JP3294323B2 - リチウムトリフルオロメタンスルホネートの製造方法 - Google Patents

リチウムトリフルオロメタンスルホネートの製造方法

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lithium trifluoromethanesulfonate
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム電池の支持電
解質として重要な化合物であるリチウムトリフルオロメ
タンスルホネートの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、リチウムトリフルオロメタンスル
ホネートの製造方法としては、トリフルオロメタンスル
ホン酸と水酸化リチウム、または炭酸リチウム等との中
和反応により得られることが良く知られている。
【0003】しかしながら、ここで使用されるトリフル
オロメタンスルホン酸は、特公昭30-4218 号公報に記述
されているように、メタンスルホニルハライドを電解法
によりフッ素化して得られるトリフルオロメタンスルホ
ニルフロライドのガスを、フッ化ナトリウムを充填した
塔に通して同伴してくるフッ化水素を除去したのち、-1
80℃に冷却して凝縮させ、これをオートクレーブの中で
水酸化カリウム水溶液と加熱して加水分解反応させ、カ
リウムトリフルオロメタンスルホネートとフッ化カリウ
ムの水溶液を得、これを濃縮・乾固したのちカリウムト
リフルオロメタンスルホネートだけをエタノールなどの
溶媒に溶かして回収し、さらにこれを乾固したのち過剰
の100%硫酸と反応させ、続いて精製蒸留することにより
得ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、トリフル
オロメタンスルホン酸は従来非常に長い工程を経て製造
されるため、これを原料として用いたリチウムトリフル
オロメタンスルホネートは非常に高価なものとなってい
る。従来法は、トリフルオロメタンスルホン酸を得るま
での工程が非常に長く、多大な設備と人手が必要であ
る。このことが、リチウムトリフルオロメタンスルホネ
ートの製造コストを高くしていた。
【0005】本発明の目的は、電気分解で生成したトリ
フルオロメタンスルホニルフロライドを直接リチウム源
と反応させてリチウムトリフルオロメタンスルホネート
を得ることにより、安価で高純度のリチウムトリフルオ
ロメタンスルホネートを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、 一般式 CH3 SO2 X (式中、XはClまたはFを示す) で示されるメタンスルホニルハライドを無水フッ化水素
中で電解法によりフッ素化することにより得られるトリ
フルオロメタンスルホニルフロライドを含む生成ガス
を、水洗により酸性ガス分を除去した後、水酸化リチウ
ムの水溶液またはスラリーと反応させてリチウムトリフ
ルオロメタンスルホネートの水溶液を得る。そして、こ
の水溶液を濃縮、乾燥することにより、直ちに目的物で
あるリチウムトリフルオロメタンスルホネートを得る。
【0007】さらに、高純度のリチウムトリフルオロメ
タンスルホネートが必要な場合には、得られたリチウム
トリフルオロメタンスルホネートをさらに溶媒に溶か
し、不溶解物をろ別した後乾燥すると良い。
【0008】
【作用】上記一般式で示されるメタンスルホニルハライ
ドを無水フッ化水素中で電解法によりフッ素化すると、
トリフルオロメタンスルホニルフロライドを含むガスが
生成せしめられる。このフッ素化により生成せしめられ
た電解生成物はすべてガス状であり、このガスを水によ
り洗浄すると、その中に含まれている酸性ガスは水に吸
収され、トリフルオロメタンスルホニルフロライドを損
失することなく酸性分を除去することが出来る。
【0009】水洗後のトリフルオロメタンスルホニルフ
ロライドと水酸化リチウムの水溶液またはスラリーとを
反応させると、リチウムトリフルオロメタンスルホネー
トの水溶液を得ることが出来る。これをさらに濃縮、乾
燥すると、直ちに目的物であるリチウムトリフルオロメ
タンスルホネートを得ることが出来る。
【0010】このままでも十分な品位を有しているが、
これをさらに溶媒に溶かし、不溶解物をろ別した後乾燥
すると、さらに高純度のリチウムトリフルオロメタンス
ルホネートを得ることが出来る。
【0011】本発明の目的、構成、作用は以上の通りで
あるが、以下に本発明の好適な例をその作用とともに詳
しく説明する。
【0012】本発明は、次に示す諸現象を見い出したこ
とに基づくものである。 (1) 電解生成物の中で、フッ化水素や塩化水素などの
酸性ガスは水に吸収されるが、トリフルオロメタンスル
ホニルフロライドは水にまったく吸収されない。 (2) トリフルオロメタンスルホニルフロライドと水酸
化リチウムの水溶液またはスラリー(以下、吸収液と略
記する)が十分な速度で反応し、この反応で生成するリ
チウムトリフルオロメタンスルホネートは水に非常に良
く溶けるが、副生するフッ化リチウムは水に溶けない。 (3) リチウムトリフルオロメタンスルホネートはアル
コール類などの溶剤に良く溶けるが、これに含まれる不
純物は、これらの溶剤には溶けない。
【0013】この事実に基づき、本発明では、電解法に
よるフッ素化により生成したガスをまず水洗塔で洗浄す
ることにより、フッ化水素、塩化水素等の酸性分を除去
し、続いてトリフルオロメタンスルホニルフロライドを
吸収液と反応させることにより、フッ化リチウムが分散
したリチウムトリフルオロメタンスルホネート水溶液を
得る。そして、フッ化リチウムをろ別することにより取
り除き、得られたリチウムトリフルオロメタンスルホネ
ート水溶液を濃縮・乾燥することにより、比較的高純度
のリチウムトリフルオロメタンスルホネートを得ること
が出来る。さらに高純度の物が必要な場合には、これを
アルコールなどの溶媒に溶かし、不溶解物をろ別して除
き、再び濃縮・乾固すると良い。このようにすると、さ
らに高純度のリチウムトリフルオロメタンスルホネート
を得ることが出来る。
【0014】電解法によるフッ素化によりメタンスルホ
ニルハライドからトリフルオロメタンスルホニルフロラ
イドを得る場合、電解生成物はすべてガス状で、その中
にはトリフルオロメタンスルホニルフロライド、水素ガ
ス以外に微量のCF4,SO22 などの副生物および同
伴されるハロゲン化水素が含まれている。特に、フッ化
水素は生成ガスを-40 ℃に冷却することにより除去した
後でも15〜20wt% 程度含まれている。このフッ化水素を
除去する方法として、一般的にはフッ化ナトリウムを充
填した塔を通し、フッ化水素とフッ化ナトリウムを反応
させ酸性フッ化ナトリウムとして除去する方法が取られ
ている。生成した酸性フッ化ナトリウムは、加熱して脱
フッ化水素し、フッ化ナトリウムとして再生することが
出来るが、フッ化水素の負荷量が多いため、この操作を
頻繁に繰り返す必要があり非常な労力と経費を要する。
また、塩化水素についてはここでは除去出来ない。
【0015】この点を解消すべく鋭意検討した結果、フ
ッ化水素および塩化水素などの酸性ガスは水に容易に吸
収されるが、トリフルオロメタンスルホニルフロライド
と水素ガスは全く吸収されないことを見い出した。すな
わち、電解で生成したガスを水洗塔に通すことにより、
トリフルオロメタンスルホニルフロライドを損失するこ
となく、フッ化水素および塩化水素などのハロゲン化水
素を選択的に除去することが出来る。この水洗塔は、ハ
ロゲン化水素を吸収させるのに十分な接触面積を持つも
のであれば、どのようなものを用いてもよいが、ハロゲ
ン化水素の腐食性を十分に配慮する必要がある。一般的
には、これらに対して耐食性を有する樹脂製の吸収塔が
望ましい。
【0016】水洗後のトリフルオロメタンスルホニルフ
ロライドと吸収液との反応は、さほど速くないが常温で
も十分な速度で進行することを見い出し、気−液接触面
積の比較的大きな吸収塔を用いることにより、ほぼ定量
的にトリフルオロメタンスルホニルフロライドを反応さ
せることが出来る。吸収液については、水酸化リチウム
がスラリーとして存在している間(水酸化リチウムの溶
解度12.76%, 60℃) は、一定の反応速度で水酸化リチウ
ムを消費するが、さらに消費すると水溶液中の水酸化リ
チウム濃度の低下とともに、吸収速度は低くなる。この
ため、吸収塔は2塔以上設置し、シリーズで電解ガスを
通すのが良い。吸収液の水酸化リチウムスラリー濃度
は、10〜30% が実用的である。これ以上の濃度は、吸収
液の粘度が高くなり、循環するために特殊なポンプが必
要となる。吸収液の温度は、高い方が好ましいが、十分
な接触面積を有する吸収塔を用いることにより、比較的
低い温度でも吸収出来る。吸収塔に充填する充填物に
は、電解ガスによる腐食のない樹脂製のテラレット、ラ
シヒリング等を使用すると良いが、これらに限られるも
のではない。
【0017】吸収中の反応の副生成物であるフッ化リチ
ウムは、水に対する溶解度が水100gに対して0.27g(18
℃) と低い。逆に、リチウムトリフルオロメタンスルホ
ネートの溶解度は、水100gに対して283g (20℃) と非常
に高いことから、ろ別により選択的にほとんど全てのフ
ッ化リチウムを分離することが出来る。このことから、
所定量のガスを吸収した反応液を、フッ化水素を加えて
中和することによりpH=7に調整した後、フッ化リチ
ウムをろ別することにより除去すると、比較的純度の高
いリチウムトリフルオロメタンスルホネート水溶液を得
ることが出来る。これをさらに濃縮、乾燥して、リチウ
ムトリフルロオメタンスルホネートを得ることが出来
る。
【0018】得られたリチウムトリフルオロメタンスル
ホネートは、このままでも十分な品位を有しているが、
さらに高純度の物が必要な場合は、リチウムトリフルオ
ロメタンスルホネートを可撓性の溶媒、例えばアルコー
ル類の有機溶媒に溶かし、不溶解物をろ過して完全に取
り除き、乾燥することによって、さらに高純度のリチウ
ムトリフルオロメタンスルホネートを得ることが出来
る。
【0019】
【発明の効果】本発明は、従来方法と比較して、極めて
短い工程で、収率良くリチウムトリフルオロメタンスル
ホネートを製造することが出来、工業的レベルで十分対
応出来る価格で製造することが可能になるという効果が
ある。
【0020】
【実施例】次に、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0021】実施例1 リフラックスコンデンサーとニッケル電極(陰陽極面積
12.8dm2)とを備えた鉄製の電解槽に無水フッ化水素15kg
(750mol)、メタンスルホニルフロライド750g(5.36mol)
を仕込み-10 〜10℃に保ち、150Aの定電流、5.2V、リフ
ラックスコンデンサーを-40 ℃に設定して電解法による
フッ素化を行った。電解液は、メタンスルホニルフロラ
イド91.4g/h 、フッ化水素101g/hの速度で連続的に電解
槽内に供給することにより補充した。電解生成ガスは、
水洗塔(接触面積3.5m2)を通して脱フッ化水素したの
ち、ポリエチレン製テラレットを充填した吸収塔(接触
面積6.0m2)に導き吸収させた。吸収液は水酸化リチウム
10% 水溶液2500g として60℃に温度調節しながらポンプ
により15l/minの速度で循環させた。電解5時間後の吸
収塔の吸収液の組成は、リチウムトリフルオロメタンス
ルホネート705.5g、フッ化リチウム121.0g、水酸化リチ
ウム29.8g 、水2336g でスラリー状態であった。この吸
収液に50% フッ化水素51.6g を添加して中和した。これ
をろ過して、不溶解物をろ別し、無色透明なリチウムト
リフルオロメタンスルホネート水溶液3091g を得、濃縮
・乾燥して703gのリチウムトリフルオロメタンスルホネ
ートを得た。純度は、99% 以上であった。これをエタノ
ールに溶解し、不溶解物をろ別した後、再び濃縮・乾燥
した結果、さらに高純度のリチウムトリフルオロメタン
スルホネート701g (純度99.9%)を得た。電解からの収率
96.3% であった。
【0022】実施例2 装置及び操作方法は、実施例1に準じて行った。吸収液
を水酸化リチウム25%のスラリー溶解2500g とした。電
解12.5時間後の吸収液の組成は、リチウムトリフルオロ
メタンスルホネート1763.8g 、フッ化リチウム294.0g、
水酸化リチウム82.3g 、水2084g でスラリー状態であっ
た。実施例1と同様の操作により、同レベルの高純度リ
チウムトリフルオロメタンスルホネート1739g(純度99.8
%)を得た。
【0023】実施例3 実施例1における装置中の水洗塔の能力を倍増(接触面
積7.0m2)し、電解原料は、メタンスルホニルクロライド
とし、電解液中の濃度5%とした。吸収液は、水酸化リチ
ウム10% 水溶液2500g とした。電解5時間後の吸収液の
組成は、リチウムトリフルオロメタンスルホネート559.
2g、フッ化リチウム94.6g 、水酸化リチウム77.2g 、水
2316g でスラリー状態であった。実施例1と同様の操作
により、同一レベルの高純度リチウムトリフルオロメタ
ンスルホネート556g( 純度99.7%)を得た。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25B 3/08 C07C 309/80

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 CH3 SO2 X (式中、XはClまたはFを示す) で示されるメタンスルホニルハライドを無水フッ化水素
    中で電解法によりフッ素化することにより得られるトリ
    フルオロメタンスルホニルフロライドを含む生成ガス
    を、水洗により酸性ガス分を除去した後、水酸化リチウ
    ムの水溶液またはスラリーと反応させてリチウムトリフ
    ルオロメタンスルホネートの水溶液を得、この水溶液を
    濃縮、乾燥することにより、直ちに目的物であるリチウ
    ムトリフルオロメタンスルホネートを得ることを特徴と
    するリチウムトリフルオロメタンスルホネートの製造方
    法。
  2. 【請求項2】得られたリチウムトリフルオロメタンスル
    ホネートを溶媒に溶かし、不溶解物をろ別した後乾燥す
    ることを特徴とする請求項1記載のリチウムトリフルオ
    ロメタンスルホネートの製造方法。
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