精製LiFSI生成物(塩)を1種または複数の溶媒、1種または複数の希釈剤、および/または1種または複数の添加剤と混合することなど、様々な方法のいずれかを使用して生成することができ、溶媒、希釈剤、および添加剤は当技術分野で公知であってもよい。 As mentioned above, purified LiFSI products can be used to produce purified LiFSI-based electrolytes, among other things, for electrochemical devices. Here, the purity of the purified electrolyte comes from the fact that the purified LiFSI product was purified by one or more of the methods disclosed herein. Such purified electrolytes may vary, such as mixing the purified LiFSI product (salt) of the present disclosure with one or more solvents, one or more diluents, and / or one or more additives. Can be produced using any of the above methods, and solvents, diluents, and additives may be known in the art.

セクションI.D.2で上述したように、図2は、本開示の態様により作製された電気化学デバイス200を示す。この例では、上述した反応性溶媒低減LiFSI系電解質216の代わりに、本開示により生成された精製LiFSI系電解質216Aを使用してもよい。上述したように、精製LiFSI系電解質216Aについて、非溶媒不純物を除去するために精製された本開示の精製LiFSI系電解質を使用する利点は、合成不純物などのLiFSI系電解質中に存在し得る不純物を、電気化学デバイス200での使用に許容可能なレベル(例えば、1種または複数の不純物レベル仕様を満たす)まで低減できることである。精製LiFSI生成物(塩)の例および精製LiFSI系電解質216Aを生成するために使用することができる低レベルのそれらの様々な不純物の例は、上述されている。 Section I. D. As mentioned above in 2, FIG. 2 shows an electrochemical device 200 made according to the aspects of the present disclosure. In this example, the purified LiFSI-based electrolyte 216A produced in the present disclosure may be used instead of the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 described above. As mentioned above, for the purified LiFSI-based electrolyte 216A, the advantage of using the purified LiFSI-based electrolyte of the present disclosure purified to remove non-solvent impurities is that impurities that may be present in the LiFSI-based electrolyte such as synthetic impurities can be removed. , To a level acceptable for use in the electrochemical device 200 (eg, satisfying one or more impurity level specifications). Examples of purified LiFSI products (salts) and examples of their various impurities at low levels that can be used to produce the purified LiFSI-based electrolyte 216A are described above.

一例では、精製LiFSI系電解質216Aは、粗LiFSIから出発して生成することができ、次いで、これを本明細書に記載の精製方法のうちのいずれか1つまたは複数を使用して精製して、適切な低レベルの1種または複数の標的不純物を有する精製LiFSI生成物を生成する。別の例では、粗HFSIを最初に、例えば上記の合成方法のいずれかによって合成することができ、この粗HFSIを使用して粗LiFSIを合成することができる。この粗LiFSIを、本明細書に記載の精製方法のいずれかのうちの1つまたは複数を使用して精製して、精製LiFSI生成物(塩)を生成することができる。次いで、この精製LiFSI生成物を使用して、例えば、電気化学デバイス200の性能を向上させる1種または複数の溶媒、1種または複数の希釈剤、および/または1種または複数の添加剤を添加することによって、精製LiFSI系電解質216Aを生成することができる。次いで、精製LiFSI系電解質216Aを電気化学デバイス200に添加することができ、その後、容器220を密封することができる。 In one example, the purified LiFSI-based electrolyte 216A can be produced starting from crude LiFSI, which is then purified using any one or more of the purification methods described herein. , Produces purified LiFSI products with suitable low levels of one or more target impurities. In another example, the crude HFSI can be first synthesized, for example by any of the above synthesis methods, and the crude HFSI can be used to synthesize the crude LiFSI. The crude LiFSI can be purified using one or more of the purification methods described herein to produce a purified LiFSI product (salt). The purified LiFSI product is then used to add, for example, one or more solvents, one or more diluents, and / or one or more additives that improve the performance of the electrochemical device 200. By doing so, the purified LiFSI-based electrolyte 216A can be produced. The purified LiFSI-based electrolyte 216A can then be added to the electrochemical device 200 and then the container 220 can be sealed.

III.水性中和プロセスを用いたLiFSIの合成 III. Synthesis of LiFSI using an aqueous neutralization process

このセクションは、水性中和プロセスを使用してLiFSIを合成する方法、それによって生成されるLiFSI塩、およびそのようなLiFSI塩の使用を扱う。 This section deals with methods of synthesizing LiFSI using an aqueous neutralization process, the LiFSI salts produced thereby, and the use of such LiFSI salts.

III.A.例示的な水性中和合成方法 III. A. Exemplary Aqueous Neutralization Synthesis Methods

本開示では、LiFSI生成物(例えば、塩)は、最初に、精製水素ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)を、LiFSIの水溶液を得るために脱イオン水中で、炭酸リチウム(LiCO)または水酸化リチウム(LiOH)などの1種または複数のリチウム塩基で中和することによって得ることができる。上述したLiSO、LiCl、LiF、およびLiFSOなどの不溶性不純物は、濾過により除去することができる。水は、例えば真空中で除去することができる。このプロセスで使用するための精製HFSIは、例えば、HFSIの精製の教示について参照により本明細書に組み込まれる、2019年9月13日に出願され、「Purified Hydrogen Bis(fluorosulfonyl)imide(HFSI)Products,Methods of Purifying Crude HFSI,and Uses of Purified HFSI Products(精製水素ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)生成物、粗HFSIの精製方法、および精製HFSI生成物の使用)」と題する米国特許出願第16/570,131号に記載されているように、結晶化によってHFSIを精製することなどの任意の適切な方法で得ることができる。水性中和を使用してLiFSIを合成する実験例およびそれらの対応する結果として生じる不純物レベルは、それぞれセクションIII.C.1、III.C.4、およびIII.C.6の例1、4、および6に以下に記載されている。 In the present disclosure, the LiFSI product (eg, salt) is first charged with purified hydrogen bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) in deionized water to obtain an aqueous solution of LiFSI (Li 2 CO 3 ). Alternatively, it can be obtained by neutralizing with one or more lithium bases such as lithium hydroxide (LiOH). Insoluble impurities such as Li 2 SO 4 , LiCl, LiF, and LiFSO 3 described above can be removed by filtration. Water can be removed, for example, in vacuum. Purified HFSI for use in this process is, for example, filed September 13, 2019, which is incorporated herein by reference with reference to the teaching of purification of HFSI, "Purified Hydrogen Bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) Products). , Methods of Purifying Crystal HFSI, and Uses of Purified HFSI Products (purified hydrogen bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) product, method for purifying crude HFSI, and use of purified HFSI product). As described in / 570,131, it can be obtained by any suitable method such as purifying HFSI by crystallization. Experimental examples of synthesizing LiFSI using aqueous neutralization and their corresponding resulting impurity levels are described in Section III. C. 1, III. C. 4, and III. C. 6 Examples 1, 4, and 6 are described below.

III.B.水性中和を用いて生成したLiFSI塩の例示的な精製 III. B. Exemplary purification of LiFSI salt produced using aqueous neutralization

上記のセクションIII.Aの水性中和プロセスを使用して生成された粗LiFSI生成物を精製して、合成LiFSI生成物から水を除去した後に残留する任意の合成不純物などの1種または複数の標的不純物を除去することができる。加えて、または代替的に、上記のセクションIII.Aの水性中和プロセスを使用して生成された粗LiFSI生成物を精製して、LiFSI生成物中に存在する水などの反応性溶媒(1種または複数)を除去および/または置換することができる。このセクションでは、水性中和プロセスを使用して生成された粗LiFSIの精製の例を簡単に説明する。 Section III above. Purify the crude LiFSI product produced using the aqueous neutralization process of A to remove one or more target impurities, such as any synthetic impurities remaining after removing water from the synthetic LiFSI product. be able to. In addition or alternatively, Section III. The crude LiFSI product produced using the aqueous neutralization process of A can be purified to remove and / or replace the reactive solvent (s) such as water present in the LiFSI product. can. This section briefly describes an example of purification of crude LiFSI produced using an aqueous neutralization process.

III.B.1.非反応性溶媒不純物の除去 III. B. 1. 1. Removal of non-reactive solvent impurities

セクションII.Aで上述したように、セクションIII.Aで上述した水性中和プロセスを使用して生成された粗LiFSI生成物を含む粗LiFSIを精製して、標的不純物を除去することができる。そのような標的不純物は、そのような不溶性塩の濾過および水の除去後に残留し得る任意の合成塩、例えば、セクションIII.Aで上述したLiSO、LiCl、LiFおよびLiFSOを含み得る。一例として、水性中和プロセスから水を除去した後、得られたLiFSI生成物(ここで、上記のセクションII.Aによる精製の文脈については「粗LiFSI」)をセクションII.Aで上述した精製に供することができる。得られた精製LiFSI生成物は、標的とされる不純物(1種または複数)のレベルが低下する。そのような精製および対応する標的不純物レベルの実験例は、それぞれIII.C.2、III.C.5およびIII.C.7のセクションの例2、5および7に以下に記載されている。精製LiFSI生成物を使用して電解液を調製する場合、精製プロセスで使用される溶媒(1種または複数)は、最終電解液で使用される溶媒(1種または複数)のうちの1種または複数であってもよいことに留意されたい。このようにして、精製プロセスから残留した溶媒(1種または複数)は、最終的な電解液溶媒(1種または複数)の一部となる。 Section II. As mentioned above in A, Section III. The crude LiFSI containing the crude LiFSI product produced using the aqueous neutralization process described in A can be purified to remove the target impurities. Such target impurities can remain in any synthetic salt that may remain after filtration of such insoluble salts and removal of water, eg, Section III. A may include Li 2 SO 4 , LiCl, LiF and LiFSO 3 described above. As an example, after removing water from the aqueous neutralization process, the resulting LiFSI product (where "crude LiFSI" for the context of purification according to Section II.A above) is referred to Section II. It can be subjected to the above-mentioned purification in A. The resulting purified LiFSI product has reduced levels of targeted impurities (s). Experimental examples of such purification and corresponding target impurity levels are described in III. C. 2, III. C. 5 and III. C. Section 7, Examples 2, 5 and 7 are described below. When preparing an electrolyte using purified LiFSI products, the solvent (s) used in the purification process is one or more of the solvents (s) used in the final electrolyte. Note that there may be more than one. In this way, the solvent (s) remaining from the purification process becomes part of the final electrolyte solvent (s).

III.B.2.反応性溶媒(1種または複数)の除去/置換 III. B. 2. 2. Removal / replacement of reactive solvent (s)

セクションI.Aで上述したように、セクションIII.Aで上述した水性中和プロセスを使用して生成された粗LiFSI生成物を含む粗LiFSIを精製して、1種または複数の反応性溶媒を除去/置換することができる。そのような反応性溶媒は、セクションIII.Aで上述した水除去ステップで除去されなかった任意の残留水を含み得る。さらに、除去および/または1種または複数の非反応性溶媒による置換の標的とされる1種または複数の反応性溶媒が、上記のセクションIII.B.1およびII.A.に記載されているように、非反応性溶媒不純物を除去するための精製後に存在し得る。一例として、水性中和プロセスから水を除去した後、得られたLiFSI生成物(ここで、上記のセクションI.Aによる精製の文脈については「粗LiFSI」)をセクションI.A.に記載の精製に供することができる。別の例として、セクションIII.Aの水性中和プロセスにより合成したLiFSIの精製(上記のセクションIII.B.1を参照されたい)後、得られた精製LiFSI生成物(ここで、上記のセクションI.Aによる精製の文脈については「粗LiFSI」)をセクションI.Aで上述した精製に供することができる。いずれの場合も、得られた精製LiFSI生成物は、標的とされる反応性溶媒(1種または複数)のレベルが低下する。そのような精製および対応する標的不純物レベルの実験例は、セクションIII.C.3の例3において以下に記載されている。精製LiFSI生成物を使用して電解液を調製する場合、反応性溶媒除去/置換プロセスで使用される溶媒(1種または複数)は、最終電解液で使用される溶媒(1種または複数)のうちの1種または複数であってもよいことに留意されたい。このようにして、除去/置換プロセスから残留した溶媒(1種または複数)は、最終的な電解液溶媒(1種または複数)の一部となる。 Section I. As mentioned above in A, Section III. The crude LiFSI containing the crude LiFSI product produced using the aqueous neutralization process described in A can be purified to remove / replace one or more reactive solvents. Such reactive solvents are described in Section III. It may contain any residual water that was not removed in the water removal step described above in A. In addition, one or more reactive solvents targeted for removal and / or replacement with one or more non-reactive solvents are described in Section III. B. 1 and II. A. As described in, may be present after purification to remove non-reactive solvent impurities. As an example, after removing water from the aqueous neutralization process, the resulting LiFSI product (where "crude LiFSI" for the context of purification by Section I.A. above) is referred to Section I. A. Can be used for the purification described in 1. As another example, Section III. Purification of LiFSI synthesized by the aqueous neutralization process of A (see Section III.B.1 above) followed by the resulting purified LiFSI product (where, in the context of purification by Section I.A. above). Section I. It can be subjected to the above-mentioned purification in A. In either case, the resulting purified LiFSI product will have reduced levels of the targeted reactive solvent (s). Experimental examples of such purification and corresponding target impurity levels are described in Section III. C. It is described below in Example 3 of 3. When preparing an electrolyte using purified LiFSI products, the solvent (s) used in the reactive solvent removal / substitution process is that of the solvent (s) used in the final electrolyte. Note that one or more of them may be used. In this way, the solvent (s) remaining from the removal / replacement process becomes part of the final electrolyte solvent (s).

そのようにして得られた粗LiFSIを精製して、粗LiFSI中に存在する合成不純物および/または他の不純物などの1種または複数の標的不純物を除去することができる。いくつかの実施形態では、粗LiFSIを、LiFSIが可溶性である1種または複数の第1の無水有機溶媒の最小量(例えば、約50重量%~約70重量%)と混合して、LiSO、LiCl、LiF、およびLiFSOなどの不純物をさらに不溶性にすることができる。このために使用することができる無水有機溶媒としては、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、プロピルメチルカルボナート(PMC)、エチレンカルボナート(EC)、フルオロエチレンカルボナート(FEC)、トランスブチレンカルボナート、アセトニトリル、マロノニトリル、アジポニトリル、酢酸メチル、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(MP)およびプロピオン酸エチル(EP)が挙げられる。 The crude LiFSI thus obtained can be purified to remove one or more target impurities such as synthetic impurities and / or other impurities present in the crude LiFSI. In some embodiments, crude LiFSI is mixed with a minimum amount of one or more first anhydrous organic solvents in which LiFSI is soluble (eg, from about 50% to about 70% by weight) to Li 2 . Impurities such as SO 4 , LiCl, LiF, and LiFSO 3 can be further insoluble. Anhydrous organic solvents that can be used for this purpose include dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), ethylmethylcarbonate (EMC), propylmethylcarbonate (PMC), and ethylenecarbonate (EC). , Fluoroethylene carbonate (FEC), transbutylene carbonate, acetonitrile, malononitrile, adiponitrile, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate (MP) and ethyl propionate (EP).

上記溶液に、LiFSIが不溶性である1種または複数の第2の無水有機溶媒を添加する(例えば、約2重量%~10重量%の量で)。このために使用することができる有機溶媒としては、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカンおよびドデカンが挙げられる。 To the solution is added one or more second anhydrous organic solvents insoluble in LiFSI (eg, in an amount of about 2% to 10% by weight). Organic solvents that can be used for this include dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane and dodecane.

いくつかの実施形態では、不純物は、1種または複数の第2の無水有機溶媒の添加後に沈殿したままであり、濾過によって除去することができる。濾液を回収し、そこから溶媒(1種または複数)を除去して固体を得ることができる。いくつかの例では、溶媒(1種または複数)を制御された温度(例えば、約40℃未満)で真空中(例えば、約0.1Torr未満)で除去して固体を得る。次いで、得られた固体を、LiFSIが不溶性である少なくとも1種の第3の無水有機溶媒で処理することができる。このために使用することができる有機溶媒としては、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンが挙げられる。次いで、沈殿したLiFSI塩生成物を、不活性環境下(例えば、アルゴンガス)での濾過によって単離し、例えば、真空中(例えば、約0.1Torr未満)で約40℃未満で乾燥させることができる。 In some embodiments, the impurities remain precipitated after the addition of one or more second anhydrous organic solvents and can be removed by filtration. The filtrate can be recovered and the solvent (s) removed from it to give a solid. In some examples, the solvent (s) is removed in vacuum (eg, less than about 0.1 Torr) at a controlled temperature (eg, less than about 40 ° C.) to give a solid. The resulting solid can then be treated with at least one third anhydrous organic solvent insoluble in LiFSI. Examples of the organic solvent that can be used for this include dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, and dodecane. The precipitated LiFSI salt product can then be isolated by filtration in an inert environment (eg, argon gas) and dried, for example, in vacuum (eg, less than about 0.1 Torr) at less than about 40 ° C. can.

例示するために、以下の表IIは、不純物ならびにジメチルカルボナートおよびジクロロメタン中のそれらの溶解度の詳細な例を提供する。

Figure 2022507458000016
For illustration purposes, Table II below provides detailed examples of impurities and their solubility in dimethylcarbonate and dichloromethane.
Figure 2022507458000016

上記の表IIに見られるように、ジメチルカルボナート中のLiFSIの溶解度は90%超であり、ジクロロメタンには不溶性である。一方、LiF、LiCl、LiSOなどの不純物の溶解度は、無水条件下で炭酸ジメチル中で13ppm未満である。 As seen in Table II above, the solubility of LiFSI in dimethylcarbonate is greater than 90% and is insoluble in dichloromethane. On the other hand, the solubility of impurities such as LiF, LiCl and Li 2 SO 4 is less than 13 ppm in dimethyl carbonate under anhydrous conditions.

これらの溶解性/不溶性特性に基づいて、ジメチルカルボナートおよびジクロロメタン溶媒は、一例では、上記の水性中和プロセスを使用して生成された粗LiFSIを精製するプロセスのために選択される。この例では、上記の表IIに報告された不純物を含有する粗LiFSIをジメチルカルボナート中に50%~75%の濃度で約25℃(ここでは室温)で混合し、室温で撹拌し、続いて約2重量%~約10重量%のジクロロメタンを添加して不純物を沈殿させた。不純物を濾過により除去し、濾液を濃縮乾固した。得られた乾燥固体を無水ジクロロメタンで処理して、LiFSIがジクロロメタンに不溶性である一方でジクロロメタンに可溶性であるHF不純物を除去した。 Based on these soluble / insoluble properties, dimethylcarbonate and dichloromethane solvents are selected, in one example, for the process of purifying the crude LiFSI produced using the aqueous neutralization process described above. In this example, crude LiFSI containing the impurities reported in Table II above is mixed in dimethylcarbonate at a concentration of 50% to 75% at about 25 ° C. (here room temperature), stirred at room temperature, followed by About 2% by weight to about 10% by weight of dichloromethane was added to precipitate impurities. Impurities were removed by filtration and the filtrate was concentrated to dryness. The resulting dry solid was treated with anhydrous dichloromethane to remove HF impurities where LiFSI was insoluble in dichloromethane while soluble in dichloromethane.

超高純度LiFSI塩生成物を濾過によって回収し、最後に減圧下(例えば、約0.1Torr未満)および約40℃未満の温度で乾燥させて、白色の自由流動性粉末を得た。これを場合により乾燥ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)容器に保存することができる。 The ultra-purity LiFSI salt product was recovered by filtration and finally dried under reduced pressure (eg, less than about 0.1 Torr) and at a temperature of less than about 40 ° C. to give a white free-flowing powder. This can optionally be stored in a dry polytetrafluoroethylene (PTFE) container.

上記を考慮して、いくつかの態様では、本開示は、リチウム金属アノード電池用途のための超高純度リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を生成するプロセスを記載する。このプロセスは、約25℃未満の約40%未満の脱イオン水中で、精製水素ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)を、炭酸リチウム(LiCO)または水酸化リチウム(LiOH)などのリチウム塩基で中和することを含む。LiSO、LiCl、LiF、およびLiFSOなどの不溶性不純物は、濾過によって除去することができる。水は、約35℃未満などの適切な温度で真空中(例えば、約0.1Torr未満)で除去することができる。 In view of the above, in some embodiments, the present disclosure describes a process of producing an ultra-high purity lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) for lithium metal anode battery applications. This process involves purifying hydrogen bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) in less than about 40% deionized water below about 25 ° C., lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) or lithium hydroxide (LiOH). Includes base neutralization. Insoluble impurities such as Li 2 SO 4 , LiCl, LiF, and LiFSO 3 can be removed by filtration. Water can be removed in vacuum (eg, less than about 0.1 Torr) at a suitable temperature, such as less than about 35 ° C.

得られた粗LiFSIを、LiFSIが可溶性である無水有機溶媒(例えば、ジメチルカルボナート(DMC)またはエチルメチルカルボナート(EMC)など)の最小量(例えば、50重量%~70重量%)と混合して、LiCl、LiF、LiSO4および/またはLiFSOなどの不純物をさらに不溶性にすることができる。いくつかの実施形態では、溶液の温度は、約25℃未満に維持される。次いで、溶液を不活性雰囲気中で濾過して不純物を除去することができる。 The resulting crude LiFSI is mixed with a minimum amount (eg, 50% to 70% by weight) of an anhydrous organic solvent in which LiFSI is soluble (eg, dimethylcarbonate (DMC) or ethylmethylcarbonate (EMC)). Thus, impurities such as LiCl, LiF, Li 2 SO4 and / or LiFSO 3 can be further insoluble. In some embodiments, the temperature of the solution is maintained below about 25 ° C. The solution can then be filtered in an inert atmosphere to remove impurities.

このプロセスは、濾液から有機溶媒を除去して固体塊を得ること、およびリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドが不溶性である有機溶媒(例えば、ジクロロメタン)で固体を処理することをさらに含むことができる。不溶性LiFSIは、不活性雰囲気中で濾過し、微量の有機溶媒を乾燥アルゴンおよび/または窒素ガスでフラッシングすることによって単離することができる。得られたLiFSIを、適切な温度(例えば、約35℃未満)で適切な期間(例えば、少なくとも24時間)吸引して(例えば、約0.1Torr未満)、超高純度無水LiFSI塩生成物を白色の自由流動性粉末として得ることができ、これを場合により乾燥ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)容器に保存することができる。 This process can further include removing the organic solvent from the filtrate to give a solid mass and treating the solid with an organic solvent (eg, dichloromethane) in which lithium bis (fluorosulfonyl) imide is insoluble. The insoluble LiFSI can be isolated by filtering in an inert atmosphere and flushing a trace amount of organic solvent with dry argon and / or nitrogen gas. The resulting LiFSI is aspirated (eg, less than about 0.1 Torr) at a suitable temperature (eg, less than about 35 ° C.) for a suitable period (eg, at least 24 hours) to obtain an ultra-high purity anhydrous LiFSI salt product. It can be obtained as a white free-flowing powder, which can optionally be stored in a dry polytetrafluoroethylene (PTFE) container.

いくつかの実施形態では、開示された水性中和法によって合成され、精製して非反応性溶媒不純物を除去し、精製して反応性溶媒(1種または複数)を除去/置換したLiFSI塩生成物を、電解質溶液に生成し、リチウム金属電池、すなわちリチウム金属アノードを有する電池で使用することができる。以下のセクションIII.C.8の例8に示すように、この「超高純度」LiFSI塩生成物およびそれを用いて生成した電解質は、日本触媒株式会社(日本)、Shenzhen Capchem株式会社(中国)、Shang Hai Shengzhan Chemifish株式会社(中国)、およびオークウッド・プロダクツ社(米国)などの商業的供給源からのLiFSIと比較して、はるかに良好なサイクル寿命を示した。 In some embodiments, LiFSI salt production synthesized by the disclosed aqueous neutralization method and purified to remove non-reactive solvent impurities and purified to remove / replace the reactive solvent (s). The material can be produced in an electrolyte solution and used in a lithium metal battery, i.e. a battery having a lithium metal anode. Section III below. C. As shown in Example 8 of 8, this "ultra-high purity" LiFSI salt product and the electrolyte produced using it are the stocks of Nippon Catalyst Co., Ltd. (Japan), Shanghai Capchem Co., Ltd. (China), and Shang Hai Shengzhan Chemifish. It showed much better cycle life compared to LiFSI from commercial sources such as the company (China) and Oakwood Products (USA).

本開示では、超高純度LiFSIの生成プロセスは、中和の開始から超高純度LiFSI生成物の生成の終了までの連続プロセスであってもよい。 In the present disclosure, the process for producing ultra-high purity LiFSI may be a continuous process from the start of neutralization to the end of production of ultra-high purity LiFSI product.

III.C.例 III. C. example

本開示の態様は、以下の例によってさらに説明されるが、これらの例は単に例示の目的で含まれており、本開示の範囲を限定することを意図しないことが理解されよう。特に明記しない限り、使用したすべての化学物質は高純度であり、商業的供給源から得た。プロセス中の水分を排除するために厳しい予防措置を講じ、十分に換気されたフード内で反応を行った。 The embodiments of the present disclosure will be further described by the following examples, but it will be appreciated that these examples are included solely for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of the present disclosure. Unless otherwise stated, all chemicals used were of high purity and were obtained from commercial sources. Strict precautions were taken to eliminate moisture during the process and the reaction was carried out in a well-ventilated hood.

III.C.1.例1 III. C. 1. 1. Example 1

脱イオン水中の炭酸リチウムによる精製HFSIの中和:1000mLフラスコ中で、炭酸リチウム(LiCO)1モルを脱イオン水40gと混合した。懸濁液を氷水浴20℃未満で冷却する。水素ビス(フルオロスルホニル)イミド(HFSI)2モルを滴下漏斗に取り、撹拌した炭酸リチウム懸濁液スラリー中に滴下した。HFSIの添加が完了した後、水浴を取り外し、溶液を室温で0.5時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。得られた透明な濾液を0.1Torr未満および35℃未満の真空中で濃縮して、粗LiFSIを定量的収率で得て、これを以下の例2で使用した。 Neutralization of Purified HFSI with Lithium Carbonate in Deionized Water: In a 1000 mL flask, 1 mol of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) was mixed with 40 g of deionized water. The suspension is cooled in an ice water bath below 20 ° C. 2 mol of hydrogen bis (fluorosulfonyl) imide (HFSI) was taken in a dropping funnel and dropped into a stirred lithium carbonate suspension slurry. After the addition of HFSI was complete, the water bath was removed and the solution was stirred at room temperature for 0.5 hours. Insoluble impurities were removed by filtration. The resulting clear filtrate was concentrated in vacuum below 0.1 Torr and below 35 ° C. to give crude LiFSI in quantitative yield, which was used in Example 2 below.

III.C.2.例2 III. C. 2. 2. Example 2

粗LiFSIの炭酸ジメチルを用いた処理:上記の例1で得られた粗LiFSIをこの例2で使用した。フラスコを窒素雰囲気下にし、水浴を用いて10℃に冷却した。無水ジメチルカルボナート(DMC)(300g)を撹拌しながら少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン50gを添加する。混合物を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(200g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃未満で乾燥させて、LiFSIを収率95%で得た。得られたLiFSI生成物は、不純物FSO =100ppm、Cl=1ppm、F=40ppm、SO 2-=40ppm、および水=50ppmを有していた。 Treatment of crude LiFSI with dimethyl carbonate: The crude LiFSI obtained in Example 1 above was used in Example 2. The flask was placed in a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Add anhydrous dimethyl carbonate (DMC) (300 g) little by little with stirring, followed by adding 50 g of anhydrous dichloromethane. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (200 g) under argon. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration and finally dried in vacuo (<0.1 Torr) below 35 ° C. to give LiFSI in 95% yield. The obtained LiFSI product had impurities FSO 3 = 100 ppm, Cl = 1 ppm, F = 40 ppm , SO 4-2- = 40 ppm, and water = 50 ppm.

III.C.3.例3 III. C. 3. 3. Example 3

LiFSIの炭酸ジメチルを用いた処理:例2で得られたLiFSIをこの例3で使用した。上記の例2で得られた200gのLiFSIを、水分測定値1ppm未満を有するグローブボックスに入れ、1Lドライフラスコに移した。フラスコを取り出し、15℃未満の水浴で冷却した。LiFSIを、5ppm未満の水を含有する無水ジメチルカルボナート100gと混合した。不溶性不純物をアルゴン下で濾過によって除去し、濾液を1Lフラスコに回収した。濾液を0.1Torr未満の減圧下で濃縮して固体を得た。固体をアルゴン下で無水ジクロロメタン(150g)で処理し、溶液を室温で1時間撹拌した。所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、真空中(0.1Torr未満)、30℃で乾燥させて、白色の遊離流動性粉末LiFSIを収率95%で得た。得られたLiFSI生成物をイオンクロマトグラフィーで分析したところ、不純物F-=1.3ppm、Cl=0.18ppm、SO 2-=4.4ppmであった。カールフィッシャーによって分析したところ、含水量は1.3ppmであった。プロトンNMRに基づくと、0.2%のジメチルカルボナートを有する。ジメチルカルボナートは電気化学デバイス内でリチウム金属と非反応性であるため、これを試験電解質配合物に使用した。この塩電解質配合物をリチウム金属電池試験に使用した。 Treatment of LiFSI with dimethyl carbonate: The LiFSI obtained in Example 2 was used in this Example 3. 200 g of LiFSI obtained in Example 2 above was placed in a glove box having a measured moisture value of less than 1 ppm and transferred to a 1 L dry flask. The flask was removed and cooled in a water bath below 15 ° C. LiFSI was mixed with 100 g of anhydrous dimethyl carbonate containing less than 5 ppm of water. Insoluble impurities were removed by filtration under argon and the filtrate was collected in a 1 L flask. The filtrate was concentrated under reduced pressure below 0.1 Torr to give a solid. The solid was treated with anhydrous dichloromethane (150 g) under argon and the solution was stirred at room temperature for 1 hour. The desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration and dried in vacuo (<0.1 Torr) at 30 ° C. to give a white free fluid powder LiFSI in 95% yield. When the obtained LiFSI product was analyzed by ion chromatography, impurities F- = 1.3 ppm, Cl- = 0.18 ppm, and SO 4-2 = 4.4 ppm were found. When analyzed by Karl Fischer, the water content was 1.3 ppm. Based on proton NMR, it has 0.2% dimethyl carbonate. Since dimethyl carbonate is non-reactive with lithium metals in electrochemical devices, it was used in the test electrolyte formulation. This salt electrolyte formulation was used in a lithium metal battery test.

III.C.3.i.比較例 III. C. 3. 3. i. Comparative example

Capchem(中国)から得られたLiFSI塩の比較例:目視検査により、Capchem LiFSI塩の色は、この例3で得られたLiFSIよりも白色が低かった。Capchem LiFSI塩は、以下の不純物、水=15ppm、F=1ppm、Cl=1ppm、およびSO 2-=5.98ppmを有していた。プロトンNMRに基づいて、Capchem LiFSI塩は0.3%のエタノールを含有し、これは、その反応性のためにリチウム金属と適合しない。エタノールは、以下の反応によってリチウム金属と反応し、望ましくない副生成物を形成する。
2Li+2CHCHOH=2CHCHOLi+H
Comparative example of LiFSI salt obtained from Capchem (China): By visual inspection, the color of the Capchem LiFSI salt was lower in white than the LiFSI obtained in this Example 3. The Capchem LiFSI salt had the following impurities: water = 15 ppm, F = 1 ppm, Cl = 1 ppm, and SO 4-2 = 5.98 ppm. Based on proton NMR, the Capchem LiFSI salt contains 0.3% ethanol, which is incompatible with lithium metals due to its reactivity. Ethanol reacts with the lithium metal by the following reaction to form an undesired by-product.
2Li + 2CH 3 CH 2 OH = 2CH 3 CH 2 OLi + H 2

III.C.4 例4 III. C. 4 Example 4

ジオン化(Dionized)水中での精製HFSIの水酸化リチウムを用いた中和:1Lフラスコ中で、水酸化リチウム(LiOH)(2モル)を脱イオン水40gに溶解した。懸濁液を氷水浴20℃未満で冷却した。HFSI、2モルを滴下漏斗に取り、撹拌した炭酸リチウム懸濁液スラリー中に滴下した。HFSIの添加が完了した後、水浴を取り外し、溶液を室温で0.5時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。得られた透明濾液を0.1Torr未満および温度35℃未満の真空中で濃縮して、粗LiFSIを定量的収率で得て、これを以下の例5で使用した。 Neutralization of purified HFSI in water with dionized water using lithium hydroxide: In a 1 L flask, lithium hydroxide (LiOH) (2 mol) was dissolved in 40 g of deionized water. The suspension was cooled in an ice water bath below 20 ° C. 2 mol of HFSI was placed in a dropping funnel and added dropwise to the stirred lithium carbonate suspension slurry. After the addition of HFSI was complete, the water bath was removed and the solution was stirred at room temperature for 0.5 hours. Insoluble impurities were removed by filtration. The resulting clear filtrate was concentrated in vacuum below 0.1 Torr and below 35 ° C. to give crude LiFSI in quantitative yield, which was used in Example 5 below.

III.C.5 例5 III. C. 5 example 5

粗LiFSIの炭酸ジメチル(DMC)を用いた処理:上記の例4で得られた粗LiFSIをこの例5で使用した。フラスコを窒素雰囲気下にし、水浴を用いて10℃に冷却した。無水ジメチルカルボナート(DMC)(300g)を撹拌しながら少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン50gを添加した。溶液を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(200g)で処理した。混合物を室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃未満で乾燥させて、LiFSIを収率92%で得た。得られた精製LiFSIは、不純物FSO =100ppm、Cl=1ppm、F=45ppm、SO 2-=35ppm、水=60ppmを有していた。 Treatment of crude LiFSI with dimethyl carbonate (DMC): The crude LiFSI obtained in Example 4 above was used in Example 5. The flask was placed in a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Anhydrous dimethylcarbonate (DMC) (300 g) was added little by little with stirring, followed by 50 g of anhydrous dichloromethane. The solution was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (200 g) under argon. The mixture was stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration and finally dried in vacuo (<0.1 Torr) below 35 ° C. to give LiFSI in 92% yield. The obtained purified LiFSI had impurities FSO 3 = 100 ppm, Cl = 1 ppm, F = 45 ppm, SO 4-2 = 35 ppm, and water = 60 ppm.

III.C.6.例6 III. C. 6. Example 6

ジオン化(Dionized)水中の炭酸リチウムによる精製HFSIの中和:1Lフラスコ中で、炭酸リチウム(LiCO)0.5モルを脱イオン水20gと混合した。懸濁液を氷水浴20℃未満で冷却した。HFSI、1モルを滴下漏斗に取り、撹拌した炭酸リチウム懸濁液スラリー中に滴下した。HFSIの添加が完了した後、水浴を取り外し、溶液を室温で0.5時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。得られた透明濾液を0.1Torr未満および温度35℃未満の真空中で濃縮して、粗LiFSIを定量的収率で得て、これを以下の例7で使用した。 Neutralization of Purified HFSI with Lithium Carbonate in Dionized Water In a 1 L flask, 0.5 mol of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) was mixed with 20 g of deionized water. The suspension was cooled in an ice water bath below 20 ° C. 1 mol of HFSI was taken into a dropping funnel and dropped into a stirred lithium carbonate suspension slurry. After the addition of HFSI was complete, the water bath was removed and the solution was stirred at room temperature for 0.5 hours. Insoluble impurities were removed by filtration. The resulting clear filtrate was concentrated in vacuum below 0.1 Torr and below 35 ° C. to give crude LiFSI in quantitative yield, which was used in Example 7 below.

III.C.7.例7 III. C. 7. Example 7

粗LiFSIのエチルメチルカルボナートを用いた処理:例6で得られた粗LiFSIをこの例7で使用した。フラスコを窒素雰囲気下で冷却し、水浴を用いて10℃に冷却した。無水エチルメチルカルボナート(EMC)(100g)を撹拌しながら少しずつ添加し、続いて無水ジクロロメタン50gを添加した。溶液を室温で1時間撹拌した。不溶性不純物を濾過によって除去した。濾液を減圧下で濃縮して固体を得て、これをアルゴン下で無水ジクロロメタン(200g)で処理した。これを室温で1時間撹拌し、所望の不溶性LiFSI生成物を濾過によって単離し、最後に真空中(0.1Torr未満)で35℃で乾燥させて、LiFSIを収率90%で得た。精製LiFSI生成物は、不純物FSO =100ppm、Cl=0.5ppm、F=20ppm、SO 2-=20ppm、水=46ppmを有していた。 Treatment of Crude LiFSI with Ethyl Methyl Carbonate: The crude LiFSI obtained in Example 6 was used in this Example 7. The flask was cooled in a nitrogen atmosphere and cooled to 10 ° C. using a water bath. Ethylmethylcarbonate anhydrous (EMC) (100 g) was added in small portions with stirring, followed by 50 g of dichloromethane. The solution was stirred at room temperature for 1 hour. Insoluble impurities were removed by filtration. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid, which was treated with anhydrous dichloromethane (200 g) under argon. This was stirred at room temperature for 1 hour, the desired insoluble LiFSI product was isolated by filtration and finally dried in vacuo (less than 0.1 Torr) at 35 ° C. to give LiFSI in 90% yield. The purified LiFSI product had impurities FSO 3 = 100 ppm, Cl = 0.5 ppm, F = 20 ppm, SO 4-2 = 20 ppm, and water = 46 ppm.

III.C.8.例8 III. C. 8. Example 8

リチウム金属アノード電池における上記の例7の超高純度LiFSIの使用および結果と市販のLiFSIとの比較:電池グレードの電気化学的に安定な有機溶媒(ジメチルカルボナート、エチルメチルカルボナート、ジメトキシメタン、ジエトキシエタンなど)を使用して、本開示の得られたLiFSIの電解質を生成し、同様の条件下で、様々な市販のLiFSI塩および対応する電解質を使用して比較研究を行った。 Comparison of use and results of the ultra-high purity LiFSI of Example 7 above with commercially available LiFSI in lithium metal anode batteries: Battery grade electrochemically stable organic solvents (dimethylcarbonate, ethylmethylcarbonate, dimethoxymethane, Diethoxyethane, etc.) was used to produce the obtained LiFSI electrolytes of the present disclosure, and comparative studies were performed using various commercially available LiFSI salts and corresponding electrolytes under similar conditions.

本開示により生成された超高純度LiFSI生成物は、Capchem、日本触媒、Chemfishおよびオークウッドから市販されているLiFSIと比較した場合、リチウム金属アノード電池において最大のサイクル数を与えた。本開示の超高純度LiFSI生成物のより良好な性能の例は、図4Aおよび図4Bで見られ、図4Aおよび図4Bは、それぞれ、電解質の一方は、本開示のセクションIIIの水性中和合成方法(図4Aおよび図4Bの各々の上側ライン、「SES LiFSI」)を使用して生成された超高純度LiFSI塩生成物を使用して生成され、もう一方の電解質は、Capchem(図4Aおよび図4Bの各々の下側ライン、「CapChem LiFSI」)から供給されたLiFSI塩を使用して生成されたことを除き、同じ濃度および同一の化学物質を有する2つの非水電解質についての放電容量対サイクル数および容量維持率対サイクル数を示す。 The ultra-purity LiFSI product produced by the present disclosure provided the maximum number of cycles in a lithium metal anode battery when compared to LiFSI commercially available from Capchem, Nippon Shokubai, Chemfish and Oakwood. Examples of better performance of the ultra-purity LiFSI products of the present disclosure can be found in FIGS. 4A and 4B, respectively, where one of the electrolytes is the aqueous neutralization of Section III of the present disclosure. The ultra-purity LiFSI salt product produced using the synthetic method (upper line of each of FIGS. 4A and 4B, "SES LiFSI") is used and the other electrolyte is Capchem (FIG. 4A). And the discharge capacity for two non-aqueous electrolytes with the same concentration and the same chemicals, except that they were produced using LiFSI salts supplied from each lower line of FIG. 4B, "CapChem LiFSI"). The number of cycles and the capacity retention rate are shown.

図4Aおよび図4Bのグラフが得られた実験で使用した電池は、3層のカソードおよび4層のアノードを有するパウチセルであった。電解質はそれぞれ、溶媒混合物1リットル中2.0モルのLiFSIから構成されていた。LiFSI塩の供給源を除いて、他のすべての電池設計因子および試験条件は同じであった。電池を0.2Cレート充電および1.0Cレート放電下でサイクルした。図4Aおよび図4Bが示すように、両方の供給源からのLiFSIを有する電池は、初期サイクルで同じ容量を送達した。しかし、本開示の超高純度LiFSI塩を使用して生成した電解質を有する電池は、約100サイクル後にCapchem LiFSI塩を有する電池よりも良好な容量保持を示した。このデータは、リチウム金属アノード充電式電池を用いた長期サイクル条件下でのCapchem LiSFI塩に対する超高純度LiFSI塩の安定性の利点を示している。 The battery used in the experiment for which the graphs of FIGS. 4A and 4B were obtained was a pouch cell with a three-layer cathode and a four-layer anode. Each electrolyte was composed of 2.0 mol LiFSI in 1 liter of solvent mixture. Except for the source of LiFSI salt, all other battery design factors and test conditions were the same. Batteries were cycled under 0.2 C rate charge and 1.0 C rate discharge. As shown in FIGS. 4A and 4B, batteries with LiFSI from both sources delivered the same capacity in the initial cycle. However, batteries with electrolytes produced using the ultra-purity LiFSI salt of the present disclosure showed better capacity retention than batteries with Capchem LiFSI salt after about 100 cycles. This data shows the advantage of stability of ultra-purity LiFSI salt over Capchem LiSFI salt under long cycle conditions with lithium metal anode rechargeable battery.

III.D.超高純度LiFSIの例示的な使用 III. D. Illustrative use of ultra-high purity LiFSI

上述のように、上述のプロセスにより生成された超高純度LiFSI塩生成物は、リチウム金属アノードを有するリチウム金属電池に特に有益である可能性がある。これに関連して、少なくとも一部の溶媒が超高純度LiFSI生成物中に残留する可能性があり、リチウム金属に対して反応性である場合、超高純度LiFSI生成物が電解質として使用されるリチウム金属電池の性能を妨害し得るので、処理のために適切な無水有機溶媒を選択することが重要である。実際、上記の例3で報告されたエタノールなどのCapchem LiFSI塩中の残留溶媒は、上記の例8(セクションIII.C.8)で証明されるように、そのCapchem LiFSI塩の性能が超高純度LiFSI塩生成物の性能よりも劣っていた理由である可能性がある。前述の例3(セクションIII.C.3)で述べたように、エタノールは、リチウム金属電池のアノード上/中に存在するリチウム金属に対して反応性である。 As mentioned above, the ultra-purity LiFSI salt product produced by the process described above may be particularly beneficial for lithium metal batteries with lithium metal anodes. In this regard, the ultra-purity LiFSI product is used as the electrolyte if at least some of the solvent can remain in the ultra-purity LiFSI product and is reactive with the lithium metal. It is important to select a suitable anhydrous organic solvent for the treatment as it can interfere with the performance of lithium metal batteries. In fact, the residual solvent in the Capchem LiFSI salt such as ethanol reported in Example 3 above has very high performance of the Capchem LiFSI salt, as evidenced by Example 8 above (Sections III.C.8). This may be the reason why it was inferior to the performance of the purity LiFSI salt product. As mentioned in Example 3 above (Sections III.C.3), ethanol is reactive with the lithium metal present on / in the anode of the lithium metal battery.

したがって、本開示によるリチウム金属電池用の超高純度LiFSI塩生成物を生成する場合、選択される溶媒は、リチウム金属に対して非反応性であることが知られている溶媒でなければならない。このようにして、(例えば、LiFSIとの配位によって、または他の方法によって)最終的な乾燥固体超高純度LiFSI塩生成物中に残留し得る任意の溶媒は、リチウム金属に対して非反応性であり、したがって、超高純度LiFSI塩生成物が使用されるリチウム金属電池の性能に悪影響を及ぼす可能性が低い。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、特に明記しない限り、「非反応性」という用語は、「溶媒(solvent)」または「溶媒(solvents)」を修飾するために使用される場合、溶媒(1種または複数)がリチウム金属に対して非反応性であることを意味するものとする。逆に、特に明記しない限り、「溶媒(solvent)」または「溶媒(solvents)」を修飾するために本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される「反応性」という用語は、溶媒(1種または複数)がリチウム金属に対して反応性であることを意味するものとする。当業者が理解するように、この文脈における「反応性」は、(1種または複数の)溶媒に対するリチウム金属の還元電位の大きさを指す。反応性溶媒はまた、リチウム金属を不動態化するのに有効ではないが、非反応性溶媒は、リチウム金属に対して非反応性であるか、またはリチウム金属を効果的に不動態化する、すなわち速度論的に安定である。 Therefore, when producing the ultra-high purity LiFSI salt product for lithium metal batteries according to the present disclosure, the solvent selected must be a solvent known to be non-reactive with lithium metals. In this way, any solvent that can remain in the final dry solid ultra-purity LiFSI salt product (eg, by coordination with LiFSI or by other methods) is non-reactive with the lithium metal. It is property and therefore is unlikely to adversely affect the performance of lithium metal batteries in which ultra-high purity LiFSI salt products are used. As used herein and in the appended claims, the term "non-reactive" is used to modify "solvents" or "solvents" unless otherwise stated. If so, it is meant that the solvent (s) is non-reactive with the lithium metal. Conversely, unless otherwise stated, the term "reactive" as used herein and in the appended claims to modify "solvents" or "solvents" refers to solvents (solvents). It shall mean that one or more) is reactive with the lithium metal. As will be appreciated by those skilled in the art, "reactivity" in this context refers to the magnitude of the reduction potential of a lithium metal with respect to a solvent (s). Reactive solvents are also not effective in passivating lithium metals, but non-reactive solvents are either non-reactive with lithium metals or effectively passivated lithium metals. That is, it is stable in terms of speed.

リチウム金属電池での使用に特に適したいくつかの実施形態では、最終的な超高純度LiFSI塩生成物(すなわち、本明細書に開示されるプロセスおよび/または精製の完全な処理後)中に残留する反応性溶媒の量は、好ましくは約500ppm未満、より好ましくは約100ppm未満、最も好ましくは約50ppm未満である。いくつかの実施形態では、利用されるカソード-電解質-アノードシステム全体に応じて、最終的なLiFSI塩生成物中に残留する非反応性溶媒は、除去された反応性溶媒よりも電池性能に悪影響を与えない可能性がある。そのような実施形態では、最終LiFSI塩生成物中に残留する非反応性溶媒(1種または複数)の量は、好ましくは約3000ppm未満、より好ましくは約2000ppm未満、最も好ましくは約500ppm未満である。いくつかの実施形態では、また利用されるカソード-電解質-アノードシステム全体に応じて、使用される非反応性溶媒(1種または複数)が、電解質内のSEI形成の改善および/またはイオン利用可能性の改善など、カソード-電解質-アノードシステムに1つまたは複数の利点を提供するように意図的に選択される場合など、最終的なLiFSI塩生成物中に残留する非反応性溶媒が電池性能に有益である可能性がある。いくつかの実施形態では、必要に応じて、精製および/または反応性溶媒の除去/置換中に使用される追加量の非反応性溶媒(1種または複数)を添加して、最終電解質を生成することができる。LiFSIを処理するために使用される非反応性溶媒(1種または複数)が電池性能に有益である実施形態では、残留する非反応性溶媒の量は、2000ppm超または3000ppm超であってもよい。すべての精製ステップについて非反応性溶媒のみを使用して精製を行う場合、最終的なLiFSI塩生成物は、典型的には少なくとも約100ppmの非反応性溶媒(1種または複数)を有するが、典型的には約100ppm以下の反応性溶媒(1種または複数)を有する。本開示による反応性溶媒(1種または複数)の除去/置換後にLiFSI塩中に残留するのに適し得る非反応性溶媒の例としては、ヘキサン、炭化水素、トルエン、キシレン、芳香族溶媒、エステルおよびニトリルが挙げられる。 In some embodiments particularly suitable for use in lithium metal batteries, during the final ultra-purity LiFSI salt product (ie, after complete treatment of the process and / or purification disclosed herein). The amount of residual reactive solvent is preferably less than about 500 ppm, more preferably less than about 100 ppm, most preferably less than about 50 ppm. In some embodiments, depending on the entire cathode-electrolyte-anode system utilized, the non-reactive solvent remaining in the final LiFSI salt product adversely affects battery performance over the removed reactive solvent. May not be given. In such embodiments, the amount of non-reactive solvent (s) remaining in the final LiFSI salt product is preferably less than about 3000 ppm, more preferably less than about 2000 ppm, most preferably less than about 500 ppm. be. In some embodiments, the non-reactive solvent (s) used also, depending on the entire cathode-electrolyte-anode system utilized, can improve and / or ionize SEI formation within the electrolyte. Battery performance is the non-reactive solvent that remains in the final LiFSI salt product, such as when deliberately selected to provide one or more benefits to the cathode-electrolyte-anode system, such as improved properties. May be beneficial to. In some embodiments, additional amounts of the non-reactive solvent (s) used during purification and / or removal / replacement of the reactive solvent are added as needed to produce the final electrolyte. can do. In embodiments where the non-reactive solvent (s) used to treat LiFSI is beneficial to battery performance, the amount of non-reactive solvent remaining may be greater than 2000 ppm or greater than 3000 ppm. .. When purification is performed using only non-reactive solvents for all purification steps, the final LiFSI salt product typically has at least about 100 ppm of non-reactive solvent (s). It typically has about 100 ppm or less of the reactive solvent (s). Examples of non-reactive solvents that may be suitable to remain in the LiFSI salt after removal / substitution of the reactive solvent (s) according to the present disclosure include hexane, hydrocarbons, toluene, xylene, aromatic solvents, esters. And nitriles.

セクションI.D.2で上述したように、図2は、本開示の態様により作製された電気化学デバイス200を示す。この例では、上述した反応性溶媒低減LiFSI系電解質216の代わりに、セクションIIIにより生成された超高純度LiFSI系電解質216Bを使用してもよい。上述したように、精製LiFSI系電解質216Bに本開示の超高純度LiFSI系電解質を使用する利点は、合成不純物および反応性溶媒(1種または複数)などのLiFSI系電解質中に存在し得る不純物を、電気化学デバイス200での使用に許容可能なレベル(例えば、1または複数の不純物レベル仕様を満たす)まで低減できることである。精製LiFSI系電解質216Bを生成するために使用することができる超高純度LiFSI生成物(塩)の例および低レベルのそれらの様々な不純物の例は、上述されている。次いで、この超高純度LiFSI生成物を使用して、例えば、電気化学デバイス200の性能を向上させる1種または複数の溶媒、1種または複数の希釈剤、および/または1種または複数の添加剤を添加することによって、超高純度LiFSI系電解質216Bを生成することができる。次いで、超高純度LiFSI系電解質216Bを電気化学デバイス200に添加することができ、その後、容器220を密封することができる。 Section I. D. As mentioned above in 2, FIG. 2 shows an electrochemical device 200 made according to the aspects of the present disclosure. In this example, the ultra-high purity LiFSI-based electrolyte 216B produced by Section III may be used instead of the reactive solvent-reduced LiFSI-based electrolyte 216 described above. As mentioned above, the advantage of using the ultra-high purity LiFSI-based electrolyte of the present disclosure for the purified LiFSI-based electrolyte 216B is that it contains impurities that may be present in the LiFSI-based electrolyte, such as synthetic impurities and reactive solvents (s). , To a level acceptable for use in the electrochemical device 200 (eg, satisfying one or more impurity level specifications). Examples of ultra-high purity LiFSI products (salts) that can be used to produce the purified LiFSI-based electrolyte 216B and examples of their various impurities at low levels are described above. The ultra-purity LiFSI product is then used, for example, to improve the performance of the electrochemical device 200, for example, one or more solvents, one or more diluents, and / or one or more additives. Can be added to produce an ultra-high purity LiFSI-based electrolyte 216B. The ultra-high purity LiFSI-based electrolyte 216B can then be added to the electrochemical device 200 and then the container 220 can be sealed.

リチウム金属電池用途における最終的な超高純度LiFSI塩生成物から多くの反応性溶媒(1種または複数)を除去するという要望を考慮して、本明細書に開示される精製方法は、精製を実施するために使用される方法の適切なステップ(1または複数)のための、リチウム金属に対して非反応性であることが知られている1種または複数の溶媒の選択によって増強され得る。 Given the desire to remove many reactive solvents (s) from the final ultra-purity LiFSI salt product in lithium metal battery applications, the purification methods disclosed herein are to purify. It can be enhanced by the selection of one or more solvents known to be non-reactive to the lithium metal for the appropriate step (s) of the method used to carry out.

いくつかの態様では、本開示は、反応性溶媒低減リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)生成物を生成する方法に関し、本方法は、LiFSIおよび1種または複数の反応性溶媒を含有する第1の粗LiFSIを提供すること、不活性条件下で、第1の粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させて、第1の粗LiFSIおよび1種または複数の反応性溶媒を含有する溶液を生成することであって、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒中のLiFSIの溶解度が25℃未満で少なくとも約35%であること、溶液を真空に供して、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒および1種または複数の反応性溶媒を除去し、固体塊を得ること、LiFSIが不溶性である少なくとも1種の第2の無水有機溶媒で固体塊を処理して、不溶性部分を有する組み合わせを生成すること、不活性雰囲気中で不溶性部分を単離すること、不溶性部分を少なくとも1種の乾燥不活性ガスでフラッシングして、微量の少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を除去すること、フラッシングされた不溶性部分を約100Torr未満の圧力に供して、反応性溶媒低減LiFSI生成物を得ることを含む。 In some embodiments, the present disclosure relates to a method for producing a reactive solvent-reduced lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) product, wherein the method comprises LiFSI and one or more reactive solvents. To provide one crude LiFSI, under inert conditions, contact the first crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent to provide the first crude LiFSI and one or more reactive solvents. The solubility of LiFSI in at least one first anhydrous organic solvent is at least about 35% below 25 ° C., and the solution is subjected to vacuum to produce at least one. The first anhydrous organic solvent and one or more reactive solvents are removed to obtain a solid mass, and the solid mass is treated with at least one second anhydrous organic solvent insoluble in LiFSI to be insoluble. Producing a moiety-bearing combination, isolating the insoluble moiety in an inert atmosphere, flushing the insoluble moiety with at least one dry inert gas to create a trace amount of at least one second anhydrous organic solvent. Includes removing the flushed insoluble moiety to a pressure of less than about 100 Torr to obtain a reactive solvent-reduced LiFSI product.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第1の粗LiFSIを提供することは、LiFSIおよび1種または複数の標的不純物を含有する第2の粗LiFSIを提供すること、不活性条件下で、第2の粗LiFSIを少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させて、LiFSIおよび1種または複数の標的不純物を含有する溶液を生成することであって、室温で少なくとも1種の第3の無水有機溶媒に対して、LiFSIが可溶性であり、1種または複数の標的不純物の各々が実質的に不溶性であること、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液に添加して、少なくとも1種の標的不純物を沈殿させることであって、LiFSIおよび1種または複数の標的不純物の各々が少なくとも1種の第4の無水有機溶媒に実質的に不溶性であること、1種または複数の標的不純物の各々の不溶性部分を溶液から濾過して、濾液を生成すること、濾液から溶媒を除去して、固体塊を得ること、固体塊を、LiFSIが実質的に不溶性である少なくとも1種の第5の無水有機溶媒と接触させること、および少なくとも1種の第5の無水有機溶媒からLiFSIを単離して、第1の粗LiFSIを得ることを含む。 In one or more embodiments of the method, providing a first crude LiFSI provides a LiFSI and a second crude LiFSI containing one or more target impurities, under inert conditions. The second crude LiFSI is contacted with at least one third anhydrous organic solvent to produce a solution containing LiFSI and one or more target impurities, wherein at least one first at room temperature. LiFSI is soluble in 3 anhydrous organic solvents and each of the one or more target impurities is substantially insoluble, and at least one fourth anhydrous organic solvent is added to the solution. Precipitating at least one target impurity, wherein each of LiFSI and one or more target impurities is substantially insoluble in at least one fourth anhydrous organic solvent, one or more. Filtering each insoluble portion of the target impurity from the solution to form a filtrate, removing the solvent from the filtrate to obtain a solid mass, the solid mass, at least one in which LiFSI is substantially insoluble. It involves contacting with a fifth anhydrous organic solvent and isolating LiFSI from at least one fifth anhydrous organic solvent to obtain a first crude LiFSI.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第2の粗LiFSIは、少なくとも1種の第3の無水有機溶媒に対して室温で少なくとも約50%の溶解度を有し、1種または複数の標的不純物の各々は、少なくとも1種の第3の無水有機溶媒に対して室温で約20パーツ・パー・ミリオン(ppm)以下である溶解度を有する。 In one or more embodiments of the method, the second crude LiFSI has a solubility of at least about 50% at room temperature with respect to at least one third anhydrous organic solvent and is one or more targets. Each of the impurities has a solubility of less than about 20 parts per million (ppm) at room temperature with respect to at least one third anhydrous organic solvent.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第2の粗LiFSIを少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させることは、第2の粗LiFSIを最小量の少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させることを含む。 In one or more embodiments of the method, contacting the second crude LiFSI with at least one third anhydrous organic solvent causes the second crude LiFSI to have a minimum amount of at least one third. Includes contact with anhydrous organic solvent.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、最小量の少なくとも1種の第3の無水有機溶媒は、溶液の約40重量%~約75重量%である。 In one or more embodiments of the method, the minimum amount of at least one third anhydrous organic solvent is from about 40% to about 75% by weight of the solution.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液に添加することは、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液の約10重量%以下の量で添加することを含む。 In one or more embodiments of the method, adding at least one fourth anhydrous organic solvent to the solution is an amount of at least one fourth anhydrous organic solvent in an amount of about 10% by weight or less of the solution. Including adding in.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第2の粗LiFSIと少なくとも1種の第3の無水有機溶媒との接触は、約25℃未満の温度で行われる。 In one or more embodiments of the method, contact of the second crude LiFSI with at least one third anhydrous organic solvent is carried out at a temperature of less than about 25 ° C.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第2の粗LiFSIと少なくとも1種の第3の無水有機溶媒との接触中に溶液の温度を制御して、温度を目標温度の約2℃以内に維持することを含む。 In one or more embodiments of the method, the temperature of the solution is controlled during contact between the second crude LiFSI and at least one third anhydrous organic solvent so that the temperature is within about 2 ° C. of the target temperature. Including maintaining in.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、濾過は、不活性雰囲気中で行われる。 In one or more embodiments of the method, filtration is performed in an inert atmosphere.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、不活性雰囲気は、アルゴンガスを含む。 In one or more embodiments of the method, the inert atmosphere comprises argon gas.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、溶媒を除去することは、真空中で行われる。 In one or more embodiments of the method, removing the solvent is done in vacuum.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、溶媒を除去することは、約0.1Torr以下の圧力で行われる。 In one or more embodiments of the method, removing the solvent is performed at a pressure of about 0.1 Torr or less.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、溶媒を除去することは、約40℃未満の温度で行われる。 In one or more embodiments of the method, removal of the solvent is carried out at a temperature below about 40 ° C.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、LiFSIを単離することは、少なくとも1種の第5の無水有機溶媒から固体形態のLiFSIを濾過することを含む。 In one or more embodiments of the method, isolating LiFSI comprises filtering the solid form of LiFSI from at least one fifth anhydrous organic solvent.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、LiFSIを単離することは、固体LiFSIを真空中で乾燥させることを含む。 In one or more embodiments of the method, isolating LiFSI comprises drying the solid LiFSI in vacuo.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、固体LiFSIを真空中で乾燥させることは、約0.1Torr以下の圧力で固体LiFSIを乾燥させることを含む。 In one or more embodiments of the method, drying the solid LiFSI in vacuum comprises drying the solid LiFSI at a pressure of about 0.1 Torr or less.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、1種または複数の標的不純物は、塩化リチウム(LiCl)、フッ化リチウム(LiF)、硫酸リチウム(LiSO)、フルオロ硫酸リチウム(FSO Li)、フッ化水素(HF)、およびフルオロスルホン酸(FSOH)からなる群からの1種または複数の標的不純物を含む。 In one or more embodiments of the method, the one or more target impurities are lithium chloride (LiCl), lithium fluoride (LiF), lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), lithium fluorosulfate ( FSO 3 Li ). ), Hydrogen fluoride (HF), and one or more target impurities from the group consisting of fluorosulfuric acid (FSO 3H ).

本方法の1つまたは複数の実施形態では、1種または複数の標的不純物は硫酸リチウム(LiSO)を含み、1種または複数の標的不純物の各々の不溶性部分を濾過することは、LiSOの不溶性部分を同時に濾過することを含む。 In one or more embodiments of the method, one or more target impurities contain lithium sulphate (Li 2 SO 4 ), and filtering each insoluble portion of one or more target impurities is Li. 2 Includes simultaneous filtration of insoluble moieties of SO4 .

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第3の無水有機溶媒は、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、プロピルメチルカルボナート(PMC)、エチレンカルボナート(EC)、フルオロエチレンカルボナート(FEC)、トランスブチレンカルボナート、アセトニトリル、マロノニトリル、アジポニトリル、酢酸メチル、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(MP)、プロピオン酸エチル(EP)、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を含む。 In one or more embodiments of the method, the at least one third anhydrous organic solvent is dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), ethylmethylcarbonate (EMC), propylmethylcarbonate. (PMC), Ethyl Carbonate (EC), Fluoroethylene Carbonate (FEC), Transbutylene Carbonate, acetonitrile, Marononitrile, Adiponitrile, Methyl Acetate, Ethyl Acetate, Propyl Acetate, Butyl Acetate, Methyl Propionate (MP), Propion It contains at least one solvent selected from the group consisting of ethyl acetate (EP), methanol, ethanol, propanol and isopropanol.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第2の粗LiFSIを少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させることは、第2の粗LiFSIを、溶液の約50重量%~約75重量%の量の少なくとも1種の第3の無水有機溶媒と接触させることを含む。 In one or more embodiments of the method, contacting the second crude LiFSI with at least one third anhydrous organic solvent brings the second crude LiFSI to about 50% by weight to about 75% by weight of the solution. It comprises contacting with at least one third anhydrous organic solvent in an amount by weight%.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液に添加することは、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液の約10重量%以下の量で添加することを含む。 In one or more embodiments of the method, adding at least one fourth anhydrous organic solvent to the solution is an amount of at least one fourth anhydrous organic solvent in an amount of about 10% by weight or less of the solution. Including adding in.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒は、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を含む。 In one or more embodiments of the method, the at least one fourth anhydrous organic solvent is selected from the group consisting of dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane. Contains at least one solvent to be used.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液に添加することは、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒を溶液の約10重量%以下の量で添加することを含む。 In one or more embodiments of the method, adding at least one fourth anhydrous organic solvent to the solution is an amount of at least one fourth anhydrous organic solvent in an amount of about 10% by weight or less of the solution. Including adding in.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第5の無水有機溶媒は、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を含む。 In one or more embodiments of the method, at least one fifth anhydrous organic solvent is selected from the group consisting of dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane. Contains at least one solvent to be used.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第4の無水有機溶媒は、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を含む。 In one or more embodiments of the method, the at least one fourth anhydrous organic solvent is selected from the group consisting of dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane. Contains at least one solvent to be used.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第5の無水有機溶媒は、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンからなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を含む。 In one or more embodiments of the method, at least one fifth anhydrous organic solvent is selected from the group consisting of dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane. Contains at least one solvent to be used.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、遊離フッ素と実質的に反応しない容器内の乾燥雰囲気中に第1の粗LiFSIを配置すること、容器を約25℃未満の温度で保存することをさらに含む。 In one or more embodiments of the method, placing the first crude LiFSI in a dry atmosphere in a container that does not substantially react with free fluorine, and storing the container at a temperature below about 25 ° C. Further included.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、1種または複数の標的不純物は、第2の粗LiFSI中のLiFSIを合成するプロセスの副生成物である。 In one or more embodiments of the method, the one or more target impurities are by-products of the process of synthesizing LiFSI in the second crude LiFSI.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第1の粗LiFSIは、10パーツ・パー・ミリオン(ppm)以下のLiClを含む。 In one or more embodiments of the method, the first crude LiFSI comprises 10 parts per million (ppm) or less of LiCl.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第1の粗LiFSIは、1ppm未満のLiClを含む。 In one or more embodiments of the method, the first crude LiFSI contains less than 1 ppm LiCl.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第1の粗LiFSIは、約500パーツ・パー・ミリオン(ppm)以下のFSOLi、約100ppm以下のLiCl、および約150ppm以下のLiFを含有する。 In one or more embodiments of the method, the first crude LiFSI contains about 500 parts per million (ppm) or less FSO 3 Li, about 100 ppm or less LiCl, and about 150 ppm or less LiF. ..

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第2の粗LiFSIを提供することは、水性中和プロセスを使用して第2の粗LiFSIを合成することを含む。 In one or more embodiments of the method, providing a second crude LiFSI comprises synthesizing a second crude LiFSI using an aqueous neutralization process.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、第1の粗LiFSIを提供することは、水性中和プロセスを使用して第1の粗LiFSIを合成することを含む。 In one or more embodiments of the method, providing the first crude LiFSI comprises synthesizing the first crude LiFSI using an aqueous neutralization process.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、反応性溶媒低減LiFSI生成物は、リチウム金属電池用の電解質の塩であり、本方法は、少なくとも1種の第1の無水有機溶媒の各々を選択して、リチウムイオン電池の性能を向上させることをさらに含む。 In one or more embodiments of the method, the reactive solvent-reduced LiFSI product is a salt of an electrolyte for a lithium metal battery, the method selecting each of at least one first anhydrous organic solvent. Further, it includes improving the performance of the lithium ion battery.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、少なくとも1種の第2の無水有機溶媒の各々を選択して、リチウムイオン電池の性能を向上させることをさらに含む。 One or more embodiments of the method further include selecting each of at least one second anhydrous organic solvent to improve the performance of the lithium ion battery.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、反応性溶媒低減LiFSI生成物は、添加剤溶媒を含有する電解質の塩であり、少なくとも1種の第1の無水溶媒の少なくとも1種は、添加剤溶媒と同じである。 In one or more embodiments of the method, the reactive solvent-reduced LiFSI product is a salt of the electrolyte containing an additive solvent and at least one of the first anhydrous solvents is an additive. Same as solvent.

いくつかの態様では、本開示は、電気化学デバイスを作製する方法に関し、本方法は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)塩を本明細書に列挙した方法のいずれかを用いて処理し、精製LiFSI塩を生成すること、精製LiFSI塩を使用して電解質を配合すること、正極、正極から離間した負極、および正極と負極との間に延在するボリュームを含む電気化学デバイス構造を提供し、電解質が存在する場合は、電解質中のイオンが正極と負極との間を移動することを可能にすること、およびボリュームに電解質を添加することを含む。 In some embodiments, the present disclosure relates to a method of making an electrochemical device, wherein the method treats a lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) salt using any of the methods listed herein. Provided an electrochemical device structure comprising producing a purified LiFSI salt, compounding an electrolyte using the purified LiFSI salt, a positive electrode, a negative electrode separated from the positive electrode, and a volume extending between the positive electrode and the negative electrode. And if an electrolyte is present, it involves allowing ions in the electrolyte to move between the positive and negative electrodes, and adding the electrolyte to the volume.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、電気化学デバイスは、電気化学電池であり、電気化学デバイス構造は、ボリューム内に配置されたセパレータをさらに含む。 In one or more embodiments of the method, the electrochemical device is an electrochemical cell and the electrochemical device structure further comprises a separator disposed within the volume.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、電気化学電池は、リチウムイオン電池である。 In one or more embodiments of the method, the electrochemical battery is a lithium ion battery.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、電気化学電池は、リチウム金属電池である。 In one or more embodiments of the method, the electrochemical battery is a lithium metal battery.

本方法の1つまたは複数の実施形態では、電気化学デバイスは、スーパーキャパシタである。 In one or more embodiments of the method, the electrochemical device is a supercapacitor.

いくつかの態様では、本開示は、正極、正極から離間した負極、正極と負極との間に位置する多孔質誘電体セパレータ、および少なくとも多孔質誘電体セパレータ内に含まれる電解質を含み、電解質が本明細書に記載の方法のいずれか1つを使用して生成されたLiFSI塩を使用して生成される、電気化学デバイスに関する。 In some embodiments, the present disclosure comprises a positive electrode, a negative electrode separated from the positive electrode, a porous dielectric separator located between the positive electrode and the negative electrode, and at least the electrolyte contained within the porous dielectric separator. It relates to an electrochemical device produced using a LiFSI salt produced using any one of the methods described herein.

電気化学デバイスの1つまたは複数の実施形態では、電気化学デバイスは、リチウム電池である。 In one or more embodiments of the electrochemical device, the electrochemical device is a lithium battery.

電気化学デバイスの1つまたは複数の実施形態では、電気化学デバイスは、リチウム金属二次電池である。 In one or more embodiments of the electrochemical device, the electrochemical device is a lithium metal secondary battery.

電気化学デバイスの1つまたは複数の実施形態では、電気化学デバイスは、スーパーキャパシタである。 In one or more embodiments of the electrochemical device, the electrochemical device is a supercapacitor.

上記は、本発明の例示的な実施形態の詳細な説明である。本明細書および本明細書に添付された特許請求の範囲において、特に明記または他に示されない限り、語句「X、YおよびZの少なくとも1つ」および「X、Y、およびZのうちの1つまたは複数」で使用されるような連言語は、連言リスト内の各項目が、リスト内の他のすべての項目を除く任意の数で、あるいは連言リスト内の任意のまたはすべての他の項目と組み合わせて任意の数で存在することができ、その各々が任意の数で存在してもよいことを意味すると解釈されることに留意されたい。この一般規則を適用して、連言リストがX、Y、およびZからなる前述の例における連言句は、Xのうちの1つまたは複数、Yのうちの1つまたは複数、Zのうちの1つまたは複数、Xのうちの1つまたは複数およびYのうちの1つまたは複数、Yのうちの1つまたは複数およびZのうちの1つまたは複数、Xのうちの1つまたは複数およびZのうちの1つまたは複数、ならびにXのうちの1つまたは複数、Yのうちの1つまたは複数およびZのうちの1つまたは複数を各々包含するものとする。 The above is a detailed description of an exemplary embodiment of the invention. The terms "at least one of X, Y and Z" and "one of X, Y, and Z, unless expressly specified or otherwise indicated in this specification and the claims attached herein. A conjunctive language, such as used in one or more, means that each item in the conjunctive list is any number except all other items in the list, or any or all others in the conjunctive list. It should be noted that it can be present in any number in combination with the item of, and is interpreted to mean that each may be present in any number. Applying this general rule, the conjunctive phrase in the above example where the conjunctive list consists of X, Y, and Z is one or more of X, one or more of Y, of Z. One or more of, one or more of X and one or more of Y, one or more of Y and one or more of Z, one or more of X And one or more of Z, and one or more of X, one or more of Y and one or more of Z, respectively.

本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および追加を行うことができる。上述した様々な実施形態の各々の特徴は、関連する新規の実施形態において多数の特徴の組み合わせを提供するために、必要に応じて他の記載された実施形態の特徴と組み合わせることができる。さらに、上記はいくつかの別個の実施形態を説明しているが、本明細書に記載されているものは、本発明の原理の適用の単なる例示である。さらに、本明細書の特定の方法は、特定の順序で実行されるものとして図示および/または説明することができるが、順序は、本開示の態様を達成するために当業者内で高度に多様である。したがって、この説明は、例としてのみ解釈されることを意図しており、本発明の範囲を限定するものではない。 Various modifications and additions can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Each feature of the various embodiments described above can be combined with the features of other described embodiments as needed to provide a combination of numerous features in the relevant novel embodiments. Further, although the above describes some separate embodiments, those described herein are merely exemplary of the application of the principles of the invention. Further, certain methods herein can be illustrated and / or described as being performed in a particular order, the order of which is highly diverse within one of ordinary skill in the art to achieve aspects of the present disclosure. Is. Therefore, this description is intended to be construed as an example only and is not intended to limit the scope of the invention.

例示的な実施形態が上に開示され、添付の図面に示されている。当業者であれば、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に具体的に開示されているものに対して様々な変更、省略、および追加を行うことができることを理解するであろう。
An exemplary embodiment is disclosed above and shown in the accompanying drawings. It will be appreciated by those skilled in the art that various modifications, omissions, and additions may be made to those specifically disclosed herein without departing from the spirit and scope of the invention. There will be.

Claims (30)

反応性溶媒低減リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)生成物を生成する方法であって、
LiFSIおよび1種または複数の反応性溶媒を含有する第1の粗LiFSIを提供することと、
不活性条件下で、前記第1の粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させて、前記第1の粗LiFSIおよび前記1種または複数の反応性溶媒を含有する溶液を生成することであって、前記少なくとも1種の第1の無水有機溶媒中の前記LiFSIの溶解度が25℃未満で少なくとも約35%であることと、
前記溶液を真空に供して、前記少なくとも1種の第1の無水有機溶媒および前記1種または複数の反応性溶媒を除去し、固体塊を得ることと、
前記LiFSIが不溶性である少なくとも1種の第2の無水有機溶媒で前記固体塊を処理して、不溶性部分を有する組み合わせを生成することと、
不活性雰囲気中で不溶性部分を単離することと、
前記不溶性部分を少なくとも1種の乾燥不活性ガスでフラッシングして、微量の前記少なくとも1種の第2の無水有機溶媒を除去することと、
前記フラッシングされた不溶性部分を約100Torr未満の圧力に供して、前記反応性溶媒低減LiFSI生成物を得ることとを含む、方法。
A method for producing a reactive solvent-reduced lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) product.
To provide a first crude LiFSI containing LiFSI and one or more reactive solvents.
Under inert conditions, the first crude LiFSI is contacted with at least one first anhydrous organic solvent to produce a solution containing the first crude LiFSI and the one or more reactive solvents. That is, the solubility of the LiFSI in the at least one first anhydrous organic solvent is at least about 35% below 25 ° C.
The solution is evacuated to remove the at least one anhydrous organic solvent and the one or more reactive solvents to obtain a solid mass.
The solid mass is treated with at least one second anhydrous organic solvent in which the LiFSI is insoluble to produce a combination having an insoluble moiety.
Isolating the insoluble moiety in an inert atmosphere and
Flushing the insoluble moiety with at least one dry inert gas to remove trace amounts of the at least one second anhydrous organic solvent.
A method comprising subjecting the flushed insoluble moiety to a pressure of less than about 100 Torr to obtain the reactive solvent-reduced LiFSI product.
前記第1の粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させることが、前記第1の粗LiFSIを、前記溶液に対して約30重量%~約50重量%の範囲内にある量の前記少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させることを含む、請求項1に記載の方法。 Contacting the first crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent causes the first crude LiFSI to be in the range of about 30% by weight to about 50% by weight with respect to the solution. The method of claim 1, comprising contacting with an amount of the at least one anhydrous organic solvent. 前記少なくとも1種の第1の無水有機溶媒が、有機カルボナート、ニトリル、酢酸アルキルおよびプロピオン酸アルキルからなる群から選択される、請求項2に記載の方法。 The method of claim 2, wherein the at least one anhydrous organic solvent is selected from the group consisting of organic carbonates, nitriles, alkyl acetates and alkyl propionates. 前記少なくとも1種の第1の無水有機溶媒が、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、プロピルメチルカルボナート(PMC)、エチレンカルボナート(EC)、フルオロエチレンカルボナート(FEC)、トランスブチレンカルボナート、アセトニトリル、マロノニトリル、アジポニトリル、酢酸メチル、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(MP)およびプロピオン酸エチル(EP)からなる群から選択される、請求項2に記載の方法。 The at least one first anhydrous organic solvent is dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), ethylmethylcarbonate (EMC), propylmethylcarbonate (PMC), ethylenecarbonate (EC), and the like. Selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate (FEC), transbutylene carbonate, acetonitrile, malononitrile, adiponitrile, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate (MP) and ethyl propionate (EP). The method according to claim 2. 前記少なくとも1種の第1の無水有機溶媒が、DMCを含む、請求項4に記載の方法。 The method of claim 4, wherein the at least one anhydrous organic solvent comprises DMC. 前記少なくとも1種の第1の無水有機溶媒が、有機カルボナート、ニトリル、酢酸アルキルおよびプロピオン酸アルキルからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the at least one anhydrous organic solvent is selected from the group consisting of organic carbonates, nitriles, alkyl acetates and alkyl propionates. 前記固体塊を少なくとも1種の第2の無水有機溶媒で処理することが、前記固体塊をジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、およびドデカンからなる群から選択される少なくとも1種の第2の無水有機溶媒で処理することを含む、請求項1に記載の方法。 Treatment of the solid mass with at least one second anhydrous organic solvent comprises the group consisting of dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, and dodecane. The method of claim 1, comprising treating with at least one second anhydrous organic solvent of choice. 前記少なくとも1種の第2の無水有機溶媒が、ジクロロメタンを含む、請求項7に記載の方法。 The method of claim 7, wherein the at least one second anhydrous organic solvent comprises dichloromethane. 前記少なくとも1種の第1の無水有機溶媒が、ジメチルカルボナート(DMC)、ジエチルカルボナート(DEC)、エチルメチルカルボナート(EMC)、プロピルメチルカルボナート(PMC)、エチレンカルボナート(EC)、フルオロエチレンカルボナート(FEC)、トランスブチレンカルボナート、アセトニトリル、マロノニトリル、アジポニトリル、酢酸メチル、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(MP)およびプロピオン酸エチル(EP)からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。 The at least one first anhydrous organic solvent is dimethylcarbonate (DMC), diethylcarbonate (DEC), ethylmethylcarbonate (EMC), propylmethylcarbonate (PMC), ethylenecarbonate (EC), and the like. Selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate (FEC), transbutylene carbonate, acetonitrile, malononitrile, adiponitrile, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate (MP) and ethyl propionate (EP). The method according to claim 1. 前記少なくとも1種の第1の無水有機溶媒が、DMCを含む、請求項9に記載の方法。 The method of claim 9, wherein the at least one anhydrous organic solvent comprises DMC. 前記固体塊を少なくとも1種の第2の無水有機溶媒で処理することが、前記固体塊をジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、およびドデカンからなる群から選択される少なくとも1種の第2の無水有機溶媒で処理することを含む、請求項9に記載の方法。 Treatment of the solid mass with at least one second anhydrous organic solvent comprises the group consisting of dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, and dodecane. 9. The method of claim 9, comprising treating with at least one second anhydrous organic solvent of choice. 前記少なくとも1種の第2の無水有機溶媒が、ジクロロメタンを含む、請求項11に記載の方法。 11. The method of claim 11, wherein the at least one second anhydrous organic solvent comprises dichloromethane. 前記少なくとも1種の第1の無水有機溶媒が、DMCを含む、請求項12に記載の方法。 12. The method of claim 12, wherein the at least one anhydrous organic solvent comprises DMC. 前記乾燥不活性ガスが、アルゴンおよび窒素のうちの少なくとも1種を含む、請求項9に記載の方法。 The method of claim 9, wherein the dry inert gas comprises at least one of argon and nitrogen. 前記溶液を真空に供することが、前記溶液を約1Torr未満の真空に供することを含む、請求項9に記載の方法。 9. The method of claim 9, wherein subjecting the solution to vacuum comprises subjecting the solution to a vacuum of less than about 1 Torr. 前記溶液を真空に供することが、前記溶液を約0.01Torr未満の真空に供することを含む、請求項15に記載の方法。 15. The method of claim 15, wherein subjecting the solution to vacuum comprises subjecting the solution to a vacuum of less than about 0.01 Torr. 前記真空中の温度が35℃未満である、請求項11に記載の方法。 11. The method of claim 11, wherein the temperature in vacuum is less than 35 ° C. 前記固体塊を少なくとも1種の第2の無水有機溶媒で処理することが、前記固体塊をジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、およびドデカンからなる群から選択される少なくとも1種の第2の無水有機溶媒で処理することを含む、請求項1に記載の方法。 Treatment of the solid mass with at least one second anhydrous organic solvent comprises the group consisting of dichloromethane, dichloroethane, chloroform, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, and dodecane. The method of claim 1, comprising treating with at least one second anhydrous organic solvent of choice. 不活性雰囲気中で前記不溶性部分を単離することが、前記組み合わせから前記不溶性部分を濾過することを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein isolating the insoluble moiety in an inert atmosphere comprises filtering the insoluble moiety from the combination. 前記不活性雰囲気が、乾燥不活性ガスを含む、請求項15に記載の方法。 15. The method of claim 15, wherein the inert atmosphere comprises a dry inert gas. 前記不溶性部分を少なくとも1種の乾燥不活性ガスでフラッシングすることが、前記不溶性部分をアルゴンガスおよび窒素ガスの少なくとも1種でフラッシングすることを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein flushing the insoluble moiety with at least one dry inert gas comprises flushing the insoluble moiety with at least one of argon gas and nitrogen gas. 前記フラッシングされた不溶性部分を約100Torr未満の圧力に供することが、前記フラッシングされた不溶性部分を約1Torr未満の圧力に供することを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein subjecting the flushed insoluble moiety to a pressure of less than about 100 Torr comprises subjecting the flushed insoluble moiety to a pressure of less than about 1 Torr. 前記圧力が、約0.01Torr未満である、請求項18に記載の方法。 18. The method of claim 18, wherein the pressure is less than about 0.01 Torr. 前記第1の粗LiFSIを少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させることが、前記第1の粗LiFSIを、前記溶液に対して約30重量%~約50重量%の範囲内にある量の前記少なくとも1種の第1の無水有機溶媒と接触させることを含む、請求項1に記載の方法。 Contacting the first crude LiFSI with at least one first anhydrous organic solvent causes the first crude LiFSI to be in the range of about 30% by weight to about 50% by weight with respect to the solution. The method of claim 1, comprising contacting with an amount of the at least one anhydrous organic solvent. 前記溶液を真空に供することが、前記溶液を約35℃未満の温度で約0.01Torr未満の真空に供することを含む、請求項24に記載の方法。 24. The method of claim 24, wherein subjecting the solution to vacuum comprises subjecting the solution to a vacuum of less than about 0.01 Torr at a temperature of less than about 35 ° C. 前記フラッシングされた不溶性部分を約100Torr未満の圧力に供することが、前記フラッシングされた不溶性部分を約40℃未満の温度で約0.01Torr未満の圧力に供することを含む、請求項1に記載の方法。 1. Method. 前記第1の粗LiFSI中の前記1種または複数の反応性溶媒が、少なくとも2000パーツ・パー・ミリオン(ppm)の濃度のアルコールを含み、前記反応性溶媒低減LiFSI生成物中の前記アルコールが、約50ppm未満である、請求項1に記載の方法。 The one or more reactive solvents in the first crude LiFSI contain an alcohol at a concentration of at least 2000 parts per million (ppm), and the alcohol in the reactive solvent reduced LiFSI product. The method of claim 1, wherein the amount is less than about 50 ppm. 前記アルコールが、少なくとも約3000ppmの濃度である、請求項26に記載の方法。 26. The method of claim 26, wherein the alcohol has a concentration of at least about 3000 ppm. 前記第1の粗LiFSI中の前記1種または複数の反応性溶媒が、初期濃度の水を含み、前記反応性溶媒低減LiFSI生成物中の前記水が、前記初期量の約35%以下である、請求項1に記載の方法。 The one or more reactive solvents in the first crude LiFSI contain an initial concentration of water, and the water in the reactive solvent reduced LiFSI product is about 35% or less of the initial amount. , The method according to claim 1. 前記反応性溶媒低減LiFSI生成物中の前記水が、前記初期濃度の約20%以下である、請求項29に記載の方法。 29. The method of claim 29, wherein the water in the reactive solvent-reduced LiFSI product is about 20% or less of the initial concentration.
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