JP3483120B2 - リチウム電池用電解液の製造方法 - Google Patents
リチウム電池用電解液の製造方法Info
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Description
して有用なヘキサフルオロリン酸リチウム、テトラフル
オロホウ酸リチウム、ヘキサフルオロ砒酸リチウム等の
電解質を含有した電解液の製造方法に関する。
チウム電池用電解液に電解質として含有されるヘキサフ
ルオロリン酸リチウムの製造方法としては種々提案され
ており、例えば無溶媒で固体のフッ化リチウムと気体の
五フッ化リンを反応させる方法(特開昭64−7290
1号公報)がある。この方法においては、フッ化リチウ
ムの表面に反応生成物の被膜が形成され、完全には反応
が進行せず未反応のフッ化リチウムが残存する。
したフッ化リチウムと気体状の五フッ化リンを反応させ
る方法(J.Chem.Soc.Part4,4408
(1963))がある。この方法においては、無水フッ
化水素の腐食性のため、金属不純物が混入することよ
り、反応装置材料に金属の使用ができず、この金属不純
物の混入を防ぐためには反応装置を樹脂等でライニング
する等の手段が必要であり、熱伝達上での不利益等の問
題がある。また、フッ化水素及び金属不純物を含有しリ
チウム電池として使用する場合、その電池反応を阻害す
るものであり、好ましくない。
も反応収率、反応の制御のしやすさ、得られる製品の純
度等の点で必ずしも満足のできるものではなかった。テ
トラフルオロホウ酸リチウム、ヘキサフルオロ砒酸リチ
ウム等についても同様である。
水溶媒に溶解して、イオン解離した状態ではかなり安定
であるが、固体状態では非常に不安定で、保存中や輸送
中に加水分解等が起こることもあるため、取扱いが困難
であるという問題点がある。
かかる従来技術の問題点に鑑み鋭意検討の結果、金属不
純物を共沈させ除去することにより金属不純物の少ない
電解液が得られることを見いだし本発明に到達したもの
である。
るヘキサフルオロリン酸リチウム、テトラフルオロホウ
酸リチウム、またはヘキサフルオロ砒酸リチウムからな
るリチウム電池用電解質を鎖状の炭酸エステルまたは環
状の炭酸エステルからなるリチウム電池用溶媒に溶解
し、該溶液から、該電解質の一部を析出させ、同時に金
属不純物を選択的に共沈させて除去し、また、金属不純
物を含有するヘキサフルオロリン酸リチウム、テトラフ
ルオロホウ酸リチウム、またはヘキサフルオロ砒酸リチ
ウムからなるリチウム電池用電解質にその濃度が飽和溶
解度以上になるように鎖状の炭酸エステルまたは環状の
炭酸エステルからなるリチウム電池用溶媒を添加した
後、不溶解分を除去することを特徴とするリチウム電池
用電解液の製造方法を提供するものである。
の合成方法は特に限定するものではないが、次のような
方法が一般的である。無水フッ酸にフッ化リチウムを溶
解し、気体状のリン、ホウ素、砒素のハロゲン化物を導
入し反応させる方法がとられる。
リンを用い、ヘキサフルオロリン酸リチウムを電解質と
した場合について、より詳細に説明する。五フッ化リン
は、固体原料である五塩化リンと気体原料であるフッ化
水素ガスを固気反応により得ることができる。この反応
においては反応温度の制御は非常に重要であり、60〜
165℃の範囲が好ましい。この温度未満で反応させた
生成ガスを導入した場合、結果としてヘキサフルオロリ
ン酸リチウムの収率を高くすることができないものであ
る。
応フッ化水素と反応により生成する塩化水素を含有して
いるものであるが、このままフッ化リチウムの無水フッ
酸溶液を仕込んだ反応槽に吹き込む。フッ化リチウムの
無水フッ酸溶液の液組成としては、フッ化リチウムに対
して無水フッ酸のモル比が12〜30程度が好ましい。
等によりヘキサフルオロリン酸リチウムの結晶を析出さ
せ分離する。ここで従来は金属不純物混入を避けるた
め、樹脂等でライニングした装置を使用していた。しか
し、熱交換の効率が悪いため、非常に生産性の低いもの
となっていた。また、樹脂ライニングの寿命が金属材料
に比べ短いために装置の維持費が高いという問題点もあ
った。
ら混入した金属不純物を後段の精製工程で容易に除去す
ることができるため、装置材料を特に選ぶ必要がなく、
熱効率、寿命の点で最も好ましい金属材料を使用するも
のである。
としてはSUS304、SUS316に代表されるよう
なステンレス鋼、その他としてニッケル系の合金等が挙
げられ、特に限定されるものではないが、製作の容易
性、価格などからステンレス鋼が好ましい。
ン酸リチウムの粗結晶には、金属材料の種類、反応条件
等にもよるが、金属不純物として、Fe(10〜100
ppm)、Ni(10〜100ppm)、Cr(10〜
100ppm)等を含有しているものである。これらの
金属不純物は、主にフッ化物もしくはヘキサフルオロリ
ン酸塩である。
結晶中に酸性不純物が100ppm以上存在することが
後段の精製において金属不純物を十分に析出させる点で
好ましいが、リチウム電池用溶媒の分解を抑制するため
には5000ppm以下が好ましい。この酸性不純物
は、リチウム電池として使用する場合、電池反応を阻害
するため、可及的に除去することが好ましく、この手段
としては、本出願人が、特開平10−92468号公報
で既に提案した、酸性不純物を含有するリチウム電池用
電解液中に、ハロゲン化物を添加して、酸性不純物をハ
ロゲン化水素に変換した後、発生したハロゲン化水素を
電解液中から除去する方法等を用いればよい。
有するヘキサフルオロリン酸リチウムをリチウム電池用
溶媒に溶解するものであるが、ここで用いるリチウム電
池用溶媒としては、鎖状の炭酸エステル、環状の炭酸エ
ステルが通常用いられている。鎖状の炭酸エステルとし
ては具体的には、ジメチルカーボネート、ジエチルカー
ボネート、エチルメチルカーボネートのいずれかまた
は、混合物であり、環状の炭酸エステルの具体例として
は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートの
いずれかまたは、混合物が挙げられる。
方法があり、先ずヘキサフルオロリン酸リチウムに電解
質の略飽和溶解度程度の濃度となるようにリチウム電池
用溶媒を投入し溶解させる。次に、その手段は特に限定
するものではないが、溶媒を蒸発させるか、溶液の温度
を下げる等の手段により、電解質を析出させ、不純物を
共沈させる。厳密な析出量は電解質の種類、金属不純物
の種類、溶媒等によって異なるが、精製度を上げるため
には全体の電解質量の1〜10wt%の電解質を析出さ
せることが好ましい。析出分が少ない場合には、精製度
が十分でなく、また析出分が多い場合にはその分ロスに
なるため、精製度と経済性を考慮して適宜決定すればよ
い。
質にリチウム電池用の溶媒を添加するがこのとき、電解
質が溶け残るように少量の溶媒を使用する。言い換えれ
ば、溶媒中に溶解度以上の電解質を投入する。そして、
金属不純物の析出を促すため、十分攪拌する。
特に限定されず、通常は液の粘度及びリチウム電池用溶
媒の分解を防止するために、0〜80℃の温度範囲が好
ましい。また不純物を十分析出させるためには撹拌を行
うことが好ましく、撹拌処理の時間としては、1〜10
時間実施することが好ましい。
不溶解分を通常のろ過操作を行うことにより、金属不純
物であるFe、Ni、Cr等を1ppm以下まで除去で
きる。
液としては、電解液により、あるいは、電解液の目的組
成にもよるが、一般的には、ヘキサフルオロリン酸リチ
ウム/電解液=1〜3mol/L程度であるため、最終
的には所定の濃度となるようリチウム電池用溶媒を添加
し調整するものである。
物、砒素のハロゲン化物を用いる場合もほぼ同様の手段
で精製が可能であり、その物質特有の条件を考慮して行
えばよい。 以上のような操作により、従来の方法に比
べて、熱交換効率の良好な生産性の高い方法で、金属不
純物の量が極めて低いリチウム電池用電解液が得られ
る。
が、本発明はかかる実施例により限定されるものではな
い。
フッ化リチウム27gを溶解させる。この溶液に、固体
原料である五塩化リンと気体原料であるフッ化水素ガス
との反応により得た五フッ化リンガス133gを吹き込
み、フッ化リチウムと反応させた。得られた反応溶液か
ら、無水フッ酸を40℃で蒸発させ、ヘキサフルオロリ
ン酸リチウムの粗結晶160gが得られた。この粗結晶
の純度は99.8%以上であり、不純物としては、Fe
が50ppm、Niが20ppm、Crが20ppm、
フッ酸が1000ppm、フッ化リチウムが50ppm
以下であった。
晶にジエチルカーボネート240gを投入し、更に塩化
リチウム0.35gを添加して、室温で10時間撹拌し
た。次に70℃、10torrの減圧下でジエチルカー
ボネートを12g蒸発させ、ヘキサフルオロリン酸リチ
ウムを8g析出させた後、0.45μmのPTFEメン
ブランフィルターで沈殿物を濾別した。濾別した溶液に
ジエチルカーボネートとエチレンカーボネートを投入
し、容積を1000mlに調製した。
のLiPF6/(ジエチルカーボネート+エチレンカー
ボネート(1:1))電解液は、LiPF6換算でF
e、Ni、Crが1ppm以下であり、他の金属不純物
(Na、K、Ca、Mg、Co、Cu、Pb)について
も定量下限(1ppm)以下であった。また、フッ酸濃
度も定量下限(10ppm)以下であった。
ウムの粗結晶160gにジエチルカーボネート220g
を投入したところ、溶解度以上のヘキサフルオロリン酸
リチウムが存在しているため、不溶解分が出た。更に酸
性不純物を除去するため塩化リチウム0.35gを添加
して、70℃で10時間撹拌した。約15gの不溶解分
を0.45μmのPTFEメンブランフィルターで濾別
した。濾別した溶液にジエチルカーボネートとプロピレ
ンカーボネートを投入して、濃度1mol/lのLiP
F6/(ジエチルカーボネート+プロピレンカーボネー
ト(1:1))電解液を調製した。
i、Crが1ppm以下であり、他の金属不純物(N
a、K、Ca、Mg、Co、Cu、Pb)についても定
量下限(1ppm)以下であった。また、フッ酸濃度も
定量下限(10ppm)以下であった。
の製造において、装置材料を特に選ぶ必要がなく、熱効
率の点で最も好ましい金属材料を使用することができ、
更に装置由来の金属不純物が後段の精製工程で容易に除
去することができる。従って、従来の方法に比べて、生
産性の優れた方法でリチウム電池用電解液の製造ができ
る。また得られた電解液は、金属不純物が極めて低く、
これをリチウム電池に応用すれば、経時的な溶媒の劣
化、それに伴う内部抵抗の増大、電池容量の低下、サイ
クル寿命の低下等の種々の問題が解決され、極めて良好
な結果が得られる。
Claims (3)
- 【請求項1】 金属不純物を含有するヘキサフルオロリ
ン酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、または
ヘキサフルオロ砒酸リチウムからなるリチウム電池用電
解質を鎖状の炭酸エステルまたは環状の炭酸エステルか
らなるリチウム電池用溶媒に溶解し、該溶液から、該電
解質の一部を析出させ、同時に金属不純物を選択的に共
沈させて除去することを特徴とするリチウム電池用電解
液の製造方法。 - 【請求項2】 金属不純物を含有するヘキサフルオロリ
ン酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、または
ヘキサフルオロ砒酸リチウムからなるリチウム電池用電
解質にその濃度が飽和溶解度以上になるように鎖状の炭
酸エステルまたは環状の炭酸エステルからなるリチウム
電池用溶媒を添加した後、不溶解分を除去することを特
徴とするリチウム電池用電解液の製造方法。 - 【請求項3】金属不純物がヘキサフルオロリン酸リチウ
ム、テトラフルオロホウ酸リチウム、またはヘキサフル
オロ砒酸リチウムからなるリチウム電池用電解質を金属
装置を用いて、無水フッ酸溶媒中における反応により得
る際に混入したものであることを特徴とする請求項1ま
たは請求項2に記載のリチウム電池用電解液の製造方
法。
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JP25256398A JP3483120B2 (ja) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | リチウム電池用電解液の製造方法 |
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-
1998
- 1998-09-07 JP JP25256398A patent/JP3483120B2/ja not_active Expired - Fee Related
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