JPH09165210A - ヘキサフルオロリン酸リチウムの製造方法 - Google Patents

ヘキサフルオロリン酸リチウムの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リチウム電池用電解質として有用なヘキサフ
ルオロリン酸リチウムの製造方法およびそれを利用した
リチウム電池用電解液の製造方法を提供する。 【解決手段】 エチレンカーボネート、プロピレンカー
ボネート、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である環状お
よび直鎖の炭酸エステル中、または1,2−ジメトキシ
エタンである2つ以上の酸素原子を有するエーテル化合
物中で、フッ化リチウムと五フッ化リンとを反応させ
る。また、得られたヘキサフルオロリン酸リチウム溶液
をリチウム電池用電解液として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム電池用電
解質として有用なヘキサフルオロリン酸リチウムの製造
方法およびそれを利用したリチウム電池用電解液の製造
方法に関する。
【0002】
【従来技術】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64−72901号)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。
【0003】また、無水フッ化水素を溶媒として、溶解
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、蒸気圧の
高い無水フッ化水素を溶媒として使用するため、ハンド
リングが困難であり、また、反応後に結晶として取り出
したヘキサフルオロリン酸リチウム中に不純物としてフ
ッ化水素が残存する。この不純物のフッ化水素はリチウ
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。
【0004】このように従来の方法においては、いずれ
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。
【0005】
【問題点を解決するための具体的手段】本発明者らは、
かかる従来技術の問題点に鑑み鋭意検討の結果、本発明
に到達したものである。
【0006】すなわち本発明は、リチウム電池電解液用
有機非水溶媒中で、フッ化リチウムと五フッ化リンとを
反応させることを特徴とするヘキサフルオロリン酸リチ
ウムの製造方法で、ここで使用するリチウム電池用有機
非水溶媒は、環状および直鎖の炭酸エステルまたは、2
つ以上の酸素原子を有するエーテル化合物であり、具体
的には、炭酸エステルは、エチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネート、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で
あり、エーテル化合物は、1,2−ジメトキシエタンで
あり、さらには、上記製造方法で得られるヘキサフルオ
ロリン酸リチウム溶液をリチウム電池用電解液として用
いることを特徴とするリチウム電池用電解液の製造方法
をそれぞれ提供するものである。
【0007】本発明の製造方法は、反応収率が高く、反
応の制御も容易で、製品の純度の点でも十分満足できる
ものであり、しかも、ヘキサフルオロリン酸リチウムを
結晶として、取り出しても良いが、溶媒にリチウム電池
用のものを使用しているため、反応後の溶液を直接電解
液として使用することも可能である。
【0008】本発明の製造法は、上記リチウム電池用有
機非水溶媒の内のいずれか一種類、もしくは数種類の混
合溶媒中で実施される。これらの溶媒に対して、原料で
あるフッ化リチウムの溶解度は非常に小さいため、溶媒
に分散した状態で五フッ化リンのガスを吹き込み反応を
行う。ここで、生成したヘキサフルオロリン酸リチウム
は、非常に溶解度が大きいので、溶媒中に溶解して、表
面に被膜として残ることがないために反応は完全に進行
する。
【0009】使用される溶媒は、化学的な安定性が高
く、しかもヘキサフルオロリン酸リチウムの溶解度が高
い炭酸エステル化合物、またはエーテル化合物が好まし
い。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボ
ネート、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、1,2−ジメトキシエ
タン等がある。
【0010】この反応を行う際の温度は、下限が−40
℃、好ましくは0℃で、上限は100℃、好ましくは6
0℃である。反応温度が−40℃未満では、溶媒が凝固
するため反応が進行しない。また、100℃より大きい
場合、溶媒と五フッ化リンの反応が起こり、着色や粘度
増加の原因となるため好ましくない。
【0011】フッ化リチウムの量は、溶媒1リットルに
対して、200g以下、好ましくは100g以下であ
る。フッ化リチウムの量が溶媒に対して、200gより
多い場合は、生成物が飽和になり、フッ化リチウム表面
に被膜が生成し、未反応のフッ化リチウムが残存するう
えに溶液の粘度が上昇するため、濾過等の分離操作が困
難になる。
【0012】五フッ化リンの量は、フッ化リチウムに対
して当量以上あれば良いが、過剰に系内に導入した場
合、溶液中に吸収されるため、反応後に加熱、減圧等の
操作により除去する必要がある。
【0013】この反応において、原料の五フッ化リン、
および生成物のヘキサフルオロリン酸リチウムは、水分
により容易に加水分解を受けるので、水分を含まない雰
囲気で反応を実施する必要がある。すなわち、真空中や
窒素等の不活性ガス雰囲気中で反応を行うことが好まし
い。
【0014】以上のようにして得られた溶液から、冷却
や濃縮という操作により、析出分離することにより高純
度のヘキサフルオロリン酸リチウムが得られる。また、
本発明では溶媒としてリチウム電池用溶媒を使用してい
るため、反応により得られた溶液を直接リチウム電池用
電解液として使用することも可能である。
【0015】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
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。
【0016】実施例1 テフロン製反応器中で200mlのプロピレンカーボネ
ートに5.2gフッ化リチウムを添加して、混合分散し
た。この分散液を冷却して20℃に維持しながら、ガス
導入管を通して窒素ガスにより17vol%に希釈した
五フッ化リンガスをバブリングした。プロピレンカーボ
ネート中に分散されたフッ化リチウムが消失した時点
で、反応を終了した。このときの五フッ化リンの消費量
は26gであった。
【0017】得られた溶液からプロピレンカーボネート
を減圧で留出させることにより、ヘキサフルオロリン酸
リチウム30g(収率:98.7%)を得た。また、リ
チウム電池に応用する場合に問題となる酸性不純物濃度
は100ppmであった。
【0018】実施例2 テフロン製反応器中で200mlの1,2−ジメトキシ
エタンに5.2gフッ化リチウムを添加して、混合分散
した。この分散液を冷却して−20℃に維持しながら、
ガス導入管を通して窒素ガスにより17vol%に希釈
した五フッ化リンガスをバブリングした。1,2−ジメ
トキシエタン中に分散されたフッ化リチウムが消失した
時点で、反応を終了した。このときの五フッ化リンの消
費量は26gであった。
【0019】得られた溶液から1,2−ジメトキシエタ
ンを減圧で留出させることにより、ヘキサフルオロリン
酸リチウム30g(収率:98.7%)を得た。また、
リチウム電池に応用する場合に問題となる酸性不純物濃
度は95ppmであった。
【0020】実施例3 テフロン製反応器中で100mlのエチレンカーボネー
トと100mlのジエチルカーボネートを混合した溶媒
にさらに5.2gフッ化リチウムを添加して、混合分散
した。この分散液を冷却して10℃に維持しながら、ガ
ス導入管を通して窒素ガスにより50vol%に希釈し
た五フッ化リンガスをバブリングした。混合溶媒中に分
散されたフッ化リチウムが消失した時点で、反応を終了
した。このときの五フッ化リンの消費量は26gであっ
た。
【0021】得られた溶液を50℃に昇温して、真空ポ
ンプで脱気することにより過剰の五フッ化リンを除外し
た。F19−NMRとイオンクロマトグラムにより、ヘキ
サフルオロリン酸リチウムの生成が確認された。
【0022】溶液中の酸性不純物濃度は10ppmで、
ヘキサフルオロリン酸リチウムベースに換算すると70
ppmとなる。また、この溶液のイオン伝導度を測定し
たところ、7.8mS/cmであり、ヘキサフルオロリ
ン酸リチウムをエチレンカーボネートとジエチルカーボ
ネートの混合溶媒に溶解したものと同等であった。
【0023】次に、この溶液を用いてテストセルを作製
し、充放電試験により電解液としての性能を評価した。
具体的には、天然黒鉛粉末95重量部に、バインダーと
して5重量部のポリフッ化ビニリデン(PVDF)を混
合し、さらにN,N−ジメチルホルムアミドを添加し、
スラリー状にした。このスラリーをニッケルメッシュ上
に塗布して、150℃で12時間乾燥させることによ
り、試験用負極体とした。また、コバルト酸リチウム8
5重量部に、黒鉛粉末10重量部およびPVDF5重量
部を混合し、さらに、N,N−ジメチルホルムアミドを
添加し、スラリー状にした。このスラリーをアルミニウ
ム箔上に塗布して、150℃で12時間乾燥させること
により、試験用正極体とした。ポリプロピレン不織布を
セパレーターとして、本実施例の反応溶液を電解液と
し、上記負極体および正極体とを用いてテストセルを組
み立てた。続いて、次のような条件で、定電流充放電試
験を実施した。充電、放電ともに電流密度0.35mA
/cm2 で行い、充電は4.2V、放電は2.5Vまで
行い、この充放電サイクルを繰り返して放電容量の変化
を観察した。その結果、充放電効率はほぼ100%で、
充放電を100サイクル繰り返したところ、放電容量は
全く変化しなかった。
【0024】比較例1 攪拌器を備えたニッケル製反応器中に、5.2gフッ化
リチウムを投入し、反応器内を真空脱気した。次に、1
00%の五フッ化リンガスを系内に導入して、攪拌しな
がら100℃で反応を行った。フッ化リチウムによる五
フッ化リンガスの吸収が止まった時点で、反応の終点と
した。その結果、過剰量の五フッ化リンを導入したにも
関わらず、未反応フッ化リチウムが残存し、収率は55
%であった。
【0025】比較例2 フッ化リチウム32gを無水フッ酸500gに溶解させ
る。この溶液に五フッ化リンガス155gを吹き込み、
フッ化リチウムと反応させた。得られた反応溶液を一晩
かけてゆっくりと−20℃まで冷却することにより、ヘ
キサフルオロリン酸リチウムの結晶を析出させた。これ
を濾別し、室温減圧下で付着フッ化水素を除いた。これ
により、1mm程度の粒径の揃ったヘキサフルオロリン
酸リチウム結晶65gが得られた。酸性不純物の含量は
300ppmであった。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、従来のヘキサフルオロ
リン酸リチウムの製造法に比べ、反応収率が高く、反応
の制御も容易で、製品の純度の点でも十分満足でき、し
かも、ヘキサフルオロリン酸リチウムを結晶として、取
り出しても良いが、溶媒にリチウム電池用のものを使用
しているため、反応後の溶液を直接電解液として使用す
ることも可能であり、非常に簡略化された製造法を提供
することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川島 忠幸 山口県宇部市大字沖宇部5253番地 セント ラル硝子株式会社化学研究所内 (72)発明者 佐藤 敬二 山口県宇部市大字沖宇部5253番地 セント ラル硝子株式会社化学研究所内 (72)発明者 佐々木 広美 山口県宇部市大字沖宇部5253番地 セント ラル硝子株式会社化学研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウム電池電解液用有機非水溶媒中
    で、フッ化リチウムと五フッ化リンとを反応させること
    を特徴とするヘキサフルオロリン酸リチウムの製造方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のリチウム電池用有機非水
    溶媒が、環状および直鎖の炭酸エステルであることを特
    徴とするヘキサフルオロリン酸リチウムの製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のリチウム電池用有機非水
    溶媒が、2つ以上の酸素原子を有するエーテル化合物で
    あることを特徴とするヘキサフルオロリン酸リチウムの
    製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の炭酸エステルが、エチレ
    ンカーボネート、プロピレンカーボネート、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であることを特徴とするヘキサフル
    オロリン酸リチウムの製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項3記載のエーテル化合物が、1,
    2−ジメトキシエタンであることを特徴とするヘキサフ
    ルオロリン酸リチウムの製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1、2、3、4および5記載の製
    造方法で得られるヘキサフルオロリン酸リチウム溶液を
    リチウム電池用電解液として用いることを特徴とするリ
    チウム電池用電解液の製造方法。
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